机械制造工艺学课程设计-拔叉831007工艺及铣Φ73的面夹具设计.doc

机械制造工艺学课程设计 车床车床 CA6140CA6140 拨叉拨叉 831007831007 班班 级级 学学 生生 学学 号号 指导老师指导老师 机械制造工艺学课程设计任务书机械制造工艺学课程设计任务书 题目：题目：设计“拨叉 831007”零件的机械加工工艺规程 及工艺装备（年产量 5000 件） 内容：内容：1.零件图 1 张 2.毛坯图 1 张 3.机械加工工艺过程综合卡片 1 张 4.夹具设计装配图 1 张 5.课程设计说明书 1 份 目录目录 序言序言.11 1 1、零、零 件件 的的 分分 析析.11 1.11.1 零件的作用零件的作用.11 1.21.2 零件的工艺分析零件的工艺分析.11 1.31.3 位置要求：位置要求：.12 2 2、工、工 艺艺 规规 程程 设设 计计.12 2.12.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式.12 2.22.2 基面的选择基面的选择.12 2.2.12.2.1 粗基准的选择粗基准的选择：.12 2.2.22.2.2 精基准的选择精基准的选择：.12 2.32.3 制定工艺路线制定工艺路线.12 2.3.12.3.1 工艺路线方案一：工艺路线方案一：.12 2.3.22.3.2 工艺路线方案二工艺路线方案二.13 2.3.32.3.3 工艺方案的比较与分析工艺方案的比较与分析.13 2.42.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定机械加工余量、工序尺寸及公差的确定: :.14 3 3、 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时.15 工序工序 以毛坯底边为基准，钻以毛坯底边为基准，钻 2020MMMM孔孔, , 扩孔至扩孔至 21.821.8MMMM.15 1.1.加工条件加工条件.15 2.2.计算切削用量计算切削用量.15 工序工序 以底端面为基准，铣以底端面为基准，铣 4040MMMM上端面，保证其尺寸要求及粗糙度上端面，保证其尺寸要求及粗糙度.16 1.1.加工条件加工条件.16 2.2.计算切削用量计算切削用量.16 工序工序 以以 4040 为精基准，镗为精基准，镗 55+0.555+0.5 0 0MMMM，镗，镗 73+0.573+0.5 0 0MMMM保证其尺寸和粗糙度保证其尺寸和粗糙度.16 1.1.加工条件加工条件.16 2.2.计算切削用量计算切削用量.17 3.3. 计算基本工时计算基本工时.17 工序工序 粗镗、半精镗、精镗粗镗、半精镗、精镗 5555MMMM孔至图样尺寸孔至图样尺寸.17 1.1.加工条件加工条件.17 2.2.计算切削用量计算切削用量.17 工序工序 以孔以孔4040 为精基准，钻孔至为精基准，钻孔至7,7, 铰孔至铰孔至8 8 确保孔内粗糙度为确保孔内粗糙度为 1.61.6.18 1.1.加工条件加工条件.18 2.2.计算切削用量计算切削用量.18 3.3.计算切削基本工时计算切削基本工时.18 工序工序 以以 4040 上端面为精基准，攻上端面为精基准，攻 M8M8 螺纹螺纹.19 1.1.加工条件加工条件.19 2.2.切削用量切削用量.19 3.3.计算切削基本工时计算切削基本工时.19 工序工序 倒角，倒角，4R54R5MMMM.19 工序工序 以以2222MMMM孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为 4 4，使其粗糙度为，使其粗糙度为 6.36.3.19 1.1.加工条件加工条件.19 2.2.计算切削用量计算切削用量.20 3.3.计算切削基本工时计算切削基本工时.20 4 4、夹具设计、夹具设计.20 4.14.1 问题的提出问题的提出.20 4.24.2 夹具设计夹具设计.20 4.2.14.2.1 定位基准选择定位基准选择.20 4.2.24.2.2 切削力及夹紧力计算切削力及夹紧力计算.20 4.2.34.2.3 具体夹具的装配图见附图具体夹具的装配图见附图.21 4.2.44.2.4 夹具设计及操作的简要说明夹具设计及操作的简要说明.22 设计总结设计总结.22 参考文献参考文献: :.22 序言序言 课程设计使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未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，为今后打下一个良好的基础。 1 1、零、零 件件 的的 分分 析析 1.11.1 零件的作用零件的作用 题目所给的零件是 CA6140 车床的拨叉。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工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的 22mm 孔与 操纵机构相连，二下方的 55mm 半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力 拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。 1.21.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 零件的材料为 HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不 适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求。 需要加工的表面： 1.小孔的上端面、大孔的上下端面； 2.小头孔mm 以及与此孔相通的mm 的锥销孔、螺纹孔； 0.021 0 22 88M 3.大头半圆孔mm； 55 1.31.3 位置要求：位置要求： 小头孔上端面与小头孔中心线的垂直度误差为 0.05mm、大孔的上下端面与小头孔中心 线的垂直度误差为 0.07mm。 由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工， 并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且 此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。 2 2、工、工 艺艺 规规 程程 设设 计计 2.12.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 零件材料为 HT200。考虑到零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单， 生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。选用铸件尺寸公差等级 CT9 级，已知此拨叉零件 的生产纲领为 5000 件/年，可确定该拨叉生产类型为大批生产，所以初步确定工艺安排为： 加工过程工序划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。 2.22.2 基面的选择基面的选择 基面的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，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会 造成大批报废，使生产无法正常进行。 2.2.12.2.1 粗基准的选择粗基准的选择： 以零件的底面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。这样就可 以达到限制五个自由度，再加上垂直的一个机械加紧，就可以达到完全定位。 2.2.22.2.2 精基准的选择精基准的选择： 考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一” 原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔内圆柱表面为辅助的定位精 基准。当设计基准和工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门的计算， 此处不再重复。 2.32.3 制定工艺路线制定工艺路线 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。再生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配 以专用的夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。处此之外，还应当考虑经济效果，以便 使生产成本尽量下降。 2.3.12.3.1 工艺路线方案一：工艺路线方案一： 工序 粗铣 40mm 孔的两头的端面，73mm 孔的上下端面。 工序 精铣 40mm 孔的两头的端面，73mm 孔的上下端面。 工序 粗镗、半精镗、精镗 55mm 孔至图样尺寸。 工序 钻、扩、铰两端 22mm 孔至图样尺寸。 工序 钻 M8 的螺纹孔，钻 8mm 的锥销孔钻到一半，攻 M8 的螺纹。 工序 倒角，4R5mm。 工序 铣断保证图样尺寸。 工序 去毛刺，检验。 2.3.22.3.2 工艺路线方案二工艺路线方案二 工序 以毛坯底边为基准， 钻 20mm 孔, 扩孔至 21.8mm, 铰孔至 22+0.021 0mm，保证孔的粗糙度。 工序 以底端面为基准，铣 40mm 上端面，保证其尺寸要求及粗糙度，与 22 的 垂直度为 0.05。 工序 以 40 为精基准，镗 55+0.5 0，镗 73+0.5 0 保证其尺寸和粗糙度， 与 22 孔的垂直度为 0.07。 工序 以孔 40 为精基准，钻孔至 7mm, 铰孔至 8mm 确保孔内粗糙度为 1.6。 工序 以 22 孔为精基准，钻 7mm 孔。 工序 以 40 上端面为精基准，攻 M8mm 螺纹。 工序 倒角，4R5mm。 工序 以 22 孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为 4mm，使其粗糙度为 6.3。 工序 去毛刺，检验。 2.3.32.3.3 工艺方案的比较与分析工艺方案的比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工完与 22mm 的孔有垂直度要求的面再 加工孔。而方案二悄悄相反，先是加工完 22mm 的孔，再以孔的中心轴线来定位加工完与 之有垂直度要求的三个面。方案一的装夹次数少，但在加工 22mm 的时候最多只能保证一 个面定位面与之的垂直度要求。其他两个面很难保证。因此，此方案有很大的弊端。方案 二在加工三个面时都是用 22mm 孔的中心轴线来定位这样很容易就可以保证其与三个面的 位置度要求。这样也体现了基准重合的原则。这样一比较最终的工艺方案为： 工序 以毛坯底边为基准， 钻 20mm 孔, 扩孔至 21.8mm, 铰孔至 22+0.021 0mm，保证孔的粗糙度。 工序 以底端面为基准，铣 40mm 上端面，保证其尺寸要求及粗糙度，与 22 的 垂直度为 0.05。 工序 以 40mm 为精基准，镗 55+0.5 0mm，镗 73+0.5 0mm 保证其尺寸和粗 糙度，与 22mm 孔的垂直度为 0.07。 工序 以孔 40 为精基准，钻孔至 7mm, 铰孔至 8 确保孔内粗糙度为 1.6。 工序 以 22mm 孔为精基准，钻 7mm 孔。 工序 以 40mm 上端面为精基准，攻 M8mm 螺纹。 工序 倒角，4R5mm。 工序 以 22mm 孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为 4mm，使其粗糙度为 6.3。 工序 去毛刺，检验。 2.42.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定机械加工余量、工序尺寸及公差的确定: : “CA6140 车床拨叉”零件材料为 HT200，毛坯重量约为 1.6,生产类型为大批生产， 采用砂型铸造毛坯。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛 坯尺寸如下： 1.外圆表面（40mm 及 73mm 外表面） 考虑到此表面为非加工表面，其精度为铸造精度 CT9 即可。又因它们是对称的两个零 件最后还需铣断，故对 40mm 的中心轴线的尺寸偏差为 1201.25mm 的范围内。 2. 两小孔mm。 0.21 0 22 毛坯为实心，两内孔精度要求界于 IT7IT8 之间，参照切屑加工简明实用手册表 8-21 确定工序尺寸及余量： 钻孔：21.8mm 2Z=21.8mm 铰孔：mm 2Z=0.2mm 0.21 0 22 3.中间孔（55mm 及 73mm） 中间孔尺寸相对较大可以铸造，根据机械制造工艺设计手册表 1-13 得：孔的铸造毛坯 为 49mm、 73mm 的孔是在 55mm 孔的基础之上铣削加工得到，其轴向尺寸上下表面距 离为 35mm，由于其对轴向的尺寸要求不高，直接铸造得到。参照切屑加工简明实用手册 表 8-95 确定 73mm 工序尺寸及余量： 粗铣：71mm Z=4mm 精铣：73mm Z=1mm 参照切屑加工简明实用手册表 8-95 确定 55mm 工序尺寸及余量： 粗 镗：53mm 2Z=4mm 半精镗：54mm 精 镗：55mm 4.螺纹孔及销孔 无可非议此销尺寸铸造为实体。 参照切屑加工简明实用手册表 8-70 确定钻 8mm 螺纹孔和 8mm 圆柱销孔及螺纹 孔的攻丝。 5.铣断 3 3、 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 工序工序 以毛坯底边为基准，钻以毛坯底边为基准，钻 20mm20mm 孔孔, , 扩孔至扩孔至 21.8mm,21.8mm, 铰孔至铰孔至 22+0.02122+0.021 0mm0mm，保证孔的粗糙度。，保证孔的粗糙度。 1.1. 加工条件加工条件 工件材料：HT200，硬度 190260HBS，b =0.16Gpa，铸造。 加工要求：钻孔至 21.8mm，精铰至 22mm，保证孔壁粗糙度 Ra=1.6m。 机床：Z512 台式钻床。 刀具：YG8 硬质合金麻花钻 21.8mm，钻头采用双头刃磨法，后角12、二重刃 o 长度=2.5mm、横刀长 b=1.5mm、宽 l=3mm、棱带长度 、 b mml5 . 1 1 1202 、。YG8 硬质合金铰刀 22mm。 10 0 30 2.2.计算切削用量计算切削用量 （1）查切削用量简明手册 。 rmmf/1 . 1 按钻头强度选择 按机床强度选择，最终决定 rmmf/75 . 1 rmmf/53 . 0 选择机床已有的进给量 。 rmmf/1 . 1 （2）钻头磨钝标准及寿命 后刀面最大磨损限度（查简明手册 ）为 0.5.mm，寿命 min60T （3）切削速度 查切削用量简明手册 修正系数 rmmvc/120 . 1 TV K0 . 1 MV K0 . 1 tv K 故。，查简明手册 0 . 1Kxv 0 . 1 1 v K10 apv Krmmvc/12 min/465 1000 0 r d v ns 机床实际转速为。故实际的切削速度。 min/460rnc sm nd v s c /52 . 0 1000 0 3. 计算基本工时 s nf L tm7 45 . 1 272 1030 工序工序 以底端面为基准，铣以底端面为基准，铣 40mm40mm 上端面，保证其尺寸要求上端面，保证其尺寸要求 及粗糙度，与及粗糙度，与 22mm22mm 的垂直度为的垂直度为 0.050.05。 1.1. 加工条件加工条件 工件材料：HT200，硬度 190260HBS，b =0.16Gpa，铸造。 加工要求：粗铣两头端面至 51mm、粗铣大孔端面至 30mm。 机床：X52K 立式铣床参数。 刀具：涂层硬质合金盘铣刀 45mm，选择刀具前角 o5后角 o8，副后角 o=8，刀齿斜角 s=10,主刃 Kr=60,过渡刃 Kr=30,副刃 Kr=5过渡刃 宽 b=1mm。 2.2.计算切削用量计算切削用量 （1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择 ap=2mm，一次走刀即可完成所需长度。 （2）计算切削速度 按简明手册 V c= v pv vevzvpm vov K ZuayfXaT qdC 算得 Vc98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s 据 X52K 立式铣床参数，选择 nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度 V c=3.1480475/1000=1.06m/s,实际进给量为 f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。 （3）校验机床功率 查简明手册Pcc=1.5kw,而机床所能提供功率为 PcmPcc。故校 验合格。 最终确定 ap=2mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，Vc=1.06m/s， fz=0.15mm/z。 工序工序 以以 4040 为精基准，镗为精基准，镗 55+0.555+0.5 0mm0mm，镗，镗 73+0.573+0.5 0mm0mm 保证其尺寸和粗糙度，与保证其尺寸和粗糙度，与 22mm22mm 孔的垂直度为孔的垂直度为 0.070.07。 1.1. 加工条件加工条件 工件材料：HT200，硬度 190260HBS，b =0.16Gpa，铸造。 加工要求：粗铣中间孔上端面至 22mm，周径至 71mm；粗铣 中间孔下端面至 24mm，周径至 71mm；精铣两头孔的端面至 50mm；保证粗糙度 Ra=3.2m；精铣中间孔上端面至 20mm，周径至 73mm；精铣中间孔下端面至保证 20mm,周 径至 73mm，保证端面粗糙度 Ra=3.2m，保证孔壁粗糙度 Ra=6.3m。 机床：X63 卧式铣床。 刀具：涂层硬质合金盘铣刀 45mm，选择刀具前角 o5后角 o8，副后角 o=8，刀齿斜角 s=10,主刃 Kr=60,过渡刃 Kr=30,副刃 Kr=5过渡刃 宽 b=1mm。 2.2.计算切削用量计算切削用量 （1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择 ap=4mm，一次走刀即可完成所需长度。 （2）计算切削速度 按简明手册 V c= v pv vevzvpm vov K ZuayfXaT qdC 算得 Vc98mm/s，n=780r/min,Vf=490mm/s 据 X52K 立式铣床参数，选择 nc=750r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度 V c=3.1480750/1000=1.78m/s,实际进给量为 f zc=V fc/ncz=750/(30010)=0.25mm/z。 （3)校验机床功率 查简明手册Pcc=2kw,而机床所能提供功率为 PcmPcc。故校验 合格。 最终确定 ap=1mm，nc=750r/min,Vfc=475mm/s，V c=1.78m/s， f z=0.15mm/z。 3.3. 计算基本工时计算基本工时 粗铣中间孔上端面至 25 mm，周径至 71mm；tm1=L/Vf=13s 粗铣中间孔下端面至 22mm，周径至 71mm；tm2=L/Vf=13s 精铣小孔上端面至 50mm，tm3=L/Vf=8s； 精铣中间孔上端面至周径至 73mm，tm4= L/Vf=10s； 精铣中间孔下端面至周径至 73mm，tm5= L/Vf=10s。 工序工序 粗镗、半精镗、精镗粗镗、半精镗、精镗 55mm55mm 孔至图样尺寸。孔至图样尺寸。 1.1. 加工条件加工条件 工件材料：HT200，硬度 190260HBS，b =0.16Gpa，铸造。 加工要求：粗镗中间孔至 53mm、半精镗中间孔至 54mm、精镗中间孔至 55mm。 机床：T616 卧式镗床。 刀具：YG8 硬质合金镗刀。 2.2.计算切削用量计算切削用量 单边余量 分三次切除，则 第一次。根据简明手册4.2-20 查得， ,3mmZ mmap2 取 。根据简明手册4.2-21 查得，取：。 rmmf/1 min/245rn 3.计算切削基本工时： s f L t m m 30 52 . 0 200 1212 同理，当第二次，第三次时，进给量和 mm ap 6 . 0mm ap 4 . 0rmmf/3 . 0 ，机床主轴转速都取 64r/min，切削基本工时分别为 100s 和 80s。 rmmf/12 . 0 工序工序 以孔以孔 4040 为精基准，钻孔至为精基准，钻孔至 7,7, 铰孔至铰孔至 88 确保孔内粗确保孔内粗 糙度为糙度为 1.61.6。 1.1. 加工条件加工条件 工件材料：HT200，硬度 190260HBS，b =0.16Gpa，铸造。 机床：组合机床。 刀具：8mm 麻花钻、7mm 麻花钻 2.2.计算切削用量计算切削用量 根据切削手册查得，进给量为0.180.33mm/z,现取 f=0.3mm/z，v=5m/min， f 则： min/199 8 510001000 r d v n w s 查简明手册表 4.2-15，取。所以实际切削速度为： min/195r nw sm n d v w w /1 . 0 1000 1958 1000 3.3.计算切削基本工时：计算切削基本工时： s f yl t m m 32 22 . 0 195 46 工序 以 22 孔为精基准，钻 7 孔。 1. 加工条件 工件材料：HT200，硬度 190260HBS，b =0.16Gpa，铸造。 机床：组合机床。 刀具：7mm 麻花钻、8mm 的丝锥。 2.计算切削用量 刀具：7mm 麻花钻。 根据切削手册查得，进给量为0.180.33mm/z,现取 f=0.3mm/z，v=5m/min， f 则： min/212 5 . 7 510001000 r d v n w s 查简明手册表 4.2-15，取。所以实际切削速度为： min/195r nw sm n d v w w /1 . 0 1000 1955 . 7 1000 3 计算切削基本工时： s f yl t m m 32 3 . 0195 46 工序工序 以以 4040 上端面为精基准，攻上端面为精基准，攻 M8M8 螺纹。螺纹。 1.1.加工条件加工条件 工件材料：HT200，硬度 190260HBS，b =0.16Gpa，铸造。 机床：组合机床。 刀具：8mm 的丝锥。 2.2.切削用量切削用量 刀具：丝锥 M6，P=1mm 切削用量选为：，机床主轴转速为：，按机床使用说明书选 smv/1 . 0 min/219r ns 取：，则 ；机动时， min/195r nwsmv/1 . 0mml1046 3.3.计算切削基本工时：计算切削基本工时： s f yl t m m 32 3 . 0195 46 工序工序 倒角，倒角，4R5mm4R5mm。 工序工序 以以 22mm22mm 孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为 4 4，使其粗糙度为，使其粗糙度为 6.36.3 1.1. 加工条件加工条件 工件材料：HT200，硬度 190260HBS，b =0.16Gpa，铸造。 加工要求：铣断后保证两边对称相等。 刀具：YG 硬质合金圆盘铣刀，厚度为 4mm。 机床：组合机床。 2.2.计算切削用量计算切削用量 查切削手册 ，选择进给量为：,切削速度为：，则： rmmf/3 . 0 smv/1 min/100 73 110001000 r d v n w s 根据简明手册表 4.2-39，取，故实际切削速度为： min/100r nw sm n d v w w /1 1000 10073 1000 查切削手册表 4.2-40，刚好有。 min/400mmf m 3.3.计算切削基本工时计算切削基本工时： s f yl t m m 126 400 3072 4 4、夹具设计、夹具设计 (一)问题的提出 本夹具是用来铣 73 的面,零件图中大小孔的中心距有公差要求,因此这两个小头孔的中心距也有一 定的公差要求.另外,此中心线为三个侧平面的设计基准,有一定的垂直公差要求.但此工序只是粗加工,因此 本工序加工时主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,而精度则不是主要问题. (二)夹具设计 1 定位基准选择 底面对孔的中心线有一定的垂直度公差要求,因此应以地面为主要定位基准.由于铸件的公差要求较大, 利用小头孔的外圆表面作为辅助定位基准时,只有采用自动对中夹具才能同时保证对称的两个零件的大小 孔的中心距的公差要求.为了提高加工效率,现决定采用两把麻花钻同时加工出两个8mm 的通孔. 2 切削力及夹紧力计算 由于实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于第一定位基准面,在两侧只 需要采用两个 V 型块适当夹紧后本夹具即可安全工作.因此,无须再对切削力进行计算. 3定位误差分析 零件图规定大孔与小孔的中心距为 65mm.采用自动对中夹具后,定位误差取决于对中块螺杆以及滑块 的制造误差.同时,对对中块利用调整螺钉进行调整并的误差只有 0.08mm.在后续的铣断工序中,利用中间 大