CA6140车床拨叉(831007型号)设计.pdf

1 湘潭大学 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“CA6140 车床拨叉”零件的机械加工艺规程及工 艺装备（年产量为 4000 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. 结构设计装配图1 张 5. 结构设计零件图5 张 6课程设计说明书1 份 班班班班级级级级05050505 机机机机 三三三三 学学学学生生生生 指指指指 导导导导 老老老老 师师师师 教研室主教研室主教研室主教研室主 任任任任 二零一零年二零一零年二零一零年二零一零年 一一一一 月月月月 1 序言 机械制造工艺学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,它在我们四年的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 ， 为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。 由于能力所限， 设计尚有许多不足之处， 恳请各位老师给予指教 。 一一、零零 件件 的的 分分 析析 （一）零件的作用（一）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22 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。 （二）零件的工艺分析（二）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 2 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 的锥孔、螺纹 0.021 0 22 88M 孔； 3.大头半圆孔mm；55 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。 二、二、 工工 艺艺 规规 程程 设设 计计 （一）确定毛坯的制造形式（一）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 4000 件/年， 零件的质量是 1.0Kg/个， 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； 3 加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。 （二）基面的选择（二）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。 （1） 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）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。 （三）（三） 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。 4 1.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8 的锥销孔钻到一半，攻 M8 的 螺纹。 工序铣断保证图样尺寸。 工序去毛刺，检查。 2.工艺路线方案二 工序粗铣40mm 孔的两头的端面。 工序钻、铰两端22mm 孔之图样尺寸。 工序粗铣中间孔上端面至25mm，周径至71mm；粗铣中间 孔下端面至 22mm，周径至71mm；精铣两头孔的端面 至 50mm；精铣中间孔上端面至 25mm，周径至73mm； 精铣中间孔下端面至周径至73mm； 工序粗镗、半精镗、精镗55mm 孔至图样尺寸。 工序钻8mm 的锥销孔钻到一半，然后与轴配做钻通，再钻 M8x1mm 的螺纹孔，攻 M8x1mm 的螺纹。 工序铣断保证图样尺寸 工序去毛刺，检查。 5 3. 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。很是审美！其他的工序尤为平常简单无需再 议。这样一比较最终的工艺方案为： 工序粗铣40mm 孔的两头的端面。 工序钻、铰两端22mm 孔之图样尺寸。 工序粗铣中间孔上端面至25mm，周径至71mm；粗铣中间 孔下端面至 22mm，周径至71mm；精铣两头孔的端面 至 50mm；精铣中间孔上端面至 25mm，周径至73mm； 精铣中间孔下端面至周径至73mm； 工序粗镗、半精镗、精镗55mm 孔至图样尺寸。 工序钻8mm 的锥销孔钻到一半，然后与轴配做钻通，再钻 M8x1mm 的螺纹孔，攻 M8x1mm 的螺纹。 工序铣断保证图样尺寸 6 工序去毛刺，检查。 以上工艺过程详见“机械加工工艺过程综合卡片”。 （四）（四） 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “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 1201.25 的范围内。 2. 两小孔 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：21.8mm2Z=21.8mm 铰孔：mm2Z=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49. 73 的孔是在55 孔的基础之上铣削加 工得到，其轴向尺寸上下表面距离为 30mm，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 7 定73mm 工序尺寸及余量： 粗铣：71mmZ=4mm 精铣：73mmZ=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：53mm2Z=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8 螺纹孔和8 圆柱销孔及螺纹孔的攻丝。 5.铣断 （五）确定切削用量及基本工时（五）确定切削用量及基本工时 工序粗铣40mm 孔的两头的端面。 1. 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。 8 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.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 Vc= 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Vc=3.1480475/1000=1.06m/s,实际进给量为 f zc=Vfc/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，V c=1.06m/s，f z=0.15mm/z。 4）计算基本工时 tmL/Vf=9.4s。 工序钻、铰两端22mm 孔之图样尺寸。 9 1. 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、二重刃长度=2.5mm、横刀长 b=1.5mm、宽 l=3mm、棱 ob 带长度、。YG8 硬质合金铰mml5 . 1 1 1202110 0 30 刀22mm。 2.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，rmmf/75. 1rmmf/53. 0 最终决定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 K 故。0 . 1 MV K0 . 1 tv K0 . 1Kxv0 . 1 1 v K10 apv Krmmvc/12 min/465 1000 0 r d v ns 7 查简明手册机床实际转速为。min/460rnc 10 故实际的切削速度。sm nd v s c /52 . 0 1000 0 7 3. 计算基本工时 s nf L tm7 45 . 1 272 1030 由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅 助时间。 钻和精铰的切削用量如下： 钻孔：。min/460rnrmmf/1 . 1smvc/52 . 0 mmd 8 . 21 0 精铰：。min/850rnrmmf/1smvc/98 . 0 mmd22 0 工序粗铣中间孔上端面至25mm，周径至71mm；粗铣中 间孔下端面至 22mm，周径至71mm；精铣两头孔的端面至 50mm； 精铣中间孔上端面至 25mm，周径至73mm；精铣中间孔下端面至周 径至73mm。 1. 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25mm，周径至71mm；粗铣 中间孔下端面至 22mm，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 25mm，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 11 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.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 Vc= 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Vc=3.1480750/1000=1.78m/s,实际进给量为 f zc=Vfc/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。 4）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 12 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。 工序粗镗、半精镗、精镗55mm 孔至图样尺寸。 1. 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.计算切削用量 单边余量分三次切除，则 第一次。根据简,3mmZmm ap 2 明手册4.2-20 查得，取。根据简明手册4.2-21 查得，rmmf/1 取：。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mm ap 6 . 0mm ap 4 . 0 和，机床主轴转速都取 64r/min，切削基本工rmmf/3 . 0rmmf/12. 0 13 时分别为 100s 和 80s。 工序钻8mm 的锥销孔钻到一半， 然后与轴配做钻通， 再钻 M8x1mm 的螺纹孔，攻 M8x1mm 的螺纹。 1. 加工条件 工件材料：HT200，硬度 190260HBS，b=0.16Gpa，铸造。 加工要求： 先钻8mm 的锥销孔， 钻到一半后将与该孔配合的轴 安装进去，把两者配做加工，为的使保证孔与轴的同轴度，同时在尺 寸上保证距上端面 10mm；再钻 M8x1mm 的螺纹孔，攻 M8x1mm 的 螺纹。 机床：组合机床。 刀具：8mm 麻花钻、7.5mm 麻花钻、8mm 的丝锥。 2.计算切削用量 （1）钻8mm 的锥销孔 根据切削手册查得，进给量为0.180.33mm/z,现取f f=0.3mm/z，v=5m/min，则： min/199 8 510001000 r d v n w s 77 查简明手册表 4.2-15，取。所以实际切削速度min/195r nw 为： 14 sm n d v w w /1 . 0 1000 1958 1000 77 计算切削基本工时： s f yl t m m 32 22 . 0 195 46 （2）钻 M8 的螺纹孔 刀具：7.5mm 麻花钻。 根据切削手册查得，进给量为0.180.33mm/z,现取f f=0.3mm/z，v=5m/min，则： min/212 5 . 7 510001000 r d v n w s 77 查简明手册表 4.2-15，取。所以实际切削速度min/195r nw 为： sm n d v w w /1 . 0 1000 1955 . 7 1000 77 计算切削基本工时： s f yl t m m 32 3 . 0195 46 （3）攻 M8x1mm 的螺纹 刀具：丝锥 M6，P=1mm 切削用量选为：，机床主轴转速为：，按smv/1 . 0min/219r ns 机床使用说明书选取：，则；机动时，min/195r nw smv/1 . 0 ，计算切削基本工时：mml1046 15 s f yl t m m 32 3 . 0195 46 工序铣断保证图样尺寸 1. 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.计算切削用量 查切削手册 ，选择进给量为：,切削速度为：rmmf/3 . 0 ，则：smv/1 min/100 73 110001000 r d v n w s 77 根据简明手册表 4.2-39，取，故实际切削速度min/100r nw 为： sm n d v w w /1 1000 10073 1000 77 查切削手册表 4.2-40，刚好有。min/400mmf m 计算切削基本工时： s f yl t m m 126 400 3072 16 工序去毛刺，检查。 三三、夹具设计夹具设计 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。并设计工序粗铣40mm 孔的两头的端面。 (一)问题的提出 本夹具是用来粗铣40mm 孔的两头的端面,包括后面工序的精 铣，该工序完成后此端面主要作为后道工序的精基准，所以主要考虑 如何提高劳动生产率,降低劳动强度和表面粗糙度要求。 (二)夹具设计 1定位基准选择 由于是第一道工序， 只能是以底面为粗基准。 由于底面是粗基准 ， 所以采用四个球头支撑钉。 2切削力及夹紧力计算 1）.切削力 F V FzF w q u e y z X pF nd zafaC F 0 查表得其中： 修正系数0 . 1 v k 30 F C83 . 0 F q0 . 1 F X 17 z=2465 . 0 F y83 . 0 F u8 P a0 F w 代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。 安全系数K= 4321 KKKK 其中：为基本安全系数 1.5 1 K 为加工性质系数 1.1 2 K 为刀具钝化系数 1.1 3 K 为断续切削系数 1.1 4 K 所以NKFF7 .1775 2) 夹紧力 采用 V 型块夹紧 防止转动 = Wk 1 2 2 sin R MK K=2.5 =0.16 1 R=18 得出 =11.2 Wk 防止移动 = Wf 2 2 2 sin Ff K K=2.5 =0.2 2 得出 =8686.1N Wf 18 由于工件所受夹紧力大于工件所受的切削力，而且实际夹紧力大 于所需夹紧力。故本夹具安全可靠。 3.具体夹具的装配图见附图 4.夹具设计及操作的简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。 应使夹具 结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为镗床 夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。 本工序为精镗切削余量小， 切削力小 ， 所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。 本夹具的最大优点就是 结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产 力，使用快速螺旋夹紧机构。 19 参考文献: 1.黄如林.切屑加工简明实用手册北京：化学工业出版 社,2004.7. 2.王绍俊.机械制造工艺手册. 北京:机械工业出版社,1985. 3.孟少农.机械加工工艺手册.北京:机械工业出版社,1991. 4. 杨叔子.机械加工工艺师手册.北京:机械工业出版社，2001. 5. 王光斗、王春福机床夹具设计手册上海：上海科学技术 出版社，2001. 6.吴宗泽、 罗圣国.机械设计课程设计手册. 北京:高等教育出版社 2006. 1 附件图纸 V 形块 2 对中块 3 滑块 4 夹具体零件图 5 螺杆 6 毛坯 7 8 1 工艺卡片 理工大学零件号7材料HT200编制 . 机械加工工艺过程综合卡片零件名称拨叉毛胚重量.KG指导老师 生产类型大批量毛胚种类铸件审核 工序 安装工位 工步 工序说明 工序简图 机床 辅助工具或夹具 刀具 量具 走刀次数 走刀长度 切削深度 进给量 主轴转速 切削速度 工作定额（min) 基本时间 辅助时间 工作的服 时务间 粗 铣 两 小 头 孔 端 面 T3 至 0 0.25 55.8 X614 0卧 式 铣 床。 专用夹具 YG8硬制合金刀具 千分表 . . . . . . . 粗铣中间孔上端面 T2 至 0 0.25 27 X614 0卧 式 铣 床。 专用夹具 YG8硬制合金刀具 千分表 . . . 2 030 11 粗铣中间孔下端面至 0 0.25 21 X6140卧式铣床 专用夹具 铣刀 1 1 35 35 9 0. 9 0.4 5 0.8 135 68 7.6 4.2 1.8 0.75 040 1 1 2 精铣两小头上端面至 0 0.16