831002拔叉的数控加工编程机械设计图纸资料
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设计说明书 设计题目设计题目设计“CA6140 车床拨叉，型号 831002”零件的机械加工工艺及 工艺设备 目录目录 序言 一 零件的分析1 （一）零件的作用1 （二）零件的工艺分析2 二 工艺规程的设计3 （一）确定毛坯的制造形式.3 （二）基面的选择3 （三）制定工艺路线3 （四）机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定5 （五）确立切削用量及基本工时7 三 夹具设计.13 （一）问题的提出13 （二）夹具设计.13 四 参考文献.17 序言序言 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，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。 一一、零件的分析零件的分析 （一）（一）零件的作用零件的作用 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25 孔与操 纵机构相连，二下方的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。 （二）（二）零件的工艺分析零件的工艺分析 CA6140 车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。 分述如下： 1.以25mm 孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括：25H7mm 的孔，以及42mm 的 圆柱两端面，其中主要加工表面为25H7mm 通孔。 2.以60mm 孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括： 60H12 的孔， 以及60H12 的两个 端面。主要是60H12 的孔。 3.铣 16H11 的槽 这一组加工表面包括： 此槽的端面， 16H11mm 的槽的底面， 16H11mm 的槽两侧面。 4.以 M221.5 螺纹孔为中心的加工表面。 这一组加工表面包括：M221.5 的螺纹孔，长 32mm 的端 面。 主要加工表面为 M221.5 螺纹孔。 这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是： （1） 60 孔端面与25H7 孔垂直度公差为 0.1mm.。 （2） 16H11mm 的 槽 与 25H7 的 孔 垂 直 度 公 差 为 0.08mm。 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。 二二、工艺规程设计工艺规程设计 ( ( ( (一一) ) ) )确定毛坯的制造形式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。 （二）基面的选择（二）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25 021 . 0 0 + 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42 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，这在以后还要专门计算，此处不 再重复。 （三）制定工艺路线（三）制定工艺路线 制定工艺路线的出发点,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夹具,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 工序一粗、钻、扩、铰、精铰25、60 孔 工序二粗、精铣60、25 孔下端面。 工序三粗、精铣25 孔上端面 工序四粗、精铣60 孔上端面 工序五切断。 工序六铣螺纹孔端面。 工序七钻22 孔（装配时钻铰锥孔） 。 工序八攻 M221.5 螺纹。 工序九粗铣 半精铣 精铣槽所在的端面 工序十粗铣 半精铣 精铣 16H11 的槽。 工序十一检查。 上面的工序加工不太合理，因为由经验告诉我们大多数都应 该先铣平面再加工孔，那样会更能容易满足零件的加工要求，效 率不高，但同时钻两个孔，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25 孔上端面。 工序二粗、精铣25 孔下端面。 工序三钻、扩、铰、精铰25 孔。 工序四钻、扩、铰、精铰60 孔。 工序五粗、精铣60 孔上端面 工序六粗、精铣60 孔下端面。 工序七切断。 工序八铣螺纹孔端面。 工序九钻22 孔（装配时钻铰锥孔） 。 工序十攻 M221.5 螺纹。 工序十一粗铣 半精铣 精铣槽所在的端面 工序十二粗、半精铣 精铣 16H11 的槽。 工序十三检查。 上面工序可以适合大多数生产， 但是在全部工序中间的工 序七把两件铣断，对以后的各工序的加工定位夹紧不方便，从而 导致效率较低。再看另一方案。 3. 工艺路线方案三 工序一粗、精铣25 孔上端面。 工序二粗、精铣25 孔下端面。 工序三钻、扩、铰、精铰25 孔。 工序四钻、扩、铰、精铰60 孔。 工序五粗、精铣60 孔上端面 工序六粗、精铣60 孔下端面。 工序七铣螺纹孔端面。 工序八钻22 孔（装配时钻铰锥孔） 。 工序九攻 M221.5 螺纹。 工序十粗铣 半精铣 精铣槽所在的端面。 工序十一粗、半精铣 精铣 16H11 的槽。 工序十二切断。 工序十三检查。 此方案仍有先钻孔再铣平面的不足， 所以这个方案仍不是最好 的工艺路线综合考虑以上各方案的各不足因素，得到以下我的工 艺路线。 4. 工艺路线方案四 工序一以42 外圆为粗基准，粗铣25 孔下端面。 工序二精铣25 孔上下端面。 工序三以25 孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰 25 孔,孔的精度达到 IT7。 工序四以25 孔为精基准，粗铣60 孔上下端面。 工序五以25 孔为精基准， 精铣60 孔上下端面， 保证 端面相对孔的垂直度误差不超过 0.1。 工序六以25 孔为精基准，钻、镗、铰60 孔，保证空 的精度达到 IT8。 工序七以25 孔为精基准，铣螺纹孔端面。 工序八以25 孔为精基准，钻20 孔（装配时钻铰锥 孔） 。 工序九以25 孔为精基准， 钻一个20 孔， 攻 M221.5 螺纹。 工序十以25 孔为精基准，铣槽端面。 工序十一以25 孔为精基准， 铣 16H11 的槽保证槽的侧面 相对孔的垂直度误差是 0.08。 工序十二两件铣断 工序十三检查。 虽然工序仍然是十三步，但是效率大大提高了。工序一和工 序二比起工艺路线方案二快了一倍（实际铣削只有两次，而且刀 具不用调整） 。多次加工60、25 孔是精度要求所致。 以上工艺过程详见图 3。 （四）机械加工余量（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定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， 毛坯重量 1.45kg，生产类型为中批量，铸造毛坯。 据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余 量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1. 外圆表面（42） 考虑其零件外圆表面为非加工表面， 所以外圆表面为铸造 毛坯， 没有粗糙度要求，因此直接铸造而成。 2. 外圆表面沿轴线方向长度方向的加工余量及公差（25， 60 端面） 。 查机械制造工艺设计简明手册 （以下称工艺手册 ） 表 3.126，取25，60 端面长度余量均为 2.5（均为双边 加工） 铣削加工余量为： 粗铣 2mm 半精铣 0.7mm 3. 内孔（60 已铸成50 的孔） 查工艺手册表 2.22.5，为了节省材料，取60 孔已铸成孔长度余量为 3，即铸成孔半径为 50mm。 工序尺寸加工余量： 钻孔5mm 扩孔0.5mm 铰孔0.1mm 精铰0mm 同上，零件25 的孔也已铸出15 的孔。 工序尺寸加工余量： 钻孔至23 余量为 8mm 扩孔钻1.8 mm 粗铰孔0.14 mm 精铰孔0.06 mm 4. 槽端面至中心线垂直中心线方向长度加工余量 铸出槽端面至中心线 47mm 的距离，余量为 3mm。 工序尺寸加工余量： 粗铣端面2.1 mm 半精铣0.7 mm 精铣0.2 mm 5. 螺纹孔顶面加工余量 铸出螺纹孔顶面至25 孔轴线且垂直轴线方向 40mm 的距 离，余量为 4 mm 工序尺寸加工余量： 粗铣顶面3.1 mm 半精铣0.7 mm 精铣0.2 mm 6. 其他尺寸直接铸造得到 由于本设计规定的零件为中批量生产， 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。 （五）确立切削用量及基本工时五）确立切削用量及基本工时 工序一 以42 外圆为粗基准，粗铣25 孔上下端面。 1. 加工条件 工件材料：HT200,b=0.16GPa HB=200241,铸造。 加工要求：粗铣25 孔上下端面。 机床： X53 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 ap=4,齿数 z=10,故据切削用量简明手册 （后简称切削手册 ）取刀具直径 do=80mm。选择刀 具前角o0后角o15，副后角o=10，刀齿 斜角s=15,主刃 Kr=60,过渡刃 Kr=30,副刃 Kr=5过渡刃宽 b=1.5mm。 2. 切削用量 1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择 ap=1.3mm，一次走刀即可完成 所需长度。 2）每齿进给量 机床功率为 10kw。查切削手册f=0.080.15mm/z。由于 是对称铣，选较小量 f=0.15 mm/z。 3）查后刀面最大磨损及寿命 查机械切削用量手册表 8，寿命 T=180min 4）计算切削速度 按2表 14， V=1.84 n=7.32 f V=6.44 5）计算基本工时 tmL/ Vf=(90+36)/6.44=6.99min。 工序二 精铣25 孔上下端面。 1. 加工条件 工件材料：HT200,b=0.16GPa HB=200241,铸造。 加工要求：精铣25 上下端面。 机床： X6140 卧式铣床。 刀具： W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀,牌号 YG6。铣削宽度 ae=60,深度 ap=4,齿数 z=10,故据切削用量简明手册 （后简称切削手册 ）取刀具直径 do=80mm。选择刀 具前角o5后角o8，副后角o=8，刀齿 斜角s=10,主刃 Kr=60,过渡刃 Kr=30,副刃 Kr=5过渡刃宽 b=1mm。 2. 切削用量 1） 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择 ap=1.0mm，一次走刀即可 完成所需长度。 2） 每齿进给量 机床功率为7.5kw。 查 切削手册 表5f=0.140.24mm/z。 由于是对称铣，选较小量 f=0.14 mm/z。 3） 查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表 8，寿命 T=180min 4） 计算切削速度 按 切削手册 表 14， 查得 Vf6.44mm/s， 5） 计算基本工时 tmL+182/ Vf=(2+182)/6.44=5.9min。 工序三 以25 孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰 25 孔，孔的精度达到 IT7。 1. 选择钻床及钻头 选择 Z5125A 钻床，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻 时 do=23mm，钻头采用双头刃磨法， 2.选择切削用量 （1）决定进给量 由 do=23mm,查2表 5 按钻头rmmf/57. 047. 0= 按机床强度查1表 10.1-2 选择rmmf/8 . 1056 . 0 = 最终决定选择机床已有的进给量rmmf/48. 0= （2）耐用度 查2表 9 T=4500s=75min （3）切削速度 查1表 10.1-2 n=50-2000r/min 取 n=1000r/min. .计算工时 min19. 0 100048. 0 1280 1 = + = nf L tm 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：选高速钢扩孔钻min/1000rn=rmmf/8 . 07 . 0= mmd8 .24 0 = min12. 0 100075. 0 1280 2 = + = nf L tm 铰孔：选高速钢铰刀min/1000rn=rmmf/6 . 23 . 1= mmd94.24 0 = min07. 0 10003 . 1 1280 3 = + = nf L tm 精铰：选高速钢铰刀min/1000rn=rmmf/6 . 23 . 1= 725 0 Hd= min07. 0 10003 . 1 1280 4 = + = nf L tm min45. 0 4321 =+= mmmmm ttttT 工序四 以25 孔为精基准，钻、粗镗、 精镗60 孔， 保证孔的精度达到 IT7。 1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 do=55mm，钻头采用双头 刃磨法。 选择 Z5163A 钻床n=22.41000r/min,f=0.0631.2mm/r. 2.选择切削用量 （1）决定进给量 查2表 5 钻头进给量rmmf/2 . 10 . 1= 按 钻 头 强 度 选 择rmmf/0 . 1=按 机 床 强 度 选 择 rmmf/9 . 0= 最终决定选择 Z5163A 机床已有的进给量rmmf/8 . 0= （2）计算工时 选择 n=600r/min 所以min07. 08 . 0600/ )2312(=+= m t .选择镗刀 选择高速钢镗刀， 粗镗时 do=59.9mm 选择卧式镗床 T68, 粗镗时v=20-35 m/min,f=0.3-1.0 mm/r 精镗时 v=15-30 m/min,f=0.15-0.5 mm/r 工序五 粗铣 半精铣 精铣槽 16H11 的端面 1. 选择机床刀具 选择立式铣床 X53K 硬质合金钢 Yab 端铣刀60= p a 2. 切削用量 查 2 表 5f=0.140.24mm/r T=180min取 f=0.15mm/rv=1.84m/min n=7.32r/minmin/44. 6mVf= 3. 计算工时 s19. 4 44. 6 243 1 = + = nf L tm 半精铣 04s. 4 44. 6 242 2 = + = nf L tm 23s. 8ttT m2m1m =+= 工序六精铣槽 16H11 本道工序精铣槽之前已进行了粗铣和半精铣工步， 此工序精 铣槽须满足各技术要求包括：槽宽 16H11，槽深 8H12，槽两 侧面粗糙度为 3.2，槽底面粗糙度为 6.3。 1. 选择机床及刀具 机床x61W 型万能铣床 刀具错齿三面刃铣刀铣槽 do=16mm 查1表 8 国家标准 GB1118D=160mmd=40mm L=16mm齿数 z=24 2. 计算切削用量 （1） 由1表 9.41 和3查得走刀量 f=0.67 mm/r （2） 铣刀磨钝标准和耐用度 由1表 9.46 查得 磨钝标准为 0.20.3 表 9.47 查得 耐用度为 T=150min （3） 切削速度 由1 式 3.2 v P u w Y f X p m q V k zaaaT dC V VVV v 0 v= 查表 9.48 得其中： 修正系数0 . 1= v k 40= V C2 . 0= v q1 . 0= v X 4 . 0= v Y5 . 0= v u1 . 0= v pm=0.5 mm z f af028. 0 24 67. 0 =6= w a8= p a 代入上式，可得 v=49.5m/min=0.82m/s （4） 确定机床主轴速度 min/5 .390/5 . 6 1000 rsr dw v ns= 由3按机床选取主轴转速为 6.33 r/s 所以 实际切削速度为 min/2 .196/27. 3 1000 msm dn v ww = 3. 计算切削工时 s zna yl v L T ff m 77.32= + = 工序七 铣螺纹孔顶面 1. 选择机床及刀具 机床：X53K 立式铣床。 刀具：硬质合金钢端铣刀,牌号 YG6。 2. 切削用量 1） 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择 ap=1.5mm，一次走刀即可 完成所需长度。 2） 刀具耐用度 查2表寿命 T=180min。 3） 计算切削速度 查2得Vc0.38mm/s，n=1.53r/min,Vf=1.42mm/s s16. 1 20.28 85 . 1 = + = nf L tm 工序八 两件铣断 三三、夹具设计夹具设计 设计工序设计工序精铣槽精铣槽 16H1116H1116H1116H11的夹具。的夹具。 （一）（一） 问题的提出问题的提出 本夹具要用于精铣槽 16H11，对槽 16H11 的要求有：槽宽 16H11 精度等级为 IT12 级，槽深 8H12 精度等级为 IT12 级，槽 两侧面粗糙度为 3.2，槽底面粗糙度为 6.3。本道工序只精铣一下 槽即达到各要求，因此，在本道工序加工时，我们应首先考虑保 证槽的各加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。 （二）（二） 夹具设计夹具设计 1定位基准的选择 拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准 的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工 艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会 增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困 难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。 因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加 工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较 高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所 以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高 加工精度。25 的孔和其两端面都已加工好，为了使定 位误差减小，选择已加工好的25 孔和其端面作为定位 精基准，来设计本道工序的夹具，以两销和两已加工好 的25 孔的端面作为定位夹具。 为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺 母作为夹紧机构。 2切削力和夹紧力计算 （1）刀具：高速钢错齿三面刃铣刀 160mmz=24 机床：x61W 型万能铣床 由3所列公式 得 F V FzF wq u e y z X pF nd zafaC F 0 = 查表 9.48 得其中： 修正系数0 . 1= v k 30= F C83. 0= F q0 . 1= F X 65. 0= F y83. 0= F u8= P az=24 0= F w 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= 4321 KKKK 其中： 1 K为基本安全系数 1.5 2 K为加工性质系数 1.1 3 K为刀具钝化系数 1.1 4 K为断续切削系数 1.1 所以NKFF7 .1775= （2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由()FKffN=+ 21 其中 f 为夹紧面上的摩擦系数， 取25. 0 21 =ff F= z P+GG 为工件自重 N ff F N4 .3551 21 = + = 夹紧螺钉： 公称直径 d=20mm， 材料 45 钢性能级数为 6.8 级 MPa B 1006=MPa B s 480 10 8= 螺钉疲劳极限：MPa B 19260032. 032. 0 1 = 极限应力幅：MPa k kkm a 76.51 1lim
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