K005-CA6140车床拨叉831005工艺及车Φ22花键孔倒角夹具设计大批量生产
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K005
CA6140
车床
831005
工艺
22
花键
倒角
夹具
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K005-CA6140车床拨叉831005工艺及车Φ22花键孔倒角夹具设计大批量生产,K005,CA6140,车床,831005,工艺,22,花键,倒角,夹具,设计,大批量,生产
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机械制造工艺学设计说明书设计题目 设计“CA6140车床831005拨叉”零件的机械加工工艺及工艺设备 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，工作过程：拨叉零件是在传动系统中拨动滑移齿轮，以实现系统调速，转向。其花键孔25mm通过与轴的配合来传递凸轮曲线槽传来的运动，零件的两个叉头部位与滑移齿轮相配合。（二） 零件的工艺分析CA6140车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：1， 零件孔22mm的上下加工表面及花键孔25mm这一组加工表面包括：孔22mm的上下加工表面，孔22mm的内表面，有粗糙度要求为Ra小于等于6.3um，25mm的六齿花键孔，有粗糙度要求Ra小于等于3.2um，扩两端面孔，有粗糙度要求Ra=6.3um;加工时以上下端面和外圆40mm为基准面，有由于上下端面须加工，根据“基准先行”的原则，故应先加工上下端面（采用互为基准的原则），再加工孔22mm, 六齿花键孔25mm和扩孔；2， 孔22mm两侧的拨叉端面这一组加工表面包括：侧距离18mm的上下平面，Ra=3.2um，有精铣平面的要求，左侧距离为8mm的上下平面，Ra=1.6um，同样要求精铣；加工时以孔22mm，花键孔25 mm和上下平面为基准定位加工；根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的表面尺寸，上述表面的技术要求采用常规加工工艺均可以保证，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，并且保证它们的位置精度要求（三） 零件的尺寸图 二、 工艺规程设计(一)确定毛坯的制造形式1：零件材料为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，故选择铸件毛坯。2：已知零件的生产纲领是20000件每年,故查表（15-2），可确定其为大批生产，初步确定工艺安排的基本倾向为：加工过程划分阶段，工序适当集中，加工设备主要以通用设备为主，采用专用夹具，这样投资较少，投产快生产率较高，转产较容易。3：根据零件的材料确定毛坯为铸件，材料为HT200，毛坯的铸造方法为金属模机械造型（表15-4），铸件尺寸公差等级为CT9级（表15-5）（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。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。（1）粗基准的选择。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22孔的不加工外轮廓底面作为粗基准，利用圆柱来定位，另外四爪握住两边来限制六个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。（2）精基准的选择。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时，应该进行尺寸换算。（三）制定工艺路线制定工艺路线，在生产纲领确定的情况下, 根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求来制定工艺路线。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.工艺路线方案工序一 铸坯。工序二 粗铣圆柱底面。工序三 钻圆柱成20的孔。工序四 车22花键孔及端面。工序五 粗车圆柱孔口斜度为20度。工序六 粗铣槽1侧平面和高度为8mm（见图）,粗铣高度为18mm的左槽2（见图）。工序七 精铣槽1的上下面和和里面、侧面，精洗槽2的上下面和里面。工序八 拉销孔22成花键。工序九 去毛刺。工序十 检验。工序号工序内容定位基准01铸件02粗铣下端面孔的外圆，上端面03钻孔孔的外圆，下端面04车22花键孔及端面孔的外圆，下端面05车倒角，角度为20度孔的上下端面06铣左边键槽，铣边键槽孔，下端面07精铣左两槽孔，下端面08拉花键槽孔的外圆，下端面9去毛刺10终检2，选择机床（1） 工序一，工序五，工序七均为铣表面，可用XA5032铣床。（2） 工序三为钻孔，扩孔工艺，可采用摇臂钻床Z305B。（3） 工序八为拉花键，采用普通拉床。 ( 4 ) 工序六用车床。3，选择夹具:每个工序都可以采用专用的夹具,夹具后面再设计。4，选择刀具:在铣床上用高速钢立铣刀，铣上下两槽用三面刃铣刀，在车床上选普通车刀，内拉床选矩形齿花键拉刀5，选择量具:精度要求较高的可用内径千分尺量程50125，其余用游标卡尺分度值为0.02（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，生产类型大批量，铸造毛坯。据以上原始资料及加工路线，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1. 查机械制造工艺设计简明手册（以下称工艺手册铣削加工余量为：粗铣 2-4mm半精铣 1-2mm精铣 0-1mm2. 圆柱（40用铸成）内孔22用钻和扩成，加工余量：扩孔 1.2mm3粗车加工余量： 粗 车 1.2mm 半精车 0.8mm4凹槽:对于凹槽的加工，由于事先未被铸出，要满足其槽的深度先需要粗铣，现确定其加工余量取8mm。为了保证槽两边的表面粗糙度和槽的水平尺寸的精度要求，需要进行精铣槽的两侧面,加工余量取0.5mm。5.左凹槽:由于此平面没有加工，只加工平面的凹槽，其基本尺寸为槽宽 (精度较高，IT6级)，槽的深度为15，可事先铸出该凹槽，该槽的三个表面的粗糙度都为，在粗铣后精铣能达到粗糙度要求。6.孔：钻孔其尺寸为20mm，加工余量取2mm,扩孔钻，保留0.5mm的拉刀加工余量。孔里的花键槽用组合装配式拉刀成型式的加工方式一次拉出。7，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 毛坯工序 用铸造尺寸如毛坯图（CAD毛坯图）工序二 铣圆柱下面1. 加工条件工件材料：HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：粗铣铸件圆柱下面。机床：铣床，XA5032卧式铣床。刀具：硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae=40mm,深度apPcc。故校验合格。最终确定 ap=1.3mm，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=(40+40)/475=0.168min。工序三 以22孔底面为精基准，钻、扩22孔。 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o12，二重刃长度b=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度 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0.50.8mm，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。3.计算工时T=L/nf=65/272*1.45=0.163min 4 .扩孔的切削用量如下：扩钻： 工序五 以22孔底面为精基准，倒20度角，用普通车床。工序六 以20孔为精基准，粗铣两槽的三个端面，保证槽1，槽2上下面粗早粗糙度小于3.2。1. 加工条件 粗铣上平面的槽，精铣上平面的槽两侧(1)粗铣上平面的槽： 由机械手册可以直接查出铣削速度： 采用错齿三面刃铣刀，。则计算工时(2)精铣上平面的槽两侧： 由于是精加工铣削速度放大30，其值： 采用错齿三面刃铣刀，则：计算工时2， 粗铣下平面的槽，精铣下平面的槽的三个面(1)粗铣下平面的槽： 由机械手册可以直接查出铣削速度：采用镶齿三面刃铣刀，。则计算工时(2)精铣下平面的槽的三个面： 由于是精加工铣削速度放大30，其值： 采用镶齿三面刃铣刀，。则计算工时工序八 拉销花键 用拉刀拉销花键单面齿升：根据有关手册，确定拉花键时花键拉刀的单面齿升为0.06mm，拉削速度拉刀同时工作齿数切削工时花键孔的工序尺寸：加工表面加工内容加工余量精度等级表面粗糙度工序尺寸25mm拉花键1.8mmCT86.4um24.8mm铰孔0.2mm3.2um25mm工序九 去毛刺工序十 检查。其余几步数据见工艺卡片。第四章 车床夹具设计4.1 车床夹具设计要求说明车床夹具主要用于车22花键孔倒角夹具。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1.定位方案采用螺栓压紧机构进行压紧，即采用用螺栓推动压紧块，压零件的侧面。由零件图分析车22花键孔倒角夹具的加工要求，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：在上道工序中（即加工花键底孔）与该工序的定位方案相同，即采用底面、左侧面及上顶面3个面进行定位。左侧面有2个定位块进行定位，可控制零件的Y移动、X转动、Z转动三个自由度，上顶面有1个定位块进行定位，可控制零件的Z移动、Y转动两个自由度，底面通过夹具体凸台进行定位，可控制零件的X移动1个自由度。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：3， 夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置；4， 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。5， 夹紧机构的操作应安全、方便、迅速、省力。6， 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。5.4 切削力及夹紧力的计算刀具： 粗车切削力：查现代机床夹具设计P104表，得车削切削力计算公式： 圆周分力Fc = 902 Kp径向分力Fp = 2383Kp轴向分力Ff =3326Kp其中背吃刀量 2.3mmf每转进给量 0.16mmVc切削速度m/min 60Kp修正系数1.08 所以切削时的各切削力Fc1= 566.8N Fp2=801.5N Ff3= 416.4N精车切削力：背吃刀量0.5mmf每转进给量 0.13mmVc切削速度m/min 38Kp修正系数 1.08所以切削时的各切削力Fc1= 105.45N Fp2= 57.23N Ff3= 97.96N4.5零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C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C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
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