机械制造工艺学课程设计实例.docx
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机械制造工艺学课程设计实例
机械制造工艺学课程设计任务书
设计题目:
拨叉
(二)(CA6140)
机械加工工艺规程编制及工装设计(年产量:
4,000件)
设计内容:
1.编制机械加工工艺规程,填写工艺文献1套,
绘
制零件毛坯图1张
2.设计夹具1套,绘制夹具装配图和主要结构零
件
图各1张
3.撰写课程设计说明书1份
设计时间:
第1页共20页
前言
机械制造工艺学课程设计是在我们完成了大学的全部基础课程、
技术基础课以及大部分专业课之后进行的。
通过机床加工工艺及夹具
设计,汇总所学专业知识如一体(如《机械零件设计》、《金属切削机
熟悉与理解,并为以后的实际工作奠定坚实的基础!
床》、《机械制造
工艺》等)。
让我们对所学的专业课得以巩固、复习及实用,在理论
与实践上有机结合;使我们对各科的作用更加深刻的
设计目的:
机械制造工艺学课程设计,是在学完机械制造工艺学及夹具设计
原理课程,经过生产实习取得感性知识后进行的一项教学环节;在老
师的指导下,要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课
程,并且独立完成的一项工程基本训练。
同时,也为以后搞好毕业设
计打下良好基础。
通过课程设计达到以下目的:
1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的
知识,正确地解决一个零件在加工中的定位,夹紧以及合理制订工艺
规程等问题的方法,培养学生分析问题和解决问题的能力。
2、通过对零件某道工序的夹具设计,学会工艺装备设计的一般
方法。
通过学生亲手设计夹具的训练,提高结构设计的能力。
3、课程设计过程也是理论联系实际的过程,并学会使用手册、
查询相关资料等,增强学生解决工程实际问题的独立工作能力。
一.零件的分析
第2页共20页
(一)、零件的作用:
题目给定的拨叉(CA6140)位于车床变速机构中,主要起换挡使
主轴回转运动按照工作者的要求进行工作。
工作过程:
拨叉零件是
在传动系统中拨动滑移齿轮,以实现系统调速。
转向。
其花键孔?
25
与轴的配合来传递凸轮曲线槽传来的运动。
零件的2个交叉头补位与
滑移齿轮相配合。
(二)、零件的工艺分析
CA6140车床拨叉
(二)共有两个加工表面,它们之间有一定的位置
要求。
1、一花键孔的中心线为基准的加工面
这一组面包括?
25H7的六齿方花键孔、?
22H2的花键低空及两
第3页共20页
端的2×15°的倒角、距花键孔中心线上方22mm的平面以及距中心
线下方15mm的平面。
2、以工件左端为基准的宽度为18H11的槽
18H11的槽的2个内表面与花键槽的中心线有垂直度公差0.08
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,故选择铸件毛坯。
加上工件的年产量为4000
件,属于大批量生产,采用金属膜铸造成型。
根据《机械加工工艺手
册》选择铸件的加工余量等级为7级,底面及侧面浇注确定待加工表
面的加工余量为4mm。
(二)、基准的选择
4.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Φ
第4页共20页
40的外圆表面作为粗基准。
同时也以工件的右端面作为粗基准。
5.精度基准的选择:
为保证定位基准和工序基准重合,以零件的左
面C面为精基准。
(三)、制定工艺路线
制定工艺路线得出发点,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,在生产纲领已确定的情况下,
可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高
生产率。
除此之外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。
1.工艺路线方案一
工序1粗、精铣工件的左端面(C面)
工序2扩花键孔孔到?
22
工序3锪倒角花键孔2×15°
工序4粗、精铣台阶面B面
工序5钻孔2×M8,攻螺纹,钻?
5锥孔
工序6粗、精铣宽度为18的槽和槽的上表面的平面
工序7拉花键
工序8去毛刺
工序9终检
2.工艺路线方案二
工序1粗、精铣工件的左端面(C面)
工序2扩花键孔到?
22
工序3锪倒角花键孔2×15°
第5页共20页
工序4拉花键
工序5粗、精铣台阶面B面
工序6粗、精铣宽度为18的槽和槽的上表面的平面
工序7钻孔2×M8,攻螺纹,钻?
5锥孔
工序8去毛刺
工序9终检
6.工艺路线方案三
工序1粗、精铣工件的左端面(C面)
工序2扩花键孔到?
22
工序3锪倒角花键孔2×15°
工序4粗、精铣台阶面B面
工序5粗、精铣宽度为18的槽和槽的上表面的平面
工序6钻孔2×M8,攻螺纹,钻?
5锥孔
工序7拉花键
工序8去毛刺
工序9终检
工艺方案的比较和选择:
方案二把拉花键放接在扩孔和倒角之后,因
为花键孔的精度要求比较高,后面接下来的加工还要用花键孔来作为
定位,易破坏拉花键的精度。
所以应把拉花键放在最后一道工序,因
为它的加工的精度要求比较高,加工是一次完成,不会破坏加工的精
度要求。
再看方案一和方案三,方案一把钻孔安排在加工好台阶面之
后接着进行,之后又还要进行铣槽的工序,为了方面加工和合理安排
第6页共20页
加工顺序,所以还是把铣的部分安排在一起,方便加工。
综上考虑,
最终选择工艺路线方案三为最终方案。
(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,硬度190~210HB,毛坯重
量0.8kg,生产类型大批量,铸造毛坯。
7.端面(C面)的加工余量
查《简明机械加工工艺手册》(以下简称“简明手册”)表10-6取铣
削的加工余量:
粗铣3mm
精铣1mm
8.花键底孔的加工余量
内孔?
20先铸出,所以取钻孔的双边加工余量为2mm,单边为1mm
9.B面(台阶面)的加工余量
查《简明手册》表1-22取铣削的加工余量:
粗铣2mm
精铣1mm
10.宽度为18的槽
查《机械加工工艺手册》表3.2-29取铣削的加工余量:
粗铣3mm(双边余量)
精铣1mm(双边)
11.拉花键孔
第7页共20页
花键孔按外径定位
查《机械加工工艺手册》表3.2-19取加工余量为2Z=1mm。
12.其他尺寸直接铸造得到
13.毛坯尺寸
考虑到零件的很多表面没有粗糙度要求,不需要加工。
从铸造出
来即可符合使用要求,因此,只采取75×40的表面加工余量。
查《机
械加工工艺手册》表3.1-24,确定毛坯的尺寸公差为CT7,表3.1-21
查得CT7=1.1mm。
相应计算如下:
名义尺寸:
80+4=84mm
最大极限尺寸=80+4+CT7=85.1mm
最小极限尺寸=80+4-CT7=82.9mm
具体毛坯尺寸见后附的毛坯图
(五)、确立切削用量及基本工时
确定切削用量及基本工时
工序Ⅰ:
铣削端面。
本工序采用计算法确定切削用量。
1.加工条件
工件材料:
HT200,查《简明手册》表10-3,取σ
b=195N/mm2=0.195GPa=195MPa。
选取用金属型铸造。
加工要求:
粗铣7540mm右端面,然后精铣此端面。
铣床:
查《机械加工工艺手册》表9.1-2,选用X6132A卧式铣床。
第8页共20页
主轴转速30~1500r/min,机床功率9.06kw。
最高表面粗糙度可达1.6。
刀具:
查《简明手册》表12-21,取刀具材料YG6。
查《机械加工工
艺手册》表9.2-11选取镶齿套式面铣刀(GB1129-85),刀具直径
D=80mm,齿数z=10。
Κr=90。
2.计算切削用量
⑴粗铣7540mm右端面
进给量选择:
根据《机械加工工艺手册》表9.4-1,工件夹具系统刚
度为中等条件,取每齿进给量
f=0.2mm/z。
z
背吃刀量
a=3mm。
p
铣削速度:
参考《简明手册》表11-28,选取铣削速度为60m/min。
按《机械加工工艺手册》表9.2-11选取d/z=80/10,即铣刀直径80mm,
铣刀齿数为10。
1000v100060
由公式n238/min。
d3.1480
r
铣床为8级级数,按机床手册及计算,有n=240r/min这一转速,与
理论转速相近,即可选此转速。
nd2403.1480
m
实际铣削速度v60.28/min。
10001000
查《机械加工工艺手册》表9.4-31,可知铣削基本时间
t
m
lll
w12
v
f
,
其中
vfzn=480mm/min。
v为工作台每分钟进给量,0.210240
ffz
l为工件铣削部分长度,75mm;
w
l为切入行程长度,有公式
1
22
l10.5ddae1~3
0.58080402=7.36mm。
22
l为切出行程长度,82mm。
2
第9页共20页
所以粗铣时基本时间为
t=(75+7.36+82)/480=0.342min=21s。
m
⑵精铣7540mm右端面
铣床,刀具的选取同粗铣一致。
背吃刀量
a=1mm,
p
铣削速度:
要求表面粗糙度为
R=3.2m,查《机械加工工艺手册》表
a
14.-3,每转进给量取f=0.8mm/r。
根据《简明手册》表11-28,可取铣削速度v=80m/min。
1000v100080
n318.47r/min
d3.1480
。
查机床手册及计算,取铣床转速为n=320r/min。
实际铣削速度
nd3203.1480
vm。
3./min
10001000
基本时间计算如粗铣
vfn0.8320256mm/min
f
l,
w
l,
1
l与粗铣加工相同。
2
757.3682
ts。
0.64min39m
256
工序2扩孔
选用摇臂钻床z3063,查《简明手册》表14-12,钻速范围20~1600r/min。
钻头材料:
高速钢
由《简明手册》表11-10查得每转进给量f=0.8mm/r,
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查表11-12,钻削速度取v
钻=0.35m/s=21m/min
扩钻孔时的切削速度v0.4v0.4218.4m/min
钻
由公式
1000v10008.4
n121.60r/min
d3.1422
按机床选取n=140r/min。
得实际钻削速度
nd1403.1422
v9.7m/min
10001000
基本时间t
由《金属切削手册》表7-7有:
T(L0.3d)/s
0分
其中sfn0.8140112
分mm/s
L为钻削长度,
d为钻削直径。
0
T800.322/1120.7min47s
工序三锪倒角
由于此道工序用时较短,一次就可以完成,按经验选取时间为3s.
工序四粗、精铣上端台阶面
工步1粗铣
刀具选择:
YG6的镶齿端面铣刀
机床:
查《机械加工工艺手册》选取
立式铣床X5020A功率为:
3.79Kw
主轴转速范围为:
40-1800r/min
表9.2-11选取:
d/z=80/10
背吃刀量:
2mm
查《简明手册》表1-22选取
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进给量取f
z=0.25mm/r
铣削速度根据《简明手册》表11-28选:
V=60m/min
由公式
1000v
n=(100060)/(3.1460)=238r/min
d
按机床选取转速为n=240r/min
所以,实际铣削速度V=nπd/1000=60.29r/min
基本时间:
由《机械加工工艺手册》表9.4-31主偏角Kr=90°
f
mz=f
znz=600mm/min
l
1
2
0
e+(1~3)=0.(58080230224.92mm
2
0dda
.5
)
0
0
t=()
l/f
l2l
3
mz=(80+4.92+82)/600=0.28min=17s
工步2精铣
背吃刀量:
1mm
查《机械加工工艺手册》表9.4-3选每齿进给量:
f0.15mm/z
z
查《简明手册》表11-28选铣削速度V=75m/min
1000v
n=(1000×75)/(3.14×80)=298r/min
d
按机床选取转速n=300r/min
则实际额铣削速度为V=V=nπd/1000=75.36m/min
基本时间:
f
mz=f
znz=0.15×300×10=450mm/min
t=()
l/f
1ll
23
mz=(80+4.92+82)/450=23s
工序五铣槽
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工步1粗铣
机床还是选用上面所用型号的铣床
查《机械加工工艺手册》表3.2-29
粗铣的背吃刀量a1.5mm
p(单边)
按《机械加工工艺手册》表9.2-2选取直柄立铣刀d/z=16/3
铣刀每齿进给量f
z=0.16mm/z
刀具材料选用:
高速钢
按《简明手册》选取铣削速度V=18m/min
1000v
n=(1000×18)/(3.14×16)=358r/min
d
按机床选取转速为:
n=390r/min
基本时间t:
t=(l)/f
l1l
2
mz
根据《机械加工工艺手册》表9.4-31,式子中的0.5(1~2)
l1d
2i=
l2mm
h
a
p1
l=40mm
f
mz=f
znz=0.16×3×390=187.2mm/min
l
1=0.5×16+2=10mm取l2mm
2,i=2
40102
所以,t=20.56min34s
187.2
工步2:
精铣
被吃刀量ap2=1mm,双边
选取d/z=18/3,按《机械加工工艺手册》表9.4-3选取fz=0.12mm/z
按《简明手册》表11-28取Vc=25m/min,
第13页共20页
所以n=1000v/d=1000x25/x18=442.32r/min
选取450r/min
基本时间tt=(l+l1+l2)/fmz
fmz=fzxZxn=0.12x3x450=162mm/min
所以t=52x2/162=0.64min=39s
工序六钻孔2-M8,攻螺纹,钻锥孔
安装1
工步1:
钻孔2-6.7mm
确定进给量f:
根据《机械加工工艺手册》表10·4-1.当HT200的
σb<200MPa,加工此直径孔的f=0.36~0.44mm/r,由于零件在加工
孔后要螺纹,故进给量应乘以0.5,则f=(0.36~0.44)x0.5=0.18~
15.mm/r。
查《简明手册》表2-35,选用Z525立式钻床,根据机床
选用f=0.22mm/r
切削速度,根据《简明手册》表2-15,得V=19m/min,所以
Ns=1000v/dw=1000x19/x6.7=903r/min
根据Z525机床,选用Nw=960r/min,故实际切削速度为
V=x6.7x960/1000=20.2m/min
切削加工时,l=11mm,查《机械加工工艺手册》10·4-43有,l1=3mm,
lf=(dwxcotkr/2)+3=6.35mm(取kr=45°)
则tm1=(l+l1+lf)/Nwf=(11+3+6.35)/960x0.22=0.0964min
以上为一个孔的机动时间,故本工步的机动时间为
tm=2xtm1=0.193min
第14页共20页
工步2:
钻孔4mm
确定进给量f:
根据《机械加工工艺手册》表10·4-1.当HT200的σ
b<200MPa,加工此直径孔的f=0.18~0.22mm/r,查《简明手册》表
2-35,选用Z525立式钻床,根据机床选用f=0.22mm/r
切削速度,根据《简明手册》表2-15,得V=19m/min,所以
Ns=1000v/dw=1000x19/x4=1512r/min
根据Z525立式钻床,选用Nw=960r/min,故实际切削速度为
V=x4x960/1000=12.1m/min
切削加工时,l=11mm,查《机械加工工艺手册》10·4-43有,l1=3mm,
lf=(dwxcotkr/2)+3=5mm(取kr=45°)
所以tm2=(l+l1+lf)/Nwf=(11+3+5)/960x0.22=0.0900min
安装2
工步1:
M8丝锥攻螺纹2-M8
查《机械加工工艺手册》表16·2-15.得切削速度V=0.1m/s=6m/min,
Ns=238r/min
按机床选取Nw=195r/min,则V=x8x195/1000=4.9m/min
机动加工时,l=11mm,l1=3mm,l2=3mm,
攻M8孔tm1=[(l+l1+l2)x2/Nwf]x2=0.349min
工步2:
铰5mm锥孔
查表《机械加工工艺手册》16·4-40得f=0.08mm/r安Z525立式钻
床选取f=0.1mm/r
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查表《机械加工工艺手册》16·4-41得V=6m/min,则实际速度
V=x5x195/1000=3.06m/min
机动加工时lw=11mm,lf=3mm------查《机械加工工艺手册》表
16·4-43可得。
所以tm=(lw+lf)/Nwf=(3+11)/195x0.1=0.718min
工序七拉花键
刀具:
短形花键拉刀,表8-2《金属切削手册》
据表8-6选取拉刀齿开量S齿=0.08mm
根据《金属切削手册》拉削速度一般在1-8m/min内。
HB=195.6,取
V=3m/min即V=0.05m/s
拉削工时t=Zb·l·η·k/1000VfzZ
Zb单面余量(25-22)/2=1.5mm
L拉削表面长度80mm
Η校准部分长度系数,取1.2
K机床返回行程系数,取1.4
Z拉刀同时工作齿数,取Z=7表8-7
P拉刀齿距,取P=13表8-7
t=(1.5x80x1.4x1.2)/(1000x3x0.08x7)=0.12min=8s
最后,将以上各工序切削用量、工时定额的计算结果,连同其它加工
数据,一并填入机械加工工艺过程综合卡片(后附)。
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三、夹具设计
(一)、问题的提出
本夹具主要是用来粗、精铣工件的台阶面,这个端面对花键孔的
中心线有一定的技术要求。
要求对中心线的平行度公差为0.02。
端面
的粗糙度也有要求,要求为Ra3.2,所以采取一次粗加工再加一次精
加工即可得到要求的精度。
在本道工序加工时,我们应首先考虑保证
台阶面的加工精度,如何提高生产效率,降低劳动强度。
为此,设计
专用夹具。
(二)、夹具设计
16.定位基准的选择
首先考虑台阶面的设计基准为花键孔中心线。
而台阶面对花键孔
的中心线有平行度要求,所以选择用花键孔中心线定位,再综合考虑,
选择工件的左端面也作为定位基准。
17.切削力的计算及夹紧力的计算
刀具:
YG6镶齿端面铣刀?
80z=10
查《机械加工工艺手册》得切削力的计算公式:
F=
Cf
a
XfYfUf
paz
fw
a
d
Qf
0
Wf
n
查表9.4-10得:
Cf=7750,Xf=1.0,Yf=0.75,Uf=1.1,Wf=0.2,Qf=1.3
a
f=0.25mm,aw=30mm,a
p=2mm.
带入数据计算
F=
7750
0.75
20.25
4.
80240
1.1
3
0.65
10
=2591.56(N)
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因为铣削力是水平的,所以实际的切削力F=2591.56N
但是在计算切削力时,必须把安全系数考虑在内。
安全系数K=K1K2K3K4
其中选取:
K1为基本安全系数1.5
K2为加工安全系数1.1
K3为刀具钝化系数1.1
K4为断续切削系数1.1
所以FKF
修正
所以F
=1.51.11.11.12591.56=5174.05(N)
修正
本夹具采用的是斜楔机构夹紧,选楔角=15°查《机床夹具设计手册》
表1-2-18,增力比为i=1.93
为克服切削力,实际的夹紧力N应为:
N(f1+f2)=F
修正
其中,f1和f2为夹具定位面及加紧面上的摩擦系数,f1=f2=0.25
所以N=5174.05/0.5=10348.1(N
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