机械制造技术基础 拨叉课程设计

1、零件的作用

题目所给的零件是CA6140车床的拨叉。它位于车床变速机构中，主要起换档,使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的孔与操纵机构相连，下方的半孔则是用于与控制齿轮所在的轴接触.通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体,加工时分开。

图1    零件图

2、零件的工艺分析

    拨叉(CA6140车床）共有三处加工表面,其间有一定位置要求。分述如下:

    1）以为中心的加工表面

    这一组加工表面包括：孔的内表面，以及其上端面，上端面与孔有位置要求，孔壁上有一个装配时钻铰的锥销孔,一个M8的螺纹孔.这两个都没有高的位置度要求。

2)、以为中心的加工表面

    这一组加工表面包括:孔的内表面，以及其上下两个台阶面。

   这两组表面有一定的位置度要求，即的孔上下两个端面与的孔有垂直度要求。由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。

3、零件的生产类型

    依设计题目知：Q=12000件/年 

    N=Qn(1+a％)（1+b％） 

    零件是CA6140车床的拨叉，质量为1kg,查表2-1 (生产类型与生产纲领的关系） 可知其属轻型零件，生产类型为大批生产。

二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图

1、选择毛坯

零件材料为HT200，毛坯重量约1。0Kg生产大批。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大,零件结构又比较简单，故选择砂型铸造机器造型毛坯.

2、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差

 参见参考文献【1】第五章第一节《铸件尺寸公差与机械加工余量（摘自GB/T 14-1999）》确定，步骤如下

1）由于工件较小，为方便加工节省材料将两件铸在一起，同时加工。

2）铸件的圆角半径 按参见参考文献【2】表1—16 选择砂型铸造 R=3—5mm。

3）两内孔,考虑其孔径较小铸造困难，为简化铸造毛坯外型，现直接将φ40圆柱铸成实心的。

4）求最大轮廓尺寸 根据零件图计算轮廓尺寸，长160mm,宽73mm,高50mm，故最大轮廓尺寸为160mm.

 5)选取公差等级CT 由参见参考文献【1】表5-1，铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，得公差等级CT范围8～12，取为10级.

 6）求铸件尺寸公差 根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT，由表5-3查得，公差带相对于基本尺寸对称分布。

7)求机械加工余量等级 由由参见参考文献,铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁,得机械加工余量等级范围E~G级，取为F级。

8）求RMA（要求的机械加工余量）对所有加工表面取同一个数值，由由参见参考文献【1】表5—4查最大轮廓尺寸为160mm、机械加工余量等级为F级，得RMA数值为1。5mm。

9）求毛坯基本尺寸 和M8孔较小，铸成实心;圆筒上顶面单侧加工，应由式求出，即

    孔属于内腔加工，应由式（5-3）求出，即

拨叉铸件毛坯尺寸公差与加工余量见下表

表2。1 拨叉铸件毛坯尺寸公差与加工余量

根据以上各步分析得毛坯图如下：

三、选择加工方法，制定工艺路线

1、定位基准的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者,还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行.

   （1)粗基准的选择.对于零件而言,尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准.根据这个基准选择原则，现选取φ40 圆柱的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用零件下底面支承3个自由度,两块V形块夹紧这两个φ40圆柱面作主要定位面再3个自由度，达到完全定位，然后进行车削。

   （2)精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算。

2、零件表面加工方法的选择

本零件的加工面有内孔、端面、台阶面、小孔、螺纹等，材料为铸铁.以形位公差和粗糙度要求，参考参考文献【1】有关资料，其加工方法选择如下。

1)内孔 公差等级为IT13,表面粗糙度为Ra3。2，需粗镗、半精镗。

2)台阶孔 公差等级为IT13,表面粗糙度为Ra6.3，需粗镗。

3）端面 为未注公差尺寸,表面粗糙度为Ra3。2，需粗车、半精车

4）内孔 公差等级为IT7,表面粗糙度为Ra1.6，需进行钻、扩、粗铰、精铰

3、制订工艺路线

制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率.除此之外，还应当考虑经济效益,以便使生产成本尽量下降。

1）工艺路线方案一:

工序00   铸造毛坯

工序10   钻、扩、粗铰、精铰两孔

工序20   粗车、半精车端面

工序30   粗镗、半精镗孔

工序40   粗镗台阶面

工序50   钻锥孔φ8及M8底孔

工序60   攻螺纹M8

工序70   磨拨叉圆柱端面，对孔垂直度0。05

工序80   铣断使之为两个零件

工序90   校正拨叉脚端面，对孔垂直度0。07

工序100  拨叉脚局部淬火，硬度50HRC,淬深0。7—1。2mm

工序110  去毛刺 

工序 120  清洗

工序130  终检

2）工艺路线方案二：

工序00   铸造毛坯

工序10   粗车、半精车端面

工序20   钻、扩、粗铰、精铰两孔 

工序30   粗镗、半精镗孔

工序40   粗镗台阶面

工序50   钻锥孔φ8及M8底孔

工序60   攻螺纹M8

工序70   磨拨叉圆柱端面，对孔垂直度0.05

工序80   铣断使之为两个零件

工序90   校正拨叉脚端面，对孔垂直度0。07

工序100  拨叉脚局部淬火，硬度50HRC，淬深0。7-1。2mm

工序110  去毛刺 

工序 120  清洗

工序130  终检

3）、工艺方案比较分析:

    上述两方案:方案一是先加工内孔， 再以孔为基准加工顶面，然后加工内孔等；而方案二先加工顶面，以顶面为基准加工两台阶面及和内孔。由方案一可见孔为基准加工顶面，精度易于保证,但加工台阶面时不符合定位基准与设计基准重合原则且需另外设计一套夹具。由方案二可见圆柱端面为基准加工其他各面更合理，且仍可用前面所用的夹具，而且也能很好地保证垂直度要求 ，保证便于定位加工,符合中批生产要求，较为合理。

因此，最后的加工路线确定如下:

工序00   铸造毛坯

工序10   粗车、半精车上端面，以下底面为粗基准 

工序20   钻、扩、粗铰、精铰两孔 ,以上端面为精基准

工序30   粗镗、半精镗孔，以上端面为精基准

工序40   粗镗台阶面,以上端面为精基准

工序50   钻锥孔φ8及M8底孔，以上端面为精基准

工序60   攻螺纹M8

工序70   磨拨叉圆柱端面,对孔垂直度0.05，以孔轴线为基准

工序80   铣断使之为两个零件，以孔轴线为基准

工序90   校正拨叉脚端面，对孔垂直度0.07,以孔轴线为基准

工序100   拨叉脚局部淬火,硬度50HRC，淬深0。7—1。2mm

工序110   去毛刺 

工序 120  清洗

工序130   终检

四、工序设计

1、选择加工设备与工艺装备

1）选择机床 根据不同的工序选择机床

a、工序10、30、40是粗车和半精车。各工序的步数不多,成批生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外廓尺寸不大,精度要求不是很高，选用C630车床即可.

b、工序20是钻、扩、粗铰、精铰孔。由于加工的零件外廓尺寸不大，故宜在车床上进行加工,因此仍可选用C630车床.

c、工序50、60是钻孔、攻螺纹。选用Z525型立式钻床。

d、工序70是磨端面。选用M7120A磨床。

e、工序80是铣断端面。选用立式铣床X5012.

2）选择刀具 根据不同的工序选择刀具.

a、在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金车刀和镗刀。这里选用普通车刀。

b、在工序20中钻、扩、铰孔，选用直柄麻花钻、锥柄扩孔钻和锥柄用铰刀。

c、工序50、60是钻孔、攻螺纹.选用直柄麻花钻和细柄机用丝锥。

d、工序70是磨端面。刀具为砂轮。

e、工序80是铣断端面.选用直柄立铣刀。

3）选择量具

本零件属成批生产，一般情况下尽量采用通用量具.根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考有关资料，选择如下.

切削用量包括背吃刀量、进给量和切削速度。确定顺序是先确定、，再确定。

1、工序10切削用量及基本时间的确定。

  （1)切削用量 本工序为粗车、半精车圆柱端面。已知加工材料为HT200，机床为C630,   

工位夹具为专用车床夹具.由于车床C630的中心高280mm,故选刀杆尺寸为BXH=20mmX30mm.

1）粗车圆柱端面时

a、确定背吃刀量 粗车单边余量为1。9mm，则=1。9mm

      b、确定进给量 根据参考文献，在粗车铸铁、刀杆尺寸为BXH=20mmX30mm、，   

 工件直径为40mm时，选择

      c、确定切削速度 根据参考文献1，当用YG6硬质合金刀切削灰铸铁,=1。9mm,时，切削速度。

查参考文献，车床C630接近转速为750r/min，取

故实际的切削速度

2）半精车圆柱端面时

a、确定背吃刀量 粗车单边余量为1mm，则=1mm

 b、确定进给量 根据参考文献，在半精车铸铁、表面粗糙度Ra=3。2、刀尖圆弧半径时，,选择

 c、确定切削速度 根据参考文献，当用YG6硬质合金刀切削灰铸铁，=1mm,时，切削速度。

查参考文献,车床C630接近转速为945r/min，取

故实际的切削速度

（2)基本时间

1)确定粗车圆柱端面的基本时间。车端面基本时间

式中，

则         Tji=2×（20+2）÷0。42÷750×60=8。4″

2）确定半精车圆柱端面的基本时间.车端面基本时间

式中,

则         Tj2=2×22×60÷0。3÷945＝9。4″

3)确定辅助时间

辅助时间大约为粗车的和半精车的 。

4）工序工时  总工序时间为

2、工序20切削用量及基本时间的确定。

(1)切削用量 本工序为钻、扩、粗铰、精铰.已知加工材料为HT200，机床为C630，工位夹具为专用车床夹具.

1)钻孔至时

a、确定背吃刀量根据参考文献【1】表5-42查得钻头直径应该选用,则=10mm

 b、确定进给量 根据参考文献【1】表5-127，在高速钢钻头钻孔时进给量，钻头直径，选择

 c、确定切削速度 根据参考文献，当用硬质合金钻头钻削灰铸铁，时,切削速度，取切削速度。

查参考文献【1】表5-56,车床C630转速最高为945r/min，取

故实际的切削速度

2）扩孔至时

a、确定背吃刀量 扩孔双边余量为1.8mm，则=0.9mm

b、确定进给量 根据参考文献，在高速钢和硬质合金扩孔，扩孔钻直径，选择

 c、确定切削速度 根据参考文献扩钻与扩孔的切削用量，切削速度，取切削速度.

查参考文献，车床C630转速最高为478r/min,取

故实际的切削速度

3）粗铰孔至

a、确定背吃刀量 铰孔双边余量为0。14mm，则=0。07mm

b、确定进给量 根据参考文献【1】表5—136,在硬质合金铰刀铰孔，铰刀直径,背吃刀量时，选择

 c、确定切削速度  根据参考文献,在硬质合金铰刀铰孔，铰刀直径，,选择.

查参考文献，车床C630转速最高为149r/min，取

故实际的切削速度

4）精铰孔至

a、确定背吃刀量 铰孔双边余量为0。06mm，则=0。03mm

b、确定进给量 根据参考文献【1】表5—136，在硬质合金铰刀铰孔，铰刀直径,背吃刀量时，,选择

 c、确定切削速度  根据参考文献，在硬质合金铰刀铰孔，铰刀直径，选择。

查参考文献，车床C630转速最高为149r/min,取

故实际的切削速度

（2)基本时间

1）确定钻孔至的基本时间.根据参考文献，钻孔和钻中心孔的基本时间

式中，

则         Tj1=2×62×60÷0.8÷945=4。92″

2)确定扩孔至的基本时间。根据参考文献,扩钻、扩孔和铰圆柱孔的基本时间

式中，

则         Tj2=52。9×60÷1.0÷478=6.6″

3）确定粗铰孔至的基本时间。根据参考文献,扩钻、扩孔和铰圆柱孔的基本时间

式中，

则         Tj3=52。07×60÷0.4÷149=52.4″

4）确定精铰孔至的基本时间.根据参考文献，扩钻、扩孔和铰圆柱孔的基本时间

式中，

则       

  Tj4=52。03×60÷0.25÷149=83.8″

5）确定辅助时间

查参考文献【2】表4—106得辅助时间大约为钻孔的、扩孔的、粗铰孔的和精铰孔的 。

6）工序工时  总工序时间为

Tj=Tj1+Tj2+Tj3+Tj4+T辅=4.92″＋52.4″＋83。8″＋1′24″＋2′40″＋8′10″＋1′20″=16′2″

3、定位方案

    方案一:

工件以下底面及两个圆柱面为定位基准,采用平面与V形块组合定位方案，在燕尾槽平面上定位，3个自由度，另外固定V形块2个自由度，活动V形块1个自由度。共六个自由度。由活动V形块进行夹紧。燕尾槽可在导轨上滑动,且导轨两端使用挡销定位，中间使用定位销定位,从而实现三位移动定位。

方案二：

    工件以下底面及两个内表面为定位基准，采用一平面两销的组合定位方案，在燕尾槽平面上定位,3个自由度，另外一个短圆柱销2个自由度，菱形销1个自由度.共六个自由度。由偏心夹紧机构进行夹紧。燕尾槽可在导轨上滑动，且导轨两端使用挡销定位，中间使用定位销定位,从而实现三位移动定位.

    比较上述两个方案可以看出它们各在估缺点.

    方案一、二的定位基准与设计基准均重合，这是它个共同的优点。方案二，使用两个内表面能更好地保证定位加工精度，但需要在钻床上加工孔之后才可进行,这样就增加了工序和其他的设备,且夹紧方案仍较繁锁.方案一，使用两个圆柱面为定位基准，这样在一次夹紧后可加工多处,精度也较高，夹紧方案也较容易实现。固采用方案一较好。

六、参考文献

【1】

崇凯,机械制造工艺学课程设计指南，北京，化学工业出版社，2008

【2】

黄如林，汪群；金属加工工艺及工装设计，北京，化学工业出版社，2006

【3】

吉卫喜，机械制造工艺学，北京，高等教育出版社，2008

【4】

黄如林，切削加工简明实用手册（第二版)，北京，化学工业出版社，2010

【5】

王光斗，王春福；机床夹具设计手册,上海，上海科学技术出版社,2000

【6】

黄如林，五金手册,北京，化学工业出版社，2006

七、 总  结

实践是检验真理的唯一标准,当然也是检验学习成果的标准。在经过一段间的学习之后,我们需要了解自己的所学应该如何应用在实践中，因为任何知识都源于实践，归于实践，所以将所学的知识要在实践中来检验.

课程设计期间，在老师的指导下，通过自身的不断努力,无论在思想,还是学习工作上，都取得了长足的发展和巨大的收获.通过这次的课程设计，理论加上实践，使我对机械加工设计有了更深刻的认识，也纠正了自己以前很多不对的看法。当然在设计的过程中，我们也遇到了很多困难，在查阅了大量的书籍资料之后,对这次设计有了一个整体的认识，作出了初步的原理图，然后经过反复的调试后，逐步修改,尽量使其性能达到完美.这个过程是最困难的过程，也是我收获最大的过程，使我受益匪浅，使我在以后的工作中的动手能力有了进一步的提高。总之,这次设计使我的学习有了更大的信心