机械制造工艺学课程设计说明书_(CA6140拨叉831003铣18H11键槽)

1 机械制造工艺学 课程设计说明书 题目： CA6140 车床拨叉 831003 零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计 班 级： 机自本一 姓 名： 王文凯 学 号： 08050101039 指导教师： 连黎明 平原大学 2011-6-10 2 新乡学院机电工程学院 机械设计制造及其自动化专业课程设计任务书 题目： CA6140 车床拨叉 831003 零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计 内容： 1、零件图 1 张 2、毛胚图 1 张 3、机械加工工艺过程综合卡片 1 份 4、工艺装备的装配图和零件图 折合约 2 张 A0 号图纸 5、课程设计说明书 1 份 班 级： 机自本一 姓 名： 王文凯 学 号： 08050101039 2011-6-10 3 目录 一、 序言 4 二、 零件的分 析 4 2、 1 零件的作用 4 2、 2 零件的工艺分析 4 2、 3 零件的特点 5 三、工艺规程设计 5 （一）确定毛坯的制造形式 5 （二）基面的选择 5 （三）制定工艺路线 5 （四） 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 6 （五）确定切削用量及基本工时 6 四、夹具的设计 14 五、结论 16 六、参考文献 16 一、序 言 机械制造工艺学设计是在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末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。 二、零件的分析 2.1 零件的作用 题目给定的零 件是 CA6140 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进行工作。宽度为 18mm 的槽尺寸精度要求很高，因为在 b 拔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 18mm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 拔叉（型号： 831003）共有 3 组加工表面： 、 零件两端面，可以后端面加工精度高，可以先以后端面为粗基准加工右端面，再以前端面为精基准加工左端面； 、 以花键中心线为基准的加工面：这一组面包括 25H7 的六齿方花键孔、 22H12 的花键底孔、两端的 2X150倒角和距花键中心线为 22mm的上顶面； 4 、 以工件右端面为基准的 18H11mm 的槽、上顶面的 2-M8 通孔和 5 锥孔。 经上述分析可知， 对于后两组加工表面，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 零件的特点 拔叉 831003 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。 三、工艺规程设计 （一）、确定毛坯的制造形式 零件材料为 HT200。考虑到零件在工作过程中有交变载荷和冲击载荷，因此选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件的工作可靠。生产纲领定为中批生产且零件轮廓尺寸并不很大，故可采取模锻成型。这从提高生产率、保证加工精度上考虑也是应该的。 （二）、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，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 （ 1） 粗基准的选择。因为要保证花间道中心线垂直于右端面，所以 40的外圆表面为粗基准 。 （ 2） 精基准的选择。为保证定位基准和工序基准重合，加工 2 M8、 5 锥孔、 18H11槽以零件的左端面和花键的中心线为精基准，铣上顶面以花键中心线为精基准。 （三）制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，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得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外好应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 1、 工艺路线方案一 工序 10：粗、精铣后端面； 工序 20：钻、扩花键底孔 22H12； 工序 30：倒角 1.5 X 15； 工序 40：粗、精铣上顶面； 工序 50：粗、精铣 18H11 底槽； 工序 60：钻 2 M8 通孔并攻丝，钻 5 锥孔； 工序 70：拉内花键 25H7； 工序 80：挫圆角； 工序 90：去毛刺，清洗； 工序 100：终检。 2、 工艺路线方案二 工序 10：粗、精铣后端面； 工序 20：钻、扩花键底孔 22H12； 工序 30：倒角 1.5 X 15； 工序 40： 拉内花键 25H7； 工序 50：粗、精铣 18H11 底槽； 工序 60： 粗、精铣上顶面； 工序 70：钻 2 M8 通孔并攻丝，钻 5 锥孔； 工序 80： 挫圆角； 工序 90：去毛刺，清洗； 工序 100：终检。 3、 两套工艺方案的比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于：方案一把拉内花键 25H7 放在粗、精铣 18H11 底 5 槽之后，这样后面的工序 50、工序 60、工序 70 很难对工件进行定位和夹紧。造成生产率的下降。而工艺路线二把花键底孔 22H12 钻削出来并倒角后紧接着就拉内花键25H7。这样后面的工序就很容易对工件进行定位和夹紧，即以花键中心线进行定位、进行螺旋夹紧。此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠。 通过以上两种工艺路线的优缺点分析。最后确定工艺路线二为 该零件的加工路线，工艺过程详见加工工序卡片。 （四）、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “ CA6140 拨叉（编号 831003）”零件材料为 HT200，毛坯重量约为 0.84kg。生产类型为中批量生产。采用 铸造毛坯 。 根据上述原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量、工序尺寸以及毛坯尺寸如下： 1、后端面加工余量 后端面有 3 0.8mm 的加工余量，足以把铸铁的硬质表面层切除。后端面粗铣一次、精铣一次。粗铣加工余量 2.8mm、工序经济精度等级 IT11、公差值 0.22mm。精铣加工余量 0.2mm、工序经济精度等级 IT7、公差值 0.035mm、表面粗糙度 Ra3.2um、工序基本尺寸 80mm。 2、矩形花键底孔 要求以花键外径定心，故先钻中心孔。再扩最后拉削内孔尺寸为 22H12（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。工序经济加工精度等级 IT11、公差值 0.13mm； 扩孔 22H12mm、工序经济加工精度等级 IT10、公差值 0.084mm、粗糙度 Ra6.3um； 拉内花键，花键孔以外径定心，拉削时加工余量参照金属机械加工工艺人员手册取 2Z=1mm。 3、 18H11 底槽的加工余量 槽底面粗铣余量为 35mm。槽侧面的铣削余量为 17.9mm、工序经济精度等级为 IT12、公差值 0.25mm、槽底面表面粗糙度 Ra6.3um。精铣的加工余量为侧面余量 0.1mm、工序经济精度等级为 IT9、公差值为 0.021mm、侧面粗糙度为 Ra3.2um。 4、上顶面的加工余量 此工序为两个工步：、粗铣上顶面 、精铣上顶面 粗铣加工余量为 2.8mm、工序经济加工精度等级为 IT11、公差值 0.22mm； 精铣加工余量为 0.2mm、工序经济加工精度等级为 IT7、公差值 0.035mm、表面粗糙度 Ra3.2um。 （五）、确定切削用量及基本工时 工序 10:以 40 外圆为基准，粗、精铣后端面。 1、 加工条件： 工件材料： HT200，ab GP16.0 HB SHB 241190 ,铸造。 加工要求：粗、精铣后端面，尺寸保证 80mm。 机床 : 型立式铣床51X 刀具材料：镶齿铣刀 2、 计算切削用量： 工步 1：粗铣 背吃刀量为 mmap 8.2 6 进给量的确定：机床的功率 5 10Kw，工 件夹具系统的刚度为中等条件，按切削用量简明手册中表 3.3 选取该工序的每齿进给量为 zmmfz /2.0。 铣削速度：参考机械制造技术基础课程设计指导教程得，选用镶齿铣刀，其中在 10/80/ zd 的条件下选取。铣削速度为 min/40 mv 。有公式 drn 1000 可以得到： m in/15rn 。 由于手册中的 X51 型立式铣床的主轴转速为 min/160 rn ，所以，实际铣削速度为： m in/19.401 0 0 08014.31601 0 0 0 mdnv 。 基本时间 t：根据面铣刀平面（对称铣削、主偏角 90rk）的基本时间计算公式：mzflllt 21 。其中， mml 75 ， mml 312 ，取 mml 22 ， mmae 40 。则有 ： mmaddl e 36.72)408080(5.0)31()(5.0 22221 。 m in/320160102.0 mmnzfnff zmz sfllltmz82.15m i n264.0320 236.77521 工步 2：精铣 背吃刀量的确定 mmap 2.0。 进给量的确定：由切削用量简明手册中表 3.3，按表面粗糙度为 umRa 2.3的条件选取，该工序的每转进给量为 rmmf /8.0 。 铣削速度的计算：根据其他有关资料确定，按镶齿铣刀， 10/80zd ， zmmf /08.0的条件选取，铣削速度 v 为 min/6.57 mmv 。由公式 drn 1000可以求得铣刀转速min/3.229 rn 。参照机械制造技术基础课程设计指导教程中 4-15 的 X51 立式铣床的主轴转速，选取转速为 min/210 rn 。再将此转速代入上面公式。可以求得： m in/78.521000 mmdnv 。 基本时间的确定：根据机械制造技术基础课程设计指导教 程中表 5-43 中面铣刀铣平面（对称铣削、主偏角 90rk ）的基本时间公式 mzflll 21t ，可以求得该工序的基本时间，其中 mml 75 ， mml 312 ，取 mml 22 ， mmae 40， mml 36.71 ，得： m in/168m in/210/8.0 mmrrmmnff mz sfllltmz13.30m i n502.0168 36.727521 。 工序 20：以 40mm 外圆为基准钻、扩花键底孔 22H12mm 1、加工条件： 工件材料： HT200， ab GP16.0 HB SHB 241190 ,铸造。 7 加工要求：钻花键底孔，尺寸保证 20mm。 机床： 型立式钻床525Z 刀具材料：高速钢直柄麻花钻 20mm、扩孔钻 22mm 3、 计算切削用量： 工步 1：钻 20mm 花键底孔 背吃刀量： mmap 20 进给量的确定：选取该工步 的每齿进给量 rmmf /3.0 。 切削用量的计算：因为该工件的材料为 HT200，所以选取切削速度为 min/22 mv 。由式 dvn 1000可以求得： m in/32.35020221000 rn 参照机械制造技术基础课程设计指导教程中表 4-9 所列的 型立式钻床525Z 的主 轴 转 速 。 先 取 min/392 rn ， 再 将 n 代入 dvn 1000中， 得到：m i n/6.241000 20392 mv 基本时间 t： 其中 mml 80 ， mmkDlr 66.12166.11021c o t21 ， mml 412 ，取mml 22 。所以基本时间 t 为： snf lllt 48.14m i n24.03923.0 266.128021 工步 2：扩 20mm 花键底孔至 22H12mm 背吃刀量确定 mmap 1。 进给量的确定：由切削用量简明手册中表 2.10 的资料，选取该工 件的没转进给量 rmmf /1.1 。 切削速度的确定：根据相关资料，确定： m /m in8.8221.04.0 钻vv 由公式 dvn 1000。可以得到：m in/4.12722 8.81000 rn 按机床选取 min/140 rn ，得到切削速度 m in/67.91 0 0 0 mdnv 基本时间 t： 其中 mml 80 ， m in/66.3166.1121c o t21 mmkDl r ， mml 412 取 mml 22 。所以基本时间 t为： snf lllt 4.33m in56.01401.1 266.38021 工序 30：以 40mm 外圆为基准，倒角 1.5 X 15 8 1、 加工条件 工件材料： HT200, ab GP16.0 HB SHB 241190 ,铸造。 加工要求：倒角 1.5 15 机床： 车床13163 C 刀具材料：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 1.24 可以查出 当 160 241HBS mma p 8.2 rmmf /6.0 min/41 mvc kwPc 4.3 按 13163C 车床说明书 主电机功率 KwP 11 可见cP比 P 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表 2.21 当 mmdo 21 mmf 64.0 查得转矩 mnM 8.61 切削用量简明手册表由表 2.32 得功率公式 KwdVMP ccc 67.12130 178.61300 按 13163C 车床说明书 主电机功率 KwP 11 可见cP比 P 小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要求。 工序 40：拉内花键 25H7 1、加工条件： 工件材料： HT200，铸件； 加工要求：花键底孔粗糙度 Ra6.3 m，键槽侧面粗糙度 Ra3.2 m，键槽底面粗糙度 Ra1.6 m，键槽尺寸 6mm，偏差代号 H9； 刀具：高速钢拉刀；切削液：乳化液； 机床：拉床。 确定齿升量：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿升量为 0.06mm； 切削速度：查有切削简明手册有切削速度为 0.06m/s（ 3.6m/min）； 切削工时： t=Zbl k/1000vfzZ 式中： bZ 单面余量 1.5mm(由 22mm拉削到 25mm)； l 拉削表面长度， 80mm； 9 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。 lP )9.125.1( 所以 mmP 1280)9.125.1( 因为拉刀同时工作齿数 z=l/p=80/12 7 所以其本工时 Tm=1.5 80 1.2 1.4/1000 3.6 0.06 7=0.13min=7.8s 。 工序 50： 粗、精铣 18H11 底槽 1、 加工条件 工件材料： HT200, ab GP16.0 HB SHB 241190 ,铸造。 加工要求：以花键中心线为基准 粗、精铣 18H11 底槽 、底面表面粗糙度 umRa 3.6、侧面表面粗糙度 umRa 2.3。 机床：立式升降台铣床（ 52XK） 刀具材料：根据实用机械加工工艺师手册表 21-5 选用高速钢镶齿三面刃铣刀。外径 160mm，内径 40mm，刀宽粗铣 16mm，精铣 18mm，齿数为 24 齿。 工步 1、粗铣 16 槽 铣削深度pa： 33pa mm 每齿进给量fa：查机械加工工艺手册表 2.4-75，得 0 . 2 0 . 3 /fa m m z，取0 .2 /fa m m z 。 铣削速度 V ：查机械加工工艺师手册表 30-33，得 14 m inmV 机床主轴转速 n ： 1 0 0 0 1 0 0 0 1 4 2 7 . 9 / m i n3 . 1 4 1 6 0VnrD 查机械加工工艺手册表 3.1-74 取 30 / m innr 实际切削速度 v ： 3 . 1 4 1 6 0 3 0 0 . 2 5 /1 0 0 0 1 0 0 0 6 0Dnv m s 进给量fV： 0 . 2 2 4 3 0 / 6 0 2 . 4 /ffV a Z n m m s 工作台每分进给量mf： 2 . 4 / 1 4 4 / m i nmff V m m s m m 被切削层长度 l ：由毛坯尺寸可知 40l mm 刀具切入长度 1l ： 1 0 .5 (1 2 )lD =81mm 刀具切出长度2l：取 mml 22 10 走刀次数 1 次 机动时间1jt：121 4 0 8 1 2 0 . 8 5 m i n144jml l ltf 工步 2、精铣 18 槽 切削深度pa： 35pa mm 根据机械加工工艺手册表 2.4 76 查得：进给量 0 .0 5 /fa m m z,查机械加工工艺手册表 2.4-82得切削速度 2 3 / m inVm ， 机床主轴转速 n ： 1 0 0 0 1 0 0 0 2 3 4 5 . 8 / m i n3 . 1 4 1 6 0Vnrd ， 查机械加工工艺手册表 3.1-74 取 4 7 .5 / m innr 实际切削速度 v ： 3 . 1 4 1 6 0 4 7 . 5 0 . 4 0 /1 0 0 0 1 0 0 0 6 0Dnv m s 进给量fV： 0 . 0 5 2 4 4 7 . 5 / 6 0 0 . 9 5 /ffV a Z n m m s 工作台每分进给量mf： 0 . 1 8 / 5 7 / m i nmff V m m s m m 被切削层长度 l ：由毛坯尺寸可知 40l mm ， 刀具切入长度 1l ： 1 0 .5 (1 2 )lD =81mm 刀具切出长度2l：取 mml 22 走刀次数为 1 机动时间1jt：121 4 0 8 1 2 1 . 5 2 m i n57jml l ltf 本工序机动时间12 0 . 8 5 1 . 5 2 2 . 3 7 m i nj j jt t t 工序 60：粗、精铣上顶面 机床：立式升降台铣床 5012X 刀具：根据实用机械加工工艺手册表 10-231，选用高速钢错齿三面刃铣刀，规格为： 1 6 0 , 4 0 , 3 2D m m d m m L m m ，齿数为 12 齿。 工步 1、粗铣上端面 铣削深度pa： mmap 2 每齿进给量fa：查机械加工工艺手册表 2.4-75， 0 . 1 5 0 . 2 5f mma z，取0 .2 0f mma z 。 铣削速度 V ：查实用机械加工工艺师手册表 11-94，得1 5 2 0 0 . 2 5 0 . 3 3m i nmmV s，取 0.3mV s 机床主轴转速 n ： 1 0 0 0 1 0 0 0 0 . 3 6 0 3 5 . 8 3 / m i n3 . 1 4 1 6 0VnrD 查机械加工工艺手册表 3.1-74 取 3 7 .5 / m innr 实际切削速度 v ： 3 . 1 4 1 6 0 3 7 . 5 0 . 3 1 /1 0 0 0 1 0 0 0 6 0Dnv m s 11 进给量fV： 0 . 2 1 2 3 7 . 5 / 6 0 1 . 5 /ffV a Z n m m s 工作台每分进给量mf： 1 . 5 / 9 0 / m i nmff V m m s m m 被切削层长度 l ：由毛坯尺寸可知 80l mm 刀具切入长度1l： 1 0 .5 (1 2 )lD =82mm 刀具切出长度2l：取 mml 22 走刀次数为 1 机动时间1jt：121 8 0 8 2 2 1 . 8 2 m i n90jml l ltf 工步 2、精铣上端面 切削深度pa： 1pa mm 根据实用机械加工工艺师册表 11-91查得：每齿进给量 0 . 0 1 0 . 0 2 /fa m m z,取 0 .0 2 /fa m m z，根据实用机械加工工艺师册表 11-94 查得切削速度 1 8 / m inVm 机床主轴转速 n ： 1 0 0 0 1 0 0 0 1 8 3 3 . 1 / m i n3 . 1 4 1 6 0Vnrd ， 按照机械加工工艺手册表 3.1-74 取 3 7 .5 / m innr 实际切削 速度 v ： 3 . 1 4 1 6 0 3 7 . 5 0 . 3 1 /1 0 0 0 1 0 0 0 6 0Dnv m s 进给量fV： 0 . 0 2 1 2 3 7 . 5 / 6 0 1 . 5 /ffV a Z n m m s 工作台每分进给量mf： 1 . 3 9 / 8 3 . 6 / m i nmff V m m s m m 被切削层长度 l ：由毛坯尺寸可知 20l mm ， 刀具切入长度 1l ： 1 0 .5 (1 2 )lD =81mm 刀具切出长度2l：取 mml 22 走刀次数为 1 机动时间1jt：121 2 0 8 1 2 1 . 2 3 m i n8 3 . 6jml l ltf 本工序机动时间12 1 . 8 2 1 . 2 3 3 . 0 5 m i nj j jt t t 工序 70： 钻 8M 孔并攻丝 机床：摇臂钻床 3025Z 刀具：根据参照机械加工工艺手册表 4.3-9硬质合金锥柄麻花钻头。 工序 1、钻孔 6.7 钻孔前铸件为实心，根据上文所的加工余量先钻孔到 6.7mm 再攻丝，所以6.7D mm 。 钻削深度pa： 9.5pa mm 进给量 f ：根据机械加工工艺手册表 2.4-38，取 rmmf /33.0 12 切削速度 V ：参照机械加工工艺手册表 2.4-41，取 0.41 /V m s 机床主轴转速 n ，有： 1 0 0 0 1 0 0 0 0 . 4 1 6 0 1 1 6 9 . 3 1 / m i n3 . 1 4 6 . 7vnrd ， 按照机械加工工艺手册表 3.1-31 取 1 6 0 0 / m innr 所以实际切削速度 v ： 3 . 1 4 6 . 7 1 6 0 0 0 . 5 6 /1 0 0 0 1 0 0 0 6 0dnv m s 切削工时 被切削层长度 l ： 42l mm 刀具切入长度1l： 1 6 . 7(1 2 ) 1 2 0 1 2 . 8 9 322rDl c t g k c t g m m m m 刀具切出长度 2l ： mml 412 取2 2l mm 走刀次数为 1，钻孔数为 2 个 机动时间