0026-拔叉加工工艺及铣端面专用夹具设计
0026-拔叉加工工艺及铣端面专用夹具设计,加工,工艺,端面,专用,夹具,设计
机械加工工序卡片产品型号831002零件图号产品名称零件名称拔叉共 1 页第 1页车间工序号工序名材料牌号 4铣拨叉脚端面HT20-40毛柸种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数铸件 1 1设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床X51 2夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件工序号工序内容工艺装备主轴转速r/min切削速度m/min进给量mm/r背吃刀量mm进给次数工步工时机动辅助 1 以25孔的两端面为基准粗铣两端面至13mmRa6.3高速钢套式面铣刀游标卡尺16040.20.831 2精铣两端面至12mmRa6.3高速钢套式面铣刀游标卡尺16040.20.811设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期(厂名) 机械加工工艺过程卡片 产品型号零件图号产品名称零件名称 拨叉共 页第 页 材料牌号 HT20_40毛坯种类铸件毛柸外形尺寸每毛坯可制造件数 1 每台件数1备注工序号工序名称 工 序 内 容车间工段设备工 艺 装 备 工时准件单件1精铣拨叉头两端面立式铣床X51端铣刀,游标卡尺2精铣拨叉头左端面立式铣床X51端铣刀,游标卡尺3粗扩,精扩,倒角25孔四面组合钻床麻花钻,扩孔钻,铰刀卡尺,塞规4校正拨叉脚钳工台手锤5粗铣拨叉脚两端面卧式双面铣床三面刃铣刀,游标卡尺6铣叉爪口内侧面立式铣床X51铣刀,游标卡尺7粗铣操纵槽底面和内侧面立式铣床X51键槽铣刀,卡规深度卡尺8精铣拨叉脚两端面卧式双面铣床三面刃铣刀,游标卡尺9钻,攻丝M22螺纹孔四面组合钻床符合钻头,卡尺10去毛刺钳工台平挫11中检塞规,百分表,卡尺12热处理拨叉脚两端面局部淬火淬火机等描图13校正拨叉脚钳工台手锤14磨削拨叉脚两端面平面磨床M7120A砂轮,游标卡尺描校15清洗清洗机16终检塞规,百分表,卡尺机 械 制 造 技 术 基 础 课 程 设 计 题 目:拨叉工艺及(CA6140)12d11 俩端面专用夹 具设计 一、设计题目 制定拔叉工艺及 12d11 俩端面专用夹具设计 二、原始资料 (1) 被加工零件的零件图 1 张 (2) 生产类型:(中批或大批大量生产) 三、上交材料 1绘制零件图 1 张 2毛坯图 1 张 3编制机械加工工艺过程综合卡片 1 套 4编制机械加工工艺卡片(仅编制所设计夹具对应的那道工序的机械加工 工艺卡片) 1 套 5绘制夹具装配图(A0 或 A1) 1 张 6绘制夹具中 1 个零件图(A1 或 A2。装配图出来后,由指导教师为学生 指定需绘制的零件图,一般为夹具体) 。 1 张 7编写课程设计说明书(约 5000-8000 字) 。 1 份 四、进度安排 本课程设计要求在 3 周内完成。 1第 l2 天查资料,熟悉题目阶段。 2第 37 天,完成零件的工艺性分析,确定毛坯的类型、制造方法和机械 加工工艺规程的设计并编制出零件的机械加工工艺卡片。 3第 810 天,完成夹具总体方案设计(画出草图,与指导教师沟通,在 其同意的前提下,进行课程设计的下一步) 。 4第 1113 天,完成夹具总装图的绘制。 5第 1415 天,零件图的绘制。 6第 1618 天,整理并完成设计说明书的编写。 7第 19 天,完成图纸和说明书的输出打印。 8第 2021 天,答辩 五、指导教师评语 该同学在课程设计过程中表现 认真,工艺路线 夹具设计方案 ,说明书及图纸质量 ,综合 评定其成绩为 。 成 绩: 指导教师 日 期 摘 要 本次课程设计的题目是拔叉(CA6140)12d11 俩端面专用铣床 夹具设计,通过此次设计,使课本上学到的理论知识在这次课程设 计中得到实践,机械制造基础课本及课程设计指导书上学到的知识, 诸如,定位误差的计算,机床类型的选择,加工方式的选择,夹具 体设计应注意的问题等,在这次课程设计中都得到了应用,增加了 自己理论联系实际的能力: 1能熟练运用机械制造基础书中的运基本理论知识,正确解决 了一个零件在加工时的定位和夹紧以及工艺路线的安排,选择合理 的方案,进行必要的计算,根据题意设计出符合要求的低成本夹具, 保证零件的加工质量。 2提高结构设计能力,收集有关资料,掌握正确的夹具设计思 想、方法和手段,学会了正确使用有关手册及其它技术资料,分析 研究结构工艺性问题。 3.知道如何定位,如何加紧,以及定位误差的计算。 4进一步了解了有关机床、刀具和量具等的工装知识。 关键词: 拔叉 定位夹紧 夹具体设计 Abstract The course design is the subject of a fork (CA6140) design two end special milling fixture 12d11, through this design, the theoretical knowledge to maketextbooks to get practice in this course design, school textbooks to machinery manufacturing base and curriculum design guide book knowledge, such as, to calculate the location error, machine tool type choice, the choice of processing methods, clip should pay attention to specific design problems, and have been applied in the curriculum design, increase their ability of integrating theory with practice: 1 familiar with basic theory knowledge of machinery manufacturing base in the book, the correct solution to a part positioning in the processing and the clampand the line of the arrangement, select reasonable scheme, carry out the necessary calculations, the design to meet the requirements of low cost fixture,guarantee the quality of parts. 2 to improve the design ability, collect relevant information, grasp the fixture design ideas, methods and means of correct, learn the right use of manuals andother technical information, analysis of the structure of technological problems. 3 know how to position, how to step up, calculation and positioning error. 4 further understand the machine tool, tool and measuring tools, tooling knowledge. Keywords: fork positioning and clamping fixture design 目 录 1 拔叉的工艺分析及生产类型的确定 1 1.1 拔叉的用途 1 1.2 拔叉的技术要求 1 1.3 审查工件的工艺性 2 1.4 确定拔叉的生产类型 2 2 确定毛坯,绘制毛坯简图 2 2.1 选择毛坯 2 2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 2 2.3 绘制拔叉铸造毛坯简图 3 3 拟定拔叉工艺路线 3 3.1 定位基准的选择 3 3.1.1 精基准的选择 3 3.1.2 粗基准的选择 4 3.2 零件表面加工方法的选择 4 3.3 确定工艺路线5 4 确定切削用量及基本工时 .6 4.1 拨叉脚端面 A 铣削用量及基本时间的确定7 5 夹具的设计 .9 5.1 问题的提出 .9 5.2 夹具设计的有关计算 .10 5.2.1 定位基准的选择 .10 5.2.2 切削力及夹紧力计算 .10 5.3 夹具结构设计及操作简要说明.11 6 课程设计体会 .11 7 参考资料.12 1 拔叉的工艺分析及生产类型的确定 1.1 拔叉的用途 题目所给的零件是 CA6140 车床的拔叉。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 25 孔与操纵机构相连,下方的 60 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。 1.2 拔叉的技术要求 加工表面 m尺 寸 及 偏 差 公差及精度等级 m表 面 粗 糙 度 Ra形 位 公 差 螺纹孔顶面 距 25 孔中 心线 36mm IT12 6.3 拨叉脚底面 离圆中心线 2mm IT12 6.3 拔叉脚两端面 12 IT11 3.2 0.1 A 拔叉脚内表面 60 3.00.3,IT12 3.2 拔叉头孔 25 21.00.021,IT7 1.6 槽内侧面 16 .0.11,IT11 3.2 0.08 A 槽底面 8 015. 0.015, IT12 6.3 槽端面 距 25 孔中 心线 44 mm03.- IT12 6.3 1.3 审查工件的工艺性 根据零件图的尺寸及其精度要求,可以先加工 A 面及 22 花键底孔,而后其它 表面的加工以这两个表面为精基准进行。 1.4 确定拔叉的生产类型 设 Q=4000 件/年;结合生产实际,备品率 a%和废品率 b%分别取 3%和 0.5%。代入公式(1-1)得 N=4000 件/(1+3%)(1+0.5%)=4326 件/年 拔叉重量为 1.45kg,由查表 1-3 知,拔叉属于轻型零件;由表 1-4 知,该拔 叉的生产为中批生产。 2 确定毛坯的制造方法 2.1 选择毛坯 零件材料为 HT200 灰铸铁,考虑到零件需加工表面少,精度要求不高,有 强肋,且工作条件不差,既无交变载荷,又属于间歇工作,故选用金属型铸件, 以满足不加工表面的粗糙度要求及生产纲量要求。 2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 由表 2-3 和表 2-4 可知,要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量,应先确 定如下各因素。 1. 公差等级 由拔叉的功用和技术要求 熔模铸件的形状一般都比较复杂,铸件上可铸 出孔的最小直径可达 0.5mm,铸件的最小壁厚为 0.3mm。在生产中可将一些原来 由几个零件组合而成的部件,通过改变零件的结构,设计成为整体零件而直接 由熔模铸造铸出,以节省加工工时和金属材料的消耗,使零件结构更为合理。 故选用熔模铸造,确定该零件公差等级为 CT810。(表 2-1) 2. 铸件重量 已知机械加工后拔叉件的重量为 1.45kg,由此初步估计机械加工前铸件毛 坯重量为 2.0kg。 3. 机械加工余量等级 由以上确定用熔模铸造,且材料为灰铸铁,确定机械加工余量等级范围为 (RMA)D。(表 2-5) 4.锻件形状复杂系数 对拨叉零件图进行分析计算,可大致确定锻件外廓包容体的长度宽度和高度, 即 l=175mm.b=82mm,h=86mm,由公式(2-3),(2-5)可计算出拨叉锻件的形状复杂 系数 S=m /m =2/17582867.510 =0.22,介于 0.16-0.32 之间,所以拨tN6- 叉的形状复杂系数是 S3 3 拟定拨叉工艺路线 3.1 定位基准的选择 定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一,定位基准选择得正确与合 理,可以使加工质量得到保证,生产率得以提高,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。 、粗基准的选择: 该零件属于一般轴类零件,以外圆为粗基准就已经合理了(夹持长四点定 位),为保证 A 面与花键孔轴线垂直,以便于保证以该两面为定位精基准时其 它表面的尺寸精度加工要求,可以把 A 面与花键底孔放在一个工序中加工,因 而该工序总共要消除 X,Y,Z,X,Y 五个自由度(建立空间坐标系为:以花键 孔轴线方向为 Z 轴,垂直花键孔轴线,平行槽、花键、肋板对称线并且从槽 180+0.012 指向 80+0.03 的方向为 X 轴,同时垂直于 X 轴、Z 轴的方向为 Y 轴, 取坐标原点为花键孔轴线与 A 面的交点为原点),用三爪卡盘卡 夹持外圆柱面。消除 X,Y,X,Y 四个自由度,再用一个浮动支承顶住 B 面, 消除 Z 自由度,达到定位要求。 、精基准的选择: 主要考虑基准重合问题,要遵循基准统一原则,所以选择用拨叉头左端面 作为精基准。 3.2 零件表面加工方法的选择: 拨叉脚 2 端面:先粗至 13mm,Ra6.3,再精铣至 12mm,Ra3.2 根据拔叉零件 图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度,确定加工各表面的加工方法,如表 3-2 所示。 加工表面 公差及精度 等级 m表 面 粗 糙 度 Ra加工方法 备注 螺纹孔顶面 IT12 6.3 粗铣 表 1-8 拨叉脚底面 IT12 6.3 粗铣 表 1-8 拔叉脚两端面 IT11 3.2 粗铣半精铣 表 1-8 拔叉脚 60 孔表 面 IT12 3.2 粗镗半精镗 表 1-7 拔叉头 25 孔 IT7 1.6 钻扩粗铰精绞 表 1-7 槽内侧面 IT11 3.2 粗铣 半精铣 表 1-8 槽底面 IT12 6.3 粗铣 半精铣 表 1-8 槽端面 IT12 6.3 粗铣 表 1-8 3.3 确定工艺路线 在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上,表 3-3 列出了拔叉的工艺路 线 工时工 序 号 工序名称 工 序 内 容 车 间 工 段 设备 工 艺 装 备 准 件 单件 1 精铣拨叉头 两端面 立式铣床 X51 端铣刀,游标卡尺 2 精铣拨叉头 左端面 立式铣床 X51 端铣刀,游标卡尺 3 粗扩,精扩, 倒角 25 孔四面组合钻床 麻花钻,扩孔钻, 铰刀 卡尺,塞规 4 校正拨叉脚 钳工台 手锤 5 粗铣拨叉脚 两端面 卧式双面 铣床 三面刃铣刀,游标 卡尺 6 铣叉爪口内 侧面 立式铣床 X51 铣刀,游标卡尺 7 粗铣操纵槽 底面和内侧 面 立式铣床 X51 键槽铣刀,卡规深 度卡尺 8 精铣拨叉脚 两端面 卧式双面 铣床 三面刃铣刀,游标 卡尺 9 钻,攻丝 M22 螺纹孔 四面组合 钻床 符合钻头,卡尺 10 去毛刺 钳工台 平挫 11 中检 塞规,百分表,卡 尺 12 热处理拨 叉脚两端面 局部淬火 淬火机等 13 校正拨叉脚 钳工台 手锤 14 磨削拨叉脚 两端面 平面磨床 M7120A 砂轮,游标卡尺 15 清洗 清洗机 16 终检 塞规,百分表,卡 尺 4 确定切削用量及基本工时(机动时间) 在工艺文件中还要确定每一工步的切削用量。 (1)切削用量指:背吃刀量 asp(即切削深度 ap)、进给量 f 及切削速度 Vc 。 (2)确定方法是:确定切削深度确定进给量确定切削速度 (3)具体要求是: 由工序或工步余量确定切削深度: 精、半精加工全部余量在一次走刀中去除; 在中等功率机床上一次走刀 ap可达 810mm。 按本工序或工步加工表面粗糙度确定进给量: 对粗加工工序或工步按加工表面粗糙度初选进给量后还要校验机床进给机 构强度 可用查表法或计算法得出切削速度 Vc 查 ,用公式 换算出查表或计算法所 得的转速 nc 查 ,根据 Vc 查 在选择机床实有的主轴转速表中选取接近的主轴转速 n 机 作为实际的转速,再用 换算出实际的切削速度 Vc 机 填入工艺文件中。对粗 加工,选取实际切削速度 Vc 机 、实际进给量 f 机 和背吃刀量 asp之后,还要校验 机床功率是否足够等,才能作为最后的切削用量填入工艺文件中。 4.1 拨叉脚端面 A 铣削用量及基本时间的确定: (1)、加工条件 工件材料:HT200 正火, b=220MPa,190220HBS 加工要求:粗铣拨叉脚端面。 机床选择:为 X51 卧式铣床,采用端铣刀粗铣。 机床功率:4.5kw 工件装夹:工件装夹在铣床专用夹具上。 (2)、确定切削用量及基本工时 (2.1) 粗铣 1)、选择刀具: 根据工艺手册表 3.1-27,选择用一把 YG6 硬质合金端铣刀,其参数为: 铣刀外径 d0=100mm,铣刀齿数 Z=10。 2)、确定铣削深度 a p: 单边加工余量 Z=3,余量不大,一次走刀内切完,则:a p=3mm 3)、确定每齿进给量 fz: 根据切削手册表 3.5,用硬质合金铣刀在功率为 4.5kw 的 X51 铣床加 工时,选择每齿进给量 fz=0.140.24mm/z,由于是粗铣,取较大的值。现取: fz=0.15mm/z 4)、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度: 根据切削手册表 3.7,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.01.5mm,现 取 1.2mm,根据切削手册表 3.8 铣刀直径 d0=100mm 的硬质合金端铣刀的耐 用度 T=180min。 5)、确定切削速度 Vc: 根据切削手册表 3.16 可以查 Vc: 由 ap=3mm fz=0.15mm/z,查得 Vc=72mm/z n=235mm/z V=360mm/z 根据 X51 型卧铣床说明书 nc=160r/min Vc=40.2 mm/min (横向) 实际切削速度和齿进给量: 6)、计算基本工时: t=28.8s (2.2) 精铣 1)、选择刀具: 根据工艺手册表 3.1-27,选择用一把 YG6 硬质合金端铣刀,铣刀外径 d0=100mm,铣刀齿数 Z=10 2)、确定铣削深度 ap: 由于单边加工余量 Z=1,故一次走刀内切完,则:a p= 1 mm 3)、确定每齿进给量 fz: 由切削手册表 3.5,用硬质合金铣刀在功率为 4.5kw 的 X51 铣床加工 时,选择每齿进给量 fz=0.140.24mm/z,半精铣取较小的值。现取: fz=0.14mm/z 4)、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度: 根据切削手册表 3.7,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.01.5mm,现 取 1.2mm,根据切削手册表 3.8 铣刀直径 d0=100mm 的硬质合金端铣刀的耐 用度 T=180min。 5)、确定切削速度 Vc: 根据切削手册表 3.16 可以查 Vc: 由 ap4mm z=0.14mm/z,查得: Vc=110mm/z n=352mm/z V=394mm/z 根据 X51 型卧铣床说明书 nc=210 r/min Vc= 52.78mm/min 实际切削速度和每齿进给量: 6)、计算基本工时: t=28.8s 所以本工序的基本时间为: T=t1+t2=28.8+28.8=57.6 5 夹具设计 为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动成本,需要设计专用夹具。 5.1 问题的提出: 本夹具主要用于第 4 道工序铣拨叉脚 2 端面,由于该端面精度要求不高, 所以,在本道工序加工时,要考虑如何提高劳动生产率。 5.2 夹具设计的有关计算: 、定位基准的选择: 粗铣铣拨叉脚 2 端面时,应该选取拨叉左端面作为基准。所以夹具设计 时,底面应该再加一块挡板,这样就把零件定位在夹具上了。 、切削力及夹紧力计算: 刀具:YG6 硬质合金端铣刀 (见切削手册表 3.28) 其中: CF=54.5,a p=4.5,X F=0.9,f Z=0.18,Y F=0.74,a e=28,U F=1.0,d 0=100,q F=1. 0,n=255,W F=0,Z=10 F=54.54.5 0.90.180.742810/(1002550)166.1(N) 水平分力:F H=1.1F 实 182.7(N) 垂直分力:F V=0.3F 实 49.8(N) 在计算切削力时,必须安全系数考虑在内。 安全系数: K=K 1K2K3K4。 其中:K 1=1.5 K2=1.1 K3=1.1 K4=1.1 F =KFH=(1.51.11.11.1)182.7=364.8 (N) 实际加紧力为 F 加 = KFH/(U1*U2)=364.8/0.5=729.6 (N) 其中 U1 和 U2 为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数,U1=U2=0.025 螺母选用 M42x1.5 细牙三角螺纹,产生的加紧力为 W=2M/D2tg(a+6055)+0.66(D3- d3 )/(D 2- d2) 其中: M=19000 N.M D2=18mm a=2 029, D=42mm d=25mm 解得: W=17845 (N) 此时螺母的加紧力 W 已大于所需的 729.6 的加紧力 F 加,故本夹具可安全 工作。 心轴取材料为 Q235 查表得 Q235 的许用弯曲应力为: 158Mpa 弯曲应力=M/Wz=32FL/ 3.14 d3=99.4X32X0.028/3.14X(0.022)2 =2.67 许用弯曲应力 158Mpa (3)定位误差分析 由于左端面是靠着夹具体上的,在误差允许的情况下,肯定会产生相应的 误差,所以应该尽量底面与垂直面提高垂直度,以减小误差。夹具体的主要定 位元件是心轴和支撑板,查表 2-40 标准公差等级是 IT7 标准公差值是 21um, 心轴的定位误差计算公式为 Dy=( d+ D) /2 查 表 得 D=0.021mm, d=0.013mm, Dy=0.017mm,采用六点定位原理为基础,水 平方向定位误差为 0,符合要求 5.3 夹具结构设计及操作简要说明: 如夹具图所示,在设计夹具时,应该注意提高劳动率。为此,在螺母夹紧 时采用开口垫圈,以便装卸,夹具体底面上的一对定位挡板可使整个夹具在机 床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工。夹具上装有对刀块装置,可 使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀(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上有一正确的安装位置,以有 利于铣削加工。 6 课程设计体会 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练,是帮着我们迈向社会, 毕业设计的第一步,也是基础, “千里之行,始于足下”通过这次课程设计,我 深深的体会到这句话的含义,更知道了凡事应该由自己动手,自己去思考,机 械制造工艺与机床夹具课程设计是机械制造工艺与机床夹具课程教学的一个不 可或缺的辅助环节。它是我全面地综合运用本课程及其有关先修课程的理论和 实践知识进行加工工艺及夹具结构设计的一次重要实践。培养了自己编制机械 加工工艺规程和机床夹具设计的能力,为以后搞好毕业设计和去工厂从事工艺 与夹具设计做了一些必要的准备。通过本课程设计自己的收获如下:培养了自 己综合运用机械制造工艺学及相关专业课程(工程材料与热处理、机械设计、 互换性与测量技术、金属切削加工及装备等)的理论知识,结合金工实习、生 产实习中学到的实践知识,独立地分析和解决机械加工工艺问题,初步具备设 计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力,根据被加工零件的技术要求,运 用夹具设计的基本原理和方法,学会了拟订夹具设计方案,完成夹具结构设计。 使自己提高了应用有关手册、标准、图表等技术资料的能力,掌握了从事工艺 设计的方法和步骤。进一步培养了自己机械制图、设计计算、结构设计和编写 技术文件等的基本技能。培养了自己解决工艺问题的能力,为今后进行毕业设 计和去工厂从事工艺与夹具设计打下了良好的基础。 参考文献 1 苏翼林.材料力学M.北京:人民教育出版社,1979 2 赵 俊,楮乃雄.AG 材料床身的结构设计J,1996,26(03):27-29 3 机床夹具设计手册.王光斗.王春富.上海科学技术出版社 4 机械制造技术基础.黄健求.机械工业出版社 5 互换性与测量技术基础.王伯平. 机械工业出版社 6 机械图形学.李凤平.张士庆.苏猛.屈振生.东北大学出版社
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