机械制造技术课程设计-CA6140车床拨叉[831006]工艺及铣φ40端面夹具设计.docx

设计题目：CA6140拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备姓名班级专业学院指导老师机械制造工艺学设计使我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。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“四化”建设打下一个良好的基础。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。关键词：拨叉、加工工艺、专用夹具AbstractThecoursedesignofmechanicalmanufacturingtechnologyenablesustocompleteallthebasiccourses,technicalbasiccoursesandmostoftheprofessionalcourses.Thisisanin-depthcomprehensivereviewofallthecourseswehavestudiedbeforegraduationdesign.Itisalsoatrainingofintegratingtheorywithpractice.Therefore,itoccupiesanimportantpositioninourfour-yearcollegelife.AsfarasIamconcerned,Ihopethatthroughthiscurriculumdesign,Icancarryoutanadaptivetrainingformyfuturework,fromwhichIcanexercisemyabilitytoanalyzeandsolveproblems,andlayagoodfoundationforparticipatingintheconstructionofthe"fourmodernizations"ofthemotherlandinthefuture.Duetothelimitationofability,therearestillmanyshortcomingsinthedesign.Iurgeallteacherstogiveguidance.Keywords:lever,processingtechnology,specialfixture第一章零件的分析61.1零件的作用61.2零件的工艺分析61.3零件简图7第二章工艺规程设计82.1确定毛坯的制造形式82.2基面的选择82. 3制定工艺路线93. 4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定104. 5确立切削用量及基本工时11第三章铳40端面夹具设计195. 1问题的提出195.2 切削力及夹紧力分析计算195.3 定位误差分析215.4 夹具设计及操作的简要说明22总结23参考文献24第一章零件的分析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。零件的625孔与操纵机构相连，55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 .小头孔小25:吟2 .大头半圆孔55；°”及其端面；3 .16义8槽；4 .640外圆斜面；5 .大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.1mm；6 .槽端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.08mmo由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗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1.3零件简图第二章工艺规程设计2.1 确定毛坯的制造形式己知此拨叉零件的生产类型为中批量生产,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。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，生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。2.2 基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理,可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成大批报废，使生产无法正常进行。1）粗基准的选择：按有关基准的选择原则，即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度高的不加工表面作粗基准。对本零件而言，则应以零件的底面为主要的定位粗基准。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。对本零件而言，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.1mm,槽端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.08mm,则应以625小头孔为精基准。2.3 制定工艺路线制订工艺路线的出发点，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达到合理的保证。在生产纲领已确定为大批量生产的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。2.3.1 工艺路线方案一工序I专堂小55圆与两端面工序11铳断，使之为两个零件工序III铳16X8槽工序IV铳640外圆斜面工序V加工625小头孔2.3.2 工艺路线方案二工序I铳断，使之为两个零件工序H加工25小头孔工序m铳16X8槽工序IV专堂55半圆与两端面工序V铳40外圆斜面2.3.3 工艺方案的比较与分析上述两个方案的特点在于：方案一是先加工655圆与两端面，以便于后续加工，并利用了两件合铸的优势，提高了工作效率，然后在铳床上把所有铳的工序全部弄完，省去了在各机床间切换的麻烦，最后加工孔；方案二是先切开工件，分别加工，然后加工小头孔，再铳、再车、再铳显然，工序上不如方案一效率高。但由于圆与槽都与小头孔有垂直度要求,可以先加工小头孔，后加工槽；圆应该利用两件合铸的优势，所以还是先加工小55大圆。这样，看起来工序简洁且保证了垂直度的要求，还能充分利用两件合铸的优势。以上工艺过程详见附表1”机械加工工序卡片”。2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定“CA6140车床拨叉”，零件材料为HT200,硬度190210HB,毛坯重量约为L5kg,生产类型为大批量生产，铸造毛坯。根据以上原始资料及加工工艺,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：2.4.1 外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差（<t>25,55端面）。查机械制造工艺设计简明手册（以下称工艺手册）表2.22.5,取25,655端面长度余量均为2.5（均为双边加工）铳削加工余量为：粗铳Iinm精铳Omm2.4.2 内孔（55已铸成孔）查工艺手册表2.22.5,取小55已铸成孔长度余量为3,即铸成孔直径为49mmO工序尺寸加工余量：钻孑L2mm扩孔0.125mm钱孔0.035mm精较Omm2.4.3 其他尺寸直接铸造得到由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。2.5 确立切削用量及基本工时工序一粗，精铳55圆与两端面1 .加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPaHB=I90241,铸造。加工要求：粗，精铳55圆以及上下端面。机床：立式铳床刀具：YW2内圆车刀YW3端面车刀2 .计算切削用量1）铳削深度因为切削量较小，故粗车可以选择ap=L5mm,半精车可以选择ap=lmm,一次走刀即可完成所需长度。2）每齿进给量机床功率为7.5kw0查切削手册f=0.140.24mmz0由于是对称铳，选较小量f=0.14mm/z。3）查后刀面最大磨损及寿命查切削手册表3.7,后刀面最大磨损为L01.5mm0查切削手册表3.8,寿命T=180min4）计算切削速度按切削手册表3.27,CdaVc=3zTmaPXVfZyVaeUVZPV算得粗车Vc=98mms,n=439rmin,Vf=490mms据立式铳床铳床参数，选择nc=475rmin,Vfc=475mms,则实际切肖U速度Vc=3.14*80*475/1000/60=1.99mms,实际进给量为fzc=Vfcncz=475(300*10)=0.16mmz最终确定ap=1.5mm,nc=475rmin,Vfc=475mms,Vc=98mms,fz=0.16mmzo半精车Vc=64mms,n=367rmin,Vf=423mms据立式铳床CA6140铳床参数，选择nc=400rmin,Vfc=400mms,则实际切削速度Vc=3.14*80*475/100O60=1.67mms,实际进给量为fzc=Vfcncz=400(300*10)=0.13mmz5)校验机床功率查切削手册PCC=LlkW,而机床所能提供功率为PCm>Pcc。故校验合格。最终确定ap=lmm,nc=400rmin,Vfc=400mms,Vc=64mms,fz=0-13mmzo6)计算基本工时粗车tm=LVf=(32+80)475=0.09mino半精车tm=LVf=(32+80)400=0.1Imino工序二铳断，使之为两个零件1.加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPaHB=I90241,铸造。加工要求：铳断，使之为两个零件机床：X60铳床。刀具：高速钢镶齿三面刃铳刀(1)决定进给量查切削手册f=0.200.24mmr按钻头强度选择f=0.24mmr按机床强度选择f=0.20mmr最终决定选择X60机床已有的进给量f=0.24mmr经校验Ff=122<452=Fmax校验成功。(2)钻头磨钝标准及寿命厚刀面最大磨损度查切削手册表3.7,为1.01.5mm,寿命T=180min(3)切削速度查切削手册VC=K)mm/r修正系数K7v=LOKMV=LOK(V=LOKW=Lo11,=1.0Kapv=10故匕=20mmr04=理=79.6rrin查切削手册机床实际转速兀d。nc=Sir/min故实际的切削速度VC=器"=20.3mmr2计算工时L_20nf-81×0.24=1.02min工序三钻钱加工25小头孔1 .加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPaHB=I90241,铸造。加工要求：加工625小头孔机床：立式钻床Z535选择钻头：选择高速钢麻花钻头<t>25mm,钻孔至(b23mm,扩孔至24.8mm,校孔至24.94mm,精车交孔至25mm2 .选择切削用量(1)决定进给量查切削手册f=0.700.86mznr%=3%。=1.5<3所以，f=Q70mmr按钻头强度选择/=U5mmr按机床强度选择f=0.53mmr最终决定选择机床已有的进给量=O48”"7zr经校验Ff=6090<7nax校验成功。(2)钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度(查切削手册)为0.50.8mm,寿命T=60min.(3)切削速度查切削手册vc=lnnlr修正系数K7v=LOKw=LOKtv=1。Krv=LOKIy=I.0Kapv=10故VC=I8zmzr°100Ov11d0=318.3rmin查切削手册机床实际转速为9=272rIrin故实际的切削速度.需=15.4.(4)校验扭矩功率Mc=60NmMm=I442Nrn所以MCPC=L72.0kw<Pe故满足条件，校验成立。3 .计算工时Lnf30+10272x0.48=0.31nin由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。扩钱和精钱的切削用量如下:扩钻：n=272rminf-OASmm/rVC=15Am/rdnJ0=19.8mm一孔:n=272rminf=QASmm/rVC=15Am/mind0=19.94“精钱：n=272rminf=QASmm/rVC=15Am/rdnd0=207T7工序四铳16X8槽1.加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPaHB=I90241,铸造。机床：X60铳床选择钻头：高速钢镶齿三面刃铳刀(1)决定进给量查切削手册f=1.01.2mmr按钻头强度选择f=Immlr按机床强度选择f=0.53mmr最终决定选择Z550机床已有的进给量f=OAOmm/r经校验Ff=12260<24520=Fmax校验成功。(2)钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度(查切削手册)为0.8L2mm,寿命T=140min扩孔后刀面最大磨损限度(查切削手册)为0.91.4mm,寿命T=60min钱和精钱孔后刀面最大磨损限度(查切削手册)为0.60.9mm,寿命T=12Omin(3)切削速度查切削手册vc=20mm/r修正系数K7v=LO=1.0KZV=LOKXV=LOKiv=1.0Kapv=10故匕,=20ZmZ/。100Ov”/.=132.6r11n巩查切削手册机床实际转速为0=125rmin故实际的切削速度.需/3.计算工时L17+18Cs.t,n=0.52nun'nnf125×0.53所有工步工时相同。工序五铳640外圆斜面1.加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPaHB=190241,Wito加工要求：铳640外圆斜面机床：X60铳床选择刀具：硬质合金三面刃圆盘铳刀（面铳刀），材料：15YT,100Dmm,齿数8Z,此为粗齿铳刀。因其单边余量：Z=3mm,所以铳削深度%：%=3mm每齿进给量%：根据参考文献3表2.475,取4f=0.12mmZ铳削速度V：参照参考文献5表3034,取V=1.33ms机床主轴转速n：由式（4.1）得100OFr11d1000×1.33×603.14×100¾254rmin按照参考文献3表3.174n=300rmin实际切削速度V：1.57mJTrdn3.14×100×3001000=1000x60进给量号：Vf=0rZw=0.12×8×300604.8wwz5工作台每分进给量n:A=Vf=4.8WTM5=288mwminac：根据零件图可知at=35mm切削工时被切削层长度1：由毛坯尺寸可知1=2Imm。刀具切入长度71=O.5Z>-(1-3)=O.5×1OO+(1-3)=52mm刀具切出长度小取4=2加加走刀次数为1机动时间5：5Z+Z1+7221+52+2=288¾0.26mi11第三章铳40端面夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经过与指导老师协商，决定设计加工孔640端工序的夹具。本夹具将用于立式铳床加工，刀具为立铳刀中12,对工件端面孔进行铳削加工。3.1问题的提出在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求较低。因此，本步的重点应在夹紧的方便与快速性上。定位基准的选择出于定位简单和快速的考虑，工件以640外圆、平面和侧面为定位基准，在V形块、支承板和挡销上实现完全定位。采用手动螺旋快速夹紧机构夹紧工件。3.2切削力及夹紧力分析计算刀具材料：以。丫F曰*11LM行=10°15°"=8°12°an=5080刀具有关几何参数：/°°n分=15°25°D=63mmZ=8叫=0.25zm/zap=2.0mm由参考文献16机床夹具设计手册表1-2-9可得铳削切削力的计算公式:Fc=Cpalplf2D-''B03zKp式(3.1)查参考文献16机床夹具设计手册表121°得：C"=294N/HB、055Kp=(T)对于灰铸铁：“190式(3.2)取ffi=175,即KP=O§6所以FC=294×2.011X0.250-72X63-blX6009×8×0.96=640.69(N)由参考文献17金属切削刀具表2可得：垂直切削力：v=0%=576.62(N)(对称铳削)式(3.3),K=O.55E=352.38(N)目问力：C根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：唯二KF式(3.4)安全系数K可按下式计算：K=KoKlK2电电圣式(3.5)式中：0-*6为各种因素的安全系数，见机床夹具设计手册表121可得:K=I.2xl.2xl.0l.2xl.3xl.0xl.0=2.25济1,WK=K77c=640.69x2.25=1441.55(N)式(3.6)W=K-Fcn576.72X2.25=1297.62(N)式(3.7)WK=KFP=352.38x2.25=792.86(N)式(3.8)由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：W=ql°/W1+yztg(a+2)式(3.9)式中参数由参考文献16机床夹具设计手册可查得：,=0=2019'=9°50'苴中.L=60(mm)Q-25(N)螺旋夹紧力：W。=192308(N)易得：Wo>W经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可靠的。3.3定位误差分析本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终靠近定位销的一面,而挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。3. 4夹具设计及操作的简要说明夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。夹具上设置有对刀块，用于确定的铳削位置。40端面加工铳床夹具的装配图（见附图）本文通过对CA6140拨叉夹具设计，CA6140拨叉夹具的作用和夹具工艺性进行的分析，进行了CA6140拨叉夹具加工工艺过程的制定，其中包括定位基准的选择、制定加工工艺路线、选择加工设备及工艺装备、确定切削用量及基本工时等工作。然后夹几个工艺的加工时所用的夹具进行了设计，包括CA6140拨叉夹具本工序的加工要求分析，确定夹具类型，拟定定位方案和选择定位元件、确定夹紧方案、确定对刀装置等，从而达到对专用夹具设计起到规范作用。参考文献1 .赵家奇，机械制造工艺学课程设计指导书一2版，北京：机械工业出版社,2000.10.2 .东北重型机械学院，洛阳工业学院，第一汽车制造厂职工大学，机床夹具设计手册，上海科学技术出版社，1980.13 .李益民，机械制造工艺设计简明手册，北京：哈尔滨工业大学出版社,1993.64 .艾兴，肖诗纲，切削用量简明手册，北京：机械工业出版社，2002.6