KCSJ-09 合铸铣开拨叉工艺及铣断夹具设计【CAD图纸和说明书】
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第一章 机械加工工艺规程1
第一节 序言1
第二节 零件的分析2
1零件的作用2
2零件图2
3零件的工艺分析3
4工艺规程设计4
4.1确定毛坯种类4
4.2基面的选择5
4.3制定工艺路线6
4.4机械加工余量工序尺寸及公差的确定7
4.5确定切削用量及时间定额9
第二章 夹具设计16
1 定位基准的选择16
2切削力和夹紧力计算16
3定位误差分析18
4夹具设计及操作的简要说明19
设计总结21
参考文献22
第一章 机械加工工艺规程
第一节 序言
机械制造技术基础学是以机械制造中的工艺问题为研究对象，实践性较强的一门学科，通过对此门学科的课程设计，使我在下述各方面得到了锻炼：
⒈能熟练运用机械制造技术基础课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确的解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线的安排、工艺尺寸的确定等问题，保证零件的加工质量。
⒉提高结构设计能力。通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、既经济合理又能保证加工质量的夹具的能力。
⒊学会使用手册及图表资料。
⒋培养了一定的创新能力。
通过对CA6140拔叉的工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体(如《互换性与测量技术基础》、《机械设计》、《金属切削机床概论》、《机械制造工艺学》、《金属切削原理与刀具》等)。让我们对所学的专业课得以巩固、复习及实用，在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用更加深刻的熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！
第二节 零件的分析
1零件的作用
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φ22孔与操纵机构相连，二下方的φ55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。
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0 目 录 览 第一章 机械加工工艺规程 . 1 第一节 序言 . 1 第二节 零件的分析 . 2 1 零件的作用 . 2 2 零件图 . 2 3 零件的工艺分析 . 3 4 工艺规程设计 . 4 4.1确定毛坯种类 . 4 4.2基面的选择 . 5 4.3制定工艺路线 . 6 4.4机械加工余量工序尺寸及公差的确定 . 7 4.5确定切削用量及时间定额 . 9 第二章 夹具设计 . 16 1 定位基准的选择 . 16 2 切削力和夹紧力计算 . 16 3 定位误差分析 . 18 4 夹具设计及操作的简要说明 . 19 设计总结 . 21 参考文献 . 22 nts 1 第一章 机械加工工艺规程 第一节 序言 机械制造技术 基础 学是以机械制造中的工艺问题为研究对象，实践性较强的一门学科，通过对此门学科的课程设计，使我在下述各方面得到了锻炼： 能熟练运用机械制造技术基础 课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确的解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线的安排、工艺尺寸的确定等问题，保证零件的加工质量。 提高结构设计能力。通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、既经济合理又能保证加工质量的夹具的能力。 学会使用手册及图表资料。 培养了一定的创新能力。 通过对 CA6140 拔叉的工艺及 夹具设计，汇总所学专业知识如一体 (如互换性与测量技术基础、机械设计、金属切削机床概论、机械制造工艺学、金属切削原理与刀具等 )。让我们对所学的专业课得以巩固、复习及实用，在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用更加深刻的熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！ nts 2 第二节 零件的分析 1 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。两件零件铸为一体，加工时分开。 2 零件 图 nts 3 3 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 55 3.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 nts 4 4 工艺规程设计 4.1确定毛坯种类 1 零件材料为 HT250，零件结构较简单，中等批量生产，选择砂型铸造毛坯，查机械制造工艺设计简明手册，表 2-2-5，选用铸件尺寸公差等级为 CT-12。 2 确定加工余量及形状 加工余量 上端面 5 55上端面 5 55下端面 5 22孔 4 55 10 73 10 3 绘制铸件毛坯图 nts 5 4.2基面的选择 定位基准是影响拨叉零件加工精度的关键因素。基准选择得合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工过程中将问题百出，更有甚者，造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。 （ 1）粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有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。根据这个基准选择原则，现选取 22 孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块 V 形块支承这两个 40 作主要定位面，限制 5 个自由度，再以一个销钉限 制最后 1 个自由度，达到完全定位 ,然后进行铣削。 nts 6 （ 2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，应该进行尺寸互算。 （ 3）加工阶段的划分 该拨叉加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。 (4）工序的集中和分散 本拨叉选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。该拨叉的生产类型为成批生产，可以采用万能型机床配以专用工装、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中 加工了许多表面，有利于保证加工表面之间的相对位置精度要求。 (5) 加工原则 : 1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准 拨叉下端面 2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 3）遵循“先主后次”原则 . 4）遵循“先面后孔”原则 . 4.3制定工艺路线 制定工艺路线得出发点 ,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 ,在生产纲领已确定的情况下 ,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nts 7 率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量 下降。 工艺路线方案： 01 划线 10 以下端面为基准，钻 18孔 20 以下端面为基准，粗车 40, 55, 73 上端面， 55, 73内圆 0 以下端面为基准，精车 40, 55, 73上端面， 55, 73内圆 340 以上端面为基准，粗车 55, 73下端面 50 以上端面为基准，精车 55,7 3 下端面 60 以上端面 为挡板，以 55, 73 内孔为基准，粗车 18,至 21.5，精度达 IT8 70 以上端面为挡板，以 55, 73 内孔为基准，精车 21.5,至 22，精 度达 IT7 80 钻 8 圆锥孔 90 钻 7.8 底孔， 攻 M8内螺纹 100 铣断 110 去毛刺 120 检验 4.4机械加工余量工序尺寸及公差的确定 圆柱表面工序尺寸： 前面已确定各表面加工余量，现确定各表面多工序的加工余量 加工表 加工内 加工余 精度等 表面粗糙 工序余量 nts 8 面 容 量 级 度 21.0022 钻 18 IT10 最小 最大 粗车 3.5 IT8 3.2 3.2 精车 0.5 IT7 1.6 0.2 1.01 4.0055 粗车 9 6.3 8.7 9.3 精车 1 3.2 0.7 1 5.0073 粗车 9 6.3 8.7 9.3 精车 1 6.3 0.7 1 平面表面工序尺寸 加工表面 加工内容 加工余量 精度等级 表面粗糙度 工序余量 40 上下端面 粗车 4 6.3 3.7 4.3 精车 1 3.2 0.7 1.7 55 上下端面 粗车 4 6.3 3.7 4.3 精车 1 3.2 0.7 1.7 73 上下端面 粗车 4 6.3 3.7 4.3 精车 1 6.3 0.7 1.7 nts 9 4.5确定切削用量及时间定额 工序 01. 划线 根据图样技术要求，在毛坯上用划线工具画出加工界限 工序 10 钻 18孔 1. 选择钻头 查切削，选择高速钢麻花钻钻头，od=18 钻头采用双锥后磨横刃，查切削表 2-1-2，取后角0=120 二重刃长度 =3.5，横刃长度 b=2，弧面长度 L =4，棱带长度 1L =1.5 查表 2-2 得 2 =120， =30 2. 选择切削用量 （ 1） 确定进给量 按加工要求确定进给量，查切削表 2-7， f=0.430.53 321840 dL 查切削表 2-7，修正系数 k=1.0 nmmf /)53.043.0(0.1*)53.043.0( 按钻头迁都选择，查切削表 2-8，钻头允许进给量为 1.45mm/n，按机床进给机构强度选择：查切削表 2-9，机床进给机构允许轴向力为 8330N 时，进给伟 f=0.93mm/n 以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是加工要求，其值为0.430.53mm/n，最终选择进给量 f=0.48mm/n 根据切削表 2-9，由进给量和钻头直径得钻孔是轴线力 =5880N，轴向修正系数为 1，故 =5880，根据 Z525 立式钻床使用说明书，机床nts 10 进给机构允许的最大轴向力为 8830N，故所选进给量可用 . （ 2） 确定钻头磨钝标准及寿命 查切削表 2-1-2，得后刀面最大磨损限度为 0.7mm，寿命 T=50min （ 3） 切削速度 查切削表 2.30，切削速度计算公式为： m in )/( mfyvdcv xvpm aTzvovc 其中vc=11.1 0d=18 zv =0.25 pa=9 xv =0 yv =0.4 f =0.48 m=0.125 查得修正系数wk=0.85 （ 4） 检验机床扭矩及 攻 率 查切削表 2.20，当 fccp最终确定 Pa =4.0mm fv=350mm/min cv=44m/min 6） 计算基本工时 查切削手册表 1.26，入切量及超切量为 y =12.5mm mt=fvL L=l+ y =160+12.5=172.5mm mt=fvL = m in49.0350 5.172 粗车 55, 73 上端面， 55, 73 内圆孔，加工后表面粗糙度达到6.3，切削用量与粗车 40上端面相同 计算基本工时，查 切削表 1.26，入切量及超切量为 y =12.5mm mt=fvL =mt = 350 5.1273 =0.24min 工序 30 精车 40 上端面，以下端面为基准，加工后表面粗糙度达到 3.2，保证 55上端面垂直度要求 刀具： YG硬质合金车刀 机床： CA6140 加工要求：精度 40上端面，加工余量 1mm，加工后表面粗糙度达到3.2 选择pa=1mm，两次走刀 查切削表 1.6，进给量 f=0.250.4mm/r，取 f=0.4mm/r nts 13 查切削表 1.11，查得cv=90m/min ws dvn 1000 = 4010*1000 =717r/min 查简明手册取sn=700 则实际切削速度 v=1000swnd = 1000 700*40* 88m/min 当sn=600r/min 每分钟进给量fv=0.4x700=280mm 工时mt=fvL = 1280 7160 =0.59 精车 55, 73 上端面， 55, 73 内圆孔，加工后满足孔德公差要求，切削用量与精车 40上端面相同 工时mt=fvL = 280373 *2=0.56min 工序 40 粗车 55, 73 下端面，以上端面为基准 切削用量及工时与工序 20 一样 工序 50 精车 55, 73 下端面，以上端面为基准 切削用量及工时与工序 30 一样，加工后满足孔的公差要求 工序 60 以上端面为挡板，以 55, 73 轴线为基准，粗车 18 到 21.5，加工后精度达到 IT18，表面粗糙度达到 3.2 1.选择刀具 查机械手册表 5.26，选择硬质合金镗刀，取 d=12,mm，总长 L=125 2.选择切削用量 查课程设计表 5-69，取pa=2mm，选择刀具类型为刀头，切削速nts 14 度cv=0.661.32m/s， f =0.31.0mm/r 现取cv=0.9m/s=54m/min f=0.5mm/r 取主轴转速sn=200 每分钟进给量fv=0.5x200=100mm/r 基本工时mt=fvL = m in68.02*10 0 5.1222 工序 70 以上端面为挡板，以 55, 73轴线为基准，精车 21.5 到 22，加工后精度达 IT7，表面粗糙度达到 7.6 取pa=0.5mm，走刀两次 查课程设计表 5-9，取cv=1.1m/s=66m/min f=0.3mm/r 去主轴转速 300r/min 每分钟进给量fv=0.3x300=90mm/r 基本工时：mt=fvL = m in75.02*90 5.1222 工序 80 钻 8 孔，以 22中心轴线为基准 刀具：专用刀具 机床： Z525立式钻床 确定进给量： 查切削表 2.7， f=0.220.26mm/r 现取 f=0.24mm/r 查切削表 2.15， v=14m/min 主轴转速sn=wdv1000 = 8.7 14*1000 =571r/min 取wn=600r/min nts 15 则实际切削速度为 v=1000wnwd=1000 600*8.7*=14.7m/min 切削基本工时mt=fvL = m in07.024.0*60 0 46 工序 100 铣断 以 22 中心 轴线为基准 选择锯片铣刀 ,d=160mm， l=4mm，中齿， Z=40 采用 X61卧铣 查切削表 3.5，选择进给量 f=0.1mm/z，切削速度 v=27m/min 则sn=wdv1000 = 160* 27*1000 =54r/min 查简明机械加工工艺手册表 4.2，取wn=100r/min 则实际切削速度 v=1000wnwd=1000 100*80*=50.2m/min 每分钟进给量mf=zf zwn=0.1*40*100=400mm/min 基本工时mt=mfL = .mfyL = 4003060 =0.25min nts 16 第二章 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 。 （一）问题的提出 ： 本夹具是用来铣断 55的孔，由于此孔为预铸孔 ，在前面的加工过程中保证了加工精度，经过与老师商议决定采用 X5032立式升降台铣床，设计铣断夹具。 1 定位基准的选择 拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求， 从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。 25的孔和其两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的 25 孔和其端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以两销和两已加工好的 25孔的端面作为定位夹具。 为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。 2 切削力和夹紧力计算 （ 1）刀具： 高速钢错齿三面刃铣刀 4 机床： x61W 型万能铣床 由 3 所列公式 得 nts 17 FVFzFwqueyzXpFndzafaCF0 查表 9.4 8 得其中： 修正系数 0.1vk30FC 83.0Fq 0.1FX 65.0Fy 83.0Fu 8Pa z=24 0Fw 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： 1K 为基本安全系数 1.5 2K 为加工性质系数 1.1 3K为刀具钝化系数 1.1 4K 为断续切削系数 1.1 所以 NKFF 7.1775 （ 2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 FKffN 21 其中 f为夹紧面上的摩擦系数，取 25.021 ff F= zP +G G 为工件自重 Nff FN 4.355121 夹紧螺钉： 公称直径 d=20mm，材料 45 钢 性能级数为 6.8级 MPaB 1006 M P aBs 4 8 0108 螺钉疲劳极限： M P aB 19260032.032.01 极限应力幅： M P akkk ma 76.511lim 许用应力幅： M P aS aaa 3.17lim nts 18 螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 ss s=2.54 取 s=4 得 MPa120 8.2242c HdF 满足要求 M P adNc1543.1 2 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠， 使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力 3 定位误差分析 （ 1）定位元件尺寸及公差确定。 夹具的主要定位元件为一平面和二定位销，孔与销间隙配合。 （ 2） 工件的工 序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在卧式镗床上加工，所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为： Td=Dmax-Dmin 该夹具以一面两销定位，两定位销孔尺寸公差为 127。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差 。 gwj 与机床夹具有关的加工误差j，一般可用下式表示： MjjjWDADZWj 由 参考文献 5可得： 两定位销 的定位误差 ： nts 19 11 1 m i nD W D d 1 1 2 21 m i n 2 m i n. 2D d D dJW a r c t g L 其中： 1 0 .0 5 2D mm ，2 0D mm 1 0 .0 1 1d mm ，2 0 .0 2 3d mm 1min 0mm，2 m i n 0 .0 3 4 mm且： L=127mm ，得 0 .0 6 3DW mm. 0 .0 0 3 2JW mm 夹紧误差 ： co s)(m inm a x yyjj 其中接触变形位移值： 1( ) ( )1 9 . 6 2 nH B Zy R a Z a Z kNk R cH B l 查 5表 1 2 15有10 . 0 0 4 , 0 . 0 0 1 6 , 0 . 4 1 2 , 0 . 7R a z H BK K C n 。 c o s 0 . 0 0 2 8j j y mm 磨损造成的加工误差：Mj通常不超过 mm005.0 夹具相对刀具位置误差： AD 取 mm01.0 误差总和： 0 . 0 8 5 0 . 3jw m m m m 从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。 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
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