课程设计831002拨叉.doc

本科课程设计（论文）题目 机械制造工艺规程CA6140车床拨叉设计，型号831002 学 院 机械工程学院 年 级 09 专 业 机电工程 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 论文提交日期 目录任务书序言第1章 零件的分析 .11.1 零件的作用 .11.2 拨叉的技术要求 .11.3 零件的工艺分析.2第2章 工艺规程的设计.32.1 确定毛坯的制造形式.32.2 基面的选择 .32.3 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 .62.5 确立切削用量及基本工时. .9第3章 夹具设计.183.1 问题的提出.183.2 夹具设计.183.3 切削力及夹紧力的计算 183.4 定位误差分析 .193.5 夹具设计及简要操作说明 .19第4章 结论.20参考文献 .21第1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。该拨叉应用在CA6140型车床变速箱传动轴上的换档机构中.该拨叉头以25mm孔套在变速叉轴上,并用螺钉经螺纹孔M22mm与变速叉轴联结,拨叉脚则夹在两齿轮之间.当需要变速时,操纵变速手柄,变速操纵机构就通过拨叉壁部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移,拨叉脚拨动三联滑移变速齿轮在花键轴上滑动以改变档位,从而改变车床主轴的旋转速度.该拨叉是在停车时用于换档的,承受的弯曲应力和冲击载荷较小,因此零件应具有的强度和韧性均不高.该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面、叉轴25H7、锁销螺纹孔M221.5mm、拨叉长槽,在设计工艺规程时应予以保证.1.2 拨叉的技术要求 表1 拨叉零件技术要求 加工表面尺寸偏差(mm)公差及精度等级表面粗糙度Ra(m)形位公差(mm)长槽侧面IT113.2长槽底面IT126.3拨叉脚两端面IT113.2拨叉脚内表面IT123.2M221.5mm螺纹孔到大槽外侧IT1225mm孔IT71.6M221.5mm孔拨叉头上下端面80该拨叉形状特殊,结构简单,属于典型的叉杆类零件.为了实现换档变速的功能,其叉轴孔与变速叉轴有较高的配合要求,因此加工精度要求较高.为保证拨叉换档时叉脚受力均匀,要求叉脚两端面对叉轴孔mm的垂直度要求为0.1mm.为保证拨叉在叉轴上有准确的位置,改换档位准确,拨叉用螺钉定位.综上所述,该拨叉件的各项技术要求制订得较合理.1.3 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。第2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 定位基面的选择 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。定位基准有粗基准和精基准之分,通常先确定精准,然后再确定粗基准. （1）精基准的选择根据拨叉零件的技术要求同装配要求，选择拨叉右端面同轴孔25作为精基准。零件上很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，即遵循“基准统一”原则，轴孔25的轴线是设计基准，选用其作为精基准加工拨叉的左右端面，螺纹孔M221.5同槽，实现了设计基准跟工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求，另外，由于拨叉的刚性较差，受力容易产生变型，夹紧力应该垂直于主要定位面，选用拨叉25孔端面做精基准，夹紧可作用在端面上，夹紧可靠，不容易引起零件变型。 （2）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。而作为粗基准的表面应平整，没有飞边，毛刺或其他表面残缺。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孔作主要定位面，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。2.3 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 铸造。工序二 时效。工序三 钻、扩、铰、精铰25、60孔。工序四 粗、精铣60、25孔下端面。工序五 粗、精铣25孔上端面。工序六 粗、精铣60孔上端面。工序七 两件铣断。工序八 铣螺纹孔端面。工序九 钻20孔（装配时钻铰锥孔）。工序十 攻M221.5螺纹。工序十一 粗铣 半精铣槽所在的端面。工序十二 粗铣 半精铣 精铣16H11的槽。工序十三 去毛刺，修锐边。工序十四 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 铸造工序二 时效工序三 粗、精铣25孔上端面。工序四 粗、精铣25孔下端面。工序五 钻、扩、铰、精铰25孔。工序六 钻、扩、铰、半精铰60孔。工序七 粗、精铣60孔上端面。工序八 粗、精铣60孔下端面。工序九 两件铣断。工序十 铣螺纹孔端面。工序十一 钻22孔（装配时钻铰锥孔）。工序十二 攻M221.5螺纹。工序十三 粗铣 半精铣 精铣槽所在的端面。工序 十四 粗、半精铣 精铣16H11的槽。工序 十五 去毛刺，修锐边。工序 十六 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九把两件铣断，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。 综合考虑以上各方案的各不足因素，得到以下的工艺路线。3. 工艺路线方案三工序一 铸造。工序二 时效。工序三 以42外圆为粗基准，粗铣25孔上下端面。工序四 精铣25孔上下端面。工序五 以25孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰25孔,孔的精度达到IT7。工序六 以25孔为精基准，粗铣60孔上下端面。工序七 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。工序八 以25孔为精基准，粗镗、半精镗60孔，保证孔的精度达到IT12。工序九 以25孔为精基准，铣螺纹孔端面。工序十 以25孔为精基准，钻20孔（装配时钻铰锥孔）。攻M221.5螺纹。工序十一 以25孔为精基准，铣槽端面以及侧面。工序十二 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。工序十三 两件铣断。工序十四 去毛刺，修锐边。工序十五 检查。虽然工序有十五步，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。此方案可以适合批量生产，在全部孔及面加工完之后把两件铣断，不影响前面各工序的加工定位夹紧，并且提高了加工效率。2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定”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。由机械加工工艺手册表3.1-21表3.1-27知,要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量,应先确定以下各项因素:(1).公差等级由拨叉的铸造方法和材料,并查表3.1-24得毛坯公差等级为CT10级.(2) .公差带位置公差带应相对于基本尺寸对称分布,即一半在基本尺寸之上,一半在基本尺寸之下.(3) .要求的机械加工余量根据工件的铸造方法和铸件的材料,查表3.1-26得其精度等级为F级.根据上述条件,可查表3.1-21,表3.1-27确定铸件的尺寸公差和机械加工余量. 表2 拨叉铸件毛坯尺寸公差及机构加工余量项目(mm)机械加工余量(mm)尺寸公差(mm)脚内圆直径605.62.8长槽宽度1622.2脚端面宽度1222.2中心距126.1123.6孔径2552.4端面4422.8长槽底面至上表面822顶面3642.6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：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）。查实用机械制造工艺设计手册表7-23、7-24，取25，60端面长度余量均为2.0（均为双边加工）铣削加工余量为：工步 加工余量 粗铣 1.4mm 精铣 0.6mm 3. 内孔60 查机械加工余量手册 孔60经过粗镗、半粗镗得到，查指导教程表2-1和2-5取公差等级为IT10，加工余量等级为F级，砂型铸造孔的加工余量等级需要降低一级选用，其加工余量等级为CT10、MA-G级，再由表2-4查的加工余量为2.8mm，直径总加工余量为5.6mm，毛坯尺寸为54.4mm，CT10,2.8mm。工步 加工余量 工序尺寸 公差粗镗 2mm 60-2*0.8=58.4mm IT12,0.3mm半精镗 0.8mm 60mm IT9,0.074mm 同上， 查机械加工余量手册得，零件25的孔也已铸出20的孔。工步 加工余量 工序尺寸 公差钻孔 1.5mm 24.8-0.9*2=23mm IT12，0.21mm扩孔 0.9mm 24.94- 0.07*2=24.8mm IT11，0.13mm粗铰 0.07mm 25-0.03*2=24.94mm IT9，0.052m精铰 0.03mm 25mm IT7，0.021mm4. 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46mm的距离，余量为2 mm。 工序尺寸加工余量： 粗铣端面 至44mm 5. 螺纹孔顶面加工余量毛坯尺寸40mm，加工余量等级为CT10，2.8mm。工步 加工余量 工序尺寸 公差粗铣 3.3mm 40-3.3=36.7mm T13,0.39mm半精铣 0.7mm 40mm IT8,0.039mm6.长槽宽度（16H11）和长槽深度即底面至上表面8的加工余量铸出长槽宽度为14mm,深度为6，余量都为2mm工序尺寸加工余量： 粗铣 余量1.4mm 精铣 余量0.6mm7. 中心距126.11加工余量两件铣断时中心距为128mm，余量为1.89mm。 粗铣脚底面至126.11mm8. 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。2.5 确立切削用量及基本工时工序三 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： X53K立式铣床。刀具：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取刀具直径do=80mm。选择刀具前角o+5后角o15，副后角o=10，刃倾角s=15,主偏角Kr=60,过渡刃Kr=30,副偏角Kr=5过渡刃宽b=1.5mm。2. 切削用量1）铣削深度 因为有精度要求，要使用到精铣，切削量较小，故可以选择ap=1.4mm，不在一次走刀内完成所需长度。2）每齿进给量 机床功率为10kw。查切削用量简明手册表3.5 得f=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 查切削用量简明手册表3.8，寿命T=180min4）计算切削速度 按切削用量简明手册表3.16 V=110m/min，n=439r/min，=492mm/min5）计算基本工时,查切削用量简明手册表3.26得 入超量及超切量y+=12mmtm2*(L+ y+)/ Vf=(42+12)/492=0.22min。工序四 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： X53k立式铣床。刀具： 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取刀具直径do=80mm。选择刀具前角o5后角o8，副后角o=8，刃倾角s=10,主偏角Kr=60,过渡刃Kr=30,副偏角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=0.6mm，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5 f=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 查切削用量简明手册表3.8，寿命T=180min4） 计算切削速度，按切削用量简明手册表3.16，查得 Vf6.44mm/s， 5）计算基本工时,查切削用量简明手册表3.26得 入超量及超切量y+=12mmtm2*(L+ y+)/ Vf=(42+12)/6.44=0.28min。工序五 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,查实用机械制造工艺设计手册表8-10按钻头 按机床强度查实用机械制造工艺设计手册表10-15选择最终决定选择机床已有的进给量 （2）耐用度查切削用量手册表9T=4500s=75min （3）切削速度查机械制造工艺设计简明手册表10.1-2n=50-2000r/min 取n=1000r/min. .计算工时，查切削用量简明手册表3.26入超量及超切量y+=12mm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 铰孔：选高速钢铰刀 精铰：选高速钢铰刀 工序六 粗铣60孔上下端面粗铣60孔左右端面 （1）背吃刀量的确定，取ap=2mm （2）进给量的确定，查指导教程表5-7得f=0.3mm/z （3）切削速度的计算，由表5-9，由d/z=80/10,取V=40m/min，n=1000v/d=159.15r/min,参照表4-15，取n=150r/min,实际铣削速度V=nd/1000=37.7m/min工序七 精铣60孔上下端面精铣60孔左右端面 （1）背吃刀量的确定，取ap=0.6mm （2）进给量的确定，查指导教程表5-8得f=0.9mm/r （3）切削速度的计算，由表5-9，由d/z=80/10,取V=57.6m/min，n=1000v/d=229.18r/min,参照表4-15，取n=235r/min,实际铣削速度V=nd/1000=59.06m/min工序九 以25孔上端面为精基准，粗镗、半精镗60孔粗镗60孔 （1）背吃刀量的确定，取ap=2mm （2）进给量的确定，查指导教程表5-29得f=0.5mm/r （3）切削速度的计算，由表5-29，取V=22m/min，由机械制造工艺设计简明手册表4.2-21取d=60，n=1000v/d=116.71r/min,参照表机械制造工艺设计简明手册表4.2-20，取n=125r/min,实际铣削速度V=nd/1000=23.56m/min半精镗60孔 （1）背吃刀量的确定，取ap=0.8mm （2）进给量的确定，查指导教程表5-29得f=0.4mm/r （3）切削速度的计算，由表5-29，取V=30m/min，d=60，n=1000v/d=159.15r/min,参照表机械制造工艺设计简明手册表4.2-20，取n=160r/min,实际铣削速度V=nd/1000=30.16m/min工序十 铣螺纹孔顶面 工件材料； HT200，铸造。 机床：X53K。查参考文献工艺师手册表3034，刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。因其单边余量：Z=2mm所以铣削深度：每齿进给量：根据参考文献工艺手册表2.475，取铣削速度：参照参考文献工艺师手册表3034，取机床主轴转速： 式（4.1）式中 V铣削速度； d刀具直径。代入式（4.1）得，按照参考文献工艺手册表3.174 实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量： ：根据参考文献工艺手册表281,切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度： 式（7-23）刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间： 工序十一： 以25孔为精基准，钻20.5孔，攻M22*1.5螺纹（装配时钻铰锥孔）。1.钻20.5孔 （1）. 选择钻床及钻头 选择z535型立式钻床，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=20mm，钻头采用双头刃磨法， （2）.选择切削用量 1）决定进给量f 根据表3.4-1可以查出f=0.430.53mm/r由于孔深和孔径之比/=1.8，所以=1.0，故=（0.430.53）*1=0.0.430.53mm/r查z535型立式钻床说明书，取=0.43mm/r2）确定切削速度v,用不同的刀具材料进行钻、扩、铰孔的v、F、T、均可以按照表3.4-8以及表3.4-10进行计算。根据所给条件，可以直接在表3.4-15中用插入法计算得：V=17.6m/min,F=4340N,T=42.53N.m, =1.184kw由于实际条件与上表所给条件不完全相同，故应该对结果进行修正。由表3.4-9可知，切削速度的修正系数=0.88，=0.75，故：=17.6m/min*0.88*0.75=11.62m/min=185r/min查z535型机床说明书，取n=180r/min，实际切削速度为：4）计算工时： （7-25）2.车床攻M221.5螺纹。1）切削速度的计算：见切削用量手册表21，刀具寿命T=60min，采用高速钢螺纹车刀，规定粗车螺纹时=1.05，走到次数i=3，半精车螺纹时=0.2，走刀次数i=3精车螺纹时=0.1，走刀次数i=2其中，螺距=1所以，粗车螺纹时：半精车螺纹时精车螺纹时：3）切削工时 取切入长度为 粗车螺纹时半精车螺纹时精车螺纹时所以车螺纹的总工时为工序十二 粗铣 半精铣槽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2. 切削用量查切削用量手册表5 f=0.140.24mm/rT=180min 取f=0.15mm/r v=1.84m/min n=7.32r/min 3. 计算工时 半精铣工序十三 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万能铣床刀具 高速钢错齿三面刃铣刀铣槽do=16mm查1表8 国家标准 GB1118 D=160mm d=40mm L=16mm 齿数z=242. 计算切削用量（1） 由机械制造工艺设计简明手册表9.41和切削用量手册查得 走刀量 f=0.67 mm/r（2） 铣刀磨钝标准和耐用度由机械制造工艺设计简明手册表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 由机械制造工艺设计简明手册 式3.2 查表 9.48 得其中： 修正系数 m=0.5 代入上式，可得 v=49.5m/min=0.82m/s 3. 计算切削工时 工序十四 两件铣断加工机动时间：辅助时间：参照参考文献工艺手册表2.545，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据参考文献工艺手册表2.548，单间时间定额，有： （7-28）因此，达到生产要求。第3章 夹具设计设计工序钻25H7夹具。 3.1 问题的提出本夹具要用于钻25孔，钻25孔之前我们其他孔系都还没有加工，所以定位比较困难，又因为我们的孔和其他面没有位置度要求，因此我们采用已经加工好的底面和侧面定位即可满足要求，在本道工序加工时，我们应首先考虑保证各面的各加工精度，提高生产效率，降低劳动强度。 3.2 夹具设计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。由零件图可知，用圆弧一端面定位并用压板夹紧，再用两可调螺钉组成的v形上定位限制六个自由度。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的钩型压板作为夹紧机构。3.3 切削力及夹紧力的计算切削刀具：高速钢麻花钻头，则 式中：1.5mm，50m/min，f0.5mm/r，（）计算结果 F= 1459.699N选用压板压紧，实际夹紧力N应为 式中，和是