CA6140车床拨叉[831005] 加工工艺及钻Φ22花键孔夹具设计[含高清CAD图说明书工序卡]
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CA6140车床拨叉[831005]
加工工艺及钻Φ22花键孔夹具设计[含高清CAD图说明书工序卡]
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CA6140车床拨叉[831005] 加工工艺及钻Φ22花键孔夹具设计[含高清CAD图说明书工序卡],831005,含高清CAD图说明书工序卡,CA6140车床拨叉[831005],加工工艺及钻Φ22花键孔夹具设计[含高清CAD图说明书工序卡],CA6140,车床,加工,工艺,22,花键,夹具,设计,含高清
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摘 要随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求相应提高。为了适应不同行业的需要和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。夹具的通用性直接影响其经济性，采用模块、组合式的夹具系统只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济使用才有推广的价值。本设计是结合目前实际生产中，通用夹具不能满足生产要求，而专门设计的一种铣床夹具，主要包括夹具的定位方案，夹紧方案、对刀方案，夹具体与定位键的设计及加工精度等方面的分析。该夹具具有良好的加工精度，针对性强，主要用于拔叉钻、扩22花键底孔零件工序的加工。本夹具具有夹紧力装置，具备现代机床夹具所要求的高效化和精密化的特点，可以有效的减少工件加工的基本时间和辅助时间，大大提高了劳动生产力，有效地减轻了工人的劳动强度。 关键词 ：拨叉 机床夹具 经济 通用目录摘要11.机床夹具概论41.1机床夹具的现状41.2 机床夹具的发展方向41.2.1标准化41.2.2 精密化41.2.3 高效化51.2.4 柔性化52.零件的分析62.1零件的作用62.2零件的工艺分析73.工艺规程设计83.1 确定毛坯的制造形式83.2基面的选择83.3 制订工艺路线83.3.1 工艺路线方案一83.3.2 工艺路线方案二93.3.3工艺方案的比较与分析94、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定94.1铣端面（A面）：94.2拉花键孔：104.3铣上表面（B面）：105、确定切削用量及基本工时105.1 工序：铣右端面。105.2 工序：钻、扩花键底孔115.3 工序：倒角125.4 工序：拉花键孔125.5 工序：铣上、下表面135.6 工序：铣槽8+0.05 0 mm145.7 工序：铣槽18+0.012 0 mm145.8 磨18mm槽，156钻扩22+0.28工序夹具设计166.1 任务的提出166.2 定位方案及定位装置的设计计算166.3 引导元件设计176.4 夹紧方案及装置的设计计算176.5夹具体设计186.6 夹具操作及维护简要说明18参考文献18结 论19 1.机床夹具概论1.1机床夹具的现状夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。有关统计表明，目前的中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔34年就要更新5080左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为1020左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：（1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；（2）能装夹一组具有相似性特征的工件；（3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；（4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；（5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；（6）提高机床夹具的标准化程度。所以，老式的夹具已经不能满足生产需要了，更经济化、高效化的夹具也就慢慢的发展出来。1.2 机床夹具的发展方向机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。1.2.1标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。1.2.2 精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5m。1.2.3 高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。1.2.4 柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。综上所述，夹具在机械加工生产过程中起着重大的作用，夹具的发展是为了满足当代机械加工工艺的需要，可以说是社会的发展、生产的需要带动着夹具的发展，其发展过程是是必然的。 2.零件的分析2.1零件的作用拨叉是一种辅助零件，通过拨叉控制滑套与旋转齿轮的接合。滑套上面有凸块，滑套的凸块插入齿轮的凹面，把滑块与齿轮连在一起，使齿轮带动滑块，滑套带动输出轴，将动力从输入轴传送至输出轴。摆动拨叉可以控制滑套与不同齿轮的结合与分离，达到换档的目的。分析这种动力联接方式可知，车换档时要减速，这样可以减少滑套与齿轮之间的冲击，延长零件的使用寿命。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，获得所需的速度和扭矩的作用。拨叉头以22+0.280孔套在变速叉轴上，并用花键与变速叉轴连接，拨叉教夹在变换齿轮的槽中，当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，拨叉脚拨动齿轮在化简轴上滑动以变换档位，从而改变主轴转速。该拨叉在变换档位时要承受弯曲应力及冲击载荷作用，因此该零件应有足够强度，刚度和韧性，以适应拨叉的工作条件。该零件的主要工作表面为叉轴孔22+0.280，拨叉脚内表面及操纵槽。宽度为18+0.0120mm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+0.0120mm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：右侧距离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图2.2 零件尺寸图3.工艺规程设计3.1 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）3.2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。3.3 制订工艺路线制订工艺路线的出发点，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得到合理的保证。在生产纲领为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具来提高生产效率。除此以外，还应当考虑经济效率，以便使生产成本尽量下降。 3.3.1 工艺路线方案一工序 粗、精铣端面工序 钻、扩花键底孔22+0.28 0、倒角。工序 粗、精铣削上面。工序 铣削8+0.05 0 mm的槽。工序 铣削18+0.012 0 mm的槽。工序 拉花键孔。工序 去毛刺。工序 检查。3.3.2 工艺路线方案二工序 粗、精铣端面工序 钻、扩花键底孔22+0.28 0、倒角。工序 拉花键孔。工序 粗、精铣削上面。工序 铣削8+0.05 0 mm的槽。工序 铣削18+0.012 0 mm的槽。工序 去毛刺。工序 检查。3.3.3工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：工艺方案一是先加工上面和两个槽，然后拉花键孔，但此方案中工序、很难对工件进行定位和夹紧；而方案二是先拉花键孔，这样，方案二中的工序、很容易对工件进行定位和夹紧即以花键孔中心线和右端面（A面）作为工序、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。4、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “拨叉”零件材料为HT200，毛坯重量约为1.00Kg，生产类型为大批生产，采用金属砂型铸造。根据上述原始资料及加工工艺，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：4.1铣端面（A面）：考虑左端面的粗糙度Ra为3.2，参照机械制造工艺设计手册以下简称“手册”，表143，确定工序尺寸为 Z=3.0mm，其中粗加工的加工余量Z=2.0mm，精加工的加工余量Z=1.0mm。右端面没有粗糙度要求，只要求粗加工，所以余量定位3.0。4.2拉花键孔：要求花键孔为外径定心，故采用拉削加工。内孔22+0.28 0：钻孔：20扩钻：22 2Z=2.0花键孔要求外径定心，花键内径拉削时的加工余量为孔的公差0.284.3铣上表面（B面）：根据“手册”表149，取上表面的机械加工余量为4.0，下表面的余量为3.0。粗铣上表面 Z=3.0精铣上表面 Z=1.0粗铣下表面 Z=3.05、确定切削用量及基本工时5.1 工序：铣右端面。1）粗铣右端面=0.25mm/Z =0.35m/s（21m/min） 采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。 n=0.637r/s (38.2r/min)按机床选取n=31.5r/min=0.522r/s 故实际切削速度=0.29m/s切削工时 l=50mm，l=175mm，l=3mm t= 109.2s=1.82min 2）精铣右端面 =0.10mm/Z =0.30m/s（18m/min） 采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。 n=0.546r/s (32.76r/min)按机床选取n=31.5r/min=0.522r/s 故实际切削速度=0.29m/s切削工时 l=50mm，l=175mm，l=3mm t= 272.99s=4.55min5.2 工序：钻、扩花键底孔1）钻孔 20f=0.75mm/rK=0.750.95=0.71/s =0.35m/s （21m/min） n=5.57r/s (334r/min) 按机床选取 n=338r/min=5.63r/s 故实际切削速度 =0.35m/s 切削工时 l=80mm，l= 10mm，l=2mm t= =23s （0.4min）2）扩孔 22f=1.07 =0.175m/s （10.5m/min） n=2.53r/s (151.8r/min) 按机床选取 n=136r/min=2.27r/s 故实际切削速度 =0.16m/s 切削工时 l=80mm，l= 3mm，l=1.5mm t= =35s （0.6min）5.3 工序：倒角 f=0.05/r =0.516m/s n=6.3r/s (378r/min) 按机床选取 n=380r/min=6.33r/s 切削工时 l=2.0mm，l= 2.5mm， t= =14s （0.23min）5.4 工序：拉花键孔 单面齿升 0.05 v=0.06m/s （3.6m/min） 切削工时 t=式中：h单面余量1.5（由 22 25）； l拉削表面长度80； 考虑标准部分的长度系数，取1.20； K考虑机床返回行程的系数，取1.40； V切削速度3.6m/min； S拉刀同时工作齿数 Z=L/t。 t拉刀齿距， t=(1.251.5)=1.35=12 Z=L/t=80/126齿 t=0.15min (9s)5.5 工序：铣上、下表面 1）粗铣上表面（B面） =0.15mm/Z =0.30m/s（18m/min） 采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。 n=0.546r/s (33r/min)按机床选取n=30r/min=0.5r/s 故实际切削速度=0.27m/s切削工件时 l=28mm，l=175mm，l=3mm t= =171.66s=2.86min 2）精铣上表面（B面） =0.07mm/Z =0.25m/s（15m/min） 采用高速三面刃 铣刀，d=175mm,齿数Z=16。 n=0.455r/s (33r/min)按机床选取n=30r/min=0.5r/s 故实际切削速度=0.27m/s切削工时 l=28mm，l=175mm，l=3mm t= =367.86s=6.13min 3）粗铣下表面保证尺寸75 本工步的切削用量与工步1）的切削用量相同 切削工时 l=34mm，l=175mm，l=3mm t= =176.67s=2.94min5.6 工序：铣槽8+0.05 0 mm(1)粗铣：=0.05mm/Z=0.3m/s（18m/min） 采用错齿三面刃铣刀 L=8mm D=63 d=22 齿数Z=16n=4.34r/s (260r/min)按机床选取n=235r/min(3.92 r/s)故实际切削速度=0.27m/s切削工时 l=40mm，l=14mm，l=0mm t=17s (2)精铣槽两侧：=0.05mm/Z(表3-28)=0.38m/s（23m/min） 采用错齿三面刃铣刀L=8mm D=63 d=22 齿数Z=16n=5.5 r/s (330r/min)按机床选取n=300r/min(5 r/s)故实际切削速度=0.35m/s切削工时 l=40mm，l=14mm，l=0mm t=14s5.7 工序：铣槽18+0.012 0 mm (1)粗铣：=0.05mm/Z=0.3m/s（18m/min） 采用镶齿三面刃铣刀，。n= 2r/s (120r/min)按机床选取n=118r/min(1.97 r/s)故实际切削速度=0.3 m/s切削工时l=40mm，l=20mm，l=0mm t=30s因为要走刀两次，所以切削工时为60s (2)精铣下平面的槽的三个面：=0.05mm/Z=0.38m/s（23m/min） 采用镶齿三面刃铣刀，n=2.5 r/s (151r/min)按机床选取n=150r/min(2.5 r/s)故实际切削速度=0.38 m/s切削工时l=40mm，l=20mm，l=0mm t=16s因为要走刀两次，所以切削工时为32s5.8 磨18mm槽，保证尺寸18mm 选择砂轮。见切削手册第三章中磨料选择各表，结果为GZ46KV6P35040127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16640（DdH）。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 fr=0.015mm切削工时。当加工1个表面时 Tm=(L+y+)i K/50=3.1min 6钻扩22+0.28工序夹具设计6.1 任务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，决定设计钻、扩花键底孔的立式钻床夹具。本夹具将用于Z525立式钻床。刀具为高速钢麻花钻头，来对工件进行加工。本夹具主要用来钻扩22+0.28，由于采用高速钢麻花钻头，一次切削，所以主要应该考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度6.2 定位方案及定位装置的设计计算6.2.1定位方案的确定根据加工工序及零件图可知，要加工22+0.28，要确保所加工的孔和毛坯圆柱的同轴度问题，即定心。在垂直于加工方向上，不能产生移动和转动。沿加工方向上，由于40外圆有一部分与肋板相交，不为规则外圆柱面，形状特殊，所以也得限制其沿加工方向的移动和转动。最终采取的定位方位为工件以40外圆柱面和端面A定位基准，在V形块和支撑板上实现五点定位。用快速螺旋夹紧机构推动V形块压头夹紧工件。满足六点定位原理，限制了工件6个自由度，属于完全定位。6.2.2定位元件及装置设计定位元件的选择，包括其结构尺寸形状及布置形式等，主要决定于工件的加工要求、工件定位基准和外力的作用状况。根据加工工序和零件图可知，以外圆柱面定位采用固定V形块，其对中性好，能使工件的定位基准轴线在V形块两斜面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响，并且安装方便。选用活动V形块，可用于夹紧机构中，起到取消一个自由度的作用。用支承板对端面A底面定位。支承板用螺钉紧固在夹具体上。但考虑到加工工序，采用两块扇形支承板同心相对固定。装配后，应磨平工作表面，以保证等高性。6.2.3定位误差的分析计算使用夹具时，加工表面的位置误差与夹具在机床上的对定及工件在夹具中的定位密切相关。由于工件定位所造成的加工表面相对其工序基准的位置误差成为定位误差。在加工时，夹具相对刀具及切削成形运动的位置，经调定后不再变动，因此可以认为加工表面的位置是固定的。在这种情况下，加工表面对其工序基准的位置误差，必然是工序基准的位置变动所起的。所以，定位误差也就是工件定位时工序基准（一批工件的）沿加工要求方向上的位置的最大变动量，即工序基准位置的最大变动量在加工尺寸方向上的投影。根据金属切削机床夹具设计手册表3-1,“V形块的尺寸及定位误差的计算”可知，常用的V形块工作角度为90。由定位误差公式（其中D定位圆直径的中间尺寸，d定位圆直径的最小值）得6.3 引导元件设计引导装置是在钻、镗类机床上加工孔和孔系时做刀具导向用。借助于引导元件可提高被加工孔的几何精度、尺寸精度以及孔系的位置精度。应此选择可换钻套，其便于磨损后快速更换。根据机床夹具设计手册图2-1-46可知可换钻套具体参数。6.4 夹紧方案及装置的设计计算6.4.1夹紧方案的确定 为了保证在切削力、离心力、惯性力等外力的作用下，工件仍能在夹具中保持由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动或位移，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，将工件可靠地夹紧。通过活动V形块连接到快速螺旋夹具机构上，可是工件保持既定位置，即在切削力的作用下，工件不应离开定位支承。6.4.2夹紧力大小的分析计算根据机床夹具设计手册表1-2-7可知，用高速钢刀具钻削材料为灰铸铁（190HBS）直径为22+0.28的孔的切削力计算公式为切削扭矩计算公式为钻头直径，22每转进给量,0.81/r修正系数，0.9计算出，根据机床夹具设计手册表1-2-11可知，工件以外圆定位中，V形块定位V形块夹紧的实际所需夹紧力计算公式为防止工件转动：防止工件移动：安全系数，（,其余为1.0）工件与V形块间的圆周方向摩擦系数，查表1-2-12取0.2工件与V形块间的轴向摩擦系数, 查表1-2-12取0.2，经过计算可知，防止工件转动：防止工件移动：6.4.3夹紧机构及装置设计由于需选用结构简单，夹紧可靠，通用性大的夹紧机构，初选快速螺旋夹紧机构。其可以克服螺旋夹紧机构动作慢、效率低的缺点。快速夹紧机构中，螺杆上开有直槽，转动手柄松开工作将直槽转至螺钉处，即可迅速拉出螺杆，以便装卸工件。螺杆一头与活动V形块连接，另一头与手柄相联。6.5夹具体设计由于可以铸造出复杂的结构形状，抗压强度大，抗振性好，因此夹具体毛坯结构选用铸造，其适用于切削负荷大、振动大的场合以及批量生产。为了便于排除切屑，不使其聚集在定位元件工作表面而影响工件正确定位，一般在设计夹具体时，要增加容纳切屑的空间，
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