K006-CA6140车床拨叉831006加工工艺及车55孔下端面夹具设计小批量
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K006
CA6140
车床
831006
加工
工艺
55
端面
夹具
设计
批量
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K006-CA6140车床拨叉831006加工工艺及车55孔下端面夹具设计小批量,K006,CA6140,车床,831006,加工,工艺,55,端面,夹具,设计,批量
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序言 机械制造工艺学课程设计使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。 就我个人而言,我希望能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,从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力,为今后参加祖国的建设打下一个良好的基础。 由于能力所限,设计尚有许多不足之处,恳请各位老师给予指导。一、零件的分析(一)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。零件的25孔与操纵机构相连,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。(二)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25; 2大头半圆孔及其端面;3168槽;440外圆斜面;5大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.1mm;槽端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.08m。由上面分析可知,可以粗加工拨叉底面,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。二、艺规程设计(一)确定毛坯生产类型已知此拨叉零件的生产类型为中批量生产,所以初步确定工艺安排为:加工过程划分阶段;工序适当集中;加工设备以通用设备为主,大量采用专用工装。零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大,零件结构又比较简单,生产类型为中批生产,故选择铸件毛坯。(二)基面的选择:基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产效率得以提高。否则,加工工艺过程中会问题百出,更有甚者,还会造成大批报废,使生产无法正常进行。粗基准的选择:按有关基准的选择原则,即当零件有不加工表面时,应以这些不加工表面作粗基准;若零件有若干不加工表面时,则应以与加工表面要求相对位置精度高的不加工表面作粗基准。现以零件的底面为主要的定位粗基准。 精基准的选择:考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便,依据“基准重合”原则和“基准统一”原则,大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.1mm;槽端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.08m,故以25小头孔为精基准。(三)制定工艺路线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,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工卡具,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。1工艺路线方案一工序 车55圆与两端面工序 铣断,使之为两个零件工序 铣168槽工序 铣40外圆斜面工序 加工25小头孔2工艺路线方案二工序 铣断,使之为两个零件工序 加工25小头孔工序 铣168槽工序 车55半圆与两端面工序 铣40外圆斜面3工艺方案的比较与分析上述两个方案的特点在于:方案一是先加工55圆与两端面,以便于后续加工,并利用了两件合铸的优势,提高了工作效率,然后在铣床上把所有铣的工序全部弄完,省去了在各机床间切换的麻烦,最后加工孔;方案二是先切开工件,分别加工,然后加工小头孔,再铣、再车、再铣显然,工序上不如方案一效率高。但由于圆与槽都与小头孔有垂直度要求,可以先加工小头孔,后加工槽;圆应该利用两件合铸的优势,所以还是先加工55大圆。可以将工序定为:工序 粗,精车55圆与两端面工序 铣断,使之为两个零件工序 加工25小头孔铣工序 168槽工序 铣40外圆斜面这样,看起来工序简洁且保证了垂直度的要求,还能充分利用两件合铸的优势。(四)机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定“CA6140车床拨叉”;零件材料为HT200,硬度190210HB,毛皮重量1.12kg,生产类型大批量,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、工序尺寸及毛坯尺寸如下:1. 外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差(25,55端面)。查机械制造工艺设计简明手册(以下称工艺手册)表2.22.5,取25,55端面长度余量均为2.5(均为双边加工)铣削加工余量为:粗铣 1mm精铣 0mm2. 内孔(55已铸成孔)查工艺手册表2.22.5,取55已铸成孔长度余量为3,即铸成孔半径为49mm。工序尺寸加工余量:钻孔 2mm扩孔 0.125mm铰孔 0.035mm精铰 0mm3. 其他尺寸直接铸造得到由于本设计规定的零件为大批量生产,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。(五)确立切削用量及基本工时工序一 粗,精车55圆与两端面1. 加工条件工件材料:HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求:粗,精铣55圆以及上下端面。机床:卧式车床CA6140刀具:YW2内圆车刀 YW3端面车刀2. 切削用量1)铣削深度 因为切削量较小,故可以选择ap=1.5mm,一次走刀即可完成所需长度。2)每齿进给量 机床功率为7.5kw。查切削手册f=0.140.24mm/z。由于是对称铣,选较小量f=0.14 mm/z。3)查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7,后刀面最大磨损为1.01.5mm。查切削手册表3.8,寿命T=180min4)计算切削速度 按切削手册,V c=算得 Vc98mm/s,n=439r/min,Vf=490mm/s据卧式车床CA6140铣床参数,选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。5)校验机床功率 查切削手册Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为PcmPcc。故校验合格。最终确定 ap=1.5mm,nc=475r/min,Vfc=475mm/s,V c=119.3m/min,f z=0.16mm/z。6)计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。工序二 铣断,使之为两个零件1. 加工条件工件材料:HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求:铣断,使之为两个零件机床:X60铣床。刀具:高速钢镶齿三面刃铣刀工序三 加工25小头孔1. 加工条件工件材料:HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求:加工25小头孔机床:立式钻床Z535选择钻头:选择高速钢麻花钻头25mm,钻孔至23mm,扩孔至24.8mm,铰孔至24.94mm,精铰孔至25mm 2.选择切削用量 (1)决定进给量查切 所以, 按钻头强度选择 按机床强度选择最终决定选择机床已有的进给量 经校验 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0.5.mm,寿命(3)切削速度查切 修正系数 故。查切机床实际转速为故实际的切削速度(4)校验扭矩功率 所以 故满足条件,校验成立。.计算工时由于所有工步所用工时很短,所以使得切削用量一致,以减少辅助时间。扩铰和精铰的切削用量如下:扩钻: 铰孔: 精铰: 工序四 铣168槽1. 加工条件工件材料:HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求:铣168槽机床:X60铣床选择钻头:高速钢镶齿三面刃铣刀(1)决定进给量查切 按钻头强度选择 按机床强度选择最终决定选择Z550机床已有的进给量 经校验 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,寿命扩孔后刀面最大磨损限度(查切)为0.9.mm,寿命铰和精铰孔后刀面最大磨损限度(查切)为.mm,寿命(3)切削速度查切 修正系数 故。查切机床实际转速为故实际的切削速度.计算工时所有工步工时相同。工序五 铣40外圆斜面1. 加工条件工件材料:HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求:铣168槽机床:X60铣床选择钻头:高速钢镶齿三面刃铣刀1. 第四章 车55孔下端面夹具设计4.1 车床夹具设计要求说明车床夹具主要用于加工车55孔下端面夹具。因而车床夹具的主要特点是工件加工表面的中心线与机床主轴的回转轴线同轴。(1) 安装在车床主轴上的夹具。这类夹具很多,有通用的三爪卡盘、四爪卡盘,花盘,顶尖等,还有自行设计的心轴;专用夹具通常可分为心轴式、夹头式、卡盘式、角铁式和花盘式。这类夹具的特点是加工时随机床主轴一起旋转,刀具做进给运动定心式车床夹具 在定心式车床夹具上,工件常以孔或外圆定位,夹具采用定心夹紧机构。角铁式车床夹具 在车床上加工壳体、支座、杠杆、接头等零件的回转端面时,由于零件形状较复杂,难以装夹在通用卡盘上,因而须设计专用夹具。这种夹具的夹具体呈角铁状,故称其为角铁式车床夹具。花盘式车床夹具 这类夹具的夹具体称花盘,上面开有若干个T形槽,安装定位元件、夹紧元件和分度元件等辅助元件,可加工形状复杂工件的外圆和内孔。这类夹具不对称,要注意平衡。(2) 安装在托板上的夹具。某些重型、畸形工件,常常将夹具安装在托板上。刀具则安装在车床主轴上做旋转运动,夹具做进给运动。由于后一类夹具应用很少,属于机床改装范畴。而生产中需自行设计的较多是安装在车床主轴上的专用夹具,所以零件在车床上加工用专用夹具。4.2车床夹具的设计要点(1)定位装置的设计特点和夹紧装置的设计要求当加工回转表面时,要求工件加工面的轴线与机床主轴轴线重合,夹具上定位装置的结构和布置必须保证这一点。当加工的表面与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时,则应以夹具的回转轴线为基准来确定定位元件的位置。工件的夹紧应可靠。由于加工时工件和夹具一起随主轴高速回转,故在加工过程中工件除受切削力矩的作用外,整个夹具还要受到重力和离心力的作用,转速越高离心力越大,这些力不仅降低夹紧力,同时会使主轴振动。因此,夹紧机构必须具有足够的夹紧力,自锁性能好,以防止工件在加工过程中移动或发生事故。对于角铁式夹具,夹紧力的施力方式要注意防止引起夹具变形。(2)夹具与机床主轴的连接车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的加工精度有一定的影响。因此,要求夹具的回转轴线与卧式车床主轴轴线应具有尽可能小的同轴度误差。心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合连接,用螺杆拉紧。有的心轴则以中心孔与车床前、后顶尖安装使用。根据径向尺寸的大小,其它专用夹具在机床主轴上的安装连接一般有两种方式:1)对于径向尺寸D140mm,或D(23)d的小型夹具,一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中,并用螺杆拉紧,如图1-a所示。这种连接方式定心精度较高。2)对于径向尺寸较大的夹具,一般用过渡盘与车床主轴轴颈连接。过渡盘与主轴配合处的形状取决于主轴前端的结构。图1-b所示的过渡盘,其上有一个定位圆孔按H7/h6或H7/js6与主轴轴颈相配合,并用螺纹和主轴连接。为防止停车和倒车时因惯性作用使两者松开,可用压板将过渡盘压在主轴上。专用夹具则以其定位止口按H7/h6或H7/js6装配在过渡盘的凸缘上,用螺钉紧固。这种连接方式的定心精度受配合间隙的影响。为了提高定心精度,可按找正圆校正夹具与机床主轴的同轴度。对于车床主轴前端为圆锥体并有凸缘的结构,如图1-c所示,过渡盘在其长锥面上配合定心,用活套在主轴上的螺母锁紧,由键传递扭矩。这种安装方式的定心精度较高,但端面要求紧贴,制造上较困难。图1-d所示是以主轴前端短锥面与过渡盘连接的方式。过渡盘推入主轴后,其端面与主轴端面只允许有0.050.1mm的间隙,用螺钉均匀拧紧后,即可保证端面与锥面全部接触,以使定心准确、刚度好。图1 车床夹具与机床主轴的连接过渡盘常作为车床附件备用,设计夹具时应按过渡盘凸缘确定专用夹具体的止口尺寸。过渡盘的材料通常为铸铁。各种车床主轴前端的结构尺寸,可查阅有关手册4.3 定位机构由零件图分析车55孔下端面加工要求,必须保证孔轴向和径向的加工尺寸,得出,夹具必须限制工件的六个自由度,才可以达到加工要求。先设计夹具模型如下:选择定位元件为:支承板,支撑钉,定位销,上下盖板。支撑板限制了X,Y,Z方向的移动自由度,X,Y方向的转动自由度,支撑钉限制了Z方向的转动自由度。可见,定位方案选择合理。4.4夹紧机构选择工件的夹紧方案,夹紧方案的选择原则是夹得稳,夹得劳,夹得快。选择夹紧机构时,要合理确定夹紧力的三要素:大小、方向、作用点。夹紧装置的基本要求如下:1. 夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置;2. 夹紧力要适当,既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不震动,又不因夹紧力过大而使工件表面损伤、变形。3. 夹紧机构的操作应安全、方便、迅速、省力。4. 机构应尽量简单,制造、维修要方便。分析零件加工要素的性质,确定夹紧动力源类型为手动夹紧,夹紧装置为压板,压紧力来源为螺旋力。夹具的具体结构与参数见夹具装配图和零件图。4.5零件的车床夹具的加工误差分析工件在车床夹具上加工时,加工误差的大小受工件在夹具上的定位误差、夹具误差、夹具在主轴上的安装误差和加工方法误差的影响。如夹具图所示,在夹具上加工时,尺寸的加工误差的影响因素如下所述:(1)定位误差由于面既是工序基准,又是定位基准,基准不重合误差为零。工件在夹具上定位时,定位基准与限位基准是重合的,基准位移误差为零。因此,尺寸的定位误差等于零。(2)夹具误差夹具误差为限位基面与轴线间的距离误差,以及限位基面相对安装基面的平行度误差是0.01.(3)安装误差因为夹具和主轴是莫氏锥度配合,夹具的安装误差几乎可以忽略不计。(4)加工方法误差如车床主轴上安装夹具基准与主轴回转轴线间的误差、主轴的径向跳动、车床溜板进给方向与主轴轴线的平行度或垂直度等。它的大小取决于机床的制造精度、夹具的悬伸长度和离心力的大小等因素。一般取=/3=0.05/3=0.017mm零件的车床夹具总加工误差是: 精度储备:故此方案可行。4.6 确定夹具体结构尺寸和总体结构夹具体设计的基本要求(1)应有适当的精度和尺寸稳定性夹具体上的重要表面,如安装定位元件的表面、安装对刀块或导向元件的表面以及夹具体的安装基面,应有适当的尺寸精度和形状精度,它们之间应有适当的位置精度。为使夹具体的尺寸保持稳定,铸造夹具体要进行时效处理,焊接和锻造夹具体要进行退火处理。(2)应有足够的强度和刚度 为了保证在加工过程中不因夹紧力、切削力等外力的作用而产生不允许的变形和振动,夹具体应有足够的壁厚,刚性不足处可适当增设加强筋。(3)应有良好的结构工艺性和使用性夹具体一般外形尺寸较大,结构比较复杂,而且各表面间的相互位置精度要求高,因此应特别注意其结构工艺性,应做到装卸工件方便,夹具维修方便。在满足刚度和强度的前提下,应尽量能减轻重量,缩小体积,力求简单。(4)应便于排除切屑在机械加工过程中,切屑会不断地积聚在夹具体周围,如不及时排除,切削热量的积聚会破坏夹具的定
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