CA6140拨叉课程教学设计2014年

1、机械制造技术基础课程设计说明书设计题目：设计拨叉（CA6140车床）（三）零件的机械加工工艺规程及工艺装备班 级:名:指导教师:自2010年6 月 28日至2010 年_1_月_9_日机械制造技术基础课程设计任务书题目 设计拨叉（CA6140车床）（三）零件的机械加工工艺规程及相关工序的专用夹具内容：1.零件图1张2.毛坯图1张3.机械加工工艺过程综合卡片1张机械加工工艺过程卡片2张4.夹具装配图1张5.夹具体零件图2张6.课程设计说明书1张原始资料:该零件图样，Q 4000台/年，n 1件 /台，每级:名:指导教师:自2010 年6 月28日至2010 年7 月9日目录序言、零件的工艺分析及

2、生产类型的确定1、零件的作用2、零件的工艺分析3、零件的生产类型二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图.31、选择毛坯2、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差3、设计毛坯图三、选择加工方法，制定工艺路线1、定位基准的选择2、零件表面加工方法的选择3、制订工艺路线四、工序设计1、选择加工设备与工艺装备2、确定工序尺寸五、确定切削用量及基本时间1、工序10切削用量及基本时间的确定2、工序20切削用量及基本时间的确定911六、夹具设计151、定位方案2、夹紧机构3、夹具与机床连接元件4、夹具体5、使用说明&结构特点161616161717设计小结18参考文献19序言机械制造工艺学课程设计是在学完

3、了机械制造工艺学和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我们能综合运 用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分 析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备, 提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。一、零件的工艺分析及生产类型的确定1、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22o0.0

4、21孔与操纵机构相连，下方的55 00.5半孔则是用于与控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动F方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。I丄|M5| a Izrwji/鼾娶求=1、離Mt解齐£乂 桔札 HT20i）.b、tit 1附2、零件的工艺分析拨叉（CA6140车床）共有三处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下:1）以22o0.021为中心的加工表面这一组加工表面包括：2200.021孔的内表面，以及其上端面，上端面与孔有位置要求，孔壁上有一个装配时钻铰的锥销孔，一个 M8的螺纹孔。这两个都没有高的位置度要求。2）、以55'为中心的加工表面这一组加工表面包括：55

5、00.5孔的内表面，以及其上下两个台阶面。22o0.021的孔有垂直度要求。这两组表面有一定的位置度要求，即5500.5的孔上下两个端面与由上面分析可知，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。3、零件的生产类型依设计题目知：Q 4000件/年零件是CA6140车床的拨叉，质量为1kg,查表2-1 （生产类型与生产纲领的关系） 可知 其属轻型零件，生产类型为中批生产。二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图1、选择毛坯零件材料为HT20Q毛坯重量约1.0Kg生产中批。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，故选择砂型铸造机器造型毛坯。2、确定机械加工余量

6、、毛坯尺寸和公差参见参考文献【"第五章第一节铸件尺寸公差与机械加工余量（摘自GB/T 6414-1999）»确定，步骤如下1）由于工件较小，为方便加工节省材料将两件铸在一起，同时加工。2）、铸件的圆角半径 按参见参考文献【2】表1-16选择砂型铸造R=3-5mm“ 0.0213）、两内孔220,考虑其孔径较小铸造困难，为简化铸造毛坯外型，现直接将© 40圆柱铸成实心的。4）求最大轮廓尺寸 根据零件图计算轮廓尺寸，长160mm宽73mm高50mm故最大轮廓尺寸 为 160mm5）选取公差等级CT由参见参考文献【1】表5-1，铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸 铁，得

7、公差等级CT范围812,取为10级。6）求铸件尺寸公差 根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级 CT由表5-3查得，公差带相对 于基本尺寸对称分布。7）求机械加工余量等级 由由参见参考文献【1】表5-5，铸造方法按机器造型、铸件材料 按灰铸铁，得机械加工余量等级范围 EG级，取为F级。8）求RMA（要求的机械加工余量）对所有加工表面取同一个数值，由由参见参考文献【1】表5-4查最大轮廓尺寸为160mm机械加工余量等级为F级，得RMA值为1.5mm9）求毛坯基本尺寸8和M8孔较小，铸成实心；圆筒上顶面单侧加工，应由式（5-1 ）求出，即R F RMA CT/2 50 1.5 2.8/2 52.955

8、孔属于内腔加工，应由式（5-3）求出，即R F 2RMA CT/2 55 2 1.5 2.8/ 2 50.6拨叉铸件毛坯尺寸公差与加工余量见下表拨叉铸件毛坯尺寸公差与加工余量项目圆筒上顶面55孔8 、2200.021 和M8孔40圆柱7300.5及台阶公差等级CT1010-加工面基本尺寸5055-铸件尺寸公差2.82.8-机械加工余量等级FF-RMA1.51.5-毛坯基本尺寸52.950.604073o0.5 厚 303、设计毛坯图根据以上各步分析得毛坯图如下:<!/OK：K铸強解丄匚2斛籠在-起.铸件应无决 饥气饥工材和HrZQO.三、选择加工方法，制定工艺路线1、定位基准的选择基面选

9、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© 40圆柱的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用零件下底面支承限制自由度，两块V形块夹紧这两个© 40圆柱面作主要定位面再限制 3个自由度，达到完全定位， 然后进行车削。（2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问

10、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。2、零件表面加工方法的选择本零件的加工面有内孔、端面、台阶面、小孔、螺纹等，材料为铸铁。以形位公差和粗糙 度要求，参考参考文献【1】有关资料，其加工方法选择如下。1）55o0.5内孔公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra3.2 m，需粗镗、半精镗（表5-15）。2)3)4）7300.5台阶孔 公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra6.3 m，需粗镗（表5-15）。40端面 为未注公差尺寸，表面粗糙度为 Ra3.2 m，需粗车、半精车（表5-16）22o0.021内孔公差等级为IT7，表面粗糙度为Ra1.6 m，需进行钻、扩

11、、粗铰、精铰（表 5-15）3、制订工艺路线制定工艺路线得出发点，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，还应当考虑经济效益，以便使生产成本尽量下降。1 ）工艺路线方案一：工序00铸造毛坯工序10钻、扩、粗铰、精铰两孔2200.021工序20 粗车、半精车 40端面工序30 粗镗、半精镗孔5500.5工序40粗镗台阶面 7300.5工序50 钻锥孔©8及M8底孔工序60 攻螺纹M8工序70 磨拨叉圆柱端面，对孔2200.021垂直度0.05工序80铣断

12、使之为两个零件工序90校正拨叉脚端面，对孔2200.021垂直度0.07工序100拨叉脚局部淬火，硬度50HRC淬深0.7-1.2mm工序110去毛刺工序120 清洗工序130终检2 ）工艺路线方案二：工序00铸造毛坯工序10 粗车、半精车 40端面工序20钻、扩、粗铰、精铰两孔2200.021工序30 粗镗、半精镗孔5500.5工序40粗镗台阶面 7300.5工序50 钻锥孔©8及M8底孔工序60 攻螺纹M8工序70 磨拨叉圆柱端面，对孔2200.021垂直度0.05工序80铣断使之为两个零件工序90校正拨叉脚端面，对孔2200.021 垂直度 0.07工序 工序 工序 工序100

13、110120130拨叉脚局部淬火，硬度 去毛刺清洗终检50HRC 淬深 0.7-1.2mm3 ）、工艺方案比较分析：2200.021 ,再以2200.021孔为基准加工顶面，然后加工0.021和55 00.5内孔.由上述两方案：方案一是先加工内孔55o0-5内孔等；而方案二先加工顶面，以顶面为基准加工两台阶面及 方案一可见 2200.021孔为基准加工顶面，精度易于保证,但加工 7300.5台阶面时不符合定位基准 与设计基准重合原则且需另外设计一套夹具。由方案二可见 40圆柱端面为基准加工其他各面 更合理，且仍可用前面所用的夹具，而且也能很好地保证垂直度要求 ，保证便于定位加工，符 合中批生产

14、要求，较为合理。因此，最后的加工路线确定如下00铸造毛坯10粗车、半精车 40上端面，以 40下底面为粗基准20钻、扩、粗铰、精铰两孔2200.021，以40上端面为精基准30粗镗、半精镗孔5500.5，以40上端面为精基准40粗镗台阶面 7300.5，以40上端面为精基准50钻锥孔©8及M8底孔，以 40上端面为精基准60攻螺纹M870磨拨叉圆柱端面，对孔2200.021 垂直度 0.05，以2200.021孔轴线为基准80铣断使之为两个零件，以2200.021孔轴线为基准90校正拨叉脚端面，对孔2200.021 垂直度 0.07，以2200.021孔轴线为基准100拨叉脚局部淬火

15、，硬度50HRC 淬深 0.7-1.2mm110去毛刺120清洗130终检工序工序工序工序工序工序工序工序工序 工序 工序 工序工序工序四、工序设计1、选择加工设备与工艺装备1 ）选择机床根据不同的工序选择机床a、工序10、30、40是粗车和半精车。各工序的步数不多，成批生产不要求很高的生产率， 故选用卧式车床就能满足要求。本零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，选用C630车床即可。（参考文献【"表5-55）b、工序20是钻、扩、粗铰、精铰孔。由于加工的零件外廓尺寸不大，故宜在车床上进行 加工，因此仍可选用 C630车床。（参考文献表5-58）工序50、60是钻孔、攻螺纹。选用Z52

16、5型立式钻床。（参考文献表5-64）d、工序70是磨端面。选用M7120A磨床。（参考文献【2】表4-49）e、工序80是铣断端面。选用立式铣床 X5012 （参考文献【2】表5-71）选用夹具。本零件除车床上需要专用夹具外，其他各机床上均可选用通用夹具即可。选择刀具 根据不同的工序选择刀具。a、b、c、d、在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金车刀和镗刀。这里选用普通车刀。在工序20中钻、扩、铰孔，选用直柄麻花钻、锥柄扩孔钻和锥柄用铰刀。C、工序50、60是钻孔、攻螺纹。选用直柄麻花钻和细柄机用丝锥。e、工序70是磨端面。刀具为砂轮。e、工序80是铣断端面。选用直柄立铣刀。选择量具本零件属成

17、批生产，一般情况下尽量采用通用量具。根据零件表面的精度要求、尺寸和形 状特点，参考本书有关资料，选择如下。工序加工面尺寸尺寸 精度量具10车上顶面保证尺寸50mm0.1读数值0.05，测量范围0-125，三角游标卡 尺201、钻孔2200.021 至 200.001分度值0.001，测量量程10-50，内径千分尺2、扩孔2200.021 至 21.80.001分度值0.001，测量量程10-50，内径千分尺3、粗铰孔2200.021至21.94，精铰孔2200.021达要求0.001分度值0.001，测量量程10-50，内径千分尺30车内孔 55 00.5至图样要求0.1读数值0.05，测量范

18、围0-125，三角游标卡 尺40车上下台阶孔7300.5保证尺寸0.1读数值0.05，测量范围0-125，三角游标卡 尺50 1、钻孔80.1读数值0.05，测量范围0-125，三角游标卡 尺2、钻螺纹孔M8的底孔6.60.1读数值0.05，测量范围0-125，三角游标卡 尺60攻螺纹孔M8螺纹直径8,粗牙1.25，螺纹塞规70磨拨叉圆柱端面，对孔2200.021 垂直度 0.050.01垂直度测量仪80铳断使之为两个零件0.1读数值0.05，测量范围0-125，三角游标卡 尺90校正拨叉脚端面，对孔2200.021 垂直度 0.070.01垂直度测量仪100拨叉脚局部淬火，硬度50HRC 淬

19、深 0.7-1.2mm0.01硬度计2、确定工序尺寸加工表面工序双（单）边余量公序尺寸及公差表面粗糙度粗半精精粗半精精粗半精精车上顶面 保证尺寸50mm1.9（单）1（单）5150Ra6.3Ra3.21、钻孔2200.021至201020Ra12.52、扩孔22o0.021至 21.80.921.8Ra6.33、粗铰孔2200'021至21.94， 精铰孔0.021220达要求0.070.0321.94“ 0.021220Ra3.2Ra1.62、车内孔5500.5 至图样要求3.41.153.955Ra6.3Ra3.23、车上下 台阶孔7300-5 保证尺寸2373Ra6.3五、确定切

20、削用量及基本时间切削用量包括背吃刀量ap、进给量f和切削速度V。确定顺序是先确定ap、f，再确定V。1、工序10切削用量及基本时间的确定。（1）切削用量本工序为粗车、半精车 40圆柱端面。已知加工材料为HT20Q机床为C63Q 工位夹具为专用车床夹具。由于车床C630的中心高280mm参考文献【表5-55）,故选刀杆尺 寸为 BXH=20mmX30mm.1）粗车40圆柱端面时a、确定背吃刀量ap粗车单边余量为1.9mm则ap =1.9mmb、确定进给量f根据参考文献【"表5-114，在粗车铸铁、刀杆尺寸为BXH=20mmX30mmap 3mm，工件直径为40mrr时，f0.4 0.5

21、,选择 f 0.42c、确定切削速度v根据参考文献"】表5-121，当用YG6硬质合金刀切削灰铸铁,ap=1.9mmf 0.42时，切削速度V101m/min。1000V ns1000 101d0804r / min查参考文献表5-56，车床C630接近转速为750r/min,取ns 750r/min故实际的切削速度donsVc 100040 75094.2m/ min2）半精车 40圆柱端面时a确定背吃刀量ap粗车单边余量为1mm则ap=1mm b、确定进给量f根据参考文献【表5-116，在半精车铸铁、表面粗糙度Ra=3.2、刀尖 圆弧半径 1mm时，f 0.25 0.40,选择f

22、 0.30c、确定切削速度v根据参考文献表5-121，当用YG6硬质合金刀切削灰铸铁，ap =1mmf 0.30 时，切削速度 V 114m/ min。ns1000Vd01000 11440907r / min查参考文献表5-56，车床C630接近转速为945r/min,取ns 945r/min故实际的切削速度Vcdons10004118.7m/min10001）确定粗车式中，L（2）基本时间40圆柱端面的基本时间。根据参考文献"】表2-24，车端面基本时间a p0h l2 bh 拆(23),k90 'b 2,l20,Tj12 20 20.42 750/608.4'2

23、）确定半精车40圆柱端面的基本时间。根据参考文献表2-24，车端面基本时间Tj式中，Ll1 l2 l3,l1義(23),k900,l12,l2Oh 0,0.30,n 945r/min, i 1c2022 0.3 945 / 603）确定辅助时间查参考文献【2】表4-106得辅助时间大约为粗车的1'22''和半精车的1'37''。Tj29.4'0.42 ,n 750r/mi n,i 14)工序工时总工序时间为TjTj1Tj2 T辅8.4" 9.4" 1'22''1'37 ''

24、; 3'17"2、工序20切削用量及基本时间的确定。(1)切削用量本工序为钻、扩、粗铰、精铰220.021。已知加工材料为HT20Q机床为C63Q工位夹具为专用车床夹具。“ 0.021220 至 20时1)钻孔a确定背吃刀量ap根据参考文献"】表5-42查得钻头直径应该选用20，则ap =10mmb、确定进给量f根据参考文献表5-127，在高速钢钻头钻孔时进给量，钻头直径d。16 20mm， f 0.70 0.86,选择 f 0.80确定切削速度 V根据参考文献【1】表5-136，当用硬质合金钻头钻削灰铸铁,d08 20mm时，切削速度v 5070m/min，取切削

25、速度v 70m/min。ns1000Vd01115r/min20查参考文献表5-56，车床C630转速最高为945r/min,取ns 945r/min故实际的切削速度2)donsVc 10000.021扩孔 220 至21.8时20 94559.3m/ min1000a、确定背吃刀量ap扩孔双边余量为1.8mm则ap= 0.9mmb、确定进给量f根据参考文献"】表5-128，在高速钢和硬质合金扩孔，扩孔钻直径d。20 25mm， f 1.0 1.2,选择 f 1.0确定切削速度 V根据参考文献【2】表4-68扩钻与扩孔的切削用量，切削速度Vc(1/ 2 1/3)v钻，取切削速度 V

26、35m/ min。ns1000Vd0511r/min21.8查参考文献表5-56，车床C630转速最高为478r/min,取ns 478r/minVc盘亠7832.7 m/min1000故实际的切削速度3）粗铰孔2200.021至 21.94a确定背吃刀量ap铰孔双边余量为0.14mm则ap= 0.07mmdod。ns确定进给量f根据参考文献【1】表5-136，在硬质 合金铰刀铰 孑L,铰 刀直径背吃刀量 ap 0.060.15 时，f 0.3 0.5,选择 f 0.4确定切削速度v 根据参考文献【1】表5-136，在硬质合金铰刀铰孔，铰刀直径10 - 25mm ,10 25mm， v 812

27、 ,选择 v 10。1000vdo1000 10145r / min21.94查参考文献 表5-56，车床C630转速最高为149r/mi n,取ns 149r/min故实际的切削速度dons4）vc 1000” o.021 精铰孔22021.94 149.10.3m /min 100022 o.021至220a、确定背吃刀量ap铰孔双边余量为0.06mm则ap= 0.03mm确定进给量f根据参考文献【1】表5-136 ,在硬质 合金铰刀铰 孑L,铰 刀直径do10 - 25mm，背吃刀量 ap 0.03 0.06 时，f 0.2 0.3,选择 f 0.25ns1000Vdo理卫 144.7r

28、/min22确定切削速度v 根据参考文献【1】表5-136，在硬质合金铰刀铰孔，铰刀直径do10 25mm， v 812 ,选择 v 10m/min 。查参考文献表5-56，车床C630转速最高为149r/mi n,取ns 149r/min故实际的切削速度dons22 149 Vc 10.3m/ min10001000(2)基本时间co 0.0211）确定钻孔220 至20的基本时间。根据参考文献 表2-26，钻孔和钻中心孔的基本时间T丄I hl2jfn fn式中，I 50mm,l1 Dcotk (1 2), l20, k 45°24.92'Tj1 2_ 50 20/2 20

29、.8 945/602）确定扩孔' 柱孔的基本时间0.021至21.8的基本时间。根据参考文献【1】表2-26，扩钻、扩孔和铰圆TjL I I1 I2 fn fn式中，ITj2D250 (21.820)/2 21.0 478/6050mm,hdlcotk(12),l20,k4506.6'3）确定粗铰孔220°°''铰圆柱孔的基本时间至21.94的基本时间。根据参考文献【"表2-26，扩钻、扩孔和TjL I I1 I2 fn fn式中，I 50mm,l1Tj3D250 (21.9421.8)/20.4 149/60dlcot k(12)

30、,l20,k52.4'4504）确定精铰孔 220 和铰圆柱孔的基本时间0.021至2200.021的基本时间。根据参考文献【1】表2-26，扩钻、扩孔TjLfnI li I2fn式中，I 50mm,hdlcot k(12),l20,k450Tj483.8'50(2221.94)/2 20.25 149/605）确定辅助时间查参考文献【2】表4-106得辅助时间大约为钻孔的1'24''、扩孔的2'40''、粗铰孔的8'10''和 精铰孔的1'20''。6）工序工时总工序时间为TjTj

31、i Tj2 Tj3 Tj4 T辅4.92" 6.6" 52.4' 83.8' 1'24"2'40'8'10'1'20''16'2"六、夹具设计夹具是工序10 （车上顶面保证尺寸50mm、工序20 （钻、扩、粗铰、精铰孔2200.021 ）、 工序30 （车内孔 55o0.5至图样要求）、工序40 （车上下台阶孔 73o0.5保证尺寸），在车床C630上进行加工的专用夹具，零件图如下所示。所设计的夹具装配图及工序简略如附图所示。有关 说明如下。_LO5 LUl46C-&

32、amp;血罐轉乩加匸采用平面与 V形块组合定位方案， V形块限制2个自由度，活动V形块仁穗圆钢壬久Z辭W-起制旣关 鼠包去牯亂HT200.4> 4#! Z0kg.拨叉零件图1、定位方案方案一：工件以下底面及两个 40圆柱面为定位基准， 在燕尾槽平面上定位，限制3个自由度，另外固定限制1个自由度。共限制六个自由度。由活动V形块进行夹紧。燕尾槽可在导轨上滑动, 且导轨两端使用挡销定位，中间使用定位销定位，从而实现三位移动定位。方案二:工件以下底面及两个22o0.021内表面为定位基准，采用一平面两销的组合定位方案，在燕尾槽平面上定位，限制 3个自由度，另外一个短圆柱销限制 2个自由度，菱形

33、销限制1个自由度。共限制六个自由度。由偏心夹紧机构进行夹紧。燕尾槽可在导轨上 滑动，且导轨两端使用挡销定位，中间使用定位销定位，从而实现三位移动定位。比较上述两个方案可以看出它们各在估缺点。方案一、二的定位基准与设计基准均重合，这是它个共同的优点。方案二，使用两个2200.021内表面能更好地保证定位加工精度， 但需要在钻床上加工孔之后才可进行,这样就增加了工序和其他的设备，且夹紧方案仍较繁锁。方案一，使用两个40圆柱面为定位基准，这样在一次夹紧后可加工多处，精度也较高，夹紧方案也较容易实现。固 采用方案一较好。2、夹紧机构3、根据生产率要求，运用手动夹紧可以满足。采用螺旋夹紧装置，结构简单，

34、容易制造。 通过拧紧右侧夹紧螺母使活动 V形块压紧工件，实现夹紧，有效提高了工作效率。活动 V形 块夹紧力主要作用是防止工件在装夹时掉落，手动螺旋夹紧是可靠的，可免去夹紧力计算。 在燕尾槽一端使用压块压紧，实现不同位置的夹紧。夹具与机床连接元件采用参考文献【2】表5-56中所示的三爪卡盘用过渡盘，保证夹具体与车床的正确定位及 夹紧。4、夹具体工件的定位元件和夹紧元件由燕尾槽和两块 V形块实现，其中一块固定，一块活动且通 过盖板压紧，燕尾槽又可在导向槽上移动，并通过楔形压紧块在不同的加工工位进行压紧， 楔形块通过辅助块限制定位，以上所述导向槽和辅助块通过螺栓固定于过渡盘上，过渡盘上 设有定位挡销，导轨中间设有定位销。这样该夹具便有机连接起来，实现定位、夹紧、移位 等功能。夹具体结构如下所示：05、使用说明安装工件时，松开右边铰链螺栓上的螺母，将活动 V形块后撤，把工件装在燕尾槽的 平面上并靠紧固定V形块，再将活动V形块前移，然后旋紧螺母夹紧工件。燕尾槽沿导向方 向移动。为了实现移位定位，过渡盘上设有定位挡销，为保证精度，挡销位置应该较精确。导 向槽中间设有定位销，