CA6140车床拨叉831003课程设计.doc

ca6140车床拨叉831003课程设计目 录前言 1一 设计的目的 2二、零件的分析 22.1零件的作用 22.2零件的工艺分析 32.3 零件的结构特点 32.4生产纲领、生产类型的确定4三、工艺规程设计 4 3.1确定毛坯的制造形成 43.2基准的选择 53.3制定工艺路线 5工序 5工序 10工序 11工序 14四、夹具设计 184.1问题的提出 184.2定位基准的选择 184.3定位误差分析 184.4切削力及夹紧力的计算 184.5 定位误差分析 194.6夹具设计及操作说明 19设计总结 21参考文献 22前 言机械制造工艺学是以机械制造中的工艺问题为研究对象，实践性较强的一门学科，通过对此门学科的课程设计，使我在下述各方面得到了锻炼：能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确的解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线的安排、工艺尺寸的确定等问题，保证零件的加工质量。提高结构设计能力。通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、既经济合理又能保证加工质量的夹具的能力。学会使用手册及图表资料。培养了一定的创新能力。通过对ca6140拔叉的工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体(如互换性与测量技术基础、机械设计、金属切削机床概论、机械制造工艺学、金属切削原理与刀具等)。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熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！1计算及说明结 果一 设计的目的：机械制造工艺学课程设计,是在学完夹具设计原理课程，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（或量具）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。移齿轮的配合精度要求很高。二 零件的分析：2.1 零件的作用：题目给定的零件是ca6140拨叉（见附图1）它位于车床变速机构中，主要起换档，移齿轮的配计算及说明结 果合精度要求很高。使主轴回转运动按照工作者的要求进行工作。宽度为30+0.0120mm的面寸精度要求很高，因为在拨叉拔动使滑移齿轮时如果槽的尺寸精度不高或间隙很大时，滑移齿轮得不到很高的位置精度。所以，宽度为30+0.0120mm的面的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。2.2 零件的工艺分析：ca6140拨叉共有两组加工表面。1） 以花键孔的中心线为基准的加工面这一组面包括26+0.230mm的六齿方花键孔、23+0.280花键底孔两端的2x150到角和距中心线为22mm的平面。2） 以工件右端面为基准的6+0.030 mm的花键经上述分析可知， 对于两组加工表面，可先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面。2.3 零件的结构特点宽度：30+0.0120mm26+0.230mm的六齿方花键孔、23+0.280花键底孔两端的2x150到角和距中心线为22mm的平面。花键：6+0.030 mm计算及说明结 果拔叉84009的毛坯为铸造件，在零件图上只有2处位置误差要求，即上顶面与花键中心线的平行度误差0.10， 18h11槽的两侧面与花键中心线的垂直度误差0.08 零件外形上大体上与六面体相似，形状大体如右图： 零件剖视图 2.4生产纲领、生产类型的确定根据指导老师要求，设计此零件为铸件，成批大量生产，工艺的安排基本倾向于工序分散原则，设备的选用是通用设备和专用工装，工艺手段以常规工艺为主，新工艺为辅的原则。三、工艺规程设计3.1确定毛坯的制造形成:ca6140车床拔叉，零件材料ht20-40，硬度190hb210hb，生产类型为大批量生产，毛坯为铸件，灰铸铁的机械加工余量按jz67-62规定了灰铸铁铸件的三种精度等级和相应的铸件机械加工余量、尺寸偏差和重量偏差，在大批量生产的铸件，采用2级精度铸件，毛坯重量由金属机械加工工艺人员手册表5-2有零件80kg，偏差为7%，故毛坯估算约为1.0kg，采用2级精度铸件，顶面的加工余量和底面的加工余量忽略不计，两侧面的加工余量也忽略不计，由表5-4左右端面的加工余量为30.8，其余部分均为实心部分。毛坯如右图：上顶面与花键中心线的平行度误差0.10， 18h11槽的两侧面与花键中心线的垂直度误差0.08 计算及说明结 果3.2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40的外圆表面的粗基准。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a面为精基准。3.3制定工艺路线工序：1） 粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15倒角。以40mm圆柱面为粗基准。选用c3163-1转塔式六角车床及三爪卡盘夹具；2） 粗、精车b/c面；3） 拉花键。以a面为基准；4） 以花键的中心线及a面为基准。选用x62w卧式铣床加专用夹具；5） 开档，以花键的中心线为基准；6） 钻配作孔、螺纹孔；7） 机械加工余量。ca6140的拨叉材料为ht200。毛坯重量为1.0 kgb =160mpa hbs生产类型为由大、中批量生产，采用模锻锻模。根据上述的原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸以毛坯尺寸如下：ca6140的拨叉材料为ht200。毛坯重量为:1.0 kgb =160mpahbs计算及说明结 果2. a面的加工余量： a面有30.8mm的加工余量，足够把铸铁的硬质表面层切除3. 矩形花键底孔要求以矩形花键的外径定心，故采用拉削加工内孔尺寸为23 0+0.28，见零件图，参照金属机械加工工艺人员手册表3-59确定孔加工余量的分配。钻孔20mm扩孔21mm拉花键 花键孔要求以外径定心：拉削时加工余量参照金属机械加工工艺人员手册取 =1mm4. b面的加工余量此工序分2个工步1、粗铣b面 2、精铣b面。精加工余量为0.2mm粗铣加工余量为2.8mm5.计算切削用量（1）已知长度方向的加工余量为30.8mm 。实际端面的最大加工余量为3.8mm 。故分二次加工（粗车和半精车）。长度加工公差it 级 取-0.46 mm （入 体 a面加工余量：30.8mm内孔尺寸为23 0+0.28钻孔20mm扩孔21mm精加工余量为：0.2mm粗铣加工余量为：2.8mm长度方向的加工余量为30.8mm实际端面的最大加工余量为3.8mm计算及说明结 果方向）（2）进给量、根据切削简明手册（第3版）表1.4 当刀杆尺寸为16mm25mm,mm时，以及工件直径为60mm时（由于凸台b面的存在所以直径取60mm）=0.6-0.8mm/.按c车床说明书取=0.6 mm/n。由于存在间歇加工所以进给量乘以k=0.750.85 所以：实际进给量f=0.60.8=0.48 mm/按c车床说明书0.53（3）计算切削速度。按切削简明手册表1.27 ，切削速度的计算公式为（寿命选t=60min）刀具材料yg6 v=cv/(tmap xvf yv) kv其中：cv=158 xv=0.15 yv=0.4 m=0.2修正系数ko见切削手册表1.28kmv=1.15 kkv=0.8 kkrv=0.8 ksv=1.04 kbv=0.81vc=158/( 600.220.150.530.4) 1.150.80.80.810. =46.9(m/min)（4）确定机床主轴转速 ns=1000vc/dw=229.8（r/min）按c车床说明书:200 rmin取=0.6 mm/n实际进给量：f=0.60.8=0.48 mm/刀具材料yg6 计算切削速度：vc= 46.9(m/min)主轴转速为：ns=1000vc/dw=229.8（r/min）计算及说明结 果所以实际切削速度v=40.8m/min 6. 钻孔、扩孔、倒角。 （1）、钻孔钻头选择：见切削用量简明手册表2.2钻头几何形状为（表2.1及表2.2）：双锥修磨具刃钻头参数：20 =30，2=118，2=70，b=3.5mm ,ao=12,=55,b=2mm根据切削用量简明手册表2-9确定f=0.48、按机床进给强度决定进给量：根据表2.9 ,当b210mpa 020.5mm 可确定f=0.75。 按c3163-1车床说明书取f=0.62mm/n.、 决定钻头磨钝标准及寿命 表2.21，当do=20mm、钻头最大磨损量取0.6 寿命t=45min.、切削速度由切削用量简明手册，表2.15得： =21m/minn=1000v/d=334.4 由机床技术资料得和334.4接近的有280n/m和400n/min 取280n/min取n=280m/min. 实际=17 m/min实际切削速度：v=40.8m/min进给量：f=0.75钻头最大磨损量取0.6寿命t=45min切削速度：=21m/minn=1000v/d=334.4实际=17 m/min计算及说明结 果d、基本工时，tm=l/nf=(80+10)/280x0.62=0.32 (min) 入切量及超切量由表2.29. 查出+=10mm 所以tm=l/nf=(80+10)/280x0.62=0.32 (min) （2）、扩孔刀具直径do=21mm；刀具几何参数同上。 由于两孔直径相差不大，为了节省停车和调换走刀量等辅助时间，n和f都不变，所以tm同上 tm=0.32 倒角刀具15锪钻由于两孔直径相差不大，以表面粗度要求不高手动进给。（3）、倒角 刀具：专用刀具。此工步使用到专用刀具与手动进给。检验机床功率按切削用量简明手册表 1.2可以查出 当160245hbs2.8 0.641min 3.4kw按c车床说明书主电机功率11可见比小得多所以机床功率足够所用切削用量符合要求,钻削功率检验按切削用量简明手册tm=l/nf=(80+10)/280x0.62=0.32 (min)刀具直径do=21mmn和f都不变tm=0.32 主电机功率：11计算及说明结 果表 2.21当21 0.64 查得转矩61.8n.m切削用量简明手册表由表2.32得功率公式cmcvc/30do=61.8x17/30x21=1.67km按c车床说明书主电机功率11可见c比小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要工序 拉花键孔单面齿升：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿为0.06mm,拉削速度 v=0.06m/s(3.6m/min)切削工时 t=zblk/1000vfzz式中： zb 单面余量1.5mm(由21mm拉削到25mm)； l 拉削表面长度：80mm； 考虑校准部分的长度系数，取1.2；k 考虑机床返回行程系数，取1.4 v 拉削速度（m/min）； fz 拉刀单面齿升 z 拉刀同时工作齿数，z=l/p； p 拉刀齿距p=(1.25-1.5)sqrt80=1.35sqrt80=12mm转矩61.8n.mcmcvc/30do=61.8x17/30x21=1.67km主电机功率：11单面齿为0.06mm,拉削速度： v=0.06m/s(3.6m/min)单面余量：1.5mm拉削表面长度：80mm拉刀齿距 p=12mm计算及说明结 果拉刀同时工作齿数z=l/p=80/127其本工时 tm=1.5801.21.4/10003.60.067=0.13(min)工序 粗铣，精铣b面。加工要求：粗铣b面，精铣b面，ra=3.2。用标准镶齿圆柱铣刀粗铣 加工余量3mm机床 ：62w加工工件尺寸：宽度：40mm 长度：28mm1. 粗铣1) 选择刀具 根据切削用量简明手册表3.1 铣削宽度ae5mm时。直径为do=50mm 故齿数，由于采用标准镶齿圆柱铣刀铣刀几何参数（表3.2）rn=10ao=162） 切削用量 留精铣的加工余量为0.2，所以本道工步切削宽度ac2.80.8，由于加工表面精度要求ra=3.2 um.根据表3.5得每转进给量0.5mm/r就能满足要求，但考虑到62w功率为7.5kw，机床为中等系统刚度和62w铣床说明书 所以每转进给量0.6mm/r3)选择刀具磨钝标准及刀具寿命。根据切削用量简拉刀同时工作齿数z=l/p=80/127其本工时 tm=0.13(min)机床 ：62w加工工件尺寸：宽度：40mm 长度：28mm齿数精铣的加工余量为0.2切削宽度：ac2.80.8每转进给量：0.6mm/r计算及说明结 果明手册表3.7、铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为0.6镶齿铣刀do=50mm， 刀具寿命 t=120min（表3.8）4)决定切削速度vc、可根据切削用量简明手册表3.9确定z=8, ap=40-70mm, ac=2.80.8, fz=f/z=0.0750.1mm/zvc=(cvdoqv)/(tmxapxxvxfzxyvxaexuvxzpv) cv=20,qv=0.7,xv=0.3,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.3,m=0.25,km=1.12,ksv=0.8,ktv=0.82,kv=kmxksvxktv=1.12x0.8x0.82=0.79vc=(cvxdoxqv)/(tmxapxxvxfzxyvxaexuvxzpv)=23.7(m/min) n=1000v/d=(1000x23.7)/(3.14x50) =151r/min根据x62w型铣床说明书选n=160r/minvc=3.14nd/1000=(160x3.14x50)/1000=25.1m/min vf=nf=160x0.6=96mm/min 选vf=80mm/min 实际fz=vf/(nxz)=0.0625mm/z5) 机床功率：根据切削用量简明手册表3.20 当vc=71m/min ae=2.8mm ap=41mm fz=0.08 最大磨损量为0.6镶齿铣刀：do=50mm，刀具寿命 t=120minn=160r/min切削速度：vc=25.1m/min vf= 96mm/minfz=0.0625mm/z计算及说明结 果 kmpc=1.4kw切削功率的修正系数：故pct0.8, 根据x62w型铣床说明书，机床主轴允许的功率为pcm=7.50.75=5.63kw 故pccpcm 因此所决定的切削用量可以采用。 ae=2.8mm vf=80m/minn=160r/min vc=25.1m/min fz=0.0625mmm/z6) 基本工时根据切削用量简明手册表3.5tm=(l+l1+)/vf=(28+14)/80=0.525（min） l1+=14mm2. 精铣1）选择刀具 刀具与上道工步是同一把刀。 2）切削用量 精铣的加工余量为0.2，所以本道工步切削宽度:ae0.2mm，0.63）决定切削速度vc、可根据切削用量简明手册表3.9确定ac=0.2mm, vc=(cvdoqv)/(tmxapxxvxfzxyvxaexuvxzpv)=33.1m/min机床主轴允许的功率为：pcm=5.63kw 基本工时：tm=0.525（min） l1+=14mm精铣的加工余量为0.2，本道工步切削宽度:ae0.2mm，0.6计算及说明结 果n=1000v/d=(1000x33.1)/(3.14x50)=211r/min根据x62w型铣床说明书选n=210r/minvf=nf=210x0.6=126mm/min vf=125mm/min fz=vf/(nxz)=0.074mm/z4）基本工时根据 切削用量简明手册表3.5tm=(l+l1+)/vf=(28+14)/125=0.336（min） l1+=14mm工序 铣削8+0.030mm槽。 加工工件尺寸：8+0.030mm , 长度l=40mm 加工要求：高速钢错齿三面刃铣刀（精密级k8）加工余量8 用乳化液冷却机床：x62w1) 选择刀具：由加工尺寸公差0-0.3 。所以铣刀精度为精密级k8铣刀参数：l=8mm d=63 d=22 d1=34 ro=15ao=12an=6z=162) 选择切削量由于槽的深度为8mm, 故一次走完，ae=8mm ap=8mm由切削用量简明手册表3.3 确定f=0.15-0.3mm/r 现取f=0.3mm/r fz=0.3/16=0.018mm/z3) 选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：根据切削用量简明手册表3.7,得最大磨损量为0.5 由表3.8切削速度：vc=211r/minn=210r/minvf=126mm/min、vf=125mm/min fz=0.074mm/z基本工时：tm=0.336（min） l1+=14mm铣削8+0.030mm槽加工工件尺寸：8+0.030mm ,长度l=40mm铣刀精度为精密级k8铣刀参数：l=8mm d=63 d=22 d1=34 ro=15ao=12an=6z=16f=0.3mm/r fz=0.3/16=0.018mm/z最大磨损量为0.5刀具寿命：t=100min计算及说明结 果确定刀具寿命：t=100min4) 决定切削速度vc和每齿进给量vf、由切削用量简明手册3.27的公式vc=(cvxdoxqv)/(tmxapxxvxfzxyvxaexuvxzpv)kvcv=25,qv=0.2,xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,km=1.12,ksv=0.8,ktv=0.82,kv=kmxksvxktv=1.12x0.8x0.82=0.79vc=(cvxdoxqv)/(tmxapxxvxfzxyvxaexuvxzpv)kv=82.86m/minn=1000vc/do=100082.86/3.1463=418.87r/min根据x62w型铣床说明书选nc=375r/min实际速度vc=donc/1000=74.2m/min 选vfc=ncf=375x0.3=112.5mm/min 根据x62w型铣床说明书选vf=110mm/minfzc=110/37516=0.018mm/z5) 机床功率：根据切削用量简明手册表3.28 公式圆周力 fc=(cfapxffzyfaevfz/doafnwf)kfc ktv=0.90 kmfc=0.94 由表28 得 cf=30，xf=1.0，yf=0.65，uf=0.83，wf=0，qf=0.83，kfc=1.28实际速度：vc=74.2m/min每齿进给量：vf=110mm/minfzc=0.018mm/z圆周力：fc=505.6 n计算及说明结 果fc=(cfapxffzyfaevfz/doqfnwf)kfc=30 x 8 x 0.018 x 8/ 63 x 375 =505.6 n m=fcdo/2103=15.9nm pc=fcvc/1000=1.18kw 根据x62w型铣床说明书，功率足够。6) 基本工时根据切削用量简明手册表3.5tm=(l+l1+)/vf=(40+14)/110=0.49（min） l1+=14mm工序铣宽为180+0.12mm槽加工要求：用乳化液冷却，加工工件尺寸，宽180+0.12mm，长l=40mm，加工余量23mm由于此工步的设计尺寸精度要求很高，用铣削加工很难达到尺寸精度的要求，所以为了留给下一道公序磨削的加工余量，所以分两步走，ae=23，ap=10mm1) 选择刀具铣刀参数：l=10 d=100mm d=30mm ro=15ao=12an=6z=242) 选择铣削用量由于槽的宽度为30mm, 故二次走完，ae=23mm ap=10mm由切削用量简明手册表3.3确定f=0.5mm/r 现取f=0.8mm/r fz=0.5/24=0.02mm/z机床功率:pc=fcvc/1000=1.18kw基本工时:tm=0.49（min）l1+=14mm加工工件尺寸:宽180+0.12mm，长l=40mm，加工余量23mm铣刀参数：l=10 d=100mm d=30mm ro=15ao=12an=6z=24ae=23mm ap=10mmf=0.8mm/r fz=0.5/24=0.02mm/z计算及说明结 果3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：根据切削用量简明手册表3.7,得最大磨损量为0.5 由表3.8确定刀具寿命：t=100min4）确定切削速度vc和每齿进给量vf：由切削用量简明手册3.27的公式vc=(cvxdoxqv)/(tmxapxxvxfzxyvxaexuvxzpv)kv cv=25,qv=0.2,xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,km=1.12,ksv=0.8,ktv=0.82,kv=kmxksvxktv=1.12x0.8x0.82=0.79 vc=(cvxdoxqv)/(tmxapxxvxfzxyvxaexuvxzpv)kv=98.6m/minn=1000vc/do=100098.6/3.14100=314r/min根据x62w型铣床说明书选nc=300r/min实际速度vc=donc/1000=94.2m/min 选vfc=ncf=300x0.5=150mm/min 根据x62w型铣床说明书选vf=150mm/minfzc=150/30024=0.020mm/z5）基本工时根据切削用量简明手册表3.5tm=(l+l1+)i/vf=(40+20)x2/150=0.8（min） l1+=20mm i=2(走两次)最大磨损量为0.5 刀具寿命: t=100minnc=300r/min实际速度:vc=donc/1000=94.2m/min每齿进给量vf：vf=150mm/minfzc=0.020mm/z基本工时:tm=0.8（min）l1+=20mm i=2(走两次)计算及说明结 果四、夹具设计4.1问题的提出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，决定设计第4道工序开档夹具。 4.2定位基准的选择由零件图可知，其设计基准为花键孔中心线和工件的右加工表面（a）为定位基准。因此选用工件以加工右端面（a）和花键心轴的中心线为主定位基准。4.3定位误差分析由于槽的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，只需保证夹具的花键心轴的制造精度和安装精度。4.4 切削力及夹紧力的计算刀具：高速钢直齿三面刃铣刀铣刀参数：l=10 d=100mm d=30mm ro=15ao=12an=6z=24 （由金属切削原理与刀具表15.7查得）cfc =282 ap =10mm fz = 0.02mm/s ae =25mm do=100 z= 24 kfc=(hb/198)0.55计算及说明结 果解得fc=200n在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数k= k1 k2 k3 k4查资料，有： k1为基本安全系数1.5 k1为加工性质系数1.1 k1为刀具钝化系数1.1 k1为断续切削系数1.1切削力为f=kfc=1.51.11.11.1200=400n实际夹紧力为fj= fk/u1u2=400/0.5=800n，其中u1和u2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，u1u2=0.5螺母选用m16x1.5细牙三角螺纹，由机械设计螺纹联接的预紧力公式，产生的加紧力为：其中： t=19000 n.m d2=14.8mm =2029, fc=1.5(f为摩擦系数，无润滑时f0.10.2)解得f0=10405n此时螺母的夹紧力f0已大于所需的800(n)的加紧力，故本夹具可安全工作。4.5 定位误差分析由于槽的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，只需保证夹具的花键心轴的制造精度和安装精度。4.6夹具设计及操作说明如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率.为此,在螺母夹紧时采用开口垫圈,以便装卸,夹具体底面上切削力为:f=400n实际夹紧力为:fj=800n螺母选用:m16x1.5细牙三角螺纹加紧力为:f0=10405n计算及说明结 果的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工。结果，本夹具总体的感觉还比较紧凑。夹具上装有对刀块装置，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底