拨叉零件的加工工艺设计及钻扩铰3×ø6孔

机械设计制造技术课程设计 说 明 书设计题目：制定拨叉零件的加工工艺 设计及钻、扩、铰36孔 学生： 学号： 专业： 班级： 指导老师：目 录序言1一. 零件分析 21.1 零件作用 21.2零件的工艺分析 2二. 工艺规程设计22.1确定毛坯的制造形式 22.2基面的选择传 22.3制定工艺路线 32.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 42.5确定切削用量及基本工时10三 夹具设计123.1问题的提出123.2定位基准的选择183.3切削力及夹紧力计算133.4定位误差分析183.5夹具设计及操作简要说明19总 结20致 谢21参考文献 22- 18 -序 言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。拨叉的加工工艺规程及其的夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。一 零件的分析1.1 零件的作用题目给定的零件是CA6140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进行工作。宽度为18mm的槽尺寸精度要求很高，因为在拨叉拔动使滑移齿轮时如果槽的尺寸精度不高或间隙很大时，滑移齿轮得不到很高的位置精度。所以，宽度为18mm的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。1.2 零件的工艺分析拔叉共有2组加工表面：1、 零件两端面，可以后端面加工精度高，可以先以后端面为粗基准加工右端面，再以前端面为精基准加工左端面；2、 以孔和键槽为加工面：这一组面包括30H8孔、键槽、两端的2X450倒角、圆弧面36孔及直齿；经上述分析可知， 对于后两组加工表面，可先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面。零件的结构特点拔叉84009的毛坯为铸造件，在零件图上只有2处位置误差要求，即上顶面与花键中心线的平行度误差0.10， 18H11槽的两侧面与花键中心线的垂直度误差0.08 生产纲领、生产类型的确定根据指导老师要求，设计此零件为铸件，成批大量生产，工艺的安排基本倾向于工序分散原则，设备的选用是通用设备和专用工装，工艺手段以常规工艺为主，新工艺为辅的原则。B. 毛坯的确定CA6140车床拔叉，零件材料HT20-40，硬度190HB210HB，生产类型为大批量生产，毛坯为铸件，灰铸铁的机械加工余量按JZ67-62规定了灰铸铁铸件的三种精度等级和相应的铸件机械加工余量、尺寸偏差和重量偏差，在大批量生产的铸件，采用2级精度铸件，毛坯重量由金属机械加工工艺人员手册表5-2有零件80kg，偏差为7%，故毛坯估算约为1.0kg，采用2级精度铸件，顶面的加工余量和底面的加工余量忽略不计，两侧面的加工余量也忽略不计，由表5-4左右端面的加工余量为30.8，其余部分均为实心部分。故毛坯图如下： 图（2）毛坯图二 工艺规程设计2.1 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，定位基准的选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。2.1.1 粗基准的选择在选择粗基准时，一般遵循下列原则：保证相互位置要求原则；保证加工表面加工余量合理分配的原则；便于工件装夹原则；粗基准一般不得重复使用的原则；为了保证所有加工表面有足够的加工余量，选用加工余量小的表面作粗基准，不要用同一尺寸方向上。两端面，后端面为精加工面，故在铣两端面时，先以后端面为粗基准，粗铣前端面。加工花键底孔时，利用两边侧面找正对称面和以底面为粗基准加工花键底孔。2.1.2 精基准的选择在选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方面，提高工件的加工精度。一般遵循下列原则：基准重合原则；统一基准原则；互为基准原则；自为基准原则；便于装夹原则。为保证定位基准和工序基准重合，加工2-M8螺纹孔、5锥孔，18H11槽以零件的坐端面和花键中心线为精基准，铣上顶面以花键中心线为精基准。2.2 重点工序的说明CA6140拔叉零件的重要加工面有花键底孔、两端面，花键，槽，顶面，材料为HT200，参考机械制造工艺设计简明手册，其加工方法选择如下：2.2.1加工左右两端面根据GB1800-79规定毛坯的公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra12.5m，要达到后端面Ra3.2m的技术要求，需要经过粗铣精铣。2.2.2 加工30圆孔此工序重点在于找正毛坯对称面，故采用螺旋定心夹紧机构，找正对称面，进行加工。零件技术要求底孔的表面粗糙度达到Ra6.3m，毛坯为空心，故采用钻孔扩孔，可以达到要求。2.2.3 加工键零件要求键底面粗糙度Ra1.6m，侧面Ra3.2m，由于此工序在钻底孔工序之后，故采用拉键孔的方法，一次拉削可以达到要求。2.2.4加工圆弧侧面零件上顶面为精加工，粗糙度要求为Ra3.2m，与左端面平行度误差0.10mm，故以孔中心线为精基准，对圆弧侧面进行粗铣精铣。2.2.5 加工36小孔零件技术要求小孔表面要达到表面粗糙度为Ra6.3m，故以键中心线和左端面为精基准，用键心轴定位，采用钻扩铰。2.2.6 加工直齿 零件的直齿加工同样采用键心轴定位，工艺是插齿机插齿。2.3 制订工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的加工精度和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在此零件为大批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具并尽量使工序分散来提高生产率，此外，还应考虑经济效果，使生产成本尽量降低。2.3.1 工艺路线方案一的制订工序：粗铣左端面工序：粗、精铣右端面工序：钻、扩30H8圆孔工序：钻、扩、铰36孔工序：插键槽工序：粗、精铣圆弧侧面 工序：粗、精铣圆弧面 工序：插直齿 工序：铣上顶面 工序 ：倒角工序：去毛刺工序：终检2.3.2 工艺路线方案二的制订工序：粗铣左端面工序：粗、精铣右端面工序：钻30H8圆孔工序：插键槽 工序：粗、精铣上顶面工序：粗、精铣圆弧侧面 工序：粗、精铣圆弧面 工序：钻36通孔 工序：插直齿工序：倒245角工序：去毛刺工序：终检2.3.3 两种工艺路线的比较与分析上述两种方案，工艺路线一把拉花键放在磨削18H11槽之后，在此，工序4、工序5、工序6、工序7、工序8中很难对工件进行定位和夹紧，造成生产率的下降。工艺路线二，一把花键底孔钻削出来后紧接着就是拉花键，这样，后面的工序就很容易对工件进行定位和夹紧，即以花键心轴进行定位，进行螺旋夹紧，此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠。 通过以上的两种工艺路线的优、缺点的分析，最后确定工艺路线二为该零件的加工路线。工艺过程详见机械加工工序卡片。2.4 机械加工余量的确定确定工序（或工步）尺寸的一般方法是：由加工表面的最后工序（或工步）向前推算，前面已经根据有关资料查出了零件各加工表面的加工总余量（即毛坯余量），将加工余量分配给各工序加工余量，然后往前推算工序尺寸。CA6140 的拨叉材料为HT200。毛坯重量约为1.0 kg ，生产类型为由大批量生产，毛坯为铸件，精度为2级铸件，大体尺寸确定，外表面加工面少，根据以上原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸及加工余量如下： 前后端面的加工余量前后端面有30.8mm的加工余量，足以把铸铁的硬质表面层切除。前端面粗铣一次即可，加工余量3mm，工序基本尺寸为83mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.22mm，表面粗糙度Ra5m，上下偏差按“入体原则”确定（以后按照此原则确定）。 后端面粗铣一次，精铣一次，粗铣加工余量2.8mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.22mm，精铣加工余量0.2mm，工序经济精度等级为IT7，公差值0.035mm，表面粗糙度Ra3.2m，工序基本尺寸为80mm。矩形花键底孔要求以矩形花键的外径定心，故先钻中心孔，再扩，最后拉削，内孔尺寸为22H12，见零件图，参照金属机械加工工艺人员手册 表3-59确定孔加工余量的分配。钻孔20mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.13mm。扩孔21mm，工序经济精度等级为IT10，公差值0.084mm，粗糙度Ra6.3m。拉花键 花键孔要求以外径定心：拉削时加工余量参照金属机械加工工艺人员手册取 2=1mm。顶面的加工余量此工序分为两个工步：粗铣顶面；精铣顶面。粗铣加工余量为2.8mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.22mm。精铣加工余量为0.2mm，工序经济精度等级为IT7，公差值0.035mm，表面粗糙度Ra3.2m。18H11槽的加工余量铣削的加工余量：槽底面的铣削余量为50mm，槽侧面的铣削余量为17.9mm，工序经济精度等级为IT12，公差值0.25mm，槽底面表面粗糙度Ra6.3m。磨削的加工余量：槽侧面的磨削余量为0.5mm，工序经济精度等级为IT9，公差值为0.043mm，侧面粗糙度为Ra3.2m。2.5 确定切削用量及基本工时工序：铣端面。1）粗铣左端面=0.25mm/Z (表3-28)=0.35m/s（21m/min） (表3-30)采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。 n=0.637r/s (38.2r/min)按机床选取n=31.5r/min=0.522r/s （表417） 故实际切削速度=0.29m/s切削工时 l=75mm，l=175mm，l=3mm = = =121.2s=2.02min 2）粗铣右端面 粗铣右端面的进给量、切削速度和背吃刀量与粗铣左端面的切削用量相同。 切削工时l=45mm，l=175mm，l=3mm t= =106.8s=1.78min 3）精铣左端面 =0.10mm/Z (表3-28)=0.30m/s（18m/min） (表3-30)采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。 n=0.546r/s (32.76r/min)按机床选取n=31.5r/min=0.522r/s （表417） 故实际切削速度=0.29m/s切削工时 l=75mm，l=175mm，l=3mm t= =302.92s=5.05min工序：钻、扩花键底孔1）钻孔 28f=0.75mm/rK=0.750.95=0.71/s =0.35m/s （21m/min） n=5.57r/s (334r/min) 按机床选取 n=338r/min=5.63r/s 故实际切削速度 =0.35m/s 切削工时 l=80mm，l= 10mm，l=2mm t= =23s （0.4min）2）扩孔 30f=1.07 (表354) =0.175m/s （10.5m/min） n=2.53r/s (151.8r/min) 按机床选取 n=136r/min=2.27r/s 故实际切削速度 =0.16m/s 切削工时 l=80mm，l= 3mm，l=1.5mm t= =35s （0.6min）3） 铰孔切削速度33m/min，进给量mm/r，切削深度1mm走刀一次。主轴转速为530r/min，切削时间=60s 工序：拉花键孔 单面齿升 0.05 （表386） v=0.06m/s （3.6m/min） （表388） 切削工时 （表721） t=式中：h单面余量1.5（由 22 25）； l拉削表面长度80； 考虑标准部分的长度系数，取1.20； K考虑机床返回行程的系数，取1.40； V切削速度3.6m/min； S拉刀同时工作齿数 Z=L/t。 t拉刀齿距， t=(1.251.5)=1.35=12 Z=L/t=80/126齿 t=0.15min (9s) 工序：倒角1.0715 f=0.05/r =0.516m/s n=6.3r/s (378r/min) 按机床选取 n=380r/min=6.33r/s 切削工时 l=2.0mm，l= 2.5mm， t= =14s （0.23min）工序：铣上、下表面 1）粗铣上表面的台阶面 =0.15mm/Z (表3-28)=0.30m/s（18m/min） (表3-30)采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。 n=0.546r/s (33r/min)按机床选取n=30r/min=0.5r/s 故实际切削速度=0.27m/s切削工时 l=80mm，l=175mm，l=3mm = =215s=3.58min 2）精铣台阶面 =0.07mm/Z =0.25m/s（18m/min） 采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。 n=0.455r/s (33r/min)按机床选取n=30r/min=0.5r/s 故实际切削速度=0.27m/s切削工时 l=80mm，l=175mm，l=3mm = =467s=7.7min 3）粗铣下表面保证尺寸75 本工步的切削用量与工步1）的切削用量相同 切削工时 l=40mm，l=175mm，l=3mm = =181.7s=3.03min 工序：钻2-M8底孔（ 6.80） f=0.36/r =0.35m/s n=16.39r/s (983.4r/min) 按机床选取 n=960r/min=16r/s 故实际切削速度=0.34m/s切削工时（表75） l=9.5mm，l= 4mm，l=3 t= =2.86 （0.048min） 工序：攻螺纹2M8 v=0.35m/s (表342) n=13.9 (834r/min) 按机床选取n=850r/min=14.2s 故实际切削速度=0.357m/s。 t = =0.23min工序：铣槽18H11 1）粗铣 =0.10/s =0.30m/s（21m/min） 采用粗齿直柄立铣刀，d=16mm,齿数Z=3。 n=5.97/s (358.2r/min)按机床选取n=380r/min=6.33/s 故实际切削速度=0.32/s切削工时 l=34mm，l=2mm，l=0mm t= =19s 因为要走刀8次，所以切削工时为152s。 2）精铣通槽=0.07/s(表3-28)=0. 25m/s（15m/min） 采用细齿直柄立铣刀，d=12mm,齿数Z=5。 n=6.63r/s 按机床选取n=380r/min=6.33r/s 故实际切削速度=0.24s切削工时 l=35mm，l=2mm，l=0mm t= =16.7s因为走刀两次，所以切削工时为34S。 三 夹具设计3.1 问题的提出为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具经过与指导老师协商，决定设计铣上表面的铣床夹具。 3.2 夹具设计 1定位基准的选择由零件图可知，我们采用侧面作为定位基准，一侧面用气缸压紧。1 切削力和夹紧力计算(1)刀具： 高速三面刃铣刀机床： 立式铣床 由3 所列公式 得 查表 9.48 得其中： 修正系数 z=24 代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=其中：为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1 所以 (2)夹紧力的计算 我们采用汽缸快速夹紧，通过调节进气口的大小来调整夹紧力的大小，同时因为我们钻削力的方向和我们夹紧力的方向相同，因此夹紧力不予计算即可满足要求2.定位误差分析(1)移动时基准位移误差 （式5-5）中： 心轴孔的最大偏差 心轴孔的最小偏差 心轴定位孔与定位销最小配合间隙代入（式5-5）得： = = (2) 转角误差 （式5-6）中： 心轴孔的最大偏差 心轴孔的最小偏差 心轴定位孔与定位销最小配合间隙 削边销孔的最大偏差 削边销孔的最小偏差 削边销定位孔与定位销最小配合间隙其中： 则代入（式5-6）得：则： 定位误差一般允许占工序公差的三分之一至五分之一，小于1.03，经计算，其属于此范围，符合标准。3夹具设计及操作说明如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率.为此,在夹紧方案上我们采用气动夹紧，为了定位准确，我用花键型芯轴定位，铣上表面。总 结时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，课程设计即将结束了，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和CAD等制图软件，为我们踏入设计打下了好的基础。本次设计从零件的毛坯生产到最终成品，中间经历了铣、镗、钻及去毛刺等工序。因为是大批量生产，工序相对而言比较分散，中间就可以省去换刀具和调试的时间。