机械制造工艺学
课程设计说明书
设计题目:设计“CA6140车床”拨叉零件的机械加工
工艺规程及工艺装备(中批量生产)
设计者
指导教师
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.机械制造加工工艺过程综合卡片一张
4.结构设计装配图一张
5.结构设计零件图一张
6.课程设计说明书一份
前言
通过机床工艺及夹具设计,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)。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!
在些次设计中我们主要是设计CA6140拨叉的铣床夹具。在此次课程设计过程中,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,并且得到了有关老师的指点,尤其是教务处张永丹老师,我系刘学斌老师的大力帮助,在此表示感谢!
机制0202班第G小组
2006年1月15日一.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:
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(或量具)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。
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,因为在拨叉拔动使滑
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。
(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?25+0.230mm的六齿方花键孔、?22+0.280花键底
孔两端的2X150到角和距中心线为27mm的平面。
2.以工件右端面为基准的8+0.030 mm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。
二、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:
(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的外圆表面的粗基准。
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。
(二)制定工艺路线。
方案一
工序:
1.粗、精车端面,钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。
2.粗、精铣削B面。
3.铣削8+0.030mm的槽。
4.铣削18+0.0120mm的槽。
5.拉花键。
方案二
工序:
1.粗、精车端面,钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。以
Ф40mm圆柱面为粗基准。选用C3163-1转塔式六角车床
及三爪卡盘夹具。
2.拉花键。以A面为基准,
3.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
4.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。
5.铣削18+0.0120mm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。
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2.3.4工序很难对工件进行定位和加紧、方案二中,把花键放在第一
道工序的后边,这样,方案二中的3.4.5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3.4.5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。
以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程综合卡片”
(三)机械加工余量。
CA6140的拨叉材料为HT200。毛坯重量为1.0 kgσb=160MP a
HBS 生产类型为由大、中批量生产,采用模锻锻模。
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Φ22
+0.28,见零件图,参照《金属机械加工工艺人员手册》表0
3-59确定孔加工余量的分配。
钻孔Φ20mm
扩孔Φ21mm
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2Ζ=1mm
3.B面的加工余量。
此工序分2个工步1、粗铣B面2、精铣B面。
精加工余量为0.2mm
粗铣加工余量为2.8mm
(五)确定切削用量及基本工时。
工序Ⅰ:车削A面。
1.加工条件。
工件材料:灰口铸铁HT200。σb=145 MP a。铸造。
加工要求:粗、半精车A面并保证28mm的工序尺寸,R a=3.2μm 机床C3163-1。转塔式六角卧式车床。
刀具:刀片材料。r =12. a o=6-8 b= -10 o=0.5 K r=90 n=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IT 12级取-0.46 mm (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)
?=0.6-0.8mm/r.
按C3163-1车床说明书取?=0.6 mm/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=0.48 mm/r
按C3163-1车床说明书?=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=C v/(T m·a p x v·f y v) ·kv
其中:C v=158 x v=0.15 y v=0.4 M=0.2修正系数K o见《切削手册》表1.28
k mv=1.15 k kv=0.8 k krv=0.8 k sv=1.04 k BV=0.81
∴Vc =158/( 600.2·20.15·0.53 0.4) ·1.15·0.8·0.8·0.81·0.97 =46.9(m/min)
(4)确定机床主轴转速ns=1000v c/ dw=229.8(r/min)按C3163-1车床说明书n=200 r/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
T m=(L+L1+L2+L3)/n w x f=0.33(min)L=(65-0)/2=32.5 L1=3、L2=0、L3=0
2、精车
1)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=0.16 mm/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/(T m·a p x v·f y v) ·kv
=158/( 600.2·20.15·0.16 0.4) ·1.15·0.8·0.8·0.81·0.97
=83.85(m/min)
3)确定机床主轴转速. n w=1000v c/ d w=410.8(r/min)按C3163
-1车床说明书取n w=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
T m=(L+L1+L2+L3)/n w xf=22.5/400x0.16=0.35(min)
由于下一道工序是钻孔,所以留下?20mm的台阶,所以L=(65-20)/2=22.5 mm L1=3.L2=0. L3=0
3、钻孔、扩孔、倒角。
(1)、钻孔
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°,2Φ=70°,bε=3.5mm,a o=12°, Ψ=55°,b=2mm,=4mm。
根据《切削用量简明手册》表2-9确定f=0.48
a、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.
b、决定钻头磨钝标准及寿命表2.21,当d o=20mm、钻头最大磨
损量取0.6 寿命T=45min.
c、切削速度由《切削用量简明手册》,表2.15得V=21m/min n=1000V/ D=334.4 由机床技术资料得和334.4接近的有280n/m和400n/min 取280n/min
取n=280m/min. 实际V=17 m/min
d、基本工时,Tm=L/n f=(80+10)/280x0.62=0.32 (min)
入切量及超切量由表2.29. 查出Ψ+△=10mm
所以T m=L/n f=(80+10)/280x0.62=0.32 (min)
(2)、扩孔
刀具直径d o=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T m=0.32
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。
(3)、倒角
刀具:专用刀具。此工步使用到专用刀具与手动进给。
检验机床功率按《切削用量简明手册》表1.24
可以查出当σb=160~245HBS
ap≤2.8mmf≤0.6mm/r
Vc≤41m/min Pc=3.4kw
按C3163-1车床说明书主电机功率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
当do=21 mmf=0.64 mm
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=M c V c/30d o=61.8x17/30x21=1.67km
按C3163-1车床说明书主电机功率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工序Ⅱ拉花键孔
单面齿升:根据有关手册,确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿
为0.06mm,
拉削速度v=0.06m/s(3.6m/min)
切削工时t=Z b lηk/1000vf z Z
式中:Z b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);
f z拉刀单面齿升;
Z 拉刀同时工作齿数,Z=l/p;
P 拉刀齿距。
P=(1.25-1.5)sqrt80=1.35sqrt80=12mm
∴拉刀同时工作齿数z=l/p=80/12≈7
∴其本工时T m=1.5×80×1.2×1.4/1000×3.6×0.06×7=0.13(min)
工序Ⅲ粗铣,精铣B面。
加工要求:粗铣B面,精铣B面,R a=3.2um。
用标准镶齿圆柱铣刀粗铣加工余量3mm
机床:X62W
加工工件尺寸:宽度:40mm 长度:28mm
1. 粗铣
1)选择刀具
根据《切削用量简明手册》表3.1 铣削宽度a e≤5mm时。直径为d o=50mm 故齿数Z=8,由于采用标准镶齿圆柱铣刀
铣刀几何参数(表3.2)r n=10°a o=16°
2)切削用量
留精铣的加工余量为0.2,所以本道工步切削宽度a c=2.8±0.8mm,由于加工表面精度要求R a=3.2 um.根据表3.5得每转进给量f=0.5~1mm/r就能满足要求,但考虑到X62W功率为
7.5kw,机床为中等系统刚度和X62W铣床说明书所以每转进
给量f=0.6mm/r
3)选择刀具磨钝标准及刀具寿命。根据《切削用量简明手册》表3.7、
铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为0.6镶齿铣刀d o=50mm,刀具寿命T=120min(表3.8)
4)决定切削速度V c、可根据《切削用量简明手册》表3.9确定
Z=8, a P=40-70mm, a c=2.8±0.8mm, f z=f/z=0.0750.1mm/z
V c=(C v d o q v)/(T m x a p xX v xf z xy v xa e xu v xZ pv)
C v=20,q v=0.7,X v=0.3,y v=0.2,u v=0.5,p v=0.3,m=0.25,K m=1.12,
K sv=0.8,KT v=0.82,K v=K m xK sv xKT v=1.12x0.8x0.82=0.79
V c=(C v xd o xq v)/(T m xa p xX v xf z xy v xa e xu v xZ pv)=23.7(m/min)
n=1000V/ d=(1000x23.7)/(3.14x50)=151r/min 根据X62W 型铣床说明书选n=160r/min
V c=3.14nd/1000=(160x3.14x50)/1000=25.1m/min
V f=nf=160x0.6=96mm/min
选V f=80mm/min 实际f z=V f/(nxz)=0.0625mm/z
5) 机床功率:根据《切削用量简明手册》表3.20 当V c=71m/min
a e=2.8mm a p=41mm f z=0.08 K mpc=1.4kw
切削功率的修正系数:
故P ct<0.8,
根据X62W型铣床说明书,机床主轴允许的功率为
P cm=7.5×0.75=5.63kw 故P cc<P cm 因此所决定的切削用量可以采用。
a e=2.8mm V f=80m/minn=160r/min V c=25.1m/min
f z=0.0625mmm/z
6) 基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5
T m=(L+L1+△)/V f=(28+14)/80=0.525(min)L1+△=14mm 2. 精铣
1)选择刀具
刀具与上道工步是同一把刀。
2)切削用量
精铣的加工余量为0.2,所以本道工步切削宽度
a e=0.2mm,f=0.6
3)决定切削速度V c、可根据《切削用量简明手册》表3.9确定
a c=0.2mm,
V c=(C v d o q v)/(T m xa p xX v xf z xy v xa e x uv xZ pv)=33.1m/min
n=1000V/ d=(1000x33.1)/(3.14x50)=211r/min根据X62W型铣床说明书选n=210r/min
V f=nf=210x0.6=126mm/min、V F=125mm/min f z=V f/(nxz)=0.074mm/Z
4)基本工时基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5
T m=(L+L1+△)/V f=(28+14)/125=0.336(min)L1+△=14mm 工序Ⅳ铣削8+0.030mm槽。
加工工件尺寸:8+0.030mm , 长度L=40mm
加工要求:高速钢错齿三面刃铣刀(精密级K8)加工余量8 用乳化液冷却
机床:X62W
1)选择刀具:由加工尺寸公差0-0.3 。所以铣刀精度为精密级K8
铣刀参数:L=8mm D=63 d=22 d1=34 r o=15°
a o=12°a n=6°Z=16
2)选择切削量
由于槽的深度为8mm, 故一次走完,a e=8mm a p=8mm
由《切削用量简明手册》表3.3确定f=0.15-0.3mm/r 现取
f=0.3mm/r f z=0.3/16=0.018mm/z
3) 选择铣刀磨钝标准及刀具寿命:根据《切削用量简明手册》表3.7,
得最大磨损量为0.5 由表3.8确定刀具寿命:T=100min其中
4) 决定切削速度V c和每齿进给量V f、由《切削用量简明手册》3.27
的公式
V c=(C vx d o x q v)/(T m x a p xX v xf zx y v x a e x u v xZ pv)·K v
C v=25,q v=0.2,X v=0.1,y v=0.2,u v=0.5,p v=0.1,m=0.25,K m=1.12,K s
v=0.8,KT v=0.82,
Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79
V c=(C v xd o xq v)/(T m xa p xX v xf z xy v xa e xu v xZ pv)·K v =82.86m/min
n=1000×V c/πd o=1000×82.86/3.14×63=418.87r/min
根据X62W型铣床说明书选n c=375r/min
实际速度V c=πd o n c/1000=74.2m/min
选V fc=n cf=375X0.3=112.5mm/min 根据X62W型铣床说明书选选V f=110mm/min
f zc=110/375×16=0.018mm/z
5)机床功率:根据《切削用量简明手册》表3.28 公式
圆周力f c=(C F a p xf f z yF a e VF Z/d o aF n W F)K F C K TV=0.90 K MFC=0.94由表28 得C F=30,X F=1.0,y F=0.65,U F=0.83,W F=0,q F=0.83,K FC=1.28
F c=(C F a p xf f z yF a e VF Z/d o qF n W F)K F C=30X8X0.018X8/63X375
=505.6N
M=F C d o/2×103=15.9N?M
P c=F c V c/1000=1.18km 根据X62W型铣床说明书,功率足够。
6) 基本工时基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5
T m=(L+L1+△)/V f=(40+14)/110=0.49(min)L1+△=14mm 工序Ⅴ铣宽为180+0.12mm槽
加工要求:用乳化液冷却,加工工件尺寸,宽180+0.12mm,长L=40mm,加工余量23mm
由于此工步的设计尺寸精度要求很高,用铣削加工很难达到尺寸精度的要求,所以为了留给下一道公序磨削的加工余量,所以分两步走,a e=23,a p=10mm,
1)选择刀具
铣刀参数:L=10 D=100mm d=30mm ro=15°
ao=12°an=6°Z=24
2)选择铣削用量
由于槽的宽度为18mm, 故二次走完,a e=23mm a p=10mm 由《切削用量简明手册》表3.3 确定f=0.5mm/r 现取f=0.8mm/r fz=0.5/24=0.02mm/z
3)选择铣刀磨钝标准及刀具寿命:根据《切削用量简明手册》表3.7,得最大磨损量为0.5 由表3.8确定刀具寿命:T=100min其中4)确定切削速度V c和每齿进给量:决定切削速度V c和每齿进给量
V f、由《切削用量简明手册》3.27的公式
V c=(C v xd o xq v)/(T m xa p xX v xf z xy v xa e xu v xZ pv)·K v
C v=25,q v=0.2,X v=0.1,y v=0.2,u v=0.5,p v=0.1,m=0.25,K m=1.12,
K sv=0.8,KT v=0.82,
K v=K m xK sv xKT v=1.12x0.8x0.82=0.79
V c=(C v xd o xq v)/(T m xa p xX v xf z xy v xa e xu v xZ pv)·K v =98.6m/min
n=1000×Vc/πdo=1000×98.6/3.14×100=314r/min
根据X62W型铣床说明书选nc=300r/min
实际速度Vc=πdo n c/1000=94.2m/min
选V fc=n cf=300X0.5=150mm/min 根据X62W型铣床说明书选选V f=150mm/min
f zc=150/300×24=0.020mm/z
5)基本工时基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5 T m=(L+L1+△)?i/V f=(40+20)X2/150=0.8(min)L1+△=20mm i=2(走两次)
工序Ⅵ磨18mm槽,
保证尺寸18mm
1)选择砂轮。
见《切削手册》第三章中磨料选择各表,结果为
GZ46KV6P350×40×127其含义为:磨轮磨料为棕刚玉,为了防止粒度过小而磨轮堵塞,所以选用为粒度为46#,硬度为软2级。
平型砂轮,其尺寸为16×6×40(D×d×H)。
2)切削用量的选择。砂轮转速n砂=3000r/min(见机床说明书),
v砂=2.5m/s
进给量f=50mm/min 双单行程f r=0.015mm
3)切削工时。当加工1个表面时
Tm=(L+y+△)??i K/50=3.1min
最后,将以上各个工序切削用、工时定额的计算结果,连同其它加工数据,一起填入机械加工工艺卡片中,见附后表。
夹具设计
(一)问题的提出
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
经过与指导老师协商,决定设计第4道工序——铣宽为80+0。03mm槽的铣床夹具。本夹具将用与X63卧式铣床。刀具为高速钢直齿三面刃铣刀,来对工件进行加工。
本夹具主要用来铣宽为80+0。03mm的槽,由于采用宽为80+0。022mm的精密级高速钢直齿三面刃铣刀,一次铣削,所以主要应该考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度.
(二)夹具设计
1.定位基准的选择
由零件图可知,宽为80+0。03mm的槽,其设计基准为花键孔中心线和
工件的右加工表面(A)为定位基准。因此选用工件以加工右端面(A)和花键心轴的中心线为主定位基准。
2.切削力及夹紧力的计算
刀具:高速钢直齿三面刃铣刀,?63mm, Z=14
F z=C P·t0.83·S z0.65·D-O.83·B·Z·k P(见《切削手册》3-56表)
解得F z =200 (N)
其中C P=52,t=8mm, S z=0.08mm/s, B=8mm, D=63mm, Z=14, k P=(HB/198)0.55
在计算切削力时,必须考虑安全系数。安全系数K= k1 k2 k3 k4
水平切削分力F H=1.1 F z =220 (N)
垂直切削分力Fv=0.3 F z=60 (N)
其中:k1为基本安全系数1.5
k1为加工性质系数1.1
k1为刀具钝化系数1.1
k1为断续切削系数1.1
F ,
=KF H =1.5 X 1.1 X 1.1 X 1.1 X 200=400 (N)
实际加紧力为W K= KF H/U1U2=400/0.5=800 (N)
其中U1和U2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数,U1=U2=0.025
螺母选用M16X1.5细牙三角螺纹,产生的加紧力为
W=2M/D2t g(a+6’55)+0.66(D3- d3/ D2- d2)
解得:W=1O405 (N)
其中:M=19000 N.M D2=14.8mm a=2029,D=23mm