哈工大机械制造大作业

零件分析题目所给的零件是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操作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的孔与操纵机构相连，二下方的Φ55叉口则是用于与所控制齿轮所在的轴接触，拨动下方的齿轮变速。其生产纲领为批量生产，且为中批生产。图1-1CA6140拨叉零件图零件的工艺分析零件材料采用HT200，加工性能一般，在铸造毛坯完成后，需进行机械加工，以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：1、小头孔Φ25：该加工面为内圆面，其尺寸精度要求为；2、叉口半圆孔Φ55：该加工面为内圆面，其尺寸精度要求为；3、拨叉左端面：该加工面为平面，其表面粗糙度要求为，位置精度要求与内圆面圆心距离为；4、叉口半圆孔两端面，表面粗糙度要求为，其垂直度与小头孔中心线的垂直度为；5、拨叉左端槽口，其槽口两侧面内表面为平面，表面粗糙度要求为，其垂直度与小头孔中心线的垂直度为0.08mm。6、孔圆柱外端铣削平面，加工表面是一个平面，其表面粗糙度要求为。确定毛坯1、确定毛坯种类：零件材料为，查阅机械制造手册，有，考虑零件在机床运行过程中受冲击不大，零件结构又比较简单，故选择铸造毛坯。图3-1毛坯模型2、毛坯特点：（1）性能特点：（2）结构特点：一般多设计为均匀壁厚，对于厚大断面件可采用空心结构。CA6140拨叉厚度较均匀，出现疏松和缩孔的概率低。（3）铸造工艺参数：铸件尺寸公差：铸件公称尺寸的两个允许极限尺寸之差成为铸件尺寸公差。成批和大量生产采用金属型时，铸钢和铸件尺寸公差等级为级，选择尺寸公差等级为CT8。机械加工余量：查阅参考文献[5]，铸铁件的加工余量等级为E、F、G，故设计铸件公差为。最小铸出孔：由于孔深为，孔壁厚度为，此时灰铸铁的最小铸出孔直径大于，故孔不铸出，采用机械加工的方法加工。3、毛坯尺寸的确定：工艺路线二工序名称加工基准1、粗车内孔1、不加工大底面2、精车内孔2、不加工大底面3、粗铣两处端面3、不加工大底面4、钻扩铰两处内孔4、内孔轴线5、铣断5、内孔轴线6、粗铣孔上端面6、内孔轴线7、精铣孔上端面7、内孔轴线8、粗铣孔下端面8、内孔轴线9、精铣孔下端面9、内孔轴线10、铣左端面10、内孔轴线11、粗铣拨叉左端槽11、内孔轴线12、精铣拨叉左端槽12、内孔轴线13、铣外圆斜面13、内孔轴线14、清洗15、检验工艺路线比较与分析上述两个方案的特点：方案一是先加工圆与两个内孔，并把这两步放在一个工序中，利用夹具和夹具上的定位元件保证以保证内孔和孔的相对位置精度。在后续加工时，以内孔为精基准，保证后续加工精度，并利用了两件合铸的优势，提高了工作效率；方案二与方案一不同之处在于是先加工内孔，使之达到要求精度，然后再利用一锥销保证内孔和孔的相对位置精度，工序上不如方案一效率高，但是在可操作性上面比方案一略高。可以将工序定为：工序名称加工基准机床刀具1、铣两处端面，保证尺寸1、不加工大底面硬质合金圆柱形铣刀；X61卧式铣床2、镗内孔，保证尺寸，保证表面粗糙度3.22、不加工大底面YG6硬质合金镗刀；T68型镗床3、钻扩铰两处内孔，保证和表面粗糙度1.63、内孔轴线高速钢麻花钻头、高速钢扩孔钻、硬质合金铰刀；Z525立式钻床4、铣断，保证尺寸6mm4、内孔轴线高速钢锯片铣刀；X61卧铣5、铣孔两端面，保证尺寸5、内孔轴线组合三面刃铣刀；X61卧式铣床6、粗铣操作槽端面，保证尺寸24mm6、内孔轴线YG6硬质合金立铣刀；X51卧式铣床7、精铣操作槽端面，保证尺寸7、内孔轴线YG6硬质合金立铣刀；X51卧式铣床8、粗铣拨叉左端槽8、内孔轴线高速钢立铣刀；X51立式铣床9、精铣拨叉左端槽，保证尺寸和垂直度0.089、内孔轴线高速钢立铣刀；X51立式铣床10、铣外圆斜面保证尺寸和表面粗糙度3.210、内孔轴线高速钢立铣刀；X51立式铣床11、清洗、检验机械加工余量、工序尺寸的确定CA6140车床拨叉，零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛坯重量约为1.1kg，生产类型为中批量生产，铸造毛坯。根据以上原始资料及加工工艺，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）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。按《机械制造工艺设计简明手册》（后称文献[10]）表2.2-1查得铸件在长度最大方向公差尺寸CT=2.2mm，同理可查得外圆轴线方向CT=1.6mm；大头孔CT=1.4mm；外圆轴线方向CT=1.1mm。根据文献[10]表2.2-4按8F标准查得机械加工余量MA分别为2.0mm、2.0mm、1.5mm（双边余量）、2.0mm。根据文献[10]图2.2-1及图2.2-2可以得出毛坯各尺寸，经过圆整后得出尺寸如下：外圆端面到大底面距离大头孔直径外圆两端面距离外圆轴线到小凸台距离（2）铸件的圆角半径，按文献[10]表2.2-9金属型铸造圆角公式，对于黑色金属有。故选取R=3~5mm。按表2.2-8选取拔模斜度外表面内表面自然时效处理以消除铸造应力。（3）两内孔，考虑其孔径较小铸造困难，为简化铸造毛坯外型，现直接将圆柱铸成实心的。（4）铣φ40端面加工余量及公差。两φ40圆柱端面为自由尺寸和公差，表面粗糙度没有明确要求，考虑切除铸造缺陷区及提供定位精基准的需要，进行一步粗铣，根据表2.2-4查得加工余量MA=2.0mm。又因为公差CT=1.6，根据毛坯尺寸，工序余量Z=3mm。（5）镗φ55内孔毛坯为铸孔，内孔精度要求IT13表面粗糙度为Ra3.6，可以一次粗镗成所需的尺寸，得出工序余量2Z=4.4mm，Z=2.2mm。（6）钻扩绞两孔φ25两内孔精度要求IT7参照文献[10]表2.3-8确定工序尺寸及工序余量为：钻孔：φ23扩孔：φ24.82Z=1.8mm粗绞：φ21.942Z=0.14mm精绞：（7）铣断（8）铣φ55孔两端面圆柱φ55圆柱两端面距离为（IT12），表面粗糙度值要求为Ra3.2，与孔有垂直度要求。故可以考虑用组合铣刀一次铣削成型。φ55铣削的加工余量MA=2.0mm，根据毛坯尺寸可以得出Z=2.5mm。（9）铣小头凸台面为简化毛坯模具，16mm×8mm的方槽最初并不铸出，则小头孔凸台仅需留出面铣加工余量，包括粗铣和半精铣两部分。根据文献[12]表2-36及毛坯尺寸，可得：粗铣工序余量Z=2.5mm半精铣工序余量Z=1.0mm(10)铣16mm×8mm方槽因为槽的底面深度8mm没有公差要求，表面粗糙度为Ra6.3，两侧面距离为粗糙度Ra3.2，故可以分为粗铣和精铣。首先选用的直柄立铣刀铣出的槽，然后选用专用刀具铣出所需的槽。根据文献[12]表2-36及毛坯尺寸，可得：粗铣工序余量Z=8mm半精铣工序余量2Z=2.0mm（11）铣φ40外圆上的45°平面直接从φ40圆柱面上铣出平面即可。确立切削用量及基本工时铣两处端面加工条件工件材料：HT200，，铸造；加工要求：粗铣端面，加工余量3.0mm；机床：X51立式铣床；刀具：YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae≤90,深度ap≤6,齿数z=12,故根据文献[10]表3.1，取刀具直径d0=125mm。根据《切削用量手册》（后称文献[11]）表3.2，选择刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃倾角λs=－10°,主偏角Kr=60°,过渡刃,副偏角Kr′=5°。切削用量1）确定切削深度ap因为余量较小，故选择ap=3.0mm，一次走刀即可完成。2）确定每齿进给量fz由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据文献[11]表3.5，使用YG6硬质合金端铣刀加工，机床功率为4.5kw（据文献[10]表4.2-35，X51立式铣床）时：fz=0.09~0.18mm/z，故选择：fz=0.18mm/z。3）确定刀具寿命及磨钝标准根据文献[11]表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直径d0=125mm，故刀具使用寿命T=180min（据文献[10]表3.8）。4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf根据文献[11]表3.16，当d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：kMV=1.0，kSV=0.8。切削速度计算公式为：其中，，，，，，，，，，，，，将以上数据代入公式：确定机床主轴转速：根据文献[10]表4.2-36，选择nc=210r/min，vf=400mm/min，因此，实际切削速度和每齿切削量为：5)校验机床功率根据文献[11]表3.24，近似为Pcc=1.9kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校验合格。最终确定:ap=3.0mm，nc=210r/min，vf=400mm/s，vc=82m/min，fz=0.159mm/z。6）计算基本工时：tm＝L/vf，L=2(l+y+Δ)，l=40mm.查文献[11]表3.26，入切量及超切量为：y+Δ=47mm，则：tm＝L/Vf=2(40+47)/400=0.44min。镗内孔加工条件：机床：T68卧式镗床刀具：硬质合金镗刀切削用量：单边切削余量：由文献[12]表5-30查得：，由文献[10]表4.2-21选取：由《简明手册》4.2-20选取：计算切削工时：钻扩铰两处孔钻孔：切削用量：机床选择：Z525立式钻床选择钻头：根据文献[11]表2.1、2.2，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=23mm，钻头采用双锥后磨横刃，后角αo＝12°，二重刃长度bε=4.5mm,横刃长度b=2.5mm,弧面长度l=5mm,棱带长度，，。切削用量（1）确定进给量按加工要求确定进给量：查文献[11]表2.7得，按钻头强度选择:查文献[11]表2.8,钻头允许进给量为：；按机床进给机构强度选择：查文献[11]表2.9，机床进给机构允许轴向力为8330N时，进给量为。以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为：。根据文献[10]表4.2-16,最终选择进给量：。由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。根据文献[11]表2.19查出，钻孔时轴向力Ff=8740N，根据Z525立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为8830N﹥Ff，故所选进给量可用。（2）确定钻头磨钝标准及寿命根据文献[11]得刀具磨损限度0.8~1.2mm，寿命（3）切削速度查文献[11]表2.30，切削速度计算公式为：其中，，，，，，，，，查得修正系数：故实际的切削速度：从而得出转速:根据文献[10]表4.2-15取，那么（4）检验机床扭矩及功率查文献[11]表2.21，当f≤0.51,do≤25mm时，，修正系数均为1.0，故。查机床使用说明书：。查《切削手册》表2.23,钻头消耗功率：Pc=1.0kw。查机床使用说明书。由于，，故切削用量可用。最后取：,，计算工时根据文献[11]表2.29得所以：扩孔至Φ24.8查《切削手册》表2.10，扩孔进给量为：，并由机床使用说明书最终选定进给量为：。根据文献[12]查得，，根据机床使用说明书选取：。基本工时：粗铰孔刀具：硬质合金铰刀根据文献[12]表5-28查得：,，。查文献[11]表2.35得钻床，。基本工时：粗铰孔同6，选择，基本工时：铣断1.加工条件工件材料：HT200，，铸造；加工要求：铣断零件；机床：X61卧式铣床；刀具：高速钢锯片铣刀。根据铣断条件，铣削宽度ae≤10，深度ap≤25，及设计夹具时防止干涉根据文献[3]表3-14及表3-29，取刀具直径d0=160mm，宽度，齿数。文献[2]表3.2，选择刀具前角γ0＝5°后角α0＝20°，副后角α0’=10°，刃倾角λs=－10°，主偏角Kr=15°，过渡刃,副偏角Kr′=0.5°。2.切削用量1）确定切削深度ap因为铣刀宽度为，故ap=6mm，一次走刀即可完成。2）确定每齿进给量fz根据文献[2]表3.4，使用高速钢切断刀加工，机床功率为4.0kw（据文献[1]表4.2-38，X61卧式铣床）时：fz=0.02~0.03mm/z故选择：fz=0.02mm/z。3）确定刀具寿命及磨钝标准根据文献[2]表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5~2.0mm；由于铣刀直径d0=160mm，故刀具使用寿命T=150min（据文献[1]表3.8）。4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf查文献[2]表3.27切削速度计算公式为：其中，，，，，，，，，，，，，将以上数据代入公式：确定机床主轴转速：确定机床进给速度：根据文献[1]表4.2-39，选择nc=65r/min，vf=40mm/min，因此，实际切削速度和每齿切削量为：5)校验机床功率根据文献[2]表3.24，近似为Pcc=1.9kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率Pcm=4.0×0.75kw=3kw>Pcc。故校验合格。最终确定:ap=6mm，nc=80r/min，vf=40mm/min，vc=25.12m/min，fz=0.025mm/z。6）计算基本工时根据文献[3]表5-43得不对称铣削平面的时间计算公式：其中：；；铣孔两端面加工条件工件材料：HT200，，铸造；加工要求：铣孔两端面，保证尺寸机床：X61卧式铣床；刀具：YG6镶齿三面刃铣刀。铣削宽度，,深度，故根据文献[2]表3.1，取刀具直径，齿数。根据《切削用量手册》，选择刀具前角，后角：周齿：，端齿。根据表3.7，得铣刀磨损标准：后刀面最大磨损限度：；根据表3.8，得铣刀平均寿命：。切削用量：进给量：；查文献[2]表3.5得，取，查文献[2]表3.16得，，。根据文献[2]表3.36、表3.37得机床实际参数，计算实际切削速度：；查《切削用量手册》表3.25，得：走刀长度：；基本时间：。粗铣孔凸台面1.加工条件工件材料：HT200，，铸造；加工要求：粗铣孔凸台面，加工余量2.5mm；机床：X51立式铣床；刀具：YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae≤90,深度ap≤6,齿数z=12,故根据文献[10]表3.1，取刀具直径d0=125mm。根据《切削用量手册》（后称文献[11]）表3.2，选择刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃倾角λs=－10°,主偏角Kr=60°,过渡刃,副偏角Kr′=5°。2.切削用量1）确定切削深度ap因为余量较小，故选择ap=2.5mm，一次走刀即可完成。2）确定每齿进给量fz由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据文献[11]表3.5，使用YG6硬质合金端铣刀加工，机床功率为4.5kw（据文献[10]表4.2-35，X51立式铣床）时：fz=0.09~0.18mm/z，故选择：fz=0.18mm/z。3）确定刀具寿命及磨钝标准根据文献[11]表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直径d0=125mm，故刀具使用寿命T=180min（据文献[10]表3.8）。4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf根据文献[11]表3.16，当d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：kMV=1.0，kSV=0.8。切削速度计算公式为：其中，，，，，，，，，，，，，将以上数据代入公式：确定机床主轴转速：根据文献[10]表4.2-36，选择nc=210r/min,vf=400mm/min,因此，实际切削速度和每齿切削量为：5)校验机床功率根据文献[11]表3.24，近似为Pcc=2.3kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校验合格。最终确定:ap=2.5mm，nc=210r/min，vf=400mm/min，vc=82m/min，fz=0.159mm/z。6）计算基本工时tm＝L/vf，L=2(l+y+Δ)，l=40mm.查文献[2]表3.26，入切量及超切量为：y+Δ=47mm，则：tm＝L/Vf=2(40+47)/400=0.44min。精铣孔凸台面：。采用与工序六相同的刀具，查文献[11]表3.5得fz=0.14~0.24mm/z，查文献[11]表3.16得vc=98m/min，，vf=471mm/min。根据文献[11]表3.36、表3.37得机床实际参数，vf=480mm/min粗铣槽1.加工条件工件材料：HT200，，铸造；加工要求：粗铣拨叉左端槽机床：X51立式铣床；刀具：高速钢立铣刀。铣削宽度，,深度。故根据文献[2]表3.1，取刀具直径，齿数。根据《切削用量手册》，选择刀具前角，后角：周齿：，端齿。根据表3.7，得铣刀磨损标准：后刀面最大磨损限度：；根据表3.8，得铣刀平均寿命：。2.切削用量：进给量：；查文献《切削用量手册》表3.4得，取，查《切削用量手册》表3.14得，，。根据机床实际参数，计算实际切削速度：；走刀长度：；基本时间：。精铣槽1.加工条件工件材料：HT200，，铸造；加工要求：粗铣拨叉左端槽机床：X51立式铣床；刀具：高速钢立铣刀。铣削宽度，,深度。故根据文献[2]表3.1，取刀具直径，齿数。根据《切削用量手册》，选择刀具前角，后角：周齿：，端齿。根据表3.7，得铣刀磨损标准：后刀面最大磨损限度：；根据表3.8，得铣刀平均寿命：。2.切削用量：进给量：；查文献《切削用量手册》表3.4得，取，查《切削用量手册》表3.14得，，。根据机床实际参数，计算实际切削速度：；走刀长度：；基本时间：。铣外圆上的斜面1.加工条件工件材料：HT200，，铸造；加工要求：铣外圆斜面，保证尺寸机床：X51立式铣床；刀具：高速钢端铣刀（细齿）。铣削宽度，,深度。故根据文献[2]表3.1，取刀具直径，齿数。根据《切削用量手册》，选择刀具前角，后角：周齿：，端齿。根据表3.7，得铣刀磨损标准：后刀面最大磨损限度：；根据表3.8，得铣刀平均寿命：。2.切削用量：进给量：；查文献《切削用量手册》表3.3得，取，查《切削用量手册》表3.9得，，。根据机床实际参数，计算实际切削速度：；走刀长度：；基本时间：。铣断工序夹具设计任务的提出本夹具主要用来铣断工件，使之分离成为两个零件，如果加工失败就会造成一个零件成为废品而另一个需要修改。而且是中批量生产，因此要保证加工的精度，所以，本道工序加工时，主要应该考虑如何提高精度，在此基础上在一定程度上提高劳动生产率，降低劳动强度。定位方案及定位装置的设计计算1.问题的提出本夹具主要用来铣断工件，使之分离成为两个零件，如果加工失败就会造成一个零件成为废品而另一个需要修改。而且是中批量生产，因此要保证加工的精度，所以，本道工序加工时，主要应该考虑如何提高精度，在此基础上在一定程度上提高劳动生产率，降低劳动强度。2.定位方案及定位装置的设计计算1）定位基准的选择根据零件的结构特性，结合工件加工精度要求和便于装夹的原则等因素，工件采用一面两孔定位方式。如图1，