CA车床拨叉加工艺及夹具设计方案

1、丿丁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。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。一、零件的分析（一） 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

2、的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的020 孔与操纵机构相连，二下方的$ 50 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） 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$ 20 为中心的加工表面这一组加工表面包括：$ 2000.021的孔，以及其上下端面，上端面与孔有位置要求，孔壁上有一个装配时钻铰的锥孔，一个M8 的螺纹孔。下端有一个47的斜凸台。这三个都没有高的位置度要求。2.以$ 50 为中心的加工表面这一组加工表面包括：$ 50 鳥;0的孔，以及其上下两个端面。这两组

3、表面有一定的位置度要求，即$ 500.20的孔上下两个端面与$ 200.021的孔有垂直度要求。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、工艺规程设计（一）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

4、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$ 2000.021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 $ 32 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 ,可以考虑采用万能性机床配

5、以专用工卡具 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、精铳020 孔上端面。工序二钻、扩、铰、精铰020、050 孔。工序三 粗、精铣050 孔上端面工序四 粗、精铣050、020 孔下端面。工序五 切断。工序六 钻04 孔（装配时钻铰锥孔）。工序七 钻一个04 孔，攻 M6 螺纹。工序八 铣 47凸台。工序九 检查。 上面工序加工效率较高，但同时钻三个孔，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020 孔上端面。工序二 粗、精铣020 孔下端面。工序三 钻、扩、铰、精铰020 孔。工序四

6、钻、扩、铰、精铰050 孔。工序五 粗、精铣050 孔上端面工序六 粗、精铣050 孔下端面。工序七 切断。工序八 钻04 孔（装配时钻铰锥孔）。工序九 钻一个04 孔，攻 M6 螺纹。工序十 铣 47凸台。工序十一 检查。上面工序可以适合大多数生产，但效率较低。 综合考虑以上步骤，得到我的工艺路线。3. 工艺路线方案三工序一 以032 外圆为粗基准，粗铣020 孔下端面。工序二 精铣020 孔上下端面。工序三 以020 孔上端面和032 外圆为精基准，扩、铰、精铰020 孔，保证垂直度误差 不超过 0.05mm,孔的精度达到 IT7。工序四 以020 孔为精基准，扩、铰、精铰050 孔，保证

7、空的精度达到 IT11。工序五 切断。工序六 以020 孔为精基准，粗铣050 孔上下端面。工序七 以020 孔为精基准，精铣050 孔上下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.07。工序八 以020 孔为精基准，钻04 孔（装配时钻铰锥孔）。工序九以020 孔为精基准，钻 $ 4 孔，攻 M6 螺纹。工序十 以$ 20 孔为精基准，铳 47凸台。工序十一 去毛刺，检查。 虽然工序仍然是十一步，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$ 50、$ 20 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、工序

8、尺寸及毛皮尺寸的确定”CA6140 车床拨叉”；零件材料为 HT200，硬度 19024 伯 B ,毛皮重量 2.2kg，生产类型 中批量，铸造毛坯。按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、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 的圆角半径按表2.2.1vv简明设计手册选则金属型铸造R=3-5mm拔模斜度外表面a=030。毛坯热处理方式为自然失效处理以消除铸造应力。3、两内孔 $20 +0.0210,考虑其孔径较小铸造困难，为简化铸造毛坯外型，现直接将 $32圆柱铸成实心的。4外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公

9、差（ $20，$50端面）。 查机械制造工艺设计简明手册（以下称工艺手册）表2.2.42.2.5，取 $20，$50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2.0mm精铣0.5mm5、两内孔精度要求IT7参照机械制造工艺设计简明手册（以下简称工 艺 手 册 ）表2.3-8确 定 工 序 尺 寸 及 余 量 为 ： 钻孔 ：$18扩 孔 ： $19.82Z=1.8mm半 精 绞 ： $19.942Z=0.14mm精绞 ：$20+0.02106、内孔$50+0.05+0.25毛坯为铸孔，内孔精度要求IT12表面粗糙度为Ra3.6,参照 工艺手册 表2.3- 10确 定 工序 尺

10、寸 及 余 量 为:一次 钻$48二次扩 孔 $49.752Z=1.75三次 铰空$49.932Z=0.18四次 精镗 $50+0.50+0.257.其他尺寸直接铸造得到 由于本设计规定的零件为大批量生产，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工序一 以 $ 32 外圆为粗基准，粗铣 $ 20 孔上下端面。1.加工条件工件材料：HT200,db=0.16GPa HB=190241,铸造。机床： X62 万能铣床。刀具：W18C4V 硬质合金钢端铳刀，牌号 YG6。铳削宽度 ae=60,深度 ap=4,齿数 z=10,故 根据

11、切削用量简明手册（后简称切削）取刀具直径do=80mm，根据切屑选择刀具前角丫。=+ 5后角a0= 8，副后角ao=8，刀齿斜角 入 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） 铳削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=2mm, 次走刀即可完成所需长度。2）每齿进给量根据 X62 万能铳床说明书，机床功率为7.5KW。查切削表 3.5，f=0.140.24mm/z。由于是对称铳，选较小量 f=0.14mm/z。3）查后刀面最大磨损及寿命查切削手册表 3.7,后刀面最大磨损为1.01.5mm。查切削手册表 3.8，寿命 T=180mi

12、n4） 计算切削速度和每分钟进给量Vf查切屑表 3.16，当 do=80mm， z=10， ap=2mm， fzPcc，所选用切屑用量可用。最终确定 ap=2mm , n=375r/min,Vf=375mm/s , Vc=94.2m/min , fz=0.1mm/z。6）计算基本工时tm= L/Vf=（32+80）/375=0.297min。因铳上下端面，故该工序工时为t = 2tm=0.594min工序二精铳020 孔上下端面。1. 加工条件工件材料：HT200,db=0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：精铳020 上下端面。机床：X62 万能铳床。刀具：W18Cr4V 硬质

13、合金钢端铳刀，牌号 YG6。铳削宽度 ae=60,深度 apPcc，故已选切削用量可用。最终确定 ap=0.5mm，n=475r/min,Vf=375mm/min， Vc=119.3m/min， fz=0.08mm/z。6)计算基本工时tm= L/Vf=(32+80)/375=0.297min。因精铳上下端面，故该工序工时t =2tm=0.594min工序三 以$ 20 孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰$ 20 孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到 IT7。一.钻头1. 选择钻头选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双头刃磨法，查切削表2.1 ,2.2，后角ao=

14、 12,二重刃长度 be=2.5mm,横刀长 b=1.5mm,宽 l=3mm,棱带长度h =1.5mm=302=120 二502. 选择机床，Z525 机床3. 选择切削用量(1)决定进给量查切f =0.70 0.86mm/r % =3%。=1.5 v3所以，f = 0.70mm/r按钻头强度选择f = 1.75mm/r按机床强度选择f = 0.53mm/r最终决定选择机床已有的进给量f =0.48mm/r经校验Ff=6090：Fmax校验成功。(2) 钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度(查切)为 0.50.8mm 寿命T =60min.(3) 切削速度Vc如314 80 475=ii9.3

15、m/min10001000Vfnz0.08mm/ z475 10查切vc=18mm/r修正系数KTV=1.0KMV=1.0KtV=1.0Kxv =1.0K1v=1.0 Kapv=10故vc=18mm/r。查切机床实际转速为n。二272r / min故实际的切削速度Vc=15.4mm/r1000(4) 校验扭矩功率Mc二60Nm Mm二144.2Nm所以Mc：MmPC=1.7 2.0kw：PE故满足条件，校验成立。h =3mm2即=120 :0=102.选择切削用量(1) 决定进给量查切f = 1.0 1.2mm/r按钻头强度选择f = 2mm/ r按机床强度选择f =0.53mm/rFf=12

16、260：24520 =Fm a校验成功。(2)钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度(查切)为0.81.2mm,寿命T = 140 min最终决定选择 Z550 机床已有的进给量f = 0.40mm/r经ns1000vdg二318.3r/ minnf30 10=0.10min272 1.45由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量扩铰和精铰的切削用量如下：致，以减少辅助时间。扩钻:=272r /minf = 0.48mm/ rVc=15.4m/mind=19.8mm铰孔:=272r /minf = 0.48mm/ rVc=15.4m/mind。=19.94mm精铰:二272r /min f二0

17、.48mm/ rVc=15.4m/mind。二20IT7020 孔为精基准，钻、扩、铰、精铰1.选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时11 , 二重刃长度 bs=11mm,横刀工序四以050 孔，保证空的精度达到do=48mm，钻头采用双头刃磨法，后角长 b=5mm,弧面长 l=9mm,棱带IT7。扩孔后刀面最大磨损限度(查切)为0.91.4mm 寿命T =60 min铰和精铰孔后刀面最大磨损限度(查切)为0.60.9mm 寿命T =120min(3 )切削速度查切vc= 20mm/ r修正系数KTV=1.0 KMV=1.0 Ktv=1.0Kxv =1.0K1v=1.0 Kapv=10故vc=

18、 20mm/ r。ns二!000=132.6r/min血0查切机床实际转速为nc=125r/min(4)校验扭矩功率Mc二362Nm Mm二814.2Nm所以Mc：MmPc=4kw：PE=5.95kw故满足条件，校验成立。扩铰和精铰的切削用量同理如下:3.计算工时也d=0.52min125 0.53所有工步工时相同。工序五切断。1.选 择工具据 切削手 册 (1)根据表1.2选择YG6硬质合金刀具根据表3.1铣前深度ap4铣削宽度ae150,i5=0a0=8Kr=45Kre=30Kr=5入s=-20CC0=8bq=1.22.选择切削用量(1)决定铣削深度ap (由于加工余量不大,铸体为金属型,

19、铸造表面粗糙度为12.56.3所以可以 在 一次走刀内切完)ap=h=2mm故实际的切削速度vc=18.8m m/r1000扩钻:= 125r/min f=0.40mm/ rVc=19.5m/mind=49.75mm铰孔:= 125r/min f=0.40mm/ rVc=19.6m/mind。=49.93mm精铰:= 125r/min f二0.40mm/ rVc二19.6m/mind。= 50IT7查 表(3)选决定每齿进给量fz当使用YG6铣床功率为7.5KW3.5时fz=0.140.24mm/z取fz=0.18择铣刀磨纯标准及刀具寿命根据表3.7铣刀刀齿刀面最大磨损量为粗加工时2.0,精加

20、工时0.5,由于铣刀直径d0=100mm故刀具寿命T=180min （查 表3.8）（4）根 据（表3.16）当d0=100mm Z=10ap=2 fz=0.18 i=98m/min nt=32r/minft=490mm/min各修正系数为:km=kmn=kmf=0.89Ks=ksn=ksf=0.8故:c=tk=98X0.89x0.8=70m/min工序六 以$ 20 孔为精基准，粗铳 $ 50 孔上下端面。1. 加工条件工件材料：HT200,db=0.16GPa HB=190241,铸造。机床： XA5032 卧式铣床。刀具：W18Cr4V 硬质合金钢端铳刀，牌号 YG6。铳削宽度 ae60

21、，深度 apPcc=2.7kw 。故校验 合格。6）计算基本工时tm= L/Vf=（72+9）/375=0.216mi n.工序七 以 $ 20 孔为精基准，精铣 $ 50 孔上下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.07。1. 加工条件工件材料： HT200,db=0.16GPa HB=190241, 铸造。机床： XA5032 卧式铣床。刀具：W18Cr4V 硬质合金钢端铳刀，牌号 YG6。铳削宽度 ae60，深度 apPcc=2.7kw。故校验合格。6) 计算基本工时tm= L/Vf=(72+9)/375=0.216mi n.结果=1.0mm,f=0.21mm/z,nc=235r/m

22、in,Vfc=600.4mm/s.工序八以$ 20 孔为精基准，钻 $ 4 孔(装配时钻铰锥孔)。1.选择钻头选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 do=4mm ,后角a。= 16,二重刃长度2=120 ：=45 1=302.选择切削用量(1)决定进给量查切f = 0.18 022mm/r按钻头强度选择f= 0.50mm/r按机床强度选择f= 0.53mm/r最终决定选择机床已有的进给量f = 0.22mm/r经校验校验成功。(2) 钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度(查切)为0.50.8mm,寿命T = 20min.(3) 切削速度查切vc=18mm/r修正系数KTV=1.0 KMV=1.0 Kt

23、v=1.0Kxv =1.0K1v=1.0 Kapv=10故vc=18mm/r。查切机床实际转速为nc=1360r / min故实际的切削速度Vc=叱0% = 17 1mm/r1000 (4) 校验扭矩功率Mc MmPc: PE故满足条件，校验成立。3.计算工时L 4+2tm0.02minnf 1360 0.22工序九以$ 20 孔为精基准，钻一个$ 4 孔，攻 M6 螺纹。1.选择钻头选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 do=4mm ,后角a。= 16,二重刃长度1000vns=1432r / min2=120 :-0=45 1 =30 2.选择切削用量(1)决定进给量查切f = 0.18 022m

24、m/r按钻头强度选择f = 0.50mm/r按机床强度选择f = 0.53mm/r最终决定选择机床已有的进给量f = 0.22mm/r经校验校验成功。（2） 钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查切）为 0.50.8mm,寿命T =20 min.（3） 切削速度查切vc= 18mm/ r修正系数KTV= 1.0 KMV= 1.0 Ktv=1.0Kxv =1.0K1v=1.0 Kapv=10故vc=18mm/r。查切机床实际转速为nc二1360r / min故实际的切削速度vc匹=17.1mm/r1000（4）校验扭矩功率Me:MmPc: PE故满足条件，校验成立。3.计算工时丄L4+2 ec

25、c tm0.02 minnf 1360 0.22螺纹钻削由于没有手册可查，故以钻削切削用量及其他钻螺纹工序估算。祥见工艺卡片。 工序十 以$ 20孔为精基准，铳 47凸台。工序一检查。其余几步数据见工艺卡片。三、卡具设计3.1钻 M6 孔的钻床卡具经过与老师协商，决定设计第IX 道工序一一钻 M6 孔的钻床卡具。本卡具将用于式钻床。刀具为 M6 丝锥，以及/ 4 的高速钢麻花钻。（一） 问题的提出ns1000v =1432r / minZ525 立在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求 较低。因此，本步的重点应在卡紧的方便与快速性上。（二） 卡具设计1.定位基

26、准的选择出于定位简单和快速的考虑，选择/ 20 孔为基准，即以一面上一长销（自由度限 制数：5）配合以一挡销（自由度限制数：1 ）使工件完全定位。再使用快速螺旋卡紧机构进行卡紧。2.切削力和卡紧力计算本步加工可按钻削估算卡紧力。实际效果可以保证可靠的卡紧。轴向力FCFdMffyMkF-420 0.006101.00.81.0-2.52N扭矩Mc二CMd；MfyMkM=0.206 0.006201.0081.0 = 7.416 10NM由于扭矩很小，计算时可忽略。卡紧力为F =Ff2=5.04N取系数 S1=1.5 S2=S3=S4=1.1则实际卡紧力为 F=S1*S2*S3*S4*F=10.0

27、6N使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧 力。3.定位误差分析本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终靠近定位销的一面，而挡销的偏角会使 工件自重带来一定的平行于卡具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方， 进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要 求。4.卡具设计及操作的简要说明卡具的卡紧力不大，故使用手动卡紧。为了提高生产力，使用快速螺旋卡紧机构。卡具上设置有钻套，用于确定的钻3.2 粗、精铣 32 上平面夹具设计本夹具主要用来粗、精铣上平面。由于加工本道工序的工序简图可知。粗、精铣上平面时，粗糙度要求&

28、= 6.3、m，上平面与下平面有平行度要求，并 与工艺孔轴线分别垂直度的要求， 本道工序是对传动箱上平面进行粗精加工。因此在本道工序加工时，主要应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度。同时应 保证加工尺寸精度和表面质量。3.2.1 定位基准的选择由零件图可知工艺孔的轴线所在平面有垂直度的要求，从定位和夹紧的角 度来看，本工序中，定位基准是下平面，设计基准也是要求保证上、下两平面 的平行度要求，定位基准与设计基准重合，不需要重新计算上下平面的平行 度，便可保证平行度的要求。在本工序只需保证下平面放平就行，保证下平面 与两定位板正确贴合就行了。为了提高加工效率，现决定用两把铣刀的上平面同时进行粗精铣加

29、工。同时进 行采用手动夹紧。322 定位元件的设计本工序选用的定位基准为一面两销定位，所以相应的夹具上的定位元件应 是一面两销。因此进行定位元件的设计主要是对固定挡销和带大端面的短圆柱 销进行设计。根据参考文献11带大端面的短圆柱销的结构尺寸参数如图所示带大端面的短圆柱销根据参考文献11固定挡销的结构如图所示。3.2.3 定位误差分析本夹具选用的定位元件为一面两销定位。其定位误差主要为：销与孔的配合0.05mm,铣/钻模与销的误差0.02mm,铣/钻套与衬套0.029mm由公式e=(H/2+h+b)max/Hmax= (0.052+0.022+0.0292)1/2=0.06mme=0.06X30/32=0.05625可见这种定位方案是可行的3.2.4 铣削力与夹紧力计算本夹具是在铣床上使用的，用于定位螺钉的不但起到定位用，还用于夹紧，为了保证工件在加工工程中不产生振动，由计算公式Fj=FsL/(d0tg(a+i)/2+rtg2)式(3.2)Fj沿螺旋轴线作用的夹紧力Fs作用在六角螺母L作用力的力臂(mm