制定拨叉零件的机械加工工艺及铣削工序专用机床夹具设计
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河北农业大学现代科技学院机械制造工艺学课程设计题 目 制定拨叉零件的机械加工工艺及铣削工序专用机床夹具设计学 部: 工程技术学部 专业班级:学 号:学生姓名: 指导教师:教师职称:二零一五年七月十四日目录封面1序言3第一章、零件的分析41.1零件的作用41.2零件的工艺分析4第二章、工艺规程设计52.1确定毛坯的制造形式52.2基面的选择52.3制定工艺路线5第三章、机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定73.120孔径加工余量计算83.250孔径加工余量计算83.3铣削50上下端面加工余量计算8第四章、确立切削用量及基本工时94.1典型工序工艺分析94.2定位误差分析11第五章、加工50上下端面圆周进给铣床设计115.1问题的提出115.2夹具设计125.4机械传动14 5.5铣床夹具的装配图见附图16 5.6夹具三维效果图如下16第六章、结论176.1结论17参考文献18序言机械制造工艺学课程设计使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。通过设计,我能应熟练运用机械制造工艺学的基本理论,正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧及工艺路线合理安排等问题,保证零件的加工质量;提高结构设计能力,学生通过自己设计夹具的训练,应当掌握如何根据被加工零件的加工要求,设计出高效、省力、经济、合理、又能保证加工质量的夹具;学会使用手册及图表资料,掌握与本设计有关的各种资料并能够熟练应用,也懂的了如何将计算机辅助设计运用到课程设计以及以后的工种当中,在这次设计中,我学会了CAXA,也更熟悉了solidworks和麦迪设计工具的使用。 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。第一章、零件的分析1.1零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,而下方的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。1.2零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.以20为中心的加工表面这一组加工表面包括:20的孔,以及其上下端面,上端面与孔有位置要求,孔壁上有一个装配时钻铰的锥孔,一个M8的螺纹孔。下端有一个47的斜凸台。这三个都没有高的位置度要求。2.以50为中心的加工表面这一组加工表面包括:50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50的孔上下两个端面与20的孔有垂直度要求。由上面分析可知,加工时应先加工一组表面,再以这组加工后表面为基准加工另外一组。第二章、工艺规程设计2.1确定毛坯的制造形式零件材料为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。2.2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。否则,加工工艺过程中回问题百出,更有甚者,还会造成零件的大批报废,是生产无法正常进行。(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。根据这个基准选择原则,现选取20孔的不加工外轮廓表面作为粗基准,利用一组共两块V形块支承这两个32作主要定位面,其中一个固定一个活动限制工件的5个自由度,再以一个平面支撑32下端面限制最后1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,这在以后还要专门计算,此处不再重复。2.3制定工艺路线制定工艺路线得出发点,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能得到合理的保证,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。1.工艺路线方案一工序一 铸造毛坯工序二 粗、精铣20孔上端面。工序三 钻、扩、铰、精铰20、50孔。工序四 粗、精铣50孔上端面工序五 粗、精铣50、20孔下端面。工序六 切断。工序七 钻4孔(装配时钻铰锥孔)。工序八 钻一个4孔,攻M6螺纹。工序九 钻8的销孔加工一半,装配时在钻绞。工序十 铣47凸台。工序十一 检查。上面工序加工效率较高,但同时钻三个孔,对设备有一定要求。且看另一个方案。2.工艺路线方案二工序一 粗、精铣20孔上端面。工序二 粗、精铣20孔下端面。工序三 钻、扩、铰、精铰20孔。工序四 钻、扩、铰、精铰50孔。工序五 粗、精铣50孔上端面工序六 粗、精铣50孔下端面。工序七 切断。工序八 钻4孔(装配时钻铰锥孔)。工序九 钻一个4孔,攻M6螺纹。工序十 钻8的销孔加工一半,装配时在钻绞。 工序十一铣47凸台。工序十二 检查。上面工序可以适合大多数生产,但效率较低。综合考虑以上步骤,得到我的工艺路线。如下图2.3-1所示:机械加工工艺过程卡片图3.2-1第三章、机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定“CA6140车床拨叉”;零件材料为HT200,硬度190210HB,有solidworks评估得:单个成型零件质量 = 0.282 千克体积 = 40329.648 立方毫米表面积 = 13611.254 平方毫米毛皮重量2.2kg。生产类型大批量,采用铸造毛坯,两件合铸。据以上原始资料及加工路线,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:(其中未注公差按IT14级加工)3.120孔径加工余量计算查表2.2-6砂型及壳型铸造一般最小孔径30,所以得到一下工序:加工20孔,查机械制造工艺设计简明手册表20直接钻出,工序尺寸、公差如下表3.1-1 表3.1-1 工序名称工序间余量/mm工序经济精度/mm工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm精铰0.06H7()2020粗铰0.14H9()19.9419.94扩1.8H11()19.819.8钻H12()18183.250孔径加工余量计算查机械制造工艺设计简明手册(以下称工艺手册)表2.2-5和2.3-8,50直接钻出,工序尺寸、公差如下表3.1-2:工序名称工序间余量/mm工序经济精度/mm工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm扩1.5IT11()5050钻4IT13()48.548.5铸孔244.544.52表3.1-23.3铣削50上下端面加工余量计算查工艺手册)表2.3-21平面加工余量以及2.2-5,其基本尺寸和工序尺寸、公差如下表3.1-3工序名称工序间余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精铣0.6IT11()3.21212()半精铣2.0IT12()6.312.612.6()粗铣4IT13()12.514.614.6()毛坯218.618.62表3.1-3由于本设计规定的零件为大批量生产,应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。第四章、确立切削用量及基本工时4.1典型工序工艺分析以20孔为精基准,粗铣50孔上下端面。以知加工材料HT200, ,铸件工件尺寸铣削宽度ae=72mm,长度l=72mm的圆弧平面加工要求用标准硬质合金端铣刀铣削,加工余量h=0.6mm, 机床XA5032行立铣。1. 选择刀具1) 根据查切削手册表1.2选择刀具:W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。根据查切削手册表3.1,查切削手册,铣削宽度ae=72mm,选择刀具直径do=125mm。由于采用标准的硬质合金端面铣刀。查切削手册表3.13故取齿数采用z=12。2.选择切削用量1)决定铣削深度ap由于加工余量不大,一次走刀即可完成所需长度。,铣削深度故可以选择:ap=0.6mm2) 决定每齿进给量每齿进给量 机床功率为7.5kw。查切削手册表3.5f=0.140.24mm/z。由于是对称铣,选较小量f=0.14 mm/z。3)选择铣刀磨钝标准及刀具寿命 根据切削手册表3.7,粗加工时后刀面最大磨损为1.21.8查切削手册表3.8,寿命T=180min4)决定切削速度和每分针进给量切削速度可根据表切削手册3.27中的公式计算,也可以直接由表查出。根据切削手册表3.13,当do=125mm,z=4, apPcc=2.7kw。故校验合格。6)计算基本工时tmL/ Vf=(72+9)/37512=2.592min.加工材料HT200, ,铸件工件尺寸铣削宽度ae=72mm,长度l=72mm的圆弧平面加工要求用标准硬质合金端铣刀铣削,加工余量h=4mm, 机床XA5032行立铣。2. 选择刀具3) 根据查切削手册表1.2选择刀具:W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。根据查切削手册表3.1,查切削手册,铣削宽度ae=72mm,选择刀具直径do=125mm。由于采用标准的硬质合金端面铣刀。查切削手册表3.13故取齿数采用z=4。2.选择切削用量1)决定铣削深度ap由于加工余量不大,一次走刀即可完成所需长度。,铣削深度故可以选择:ap=4mm4) 决定每齿进给量每齿进给量 机床功率为7.5kw。查切削手册表3.5f=0.140.24mm/z。由于是对称铣,选较小量f=0.14 mm/z。3)选择铣刀磨钝标准及刀具寿命 根据切削手册表3.7,粗加工时后刀面最大磨损为1.52.0mm查切削手册表3.8,寿命T=180min4)决定切削速度和每分针进给量切削速度可根据表切削手册3.27中的公式计算,也可以直接由表查出。按切削手册,将f降一级为f=0.5 mm/z。查得 Vc110mm/s,n=252r/min,Vf=577mm/s据XA6132铣床参数,选择nc=235r/min,Vfc=600mm/s,则实际切削速度V c=600.4,实际进给量为fzc=V fc/ncz=0.21mm/z。5)校验机床功率 查切削手册,而机床所能提供功率为Pcm=56.3kwPcc=2.7kw。故校验合格。6)计算基本工时tmL/ Vf=(72+9)/37512=2.592min.结果ap=1.0mm, f=0.21 mm/z, nc=235r/min,Vfc=600.4mm/s.4.2定位误差分析由于加工的零件的设计基准与定位基准重和。所以:同时,=+=0第五章、加工50上下端面圆周进给铣床设计 5.1问题的提出本夹具是用来精铣50m上端面,零件图中50的上端面与20中心孔的轴线有形位公差要求,因此必须保证50的下端面与20中心孔。此工序是粗加工,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。 5.2夹具设计1.定位基准选择 20中心孔的轴线对50的下端面有一定的垂直度公差要求,因此应以20中心孔为主要定位基准。由于铸件的公差要求较大,利用20孔的下端面作为精基准定位时,还必须采用一个辅助销钉对工件的旋转自由度进行限制。2.切削力及夹紧力计算 由于实际加工的经验可知,铣削时的主要切削力为铣刀头的切削方向,即垂直于第一定位基准面,由于本工序夹紧的方向与切削力垂直,所以必须对夹紧力进行估算。铣削力查现代夹具设计手册表3-91当铣削灰铸铁时,工件背吃刀量取=2mm, 铣削宽度=11mm, 铣刀直径D=125mm,齿数z=4,=0.21mm/z.由于同时加工两面,所以则其铣削力P如下:由于采用组合刀具,所以扭矩可以不计卡紧力计算查现代夹具设计手册表3-21为卡紧力计算公式其中: K=k0k1k2k3k4k5k6=1.51.21.01.01.01.01.0=1.8=78.8mm 1=39mm =bh=bh 挤=2912200MP=48N=0.2 =0.8=773N5.3液压油路设计使用液压缸夹紧,采用活塞式液压缸油路图如下5.3-1: 圆周进给铣床液压夹具系给铣床液压夹具系统示意图5.3-11.油箱 2. 过滤器 3.油泵 4.直动型溢流阀5.管道 6.压力表7.单向阀8.可调式节流阀 9.手动换向阀10. 液压旋转接头11.活塞油缸、油路采用定量泵,当液压油路工作时,夹紧工件时,当系统压力增大时,会使流量需求减小。此时溢流阀开启,使多余流量溢回油箱,保证溢流阀进口工作压力,从而保持在整个加工过程中,保持这加持工件的预紧力。该液压油路由于是用于回转类工作台上,所以该装置采用了12通的液压旋转接头其结构如下图5.3-2: 12通的液压旋转接头5.3-2定子边与液压源相连接的,液压缸与转子边相连接,从而保障了避免油路出现如下情况,如下图情况5.3-3 5.3-3液压缸的设计与采用:工件所需的预紧力773N,采用差动式活塞缸估算液压缸工作油压:采用活塞直径D=25,活塞杆采用直径d=15mm5.4机械传动结构采用了涡轮类回转支撑和蜗杆,蜗杆作为输入轴,采用涡轮涡杆传动,从而电机的输出可以直接接到输入涡杆,减少了中间的传动机构的减速器的设计。涡轮蜗杆的设计参数设计时,采用到了电脑辅助设计,利用到了麦迪设计工具,从而生成了符合设计的涡轮蜗杆。其机械传动部份结构简图如下5.4-1和5.4-2:涡轮回转支撑结构示意图5.4-1涡轮回转支撑结构示意图5.4-2回转支承是一种能够承受综合载荷的大型轴承,可以同时承受较大的轴向、径向负荷和倾覆力矩。本夹具采用的是内圈有齿,外圈固定行,有利于减少夹具空间尺寸。5.5铣床夹具的装配图见附图 5.6夹具三维效果图如下第六章、结论6.1结论课程设计是学生在校学习阶段的一个重要的教学环节,其目的是培养学生综合运用所学的专业和基础理论知识,独立解决专业一般工程技术问题的能力。树立正确的设计思想和工作作风。经过半个月的毕业设计,获得如下心得:1.运用机械制造工艺及有关课程的知识,结合生产实习中学到的实践知识。独立地分析和解决工艺问题。初步具有设计一些中等复杂零件的能力。2.能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。学会拟定夹具设计方案。3.熟悉并运用有关手册,能快速查表得到所需的数据。4.有一定的识图制图能力。 通过设计,培养了我综合运用理论知识和专业知识的技能。熟悉一般机械零件的加工工艺过程,设计夹具的能力。参考文献1. 陈宏钧.机械加工工艺设计员手册【M】.北京:机械工业出版社,2010.10.2 . 徐圣群.简明加工工艺手册【M】.上海:科学技术出版社,1991.23. 孟少农.机械加工工艺手册【M】.北京:机械工业出版社,1991.9.4 . 艾兴,肖诗纲主编.切削用量简明手册【M】. 机械工业出版社,19945 . 朱耀祥等.现代夹具设计手册【M】.机械工艺出版社,2010.26. 王先逵.机械制造工艺学第三版【M】.机械工艺出版社,2014.616
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