机械制造工艺学课程设计实例

机械制造工艺学课程设计任务书

设计题目： 拨叉（二）（CA6140）

机械加工工艺规程编制及工装设计（年产量：4,000件）

设计内容： 1.编制机械加工工艺规程，填写工艺文献1套，

绘

制零件毛坯图1张 2.设计夹具1套，绘制夹具装配图和主要结构零

件

图各1张 3.撰写课程设计说明书1份

设计时间：

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前 言

机械制造工艺学课程设计是在我们完成了大学的全部基础课程、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。通过机床加工工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体(如《机械零件设计》、《金属切削机熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！床》、《机械制造工艺》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

设计目的：

机械制造工艺学课程设计,是在学完机械制造工艺学及夹具设计原理课程，经过生产实习取得感性知识后进行的一项教学环节；在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成的一项工程基本训练。同时，也为以后搞好毕业设计打下良好基础。通过课程设计达到以下目的：

1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。

2、通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。通过学生亲手设计夹具的训练，提高结构设计的能力。

3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强学生解决工程实际问题的独立工作能力。

一．零件的分析

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（一）、零件的作用：

题目给定的拨叉（CA6140）位于车床变速机构中，主要起换挡使主轴回转运动按照 工作者的要求进行工作。工作过程：拨叉零件是在传动系统中拨动滑移齿轮，以实现系统调速。转向。其花键孔?25与轴的配合来传递凸轮曲线槽传来的运动。零件的2个交叉头补位与滑移齿轮相配合。

（二）、零件的工艺分析

CA6140车床拨叉（二）共有两个加工表面，它们之间有一定的位置要求。

1、 一花键孔的中心线为基准的加工面

这一组面包括?25H7的六齿方花键孔、?22H2的花键低空及两

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端的2×15°的倒角、距花键孔中心线上方22mm的平面以及距中心线下方15mm的平面。

2、 以工件左端为基准的宽度为18H11的槽

18H11的槽的2个内表面与花键槽的中心线有垂直度公差0.08

二、 工艺规程设计

（一）、确定毛坯的制造形式

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，故选择铸件毛坯。加上工件的年产量为4000件，属于大批量生产，采用金属膜铸造成型。根据《机械加工工艺手册》选择铸件的加工余量等级为7级，底面及侧面浇注确定待加工表面的加工余量为4mm。 （二）、基准的选择

1.粗基准的选择：因为要保证花键的中心线垂直于右端面，所以以Φ

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40的外圆表面作为粗基准。同时也以工件的右端面作为粗基准。 2. 精度基准的选择：为保证定位基准和工序基准重合，以零件的左面C面为精基准。 （三）、制定工艺路线

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。 1. 工艺路线方案一

工序1 粗、精铣工件的左端面（C面） 工序2 扩花键孔孔到?22 工序3 锪倒角花键孔2×15° 工序4 粗、精铣台阶面B面

工序5 钻孔2×M8，攻螺纹，钻?5锥孔

工序6 粗、精铣宽度为18的槽和槽的上表面的平面 工序7 拉花键 工序8 去毛刺 工序9 终检 2. 工艺路线方案二

工序1 粗、精铣工件的左端面（C面） 工序2 扩花键孔到?22 工序3 锪倒角花键孔2×15°

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工序4 拉花键

工序5 粗、精铣台阶面B面

工序6 粗、精铣宽度为18的槽和槽的上表面的平面 工序7 钻孔2×M8，攻螺纹，钻?5锥孔 工序8 去毛刺 工序9 终检 3. 工艺路线方案三

工序1 粗、精铣工件的左端面（C面） 工序2 扩花键孔到?22 工序3 锪倒角花键孔2×15° 工序4 粗、精铣台阶面B面

工序5 粗、精铣宽度为18的槽和槽的上表面的平面 工序6 钻孔2×M8，攻螺纹，钻?5锥孔 工序7 拉花键 工序8 去毛刺 工序9 终检

工艺方案的比较和选择：方案二把拉花键放接在扩孔和倒角之后，因为花键孔的精度要求比较高，后面接下来的加工还要用花键孔来作为定位，易破坏拉花键的精度。所以应把拉花键放在最后一道工序，因为它的加工的精度要求比较高，加工是一次完成，不会破坏加工的精度要求。再看方案一和方案三，方案一把钻孔安排在加工好台阶面之后接着进行，之后又还要进行铣槽的工序，为了方面加工和合理安排

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加工顺序，所以还是把铣的部分安排在一起，方便加工。综上考虑，最终选择工艺路线方案三为最终方案。

（四）、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

CA6140车床拨叉：零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛坯重量0.8kg，生产类型大批量，铸造毛坯。 1. 端面（C面）的加工余量

查《简明机械加工工艺手册》（以下简称“简明手册”）表10-6取铣削的加工余量： 粗铣 3mm 精铣 1mm

2. 花键底孔的加工余量

内孔?20先铸出，所以取钻孔的双边加工余量为2mm，单边为1mm 3. B面（台阶面）的加工余量

查《简明手册》表1-22取铣削的加工余量： 粗铣 2mm 精铣 1mm 4. 宽度为18的槽

查《机械加工工艺手册》表3.2-29取铣削的加工余量： 粗铣 3mm（双边余量） 精铣 1mm（双边） 5.拉花键孔

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花键孔按外径定位

查《机械加工工艺手册》表3.2-19取加工余量为2Z=1mm。 6.其他尺寸直接铸造得到 7.毛坯尺寸

考虑到零件的很多表面没有粗糙度要求，不需要加工。从铸造出来即可符合使用要求，因此，只采取75×40的表面加工余量。查《机械加工工艺手册》表3.1-24，确定毛坯的尺寸公差为CT7,表3.1-21查得CT7=1.1mm。相应计算如下：

名义尺寸：80+4=84mm

最大极限尺寸=80+4+CT7=85.1mm 最小极限尺寸=80+4-CT7=82.9mm

具体毛坯尺寸见后附的毛坯图

（五）、确立切削用量及基本工时 确定切削用量及基本工时

工序Ⅰ：铣削端面。本工序采用计算法确定切削用量。 1．

加工条件

工件材料：HT200，查《简明手册》表10-3，取σb=195N/mm2=0.195GPa=195MPa。选取用金属型铸造。 加工要求：粗铣75?40mm右端面，然后精铣此端面。

铣床：查《机械加工工艺手册》表9.1-2，选用X6132A卧式铣床。

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主轴转速30~1500r/min，机床功率9.06kw。最高表面粗糙度可达1.6。 刀具：查《简明手册》表12-21，取刀具材料YG6。查《机械加工工艺手册》表9.2-11选取镶齿套式面铣刀（GB1129-85），刀具直径D=80mm，齿数z=10。Κr=90?。 2．

计算切削用量

⑴粗铣75?40mm右端面

进给量选择：根据《机械加工工艺手册》表9.4-1，工件夹具系统刚度为中等条件，取每齿进给量fz=0.2mm/z。 背吃刀量a=3mm。

p铣削速度：参考《简明手册》表11-28，选取铣削速度为60m/min。 按《机械加工工艺手册》表9.2-11选取d/z=80/10，即铣刀直径80mm，铣刀齿数为10。 由公式n?1000v?d?1000?603.14?80?238r/min。

铣床为8级级数，按机床手册及计算，有n=240r/min这一转速，与理论转速相近，即可选此转速。 实际铣削速度v?n?d1000?240?3.14?801000?60.28m/min。

lw?l1?l2vf查《机械加工工艺手册》表

9.4-31，可知铣削基本时间tm?f，

v其中v为工作台每分钟进给量，

f?fz?z?n?0.2?10?240=480mm/min。

lw为工件铣削部分长度，75mm；

l1为切入行程长度，有公式l1?0.5d??d?ae22???1~3?

?0.580??80?4022??2=7.36mm。

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l2为切出行程长度，82mm。

所以粗铣时基本时间为tm=（75+7.36+82）/480=0.342min=21s。

⑵精铣75?40mm右端面

铣床，刀具的选取同粗铣一致。 背吃刀量a=1mm，

p铣削速度：要求表面粗糙度为Ra=3.2?m,查《机械加工工艺手册》表9.4-3，每转进给量取f=0.8mm/r。

根据《简明手册》表11-28，可取铣削速度v=80m/min。

n?1000v?d?1000?803.14?80?318.47r/min。

查机床手册及计算，取铣床转速为n=320r/min。 实际铣削速度v?n?d1000?320?3.14?801000?80.384m/min。

基本时间计算如粗铣

vf?f?n?0.8?320?256mm/min

lw,l1,l2与粗铣加工相同。

75?7.36?82256?0.64min?39stm?。

工序2 扩孔

选用摇臂钻床z3063，查《简明手册》表14-12，钻速范围20~1600r/min。 钻头材料：高速钢

由《简明手册》表11-10查得每转进给量f=0.8mm/r，

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查表11-12，钻削速度取v=0.35m/s=21m/min

钻扩钻孔时的切削速度v?0.4v由公式n?1000v钻?0.4?21?8.4m/min

?d?1000?8.43.14?22?121.60r/min

按机床选取n=140r/min。 得实际钻削速度v?基本时间t

由《金属切削手册》表7-7有：T其中s分n?d1000?140?3.14?221000?9.7m/min

?(L?0.3d0)/s分

?f?n?0.8?140?112mm/s

L为钻削长度，d0为钻削直径。

T??80?0.3?22?/112?0.7min?47s

工序三 锪倒角

由于此道工序用时较短，一次就可以完成，按经验选取时间为3s.

工序四 粗、精铣上端台阶面 工步1 粗铣

刀具选择：YG 6的 镶齿端面铣刀 机床: 查《机械加工工艺手册》选取

立式铣床 X5020A 功率为：3.79Kw 主轴转速范围为：40-1800 r/min

表9.2-11选取： d/z=80/10 背吃刀量：2mm

查《简明手册》表1-22选取

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进给量取fz=0.25mm/r

铣削速度根据《简明手册》表11-28 选： V=60m/min 由公式n?1000v?d=（1000?60）/（3.14?60）=238 r/min

按机床选取转速为 n=240r/min

所以，实际铣削速度V=nπd/1000=60.29 r/min 基本时间：

由《机械加工工艺手册》表9.4-31 主偏角Kr=90°

f=fz?n?z=600mm/min

mzl1?0.5d0?d2?0a2e+（1~3）=0.（580?80?30）?2?4.9222mm

t=(l?l2?l3)/fmz=(80+4.92+82)/600=0.28min=17s

工步2 精铣 背吃刀量：1mm

查《机械加工工艺手册》表9.4-3选每齿进给量：f查《简明手册》表11-28选 铣削速度 V=75m/min

n?1000vz?0.15mm/z

?d=（1000×75）/(3.14×80)=298r/min

按机床选取转速 n=300r/min

则实际额铣削速度为V= V=nπd/1000=75.36 m/min 基本时间：

f=fz?n?z=0.15×300×10=450 mm/min

mzt=(l1?l2?l3)/f

mz=(80+4.92+82)/450=23s

工序五 铣槽

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工步1 粗铣

机床还是选用上面所用型号的铣床 查《机械加工工艺手册》表3.2-29 粗铣的背吃刀量 ap?1.5mm（单边）

按《机械加工工艺手册》表9.2-2选取 直柄立铣刀 d/z=16/3 铣刀每齿进给量f=0.16mm/z

z刀具材料选用 ：高速钢

按《简明手册》选取铣削速度V=18m/min

n?1000v?d=(1000×18)/(3.14×16)=358 r/min

按机床选取转速为：n=390r/min 基本时间t： t=(l?l1?l2)/fmz

?(1~2)

根据《机械加工工艺手册》表9.4-31，式子中的l1?0.5dl2?2mm i=

ha l=40mm

p1f=fz?n?z=0.16×3×390=187.2mm/min

mzl=0.5×16+2=10 mm 取l12?2mm， i=2

所以，t=

40?10?2187.2?2?0.56min?34s

工步2 ：精铣 被吃刀量ap2=1mm，双边

选取d/z=18/3，按《机械加工工艺手册》表9.4-3选取fz=0.12mm/z 按《简明手册》表11-28取Vc=25m/min，

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所以n=1000v/?d=1000x25/x18=442.32r/min 选取450r/min

基本时间t t=（l+l1+l2）/fmz

fmz=fz x Z x n=0.12x3x450=162mm/min 所以t=52x2/162=0.64min=39s

?工序六 钻孔2-M8，攻螺纹，钻锥孔 安装1

工步1 ：钻孔2-6.7mm

确定进给量f：根据《机械加工工艺手册》表10·4-1.当HT200的

σb<200MPa，加工此直径孔的f=0.36～0.44mm/r，由于零件在加工

孔后要螺纹，故进给量应乘以0.5，则f=（0.36～0.44）x0.5=0.18～0.22mm/r。查《简明手册》表2-35，选用Z525立式钻床，根据机床选用f=0.22mm/r

切削速度，根据《简明手册》表2-15，得V=19m/min，所以

Ns=1000

根据Z525机床，选用 Nw=960r/min，V=x6.7x960/1000=20.2m/min

切削加工时，l=11mm，查《机械加工工艺手册》10·4-43有，l1=3mm，lf=（dwxcotkr/2）+3=6.35mm （取kr=45°）

则tm1=（l+l1+lf）/Nwf=（11+3+6.35）/960x0.22=0.0964min 以上为一个孔的机动时间，故本工步的机动时间为tm=2xtm1=0.193min

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??v/?dw=1000x19/

x6.7=903r/min

故实际切削速度为

工步2 ：钻孔?4mm

确定进给量f：根据《机械加工工艺手册》表10·4-1.当HT200的σ

b<200MPa，加工此直径孔的f=0.18～0.22mm/r，查《简明手册》表2-35，选用Z525立式钻床，根据机床选用f=0.22mm/r

切削速度，根据《简明手册》表2-15，得V=19m/min，所以

Ns=1000

根据Z525立式钻床，选用 Nw=960r/min，故实际切削速度为V=x4x960/1000=12.1m/min

切削加工时，l=11mm，查《机械加工工艺手册》10·4-43有，l1=3mm，lf=（dwxcotkr/2）+3=5mm （取kr=45°）

所以tm2=（l+l1+lf）/Nwf=（11+3+5）/960x0.22=0.0900min 安装2

工步1 ：M8丝锥攻螺纹2-M8

查《机械加工工艺手册》表16·2-15.得切削速度V=0.1m/s=6m/min，Ns=238r/min

按机床选取Nw=195r/min，则V=x8x195/1000=4.9m/min 机动加工时，l=11mm，l1=3mm，l2=3mm，

??v/?dw=1000x19/

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x4=1512r/min

攻M8孔 tm1=[（l+l1+l2）x2/Nwf]x2=0.349min 工步2 ：铰?5mm锥孔

查表《机械加工工艺手册》16·4-40 得f=0.08mm/r 安Z525立式钻床选取f=0.1mm/r

?

查表《机械加工工艺手册》16·4-41 得V=6m/min，则实际速度V=x5x195/1000=3.06m/min

机动加工时 lw=11mm,lf=3mm------查《机械加工工艺手册》表16·4-43可得。

所以tm= （lw+lf）/Nwf=（3+11）/195x0.1=0.718min 工序七 拉花键

刀具：短形花键拉刀，表8-2《金属切削手册》 据表8-6选取拉刀齿开量 S齿=0.08mm

根据《金属切削手册》拉削速度一般在1-8m/min内。HB=195.6，取V=3m/min即V=0.05m/s

拉削工时t=Zb·l·η·k/1000VfzZ Zb单面余量（25-22）/2=1.5mm L拉削表面长度 80mm Η校准部分长度系数，取1.2 K机床返回行程系数，取1.4 Z拉刀同时工作齿数，取Z=7 表8-7 P拉刀齿距，取P=13 表8-7

t=（1.5x80x1.4x1.2）/（1000x3x0.08x7）=0.12min=8s

最后，将以上各工序切削用量、工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一并填入机械加工工艺过程综合卡片（后附）。

?

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三、夹具设计

（一）、问题的提出

本夹具主要是用来粗、精铣工件的台阶面，这个端面对花键孔的中心线有一定的技术要求。要求对中心线的平行度公差为0.02。端面的粗糙度也有要求，要求为Ra3.2，所以采取一次粗加工再加一次精加工即可得到要求的精度。在本道工序加工时，我们应首先考虑保证台阶面的加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。为此，设计专用夹具。 （二）、夹具设计 1.定位基准的选择

首先考虑台阶面的设计基准为花键孔中心线。而台阶面对花键孔的中心线有平行度要求，所以选择用花键孔中心线定位，再综合考虑，选择工件的左端面也作为定位基准。 2.切削力的计算及夹紧力的计算 刀具：YG 6镶齿端面铣刀 ?80 z=10 查《机械加工工艺手册》得切削力的计算公式： F=

Cf?ap?aXfYff?aw?zWfUfdQf0?n

查表9.4-10得：Cf=7750,Xf=1.0,Yf=0.75,Uf=1.1,Wf=0.2,Qf=1.3

a=0.25mm,aw=30mm,a=2mm.

fp带入数据计算 F=

7750?2?0.250.75?3?100.21.1801.3?240=2591.56（N）

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因为铣削力是水平的，所以 实际的切削力F=2591.56N 但是在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。 安全系数K=K1?K2?K3?K4 其中选取：

K1为基本安全系数1.5 K2为加工安全系数1.1 K3为刀具钝化系数1.1 K4为断续切削系数1.1 所以F修正?K?F

所以F修正= 1.5?1.1?1.1?1.1?2591.56=5174.05(N)

本夹具采用的是斜楔机构夹紧，选楔角=15°查《机床夹具设计手册》表1-2-18，增力比为i=1.93

为克服切削力，实际的夹紧力N应为：

N(f1+f2)= F修正

其中，f1和f2为夹具定位面及加紧面上的摩擦系数，f1=f2=0.25

所以N=5174.05/0.5=10348.1（N）

接触面是一个材料为45号刚的销钉，查《切削手册》表3-5得45的抗拉强度为61（公斤力/毫米2）

锁紧销钉的界面为4?4的一个界面，所以可以计算可以承受的力为： 610N?16=9760(N)

查《机床夹具设计手册》表1-2-18，增力比为i=1.93

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所以实际夹紧力可为：9760?1.93=188836.8（N）

此时夹紧力大雨所需要的夹紧力，故本夹具可以安全工作。 3.定位误差分析

由于轴向尺寸的设计基准与定位基准重合，故轴向尺寸无基准不重合度误差。径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。即不必考虑定位误差，只需保证夹具的定位圆柱销及与其配合的螺纹孔和花键的制造精度和安装精度。 4. 夹具设计及操作说明

采用一面一孔的方式来定位，孔当中用长圆柱销来定位。这样只限制了5个自由度，所以再在工件的侧面加一支承钉，以限制最后一个没有限制的自由度。本道工序的夹紧采用了机械夹紧，也即是采用斜楔机构夹紧，当转动扳手时让定位销钉和槽接触，即可完成锁紧。 夹具体上还装有对刀块，由于采用的是端面铣刀，所以选择了安装直角对刀块；同时，夹具体的底面4个定位键使得整个夹具在机床工作 台上有一个正确的安装位置，有利于加工。 铣床夹具的工装图和夹具体的零件图后附。 .

参考文献

书名 出处 机械工业出版社 机械工业出版社 第 19 页 共 20 页

作者 王先逵 赵家齐 机械制造工艺学 机械制造工艺学课程设计

指导书 简明机械加工工艺手册 机械加工工艺手册第一卷 机床夹具设计手册第二版 上海科学技术出版社 机械工业出版社 上海科学技术出版社 徐胜群 洛阳工学院等三所院校编 金属切削手册第二版 上海科学技术出版社 上海市金属切削技术协会编 机械制图 互换性与技术测量 工程材料

高等教育出版社 中国计量出版社 北京大学出版社 王兰美 莫雨松 丁旭 第 20 页 共 20 页

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/v8jr.html