“CA6140车床”拨叉夹具设计说明书

1、机械制造工艺学课程设计说明书设计题目：设计“ CA6140车床”拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备（中批量生产）设 计 者指导教师长安大学工程机械学院机制 04班2010年 1 月10日长安大学工程机械学院机械制造工艺学课程设计说明书题目设计“ CA6140 车床”拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备（中批量生产）容 1. 零件图2 毛坯图3机械制造加工工艺过程综合卡片4结构设计装配图5结构设计零件图6课程设计说明书一一一一一一份前言通过机床工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体( 如公差于配合、机械零件设计、金属切削机床、机械制造工艺等 ) 。让我们对所学的专业课得以巩固、复习及实用，在理

2、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！在些次设计中我们主要是设计CA6140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，并且得到了接信老师和程博的指点，在此表示感！机制 04班2010年1 月 10日一设计的目的：机械制造工艺学课程设计, 是在学完机械制造工艺学及夹具设计原理课程，经过生产实习取得感性知识后进行的一项教学环节；在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成的一项工程基本训练。同时，也为以后搞好毕业设计打下良好基础。通过课程设

3、计达到以下目的：1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。2、通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。通过学生亲手设计夹具（或量具）的训练，提高结构设计的能力。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。二零件的分析（一）、零件的作用：题目给定的零件是CA6140 拨叉（见附图1）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。宽度为18+0.012 0mm

4、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+0.012 0mm 的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。（二）、零件的工艺分析：CA6140 拨叉共有两组加工表面。1. 以花键孔的中心线为基准的加工面这一组面包括 ? 25+0.23 0mm 的六齿方花键孔、 ? 22+0.28 0 花键底孔两端的 2X150 倒角和距中心线为 27mm 的平面。2. 以工件右端面为基准的 8+0.03 0 mm 的槽和 18+0.12 0mm 的槽经上述分析可知， 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

5、一组表面。二、工艺规程设计( 一) 确定毛坯的制造形成。零件材料HT200、考虑到此零件的工作过程中并有变载荷和冲击性载荷，因此选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件的工作可靠。由于生产纲领为中批生产而且零件的尺寸并不很大，故可采取模锻成型。经查金属机械加工工艺人员手册表5-5 取等级为 2 级精度底面及侧面浇注确定待加工表面的加工余量为3±0.8mm。毛坯零件图如下图：（二）基准的选择。1. 粗基准的选择： 因为要保证花键的中心线垂直于右端面， 所以以 40 的外圆表面的粗基准。2. 精度基准的选择： 为保证定位基准和工序基准重合， 以零件的 A 面为精基准。( 二) 制定工

6、艺路线。方案一工序：1.粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。2. 粗、精铣削 B 面。3. 铣削 8+0.03 0mm的槽。4. 铣削 18+0.012 0mm的槽。5. 拉花键。方案二工序：1. 粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端 15°倒角。以 40mm 圆柱面为粗基准。选用 X51 立式铣床加专用夹具。2. 拉花键。以 A 面为基准。选用 L1320 拉床及专用夹具。3. 铣削槽 B 面。以花键的中心线及 A 面为基准。选用 X51 立式铣床加专用夹具。4. 铣削 8+0.03 0mm的槽。以花键的中心线及 A 面为基准。选用 X62W卧式铣床加专用夹具

7、。5. 铣削 18+0.012 0mm的槽。以花键的中心线及 A 面为基准。选用X62W卧式铣床加专用夹具。方案分析：上述两方案中，工艺方案一把拉花键放在最后一道工序。但此方案中工序很难对工件进行定位和加紧、方案二中，把花键放在第一道工序的后边，这样，方案二中的道工序很容易对工件进行定位与加紧即以花键中心线和A 面作为道工序的定位基准。此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠，所以采用方案二比较合理。以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程综合卡片”( 三) 机械加工余量。CA6140的拨叉材料为HT200。毛坯重量为1.0 kg b =160MPa HBS生产类型为由大、中批量生产，采用模锻

8、锻模。根据上述的原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸以毛坯尺寸如下：1. A面的加工余量A 面有 3±0.8mm的加工余量，足够把铸铁的硬质表面层切除2. 矩形花键底孔。要求以矩形花键的外径定心，故采用拉削加工孔尺寸为+0.280 ，见零件图，参照金属机械加工工艺人员手册确定孔的加工余量的分配。钻孔 20mm扩孔 21mm拉花键22表 3-59花键孔要求以外径定心： 拉削时加工余量参照 金属机械加工工艺人员手册取 2 =1mm3. B面的加工余量。此工序分 2 个工步 1、粗铣 B 面2、精铣 B 面。精加工余量为 0.2mm粗铣加工余量为2.8mm( 五)

9、 确定切削用量及基本工时。工序 ：车削 A面。1 加工条件。工件材料：灰口铸铁HT200。b=145MPa。铸造。加工要求：粗、半精车A 面并保证 28mm的工序尺寸， Ra=3.2 m机床 C3163-1。转塔式六角卧式车床。刀具：刀片材料。r=12. ao=6-8 b=-10 o=0.5Kr =90n=152、计算切削用量。（1）已知长度方向的加工余量为3±0.8mm 。实际端面的最大加工余量为 3.8mm 。故分二次加工（粗车和半精车） 。长度加工公差IT 级 取-0.46 mm（入体方向）（2）进给量、根据切削简明手册 （第 3 版）表 1.4 当刀杆尺寸为16mm×

10、;25mm, mm时，以及工件直径为 60mm时（由于凸台B 面的存在所以直径取 60mm）?=0.6-0.8mm/ .按 C 车床说明书 取?=0.6 mm/n。由于存在间歇加工所以进给量乘以 k=0.75 0.85 所以：实际进给量f=0.6 ×0.8=0.48 mm/ 按 C 车床说明书?0.53 （3）计算切削速度。按切削简明手册表1.27 ，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）刀具材料 YG6mxvy v)·kvV=C/(T ·ap·fv其中： C =158x=0.15y=0.4M=0.2 修正系数 K 见切削vvvo手册表 1.28k

11、 =1.15 kkv=0.8kkrv=0.8ksv=1.04 k=0.81mvBVVc =158/(600.2 ·20.150.4·1.15 ·0.8 ·0.8 ·0.81 ·0.97·0.53 )=46.9(m/min)（4）确定机床主轴转速ns=1000 vc/dw=229.8（r/min ）按 C 车床说明书200 r min所以实际切削速度V=40.8m/min（5）切削工时，按工艺手册表6.2-1由于铸造毛坯表面粗糙不平以及存在硬皮，为了切除硬皮表层以及为下一道工步做好准备Tm=(L+L 1+L2+L3)/ nw

12、x f=0.33 （min） L=(65-0)/2=32.5 L1=3、L2=0、L3=02、精车1) 已知粗加工余量为 0.5mm。2) 进给量 f. 根据切削用量简明手册表 1.6 ，f=0.15 0.25mm/r按 C 车床说明书 0.16 mm/r计算切削速度按切削用量简明手册 表1.27 ，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）mxv·fyv) ·kvV=Cv/(T ·ap0.4·1.15 ·0.8 ·0.8 ·0.81 ·0.97=158/( 60 0.2 ·20.15 ·0.

13、16)=83.85(m/min)3)确定机床主轴转速.nw=c/w（r/min）按1000vd =410.8C3163车床说明书取n =400（r/min ）w实际切削速度 V=57.1m/min4) 切削工时 ， 查工艺手册表 6.2-1Tm=(L+L1+L2+L3)/ nwxf=22.5/400x0.16=0.35（min）由于 下一道工序 是钻孔， 所以 留下?20mm的台阶， 所以L=(65-20)/2=22.5 mmL1=3.L2=0. L3=03、钻孔、扩孔、倒角。（1）、钻孔钻头选择：见切削用量简明手册表2.2钻头几何形状为（表2.1 及表 2.2 ）：双锥修磨具刃，钻头参数：

14、20 =30°，2=118°，2=70°， b =3.5mm,a o=12°,=55°,b=2mm，=4mm。根据切削用量简明手册表2-9 确定 f=0.48、按机床进给强度决定进给量：根据表2.9 , 当 b210MPa 020.5mm 可确定 f=0.75 。按C3163-1车床说明书取 f=0.62mm/n.、 决定钻头磨钝标准及寿命表 2.21 ，当 do=20mm、钻头最大磨损量取0.6寿命T=45min.、切削速度由切削用量简明手册 ，表2.15得 =21m/minn=1000V/D=334.4由机床技术资料得和334.4接近的有2

15、80n/m 和400n/min取280n/min取 n=280m/min. 实际 =17 m/min、 基本工时， Tm=L/nf=(80+10)/280x0.62=0.32 (min)入切量及超切量由表2.29.查出 +=10mm所以 Tm=L/ nf=(80+10)/280x0.62=0.32 (min)（2）、扩孔刀具直径 do=21mm；刀具几何参数同上。由于两孔直径相差不大，为了节省停车和调换走刀量等辅助时间， n 和 f 都不变，所以 Tm同上 T m=0.32倒角刀具 15°锪钻由于两孔直径相差不大， 以表面粗度要求不高手动进给。（3）、倒角刀具：专用刀具。此工步使用到

16、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1.2 可以查出当 160245HBS 2.8 0.6 41 min 3.4kw按 C 车床说明书 主电机功率 11可见 比小得多所以机床功率足够所用切削用量符合要求钻削功率检验按切削用量简明手册表 2.21当 21 0.64查得转矩 61.8N.M切削用量简明手册表由表2.32得功率公式 CMcVc/30d o=61.8x17/30x21=1.67km按 C 车床说明书 主电机功率 11可见 C 比小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要工序拉花键孔单面齿升：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿为 0.06mm,拉削速度v=0.

17、06m/s(3.6m/min)切削工时t=Zblk/1000vf zZ式中：Zb单面余量 1.5mm(由 21mm拉削到 25mm)；L拉削表面长度， 80mm；考虑校准部分的长度系数，取1.2 ；k考虑机床返回行程系数，取1.4 ；v拉削速度（ m/min）；fz拉刀单面齿升；Z拉刀同时工作齿数， Z=l/p ；P拉刀齿距。P=(1.25-1.5)sqrt80=1.35sqrt80=12mm拉刀同时工作齿数z=l/p=80/12 7其本工时 T m=1.5 × 80×1.2 ×1.4/1000 ×3.6 ×0.06 ×7=0.13(

18、min)工序粗铣，精铣 B 面。加工要求：粗铣B 面，精铣 B 面， Ra=3.2 。用标准镶齿圆柱铣刀粗铣加工余量 3mm机床 ： 62W加工工件尺寸：宽度： 40mm长度： 28mm1. 粗铣1) 选择刀具根据切削用量简明手册表 3.1 铣削宽度 ae5mm时。直径为 do=50mm 故齿数，由于采用标准镶齿圆柱铣刀铣刀几何参数（表 3.2 ）r n=10°ao=16°2) 切削用量留精铣的加工余量为 0.2 ，所以本道工步切削宽度 ac2.8 ±0.8 ，由于加工表面精度要求 Ra=3.2 um. 根据表 3.5 得每转进给量 0.5 mm/r 就能满足要求

19、，但考虑到 62W功率为 7.5kw，机床为中等系统刚度和 62W铣床说明书 所以每转进给量0.6mm/r3) 选择刀具磨钝标准及刀具寿命。 根据切削用量简明手册 表 3.7 、铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为 0.6 镶齿铣刀 do=50mm，刀具寿命 T=120min （表 3.8 ）4) 决定切削速度 Vc、可根据切削用量简明手册表 3.9 确定Z=8,aP=40-70mm,ac=2.8 ±0.8 , fzVc=(Cvdoqv)/(T mxapxXv xf z xyvxaexuv xZpv)Cv=20,q v=0.7,X v=0.3,y v=0.2,u v =0.5,p v =0.

20、3,m=0.25,K m=1.12,Ksv =0.8,KT v=0.82 , Kv =KmxKsv xKTvVc=(Cvxdoxqv)/(T mxapxXvxf zxyv xaexuv xZpv)=23.7(m/min)n=1000V/d=(1000x23.7)/(3.14x50)=151r/min根据 X62W型铣床说明书选n=160r/minVc=3.14nd/1000=(160x3.14x50)/1000=25.1m/minVf =nf=160x0.6=96mm/min选 Vf =80mm/min 实际 f z=Vf /(nxz)=0.0625mm/z5)机床功率：根据切削用量简明手册表

21、3.20当 V c=71m/minae=2.8mmap=41mmf z =0.08Kmpc=1.4kw切削功率的修正系数：故 Pct 0.8,根据 X62W型铣床说明书，机床主轴允许的功率为Pcm=7.5 × 0.75=5.63kw故 Pcc Pcm因此所决定的切削用量可以采用。ae=2.8mm Vf=80m/minn=160r/min V c =25.1m/min fz=0.0625mmm/z6) 基本工时根据切削用量简明手册表3.5Tm=(L+L1+)/Vf =(28+14)/80=0.525（min）L1+=14mm2. 精铣1）选择刀具刀具与上道工步是同一把刀。2）切削用量精

22、铣的加工余量为0.2 ，所以本道工步切削宽度ae0.2mm， 0.63）决定切削速度Vc、 可根据切削用量简明手册表3.9 确定ac=0.2mm, Vc=(Cvdoqv )/(T mxapxXvxf zxyvxaexuvxZpv)=33.1m/minn=1000V/d=(1000x33.1)/(3.14x50)=211r/min根据 X62W型铣床说明书选 n=210r/minVf =nf=210x0.6=126mm/min、VF=125mm/minf z=Vf /(nxz)=0.074mm/Z4）基本工时基本工时根据切削用量简明手册表3.5Tm=(L+L1+)/V f =(28+14)/12

23、5=0.336 （min）L1+ =14mm工序铣削 8+0.03 0mm槽。加工工件尺寸： 8+0.03 0mm , 长度 L=40mm加工要求：高速钢错齿三面刃铣刀 （精密级 K8）加工余量 8 用乳化液冷却机床： X62W1) 选择刀具：由加工尺寸公差 0-0.3 。所以铣刀精度为精密级 K8铣刀参数： L=8mm D=63 d=22 d1=34 r o=15° ao=12°an=6°Z=162) 选择切削量由于槽的深度为8mm, 故一次走完， ae=8mmap=8mm由切削用量简明手册表3.3确定f=0.15-0.3mm/r现取f=0.3mm/r fz =

24、0.3/16=0.018mm/z3) 选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：根据切削用量简明手册表3.7, 得最大磨损量为 0.5 由表 3.8 确定刀具寿命： T=100min 其中4) 决定切削速度 Vc 和每齿进给量 Vf 、由切削用量简明手册 3.27的公式Vc=(Cvxdoxqv)/(T mxapxXvxf zx yvxaexuvxZpv) ·KvCv=25,q v =0.2,X v =0.1,y v =0.2,u v=0.5,p v=0.1,m=0.25,K m=1.12,K sv=0.8,KT v=0.82,Vc=(Cvxdoxqv)/(T mxapxXv xf z xyvxae

25、xuv xZpv) ·Kv =82.86m/minn=1000×Vc /do=1000×82.86/3.14 ×63=418.87r/min根据 X62W型铣床说明书选nc=375r/min实际速度 Vc =donc/1000=74.2m/min选 Vfc= ncf=375X0.3=112.5mm/min根据X62W 型铣 床 说明 书选 选Vf =110mm/minf zc =110/375×16=0.018mm/z5) 机床功率：根据切削用量简明手册表3.28公式FpxfyFVFaF WFFCTVMFC圆周力 f c=( C af z ae

26、 Z/ don ) KK =0.90K =0.94由表 28 得 CF=30， XF=1.0 ， yF=0.65 ，UF=0.83 ， WF=0， qF=0.83 ， KFC=1.28F= C axffyFaVFqF WFK =30 X 8 X 0.018 X 8/ 63 X 375 =505.6 NzeZ dn)c (Fp/oFCM=FCdo/2 ×103=15.9N?MPc=FcVc/1000=1.18km 根据 X62W型铣床说明书，功率足够。6)基本工时基本工时根据切削用量简明手册表3.5Tm=(L+L1+)/V f =(40+14)/110=0.49 （min） L1+ =

27、14mm+0.12工序铣宽为 180mm槽+0.12mm，长 L=40mm，加工要求：用乳化液冷却，加工工件尺寸，宽 180加工余量 23mm由于此工步的设计尺寸精度要求很高，用铣削加工很难达到尺寸精度的要求，所以为了留给下一道公序磨削的加工余量，所以分两步走， ae=23，ap=10mm，1) 选择刀具铣刀参数： L=10 D=100mm d=30mm ro=15° ao=12°an=6°Z=242) 选择铣削用量由于槽的宽度为18mm, 故二次走完， ae=23mmap=10mm由切削用量简明手册 表 3.3确定 f=0.5mm/r现取 f=0.8mm/rfz

28、=0.5/24=0.02mm/z3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：根据切削用量简明手册 表 3.7,得最大磨损量为0.5由表 3.8 确定刀具寿命： T=100min其中4）确定切削速度 Vc 和每齿进给量：决定切削速度 Vc 和每齿进给量 Vf 、由切削用量简明手册3.27 的公式Vc=(Cvxdoxqv)/(T mxapxXv xf z xyvxaexuv xZpv) ·KvCv=25,q v =0.2,X v =0.1,y v =0.2,u v =0.5,p v=0.1,m=0.25,K m=1.12,Ksv =0.8,KT v =0.82 ,Kv=KmxKsv xKTvVc=(

29、Cvxdoxqv)/(T mxapxXv xf z xyvxaexuv xZpv) ·Kv =98.6m/minn=1000×Vc/do=1000×98.6/3.14 ×100=314r/min根据 X62W型铣床说明书选nc=300r/min实际速度 Vc= donc/1000=94.2m/min选 Vfc =ncf =300X0.5=150mm/min 根据 X62W型铣床说明书选选Vf =150mm/minf zc =150/300×24=0.020mm/z5）基本工时基本工时根据切削用量简明手册表3.5Tm=(L+L1+ ) ?i/V

30、f =(40+20)X2/150=0.8 （ min ）L1+ =20mmi=2( 走两次 )工序磨 18mm槽，保证尺寸 18mm1) 选择砂轮。见切削手册第三章中磨料选择各表，结果为GZ46KV6P350×40×127 其含义为：磨轮磨料为棕刚玉，为了防止粒度过小而磨轮堵塞， 所以选用为粒度为 46#，硬度为软 2 级。 平型砂轮，其尺寸为 16×6×40（ D×d×H）。2) 切削用量的选择。砂轮转速 n 砂=3000r/min( 见机床说明书 ) ，v 砂=2.5m/s进给量 f=50mm/min 双单行程 f r =0.01

31、5mm3) 切削工时。当加工 1 个表面时Tm=(L+y+ ) ?i K/50=3.1min最后，将以上各个工序切削用、工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一起填入机械加工工艺卡片中，见附后表。夹具设计（一）问题的提出为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具经过与指导老师协商，决定设计第3 道工序铣40*28 平面的铣床夹具。本夹具将用在X51 立式铣床上用硬质合金端铣刀对工件进行加工。本夹具主要用来铣40*28 平面，加工时应该主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度（二）夹具设计1 定位基准的选择由零件图可知， 40*28 平面（ B 面），其设计基准为花键孔中心

32、线和工件的右加工表面（ A）为定位基准。因此选用工件以加工右端面（A）和花键心轴的中心线为主定位基准。2 切削力及夹紧力的计算刀具：硬质合金端铣刀，? 63mm, Z=14Fz=CP·t0.830.65-O.83·Sz·D ·B·Z·kP( 见切削手册 3-56 表 )解得 F z=200 (N)其中CP=52， t=8mm,S z=0.08mm/s,B=8mm, D=63mm, Z=14,kP=(HB/198) 0.55在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数K= k 1 k 2 k 3 k 4水平切削分力 FH=1.1 F z =220 (N)垂直切削分力 Fv=0.3 F z=60(N)其中： k 1 为基本安全系数1.5k1 为加工性质系数1.1k1 为刀具钝化系数1.1k1 为断续切削系数1.1,F =KFH =1.5 X 1.1 X 1.1 X 1.1 X 200=400 (N)实际加紧力为 WK= KFH/U 1U2=400/0.5=