课 程 设 计 题 目：拨叉（CA6140）零件的机械加工工艺规程及加工Φ8孔的工艺装备设计
班 级： 姓 名： 指导教师： 完成日期：
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一、设计题目
拨叉（CA6140）零件的机械加工工艺规程及加工Φ8孔的工艺装
备设计
二、原始资料
(1) 被加工零件的零件图 1张 (2) 生产类型:中批或大批大量生产
三、上交材料
(1) 被加工工件的零件图 (2) 毛坯图 (3) 机械加工工艺过程综合卡片(参附表1) (4) 与所设计夹具对应那道工序的工序卡片 (4) 夹具装配图 (5) 夹具体零件图 (6) 课程设计说明书(5000～8000字)
四、指导教师评语
成 绩：
指导教师
日 期
1张 1张 1张 1张 1张 1张 1份 辽宁工程技术大学课程设计 2
摘要
CA6140车床的拨叉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φ22孔与操纵机构相连，二下方的φ50半孔则是用于与所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。
在此设计中，考虑到了拨叉形状的不规则，这就使得通用夹具在这里不能用。为此，只有设计符合此拨叉夹紧要求的专用夹具。由于该拨叉的材料是HT200的铸件，因此在刀具选择方面，要求就比较低了。
因为该拨叉为中批量生产，因此在加工过程中，可以采用加工工序分散的工艺路线，从而提高生产效率。
由于φ50半孔两个端面的磨损比较严重，因此对这两个表面，采用表面淬火的热处理工序来改善断端面的力学性能。
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Abstract
The CA6140 lather stir fork to be located on lather to become soon in the organization, main shift gear, make the principal axis turn round sport according to the worker of request work, acquire the speed need and twist the function of Ju.Spare parts above of φ 22 bores with manipulate organization connect with each other, two under of φ 50 half bores then used for with the stalk of the wheel gear place control contact.Pass above of the dint turn under of the wheel gear become soon.
In this design, in consideration of stir the anomaly of fork shape, this can't make the in general use tongs use here.Is this, only the design match this stir fork to clip important beg of appropriation tongs.Because should stir the material of fork is the Zhu piece of HT200, therefore at knife choice aspect, request lower.
Should stir fork for medium the batch quantity produce, so in the process of process in, can adoption craft route that process work preface's dispersion, thus exaltation produce efficiency.
Because φ 50 half bore two carry noodles of wear away more serious, so two to this surface, the adoption surface Cui fire of hot processing work preface to improvement break mechanics function of carry the noodles.
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目录
序言……………………………………………………………1 1零件工艺性分析 ……………………………………………2 1.1零件的作用…………………………………………………2 1.2零件的工艺分析……………………………………………2 1.3确定生产类型………………………………………………2 2确定毛坯 ……………………………………………………3 2.1确定毛坯种类………………………………………………3 2.2确定铸件加工余量及形状…………………………………3 3工艺规程设计 ………………………………………………4 3.1选择定位基准………………………………………………4 3.1.1粗基准的选择……………………………………………4 3.1.2精基准的选择……………………………………………4 3.2制定工艺路线………………………………………………4 3.3机械加工余量、工序尺寸及公差的确定…………………5 3.3.1圆柱表面工序尺寸………………………………………5 3.3.2平面工序尺寸……………………………………………6 3.3.3确定切削用量及时间定额………………………………7 4专用钻床夹具设计…………………………………………18 4.1夹具设计任务 ……………………………………………18 4.2确定夹具的结构方案 ……………………………………18 4.2.1确定定位元件 …………………………………………18 4.2.2确定导向位置 …………………………………………19 4.2.3确定夹紧机构 …………………………………………19
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5方案综合评价与结论………………………………………20 6体会与展望…………………………………………………21 7参考文献……………………………………………………22
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序言
通过对CA6140拔叉的工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体(如《互换性与测量技术基础》、《机械设计》、《金属切削机床概论》、《机械制造工艺学》、《金属切削原理与刀具》等)。让我们对所学的专业课得以巩固、复习及实用，在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用更加深刻的熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的建设打下一个良好的基础。
由于所学知识有限，因此设计中可能有很多地方不是很完美，希望老师能给予指导。
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1零件工艺性分析
1.1零件的作用
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Φ20孔与操纵机构相连，二下方的Φ50半孔则是用于与所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。
1.2零件的工艺分析
零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：
1、小头孔Φ20以及与此孔相通的Φ8的锥孔、M6螺纹孔。 2、大头半圆孔Φ50。
3、拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔端面，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。
由上面分析可知，可以粗加工拨叉下端面，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
1.3确定生产类型
已知此拨叉零件的生产纲领为5000件/年，零件的质量是1.0Kg/个，查《机械制造技术基础课程设计指导书》第3页表1-4，可确定该拨叉生产类型为中批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。
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2确定毛坯
2.1确定毛坯种类
零件材料为HT200。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，生产类型为中批生产，故选择木摸手工砂型铸件毛坯。查《机械制造技术基础课程设计指导书》第23页表2-1,选用铸件尺寸公差等级为CT-12。
2.2确定铸件加工余量及形状
查《机械制造技术基础课程设计指导书》第25页表2-5，选用加工余量为MA-H级，并查表2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选用及加工余量，如下表所示：
表3-1
简 图 加工面代号 基 本 尺 寸 量等级 余量 明 孔降一级双侧加工 孔降一级双侧加工 单侧加工 单侧加工 单侧加工 加工余加工 说 D1 20 H 10?2 3.5?2 D2 50 H T2 T3 T4 30 12 12 H H H 5 5 5
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3工艺规程设计
3.1选择定位基准
3.1.1粗基准的选择
以零件的小头上端面为主要的定位粗基准，以小头孔内圆表面和大头半圆孔内表面为辅助粗基准。 3.1.2精基准的选择
考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以小头孔内圆表面和大头半圆孔内表面为辅助精基准。
3.2制定工艺路线
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。查《机械制造技术基础课程设计指导书》，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：
工序01 粗铣Φ20、Φ50下端面，以T2为粗基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序02 粗铣Φ20上端面，以T1为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序03 粗铣Φ50上端面，以T4为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序04 钻、扩Φ20孔，以Φ32外圆和T2为基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；
工序05 粗镗Φ50孔，以D1为定位基准，采用T616卧式镗床加专用夹具；
工序06 铣斜肩，以D1和T2为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
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工序07 精铣Φ20下端面，以T2为基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序08 精铣Φ20上端面，以T1为基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序09 粗铰、精铰Φ20孔，以T2和Φ32外圆为基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；
工序10 精铣Φ50端面，以D1为基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序11 半精镗Φ50孔，以D1做定位基准，采用T616卧式镗床加专用夹具；
工序12 钻、铰Φ8锥孔，以T1和零件中线为基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；
工序13 钻M6底孔，攻螺纹，以T1和零件中线为基准，采用Z525立式钻床并采用专用夹具；
工序14 铣断，以D1为基准，采用X60卧式铣床加专用夹具； 工序15 去毛刺； 工序16 中检； 工序17 热处理； 工序18 校正拨叉脚； 工序19 磨削拨叉脚两端面； 工序20 清洗； 工序21 终检。
3.3机械加工余量、工序尺寸及公差的确定
3.3.1圆柱表面工序尺寸
前面已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量：
表4-1
加工 表面 加工 内容 铸件 加工余量 7.0 精度等级 CT12
工序 尺寸 表面粗 糙度 工序余量 最小 最大 ?43?2.8 辽宁工程技术大学课程设计 11
φ50IT12 （D2） 粗镗 4.0 IT12 0.75?47??0.50 6.3 3.2 0.95 2.9 6.8 3.25 半精镗 3.0 IT10 0.50?47??0.25 φ20IT7 （D1） 钻 18 IT11 ?0.110 ?180 6.3 3.2 1.6 17.89 18 扩 1.8 IT10 ?0.084 ?19.801.716 1.910 0.107 0.224 0.039 0.093 粗铰 0.14 IT8 ?0.020 ?200?0.020 ?200精铰 0.06 IT7
3.3.2平面工序尺寸
表4-2 工序号 01 工序 内容 铸件 粗铣φ20孔下端面 02 粗铣φ20孔上端面 03 粗铣φ50孔上端面 07 精铣φ20孔下端面 08 精铣φ20孔上端面 1.0 30.0 8 0?0.033加工 余量 5.0 4.0 基本 尺寸 经济 精度 CT12 工序尺寸偏差 工序余量 最小 1.5 最大 7.75 ?2.5 0?0.25 36.0 12 4.0 32.0 12 0?0.25 1.5 7.75 4.0 14.0 12 0?0.180 1.8 6.38 1.0 31.0 8 0?0.033 0.75 1.283 0.75 1.283
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10 精铣φ50孔端面 1.0×2 12.0 8 ?0.018?0.06 0.951 1.016 3.3.3确定切削用量及时间定额
工序01 粗铣Φ20、Φ50下端面，以T2为粗基准。 1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =170~240MPa，铸造;工件尺寸：aemax=72mm，l=176mm;
加工要求：粗铣Φ20孔下端面，加工余量4mm; 机床：X51立式铣床；
刀具：YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae≤90,深度ap≤6,齿数z=12,故根据《机械制造技术基础课程设计指导书》（后简称《指导书》）表3-14，取刀具直径d0=125mm。根据《指导书》表5-2，选择刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃倾角：
λs=－10°,主偏角Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=5°。
2. 切削用量
1）确定切削深度ap
因为余量较小，故选择ap=4mm，一次走刀即可完成。 2）确定每齿进给量fz
由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据《指导书》表5-2，使用YG6硬质合金端铣刀加工，机床功率为4.5kw（据《指导书》表4-14，X51立式铣床）时： fz=0.09~0.18mm/z 故选择：fz=0.18mm/z。
3）计算切削速度vc和每分钟进给量vf 当
d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z
时，
vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：
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kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度计算公式为：
vc?Tmcvd0qvpkvapxvfzyvaeuvz
v其中 ae?72mm，ap?4mm，Cv?245，qv?0.2，xv?0.15，
yv?0.35，kv?kMv?kSv?1.0?0.8?0.8，uv?0.2，pv?0，m?0.32，T?180min，fz?0.18mm/z，Z?12，将以上数据代入公式：
vc?245?125?0.2?0.80.32180?4?0.15?0.08?0.35?72?0.2?12?142m/min
确定机床主轴转速：
ns?1000vc?361r/min?dw。
根据《指导书》，选择nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，实际进给量和每分钟进给量为：
?d0n3.14?125?300vc=1000=
1000m/min=118m/min
f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z 4)校验机床功率
取近似为Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校验合格。最终确定:ap=4.0mm，nc=300r/min，vf=390mm/s，vc=118m/min，fz=0.1mm/z。
5）计算基本工时
tm＝L/ vf，L=l+ y+Δ，l=176mm. 查得，入切量及超切量为：y+Δ=40mm，则： tm＝L/ Vf=(176+40)/390=0.81min=48.6s。
工序02 粗铣Φ20上端面，以T1为定位基准。
L=32mm+5mm, vf=390mm/s,则：tm＝L/ vf=37/390=5.7s
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工序03 粗铣Φ50上端面，以T4为定位基准
刀具：YG6硬质合金端铣刀，d0?40mm,Z?10 机床：X51立式铣床
根据《指导书》查得，fz?0.13mm/z,ap?4mm。取：nw?300r/min，
故实际切削速度：
v??dwnw1000???40?3001000?37.7m/min
当nw?300r/min时，工作台每分钟进给量应为：
fm?fz?Z?nw?0.13?10?300?390mm/min
取fm?400mm/min， 计算切削基本工时：
L?72?y???72?10?82mm
L82??0.205mintm?390fm因此，=12.3s
工序04 钻、扩Φ20孔，以Φ32外圆和T2为基准，保证垂直度误
差不超过0.05mm,孔的精度达到IT10。 1. 选择钻头
根据《指导书》，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角αo＝12°，二重刃长度bε=3.5mm,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度l1?1.5mm， 2??100°，
??30° 2.选择切削用量 （1）确定进给量
按加工要求确定进给量：查《指导书》，f?0.43~0.53mm/r，
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l?30?1.67?3d18，取系数为0.5,则：
f?(0.43~0.53)?0.5?(0.215~0.265)mm/r
按钻头强度选择: 取钻头允许进给量为：f?2.0mm/r； 按机床进给机构强度选择：查得，机床进给机构允许轴向力为8829N时，进给量为f?0.81mm/r。
以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值
为：0.215~0.265mm/r。取最终选择进给量f?0.22mm/r。
由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻
穿时停止自动进给而改为手动进给。
由表查出,钻孔时轴向力Ff=2500N，轴向力修正系数为1.0，故
Ff=2500N。根据Z525立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为8829N﹥Ff，故所选进给量可用。
（2）确定钻头磨钝标准及寿命
后刀面最大磨损限度为0.6mm，寿命T?45min． （3）切削速度
查表，切削速度计算公式为：
cvd0vc?mxTapfzvvyvkv （m/min）
其中，Cv?9.5，d0?18mm，zv?0.25，m?0.125，ap?9，xv?0，
yv?0.55，f?0.22，查得修正系数：kv?1.0，klv?0.85，ktv?1.0，故
T实际的切削速度：
9.5?180.25vc?0.125?0.85?9.5m/min0.5560?1?0.22
（4）检验机床扭矩及功率
查表，当f≤0.26, do≤19mm时，Mt=31.78N?m，修正系数均为
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1.0，故MC=31.78 N?m。
查机床使用说明书：Mm =144.2 N?m。 查表得,钻头消耗功率：Pc=1.3kw。
查机床使用说明书，PE?2.8?0.81?2.26kw。 由于Mc?Mm，PC?PE，故切削用量可用，即：
f?0.22mm/r，n?nc?272r/min，vc?15.4m/min
3、计算工时
tm?L30?8??0.64min=38.4s nf272?0.224、扩孔至Φ19.8
查表得，扩孔进给量为：f?0.7~0.8mm/r，并由机床使用说明书最终选定进给量为：f?0.81mm/r。
根据资料，切削速度 v?0.4v钻，其中v钻为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故：v?0.4?9.5?3.8m/min，
ns?1000?3.8?61.1r/min19.8??，根据机床使用说明书选取：
nw?97r/min。
基本工时： t?5、总工时：
T=38.4s+28.8s=67.2s
工序05 粗镗Φ50孔，以D1为定位基准。
机床：T60卧式镗床
L?y??30?8??0.48min=28.8s
97?0.8197?0.81?2.5mm单边余量 Z?2.5mm,可一次切除，则 ap。根据《简明手册》4.2-20查得，取 f?0.52mm/r。取：n?200r/min。
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计算切削基本工时：
tm?L12?2?1??0.13min=7.8s fm200?0.52工序06 铣斜肩，以D1和T2为定位基准。
刀具：硬质合金三面刃铣刀 机床：X51立式铣床
由表查得：dw?63mm，Z?16。取：fz?0.10mm/z,因此：
ns?1000v?dw?1000?27?136r/min??63
现采用X51立式铣床，取：nw?100r/min，故实际切削速度为：
v??dwnw1000???63?1001000?19.8m/min
当nw?300r/min时，工作台每分钟进给量应为：
fm?fz?Z?nw?0.10?16?100?160mm/min mm/min取：fm?165。
计算切削基本工时：
L?l?y???12.5?25?37.5mm
因此：tm?L37.5??0.227min=13.6s fm165工序07 精铣Φ20下端面，以T2为基准。
刀具：YG6硬质合金端铣刀； 机床：X51立式铣床；
取进给量为：fz?0.5~1.0mm/min，取为0.5mm/r
参考有关手册，确定v?124m/min，采用YG6硬质合金端铣刀，
dw?125mm,z?12，则：
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ns?1000v?dw?1000?124?316r/min??125
现采用X51立式铣床，取nw?300r/min，故实际切削速度：
当
v??dwnw1000???125?3001000时
，
?117.75m/min
作
台
每
分
钟
进
给
量
：
nw?300r/min工
fm?fz?z?nw?0.5?12?300?1800mm/min，取为980mm/min
本工序切削时间为：
t?2tm?2l176?125?2??0.62min=37.2s
980fm工序08 精铣Φ20上端面，以T1为基准。
切削用量同工序07 精铣时y???d0?125mm
基本工时：tm?l176?125??0.31min=18.6s
980fm工序09 粗铰、精铰Φ20孔，以T2和Φ32外圆为基准。
（1）粗铰至?19.94mm 刀具：专用铰刀 机床：Z525立式钻床
?根据有关手册的规定，铰刀的进给量为fz0.8～1.2mm/z,进给
量取fz?0.81mm/r，机床主轴转速取为nw=140r/min，则其切削速度为：
v?n?d?8.77m/min。
机动时切削工时，l?30?8=38mm，
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tm?3838??0.34minnw?f140?0.81
(2) 精铰至?20mm 刀具：dw?20mm 机床：Z525立式钻床
根据有关手册的规定，铰刀的进给量取f?0.48mm/r，机床主轴转速取为：nw=140r/min，则其切削速度为：v?n?d?8.8m/min 机动时切削工时，l?30?8=38mm
tm?3838??0.57min=34.2s nw?f140?0.48工序10 精铣Φ50端面，以D1为基准。
机床：X51立式铣床
刀具：硬质合金立铣刀（镶齿螺旋形刀片），由表查得：
v?0.45m/s，d?40,z?6,fz?0.08mm/min,即27m/min，因此，
ns?1000v?dw?1000?27?214r/min??40。现采用X51立式铣床，取
nw?210r/min，工作台每分钟进给量
fm应为：
fm?fz?z?nw?0.08?6?210?100.8mm/min，
查机床使用说明书，取 fm?100mm/min。
铣削基本工时：
tm?72?12?0.84min100
2tm?0.84?2?1.68min=100.8s
工序11 半精镗Φ50孔，以D1做定位基准。
?1.0mm单边余量z?1.0mm,可一次切除，则 ap。
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5方案综合评价与结论
由于该拨叉零件形状不规则，加工面分散，要适应大批生产，就必须采用自动机床或专用机床配以专用夹具。所以我设计了这个CA6140拨叉专用夹具来实现对拨叉的夹紧。
由于该专用夹具的定位精度高，因此在使用夹具后,可以不必在加工前划线,而能正确、快速地将工件安装(定位和夹紧)到相对于刀具所需要加工位置,因而既可简化加工手续,又可大大缩短机械加工单件的时间,提高了劳动生产效率;可以避免工人在定位时所产生的误差,稳定地保证加工精度,使工件能够互换;可以降低对工人技术水平的要求。因为夹具是专用夹具,且其采用了偏心轮夹紧机构，所以它使用起来非常方便，操作简便，对技术要求低，能提高生产效率，故适用于批量生产。
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6体会与展望
通过这次课程设计，使得我能将所学到的理论知识与生产实践相结合，得到解决问题和分析问题能力的初步培养，也为以后搞好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练。
在课程设计中，我掌握了制定工艺规程的基本方法。能综合运用机械制造技术基础和其他课程的基本理论和方法，正确的制定一个零件的机械加工工艺规程。
学会了设计专用夹具的初步知识，并且提高了结构设计能力。在设计过程中能够比较熟练的运用工艺计算方法，正确的进行工艺计算，如工艺参数、切削力、切削功率、切削速度、定位误差、夹紧力等。
同时，在设计过程中，使得自己查阅资料的能力有了提高，能熟练的、正确的使用各种参考资料。
在整个课程设计过程中，锻炼了自己独立思考问题，独立工作的能力。
辽宁工程技术大学课程设计 27
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