CA6140车床拨叉课程设计说明书.docx
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CA6140车床拨叉课程设计说明书
题目:
设计CA6140车床拨叉零件课程设计
学 院:
宝鸡文理学院
专业:
机械设计制造及其自动化
班 级:
09机制3班
学 号:
2
姓 名:
田明艳
指导老师:
郭列琰
摘 要
拨叉的加工质量将直接影响机器的性能和使用寿命。
本次设计旨在提高CA6140车床拨叉的加工效率,由此我们首先对拨叉的结构特征和工艺进行了仔细的分析,然后确定了一套合理的加工方案,加工方案要求简单,操作方便,并能保证零件的加工质量。
在制定加工工艺规程的顺序如下:
1分析零件;
2选择毛坯;
3设计工艺规程:
包括制定工艺路线,选择基准面等;
4工序设计:
包括选择机床,确定加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸,确定切削用量及计算基本工时等;
5编制工艺文件。
此外,为了提高劳动生产率,降低劳动强度,保证加工质量,需设计专用夹具,本次设计选择了第六道工序铣断双体的专用夹具设计,以满足加工过程的需要。
关键词:
拨叉;工艺规程;夹具设计
摘要
前言
1 零件的分析
1.1零件的作用
1.2零件的工艺分析
2 工艺规程的设计
2.1毛坯的制造形式
2.2基准面的选择
2.2.1粗基准的选择
2.2.2 精基准的选择
2.3制定工艺路线
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
2.5确定切削用量及基本工时
3绘制零件图和编制工艺卡
3.1 绘制零件图
3.2编制工艺文件
4 夹具设计
4.1 问题的提出
4.2 夹具体设计
4.2.1定位基准的选择
4.2.2切削力及夹紧力的计算
4.2.3定位误差分析
4.2.4夹具设计及操作的简要说明
5结论
6 参考文献
前言
课程设计是学生在学校完成了大学四年的全部课程,并在进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节,也是学生在校学习阶段的最后一个重要的教学环节,是完成工程师基本训练的一个必不可少的过程。
通过毕业设计培养学生综合运用所学知识独立解决本专业一般工程技术问题的能力,树立正确的设计思想和工作作风。
毕业设计是在毕业实习的基础上进行的,根据自己的设计课题,在毕业实习期间认真调查研究、搜索资料。
本次设计是提高CA6140车床上拨叉的加工效率,设计正确的加工工艺路线,以及某道工序的夹具。
这次设计涉及到机床,机械加工工艺,工装夹具等机制专业的几乎所有的专业基础知识。
是一次全面地,系统地检查自己在大学期间对专业知识学习的情况,在整个设计过程中做到严谨认真,一丝不苟的精神,尽量使自己的设计达到理想的水平,通过独立的查找资料,分析,计算完成方案设计,图纸设计和编写技术文件等,设计了这套比较完整的加工工艺路线,使自己对机制专业有了更深刻的认识。
由于时间短促,经验不足以及水平有限,本次设计难免许多不妥和错误之处,敬请批评指正,以便及时改正。
1.零件分析
1.1 零件的作用
题所给的是CA6140车床上的拨叉,它位于车床变速机构中,主要起换挡作用,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。
零件上方的Φ20mm的孔与操作机构相连,下方的Ф50mm的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,两零件铸造为一体,加工时分开。
1.2零件的工艺分析
CA6140车床上的拨叉共有两处加工表面。
其间有一定的位置要求,分述如下:
1.2.1 以Ф20mm为中心的加工表面
这一组加工表面包括:
Ф20mm的孔,以及其上下表面,孔壁上有一个装配时要钻铰的Ф8mm的锥孔,一个M6的螺纹孔,和一个缺口。
1.2.2 以Ф50mm为中心的加工表面
这一组加工表面包括:
Ф50mm的孔,以及其上、下端面;
这两组表面有一定的位置要求;
(1)Ф50mm的孔的上、下表面与Ф20的孔的垂直度误差为0.07mm。
(2)Ф20mm的孔的上、下表面与Ф20的孔的垂直度误差为0.05mm。
(3)Ф50mm、Ф20mm的孔的上、下表面以及Ф50mm的孔的内表面的粗糙度误差为3.2um。
(4)Ф20mm的孔的内表面的粗糙度误差为1.6um,精度为IT7。
2. 工艺规程设计
2.1 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。
图一毛坯图
2.2 基准面的选择
2.2.1粗基准的选择 对零件而言,尽可能选择不加工表面为粗基准,而对若干个不加工表面的工件,则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准,根据这个基准原则,现取Ф20mm的孔的不加工外轮廓表面作为粗基准,利用一组共两个短V形块支承两个Ф20mm孔的外轮廓作主要定位面,以消除3个自由度,再用一个支承板支撑在Ф72mm的上表面,以消除3个自由度。
2.2.2精基准的选择 主要应考虑基准重合问题。
当设计基准不重合时,应该进行尺寸换算,这在以后还要专门计算,此处不再重复。
2.3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。
在生产纲领已确定为中批生产的条件下,可以考虑采用万能性机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。
除此以外,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:
工序一:
退火
工序二:
粗、精铣Ф20 mm、Ф50mm的下表面,保证其粗糙度为3.2um
工序三:
以Ф20mm的下表面为精基准,粗、精铣Ф20mm的孔的上表面,保证其粗糙度为3.2 um,其上、下表面尺寸为30mm,
工序四:
以Ф20mm的下表面为精基准,钻、扩、铰、精铰Ф20mm的孔,保证其内表面粗糙度为1.6um,垂直度误差不超过0.05mm
工序五:
以Ф20mm的下表面为精基准,粗、半精镗Ф50mm的孔,保证其内表面粗糙度为3.2 um
工序六;以Ф20mm的下表面为精基准,粗、精铣Ф50mm的上表面,保证其与孔的垂直度误差不超过0.07mm,其上、下表面尺寸为12mm
工序七:
铣断
工序八:
以Ф20 mm的孔为精基准,钻Ф8mm的锥孔的一半Ф4mm,装配时钻铰
工序九:
以Ф20mm的孔为精基准,钻Ф5mm的孔,攻M6的螺纹
工序十:
以Ф20 mm的孔为精基准,铣缺口,保证其粗糙度为12.5um
工序十一:
检查
上面的工序可以是中批生产,但是其效率不高,并且工序四中的钻孔方法在钻孔是可能会偏离中心。
经综合考虑,采用下面的方案二。
工艺路线方案二:
工序一;退火
工序二:
粗、精铣Ф20 mm、Ф50 mm的下表面,保证其粗糙度为3.2um
工序三:
以Ф20 mm的下表面为精基准,粗、精铣Ф20mm、Ф50mm的孔的上表面,保证其粗糙度为3.2um,Ф20mm的上、下表面尺寸为30mm,Ф50mm的上、下表面尺寸为12mm
工序四:
以Ф20mm的下表面为精基准,钻、扩、铰、精铰Ф20mm的孔,保证其内表面粗糙度为1.6 um,垂直度误差不超过0.05 mm
工序五:
以Ф20 mm的下表面为精基准,粗、半精镗Ф50mm的孔,保证其内表面粗糙度为3.2um
工序六:
铣断
工序七:
以Ф20mm的孔为精基准,钻Ф8mm的锥孔的一半Ф4mm,装配时钻铰
工序八:
以Ф20 mm的孔为精基准,钻Ф5mm的孔,攻M6的螺纹
工序九:
以Ф20mm的孔为精基准,铣缺口,保证其粗糙度为12.5um
工序十:
检查
2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“CA6140车床拨叉”零件的材料为HT200硬度为190~210HB,毛坯重量为2.2Kg,生产类型为中批量,铸件毛坯。
又由<<机械制造工艺设计简明手册>>(以下称〈〈工艺手册〉〉表1.3-1查得毛坯的制造方法采用壳模铸造级,表2.2-4查得加工余量等级为G级,选取尺寸公差等级为CT10。
根据以上资料及路线,分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯如下:
1、延轴线方向长度方向的加工余量及公差(Ф20mm、Ф50mm端面)查《工艺手册》表2.2~4取Ф20mm、Ф50mm端面长度余量为2.5mm(均为双边加工)。
铣削加工余量为:
a)粗铣:
1.5mm b)精铣:
1mm
毛坯尺寸及公差为:
(35土0.3)mm(17土0.25)mm
2、内孔(Ф50mm已铸成孔)查《工艺手册》表2.2~2.5,取Ф50mm已铸成长度余量为3mm,即已铸成孔Ф44mm。
镗削加工余量为:
a)粗镗:
2mmb)半精镗:
1mm
毛坯尺寸及公差为:
(48土0.3)mm (
)mm
3、其他尺寸直接铸造得到。
2.5 确定切削用量及基本工时
2.5.1 工序二:
粗、精铣孔Ф20mm、Ф50mm的下表面
(1)加工条件
工件材料:
HT200。
бb=0.16GPaHBS=190~210,铸件
机床:
XA5032立式铣床
刀具;W18Cr4V硬质合金端铣刀
W18Cr4V硬质合金端铣刀,牌号为YG6,由《切削用量简明手册》〉后称《切削手册》表3.1查得铣削宽度ae<=60mm,深度ap<=4,齿数Z=10时,取刀具直径do=80mm。
又由《切削手册》表3.2选择刀具的前角ro=+5o;后角ao=8o;副后角a’o=
刀齿斜角λs=-10o,主刃Kr=60o,过渡刃Krε=30o,副刃Kr’=5o,过渡刃宽bε=1mm
(2)切削用量
1)粗铣Ф20mm的下表面
a)切削深度 因切削用量较小,故可以选择ap=1.5mm,一次走刀即可完成所需尺寸。
b)每齿进给量:
由《切削手册》表3.30可知机床的功为7.5KW,查《切削手册》表3.5可得f=0.14~0.24mm/z,由于是对称铣,选较小量f=0.14mm/z
c)查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7,后刀面最大磨损为(1.0~1.5)mm
查《切削手册》表3.8,寿命T=180min
d)计算切削速度 按《切削手册》表3.27中的公式:
也可以由表3.16查得
=98mm/s n=439r/min vf=490mm/s 又根据XA5032铣床参数,选n=475r/min vf=600mm/s,则实际的切削速度为:
即
=
=119.3m/min,实际进给量为:
即
=
=0.13mm/z
e)校验机床功率查《切削手册》表3.24,Pcc=1.1KW,而机床所提供的功率Pcm为1.7KW,所以Pcm> Pcc,故校验合格。
最终确定ap=1.5mmnc=475r/minvfc=600mm/min vc=119.3m/minfz=0.13mm/z
f)计算基本工时
公式中:
L=l+y+Δ;根据《切削手册》表3.26,可得l+Δ=12mm,所以L=l+y+Δ=32+12=44mm
故
=44/600=0.073min
2)粗铣Ф50mm的下表面
a)铣削Ф50mm的下表面与铣削Ф20mm的下表面的相关参数及其用量等都相同。
即ap=1.5mm nc=475r/min vfc=600mm/s vc=119.3m/min fz=0.13mm/z
b)计算基本工时
公式中:
L=l+y+Δ;根据《切削手册》表3.26,可得l+Δ=0所以L=l+y+Δ=72mm
故
=72/600=0.12min
3)精铣孔Ф20mm的下表面
a)切削深度 因切削用量较小,故可以选择ap=1.0mm,一次走刀即可完成所需尺寸
b)每齿进给量:
由《切削手册》表3.30可知机床的功为7.5KW,查《切削手册》表3.5可得f=0.5~0.7mm/r,由于是对称铣,选较小量f=0.7mm/r
c)查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7,后刀面最大磨损为(1.0~1.5)mm
查《切削手册》表3.8,寿命T=180min
d)计算切削速度 按《切削手册》表3.27中的公式:
也可以由表3.16查得
=124mm/s vf=395mm/min n=494r/min,根据XA5032铣床参数,选 n=475r/min vf=375mm/min,则实际的切削速度为
所以
=
=119.3m/min,实际进给量
所以
=
=0.08mm/z
e)校验机床功率 查《切削手册》表3.24,Pcc=1.1KW,而机床所提供的功率Pcm为1.7KW,所以Pcm>Pcc,故校验合格。
最终确定ap=1.0mm nc=475r/minvfc=375mm/min vc=119.3mm/min
f)计算基本工时
公式中:
L=l+y+Δ;根据《切削手册》表3.26,可得l+Δ=80mm, 所以L=l+y+Δ=32+80=112mm
故
=112/375=0.3min
2)精铣Ф50mm的下表面
a)铣削Ф50mm的下表面与铣削Ф20mm的下表面的相关参数及其用量等都相同。
即 ap=1.0mm nc=475r/minvfc=375mm/minvc=119.3mm/m
b)计算基本工时
公式中:
L=l+y+Δ;根据〈〈切削手册〉〉表3.26,可得l+Δ=80mm所以L=l+y+Δ=72+80=152mm
故
=152/375=0.405min
2.5.2 工序三:
粗、精铣孔Ф20mm、Ф50mm的上表面
本工序的切削用量及基本工时与工序一中的粗、精铣孔Ф20mm、Ф50mm的下表面相同。
2.5.3 工序四:
钻、扩、铰、精铰Ф20mm的孔
(一)钻Ф18mm的孔
(1)加工条件
工艺要求:
孔径d=18mm,孔深l=30mm,通孔 ,用乳化液冷却
机床:
Z535型立式钻床
刀具 :
高速钢麻花钻头
选择高速钢麻花钻头,其直径do=18mm,钻头几何形状为:
由《切削手册》表2.1及表2.2 选修磨横刃,β=28o αo=10o2Φ=118o2Φ1=70obε=3.5mmb=2mml=4mm
(2)切削用量
1) 决定进给量f
a)、按加工要求决定进给量 根据《切削手册》表2.7,当铸铁的强度
бb
200HBS do=18mm时,f=0.70~0.86mm/r
由于L/d=30/18=1.67<3,故取修正系数K=1
所以 f=(0.70~0.86)x1=(0.70~0.86)mm/r
b)按钻头强度决定进给量 根据表2.8,当бb=190MPa,do=18mm,钻头强度允许的进给量f=1.6mm/r
c)按机床进给机构强度决定进给量 根据表2.9,当бb
210MPa,do
20.5mm,机床进给机构允许的轴向力为11760N(Z535钻床允许的轴向力为15696N(见《工艺设计手册》表4.2-14)时,进给量为1.5mm/r。
从以上三个进给量比较可以看出,受限制的进给量是工艺要求,其值为f=0.70~0.86mm/r,根据Z535钻床说明书,选f=0.80mm/r(见《工艺设计手册》表4.2-16),又由《切削手册》表2.19可以查出钻孔时的轴向力,当f=0.80mm/r do<=21mm时,轴向力Ff=7260N
轴向力的修正系数为1.0,故Ff=7260N
根据Z535钻床说明书,机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=15696N,由于Ff<Fmax,故f=0.80mm/r可以用。
2)决定钻头的磨钝标准及寿命
由《切削手册》表2.12,当do<=18 mm时,钻头后刀面最大磨钝量取为(0.5~0.8)mm,寿命T=60min
3)决定切削速度由《切削手册》表2.15可知f=0.80mm/r时,双修磨横刃的钻头,do=18mm时,Vt=17m/min
切削速度的修正系数由《切削手册》表2.31可知
Ktv=1.0Kmv=1.0KTv=1.0 Klv=0.85
所以 V=VtxKv=17x1.0x1.0x1.0x0.85=14.4m/min
所以
=
=255r/min
根据Z535钻床说明书,可考虑选择nc=275r/min(见《工艺设计手册》表4.2-15)
4)检验机床扭转及功率
根据《切削手册》表2.21,当f<=0.8mm/r,do<=19 mm时
Mc=51.99N.m, 根据Z535钻床说明书,当nc=275r/min,Mm>Mc
又根据《切削手册》表2.23,当бb=(170~213)MPa do<=20mmf<=0.9mm/r vc<=17.4m/min时Pc=1.7KW
根据Z535钻床说明书,Pc 所以有Mc 即f=0.80mm/r n=nc=275r/minvc=14.4m/min (3)计算基本工时 L=l+y+Δ 由《切削手册》表2.29查得y+Δ=9mm 故 =0.18min (二) 扩Ф19.8mm的孔 (1)加工条件 工艺要求: 孔径d=19.8mm,孔深l=30mm,通孔,用乳化液冷却 机床 : Z535型立式钻床 刀具: 高速钢扩孔钻头 选择高速钢扩孔钻头,其直径do=19.8mm,钻头几何形状为: 由《切削手册》表2.5ro=18oao=10okr=60okrε=30o β=15o ba1=1mm (2)切削用量 1)决定进给量f a)、按加工要求决定进给量根据《切削手册》表2.10,当铸铁的强度бb 200HBS do=19.8mm时,f=(0.9~1.1)mm/r 由于L/d=30/19.8=1.52 因扩孔之后还须铰孔,故取修正系数K=0.7 所以 f=(0.9~1.1)x0.7=(0.63~0.77)mm/r b) 按钻头强度决定进给量根据表2.8,当бb=190MPa,do=19.8mm,钻头强度允许的进给量f=1.75mm/r c)按机床进给机构强度决定进给量 根据表2.9,当бb 210MPa,do 20.5mm,机床进给机构允许的轴向力为11760N(Z535钻床允许的轴向力为15696N(见《工艺设计手册》表4.2-14)时,进给量为1.5mm/r。 从以上三个进给量比较可以看出,受限制的进给量是工艺要求,其值为f=(0.63~0.77)mm/r,根据Z535钻床说明书,选f=0.64mm/r(见《工艺设计手册》表4.2-16),又由《切削手册》表2.19可以查出钻孔时的轴向力,当f=0.64mm/r do<=21mm时,轴向力Ff=6080N 轴向力的修正系数为1.0,故Ff=6080N 根据Z535钻床说明书,机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=15696N,由于Ff 2)决定钻头的磨钝标准及寿命 由《切削手册》表2.12,当do<=19.8 mm时,钻头后刀面最大磨钝量取为(0.6~0.9)mm,寿命T=30min 3)决定切削速度 由《切削手册》表2.30中的公式: 可知f=0.64mm/r时,do=19.8 mm时,Vt=27m/min 切削速度的修正系数由《切削手册》表2.31可知 Ktv=1.0 Kmv=1.0 KTv=1.0 Klv=0.85 所以 V=VtxKv=27x1.0x1.0x1.0x0.85=23m/min = =370r/min 根据Z535钻床说明书,可考虑选择nc=375r/min(见《工艺设计手册》表4.2-15) 4)检验机床扭转及功率 根据《切削手册》表2.21,当f<=0.8mm/r,do<=21 mm时 Mc=73.57N.m,根据Z535钻床说明书,当nc=375r/min,Mm>Mc 又根据《切削手册》表2.23,当бb=(170~213)MPado<=20mmf<=0.75mm/rvc<=20m/min时Pc=1.7KW 根据Z535钻床说明书,Pc 所以有Mc 即 f=0.64mm/r n=nc=375r/minvc=23m/min (3)计算基本工时 L=l+y+Δ 由《切削手册》表2.29查得y+Δ=10mm 故 =0.13min (三)粗铰Ф19.94mm的孔 (1)加工条件 工艺要求: 孔径d=19.94mm, 孔深l=30mm,通孔 机床 : Z535型立式钻床 刀具 : 高速钢铰刀 选择高速钢铰刀,其直径do=19.94mm,钻头几何形状为: 由《切削手册》表2.6ro=18o ao=10o kr=60o krε=30oβ=15oba1=1mm (2)切削用量 1) 决定进给量f 根据《切削手册》表2.11,当铸铁的强度бb 170HBSdo=19.94mm时,f=(1.0~2.0)mm/r,又由于粗铰之后还要精铰,所以应该选最大的进给量即f=2.0mm/r 2)决定钻头的磨钝标准及寿命 由《切削手册》表2.12,当do<=20 mm时,铰刀后刀面最大磨钝量取为(0.4~0.6)mm,寿命T=60min 3)决定切削速度 由《切削手册》表2.30中的公式 可知,vc=7.7m/min 切削速度的修正系数由《切削手册》表2.31可知 Ktv=1.0Kmv=1.0 KTv=1.0 Klv=0.85 所以 V=VtxKv=7.7x1.0x1.0x1.0x0.85=6.55mm/min 所以 = =105r/min 根据Z535钻床说明书,可考虑选择nc=140r/min(见《工艺设计手册》表4.2-15) 4)检验机床扭转及功率 根据《切削手册》表2.21,当f<=2.0mm/r,do<=21mm时 Mc=137.7N.m,根据Z535钻床说明书,当nc=140r/min,Mm>Mc 又根据《切削手册》表2.23,当бb=(170~213)MPa do<=20mm f<=2.0mm/rvc<=10m/min时Pc=1.7KW 根据Z535钻床说明书,Pc 所以有Mc< Mm Pc<PE 故选择的切削用量可用。 即f=2.0mm/rn=nc=140r/minvc=6.55m/min (3)计算基本工时 L=l+y+Δ由《切削手册》表2.29查得y+Δ=10mm 故 =0.14min (四)精铰Ф20mm的孔 (1)加工条件 工艺要求: 孔径d=19.94mm,孔深l=30mm,通孔,精度等级为IT7 机床 : Z535型立式钻床 刀具: 高速钢铰刀 选择高速钢铰刀,其直径do=20mm: 钻头几何形状为: 由《切削手册》表2.6 ro=0 ao=7o a1=18o (2)切削用量 1)决定进给量f 根据《切削手册》表2.11,当铸铁的强度 бb 170HBSdo=20mm,加工精度要求为H7精度时,f=(1.0~2.0)mm/r,由于这是粗铰之后的精铰,所以应该选中等的进给量 即f=1.5mm/r 2)决定钻头的磨钝标准及寿命 由《切削手册》表2.12,当do<=20mm时,铰刀后刀面最大磨钝量取为(0.4~0.6)mm,寿命T=60min 3)决定切削速度 由《切削手册
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