机械制造技术课程设计CA6140车床变速拨叉机械加工工艺及加工拨叉工作面夹具设计.doc

制造技术课程设计题目 CA6140车床变速拨叉机械加工工艺及加工拨叉工作面夹具设计班级 学号 姓名 指导教师 海都学院工程系目录一、零件的分析 （一）零件的作用2（二）零件的工艺分析2二、工艺规程的设计（一）确定毛坯的制造形式2（二）基面的选择3（三）制定工艺路线4（四）机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸的确定5（五）确立切削用量及基本工时7三、夹具设计（一）问题的提出13（二）夹具设计13四、设计总结16五、参考文献17六、工序简图18一、 零件的分析 （一）零件的作用 本次设计所给题目的零件是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55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。另外两件零件铸为一体，加工时分开。（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：1、小头孔以及与此孔相通的的锥孔、螺纹孔2、大头半圆孔553、小头孔端面、大头半圆孔上下73端面，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。由上面分析可知，可以粗加小头孔端面，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、 工艺规程的设计（一）确定毛坯的制造形式零件材料为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，生产类型为中批生产，故选择木摸手工砂型铸件毛坯。查机械制造工艺设计简明手册第38页表2.2-3，选用铸件尺寸公差等级为CT-11，加工余量等级为H。（二）基面的选择基准的选择是工艺规程设计中的重要工作，定位基准的正确合理选择，能使零件加工质量得到保证，提高生产效率，节省生产时间和成本。（1） 粗基准的选择在选择粗基准时，一般遵循下列原则：1、保证相互位置要求原则；2、保证加工表面余量合理分配原则；3、便于工件装夹原则；4、粗基准一般不重复使用的原则；5、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。为了方便装夹，以及依据以不加工表面为基准和毛皮表面质量较好者为基准的原则，选底端面为基准。（2） 精基准的选择主要考虑基准重合的原则，选用统一的基准有利于保证零件的精度。多用“一面两孔”的定位方式定位，所以选择小头孔轴线和底面为精基准。（三）制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当根据零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度得到保证。在生产纲领已经确定的情况下，可以考虑采用机床配以专用工具卡，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便是生产成本尽量下降。查机械制造工艺设计简明手册第20页表1.4-7、1.4-8,选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：方案一：工序 ： 以40的下平面为基准，粗铣两端通孔22上表面工序 ： 粗铣中间孔55上平面工序 ： 粗铣中间孔55下平面工序 ： 粗镗中间55的孔工序 ： 半精镗中间55的孔工序 ： 钻、扩、粗铰、精铰两小端头孔至22工序 ： 精铣中间孔上端面工序 ： 精铣中间孔下端面工序 ： 钻6.9螺纹底孔、8锥销孔、攻M8螺纹工序 ： 切断工序 ： 去毛刺，检验方案二：工序 ： 粗铣两端通孔22上表面工序 ： 精铣两端通孔22上表面工序 ： 钻、扩、粗铰、精铰两小端头孔至22工序 ： 粗镗55的孔工序 ： 半精镗55的孔工序 ： 钻6.9螺纹底孔、8锥销孔、攻M8螺纹工序 ： 切断工序 ： 粗铣中间孔两端面工序 ： 精铣中间孔两端面工序 ： 去毛刺，检验工艺路线的比较分析： 对以上两种方案的优缺点分析，方案一：是先加工内孔22, 再以22孔为基准加工55内孔,方案二：先镗孔55,以底面及22外圆面为基准，再以55内孔及上平面加工22孔。由零件图可知22孔的设计基为准55孔的中心线，所以加工22孔时定位基准最好为55孔的中心线，可保证其加工的位置精度。最后确定方案二的加工工艺路线为该零件的加工路线。（四）机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸的确定零件材料为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，生产类型为中批生产，故选择木摸手工砂型铸件毛坯。根据上述原始材料及加工工艺，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、 两端通孔22上表面考虑手工砂型铸件毛坯的表面粗糙度,而加工表面的表面粗糙度要求为，工序基准尺寸为40mm的要求，故采用粗铣一次，精铣一次，粗铣加工余量2.0mm，（简明手册2.2-4尺寸公差等级CT-11，加工余量等级MA-H级），精铣加工余量1.0mm,（简明手册2.3-21)。2、 两端22的通孔考虑到通孔的表面粗糙度，公差等级IT7，加工要求很高，故采用钻、扩、粗铰、精铰的工序，根据简明手册P64表2.3-8查得如下数据：精铰加工余量为0.06mm，工序经济精度等级为IT7，表面粗糙度，基本工序为50mm。粗铰加工余量为0.14mm，工序经济精度等级为IT8，表面粗糙度，基本工序为50mm。扩孔加工余量为1.8mm，工序经济精度等级为IT11，基本工序为50mm。3. 中间孔55考虑到中间孔55的表面粗糙度，采用粗镗、半精镗的加工工序，根据简明手册P64表2.3-8查得如下数据：半精镗加工余量为2mm，表面粗糙度，基本工序为30mm。粗镗加工余量为2.0mm，表面粗糙度，基本工序为30mm。4. 中间孔两端面根据表面粗糙度，尺寸精度等级的要求，采用粗铣、精铣的工艺，粗铣的加工余量2.0mm，精铣加工余量为1.0mm，（简明手册表2.3-21）（五）确立切削用量及基本工时工序 ： 粗铣两端通孔22上表面已知毛坯加工余量为2.0mm，毛坯长度方向的最大加工余量为2.0mm，一次加工即可。根据实用金属切削加工工艺手册表10-212，选用YG8硬质合金刀，根据机械加工工艺手册表8-14，每齿进给量f=0.18-0.1mm/z。根据机械加工工艺手册表8-23可以直接查出铣削速度：Vc=45-90m/min。取Vc=60m/min。则ns=1000v/D=10006050=380r/min 现采用X51立式铣床参数（机械制造工艺设计简明手册明手册表4.2-36）取380r/min,故实际切削速度为Vc=60r/min 工作台每分钟进给量 应该为=0.157380=399mm/min 查机床数据得（见机械制造工艺手册表4.2-37）取400m/min则切削工时：工序 ： 精铣两端通孔22上表面 根据实用金属切削加工工艺手册表8-15，毎齿进给量f=0.2-0.3mm/z 根据工艺手册表10-230，采用高速钢镶齿三面刃，D=80mm，Z=10 根据实用金属切削加工工艺手册表8-17可以查出v=9-18m/min ， 取v=12m/min，则n=1000v/50=48r/min 现采用X53T立式铣床参数取n=56r/min，故实际切削速度为v=dn/1000=3.145056/1000m/min=14m/min工作台的每分钟进给量=fzn=0.251056=140mm/min 查机械制造工艺设计简明手册表4.2-37取=160mm/min 切削工时：t=l/=90/160=0.56min工序 ： 钻、扩、粗铰、精铰两小端头孔至22 1、扩孔21.8mm（1）以40上平面及22孔外表面为基准，选用Z3025摇臂钻床和专用夹具。（2）加工余量z=0.08mm。（3）确定进给量，根据简明手册表5-6，每齿进给量。（4）根据实用金属切削加工工艺手册P1269表，扩孔的切削速度是钻孔的1/2左右，取Vc=40m/min。（5）主轴转速：（6）切削工时：2、粗铰两头孔21.94（1）选择硬质合金铣刀，其加工余量为z=0.14mm。（2）确定进给量，根据实用金属切削加工工艺手册P1278表，每齿进给量（3）主轴转速：根据Z535立式钻床参数简明手册明手册表4.2-15取n=150r/min,故实际切削速度为Vc=10.339m/min。(4)切削工时：。3、精铰两头孔22（1）选择硬质合金铣刀，其加工余量为z=0.06mm。（2）确定进给量，根据实用金属切削加工工艺手册P1278表，每齿进给量及铣削速度（3）主轴转速：根据Z535立式钻床参数简明手册明手册表4.2-15取n=120r/min,故实际切削速度为Vc=8.294m/min。(4)切削工时：。工序 ： 粗镗55的孔查工艺手册表的毎齿进给量f=0.3-1.0mm/r，取f=0.74mm/r切削速度根据工艺手册查的铣削速度v=40-80m/min 取v=50m/minn=1000v/D=100050/54.6=291r/min根据T68立式钻床参数取n=315r/min, 故实际切削速度为Vc=dn/1000=54m/min切削工时：t=l/nf=30/3150.74=0.13min工序 ： 半精镗55的孔查工艺手册表的毎齿进给量f=0.2-0.6mm/r，取f=0.37mm/r切削速度根据工艺手册查的铣削速度v=50-80m/min 取v=65m/minn=1000v/D=100065/55=376r/min根据T68立式钻床参数取n=400r/min, 故实际切削速度为Vc=dn/1000=69m/min切削工时：t=l/nf=30/4000.37=0.2min工序 ： 钻6.9螺纹底孔、8锥销孔、攻M8螺纹钻6.9的孔、 钻8锥销孔（1）以40上平面及22的内孔为基准。（2）根据实用金属切削加工工艺手册P271表，选用直柄短麻花钻（硬质合金材料）螺纹直径8mm采用D=6.9mm的钻头，螺距P=1。（3）确定进给量，根据简明手册表5-6，每齿进给量及铣削速度（4）主轴转速：根据T68立式钻床参数（简明手册表4.2-20）取n=960r/min,故实际切削速度为Vc=20.81m/min。（5）切削工时： 。； 攻丝、精铰8孔（1）根据工艺手册表5-21得，螺纹直径8mm，采用6.9mm的钻头，螺距P=1。（2）切削速度根据简明手册表8-17，可直接查出铣削速度：Vc=11-12mm/min。Vc=12mm/min（3）主轴转速n=420-1340r/min。（4）切削工时：工序 ： 切断（1）根据实用金属切削加工工艺手册P958表选择细齿锯片铣刀，D=125mm,厚度L=4mm，dl=34mm,z=80。（2）根据简明手册表8-16，每齿进给量。根据简明手册表8-16，可以查出铣削速度：Vc=70m/min。（3）主轴转速：根据X61卧式铣床参数（机械制造工艺设计简明手册明手册表4.2-36）取n=180r/min,故实际切削速度为Vc=70.69m/min。（4）工作台的每分钟进给量，应该为：。查机床数据机械制造工艺设计简明手册明手册表4.2-37，取。 （5）切削工时：工序 ： 粗铣中间孔两端面（1）以40上平面及22的内孔为基准。根据工艺手册表，高速钢直尺的三面刃铣刀，加工余量z=34.10mm。（2）确定进给量，根据实用金属切削加工工艺手册表8-15以及表8-17得，每齿进给量及铣削速度：（3）主轴转速：根据X53T立式铣床参数机械制造工艺设计简明手册明手册表4.2-37取n=500r/min,故实际切削速度为Vc=50.265m/min。（4）工作台的每分钟进给量，应该为：。查机床数据机械制造工艺设计简明手册明手册表4.2-37，取。（5）切削工时：。工序 ： 精铣中间孔两端面（1）根据工艺手册表，高速钢直尺的三面刃铣刀，加工余量z=0.5mm。（2）根据实用金属切削加工工艺手册表8-15以及表8-17得，每齿进给量及铣削速度：（3）主轴转速：根据X53T立式铣床参数机械制造工艺设计简明手册明手册表4.2-36取n=600r/min,故实际切削速度为Vc=60.32m/min。（4）工作台的每分钟进给量，应该为：。查机床数据机械制造工艺设计简明手册明手册表4.2-37，取。（5）切削工时：三、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，需要设计专用的夹具，设计工序为、粗铣，精铣中间孔两端面。本夹具将运用于X53T立式铣床。刀具为高速钢直齿三角面刃，对工件的两个端面同时进行加工。（一） 问题的提出本夹具主要是用来铣孔55两端面，保证孔的加工高度为30。因此在加工本工序时，主要考虑工件的位置精度及尺寸精度。（二） 夹具设计1、定位基准的选择由零件图可知，半圆孔两端面与小头孔重心线的垂直度误差为0.07mm,两端小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm，应该选择小头孔保证该垂直度。以小头孔为第一定位基准，还应以22孔上端面为第二基准，从而保证工件在夹具上的位置。为了提高加工效率，现决定用两把高速钢直齿三面刃，对工件的两个端面同时进行加工。同时为了缩短辅助时间，采用手动加紧工件快换装置。2、 切削力及夹紧力计算刀具：高速钢直齿三面刃，D=73mm，Z=10，L=6mm。由实际加工的经验可知，铣削时的主要切削力为铣刀的切削方向，及垂直于工作台，查机械加工工艺师手册P666 表21-5，切削力计算公式为：其中 ，, 则在22孔上端面只需要采用垫圈和六角螺母适当加紧后，本夹具即可安全工作。3、 定位误差分析（1） 定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为定位心轴，定位心轴的尺寸与公差规定为：与本零件在工作时和其相匹配轴的尺寸与公差相同，及。（2） 计算小头孔中心线与工作台的垂直度误差 心轴的材料采用碳钢，弹性模量为E=200Gpa, d=20mm, , 所以满足垂直度要求。定位误差：定心轴g6与孔的定位误差为：对于加工要求位置的尺寸要求在形状误差之内。（3） 夹紧力的计算根据机械技工工艺师手册的螺旋夹紧机构， 选由机械技工工艺师手册表17-25得表17-26得，表17-27得，代入公式得根据表17-29查得，螺纹的许用夹紧力4、 夹具设计及操作简明手册的要求说明如前所述，在设计夹具时，应该考虑提高劳动生产率。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。四、 设计总结机械制造工艺学课程设计已经结束了。回顾整个设计过程，经过老师和同学的帮助，还有自己的努力，终于定时定量地完成了此次课程设计。课程设计作为机械设计制造及其自动化专业的重点，使理论与实践完美结合，同时巩固了对理论知识的理解，使生产实习中的理解和认识也得到了强化。本次课程设计主要是机械加工工艺规程设计和专用夹具设计。机械加工工艺