课程设计说明书(封面及目录)

常 州 机 电 职 业 技 术 学 院

课 程 设 计

课 程

题 目 拨叉的数控加工工艺设计

系 部

班 级

姓 名

学 号

指导老师

设计时间

目录

1 引言………………………………………………………………………………1 2 机械加工工艺设计………………………………………………………………2 2.1 零件图分析…………………………………………………………………2 2.2 基准的选择…………………………………………………………………5 2.3 设备选用……………………………………………………………………5 3 制定加工方案……………………………………………………………………7 3.1 确定工艺方案………………………………………………………………7 3.2 加工刀具……………………………………………………………………8 3.3 数控加工工艺卡片…………………………………………………………9 4 工件定位及装夹…………………………………………………………………10 结论 …………………………………………………………………………………12 致谢 …………………………………………………………………………………13 参考文献 ……………………………………………………………………………14 附表1 机械加工工艺过程卡片……………………………………………………15 附表2 数控加工工序卡片…………………………………………………………16 附表3 数控加工刀具卡片…………………………………………………………17

1 引言

随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。

本文根据数控机床的特点，针对拨叉零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。

2 机械加工工艺设计

2.1零件图的分析

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

0.0210.5

作用。零件上方的220孔与操纵机构相连，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。

拨叉（CA6140车床）共有三处加工表面，其间有一定位置要求。分别如下：

0.0211）、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。

0.5

5502）、以为中心的加工表面

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。这两组表

0.50.021

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。

2.2、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。

2.3、设备选用

工序010为铣平面，可采用X52K立式铣床

工序020采用Z512台式钻床

工序030采用X52K卧式铣床

工序040采用X52K卧式铣床

工序050采用T68卧式镗床

工序060采用Z521钻床

工序070采用X61卧式铣床机床

3 制定加工方案

3.1

确定工艺方案

制定工艺路线的出发点，应当根据零件的几何形状、尺寸精度以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得到保证。在生产纲领已经确定的情况下，可以考虑采用机床配以专用工具卡，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，以便是生产成本尽量下降。查《机械制造工艺设计简明手册》第20页表1.4-7、1.4-8,选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：

1粗、精铣Ф40上端面

2以毛坯底边为基准，钻￠20孔铰孔至 ，保证孔的粗糙度面

0.53镗 550，镗Ф73+0.5

4钻、铰φ8的孔

5以φ22孔为精基准，钻φ7孔 6以φ40上端面为精基准，攻M8螺纹

7以φ22孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为4，使其粗糙度为6.3 8按图样要求检验

3.2 加工刀具

根据加工方案，我将采用以下刀具加工 1 2 3 4 5 6

Ф100面铣刀 Ф20锥柄麻花钻 Ф8直柄麻花钻 Ф7直柄麻花钻 M8机用丝锥 错齿三面刃铣刀

3.3 数控加工工艺卡片

（1）机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸的确定

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。

根据上述原始材料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1、两端通孔Ф22上表面

考虑手工砂型铸件毛坯的表面粗糙度Ra12.5mm,而加工表面的表面粗糙度要求为Ra3.2mm，工序基准尺寸为40mm的要求，故采用粗铣一次，精铣一次，粗铣加工余量2.0mm，（《简明手册》2.2-4尺寸公差等级CT-11，加工余量等级MA-H级），精铣加工余量1.0mm,（《简明手册》2.3-21)。

2、两端Ф22的通孔

考虑到通孔的表面粗糙度Ra1.6mm，公差等级IT7，加工要求很高，故采用钻、扩、粗铰、精铰的工序，根据《简明手册》P64表2.3-8查得如下数据：

精铰加工余量为0.06mm，工序经济精度等级为IT7，表面粗糙度

Ra1.6mm，基本工序为50mm。

粗铰加工余量为0.14mm，工序经济精度等级为IT8，表面粗糙度

Ra3.2mm，基本工序为50mm。

扩孔加工余量为1.8mm，工序经济精度等级为IT11，基本工序为50mm。 3.中间孔Ф55

考虑到中间孔Ф55的表面粗糙度Ra3.2mm，采用粗镗、半精镗的加工工序，根据《简明手册》P64表2.3-8查得如下数据：

半精镗加工余量为2mm，表面粗糙度Ra3.2mm，基本工序为30mm。 粗镗加工余量为2.0mm，表面粗糙度Ra6.4mm，基本工序为30mm。 4.中间孔两端面20-0.021

根据表面粗糙度Ra3.2mm，尺寸精度等级的要求，采用粗铣、精铣的工艺，粗铣的加工余量2.0mm，精铣加工余量为1.0mm，（《简明手册》表2.3-21） （2）确定切削用量及基本工时 工序 Ⅰ： 粗铣两端通孔Ф22上表面

已知毛坯加工余量为2.0mm，毛坯长度方向的最大加工余量为2.0mm，一次加工即可。

根据《实用金属切削加工工艺手册》表10-212，选用YG8硬质合金刀，根据《机械加工工艺手册》表8-14，每齿进给量f=0.18-0.1mm/z。

根据《机械加工工艺手册》表8-23可以直接查出铣削速度：Vc=45-90m/min。取Vc=60m/min。则

ns=1000v/πD=1000×60／π×50=380r/min

现采用X51立式铣床参数（《机械制造工艺设计简明手册明手册》表4.2-36）取380r/min,故实际切削速度为Vc=60r/min

工作台每分钟进给量fm 应该为

-0.07

fm=0.15×7×380=399mm/min

查机床数据得（见《机械制造工艺手册》表4.2-37）取400m/min 则切削工时：Tm

=L/fm=90/400=0.225min

工序 Ⅱ： 精铣两端通孔Ф22上表面

根据《实用金属切削加工工艺手册》表8-15，毎齿进给量f=0.2-0.3mm/z 根据《工艺手册》表10-230，采用高速钢镶齿三面刃，D=80mm，Z=10 根据

《实用金属切削加工工艺手册》表8-17可以查出v=9-18m/min ， 取v=12m/min，则n=1000v/50π=48r/min

现采用X53T立式铣床参数取n=56r/min，故实际切削速度为 v=πdn/1000=3.14×50×56/1000m/min=14m/min 工作台的每分钟进给量fm=fzn=0.25×10×56=140mm/min 查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-37取fm=160mm/min 切削工时：t=l/fm=90/160=0.56min

工序 Ⅲ： 钻、扩、粗铰、精铰两小端头孔至Ф22 1、扩孔Ф21.8mm

（1）以φ40上平面及φ22孔外表面为基准，选用Z3025摇臂钻床和专用夹具。 （2）加工余量z=0.08mm。

（3）确定进给量，根据《简明手册》表5-6，每齿进给量fz

=0.3mm/z。

（4）根据《实用金属切削加工工艺手册》P1269表，扩孔的切削速度是钻孔的1/2左右，取Vc=40m/min。 （5）主轴转速：

ns1000Vc/dw100040/25.5500r/min,

（6）切削工时：Tm

L/fzn50/0.35000.333min

2、粗铰两头孔φ21.94

（1）选择硬质合金铣刀，其加工余量为z=0.14mm。

（2）确定进给量，根据《实用金属切削加工工艺手册》P1278表，每齿进给量

fz=0.4mm/min,Vc=10m/min。

（3）主轴转速：

ns1000Vc/dw100010/21.94145.08r/min,根据

Z535立式钻床参数《简明手册明手册》表4.2-15取n=150r/min,故实际切削速度为Vc=10.339m/min。 (4)切削工时：Tm

L/fzn50/0.41501.67min。

3、精铰两头孔φ22

（1）选择硬质合金铣刀，其加工余量为z=0.06mm。

（2）确定进给量，根据《实用金属切削加工工艺手册》P1278表，每齿进给量及铣削速度

fz=0.3mm/min,Vc=8m/min。

（3）主轴转速：

ns1000Vc/dw10008/22115.75r/min,根据

Vc=8.294m/min。 (4)切削工时：Tm

Z535

立式钻床参数《简明手册明手册》表4.2-15取n=120r/min,故实际切削速度为

2L/fzn50/0.31201.389min。

工序 Ⅳ： 粗镗Ф55的孔

查《工艺手册》表的毎齿进给量f=0.3-1.0mm/r，取f=0.74mm/r 切削速度根据《工艺手册》查的铣削速度v=40-80m/min 取v=50m/min n=1000v/πD=1000×50/π×54.6=291r/min

根据T68立式钻床参数取n=315r/min, 故实际切削速度为 Vc=πdn/1000=54m/min

切削工时：t=l/nf=30/315×0.74=0.13min 工序 Ⅴ： 半精镗Ф55的孔

查《工艺手册》表的毎齿进给量f=0.2-0.6mm/r，取f=0.37mm/r 切削速度根据《工艺手册》查的铣削速度v=50-80m/min 取v=65m/min n=1000v/πD=1000×65/π×55=376r/min

根据T68立式钻床参数取n=400r/min, 故实际切削速度为 Vc=πdn/1000=69m/min

切削工时：t=l/nf=30/400×0.37=0.2min

工序 Ⅵ： 钻Ф6.9螺纹底孔、Ф8锥销孔、攻M8螺纹 钻Ф6.9的孔、 钻Ф8锥销孔

（1）以φ40上平面及φ22的内孔为基准。

（2）根据《实用金属切削加工工艺手册》P271表，选用直柄短麻花钻（硬质合

金材料）螺纹直径8mm采用D=6.9mm的钻头，螺距P=1。

（3）确定进给量，根据《简明手册》表5-6，每齿进给量及铣削速度

fz=0.1mm/min,Vc=20m/min。

（4）主轴转速：

ns1000Vc/D100020/6.9922.64r/min,根据

Vc=20.81m/min。 （5）切削工时：

T68

立式钻床参数（《简明手册》表4.2-20）取n=960r/min,故实际切削速度为

Tm2(LL1L2/fn)



； 29/0.19600.188min。

Tm2(LL1L2/fn)

240/0.19600.833min

攻丝、精铰Ф8孔

（1）根据《工艺手册》表5-21得，螺纹直径8mm，采用6.9mm的钻头，螺距P=1。 （2）切削速度根据《简明手册》表8-17，可直接查出铣削速度：Vc=11-12mm/min。Vc=12mm/min

（3）主轴转速n=420-1340r/min。 （4）切削工时：Tm工序 Ⅶ： 切断

（1）根据《实用金属切削加工工艺手册》P958表选择细齿锯片铣刀，D=125mm,厚度L=4mm，dl=34mm,z=80。

（2）根据《简明手册》表8-16，每齿进给量fz

L/fn3/220.75min

=0.2mm/z。根据《简明

手册》表8-16，可以查出铣削速度：Vc=70m/min。 （3）主轴转速：

ns1000Vc/D100070/125178.25r/min,根据

故实际切削速度为Vc=70.69m/min。 （4）工作台的每分钟进给量，应该为：

X61

卧式铣床参数（《机械制造工艺设计简明手册明手册》表4.2-36）取n=180r/min,

mz械制造工艺设计简明手册明手册》表4.2-37，取 （5）切削工时：Tm

fm=2900mm/min。

=L/fm=40/2900=0.138min

工序 Ⅷ： 粗铣中间孔两端面

（1）以φ40上平面及φ22的内孔为基准。根据《工艺手册》表，高速钢直尺的三面刃铣刀，加工余量z=34.10mm。

（2）确定进给量，根据《实用金属切削加工工艺手册》表8-15以及表8-17得，每齿进给量及铣削速度：

fz=0.2mm/min,Vc=50m/min。

（3）主轴转速：

ns1000Vc/dw100050/32497.36r/min,

故实际切削速度为Vc=50.265m/min。 （4）工作台的每分钟进给量，应该为：

根据

X53T立式铣床参数《机械制造工艺设计简明手册明手册》表4.2-37取n=500r/min,

fmfzznw0.28500800mm/min。查机床数据《机械

制造工艺设计简明手册明手册》表4.2-37，取（5）切削工时：Tm

fm=800mm/min。

=L/fm=35/800=0.044min。

工序 Ⅸ： 精铣中间孔两端面

（1）根据《工艺手册》表，高速钢直尺的三面刃铣刀，加工余量z=0.5mm。 （2）根据《实用金属切削加工工艺手册》表8-15以及表8-17得，每齿进给量及铣削速度：

fz=0.1mm/min,Vc=60m/min。

根据

（3）主轴转速：

ns1000Vc/dw100060/32596.83r/min,

故实际切削速度为Vc=60.32m/min。 （4）工作台的每分钟进给量，应该为：

X53T立式铣床参数《机械制造工艺设计简明手册明手册》表4.2-36取n=600r/min,

mz制造工艺设计简明手册明手册》表4.2-37，取fm=480mm/min。

（5）切削工时：Tm

=L/fm=35/480=0.729min

工艺卡片见附表

附表1 机械加工工艺过程卡片 附表2 数控加工工序卡片 附表3 数控加工刀具卡片

4 工件定位及装夹

（1）基准面的选择夹具体方式的确定

夹具体是夹具的基本件，它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑工件装卸的方便。因此，夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置、工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等。在设计夹具体时应满足以下基本要求。 ①、具有足够的强度和刚度。

②、结构简单、轻便，在保证强度和刚度前提下结构尽可能简单紧凑，体积小、质量轻和便于工件装卸。 ③、安装稳定牢靠。

④、结构的工艺性好，便于制造、装配和检验 （阅读次数：）

⑤、尺寸要稳定且具有一定精度。 ⑥、清理方便。

夹具体毛坯制造方法的选择 综合考虑结构合理性、工艺性、经济型、标准化以及各种夹具体的优缺点等，选择夹具体毛坯制造方法为铸造夹具体；

夹具体的外形尺寸 在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置及其辅助机构在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。然后进行造型设计，再根据强度和刚度要求选择断面的结构形状和壁厚尺寸。夹具体的壁厚30mm，长度161mm，宽度320mm；根据设计要求，夹具体上设计有螺孔、销孔，并且要求定位定位器和夹紧器的销孔在装配时配作。 （2）、定位方式及元器件选择

1）、定位器的作用是要使工件在夹具中具有准确和确定不便的位置，在保证加

工要求的情况下，限制足够的自由度。 工件的定位原理

自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿OX,OY,OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，则必须限制六个自由度。工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位。在焊接生产中，为了调整和控制不可避免产生的焊接应力和变形，有些自由度是不必要限制的，故可采用不完全定位的方法。在焊接夹具设计中，按加工要求应限制的自由度而没有被限制的欠定位是不允许的；而选用两个或更多的支撑点限制一个自由度的方法称为过定位，过定位容易位置变动，夹紧时造成工件或定位元件的变形，影响工件的定位精度，过定位也属于不合理设计。

①、以工件的平面为基准进行定位时，常采用挡铁、支撑钉进行定位。以工件的已加工的面为定位基准，限定了绕X、Y轴的转动两个自由度。

②工件以圆柱外表面为基准进行定位时常采用V形铁定位器。以两端的小圆柱外表面，用V型铁进行定位，以限定绕Z轴的转动及X、Y轴的移动三个自由度。

（3）、夹紧方式及元器件选择

夹紧机构的三要素是夹紧力方向的确定、夹紧力作用点的确定、夹紧力大小的确定。

对夹紧机构的基本要求如下：

①、夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠。

②、夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量

③、夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。 ④、结构力求简单，便于制造和维修。 夹紧序1 用螺杆调动夹紧件

夹紧序2 工件两端用V型铁夹紧两端

夹紧序3 通过螺栓调节滑块上的快上的螺杆达到对中的目的 （4）、装配方案

从夹具的装配图可知，现将螺杆（两端的螺纹是相反的，能同时旋进到两个滑块的螺孔）旋到两滑块中，在安放到夹具底座上，并让螺杆与对中块进行配合如图 ：

然后放上工件并夹紧，通过7调节对中块找正中心。 （5）、夹具总装结构

专用夹具是在夹具体上安装滑块、滑块上有定位基准面、V型铁夹紧装置；夹紧或拆卸工件是通过螺杆进行操作，通过对中块两边的螺栓对中块对中以保证加工精度；底端有挡板拖着对中块，通过螺钉紧固，从而构成整个夹具。整体夹具见夹具装配图。

定位误差的分析与计算

零件图规定大孔与小孔的中心距为65mm.采用自动对中夹具后,定位误差取决于对中块\螺杆以及滑块的制造误差.同时,对对中块利用调整螺钉进行调整并加装钻套后,钻孔后的误差只有0.08mm.在后续的铣断工序中,利用中间大孔定位,孔壁与定位销的配合间隙为0.05mm.因此加工完成后大孔与小孔的中心距的最大误差为

0.08+0.05=0.130.2mm 所以能满足精度要求.

总结

数控加工工艺学课程设计已经结束了。回顾整个设计过程，经过老师和同学的帮助，还有自己的努力，终于定时定量地完成了此次课程设计。课程设计作为机械制造的重点，使理论与实践完美结合，同时巩固了对理论知识的理解，使生产实习中的理解和认识也得到了强化。

本次课程设计主要是机械加工工艺规程设计和专用夹具设计。机械加工工艺规程设计运用了基准选择原则等知识，夹具设计的运用了工件定位、夹紧机构等知识。通过此次设计，使我基本掌握了对零件加工过程的分析、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查阅相关手册、合理地选择使用工艺装备等等。 这次设计，让我对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。为以后的设计工作打下了较好基础。本设计存在很多不足之处，最后恳请各位老师、同学批评指正！

致谢

岁月如梭，如歌。转眼间，一周的课程设计即将结束，站在毕业的门槛上，回首往昔，奋斗和辛劳成为丝丝的记忆，甜美与欢笑也都尘埃落定。机电学院以其优良的学习风气、严谨的科研氛围教我求学，以其博大包容的情怀胸襟、浪漫充实的校园生活育我成人。值此课程设计完成之际，我谨向所有关心、爱护、帮助我的人们表示最诚挚的感谢与最美好的祝愿。本设计是在导师叶穗老师的悉心指导之下完成的。老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。本设计从每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血，在此我向我的指导老师叶穗表示深切的谢意与祝福！本课程设计的完成也离不开其他同学和朋友的关心与帮助。在此也要感谢他们。

求学生涯暂告段落，但求知的道路却永无停滞。三年的大生活给予我许多珍贵的财富

求学，敦笃励志，果毅力行，忠恕任事——这十六字箴言将伴我在以后的人生道路上，勇敢地不断前行。

参考文献

[1] 赵家奇,机械制造工艺学课程设计指导书(第2版),机械工业出版社,2006年.

[2]曾志新,吕明主编,机械制造技术基础,:武汉理工大学出版社,2001年. [3]李益明主编,机械制造工艺设计简明手册,机械工业出版社,1993年. [4]肖诗纲主编,切削用量手册,机械工业出版社,1993年.

[5]金属切削机床夹具设计手册.上海柴油机厂工艺设备研究所编,机械工业出版社，1987年.

[6] 甘永立 《几何量公差与检测》，上海科学技术出版社，2008. [7] 陈宏均 《实用机械加工工艺手册》，机械工业出版社.

附表一

18

附表三

常 州 机 电 职 业 技 术 学 院

课 程 设 计

课 程

题 目 拨叉的数控加工工艺设计

系 部

班 级

姓 名

学 号

指导老师

设计时间

目录

1 引言………………………………………………………………………………1 2 机械加工工艺设计………………………………………………………………2 2.1 零件图分析…………………………………………………………………2 2.2 基准的选择…………………………………………………………………5 2.3 设备选用……………………………………………………………………5 3 制定加工方案……………………………………………………………………7 3.1 确定工艺方案………………………………………………………………7 3.2 加工刀具……………………………………………………………………8 3.3 数控加工工艺卡片…………………………………………………………9 4 工件定位及装夹…………………………………………………………………10 结论 …………………………………………………………………………………12 致谢 …………………………………………………………………………………13 参考文献 ……………………………………………………………………………14 附表1 机械加工工艺过程卡片……………………………………………………15 附表2 数控加工工序卡片…………………………………………………………16 附表3 数控加工刀具卡片…………………………………………………………17

1 引言

随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。

本文根据数控机床的特点，针对拨叉零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。

2 机械加工工艺设计

2.1零件图的分析

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

0.0210.5

作用。零件上方的220孔与操纵机构相连，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。

拨叉（CA6140车床）共有三处加工表面，其间有一定位置要求。分别如下：

0.0211）、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。

0.5

5502）、以为中心的加工表面

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。这两组表

0.50.021

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。

2.2、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。

2.3、设备选用

工序010为铣平面，可采用X52K立式铣床

工序020采用Z512台式钻床

工序030采用X52K卧式铣床

工序040采用X52K卧式铣床

工序050采用T68卧式镗床

工序060采用Z521钻床

工序070采用X61卧式铣床机床

3 制定加工方案

3.1

确定工艺方案

制定工艺路线的出发点，应当根据零件的几何形状、尺寸精度以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得到保证。在生产纲领已经确定的情况下，可以考虑采用机床配以专用工具卡，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，以便是生产成本尽量下降。查《机械制造工艺设计简明手册》第20页表1.4-7、1.4-8,选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：

1粗、精铣Ф40上端面

2以毛坯底边为基准，钻￠20孔铰孔至 ，保证孔的粗糙度面

0.53镗 550，镗Ф73+0.5

4钻、铰φ8的孔

5以φ22孔为精基准，钻φ7孔 6以φ40上端面为精基准，攻M8螺纹

7以φ22孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为4，使其粗糙度为6.3 8按图样要求检验

3.2 加工刀具

根据加工方案，我将采用以下刀具加工 1 2 3 4 5 6

Ф100面铣刀 Ф20锥柄麻花钻 Ф8直柄麻花钻 Ф7直柄麻花钻 M8机用丝锥 错齿三面刃铣刀

3.3 数控加工工艺卡片

（1）机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸的确定

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。

根据上述原始材料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1、两端通孔Ф22上表面

考虑手工砂型铸件毛坯的表面粗糙度Ra12.5mm,而加工表面的表面粗糙度要求为Ra3.2mm，工序基准尺寸为40mm的要求，故采用粗铣一次，精铣一次，粗铣加工余量2.0mm，（《简明手册》2.2-4尺寸公差等级CT-11，加工余量等级MA-H级），精铣加工余量1.0mm,（《简明手册》2.3-21)。

2、两端Ф22的通孔

考虑到通孔的表面粗糙度Ra1.6mm，公差等级IT7，加工要求很高，故采用钻、扩、粗铰、精铰的工序，根据《简明手册》P64表2.3-8查得如下数据：

精铰加工余量为0.06mm，工序经济精度等级为IT7，表面粗糙度

Ra1.6mm，基本工序为50mm。

粗铰加工余量为0.14mm，工序经济精度等级为IT8，表面粗糙度

Ra3.2mm，基本工序为50mm。

扩孔加工余量为1.8mm，工序经济精度等级为IT11，基本工序为50mm。 3.中间孔Ф55

考虑到中间孔Ф55的表面粗糙度Ra3.2mm，采用粗镗、半精镗的加工工序，根据《简明手册》P64表2.3-8查得如下数据：

半精镗加工余量为2mm，表面粗糙度Ra3.2mm，基本工序为30mm。 粗镗加工余量为2.0mm，表面粗糙度Ra6.4mm，基本工序为30mm。 4.中间孔两端面20-0.021

根据表面粗糙度Ra3.2mm，尺寸精度等级的要求，采用粗铣、精铣的工艺，粗铣的加工余量2.0mm，精铣加工余量为1.0mm，（《简明手册》表2.3-21） （2）确定切削用量及基本工时 工序 Ⅰ： 粗铣两端通孔Ф22上表面

已知毛坯加工余量为2.0mm，毛坯长度方向的最大加工余量为2.0mm，一次加工即可。

根据《实用金属切削加工工艺手册》表10-212，选用YG8硬质合金刀，根据《机械加工工艺手册》表8-14，每齿进给量f=0.18-0.1mm/z。

根据《机械加工工艺手册》表8-23可以直接查出铣削速度：Vc=45-90m/min。取Vc=60m/min。则

ns=1000v/πD=1000×60／π×50=380r/min

现采用X51立式铣床参数（《机械制造工艺设计简明手册明手册》表4.2-36）取380r/min,故实际切削速度为Vc=60r/min

工作台每分钟进给量fm 应该为

-0.07

fm=0.15×7×380=399mm/min

查机床数据得（见《机械制造工艺手册》表4.2-37）取400m/min 则切削工时：Tm

=L/fm=90/400=0.225min

工序 Ⅱ： 精铣两端通孔Ф22上表面

根据《实用金属切削加工工艺手册》表8-15，毎齿进给量f=0.2-0.3mm/z 根据《工艺手册》表10-230，采用高速钢镶齿三面刃，D=80mm，Z=10 根据

《实用金属切削加工工艺手册》表8-17可以查出v=9-18m/min ， 取v=12m/min，则n=1000v/50π=48r/min

现采用X53T立式铣床参数取n=56r/min，故实际切削速度为 v=πdn/1000=3.14×50×56/1000m/min=14m/min 工作台的每分钟进给量fm=fzn=0.25×10×56=140mm/min 查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-37取fm=160mm/min 切削工时：t=l/fm=90/160=0.56min

工序 Ⅲ： 钻、扩、粗铰、精铰两小端头孔至Ф22 1、扩孔Ф21.8mm

（1）以φ40上平面及φ22孔外表面为基准，选用Z3025摇臂钻床和专用夹具。 （2）加工余量z=0.08mm。

（3）确定进给量，根据《简明手册》表5-6，每齿进给量fz

=0.3mm/z。

（4）根据《实用金属切削加工工艺手册》P1269表，扩孔的切削速度是钻孔的1/2左右，取Vc=40m/min。 （5）主轴转速：

ns1000Vc/dw100040/25.5500r/min,

（6）切削工时：Tm

L/fzn50/0.35000.333min

2、粗铰两头孔φ21.94

（1）选择硬质合金铣刀，其加工余量为z=0.14mm。

（2）确定进给量，根据《实用金属切削加工工艺手册》P1278表，每齿进给量

fz=0.4mm/min,Vc=10m/min。

（3）主轴转速：

ns1000Vc/dw100010/21.94145.08r/min,根据

Z535立式钻床参数《简明手册明手册》表4.2-15取n=150r/min,故实际切削速度为Vc=10.339m/min。 (4)切削工时：Tm

L/fzn50/0.41501.67min。

3、精铰两头孔φ22

（1）选择硬质合金铣刀，其加工余量为z=0.06mm。

（2）确定进给量，根据《实用金属切削加工工艺手册》P1278表，每齿进给量及铣削速度

fz=0.3mm/min,Vc=8m/min。

（3）主轴转速：

ns1000Vc/dw10008/22115.75r/min,根据

Vc=8.294m/min。 (4)切削工时：Tm

Z535

立式钻床参数《简明手册明手册》表4.2-15取n=120r/min,故实际切削速度为

2L/fzn50/0.31201.389min。

工序 Ⅳ： 粗镗Ф55的孔

查《工艺手册》表的毎齿进给量f=0.3-1.0mm/r，取f=0.74mm/r 切削速度根据《工艺手册》查的铣削速度v=40-80m/min 取v=50m/min n=1000v/πD=1000×50/π×54.6=291r/min

根据T68立式钻床参数取n=315r/min, 故实际切削速度为 Vc=πdn/1000=54m/min

切削工时：t=l/nf=30/315×0.74=0.13min 工序 Ⅴ： 半精镗Ф55的孔

查《工艺手册》表的毎齿进给量f=0.2-0.6mm/r，取f=0.37mm/r 切削速度根据《工艺手册》查的铣削速度v=50-80m/min 取v=65m/min n=1000v/πD=1000×65/π×55=376r/min

根据T68立式钻床参数取n=400r/min, 故实际切削速度为 Vc=πdn/1000=69m/min

切削工时：t=l/nf=30/400×0.37=0.2min

工序 Ⅵ： 钻Ф6.9螺纹底孔、Ф8锥销孔、攻M8螺纹 钻Ф6.9的孔、 钻Ф8锥销孔

（1）以φ40上平面及φ22的内孔为基准。

（2）根据《实用金属切削加工工艺手册》P271表，选用直柄短麻花钻（硬质合

金材料）螺纹直径8mm采用D=6.9mm的钻头，螺距P=1。

（3）确定进给量，根据《简明手册》表5-6，每齿进给量及铣削速度

fz=0.1mm/min,Vc=20m/min。

（4）主轴转速：

ns1000Vc/D100020/6.9922.64r/min,根据

Vc=20.81m/min。 （5）切削工时：

T68

立式钻床参数（《简明手册》表4.2-20）取n=960r/min,故实际切削速度为

Tm2(LL1L2/fn)



； 29/0.19600.188min。

Tm2(LL1L2/fn)

240/0.19600.833min

攻丝、精铰Ф8孔

（1）根据《工艺手册》表5-21得，螺纹直径8mm，采用6.9mm的钻头，螺距P=1。 （2）切削速度根据《简明手册》表8-17，可直接查出铣削速度：Vc=11-12mm/min。Vc=12mm/min

（3）主轴转速n=420-1340r/min。 （4）切削工时：Tm工序 Ⅶ： 切断

（1）根据《实用金属切削加工工艺手册》P958表选择细齿锯片铣刀，D=125mm,厚度L=4mm，dl=34mm,z=80。

（2）根据《简明手册》表8-16，每齿进给量fz

L/fn3/220.75min

=0.2mm/z。根据《简明

手册》表8-16，可以查出铣削速度：Vc=70m/min。 （3）主轴转速：

ns1000Vc/D100070/125178.25r/min,根据

故实际切削速度为Vc=70.69m/min。 （4）工作台的每分钟进给量，应该为：

X61

卧式铣床参数（《机械制造工艺设计简明手册明手册》表4.2-36）取n=180r/min,

mz械制造工艺设计简明手册明手册》表4.2-37，取 （5）切削工时：Tm

fm=2900mm/min。

=L/fm=40/2900=0.138min

工序 Ⅷ： 粗铣中间孔两端面

（1）以φ40上平面及φ22的内孔为基准。根据《工艺手册》表，高速钢直尺的三面刃铣刀，加工余量z=34.10mm。

（2）确定进给量，根据《实用金属切削加工工艺手册》表8-15以及表8-17得，每齿进给量及铣削速度：

fz=0.2mm/min,Vc=50m/min。

（3）主轴转速：

ns1000Vc/dw100050/32497.36r/min,

故实际切削速度为Vc=50.265m/min。 （4）工作台的每分钟进给量，应该为：

根据

X53T立式铣床参数《机械制造工艺设计简明手册明手册》表4.2-37取n=500r/min,

fmfzznw0.28500800mm/min。查机床数据《机械

制造工艺设计简明手册明手册》表4.2-37，取（5）切削工时：Tm

fm=800mm/min。

=L/fm=35/800=0.044min。

工序 Ⅸ： 精铣中间孔两端面

（1）根据《工艺手册》表，高速钢直尺的三面刃铣刀，加工余量z=0.5mm。 （2）根据《实用金属切削加工工艺手册》表8-15以及表8-17得，每齿进给量及铣削速度：

fz=0.1mm/min,Vc=60m/min。

根据

（3）主轴转速：

ns1000Vc/dw100060/32596.83r/min,

故实际切削速度为Vc=60.32m/min。 （4）工作台的每分钟进给量，应该为：

X53T立式铣床参数《机械制造工艺设计简明手册明手册》表4.2-36取n=600r/min,

mz制造工艺设计简明手册明手册》表4.2-37，取fm=480mm/min。

（5）切削工时：Tm

=L/fm=35/480=0.729min

工艺卡片见附表

附表1 机械加工工艺过程卡片 附表2 数控加工工序卡片 附表3 数控加工刀具卡片

4 工件定位及装夹

（1）基准面的选择夹具体方式的确定

夹具体是夹具的基本件，它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑工件装卸的方便。因此，夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置、工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等。在设计夹具体时应满足以下基本要求。 ①、具有足够的强度和刚度。

②、结构简单、轻便，在保证强度和刚度前提下结构尽可能简单紧凑，体积小、质量轻和便于工件装卸。 ③、安装稳定牢靠。

④、结构的工艺性好，便于制造、装配和检验 （阅读次数：）

⑤、尺寸要稳定且具有一定精度。 ⑥、清理方便。

夹具体毛坯制造方法的选择 综合考虑结构合理性、工艺性、经济型、标准化以及各种夹具体的优缺点等，选择夹具体毛坯制造方法为铸造夹具体；

夹具体的外形尺寸 在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置及其辅助机构在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。然后进行造型设计，再根据强度和刚度要求选择断面的结构形状和壁厚尺寸。夹具体的壁厚30mm，长度161mm，宽度320mm；根据设计要求，夹具体上设计有螺孔、销孔，并且要求定位定位器和夹紧器的销孔在装配时配作。 （2）、定位方式及元器件选择

1）、定位器的作用是要使工件在夹具中具有准确和确定不便的位置，在保证加

工要求的情况下，限制足够的自由度。 工件的定位原理

自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿OX,OY,OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，则必须限制六个自由度。工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位。在焊接生产中，为了调整和控制不可避免产生的焊接应力和变形，有些自由度是不必要限制的，故可采用不完全定位的方法。在焊接夹具设计中，按加工要求应限制的自由度而没有被限制的欠定位是不允许的；而选用两个或更多的支撑点限制一个自由度的方法称为过定位，过定位容易位置变动，夹紧时造成工件或定位元件的变形，影响工件的定位精度，过定位也属于不合理设计。

①、以工件的平面为基准进行定位时，常采用挡铁、支撑钉进行定位。以工件的已加工的面为定位基准，限定了绕X、Y轴的转动两个自由度。

②工件以圆柱外表面为基准进行定位时常采用V形铁定位器。以两端的小圆柱外表面，用V型铁进行定位，以限定绕Z轴的转动及X、Y轴的移动三个自由度。

（3）、夹紧方式及元器件选择

夹紧机构的三要素是夹紧力方向的确定、夹紧力作用点的确定、夹紧力大小的确定。

对夹紧机构的基本要求如下：

①、夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠。

②、夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量

③、夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。 ④、结构力求简单，便于制造和维修。 夹紧序1 用螺杆调动夹紧件

夹紧序2 工件两端用V型铁夹紧两端

夹紧序3 通过螺栓调节滑块上的快上的螺杆达到对中的目的 （4）、装配方案

从夹具的装配图可知，现将螺杆（两端的螺纹是相反的，能同时旋进到两个滑块的螺孔）旋到两滑块中，在安放到夹具底座上，并让螺杆与对中块进行配合如图 ：

然后放上工件并夹紧，通过7调节对中块找正中心。 （5）、夹具总装结构

专用夹具是在夹具体上安装滑块、滑块上有定位基准面、V型铁夹紧装置；夹紧或拆卸工件是通过螺杆进行操作，通过对中块两边的螺栓对中块对中以保证加工精度；底端有挡板拖着对中块，通过螺钉紧固，从而构成整个夹具。整体夹具见夹具装配图。

定位误差的分析与计算

零件图规定大孔与小孔的中心距为65mm.采用自动对中夹具后,定位误差取决于对中块\螺杆以及滑块的制造误差.同时,对对中块利用调整螺钉进行调整并加装钻套后,钻孔后的误差只有0.08mm.在后续的铣断工序中,利用中间大孔定位,孔壁与定位销的配合间隙为0.05mm.因此加工完成后大孔与小孔的中心距的最大误差为

0.08+0.05=0.130.2mm 所以能满足精度要求.

总结

数控加工工艺学课程设计已经结束了。回顾整个设计过程，经过老师和同学的帮助，还有自己的努力，终于定时定量地完成了此次课程设计。课程设计作为机械制造的重点，使理论与实践完美结合，同时巩固了对理论知识的理解，使生产实习中的理解和认识也得到了强化。

本次课程设计主要是机械加工工艺规程设计和专用夹具设计。机械加工工艺规程设计运用了基准选择原则等知识，夹具设计的运用了工件定位、夹紧机构等知识。通过此次设计，使我基本掌握了对零件加工过程的分析、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查阅相关手册、合理地选择使用工艺装备等等。 这次设计，让我对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。为以后的设计工作打下了较好基础。本设计存在很多不足之处，最后恳请各位老师、同学批评指正！

致谢

岁月如梭，如歌。转眼间，一周的课程设计即将结束，站在毕业的门槛上，回首往昔，奋斗和辛劳成为丝丝的记忆，甜美与欢笑也都尘埃落定。机电学院以其优良的学习风气、严谨的科研氛围教我求学，以其博大包容的情怀胸襟、浪漫充实的校园生活育我成人。值此课程设计完成之际，我谨向所有关心、爱护、帮助我的人们表示最诚挚的感谢与最美好的祝愿。本设计是在导师叶穗老师的悉心指导之下完成的。老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。本设计从每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血，在此我向我的指导老师叶穗表示深切的谢意与祝福！本课程设计的完成也离不开其他同学和朋友的关心与帮助。在此也要感谢他们。

求学生涯暂告段落，但求知的道路却永无停滞。三年的大生活给予我许多珍贵的财富

求学，敦笃励志，果毅力行，忠恕任事——这十六字箴言将伴我在以后的人生道路上，勇敢地不断前行。

参考文献

[1] 赵家奇,机械制造工艺学课程设计指导书(第2版),机械工业出版社,2006年.

[2]曾志新,吕明主编,机械制造技术基础,:武汉理工大学出版社,2001年. [3]李益明主编,机械制造工艺设计简明手册,机械工业出版社,1993年. [4]肖诗纲主编,切削用量手册,机械工业出版社,1993年.

[5]金属切削机床夹具设计手册.上海柴油机厂工艺设备研究所编,机械工业出版社，1987年.

[6] 甘永立 《几何量公差与检测》，上海科学技术出版社，2008. [7] 陈宏均 《实用机械加工工艺手册》，机械工业出版社.

附表一

18

附表三