(完整版)机械制造基础毕业课程设计

课程设计说明书

系别机电工程系

专业机械设计制造及其自动化

方向机电一体化

课程名称《制造技术基础课程设计》

姓名张森

指导教师

题目名称 CA6140车床拨叉

设计时间 2011年3-6月

2011 年 5 月日

目录

一、序言 (1)

二、零件的工艺分析及生产类型的确定 (2)

三、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图 (4)

四、选择加工方法，制定工艺路线 (8)

五、工序设计 (10)

六、确定切削用量及基本时间 (12)

七、专用机床夹具设计 (15)

八、设计心得 (17)

九、参考文献 (18)

十、附图 (19)

序言

一、序言

机械制造技术基础课程设计在学完了机械制造基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一次实践性教学环节。这次课程程设计是我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好基础。

由于能力有限，经验不足，设计中还有血多不足之处，希望各位老师多加指教。

二、零件的工艺分析及生产类型的确定

1.零件的作用

本次设计所给的零件是CA6140车床变速齿轮拨叉，用于双联变换齿轮的啮合，输出不同的转速，已达到变速的目的。该拨叉应用在CA6140车船的变速箱变速机构中机构中。拨叉头以φ22mm孔套在变速叉轴上，并用销钉经孔与变速叉轴联结，拨叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑动，拨叉脚拨动双联变换齿轮在花键轴上滑动以改换转速，从而改变车床的主轴转度。

该拨叉在改换转速时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够的强度、刚度和韧性，以适应拨叉的工作条件。该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面、叉轴孔mm（H7）和锁销孔φ8mm，在设计工艺规程时应重点予以保证。

图1-1 拨叉零件图

2.零件的技术要求

CA6140车床拨叉技术要求表1-1

该拨叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。为实现变速的功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理，硬度为48~58HRC；为保证拨叉调速时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔的垂直度要求为0.05mm，其自身的平面度为0.08mm。为保证拨叉在叉轴上有准确的位置，调速位准确，拨叉采用锁销定位。锁销孔的尺寸为φ8mm。

综上所述，该拨叉件的各项技术要求制定较合理，符合该零件在变速箱中的功用。

3.零件的工艺分析

CA6140车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：

①以φ22mm孔为中心的加工表面

这一组加工表面包括：φ25H7mm的孔，以及φ40mm的圆柱两端面，其中主要加工表面为φ22H7mm通孔。

②以φ73mm和φ55mm孔为中心的加工表面

这一组加工表面包括：φ73H12的孔，φ55H12的孔，以及φ73H12的两个端面。主要是φ73H12和φ55H12的孔。

③以M8螺纹孔为中心的加工表面。

这一组加工表面包括：M8的螺纹孔。

主要加工表面为M22×1.5螺纹孔。

这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：

（1）Φ40孔端面与φ22H7孔垂直度公差为0.05mm.。

（2）Φ55H12的孔与φ22H7的孔垂直度公差为0.07mm。

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。

④以圆柱销孔φ8H7为中心的加工表面。

4.确定零件的生产类型

零件的年产纲领可按下式计算

N——零件的生产纲领（件年）

Q——产品的年产量（台、辆年）

M——每台（辆）产品中该零件的数量（件台、辆）

a%——备品率，一般取2%~4%

b%——废品率，一般取0.3%~0.7%

N=8500台年1件台（1+3%）（1+0.5%）=8799件年

拨叉重量为1.0Kg，查表1-2知，拨叉属轻型零件；由表1-3知，该拨叉的生产类型为

大批生产。

表1-2 不同机械产品的零件质量型别

表1-3机械加工零件生产类型的划分

表2-3机械加工零件生产类型的划分

三、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图

1.选择毛坯

该零件材料为HT200。该拨叉在工作过程中要承受冲击载荷，为增强拨叉的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用铸件。该拨叉的轮廓尺寸不大，且生产类型为大批生产，为提高生产率和铸件精度，宜采用金属模机器造型。毛坯的拔模斜度为5度。

2.确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差

①铸件基本尺寸机械加工前的毛坯铸件的尺寸，包括必要的机械加工余量。

求最大轮廓尺寸根据零件图计算轮廓尺寸，长80mm，宽73mm，高50mm，故最大轮廓尺寸为80mm。

此零件的加工方法为金属型铸造，根据表2-1可以确定毛坯的加工余量等级为F,因此可通过表2-2确定铸件机加工余量（RMA）对所有加工表面取同一个数值，由表2-8（4）查最大轮廓尺寸为80mm、机械加工余量等级为F级，得RMA数值为1mm，查表2-3可得到毛坯的公差等级为CT8。Φ8的销孔和M10的螺纹孔由于孔太小，铸成实心。Φ40的圆柱面不需要机加工。

②确定毛坯尺寸，如图2-1和表2-4所示。

表2-1毛坯铸件典型的机械加工余量等级

表2-2 要求的铸件机械加工余量（RMA）mm

表2-3 大批量生产的毛坯铸件的公差等级通过以上各表个以下三个表达式可得出拨叉毛坯尺寸如表2-4。

单侧作机加工R=F+RMA+CT2

圆柱形或双侧作机加工R=F+2RMA+CT2

内腔作机加工R=F-2RMA-CT2

表2-4拨叉毛坯尺寸公差及加工余量mm

图2-1

③铸件质量根据零件的成品质量1Kg，估算为=2.6Kg。

④绘制毛坯图，如图2-2所示。

图2-2

四、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φ22孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承，限制5个自由度。φ40的一个端面作主要定位面，达到完全定位,然后进行加工。

②精基准的选择。

主要应该考虑基准重合的问题，选用φ22

的孔和一个端面作为精基准。

2.零件表面加工方法的选择

本零件的加工加工面有内圆、内孔、端面、销孔，螺纹孔等，材料为HT200。

以及公差等级和表面粗糙度要求，参考相关资料，其加工法选择如下。

需进行钻扩拉。

②φ40圆柱的两个端面，50mm，未标注公差尺寸，公差等级IT7，表面粗糙

度Ra3.2μm，需进行粗洗半精洗洗。

③φ55的拨叉脚小内表面，公差等级IT9，表面粗糙度Ra3.2μm，需进行粗

镗半精镗。

④φ7拨叉脚大内表面，公差等级IT12，表面粗糙度Ra6.3μm，需进行粗镗。

⑤φ8mm销孔，公差等级IT7，表面粗糙度Ra1.6μm，需进行钻粗铰。

⑥拨叉脚左端面25mm，未标注公差尺寸，公差等级IT7，表面粗糙度Ra3.2

μm，需进行粗洗半精洗洗。

⑦拨叉脚右端面，公差等级IT7，表面粗糙度Ra3.2μm需进行粗洗半精洗洗。

⑧拨叉脚端面，公差等级IT7，表面粗糙度Ra6.3μm需进行粗洗洗。

⑨螺纹孔M8，公差等级IT8，表面粗糙度Ra3.2μm，需进行钻铰，丝锥攻内

螺纹。

3.制定工艺路线

工序一对铸件进行退火处理。

工序二初检，检查毛坯是否存在缺陷。

工序三以φ40外圆为粗基准，粗铣、半精洗和精铣φ22孔上端面，并且保证上端面与φ22孔的轴线垂直度为0.05mm。

工序四以φ22孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰φ22孔,孔的精度达到IT7。

工序五以φ22孔为精基准，粗铣、精铣φ73孔上下表面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.07mm。

工序六以φ22孔为精基准，粗铣、精铣φ55孔上下表面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.07mm。

工序七以φ22孔为精基准，粗铣φ73孔，保证空的精度达到IT12。

工序八以φ22孔为精基准，粗铣半精铣φ55孔，保证空的精度达到IT12。

工序九以拨叉头端面孔为精基准，钻φ8孔（装配时钻铰锥孔）。

工序十以拨叉头两端面为精基准，钻φ6孔，攻M8螺纹。

工序十一把产品切开。

工序十二对拨叉脚进行热处理——拨叉脚两端面局部淬火。

工序十三对切断的拨叉脚进行磨削。

工序十四钳工去毛刺。

工序十五清洗

工序十六终检，按零件图样要求全面检查。

五、工序设计

1.选择加工设备与工艺装备

⑴选择机床根据不同的工序选择机床

①工序二、三、五、十二、十三是粗铣和精铣。各工序工步不多，大批量批生产，故选用立式铣床就能满足要求。本零件外廓尺寸不大，精度要求一般，则选用常用的X51立式铣床。

②工序四、十四、十五是钻扩铰。选用四面组合钻床。

③工序六、七、八、九、十、十一是粗铣和精铣。各工序工步不多，大批量生产，故选用双面卧式车床。

④工序十二、十三是粗镗和精镗。各工序工步不多，大批量生产，故选用立式镗床。

⑵选择家具本零件所有工序均使用专用夹具。

⑶选择刀具根据不同的工序选择刀具。

①再铣床上的加工工序，一般采用硬质合金铣刀。采用YT类硬质合金，粗加工用YT15,半精加工用YT15，精加工用YT30。零件要求铣切深度为10mm，铣刀直径应为40～80mm。

②在钻床上的加工工工序，钻φ8孔和钻φ6孔，由于在圆柱面上钻孔，则选用复合钻钻孔，钻φ22的选用麻花钻来完成。

③为了保证一些重要表面的精度，要在镗床上完成一些镗削，选用一些镗刀。

④为了保证φ22孔的精度，还要选用相应的扩孔钻和铰孔钻来完成。

⑤要对φ6的孔攻内螺纹，选用相应的丝锥。

⑵选择量具本零件属于大批量生产，一般情况下选用量规和一些高生产率的专用检具。根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，选择如下。

①选择各端面测量工具，选用游标卡尺。

②选用各内圆表面测量工具，选用专用量规。

③选用加工孔量具。φmm孔经钻、扩、铰、精铰。

i.钻φ22mm孔选用度数值为0.01mm、测量范围5～30mm的内径千分尺。

ii.扩孔φ22mm孔，可选用读数值0.01mm、测量范围18～35mm的内径百分表。iii.铰φ22mm孔，可选用读数值0.01mm、测量范围18～35mm的内径百分表。

iv.精铰φ22mm孔，由于孔的精度要求较高，加工是每个工件都要进行测量，故宜选用极限量规。根据孔径选用锥柄圆柱塞规。

④加工φ8mm和φ6mm孔。经过钻得到。

i.钻φ8mm和φ6mm孔选用度数值为0.01mm、测量范围5～30mm的内径千分尺。

2.确定工序尺寸

⑵确定φ22mm孔的工序尺寸如表4-1

表4-1

mm

工序四——钻--扩--粗铰--精铰φ22mm孔

由表可查得，精铰余量=0.06mm；粗铰余量=0.14mm；扩孔余量=1.80mm；钻孔余量=20mm。查表可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为，精铰：IT7；粗铰：IT 10；扩：IT12；钻：IT 13。根据上述结果，再查标准公差数值表可确定各工步的公差值

分别为，精铰：0.021mm；粗铰：0．084mm；扩：0.21mm钻：0.33mm。

综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，精铰：mm；粗铰：mm；扩孔：mm；钻孔：mm，它们的相互关系如图4-1。

图4-1

六、确定切削用量及基本时间

2.工序四的切削用量及基本时间的确定

⑴切削用量本工序为孔加工。已知加工材料为HT200，=200MPa，硬度241～285HBS；所选机床为立式钻床Z525，工件卡在两块V型块之间。

①钻孔工步 ,取=20mm，选取该工步的没转进给量f=0.225rmm，切削速度=18 mmin，由公式可求得该工序钻头转速为n=286.62rmin，查表所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=392rmin。再将此转速代入公式，可求出该工序的实际钻削速度v＝nπd1000＝392×π×201000＝24.6mmin。

②扩孔工步，取=1.8mm，选取该工步的没转进给量f=0.6rmm，切削速度=10mmin，由公式可求得该工序钻头转速为n=140.09rmin，查表所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=195rmin。再将此转速代入公式，可求出该工序的实际钻削速度v＝n πd1000＝195×π×21.81000＝13.4mmin。

③粗铰工步，取=0.14mm，选取该工步的没转进给量f=1.0rmm，切削速度=8mmin，由公式可求得该工序钻头转速为n=116.12rmin，查表所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=140rmin。再将此转速代入公式，可求出该工序的实际钻削速度v＝n πd1000＝140×π×21.81000＝9.6mmin。

④精铰工步，取=0.06mm，选取该工步的没转进给量f=1.2rmm，切削速度=9mmin，由公式可求得该工序钻头转速为n=130rmin，查表所列Z525型立式钻床的主轴转速，

取转速n=140rmin。再将此转速代入公式，可求出该工序的实际钻削速度v＝nπd1000＝140×π×221000＝9.7mmin。

⑵基本时间

②工序四——钻、扩、粗铰、精铰φ22mm孔

钻孔工步，钻孔的基本时间可由公式求得。式中l＝50mm；＝1mm；==8.3mm；f＝0.225mmr；n＝392rmin。将上述结果

代人公式，则该工序的基本时间＝（50mm＋8.3mm＋1mm）（0．225mmr×392rmin）≈0.67min＝40.2s。

扩孔工步，扩孔的基本时间可由公式求得。式中l＝50mm；＝3mm；

==2.5mm；f＝0.6mmr；n＝195rmin。将上述结果代人公式，则该工序的基本时间＝（50mm＋2.5mm＋3mm）（0．6mmr×195rmin）≈0.47min＝28.4s。

粗铰工步，铰圆柱孔的基本时间可由公式求得。式中l＝50mm；===0.07mm，＝

13mm；==2.3mm；f＝1.0mmr；n＝

140rmin。将上述结果代人公式，则该工序的基本时间＝（50mm＋2.3mm＋13mm）（1.0mmr×140rmin）≈0.47min＝27.9s。

精铰工步，同上由公式求得。式中l＝50mm；===0.03mm，＝13mm；==2.1mm；f＝1.2mmr；n＝140rmin。将上述结果代人公式，则该工序的基本时间＝（50mm＋2.1mm＋13mm）（1.2mmr×140rmin）≈0.39min＝23.2s。

⑵辅助时间的计算

辅助时间与基本时间之间的关系为=(0.15~0.2)，取=0.15，则各工序的辅助时间分别为：

工序四钻孔工步的辅助时间：=0.15×40.2s＝6.03s；

工序四扩孔工步的辅助时间：=0.15×28.4s＝4.26s；

工序四粗铰工步的辅助时间：＝0.15×27.9s＝4.16s；

工序四精铰工步的辅助时间：＝0.15×23.2s=3.48s；

⑶其他时间的计算

除了作业时间（基本时间与辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于本例中拨叉的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作地时间是作业时间的2％～7％，休息与生理需要时间，是作业时间的2％～4％，本例均取为3％，则各工序的其他时间（＋）可按关系式（3％＋3％）×（＋）计算，它们分别为：

工序四钻孔工步的其他时间：＋＝6％×（40.2s＋6.03s）＝2.78s；

工序四扩孔工步的其他时间：＋＝6％×（28.4s＋4.26s）＝1.96s；

工序四粗铰工步的其他时间：＋＝6％×（27.9s＋4.16s）＝1.92s；

工序四精铰工步的其他时间：＋＝6％×（23.2s＋3.48s）＝1.6s；

⑷单件时间的计算

工序四的单件时间为四个工步单件时间的和，其中

钻孔工步＝40.2s＋6.03s＋2.78s＝49.01s；

扩孔工步＝28.4s＋4.26s＋1.96s＝34.62s；

粗铰工步=27.9s＋4.16s＋1.92s＝33.98s；

精铰工步＝23.2s＋3.48s＋1.6s=28.28s；

因此，工序四的单件时间=++=49.01s十34.62s＋33.98s+28.28s＝145.89s。

将上述零件工艺规程设计的结果，填入工艺文件。

七、专用机床夹具设计

本夹具是为工序四钻φ22mm孔设计的夹具。为了提高生产效率本工序在立式钻床上加工一个φ22mm的孔。所设计的夹具装配图及工序见图如图6-1所示。有关说明如下。

⑴定位方案工件以第三道工序加工完以后的端面和φ40mm的圆柱面为定位基准，采用两块长条形支撑板(B16160JBT8029.1-1999)和V（A420 JBT8018.4-1999）查表6-1型块组合的定位方案，其中支撑板限制三个自由度，V型块限制两个自由度。

⑵夹紧机构根据生产率要求，运用手动加紧可以满足。采用一位螺旋压板和一位固定压板夹紧机构，通过拧紧加紧螺杆，使可动压板向不动压板移动而压紧工件，实现加紧，有效的提高了工作的效率。压板夹紧力主要作用是防止工件在切削了的作用下所产生的振动。手动螺旋加紧是可靠的，免去夹紧力的计算。

⑶导向装置由于此零件为大批量生产，所以选用如图的快换钻套（20F730 JBT 8045.3-1999），如图6-1。

体地面的平行直线位置的键槽位置中，从而确定钻床夹具相对于机床进给方向的正确位置，并保证定位键的宽度与机床工作台T形槽相匹配的要求，采用四个螺栓把夹具体和工作台固定在一起。

图6-1

⑸夹具体工件的定位元件和夹紧元件有连接座连接起来。

⑹使用说明安装工件时，顺时针转动螺纹丝杠，是压板后撤，把工件装在由两个V型块和支撑板上完成定位，在逆时针转动丝杠是压板前移压紧工件，为了使支撑板与钻头不发生干涉，支撑板防止放置应尽量贴紧两块压板并且支撑板之间的距离应大于所加工孔的直径。

⑺结构特点该夹具结构简单，操作方便，适用于建工精度不太高的场合。夹具

体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一个正确的安装位置，以便进行钻削加工。

表6-1

八、设计心得

为期几周的机械制造工艺学课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，在老师的指导下，得以顺利完成本次课程设计，课程设计作为《机械制造技术基础》课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的兴趣。

本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。

通过此次设计，使我们基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。

机械制造基础这门课程提高了我独立分析问题,解决问题的能力。理论与实践的相结合也培养了实际动手能力.基本掌握了部件零件加工方法和步骤.进一步巩固以前多门课程的知识.通过这次的实践,我基本掌握了机械制造基础中的相关内容,并能熟练查阅机械设计手册和夹具设计手册等相关的资料.此外在建模水平得到了巩固和提高. 熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。熟练运用机械制造技术基础课程中的基本理论以及生产实践、实践中获得的知识，正确解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量，初步具备设计以各种等复杂零件的工艺规程的能力。不过,在一些方面的知识还没有完全掌握,,如夹具设计的细节上还没熟练,但是我相信以后通过自己的努力肯定能学得

更多更好。

总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。

由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正！

九、参考文献

[1] 赵家齐主编机械制造工艺学课程设计指导书。北京：机械工业出版社

[2] 东北重型机械学院，洛阳农业机械学院编机床夹具设计手册上海：上海科学技术出版社，1979

[3] 艾兴，肖诗纲主编切削用量手册北京：机械工业出版社

[4] 金属切削手册上海：上海科学文化技术出版社

[5] 余骏一邹青主编机械制造技术基机械工业出版社

十、附图

三维装配图

二维装配图纸

夹具体零件图

丝杠零件图爆炸图