CA6140车床拨叉机械加工工艺规程及工艺装备设计说明书

例二 CA6140 车床拨叉 机械加工工艺规程及工艺装备设计 : 序言 机械制造工艺学课程设计是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，了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，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 ，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为后续课程的学习大好基础。 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。零件上方的 20 孔与操纵机构相连，二下方的 50 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 20 以及与此孔相通的 8 的锥孔、 M6 螺纹孔 。 2、大头半圆孔 50。 3、拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔端面，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为 0.07mm，小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。 由上面分析可知，可以粗加工拨叉下端面，然后以此作为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、确定生产类型 已知此拨叉零件的生产纲领为 5000 件 /年，零件的质量是 1.0Kg/个，查机械制造工艺设计简明手册第 2 页表 1.1-2，可确定该拨叉生产类型为中批生产，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。 三、确定毛坯 1、确定毛坯种类： 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，故选择木摸手工砂型铸件毛坯。查机械 制造工艺设计简明手册第 41 页表 2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为 CT-12。 2、确定铸件加工余量及形状： 查机械制造工艺设计简明手册第 41 页表 2.2-5，选用加工余量为 MA-H级，并查表 2.2-4 确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选用及加工余量，如下表所示： 简 图 加工面代号 基 本 尺 寸 加工余量等级 加工 余量 说 明 D1 20 H 10 2 孔降一级双侧加工 D2 50 H 3.5 2 孔降一级双侧加工 T2 30 H 5 单侧加工 T3 12 H 5 单侧加工 T4 12 H 5 单侧加工 3、绘制铸件零件图 四、工艺规程设计 (一 )选择定位基准： 1 粗基准的选择：以零件的小头上端面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。 2 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，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔外圆柱表面为辅助的定位精基准。 (二 )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。查机械制造工艺设计简明手册第 20 页表 1.4-7、1.4-8、 1.4-11，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下： 工序 01 粗铣 20、 50 下端面，以 T2 为粗基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 工序 02 粗铣 20 上端面，以 T1 为定位基准，采用 X51 立式 铣床加专用夹具； 工序 03 粗铣 50 上端面，以 T4 为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 工序 04 钻、扩 20 孔，以 32 外圆和 T2 为基准，采用 Z525 立式钻床加专用夹具； 工序 05 粗镗 50 孔，以 D1 为定位基准，采用 T616 卧式镗床加专用夹具； 工序 06 铣斜肩，以 D1 和 T2 为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 工序 07 精铣 20 下端面，以 T2 为基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 工序 08 精铣 20 上端面，以 T1 为基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 工序 09 粗铰、精 铰 20 孔，以 T2 和 32 外圆为基准，采用 Z525 立式钻床加专用夹具； 工序 10 精铣 50 端面，以 D1 为基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 工序 11 半精镗 50 孔，以 D1 做定位基准，采用 T616 卧式镗床加专用夹具； 工序 12 钻、铰 8 锥孔，以 T1 和零件中线为基准，采用 Z525 立式钻床加专用夹具； 工序 13 钻 M6 底孔，攻螺纹，以 T1 和零件中线为基准，采用 Z525 立式钻床并采用专用夹具； 工序 14 铣断，以 D1 为基准，采用 X60 卧式铣床加专用夹具； 工序 15 去毛刺； 工序 16 终检。 （ 三） 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 : 1、圆柱表面工序尺寸： 前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下： 加工 表面 加工 内容 加工余量 精度等级 工序 尺寸 表面粗 糙度 工序余量 最小 最大 50IT12 （ D2） 铸件 7.0 CT12 8.243 粗镗 4.0 IT12 250.0047 6.3 0.95 6.8 半精镗 3.0 IT10 100.0050 3.2 2.9 3.25 20IT7 （ D1） 钻 18 IT11 110.0018 17.89 18 扩 1.8 IT10 084.008.19 6.3 1.716 1.910 粗铰 0.14 IT8 033.0094.19 3.2 0.107 0.224 精铰 0.06 IT7 021.0020 1.6 0.039 0.093 2、平面工序尺寸： 工序号 工序 内容 加工 余量 基本 尺寸 经济 精度 工序尺寸偏差 工序余量 最小 最大 铸件 5.0 CT12 5.2 01 粗铣 20孔下端面 4.0 36.0 12 00.25 1.5 7.75 02 粗铣 20孔上端面 4.0 32.0 12 00.25 1.5 7.75 03 粗铣 50孔上端面 4.0 14.0 12 0 180.0 1.8 6.38 07 精铣 20孔下端面 1.0 31.0 8 0 033.0 0.75 1.283 08 精铣 20孔上端面 1.0 30.0 8 0 033.0 0.75 1.283 10 精铣 50孔端面 1.02 12.0 8 016.0016.0 0.951 1.016 3、确定切削用量及时间定额： 工序 01 粗铣 20、 50 下端 面，以 T2 为粗基准。 1. 加工条件 工件材料： HT200,b =170240MPa，铸造 ；工件尺寸： aemax=72mm，l=176mm； 加工要求：粗铣 20孔下端面，加工余量 4mm； 机床： X51 立式铣床； 刀具： YG6 硬质合金端铣刀。铣削宽度 ae90,深度 ap6,齿数 z=12,故根据机械制造工艺设计简明手册（后简称简明手册）表 3.1，取刀具直径 d0=125mm。根据切削用量手册（后简称切削手册）表 3.16，选择刀具前角 0 0后角 0 8，副后角 0=10，刃倾角 ： s= 10,主偏角 Kr=60,过渡刃 Kr=30,副偏角 Kr=5。 2. 切削用量 1）确定切削深度 ap 因为余量较小，故选择 ap=4mm，一次走刀即可完成。 2）确定每齿进给量 fz 由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据切削手册表 3.5，使用 YG6 硬质合金端铣刀加工，机床功率为 4.5kw（据简明手册表 4.2-35， X51 立式铣床）时： fz=0.090.18mm/z 故选择： fz=0.18mm/z。 3）确定刀具寿命及磨钝标准 根据切削手册表 3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.5mm；由于铣刀直径 d0=125mm，故刀具使用寿命 T=180min（据简明手册表 3.8）。 4）计算切削速度 vc 和每分钟进给量 vf 根据切削手册表 3.16，当 d0=125mm， Z=12， ap7.5， fz0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。 各修正系数为： kMV= 1.0， kSV= 0.8。切削速度计 算公式为： vpvevzvpT vvc kzuayfxa qdcv vm 0 其中 mmae 72 ， mmap 4， 245vC ， 2.0qv， 15.0 xv ， 35.0yv，8.08.00.1 kkk SvMvv ， 2.uv ， 0pv ， 32.0m ， min180T ，zmmf z /18.0 ， 12Z ，将以上数据代入公式： m i n/1428.0122.07235.008.015.04180 2.012524532.0mv c 确定机床主轴转速： m i n/3 6 11 0 0 0 rd vn wcs 。 根据简明手册表 4.2-36，选择 nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，实际进给量和每分钟进给量为： vc=10000nd=1000 30012514.3 m/min=118m/min f zc=v fc/ncz=390/30012 mm/z=0.1mm/z 5)校验机床功率 根据切削手册表 3.24，近似为 Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率 Pcm=4.50.75kw=3.375kwPcc。故校验合格。最终确定 :ap=4.0mm，nc=300r/min， vf=390mm/s， vc=118m/min， fz=0.1mm/z。 6）计算基本工时 tm L/ vf， L=l+ y+， l=176mm. 查切削手册表 3. 26，入切量及超切量为： y+=40mm，则： tm L/ Vf=(176+40)/390=0.81min。 工序 02 粗铣 20 上端面，以 T1 为定位基准。 切削用量和时间定额及其计算过程同工序 01。 工序 03 粗铣 50 上端面，以 T4 为定位基准 刀具： YG6 硬质合金端铣刀， 10,400 Zmmd 机床： X51 立式铣床 根据切削手册查得， mmazmmfpz 4,/13.0 。根据简明手册表4.2-36 查得 ， 取 ： min/300 rnw ，故实际切削速度 ： m in/7.371000 300401000 mndv ww 当 min/300 rn w 时，工作台每分钟进给量应为 ： m in/3903001013.0 mmnZff wzm 查说明书，取 m in/400 mmfm 计算切削 基本 工时 ： mmyL 82107272 因此 ， m in205.039082 fLtmm工序 04 钻、扩 20孔，以 32外圆和 T2为基准，保证垂直度误差不超过 0.05mm,孔的精度达到 IT10。 1. 选择钻头 根据切削手册表 2.1.2.2，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 do=18mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角 o 12，二重刃长度 b=3.5mm,横刀长 b=2mm,宽 l=4mm,棱带长度 mml 5.11 ， 1002 ， 30 2.选择切削用量 （ 1）确定进给量 按加工要求确定进给量：查切削手册， rmmf /53.043.0 ，367.11830 dl ，由切削手册表 2.7,系数为 0.5,则： rmmf /)265.0215.0(5.0)53.043.0( 按钻头强度选择 :查切削手册表 2.8,钻头允许进给量为： rmmf /0.2 ； 按机床进给机构强度选择：查切削手册表 2.9，机床进给机构允许轴向力为 8330N 时，进给量为 rmmf /93.0 。 以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为：0.2150.265mm/r。根据简明手册表 4.2-16,最终选择进给量 rmmf /22.0 。 由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。 根据切削手册表 2.19 查出 ,钻孔时轴向力 Ff=2500N，轴向力修正系数为1.0，故 Ff=2500N。根据 Z525 立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为 8830N Ff，故所选进给量可用。 （ 2）确定钻头磨钝标准及寿命 后刀面最大磨损限度（查简明手册）为 0.6mm，寿命 min45T （ 3）切削速度 查切削手册表 2.30，切削速度计算公式为： vyxpmvc kfaTdcvvvvz0 （ m/min） 其中， 5.9Cv ， mmd 180 ， 25.0vz ， 125.0m ， 9pa ， 0vx ， 55.0vy ，22.0f ，查得修正系数： 0.1vTk ， 85.0lvk ， 0.1tvk ，故实际的切削速度： m in/5.985.022.0160 185.9 55.0125.0 25.0 mv c （ 4）检验机床扭矩及功率 查切削手册表 2.20，当 f0.26, do19mm时， Mt=31.78Nm，修正系数均为 1.0，故 MC=31.78 Nm。 查机床使用说明书： Mm =144.2 Nm。 查切削手册表 2.23,钻头消耗功率： Pc=1.3kw。 查机床使用说明书， kwP E 26.281.08.2 。 由于 mc MM ，EC PP ，故切削用量可用，即： rmmf /22.0 ， m in/272 rnn c ， min/4.15 mv c 3、计算工时 m in64.022.0272 830 nfLt m 4、扩孔至 19.8 查切削手册表 2.10，扩孔进给量为： rmmf /8.07.0 ，并由机床使用说明书最终选定进给量为： rmmf /81.0 。 根据资料，切削速度 钻vv 4.0 ，其中 钻v 为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故 ： m in/8.35.94.0 mv ， m in/1.618.19 8.31000 rn s ， 根据机床使用说明书选取 ： min/97 rnw 。 基本工时 ： m in48.081.097 83081.097 yLt工序 05 粗镗 50 孔，以 D1 为定位基准。 机床： T60 卧式镗床 单边余量 ,5.2 mmZ 可一次切除，则 mmap 5.2。根据简明手册 4.2-20查得，取 rmmf /52.0 。根据简明手册 4.2-21 查得，取 ： min/200 rn 。 计算切削基本工时： m in13.052.0200 1212 fLtmm工序 06 铣斜肩，以 D1 和 T2 为定位基准。 刀具：硬质合金三面刃铣刀 机床： X51 立式铣床 根据简明手册查得： 1663 Zmmdw ，。根据切削手册查得：,/10.0 zmmf z 因此： m in/13663 271 0 0 01 0 0 0 rd vnws 现采用 X51 立式铣床，取： min/100 rn w ，故实际切削速度为： m in/8.191000 100631000 mndv ww 当 min/300 rn w 时，工作台每分钟进给量 应为： m in/1601001610.0 mmnZff wzm 根据切削手册表 4.2-37 查得 ,取： m in/165 mmfm 。 计算切削基本工时： mmylL 5.37255.12 因此： m in2 2 7.01 6 55.37 fLtmm工序 07 精铣 20 下端面，以 T2 为基准。 刀具： YG6 硬质合金端铣刀； 机床： X51 立式铣床； 查切削手册表 3.5，进给量 为： m in/0.15.0 mmfz ，取为 0.5mm/r 参考有关手册，确定 min/124 mv ，采用 YG6 硬质合金端铣刀，12,125 zmmd w ，则： m in/316125 1241 0 0 01 0 0 0 rd vnws 现采用 X51 立式铣床，根据简明手册表 4.2-36，取 min/300 rn w ， 故实际切削速度： m i n/75.1171000 3001251000 mndv ww 当 min/300 rn w 时，工作台每分钟进给量：m in/1800300125.0 mmnzff wzm ，取为 980mm/min 本工序切削时间为： 62.0980 125176222 flttmmmin 工序 08 精铣 20 上端面，以 T1 为基准。 切削用量同工序 07 精铣时 mmdy 12 50 基本工时： 31.0980125176 fltmm工序 09 粗铰、精铰 20 孔，以 T2 和 32 外圆为基准。 （ 1）粗铰至 mm94.19 刀具：专用铰刀 机床： Z525 立式钻床 根据有关手册的规定，铰刀的进给量为 fz0.8 1.2mm/z,进给量取fz 0.81mm/r，机床主轴转速取为 nw =140r/min，则其切削速度为： m in/77.8 mdnv 。 机动时切削工时， 830 l =38mm， m in34.081.0140 3838 fntwm(2) 精铰至 mm20 刀具： mmd w 20 机床： Z525 立式钻床 根据有关手册的规定，铰刀的进给量取 f 0.48mm/r，机床主轴转速取为：nw =140r/min，则其切削速度为： m in/8.8 mdnv 机动时切削工时， 830l =38mm m in57.048.0140 3838 fntwm工序 10 精铣 50 端面，以 D1 为基准。 机床： X51 立式铣床 刀具：硬质合金立铣刀（镶 齿 螺旋形刀片），由切削手册表 3.6 查得：smv /45.0 ， m in/08.0,6,40 mmfzd z ,即 27m/min，因此，m in/21440 2710001000 rd vnws 。现采用 X51 立式铣床，取 min/210 rn w ，工作台每分钟进给量 fm应为： m in/8.100210608.0 mmnzffwzm ， 查机床使用说明书，取 m in/100 mmfm 。 铣削基本工时： m in84.0100 1272 t mmi n68.1284.02 t m 工序 11 半精镗 50 孔，以 D1 做定 位基准。 单边余量 mmz 0.1 ,可一次切除，则 mmap 0.1。 由切削手册表 1.6 查得，进给量 ,/40.025.0 rmmfz 取为 0.27mm/r。由切削手册表 1.1 查得， min/100 mv ，则： m in/6375010010001000 rd vnww 查简明手册表 4.2-20， nw 取为 630r/min。 加工基本工时： m in038.05.063012 fnltw工序 12 钻、铰 8 锥孔，以 T1 和零件中线为基准。 刀具：专用刀具 机床： Z525 立式钻床 确定进给量 f ：根据切削手册表 2.7 查得， rmmf /26.022.0 ，查Z525 机床使用说明书，现取 rmmf /22.0 。 查切削手册表 2.15，min/17 mv ，计算机床主轴转速： m in/6948.7 171 0 0 01 0 0 0 rd vnws 按机床选取 min/680n w ，所以实际切削速度为： m in/66.161000 6808.71000 mndv ww 计算切削基本工时： m in066.022.0680 46 fyltmm工序 13 钻 M6 底孔，攻螺纹，以 T1 和零件中线为基准 （ 1）钻螺纹底孔 8.4 mm 机床： Z525 立式钻床 刀具：高速钢麻花钻 根据切削手册查得，进给量为 f 0.18 0.22mm/z,现取 f=0.22mm/z，v=17m/min，则： m in/11288.4 1710001000 rd vnws 查简明手册表 4.2-15，取 min/960 rn w 。 所以实际切削速度为： m in/48.141000 9608.41000 mndv ww 计算切削基本工时： m in047.022.0960 46 fyltmm（ 2）攻螺纹 M6 机床： Z525 立式钻床 刀具：丝锥 M6， P=1mm 切削用量选为： m in/6/1.0 msmv ，机床主轴转速为： min/318 rn s ，按机床使用说明书选取： min/272 rn w ，则 min/1.5 mv ；机动时，mml 1046 ，计算切削基本工时： m in04.02 7 21 10 nf lt m 工序 14 铣断，以 D1 为基准。 选择锯片铣刀， d=160mm， l=4mm，中齿， Z=40 采用 X61 卧式铣床 查切削手册，选择进给量为： zmmf /10.0 ,切削速度为： min/27 mv ，则： m in/54160 271 0 0 01 0 0 0 rd vnws 根据简明手册表 4.2-39，取 min/100 rn w ，故实际切削速度为： m in/2.501000 100801000 mndv ww 此时工作台每分钟进给量 fm应为： m in/400100401.0 mmnZff wzm 查切削手册表 4.2-40，刚好有 m in/400 mmfm 。 计算切削基本工时： m in255.0400 3072 fyltmm五 、夹具设计 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。并设计工序 13钻 M6 螺纹底孔的夹具。本夹具将用于 Z525 立式钻床，刀具为高速钢麻花钻。 (一 )问题的提出 本夹具主要用来钻 M6 螺纹底孔，该孔为斜孔，跟拨叉的中线有一定的角度要求，在加工时应保证孔的角度要求。此外，在本工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而其位置尺寸为自由公差，精度不是主要问题。 (二 )夹具设计 1、定位基准选择 由零件图可知， M6 螺纹孔为斜孔，相对于拨叉中线有 10 的要求，为使定位误差为零，应该选择拨叉中线为定位基准保证该角度。此外，还应以 20 孔端面为基准，从而保证螺纹孔在拨叉体 上的位置。 为了提高加工效率，现决定采用手动夹紧工件快换装置，并采用快换钻套以利于在钻底孔后攻螺纹。 2、切削力及夹紧力计算 刀具：硬质合金麻花钻， mmd 8.4 。 由实际加工的经验可知 ,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向 ,即垂直于工作台 ,查切削手册表 2.3，切削力计算公式为： FFF kfdCF yZFf 0 其中： 410CF ， 2.1ZF ， 75.0yF， mmd 8.40 ， 22.0f ，kkkk hFxFMFF ， kMF 与加工材料有关 ,取 0.94； kxF 与刀具刃磨形状有关 ,取1.33； khF 与刀具磨钝标准有关 ,取 1.0，则： NF 1 0 8 125.122.08.4410 75.02.1 在 20 孔两个端面只需要采用开口垫圈和六 角螺母适当夹紧后本夹具即可安全工作 . 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两个定位销，这两个定位销的尺寸与公差规定为与本零件在工作时与其相匹配轴的尺寸与公差相同，即 10620 k 。此外，这两定位销共同保证加工孔偏斜的角度，其中心连线与工作台面成 10 角。 （ 2）计算钻套中心线与工作台的垂直度误差。 钻套外径 510g 与衬套孔 710H 的最大间隙为： 0 2 6.0)0 1 1.0(0 1 5.0m a x 衬套外径 615r 与钻模板孔 715H 的最大间隙为： 005.0023.0018.0m a x 则钻套中心与工作台平面的垂直度误差为： 0.026-0.005=0.021。 （ 3）计算定位销轴与工作台的平行度误差。 定位销轴与夹具体孔的最大间隙为： 0 3 4.00 0 1.00 3 5.0m a x 夹具体孔的长度为 14mm，则上述间隙引起的最大平行度误差为： 0.034/14，即 0.24/100。 4、夹具设 计及操作的简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该考虑提高劳动生产率。为此，设计采用了快换装置。拆卸时，松开夹紧螺母 12 扣，拔下开口垫圈，实现工件的快换。攻螺纹时，松开压紧螺母即可替换可换钻套，进行攻螺纹加工。 5、 钻床夹具的装配图见附图 参考文献 1、赵家奇 ,机械制造工艺学课程设计指导书 (2 版 ),机械工业出版社 ,2006 年 . 2、曾志新 ,吕明主编 ,机械制造技术基础 ,:武汉理工大学出版社 ,2001 年 . 3、李益明主编 ,机械制造工艺设计简 明手册 ,机械工业出版社 ,1993 年 . 4、肖诗纲主编 ,切削用量手册 ,机械工业出版社 ,1993 年 . 5、 金属切削机床夹具设计手册 .上海柴油机厂工艺设备研究所编 ,机械工业出版社， 1987 年 . CA6140 车床拨叉 零件图 :