CA6140车床拨叉的加工工艺毕业论文.docx

CA6140车床拨叉的加工工艺毕业论文目录摘要21绪论41.1本课题的来源 、目的及意义41.2 课题背景及国内外研究现状42零件的分析52.1零件的作用52.2零件的工艺分析53工艺规程设计63.1确定毛坯的制造形式63.2基面的选择63.4 加工余量和毛坯尺寸103.5 加工工时计算114专用夹具设计204.1问题的提出214.2夹具设计214.2.2、定位误差分析214.2.3、夹具设计方案确定224.3 切削力及夹紧分析计算234.4定位误差分析254.5、夹具设计及操作的简要说明26结论27致谢28参考文献291绪论1.1本课题的来源 、目的及意义机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品生产在保证精度的前提下提高生产效率、降低成本，当惊激烈的市场竞争和企业信息化的要求，企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。1.2 课题背景及国内外研究现状在我国现价段拨叉类零件的加工还没有达到现代自动化的加工水平。在批量的生产中，他的加工工艺还炫耀人工画线的方法来保证其精度，二对共建的装=夹也是通过人工的方法惊醒的。因此，我国对拨叉类不规则零件的加工还处于效率低、加工成本高阶段。 随机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高要求使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。目前，大批量生产正逐渐成为现代机械制造业新的生产模式。在这种模式中，要求加工机床和夹具装备具有更好的柔性，以缩短生产准备时间、降低生产成本，所以，按手动夹紧的方法已不能满足生产发展的要求，而气动、液压夹紧等夹具正是适应这一生产模式的工装设备。它对缩短工艺装备的设计、制造周期起到至关重要的作用。国外为了适应这种生产模式,也把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要发展。2零件的分析2.1零件的作用题目给定的零件是CA6140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进行工作。宽度35mm的面寸精度要求很高，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35mm的面的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。2.2零件的工艺分析CA6140拨叉共有两组加工表面。以花键孔的中心线为基准的加工面这一组面包括25H7mm的六齿方花键孔、22花键底孔两端的2150到角和距中心线为15mm的平面。以及上表面和沟槽。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。由以上分析可知。该拨叉零件的主要加工表面是平面、内花键和槽系。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831003来说，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。由上工艺分析知，上端面与槽边均与花键轴有位置度公差，所以，保证内花键高精度是本次设计的重点、难点。3工艺规程设计3.1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，零件架构又比较简单，生产类型为大批生产，故选用铸件毛坯。选用铸件尺寸公差等级CT9级，一直此拨叉零件的生产纲领为5000件/年，零件的质量是1.0Kg/个，科确定该批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。3.2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。基面的选择的正确与合理，可以是加工质量得到保证，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，使生产无法正常经行。3.2.1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） 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。（2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（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。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉C在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉C零件图分析可知，选择作为拨叉C加工粗基准。3.2.2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） 基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。（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。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。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。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉C在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉C零件图分析可知，它的内花键槽，适于作精基准使用。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。3.2 制定工艺路线因25mm花键轴孔对是零件整体位置基准的一个确定，故它们的加工采用工序集中原则，较少装夹次数，以提高加工精度。由于该零件生产类型为大批量生产，所以应尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应降低生产成本。工艺路线1：1) 铣削主后面2) 铣削上平面（以主后面为基准）3) 钻螺纹8孔4) 攻螺纹M825) 钻5 锥孔6) 钻孔227) 镗孔到25，拉花键槽8) 倒角159) 铣削沟槽（以孔中心线为基准）10) 去毛刺11) 检验工艺路线2：1.铣削主后面2.钻孔，钻孔22，3.拉花键，镗孔到254. 倒角,倒角155. 钻孔，钻5 锥孔6. 钻螺纹孔7. 攻螺纹钻孔M828.铣削沟槽精（以花键轴中线为基准）9.铣削上平面（以花键轴中线为基准）10去毛刺11.检验方案比较：不难看出，方案1开始以主后面为基准，后以中轴线为基准，基准不断变化，加工基准与设计基准不重合，产生了基准不重合误差另外上表面要满足对中轴线平行度要求，先加工上表面，容易造成误差。方案2先加工中轴线，以中轴线为基准，符合图纸上的平行度垂直度，使得设计基准与加工基准相同，节省了加工时间，又减少了误差。所以经过讨论协商，最终确定方案2。3.4 加工余量和毛坯尺寸“拨叉”零件材料为HT200，硬度为190HBS，大于中批生产，采用铸造的方法制造毛坯，考虑到经济成本，由机械制造工艺简明手册表2.2-5选砂型机器造型及壳型铸造，由表2.2-5确定加工余量等级为G,精度等级为8级精度，考虑到基本尺寸，由表2.2-4确定毛坯余量：ap=3.0mm3.5 加工工时计算工序1：铣削7540的端面。工步1：粗铣端面背吃刀量为=3.0-1.0=2.0mm。进给量的确定：按切削用量简明手册中表3.3选取该工序的每齿进给量为 =0.2mm/z。铣削速度：参考机械制造技术基础课程设计指导教程得，选用高速钢镶齿铣刀，其中在d/z=80/10的条件下选取。铣削速度为v=40m/min。有公式n=1000r/d可以得到:n=100040/80=r/min由于手册中的X51型立式铣床的主轴转速为n=160r/min,所以，实际的铣削速度为：V=nd/1000=3.1480/1000=39.98m/min基本时间t: 根据面铣刀平面（对称铣削、主偏角=90）的基本时间计算公式:t=()/。其中，=75mm，=13mm，取=2mm，=40mm。则有： =0.5（d- ）+(1 3)=0.5(80-)+2=7.36mm。=n=zn=0.210160=320mm/mint=()/=(75+7.36+2)/320=0.264min15.82s工步2：精铣端面背吃刀量的确定：=1mm .进给量的确定：由切削用量简明手册中表3.3，按表面粗糙度为=3.2m的条件选取，该工序的每转进给量f=0.8mm/r。铣削速度的计算：根据其他有关资料确定，按高速钢镶齿铣刀，d/z=80/10，=0.08mm/z的条件选取，铣削速度v为： v=57.6mm/min。由公式：n=1000r/d可以求得铣刀转速n=229.3r/min 。参照机械制造技术基础课程设计指导教程中4-15的X51型立式铣床的主轴转速，选取转速为n=210r/min。再将此转速代入上面公式，可以求得：v= nd/1000=52.78mm/min。基本时间的确定：根据机械制造技术基础课程设计指导教程中表5-43中面铣刀铣平面（对称铣削、主偏角=90）的基本时间公式t=()/，可以求得该工序的基本时间。=75mm，=13mm，取=2mm，=40mm，=7.36mm，得=n=0.8mm/r210r/min=168mm/mint=()/=(75+2+7.36)/168=0.502min30.13s工序2：钻20mm的孔，扩孔至22mm。工步1：钻20mm的孔。使用高速钢椎柄麻花钻，背吃刀量=20mm进给量的确定：参照机械制造技术基础课程设计指导教程选取该工步的每齿进给量f=0.5mm/r。切削速度的计算：参照机械制造技术基础课程设计指导教程表5-22可知因为该工件的材料为HT200，所以选取切削速度v=20m/min。由式n=1000v/d可以求得：n=100020/(20)=318.47r/min参照机械制造技术基础课程设计指导教程中表4-9所列的Z550 型立式钻床的主轴转速，选取n=351r/min，再将n代入n=1000v/d中，得到：v=35120/1000=22.04m/min基本时间t的计算:参照机械制造工艺设计简明手册表6.2-5，其中=80mm，=101.66+1=12.66mm，=14mm,取=2mm。所以基本时间t为：T=(l1+l2+l3)/f*n=(80+12.66+1)/(351*0.5)=0.534min=32.02s工步2：扩20mm的孔至22mm。背吃刀量的确定：取=1mm。进给量的确定：由切削用量简明手册中表2.10的资料，选取该工件的每转的进给量f=1.1mm/r 。切削速度的确定：根据相关资料，确定: vc=Cvdnzv/Tmapxvfyv 由切削用量简明手册中表2-30得：Cv=18.8、zv=0.2 xv=0.1 yv=0.4 m=0.125解得vc=8.8m/min由公式n=1000v/d。可以得到：n=10008.8/22=127.4r/min按机床立式钻床Z525选取n=140r/min，得切削速度v= nd1000=9.67mm/min基本时间t: 其中=80mm, =11.66+1=3.66mm/min, =14mm, 取=2mm。所以基本时间t为：工序3：拉花键使用矩形齿花键拉刀，立式内拉床L5120，背吃刀量ap=3mm由机械制造技术基础课程设计指导教程表5-33得进给量f=0.1mm/z, 切削速度v=5mm/minz=6 zb=3mm l=80mm =1查得机械制造工艺设计简明手册表2.8可得t=Zblk1000vfzZ=38011.210000.156=0.096min5.76s工序4：倒角45机床:CA6140车床 刀具材料：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 1.24可以查出当160241HBS 按车床说明书主电机功率P=7.5Kw 可见比P小得多所以机床功率足够所用切削用量符合要求取f=0.3mm/r v=30m/sn=1000vd =100030/3.1425=382.17r/min, L=l2=l3=l=0，l1=(1/tan75)+3=3.26 f=0.3mm,n选择车床400r/min t=L+l+l1+l2fn=0.027min工序5：钻5锥孔采用刀具为高速钢1:50锥度销子铰刀由切削用量简明手册表2-10可得f=0.70.9，取f=0.8由机械制造技术基础课程设计指导教程表5-27得切削速度v=14.9m/min=0.25m/sn=100014.9/3.145=949.04r/min查得机械制造工艺简明手册，选立式钻床z525，n=960r/minLp=(D-d)(2tanKr)=0.26 lz=1-2，取1= 21.026/0.8960=0.16min工序6：钻螺纹孔M8工步1：钻螺纹孔机床选用：摇臂钻床刀具选用:高速钢直柄麻花钻 ，查得切削用量简明手册得到加工余量6.7mm，由切削用量简明手册表2-15可知进给量： =0.16mr切削速度：v =20mmin= 0.33m/s主轴转速：n= 1000203.146.7 =950.66rmin根据机械制造工艺简明手册表4.2-13选择（Z32k）钻床选取机床转速为：=980r/min，实际切削速度：= 3.146.79801000=20.62m/min根据机械制造工艺简明手册表6-25可得l1=D2cotKr+12=2.36mm=14mm，取=2mm，=9mm切削工时：t= l1+l2+lfn =0.085min=5.11s 则两个总时间为10.22s工步2: 攻螺纹M8进给量：查机械加工设计实用手册表3-55得所加工螺纹孔螺距,因此进给量切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-105，取机床主轴转速：，取丝锥回转转速：取实际切削速度： 被切削层长度：l=9mm 刀具切入长度：l1=13P=21.25=2.5mm刀具切出长度：l12=23P=21.25=2.5mm加工数为2机动时间：(l+l1+l2fn+l+l1+l2fn0)2 =0.2min=12s工序7：铣削沟槽工步1：粗铣16槽刀具：根据机械制造工艺设计简明手册表3.1-39，选用高速钢镶齿三面刃铣刀，d=100mm,，齿数为20齿。铣削深度ae=33mm 铣削宽度ap=16mm每齿进给量：查机械加工工艺手册表2.1-89，取。铣削速度：查机械加工工艺手册表2.1-89，得v=16mm/min机床主轴转速： n=1000vd=1000163.14100=50.96r/min查机械制造工艺设计简明手册表4.2-36,确定机床为立式机床x51，取n=65r/min实际切削速度=dn1000 =320.41m/min进给量f=nafz=650.220=260mm/min 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度： =48.02mmTj=l+l1+l2fm = 40+48.2+33260 =0.47min27.97s 工步2：精铣18槽切削深度：根据机械加工工艺手册表2.1-89查得：进给量,切削速度v=24m/s机床主轴转速：n=1000vd =1000243.14100=76.4r/min选择机床X51，取n=80r/min实际切削速度=dn1000 =25.12m/s工作台进给量fm：=afzn=80mm/min被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度=13+ae(d-ae)=48.99mm刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间=Tj=l+l1+l2fm = 40+48.99+180 =1.12min=67.49s 工序8：铣削上平面工步1: 粗铣上平面由工序1可知，精加工余量为1mm,背吃刀量为3-2=1mm进给量的确定：机床的功率按510Kw，按切削用量简明手册中表3.3选取该工序的每齿进给量为=0.2mm/z。铣削速度：参考机械制造技术基础课程设计指导教程得，选用镶齿铣刀，其中在d/z=80/10的条件下选取。铣削速度为v=40m/min。有公式n=1000r/d可以得到: n=100040/80=159.15r/min由于手册中的X51型立式铣床的主轴转速为n=160r/min,所以，实际的铣削速度为：V=nd/1000=1603.14 80/1000=40.19m/minmz=n=zn=0.210160=320mm/min按机械制造技术基础课程设计指导教程表5-45切入和切出行程长度l1+l2=29mm，所以代入数据解得=(80+29)/320=0.34min20.7s。 工步2：精铣上平面背吃刀量的确定：=1mm .进给量的确定：由切削用量简明手册中表3.3，按表面粗糙度为=3.2m的条件选取，该工序的每转进给量f=0.8mm/r。铣削速度的计算：根据其他有关资料确定，按镶齿铣刀，d/z=80/10，=0.08mm/z的条件选取，铣削速度v为： v=57.6mm/min。由公式：n=1000r/d可以求得铣刀转速n=229.3r/min 。参照机械制造技术基础课程设计指导教程中4-15的X51型立式铣床的主轴转速，选取转速为n=210r/min。再将此转速代入上面公式，可以求得：v= nd/1000=52.78mm/min。时间计算：l1=4.9 l2=2 l=80 =168mm/mint=()/=0.52min30.71s4专用夹具设计 为提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经过与指导老师协商，决定设计工序7精铣18H11mm底槽的铣床夹具。本夹具将用于X51立式升降台铣床。刀具为高速钢镶齿三面刃铣刀，对工件两侧面同时进行加工。4.1问题的提出本夹具主要用来精铣18H11mm底槽，该底槽侧面对花键孔的中心线要满足尺寸要求以及垂直度要求。在精铣此底槽时，其他都是未加工表面。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。4.2夹具设计4.2.1定位基准的选择由零件图可知：粗铣平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，在此选用特制心轴找中心线，这种定位在结构上简单易操作。采用心轴定心平面定位的方式，保证底槽加工的技术要求。同时，应加一圆柱销固定好心轴，防止心轴带动工件在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。4.2.2、定位误差分析由于槽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。4.2.3、夹具设计方案确定根据任务书要求，铣槽时要保证槽宽18H11，槽两侧面粗糙度3.2，底面粗糙度6.3，且要保证底面与花键中心尺寸15mm，以及槽两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。4.3 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： D=100mm z=20, Sz=0.05mm/z, ap=16mm由机床夹具设计手册表1-2-9 可得铣削切削力的计算公式： Fc=Cpap0.83sz0.65D-0.83BzKp 式（2.1）查机床夹具设计手册表得：对于灰铸铁： 式（2.2）取 ， 即所以 F=510160.830.050.65100-0.830.9616=222N由金属切削刀具表1-2可得：垂直切削力 ：FCN=0.9Fc=199.8N （对称铣削） 式（2.3）背向力：Fp=0.55Fc=122.1N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，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即： 式（2.4） 安全系数K可按下式计算： 式（2.5）式中：为各种因素的安全系数，见机床夹具设计手册表可得： 所以 =493.95N 式（2.6） =449.55M 式（2.7）N = 274.725N 式（2.8）由计算可知