CA6140拔叉84009 钻铰22说明书.pdf

1 四川职业技术学院 Sichuan Vocational and Technical College 毕 业 设 计 题目 “CA6140 车床拨叉”零件的机械加工工艺 及工艺设备 设计者 指导教师 2 拔叉工艺及夹具设计拔叉工艺及夹具设计拔叉工艺及夹具设计拔叉工艺及夹具设计 摘要：机械制造工艺学课程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。 关键词：拔叉；工艺规格设计；定位夹紧；夹具设计 3 TheTheTheThe DesignDesignDesignDesign OfOfOfOf Fork-leverFork-leverFork-leverFork-lever ProcessingProcessingProcessingProcessing andandandand FixtureFixtureFixtureFixture AbstractAbstractAbstractAbstract:The machine manufacture technology curriculum design was carried on after we studied universitys complete basic course ,the technical basic course as well as the majority of professional courses .This is a thorough comprehensive total review before we carry on the graduation project to studies various curricula ,also is an apply theory to reality training, therefore, it holds the important status in we four years university life. KeyKeyKeyKey wordswordswordswords: : : :Fork-lever; Craft specification design; The localization clamps; Jig design 4 目录 1 前言 5 2 零件说明6 2.1 零件的作用 2.2 零件的工艺分析 2.3 零件的结构特点 3 生产纲领、生产类型的确定 4 毛坯的确定3 5 工艺规程设计4 5.1 定位基准的选择 5.2 重点工序说明 5.3 制定工艺路线 5.4 机械加工余量的确定 5.5 切削用量的选择和时间定额的确定 6 夹具的设计18 6.1 设计主要问题的提出 6.2 夹具设计过程 6.3 定位误差分析 6.4 夹具设计及操作说明 7 设计总结20 参考文献21 5 1 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！ 在此次设计中主要是设计 CA6140 拨叉的铣床夹具。在此次课程设计过程中，我查 阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点，尤其机制教研室的 6 2 零件说明 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 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：84009）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 2X15 0 倒角和距花键中心线为 22mm 的上顶面； 、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 零件的结构特点 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，形状大体如下： 7 零件剖视图 图（1）零件大致结构图 8 3 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。 4 毛坯的确定 CA6140 车床拔叉，零件材料 HT200，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。 故毛坯图如下： 9 图（2）毛坯图 Fig(2) Rough map 5工艺规程设计 5.1定位基准的选择 定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，定位基准的选择得正确合 理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。 5.1.1粗基准的选择 在选择粗基准时，一般遵循下列原则：保证相互位置要求原则；保证加工表 面加工余量合理分配的原则；便于工件装夹原则；粗基准一般不得重复使用的原 则；为了保证所有加工表面有足够的加工余量，选用加工余量小的表面作粗基准， 不要用同一尺寸方向上。 两端面，后端面为精加工面，故在铣两端面时，先以后端面为粗基准，粗铣前端 面。 加工花键底孔时，利用两边侧面找正对称面和以底面为粗基准加工花键底孔。 5.1.2精基准的选择 在选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准 确、可靠、方面，提高工件的加工精度。一般遵循下列原则：基准重合原则；统 一基准原则；互为基准原则；自为基准原则；便于装夹原则。 为保证定位基准和工序基准重合，加工 2-M8 螺纹孔、5 锥孔，18H11 槽以零件 的坐端面和花键中心线为精基准，铣上顶面以花键中心线为精基准。 5.2重点工序的说明 CA6140 拔叉零件的重要加工面有花键底孔、 两端面， 花键， 槽， 顶面， 材料为 HT200， 参考机械制造工艺设计简明手册 ，其加工方法选择如下： 5.2.1 加工前后两端面 根据 GB1800-79 规定毛坯的公差等级为 IT13，表面粗糙度为 Ra12.5m，要达到 后端面 Ra3.2m 的技术要求，需要经过粗铣精铣。 5.2.2 加工22 花键底孔 此工序重点在于找正毛坯对称面，故采用螺旋定心夹紧机构，找正对称面，进行 加工。零件技术要求底孔的表面粗糙度达到 Ra6.3m，毛坯为实心，故采用钻孔扩 10 孔，可以达到要求。 5.2.3 加工外径为25 的花键内孔 零件要求花键底面粗糙度 Ra1.6m，侧面 Ra3.2m，由于此工序在钻底孔工序之 后，故采用拉花键孔的方法，一次拉削可以达到要求。 5.2.4 加工上顶面 零件上顶面为精加工，粗糙度要求为 Ra3.2m，与花键中心线的平行度误差 0.10mm，故以花键中心线为精基准，对上顶面进行粗铣精铣。 5.2.5加工 18H11 槽 零件技术要求槽底面要达到表面粗糙度为 Ra6.3m，侧面粗糙度为 Ra3.2m，而 且两侧面和花键中心线的垂直度0.08，本身有精度要求，18H11，故以花键中心线和 左端面为精基准，用花键心轴定位，采用铣磨。 顶面的钻 2-M8 通孔和5 锥孔工序不是很重要，在此不做详细说明，2-M8 通孔先 钻孔，再攻丝，5 锥孔采用锥刀进行加工。 5.3制订工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的加工精度和表面质量等技术要求能得到 合理的保证。在此零件为大批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具 并尽量使工序分散来提高生产率，此外，还应考虑经济效果，使生产成本尽量降低。 5.3.1工艺路线方案一的制订 工序：粗铣前端面 工序：粗、精铣后端面 工序：钻、扩花键底孔 工序：粗、精铣上顶面 工序：钻 2-M8 通孔 工序：钻5 锥孔 工序：铣削 18H11 槽 工序：磨削 18H11 槽 工序：拉花键 工序：挫圆角 工序：去毛刺 工序：终检 5.3.2 工艺路线方案二的制订 工序：粗铣前端面 工序：粗、精铣后端面 工序：钻、扩花键底孔 11 工序：拉花键 工序：粗、精铣上顶面 工序：钻 2-M8 通孔 工序：钻5 锥孔 工序：铣削 18H11 槽 工序：磨削 18H11 槽 工序 ：挫圆角 工序：去毛刺 工序：终检 5.3.3两种工艺路线的比较与分析 上述两种方案，工艺路线一把拉花键放在磨削 18H11 槽之后，在此，工序 4、工序 5、工序 6、工序 7、工序 8 中很难对工件进行定位和夹紧，造成生产率的下降。工艺 路线二，一把花键底孔钻削出来后紧接着就是拉花键，这样，后面的工序就很容易对 工件进行定位和夹紧，即以花键心轴进行定位，进行螺旋夹紧，此方案定位精度高， 专用夹具结构简单、可靠。 通过以上的两种工艺路线的优、缺点的分析，最后确定工艺路线二为该零件的加 工路线。工艺过程详见机械加工工序卡片。 5.4机械加工余量的确定 确定工序（或工步）尺寸的一般方法是：由加工表面的最后工序（或工步）向前 推算，前面已经根据有关资料查出了零件各加工表面的加工总余量（即毛坯余量） ，将 加工余量分配给各工序加工余量，然后往前推算工序尺寸。 CA6140 的拨叉材料为 HT200。毛坯重量约为 1.0 kg ，生产类型为由大批量生产， 毛坯为铸件，精度为 2 级铸件，大体尺寸确定，外表面加工面少，根据以上原始资料 加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸及加工余量如下： 前后端面的加工余量 前后端面有 30.8mm 的加工余量，足以把铸铁的硬质表面层切除。 前端面粗铣一次即可，加工余量 3mm，工序基本尺寸为 83mm，工序经济精度等级 为 IT11，公差值 0.22mm，表面粗糙度 Ra5m，上下偏差按“入体原则”确定（以后按 照此原则确定） 。 后端面粗铣一次， 精铣一次， 粗铣加工余量 2.8mm， 工序经济精度等级为 IT11， 公差值 0.22mm，精铣加工余量 0.2mm，工序经济精度等级为 IT7，公差值 0.035mm，表 面粗糙度 Ra3.2m，工序基本尺寸为 80mm。 矩形花键底孔 要求以矩形花键的外径定心， 故先钻中心孔， 再扩， 最后拉削， 内孔尺寸为22H12， 12 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，工序经济精度等级为 IT11，公差值 0.13mm。 扩孔21mm，工序经济精度等级为 IT10，公差值 0.084mm，粗糙度 Ra6.3m。 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 2=1mm。 顶面的加工余量 此工序分为两个工步：粗铣顶面；精铣顶面。 粗铣加工余量为 2.8mm，工序经济精度等级为 IT11，公差值 0.22mm。 精铣加工余量为 0.2mm，工序经济精度等级为 IT7，公差值 0.035mm，表面粗糙度 Ra3.2m。 18H11 槽的加工余量 铣削的加工余量：槽底面的铣削余量为 50mm，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 Ra6.3m。 磨削的加工余量：槽侧面的磨削余量为 0.5mm，工序经济精度等级为 IT9，公差值 为 0.043mm，侧面粗糙度为 Ra3.2m。 5.5切削用量的选择和时间定额的确定 根据课程设计指导书以及老师指定，需要计算几道工序的工作时间以及此工序的 切削用量的选择，现选工序 4 拉花键孔、工序 8 铣削 18H11 槽这两道工序进行计算。 5.5.1 工序一 以一端面为粗基准，粗铣另外一端面。 1. 加工条件 工件材料：HT200,b=0.16GPa HB=190241,铸造。 加工要求：粗铣上下端面。 机床：X6140 卧式铣床。 刀具：W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀,牌号 YG6。铣削宽度 ae=60,深度 apPcc。故校验 合格。 最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，fz=0.16mm/z。 6）计算基本工时 tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。 5.5.2 工序二 以底面为精基准，钻、扩、铰、精铰22 孔，保证精度达到 IT7。 1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 do=20mm，钻头采用双头刃磨法，后角 o11，二重刃长度 b=11mm,横刀长 b=5mm,弧面长 l=9mm,棱带长度 mml3 1 = 1202=10 0 =30= 2.选择切削用量 （1）决定进给量 查切rmmf/2 . 10 . 1= 按钻头强度选择rmmf/2=按机床强度选择rmmf/53. 0= 最终决定选择Z550机床已有的进给量rmmf/40 . 0 =经校验 max 2452012260FFf= 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 ）为 0.81.2mm，寿命min140=T 扩孔后刀面最大磨损限度（查切 ）为 0.9.mm，寿命min60=T 铰和精铰孔后刀面最大磨损限度（查切 ）为.mm，寿命min120=T （3）切削速度 查切rmmvc/20=修正系数0 . 1= TV K0 . 1= MV K0 . 1= tv K 0 . 1=Kxv0 . 1 1 = v K10= apv K故rmmvc/20=。 min/ 6 . 132 1000 0 r d v ns= 查切机床实际转速为min/125rnc= 14 故实际的切削速度rmm nd v s c / 8 . 18 1000 0 = （4）校验扭矩功率 NmMc362=NmMm 2 . 814=所以 mc MM kwPkwP Ec 95 . 5 4=故满足条件，校验成立。 扩铰和精铰的切削用量同理如下： 扩钻：min/125rn=rmmf/40 . 0 =min/5 .19mvc=mmd75.49 0 = 铰孔：min/125rn=rmmf/40 . 0 =min/6 .19mvc=mmd93.49 0 = 精铰：min/125rn=rmmf/40 . 0 =min/6 .19mvc=750 0 ITd= .计算工时 min52 . 0 53 . 0 125 1817 = + = nf L tm 所有工步工时相同。 5.5.1 工序一 以一端面为粗基准，粗铣另外一端面。 1. 加工条件 工件材料：HT200,b=0.16GPa HB=190241,铸造。 加工要求：粗铣上下端面。 机床：X6140 卧式铣床。 刀具：W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀,牌号 YG6。铣削宽度 ae=60,深度 apPcc。故校验 合格。 最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，fz=0.16mm/z。 6）计算基本工时 tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。 5.5.2 工序 4 拉花键孔切削用量和基本工时的计算 加工条件： 工件材料：HT200，铸件； 加工要求：花键底孔粗糙度 Ra6.3m，键槽侧面粗糙度 Ra3.2m，键槽底面粗糙度 Ra1.6m，键槽尺寸 6mm，偏差代号 H9； 刀具：高速钢拉刀；切削液：乳化液； 、加工设备：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=Zblk/1000vfzZ 式中：Zb单面余量 1.5mm(由22mm 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=(1.251.9)sqrtL 所以P=(1.251.9)sqrt80=1.35sqrt80=12mm 因为拉刀同时工作齿数 z=l/p=80/127 所以其本工时 Tm=1.5801.21.4/10003.60.067=0.13(min) 5.5.3 工序五 粗铣精铣顶面。 1. 加工条件 工件材料：HT200,b=0.16GPa HB=190241,铸造。 加工要求：粗铣顶面。 机床：X6140 卧式铣床。 16 刀具：W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀,牌号 YG6。铣削宽度 ae=60,深度 apPcc。故校验 合格。 最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，fz=0.16mm/z。 6）计算基本工时 tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。 5.5.4 工序 8 铣削 18H11 槽的切削用量和基本工时的计算 加工要求：用乳化液冷却，加工工件，槽宽 18mm，公差代号 H11，长 40mm，槽的 侧面与花键孔中心线的垂直度误差0.08mm，底面粗糙度为 Ra6.3m。 加工余量：25mm。 由于零件此处的设计精度比较高，用铣削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，分两步走，ae=25，ap=10mm。 选择刀具 铣刀参数：L=10D=100mm d=30mm ro=15ao=12an=6Z=24 选择铣削用量 由于槽的宽度为 18mm, 故二次走完，ae=25mm 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 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=120。 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 17 简明手册的公式 )60Zaf)/(Tdo(CVc m- 1p u e y z x p mq v v vvv v =a Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12, min/6 .98)60Zaf)/(Tdo(CVc m- 1p u e y z x p mq v v vvv v ma= n=1000Vc/do=100098.6/3.14100=314r/min 根据金属机械加工工艺人员手册X62W 型铣床说明选 nc=300r/min 实际速度 Vc=donc/1000=94.2m/min 选 Vfc=ncf=3000.5=150mm/min根据 X62W 型铣床说明书选 Vf=150mm/min fzc=150/30024=0.020mm/z 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)2/150=0.8（min）L1+=20mm i=2(走两次) 18 6夹具的设计 6.1设计主要问题的提出 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 8 道工序钻铰22 孔的钻床夹具。本夹具将用与 Z525 立式钻床。刀具为高速钢直齿三面刃铣刀，来对工件进行加工。 夹具设计经过与老师协商， 决定设计第 IX 道工序钻铰22 孔的钻床夹具。 本夹具 将用于 Z525 立式钻床。 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，本步的重点应在卡紧的方便与快速性上。 6.2 夹具设计过程 1定位基准的选择 出于定位简单和快速的考虑，选择20 孔为基准，即以一面上一长销（自由度 限制数：5）配合以一挡销（自由度限制数：1）使工件完全定位。再使用快速 螺旋卡紧机构进行卡紧。 2切削力和卡紧力计算 本步加工可按钻削估算卡紧力。实际效果可以保证可靠的卡紧。 轴向力NkfdCF F yMMf Fi 52 . 2 0 . 10 . 1006 . 0 420 8 . 00 . 1 0 = 扭矩MNkfdCM M yMzM Mc = 68 . 00 . 2 0 10416 . 7 0 . 10 . 1006 . 0 206 . 0 由于扭矩很小，计算时可忽略。 卡紧力为N F F f 04 . 5 2 = 取系数 S1=1.5 S2=S3=S4=1.1 则实际卡紧力为 F=S1*S2*S3*S4*F=10.06N 使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧 力。 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。 4.夹具设计及操作的简要说明 夹具的卡紧力不大，故使用手动卡紧。为了提高生产力，