CA6140车床拨叉831003及铣顶面的铣床夹具设计说明书

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1、1 序 言 在学完大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课的基础上，我们进行了机械制造技术基础课程设计。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总复习，汇总了所学的专业知识。 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！ 在些次课程设计中我主要是设计 CA6140 拨叉的机械加工工艺规程以及铣削加工时的夹具。在此次课程设计期间查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的悉心指点。 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教。 一 、零 件 的 分 析 （一）零件的作用 题目所给的零件时 CA6140 车床的拨叉（

2、见附图 1 零件图），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。 （二）零件的工艺分析 CA6140 拨叉共有两组加工表面。现分析如下： 1.拨叉大端平面的加工 2.以花键孔的中心线为基准的加工面 2 这一组面包括 25+0.0250 mm 的六齿方花键孔、 22+0.210 mm 花键底孔两端的 150倒角、距花键孔轴线 22mm 的平面和拨叉下端的 18+0.110 mm 的槽。 二、工 艺 规 程 设 计 （ 一）确定毛坯的制造形式 零件材料为 HT200。因为零件为大批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用铸造成型。这从提高生产率、保证加工精度上考虑，

3、也是应该的。 （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，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 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 。所以 选择右端 R20 的端面为粗基准。 2.精基准的选择。 精基准的选择有利于保证加工精度，并使工件装夹方便。在选择时， 主要应该考虑基准重合 、基准统一等 问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算 。本零件

4、精基准选择为花键孔。 （三）制定工艺路线 3 制定工艺路线的出发点，应该是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定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，并尽量使工序集中来提高生产率，除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 根据工序先 后顺序的安排原则： （ 1） 先加工定位基面，再加工其他表面。 （ 2） 先加工主要表面，后加工次要表面。 （ 3） 先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 （ 4） 先加工平面，后加工孔。 加工路线确定如下： 工序 I 车拨叉大端端面，以右端 R20 的端面为粗基准，选用C620-1 车床

5、加以四爪卡盘。 工序 II 钻、扩花键孔底，保证尺寸 22+0.210 mm， 选用 Z525型立式钻床及专用钻模加以四爪卡盘。 工序 III 倒角 15，选用 Z525 型立式钻床加以专用夹具。 工序 IV 拉花键孔，保证尺寸 25+0.0250 mm，利用花键内孔底、拨叉左端面为定位，选用 L6120 卧式拉床加工加以专用夹具。 工序 V 粗、精铣顶面，利用花键孔定位，选用 X61W 万能铣床加以专用夹具。 工序 VI 铣底面槽，保证尺寸 18+0.110 mm，选用 X61W 万能铣床加以专用夹具。 4 工序 VII 钻顶面两个 M8mm 螺纹孔底，选用 Z525 型立式钻床加以专用夹具

6、。 工序 VIII 攻螺纹 M8mm。 工序 IX 终检。 以上工艺过程详见“机械加工工艺过程综合卡片”。 （四）机械加工余量、工序尺寸以及毛坯尺寸的确定 “ CA6140 车床拨叉”零件材料为 HT200，硬度为 170-241HBS，生产类型为大批生产，采用生产方式为铸造。 分析零件可知，铸造时只需在毛坯轴向留机械加工余量即可。由于工件材料为 HT200，工件的尺寸精度和表面粗糙度要求较高，且为大 批量生产，所以毛坯应为 2 级精度铸件。根据新编机械工程技术手册表 9-20,查得机械加工余量为 3.0mm。 铸造毛坯采用砂型机器造型及壳型工艺，尺寸公差为 CT8，从机械制造设计工艺简明手册

7、查得 CT8=1.6mm。所以毛坯长度最大极限尺寸 =80+3+1.6/2=83.8mm,最小极限尺寸 =80+3-1.6/2=82.2mm。 因为花键孔孔底直径较大，所以为了提高生产效率，节省加工时间可在铸造的时候先铸出一个 18mm 的孔。 拨叉的铸件毛坯图见附图 2。 （五）确定切削用量及基本工时 工序 I：粗车、精车左端面。本工序采用计算法确定切削用量。 1.加工条件 工件材料： HT200， b=200MPa、铸造 5 加工要求：粗车 40 75mm2 端面，精车至附和 Ra=3.2m 机床：本零件外轮廓尺寸不大，精度要求较高，故选用 CA6140-1型卧式车床。 刀具：刀片材料 Y

8、G6，刀杆尺寸 16 25mm2， k =90， o=15o， =8， =0.5mm。 2.计算切削用量 已知毛坯长度方向的加工余量为 3 0.8mm，考虑 7的拔模斜度，则毛坯长度方向的最大加工余量 Zmax=9mm，因为端 面表面粗糙度 Ra=3.2m，所以分粗、精车完成。精加工余量留 1mm，则粗加工余量为 8mm，分 3 次走刀， ap=3mm。长度公差按 IT12 级，取 -0.46（入体方向）。 （ 1） 粗车 进给量 f 根据切削用量简明手册表 1.4，当刀杆尺为16 25mm2， ap 3mm， 工件直径为 60 90mm 时， f=0.5 0.9mm/r。按 C6120-1

9、机床的进给量选择 f=0.71mm/r。 计算切削用量 按切削用量简明手册表 1.27，切削速度的计算公式为 其中： Cv=189.8， xv=0.15， yv=0.35， m=0.20。修正系数见切削用量简明手册表 1.28，即 kmv=1.0， kkv=1.04， kkrv=0.73， ksv=0.8， kBV=0.97。 6 确定机床主轴转速 。按机床说明书，正好取 r=150r/min。 所以实际切削速度 v=47.1m/min。 计算切削工时，按切削用量简明手册表 6.21 tm= i L=d/2+l1+l2+l3 其中 d=100mm， l1=2mm L=100/2+2=52mm

10、所以 tm= 。 检验机床功率 主切削力 Fc按切削用量简明手册表 1.29所示公式计算 F=CFcap xFc f yFc vc nFckFc 其中： CFc=900， xFc=1.0,yFc=0.75,nFc=0。 KMp=（ b/190） nF =(200/190)0.4 =1.02 Kkr=0.89 所以 切削时消耗的功率 Pc 为 由切削用量简明手册表 1.30 中 C6120-1 机床说明书可知，C6120-1主电动机功率为 7.8KW,当主轴转速为 150r/min 时，主轴传递 的最大功率为 5.5KW，所以机床功率足够，可以正常加工。 校验机床进给系统强度 已知主切削力 FC

11、=1887.3N，径向切削力 FP按切削用量简明手册表 1.29 所示公式计算 7 其中 , =1.05 所以 而轴向切削力 其中： 所以 取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数为 =0.1，则切削力在纵向进给方向对机构的作用力为 而机床纵向进给机构可曾受的最大纵向力为 3530N， 故机床进给系统可正常工作。 （ 2） 精车 精车时仅改变，此时 进给量 f 与粗车时一样， f=0.71mm/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 其中： Cv=189.8， xv=0.15， yv=0.35， m=0.20。修正系数见切8 削用量简明手册表 1.28，即 kmv=1.0

12、， kkv=1.04， kkrv=0.73， ksv=0.8， kBV=0.97。 所以 确定机床主轴转速 现选 计算切削工时 d=100mm, 所以 因为精车时切削速度与粗车时相等，而 ap比粗车时小，所以不用再校验机床功率与机床的进给系统强度。 工序 ：钻孔，扩孔。 选用机床： Z525 型立式钻床。 （ 1）钻孔 20mm 钻头选择：选择高速钢钻头 钻头几何形状为：双锥修磨横刃。 钻头参数： d=20mm,2 =120， =50， =12， =30，=3.5mm， b=2mm， l=4mm。 确定进给量 f 9 因为材料是灰铸铁，钻孔直径是 d=20mm。 所以选择 f=0.7 0.86

13、mm r。 根据机床进给强度决定进给量，查切削用量简明手册表 2.9， 210HBS时，确定 f=0.70mm/r。 计算切削速度 根据切削用量简明手册选择 =14mm/min。 =222.93r/min。 根据切削用量简明手册表 2.35 选择机床转速 =272r/min 所以实际切削速度 v=17.08m/min 切削工时 ， L=y+l+ , l=80mm, y+ =10mm =0.47mm （ 2）扩孔 22mm 钻头选择：高速钢扩孔钻。 钻头参数： d=22mm，其他参数同上。 确定进给量，切削用量简明手册表 2.10 确定 f=1.0mm/r。 扩孔钻孔时的切削速度 v=0.4=0

14、.4X17.08=6.832m/min =98.9r/min 按机床选取 =97r/min 实际切削速度 v=6.7m/min 10 切削工时 ， L=y+l+ , l=80mm, y+ =10mm. =0.93mm 工序：倒角 15 选用机床： Z525立式钻床 刀具选择： 150锪钻 根据有关资料介绍，锪钻时进给量及切削速度约为钻孔时的1/21/3,故 按机床选择 ,所以实际切削速度 计算切削工时 其中 l1=2mm,l2=0,l=0.4mm 所以 工序 IV：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升为 0.06mm，拉削速度 v=0.06m/s（ 3.6m/mi

15、n） 切削工时 11 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，； p 拉刀齿距。 所以，拉刀同时工作齿数 所以 工序 V：粗、精铣顶面。 加工要求表面粗糙度 Ra=3.2m,分粗、精铣加工。精铣余量为0.2mm，则粗铣余量为 3-0.2=2.8mm。 （ 1）粗 铣 选择机床： X61W 型万能铣床 选择刀具：本工序选用圆柱铣刀。因为铣削深度 ap=30mm，铣削宽度 ae=2.8

16、mm，根据切削用量简明手册表 3.1，选择铣刀直径 d0=80mm。标准镶齿圆柱铣刀的齿数 z=6。铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为 1.0mm，刀具寿命 T=120min 12 铣刀几何形状： 0=10， 0=12 进给量 f 由加工要求 Ra=3.2m可选择每转进给量f=0.51mm/r 就能满足要求。但考虑 到 X61W 功率为 4.5KW，机床为中等系统刚度和 X61W 铣床说明书，确定每转进给量 f=0.6mm/r。 计算切削速度 因为 z=6， ap=30mm,ae=2.8mm, 根据切削用量简明手册表 3.1，查得 ,。 各修正系数为 故 根据 X61W 铣床说明书，选择 nc=80

17、r/min,vfc=40mm/min 因此实际切削速度和每齿进给量为： 检验机床功率 根据切削用量简明手册表 3.1，当fz=0.060.15mm/z， ap=30mm,ae=2.8mm,vf=40mm/min 时，Pct=0.2KW 切削功率修正系数 KMPC=1。故实际切削功率为 Pcc=Pct=0.2KW 根据 X61W 铣床说明书，机床主轴允许的功率为 故 ,因此所决定的切削用量可以采纳，即13 ae=2.8mm,vf=40mm/min,n=80r/min,vc=20.1m/min,fz=0.083mm/z 计算基本工时 式中， ,l=80mm,根据表 3.25，入切量和超切量 所以

18、(2)精铣 选择刀具 与粗铣时刀具相同 确定切削用量 所留的精铣加工余量为 0.2mm，所以本道工序的铣削深度为ap=30mm,铣削宽度 ae=0.2mm。 确定进给量 f 每转进给量 f=0.6mm/r 计算切削用量 因为 z=6， ap=30mm ,ae=0.2mm, 根据切削用量简明手册表 3.11，可得vt=29m/min,nt=103r/min,vft=68mm/min 各修正系数 故 根据 X61W 铣床说明书，选择 nc=80r/min,vfc=65mm/min 14 计算切削工时 工序 ：铣 18H11槽 选择机床： X61W铣床 选择刀具：工序采用盘铣刀铣槽，铣削宽度 =35

19、mm，代加工尺寸为18mm，选铣刀直径 =100mm，后刀面最大磨损量 1.2mm，铣刀寿命 T=120min。 铣刀几何形状： =10， =16， =100mm， L=10mm， Z=24. 选择切削用量 决定铣削宽度。因为加工余量为 18mm， =10mm，则需 2次走刀切完。 决定齿进给量 根据 X61W 型铣床说明书，其功率 4.5kW，中等系统刚度，根据切削用量简明手册表 3.3=0.15 0.30mm/Z。 现取 =0.20 mm/Z。 决定切削速度和每分钟进给量。 切削速度可根据表 3.27 中的公式计算，也可直接由表中查出 ， ， , K=1.0X1.0X0.8X0.83=0.

20、66 15 = 116.49/min n= 根据 X61W 铣床说明书，选 实际速度 选 根据 X61W 铣床说明书选 计算基本工时 工序：钻顶面孔 (1)钻螺纹底孔 2- 6.7 根据切削用量简明手册表查得 f=03.6 0.44mm r 取 f=0.40 mm r 根据切削用量简明手册表 2.15, 查得 v=11m min。 所以 按机床取 故 v=11.47 m min。 切削工时（ 2 个孔） = ， L=y+l+ , l=11mm, y+ =2.5mm. 16 =0.12min (2)钻锥孔底孔 4.0 根据切削用量简明手册查得 f=0.18 0.22 取 f=0.220.40 m

21、m r 根据切削用量简明手册表 2.15 查得 v=16 m min。 =1274r min 按机床取 故 v=17.08 m min。 切削工时 =， L=y+l+ , l=11mm, y+ =2.5mm. =0.045min 工序 ：攻螺纹孔 2- M8 选取 v=6 m min。 r min 按机床选取 故 v=4.9 m min。 机动工时 =， L=y+l+ , l=11mm, y+ =2.5mm. = =0.28min 最后，将以上各工序切削用量、工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一并填入机械加工工艺过程综合卡片，见附表 1。 17 三、夹 具 设 计 为了提高劳动生产率，保证

22、加工质量，降低劳动强度，需设计专用夹具。 经过老师指导，决定设计第 V 道 工序 铣顶面的铣床夹具。本夹具将用于 X61W 万能铣床。刀具为高速钢镶齿圆柱铣刀，采用周铣加工。 （一） 问题的提出 本夹具主要用来铣拨叉顶面，这个顶面对于花键孔有一定得技术要求。由于本工序的精度要求不是很高，粗铣完成再精铣就能保证表面粗糙度要求。因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而精度不是主要问题。 （二） 夹具设计 1. 定位基准的选择 由零件图可知，顶面加工的平面应对花键孔中心线有平行度要求，其设计基准为花键轴中心线。为了使定位误差为零，应该选择以花键孔定位的自定心夹具。但这种

23、自动定心夹具 在结构上过于复杂，因此这里只选用花键孔为主要定位基面。 为了提高加工效率和缩短辅助时间，准备采用气动夹紧。 2. 切削力及夹紧力计算 刀具：高速钢镶齿圆柱铣刀， =80mm， z=6 (见切削用量简明手册表 3.28) 18 其中： 0.1mm/z, 所以 水平分力： 垂直分力： 在计算切削分力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数K=K1K2K3K4。 其中： K 为基本安全系数 1.5； K 为加工性质系数 1.1； K 为刀具钝化系数 1.1； K 为连续切削系数 1.1。 所以 选用汽缸 连杆夹紧机构。 为克服水平切削力，实际夹紧力 N 应为 所以 其中 f1及 f2为夹具

24、定位面及夹紧面上的摩擦系数，。则 连杆力臂比为了 l1： l2=65:34 所以，所需的压紧力 汽缸选用 100mm。当压缩空气单位压力 p=0.8MPa 时，汽缸推力为 N 汽 =1005N，此时 N 汽 已大于所需的 765N 的夹紧力，故本夹具可以安全工作。 19 3. 定位误差分析 （ 1）定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位 元件为一花键轴，该定位花键轴的尺寸与公差现规定为与本零件在工作时与其相配花键轴的尺寸与公差相同，即 mm。 （ 2）计算顶面加工后与花键孔中心线的最大平行度误差。 零件花键孔与定位心轴外径的最大间隙为： 当定位花键轴的长度取 40mm 时，则由上述间隙引起的

25、最大倾角为 0.038/80。赐即为由于定位问题而引起的顶面对花键孔中心的最大平行度误差。这个误差值在允许的误差范围内。 4. 夹具设计及操作的简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。为此，应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。因为这是提高劳动生产 率的重要途径。本道工序的铣床夹具就选择了气动夹紧方式。本工序由于先后安排了粗、精加工，切削力不是很大。虽然在连杆处力会变小，但适当增大汽缸工作压力就可以增大汽缸推力。并且最后本夹具总得感觉还比较紧凑。 夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台

26、上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。 铣床夹具的装配图及夹具体零件图可分别见附图。 20 小 结 为期 3 周的夹具课程设计已经接近尾声，回顾整个过程， 我们在老师的指导下，取得了一定的成绩，课程设计作为机械制造技术基础课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。 本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设21 计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。 通过此次设计，使我们基本掌握了零件的加工过程

27、分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、选 择使用工艺装备等等。 总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。 由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正！ 参 考 文 献 1 赵家齐 .机械制造工艺学课程设计指导书 .2 版 .北京：机械工业出版社， 2000. 2 于骏一，邹青 .机械制造基础 .北京：机械工业出版社， 2004. 3 璞良贵，纪名刚 .机械设计 .8 版 .北京：高等教育出版社， 2006 4 刘朝儒，彭福荫，高政一 .机械制图 .4 版 .北京：高等教育出版社，2000. 5 艾兴，肖诗刚 .切削用量简明手册 .3 版 .北京：机械工业出版社，22 1994. 6 郭爱莲 .新编机械工程技术手册 .北京：经济日报出版社， 1991. 7 徐圣群 .简明机械加工工艺手册 .上海：上海科学技术出版社， 1991.