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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设计者指导教师机械工程学院2010年7月2日课程设计说明书目录封面-----------------------------------------------1题目-----------------------------------------------3设计要求-------------------------------------------3设计目的-------------------------------------------3零件分析-------------------------------------------3工艺规程设计---------------------------------------4工序1----------------------------------------------6工序2----------------------------------------------8工序3----------------------------------------------8工序4---------------------------------------------10工序5---------------------------------------------11工序6---------------------------------------------12夹具设计------------------------------------------13参考文献------------------------------------------15小结----------------------------------------------16一.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)二.设计要求
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.夹具零件图和装配图各一张
5.课程设计说明书一份三.设计的目的机械制造课程设计是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技术基础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四.零件的分析
(一)、零件的作用题目给定的零件是CA6140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Ø25+
0.230mm的六齿方花键孔、Ø22+
0.280花键底孔两端的2X150倒角和距中心线为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
5、工艺规程设计
(一)、确定毛坯的制造形成零件材料HT200,铸造成型经查《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
(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
(三)、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“机械加工工艺过程卡片”
(四)、机械加工余量CA6140的拨叉材料为HT200毛坯重量为
1.0kg,=145MPa,硬度为200HBS,生产类型为由大、中批量生产,采用铸造成型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,见零件图,参照《金属机械加工工艺人员手册》表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2Z=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面粗铣加工余量为
2.8mm精加工余量为
0.2mm
(五)、确定切削用量及基本工时工序1车削A面
1、加工条件工件材料灰口铸铁HT200,=145MPa,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硬质合金车刀,Kr=90°
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《切削用量简明手册》第三版,表
1.4,取f=
0.6-
0.8mm/r按C3163-1车床取f=
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车床取f=
0.53mm/r
(3)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)刀具材料YG6V=Cv/)·Kv其中Cv=158,=
0.15,=
0.4,m=
0.2修正系数Ko见《切削手册》表
1.28=
1.15,=
0.8,=
0.8,=
1.04,=
0.81∴Vc=158/·
1.15·
0.8·
0.8·
0.81·
0.97=
46.9m/min
(4)确定机床主轴转速n==
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/nwf=
0.33(min)L=65-0/2=
32.5,L1=3,L2=0,L3=
02、精车1)、已知粗加工余量为
0.5mm2)、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/)·Kv=158/·
1.15·
0.8·
0.8·
0.81·
0.97=
83.85m/min3)、确定机床主轴转速.n==
410.8r/min,按C3163-1车床说明书取n=400(r/min)实际切削速度V=
57.1m/min4)、切削工时,查《工艺手册》表
6.2-1Tm=L+L1+L2+L3/nf=
22.5/400x
0.16=
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=
22.5mm,L1=3,L2=0,L3=
03、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=20mm=30°根据《切削用量简明手册》表2-9确定f=
0.
481.按机床进给强度决定进给量根据表
2.9当=210MPa=
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=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=21m/minn==
334.4r/min,由机床技术资料得和
334.4接近的有280r/min和400r/min,取280r/min取n=280r/min.实际V=17m/min
(2)、扩孔刀具直径=21mm;刀具几何参数同上由于两孔直径相差不大,n和f都不变,所以同上
(3)、倒角刀具专用刀具此工步使用到专用刀具与手动进给工序2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工序3粗铣,精铣B面加工要求粗铣B面,精铣B面,Ra=
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≤5mm时,直径为=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)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ac=
2.8±
0.8mm,由于加工表面精度要求Ra=
3.2um,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/r3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=50mm,刀具寿命T=120min(表
3.8)4决定切削速度Vc、可根据《切削用量简明手册》表
3.9确定Z=8=40-70mm=
2.8±
0.8mm,fz=f/z=
0.075mm/zVc=Cv/TmXvfzZCv=20=
0.7Xv=
0.3=
0.2=
0.5=
0.3m=
0.25Km=
1.12Ksv=
0.8KTv=
0.82Kv=KmKsvKTv=
1.12x
0.8x
0.82=
0.79Vc=Cv/TmXvfzZ=
23.7m/minn==1000x
23.7/
3.14x50=151r/min,根据X62W型铣床说明书选n=160r/minVc=
3.14nd/1000=160x
3.14x50/1000=
25.1m/minVf=nf=160x
0.6=96mm/min选Vf=80mm/min实际fz=Vf/nz=
0.0625mm/z5机床功率根据《切削用量简明手册》表
3.20,当Vc=71m/min,ae=
2.8mm,ap=41mm,fz=
0.08mm/z,Kmpc=
1.4kw切削功率的修正系数故Pct<
0.8根据X62W型铣床说明书,机床主轴允许的功率为Pcm=
7.5×
0.75=
5.63kw,故Pcc<Pcm因此所决定的切削用量可以采用ae=
2.8mm,Vf=80m/min,n=160r/min,Vc=
25.1m/min,fz=
0.0625mm/z
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=
0.2mm,f=
0.6mm/r3)决定切削速度Vc、可根据《切削用量简明手册》表
3.9确定ac=
0.2mmVc=Cv/TmXvfzZ=
33.1m/minn==1000x
33.1/
3.14x50=211r/min,根据X62W型铣床说明书选n=210r/minVf=nf=210x
0.6=126mm/min、VF=125mm/min,fz=Vf/nz=
0.074mm/z工序4铣削m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X62W1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=15°,a=12°,a=6°,Z=162选择切削量由于槽的深度为8mm故一次走完,a=8mm=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,fz=
0.3/16=
0.018mm/z3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=100min4决定切削速度Vc和每齿进给量V、由《切削用量简明手册》
3.27的公式Vc=Cv/TmXvfzZ·KvCv=25=
0.2Xv=
0.1=
0.2=
0.5=
0.1m=
0.25Km=
1.12Ksv=
0.8KTv=
0.82Kv=KmKsvKTv=
1.12x
0.8x
0.82=
0.79Vc=Cv/TmXvfzZ·Kv=
82.86m/minn==1000×
82.86/
3.14×63=
418.87r/min根据X62W型铣床说明书选=375r/min实际速度Vc=/1000=
74.2m/min选Vfc=f=375x
0.3=
112.5mm/min根据X62W型铣床说明书选Vf=110mm/min,fzc=Vf/z=110/375x16=
0.018mm/z5机床功率根据《切削用量简明手册》表
3.28公式圆周力,K=
0.90,K=
0.94由表28得C=30,X=
1.0,y=
0.65,V=
0.83,WF=0,qF=
0.83,K=
1.28=30x8x
0.073x
5.62x16/
31.15x10=
505.6NM=F/2×1000=
15.9N•MP=FV/1000=
1.18km根据X62W型铣床说明书,功率足够工序5:铣宽为18m槽加工要求用乳化液冷却,加工工件尺寸,宽18mm,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,=23mm,=10mm,1选择刀具铣刀参数L=10D=100mmd=30mmr=15°=12=6Z=242选择铣削用量由于槽的宽度为18mm故二次走完,=23mm=10mm由《切削用量简明手册》表
3.3确定f=
0.5mm/r现取f=
0.8mm/rfz=
0.5/24=
0.02mm/z3)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=100min4)确定切削速度Vc和每齿进给量决定切削速度Vc和每齿进给量Vf、由《切削用量简明手册》
3.27的公式Vc=Cv/TmXvfzZ·KvCv=25=
0.2Xv=
0.1=
0.2=
0.5=
0.1m=
0.25Km=
1.12Ksv=
0.8KTv=
0.82Kv=KmxKsvxKTv=
1.12x
0.8x
0.82=
0.79Vc=Cv/TmXvfzZ·Kv·Kv=
98.6m/minn==1000×
98.6/
3.14×100=314r/min根据X62W型铣床说明书选n=300r/min实际速度V=n/1000=
94.2m/min选Vf=nf=300x
0.5=150mm/min根据X62W型铣床说明书选选Vf=150mm/minfz=150/300×24=
0.020mm/z工序6:磨18mm槽保证尺寸18mm1选择砂轮见《切削用量简明手册》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=3000r/min见机床说明书,v=
2.5m/s进给量f=50mm/min双单行程f=
0.015mm
六、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考虑,决定设计第4道工序——铣宽为mm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mm的槽,由于采用宽为8mm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mm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,63mmZ=14Fz=C·t
0.83·Sz
0.65·D-O.83·B·Z·K见《切削手册》3-56表解得Fz=200N其中C=52,t=8mm,Sz=
0.08mm/s,B=8mm,D=63mm,Z=14,kP=HB/198在计算切削力时,必须考虑安全系数安全系数K=水平切削分力FH=
1.1,Fz=220N垂直切削分力Fv=
0.3,Fz=60N其中为基本安全系数
1.5为加工性质系数
1.1为刀具钝化系数
1.1为断续切削系数
1.1F=KFH=
1.5x
1.1x
1.1x
1.1x200=400N实际加紧力为WK=KFH/U1U2=400/
0.5=800N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M16X
1.5细牙三角螺纹,产生的加紧力为W=解得W=1O405N其中M=19000NM,D2=
14.8mm,a=2°29,D=23mm,d=16mm此时螺母的加紧力W已大于所需的800N的加紧力,故本夹具可安全工作
3.定位误差分析由于槽的轴向尺寸的设计基准与定位基准重合,故轴向尺寸无基准不重合度误差径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差,故径向尺寸无基准不重合度误差即不必考虑定位误差,只需保证夹具的花键心轴的制造精度和安装精度4.夹具设计及操作说明如前所述在设计夹具时应该注意提高劳动率为此,在螺母夹紧时采用开口垫圈,以便装卸,夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工夹具上装有对刀块装置,可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀(与塞尺配合使用);同时,夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置,以有利于铣削加工参考文献书名出处作者《机械制造工艺学课程设计指导书》机械工业出版社邹青《切削用量简明手册》机械工业出版社艾兴肖诗纲小结为期两周的夹具课程设计已经接近尾声,回顾整个过程,课程设计作为机械自动化专业重要环节,使理论与实践更加接近,加深了理论知识的理解,强化了生产实习中的认识本次课程设计主要经历了两个阶段第一阶段是机械加工工艺规程设计,第二阶段是专用夹具设计第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识;夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识通过此次设计,使我们基本掌握了零件的加工过程分析、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使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力,为以后的设计工作打下了较好的基础。