机械制造技术课程设计-动力输出变速拨叉加工工艺及钻16孔夹具设计（全套图纸）.DOC

. 课程设计 设 计 题 目 车床拔叉 专 业 班 级 机制四班 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 一、设计目的3二、零件的分析3（一）、零件的作用3（二）、零件的工艺分析3三、确定生产类型4四、确定毛坯4五、工艺规程设计5 (一)基准选择5 (二）制定工艺路线5 (三）机械加工余量5 (四）确定切削用量及其基本工时7六、夹具设计18(一)夹具选择18(二)定位方案设计18(三)夹具体设计19(四)导向元件设计19 (五)夹紧元件设计20(六)夹具操作简要21参考文献：23一 设计的目的：机械制造工艺学课程设计,是在学完机械制造工艺学及夹具设计原理课程，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：全套图纸，加1538937061、能熟练的运用机械制造工艺学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（或量具）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。二零件的分析（一）、零件的作用：题目给定的零件是CA6140拨叉（见附图1）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到角和距中心线为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。三确定生产类型 已知此拨叉零件的生产纲领为10000件/年，零件的质量是1.0Kg/个，查机械制造工艺及设备设计指导手册321页表15-2，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。四确定毛坯 1 确定毛坯种类：零件材料为HT200。考虑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。查机械制造工艺及设备设计指导手册324页表15-5选用铸件尺寸公差等级CT9级。2 确定铸件加工余量及形状：机械制造工艺及设备设计指导手册325页表15-7，选用加工余量为MA-G级，并查表15-8确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选者及加工余量如下表所示：（附毛坯图）3绘制铸件零件图：（附零件图）五、工艺规程设计（一）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。(二)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。以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程综合卡片”（三）机械加工余量。 CA6140的拨叉材料为HT200。毛坯重量为1.0 kgb =160MPa HBS 生产类型为由大、中批量生产，采用模锻锻模。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 0+0.28，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 2=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。精加工余量为0.2mm粗铣加工余量为2.8mm(四)确定切削用量及基本工时。工序 ：车削A面。 1加工条件。工件材料：灰口铸铁HT200。 b=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：刀片材料。 r =12. ao=6-8 b= -10 o=0.5 Kr=90 n=15 2、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IT 级 取-0.46 mm （入 体方向） （2）进给量、根据切削简明手册（第3版）表1.4 当刀杆尺寸为16mm25mm,mm时，以及工件直径为60mm时（由于凸台B面的存在所以直径取60mm）=0.6-0.8mm/.按C车床说明书取=0.6 mm/n。由于存在间歇加工所以进给量乘以k=0.750.85 所以：实际进给量f=0.60.8=0.48 mm/按C车床说明书0.53（3）计算切削速度。按切削简明手册表1.27 ，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）刀具材料YG6 V=Cv/(Tmap xvf yv) kv其中：Cv=158 xv=0.15 yv=0.4 M=0.2修正系数Ko见切削手册表1.28kmv=1.15 kkv=0.8 kkrv=0.8 ksv=1.04 kBV=0.81Vc =158/( 600.220.150.53 0.4) 1.150.80.80.810.97 =46.9(m/min)（4）确定机床主轴转速 ns=1000vc/dw=229.8（r/min）按C车床说明书200 rmin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 x 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C车床说明书0.16 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/(Tmap xvf yv) kv=158/( 600.220.150.16 0.4) 1.150.80.80.810.97 =83.85(m/min)3) 确定机床主轴转速. nw=1000vc/ dw =410.8（r/min）按C3163车床说明书取nw=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)/nwxf=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=0 3、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：20 =30，2=118，2=70，b=3.5mm ,ao=12,=55,b=2mm，=4mm。根据切削用量简明手册表2-9确定f=0.48、按机床进给强度决定进给量：根据表2.9 ,当b210MPa 020.5mm 可确定f=0.75。 按C3163-1车床说明书取 f=0.62mm/n.、 决定钻头磨钝标准及寿命 表2.21，当do=20mm、钻头最大磨损量取0.6 寿命T=45min.、切削速度由切削用量简明手册，表2.15得 =21m/minn=1000V/D=334.4 由机床技术资料得和334.4接近的有280n/m和400n/min 取280n/min取n=280m/min. 实际=17 m/min 、 基本工时，Tm=L/nf=(80+10)/280x0.62=0.32 (min) 入切量及超切量由表2.29. 查出+=10mm 所以Tm=L/nf=(80+10)/280x0.62=0.32 (min) （2）、扩孔刀具直径do=21mm；刀具几何参数同上。 由于两孔直径相差不大，为了节省停车和调换走刀量等辅助时间，n和f都不变，所以Tm同上 Tm=0.32 倒角刀具15锪钻由于两孔直径相差不大，以表面粗度要求不高手动进给。（3）、倒角 刀具：专用刀具。此工步使用到专用刀具与手动进给。检验机床功率 按切削用量简明手册表 1.2可以查出当160245HBS2.80.641min3.4kw按C车床说明书主电机功率11可见比小得多所以机床功率足够所用切削用量符合要求钻削功率检验按切削用量简明手册表 2.21当21 0.64 查得转矩61.8N.M切削用量简明手册表由表2.32得功率公式CMcVc/30do=61.8x17/30x21=1.67km按C车床说明书主电机功率11可见C比小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要工序 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)切削工时 t=Zblk/1000vfzZ式中： Zb 单面余量1.5mm(由21mm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=(1.25-1.5)sqrt80=1.35sqrt80=12mm拉刀同时工作齿数z=l/p=80/127其本工时 Tm=1.5801.21.4/10003.60.067=0.13(min)工序 粗铣，精铣B面。加工要求：粗铣B面，精铣B面，Ra=3.2。用标准镶齿圆柱铣刀粗铣 加工余量3mm机床 ：62W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ae5mm时。直径为do=50mm故齿数，由于采用标准镶齿圆柱铣刀铣刀几何参数（表3.2）rn=10ao=16 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ac2.80.8，由于加工表面精度要求Ra=3.2 um.根据表3.5得每转进给量0.5mm/r就能满足要求，但考虑到62W功率为7.5kw，机床为中等系统刚度和62W铣床说明书 所以每转进给量0.6mm/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do=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, aP=40-70mm, ac=2.80.8, fz=f/z=0.0750.1mm/zVc=(Cvdoqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv) Cv=20,qv=0.7,Xv=0.3,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.3,m=0.25,Km=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)=23.7(m/min) n=1000V/d=(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/(nxz)=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=0.08 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/minn=160r/min Vc=25.1m/min fz=0.0625mmm/z6) 基本工时根据 切削用量简明手册表3.5Tm=(L+L1+)/Vf=(28+14)/80=0.525（min） L1+=14mm2. 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 ae0.2mm，0.63）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=(Cvdoqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)=33.1m/min n=1000V/d=(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/(nxz)=0.074mm/Z4）基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表3.5Tm=(L+L1+)/Vf=(28+14)/125=0.336（min） L1+=14mm工序 铣削8+0.030mm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 ro=15ao=12an=6Z=162) 选择切削量由于槽的深度为8mm, 故一次走完，ae=8mm ap=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其中4) 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=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)Kv Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79 Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)Kv =82.86m/minn=1000Vc/do=100082.86/3.1463=418.87r/min根据X62W型铣床说明书选nc=375r/min实际速度Vc=donc/1000=74.2m/min 选Vfc=ncf=375X0.3=112.5mm/min 根据X62W型铣床说明书选选Vf=110mm/minfzc=110/37516=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 fc=(CFapxffzyFaeVFZ/doaFnWF)KFC KTV=0.90 KMFC=0.94 由表28 得 CF=30，XF=1.0，yF=0.65，UF=0.83，WF=0，qF=0.83，KFC=1.28 Fc=(CFapxffzyFaeVFZ/doqFnWF)KFC=30 X 8 X 0.018 X 8/ 63 X 375 =505.6 N M=FCdo/2103=15.9NM Pc=FcVc/1000=1.18km 根据X62W型铣床说明书，功率足够。6) 基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表3.5Tm=(L+L1+)/Vf=(40+14)/110=0.49（min） L1+=14mm工序铣宽为180+0.12mm槽加工要求：用乳化液冷却，加工工件尺寸，宽180+0.12mm，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，ae=23，ap=10mm，1) 选择刀具铣刀参数：L=10 D=100mm d=30mm ro=15ao=12an=6Z=242) 选择铣削用量由于槽的宽度为18mm, 故二次走完，ae=23mm 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/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其中4）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=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)Kv Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79 Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)Kv =98.6m/minn=1000Vc/do=100098.6/3.14100=314r/min根据X62W型铣床说明书选nc=300r/min实际速度Vc=donc/1000=94.2m/min 选Vfc=ncf=300X0.5=150mm/min 根据X62W型铣床说明书选选Vf=150mm/minfzc=150/30024=0.020mm/z5）基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表3.5Tm=(L+L1+)i/Vf=(40+20)X2/150=0.8（min） L1+=20mm i=2(走两次)工序 磨18mm槽，保证尺寸18mm 1) 选择砂轮。见切削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砂=3000r/min(见机床说明书)，v砂=2.5m/s进给量f=50mm/min 双单行程 fr=0.015mm3) 切削工时。当加工1个表面时 Tm=(L+y+)i K/50=3.1min 最后，将以上各个工序切削用、工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一起填入机械加工工艺卡片中，见附后表。六夹具设计夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。6.1 夹具的选择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。这类夹具定位准确、装卸工件迅速，但设计与制造的周期较长、费用较高。因此，主要适用于产品相对稳定而产量较大的成批或大量生产。6.2 定位方案的设计6.2.1 夹具的设计思想设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。本夹具主要用来对的通孔进行加工，这个孔尺寸精度要求一般，需要先钻出22孔。再夹紧加工上槽，和下通槽所以设计时要在满足精度的前提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。6.2.2 工件在夹具中的定位与夹紧定位：一个带键的长心轴限制4个自由度，在工件左端面用两个支承钉限制一个自由度，在工件右端面用夹紧件限制一个自由度。这样就限制了工件在空间六个方向的活动性，使工件在空间占据了惟一确定的位置。夹紧：在工件两端用垫片和螺母实现螺旋夹紧。6.3 夹具体的设计6.3.1 定位基准的选择在加工中用作确定工件在夹具中占有正确位置的基准，称为定位基准。据夹具手册知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。通孔时，选取工件左端面和花键心轴的中心线为主定位基准。6.3.2 定位误差的分析 （1）定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为两个定位销，这两个定位销的尺寸与公差规定为与本零件在工作时与其相匹配轴的尺寸与公差相同，即20k6 10。此外，这两定位销共同保证加工孔偏斜的角度，其中心连线与工作台面成10角。（2）计算钻套中心线与工作台的垂直度误差。钻套外径22g5与衬套孔22H7的最大间隙为： max=0.015(0.011)= 0.026 衬套外径33r6与钻模板孔33H7的最大间隙为：max =0.018 0.023= 0.005 则钻套中心与工作台平面的垂直度误差为：0.026-0.005=0.021。（3）计算定位销轴与工作台的平行度误差。定位销轴与夹具体孔的最大间隙为：max=0.035 -0.001= 0.034夹具体孔的长度为21mm，则上述间隙引起的最大平行度误差为：0.034/21，即0.16/100。6.4 导向元件的设计加工通孔选用立式钻床，钻床夹具的刀具导向元件为钻套。钻套的作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置，并在加工中对钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工中发生偏移。所以选用快换钻套和钻套用衬套。相关计算如下：1）钻套高度H钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等因素有关。钻套高度H越大，刀具的导向性越好，但刀具与钻套的摩擦越大，一般取H=(12.5)d，所以H=1.522mm=33mm。2）排屑间隙h钻套底部与工件间的距离h称为排屑间隙。h值太小，切屑难以自由排出，使加工表面损坏；h值太大时，会降低钻套对钻头的导向作用。加工铸铁时，h=(0.30.7)d，所以h=0.522mm=11mm。6.5 夹紧元件的设计在加工过程中，工件会受到切削力、惯性力、离心力等外力的作用，为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构中都必须设置