机械制造技术基础 拨叉课程设计

一、零件的工艺分析及生产类型的确定 ................................... 1 1、零件的作用 ...................................................... 1 2、零件的工艺分析 .................................................. 1 3、零件的生产类型 .................................................. 2 二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图 ............................... 2 1、选择毛坯 ........................................................ 2 2、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差 ................................ 2 三、选择加工方法，制定工艺路线 ....................................... 4 2、零件表面加工方法的选择 .......................................... 5 3、制订工艺路线 .................................................... 5 四、工序设计 ......................................................... 8 1、选择加工设备与工艺装备 .......................................... 8 2、确定工序尺寸 ................................................... 10 五、确定切削用量及基本时间 .......................................... 11 1、工序10切削用量及基本时间的确定。 .............................. 11 2、工序20切削用量及基本时间的确定。 .............................. 13 3、定位方案 ....................................................... 16 六、参考文献 ........................................................ 16 七、 总 结 ......................................................... 17

一、零件的工艺分析及生产类型的确定

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

0.021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220孔与0.5操纵机构相连，下方的550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：

0.021 1）以220为中心的加工表面

0.021 这一组加工表面包括：220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

0.5550为中心的加工表面

0.5 这一组加工表面包括：550孔的内表面，以及其上下两个台阶面。

0.50.021 这两组表面有一定的位置度要求,即550的孔上下两个端面与220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 6414-1999）》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

0.021220,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。

9）求毛坯基本尺寸 8和M8孔较小，铸成实心；圆筒上顶面单侧加工，应由式求出，即

RFRMACT/2501.52.8/252.9 55孔属于内腔加工，应由式（5-3）求出，即 RF2RMACT/25521.52.8/250.6 拨叉铸件毛坯尺寸公差与加工余量见下表

表 拨叉铸件毛坯尺寸公差与加工余量

8项目 0.021圆筒上顶面 55孔 220、和40圆柱 0.5730及台阶 M8孔 公差等级CT 加工面基本尺寸 铸件尺寸公差 机械加工余量等级 RMA 毛坯基本尺寸 10 50 F 10 55 F -- -- -- -- -- 0 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 0.5730厚30 40

3、设计毛坯图

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限制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限制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。

0.51）550内孔 公差等级为IT13，表面粗糙度为m，需粗镗、半精镗。 0.52）730台阶孔 公差等级为IT13，表面粗糙度为m，需粗镗。

3）40端面 为未注公差尺寸，表面粗糙度为m，需粗车、半精车

0.0214）220内孔 公差等级为IT7，表面粗糙度为m，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

0.021工序10 钻、扩、粗铰、精铰两孔220

工序20 粗车、半精车40端面

0.5工序30 粗镗、半精镗孔550 0.5工序40 粗镗台阶面730

工序50 钻锥孔φ8及M8底孔 工序60 攻螺纹M8

0.021工序70 磨拨叉圆柱端面，对孔220垂直度

工序80 铣断使之为两个零件

0.021工序90 校正拨叉脚端面，对孔220垂直度

工序100 拨叉脚局部淬火，硬度50HRC，淬深工序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40端面

0.021工序20 钻、扩、粗铰、精铰两孔220 0.5工序30 粗镗、半精镗孔550 0.5工序40 粗镗台阶面730

工序50 钻锥孔φ8及M8底孔 工序60 攻螺纹M8

0.021工序70 磨拨叉圆柱端面，对孔220垂直度

工序80 铣断使之为两个零件

0.021工序90 校正拨叉脚端面，对孔220垂直度

工序100 拨叉脚局部淬火，硬度50HRC，淬深工序110 去毛刺 工序 120 清洗 工序130 终检 3）、工艺方案比较分析:

0.0210.021 上述两方案:方案一是先加工内孔220, 再以220孔为基准加工顶面，然后加工0.50.50.021550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220和550内孔.由0.50.021方案一可见220孔为基准加工顶面，精度易于保证,但加工730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40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40上端面，以40下底面为粗基准

0.021工序20 钻、扩、粗铰、精铰两孔220 ，以40上端面为精基准 0.5工序30 粗镗、半精镗孔550，以40上端面为精基准 0.5工序40 粗镗台阶面730，以40上端面为精基准

工序50 钻锥孔φ8及M8底孔，以40上端面为精基准 工序60 攻螺纹M8

0.0210.021工序70 磨拨叉圆柱端面，对孔220垂直度，以220孔轴线为基准 0.021工序80 铣断使之为两个零件，以220孔轴线为基准

0.0210.021工序90 校正拨叉脚端面，对孔220垂直度，以220孔轴线为基准

工序100 拨叉脚局部淬火，硬度50HRC，淬深工序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。

工加工面尺寸 序 10 车上顶面保证尺寸50mm 0.02120 1、钻孔220至20 0.0212、扩孔220至21.8 0.0213、粗铰孔220至0.021 21.94，精铰孔220达要尺寸精度 量具 读数值，测量范围0-125，三角游标卡尺 分度值，测量量程10-50，内径千分尺 分度值，测量量程10-50，内径千分尺 分度值，测量量程10-50，内径千分尺 求 0.530 车内孔550至图样要求 0.5车上下台阶孔730保证尺 读数值，测量范围0-125，三角游标卡尺 40 读数值，测量范围0-125，三角游标卡尺 读数值，测量范围0-125，三角游标卡尺 读数值，测量范围0-125，三角游标卡尺 螺纹直径8，粗牙，螺纹塞规 垂直度测量仪 读数值，测量范围0-125，三角游标卡尺 垂直度测量仪 寸 50 1、钻孔8 2、钻螺纹孔M8的底孔6.6 60 攻螺纹孔M8 磨拨叉圆柱端面，对孔70 220.0210垂直度 垂直度 硬度计 80 铣断使之为两个零件 校正拨叉脚端面，对孔90 220.0210拨叉脚局部淬火，硬度100 50HRC，淬深

2、确定工序尺寸

3、 工序双（单）边余量 加工表面 粗 车上顶面保证尺寸（单） 1（单） 50mm 1、钻孔0.021220至公序尺寸及公差 粗 半精 精 粗 表面粗糙度 半精 精 半精 精 51 50 10 20 20 2、扩孔0.021220至 21.8 21.8 3、粗铰孔0.021220至21.94，精铰孔0.021220达 21.94 2200.021 要求 2、车内孔0.5550至 53.9 55 图样要求 3、车上下23 73 台阶孔0.5730保证尺寸

五、确定切削用量及基本时间

切削用量包括背吃刀量ap、进给量f和切削速度v。确定顺序是先确定ap、f，再确定v。

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40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40圆柱端面时

a、确定背吃刀量ap 粗车单边余量为，则ap=

b、确定进给量f 根据参考文献，在粗车铸铁、刀杆尺寸为BXH=20mmX30mm、ap3mm， 工件直径为40mm时，f0.40.5,选择f0.42

c、确定切削速度v 根据参考文献1，当用YG6硬质合金刀切削灰铸铁，ap=，f0.42时，切削速度v101m/min。

ns1000v1000101804r/min d040查参考文献，车床C630接近转速为750r/min,取ns750r/min

故实际的切削速度vcd0ns100040750100094.2m/min

2）半精车40圆柱端面时

a、确定背吃刀量ap 粗车单边余量为1mm，则ap=1mm

b、确定进给量f 根据参考文献，在半精车铸铁、表面粗糙度Ra=、刀尖圆弧半径1mm时，f0.250.40,选择f0.30

c、确定切削速度v 根据参考文献，当用YG6硬质合金刀切削灰铸铁，ap=1mm，f0.30时，切削速度v114m/min。

ns1000v1000114907r/min d040查参考文献，车床C630接近转速为945r/min,取ns945r/min

故实际的切削速度vc（2）基本时间

1）确定粗车40圆柱端面的基本时间。车端面基本时间

TjLi fnd0ns1000409451000118.7m/min

apdLl1l2l3,l1(2~3),k900,l12,l20,l30,2tank式中，

f0.42,n750r/min,i1则 T=2×（20+2）÷÷750×60=″

2）确定半精车40圆柱端面的基本时间。车端面基本时间

TjLi fn式中，

Lapdl1l2l3,l1(2~3),k900,l12,l20,l30,2tank

f0.30,n945r/min,i1则 Tj2=2×22×60÷÷945＝″

3)确定辅助时间

辅助时间大约为粗车的1'22''和半精车的1'37'' 。

4)工序工时 总工序时间为

TjTj1Tj2T辅8.4\"9.4\"1'22''1'37''3'17\"

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220.021。已知加工材料为HT200，机床为C630，0工位夹具为专用车床夹具。 1）钻孔

0.021220至20时

a、确定背吃刀量ap根据参考文献【1】表5-42查得钻头直径应该选用20，则ap=10mm b、确定进给量f 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

d016~20mm，f0.700.86,选择f0.80

c、确定切削速度v 根据参考文献，当用硬质合金钻头钻削灰铸铁，d08~20mm时，切削速度v50~70m/min，取切削速度v70m/min。

ns1000v1000701115r/min d020查参考文献【1】表5-56，车床C630转速最高为945r/min,取ns945r/min

故实际的切削速度

vc2）扩孔

d0ns100020945100059.3m/min

0.021220至21.8时

a、确定背吃刀量ap 扩孔双边余量为，则ap=

b、确定进给量f 根据参考文献，在高速钢和硬质合金扩孔，扩孔钻直径d020~25mm，

f1.01.2,选择f1.0

c、确定切削速度v 根据参考文献扩钻与扩孔的切削用量，切削速度vc(1/2~1/3)v钻，取切削速度v35m/min。

ns1000v100035511r/min d021.8查参考文献，车床C630转速最高为478r/min,取ns478r/min

故实际的切削速度

vc3）粗铰孔

d0ns100021.8478100032.7m/min

0.021220至21.94

a、确定背吃刀量ap 铰孔双边余量为，则ap=

b、确定进给量f 根据参考文献【1】表5-136，在硬质合金铰刀铰孔，铰刀直径

d010~25mm，背吃刀量ap0.06~0.15时，f0.3~0.5,选择f0.4

c、确定切削速度v 根据参考文献，在硬质合金铰刀铰孔，铰刀直径d010~25mm，

v8~12,选择v10。

ns1000v100010145r/min d021.94查参考文献，车床C630转速最高为149r/min,取ns149r/min

故实际的切削速度

vcd0ns100021.9414910000.02122010.3m/min

4）精铰孔

0.021220至

a、确定背吃刀量ap 铰孔双边余量为，则ap=

b、确定进给量f 根据参考文献【1】表5-136，在硬质合金铰刀铰孔，铰刀直径

d010~25mm，背吃刀量ap0.03~0.06时，f0.2~0.3,选择f0.25

c、确定切削速度v 根据参考文献，在硬质合金铰刀铰孔，铰刀直径d010~25mm，

v8~12,选择v10m/min。

ns1000v100010144.7r/min d022查参考文献，车床C630转速最高为149r/min,取ns149r/min

故实际的切削速度

vcd0ns100022149100010.3m/min

（2）基本时间

1）确定钻孔

0.021220至20的基本时间。根据参考文献，钻孔和钻中心孔的基本时间

TjLll1l2 fnfn式中，l50mm,l1Dcotk(1~2),l20,k450 2则 Tj1=2×62×60÷÷945=″

2）确定扩孔本时间

TjLll1l2 fnfn0.021220至21.8的基本时间。根据参考文献，扩钻、扩孔和铰圆柱孔的基

式中，l50mm,l1Dd1cotk(1~2),l20,k450 2则 Tj2=×60÷÷478=″

3）确定粗铰孔的基本时间

TjLll1l2 fnfn0.021220至21.94的基本时间。根据参考文献，扩钻、扩孔和铰圆柱孔

式中，l50mm,l1Dd1cotk(1~2),l20,k450 2则 Tj3=×60÷÷149=″

4）确定精铰孔孔的基本时间

TjLll1l2 fnfn0.021220至

0.021220的基本时间。根据参考文献，扩钻、扩孔和铰圆柱

式中，l50mm,l1则

Dd1cotk(1~2),l20,k450 2 Tj4=×60÷÷149=″

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1'24''、扩孔的2'40''、粗铰孔的8'10''和精铰孔的1'20'' 。

6)工序工时 总工序时间为

Tj=Tj1+Tj2+Tj3+Tj4+T辅=″＋″＋″＋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40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，限制3个自由度，另外固定V形块限制2个自由度，活动V形块限制1个自由度。共限制六个自由度。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：

0.021 工件以下底面及两个220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，限制3个自由度，另外一个短圆柱销限制2个自由度，菱形销限制1个自由度。共限制六个自由度。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。

0.021 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220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40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