CA6140车床拨叉[831005] 加工工艺及铣8槽夹具设计[版本1]说明书资料

1 机械制造工艺学 课程设计说明书 设计题目： 设计“ CA6140 车床”拨叉零件的机械加工 工艺规程及工艺装备（中批量生产） 设计者 指导教师 张永丹 刘学斌 天津工程师范学院 机制 0202 班 2006 年 1 月 3 日 2 天津工程师范学院 机械制造工艺学课程设计说明书 题目 设计“ CA6140 车床”拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备（中批量生产） 内容 1.零件图 一 张 2毛坯图 一 张 3机械制造加工工艺过程综合卡片 一张 4结构设计装配图 一张 5结构设计零件图 一张 6课程设计说明书 一份 3 需要 CAD 图 纸 ， 扣 扣 414951605 4 前 言 通过机床工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体 (如公差于配合、机械零件设计、金属切削机床、机械制造工艺等 )。让我 们对所学的专业课得以巩固、复习及实用，在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用更加深刻的熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！ 在些次设计中我们主要是设计 CA6140 拨叉的铣床夹具。在此次课程设计过程中，我小组成员齐心协力、共同努力完成了此项设计。在此期间查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点，尤其是教务处张永丹老师，我系刘学斌老师的大力帮助，在此表示感谢！ 5 机制 0202班 第 G小组 2006 年 1月 15 日 一 设计的目的： 机械制造工艺学课程设计 ,是在学完机械制造工艺学及夹具设计原理课程，经过生产实习取得感性知识后进行的一项教学环节；在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成的一项工程基本训练。同时，也为以后搞好毕业设计打下良好基础。通过课程设计达到以下目的： 1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。 2、通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。通过学生亲手设计夹具（或量具）的训练，提高结构设计的能力 。 6 3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强学生解决工程实际问题的独立工作能力。 二 零件的分析 （一）、零件的作用： 题目给定的零件是 CA6140 拨叉（见附图 1）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 18+0.0120mm 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 18+0.0120mm 的槽和滑 移齿轮的配合精度要求很高。 （二）、 零件的工艺分析 ： CA6140 拨叉共有两组加工表面。 1. 以花键孔的中心线为基准的加工面 这一组面包括 25+0.230mm 的六齿方花键孔、 22+0.280花键底孔两端的 2X150到角和距中心线为 27mm 的平面。 2. 以工件右端面为基准的 8+0.030 mm 的槽和 18+0.120mm 的槽 经上述分析可知， 对于两组加工表面，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。 二、工艺规程设计 (一 ) 确定毛坯的制造形成。 7 零件材料 HT200、考虑到此零件的工作过程中并有变载荷和冲击性载荷，因此选用锻件，以使金属纤维尽量 不被切断，保证零件的工作可靠。由于生产纲领为中批生产而且零件的尺寸并不很大，故可采取模锻成型。经查金属机械加工工艺人员手册表 5-5 取等级为 2 级精度底面及侧面浇注确定待加工表面的加工余量为 30.8mm。毛坯零件图如下图： （二）基准的选择。 1. 粗基准的选择：因为要保证花键的中心线垂直于右端面，所以以 40 的外圆表面的粗基准。 2. 精度基准的选择：为保证定位基准和工序基准重合，以零件的A 面为精基准。 (二 ) 制定工艺路线。 方案一 工序： 1. 粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端 15倒角。 2. 粗、精铣削 B 面。 3. 铣削 8+0.030mm的槽。 4. 铣削 18+0.0120mm的槽。 5. 拉花键。 方案二 工序： 1. 粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端 15倒角。 以 8 40mm圆柱面为粗基准。选用 C3163-1 转塔式六角车床及三爪卡盘夹具。 2. 拉花键。以 A 面为基准， 3. 铣削槽 B 面。以花键的中心线及 A 面为基准。选用 X62W 卧式铣床加专用夹具 4. 铣削 8+0.030mm 的槽。以花键的中心线及 A 面为基准。选用 X62W卧式铣床加专用夹具。 5. 铣削 18+0.0120mm 的槽。以花键的中心线及 A 面为基准。选用X62W 卧式铣床加专用夹具。 方案分析 ： 上述两方案中，工艺方案一把拉花键放在最后一道工序。但此方案中 2.3.4 工序很难对工件进行定位和加紧、方案二中，把花键放在第一道工序的后边，这样，方案二中的 3.4.5 道工序很容易对工件进行定位与加紧即以花键中心线和 A 面作为 3.4.5 道工序的定位基准。此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠，所以采用方案二比较合理。 以上工艺过程详见附表 1“机械加工工艺过程综合卡片” (三 ) 机械加工余量。 CA6140 的拨叉材料为 HT200。毛坯重量为 1.0 kg b =160MPa HBS 生产类型为由大、中批量生 产，采用模锻锻模。 根据上述的原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸以毛坯尺寸如下： 9 1. A 面的加工余量 A 面有 3 0.8mm的加工余量，足够把铸铁的硬质表面层切除 2. 矩形花键底孔。 要求以矩形花键的外径定心，故采用拉削加工内孔尺寸为 22 0+0.28，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 扩孔 21mm 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 3. B 面的加工余量。 此工 序分 2 个工步 1、粗铣 B面 2、精铣 B面。 精加工余量为 0.2mm 粗铣加工余量为 2.8mm (五 )确定切削用量及基本工时。 工序 ：车削 A 面。 1加工条件。 工件材料：灰口铸铁 HT200。 b=145 MPa。铸造。 加工要求：粗、半精车 A面并保证 28mm的工序尺寸， Ra=3.2m 机床 C3163-1。转塔式六角卧式车床。 刀具：刀片材料。 r =12. ao=6-8 b= -10 o=0.5 Kr=90 n=15 10 2、计算切削用量。 （ 1）已知长度方向的加工余量为 3 0.8mm 。实际端面的最大加工余量为 3.8mm 。故分二次加工（粗车和半精车）。长度加工公差 IT 级 取 -0.46 mm （入 体方向） （ 2）进给量、根据切削简明手册（第 3 版）表 1.4 当刀杆尺寸为16mm 25mm, mm 时，以及工件直径为 60mm 时（由于凸台 B 面的存在所以直径取 60mm） =0.6-0.8mm/ . 按 C 车床说明书 取 =0.6 mm/n。 由于存在间歇加工所以进给量乘以 k=0.75 0.85 所以：实际进给量f=0.6 0.8=0.48 mm/ 按 C 车床说明书 0.53 （ 3）计算切削速度。按切削简明手册表 1.27 ，切削速度的计算公式为（寿命选 T=60min） 刀具材料 YG6 V=Cv/(Tm ap xv f yv) kv 其中： Cv=158 xv=0.15 yv=0.4 M=0.2 修正系数 Ko见切削手册表 1.28 kmv=1.15 kkv=0.8 kkrv=0.8 ksv=1.04 kBV=0.81 Vc =158/( 600.2 20.15 0.53 0.4) 1.15 0.8 0.8 0.81 0.97 =46.9(m/min) （ 4）确定机床主轴转速 ns=1000vc/ dw=229.8（ r/min） 11 按 C 车床说明书 200 r min 所以实际切削速度 V=40.8m/min （ 5）切削工时，按工艺手册表 6.2-1 由于铸造毛坯表面粗糙不平以及存在硬皮，为了切除硬皮表层以及为下一道工步做好准备 Tm=(L+L1+L2+L3)/nw x f=0.33（ min） L=(65-0)/2=32.5 L1=3、 L2=0、L3=0 2、精车 1) 已知粗加工余量为 0.5mm。 2) 进给量 f. 根据切削用量简明手册表 1.6 ， f=0.15 0.25mm/r 按 C 车床说明书 0.16 mm/r 计算切削速度 按切削用量简明手册表 1.27，切削速度的计算公式为（寿命选 T=60min） V=Cv/(Tm ap xv f yv) kv =158/( 600.2 20.15 0.16 0.4) 1.15 0.8 0.8 0.81 0.97 =83.85(m/min) 3) 确定机床主轴转速 . nw=1000vc/ dw =410.8（ r/min）按 C3163 车床说明书 取 nw=400（ r/min） 实际切削速度 V=57.1m/min 4) 切削工时 ， 查工艺手册表 6.2-1 Tm=(L+L1+L2+L3)/nwxf=22.5/400x0.16=0.35（ min） 由于下一道工序是钻孔，所以留下 20mm 的台阶，所以L=(65-20)/2=22.5 mm L1=3.L2=0. L3=0 12 3、钻孔、扩孔、倒角。 （ 1）、钻孔 钻头选择：见切削用量简明手册表 2.2 钻头几何形状为（表 2.1 及表 2.2）：双锥修磨具刃，钻头参数： 20 =30 ， 2 =118， 2 =70， b =3.5mm ,ao=12 , =55 ,b=2mm， =4mm。 根据切削用量简明手册表 2-9确定 f=0.48 、按机床进给强度决定进给量：根据表 2.9 ,当 b 210MPa 0 20.5mm 可确定 f=0.75。 按 C3163-1 车床说明书 取 f=0.62mm/n. 、 决定钻头磨钝标准及寿命 表 2.21，当 do=20mm、钻头最大磨损量取 0.6 寿命 T=45min. 、切削速度 由切削用量简明手册，表 2.15得 =21m/min n=1000V/ D=334.4 由机床技术资料得和 334.4 接近的有280n/m和 400n/min 取 280n/min 取 n=280m/min. 实际 =17 m/min 、 基本工时， Tm=L/nf=(80+10)/280x0.62=0.32 (min) 入切量及超切量由表 2.29. 查出 + =10mm 所以 Tm=L/nf=(80+10)/280x0.62=0.32 (min) （ 2）、扩孔 刀具直径 do=21mm；刀具几何参数同上。 由于两孔直径相差不大，为了节省停车和调换走刀量等辅助时 13 间， n 和 f 都不变，所以 Tm同上 Tm=0.32 倒角刀具 15锪钻由于两孔直径相差不大，以表面粗度要求不高手动进给。 （ 3）、倒角 刀具：专用刀具。此工步使用到专用刀具与手动进给。 检验机床功率 按切削用量简明手册表 1.2 可以查出 当 160 245HBS 2.8 0.6 41 min 3.4kw 按 C 车床说明书 主电机功率 11 可见 比小得多所以机床功率足够所用切削用量符合要求 钻削功率检验按切削用量简明手册表 2.21 当 21 0.64 查得转矩 61.8 N.M 切削用量简明手册表由表 2.32 得功率公式 C McVc/30do=61.8x17/30x21=1.67km 按 C 车床说明书 主电机功率 11 可见 C比 小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要 工序 拉花键孔 单面齿升：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿 为 0.06mm, 拉削速度 v=0.06m/s(3.6m/min) 14 切削工时 t=Zbl k/1000vfzZ 式中： Zb 单面余量 1.5mm(由 21mm拉削到 25mm)； L 拉削表面长度， 80mm； 考虑校准部分的长度系数，取 1.2； k 考虑机床返回行程系数，取 1.4 ； v 拉削速度（ m/min）； fz 拉刀单面齿升； Z 拉刀同时工作齿数， Z=l/p； P 拉刀齿距。 P=(1.25-1.5)sqrt80=1.35sqrt80=12mm 拉刀同时工作齿数 z=l/p=80/12 7 其本工时 Tm=1.5 80 1.2 1.4/1000 3.6 0.06 7=0.13(min) 工序 粗铣，精铣 B 面。 加工要求：粗铣 B面，精铣 B面， Ra=3.2。 用标准镶齿圆柱铣刀粗铣 加工余量 3mm 机床 ： 62W 加工工件尺寸：宽度： 40mm 长度： 28mm 1. 粗铣 1) 选择刀具 根据切削用量简明手册表 3.1 铣削宽度 ae 5mm 时。直径为do=50mm 故齿数，由于采用标准镶齿圆柱铣刀 铣刀几何参数（表 3.2） rn=10 ao=16 15 2) 切削用量 留精铣的加工余量为 0.2，所以本道工步切削宽度 ac 2.8 0.8，由于加工表面精度要求 Ra=3.2 um.根据表 3.5 得每转进给量 0.5 mm/r 就能满足要求，但考虑到 62W功率为 7.5kw，机床为中等系统刚度和 62W 铣床说明书 所以每转进给量0.6mm/r 3) 选择刀具磨钝标准及刀具寿命。根据切削用量简明手册表 3.7、铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为 0.6 镶齿铣刀 do=50mm， 刀具寿命 T=120min（表 3.8） 4) 决定切削速度 Vc、可根据切削用量简明手册表 3.9确定 Z=8, aP=40-70mm, ac=2.8 0.8 , fz=f/z=0.0750.1mm/z Vc=(Cvdoqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv) Cv=20,qv=0.7,Xv=0.3,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.3,m=0.25,Km=1.12, Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79 Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)=23.7(m/min) n=1000V/ d=(1000x23.7)/(3.14x50)=151r/min 根据 X62W 型铣床说明书选 n=160r/min Vc=3.14nd/1000=(160x3.14x50)/1000=25.1m/min Vf=nf=160x0.6=96mm/min 选 Vf=80mm/min 实际 fz=Vf/(nxz)=0.0625mm/z 5) 机床功率：根据切削用量简明手册表 3.20 当 Vc=71m/min ae=2.8mm ap=41mm fz=0.08 Kmpc=1.4kw 16 切削功率的修正系数： 故 Pct 0.8, 根据 X62W型铣床说明书，机床主轴允许的功率为 Pcm=7.5 0.75=5.63kw 故 Pcc Pcm 因此所决定的切削用量可以采用。 ae=2.8mm Vf=80m/minn=160r/min Vc=25.1m/min fz=0.0625mmm/z 6) 基本工时根据 切削用量简明手册表 3.5 Tm=(L+L1+ )/Vf=(28+14)/80=0.525（ min） L1+ =14mm 2. 精铣 1）选择刀具 刀具与上道工步是同一把刀。 2）切削用量 精铣的加工余量为 0.2，所以本道工步切削宽度 ae 0.2mm， 0.6 3）决定切削速度 Vc、 可根据切削用量简明手册表 3.9确定 ac=0.2mm, Vc=(Cvdoqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)=33.1m/min n=1000V/ d=(1000x33.1)/(3.14x50)=211r/min根据 X62W型铣床说明书选 n=210r/min Vf=nf=210x0.6=126mm/min、 VF=125mm/min fz=Vf/(nxz)=0.074mm/Z 4）基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表 3.5 Tm=(L+L1+ )/Vf=(28+14)/125=0.336（ min） L1+ =14mm 工序 铣削 8+0.030mm 槽。 加工工件尺寸： 8+0.030mm , 长度 L=40mm 17 加工要求：高速钢错齿三面刃铣刀（精密级 K8）加工余量 8 用乳化液冷却 机床： X62W 1) 选择刀具：由加工尺寸公差 0-0.3 。所以铣刀精度为精密级 K8 铣刀参数： L=8mm D=63 d=22 d1=34 ro=15 ao=12 an=6 Z=16 2) 选择切削量 由于槽的深度为 8mm, 故一次走完， ae=8mm ap=8mm 由切削用量简明手册表 3.3 确定 f=0.15-0.3mm/r 现取f=0.3mm/r fz=0.3/16=0.018mm/z 3) 选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：根据切削用量简明手册表3.7,得最大磨损量为 0.5 由表 3.8 确定刀具寿命： T=100min 其中 4) 决定切削速度 Vc和每齿进给量 Vf、由切削用量简明手 册 3.27的公式 Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv) Kv Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82, Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79 Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv) Kv =82.86m/min n=1000 Vc/ do=1000 82.86/3.14 63=418.87r/min 根据 X62W型铣床说明书选 nc=375r/min 18 实际速度 Vc= donc/1000=74.2m/min 选 Vfc=ncf=375X0.3=112.5mm/min 根据 X62W 型铣床说明书选选Vf=110mm/min fzc=110/375 16=0.018mm/z 5) 机床功率：根据切削用量简明手册表 3.28 公式 圆周力 fc=(CFapxffzyFaeVFZ/doaFnWF)KFC KTV=0.90 KMFC=0.94 由表 28 得 CF=30， XF=1.0， yF=0.65， UF=0.83， WF=0， qF=0.83， KFC=1.28 Fc=(CFapxffzyFaeVFZ/doqFnWF)KFC=30 X 8 X 0.018 X 8/ 63 X 375 =505.6 N M=FCdo/2 103=15.9NM Pc=FcVc/1000=1.18km 根据 X62W型铣床说明书，功率足够。 6) 基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表 3.5 Tm=(L+L1+ )/Vf=(40+14)/110=0.49（ min） L1+ =14mm 工序铣宽为 180+0.12mm槽 加工要求：用乳化液冷却，加工工件尺寸，宽 180+0.12mm，长 L=40mm，加工余量 23mm 由于此工步的设计尺寸精度要求很高，用铣削加工很难达到尺寸精度的要求，所以为了留给下一道公序磨削的加工余量，所以分两步走， ae=23， ap=10mm， 1) 选择刀具 铣刀参数： L=10 D=100mm d=30mm ro=15 ao=12 an=6 Z=24 2) 选择铣削用量 19 由于槽的宽度为 18mm, 故二次走完， ae=23mm ap=10mm 由切削用量简明手册表 3.3 确定 f=0.5mm/r 现取 f=0.8mm/r fz=0.5/24=0.02mm/z 3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：根据切削用量简明手册表 3.7,得最大磨损量为 0.5 由表 3.8确定刀具寿命： T=100min其中 4）确定切削速度 Vc和每齿进给量：决定切削速度 Vc和每齿进给量 Vf、由切削用量简明手册 3.27的公式 Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv) Kv Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12, Ksv=0.8,KTv=0.82, Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79 Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv) Kv =98.6m/min n=1000 Vc/ do=1000 98.6/3.14 100=314r/min 根据 X62W型铣床说明书选 nc=300r/min 实际速度 Vc= donc/1000=94.2m/min 选 Vfc=ncf=300X0.5=150mm/min 根据 X62W 型铣床说明书选选Vf=150mm/min fzc=150/300 24=0.020mm/z 5）基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表 3.5 Tm=(L+L1+ )i/Vf=(40+20)X2/150=0.8（ min） L1+ =20mm i=2(走两次 ) 工序 磨 18mm槽， 20 保证尺寸 18mm 1) 选择砂轮。 见切削手册第三章中磨料选择各表，结果为 GZ46KV6P350 40 127 其含义为：磨轮磨料为棕刚玉，为了防止粒度过小而磨轮堵塞，所以选用为粒度为 46#，硬度为软 2 级。 平型砂轮，其尺寸为 16 6 40（ D d H）。 2) 切削用量的选择。砂轮转速 n 砂 =3000r/min(见机床说明书 )， v 砂 =2.5m/s 进给量 f=50mm/min 双单行程 fr=0.015mm 3) 切削工时。当加工 1个表面时 Tm=(L+y+ ) i K/50=3.1min 最后，将以上各个工序切削用、工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一起填入机械加工工艺卡片中，见附后表。 夹具设计 （ 一）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，决定设计第 4 道工序 铣宽为 80+0。 03mm 槽的铣床夹具。本夹具将用与 X63 卧式铣床。刀具为高速钢直齿三面刃铣刀，来对工件进行加工。 21 本夹具主要用来铣宽为 80+0。 03mm的槽，由于采用宽为 80+0。 022mm的精密级高速钢直齿三面刃铣刀，一次铣削，所以主要应该考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度 （二）夹具设计 1定位基准的选择 由零件图可知，宽为 80+0。 03mm 的槽，其设计基准为花键孔中心线和工件的右加工表面（ A）为定位基准。因此选用工件以加工右端面（ A）和花键心轴的中心线为主定位基准。 2切削力及夹紧力的计算 刀具：高速钢直齿三面刃铣刀， 63mm, Z=14 Fz=CP t0.83 Sz0.65 D-O.83 B Z kP (见切削手册 3-56 表 ) 解得 Fz =200 (N) 其中 CP=52， t=8mm, Sz=0.08mm/s, B=8mm, D=63mm, Z=14, kP=(HB/198)0.55 在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数 K= k1 k2 k3 k4 水平切削分力 FH=1.1 Fz =220 (N) 垂直切削分力 Fv=0.3 Fz=60 (N) 其中： k1为基本安全系数 1.5 k1为加工性质系数 1.1 k1为刀具钝化系数 1.1 k1为断续切削系数 1.1 F,=KFH =1.5 X 1.1 X 1.1 X 1.1 X 200=400 (N) 22 实际加紧力为 WK= KFH/U1U2=400/0.5=800 (N) 其中 U1和 U2为夹具定