“CA6140车床”拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备.doc

课程设计说明书设计题目： 设计“CA6140车床”拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计者 指导教师 机械工程学院 2010年7月2日课程设计说明书目录封面-1题目-3设计要求-3设计目的-3零件分析-3工艺规程设计-4工序1-6工序2-8工序3-8工序4-10工序5-11工序6-12夹具设计-13参考文献-15小结-16一.题目 设计“CA6140车床”拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备（中批量生产）二.设计要求1.零件图一张2.毛坯图一张3.机械加工工艺过程卡片一张4.夹具零件图和装配图各一张5.课程设计说明书一份三.设计的目的：机械制造课程设计,是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技术基础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。四.零件的分析（一）、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18+0.0120mm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+0.0120mm的槽和滑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+0.230mm的六齿方花键孔、22+0.280花键底孔两端的2X150倒角和距中心线为27mm的平面。2. 以工件右端面为基准的8+0.030 mm的槽和18+0.120mm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。5、 工艺规程设计（一）、确定毛坯的制造形成 零件材料HT200，铸造成型。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30.8mm。（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A面为精基准。（三）、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+0.030mm的槽。4. 铣削18+0.0120mm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+0.030mm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+0.0120mm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：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“机械加工工艺过程卡片”（四）、机械加工余量 CA6140的拨叉材料为HT200。毛坯重量为1.0 kg， =145MPa，硬度为200 HBS，生产类型为由大、中批量生产，采用铸造成型。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，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2Z=1mm3. B面的加工余量。此工序分2个工步：1、粗铣B面；2、精铣B面粗铣加工余量为2.8mm精加工余量为0.2mm（五）、确定切削用量及基本工时工序1：车削A面。1、加工条件工件材料：灰口铸铁HT200，=145MPa，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：硬质合金车刀， Kr=902、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IT12级取-0.46mm（入体方向） （2）进给量，根据切削用量简明手册第三版，表1.4，取f=0.6-0.8mm/r按C3163-1车床取f=0.6 mm/n。由于存在间歇加工所以进给量乘以k=0.75-0.85，所以，实际进给量f=0.60.8=0.48 mm/r按C3163-1车床取f0.53mm/r（3）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）刀具材料YG6 V=Cv/(）Kv其中：Cv=158，=0.15，=0.4，m=0.2修正系数Ko见切削手册表1.28=1.15，=0.8，=0.8，=1.04，=0.81Vc =158/() 1.150.80.80.810.97 =46.9(m/min)（4）确定机床主轴转速 n=229.8（r/min）按C3163-1车床说明书n200 r/min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 f=0.33（min）,L=(65-0)/2=32.5，L1=3，L2=0，L3=02、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C3163-1车床说明书f0.16 mm/r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/(）Kv=158/() 1.150.80.80.810.97 =83.85(m/min)3）、确定机床主轴转速. n=410.8(r/min)，按C3163-1车床说明书取n=400（r/min）实际切削速度V=57.1m/min4）、切削工时，查工艺手册表6.2-1 Tm=(L+L1+L2+L3)/nf=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=03、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：d20mm,=30根据切削用量简明手册表2-9确定f=0.48 1.按机床进给强度决定进给量：根据表2.9 ,当210MPa 20.5mm 可确定f=0.75。 按C3163-1车床说明书取 f=0.62mm/n。 2.决定钻头磨钝标准及寿命，表2.21，当=20mm、钻头最大磨损量取0.6，寿命T=45min. 3.切削速度，由切削用量简明手册，表2.15得 V=21m/minn=334.4(r/min)，由机床技术资料得和334.4接近的有280r/min和400r/min，取280r/min取n=280r/min. 实际V=17m/min （2）、扩孔 刀具直径=21mm；刀具几何参数同上。 由于两孔直径相差不大，n和f都不变，所以同上（3）、倒角 刀具：专用刀具。此工步使用到专用刀具与手动进给。工序2：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)工序3：粗铣，精铣B面。 加工要求：粗铣B面，精铣B面，Ra=3.2um。 用标准镶齿圆柱铣刀粗铣，加工余量3mm 机床：X62W 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5mm时，直径为=50mm，故齿数z=8，由于采用标准镶齿圆柱铣刀铣刀几何参数（表3.2） 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ac2.80.8mm，由于加工表面精度要求Ra=3.2um，根据表3.5得每转进给量f0.5-1mm/r就能满足要求，但考虑到X62W功率为7.5kw，机床为中等系统刚度和X62W铣床说明书，所以每转进给量f0.6mm/r3) 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=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, =40-70mm, =2.80.8mm，fz=f/z=0.075mm/zVc=(Cv)/(TmXvfzZ) Cv=20,=0.7,Xv=0.3,=0.2,=0.5,=0.3,m=0.25,Km=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=KmKsvKTv=1.12x0.8x0.82=0.79Vc=(Cv)/(TmXvfzZ)=23.7(m/min) n=(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/nz=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=0.08mm/z，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/min，n=160r/min，Vc=25.1m/min，fz=0.0625mm/z2. 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a0.2mm，f0.6mm/r3）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=(Cv)/(TmXvfzZ)=33.1m/min n=(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/nz=0.074mm/z工序4： 铣削m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，r=15，a=12，a=6，Z=162) 选择切削量由于槽的深度为8mm, 故一次走完，a=8mm,=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确定刀具寿命：T=100min 4) 决定切削速度Vc和每齿进给量V、由切削用量简明手册3.27的公式Vc=(Cv)/(TmXvfzZ)Kv Cv=25,=0.2,Xv=0.1,=0.2,=0.5,=0.1,m=0.25,Km=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=KmKsvKTv=1.12x0.8x0.82=0.79 Vc=(Cv)/(TmXvfzZ)Kv=82.86m/minn=100082.86/3.1463=418.87r/min根据X62W型铣床说明书选=375r/min实际速度Vc=/1000=74.2m/min 选Vfc=f=375x0.3=112.5mm/min,根据X62W型铣床说明书选Vf=110mm/min，fzc=Vf/z=110/(375x16)=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，K=0.90 ，K=0.94 由表28得C=30，X=1.0，y=0.65，V=0.83，WF=0，qF=0.83，K=1.28 =30x8x0.073x5.62x16/31.15x10=505.6N M=F/21000=15.9NM P=FV/1000=1.18km,根据X62W型铣床说明书，功率足够。工序5: 铣宽为18m槽加工要求：用乳化液冷却，加工工件尺寸，宽18mm，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，=23mm，=10mm，1) 选择刀具铣刀参数：L=10,D=100mm ,d=30mm,r=15,=12,=6,Z=242) 选择铣削用量由于槽的宽度为18mm, 故二次走完，=23mm =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/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确定刀具寿命：T=100min4）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=(Cv)/(TmXvfzZ)Kv Cv=25,=0.2,Xv=0.1,=0.2,=0.5,=0.1,m=0.25,Km=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79 Vc=(Cv)/(TmXvfzZ)KvKv =98.6m/minn=100098.6/(3.14100)=314r/min根据X62W型铣床说明书选n=300r/min实际速度V=n/1000=94.2m/min 选Vf=nf=300x0.5=150mm/min,根据X62W型铣床说明书选选Vf=150mm/minfz=150/30024=0.020mm/z工序6: 磨18mm槽保证尺寸18mm 1) 选择砂轮。见切削用量简明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=3000r/min(见机床说明书)，v=2.5m/s进给量f=50mm/min 双单行程 f=0.015mm六、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。经过考虑，决定设计第4道工序铣宽为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mm的槽，由于采用宽为8mm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=14Fz=Ct0.83Sz0.65D-O.83BZK (见切削手册3-56表)解得 Fz =200 (N)其中C=52，t=8mm，Sz=0.08mm/s，B=8mm，D=63mm，Z=14， kP=(HB/198)在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数K= 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： 为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1F,=KFH =1.5x1.1x1.1x1.1x200=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=U2=0.025螺母选用M16X