机械制造工艺学课程设计-“CA6140车床拨叉型号831003”零件的机械加工工艺及夹具设计

1、序言机械制造技术根底课程设计是我们完成了根底课程和局部技术根底课程之后进行的。它一方面要求我们通过设计能够获得综合运用过去学过的全部课程进行工艺及结构设计的根本能力；也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，同时也是我们一次理论联系实际的实际训练。因此，他在我们的大学生活中占据在相当重要的地位。通过设计，我们学会了熟悉运用机械制造工艺学课程中的根本理论实际知识，解决了一个零件在加工中的定位、夹紧、以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题保证加工质量。由于能力有限，设计尚有很多缺乏之处，恳请老师能给予批评和指正。完整版全套设计，联系 153893706一、零件的分析一拨叉的作

2、用题目给定的零件是CA 6140拨叉831003。它位于车床变速机构中，主要其换挡作用。通过拨叉的拨动使车床滑移齿轮与不同的齿轮啮合，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，从而使主轴获得所需的速度和扭矩。宽度为30+0.0120mm的面的尺寸精度要求很高，在拨叉工作工程中，和如果拨叉和槽的配合尺寸精度不高或者它们之间的空隙很大时。滑移齿轮就达不到很高的定位精度，这样滑移齿轮就不能很好的与其他齿轮进行正确有效的啮合。从而影响整个传动系统的工作。所以拨叉宽度为30+0.0120mm的面和槽之间要到达很高的配合精度。二拨叉的机械加工工艺分析一个好的结构不但要应该到达设计要求，而且要有好的机械加工工艺性

3、，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。拨叉是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比拟小，结构形状较复杂，其加工内花键的精度要求较高，此外还有上端面要求加工，所以对精度要求也很高。其底槽侧面与花键孔中心轴有垂直度公差要求，上端面与花键孔轴线有平行度要求。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各外表的外表质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。拨叉零件图如下列图1.1图1.1 拨叉零件图大致的加工顺序和过程：铣侧面；拉内花键孔；铣上端面；铣18H11底槽；钻、铰2-M8通孔，并攻丝。1 侧面的加工

4、主要是为了后续工序中能有更好的定位面，确保后续加工所要求的精度，粗糙度在6.3即可。2 以为主要加工面，拉内花键槽，槽数为6个，其粗糙度要求是底边，侧边，内孔粗糙度。3加工是铣上端面，外表粗糙度要求为。4铣18H11底槽，该槽的外表粗糙度要求是两槽边，槽底的外表粗糙度要求是。5 钻并攻丝2-M8，保证两螺纹孔中心距为25mm。三毛坯的选择本次课程设计的拨叉材料为HT200，根据材料成型工艺可知用金属型铸造。该零件能够承受较大载荷和冲击载荷，并且拨叉不经常受交变载荷作用，受力也不是太大，所以能够满足使用要求。生产类型为大批量生产。因为零件形状简单故毛坯形状需与零件的形状尽量接近，又因内孔很小，不

5、可以铸出，18H11的底槽也不能铸出。二、工艺规程的设计一确定毛坯的制造形式零件的材料是HT200，工作环境良好，不会承受较大的冲击载荷，由于年生产量为2000件，已经到达了中批量生产，并且材料可铸。因此从提高生产率，保证经济性的角度讲，应该采用铸造成型中的“金属模机械砂型铸造的方法制造毛坯。二基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否那么，加工工艺过程中会出现很多问题，使生产无法正常进行。粗基准的选择对于零件而言，尽可能选择不加工外表为粗基准。而对有假设干个不加工外表的工件，那么应以与加工外表要求相对位置精度较高的不加

6、工外表作粗基准。所以选择右端R20的端面，上顶端4080的面和右侧7580的面为粗基准。精基准的选择精基准的选择有利于保证加工精度，并使工件装夹方便。在选择时，主要应该考虑基准重合、基准统一等问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。精基准选择为花键孔和7240的端面，在加工中采用专用夹具夹持。三制订工艺路线制订工艺路线的出发点，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。在生产纲领已经确定为中批量生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量是工序集中来提高生产效率。除此之外，还应当考虑经济效果，以使生产本钱尽量下降。工艺路线方案工序1 粗铣8

7、040的左端面,精铣7540的左端面直至符合外表粗糙度要求。工序2 钻22的花键孔。工序3 倒245的倒角。工序4 拉花键，保证精度要求。工序5 粗铣沟槽, 粗铣上外表的平面。工序6 精铣沟槽, 精铣上平面至符合外表粗糙度要求。工序7 钻螺纹孔。工序8 攻螺纹至M8。工序9 终检。四机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸确实定“拨叉零件的材料为HT200，净重量为0.84千克，生产类型为中批量生产，可以采用“金属模机械砂型铸造的方法进行毛坯的制造。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各个加工外表的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 考虑到零件的很多外表没有粗糙度要求，不需要加工。从铸造出来即可符

8、合使用要求，因此，只采取7540的外表留有2.57540的加工余量。毛坯的尺寸公差为CT8,可以从?机械制造设计工艺简明手册?得到CT8=1.6mm。相应计算如下：最大极限尺寸=80+2.5+CT8/2=83.3mm最小极限尺寸=80+2.5-CT8/2=81.7mm7540的端面的精加工余量为1mm，粗加工余量2.5-1=1.5mm。五确定切削用量及根本工时工序1：铣7540的端面至符合要求。工步1：粗铣背吃刀量为=2.5-1.0=1.5mm。进给量确实定：机床的功率510Kw,工件夹具系统的刚度为中等条件，按?切削用量简明手册?中表3.3选取该工序的每齿进给量为=0.2mm/z。铣削速度：

9、参考?机械制造技术根底课程设计指导教程?得，选用镶齿铣刀，其中在d/z=80/10的条件下选取。铣削速度为v=40m/min。有公式n=1000r/d可以得到:n=100040/80=159.15r/min由于手册中的X51型立式铣床的主轴转速为n=160r/min,所以，实际的铣削速度为：V=nd/1000=1603.1480/1000=40.19m/min根本时间t: 根据面铣刀平面对称铣削、主偏角=90的根本时间计算公式:t=()/。其中，=75mm，=13mm，取=2mm，=40mm。那么有： =0.5d- +(1 3)=0.5(80-)+2=7.36mm。=n=zn=0.210160

10、=320mm/mint=()/=(75+7.36+2)/320=0.264min15.82s工步2：精铣背吃刀量确实定：=1mm .进给量确实定：由?切削用量简明手册?中表3.3，按外表粗糙度为=3.2m的条件选取，该工序的每转进给量f=0.8mm/r。铣削速度的计算：根据其他有关资料确定，按镶齿铣刀，d/z=80/10，=0.08mm/z的条件选取，铣削速度v为： v=57.6mm/min。由公式：n=1000r/d可以求得铣刀转速n=229.3r/min 。参照?机械制造技术根底课程设计指导教程?中4-15的X51型立式铣床的主轴转速，选取转速为n=210r/min。再将此转速代入上面公式

11、，可以求得：v= nd/1000=52.78mm/min。根本时间确实定：根据?机械制造技术根底课程设计指导教程?中表5-43中面铣刀铣平面对称铣削、主偏角=90的根本时间公式t=()/，可以求得该工序的根本时间，其中=75mm，=13mm，取=2mm，=40mm，=7.36mm，得=n=0.8mm/r210r/min=168mm/mint=()/=(75+2+7.36)/168=0.502min30.13s工序2：钻20mm的孔，扩孔至22mm。 工步1：钻20mm的孔。背吃刀量=20mm进给量确实定：选取该工步的每齿进给量f=0.3mm/r。切削用量的计算：因为该工件的材料为HT200，所

12、以选取切削速度v=22m/min。由式n=1000v/d可以求得：n=100022/(20)=350.32r/min参照?机械制造技术根底课程设计指导教程?中表4-9所列的Z525 型立式钻床的主轴转速，选取n=392r/min，再将n代入n=1000v/d中，得到：v=39220/1000=24.6m/min根本时间t:其中=80mm，=101.66+1=12.66mm，=14mm,取=2mm。所以根本时间t为：工步2：扩20mm的孔至22mm。背吃刀量确实定：取=1mm。进给量确实定：由?切削用量简明手册?中表2.10的资料，选取该工件的每转的进给量f=1.1 mm/r 。切削速度确实定：

13、根据相关资料，确定: v=0.4=0.122=8.8m/min由公式n=1000v/d。可以得到：n=10008.8/22=127.4r/min按机床选取n=140r/min，得切削速度v=根本时间t: 其中=80mm, =11.66+1=3.66mm/min, =14mm, 取=2mm。所以根本时间t为：工序3：粗铣沟槽，上平面 工步1：粗铣沟槽。背吃刀量确实定：双边背吃刀量为=16mm。进给量确实定：按?切削用量简明手册?中表3.14中资料选择刀具为“直柄立铣刀，d/z=16/3;铣刀每齿进给量为=0.04mm/z。铣削速度=18mm/min。主轴转速为n=358r/min。根本时间t:

14、按?机械制造技术根底课程设计指导教程?中表5-43得： ， 式中=0.5d+(12)，=13mm， 其中h为沟槽深度，为铣削轮廓的实际长度，为沟槽深度的背吃刀量。，取=2mm,i=34/17=2,工步2: 铣上平面由工序1可知，精加工余量为1mm,背吃刀量为3-1=2进给量确实定：机床的功率按510Kw，按?切削用量简明手册?中表3.3选取该工序的每齿进给量为=0.2mm/z。铣削速度：参考?机械制造技术根底课程设计指导教程?得，选用镶齿铣刀，其中在d/z=80/10的条件下选取。铣削速度为v=40m/min。有公式n=1000r/d可以得到: n=100040/80=159.15r/min由

15、于手册中的X51型立式铣床的主轴转速为n=160r/min,所以，实际的铣削速度为：V=nd/1000=1603.1480/1000=40.19m/min根本时间t据面铣刀铣平面不对称铣削的计算时间计算公式：按?机械制造技术根底课程设计指导教程?表5-45切入和切出行程速度, =n=zn=0.210160=320mm/mint=(80+29)/320=0.34min20.7s。 三、铣槽专用夹具设计为了在考虑零件的技术要求的前提下降低劳动强度提高劳动生产率。根据任务要求中的设计内容，需要设计专用夹具来铣18H11底槽，该槽相对于花键孔中心有一定的技术要求。加工底槽的夹具将用于卧式镗床，刀具采用

16、三面刃铣刀。一定位基准的选择由零件图可知：槽两侧面面对花键孔的中心线有尺寸要求及垂直度要求，其设计基准为花键孔的中心线。为了使定位误差到达要求的范围之内，在此选择以花键孔中心线为主要定位基准，那么由定位其准不重合引起的误差较小，这种定位在结构上也简单易操作。采用花键轴定心定位的方式，保证底槽加工的技术要求。同时，应加一圆柱销固定好花键轴，防止花键轴带开工件在X方向上的旋转自由度。其中花键轴限制五个自由度，包括3个转动自由度和两个移动自由度;平面限制轴向方向的移动自由度。二定位误差分析由于槽的轴向尺寸的设计基准与定位基准重合，故轴向尺寸无基准不重合度误差。径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径

17、向尺寸无基准不重合度误差。即不必考虑定位误差，只需保证夹具的花键心轴的制造精度和安装精度。三夹具设计方案确定根据任务书要求，铣槽时要保证槽宽18H11，槽两侧面粗糙度3.2，底面粗糙度6.3，且要保证底面与花键中心尺寸15mm，以及槽两侧面与花键孔中心的垂直度误差不大于0.08mm，现设计夹具方案有：方案一：采用压板用螺栓联接，利用汽缸夹紧，这种夹紧方式夹紧力可靠，辅助时间短，工人劳动强度小，但是本钱高。方案二：采用压板，用螺栓、螺母联接，利用手动夹紧，这种夹紧方式夹紧力小，但本钱低。本次设计零件为大批量生产，要求本钱低，且在加工过程中夹紧力要求不高，因此夹具夹紧方案选用方案二，利用螺栓、螺母

18、手动夹紧。如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率.为此,在螺母夹紧时采用开口垫圈,以便装卸,夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工。结果，本夹具总体的感觉还比拟紧凑。夹具上装有对刀块装置，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀与塞尺配合使用；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一个正确的安装位置，以便有利于铣削加工。安装工件时，先将工件花键孔装入定位心轴，安装开口垫圈，用夹紧螺母拧紧，夹紧工件。 四切削力及夹紧分析计算刀具材料：高速钢镶齿三面刃铣刀刀具有关几何参数： 由参考文献13表1-2-9 可得铣削切削力的计算公式： 查

19、参考文献13表得：对于灰铸铁： 取 ， 即所以 由参考文献3表1-2可得：垂直切削力 ：对称铣削 背向力：根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以平安系数作为实际所需夹紧力的数值。即： 平安系数K可按下式计算： 式中：为各种因素的平安系数，见参考文献13表可得： 所以 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算： 式中参数由?机床夹具设计手册?可查得： 其中： 螺旋夹紧力：易得：经过比拟实际夹紧力远远大于要求的

20、夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可靠的。五 误差分析与计算该夹具以平面定位心轴定心，心轴定心元件中心线与底槽侧面规定的垂直度偏差0.08mm，槽的公差为mm。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 由参考文献13可得： 平面定位心轴定心的定位误差 ： 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。六夹具设计及操作的简要说明如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比拟费时费力。由于该工件体积小，工件材料易切削，切削力不大等特点。经过方案的认真分析和比拟，选用了手动夹紧方式螺旋夹紧机构。这类夹紧机构结构简单，操作方便，容易铸成，加工定位方便，在机床夹具中应用广泛。此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，心轴可采用可换的。以便随时根据情况进行调整。四、结论在经过一周的设计之后，使我们了解到了有关机械制造技术根底的一些知识，切身地体会到了从毛