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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
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2.零件的分析
(一)、零件的作用题目给定的零件是CA6140拨叉(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2X200倒角和距中心线为27mm的平面
1.以工件右端面为基准的8+
0.030mm的槽和18+
0.120mm的槽经分析可知,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1确定毛坯的制造形成零件材料HT
200、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2制定工艺路线工序
1.粗、精车端面,钻、扩花键底孔、倒两端20°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经分析,方案中的
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”3机械加工余量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3mm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《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Ⅰ车削A面1.加工条件工件材料灰口铸铁HT200σb=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=
152、计算切削用量
(1)已知长度方向的加工余量为3mm实际端面的最大加工余量为3mm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×25mmae≤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=
0.6-
0.8mm/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YG6V=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
1.28kmv=
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=
46.9m/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=
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/Tm·apxv·fyv·kv=158/
600.2·
20.15·
0.
160.4·
1.15·
0.8·
0.8·
0.81·
0.97=
83.85m/min3确定机床主轴转速.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/min4切削工时,查《工艺手册》表
6.2-1Tm=L+L1+L2+L3/nwxf=
22.5/400x
0.16=
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=
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=Ф20mmβ=30°,2Φ=118°,2Φ=70°,bε=
3.5mmao=12°Ψ=55°b=2mm,=4mm根据《切削用量简明手册》表2-9确定f=
0.48a、按机床进给强度决定进给量根据表
2.9当σb=210MPad0=
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do=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/minn=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=17m/mind、基本工时,Tm=L/nf=80+10/280x
0.62=
0.32min入切量及超切量由表
2.
29.查出Ψ+△=10mm所以Tm=L/nf=80+10/280x
0.62=
0.32min
(2)、扩孔刀具直径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=
0.32倒角刀具20°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=160~245HBSap≤
2.8mm f≤
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=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=
1.67km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=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=
1.25-
1.5sqrt80=
1.35sqrt80=12mm∴拉刀同时工作齿数z=l/p=80/12≈7∴其本工时Tm=
1.5×80×
1.2×
1.4/1000×
3.6×
0.06×7=
0.13min工序Ⅲ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ae≤5mm时直径为do=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)rn=10°ao=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do=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=8aP=40-70mmac=
2.8±
0.8mmfz=f/z=
0.
0750.1mm/zVc=Cvdoqv/TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpvCv=20qv=
0.7Xv=
0.3yv=
0.2uv=
0.5pv=
0.3m=
0.25Km=
1.12Ksv=
0.8KTv=
0.82Kv=KmxKsvxKTv=
1.12x
0.8x
0.82=
0.79Vc=Cvxdoxqv/TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv=
23.7m/minn=1000V/d=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/nxz=
0.0625mm/z5机床功率根据《切削用量简明手册》表
3.20当Vc=71m/minae=
2.8mmap=41mmfz=
0.08Kmpc=
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=
2.8mmVf=80m/minn=160r/minVc=
25.1m/minfz=
0.0625mmm/z6基本工时根据《切削用量简明手册》表
3.5Tm=L+L1+△/Vf=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ae=
0.2mm,f=
0.63)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=Cvdoqv/TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv=
33.1m/minn=1000V/d=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/minfz=Vf/nxz=
0.074mm/Z4)基本工时基本工时根据《切削用量简明手册》表
3.5Tm=L+L1+△/Vf=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=8mmD=63d=22d1=34ro=15°ao=12°an=6°Z=162选择切削量由于槽的深度为8mm故一次走完,ae=8mmap=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/rfz=
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=100min其中4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=Cvxdoxqv/TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv·KvCv=25qv=
0.2Xv=
0.1yv=
0.2uv=
0.5pv=
0.1m=
0.25Km=
1.12Ksv=
0.8KTv=
0.82Kv=KmxKsvxKTv=
1.12x
0.8x
0.82=
0.79Vc=Cvxdoxqv/TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv·Kv=
82.86m/minn=1000×Vc/do=1000×
82.86/
3.14×63=
418.87r/min根据X62W型铣床说明书选nc=375r/min实际速度Vc=donc/1000=
74.2m/min选Vfc=ncf=375X
0.3=
112.5mm/min根据X62W型铣床说明书选选Vf=110mm/minfzc=110/375×16=
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fc=CFapxffzyFaeVFZ/doaFnWFKFCKTV=
0.90KMFC=
0.94由表28得CF=30,XF=
1.0,yF=
0.65,UF=
0.83,WF=0,qF=
0.83,KFC=
1.28Fc=CFapxffzyFaeVFZ/doqFnWFKFC=30X8X
0.018X8/63X375=
505.6NM=FCdo/2×103=
15.9N•MPc=FcVc/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
3.5Tm=L+L1+△/Vf=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17mm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,ae=23,ap=10mm,1选择刀具铣刀参数L=10D=100mmd=30mmro=15°ao=12°an=6°Z=242选择铣削用量由于槽的宽度为18mm故二次走完,ae=23mmap=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=100min其中4)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=Cvxdoxqv/TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv·KvCv=25qv=
0.2Xv=
0.1yv=
0.2uv=
0.5pv=
0.1m=
0.25Km=
1.12Ksv=
0.8KTv=
0.82Kv=KmxKsvxKTv=
1.12x
0.8x
0.82=
0.79Vc=Cvxdoxqv/TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv·Kv=
98.6m/minn=1000×Vc/do=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=donc/1000=
94.2m/min选Vfc=ncf=300X
0.5=150mm/min根据X62W型铣床说明书选选Vf=150mm/minfzc=150/300×24=
0.020mm/z5)基本工时基本工时根据《切削用量简明手册》表
3.5Tm=L+L1+△•i/Vf=40+20X2/150=
0.8(min)L1+△=20mmi=2走两次工序Ⅵ磨18mm槽,保证尺寸18mm1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fr=
0.015mm3切削工时当加工1个表面时Tm=L+y+△••iK/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+003mm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+003mm的槽,由于采用宽为80+0022mm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+003mm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,Ø63mmZ=14Fz=CP·t
0.83·Sz
0.65·D-O.83·B·Z·kP见《切削手册》3-56表解得Fz=200N其中CP=52,t=8mmSz=
0.08mm/sB=8mmD=63mmZ=14kP=HB/
1980.55在计算切削力时,必须考虑安全系数安全系数K=k1k2k3k4水平切削分力FH=
1.1Fz=220N垂直切削分力Fv=
0.3Fz=60N其中k1为基本安全系数
1.5k1为加工性质系数
1.1k1为刀具钝化系数
1.1k1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=2M/D2tga+6’55+
0.66D3-d3/D2-d2解得W=1O405N其中M=19000N.MD2=
14.8mma=2029D=23mmd=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结果,本夹具总体的感觉还比较紧凑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,以有利于铣削加工详见铣床夹具的装配图及夹具体零件图小结回顾为期两周的夹具课程设计的整个过程,课程设计作为《机械制造工艺学》、《机床夹具设计》课程的重要环节,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感性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、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总的来说,这次设计,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由于能力所限,设计中还有许多不足之处,恳请各位老师、同学们批评指正!。