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拔叉设计
课程设计说明书
设计题目:
设计“CA6140车床”拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备
设计者
班级学号
指导教师
xx年xx月
机械制造工艺学课程设计说明书
题目设计“CA6140车床”拨叉零件的机械加工工艺规程及专用夹具
内容:
1.机械制造加工工艺过程综合卡片
2.机械加工工序卡片
3.夹具零件图
4.夹具装配图
5.课程设计说明书
一、零件的分析及生产类型确定
(一)、零件的作用:
题目给定的零件是CA6140拨叉(如下图)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进行工作。
宽度为18+0.0120mm的槽尺寸精度要求很高,因为在拨叉拔动使滑移齿轮时如果槽的尺寸精度不高或间隙很大时,滑移齿轮得不到很高的位置精度。
所以,宽度为18+0.0120mm的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。
(二)、零件的工艺分析:
CA6140拨叉共有两组加工表面。
1.以花键孔的中心线为基准的加工面
这一组面包括Ø25+0.230mm的六齿方型花键孔、Ø22+0.280花键底孔两端的2X150倒角和距中心线为27mm的平面。
2.以工件右端面为基准的8+0.030mm的槽和18+0.120mm的槽
经上述分析可知,对于两组加工表面,可先加工其中一组表面,然后借助于专用夹具加工另一组表面。
3.零件的生产类型
依据设计要求N=3万件/年零件为车床变速机构中的拨叉,质量为1kg,查表2-1可知其属轻型零件,生产类型为大批生产。
二、选择毛坯,确定毛坯尺寸
确定毛坯的制造形成。
零件材料HT200、考虑到此零件的工作过程中有变载荷和冲击性载荷,因此选用锻件,以使金属纤维尽量不被切断,保证零件的工作可靠。
由于生产纲领为大批生产而且零件的尺寸并不很大,故可采取模锻成型。
经查《金属机械加工工艺人员手册》、表5-1取公差等级为10,加工余量等级F。
确定机械加工余量,最大尺寸为100mm,机械加工余量为F的RMA为1mm。
综上所述,确定毛坯尺寸
零件尺寸
加工余量
铸件尺寸
80
3.6
83.6
100
3.6
103.6
确定毛坯尺寸公差
铸件尺寸
偏差
根据
80
1.6
表5-3
100
1.6
三、选择加工方法,制定工艺路线。
1、基准的选择。
(1).粗基准的选择:
因为要保证花键的中心线垂直于右端面,所以以Φ40的外圆表面的粗基准。
(2).精度基准的选择:
为保证定位基准和工序基准重合,以零件的A面为精基准。
2、零件表面加工方法的选择
本零件的加工面又端面、内孔、槽,材料为HT200,以公差等级和表面粗糙度的要求,参考有关资料,其加工方法选择如下。
(1)圆孔右端面未标注公差尺寸,根据表5-16取其公差等级为IT9,表面粗糙度为Ra3.2
m,需进行粗车和半精车。
(2)Ф22内孔公差等级为IT12,表面粗糙度为Ra6.3
m,需钻、扩孔即可。
(3)花键公差等级为IT12,需拉削。
(4)上端面公差等级为IT8,表面粗糙度为Ra1.6
m,需粗铣、精铣。
(5)宽8mm的槽槽宽和槽深公差等级分别为IT12和IT14,表面粗糙度要求分别为Ra3.2
m和Ra1.6
m,采用镶齿三面刃铣刀,需粗铣和精铣。
(6)宽18mm的槽槽宽和槽深公差等级分别为IT12和IT14,表面粗糙度为Ra3.2
m,采用三面刃铣刀,需粗铣和半精铣。
3.制定工艺路线
按照先加工基准面以及先面后孔、先粗后精的原则,制定如下工艺路线
工序:
1.粗、半精车端面,以Ф40mm圆柱面为粗基准。
2.钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。
3.拉花键。
以A面为基准,
4.铣削B面。
以花键的中心线及A面为基准。
5.铣削8+0.030mm的槽。
以花键的中心线及A面为基准。
选用X62W卧式铣床加专用夹具。
6.铣削18+0.0120mm的槽。
以花键的中心线及A面为基准。
选用X62W卧式铣床加专用夹具。
7.去毛刺
8.终检
四、工序设计
1.选择加工设备与工艺设备
根据不同的工序选择机床
(1)工序1是粗车和半精车,各工序工步数不多,生产要求不高,因此选用卧式车床C620-1即可。
(2)工序2为钻扩孔,可在立式钻床上加工,故选用Z525型立式钻床。
(3)工序3为拉花键,采用拉床
(4)工序4、5、6为铣削,大批量生产,所选机床适用范围较广为宜,故选用X62W型铣床能满足要求。
选择夹具
本零件除工序1使用通用夹具外,其余全用专用夹具。
选择刀具
(1)在车床上加工的工序应选用高速钢。
(2)钻Φ20孔,选莫氏锥柄麻花钻,钻头直径为20mm,长238mm;扩Φ21孔,选用锥柄扩孔钻,直径为21mm,长为243mm。
(3)拉花键
(4)铣上端面选用镶齿套式面铣刀,铣刀直径125mm,铣刀孔径40mm,宽40mm;铣槽时铣刀按表5-105镶齿三面刃铣刀,下端面槽要求铣刀切削深度为23mm,按表5-98,铣刀的直径应为160-200。
因此所选铣刀为:
半精铣直径为200mm,宽为18mm,孔径为50mm,齿数为20;粗铣由于留有双面余量3mm(表5-41),槽宽加工到15mm,无该宽度铣刀需特殊定制,铣刀规格为直径200mm,宽15mm,孔径50mm,齿数20;
铣宽为8mm的槽选用整体硬质合金直柄立铣刀,半精铣直径为8mm,柄部直径为8mm,刃长19mm,总长63mm,粗铣由于留有双面余量2mm,铣刀直径6mm,刃长13mm,总长57mm。
五、确定切削用量及基本时间
工序Ⅰ:
车削A面。
1.加工条件。
工件材料:
灰口铸铁HT200。
σb=145 MPa。
铸造。
加工要求:
粗、半精车A面并保证28mm的工序尺寸,Ra=3.2µm
机床C3163-1。
转塔式六角卧式车床。
刀具:
刀片材料前角
后角ao=6-8°副偏角
,刃倾角
,刀尖圆弧半径为0.5Kr=90
2、计算切削用量。
(1)已知长度方向的加工余量为3±0.8mm。
实际端面的最大加工余量为3.8mm。
故分二次加工(粗车和半精车)。
(2)进给量、根据表5-55当刀杆尺寸为16mm×25mm,ap
3mm时,以及工件直径为Φ60mm时(由于凸台B面的存在所以直径取Φ60mm)
ƒ=0.5-0.7mm/r.(表5-114)
按C3163-1 车床说明书 取ƒ=0.6mm/r
由于存在间歇加工所以进给量乘以k=0.75—0.85所以:
实际进给量f=0.6×0.8=0.48mm/r
(3)计算切削速度。
按表5-120,切削速度的计算公式为(寿命选T=60min)
刀具材料YG6
其中:
=128
=0.15
=0.4m=0.2m=2mmf=0.48mm/r修正系数K
见表2-9
=1.15
=0.8
=0.8
=1.04
=0.81
∴Vc=128/(600.2·20.15·0.480.4)·1.15·0.8·0.8·0.81·0.97
=46.9(m/min)
(4)确定机床主轴转速n=1000vc/
dw=229.8(r/min)
按C3163-1 车床说明书 n=200r/min
所以实际切削速度V=40.8m/min
2、精车
1)已知粗加工余量为0.8mm。
2)进给量f.根据表5-114,f=0.15-0.25mm/r 按C3163-1 车床说明书 f=0.16mm/r
计算切削速度按表5-120,切削速度的计算公式为(寿命选T=60min)
V=Cv/(Tm·apxv·fyv)·kv
=158/(600.2·20.15·0.160.4)·1.15·0.8·0.8·0.81·0.97
=83.85(m/min)
3)确定机床主轴转速.nw=1000vc/
dw=410.8(r/min)按C3163-1 车床说明书 取nw=400(r/min)
实际切削速度V=57.1m/min
3、钻孔、扩孔、倒角。
(1)、钻孔
钻头选择:
选莫氏锥柄麻花钻,钻头直径为20mm,长238mm;扩Φ21孔,选用锥柄扩孔钻,直径为21mm,长为243mm。
根据表5-89确定f=0.48
a、按机床进给强度决定进给量:
根据表2.9,当σb=210MPa
d0=20.5mm可确定f=0.75。
按C3163-1 车床说明书 取f=0.62mm/n.
b、决定钻头磨钝标准及寿命表2.21,当do=20mm、钻头最大磨损量取0.6寿命T=45min.
c、切削速度 由表5-120V=21m/min
n=1000V/
D=334.4由机床技术资料得和334.4接近的有280n/m和400n/min取280n/min
取n=280r/min.实际V=17m/min
d、基本工时,Tm=L/nf=(80+10)/280x0.62=0.32(min)
入切量及超切量由表2.29.查出Ψ+△=10mm
所以Tm=L/nf=(80+10)/280x0.62=0.32(min)
(2)、扩孔
刀具直径do=21mm;刀具几何参数同上。
由于两孔直径相差不大,为了节省停车和调换走刀量等辅助时间,n和f都不变,所以Tm同上Tm=0.32
倒角刀具15°锪钻由于两孔直径相差不大,以表面粗度要求不高手动进给。
(3)、倒角
刀具:
专用刀具。
此工步使用到专用刀具与手动进给。
检验机床功率可以查出 当σb=160~245HBS
ap≤2.8mm f≤0.6mm/r
Vc≤41m/min Pc=3.4kw
按C3163-1 车床说明书 主电机功率P=11kw
可见Pc比P小得多所以机床功率足够所用切削用量符合要求
钻削功率检验当do=21mm f=0.64mm
查得转矩M=61.8 N.M
功率公式
PC=McVc/30do=61.8x17/30x21=1.67kw
按C3163-1 车床说明书 主电机功率P=11kw
可见PC比P小得多,所以机床功率足够,所用切削用量符合要
工序Ⅱ拉花键孔
单面齿升:
根据有关手册,确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿
为0.06mm,
拉削速度v=0.06m/s(3.6m/min)
切削工时t=Zblηk/1000vfzZ
式中:
Zb单面余量1.5mm(由Φ21mm拉削到Φ25mm);
L拉削表面长度,80mm;
η考虑校准部分的长度系数,取1.2;
k考虑机床返回行程系数,取1.4;
v拉削速度(m/min);
fz拉刀单面齿升;
Z拉刀同时工作齿数,Z=l/p;
P拉刀齿距。
P=(1.25-1.5)sqrt80=1.35sqrt80=12mm
∴拉刀同时工作齿数z=l/p=80/12≈7
∴其本工时Tm=1.5×80×1.2×1.4/1000×3.6×0.06×7=0.13(min)
工序Ⅲ粗铣,精铣B面。
加工要求:
粗铣B面,精铣B面,Ra=3.2um。
用标准镶齿圆柱铣刀粗铣加工余量3mm
机床:
X62W,加工工件尺寸:
宽度:
40mm长度:
28mm
1.粗铣
1)选择刀具
根据表5-120铣削宽度ae≤5mm时。
直径为do=50mm 故齿数Z=8,由于采用标准镶齿圆柱铣刀
铣刀几何参数ao=16°
2)切削用量
留精铣的加工余量为0.2,所以本道工步切削宽度ac=2.8±0.8mm,由于加工表面精度要求Ra=3.2um.根据表3.5得每转进给量f=0.5~1mm/r就能满足要求,但考虑到X62W功率为7.5kw,机床为中等系统刚度和X62W铣床说明书所以每转进给量f=0.6mm/r
3)选择刀具磨钝标准及刀具寿命。
根据表5-148、铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为0.6镶齿铣刀do=50mm,刀具寿命T=120min(表5-149)
4)决定切削速度Vc、可根据表2-17确定
Z=8,aP=40-70mm,ac=2.8±0.8mm,fz=f/z=0.0750.1mm/z
Cv=20,qv=0.7,Xv=0.3,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.3,m=0.25,Km=1.12,
Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=
=1.12x0.8x0.82=0.79
=23.7(m/min)n=1000V/
d=(1000x23.7)/(3.14x50)=151r/min根据X62W型铣床说明书选n=160r/min
Vc=3.14nd/1000=(160x3.14x50)/1000=25.1m/minVf=nf=160x0.6=96mm/min
选Vf=80mm/min实际fz=Vf/(nxz)=0.0625mm/z
5)机床功率:
根据表2-18当Vc=71m/minae=2.8mmap=41mmfz=0.08Kmpc=1.4kw
切削功率的修正系数:
故Pct<0.8,
根据X62W型铣床说明书,机床主轴允许的功率为
Pcm=7.5×0.75=5.63kw故Pcc<Pcm因此所决定的切削用量可以采用。
ae=2.8mmVf=80m/minn=160r/minVc=25.1m/minfz=0.0625mmm/z
6)基本工时根据表2-25
Tm=(L+L1+△)/Vf=(28+14)/80=0.525(min)L1+△=14mm
2.精铣
1)选择刀具
刀具与上道工步是同一把刀。
2)切削用量
精铣的加工余量为0.2,所以本道工步切削宽度
ae=0.2mm,f=0.6
3)决定切削速度Vc、可根据表2-17确定
ac=0.2mm,
=33.1m/min
n=1000V/
d=(1000x33.1)/(3.14x50)=211r/min根据X62W型铣床说明书选n=210r/min
Vf=nf=210x0.6=126mm/min、VF=125mm/minfz=Vf/(nxz)=0.074mm/Z
4)基本工时基本工时根据表2-25
Tm=(L+L1+△)/Vf=(28+14)/125=0.336(min)L1+△=14mm
工序Ⅳ铣削8+0.030mm槽。
加工工件尺寸:
8+0.030mm,长度L=40mm
加工要求:
高速钢镶齿三面刃铣刀(精密级K8)加工余量8用乳化液冷却
机床:
X62W
1)选择刀具:
由加工尺寸公差0-0.3。
所以铣刀精度为精密级K8
铣刀参数:
L=8mmD=63d=22d1=34ro=15°
ao=12°an=6°Z=16
2)选择切削量
由于槽的深度为8mm,故一次走完,ae=8mmap=8mm
由表5-41确定f=0.15-0.3mm/r现取f=0.3mm/rfz=0.3/16=0.018mm/z
3)选择铣刀磨钝标准及刀具寿命:
最大磨损量为0.5由表3.8确定刀具寿命:
T=100min其中
4)决定切削速度Vc和每齿进给量Vf由公式
·Kv
Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82,
Kv=
=1.12x0.8x0.82=0.79
·Kv=82.86m/min
n=1000×Vc/
do=1000×82.86/3.14×63=418.87r/min
根据X62W型铣床说明书选nc=375r/min
实际速度Vc=
donc/1000=74.2m/min
选Vfc=ncf=375X0.3=112.5mm/min根据X62W型铣床说明书选选Vf=110mm/minfzc=110/375×16=0.018mm/z
5)机床功率:
根据公式
圆周力
KTV=0.90KMFC=0.94
由表28得CF=30,XF=1.0,yF=0.65,UF=0.83,WF=0,qF=0.83,KFC=1.28
=30X8X0.018X8/63X375=505.6N
M=FCdo/2×103=15.9N•M
Pc=FcVc/1000=1.18km根据X62W型铣床说明书,功率足够。
6)基本工时基本工时根据
Tm=(L+L1+△)/Vf=(40+14)/110=0.49(min)L1+△=14mm
工序Ⅴ铣宽为180+0.12mm槽
加工要求:
用乳化液冷却,加工工件尺寸,宽180+0.12mm,长L=40mm,加工余量23mm
由于此工步的设计尺寸精度要求很高,用铣削加工很难达到尺寸精度的要求,所以为了留给下一道公序磨削的加工余量,所以分两步走,ae=23,ap=10mm,
1)选择刀具
铣刀参数:
L=10D=100mmd=30mmro=15°
ao=12°an=6°Z=24
2)选择铣削用量
由于槽的宽度为18mm,故二次走完,ae=23mmap=10mm
由《切削用量简明手册》表3.3确定f=0.5mm/r现取f=0.8mm/rfz=0.5/24=0.02mm/z
3)选择铣刀磨钝标准及刀具寿命:
最大磨损量为0.5由表3.8确定刀具寿命:
T=100min其中
4)确定切削速度Vc和每齿进给量:
决定切削速度Vc和每齿进给量Vf由公式
·Kv
Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12,
Ksv=0.8,KTv=0.82,
Kv=
=1.12x0.8x0.82=0.79
·Kv=98.6m/min
n=1000×Vc/
do=1000×98.6/3.14×100=314r/min
根据X62W型铣床说明书选nc=300r/min
实际速度Vc=
donc/1000=94.2m/min
选Vfc=ncf=300X0.5=150mm/min根据X62W型铣床说明书选选Vf=150mm/minfzc=150/300×24=0.020mm/z
5)基本工时基本工时根据
Tm=(L+L1+△)•i/Vf=(40+20)X2/150=0.8(min)L1+△=20mmi=2(走两次)
工序Ⅵ磨18mm槽,保证尺寸18mm
1)选择砂轮。
见《切削手册》第三章中磨料选择各表,结果为GZ46KV6P350×40×127其含义为:
磨轮磨料为棕刚玉,为了防止粒度过小而磨轮堵塞,所以选用为粒度为46#,硬度为软2级。
平型砂轮,其尺寸为16×6×40(D×d×H)。
2)切削用量的选择。
砂轮转速n砂=3000r/min(见机床说明书),
v砂=2.5m/s
进给量f=50mm/min双单行程fr=0.015mm
3)切削工时。
当加工1个表面时
Tm=(L+y+△)••iK/50=3.1min算结果最后将以上工序切削用工时定额计算结果,连同其他其它加工数据一起填入机器加工卡片中。
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