CA6140车床拨叉831006机械加工工艺规程及钻25孔与扩55孔夹具设计【831006BC009】.pdf

目 录 第 1 章 绪论.错误！未定义书签。第 2 章 机械工艺规程设计.错误！未定义书签。2.1 设计工艺规程的内容及步骤.错误！未定义书签。2.1.1熟悉原始资料对零件进行工艺分析.4 2.1.2定为基准的选择.5 2.2 计算零件的生产纲领、确定生产类型.6 2.3 选择毛坯类型和制造方法.7 2.4 工艺路线的拟定.7 2.5 机械加工余量，毛坯尺寸及工序尺寸的确定.7 2.6 确定切削用量及基本时间、辅助时间.9 第 3 章 铣夹具设计.17 3.1 夹具设计分析.17 3.2 夹具设计.18 3.2.1专用夹具设计的基本要求.18 3.2.2专用夹具的设计步骤.18 3.2.3.定位基准的选择.19 第 4 章 夹具三维造型.20 总结.23 参考文献.2 4 2 第1 章 绪论 1.1概述 培养学生综合运用机械制造工程原理课程及专业课程的理论知识，结合金工实习、生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决机械加工工艺问题，初步具备设计中等复杂程度零件工艺规程的能力。能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，进一步提高结构设计能力。熟悉并运用有关手册、图表、规范等有关技术资料的能力。进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件的基本技能。1.2课程设计目的 学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力，为以后做好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练和准备。它要求学生全面地综合运用本课程及有关选修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计和机床夹具的设计。其目的是：（1）培养学生综合运用机械制造工程原理课程及专业课程的理论知识，结合金工实习、生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决机械加工工艺问题，初步具备设计中等复杂程度零件工艺规程的能力。（2）培养学生能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，进一步提高结构设计能力。（3）培养学生熟悉并运用有关手册、图表、规范等有关技术资料的能力。（4）进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件的基本技能。（5）培养学生独立思考和独立工作的能力，为毕业后走向社会从事相关技术工作打下良好的基础。3 1.3机械制造与制造技术 机械制造是各种机械、机床、工具、仪器、仪表制造过程的总称。机械制造技术则是研究上述机械产品的加工原理、工艺过程和方法以及相应设备的一门工程技术，也是一门以制造一定质量的产品为目标，研究如何以最少的消耗，最低的成本和最高的效率进行生产的综合技术。1.4机械制造过程的组成 根据“小制造”概念的制造过程定义，制造过程主要是指生产过程，它主要包括以下过程：（1）生产技术准备过程。这个过程主要应完成产品投入生产前的各项生产和技术准备工作。（2）毛坯的制造，如铸造、锻造和冲压等。（3）零件的加工过程，如机械加工、焊接、铆接和热处理等。（4）产品的装配，如部装、调试、总装等。（5）产品的质量检验。（6）各种生产服务，包括原材料、半成品、工具的供应、运输、保管以及产品的油漆、包装等。根据“大制造”概念的制造过程定义，制造过程不仅包含了物质的转化，而且还包含了信息向物质的转化，即信息的物化。显然，这必须通过基于信息的管理和控制来实现。同时，制造过程的输出不仅是产品，而且还包括为保证产品正常使用所进行的服务等。4 第2 章 机械工艺规程设计 2.1设计工艺规程的内容及步骤 2.1.1 熟悉原始资料对零件进行工艺分析 零件的作用：CA6140车床是应用较为广泛的机床之一，本次设计的零件为CA6140的拨叉其是安装在车床变速箱中，用于调速之用。(1)分析零件的结构工艺性 零件的结构对机械加工工艺过程的影响很大。实用功能完全相同而结构不同的两个零件，他们的加工难易程度和制造的成本可能存在很大的差别。对零件进行结构工艺性审查，目的是使其在满足实用功能的前提下，符合一定的工艺性能指标的要求，一边在现有的生产条件下能用比较经济、合理的方法将其制造出来。零件的结构工艺性包括其铸造工艺性、锻造工艺性、冲压工艺性、焊接工艺性、热处理工艺性、切削加工工艺性和装配工艺性等3。(2)车床 CA6140 拨叉的工艺分析 小拨叉零件三维实体建模如图 2-1。图 2-1 CA6140小拨叉三维实体模型图 5 小拨叉零件图如图 2-2。图 2-2 小拨叉零件图 从零件图上看出，它共有四组加工表面，每组内表面都有一定的相互位置精度，其要求分述如下：4032 的底表面 这是一组包括两待加工表面，对其表面粗糙度已较高要求，但尺寸要有一定精度保证。.三孔 25H7 的孔两个。55H12 的孔一个。由于在后面的工序中要用孔定位，故对精度有较高要求。6 25H7 两侧面的表面粗糙度要求达到6.1aR。55H12 侧面的表面粗糙度要求达到2.3aR。.宽 16H11的通槽 该通槽用于变速箱中实现调速作用，是小拨叉上关键部位，要有较高的尺寸精度及表面粗糙度的要求；同时还要有垂直度的要求。通槽两侧面的表面粗糙度为aR3.2。与 25H7孔上表面满足尺寸要求 532.031.0。与 25H7 孔内表面满足垂直度要求为 0.04。2.1.2 定为基准的选择 基准的选择是工艺规程设计中的关键问题之一，基准选择的是否合理，将影响到加工质量，生产效率及工艺成本4。(1)粗基准的选择 第一组加工表面是以 40mm 的外表面用 V 形块定位，来对孔进行加工。(2)精基准的选择 后面各道序中，均采用钻孔后 25H7mm 的内侧面为基准，这符合基准统一原则。2.2计算零件的生产纲领、确定生产类型 生产纲领和生产类型与工艺过程的关系十分紧密，生产纲领不同，生产类型也不同，工艺过程也就具有不同的特点。所以在制定零件的机械加工工艺规程时，应首先确定零件机械加工的生产类型，而生产类型有主要取决于零件的年生产纲领。(1)计算生产纲领 生产纲领是指企业在计划期间内应生产的产品产量和进度计划。产品的生产纲领确定后，就可以根据零件在产品中的数量、一定的备品率和平均废品率来计算零件的生产纲领。零件的年生产纲领N可按下式计算：banQN11 (2-1)7 式中 N零件的年生产纲领，单位为 件；Q产品的年生产纲领，单位为 台；N每台产品中所含零件的数量，单位为 件/台；A备品率，单位为%；B平均废品率，单位为%。有些产品零件不需要备品，如机器的基础件、机床类产品等，a=0；而有些产品中的易损件，则需要有备品，如汽车、拖拉机产品等，a=20%30%。零件的废品率应根据现场加工的技术水平及零件结构复杂程度与加工难易而定，一般b0.3%。banQN11 (2)确定生产类型、分析工艺特点 生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型。根据查表本次设计的 CA6140 的小拨叉属于轻型零件，大批量生产。2.3选择毛坯类型和制造方法 零件的毛坯对零件的机械加工工艺过程、材料消耗、加工劳动量等有很大影响，故正确选择毛坯种类与制造方法是非常重要的。该零件属于轻型零件，大批量生产，所以采用砂型机器制造，铸件尺寸公差为 CT8，机械加工余量 MA-G2。2.4工艺路线的拟定 拟定零件机械加工工艺路线是制造工艺规程中的核心工作。在拟定过程中，基本出发点是保证加工质量，提高生产效率，降低成本，有该零件的生产类型已确定为大批量生产的情况下，制定工艺路线就应该符合生产类型的工艺特征3。工艺路线方案：工序 05 钻，扩，铰 25H7孔 扩 55H12 孔 10 铣断 75 8 15 铣底面 20 铣通槽 4016 25 铣平面 4032 30 去毛刺 35 清洗 40 检查 45 喷漆 2.5机械加工余量，毛坯尺寸及工序尺寸的确定 车床小拨叉零件材料为 HT200，大批生产采用砂型机器造型，确定铸件尺寸公差尺寸等级为 CT-8，机械加工余量 MA-G。(1)机械加工余量确定.55H12圆孔一次扩，取基本尺寸为 55，总Z 2.0 mm.25H7圆孔直接铸成实体.工件侧面机械加工总余量 总Z 2.5 mm.通槽直接铸成实体，待加工时直接铣削.75 上下端面机械加工余量 总下Z 2.0 mm 总上Z 2.0 mm(2)毛坯尺寸及公差的确定 毛坯尺寸为在各加工表面尺寸基础上加上该表面的机械加工余量，毛坯尺寸公差由得4：.55H12 圆孔的毛坯尺寸为：52 .工件侧面至 25，圆孔中心毛坯尺寸为：26 .75 上下两端面毛坯尺寸为：17.5 9 (3)工序尺寸的确定 工序 05 钻 扩铰 25H7孔 扩 55H12 孔 工步 1 钻两孔至，按加工经济精度确定工序尺寸为 23 。工步 2 扩两孔至；按加工经济精度确定工序尺寸为 24.8。工步 3 粗铰孔至，按加工经济精度确定工序尺寸为 24.94。工步 4 精铰两孔至 25H7,按加工经济精度确定工序尺寸为 25。工步 5 粗扩 52 至 54，按加工经济精度确定工序尺寸为 54。工步6 精扩 1mm 按加工经济精度确定工序尺寸为 55 。工序 10 铣断大端面 铣断处基本尺寸为 4 mm，保证断口处表面粗糙度为2.3aR，且要求左右断口距轴线距离相等5。工序 15 铣槽及槽上平台 工步 1 铣槽上的平台 槽上的平台为一次铣削完成，平台的宽度及长度已有铸造完成次道工序仅是为下道工序铣槽时，提供一个基准，因此只需铣掉铸件加工余量。工步 2 铣槽 在铣床上，由于槽深为8mm，故可进行两次切削，第一次5pamm。第二次选3pamm，即可保证尺寸。工序 20 铣大端面侧面 大端下端的加工余量为3mm，上端加工余量为5.2mm，只需用两把铣刀将工序尺寸调整到5.012 mm。10 2.6确定切削用量及基本时间、辅助时间 工序 05 钻扩铰孔25H7，扩孔 55H12(1)加工条件包括：工件材料：HT200；取 190HB(2)切削用量的选择与基本时间jT，辅助时间fT的计算.钻 23 孔 Pa11.5mm f0.9 mm/r v0.45 m/s dvns10002314.345.01000=6.23r/s 机床选 Z35，wn 335r/min=5.58 r/s 实际切削速度 10000wwndv 100058.52314.3=0.402m/s wjnflllT21 58.59.0264.779=17.65s%20jfTT 3.53s 其中 pa背吃刀量，单位为 mm；f进给量，单位为 mm/r；v切削速度，单位为 m/s；sn主轴计算转速，单位为 r/min；wn机床实际转速，单位为 r/min；jT基本时间，单位为 s；fT辅助时间，单位为 s。11 160201ctgddlw1335.11=7.64 mm 2l 2 mm.扩 8.24 孔 pa 0.9 mm f1.0mm/r v 0.15 m/s 01000dvns8.2414.315.01000=1.93 r/s 取 Z35，wn106r/min=1.75r/s 1 0 0 00wwndv1 0 0 075.18.2414.3=0.136m/s wjnflllT2175.11152.179=46.58s%20jfTT 9.32s.粗铰 94.24 孔 pa0.07 mm f 2 mm/r v0.108mm/s 01000dvns94.2414.3108.01000=1.15r/s 取 Z35，wn67r/min=1.12r/s 10000wwndv100012.194.2414.3=0.088m/s wjnflllT2112.1221679=43.30s%20jfTT8.66s .精铰725H 孔 pa0.03 mm f2 mm/r v0.108 m/s 01000dvns2514.3108.01000=1.38r/s 取 Z35，wn85r/min=1.42r/s 12 10000wwndv100042.12514.3=0.111m/s wjnflllT2142.1241379=33.80 s%20jfTT6.76s .扩1255H 孔 pa1.5mm f1.1mm/r v0.117mm/s 01000dvns5514.3117.01000=0.68r/s 取 Z37 wn42r/min=0.7r/s 10000wwndv10007.05514.3=0.12m/s wjnflllT2112.01.1487.212=142.95s%20jfTT28.59s 其中 1l23325255=2.87mm 2l4mm 工序 10 铣断大端面 (1)加工条件：选用铣床 X62，高速钢锯片铣刀。1600dmm Z=50 B=4mm(2)切削用量的选择与基本时间jT，辅助时间fT的计算 pa6 mm fa0.02mm/z v0.3mm/s 01000dvns16014.33.01000=0.6r/s znalllTwfj2150625.002.018112=150.4s%20jfTT30.08s 13 工序 15 铣槽及槽上平台 工步 1 铣平台(1)加工条件：采用铣床 X62，套面式高速钢铣刀。160dmm 40Dmm 12z(2)切削用量的选择与基本时间jT，辅助时间fT的计算 pa3mm ea0.2mm fa0.2mm/z v0.3m/s 01000dvns1614.33.01000=5.97r/s 取 wn375r/min=6.25r/s 10000wwndv100025.61614.3=0.314m/s znalllTwfj211225.62.02412040=11.07s%20jfTT2.21s 其中 4211pal 22l 工步 2 铣槽(1)加工条件：采用铣床 X62，直齿三面刃高速钢铣刀 80Dmm 270dmm 16z(2)切削用量的选择与基本时间jT，辅助时间fT的计算 pa3 mm ea0.2 mm fa 0.2 mm/z v 0.3 m/s 01000dvns2714.33.01000=3.54r/s 取 wn235r/min=3.92r/s 10000wwndv100092.32714.3=0.33m/s 14 wfjnzalllT2192.3162.01202432=12.60s%20jfTT 2.52s 工序 20 铣大端面(1)加工条件：采用卧式铣床 X62 刀具：套式面铣刀（高速钢）工件材料：灰铸铁，取 190HB 35.025.0v m/s 5.02.0fa mm/z(2)切削用量的选择与基本时间jT，辅助时间fT的计算 切削力的计算公式 10186.0074.086.0KKdzBfaCFzPPz (2-2)式中：B 为铣削宽度；K 为刀具前角对切削力的影响系数，取 K=1.2；K1为切削速度对切削力的影响系数，取 K1=1；铣刀直径选：1000d mm 参数：50FC 181.1FK 75ea 5.2pa mm 铣刀齿数：4z 切削力得：10186.0074.086.0KKdzBfaCFzPPz=102.111004752.05.25086.075.086.0=2255.66N 切削功率 310vFPzn0.68kN 15 01000dvns0.96r/s 取 wn 60r/min=1r/s 实际切削速度为：10000wwndv0.314m/s znalllTwfj21412.021675=116.25s%2067.36%20jfTT23.25s 16 第3 章 典型钻床夹具设计 本章是针对 CA6140车床变速箱内小拨叉加工中的工序 05 钻-扩-铰725H 孔，以及扩1255H 孔的专用钻床夹具进行设计，使用机床为 Z35。3.1夹具设计分析(1)本工序为以后多道工序准备了定位精基准，故作为定位精基准的各表面应尽可能的在一次装夹中加工出来，以保证各基准面间的相互位置精度。(2)毛坯尺寸公差等级为 CT8，加工余量等级为 MA-G，其毛坯余量分布较为均匀，个别表面余量较小，如何保证加工时的加工余量的均匀，在拟定定位方案时应予以考虑。(3)该零件为大批量生产，如何提高生产率降低劳动强度？在夹具结构设计过程中应予以考虑6。3.2夹具设计 3.2.1 专用夹具设计的基本要求(1)确保工件加工质量，保证质量的关键在于正确的选定定位基准和定位元件，必要时进行误差分析计算。(2)操作省力，高效，尽可能采用气动或液压等机动夹紧装置，以减轻操作疲劳强度。(3)夹具制造成本低，尽可能采用标准元件或标准结构，以降低夹具的制造成本7。3.2.2 专用夹具的设计步骤(1)明确设计要求，熟悉加工零件图和毛坯图和工艺规程等文件，掌握本工件工序加工技术要求。(2)了解生产纲领，以及夹具的需求情况，以确定夹具的结构的合理性和经济性。17(3)收集该工序用的机床，刀具方面的信息资料，了解机床的主要技术参数及规格，安装具的连接部分结构和尺寸。(4)选择或设计定位元件，合理设置其在夹具上的位置。(5)画出定位简图。(6)进行加紧力计算与分析，合理选择动力源。(7)绘制夹具装配图8。3.2.3.定位基准的选择(1)定位基准的选择 加工该零件时，工序 05 钻三孔是以底面作为定位基准面，用一面、一个固定V 形块、一个浮动 V 形块定位。其中一个平面限制了三个自由度，一个 V 形块限制两个自由度，浮动 V形块限制了一个旋转自由度，通过这几个定位元件就把工件的六个自由度完全限制了。加紧方式则是采用汽缸带动斜 V形块压紧工件来实现对工件加工过程中的夹紧9。工件拨叉如何定位如图 3-1所示。图 3-1拨叉的定位示意图 18 (2)切削力及夹紧力的计算 钻削扭矩计算公式：FKfdT8.02.212.0 (3-1)切削力计算公式：FxKfdF75.02.1412 (3-2)扩削扭矩计算公式：FpKfadT8.075.0283.0 (3-3)切削力计算公式：FpxKfaF4.02.1231 (3-4)其中 d钻头直径mm f每转进给量 mm FK修正系数 工步 1 钻两孔至 23H12 切削扭矩为 FKfdT8.02.212.0 181.19.02312.08.02.2 129.01Nm 切削力为 FXKfdF75.02.1412 181.19.02341275.02.1 19359.87N 工步 2 扩两孔 23 至 24.8 切削扭矩为 FpKfadT8.075.0283.0 181.10.19.08.2483.08.075.02 557.07Nm 19 切削力得 FpXKfaF4.02.1231 181.119.02314.02.1 240.41N 工步 3 粗铰孔 8.24 至94.24 切削扭矩为 181.1207.094.2483.083.08.075.028.075.02FpKfadT =144.47Nm 切削力为 181.1207.02312314.02.14.02.1FpXKfaF =14.8N 工步 4 精铰两孔 94.24 至 725H 切削扭矩为 181.1203.02583.083.08.075.028.075.02FpKfadT =76.89Nm 切削力为 181.1203.02312314.02.14.02.1FpXKfaF =4.35N(3)根据夹紧力计算气缸内径10 选取压力系数为Pa1055 则有 夹FS21055 20 即 5.152221041105625d 9dmm 所以选取气缸直径为 100mm。(4)气缸与夹具体相连接 在气缸前后左右四端分别用 4 个 M6 螺栓将气缸固定与夹具体上11。21 第4 章 夹具三维造型 钻 套 轴 套 固定螺母 夹具底座 钻模板 小拨叉毛坯 22 导柱螺帽 V 型块 V 型块固定螺栓 气缸固定螺栓 气缸轴 气 缸 23 夹具装配总图 1 夹具装配总图 2 24 总 结 通过一个月的努力，我终于完成了课程设计的全部内容。本次我所设计的是钻床夹具，钻床夹具与其他机床的夹具的主要不同在于它有独特的元件钻套与钻模板。因此，设计钻床夹具时，除了根据加工要求选择夹具类型外，主要是钻模板与钻套的选择与设计。本设计采用了快换钻套和手动螺旋快速加紧机构，从而大大提高了由于钻、扩、绞孔而频繁换钻套的生产效率，夹具的加工精度都采用普通级，充分考虑了制造成本。缺点是本设计的操作需要人力，所以在生产自动化方面有待改进。通过本次课程设计，使我将所学理论与生产实践相结合，得到了解决问题和分析问题的能力的初步培养，另外也为以后搞好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练。使我具有了：1.制定工艺规程的初步能力，能综合运用机械制造技术基础和其他课程的基本理论和方法，正确的制定一个零件的加工工艺规程。2.具有设计专用夹具的初步能力，提高结构设计能力。3.结合工艺设计内容，能够熟练的应用工艺计算方法，正确的进行工艺计算，如工艺参数、切削力、切削功率、切削速度、定位误差、加紧力等。4.进一步提高查阅资料，熟练的使用设计手册、参考资料的能力。5.通过设计的全过程，使我学会了进行工艺设计的程序和方法，培养了独立思考和独立工作的能力。25 参考文献 第5章 机械制造技术基础课程设计指导教程；主编：邹青 呼咏；机械工程出版社；2004 第6章 机械制造工艺及专用夹具设计指导；主编：孙丽媛；冶金工业出版社；2010 第7章 机械制造工艺设计指导；主编：马正元；浙江大学出版社；1995。第8章 机械制造工程学；主编：马光；浙江大学出版社；2008。第9章 机械制造工艺学课程设计指导书；主编：赵家齐；北京.机械工业出版社，2000 第10章 机械制造工业与机床夹具；主编：刘守勇；北京：机械工业出版社，2000 第11章 机械制造工艺与机床夹具课程设计指导书；主编：吴拓、方琼珊；北京：机械工业出版社，2005 第12章 公差配合与测量技术；主编：黄云清；北京：机械工业出版社，2001 第13章 机械加工工艺与窍门精选;主编:梁炳文;北京：机械工业出版社，2001 第14章 机床及夹具;主编:杨峻峰;清华大学出版社，2005