CA6140拨叉831005专用夹具设计（含全套CAD图纸） .pdf

1 机械制造工艺学 机械制造工艺学 课程设计说明书 课程设计说明书 设计题目设计题目： ： 设计设计“ca6140 “ca6140 车床”车床”拨叉零件的机械加工 拨叉零件的机械加工 工艺规程及工艺装备工艺规程及工艺装备（中批量生产（中批量生产） ） 设 计 者 设 计 者 指导教师指导教师 2 机械制造工艺学课程设计说明书 机械制造工艺学课程设计说明书 题目 题目 设计设计“ca6140 ca6140 车床车床”拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装 拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装 备备（中批量生产） 中批量生产） 内容 内容 1.零件图 1.零件图 一张 一张 2 2 毛坯图 毛坯图 一一张 张 3 3 机械制造加工工艺过程综合卡片 机械制造加工工艺过程综合卡片 一张 一张 4 4 结构设计装配图 结构设计装配图 一张 一张 5 5 结构设计零件图 结构设计零件图 一张 一张 6 6课程设计说明书 课程设计说明书 一份一份 3 前 前 言言 通过机床工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体(如公差于 配合 、 机械零件设计 、 金属切削机床 、 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熟悉与理解，并为以后的实际工 作奠定坚实的基础！ 在些次设计中我们主要是设计 ca6140 拨叉的铣床夹具。在此次课 程设计过程中，我小组成员齐心协力、共同努力完成了此项设计。在 此期间查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点，尤其老师的 大力帮助，在此表示感谢！ 4 一一 设计的目的设计的目的： 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（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。 二二 零件的分析零件的分析 （一） 、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，使主轴回转运动按照工作者的要 求进行工作。宽度为 18 +0.012 0mm 的槽尺 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 18 +0.012 0mm 的槽和滑 5 移齿轮的配合精度要求很高。 （二） 、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 25 +0.23 0mm 的六齿方花键孔、22 +0.28 0 花键底孔两 端的 2x15 0 到角和距中心线为 27mm 的平面。 2. 以工件右端面为基准的 8 +0.03 0 mm 的槽和 18 +0.12 0mm 的槽 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。 二、工艺规程设计二、工艺规程设计 (一) 确定毛坯的制造形成。 零件材料 ht200、考虑到此零件的工作过程中并有变载荷和冲 击性载荷，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。由于生产纲领为中批生产而且零件的尺寸并不很大， 故可采取模锻成型。经查金属机械加工工艺人员手册表 5-5 取 等级为 2 级精度底面及侧面浇注确定待加工表面的加工余量为 3 0.8mm。毛坯零件图如下图： （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 6 a 面为精基准。 (二) 制定工艺路线。 方案一 工序： 1. 粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端 15倒角。 2. 粗、精铣削 b 面。 3. 铣削 8 +0.03 0mm 的槽。 4. 铣削 18 +0.012 0mm 的槽。 5. 拉花键。 方案二 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. 拉花键。以 a 面为基准， 3. 铣削槽 b 面。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 4. 铣削 8 +0.03 0mm 的槽。 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. 铣削 18 +0.012 0mm 的槽。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。 方案分析： 7 上述两方案中，工艺方案一把拉花键放在最后一道工序。但此方案 中 2.3.4 工序很难对工件进行定位和加紧、方案二中，把花键放在第 一道工序的后边，这样，方案二中的 3.4.5 道工序很容易对工件进行 定位与加紧即以花键中心线和 a 面作为 3.4.5 道工序的定位基准。此 方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠，所以采用方案二比较合 理。 以上工艺过程详见附表 1“机械加工工艺过程综合卡片” (三) 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： 1. 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 2. 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22 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 8 艺人员手册取 2=1mm 3. 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 2.8mm (五)确定切削用量及基本工时。 工序 ：车削 a 面。 1加工条件。 工件材料：灰口铸铁 ht200。 b=145 mpa。铸造。 加工要求：粗、半精车 a 面并保证 28mm 的工序尺寸，ra=3.2m 机床 c3163-1。转塔式六角卧式车床。 刀具：刀片材料。 r =12. ao=6-8 b= -10 o=0.5 kr=90 n=15 2、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 9 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/(t m ap x v f y v ) 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 1.28 kmv=1.15 kkv=0.8 kkrv=0.8 ksv=1.04 kbv=0.81 vc =158/( 60 0.2 2 0.15 0.53 0.4 ) 1.150.80.80.810.97 =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 所以实际切削速度 v=40.8m/min （5）切削工时，按工艺手册表 6.2-1 由于铸造毛坯表面粗糙不平以及存在硬皮，为了切除硬皮表层以 及为下一道工步做好准备 tm=(l+l1+l2+l3)/nw x f=0.33（min） l=(65-0)/2=32.5 l1=3、l2=0、 l3=0 2、精车 1) 已知粗加工余量为 0.5mm。 2) 进给量 f. 根据 切削用量简明手册 表 1.6 ，f=0.150.25mm/r 按 c 车床说明书 0.16 mm/r 10 计算切削速度 按切削用量简明手册表 1.27，切削速度的计算 公式为（寿命选 t=60min） v=cv/(t m ap x v f y v ) kv =158/( 60 0.2 2 0.15 0.16 0.4 ) 1.150.80.80.810.97 =83.85(m/min) 3) 确定机床主轴转速. nw=1000vc/ dw =410.8（r/min）按 c3163 车床说明书 取 nw=400（r/min） 实际切削速度 v=57.1m/min 4) 切削工时，查工艺手册表 6.2-1 tm=(l+l1+l2+l3)/nwxf=22.5/400x0.16=0.35（min） 由于下一道工序是钻孔，所以留下 20mm 的台阶，所以 l=(65-20)/2=22.5 mm l1=3.l2=0. l3=0 3、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，=4mm。 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. 11 、 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/min n=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 、 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160245hbs 2.8 0.6 41min 3.4kw 按 c 车床说明书 主电机功率11 12 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表 2.21 当21 0.64 查得转矩61.8 n.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 13 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：28mm 1. 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=16 2) 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/r 3) 选择刀具磨钝标准及刀具寿命。 根据 切削用量简明手册 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 14 z=8, ap=40-70mm, ac=2.80.8, fz=f/z=0.0750.1mm/z vc=(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=0.79 vc=(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/min vc=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/z 5) 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 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/z 6) 基本工时根据 切削用量简明手册表 3.5 tm=(l+l1+)/vf=(28+14)/80=0.525（min） l1+=14mm 2. 精铣 1）选择刀具 刀具与上道工步是同一把刀。 15 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，0.6 3）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 n=1000v/ d=(1000x33.1)/(3.14x50)=211r/min根据x62w型铣床 说明书选 n=210r/min vf=nf=210x0.6=126mm/min、vf=125mm/min fz=vf/(nxz)=0.074mm/z 4）基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表 3.5 tm=(l+l1+)/vf=(28+14)/125=0.336（min） l1+=14mm 工序 铣削 8 +0.03 0mm 槽。 加工工件尺寸：8 +0.03 0mm , 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：x62w 1) 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=15 ao=12an=6z=16 2) 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/z 16 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=100min 其 中 4) 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)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 =82.86m/min n=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 型铣床说明书选选 vf=110mm/min fzc=110/37516=0.018mm/z 5) 机床功率：根据切削用量简明手册表 3.28 公式 圆周力 fc=(cfap xf fz yf ae vf z/do af n w wf f ) )k kf fc c 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 fc=(cfap xf fz yf ae vf z/do qf n w wf f ) )k kf fc c= =3 30 0 x x 8 8 x x 0 0. .0 01 18 8 x x 8 8/ / 6 63 3 x x 3 37 75 5 = =5 50 05 5. .6 6 n n m=fcdo/210 3 =15.9nm pc=fcvc/1000=1.18km 根据 x62w 型铣床说明书，功率足够。 17 6) 基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表 3.5 tm=(l+l1+)/vf=(40+14)/110=0.49（min） l1+=14mm 工序铣宽为 180 +0.12 mm 槽 加工要求： 用乳化液冷却， 加工工件尺寸， 宽 180 +0.12 mm， 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=10mm， 1) 选择刀具 铣刀参数：l=10 d=100mm d=30mm ro=15 ao=12an=6z=24 2) 选择铣削用量 由于槽的宽度为 18mm, 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 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=100min 其中 4） 确定切削速度 vc 和每齿进给量： 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)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, 18 kv=kmxksvxktv=1.12x0.8x0.82=0.79 vc=(cvxdoxqv)/(tmxapxxvxfzxyvxaexuvxzpv)kv =98.6m/min n=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 型铣床说明书选选 vf=150mm/min fzc=150/30024=0.020mm/z 5）基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表 3.5 tm=(l+l1+)i/vf=(40+20)x2/150=0.8（min） l1+=20mm i=2(走两次) 工序 磨 18mm 槽， 保证尺寸 18mm 1) 选择砂轮。 见切削手册第三章中磨料选择各表，结果为 gz46kv6p35040127 其含义为：磨轮磨料为棕刚玉，为了防止 粒度过小而磨轮堵塞，所以选用为粒度为 46 # ，硬度为软 2 级。 平 型砂轮，其尺寸为 16640（ddh） 。 2) 切削用量的选择。砂轮转速 n 砂=3000r/min(见机床说明书)， v 砂=2.5m/s 进给量 f=50mm/min 双单行程 fr=0.015mm 3) 切削工时。当加工 1 个表面时 19 tm=(l+y+) i k/50=3.1min 最后，将以上各个工序切削用、工时定额的计算结果，连同其它加工 数据，一起填入机械加工工艺卡片中，见附后表。 夹具设计夹具设计 （一）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 道工序铣宽为 80 +0。03 mm 槽的 铣床夹具。本夹具将用与 x63 卧式铣床。刀具为高速钢直齿三面刃铣 刀，来对工件进行加工。 本夹具主要用来铣宽为 80 +0。03 mm 的槽，由于采用宽为 80 +0。022 mm 的 精密级高速钢直齿三面刃铣刀，一次铣削，所以主要应该考虑如何提 高劳动生产率，降低劳动强度 （二）夹具设计 1定位基准的选择 由零件图可知，宽为 80 +0。03 mm 的槽，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。 2切削力及夹紧力的计算 刀具：高速钢直齿三面刃铣刀，63mm, z=14 20 fz=c cpt 0.83 sz 0.65 d -o.83 bzkp (见切削手册3-56 表) 解得 fz =200 (n) 其中 c cp=52， t=8mm, sz=0.08mm/s, b=8mm, d=63mm, z=14, kp=(hb/198) 0.55 在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数 k= k1 k2 k3 k4 水平切削分力 fh=1.1 fz =220 (n) 垂直切削分力 fv=0.3 fz=60 (n) 其中： 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 f , =kfh =1.5 x 1.1 x 1.1 x 1.1 x 200=400 (n) 实际加紧力为 wk= kfh/u1u2=400/0.5=800 (n) 其中 u1和 u2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，u1=u