CA6140车床拨叉零件.doc

1、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 姚 芝 远指导教师 耿 爱五邑大学2010 年 2 月 21 日五邑大学机械制造工艺学课程设计任务书题目：设计设计“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 1 张2.毛坯图 1 张3.机械加工工艺过程综合卡 6 张4.结构设计装配图 1 张5.结构设计零件图 1 张6.课程设计说明书 1 份班级 AP0808331学生 姚 芝 远指导教师 耿 爱教研室主任 2010 年 2 月 21 日序言机械制造工艺学课程设计是在我们

2、学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所有课程的一次深入的综合复习，也是一次理论联系实际的训练，因此它在我们四年的大学生活中占有重要地位。一、 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

3、工表面。现分述如下：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 的六齿花键孔、22 +0.280花键底孔两端的 2150倒角和距中心线为 27mm 的平面。2. 以工件右端面为基准的 8+0.030 mm 的槽和 18+0.0120mm 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) 确定毛坯的制造形式零件材料为 HT200，抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。所以这里采取铸造成型。经查金属机械加工工艺人员手册表 5-5

4、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 20.8mm。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40 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1.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。6. 去毛刺。7. 终检。2.工艺路线方案二工序：1. 粗、精铣端面，钻、扩花键底孔、倒两端 15倒角。 以

5、40mm 圆柱面为粗基准。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。6. 去毛刺。7. 终检。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 2.3.4.5 道工序很容易对工件进行定位与

6、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“机械加工工艺过程综合卡片”(四) 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定CA6140 的拨叉材料为 HT200。毛坯重量为 1.0 kg b =160MPa HBS 生产类型为由大、中批量生产，采用铸造。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 2mm 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22 0+

7、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 20mm扩孔 22mm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 2=1mm3. 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 1.8mm(五) 确定切削用量及基本工时工序 I 粗铣端面 A 、精铣端面 A加工要求：粗铣端面 A，端面 A，Ra=3.2。用硬质合金钢端铣刀粗铣 加工余量 2mm机床 ：A5032 立式铣床 工作台最大纵向行程 680mm面积;长*宽（1250*320mm）1. 粗铣1) 选

8、择刀具 根据切削用量简明手册表 3.1 铣削宽度 ae40mm 时。铣刀直径为 do=80mm，故齿数10，由于采用硬质合金钢端铣刀粗铣。铣刀几何参数（表 3.2）rn=5ao=162) 切削用量 留精铣的加工余量为 0.7，所以本道工步切削厚度ac1.3，由于加工表面精度要求 Ra=3.2 um.根据表 3.5得每转进给量0.140.24mm/r 就能满足要求，铣床的功率为 7.5KW 所以每转进给量0.14mm/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 1.01.5mm,铣刀do=80mm，刀具寿命 T=180min（表 3.8）4)

9、决定切削速度 Vc、可根据切削用量简明手册表 3.9 确定Vc=60(m/min) n=1000V/ d=(100060)/(3.1480)=238.85r/min 根据 XA5032 型铣床说明书选 n=235r/minVc=3.14nd/1000=(2353.1480)/1000=59.032m/min Vf=nfZ=2350.14=32.9mm/min 选 Vf=37.5mm/min 实际 fz=Vf/(nz)=0.0159mm/z5) 机床功率：根据切削用量简明手册表 3.20 当 Vc=60m/min ae=1.3mm fz=0.0159 Kmpc=1.4kw 查得 PCC=1.1K

10、W切削功率的修正系数：故 Pct0.8,根据 XA5032 型铣床说明书，机床主轴允许的功率为Pcm=7.50.75=5.63kw 故 PccPcm 因此所决定的切削用量可以采用。 ae=1.3mm Vf=37.5mm/min Vc=59.032m/min fz=0.0159mmm/z6) 基本工时根据 切削用量简明手册表 3.5: L1+=12mmTm=(L+L1+)/Vf=(40+12)/37.5=1.36（min） 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 0.7mm，所以本道工步切削厚度 aP0.7mm，0.6mm/r3）决定切削速度 Vc、可

11、根据切削用量简明手册表 3.9 确定Vc=68.53mm/min n=1000V/ d=(100068.53)/(3.1480)=272.8r/min 根据XA5032 型铣床说明书选 n=300r/minVf=nfZ=3000.6=180mm/min 取 VF=190mm/min ，则 fz=Vf/(nz)=0.063mm/Z4）基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表 3.5 L1+=12mmTm=(L+L1+)/Vf=(40+12)/190=0.273（min） 工序 钻孔、扩孔1、 选择钻头选择高速钢麻花钻头，直径 d=20mm。2、 选择切削用量决定进给量 f 按加工要求决定进给量：

12、根据切削用量手册表 2.7，当加工要求为 H12-H13 精度，铸铁的强度小于 200Mpa,d=20mm,f=0.70-0.86mm/r. 按钻头强度决定进给量：根据表 2.8，当 b=200Mpa,d=20mm,钻头强度允许的进给量 f=0.93mm/r. 按机床进给机构强度决定进给量：根据表 2.9，当b210mpa,d20.5mm，机床进给机构允许的轴向力为 8330N时，进给量为 0.41mm/r.从以上三个进给量比较可以看出，f=0.41mm/r,根据 Z525 钻床说明书，选择 f=0.36mm/r.由表 2.19 可查出钻孔时的轴向力，当 f=0.36mm/r,d21mm 时，

13、轴向力 Ff=6090N.轴向力的修正系数都是 1.0，所以 Ff=6090N.60908830，所以f=0.36mm/r 可用。决定钻头磨钝标准及寿命 由表 2.12，当 d=20mm,钻头后刀面最刀面磨损量取为 0.6mm,寿命 T=60min.决定切削速度 由表 2.15,b=200Mpa,f=0.36mm/r,切削速度为 V=19m/min.切削速度修正系数为：kTv=1.0,Kcv=1.0,klv=0.85,ktv=1.0,所以V=191.01.01.00.85=16.15m/min.n=1000v/d=100016.15/3.1420=263.52r/min.根据 Z525 钻床说

14、明书，可选择 272r/min.因所选转数比计算值高，会使刀具寿命下降，故可将进给量降低一及，即取 f=0.28mm/r,也可选择低级转速 n=195r/min,仍用 f=0.36r/min,比较两种方案：一 . f=0.28mm/r,n=272r/min,nf=2720.28=76.16mm/min二 f=0.36mm/r,n=195r/min,nf=1950.36=70.2mm/min.第一方案 nf 值比较大，基本工时少，因此选第一方案。这时v=17m/min,f=0.28mm/r计算基本工时Tm=L/nf式中 L=l+Y+,l=80mm,入切量和超切量由表 2.29 查出 y+=6mm

15、,所以Tm=80+10/2720.28=1.18min.2、扩孔刀具直径 do=22mm；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 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。按 Z525 钻床说明书说明书 主电机功率11可见比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21 0.64 查得转矩61.8 N.M切削用量简明手册表由表 2.32 得功率公式CMcVc/30do=61.817/3021=1.67km按 C 车床说明书 主电机功率1

16、1可见C 比小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要P=(1.25-1.5) =1.35 =12mm8080拉刀同时工作齿数 z=l/p=80/127其本工时 Tm=1.5801.21.4/10003.60.067=0.13(min)工序 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=Zblk/1000vf zZ式中： Z b 单面余量 1.5mm(由 22mm 拉削到 25mm)；L 拉削表面长度，80mm； 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

17、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=(1.25-1.5) =1.35 =12mm8080拉刀同时工作齿数 z=l/p=80/127其本工时 Tm=1.5801.21.4/10003.60.067=0.13(min) 工序 粗铣、精铣 B 面加工要求：粗铣 B 面，精铣 B 面，Ra=3.2。用标准镶齿圆柱铣刀粗铣 加工余量 3mm机床 ：62W加工工件尺寸：宽度：40mm 长度：28mm1. 粗铣5) 选择刀具 根据切削用量简明手册表 3.1 铣削宽度 ae5mm 时。直径为 do=50mm 故齿数，由于采用标准镶齿圆柱铣刀铣刀几何参数

18、（表 3.2）rn=10ao=16 6) 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ac2.80.8，由于加工表面精度要求 Ra=3.2 um.根据表3.5 得每转进给量0.5mm/r 就能满足要求，但考虑到62W 功率为 7.5kw，机床为中等系统刚度和62W 铣床说明书 所以每转进给量0.6mm/r7) 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）8) 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, aP=40-70mm, ac=2.8

19、0.8, fz=f/z=0.0750.1mm/zCv=20,qv=0.7,Xv=0.3,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.3,m=0.25,Km=1.12Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=KmKsvKTv=1.120.80.82=0.79Vc=23.7(m/min) n=1000V/ d=(100023.7)/(3.1450)=151r/min 根据 X62W 型铣床说明书选 n=160r/minVc=3.14nd/1000=(1603.1450)/1000=25.1m/min Vf=nf=1600.6=96mm/min 选 Vf=80mm/min 实际 fz=Vf/(nz)=0.0

20、625mm/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=0.08 Kmpc=1.4kw 切削功率的修正系数：故 Pct0.8,根据 X62W 型铣床说明书，机床主轴允许的功率为Pcm=7.50.75=5.63kw 故 PccPcm 因此所决定的切削用量可以采用。 ae=2.8mm Vf=80m/minn=160r/min Vc=25.1m/min fz=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+=14mm2. 精铣1）

21、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 ae0.2mm，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=0.2mm, Vc=33.1m/min n=1000V/ d=(100033.1)/(3.1450)=211r/min 根据 X62W型铣床说明书选 n=210r/minVf=nf=210x0.6=126mm/minVF=125mm/min fz=Vf/(nz)=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） L

22、1+=14mm工序 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 机床：X61W1) 选择刀具：由加工尺寸公差 0-0.03 。所以铣刀精度为精密级K8铣刀参数：L=8mm D=22 d=63 ro=15ao=12an=6Z=162) 选择切削量由于槽的深度为 8mm, 故一次走完，ae=8mm ap=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

23、.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 Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.15,Km=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=KmKsvKTv =1.120.80.82=0.79 Vc=82.04m/minn=1000Vc/ do=100082.04/3.1463=414.72r/min根据 X61W 型铣床说明书选 nc=380r/min实际速度 Vc= donc/1000=75.2m/min 选 Vfc=

24、ncf=3800.3=114mm/min 根据 X61W 型铣床说明书选选 Vf=115mm/minfzc=115/(38016)=0.019mm/z9) 机床功率：根据切削用量简明手册表 3.28 公式 圆周力 由表 3.28 得 FFFCxyUqWpzeoc=(CafZ/dn)k=30，XF=1.0，yF=0.65，UF=0.83，WF=0 ，qF=0.83，KFC=1.FC28, KTV=0.90 , =1 CMFK=0.9CFCTVF K=*=47.32 NFCxyUqWpzeoc(afZ/dn)kM=FCdo/(2 )=1.49Nm310Pc=FcVc/1000=3.2kw 根据 X

25、61W 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+25)/115=0.57（min） L1+=25m工序 铣宽为 180+0.012mm 槽加工要求：用乳化液冷却，加工工件尺寸，宽 180+0.012mm，长L=40mm，加工余量 23mm1) 选择刀具铣刀参数：L=18 d=100mm D=32mm ro=15ao=12an=6Z=202) 选择铣削用量由于槽的宽度为 18mm, 故二次走完，ae=23mm ap=18mm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=

26、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 Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12,Ksv=0.8, =0.82,TvK=1.120.80.82=0.79 vms=*Vc =72.34m/minn=1000Vc/ do=100072.34/（3.14100）=230.4r/min根据 X61W 型铣床说明

27、书选 nc=210r/min实际速度 Vc= donc/1000=65.94m/min 选 Vfc=ncf=2100.5=105mm/min 根据 X61W 型铣床说明书选选 Vf=95mm/minfzc=95/（21020）=0.022mm/z机床功率：根据切削用量简明手册表 3.28 公式 圆周力 由表 3.28 得 FFFCxyUqWpzeoc=(CafZ/dn)k=30，XF=1.0，yF=0.65，UF=0.83，WF=0 ，qF=0.83，KFC=1.FC28, KTV=0.90 , =1 CMFK=0.9CFCTVMF K=*=44.3.2 NFFCxyUqWpzeoc(afZ/

28、dn)kM=FCdo/(2 )=2.22Nm310Pc=FcVc/1000=2.9 kw 根据 X61W 型铣床说明书，功率足够。5）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+46) 2/95=1.81（min） L1+=46mm i=2(走两次)工序 磨 18mm 槽1) 选择砂轮。见切削手册第三章中磨料选择各表，结果为GZ46KV6P35040127 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 16640（DdH） 。2) 切削用量的选择。砂轮转速 n 砂 =3000r/

29、min(见机床说明书)，v 砂 =2.5m/s进给量 f=50mm/min 双单行程 f r=0.015mm3) 切削工时。当加工 1 个表面时 Tm=(L+y+)i K/50=3.1min 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。03 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 80+0。03 mm 的槽，由于采用宽为 80+0。022 mm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

30、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。03 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，63mm, Z=14Fz=CPt0.83Sz0.65D-O.83BZkP (见切削手册3-56 表)解得 Fz =200 (N)其中 CP=52， t=8mm, Sz=0.08mm/s, B=8mm, D=63mm, Z=14, kP=(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

31、水平切削分力 FH=1.1 Fz =220 (N)垂直切削分力 Fv=0.3 Fz=60 (N)其中： k 1为基本安全系数 1.5K2为加工性质系数 1.1K3为刀具钝化系数 1.1K4为断续切削系数 1.1F,=KFz =1.5 1.1 1.1 1.1 200=400 (N)实际加紧力为 WK= KFz/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/D2tg(a+655)+0.66(D3- d3/ D2- d2)解得： W=1O405 (N)其中： M=1

32、9000 N.M D2=14.8mm a=2 029, D=23mm d=16mm此时螺母的加紧力 W 已大于所需的 800(N)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

33、。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。小 结为期三周的夹具课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，我组三名同学在老师的指导下，取得了可喜的成绩，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！