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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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