“CA6140车床”拨叉夹具设计说明书

1、精品文档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）设计者指导教师长安大学工程机械学院长安大学工程机械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-张4. 结构设计装配图-张5. 结构设计零件图一张6. 课程设计说明书一份精品文档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

2、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，并且得到了张接信老师和程博的指点，在 此表示感谢！机制04班2010年1月10日精品文档设计的目的：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

3、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。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

4、18+o.o12omm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+o.o12omm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+0.23mm的六齿方花键孔、？ 22+0.28。花键底孔两 端的2X150倒角和距中心线为27mm的平面。2. 以工件右端面为基准的8+0.03o mm的槽和18+0.12mm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

5、、工艺规程设计（一）确定毛坯的制造形成。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 3 0.8mm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、

6、扩花键底孔、倒两端15倒角。2. 粗、精铣削B面。3. 铣削8+0.03omm勺槽。4. 铣削偲旳覽口咄勺槽。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40mm 圆柱面为粗基准。选用X51立式铣床加专用夹具。2. 拉花键。以A面为基准。选用L1320拉床及专用夹具。3. 铣削槽B面。以花键的中心线及A面为基准。选用X51立式 铣床加专用夹具。4. 铣削8+O.O3omn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+O.O12omm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

7、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345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 HT20Q毛坯重量为1.0 kg b =160MFa 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：1

8、. 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220+0.28,见零件图，参照金属机械加工工艺人员手册表3-59确定孔的加工余量的分配。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 Z =1mm3. 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I :车削A面。1 .加工条件。工件材料：灰口铸铁 HT20Q（T b=145 MP。铸造。加工要求：粗

9、、半精车 A面并保证28mml勺工序尺寸，R=3.2 m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 K r=90 n=152、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 12 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 16mM25mm,a e 3 mm时，以及工件直径为60mni时（由于凸台B面 的存在所以直径取60mm?=0.6-0.8mm/ r .按C3 16 3 1

10、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 X 0.8=0.48 mm/ r按C3 1 6 3 1车床说明书？= 0.53 mm/r(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YG6V=C/(TapXv - f yv) - kv其中：Cv=158Xv=o.15 yv=0.4 M=0.2 修正系数Ko见切削手册表1.28kmv=1.15 k kv=0.8 k krv=0.8 k sv=1.04 k bv=0.810 40 20 15 一r Vc = 158/( 6

11、0 2 - 0.53)- 1.15 - 0.8 - 0.8 - 0.81 - 0.97=46.9(m/mi n)(4) 确定机床主轴转速ns=1000 vc/ dw=229.8 (r/min )按C3 16 3 1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=02、精车1) 已知粗加工余量为0.5mm2) 进给量f.根据切削

12、用量简明手册表1.6 , f=0.15 0.25mm/r按C3 16 3 1车床说明书f= 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)mxvy vV二Cv/(T ap v f v) kv0 4= 158/( 60 0.2 20.15 0.16) 1.15 0.8 0.8 0.81 0.97=83.85(m/mi n)3) 确定机床主轴转速.nw=1000Vc/ dw =410.8 (r/min )按 C3163-1车床说明书取nw=400 (r/min )实际切削速度 V=57.1m/min4) 切削工时，查工艺手册表6.2-1

13、T=(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 L仁 3.L2=0. L3=03、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：d= 20mm 3 =30 , 2=118 2=70, L =3.5mma。=12 , 屮=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a b= 210MPad 0 = 20.

14、5mm 可确定 f=0.75。按C316S1车床说明书取f=0.62mm/n.b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.C、切削速度由切削用量简明手册，表2.15得 V =21m/minn=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 V =17 m/mind、基本工时，Tm二L/nf=(80+10)/280x0.62=0.32 (mi n)入切量及超切量由表 2.29.查出+ =10mm所以 Tm=L/ nf=(80+10)/

15、280x0.62=0.32 (min)(2) 、扩孔刀具直径do=21mrp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间，n和f都不变，所以Tm同上Tn=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 4可以查出 当(T b = 160245HBSa p 2.8 mm f 0.6 mm/rV c 41m/min P c = 3.4kw按C3163 1车床说明书 主电机功率P= 11 kw可见P c比P小得多所以机床功率足够所用切削用量

16、符合要求钻削功率检验按切削用量简明手册表 2.21当 d o= 21 mm f= 0.64 mm查得转矩皿=61.8 N.M切削用量简明手册表由表 2.32得功率公式P c= MVC/30d 0=61.8x17/30x2 仁 1.67km按C3 16 3 1车床说明书 主电机功率P= 11 kw可见P c比P小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要 工序H 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/mi n)切削工时t=Zbl n k/1000vfzZ式中：Zb单面余量1.5mm（由21mn拉削到25mm）L拉削表

17、面长度，80mmn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二拉刀同时工作齿数 z=l/p=80/127其本工时 Tm=1.5 X 80X 1.2 X 1.4/1000 X 3.6 X 0.06 x 7=0.13(min) 工序皿 粗铣，精铣B面。加工要求：粗铣 B面，精铣B面，=3.2 um。用标准镶齿圆柱铣刀粗铣加工余量3mm机床：X 62W加工工件尺寸：宽度：40mm长度：28mm1. 粗铣1）选择刀具

18、根据切削用量简明手册表 3.1铣削宽度ae 5mn时寸。直径为do=50mm故齿数Z=8，由于采用标准镶齿圆柱铣刀铣刀几何参数（表3.2） rn =10 ao=162）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 士 0.8mm,由于加工表面精度要求 Ra=3.2 um.根据表3.5得每转进给 量彳=0.51 mm/r就能满足要求，但考虑到X 62W功率为7.5kw, 机床为中等系统刚度和X 62W铣床说明书 所以每转进给量彳=0.6mm/r3）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

19、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 士 0.8 mm , f z=f/z=0.0750.1mm/zVc=(Cvdoqv)/(T mcapxX/xf zxyvxaexuvxZpv)CV=20,q v=0.7,X v=0.3,y v=0.2,u v=0.5,p v=0.3,m=0.25,K m=1.12,KSv=0.8,KTv=0.82,KV二KxK/xKT/=1.12x0.8x0.82=0.79Vc=(Cvxdoxqv)/(T mxapxXvxf zxyvxaexuvxZpv)=23.7(m

20、/min)n=1000V/ d=(1000x23.7)/(3.14x50)=151r/min 根据 X62W型铣床说明书选n=160r/minVc=3.14 nd/1000=(160x3.14x50)/1000=25.1m/mi nVf=nf=160x0.6=96mm/mi n选 Vf=80mm/min 实际 f z=V/(nxz)=0.0625mm/z5) 机床功率：根据切削用量简明手册表 3.20当Vc=71m/minae=2.8mm ap=41mm f z=0.08 K mpc=1.4kw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

21、 X 0.75=5.63kw故 Pcc Pcm 因此所决定的切削用量可以米用。ae=2.8mm V=80m/minn=160r/min V c=25.1m/min f z=0.0625mmm/z6) 基本工时根据切削用量简明手册表3.5T=(L+L1+A )/Vf =(28+14)/80=0.525(mi n)L1+ =14mm2. 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= 0.2mn, f= 0.63) 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 W=(Cvdoqv)/(T mcapxXvxf

22、zxyvxaexuvxZpv)=33.1m/min n=1000V/ d=(1000x33.1)/(3.14x50)=211r/min根据 X62W型铣床说明书选n=210r/minVf=nf=210x0.6=126mm/min、Vz=125mm/minf z=V/(nxz)=0.074mm/Z4) 基本工时基本工时根据切削用量简明手册表3.5Tm=(L+L1+A )/Vf =(28+14)/125=0.336 ( mi n)L1+ =14mm工序W 铣削8+O.O3omm槽o加工工件尺寸：8+O.O3omm ,长度L=40mm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

23、却机床：X62W1) 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。=15ao=i2 an=6 Z=162) 选择切削量由于槽的深度为8mm,故一次走完，ae=8mmap=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 f z=0.3/16=0.018mm/z3) 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=(Cvxdox

24、qv)/(T nXapXXvXf zxyvxaeXUvxZpv) KvCV=25,qv=0.2,Xv=0.1,y v=0.2,u v=0.5,p v=0.1,m=0.25,K m=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv二KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79Vc=(6xdoxqv)/(T mcapxXvxf zxyvxaexuvxZpv) Kv =82.86m/minn=1OOOX VC/ do=1000x 82.86/3.14 x 63=418.87r/min根据X62W型铣床说明书选nc=375r/min实际速度 VC= donc/1000=74.2m/min

25、选Vc= ncf=375X0.3=112.5mm/min根据 X62W型铣床说明书选选Vf = 110mm/minf zc=110/375 x 16=0.018mm/z5) 机床功率：根据切削用量简明手册表 3.28公式圆周力f c=(CFapxff zyFaeVFZ/doaFnW)KFC Ktv=0.90Kmf=0.94由表 28 得 Cf=30, Xf=1.0 , yF=0.65 , UF=0.83 , WF=0, qm.83 , KFC=1.28F c=( CFapxff zyFaeVFZ/ doqFnWF) KFc=30 X 8 X 0. 018 X 8/ 63 X 375 =505.

26、 6 NM=FCdo/2 x 103=15.9N?MPc二民Vc/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3.5Tm=(L+L1+A)/V f =(40+14)/110=0.49(min)L1+ =14mm工序V铣宽为18+0.12mm槽. , +0 12加工要求：用乳化液冷却，加工工件尺寸，宽18 mm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=iomm1) 选择刀具铣刀参数：L=10 D=100mm

27、 d=30mm ro=l5ao=12 an=6 Z=242) 选择铣削用量由于槽的宽度为18mm,故二次走完，ae=23mmap=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/z3) 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M和每齿进给量Vf、由切削用量简明手册3.27的公式V：=(Cvxdoxqv)/(T mxapxX/xf zxyvxaexuvxZpv) K/G=25,qv=0.2,X v=

28、0.1,y v=0.2,u v=0.5,p v=0.1,m=0.25,K m=1.12,KSv=0.8,KTv=0.82,K/=KxKsvxKT/=1.12x0.8x0.82=0.79V=(Cvxdoxqv)/(T mxapxX/xf zxyvxaexuvxZpv) 旳=98.6m/minn=1000x Vc/ do=1000x 98.6/3.14 x 100=314r/min根据X62W型铣床说明书选nc=300r/min实际速度 Vc二 donc/1000=94.2m/min选 Vc二ncf=300X0.5=150mm/min 根据 X62W型铣床说明书选选Vf=150mm/minf zc

29、=150/300 x 24=0.020mm/z5）基本工时基本工时根据切削用量简明手册表3.5Tm=（L+L1 + ） ?i/V f=（40+20）X2/150=0.8（ min）L1+ =20mmi=2（走两次）工序W 磨18mm槽,保证尺寸18mm1）选择砂轮。见切削手册第三章中磨料选择各表，结果为GZ46KV6P35X40X 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16x 6x 40 （ DX dx H）o2）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=5

30、0mm/min双单行程f r=0.015mm3）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 3道工序一一铣40*28平面的铣床 夹具。本夹具将用在 X51立式铣床上用硬质合金端铣刀对工件进行加 工。本夹具主要用来铣40*28平面，加工时应该主要考虑如何提高劳 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，40*28平

31、面（B面），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：硬质合金端铣刀，？63mm, Z=140.830.65-O.83Fz=CP t SZ D B - Z - kp（见切削手册3-56 表）解得 Fz =200 （N）其中 CP=52, t=8mm, S z=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= ki k2 k3 k 4水平切削分力 Fh=1.1 F z =220 (N)垂直切削分力 Fv=0.3 Fz=60 (N)其中：ki为基本安全系数1.5k i为加工性质系数1.1k i为刀具钝化系数1.1k 1为断续切削系数1.1F =KFH =1.5 X 1.1 X 1.1 X 1.1 X 200=400 (N)实际加紧力为 W= KF“U2=400/0.5=800 (N)其中Ui和为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，Ui=U=0.025螺母选用M16X1.