CA6140车床拨叉的加工工艺及25孔专用夹具设计 毕业设计.doc

论文题目:CA6140车床拨叉的加工工艺及25孔专用夹具设计摘 要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。拨叉加工工艺规程及其钻孔的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：工艺； 工序； 切削用量； 夹紧； 定位； 误差序 言机械制造技术基础课程设计是我们在学完了大学的全部基础课，专业基础课以及专业课后进行的。这是我们在进行课程设计之前对所学的各科课程一次深入的综合性总复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，他在我们的大学四年生活中占有重要的地位。就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进一步适应性的训练，希望自己在设计中能锻炼自己的分析问题、解决问题、查资料的能力 ，为以后的工作打下良好的基础。由于能力有限，设计尚有很多不足之处，希望各位老师给予指导。目 录ABSTRCT绪论1. 零件分析1.1 零件的作用和装配关系1.2 材料、结构特点和主要工艺问题1.2.1 铣16H11的槽1.2.2 以M221.5螺纹孔为中心的加工表面1.3 拨叉的技术要求2. 明确生产类型和工厂条件3. 工艺方案的拟定3.1 制造方法和毛坯余量的确定3.2 基准选择4工艺路线的制定5机械加工余量的确定及切屑用量、基本工时的计算5.1 确定机械加工余量的确定5.1.1 外圆表面（42）5.1.2 外圆表面沿轴线方向长度方向的加工余量及公差5.1.3 内孔（60已铸成50的孔）5.1.4 槽端面至中心线垂直中心线方向长度加工余量5.1.5 螺纹孔顶面加工余量5.1.6 其他尺寸直接铸造得到5.2 确立切削用量及基本工时6夹具设计钻25H7夹具6.1 问题的提出6.2 夹具设计6.3 切削力及夹紧力的计算6.4 定位误差分析6.5 夹具设计及简要操作说明7总 结致 谢参 考 文 献徐州工程学院课程设计 绪论课程设计在我们学完大学的全部基础课、技术基础课之后进行的，这是我们在进行课程设计对所学各课程的深入综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。另外在做完这次课程设计之后，我得到一次在课程工作前的综合性训练，我在想我能在下面几方面得到锻炼： 运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，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，经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。 就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己发现问题、分析问题和解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打一个良好的基础。由于个人能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教，本人将表示真诚的感谢！1. 零件分析1.1 零件的作用和装配关系题目所给零件是车床主轴箱内摩擦离合器操纵机构的拨叉。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25孔与操纵机构相连，二下方的60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。图1-1 零件三维模拟图 1.2 材料、结构特点和主要工艺问题零件为HT200铸钢件，无热处理要求。从结构上看，左部呈圆筒状，右部为厚12mm的半圆叉爪。两部分上下都不在同一平面上，工件安装有一定困难。零件的主要加工表面和主要的技术要求也分两个部分一个是以25H7孔为中心的加工表面，这一组加工表面包括：25H7mm的孔，以及42mm的圆柱两端面，其中主要加工表面为25H7mm通孔。一个是以半圆叉爪为中心的加工表面,即以60mm孔为中心的加工表面。这一组加工表面包括：60H12的孔，以及60H12的两个端面。主要是60H12的孔。1.2.1 铣16H11的槽这一组加工表面包括：此槽的端面，16H11mm的槽的底面，16H11mm的槽两侧面。1.2.2 以M221.5螺纹孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：M221.5的螺纹孔，长32mm的端面。主要加工表面为M221.5螺纹孔。这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：60孔端面与25H7孔垂直度公差为0.1mm.。16H11mm的槽与25H7的孔垂直度公差为0.08mm。 图1-2 零件二维图由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。这些加工表面和技术要求，用一般的工艺方法都能做到，唯有叉爪的内半圆面较难车和镗。结论是，拟定本零件工艺必须解决好安装和叉爪内半圆面的加工两个主要问题。1.3 拨叉的技术要求按表形式将拨叉的全部技术要求列于表1中, 表1 拨叉零件技术要求 加工表面尺寸偏差(mm)公差及精度等级表面粗糙度Ra(m)形位公差(mm)长槽侧面IT113.2长槽底面IT126.3拨叉脚两端面IT113.2拨叉脚内表面IT123.2M221.5mm螺纹孔到大槽外侧IT1225mm孔IT71.6M221.5mm孔拨叉头左端面80拨叉头右端面80该拨叉形状特殊,结构简单,属于典型的叉杆类零件.为了实现换档变速的功能,其叉轴孔与变速叉轴有较高的配合要求,因此加工精度要求较高.为保证拨叉换档时叉脚受力均匀,要求叉脚两端面对叉轴孔mm的垂直度要求为0.1mm.为保证拨叉在叉轴上有准确的位置,改换档位准确,拨叉用螺钉定位。综上所述,该拨叉件的各项技术要求制订得较合理.2. 明确生产类型和工厂条件 所生产的车床为中型机械，年产10000件/年，每日1班，属于大批生产的类型。选用通用设备，应充分利用，以减少投资、降低成本。故确定工艺的基本特征是：拟订成套的工艺过程卡片和机械加工工序卡片。3. 工艺方案的拟定针对零件的两个主要问题，采取将毛坯两件合一铸出的办法，见图3-1。两件合铸后的毛坯，左右等高，便于安装。同时叉爪合成了整圆，内半圆及其两端面就容易加工了。待完成各面加工后，再分切成两件。具体事项考虑如下：3.1 制造方法和毛坯余量的确定 本零件形状不复杂，可大批生产。若选砂型手工造型，生产效率低、铸件质量差。也不宜采用费用高、生产周期长的铸造复杂形状毛坯的熔模铸造。最后确定采用砂型机器造型，它有较高的生产效率，也能满足毛坯质量要求。查机械设计手册，按二级精度铸钢件查得毛坯余量如下：顶面7mm；侧面、底面5mm；孔取顶面余量7mm。如图3-1：图3-1 铸造毛坯图3.2 基准选择精基准选择：按照一般规则，定位精基准应是精度较高、粗糙度较小的表面。即应选择25H7孔及其一端面为基准。但用25H7孔作精基准，两零件分切开后可能不对称，而且225H7孔的端面横向尺寸小，定位稳定性也差。若选叉爪的及其一端面为精基准，又因60H12孔精度太低，用一般圆柱心轴作定位元件，定位误差太大。最后考虑仍选60H12孔为纵向定位基准，目的是希望工件分切开后左右两件较为对称。但所设计的夹具，必须采用弹簧心轴或轴向可移式锥心轴作定位元件，以消除精基准尺寸公差大造成的定位误差。垂直方向则选叉爪上端面为精基准，从尺寸关系看，以它作定位精基准便于加工其余各平面。粗基准选择：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25H7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42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。既能加工出已选各精基准面，又能保证加工面对不加工毛面的位置和尺寸。4工艺路线的制定制定艺路线的出发点,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。经考虑选择了二个可行的工艺方案。 方案一 工序一 铸造（砂型机器造型） 工序二 清砂 工序三 退火 工序四 以42外圆为粗基准，粗铣25孔上、下端面 工序五 精铣25孔上、下端面 工序六 以25孔上端面为精基准，粗、钻、扩、铰、精铰25孔，孔的精度达到IT7 工序七 以25孔为精基准，粗铣60孔上、下端面工序八 以25孔为精基准，精铣60孔上、下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.1。工序九 以25孔为精基准，钻、镗、铰60孔，保证空的精度达到IT8。 工序十 以25孔为精基准，铣螺纹孔端面 工序十一 以25孔为精基准，钻22孔（装配时钻铰锥孔） 工序十二 以25孔为精基准，攻M221.5螺纹 工序十三 以25孔为精基准，粗铣 半精铣 精铣槽所在的端面工序十四 以25孔为精基准，粗铣 半精铣 精铣16H11的槽工序十五 铣断。工序十六 去毛刺。工序十七 终检。方案一各工序使加工效率大大提高，多次加工25、60孔，更能保证孔的加工精度。但粗、精加工过于集中，在同台机床上达到上述要求对机器设备要求较高，不利于控制成本。方案二工序一 钻、扩25孔，以42的外圆及其端面为基准。工序二 粗铣60孔上下端面。工序三 钻、扩60孔，以25孔为基准。工序四 铣16H11的槽端面，以25孔为基准。工序五 粗铣16H11的槽，保证槽的侧面相对孔的垂直度误差不超过0.08,以25孔为基准。工序六 粗铰、精铰25孔，以60孔为基准，使其精度达到H7。工序七 铰、精铰60孔，保证孔的精度达到IT8，以25孔为基准。工序八 精铣60孔的两端面，以25孔为基准，保证两端面25孔的垂直度不超过0.1。工序九 精铣16H11的槽，保证粗糙度。工序十 铣螺纹孔端面，以25孔为基准。工序十一 钻20.5孔，以25孔为基准，（装配时钻铰锥孔）。工序十二 攻M221.5螺纹，以25孔为精基准。工序十三 铣断，以25孔为基准。工序十四 去毛刺。工序十五 终检。根据零件的几何形状、尺寸精度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，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。因此，这方案我们可以采取。5机械加工余量的确定及切屑用量、基本工时的计算5.1 确定机械加工余量的确定“CA6140车床拨叉”；零件材料为HT200，硬度190210HB，毛坯重量1.45kg，生产类型为中批量，铸造毛坯。据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯图（3-1）5.1.1 外圆表面（42）考虑其零件外圆表面为非加工表面，所以外圆表面为铸造毛坯， 没有粗糙度要求，因此直接铸造而成。5.1.2 外圆表面沿轴线方向长度方向的加工余量及公差（25，60端面）。查机械制造技术基础课程设计指导教程（以下称制造基础教程）表2-3，取25，60端面长度余量均为2.8（均为双边加工）：粗铣 2mm半精铣 0.8mm5.1.3 内孔（60已铸成50的孔） 查制造基础教程表.2-4，为了节省材料，取60孔已铸成孔长度余量为4，即铸成孔直径为52mm。 工序尺寸加工余量：钻孔 6mm 扩孔 1.5mm铰孔 0.4mm 精铰 0.1mm 工序尺寸加工余量： 钻孔至23 余量为2mm 扩孔钻 1.8 mm 粗铰孔 0.14 mm 精铰孔 0.06 mm加工尺寸链图如图5-1:图 5-1 加工尺寸链图5.1.4 槽端面至中心线垂直中心线方向长度加工余量 铸出槽端面至中心线47mm的距离，余量为3mm。 工序尺寸加工余量： 粗铣端面 2.1 mm 半精铣 0.7 mm 精铣 0.2 mm5.1.5 螺纹孔顶面加工余量铸出螺纹孔顶面至25孔轴线且垂直轴线方向40mm的距离，余量为4 mm工序尺寸加工余量： 粗铣顶面 3.1 mm 半精铣 0.7 mm 精铣 0.2 mm 5.1.6 其他尺寸直接铸造得到由于本设计规定的零件为中批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。6.1 问题的提出本夹具要用于钻25孔，钻25孔之前我们其他孔系都还没有加工，所以定位比较困难，因此我们只能采用毛坯的底面和侧面定位，在本道工序加工时，我们应首先考虑保证各面的各加工精度，提高生产效率，降低劳动强度。 6.2 夹具设计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。由零件图可知，用25一端面定位并用压板夹紧，再用两可调螺钉组成的v形块、长挡销定位限制六个自由度。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的钩型压板作为夹紧机构。导向元件的选择钻床夹具的刀具导向元件为钻套。钻套的作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置，并在加工中对钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工中发生偏斜。按钻套的结构和使用情况，可分为固定式、可换式、快换式和特殊钻套。因为本夹具是钻25孔夹具，本工序要求对被加工孔依次进行钻、扩、铰等三个工步的加工，最终达到工序简图上规定的加工要求，故选用快换钻套作为刀具的导向元件。该钻套已标准化，可查资料机械制造技术基础课程设计表9-10对三杆孔的快换钻套进行选择 ：孔可选择d=26mm，D=35mm 6.3 切削力及夹紧力的计算切削刀具：高速钢麻花钻头，则 式中：1.5mm，50m/min，f0.5mm/r，（）计算结果 = 1459.699N选用压板压紧，实际加紧力N应为 式中，和是夹具定位面及加紧面上的摩擦系数，0.5。 压板用螺母拧紧，由机床夹具设计手册表1-2-23得螺母拧紧力根据杠杆原理压板实际夹紧力为 此时已大于所需的1460N的夹紧力，故本夹具可安全工作。6.4 定位误差分析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两v形块，面与面配合。工件的工序基准为端面和圆柱面，故端面的平面度和圆柱面的援助度对定位误差影响最大.则其定位误差为： Td=Dmax-Dmin 本工序采用一平面，两 v形块，工件始终平面，而定位块的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力，因此，工件在定位块正上方倾斜，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应能满足定位要求。6.5 夹具设计及简要操作说明如前所述，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。提高夹具性价比。本道工序为钻床夹具选择了压板和压紧螺钉夹紧方式。本工序为钻孔，切削力大，所以选用夹紧力大一些装置就能达到本工序的要求。本夹具的最大优点就是结构紧凑,承受较大的夹紧力。装配图附图如下夹具体附图如下2东华理工大学长江学院本科课程设计（论文） 致谢7总 结设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件，为我们踏入设计打下了好的基础。课程设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此同学们非常感谢贺老师给我们的辛勤指导，使我们学到了好多，也非常珍惜学院给我们的这次设计的机会，它将是我们课程设计完成的更出色的关键一步。 33致 谢这次设计使我收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是，查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时，数据存在大量的重复和重叠，由于经验不足，在选取数据上存在一些问题，不过我的指导老师贺老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的意见，在我遇到难题时给我