CA6140车床拨叉.doc

湖南科技大学毕业设计说明书摘 要拨叉的加工质量将直接影响机器的性能和使用寿命。本次设计旨在提高CA6140车床拨叉的加工效率，由此我们首先对拨叉的结构特征和工艺进行了仔细的分析，然后确定了一套合理的加工方案，加工方案要求简单，操作方便，并能保证零件的加工质量。在制定加工工艺规程的顺序如下：1分析零件；2选择毛坯；3设计工艺规程：包括制定工艺路线，选择基准面等；4工序设计：包括选择机床，确定加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸，确定切削用量及计算基本工时等；5编制工艺文件。此外，为了提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量，需设计专用夹具，本次设计选择了第六道工序铣断双体的专用夹具设计，以满足加工过程的需要。关键词：拨叉; 工艺规程; 夹具设计Abstract Dials the fork processing quality directly will affect the machine the performance and the service life. This design is for the purpose of enhancing the CA6140 Lathe machine Dials the fork the processing efficiency, first has carried on the careful analysis from this us to the Dials the fork structure characteristic and the craft, then had determined set of reasonable processings plans, the processing plan request are simple, the ease of operation, and can guarantee the components the processing quality. In formulation processing technological process order as follows:1 analysis the components;2 choices semifinished materials;3 designs technological process: Including division Craft route, preferred orientation datum and so on;4 working procedures designs: Including chooses the engine bed, the determination processing remainder, the computation working procedure size and its the Semifinished materials size, the determination cutting specifications and the computation man-hour and so on;5 establishments technological document.In addition, in order to enhance the labor productivity, reduces the labor intensity, guaranteed the processing quality, must design the unit clamp, this design chose the six working procedure to The mill breaks Catarmaran Special-purpose jig design, by satisfied the processing process the need.Key words: Dials the fork; technological process; jig desin。目 录摘 要1前 言4 1 零件的分析511 零件的作用512 零件的工艺分析52 工艺规程的设计621 毛坯的制造形式622 基准面的选择6221 粗基准的选择6222 精基准的选择623 制定工艺路线624 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定825 确定切削用量及基本工时83 绘制零件图和编制工艺卡2631 绘制零件图263. 2 编制工艺文件264 夹具设计28 41 问题的提出2842 夹具体设计28421 定位基准的选择28422 切削力及夹紧力的计算28423 定位误差分析30424 夹具设计及操作的简要说明305 结论326 致谢337 参考文献34前 言毕业设计是学生在学校完成了大学四年的全部课程，并在进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节，也是学生在校学习阶段的最后一个重要的教学环节，是完成工程师基本训练的一个必不可少的过程。通过毕业设计培养学生综合运用所学知识独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。毕业设计是在毕业实习的基础上进行的，根据自己的设计课题，在毕业实习期间认真调查研究、搜索资料。 本次设计是提高CA6140车床上拨叉的加工效率，设计正确的加工工艺路线，以及某道工序的夹具。这次设计涉及到机床，机械加工工艺，工装夹具等机制专业的几乎所有的专业基础知识。是一次全面地，系统地检查自己在大学期间对专业知识学习的情况，在整个设计过程中做到严谨认真，一丝不苟的精神，尽量使自己的设计达到理想的水平，通过独立的查找资料，分析，计算完成方案设计，图纸设计和编写技术文件等，设计了这套比较完整的加工工艺路线，使自己对机制专业有了更深刻的认识。 由于时间短促，经验不足以及水平有限，本次设计难免许多不妥和错误之处，敬请批评指正，以便及时改正。1.零件分析1.1 零件的作用题所给的是CA6140车床上的拨叉，它位于车床变速机构中，主要起换挡作用，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。零件上方的20mm的孔与操作机构相连，下方的50mm的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，两零件铸造为一体，加工时分开。1.2 零件的工艺分析CA6140车床上的拨叉共有两处加工表面。其间有一定的位置要求，分述如下：1.2.1 以20mm为中心的加工表面这一组加工表面包括：20mm的孔，以及其上下表面，孔壁上有一个装配时要钻铰的8mm的锥孔，一个M6的螺纹孔，和一个缺口。1.2.2 以50mm为中心的加工表面这一组加工表面包括：50mm的孔，以及其上、下端面；这两组表面有一定的位置要求；（1） 50mm的孔的上、下表面与20的孔的垂直度误差为0.07mm。（2） 20mm的孔的上、下表面与20的孔的垂直度误差为0.05mm。（3） 50mm、20mm的孔的上、下表面以及50mm的孔的内表面的粗糙度误差为3.2um。（4） 20mm的孔的内表面的粗糙度误差为1.6um，精度为IT7。2. 工艺规程设计2.1 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，故选择铸件毛坯。 图一 毛坯图2.2 基准面的选择 2.2.1 粗基准的选择 对零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准，而对若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准，根据这个基准原则，现取20mm的孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两个短V形块支承两个20mm孔的外轮廓作主要定位面，以消除3个自由度，再用一个支承板支撑在72mm的上表面，以消除3个自由度。2.2.2 精基准的选择 主要应考虑基准重合问题。当设计基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。 2.3 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。在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。1、 工艺路线方案一：工序一：退火工序二：粗、精铣20 mm、50 mm的下表面，保证其粗糙度为3.2 um工序三：以20 mm的下表面为精基准，粗、精铣20 mm的孔的上表面，保证其粗糙度为3.2 um,其上、下表面尺寸为30mm，工序四：以20 mm 的下表面为精基准，钻、扩、铰、精铰20 mm的孔，保证其内表面粗糙度为1.6 um，垂直度误差不超过0.05mm 工序五：以20 mm的下表面为精基准，粗、半精镗50 mm的孔，保证其内表面粗糙度为3.2 um工序六；以20 mm的下表面为精基准，粗、精铣50 mm的上表面，保证其与孔的垂直度误差不超过0.07mm，其上、下表面尺寸为12mm工序七：铣断工序八：以20 mm的孔为精基准，钻8 mm的锥孔的一半4 mm，装配时钻铰 工序九：以20mm的孔为精基准，钻5mm的孔，攻M6的螺纹 工序十：以20 mm的孔为精基准，铣缺口，保证其粗糙度为12.5um 工序十一：检查 上面的工序可以是中批生产，但是其效率不高，并且工序四中的钻孔方法在钻孔是可能会偏离中心。经综合考虑，采用下面的方案二。 工艺路线方案二：工序一；退火工序二：粗、精铣20 mm、50 mm的下表面，保证其粗糙度为3.2 um工序三：以20 mm的下表面为精基准，粗、精铣20 mm、50 mm的孔的上表面，保证其粗糙度为3.2 um，20 mm的上、下表面尺寸为30mm，50 mm的上、下表面尺寸为12mm工序四：以20 mm 的下表面为精基准，钻、扩、铰、精铰2 0 mm的孔，保证其内表面粗糙度为1.6 um，垂直度误差不超过0.05 mm 工序五：以20 mm 的下表面为精基准，粗、半精镗50 mm的孔，保证其内表面粗糙度为3.2 um工序六：铣断工序七：以20 mm的孔为精基准，钻8 mm的锥孔的一半4 mm，装配时钻铰 工序八：以20 mm的孔为精基准，钻5 mm的孔，攻M6的螺纹 工序九：以20 mm的孔为精基准，铣缺口，保证其粗糙度为12.5 um工序十：检查2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“CA6140车床拨叉”零件的材料为HT200硬度为190210HB，毛坯重量为2.2Kg,生产类型为中批量，铸件毛坯。又由（以下称工艺手册表1.3-1查得毛坯的制造方法采用壳模铸造级，表2.2-4查得加工余量等级为G级，选取尺寸公差等级为CT10。根据以上资料及路线，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯如下：1、延轴线方向长度方向的加工余量及公差（20mm、50mm端面） 查工艺手册表2.24取20mm、50mm端面长度余量为2.5mm(均为双边加工)。铣削加工余量为：a)粗铣：1.5mm b)精铣：1mm毛坯尺寸及公差为：（35土0.3）mm （ 17土0.25）mm2、内孔（50mm已铸成孔）查工艺手册表2.22.5，取50mm已铸成长度余量为3mm，即已铸成孔44mm。镗削加工余量为：a)粗镗：2mm b)半精镗：1mm毛坯尺寸及公差为：（48土0.3）mm （）mm3、其他尺寸直接铸造得到。 2.5 确定切削用量及基本工时 2.5.1 工序二：粗、精铣孔20mm、50mm的下表面（1） 加工条件工件材料：HT200。b=0.16GPa HBS=190210，铸件机床：XA5032立式铣床刀具；W18Cr4V硬质合金端铣刀 W18Cr4V硬质合金端铣刀，牌号为YG6，由切削用量简明手册后称切削手册表3.1查得铣削宽度ae=60mm,深度ap Pcc,故校验合格。最终确定ap=1.5mm nc=475r/min vfc=600mm/min vc=119.3m/min fz=0.13mm/zf)计算基本工时 公式中： L=l+y+；根据切削手册表3.26，可得 l+=12mm,所以L=l+y+=32+12=44mm 故 =44/600=0.073min2)粗铣50mm的下表面 a)铣削50mm的下表面与铣削20mm的下表面的相关参数及其用量等都相同。即 ap=1.5mm nc=475r/min vfc=600mm/s vc=119.3m/min fz=0.13mm/zb)计算基本工时 公式中： L=l+y+；根据切削手册表3.26，可得 l+=0所以L=l+y+=72mm 故 =72/600=0.12min3)精铣孔20mm的下表面 a) 切削深度 因切削用量较小，故可以选择ap=1.0mm, 一次走刀即可完成所需尺寸 b)每齿进给量：由切削手册表3.30可知机床的功为7.5KW，查切削手册表3.5可得f=0.50.7mm/r，由于是对称铣，选较小量f=0.7mm/r c)查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7，后刀面最大磨损为（1.01.5）mm 查切削手册表3.8, 寿命T=180mind)计算切削速度 按切削手册表3.27中的公式： 也可以由表3.16查得=124mm/s vf =395mm/min n=494r/min,根据XA5032铣床参数，选 n=475r/min vf =375mm/min , 则实际的切削速度为 所以=119.3m/min,实际进给量 所以=0.08mm/ze)校验机床功率 查切削手册表3.24，Pcc=1.1KW,而机床所提供的功率Pcm为1.7KW，所以Pcm Pcc,故校验合格。最终确定ap=1.0mm nc=475r/min vfc=375mm/min vc=119.3mm/minf)计算基本工时 公式中： L=l+y+；根据切削手册表3.26，可得 l+=80mm, 所以L=l+y+=32+80=112mm 故 =112/375=0.3min 2)精铣50mm的下表面 a)铣削50mm的下表面与铣削20mm的下表面的相关参数及其用量等都相同。即 ap=1.0mm nc=475r/min vfc=375mm/min vc=119.3mm/mb)计算基本工时 公式中： L=l+y+；根据切削手册表3.26，可得 l+=80mm所以L=l+y+=72+80=152mm故 =152/375=0.405min2.5.2 工序三：粗、精铣孔20mm、50mm的上表面 本工序的切削用量及基本工时与工序一中的粗、精铣孔20mm、50mm的下表面相同。2.5.3 工序四：钻、扩、铰、精铰20mm的孔（一） 钻18mm的孔（1）加工条件 工艺要求：孔径d=18mm, 孔深l=30mm,通孔 ，用乳化液冷却 机床 ：Z535型立式钻床 刀具 ：高速钢麻花钻头 选择高速钢麻花钻头，其直径do=18mm,钻头几何形状为：由切削手册表2.1及表2.2 选修磨横刃，=28o o=10o 2=118o 21=70o b=3.5mm b=2mm l=4mm(2) 切削用量 1) 决定进给量fa)、按加工要求决定进给量 根据切削手册表2.7，当铸铁的强度b200HBS do=18mm时，f=0.700.86mm/r 由于L/d=30/18=1.673,故取修正系数K=1所以 f=(0.700.86)x1=(0.700.86)mm/rb) 按钻头强度决定进给量 根据表2.8，当b=190MPa,do=18mm,钻头强度允许的进给量f=1.6mm/rc)按机床进给机构强度决定进给量 根据表2.9，当b210MPa,do20.5mm,机床进给机构允许的轴向力为11760N（Z535钻床允许的轴向力为15696N（见工艺设计手册表4.2-14）时，进给量为1.5mm/r。从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为f=0.700.86mm/r，根据Z535钻床说明书，选f=0.80mm/r（见工艺设计手册表4.2-16），又由切削手册表2.19可以查出钻孔时的轴向力，当f=0.80mm/r do=21mm时，轴向力Ff=7260N 轴向力的修正系数为1.0，故Ff=7260N 根据Z535钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=15696N，由于FfFmax,故f=0.80mm/r可以用。2）决定钻头的磨钝标准及寿命 由切削手册表2.12，当do=18 mm时，钻头后刀面最大磨钝量取为（0.50.8）mm,寿命T=60min 3)决定切削速度 由切削手册表2.15可知f=0.80mm/r时，双修磨横刃的钻头，do=18 mm时，Vt=17m/min切削速度的修正系数由切削手册表2.31可知 Ktv=1.0 Kmv=1.0 KTv=1.0 Klv=0.85所以 V=VtxKv=17x1.0x1.0x1.0x0.85=14.4m/min 所以=255r/min根据Z535钻床说明书,可考虑选择nc=275r/min(见工艺设计手册表4.2-15)4）检验机床扭转及功率 根据切削手册表2.21，当f=0.8mm/r，do Mc 又根据切削手册表2.23，当b=(170213)MPa do=20mm f=0.9mm/r vc=17.4m/min时 Pc=1.7KW根据Z535钻床说明书, PcPE所以有Mc Mm PcPE 故选择的切削用量可用。即 f=0.80mm/r n=nc=275r/min vc=14.4m/min(3)计算基本工时 L=l+y+ 由切削手册表2.29查得y+=9mm故 =0.18min（二） 扩19.8mm的孔（1）加工条件 工艺要求：孔径d=19.8mm, 孔深l=30mm,通孔 ，用乳化液冷却 机床 ：Z535型立式钻床 刀具 ：高速钢扩孔钻头 选择高速钢扩孔钻头，其直径do=19.8mm,钻头几何形状为：由切削手册表2.5 ro=18o ao=10o kr=60o kr=30o =15o ba1=1mm(2) 切削用量 1) 决定进给量fa)、按加工要求决定进给量 根据切削手册表2.10，当铸铁的强度 b200HBS do=19.8mm时，f=(0.91.1)mm/r 由于L/d=30/19.8=1.52 因扩孔之后还须铰孔 ，故取修正系数K=0.7所以 f=(0.91.1)x0.7=(0.630.77)mm/rb) 按钻头强度决定进给量 根据表2.8，当b=190MPa,do=19.8mm,钻头强度允许的进给量f=1.75mm/rc)按机床进给机构强度决定进给量 根据表2.9，当b210MPa,do20.5mm,机床进给机构允许的轴向力为11760N（Z535钻床允许的轴向力为15696N（见工艺设计手册表4.2-14）时，进给量为1.5mm/r。从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为f=（0.630.77）mm/r，根据Z535钻床说明书，选f=0.64mm/r（见工艺设计手册表4.2-16），又由切削手册表2.19可以查出钻孔时的轴向力，当f=0.64mm/r do=21mm时，轴向力Ff=6080N 轴向力的修正系数为1.0，故Ff=6080N 根据Z535钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=15696N，由于FfFmax,故f=0.64mm/r可以用。2）决定钻头的磨钝标准及寿命 由切削手册表2.12，当do=19.8 mm时，钻头后刀面最大磨钝量取为（0.60.9）mm,寿命T=30min 3)决定切削速度 由切削手册表2.30中的公式： 可知f=0.64mm/r时， do=19.8 mm时，Vt=27m/min切削速度的修正系数由切削手册表2.31可知 Ktv=1.0 Kmv=1.0 KTv=1.0 Klv=0.85所以 V=VtxKv=27x1.0x1.0x1.0x0.85=23m/min =370r/min根据Z535钻床说明书,可考虑选择nc=375r/min(见工艺设计手册表4.2-15)4）检验机床扭转及功率 根据切削手册表2.21，当f=0.8mm/r，do Mc 又根据切削手册表2.23，当b=(170213)MPa do=20mm f=0.75mm/r vc=20m/min时 Pc=1.7KW根据Z535钻床说明书, PcPE所以有Mc Mm PcPE 故选择的切削用量可用。即 f=0.64mm/r n=nc=375r/min vc=23m/min(3)计算基本工时 L=l+y+ 由切削手册表2.29查得y+=10mm故 =0.13min(三) 粗铰19.94mm的孔（1）加工条件 工艺要求：孔径d=19.94mm, 孔深l=30mm,通孔 机床 ：Z535型立式钻床 刀具 ：高速钢铰刀 选择高速钢铰刀，其直径do=19.94mm,钻头几何形状为：由切削手册表2.6 ro=18o ao=10o kr=60o kr=30o =15o ba1=1mm(2) 切削用量 1) 决定进给量f 根据切削手册表2.11，当铸铁的强度 b170HBS do=19.94mm时，f=(1.02.0)mm/r，又由于粗铰之后还要精铰，所以应该选最大的进给量 即 f=2.0mm/r2）决定钻头的磨钝标准及寿命 由切削手册表2.12，当do=20 mm时，铰刀后刀面最大磨钝量取为（0.40.6）mm,寿命T=60min 3)决定切削速度 由切削手册表2.30中的公式 可知，vc=7.7m/min切削速度的修正系数由切削手册表2.31可知 Ktv=1.0 Kmv=1.0 KTv=1.0 Klv=0.85所以 V=VtxKv=7.7x1.0x1.0x1.0x0.85=6.55mm/min 所以=105r/min根据Z535钻床说明书,可考虑选择nc=140r/min(见工艺设计手册表4.2-15)4）检验机床扭转及功率 根据切削手册表2.21，当f=2.0mm/r，do Mc 又根据切削手册表2.23，当b=(170213)MPa do=20mm f=2.0mm/r vc=10m/min时 Pc=1.7KW根据Z535钻床说明书, PcPE所以有Mc Mm PcPE 故选择的切削用量可用。即 f=2.0mm/r n=nc=140r/min vc=6.55m/min(3)计算基本工时 L=l+y+ 由切削手册表2.29查得y+=10mm故 =0.14min(四) 精铰20mm的孔（1）加工条件 工艺要求：孔径d=19.94mm, 孔深l=30mm,通孔，精度等级为IT7 机床 ：Z535型立式钻床 刀具 ：高速钢铰刀 选择高速钢铰刀，其直径do=20mm：钻头几何形状为：由切削手册表2.6 ro=0 ao=7o a1=18o（2）切削用量1) 决定进给量f 根据切削手册表2.11，当铸铁的强度 b170HBS do=20mm,加工精度要求为H7精度时，f=(1.02.0)mm/r，由于这是粗铰之后的精铰，所以应该选中等的进给量 即 f=1.5mm/r2）决定钻头的磨钝标准及寿命 由切削手册表2.12，当do=20 mm时，铰刀后刀面最大磨钝量取为（0.40.6）mm,寿命T=60min 3)决定切削速度 由切削手册表2.30中的公式 可知，vc=9.64m/min切削速度的修正系数由切削手册表2.31可知 Ktv=1.0 Kmv=1.0 KTv=1.0 Klv=0.85所以 V=VtxKv=9.64x1.0x1.0x0.85 x1.0=8.2m/min 所以=131r/min根据Z535钻床说明书,可考虑选择nc=140r/min(见工艺设计手册表4.2-15)4）检验机床扭转及功率 根据切削手册表2.21，当f=1.6m do=21 mm 时 Mt=125.6Nm扭矩的修正系数均为1.0，故Mc=125.6 Nm 又根据切削手册表2.23，当b=(170213)MPa do=20mm f=1.5mm/r vc=10m/min时 Pc=1.5KW根据Z535钻床说明书, PcPE所以有Mc Mm PcPE 故选择的切削用量可用。即 f=1.5mm/r n=nc=140r/min vc=8.2m/min(3)计算基本工时 L=l+y+ 由切削手册表2.29查得y+=10mm故 =0.19min2.5.4 工序五：粗、精镗50 mm的孔（1） 粗镗48mm孔 1）加工条件 工艺要求：孔径d=44mm的孔加工成d=48mm,通孔 机床 ：T616镗床 刀具：YG6的硬质合金刀 刀具为YG6的硬质合金刀，且直径为20mm的圆形镗刀（2）切削用量a) 确定切削深度ap ap=2mmb) 确定进给量f根据切削手册表1.5 当粗镗铸铁，镗刀直径为20mm, ap=2mm, 孔径d=50mm,镗刀伸长长度l=100mm时 f=0.400.60mm/r 按T616机床进给量（工艺设计手册表4.2-21）选f=0.58mm/rc) 确定切削速度 v按 切削手册表1.27和表1.28 其中：cv=158 xv=0.15 yv=0.40 m=0.20 T=60minKTv=1.0 Kmv=1.0 Ksv=0.8 Ktv=1.0K= KTvx Kmvx Ksvx Ktv=1.0x1.0x0.8x1.0=0.8所以 =62.4m/min =414r/min又按T616机床上的转速 选n=370r/mind) 确定粗镗48mm孔的基本时间选镗刀的主偏角xr=45o 则 l1=3.5mm l2=4mm l=12mm l3=0 又f=0.58mm/r n=370r/min i=1 所以=0.09min(2)半精镗50mm的孔1）加工条件 工艺要求：孔径d=48mm的孔加工成d=50mm,通孔 机床 ：T616镗床 刀具：YG6的硬质合金刀 刀具为YG6的硬质合金刀，且直径为20mm的圆形镗刀2）切削用量e) 确定切削深度ap ap=1mmf) 确定进给量f根据切削手册表1.5 当粗镗铸铁，镗刀直径为20mm, ap=2mm, 孔径d=50mm,镗刀伸长长度l3,故取修正系数K=0.8所以 f=(0.180.22)x0.8=(0.1440.176) mm/r b) 按钻头强度决定进给量 根据表2.8，当b=190MPa,do=4.3mm,钻头强度允许的进给量f=0.5mm/r c)按机床进给机构强度决定进给量 根据表2.9，当b210MPa,do10.2mm,机床进给机构允许的轴向力为8330N（Z525钻床允许的轴向力为8830N（见工艺设计手册表4.2-14）时，进给量为1.63mm/r。从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为f=(0.1440.176) mm/r，根据Z525钻床说明书，选f=0.17mm/r（见工艺设计手册表4.2-16），又由切削手册表2.19可以查出钻孔时的轴向力，当f=0.17mm/r do=12mm时，轴向力Ff=1230N 轴向力的修正系数为1.0，故Ff=1230N 根据Z525钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=8330N，由于FfFmax,故f=0.17mm/r可以用。2）决定钻头的磨钝标准及寿命 由切削手册表2.12，当do= 6 mm时，钻头后