机电一体化设计 课程设计 设计说明书V011.docx
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机电一体化设计课程设计设计说明书V011
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及工艺设备
(中批量生产)
学院机械工程学院
专业机械工程及自动化
班级机电102班
学号
姓名
指导老师贺德强
二〇一三年七月十一日
设计任务书
题目:
设计“CA6140车床”831005拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备(中批量生产)
内容:
1.零件图一张
2.毛坯图一张
3.机械加工工艺过程卡片一张
4.械加工工序卡片一套
5.夹具总装图一张
6.主要(夹具零件图)一张
7.课程设计说明书一份
目录
设计任务书…………………………………………………………………2
前言…………………………………………………………………………5
一、数控改造总体方案的设计……………………………………………6
(一)系统总体改造方案的确定………………………………………6
(二)机械传动系统的改造方案的确定………………………………7
(三)微机控制系统方案的确定………………………………………8
二、机床进给伺服系统机械部分(纵向)设计计算………………………9
(一)工作载荷分析及计算……………………………………………9
(二)滚珠丝杠螺母副的选型和校核…………………………………11
(三)脉冲当量和传动比的确定………………………………………21
三、步进电机选型………………………………………………………23
(一)转动惯量的计算…………………………………………………23
(二)步进电机的计算和选用…………………………………………25
四、微机控制部分的设计………………………………………………29
(一)微机控制系统概述………………………………………………31
(二)微机控制系统基本硬件组成……………………………………32
(三)步进电机驱动控制电路…………………………………………42
(四)其他辅助电路的设计……………………………………………49
五、微机控制系统软件设计……………………………………………52
(一)模块组成…………………………………………………………52
(二)缓冲区设置………………………………………………………53
(三)中断优先级……………………………………………………53
(四)各模块说明及流程图……………………………………………53
六、参考文献………………………………………………………………56
七、设计总结………………………………………………………………57
序言
三周的课程设计转眼就过去了,经过十多天的努力,我的设计成果也渐渐呈现在我的眼前。
看着眼前的张张图纸和设计计算的过程,三周的设计过程又一幕幕浮现在眼前。
通过机床工艺及夹具设计,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熟悉与理解,并为以后的实际工作奠定坚实的基础。
在这次设计中我们主要是设计CA6140车床831005拨叉的铣床夹具。
在此次课程设计过程中让我学到了很多东西,汇总所学专业知识如一体(如《公差于配合》、《机械零件设计》、《金属切削机床》、《机械制造工艺》等)。
经过三年的课程学习,我已初步掌握了一些机械工程学科的一些知识。
通过此次设计,使我们基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。
学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等
我小组成员齐心协力、共同努力完成了此项设计。
在此期间查阅了大量的书籍,并且得到了有贺德强老师的关心和指导,在此表示感谢!
由于我们水平所限,设计中难免有错误和不妥之处,诚请指导老师批评指正。
2013年7月11日
1、设计的目的
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:
(一)、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。
(二)、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(或量具)的训练,提高结构设计的能力。
(三)、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思考和解决问题的能力。
二、零件的分析
(一)、零件的作用
题目给定的零件是CA6140拨叉(见附图1)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。
附图1
(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Φ25+0.230mm的六齿方花键孔、Φ22+0.280花键底孔两端的
2×150到角和距中心线为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。
三、工艺规程设计
(一)、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并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。
由于生产纲领为中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5-5取等级为2级精度底面及侧面浇注确定待加工表面的加工余量为3±0.8mm。
毛坯零件图如下图:
附图2
(二)、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的外圆表面为粗基准(粗基准:
工件加工的第一工序或最初几道工序中,只能用毛坯上未经加工的表面作为定位基准,这种定位基准称为粗基准。
)。
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(经过机械加工的基准称为精基准)。
(三)、制定工艺路线
方案一
1.粗、精车端面。
2.钻、扩花键底孔、倒A端15°倒角。
3.倒另一端15°倒角
4.粗、精铣削B面。
附图3
5.铣削8+0.030mm的槽。
6.铣削18+0.0120mm的槽。
7.拉花键。
8.去毛刺。
9.终检。
方案二
1.粗、精车端面,钻、扩花键底孔,倒A端15°倒角。
以Ф40mm圆柱面为粗基准。
选C3163-1转塔式六角车床及三爪卡盘夹具。
2.倒另一端15°倒角。
3.拉花键。
以A面为基准。
4.铣削槽B面。
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。
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、精磨槽孔。
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)、方案分析
上述两方案中,工艺方案一把拉花键放在最后一道工序。
但此方案中4、5、6工序很难对工件进行定位和加紧、方案二中,把花键放在第二道工序的后边,这样,方案二中的4、5、6道工序很容易对工件进行定位与加紧即以花键中心线和A面作为4、5、6道工序的定位基准。
此方案定位精度高,专用夹具结构简单、可靠,所以采用方案二比较合理。
四、加工计算部分
CA6140的拨叉材料为HT200。
毛坯重量为1.0kgσb=160MPaHBS生产类型为由大、中批量生产,采用模锻锻模。
(一)、机械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸
根据上述的原始资料加工工艺,分别确定各个加工表面的机械加工余量,工序尺寸以毛坯尺寸如下:
1.A面的加工余量
A面有3±0.8mm的加工余量,足够把铸铁的硬质表面层切除
2.矩形花键底孔
要求以矩形花键的外径定心,故采用拉削加工内孔尺寸为
Φ220+0.28,见零件图,参照《机械制造工艺设计》简明手册
表3-2确定孔加工余量的分配。
钻孔Φ20mm----扩孔Φ22mm----拉花键
花键孔要求以外径定心:
拉削时加工余量参照《金属机械加工工艺人员手册》取2Z=2mm
3.B面的加工余量
此工序分2个工步:
1、粗铣B面2、半精铣B面。
半精加工余量为1mm
粗铣加工余量为4.5mm
(二)、工序Ⅰ:
车、钻、扩、倒A端倒角切削用量及基本工时的确定
1.粗车
(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。
r=12.ao=6-8b=-10o=0.5Kr=90n=15
(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)。
长度加工公差IT12级取-0.46mm(入体方向)
2)、进给量、根据《切削简明手册》(第3版)表1.4当刀杆尺寸为16mm×25mm,ae≤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.
按C3163-1 车床说明书 取ƒ=0.6mm/n。
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
按C3163-1 车床说明书 ƒ=0.53mm/r
3)、计算切削速度。
按《切削简明手册》表1.27,切削速度的计算公式为(寿命选T=60min)
刀具材料YG6
V=Cv/(Tm·apxv·fyv)·kv
其中:
Cv=158xv=0.15yv=0.4M=0.2修正系数Ko见《切削手册》表1.28
kmv=1.15kkv=0.8kkrv=0.8ksv=1.04kBV=0.81
∴Vc=158/(600.2·20.15·0.530.4)·1.15·0.8·0.8·0.81·0.97=46.9(m/min)
4)、确定机床主轴转速ns=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
5)、切削工时,按《工艺手册》表6.2-1
由于铸造毛坯表面粗糙不平以及存在硬皮,为了切除硬皮表层以及为下一道工步做好准备
Tm=(L+L1+L2+L3)/nwxf=0.33(min)L=(65-0)/2=32.5L1=3、L2=0、L3=0
2、精车
(1)、粗加工余量
已知粗加工余量为0.5mm。
(2)、进给量f
根据《切削用量简明手册》表1.6,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《切削用量简明手册》表1.27,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)、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
(4)、切削工时
查《工艺手册》表6.2-1
Tm=(L+L1+L2+L3)/nwxf=22.5/400x0.16=0.35(min)
由于下一道工序是钻孔,所以留下Ø20mm的台阶,所以L=(65-20)/2=22.5mmL1=3.L2=0.L3=5
3、钻花键底孔
钻头选择:
见《切削用量简明手册》表2.2
钻头几何形状为(表2.1及表2.2):
双锥修磨具刃,钻头参数:
d=Ф20mmβ=30°,2Φ=118°,2Φ1=70°,bε=3.5mm,ao=12
Ψ=55°,b=2mm,=4mm。
根据《切削用量简明手册》表2-9确定f=0.48
(1)、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.
(2)、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.
(3)、切削速度
由《切削用量简明手册》,表2.15得V=20m/min
n=1000V/
D=159.2.
取n=220m/min.实际V=14m/min
(4)、基本工时,
Tm=L/nf=(80+10)/220x0.62=0.65(min)
入切量及超切量由表2.29.查出Ψ+△=10mm
所以Tm=L/nf=(80+10)/220x0.62=0.65(min)
4、扩花键底孔
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=0.65
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。
5、倒角A端15度倒角
(1).选择刀具
根据加工经验,制造加工一把150°直柄锥面锪钻,钻刀直径
=40mm,钻刀齿数Z=3。
此工步手动进给。
(2).检验机床功率
1)按《切削用量简明手册》表1.24可以查出:
当σb=160~245HBS时:
ap≤2.8mm; f≤0.6mm/r;
Vc≤41m/min; Pc=3.4kw
按C3163-1 车床说明书有主电机功率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
按《切削用量简明手册》表2.21得:
当do=21mm, f=0.64mm
查得转矩M=61.8 N.M
《切削用量简明手册》表由表2.32 得功率公式
PC=McVc/30do=61.8x17/30x21=1.67kw
按C3163-1 车床说明书有主电机功率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。
(3)、工序ll:
倒另一端倒角切削用量及基本工时的确定
(1)、选择刀具
根据加工经验,制造加工一把150°直柄锥面锪钻,钻刀直径
=40mm,钻刀齿数Z=3。
(2)、确定锪钻深度ap:
余量不大,故一次走刀内切完,则:
ap=1.93mm
(3)、确定每齿进给量
:
由《工艺手册》表4.2-14,在Z525立式钻床功率为2.8kw,加工时,钻床进给量
=0.10~0.81mm/r,由《工艺手册》表4.2-16取:
=0.22mm/r
(4)、选择钻刀磨钝标准及刀具耐用度:
根据《切削手册》表2.12,锪钻刀刀齿后刀面最大磨损量为0.8~1.2mm,现取1.0mm,根据《切削手册》表2.12得高速钢锪钻刀的耐用度T=110min.
(5)、确定切削速度V:
由《切削手册》表2.7和《工艺手册》表4.2-16
取f机=0.81mm/r
由《切削手册》表2.15取
=12m/min
按《工艺手册》表4.2-14取n机=97r/min
所以实际切削速度:
=f机
n机=78.57mm/min
(6)、计算基本工时:
=(l+
)/(fn)=0.051min
(7)、计算单件工时:
根据《工艺手册》表6.3-9,6.3-10,6.3-11,6.3-12得辅助时间
=0.76min,
根据《工艺手册》表6.3-36得
=
,单件工时
=(
+
)(1+
)=0.94min
(四)、工序III:
拉花键孔切削用量及基本工时的确定
拉花键孔,选用L6110卧式拉床,使用专用拉床夹具。
选择高速钢花键拉刀,齿数为6,花键孔外径为25mm,内径为22mm,键宽为6mm,拉削长度大于80mm,拉刀Z=6、拉刀总长760mm。
根据有关手册,确定花键拉刀的单面齿升为0.06mm。
拉削速度V=0.06m/s(3.6m/min)、走刀长度=100mm。
基本工时:
(见《工艺手册》表6.2-15)
公式中Zb——单面余量3mm(由φ22mm拉削到φ25mm)
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=L/Z=80/6=13.3mm
∴拉刀同时工作齿Z=l/p=80/13.3≈6
∴t=3×80×1.2×1.4/(1000×3.6×0.06×6)=0.31(min)
(五)、工序IV:
端面B铣削用量及基本时间的确定
1、加工条件
工件材料:
灰铸铁HT200,硬度190~220HBS
工件尺寸:
宽40mm,长28mm平面
加工要求:
粗铣——半精铣B端面
加工余量:
h粗=4.5mmh半精=1mm
机床选择:
选择X51立式铣床,用端铣刀粗铣。
机床功率:
4.5kw
2.粗铣
(1)选择刀具:
根据《工艺手册》表3.1-27,选择用一把YG6硬质合金端铣刀,铣刀外径d0=100mm,铣刀齿数Z=10
(2)、确定铣削深度ap:
由于单边加工余量Z=4.5,余量不大,故一次走刀内切完,则:
ap=4.5mm
(3)、确定每齿进给量fz:
由《切削手册》表3.5,在X51铣床功率为4.5kw,用硬质合金铣刀加工时,选择每齿进给量fz=0.14~0.24mm/z,现取:
fz=0.18mm/z
(4)、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度:
根据《切削手册》表3.7,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0~1.5mm,现取1.0mm,根据《切削手册》表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。
(5)、确定切削速度Vc:
根据《切削手册》表3.16可以查Vc:
由ap=4.5mmfz=0.18mm/z,查得
=77mm/min,n=245mm/min,Vƒ=385mm/min
根据X51型立铣床说明书(表4.2-35)
=255r/min,Vƒc=400mm/min(横向)
实际切削速度和每齿进给量:
=
/1000=80mm/min,
=
/(
z)=0.16mm/z
(6)、计算基本工时:
=L/
=(l+
+y)/
=(28+7)/400=0.0875min
(7)、计算单件工时:
根据《工艺手册》表6.3-5,6.3-6,6.3-7,6.3-8得辅助工时
=0.253min,
根据《工艺手册》表6.3-36得
=
,则单件工时
=(
+
)(1+
)=0.395min
3.半精铣
(1)、选择刀具:
根据《工艺手册》表3.1-27,选择用一把YG6硬质合金端铣刀,铣刀外径d0=100mm,铣刀齿数Z=10
(2)、确定铣削深度ap:
由于单边加工余量Z=1,故一次走刀内切完,则:
ap=1mm
(3)、确定每齿进给量fz:
由《切削手册》表3.5,在X51铣床功率为4.5kw,用硬质合金铣刀加工时,选择每齿进给量fz=0.14~0.24mm/z,现取:
fz=0.14mm/z
(4)、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度:
根据《切削手册》表3.7,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0~1.5mm,现取1.2mm,根据《切削手册》表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。
(5)、确定切削速度Vc:
根据《切削手册》表3.16可以查Vc:
由ap≤4mmƒz=0.14mm/z,查得:
=110mm/zn=352mm/zVƒ=394mm/z
根据X51型立铣床说明书(表4.2-36)
=380r/minVƒc=400mm/min(横向)
实际切削速度和每齿进给量:
=
/1000=119mm/min,
=
/(
z)=0.11mm/z
(6)计算基本工时:
=L/
=(l+
+y)/
=(28+7)/400=0.0875min
(7)计算单件工时:
根据《工艺手册》表6.3-5,6.3-6,6.3-7,6.3-8得辅助工时
=0.27min,
根据《工艺手册》表6.3-36得
=
,则单件工时
=(
+
)(1+
)=0.414min
(六)、工序V:
槽8mm的铣削用量及基本时间的确定
1、加工条件
工件材料:
灰铸铁HT200,硬度190~220HBS
工件尺寸:
宽为80+0.03,深为8mm的槽
加工余量:
粗加工时单边加工余量为Z=3.5mm
机床选择:
选择X51立式铣床,使用专用铣床夹具
机床功率:
4.5kw
2.粗铣
(1)、选择刀具:
根据《工艺手册》表3.1-33,选择φ6的锥柄键铣刀。
(2)、确定铣削深度ap:
由于槽深为8mm,宽为8,加工余量比较大,分二次走刀,则:
ap=7.5mm
ap1=4.5mm;ap2=3mm
(3)、确定每齿进给量fz:
根据《现代工艺方法》表1.2-10,在X51铣床功率为4.5kw(参看《工艺手册》表4.2-35),工艺系统刚性为中等,用高速钢槽铣刀加工时,选择每齿
进给量fz=0.13mm/z
(4)、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度:
根据《切削手册》表3.7,槽铣刀后刀面最大磨损量为0.2mm,根据《切削手册》表3.8槽铣刀直径φ6的最大刀具耐用度T=60min。
(5)、确定切削速度Vc:
Vc可根据《切削手册》表3.14直接查出
Vc=14(m/min)n=279r/minVƒ=96mm/min
故有t1=60/96=-0.625min
(6)、计算基本工时:
由于粗铣的余量比较大,分两次走刀完成,所以基本工时为:
其中fmz——工作台的水平进给量mm/min
fmc——工作台的垂直进给量mm/min
L1=0.5d+(1~2)mmL2=(1~3)mmd为刀具直径
h为垂直下刀的深度(长度)、L为工件加工长度,L=40
因为在此加工中,第一刀切削深度为4mm,第二刀深度为3.5mm,即h=3.5
由表4.2-37查得,fmc取50mm/min
fmz=fz×Z×n=0.13×2×
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