机械制造技术基础课程设计——设计拨叉的机械加工工艺规程及工艺装备.doc

西南大学工程技术学院课程设计(论文)设计拨叉的机械加工工艺规程及工艺装备 * * *西南大学工程技术学院，重庆 4007161 引言机械制造技术基础是我们联系大学所学的专业知识的一门的综合的学科，也是让我们对所学的课程的一次复习和综合的运用。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。因此在我们的大学学习中占有重要的地位。在此次设计中我们主要是设计KCSJ-10拨叉的铣床夹具。在此次课程设计过程中，我小组成员齐心协力、共同努力完成了此项设计。在此期间查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点，在此表示感谢！2 设计目的（1）在加工中的定位、夹紧及工艺路线安排。工艺尺寸的确定，保证零件的加工质量。（2）提高结构设计的能力，使其设计高效、省力、经济合理。（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。3 零件的分析3.1 零件的作用拨叉它位于CA6140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的槽精度要求较高3.2 零件的工艺分析拨叉共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下：铣4047mm的平面，保证长度尺寸80mm，钻、扩花键底孔，保证尺寸mm，拉花键，保证尺寸mm。倒15角，铣2840mm平面，铣宽度为mm的槽，铣宽度为mm的槽。由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以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，并且保证他们的表面质量要求。4 毛坯的选择题目给定的是拨叉零件，该零件年为中批或大批生产，设定产量为4000件，设其备品率为4%，机械加工废品率为1%，则该零件的年生产纲领为：N=Qn(1+%)（1+%)=4200(件/年)。查表可知该产品为批量生产。考虑到机床在运行中要经常地变速，以及实现正反转，零件在工作工程中经常承受变载荷，又由于零件结构比较复杂，零件毛坯比较适合铸造成型。因此，应选用HT250，以保证足够的强度、硬度，从而保证零件的工作可靠性。由于零件批量生产，已经达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用金属模机器造型砂型铸造。这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。5 机械加工工艺路线的制定拨叉的工艺特点是：外形较复杂，尺寸精度、形状精度、和位置精度及表面粗糙度要求较高。上诉工艺特点决定了拨叉在机械加工时存在一定的困难，因此在确定拨叉的工艺过程时应注意定位基准的选择，以减少定位误差；夹紧力方向和夹紧点的选择要尽量减少夹紧变形；对于主要表面，应粗、精加工分阶段进行，以减少变形对加工精度的影响。5.1 定位基准的选择 基面选择是工艺规程中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常运行。5.1.1 粗基准的选择零件加工时粗基准是必须选用的。在选用时要考虑如何保证各个加工表面有足够的余量，如何保证各个表面间的相互位置精度和自身的尺寸精度。因此，选择粗基准时，应遵循以下几个原则：以不加工表面为粗基准；选择毛坯余量最小的表面作为粗基准；选择零件上重要的表面作为粗基准；选择零件上加工面积大，形状复杂的表面作为粗基准；粗基准在同一尺寸方向上通常只能使用一次，不应重复使用，以免产生不必要的定位误差。按照有关粗基准的选择原则(选择零件的不加工平面为粗基准；若零件有若干个不加工平面时，则应以与加工表面面积较大的为粗基准)，选择的端面为粗基准，利用一组一长一短两个V型块夹紧零件的圆柱轮廓部分作为定位面，以消除X方向的移动，X方向的转动，Y方向的移动和转动，Z方向的转动，以达到完全定位。5.1.2精基准的选择精基准的选择应使工件的定位误差较小，能保证工件的加工精度，同时还应使加工过程操作方便，夹具结构简单。选择时应遵循以下原则：基准重合；一次安装的原则；互为基准的原则；自为基准的原则。 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的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。5.2 拟定工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以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大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量是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。5.2.1 工艺路线的拟定工艺路线方案一工序10 铣4047mm的平面工序20 钻、扩花键底孔工序30 拉花键工序40 车15角工序50 铣2840mm平面工序60 铣宽度为mm的槽工序70 铣宽度为mm的槽工艺路线方案二工序10 铣4047mm的平面工序20 铣2840mm平面工序30 铣宽度为mm的槽工序40 铣宽度为mm的槽工序50 扩花键底孔工序60 拉花键工序70 锪15角5.2.2 工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先钻、扩花键底孔，保证尺寸，然后铣2840mm平面，以车削的方法来倒15角。方案二是先铣2840mm平面，然后再钻、扩花键底孔，并其以锪的方式倒15角。总体上来看，两个方案各有优缺点：方案一先钻、扩花键底孔、拉花键槽，然后以花键孔的中心为基准铣2840mm平面，这样就能保证设计基准与工艺基准的重合，尺寸精度和位置精度都易于实现，且定位和装夹也易于实现。但是，方案一中倒角采用车削的方法，由于零件结构的不规则性，不易于定位与装夹，若要保证尺寸及位置精度还要设计专用夹具，这样不利于生产效率的提高和成本的降低；方案二刚好与方案一相反，先铣2840mm平面，然后铣宽度为mm的槽，再钻、扩花键底孔，这样设计基准与工艺基准就不重合，容易产生加工误差，若要尺寸精度和位置精度，还需要基准的转换，这样就给设计与计算带来不便。但是，方案二采取锪的方式倒15角，这样的加工易于实现。因此，综合以上两个方案得出具体合理的工艺过程如下：工序10 铣4047mm的平面工序20 钻、扩花键底孔工序30 拉花键工序40 锪15角工序50 铣2840mm平面工序60 铣宽度为mm的槽工序70 铣宽度为mm的槽工序80 检验5.3 加工余量和工序尺寸的拟定“拨叉”零件材料为铸铁HT250，生产类型为中批量生产（300010000件）采用金属型铸造法铸造毛坯件。根据上述原始材料以及加工工艺，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. 4047mm端面考虑零件加工长度并无要求，4047表面粗糙度要求为 ，参照机械制造工艺设计简明手册查表得知粗铣至精铣的工艺路线可以满足要求，需两次加工可达到精度。因此确定加工余量Z=3mm可以满足加工要求。其中第一步粗铣要求达到长度80.2mm。2钻扩孔mm毛坯为实心，不冲出孔。内孔精度粗糙度要求。需要由钻孔，扩孔，铰孔的工艺路线可以达到要求。内孔尺寸为：。参照机械制造工艺设计简明手册查表得知孔的加工余量分配如下：钻孔：20mm扩孔：22mm 2Z=1.8mm精镗：mm 2Z=0.2mm3花键孔mm花键要求外径定心，拉削时的加工余量参照工艺手册，应取2Z=2mm。但查刀具尺寸可知花键拉刀标准尺寸为22mm、25mm。此步骤不要求加工余量。4铣削2840mm 的平面铣削余量：铣削的公称余量（单边）为： Z=2.0-0.2=1.8mm由于毛坯及以后每道工序（或工步）的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量只是名义上的加工余量。实际上，加工余量有最大加工余量和最小加工余量之分。由于本设计规定零件为中批量生产，此加工表面要求达到粗糙度。因此在计算最大、最小加工余量时，应查表予以确定。查工艺手册，确定加工路线为粗铣到精铣的两步加工。查得单边铸造余量为Z=3mm。要求精铣铣削余量为0.2mm，所以第一步粗铣余量为：铣削余量：Z= 3-0.2 = 2.8mm5铣削槽 mm单边铸造余量为Z=3mm，槽两侧面精度要求达到，精铣可以达到此精度。查表取两边精铣加工余量为0.5mm,槽底面加工余量为1mm,粗铣单边加工余量为Z=3-1=2mm。选用硬质合金三面刃圆盘铣刀。6铣削槽 mm 因为平面没有精度要求，故铸造时平面无加工余量。槽内底面与两侧面要求达到表面粗糙度。参照机械制造工艺设计简明手册，查表取底面精铣加工余量为1mm,两侧面留加工余量0.5mm。粗铣分4次进刀达到精铣加工余量。5.4 切削用量的确定5.4.1 铣削4047mm端面。本工序采用计算法确定切削用量。1. 加工条件工件材料：HT250铸铁=200N/mm2加工要求：铣4047mm平面达到，粗铣，精铣。机床：X63卧式铣床刀具：高速钢圆柱铣刀 2. 计算切削用量（1） 粗铣4047mm平面，保证尺寸80.2mm铣削深度 因为切削量较小，故可选择,一次走刀即可完成所需长度。每齿进给量 查切削用量简明手册表3-5，得， 由于是对称铣，选较小量f=0.2查后刀面最大磨损及寿命查切削用量简明手册表3.7，后刀面最大磨损为0.50.8mm。查切削用量简明手册表3.8，寿命T=180min。切削速度：参考切削用量简明手册表3-11，查得v=19m/min采用高速钢圆柱铣刀，=80mm，齿数Z=6现采用X63卧式铣床,根据机床使用说明书（见机械制造工艺设计简明手册表4.2-39）取 = 75r/min故实际切削速度为： 当 =75r/min时，工作台的进给量 应为： 查机床使用说明书，选用。校验机床功率： 查切削用量简明手册表3-19得，Pcc=1.1kw.而机床所能提供的功率为PcmPcc。故校验合格。切削工时： 铣刀行程 其中 所以机加工工时为：（2）精铣4047mm平面，保证尺寸80mm每齿进给量 查切削用量简明手册表3-5，得 由于是精铣，选较小量f=0.2查后刀面最大磨损及寿命查切削用量简明手册表3.7，后刀面最大磨损为0.30.5mm。查切削用量简明手册表3.8，寿命T=180min。切削速度：由于是精加工，铣削速度放大30%。故 采用高速钢圆柱铣刀，=80mm，齿数Z=6现采用X63卧式铣床,根据机床使用说明书（见机械制造工艺设计简明手册表4.2-39）取故实际切削速度为： 当 =95r/min时，工作台的进给量应为： 查机床使用说明书，选用。切削工时： 铣刀行程 其中 所以机加工工时为：5.4.2 钻、扩22mm花键孔1 钻孔20mm 选择机床：立式钻床Z525选择钻头：高速钢麻花钻钻头 取按加工要求确定进给量，根据切削用量简明手册，当材料为HT250 硬度 Pcc。故校验合格。切削工时： 铣刀行程 其中 所以机加工工时为：（2）精铣2840平面，保证尺寸27mm每齿进给量 查切削用量简明手册表3-5，得 由于是精铣，选较小量f=0.2查后刀面最大磨损及寿命查切削用量简明手册表3.7，后刀面最大磨损为0.30.5mm。查切削用量简明手册表3.8，寿命T=180min。切削速度：由于是精加工，铣削速度放大30%。故 采用高速钢圆柱铣刀，=80mm，齿数Z=6现采用X63卧式铣床,根据机床使用说明书（见机械制造工艺设计简明手册表4.2-39）取故实际切削速度为： 当 =95r/min时，工作台的进给量应为： 查机床使用说明书，选用。切削工时： 铣刀行程 其中 所以机加工工时为： 5.4.6 铣宽为 mm的槽工件材料：HT250铸铁=200N/mm加工要求：铣2840mm平面达到，粗铣，精铣。机床：X63卧式铣床刀具：涂层硬质合金错齿三面刃铣刀 （1）粗铣每齿进给量 查切削用量简明手册表3-5，得 选较小量f=0.2查后刀面最大磨损及寿命查切削用量简明手册表3.7，后刀面最大磨损为0.50.8mm。查切削用量简明手册表3.8，寿命T=120min。切削速度：参考切削用量简明手册表3-17，查得v=75m/min采用错齿三面刃盘铣刀，=80mm，齿数Z=16现采用X63卧式铣床,根据机床使用说明书（见机械制造工艺设计简明手册表4.2-39） 取 = 300r/min故实际切削速度为： 当=300r/min时，工作台的进给量应为： 查机床使用说明书，选用。校验机床功率： 查切削用量简明手册表3-19得，Pcc=1.1kw.而机床所能提供的功率为PcmPcc。故校验合格。切削工时：铣刀行程 其中 所以机加工工时为：（2）精铣每齿进给量 查切削用量简明手册表3-5，得 由于是精铣，选较小量f=0.2查后刀面最大磨损及寿命查切削用量简明手册表3.7，后刀面最大磨损为0.30.5mm。查切削用量简明手册表3.8，寿命T=120min。切削速度：由于是精加工，铣削速度放大30%。故 采用高速钢圆柱铣刀，=80mm，齿数Z=6现采用X63卧式铣床,根据机床使用说明书（见机械制造工艺设计简明手册表4.2-39）取故实际切削速度为： 当 =95r/min时，工作台的进给量应为： 查机床使用说明书，选用。切削工时： 铣刀行程 （mm） 其中 所以机加工工时为： 5.4.7 加工下面的槽 （1）粗铣选择细齿盘铣刀，d=100 L=16 Z=20 ap=16 ae=23选择X63型铣床，铣床功率为7.5 查切削用量简明手册表3-3得 ，此时取切削速度 ap=16 ae=22经计算，v=9.9m/min查表选： n=37.5r/min 实际切削速度：铣床实际进给量 查机床使用说明书，（2）精铣：选高速钢错齿三面刃铣刀 d=80 D=27 L=8 Z=16选用X63卧式铣床 铣床功率为7.5Kw查切削用量简明手册表3-3得 ，此时取切削速度：其中 T=100min 经计算，v=112/3 m/min =37.3m/min 查表4.2-39得则实际切削速度 铣床实际进给量 查表4.2-20得最后，将以上各工序切削用量、工时定额的计算结果，连同其他数据，一并填入机械加工工序卡片，见附表。6 夹具的设计机床夹具（简称夹具）是在机械加工中使用的一种工艺装备，它的主要功能是实现对被加工工件的定位和夹紧。通过定位，使各被加工工件在夹具中占有一个正确的加工位置；通过夹紧，克服加工中存在的各种作用力，使这一正确的位置得到保证，从而使加工过程得以顺利进行。专用夹具是针对某一种工件机械加工工艺过程中的某一工序而专门设计的。由于不需要考虑通用性，因此夹具的结构紧凑，操作迅速方便。按实际需要可采用各种省力机构、动力装置、防护装置、分度装置等。因此，专用夹具可以保证较高的加工精度和劳动生产率。专用夹具通常由使用厂根据要求自行设计与制造，它的设计与制造周期较长。当生产的产品或工艺过程变更时，往往无法继续使用，故此类夹具只适合在产品固定工艺过程稳定的大批量生产中使用。夹具的设计是工艺设计与机械制造中的一项重要内容，它对机床性能的发挥与延伸、生产率的高低、生产成本的控制、工件的加工质量都有很大的影响，在其设计时应特别注意以下几个问题；1. 所设计的专用夹具，应当既能保证工序的加工精度又能保证工序的生产节拍。特别对于大批量生产中使用的夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。2. 夹具的操作要方便、省力和安全。若有条件，尽可能采用气动、液压以及其它机 械化自动化的夹紧机构，以减轻劳动强度。同时，为保证操作安全，必要时可设计和配备安全防护装置。3. 能保证夹具一定的使用寿命和较低的制造成本。夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适应，在大批量生产中应采用气动、液压等高效夹紧机构；而小批量生产中、则宜采用较简单的夹具结果。4. 适当提高夹具元件的通用化和标准化程度，选用标准化元件，特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具的制造周期，降低夹具成本。5. 应具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造和维修。6.1问题的提出本夹具主要用来铣宽度为mm的槽，保证两侧的粗糙度等级为1.6，底部的粗糙度等级为6.3。这一槽对4047mm的端面有一定的位置与尺寸要求。加工本道工序时，4047mm的端面已经加工出来，这样就保证了设计基准与工艺基准的重合，保证了加工精度，避免了加工误差。因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产效率，降低劳动强度。6.2定位基准的选择由零件可知，宽为的槽对4047mm的端面有尺寸要求，故其设计基准为4047mm的端面。为了使定位误差为零，应该选择自动定心夹具。但这种自动定心夹具在结构上过于复杂，因此，这里只选用以4047mm的端面为主要定位基准。为了提高加工效率，现决定用硬质合金钢错齿三面刃铣刀（d=80,D=27,L=8,Z=16），对工件采用气动夹紧6.3切削力及夹紧力的计算由机械简明手册，表3-28查得铣削切削力为：取CF=30 xF=1.0 Yf=0.65 Uf=0.83 wF=0 qf=0.83 d0=80 Z=6 aP=1240取8 ae=3、5、8取8 fz=0.2基本安全系数k1=1.5加工性质系数k2=1.1刀具钝化系数k3=1.1断续切削系数k4=1.1 KFC=1.5X1.1X1.1X1.1=1.9965取2149.64N实际加紧力为WK= FC/U1U2=400/0.0625=2394.24 (N)其中U1=U2=0.25 计算时选择M16x1.5的细牙螺纹，所产生的夹紧力为由F0=2M/D2tan(a+6,55)+0.66(D3- d3)/ (D2- d2)解得： F0=1O405 (N)其中： M=19000 NM D2=14.8mm a=2029, D=23mm d=16mmF0大于所需力明显满足要求。在本次设计中选用的螺纹为M20。6.4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。6.5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。为此，应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。因为这是提高劳动生产率的重要途径。本道工序的铣床夹具就选择了气动夹紧方式。夹紧应满足以下要求：加紧时不许破坏工件在定位时应获得的正确位置；夹紧可靠，能自锁；夹紧变形小，不影响加工精度；操作迅速、方便省力。在考虑夹紧方案时，应首先确定夹紧力的方向、作用点和大小，然后再选择适当的传力方式及夹紧机构。由于本工序包括粗加工和精加工两部