CA6140车床拨叉831007型号设计.docx
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CA6140车床拨叉831007型号设计
1
湘潭大学
机械制造工艺学课程设计说明书
题目:
设计“CA6140车床拨叉”零件的机械加工艺规程及工
艺装备(年产量为4000件)
内容:
1.零件图1张
2.毛坯图1张
3.机械加工工艺过程综合卡片1张
4.结构设计装配图1张
5.结构设计零件图5张
6.课程设计说明书1份
班班班班级级级级05050505机机机机三三三三
学学学学生生生生
指指指指导导导导老老老老师师师师
教研室主教研室主教研室主教研室主任任任任
二零一零年二零一零年二零一零年二零一零年一一一一月月月月
1
序言
机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学的全部基础课、技术
基础课以及大部分专业课之后进行的.这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,也是一次理论联系实际
的训练,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
就我个人而言,我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的
工作进行一次适应性训练,从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力,
为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。
由于能力所限,设计尚有许多不足之处,恳请各位老师给予指教。
一、零件的分析
(一)零件的作用
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工作者的要求工作,获得所需
的速度和扭矩的作用。
零件上方的φ22孔与操纵机构相连,二下
方的φ55mm半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。
通过上
方的力拨动下方的齿轮变速。
两件零件铸为一体,加工时分开。
(二)零件的工艺分析
零件的材料为HT200,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
2
需要加工的表面:
1.小孔的上端面、大孔的上下端面;
2.小头孔mm以及与此孔相通的mm的锥孔、螺纹0.021022���8�8
M
孔;
3.大头半圆孔mm;55�
位置要求:
小头孔上端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.05mm、大孔的
上下端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm。
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、工艺规程设计
(一)确定毛坯的制造形式
零件材料为HT200。
考虑到零件在机床运行过程中所受冲击不
大,零件结构又比较简单,生产类型为大批生产,故选择铸件毛坯。
选用铸件尺寸公差等级CT9级,已知此拨叉零件的生产纲领为4000
件/年,零件的质量是1.0Kg/个,可确定该拨叉生产类型为大批生产,
所以初步确定工艺安排为:
加工过程工序划分阶段;工序适当集中;
3
加工设备以通用设备为主,大量采用专用工装。
(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。
基面选择得正确
与合理,可以使加工质量得到保证,生产效率得以提高。
否则,加工
工艺过程中会问题百出,更有甚者,还会造成大批报废,使生产无法
正常进行。
(1)粗基准的选择:
以零件的底面为主要的定位粗基准,以两
个小头孔外圆表面为辅助粗基准。
这样就可以达到限制五个自由度,
再加上垂直的一个机械加紧,就可以达到完全定位。
(2)精基准的选择:
考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方
便,依据“基准重合”原则和“基准统一”原则,以粗加工后的底面
为主要的定位精基准,以两个小头孔内圆柱表面为辅助的定位精基
准。
当设计基准和工序基准不重合时,应该进行尺寸换算,这在以后
还要专门的计算,此处不再重复。
(三)制定工艺路线
制定工艺路线的出发点,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。
再生产纲领已确定为大批生
产的条件下,可以考虑采用万能性机床配以专用的夹具,并尽量使工
序集中来提高生产率。
处此之外,还应当考虑经济效果,以便使生产
成本尽量下降。
4
1.工艺路线方案一
工序Ⅰ粗铣Ф40mm孔的两头的端面,Ф73mm孔的上下端面。
工序Ⅱ精铣Ф40mm孔的两头的端面,Ф73mm孔的上下端面。
工序Ⅲ粗镗、半精镗、精镗Ф55mm孔至图样尺寸。
工序Ⅳ钻、扩、铰两端Ф22mm孔至图样尺寸。
工序Ⅴ钻M8的螺纹孔,钻Ф8的锥销孔钻到一半,攻M8的
螺纹。
工序Ⅵ铣断保证图样尺寸。
工序Ⅶ去毛刺,检查。
2.工艺路线方案二
工序Ⅰ粗铣Ф40mm孔的两头的端面。
工序Ⅱ钻、铰两端Ф22mm孔之图样尺寸。
工序Ⅲ粗铣中间孔上端面至Ф25mm,周径至Ф71mm;粗铣中间
孔下端面至22mm,周径至Ф71mm;精铣两头孔的端面
至50mm;精铣中间孔上端面至25mm,周径至Ф73mm;
精铣中间孔下端面至周径至Ф73mm;
工序Ⅳ粗镗、半精镗、精镗Ф55mm孔至图样尺寸。
工序Ⅴ钻Ф8mm的锥销孔钻到一半,然后与轴配做钻通,再钻
M8x1mm的螺纹孔,攻M8x1mm的螺纹。
工序Ⅵ铣断保证图样尺寸
工序Ⅶ去毛刺,检查。
5
3.工艺方案的比较与分析
上述两个工艺方案的特点在于:
方案一是先加工完与Ф22mm的
孔有垂直度要求的面再加工孔。
而方案二悄悄相反,先是加工完
Ф22mm的孔,再以孔的中心轴线来定位加工完与之有垂直度要求的
三个面。
方案一的装夹次数少,但在加工Ф22mm的时候最多只能保
证一个面定位面与之的垂直度要求。
其他两个面很难保证。
因此,此
方案有很大的弊端。
方案二在加工三个面时都是用Ф22mm孔的中心
轴线来定位这样很容易就可以保证其与三个面的位置度要求。
这样也
体现了基准重合的原则。
很是审美!
其他的工序尤为平常简单无需再
议。
这样一比较最终的工艺方案为:
工序Ⅰ粗铣Ф40mm孔的两头的端面。
工序Ⅱ钻、铰两端Ф22mm孔之图样尺寸。
工序Ⅲ粗铣中间孔上端面至Ф25mm,周径至Ф71mm;粗铣中间
孔下端面至22mm,周径至Ф71mm;精铣两头孔的端面
至50mm;精铣中间孔上端面至25mm,周径至Ф73mm;
精铣中间孔下端面至周径至Ф73mm;
工序Ⅳ粗镗、半精镗、精镗Ф55mm孔至图样尺寸。
工序Ⅴ钻Ф8mm的锥销孔钻到一半,然后与轴配做钻通,再钻
M8x1mm的螺纹孔,攻M8x1mm的螺纹。
工序Ⅵ铣断保证图样尺寸
6
工序Ⅶ去毛刺,检查。
以上工艺过程详见“机械加工工艺过程综合卡片”。
(四)机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“CA6140车床拨叉”零件材料为HT200,毛坯重量约为1.6㎏,
生产类型为大批生产,采用砂型铸造毛坯。
根据上述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.外圆表面(Ф40mm及Ф73mm外表面)
考虑到此表面为非加工表面,其精度为铸造精度CT9即可。
又
因它们是对称的两个零件最后还需铣断,故对Ф40mm的中心轴线的
尺寸偏差为120±1.25的范围内。
2.两小孔0.21022��
毛坯为实心,两内孔精度要求界于IT7~IT8之间,参照《切屑加
工简明实用手册》表8-21确定工序尺寸及余量:
钻孔:
Ф21.8mm2Z=21.8mm
铰孔:
mm2Z=0.2mm0.21022��
3.中间孔(Ф55mm及Ф73mm)
中间孔尺寸相对较大可以铸造,根据机械制造工艺设计手册表1-
13得:
孔的铸造毛坯为Ф49.Ф73的孔是在Ф55孔的基础之上铣削加
工得到,其轴向尺寸上下表面距离为30mm,由于其对轴向的尺寸要
求不高,直接铸造得到。
参照《切屑加工简明实用手册》表8-95确
7
定Ф73mm工序尺寸及余量:
粗铣:
Ф71mmZ=4mm
精铣:
Ф73mmZ=1mm
参照《切屑加工简明实用手册》表8-95确定Ф55mm工序尺寸及
余量:
粗镗:
Ф53mm2Z=4mm
半精镗:
Ф54mm
精镗:
Ф55mm
4.螺纹孔及销孔
无可非议此销尺寸铸造为实体。
参照《切屑加工简明实用手册》表8-70确定钻Ф8螺纹孔和Ф8
圆柱销孔及螺纹孔的攻丝。
5.铣断
(五)确定切削用量及基本工时
工序Ⅰ粗铣Ф40mm孔的两头的端面。
1.加工条件
工件材料:
HT200,硬度190~260HBS,σb=0.16Gpa,铸造。
加工要求:
粗铣两头端面至51mm、粗铣大孔端面至30mm。
机床:
X52K立式铣床参数。
8
刀具:
涂层硬质合金盘铣刀Ф45mm,选择刀具前角γo=+5°
后角αo=8°,副后角αo’=8°,刀齿斜角λs=-10°,主刃Kr=60°,
过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。
2.计算切削用量
1)铣削深度因为切削量较小,故可以选择ap=2mm,一次走刀
即可完成所需长度。
2)计算切削速度按《简明手册》
Vc=
vpv
vevzvpm
vovK
ZuayfXaT
qdC
算得Vc=98mm/s,n=439r/min,Vf=490mm/s
据X52K立式铣床参数,选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际
切削速度Vc=3.14×80×475/1000=1.06m/s,实际进给量为
fzc=Vfc/ncz=475/(300×10)=0.16mm/z。
3)校验机床功率查《简明手册》Pcc=1.5kw,而机床所能提供功率
为Pcm>Pcc。
故校验合格。
最终确定ap=2mm,nc=475r/min,Vfc=475mm/s,Vc=1.06m/s,f
z=0.15mm/z。
4)计算基本工时
tm=L/Vf=9.4s。
工序Ⅱ钻、铰两端Ф22mm孔之图样尺寸。
9
1.加工条件
工件材料:
HT200,硬度190~260HBS,σb=0.16Gpa,铸造。
加工要求:
钻孔至Ф21.8mm,精铰至Ф22mm,保证孔壁粗糙度
Ra=1.6μm。
机床:
Z512台式钻床。
刀具:
YG8硬质合金麻花钻Ф21.8mm,钻头采用双头刃磨法,后
角=12°、二重刃长度=2.5mm、横刀长b=1.5mm、宽l=3mm、棱α
ob
ε
带长度、°°、°。
YG8硬质合金铰
mml
5.11�1202�1100��30��
刀Ф22mm。
2.计算切削用量
1)查《切削用量简明手册》。
rmmf
/1.1�
按钻头强度选择按机床强度选择,
rmmf
/75.1�
rmmf
/53.0�
最终决定选择机床已有的进给量。
rmmf
/1.1�
2)钻头磨钝标准及寿命
后刀面最大磨损限度(查《简明手册》)为0.5~0.8mm,寿命
.min60�
T
3)切削速度
查《切削用量简明手册》修正系数
rmmvc
/12�0.1�
TVK
故。
0.1�
MVK
0.1�
tvK
0.1�
Kxv
0.11�
vK
10�
apvKrmmvc
/12�
min/465
1000
0
r
d
v
ns
��
7
查《简明手册》机床实际转速为。
min/460
rnc
�
10
故实际的切削速度。
sm
nd
vsc
/52.0
1000
0��7
3.计算基本工时
s
nf
L
tm
7
45.1272
1030
�
�
�
��
由于所有工步所用工时很短,所以使得切削用量一致,以减少辅
助时间。
钻和精铰的切削用量如下:
钻孔:
。
min/460
rn
�
rmmf
/1.1�
smvc
/52.0�
mmd
8.210�
精铰:
。
min/850
rn
�
rmmf
/1�
smvc
/98.0�
mmd
220�
工序Ⅲ粗铣中间孔上端面至Ф25mm,周径至Ф71mm;粗铣中
间孔下端面至22mm,周径至Ф71mm;精铣两头孔的端面至50mm;
精铣中间孔上端面至25mm,周径至Ф73mm;精铣中间孔下端面至周
径至Ф73mm。
1.加工条件
工件材料:
HT200,硬度190~260HBS,σb=0.16Gpa,铸造。
加工要求:
粗铣中间孔上端面至Ф25mm,周径至Ф71mm;粗铣
中间孔下端面至22mm,周径至Ф71mm;精铣两头孔的端面至50mm;
保证粗糙度Ra=3.2μm;精铣中间孔上端面至25mm,周径至Ф73mm;
精铣中间孔下端面至保证20mm,周径至Ф73mm,保证端面粗糙度
11
Ra=3.2μm,保证孔壁粗糙度Ra=6.3μm。
机床:
X63卧式铣床。
刀具:
涂层硬质合金盘铣刀Ф45mm,选择刀具前角γo=+5°后
角αo=8°,副后角αo’=8°,刀齿斜角λs=-10°,主刃Kr=60°,
过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。
2.计算切削用量
1)铣削深度因为切削量较小,故可以选择ap=4mm,一次走刀
即可完成所需长度。
2)计算切削速度按《简明手册》
Vc=
vpv
vevzvpm
vovK
ZuayfXaT
qdC
算得Vc=98mm/s,n=780r/min,Vf=490mm/s
据X52K立式铣床参数,选择nc=750r/min,Vfc=475mm/s,则实际切
削速度Vc=3.14×80×750/1000=1.78m/s,实际进给量为
fzc=Vfc/ncz=750/(300×10)=0.25mm/z。
3)校验机床功率查《简明手册》Pcc=2kw,而机床所能提供功率
为Pcm>Pcc。
故校验合格。
最终确定ap=1mm,nc=750r/min,Vfc=475mm/s,Vc=1.78m/s,
fz=0.15mm/z。
4)计算基本工时
粗铣中间孔上端面至Ф25mm,周径至Ф71mm;tm1=L/Vf=13s
12
粗铣中间孔下端面至22mm,周径至Ф71mm;tm2=L/Vf=13s
精铣小孔上端面至50mm,tm3=L/Vf=8s;
精铣中间孔上端面至周径至Ф73mm,tm4=L/Vf=10s;
精铣中间孔下端面至周径至Ф73mm,tm5=L/Vf=10s。
工序Ⅳ粗镗、半精镗、精镗Ф55mm孔至图样尺寸。
1.加工条件
工件材料:
HT200,硬度190~260HBS,σb=0.16Gpa,铸造。
加工要求:
粗镗中间孔至Ф53mm、半精镗中间孔至Ф54mm、精
镗中间孔至Ф55mm。
机床:
T616卧式镗床。
刀具:
YG8硬质合金镗刀。
2.计算切削用量
单边余量分三次切除,则第一次。
根据《简,3
mmZ
�
mmap
2�
明手册》4.2-20查得,取。
根据《简明手册》4.2-21查得,
rmmf
/1�
取:
。
min/245
rn
�
3.计算切削基本工时:
s
f
L
t
m
m
30
52.0200
1212
�
�
��
��
同理,当第二次,第三次时,进给量
mmap
6.0�
mmap
4.0�
和,机床主轴转速都取64r/min,切削基本工
rmmf
/3.0�
rmmf
/12.0�
13
时分别为100s和80s。
工序Ⅴ钻Ф8mm的锥销孔钻到一半,然后与轴配做钻通,再钻
M8x1mm的螺纹孔,攻M8x1mm的螺纹。
1.加工条件
工件材料:
HT200,硬度190~260HBS,σb=0.16Gpa,铸造。
加工要求:
先钻Ф8mm的锥销孔,钻到一半后将与该孔配合的轴
安装进去,把两者配做加工,为的使保证孔与轴的同轴度,同时在尺
寸上保证距上端面10mm;再钻M8x1mm的螺纹孔,攻M8x1mm的
螺纹。
机床:
组合机床。
刀具:
Ф8mm麻花钻、Ф7.5mm麻花钻、Ф8mm的丝锥。
2.计算切削用量
(1)钻Ф8mm的锥销孔
根据《切削手册》查得,进给量为0.18~0.33mm/z,现取�
f
f=0.3mm/z,v=5m/min,则:
min/199
8
510001000
r
d
v
n
w
s
�
�
�
��
77
查《简明手册》表4.2-15,取。
所以实际切削速度min/195
rnw
�
为:
14
smn
d
vww
/1.0
1000
1958
1000
�
��
��
77
计算切削基本工时:
s
f
yl
t
m
m
32
22.0195
46
�
�
�
�
���
�
(2)钻M8的螺纹孔
刀具:
Ф7.5mm麻花钻。
根据《切削手册》查得,进给量为0.18~0.33mm/z,现取�
f
f=0.3mm/z,v=5m/min,则:
min/212
5.7
510001000
r
d
v
n
w
s
�
�
�
��
77
查《简明手册》表4.2-15,取。
所以实际切削速度min/195
rnw
�
为:
smn
d
vww
/1.0
1000
1955.7
1000
�
��
��
77
计算切削基本工时:
s
f
yl
t
m
m
32
3.0195
46
�
�
�
�
���
�
(3)攻M8x1mm的螺纹
刀具:
丝锥M6,P=1mm
切削用量选为:
,机床主轴转速为:
,按
smv
/1.0�min/219
rns
�
机床使用说明书选取:
,则;机动时,min/195
rnw
�
smv
/1.0�
,计算切削基本工时:
mml
1046���
15
s
f
yl
t
m
m
32
3.0195
46
�
�
�
�
���
�
工序Ⅵ铣断保证图样尺寸
1.加工条件
工件材料:
HT200,硬度190~260HBS,σb=0.16Gpa,铸造。
加工要求:
铣断后保证两边对称相等。
刀具:
YG硬质合金圆盘铣刀,厚度为4mm。
机床:
组合机床。
2.计算切削用量
查《切削手册》,选择进给量为:
切削速度为:
rmmf
/3.0�
,则:
smv
/1�
min/100
73
110001000
r
d
v
n
w
s
�
�
�
��
77
根据《简明手册》表4.2-39,取,故实际切削速度min/100
rnw
�
为:
smn
d
vww
/1
1000
10073
1000
�
��
��
77
查《切削手册》表4.2-40,刚好有。
min/400
mmfm
�
计算切削基本工时:
s
f
yl
t
m
m
126
400
3072
�
�
�
���
�
16
工序Ⅶ去毛刺,检查。
三、夹具设计
为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计
专用夹具。
并设计工序Ⅰ粗铣Ф40mm孔的两头的端面。
(一)问题的提出
本夹具是用来粗铣Ф40mm孔的两头的端面,包括后面工序的精
铣,该工序完成后此端面主要作为后道工序的精基准,所以主要考虑
如何提高劳动生产率,降低劳动强度和表面粗糙度要求。
(二)夹具设计
1.定位基准选择
由于是第一道工序,只能是以底面为粗基准。
由于底面是粗基准,
所以采用四个球头支撑钉。
2.切削力及夹紧力计算
1).切削力
FV
FzF
wq
u
e
y
z
X
pF
nd
zafaC
F
0
�
查表得其中:
修正系数0.1�
vk
30�
FC
83.0�
Fq
0.1�
FX
17
z=2465.0�
Fy
83.0�
Fu
8�
Pa
0�
Fw
代入上式,可得F=889.4N
因在计算切削力时,须把安全系数考虑在内。
安全系数K=4321
KKKK
其中:
为基本安全系数1.51
K
为加工性质系数1.12
K
为刀具钝化系数1.13
K
为断续切削系数1.14
K
所以
NKFF
7.1775���
2)夹紧力
采用V型块夹紧
防止转动
=
Wk
μ
α
12
2
sin
��
��
R
MK
K=2.5
=0.16μ1
R=18
得出
=11.2
Wk
防止移动
=
Wf
μ
α
22
2
sin
�
��
FfK
K=2.5
=0.2μ2
得出
=8686.1N
Wf
18
由于工件所受夹紧力大于工件所受的切削力,而且实际夹紧力大
于所需夹紧力。
故本夹具安全可靠。
3.具体夹具的装配图见附图
4.夹具设计及操作的简要说明
如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动生产率避免干涉。
应使夹具
结构简单,便于操作,降低成本。
提高夹具性价比。
本道工序为镗床
夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。
本工序为精镗切削余量小,切削力小,
所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。
本夹具的最大优点就是
结构简单紧凑。
夹具的夹紧力不大,故使用手动夹紧。
为了提高生产
力,使用快速螺旋夹紧机构。
19
参考文献:
1.黄如林.切屑加工简明实用手册北京:
化学工业出版
社,2004.7.
2.王绍俊.机械制造工艺手册.北京:
机械工业出版社,1985.
3.孟少农.机械加工工艺手册.北京:
机械工业出版社,1991.
4.杨叔子.机械加工工艺师手册.北京:
机械工业出版社,2001.
5.王光斗、王春福.机床夹具设计手册.上海:
上海科学技术
出版社,2001.
6.吴宗泽、罗圣国.机械设计课程设计手册.北京:
高等教育出版社
2006.
1
附件图纸
V形块
2
对中块
3
滑块
4
夹具体零件图
5
螺杆
6
毛坯
7
8
1
工艺卡片
理工大学零件号831007材料HT200编制
2005.1221
机械加工工艺过程综合卡片零件名称拨叉毛胚重量1.0KG指导老师
生产类型大批量毛胚种类铸件审核
工
序
安
装
�
工
位
�
工
步
工
序
说
明
工序简图
机
床
辅
助
工
具
或
夹
具
刀
具
量
具
走
刀
次
数
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长
度
切
削
深
度
进
给
量
主
轴
转
速
切
削
速
度
工作定额(min)
基
本
时
间
辅
助
时
间
工
作
的
服
时
务
间
0
1
0
11
粗铣两小头孔端面T3至
0
0.2555.8�
粗铣上侧面T3
X614
0卧
式铣
床。
专
用
夹
具
YG
8硬
制
合
金
刀
具
千
分
表
11195
91
2.5
2.51.5
1.5
2
2
0
2
2
0
69.
1
69.
1
0.5
9
0.5
9
0
2
0
11
粗铣中间孔上端面T2至00.2527�
X614
0卧
式铣
床。
专
用
夹
具
YG
8硬
制
合
金
刀
具
千
分
表
111952.51.52
2
0
69.
1
0.5
9
2
03
0
11
粗铣中间孔下端面至00.2521�
X
61
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- CA6140 车床 831007 型号 设计