CA6140拔叉84009 钻铰22说明书.pdf
CA6140车床拨叉84009零件的机械加工工艺及钻铰22孔夹具设计（831003）
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CA6140
车床
84009
零件
机械
加工
工艺
22
夹具
设计
831003
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1四川职业技术学院Sichuan Vocational and Technical College毕 业 设 计题目“CA6140 车床拨叉”零件的机械加工工艺及工艺设备设计者指导教师2拔叉工艺及夹具设计拔叉工艺及夹具设计拔叉工艺及夹具设计拔叉工艺及夹具设计摘要：机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。关键词：拔叉；工艺规格设计；定位夹紧；夹具设计3TheTheTheThe DesignDesignDesignDesign OfOfOfOf Fork-leverFork-leverFork-leverFork-lever ProcessingProcessingProcessingProcessing andandandand FixtureFixtureFixtureFixtureAbstractAbstractAbstractAbstract:The machine manufacture technology curriculum design was carried on after we studieduniversitys complete basic course ,the technical basic course as well as the majority of professionalcourses .This is a thorough comprehensive total review before we carry on the graduation project tostudies various curricula ,also is an apply theory to reality training, therefore, it holds the important statusin we four years university life.KeyKeyKeyKey wordswordswordswords: : : :Fork-lever; Craft specification design; The localization clamps; Jig design4目录1 前言 52 零件说明62.1 零件的作用2.2 零件的工艺分析2.3 零件的结构特点3 生产纲领、生产类型的确定4 毛坯的确定35 工艺规程设计45.1 定位基准的选择5.2 重点工序说明5.3 制定工艺路线5.4 机械加工余量的确定5.5 切削用量的选择和时间定额的确定6 夹具的设计186.1 设计主要问题的提出6.2 夹具设计过程6.3 定位误差分析6.4 夹具设计及操作说明7 设计总结20参考文献2151 前言机械制造工艺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！在此次设计中主要是设计 CA6140 拨叉的铣床夹具。在此次课程设计过程中，我查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点，尤其机制教研室的62 零件说明2.1 零件的作用题目给定的零件是 CA6140 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进行工作。宽度为 18mm 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 18mm 的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。2.2 零件的工艺分析CA6140 拔叉（型号：84009）共有 3 组加工表面：、零件两端面，可以后端面加工精度高，可以先以后端面为粗基准加工右端面，再以前端面为精基准加工左端面；、以花键中心线为基准的加工面： 这一组面包括25H7 的六齿方花键孔、22H12 的花键底孔、两端的 2X150倒角和距花键中心线为 22mm的上顶面；、以工件右端面为基准的 18H11mm 的槽、上顶面的 2-M8 通孔和5锥孔。经上述分析可知， 对于后两组加工表面，可先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面。2.3 零件的结构特点拔叉 84009 的毛坯为铸造件，在零件图上只有 2 处位置误差要求，即上顶面与花键中心线的平行度误差0.10， 18H11 槽的两侧面与花键中心线的垂直度误差0.08零件外形上大体上与六面体相似，形状大体如下：7零件剖视图图（1）零件大致结构图83 生产纲领、生产类型的确定根据指导老师要求，设计此零件为铸件，成批大量生产，工艺的安排基本倾向于工序分散原则，设备的选用是通用设备和专用工装，工艺手段以常规工艺为主，新工艺为辅的原则。4 毛坯的确定CA6140 车床拔叉，零件材料 HT200，硬度 190HB210HB，生产类型为大批量生产，毛坯为铸件，灰铸铁的机械加工余量按 JZ67-62 规定了灰铸铁铸件的三种精度等级和相应的铸件机械加工余量、尺寸偏差和重量偏差，在大批量生产的铸件，采用 2 级精度铸件，毛坯重量由金属机械加工工艺人员手册表 5-2 有零件80kg，偏差为 7%，故毛坯估算约为1.0kg，采用 2 级精度铸件，顶面的加工余量和底面的加工余量忽略不计，两侧面的加工余量也忽略不计，由表 5-4 左右端面的加工余量为 30.8，其余部分均为实心部分。故毛坯图如下：9图（2）毛坯图Fig(2) Rough map5工艺规程设计5.1定位基准的选择定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，定位基准的选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。5.1.1粗基准的选择在选择粗基准时，一般遵循下列原则：保证相互位置要求原则；保证加工表面加工余量合理分配的原则；便于工件装夹原则；粗基准一般不得重复使用的原则；为了保证所有加工表面有足够的加工余量，选用加工余量小的表面作粗基准，不要用同一尺寸方向上。两端面，后端面为精加工面，故在铣两端面时，先以后端面为粗基准，粗铣前端面。加工花键底孔时，利用两边侧面找正对称面和以底面为粗基准加工花键底孔。5.1.2精基准的选择在选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方面，提高工件的加工精度。一般遵循下列原则：基准重合原则；统一基准原则；互为基准原则；自为基准原则；便于装夹原则。为保证定位基准和工序基准重合，加工 2-M8 螺纹孔、5 锥孔，18H11 槽以零件的坐端面和花键中心线为精基准，铣上顶面以花键中心线为精基准。5.2重点工序的说明CA6140 拔叉零件的重要加工面有花键底孔、 两端面， 花键， 槽， 顶面， 材料为 HT200，参考机械制造工艺设计简明手册 ，其加工方法选择如下：5.2.1 加工前后两端面根据 GB1800-79 规定毛坯的公差等级为 IT13，表面粗糙度为 Ra12.5m，要达到后端面 Ra3.2m 的技术要求，需要经过粗铣精铣。5.2.2 加工22 花键底孔此工序重点在于找正毛坯对称面，故采用螺旋定心夹紧机构，找正对称面，进行加工。零件技术要求底孔的表面粗糙度达到 Ra6.3m，毛坯为实心，故采用钻孔扩10孔，可以达到要求。5.2.3 加工外径为25 的花键内孔零件要求花键底面粗糙度 Ra1.6m，侧面 Ra3.2m，由于此工序在钻底孔工序之后，故采用拉花键孔的方法，一次拉削可以达到要求。5.2.4 加工上顶面零件上顶面为精加工，粗糙度要求为 Ra3.2m，与花键中心线的平行度误差0.10mm，故以花键中心线为精基准，对上顶面进行粗铣精铣。5.2.5加工 18H11 槽零件技术要求槽底面要达到表面粗糙度为 Ra6.3m，侧面粗糙度为 Ra3.2m，而且两侧面和花键中心线的垂直度0.08，本身有精度要求，18H11，故以花键中心线和左端面为精基准，用花键心轴定位，采用铣磨。顶面的钻 2-M8 通孔和5 锥孔工序不是很重要，在此不做详细说明，2-M8 通孔先钻孔，再攻丝，5 锥孔采用锥刀进行加工。5.3制订工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的加工精度和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在此零件为大批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具并尽量使工序分散来提高生产率，此外，还应考虑经济效果，使生产成本尽量降低。5.3.1工艺路线方案一的制订工序：粗铣前端面工序：粗、精铣后端面工序：钻、扩花键底孔工序：粗、精铣上顶面工序：钻 2-M8 通孔工序：钻5 锥孔工序：铣削 18H11 槽工序：磨削 18H11 槽工序：拉花键工序：挫圆角工序：去毛刺工序：终检5.3.2 工艺路线方案二的制订工序：粗铣前端面工序：粗、精铣后端面工序：钻、扩花键底孔11工序：拉花键工序：粗、精铣上顶面工序：钻 2-M8 通孔工序：钻5 锥孔工序：铣削 18H11 槽工序：磨削 18H11 槽工序 ：挫圆角工序：去毛刺工序：终检5.3.3两种工艺路线的比较与分析上述两种方案，工艺路线一把拉花键放在磨削 18H11 槽之后，在此，工序 4、工序5、工序 6、工序 7、工序 8 中很难对工件进行定位和夹紧，造成生产率的下降。工艺路线二，一把花键底孔钻削出来后紧接着就是拉花键，这样，后面的工序就很容易对工件进行定位和夹紧，即以花键心轴进行定位，进行螺旋夹紧，此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠。通过以上的两种工艺路线的优、缺点的分析，最后确定工艺路线二为该零件的加工路线。工艺过程详见机械加工工序卡片。5.4机械加工余量的确定确定工序（或工步）尺寸的一般方法是：由加工表面的最后工序（或工步）向前推算，前面已经根据有关资料查出了零件各加工表面的加工总余量（即毛坯余量） ，将加工余量分配给各工序加工余量，然后往前推算工序尺寸。CA6140 的拨叉材料为 HT200。毛坯重量约为 1.0 kg ，生产类型为由大批量生产，毛坯为铸件，精度为 2 级铸件，大体尺寸确定，外表面加工面少，根据以上原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸及加工余量如下：前后端面的加工余量前后端面有 30.8mm 的加工余量，足以把铸铁的硬质表面层切除。前端面粗铣一次即可，加工余量 3mm，工序基本尺寸为 83mm，工序经济精度等级为 IT11，公差值 0.22mm，表面粗糙度 Ra5m，上下偏差按“入体原则”确定（以后按照此原则确定） 。后端面粗铣一次， 精铣一次， 粗铣加工余量 2.8mm， 工序经济精度等级为 IT11，公差值 0.22mm，精铣加工余量 0.2mm，工序经济精度等级为 IT7，公差值 0.035mm，表面粗糙度 Ra3.2m，工序基本尺寸为 80mm。矩形花键底孔要求以矩形花键的外径定心， 故先钻中心孔， 再扩， 最后拉削， 内孔尺寸为22H12，12见零件图，参照金属机械加工工艺人员手册 表 3-59 确定孔加工余量的分配。钻孔20mm，工序经济精度等级为 IT11，公差值 0.13mm。扩孔21mm，工序经济精度等级为 IT10，公差值 0.084mm，粗糙度 Ra6.3m。拉花键 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=1mm。顶面的加工余量此工序分为两个工步：粗铣顶面；精铣顶面。粗铣加工余量为 2.8mm，工序经济精度等级为 IT11，公差值 0.22mm。精铣加工余量为 0.2mm，工序经济精度等级为 IT7，公差值 0.035mm，表面粗糙度Ra3.2m。18H11 槽的加工余量铣削的加工余量：槽底面的铣削余量为 50mm，槽侧面的铣削余量为 17.9mm，工序经济精度等级为 IT12，公差值 0.25mm，槽底面表面粗糙度 Ra6.3m。磨削的加工余量：槽侧面的磨削余量为 0.5mm，工序经济精度等级为 IT9，公差值为 0.043mm，侧面粗糙度为 Ra3.2m。5.5切削用量的选择和时间定额的确定根据课程设计指导书以及老师指定，需要计算几道工序的工作时间以及此工序的切削用量的选择，现选工序 4 拉花键孔、工序 8 铣削 18H11 槽这两道工序进行计算。5.5.1 工序一 以一端面为粗基准，粗铣另外一端面。1. 加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：粗铣上下端面。机床：X6140 卧式铣床。刀具：W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀,牌号 YG6。铣削宽度 ae=60,深度 apPcc。故校验合格。最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，Vc=119.3m/min，fz=0.16mm/z。6）计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。5.5.2 工序二 以底面为精基准，钻、扩、铰、精铰22 孔，保证精度达到 IT7。1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 do=20mm，钻头采用双头刃磨法，后角o11，二重刃长度 b=11mm,横刀长 b=5mm,弧面长 l=9mm,棱带长度mml31=1202=100=30=2.选择切削用量（1）决定进给量查切rmmf/2 . 10 . 1=按钻头强度选择rmmf/2=按机床强度选择rmmf/53. 0=最终决定选择Z550机床已有的进给量rmmf/40. 0=经校验max2452012260FFf=校验成功。（2）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查切 ）为 0.81.2mm，寿命min140=T扩孔后刀面最大磨损限度（查切 ）为 0.9.mm，寿命min60=T铰和精铰孔后刀面最大磨损限度（查切 ）为.mm，寿命min120=T（3）切削速度查切rmmvc/20=修正系数0 . 1=TVK0 . 1=MVK0 . 1=tvK0 . 1=Kxv0 . 11=vK10=apvK故rmmvc/20=。min/6 .13210000rdvns=查切机床实际转速为min/125rnc=14故实际的切削速度rmmndvsc/8 .1810000=（4）校验扭矩功率NmMc362=NmMm2 .814=所以mcMMkwPkwPEc95. 54=故满足条件，校验成立。扩铰和精铰的切削用量同理如下：扩钻：min/125rn=rmmf/40. 0=min/5 .19mvc=mmd75.490=铰孔：min/125rn=rmmf/40. 0=min/6 .19mvc=mmd93.490=精铰：min/125rn=rmmf/40. 0=min/6 .19mvc=7500ITd=.计算工时min52. 053. 01251817=+=nfLtm所有工步工时相同。5.5.1 工序一 以一端面为粗基准，粗铣另外一端面。1. 加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：粗铣上下端面。机床：X6140 卧式铣床。刀具：W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀,牌号 YG6。铣削宽度 ae=60,深度 apPcc。故校验合格。最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，Vc=119.3m/min，fz=0.16mm/z。6）计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。5.5.2 工序 4 拉花键孔切削用量和基本工时的计算加工条件：工件材料：HT200，铸件；加工要求：花键底孔粗糙度 Ra6.3m，键槽侧面粗糙度 Ra3.2m，键槽底面粗糙度Ra1.6m，键槽尺寸 6mm，偏差代号 H9；刀具：高速钢拉刀；切削液：乳化液；、加工设备：拉床。、 确定齿升量： 根据有关手册， 确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿升量为 0.06mm；、切削速度：查有切削简明手册有切削速度为 0.06m/s（3.6m/min） ；、切削工时t=Zblk/1000vfzZ式中：Zb单面余量 1.5mm(由22mm 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=(1.251.9)sqrtL 所以P=(1.251.9)sqrt80=1.35sqrt80=12mm因为拉刀同时工作齿数 z=l/p=80/127所以其本工时 Tm=1.5801.21.4/10003.60.067=0.13(min)5.5.3 工序五 粗铣精铣顶面。1. 加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：粗铣顶面。机床：X6140 卧式铣床。16刀具：W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀,牌号 YG6。铣削宽度 ae=60,深度 apPcc。故校验合格。最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，Vc=119.3m/min，fz=0.16mm/z。6）计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。5.5.4 工序 8 铣削 18H11 槽的切削用量和基本工时的计算加工要求：用乳化液冷却，加工工件，槽宽 18mm，公差代号 H11，长 40mm，槽的侧面与花键孔中心线的垂直度误差0.08mm，底面粗糙度为 Ra6.3m。加工余量：25mm。由于零件此处的设计精度比较高，用铣削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，分两步走，ae=25，ap=10mm。选择刀具铣刀参数：L=10D=100mm d=30mm ro=15ao=12an=6Z=24选择铣削用量由于槽的宽度为 18mm, 故二次走完，ae=25mm ap=10mm由 切削用量简明手册 表3.3确定f=0.5mm/r现取f=0.8mm/r fz=0.5/24=0.02mm/z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=120。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17简明手册的公式)60Zaf)/(Tdo(CVcm- 1pueyzxpmqvvvvvv=aCv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12,min/6 .98)60Zaf)/(Tdo(CVcm- 1pueyzxpmqvvvvvvma=n=1000Vc/do=100098.6/3.14100=314r/min根据金属机械加工工艺人员手册X62W 型铣床说明选 nc=300r/min实际速度 Vc=donc/1000=94.2m/min选 Vfc=ncf=3000.5=150mm/min根据 X62W 型铣床说明书选 Vf=150mm/minfzc=150/30024=0.020mm/z基本工时基本工时根据切削用量简明手册表 3.5Tm=(L+L1+)i/Vf=(40+20)2/150=0.8（min）L1+=20mm i=2(走两次)186夹具的设计6.1设计主要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 8 道工序钻铰22 孔的钻床夹具。本夹具将用与 Z525立式钻床。刀具为高速钢直齿三面刃铣刀，来对工件进行加工。夹具设计经过与老师协商， 决定设计第 IX 道工序钻铰22 孔的钻床夹具。 本夹具将用于 Z525 立式钻床。问题的提出在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求较低。因此，本步的重点应在卡紧的方便与快速性上。6.2 夹具设计过程1定位基准的选择出于定位简单和快速的考虑，选择20 孔为基准，即以一面上一长销（自由度限制数：5）配合以一挡销（自由度限制数：1）使工件完全定位。再使用快速螺旋卡紧机构进行卡紧。2切削力和卡紧力计算本步加工可按钻削估算卡紧力。实际效果可以保证可靠的卡紧。轴向力NkfdCFFyMMfFi52. 20 . 10 . 1006. 04208 . 00 . 10=扭矩MNkfdCMMyMzMMc=68 . 00 . 2010416. 70 . 10 . 1006. 0206. 0由于扭矩很小，计算时可忽略。卡紧力为NFFf04. 52=取系数 S1=1.5 S2=S3=S4=1.1则实际卡紧力为 F=S1*S2*S3*S4*F=10.06N使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧力。3.定位误差分析本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终靠近定位销的一面，而挡销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，工件不在在定位销正上方，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，故应当能满足定位要求。4.夹具设计及操作的简要说明夹具的卡紧力不大，故使用手动卡紧。为了提高生产力，使用快速螺旋卡紧机构。夹具上
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