CA6140车床拨叉831007工艺过程设计
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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D120H102孔降一级双侧加工D250H3.52孔降一级双侧加工T230H5单侧加工T312H5单侧加工T412H5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7.0CT12粗镗4.0IT126.30.956.8半精镗3.0IT103.22.93.2520IT7(D1)钻18IT1117.8918扩1.8IT106.31.7161.910粗铰0.14IT83.20.1070.224精铰0.06IT71.60.0390.0932、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5.0CT1201粗铣20孔下端面4.036.0121.57.7502粗铣20孔上端面4.032.0121.57.7503粗铣50孔上端面4.014.0121.86.3807精铣20孔下端面1.031.080.751.28308精铣20孔上端面1.030.080.751.28310精铣50孔端面1.0212.080.9511.0163、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00后角08,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:其中 ,将以上数据代入公式:确定机床主轴转速: 。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=m/min=118m/minf zc=v fc/ncz=390/30012 mm/z=0.1mm/z5)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 tmL/ 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:tmL/ 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,机床:X51立式铣床根据切削手册查得,。根据简明手册表4.2-36查得,取:,故实际切削速度: 当时,工作台每分钟进给量应为:查说明书,取计算切削基本工时:因此,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o12,二重刃长度b=3.5mm,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度, 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,由切削手册表2.7,系数为0.5,则: 按钻头强度选择:查切削手册表2.8,钻头允许进给量为:;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。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。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8830NFf,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(3)切削速度查切削手册表2.30,切削速度计算公式为: (m/min)其中,查得修正系数:,故实际的切削速度: (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,。由于,故切削用量可用,即:,3、计算工时4、扩孔至19.8查切削手册表2.10,扩孔进给量为:,并由机床使用说明书最终选定进给量为:。根据资料,切削速度 ,其中为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度,故:,根据机床使用说明书选取: 。基本工时: 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 可一次切除,则 。根据简明手册4.2-20查得,取 。根据简明手册4.2-21查得,取:。计算切削基本工时: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:。根据切削手册查得:因此:现采用X51立式铣床,取:,故实际切削速度为:当时,工作台每分钟进给量应为:根据切削手册表4.2-37查得,取:。计算切削基本工时:因此: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:,取为0.5mm/r参考有关手册,确定,采用YG6硬质合金端铣刀,则:现采用X51立式铣床,根据简明手册表4.2-36,取,故实际切削速度: 当时,工作台每分钟进给量:,取为980mm/min本工序切削时间为:min工序08 精铣20上端面,以T1为基准。切削用量同工序07精铣时基本工时:工序09 粗铰、精铰20孔,以T2和32外圆为基准。(1)粗铰至刀具: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0.81.2mm/z,进给量取0.81mm/r,机床主轴转速取为=140r/min,则其切削速度为:。机动时切削工时,=38mm,(2) 精铰至刀具:机床:Z525立式钻床根据有关手册的规定,铰刀的进给量取0.48mm/r,机床主轴转速取为:=140r/min,则其切削速度为:机动时切削工时,=38mm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:,,即27m/min,因此,。现采用X51立式铣床,取 ,工作台每分钟进给量应为:,查机床使用说明书,取 。铣削基本工时:工序11 半精镗50孔,以D1做定位基准。单边余量,可一次切除,则 。由切削手册表1.6查得,进给量取为0.27mm/r。由切削手册表1.1查得,则:查简明手册表4.2-20,取为630r/min。加工基本工时: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:根据切削手册表2.7查得,查Z525机床使用说明书,现取。查切削手册表2.15,计算机床主轴转速:按机床选取,所以实际切削速度为:计算切削基本工时: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0.180.22mm/z,现取f=0.22mm/z,v=17m/min,则:查简明手册表4.2-15,取。所以实际切削速度为:计算切削基本工时:(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:,机床主轴转速为:,按机床使用说明书选取:,则 ;机动时,计算切削基本工时: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:,切削速度为:,则:根据简明手册表4.2-39,取,故实际切削速度为:此时工作台每分钟进给量应为:查切削手册表4.2-40,刚好有。计算切削基本工时: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,。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: 其中:,与加工材料有关,取0.94;与刀具刃磨形状有关,取1.33;与刀具磨钝标准有关,取1.0,则: 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。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。钻套外径与衬套孔的最大间隙为:衬套外径与钻模板孔的最大间隙为: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: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:拨叉零件加工完成图所示拨叉零件加工。图1拨叉一、分析零件工艺结构性;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。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)以14为中心的加工表面这一组加工表面包括:14的孔,以及其上下端面,上端面与孔有位置要求(2)以40为中心的加工表面这一组加工表面包括:40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40的孔上下两个端面与14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。二、选用毛坯或明确来料状况;零件材料为ZG45。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。有的采用HT200三、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14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25作主要定位面,限制5个自由度,再以一个销钉限制最后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。四、制订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。工序一 以5外圆为粗基准,粗铣14孔下端面。工序二 精铣14孔上下端面。工序三 以14孔上端面为精基准,钻、扩、铰、精铰14孔,保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。工序四 以14孔为精基准,钻、扩、铰、精铰40孔,保证空的精度达到IT7。工序五 切断。工序六 以14孔为精基准,粗铣40孔上下端面。工序七 以14孔为精基准,精铣40孔上下端面,保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.07。五、确定加工设备、工装、量具和刀具或辅助工具;机床:X6140卧式铣床。摇臂钻床刀具:W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,硬质合金锥柄机用绞刀,高速钢麻花钻钻头量具:千分尺,游标卡尺拨叉所用的夹具如下图7-2所示。图2拨叉夹具六、填写工艺文件相关理论知识车床主要用于加工零件的内、外圆柱面、圆锥面、回转成形面、螺纹以及端平面等。根据加工特点和夹具在机床上安装的位置,将车床夹具分为两种基本类型。1.车床夹具的类型(1)安装在车床主轴上的夹具 这类夹具,加工时夹具随机床主轴一起旋转,切削刀具作进给运动。(2)安装在滑板或床身上的夹具对于某些形状不规则和尺寸较大的工件,常常把夹具安装在车床滑板上,刀具则安装在车床主轴上作旋转运动,夹具作进给运动。加工回转成形面的靠模属于安装在床身上的夹具。2.车床专用夹具的典型结构2.1心轴类车床夹具心轴类车床夹具多用于工件以内孔作为定位基准,加工外圆柱面的情况。常见的车床心轴有锥柄式心轴、顶尖式心轴等。图3心轴2. 2角铁式车床夹具角铁式车床夹具的结构特点是具有类似角铁的夹具体。它常用于加工壳体、支座,接头类零件上的圆柱面及端面。当被加工工件的主要定位基准是平面,被加工面的轴线对主要定位基准面保持一定的位置关系(平行或成一定的角度)时,相应地夹具上的平面定位件设在与车床主轴轴线相平行或成一定角度的位置上。图4角铁式车床夹具1-平衡块2-防护罩3-钩形压板2.3花盘式车床夹具花盘式车床夹具的夹具体为圆盘形。在花盘式夹具上加工的工件一般形状都较复杂,多数情况是工件的定位基准为圆柱面和与其垂直的端面。夹具上的平面定位件与车床主轴的轴线相垂直。图5花盘式夹具1-平衡块2-工件3-压板4-螺栓2.4安装在拖板上车床夹具通过机床改装(拆去刀架,小拖板)使其固定在大拖板上,工件直运动,刀具则转动。这种方式扩大车床用途,以车代镗,解决大尺寸工件无法安装在主轴上或转速难以提高的问题。3.车床夹具设计要点(1)定位装置的设计要求在车床上加工回转面时 要求工件被加工面的轴线与车床主轴的旋转轴线重合,夹具上定位装置的结构和布置,必须保证这一点。因此,对于轴套类和盘类工件,要求夹具定位元件工作表面的对称中心线与夹具的回转轴线重合。对于壳体、接头或支座等工件,被加工的回转面轴线与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时,应以夹具轴线为基准确定定位元件工作表面的位置。(2)夹紧装置的设计要求 在车削过程中,由于工件和夹具随主轴旋转,除工件受切削扭矩的作用外,整个夹具还受到离心力的作用。此外,工件定位基准的位置相对于切削力和重力的方向是变化的。因此,夹紧机构必须产生足够的夹紧力,自锁性能要可靠。对于角铁式夹具,还应注意施力方式,防止引起夹具变形。(3)夹具与机床主轴的连接车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的回转精度有决定性的影响。因此,要求夹具的回转轴线与主轴轴线应具有尽可能高的同轴度。心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合连接,用螺杆拉紧。有的心根据径向尺寸的大小,其它专用夹具在机床主轴上的安装连接一般有两种方式;图6 1) 对于径向尺寸D140mm,或D(23)d的小型夹具,一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中,并用螺杆拉紧。这种连接方式定心精度较高。 如图6上图所示 2) 对于径向尺寸较大的夹具。一般通过过渡盘与车床主轴头端连接。过渡盘的使用,使夹具省去了与特定机床的联接部分,从而增加了通用性,即通过同规格的过渡盘可用于别的机床。同时也便于用百分表在夹具校正环或定位面上找正的办法来减少其安装误差。因而在设计圆盘式车床夹具时,就应对定位面与校正面间的同轴度以及定位面对安装平面的垂直度误差提出严格要求。如图6中下所示(4)总体结构设计要求车床夹具一般是在悬臂的状态下工作,为保证加工的稳定性,夹具的结构应力求紧凑、轻便,悬伸长度要短,使重心尽可能靠近主轴。由于加工时夹具随同主轴旋转,如果夹具的总体结构不平衡,则在离心力的作用下将造成振动,影响工件的加工精度和表面粗糙度,加剧机床主轴和轴承的磨损。因此,车床夹具除了控制悬伸长度外,结构上还应基本平衡。角铁式车床夹具的定位装置及其它元件总是安装在主轴轴线的一边,不平衡现象最严重,所以在确定其结构时,特别要注意对它进行平衡。平衡的方法有两种:设置配重块或加工减重孔。为保证安全,夹具上的各种元件一般不允许突出夹具体圆形轮廓之外。此外,还应注意切屑缠绕和切削液飞溅等问题,必要时应设置防护罩。4.车床夹具的安装误差夹具的安装误差值与下列因素有关:(1)夹具定位元件与本体安装基面的相互位置误差。(2)夹具安装基面本身的制造误差以及与安装面的连接误差。1)对于心轴。夹具的安装误差就是心轴工作表面轴线与中心孔或者心轴锥柄轴线间的同轴度误差。2)对于其它车床专用夹具,一般使用过渡盘与主轴轴颈连接。当过渡盘是与夹具分离的机床附件时,产生夹具安装误差的因素是:定位元件与夹具体止口轴线间的同轴度误差,或者相互位置尺寸误差;夹具体止口与过渡盘凸缘间的配合间隙,过渡盘定位孔与主轴轴颈间的配合间隙5.思考与练习试编制如下零件的加工艺过程。拨叉零件的工艺规程及夹具设计1前言 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,为今后参加祖国的建设打下一个良好的基础。 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。2零件的分析2.1零件的作用 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22孔与操纵机构相连,二下方的55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。2.2零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:2.2.1小头孔以及与此孔相通的的锥孔、螺纹孔2.2.2大头半圆孔2.2.3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。3 确定生产类型 已知此拨叉零件的生产类型为中批量生产,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。4确定毛坯4.1 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,故选择铸件毛坯。查机械制造工艺及设备设计指导手册(后称指导手册)选用铸件尺寸公差等级CT9级。4.2 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 加工面代号 基本尺寸 加工余量等级 加工余量 说明 D1 22mm G 3.02 孔降一级双侧加工 D2 55mm G 3.02 孔降一级双侧加工 T2 73mm 3 单侧加工 T3 50mm G 2.5 单侧加工 T4 73mm 3 单侧加工 表 14.3绘制铸件零件图:5工艺规程设计5.1选择定位基准:工序 工序内容 定位基准 工序 工序内容 定位基准 010 粗铣两端小头孔上端面 T1及小头孔外圆 090 扩中间孔 T1及小头孔外圆 020 粗铣中间孔上端面 T1及小头孔外圆 100 半精镗中间孔 T1及小头孔外圆 030 粗铣中间孔下端面 T3及小头孔外圆 110 钻2-锥销孔、螺纹孔、功螺纹 T1及小头孔 040 精铣两端小头孔上端面 T1及小头孔外圆 120 铣断 T1、D1 050 精铣中间孔上端面 T1及小头孔外圆 130 去毛刺 060 精铣中间孔下端面 T3及小头孔外圆 140 检查 070 扩两端小头孔 T1及小头孔外圆 150 若某道工序有误返工 080 精铰两端小头孔 T1及小头孔外圆 表 25.1.1 粗基准的选择:以零件的底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。 5.1.2 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。5.2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。查指导手册,选择零件的加工方法及工艺路线方案如下: 5.3选择加工设备和工艺设备 5.3.1 机床的选择: 工序010060均为铣平面,可采用XA5032立式铣床。 工序070080采用Z550钻床。 工序090100采用镗床。 工序110采用钻床。多刀具组合机床。 工序120采用铣断机床。 5.3.2 选择夹具:该拨叉的生产纲领为中批生产,所以采用专用夹具。 5.3.3 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,由于精度不高,可采用硬质合金铰刀。 5.3.4选择量具:两小头孔、中间孔均采用极限量规。 5.3.5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。5.4机械加工余量、工序尺寸及公差的确定5.4.1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 (D2) 铸件 6 CT9 扩孔 5.8 IT12 6.3 2.0 6.25 半精镗 0.2 IT10 3.2 0.05 0.25 扩孔 5.84 IT12 6.3 2.0 6.25 精铰孔 0.06 IT7 1.6 0.05 0.25 表 35.4.2 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 2.5 CT9 010 粗铣两端小头孔上端面 2 50.5 12 1.60 3.60 020 粗铣中间孔上端面 2.5 27 12 1.65 6.5 030 粗铣中间孔下端面 2.5 21 12 1.75 6.5 040 精铣两端小头孔上端面 0.5 50 11 0. 35 1.16 050 精铣中间孔上端面 0.5 20.5 10 0.47 1.12 060 精铣中间孔下端面 0.5 20 10 0.47 1.12 表 45.4.3确定切削用量及时间定额:工序010 以T1为粗基准,粗铣22孔上端面。5.4.4. 加工条件工件材料:HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求:粗铣22孔上端面。机床:XA5032立式铣床。刀具:W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae=60,深度apPcc。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。5.4.7计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。5.5.工序020和工序030 以T1及小头孔外圆为基准55孔上下端面。5.5.1. 加工条件工件材料:HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求:精铣55上端面。机床:XA5032立式铣床。刀具:W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae=60,深度apPcc。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。5.5.2.6计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。工序070和080以T1及小头孔外圆为基准,扩、精铰22孔,保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。5.5.3. 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o12,二重刃长度b=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度 5.5.4.选择切削用量5.5.4.1)决定进给量查切 所以, 按钻头强度选择 按机床强度选择最终决定选择机床已有的进给量 经校验 校验成功。5.5.4.2)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5.5.4.3)切削速度查切 修正系数 故。查简明手册机床实际转速为故实际的切削速度5.5.5.计算工时 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: 精铰: 5.6.工序090和100 T1及小头孔外圆为基准,扩、半精镗55孔。5.6.1. 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 5.6.2.选择切削用量5.6.2.1)决定进给量查简明手册 按钻头强度选择 按机床强度选择最终决定选择Z550机床已有的进给量 经校验 校验成功。5.6.2.2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,寿命扩孔后刀面最大磨损限度(查简明手册)为0.9.mm,寿命铰和精铰孔后刀面最大磨损限度(查简明手册)为.mm,寿命5.6.2.3切削速度查切 修正系数 故。查简明手册机床实际转速为故实际的切削速度 扩铰和半精铰的切削用量同理如下: 扩钻: 半精铰: 5.6.3.计算工时 所有工步工时相同。6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110钻2-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。6.1问题的提出 本夹具是用来钻两个22mm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.6.2夹具设计6.2.1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.6.2.2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.6.2.3定位误差分析 零件图规定大孔与小孔的中心距为65mm.采用自动对中夹具后,定位误差取决于对中块螺杆以及滑块的制造误差.同时,对对中块利用调整螺钉进行调整并加装钻套后,钻孔后的误差只有0.08mm.在后续的铣断工序中,利用中间大孔定位,孔壁与定位销的配合间隙为0.05mm.因此加工完成后大孔与小孔的中心距的最大误差为 0.08+0.05=0.130.2mm所以能满足精度要求.6.2.4该夹具用于加工位置在同一中心线上的非回转零件上半径R=520的孔,被加工孔中心距可达123。 使用时,只需按被加工零件的要求,配置专门的钻模板,通过手柄,使丝杆带动V型块做自定心式移动,以便夹紧或松开零件。6.3钻床夹具的装配图(见附图)7参考文献赵家奇编,机械制造工艺学课程设计指导书2版.-北京:机械工业出版社,2000.10. 李云主编,机械制造及设备指导手册.- 北京:机械工业出版社,1997.8孟少农主编,机械加工工艺手册.-2-北京:机械工业出版社,1991.9.徐圣群主编,简明加工工艺手册。上海科学技术出版社,1991.2
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