毕业设计CA6140车床拨叉加工工艺及其夹具设计.docx
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毕业设计CA6140车床拨叉加工工艺及其夹具设计
CA6140车床拨叉钻孔加工工艺及夹具设计
声明
本人所呈交的CA6140车床拨叉钻孔加工工艺及其夹具设计,是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。
摘要
本论文以CA6140车床拨叉加工工艺及夹具设计为主要研究内容,在对拨叉零件图纸进行系统分析的基础上,选择了毛坯、刀具和机床,设计了专用夹具,确定了加工工艺路线,并编制了加工工序卡;利用UG对该拨叉零件进行三维建模和仿真加工,生成了数控编程;最终,完成零件加工,并且检验合格。
关键词:
拨叉;加工工艺;夹具设计;UG建模
引言
我通过企业顶岗实习了解到CA6140车床拨叉零件,并对该零件的加工过程进行了深入研究,所以本论文选择以CA6140车床拨叉的加工工艺及夹具设计为研究对象。
拨叉零件的加工对精度要求非常高,包括同轴度,垂直度,表面粗糙程度等要求。
数控加工是一种非常适合高精度加工的自动化加工技术,具有高效的优势。
本次毕业设计过程中,通过资料查阅和车间经验总结,对零件图纸进行分析,选择合适的毛坯料、刀具及机床,制定机械加工工艺,并对夹具进行设计;最后,在UG上对零件进行分析、设计、编程及仿真,证明工件达到规定的设计参数,满足客户需求。
一、工艺分析及零件图
(一)产品分析
CA6140车床手柄座零件形状比较复杂,具体特征尺寸有φ25mm内孔、M22螺纹孔、φ60mm半圆孔以及16mm键槽。
如图1-1所示为零件图。
图1-1零件图
(二)零件的工艺分析
零件的材料为HT150,灰铸铁生产工艺简单,铸造性能优良,但塑性较差、脆性高,不适合磨削,为此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.小头孔以及与此孔相通的锥孔、螺纹孔;
2.大头半圆孔;
3.拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔端面,大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm,小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。
由上面分析可知,可以粗加工拨叉底面,然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工,并且保证位置精度要求。
再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度,并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面,所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
(二)毛坯选择
1.确定毛坯种类
选择灰铸铁材料作为其零件的主要材料。
2.确定铸件加工余量及形状,毛坯尺寸如下:
(1)外圆表面(φ60mm):
由于所使用的零件外圆表面实质上是铸造毛坯,在粗糙度等方面不做过多强调,所以不进行相关处理径直加以铸造即可。
(2)外圆上的表面沿圆心轴线的长度方向和外圆上的长度公差方向的平均加工余量及其长度公差(φ25mm,φ60mm外圆上的端面);需要特别选择的是经由双面加工过的长度为φ25mm,φ60mm端面的长度剩余量均为2.5mm。
(3)内孔(φ60mm已铸成φ50mm的孔):
可以考虑通过选择采用φ60mm的孔已铸成孔(其半径的长度余量大约为5mm)以直接实现大大降低材料使用成本的技术目标,其中铸成孔半径的长度是50mm。
(4)槽端面至中心线垂直中心线方向长度加工余量,中心线到铸出槽端面二者的中心线间隔一般要求中心线保持在47mm,其余间距尽量在3mm。
(5)螺纹孔顶面加工余量,垂直测量维度上,φ25mm铸出螺纹管开孔余量轴线长度铸出后的螺纹管开孔顶孔截面间隔长度需始终控制在40mm,且铸出螺纹管开孔余量轴线长度间隔应始终保持为4mm。
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,进一步开展后续加工活动。
同时,可以先对φ25通孔加以相应处理,随即将处理结果作为标准,开展有关的专用夹具加工工作,在此期间需要严格按照位置精度标准进行。
考虑到该零件加工表面较为简单,施工程序并不复杂,位置精度较易保证,因此在其加工工艺的选择上采取常规手段即可。
(三)机床选用
拨叉零件虽然体积不大,但是因为加工中对通孔的同轴度要求高,则采用专用CNC治具装夹,为方便零件快速成型及降低加工成本选择卧式加工中心机床,进行产品的加工。
装夹工件时,零件需要精准的安装到工位上,需要要求机床精度高,操作方便,功能设备齐全。
在完成一次装夹之后,不需要进行重新装夹,连续的完成铣,钻等多道加工工序。
卧式机床加工数控中心的主要工作原理:
工件在机床完成一次装夹之后,系统计算机会自动控制各个机床按照不同的机床加工操作程序对机床进行加工,换刀,改变机床的主轴转速,进给的速度和机床运动的轨迹等其他的辅助控制功能,从而可以使机床加工的效率进一步高。
选用的数控设备为龙门卧式加工中心,如图1-2所示;
图1-2卧式加工中心
(四)治具的设计
治具要根据零件的外形设计,同时也要考虑加工工艺以及零件的分析。
基于确定生产目标(即大批量生产目标),在夹具选择上以专用夹具为主。
(因不给拍照,所以没有实物图,只有三维图。
)
夹具的固定原理是根据零件外形去做仿形设计,把仿形整体拆成镶件,便于加工及后期处理。
再用25*30mm的旋转气缸配合压板进行固定。
整体设计作用是,配合加工中心铣孔。
根据产品销售需求也可增加工位,进行大批量加工制造。
提高工作效率,降低刀具损耗及成本。
NC-打孔治具如图1-3所示。
图1-3NC-打孔治具
(五)刀具的选用
加工该零件选用加长硬质合金铣刀进行加工。
选择此类刀具的原因有:
一方面,因精度要求严格,另一方面为了进一步提升加工品质,节约成本。
选用的刀具如表1-1所示。
表1-1刀具表
刀具号
刀具名
刀柄长度
直径
材料
T01
Φ10铣刀
95mm
Φ10
硬质合金
T02
Φ16铣刀
92mm
Φ16
硬质合金
T03
钻头
123mm
Φ20
硬质合金
T04
镗刀
123mm
Φ25
硬质合金
TO5
钻头
50mm
Φ19.5
硬质合金
T06
丝锥
50mm
Φ22
硬质合金
(六)工艺卡片清单
根据上面分析选用的机床型号、刀具类型以及夹具的选用,编制出加工工艺卡片清单,进一步确定工艺流程。
如表1-2所示为加工工艺卡片。
表1-2加工工艺卡
零件号:
001
工艺版本号:
01
产品:
车床拨叉
材质:
HT200
热处理;淬火,退火
设备:
卧式加工中心
加工工艺过程卡工序清单
工序号
工序名称
工位
工序内容
1
粗铣上平面
卧式加工中心
铣出通孔的上平面
2
粗加工面
卧式加工中心
铣出半圆的上平面
3
粗铣半圆
卧式加工中心
铣出半圆
4
粗加工面
卧式加工中心
铣出半圆下平面
5
粗加工面
卧式加工中心
铣出通孔的下平面
6
钻孔
卧式加工中心
钻Φ25mm通孔
7
倒角
卧式加工中心
Φ25mm通孔倒角C2
8
镗孔
卧式加工中心
镗Φ25mm通孔
9
钻孔
卧式加工中心
钻Φ19.5mm螺纹孔
10
倒角
卧式加工中心
螺纹孔倒角C2
11
攻螺纹
卧式加工中心
攻螺纹孔Φ22mm
二、基于UG对车床拨叉零件分析及设计
(一)结构分析
此次设计的零件是车床拨叉,结构复杂,在加工中采用铣、钻、镗、攻牙。
在加工前,对零件的结构特征进行分析,如图1-2所示。
通过对拨叉零件图纸的分析,根据图上给出的数据和标注知道零件主要有孔、螺纹等加工要求。
将根据图纸进行UG和CAD绘图。
(二)零件绘制
在绘制图时,对零件的三视图一定要仔细分析,找准基点,掌握好尺寸。
尺寸最为重要,在没有尺寸的区域,将采用间接计算,视图反映特征,从最突出的区域进行绘制。
图2-1零件三维图
三、基于UG对零件数控编程
(一)毛坯块及坐标系的设置
根据产品生产分析,因产品为合金压铸件,后期只需配合治具,通过加工中心铣削处理即可,打开UG做车床拨叉钻孔模型之前,要先进入加工模块进行零件毛坯的设置及加工坐标系的选择。
加工模块如图3-1所示。
图3-1加工模块
车床拨叉合金铸件安装在专用治具上面做后期钻孔有螺纹孔、通孔等多种工艺处理,并且分两次加工,所以则有两个加工坐标系来加工车床拨叉铸件铣削、钻孔、攻丝的工艺过程。
二次加工坐标系如图3-2所示。
图3-2加工坐标系
(二)刀具参数设置
加工不同的孔、螺纹或者镗铣的方式以及位置的不同所需要的刀具也不尽相同。
需要根据零件图的数据、材料以及毛坯的尺寸大小作为参考的数据在加工中心刀具库中选择合适的刀具进行加工。
进入UG要选择刀具类型,之后要设定数据。
如图3-3所示刀具的数据以及设置。
图3-3刀具参数设置及数目
(三)加工工艺编制
工序一根据产品安装再治具上,待旋转气缸配和压板压紧产品。
加工铣削Φ60mm内凹外形,刀具以治具底板为基准对刀。
粗精加工程序编制如图3-4所示;产品安装再夹具上粗精加工刀路,如图3-5所示。
图3-4粗精加工程序编制
图3-5粗精加工刀路
工序二根据产品安装再治具上,旋转气缸配和压板压紧产品。
加工铣削Φ25mm孔,工艺步骤为先钻Φ20mm的孔;再用加长Φ16mm的铣刀铣削;最后用Φ25mm的铰刀,精加工孔。
刀具以治具底板为基准对刀。
钻孔、铣削、镗孔加工程序编制如图3-6所示;产品安装在夹具上钻孔、铣削、镗孔加工刀路如图3-7所示;
图3-6钻孔、铣削、镗孔加工程序编制
图3-7钻孔、铣削、镗孔加工刀路
工序三根据产品安装再治具上,旋转气缸配和压板压紧产品;重新装夹治具。
加工螺纹孔直径Φ22mm孔,工艺步骤为先钻Φ19.5mm的孔;再用Φ22mm的丝锥攻牙;刀具以治具底板为基准对刀。
钻孔、攻牙加工程序编制如图3-8所示;产品安装在夹具上钻孔、攻牙加工刀路如图3-9所示;
图3-8钻孔、攻牙加工程序编制
图3-9钻孔、攻牙加工加工刀路
四、基于UG的仿真加工及程序的检验
打开UG进入加工模块,然后对已经编好刀路的零件进行仿真加工,观察选路是否存在撞刀,毛坯是否加工不到位,检查余量是否满足要求,查看整体零件是否是想要的模样。
如图4-1所示是零件工序一仿真加工;图4-2所示是零件工序二仿真加工;图4-3所示是零件工序三仿真加工。
实际加工跟编程对比看是否还存在差异,及时的对程序编制与代码进行修改。
图4-1工序一仿真加工
图4-2零件工序二仿真加工
图4-3零件工序三仿真加工
五、尺寸检测
做出来的零件要符合客户的要求,因此每个做出来的零件都要送去检测部门进行合格与否的检测。
需要检测的包括孔的大小,余量的多少,孔的深度等等。
图5-1为尺寸检测合格产品图。
表5-1位尺寸检测表。
如果不合格看能否可以返工,如若不能则报废处理。
图5-1完成图
表5-1位尺寸检测表
检测尺寸
上公差
下公差
检测结果
Φ25mm
0.02mm
0mm
Φ25.01mm
44mm
0mm
-0.3mm
43.99mm
12mm
-0.5mm
-0.16mm
11.86mm
Φ60mm
0.3mm
0mm
Φ60.02mm
8mm
0.15mm
0mm
8.01mm
产品经过检测合格,合格率达到97%
六、加工中出现的问题和解决措施
加工中拨叉零件会出现以下几个问题,并对他们进行分析和解决:
出现的问题
分析问题
解决问题
在加工拨叉零件的内孔时,圆度不合格
夹具可能出现问题,刀具不够锋利
检查刀具的磨损程度,并及时更换刀具。
减小夹具夹紧力。
拨叉零件的内孔同轴度差
在钻孔时,夹具没有夹紧导致钻歪了。
装夹时没有把基准定好,出现了偏差。
装夹好,不要进行二次装夹。
重新校准机床C轴回转中心。
零件产生弹性形变
零件在加工中因为高速摩擦,产生高温,导致变形。
减小切削量,喷冷却液,降低切削温度。
在加工过程中要随时检测加工尺度是否满足加工要求,避免出现废品。
毛刺
毛刺是在机械加工过程中刀具与被加工的材料摩擦所产生的。
在刀具不快或者材料硬度粘度大时容易产生毛刺就越大。
毛刺对产品的外观和使用都会产生很大的影响,在加工中应尽量避免,无法避免时,要对毛刺进行后续的处理,以保证产品的美观,实用。
刀具在使用一段时间后检查刀具的磨损情况,磨损的严重就进行换刀,避免产生大量的毛刺。
总结
本篇论文主要是阐述了CA6140车床配件拨叉的配合专用治具的加工工艺编制设计。
首先要对零件进行整体结构的分析,因拨叉为金属压铸件分析出需要加工的内容;选择合适刀具,根据实际情况和选择合适高效的加工设备;编制出加工工序卡,随后进行夹具设计;接着利用UG设计和编程,制定合适的加工内容;最后对产品进行检测,看看是否达到要求。
本次研究加工的零件对应我所学习的专业,是一次对大学学习实践的总结,一次自我检验。
在写论文的过程中遇到了很多问题和困难,明显发现自己水平能力的不足,对所学知识掌握的不牢固,最后在指导老师的指导下和学长的帮助下完成本篇论文的加工工艺编制及治具设计。
通过这次课题的设计得到很多经验以及知识,对即将工作的我起到很大作用。
在此次论文设计中有不足的地方,欢迎各位导师批评指正。
参考文献
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- 毕业设计 CA6140 车床 加工 工艺 及其 夹具 设计