CA6140车床工艺规程及铣30 x80端面专用夹具设计(831003).doc

制造技术课程设计说明书姓名： 班级： 学号：目 录 1拔叉的分析(2)1.1拔叉的功用(2)1.2拔叉的机械加工工艺分析(2)1.3毛坯的选择(3) 2工艺规程设计(3)2.1主要技术要求和技术关键(3)2.2确定各表面加工方案(3)2.3确定定位基准(5)2.4毛坯的结构工艺要求 （6）2.5工艺路线的拟定 （6）2.6拔叉的偏差，加工余量，工序尺的确定(11)2.7 确定切削用量及基本工时（机动时间）(12) 2.8时间定额计算及生产安排(13)2.9 粗、精铣18H11底槽（13） 3铣端面专用夹具设计(14)3.1定位基准的选择(14)3.2定位误差分析(14)3.3夹具设计方案确定(15)3.4切削力及夹紧分析计算(15)3.5 误差分析与计算 (17)4总结(17)5参考资料(18)1 拨叉的分析1.1 拨叉的功用题目给定的零件是CA6140拨叉（831003）。它位于车床变速机构中，主要其换挡作用。通过拨叉的拨动使车床滑移齿轮与不同的齿轮啮合，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，从而使主轴获得所需的速度和扭矩。宽度为30+0.0120mm的面的尺寸精度要求很高，在拨叉工作工程中，和如果拨叉和槽的配合尺寸精度不高或者它们之间的空隙很大时。滑移齿轮就达不到很高的定位精度，这样滑移齿轮就不能很好的与其他齿轮进行正确有效的啮合。从而影响整个传动系统的工作。所以拨叉宽度为30+0.0120mm的面和槽之间要达到很高的配合精度。1.2 拨叉的机械加工工艺分析一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。拨叉是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，其加工内花键的精度要求较高，此外还有上端面要求加工，所以对精度要求也很高。其底槽侧面与花键孔中心轴有垂直度公差要求，上端面与花键孔轴线有平行度要求。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。拨叉零件图如下图1.1图1.1 拨叉零件图大致的加工顺序和过程：铣侧面；拉内花键孔；铣上端面；铣18H11底槽；钻、铰2-M8通孔，并攻丝。（1） 侧面的加工主要是为了后续工序中能有更好的定位面，确保后续加工所要求的精度，粗糙度在6.3即可。（2） 以为主要加工面，拉内花键槽，槽数为6个，其粗糙度要求是底边，侧边，内孔粗糙度。（3）加工是铣上端面，表面粗糙度要求为。（4）铣18H11底槽，该槽的表面粗糙度要求是两槽边，槽底的表面粗糙度要求是。（5） 钻并攻丝2-M8，保证两螺纹孔中心距为25mm。1.3毛坯的选择本次课程设计的拨叉材料为HT200，根据材料成型工艺可知用金属型铸造。该零件能够承受较大载荷和冲击载荷，并且拨叉不经常受交变载荷作用，受力也不是太大，所以能够满足使用要求。生产类型为大批量生产。因为零件形状简单故毛坯形状需与零件的形状尽量接近，又因内孔很小，不可以铸出，18H11的底槽也不能铸出。2工艺规程设计2.1主要技术要求和技术关键主要加工面的技术要求:后侧面: ;内花键槽，内花键槽底边，侧边;上端面：；底槽：18H11槽底边，两槽侧边；2-M8的孔，保证两螺纹孔中心距为25mm。由加工工艺分析和技术要求可知，该拨叉零件的主要加工表面是平面、内花键槽。一般来说，保证平面的加工精度要比保证内花键的加工精度容易。因此，对于拨叉来说，上端面与槽边均与花键轴有位置度公差，加工过程中的主要问题是保证内花键的尺寸精度及位置精度，处理好内花键和平面之间的相互关系以及槽的各尺寸精度是拨叉夹具设计的重点、难点。2.2确定各表面加工方案一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时是加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于设计拨叉的加工工艺来说，应选择能够满足内花键加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。2.2.1加工方法的确定（1） 要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。（2） 根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。（3） 考虑被加工材料的性质。（4） 考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。（5） 此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法。再选择前面各工序的加工方法。2.2.2 面的加工铣床：参考文献资料1P130表5-8可以确定:粗铣6.33.2 半精铣6.30.4精铣1.60.2根据以上原则并结合题目可得主要加工面的加工方案如下：后侧面的加工主要是为后续加工做准备，因此，在选择加工方法上可以选用一次性铣面，表面粗糙度为3.2。上端面的加工方案为：粗铣半精铣（），粗糙度达到3.2。2.2.3 孔的加工（1） 加工内花键前的的孔加工查参考文献2P129表5.8，钻孔250.8，并由于的孔的精度为H12，所以确定的孔的加工方案为：一次钻孔，由于在拉削过程中才能保证的孔表面精度，所以，在加工内花键前的孔的精度可适当降低。（2） 内花键的加工通过拉刀实现花键的加工，由于拉削的精度高，所以能满足花键表面精度，同时也能保证的孔表面精度,内花键的进度要求25H7。（3） 2-M8螺纹孔的加工设计要求：两孔中心距50mm。加工方案定为：钻通孔，攻丝，铰锥孔。2.2.4 槽的加工底槽设计要求：18H11槽底边，两槽侧边。查参考文献1P138表5.8，粗铣6.33.2；半精铣6.30.4；精铣1.60.2可以确定，槽的加工方案为：粗铣半精铣（），粗糙度为6.30.8。2.3 确定定位基准2.3.1 粗基准的选择选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。粗基准选择应当满足以下要求：（1）选择加工余量小而均匀的重要表面作为粗基准，以保证该表面有足够余量。（2）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。（4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。结合整个工艺路线全面考虑，要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拔叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拔叉零件图分析可知，选择后侧面作为拔叉加工粗基准。2.3.2 精基准选择的原则（1） 基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。（2） 基准不变原则，应尽可能选用统一的定位基准。（3） 互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。（4）自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。（5）应使工件装夹稳定可靠，夹具简单等。选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。综合分析要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拔叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拔叉零件图分析可知，它的内花键槽，适于作精基准使用。2.4 毛坯的结构工艺要求（1） 拔叉为铸造件，对毛坯的结构工艺有一定要求： 铸件的壁厚应合适、均匀，不得有突然变化。 铸造圆角要适当，的得有尖棱、尖角。 铸件的结构要尽量简化。 加强肋的厚度和分布要合理，以免冷却时铸件变形或产生裂纹。 铸件的选材要合理，应有较好的可铸性。（2） 设计毛坯形状、尺寸还应考虑到： 各加工面的几何形状应尽量简单。 工艺基准以设计基准相一致。 便于装夹、加工和检查。 结构要统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。拨叉材料为HT200，年常量为600件，根据材料成型工艺可知用金属型铸造，生产类型为大批量生产。经过查资料：为减小铸造困难，22的孔，2M8的通孔，5的锥孔，18H11的底槽均不铸出。2.5 工艺路线的拟订对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。拨叉的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是：先加工后侧面，再加工的孔，再加工花键槽，最后以花键槽定位粗、精加工拨叉上端面和底槽及M8螺纹孔。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。2.5.1 工序的合理组合确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则：（1） 工序分散原则工序分散的特点工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。（2） 工序集中原则工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。2.5.2工序加工阶段的划分零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：（1） 粗加工阶段粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的加工公差等级为IT11IT12。粗糙度为Fri=80100m。（2） 半精加工阶段半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为IT9IT10。表面粗糙度Fri=101.25m。（3） 精加工阶段精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度精加工的加工精度一般为IT6IT7，表面粗糙度为Ra101.25m。（4） 光整加工阶段对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精度改善很少。一般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为IT5IT6,表面粗糙度为Ra1.250.32m。此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。工艺加工阶段的划分也能做到更好的安排的热处理等工序。25.3 机械加工工艺路线方案的确定依据工序集中分散原则，工序加工阶段划分原则，在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，大批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订两个加工工艺路线方案，见表2.1，表2.2。方案一：表2.1工序号工序内容定位基准10铣后侧面前侧面和上端面20钻22的孔，倒角底面和侧面30粗、精铣上端面已钻的孔和侧面40粗、精铣18H11底槽已钻的孔和侧面50钻2-M8通孔，攻丝已钻的孔和侧面60拉内花键 25H7已钻的孔和侧面70去毛刺，清洗钳工台80检验，入库方案二 表2.2工序号工序内容定位基准10铣后侧面前侧面和上端面20钻22的孔,倒角底面和后侧面30拉内花键槽 25H7已钻的22孔和后侧面40粗铣18H11底槽内花键槽和侧面50粗铣上端面内花键槽和侧面60精铣上端面内花键槽和侧面70精铣18H11底槽内花键槽和侧面80钻2-M8通孔，5的锥孔，攻丝铰锥孔内花键槽和侧面90去毛刺，清洗，钳工台100检验，入库加工工艺路线方案的对比论证：方案一、二主要区别在于在加工上端面及以下工序时，所选定位基准不同，粗精基准是否分开等。方案一选用的孔为主要定位基准，方案选用花键作主要定位基准，很显然选用内花键做定位基准更符合设计要求，因为其表面精度更高，且和某些需加工面有位置精度要求；方案一没有将粗精加工分开，放在一道工序进行，这样虽然减少了装夹工件的次数，缩短了加工路线，但是由于是大批量生产，并没有合理利用工时，根据工序分散原则，粗精加工分开进行，更有利于提高生产率，降低成本。由以上分析，方案二为合理经济的加工工艺路线方案。具体的工艺过程见表2.3。表2.3 加工工艺过程表工序号工 种工序内容备注10铸造金属型铸造铸件毛坯尺寸：长： 宽： 高：，孔和底槽不铸出20热处理退火热处理车间30铣铣后侧面专用铣夹具装夹；立式铣床40扩锪钻孔，倒角专用夹具装夹；轻型圆柱立式钻床50拉拉内花键专用夹具装夹；拉床60铣粗铣底槽18H11，深35mm专用夹具装夹；立式铣床（X52K）70铣粗铣上端面专用夹具装夹；立式铣床80铣半精铣上端面专用夹具装夹；立式铣床90铣半精铣底槽18H11，深35mm专用夹具装夹；立式铣床100钻，攻丝铰钻通孔6.7，攻丝M8铰锥孔专用夹具装夹；摇臂钻床110去毛刺清洗钳工台120检验入库26 拔叉的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定X52K铣床技术参数：主要技术参数：X5032主轴端面至工作台距离(mm)：45415主轴中心线到床身垂直导轨的距离(mm) ：350工作台工作面(宽度长度)(mm) ：3201325工作台行程纵向/横向/垂向（手动/机动)：(mm) 700/880、255/240、370/350工作台进给范围纵向/横向/垂向(mm/min)： 23.51180/15786/8394工作台快速移动速度纵向/横向/垂向：(mm/min) 2300/1540/770T型槽槽数/槽宽/槽距(mm/：)3/18/70主轴转速(r.p.m)18级：301500主电机功率(mm) ：7.5外形尺寸(mm)： 253018902380选定计算18H11（）槽偏差及加工余量：铸造时槽没铸出，参照参考文献8表21-5，得粗铣其槽边双边机加工余量2Z=2.0mm，槽深机加工余量为2.0mm，再由参照参考文献3表21-5的刀具选择可得其极限偏差：粗加工为，精加工为。粗铣两边工序尺寸为：；粗铣后毛坯最大尺寸为：；粗铣后毛坯最小尺寸为：16+0=16mm；粗铣槽底工序尺寸为：33mm；半精铣两边工序尺寸为：，已达到其加工要求：。2.7 确定切削用量及基本工时（机动时间）工序60：粗铣18H11底槽机床：立式升降台铣床（）刀具：根据参考文献4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。（1） 粗铣16槽铣削深度：每齿进给量：查参考文献5表2.4-75，得，取。铣削速度：查参考文献8表30-33，得机床主轴转速：查参考文献5表3.1-74取实际切削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度：=81mm刀具切出长度：取，走刀次数1次机动时间：2.8 时间定额计算及生产安排 根据设计任务要求，该拔叉的年产量为6000件。一年以260个工作日计算，每天的产量应不低于24件。设每天的产量为24件。再以每天8小时工作时间计算，则每个工件的生产时间应不大于22.8min。参照参考文献5表2.5-2，机械加工单件（生产类型：中批以上）时间定额的计算公式为： （大量生产时） 因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为： 其中： 单件时间定额 基本时间（机动时间） 辅助时间。用于某工序加工每个工件时都要进行的各种辅助动作所消耗的时间，包括装卸工件时间和有关工步辅助时间 布置工作地、休息和生理需要时间占操作时间的百分比值2.9 粗、精铣18H11底槽（1） 粗铣18槽机动时间：辅助时间：参照参考文献5表2.5-45，取工步辅助时间为。查参考文献5表2.5-46取装卸工件时间为，单件加工时已包括布置、休息时间，由于此次工序中装夹了两个加工件，应乘以多件装夹系数，查该表注释得两件装夹系数为0.6，因此装卸工件时间min，则。：根据参考文献5表2.5-48，单间时间定额有：22.8min因此，达到生产要求。3铣端面专用夹具设计为了在考虑零件的技术要求的前提下降低劳动强度提高劳动生产率。根据任务要求中的设计内容，需要设计专用夹具来铣3080面。3.1定位基准的选择由零件图可知：槽两侧面面对花键孔的中心线有尺寸要求及垂直度要求，其设计基准为花键孔的中心线。为了使定位误差达到要求的范围之内，在此选择以花键孔中心线为主要定位基准，则由定位其准不重合引起的误差较小，这种定位在结构上也简单易操作。采用花键轴定心定位的方式，保证底槽加工的技术要求。同时，应加一圆柱销固定好花键轴，防止花键轴带动工件在X方向上的旋转自由度。其中花键轴限制五个自由度，包括3个转动自由度和两个移动自由度;平面限制轴向方向的移动自由度。3.2定位误差分析 由于上端面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。33夹具设计方案确定根据任务书要求，铣时要保证宽20-10mm上端面，此面粗糙度3.2，且要保证底面与花键中心尺寸22mm，以及侧面与花键孔中心的垂直度误差不大于0.08mm，现设计夹具方案有：方案一：采用压板用螺栓联接，利用汽缸夹紧，这种夹紧方式夹紧力可靠，辅助时间短，工人劳动强度小，但是成本高。方案二：采用压板，用螺栓、螺母联接，利用手动夹紧，这种夹紧方式夹紧力小，但成本低。本次设计零件为大批量生产，要求成本低，且在加工过程中夹紧力要求不高，因此夹具夹紧方案选用方案二，利用螺栓、螺母手动夹紧。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，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一个正确的安装位置，以便有利于铣削加工。安装工件时，先将工件花键孔装入定位心轴，安装开口垫圈，用夹紧螺母拧紧，夹紧工件。 34 切削力及夹紧分析计算刀具材料：高速钢镶齿三面刃铣刀（）刀具有关几何参数： 由参考文献13表1-2-9 可得铣削切削力的计算公式： 查参考文献13表得：对于灰铸铁： 取 ， 即所以 由参考文献3表1-2可得：垂直切削力 ：（对称铣削） 背向力：根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理