设计拔叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备(doc13页)

机械制造工艺课程设计说明书设计题目：设计拔叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备专业：机械工程及自动化指导老师：学生：学号： 200706040000成都理工大学2010.12.20机械制造工艺学课程设计任务书题目 :设计 ”CA6140 车床拨叉 ”零件的机械加工工艺规则及工艺装备拨叉零件 831008 生产纲领 30000 件/年。内容：1.零件图1 张2.毛坯图1 张3.机械加工工艺过程综合卡片1 张4.结构设计装配图1 张5.结构设计零件图1 张6.课程设计说明书1 份一 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0.021作用。零件上方的 20 0孔与操纵机构相连，二下方的54 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：小头孔 20 以及与此孔相通的8 的锥孔、 M6 螺纹孔以 54 为中心的加工表面0.46这一组加工表面包括： 54 0的孔，以及其上下两个端面。这两组表面有一定的位置度要求 ,即54 00.460.021的孔上下两个端面与 20 0的孔有垂直度要求。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 确定生产类型已知此拨叉零件的生产纲领为 30000 件/年，零件的质量是 1.0Kg/ 个，查机械制造工艺及设备设计指导手册 321 页表 15-2，可确定该拨叉生产类型为大批生产，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，生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。查机械制造工艺及设备设计指导手册324 页表 15-5 选用铸件尺寸公差等级CT9 级。2 确定铸件加工余量及形状：机械制造工艺及设备设计指导手册 325 页表 15-7，选用加工余量为 MA-G 级，并查表 15-8 确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选者及加工余量如下表所示：简图加基本尺寸加工加工说明工余量余量面等级代号D120mmG3.02孔 降 一级 双 侧加工D254mmG3.02孔 降 一级 双 侧加工T270mm6.5单 侧 加工T332mmG2.5单 侧 加工T470mm6.5单 侧 加工3 绘制铸件零件图（另见图纸）四 工艺规程设计(一) 选择定位基准1 粗基准的选择：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0.021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 20 0孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块位面，限制 5 个自由度，再以一个销钉限制最后后进行铣削。V 形块支承这两个 32 作主要定 1 个自由度，达到完全定位 ,然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。 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。查机械制造工艺及设备设计指导手册346 页表15-32、 15-33、15-34，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：工序工序内定位基准容1 粗铣两 T1 及小头孔外圆端小头孔上端面2 粗铣中 T1 及小头孔外圆间孔上端面3 粗铣中 T3 及小头孔外圆间孔下端面4 精铣两 T1 及小头孔外圆端小头孔上端面5 精铣中 T1 及小头孔外圆间孔上端面6 精铣中 T3 及小头孔外圆间孔下端面7 扩两端 T1 及小头孔外圆小头孔8 精铰两 T1 及小头孔外圆端小头孔9 扩中间 T1 及小头孔外圆孔半精镗中间孔010钻T1 及小头孔2-8（三）选择锥销加 工 设 备孔、M6螺纹和 工 艺 设孔、功M6螺备纹011铣断T1、D11 机 床012去毛刺的选择：013检查工序014若某道001 006均工序有为铣平面，可误返工采 用 X6140卧式铣床工序 007 008 采用钻床。工序 009 010 采用镗床。工序 011 采用钻床。多刀具组合机床。工序 012 采用铣断机床。2 选择夹具：该拨叉的生产纲领为大批生产，所以采用专用夹具。3 选择刀具：在铣床上加工的各工序，采用硬质合金铣刀即可保证加工质量。在铰孔 54H13，由于精度不高，可采用硬质合金铰刀。4 选择量具：两小头孔、中间孔均采用极限量规。5 其他：对垂直度误差采用千分表进行检测，对角度尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具即可。（四）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：加工孔加加精 度工序尺寸表 面 粗工序余量工工等级糙度最最内余Ra(m)小大容量54H1铸6CT949 2.03（D2） 件扩5.8IT12536.32.06.2孔5半0.2IT10543.20.050.2精5镗20扩5.84IT12186.32.06.2孔5精0.06 IT70. 021铰20 0孔2 平面工序尺寸：工 序 工 序 加 工 基 本 经 济号内容余量尺寸精度铸件2.5CT9001粗 铣258.512两 端小 头孔 上端面002粗 铣62712中 间孔 上端面003粗 铣62112中 间孔 下端面004精 铣0.55811两 端小 头孔 上端面005精 铣0.520.510中 间孔 上端面006精 铣0.52010中 间孔 下端面1.60.050.25工序工序余量尺寸最小最偏差大01.603.600.2501.656.50.2501.756.50.2500. 351.160.160.060.471.120.060.060.471.120.063 确定切削用量及时间定额：工序 001 至 003 以 T1 为粗基准，粗铣 20 孔上下端面。加工条件工件材料： HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：粗铣 20 孔上端面。机床： X6140 卧式铣床。刀具：W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀 ,牌号 YG6。铣削宽度 ae<=60,深度 ap<=4, 齿数 z=10,根据机械制造工艺设计简明手册 （后简称简明手册）取刀具直径 do=80mm。选择刀具前角 o 5后角 o8，副后角 o=8，刀齿斜角 s= 10,主刃 Kr=60,过渡刃 Kr =30,副刃 Kr =5过渡刃宽 b=1mm。 切削用量铣削深度 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。Cvdo qvK v计算切削速度按简明手册，V c= Tma p X v f z yv ae uvZpv算得 Vc98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s据 XA6140 铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s, 则实际切削速度Vc=3.14*80*475/1000=119.3m/min, 实 际 进 给 量 为fzc=Vfc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。校验机床功率查简明手册 Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。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。计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min 。工序 004 到工序 006 以 T1 及小头孔外圆为基准精铣1. 加工条件54 孔上下端面。工件材料： HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：精铣54 上端面。机床： X6140 卧式铣床。刀具： W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀 ,牌号 YG6。铣削宽度 ae<=60,深度 ap<=4,齿数 z=10,故据简明手册取刀具直径 do=80mm。选择刀具前角 o 5后角 o 8，副后角 o=8，刀齿斜角 s= 10,主刃 Kr=60,过渡刃 Kr=30,副刃 Kr =5 过渡刃宽 b=1mm。2. 切削用量1） 铣削深度 因为切削量较小， 故可以选择 ap=1.0mm，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。查简明手册 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简明手册表3.7，后刀面最大磨损为1.01.5mm。查简明手册表3.8，寿命 T=180min4） 计算切削速度按简明手册，查得 Vc 98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s据 XA6132 铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s, 则实际切削速度Vc=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 查简明手册 Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为 Pcm>Pcc。故校验合格。最终确定 ap=1.0mm，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 007 和 008 以 T1 及小头孔外圆为基准， 扩、精铰 20 孔，保证垂直度误差不超过 0.05mm,孔的精度达到 IT7。1. 选择钻头选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双头刃磨法，后角o 12，二重刃长度b=2.5mm,横刀长 b=1.5mm,宽 l=3mm,棱带长度 l11.5mm21 2 0010302.选择切削用量（1）决定进给量查切fld301.530.70 0.86mm / r20所以， f0.70mm/ r按钻头强度选择 f1.75mm / r按机床强度选择 f 0.53mm/ r最终决定选择机床已有的进给量f0.48mm / r经校验 F f6090Fmax 校验成功。（2）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查简明手册 ）为 0.5 . mm，寿命 T60 min （3）切削速度查切 vc18mm / r修正系数K TV 1.0 K MV 1.0 K tv 1.0Kxv 1.0 K1v 1.0K apv10 故 vc18mm / r 。1000v318.3r / minnsd 0查简明手册机床实际转速为nc 272r / minvcd0 ns15.4mm / r1000故实际的切削速度 .计算工时L30100.10 mintm2721.45nf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： n272r / minf0.48mm / rvc15.4m / m i n d019.8mm精铰： n272r / minf0.48mm / rvc15.4m / m i n d020IT 7工序 009 和 010 T1 及小头孔外圆为基准，扩、半精镗 54 孔。1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=48mm，钻头采用双头刃磨法，后角 o11，二重刃长度b=11mm,横刀长 b=5mm,弧面长 l=9mm,棱带长度l1 3mm 21 2 0010302.选择切削用量（ 1）决定进给量查简明手册f1.0 1.2mm/ r按钻头强度选择 f2mm / r按机床强度选择 f0.53mm/ r最 终 决 定 选 择Z550 机 床 已 有 的 进 给 量 f0.40mm / r经 校 验Ff 1 2 2 6 0 2 4 5 2 0 Fma x 校验成功。（ 2）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查简明手册 ）为 0.81.2mm，寿命 T 140 min 扩孔后刀面最大磨损限度（查简明手册 ）为 0.9 . mm ，寿命T60 min铰和精铰孔后刀面最大磨损限度（查简明手册）为 . .mm，寿命 T 120min（ 3）切削速度查切 vc20mm / r修正系数 K TV1.0 K MV 1.0K tv 1.0Kxv 1.0 K1v 1.0K apv10故 vc 20mm / r 。1000v132.6r / minnsd0查简明手册机床实际转速为nc125r / minvcd0 ns18.8mm/ r1000故实际的切削速度扩铰和半精铰的切削用量同理如下：扩钻： n125r / minf 0.40mm / rvc19.5m / m i n d049.75mm半精铰： n125r / minf0.40mm / rvc19.6m / m i n d050 IT 7 .计算工时L17180.52 mintm1250.53nf所有工步工时相同。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 011钻 2-8 锥销孔。本夹具将用于组合机床，刀具为两根麻花钻，对两个孔同时加工。(一)问题的提出本夹具是用来钻两个20mm 的小头孔 ,零件图中大小孔的中心距有公差要求 ,因此这两个小头孔的中心距也有一定的公差要求 .另外 ,此中心线为三个侧平面的设计基准 ,有一定的垂直公差要求 .但此工序只是粗加工 ,因此本工序加工时主要考虑如何提高劳动生产率 ,降低劳动强度 ,而精度则不是主要问题 .(二)夹具设计1 定位基准选择底面对孔的中心线有一定的垂直度公差要求 ,因此应以地面为主要定位基准 . 由于铸件的公差要求较大 ,利用小头孔的外圆表面作为辅助定位基准时 ,只有采用自动对中夹具才能同时保证对称的两个零件的大小孔的中心距的公差要求.为了提高加工效率 ,现决定采用两把麻花钻同时加工出两个8mm 的通孔 .2 切削力及夹紧力计算由于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 ,即垂直于第一定位基准面 ,在两侧只需要采用两个 V 型块适当夹紧后本夹具即可安全工作 . 因此 ,无须再对切削力进行计算 .本步加工可按钻削估算卡紧力。实际效果可以保证可靠的卡紧。轴向力FiC F d Mf0f yM kF420 0.0061 .01.00.8 1.0 2.52N扭矩 McCM d0zM f yM kM0.206 0.0062.01.00.8 1.07.416 10 6 N M 由于扭矩很小，计算时可忽略。F f5.04NF卡紧力为2取系数 S1=1.5 S2=S3=S4=1.1 则实际卡紧力为F=S1*S2*S3*S4*F=10.06N使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧， 调节卡紧力调节装置， 即可指定可靠的卡紧力。3 定位误差分析零件图规定大孔与小孔的中心距为 68mm.采用自动对中具后 ,定位误差取决于对中块 螺杆以及滑块的制造误差 . 本工序采用一定位销， 一挡销定位， 工件始终靠近定位销的一面， 而挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于卡具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。4 钻床夹具的装配图（另见图纸）