哈工大夹具设计课程设计831003

机械制造工艺学课程设计一、序言机械制造工艺学课程设计是我们学完大学的全部根底课、技术根底课以及大局部专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学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。前面?机械原理?学习的是利用机械机构来实现预定的功能，?机械设计?那么是根据要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力、零件尺寸、材料等进行分析计算。而?机械制造?是根据零件的参数确定其加工流程和装配方法。可见这三门课程是循序渐进的。我希望通过这次课程设计，能够锻炼自己对知识的综合运用能力，以及小组合作解决问题的能力。设计中存在的缺乏，欢送老师批评指正。二、零件的工艺性分析〔一〕拨叉的用途本次课程设计题目为CA6140车床的拨叉〔831003〕。它位于车床变速机构中，它的作用是换档，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。〔二〕拨叉的技术要求加工外表尺寸及偏差mm公差及精度等级外表粗糙度Ram形位公差mm拨叉左端面80拨叉上外表30∥A花键小径φ22+0IT7花键大径φ25+0IT7通槽上底面35通槽内侧面18+0⊥A通槽下底面352×M8通孔φ8φ5锥孔配件φ5〔三〕拨叉的工艺性分析其加工有四组加工：〔1〕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。〔2〕另一组加工是粗精铣上端面，外表粗糙度要求为。〔3〕第三组为粗精铣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。〔4〕钻并攻丝2-M8。工艺规程设计〔一〕确定毛坯的制造形式零件材料由题目为HT200，其生产工艺简单，铸造性能优良，考虑到零件需加工外表少，精度要求不高，有强肋，且工作条件不差，无交变载荷，又属于间歇工作，应选用金属型铸件，以满足不加工外表的粗糙度要求及生产要求。内花键和螺纹孔、锥孔较小，不可直接铸出。〔二〕基面的选择选择基面是工艺规程制定中最为重要的环节之一，机敏选择合理与否，直接关系到零件加工质量、生产效率和废品率的上下。对于同时具有加工外表与不加工外表的工件，为了保证不加工面与加工外表之间的位置要求，那么应以不加工外表作为定位基准。假设工件上有多个不加工外表，应选其中与加工外表位置精度要求高的外表为粗基准。如果首先要求保证工件某重要外表加工余量均匀时，应选择该外表的毛坯面作为粗基准。为保证工件某重要外表的余量均匀，应选重要外表为粗基准。应尽可能选择光滑平整，无飞边，浇口，冒口或其他缺陷的外表为粗基准，以便定位准确，夹紧可靠。粗基准一般只在头道工序中使用一次，应该尽量防止重复使用。从这些原那么出发，结合零件分析，选择拨叉的右外表作为粗基准。2.精基准的选择应满足基准重合，基准统一，自为基准，互为基准等原那么。所选的精基准应能保证定位准确，夹紧可靠，夹具简单，操作方便等。根据形位公差的要求，选择花键中心线为精基准。〔三〕外表加工方法的选择本零件的毛坯为铸件，待加工面有内孔，端面，及锥孔，内倒角等。公差等级及粗糙度要求可见前面的分析和零件图。其加工方法的选择如下：〔1〕花键：μm，毛坯孔未铸出，需钻，扩、铰孔、然后直接用拉刀拉出。〔2〕端面：μμm，经粗铣和半精铣即可。〔3〕M8mm螺纹孔：配钻方式加工。〔4〕内倒角：加工角度为15度的内倒角，采用钻床加工即可。〔四〕工序顺序的安排1.“先基准后其他〞原那么，首先加工基准——拨叉左端面2.“先粗后精〞原那么，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。3.“先主后次〞原那么，先加工主要外表——拔叉头左端面内花键孔，后加工次要外表——拨叉上端面和通槽底面及内侧面。4.“先面后孔〞原那么，先加工拨叉左端面，再加工内花键孔；先加工拨叉上端面，后钻M8孔〔五〕确定工艺路线在考虑上述工序顺序安排原那么的根底上，拟定工艺路线方案如下：工序Ⅰ：粗铣左端面工序Ⅱ：钻孔φ20mm、扩孔至φ22+0mmRaμm工序Ⅲ：拉花键，保证尺寸φ25H7和φ6H9工序Ⅳ：精铣左端面至80mmRaμm工序Ⅴ：粗铣沟槽16工序Ⅵ：精铣沟槽18+0×35槽底Raμm槽内侧Raμm工序Ⅶ：粗铣上平面工序Ⅷ：精铣上平面Raμm工序Ⅸ：钻孔2×φ6.7，攻螺纹2×M8mm工序Ⅹ：倒角×15°工序Ⅺ：去毛刺、清洗工序Ⅻ：检验工序Ⅰ：粗铣左端面工序Ⅱ：精铣左端面至80mm，Raμm工序Ⅲ：钻孔φ20mm、扩孔至φ22+0mmRaμm工序Ⅳ：倒角×15°工序Ⅴ：拉花键，保证尺寸φ25H7和φ6H9工序Ⅵ：粗铣沟槽16工序Ⅶ：精铣沟槽18+0×35槽底Raμm槽内侧Raμm工序Ⅷ：粗铣上平面工序Ⅸ：精铣上平面Raμm工序Ⅹ：钻孔2×φ6.7，攻螺纹2×M8mm工序Ⅺ：去毛刺、清洗工序Ⅻ：检验上述两种方案均是符合工序安排原那么的，但在局部细节排序上有所不同。而诸如先精加工槽或者外表后加工花键等明显不符合原那么的方案那么直接略去，在此列举没有意义。而粗加工和精加工也应该分开，否那么粗加工精加工机床的特性不同可能造成加工精度的不够。虽然粗加工有时候能到达所要求的精度条件，但考虑工人水平和机床的可能不是很好，所以采用粗、精加工的方式。方案一的左端面的粗、精加工是断开的，而方案二那么是放在了一起连续进行。该零件的精基准是花键中心，所以精加工应尽量以其为基准，所以建议左端面的精铣应放在花键的加工之后。这样更加符合“先基准后其他〞“先粗后精〞的原那么。再来看倒角，方案一的倒角工序放在了拉花键之后，这样做的结果是在倒角过程中切削量变化很大，造成刀具收到冲击，降低了刀具的寿命甚至于损坏刀具。所以方案二对于倒角工序的安排更加合理。本次产品车床拨叉是中批量生产，所以工序太多必然会增加机床和人力本钱，但是工序太集中又会使得生产效率低下，所以一个工序中尽量最多安排两个工步。根据上述分析，最终确定工艺方案路线如下表：工序名称设备工艺装备粗铣左端面X52K立式铣床端铣刀、卡尺钻孔φ20mm、扩孔至φ22+0mmRaμmZ525立式钻床麻花钻、扩孔钻、卡尺、塞规×15°Z525立式钻床卡尺拉花键卧式拉床L6120拉刀、卡规精铣左端面至80mmRaμmX52K立式铣床端铣刀、卡尺粗铣沟槽、精铣沟槽18+0×35槽底Raμm槽内侧RaμmX62卧式铣床三面刃铣刀、卡规、深度卡尺粗铣上平面、精铣上平面RamX62卧式铣床端铣刀、卡尺钻孔2×φ6.7Z525立式钻床麻花钻、塞规攻螺纹2×M8mmZ525立式钻床丝锥钻、铰φ5锥销孔立式钻床麻花钻、锥度铰刀、塞规、卡尺去毛刺钳工台平锉清洗清洗机清洗机终检塞规、百分表、卡尺等四、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸确实定〔一〕余量计算C6140拨叉是中批量生产，材料为HT200，，。根据上述原始资料和加工工艺，分别确定各个加工外表的机械加工余量，工序尺寸以及毛坯尺寸。1.零件长40mm，宽为80mm，高为75mm，故零件最大轮廓尺寸为80mm。选取公差等级CT由?机械制造工艺设计课程简明手册?中表可查得毛坯件的公差等级为7-9级，取为8级。铸件尺寸公差可以根据加工面的根本尺寸和铸件公差等级CT，由?机械制造工艺设计课程简明手册?中表可查得尺寸公差为CT=mm。2.求机械加工余量由?机械制造工艺设计课程简明手册?表查得机械加工余量等级范围为F。求要求的机械加工余量对所有的加工外表取同一数值，由?机械制造技术根底课程设计指南?表4查得最大轮廓尺寸为80mm、机械加工余量为F级，为mm。3.求毛坯尺寸，2-M8通孔和Φ5锥孔较小铸成实心；所有面单侧加工即：长度R=F+MA+CT/2=80+2+/2=mm高度R=F+MA+CT/2=72+2+/2=74.8mm为了简化铸件的形状取高75mm和高’。〔二〕粗，精加工分配：1.顶面的单边总加工余量为Z＝2.8mm。查?机械制造工艺设计课程简明手册?表-21粗加工后余量为1.0mm,故粗加工量为Z＝2mm。2.左端面面精加工余量同C面Z＝1mm故D面粗加工余量Z＝2mm。3.通槽：精加工余量Z＝1mm故粗加工余量Z＝2mm。4.花键孔：故采用拉削加工，内孔尺寸为φ22H12。由?机械制造工艺设计课程简明手册?表孔的加工余量分配：钻孔：φ20mm扩孔：φ22mm拉花键孔：(6-Φ25H7*φ22H12*6H9)5.螺纹孔：钻孔Φ6.7后攻螺纹。确定切削用量及根本工时〔机动时间〕在工艺文件中还要确定每一步的切削用量——背吃刀量、进给量及切削速度。确定方法是：先确定切削速度〔由工序或者工步余量确定切削深度——精、半精加工全部余量在一次走刀中去除：粗加工全部余量也最好在一次走刀中全部去除，在中等功率计床上一次走到可以到达8-11mm〕和进给量〔根据本工序或工步的加工外表粗糙度确定进给量，对粗加工工序或工步，根据加工外表粗糙度初选进给量后还要校验机床的结构强度〕，在确定切削速度〔可用查表法或者计算法〕，用切削速度换算出转速，据此在选择的机床实有的转速表中选择接近的主轴转速作为实际转速，在换算出填入工艺文件。对于粗加工，选取、、后，还有校验机床功率是否足够。〔一〕铣左端面粗铣：①工件材料：HT200，，硬度190-210HBS，铸造。②加工要求：粗铣左端面至工件长度为81mm,切削宽度为40mm。③机床：X52K立式铣床；④刀具：由?工艺手册?表3.1-27，选择端铣刀，?切削手册?表1.2，刀具材料可选择YG6。再根据?切削手册?表3.1可知，铣削深度小于=4mm时，铣削宽度为40mm，可以选择细齿端铣刀直径为=60mm。根据选择刀具齿数z=6。根据?切削手册?表3.2，选择刀具前角，后角，副后角，主偏角，过渡刃倾角，副偏角，刀齿斜角刀齿过渡刃宽度。2.确定切削用量及根本用时〔1〕确定切削用量①铣削深度：由于粗铣单边的加工余量为2mm，故=2mm。②每齿进给量X52K=0.14-0.24mm/z，可取=0.18mm/z。③铣刀磨钝标准以及耐用度：由?切削手册?表3.7可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为1-1.5mm；根据表3.8查得铣刀的平均寿命为T=180min。④切削速度：根据?切削手册?表3.16可查得并未给出数值，所以自行计算，根据表3.27可得铣削时的切削速度公式为：式中各项分别为：，，，，，，，，，，，，，。那么有：。根据?切削手册?表3.30，选取主轴转速为，实际切削速度：工作台每分钟进给量为:根据?切削手册?表3.30，工作台进给量可选。实际上每齿的进给量为：⑤校验机床功率：根据?切削手册?表3.28，铣削功率为式中，，，，，，，，，，，，〔表1.28〕由?切削手册?表3.30可知道X52K铣床电机功率为7.5KW，效率0.75，显然满足使用要求。最终确定的切削用量为:,,,计算根本工时，取10；，取2那么精铣①加工要求：粗铣左端面至工件长度为80mm,Ra3.2，切削宽度为40mm。②机床：X52K立式铣床；③刀具：选择端铣刀，?切削手册?表1.2，刀具材料可选择YG3。铣刀直径为=60mm刀具齿数z=6，刀具角度参数与工序一相同。2.确定切削用量及根本用时〔1〕确定切削用量①铣削深度：由于精铣单边的加工余量为1mm，故=1mm。②每齿进给量=0.5-1.0mm/r，可取=0.1mm/z。③铣刀磨钝标准以及耐用度：由?切削手册?表3.7可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为0.3-0.5mm；根据表3.8查得铣刀的平均寿命为T=180min。④切削速度：根据表3.16可由插值法得铣削时的切削速度为：。根据?切削手册?表3.30，选取主轴转速为，实际切削速度：工作台每分钟进给量为:根据?切削手册?表3.30，工作台进给量可选。实际上每齿的进给量为：最终确定的切削用量为:,,,计算根本工时由，而和粗铣相同。那么〔二〕钻扩Φ22孔+倒角钻孔：①加工要求：钻孔直径20mm,钻通。②机床：Z525立式钻床；③刀具：选择硬质合金麻花钻，?切削手册?表1.2，刀具材料可选择YG6。2.确定切削用量及根本用时〔1〕确定切削用量①进给量：由?实用金属切削加工工艺手册?可得当d=20mm,加工材料为HT200时，=0.2-0.4mm/r，根据?切削手册?表2.35钻床参数，=0.22mm/r。②铣刀磨钝标准以及耐用度：由?切削手册?表2.12可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为0.4-0.8mm；平均寿命为T=60min。③切削速度：根据?切削手册?表2.18可查得，,取。根据?切削手册?表2.35，选取主轴转速为，实际切削速度：最终确定的切削用量为:,,那么扩孔：①加工要求：扩孔直径22mm，Ra3.2。②机床：Z525立式钻床；③刀具：选择硬质合金扩孔钻，?切削手册?表1.2，刀具材料可选择YG6。2.确定切削用量及根本用时〔1〕确定切削用量①进给量=0.81mm/r。②铣刀磨钝标准以及耐用度：由?切削手册?表2.12可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为0.8-1.4mm；平均寿命为T=40min。③切削速度：根据?实用金属切削加工工艺手册?表8.84可查得，,那么根据?切削手册?表2.35，选取主轴转速为，实际切削速度：最终确定的切削用量为:,,倒角：为缩短辅助时间，钻床主轴转速与扩孔相同，采用150°锪孔钻，手动进给。〔三〕拉花键①加工要求：拉花键Φ25H7②机床：卧式拉床L6120。③刀具：矩形花键拉刀，W18Cr4V做拉刀材料，柄部40Cr材料。单面的齿升量由?切削加工简明实用手册?表。2.确定切削用量及根本用时由表8-161，可得拉削速度=4~5m/min，取=4m/min。拉削工件长度：；拉刀长度：；根据以上数据代入公式〔公式由?工艺手册?表6.2-15得〕式中参数来自?工艺手册?表6.2-15。，k=1.4,，，〔四〕粗铣精铣通槽粗铣：①加工要求：粗铣至通槽宽度为16mm，背吃刀量4mm。②机床：X62卧式铣床；③刀具：由?工艺手册?表3.1-27，选择细齿三面刃铣刀，?切削手册?表1.2，刀具材料可选择高速钢。铣刀直径为=125mm，厚度L=16mm刀具齿数z=20。根据?切削手册?表3.2，选择刀具前角，后角〔周齿〕，〔端齿〕，主偏角，过渡刃倾角，副偏角，螺旋角。2.确定切削用量及根本用时〔1〕确定切削用量①铣削深度：由于粗铣两边的加工余量为4mm，故=4mm。②每齿进给量=0.15-0.30mm/z，可取=0.15mm/z。③铣刀磨钝标准以及耐用度：由?切削手册?表3.7可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为0.5-0.8mm；根据表3.8查得铣刀的平均寿命为T=120min。④切削速度：式中各项分别为：，，，，，，，，，，，，，。那么有：。根据?工艺手册?表4.2-39，选取主轴转速为，实际切削速度：工作台每分钟进给量为:根据?工艺手册?表4.2-40，工作台进给量可选。实际上每齿的进给量为：⑤校验机床功率：铣削功率为式中，，，，，，，，，，，，〔表1.28〕X62铣床电机功率为7.5KW，效率0.75，满足使用要求。最终确定的切削用量为:,,,，取58；，取4,。那么精铣：①加工要求：精铣至通槽宽度为18mm，槽侧面Ra3.2，顶面Ra6.4。②机床：X62卧式铣床；③刀具：选择细齿三面刃铣刀，刀具材料为高速钢。铣刀直径=125mm，厚度L=18mm，刀具齿数z=20。刀具角度参数与粗铣相同。2.确定切削用量及根本用时〔1〕确定切削用量①铣削深度：由于粗铣两边的加工余量为2mm，故=2mm。②每齿进给量=0.5-1.2mm/r，可取=0.04mm/z。③铣刀磨钝标准以及耐用度：由?切削手册?表3.7可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为0.2-0.3mm；根据表3.8查得铣刀的平均寿命为T=120min。④切削速度：式中各项分别为：，，，，，，，，，，，，，。那么有：。根据?工艺手册?表4.2-39，选取主轴转速为，实际切削速度：工作台每分钟进给量为:根据?工艺手册?表4.2-40，工作台进给量可选。最终确定的切削用量为:,,,计算根本工时由，而和粗铣相同。那么〔五〕粗铣、精铣上平面①加工要求：粗铣至工件高度为73mm,宽度为30mm。②机床：X62卧式铣床；③刀具：由?工艺手册?表3.1-27，选择细齿三面刃铣刀，?切削手册?表1.2，刀具材料可选择高速钢。铣刀直径为=100mm，厚度L=35mm刀具齿数z=20。根据?切削手册?表3.2，选择刀具前角，后角〔周齿〕，〔端齿〕，主偏角，过渡刃倾角，副偏角，螺旋角。2.确定切削用量及根本用时〔1〕确定切削用量①铣削深度：粗铣的加工宽度为30mm，故=30mm。②每齿进给量=0.15-0.30mm/z，可取=0.15mm/z。③铣刀磨钝标准以及耐用度：由?切削手册?表3.7可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为0.5-0.8mm；根据表3.8查得铣刀的平均寿命为T=120min。④切削速度：式中各项分别为：，，，，，，，，，，，，，。那么有：。根据?工艺手册?表4.2-39，选取主轴转速为，实际切削速度：工作台每分钟进给量为:根据?工艺手册?表4.2-40，工作台进给量可选。实际上每齿的进给量为：⑤校验机床功率：铣削功率为式中，，，，，，，，，，，，〔表1.28〕X62铣床电机功率为7.5KW，效率0.75，满足使用要求。最终确定的切削用量为:,,,，取15；，取5,。那么精铣：①加工要求：精铣至工件高度为72mm,宽度为30mm，Ra3.2。②机床：X62卧式铣床；③刀具：选择细齿三面刃铣刀，材料选高速钢。铣刀直径为=100mm，厚度L=35mm，刀具齿数z=20，角度参数与粗铣相同。2.确定切削用量及根本用时〔1〕确定切削用量①铣削深度：精铣的加工宽度为30mm，故=30mm,。②每齿进给量=0.5-1.2mm/r，可取=0.04mm/z。③铣刀磨钝标准以及耐用度：由?切削手册?表3.7可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为0.2-0.3mm；根据表3.8查得铣刀的平均寿命为T=120min。④切削速度：式中各项分别为：，，，，，，，，，，，，，。那么有：。根据?工艺手册?表4.2-39，选取主轴转速为，实际切削速度：工作台每分钟进给量为:根据?工艺手册?表4.2-40，工作台进给量可选。实际上每齿的进给量为：最终确定的切削用量为:,,,，取15；，取5,。那么〔六〕钻2×Φ6.7孔，攻丝钻孔：①加工要求：钻孔直径6.7mm,钻通；②机床：Z525立式钻床；③刀具：选择高速钢麻花钻。2.确定切削用量及根本用时〔1〕确定切削用量①进给量：由?切削手册?表2.7可得：，由钻床参数取=0.22mm/r。②铣刀磨钝标准以及耐用度：由?切削手册?表2.12可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为0.5-0.8mm；平均寿命为T=35min。③切削速度：根据?切削手册?表2.30可得钻孔计算公式：式中各项分别为：，，，，，，，。那么有：。根据?切削手册?表2.35，选取主轴转速为，实际切削速度：最终确定的切削用量为:,,那么攻螺纹：①加工要求：攻螺纹至M8。②机床：Z525立式钻床；③刀具：硬质合金丝锥2.确定切削用量及根本用时〔1〕确定切削用量切削速度：可查得，，可以选择。根据?切削手册?表2.35，选取主轴转速为，实际切削速度：其中p为螺距，为退出转速，为丝锥切削长度。夹具的设计〔一〕夹具的选择夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，为了提高加工精度和生产率，降低制造本钱，减轻劳动强度，设计专用夹具。根据任务分配设计钻φ6.7mm孔、攻螺纹M8mm的专用夹具，应用与Z525立式钻床上。夹具应定位准确，装卸工件迅速。〔二〕定位方案的设计定位基准的选择在加工中用作确定工件在夹具中占有正确位置的基准，称为定位基准。据?夹具手册?知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。所以加工2×M8mm的通孔时，选取工件左端面和花键心轴的中心线为主定位基准。工件在夹具中的定位夹紧定位：一个花键轴限制5个自由度，在工件左端面用小平面限制一个自由度，在工件右端面用圆形压块夹紧。这样就限制了工件在空间六个方向的活动性，使工件在空间占据了惟一确定的位置。夹紧：用气缸带动连杆最后用圆形压块压紧。夹具的主要定位元件为一个面与两个孔的定位，因为该定位元件的定位基准和工序基准均为内花键的轴线，只需保证夹具的花键心轴的制造精度和安装精度，所以不存在不重合误差和基准位移误差，基准重合△b=0，△j=0。〔三〕夹具体的设计导向元件设计加工2×M8mm钻床夹具的刀具导向元件为钻套。钻套的作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置，并在加工中对钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工中发生偏移。由于加工工序为先钻φ6.7mm孔，之后用丝锥攻螺纹M8mm。所以选用快换钻