CA6140拨叉831003夹具课程设计.docx

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CA6140拨叉831003夹具课程设计

前言…………………………………………1

一设计的目的…………………………………………2

二、零件的分析…………………………………………2

2.1零件的作用…………………………………………2

2.2零件的工艺分析…………………………………………3

2.3零件的结构特点…………………………………………3

2.4生产纲领、生产类型的确定……………………………………4

三、工艺规程设计……………………………………4

3.1确定毛坯的制造形成……………………………………4

3.2基准的选择…………………………………………5

3.3制定工艺路线…………………………………………5

工序Ⅰ…………………………………………5

工序Ⅱ……………………………………………10

工序Ⅲ……………………………………………11

工序Ⅳ…………………………………………14

四、夹具设计………………………………………18

4.1问题的提出………………………………………18

4.2定位基准的选择………………………………………18

4.3定位误差分析………………………………………18

4.4切削力及夹紧力的计算……………………………………18

4.5定位误差分析………………………………………19

4.6夹具设计及操作说明……………………………………19

设计总结………………………………………………21

参考文献………………………………………………22

前言

机械制造工艺学是以机械制造中的工艺问题为研究对象，实践性较强的一门学科，通过对此门学科的课程设计，使我在下述各方面得到了锻炼：

⒈能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确的解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线的安排、工艺尺寸的确定等问题，保证零件的加工质量。

⒉提高结构设计能力。

通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、既经济合理又能保证加工质量的夹具的能力。

⒊学会使用手册及图表资料。

⒋培养了一定的创新能力。

通过对CA6140拔叉的工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体（如《互换性与测量技术基础》、《机械设计》、《金属切削机床概论》、《机械制造工艺学》、《金属切削原理与刀具》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！

计算及说明

结果

一设计的目的：

机械制造工艺学课程设计,是在学完夹具设计原理课程，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。

移齿轮的配合精度要求很高。

二零件的分析：

2.1零件的作用：

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，移齿轮的配

计算及说明

结果

合精度要求很高。

使主轴回转运动按照工作者的要求进行工作。

宽度为30+0.0120mm的面寸精度要求很高，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30+0.0120mm的面的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。

2.2零件的工艺分析：

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Ø26+0.230mm的六齿方花键孔、Ø23+0.280花键底孔两端的2X150到角和距中心线为22mm的平面。

2）以工件右端面为基准的6+0.030mm的花键经上述分析可知，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。

2.3零件的结构特点

宽度：

30+0.0120mm

Ø26+0.230mm的六齿方花键孔、Ø23+0.280花键底孔两端的2X150到角和距中心线为22mm的平面。

花键：

6+0.030mm

计算及说明

结果

拔叉84009的毛坯为铸造件，在零件图上只有2处位置误差要求，即上顶面与花键中心线的平行度误差≤0.10，18H11槽的两侧面与花键中心线的垂直度误差≤0.08

零件外形上大体上与六面体相似，形状大体如右图：

零件剖视图

2.4生产纲领、生产类型的确定

根据指导老师要求，设计此零件为铸件，成批大量生产，工艺的安排基本倾向于工序分散原则，设备的选用是通用设备和专用工装，工艺手段以常规工艺为主，新工艺为辅的原则。

三、工艺规程设计

3.1确定毛坯的制造形成:

CA6140车床拔叉，零件材料HT20-40，硬度190HB～210HB，生产类型为大批量生产，毛坯为铸件，灰铸铁的机械加工余量按JZ67-62规定了灰铸铁铸件的三种精度等级和相应的铸件机械加工余量、尺寸偏差和重量偏差，在大批量生产的铸件，采用2级精度铸件，毛坯重量由《金属机械加工工艺人员手册》表5-2有零件≤80kg，偏差为7%，故毛坯估算约为1.0kg，采用2级精度铸件，顶面的加工余量和底面的加工余量忽略不计，两侧面的加工余量也忽略不计，由表5-4左右端面的加工余量为3±0.8，其余部分均为实心部分。

毛坯如右图：

上顶面与花键中心线的平行度误差≤0.10，18H11槽的两侧面与花键中心线的垂直度误差≤0.08

计算及说明

结果

3.2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。

3.3制定工艺路线

工序Ⅰ：

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）粗、精车B/C面；

3）拉花键。

以A面为基准；

4）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）开档，以花键的中心线为基准；

6）钻配作孔、螺纹孔；

7）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：

CA6140的拨叉材料为HT200。

毛坯重量为:

1.0kg

σb=160MPaHBS

计算及说明

结果

2.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

3.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Φ230+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Ζ=1mm

4.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

5.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

A面加工余量：

3±0.8mm

内孔尺寸为Φ230+0.28

钻孔Φ20mm

扩孔Φ21mm

精加工余量为：

0.2mm

粗铣加工余量为：

2.8mm

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

计算及说明

结果

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）

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YG6

V=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1.28

kmv=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.=46.9（m/min）

（4）确定机床主轴转速ns=1000vc/

dw=229.8（r/min）

取ƒ=0.6mm/n

实际进给量：

f=0.6×0.8=0.48mm/ｒ

刀具材料YG6

计算切削速度：

Vc=46.9（m/min）

按C３１６３－１车床说明书:

ｎ＝200r／min

主轴转速为：

ns=1000vc/

dw

=229.8（r/min）

计算及说明

结果

所以实际切削速度V=40.8m/min

6.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,ao=12°,

Ψ=55°,b=2mm

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＝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/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=17m/min

实际切削速度：

V=40.8m/min

进给量：

f=0.75

钻头最大磨损量取0.6

寿命T=45min

切削速度：

Ｖ=21m/min

n=1000V/

D=334.4

实际Ｖ=17m/min

计算及说明

结果

d、基本工时，Tm=L/nf=（80+10）/280x0.62=0.32（min）

入切量及超切量由表2.29.查出Ψ+△=10mm

所以Tm=L/nf=（80+10）/280x0.62=0.32（min）

（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／minＰｃ＝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》

Tm=L/nf

=（80+10）/280x0.62

=0.32（min）

刀具直径do=21mm

n和f都不变

Tm=0.32

主电机功率：

Ｐ＝11ｋｗ

计算及说明

结果

表2.21当ｄｏ＝21ｍｍｆ＝0.64ｍｍ

查得转矩Ｍ＝61.8N.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=（1.25-1.5）sqrt80=1.35sqrt80=12mm

转矩Ｍ＝61.8N.M

ＰC＝McVc/30do

=61.8x17/30x21

=1.67km

主电机功率：

Ｐ＝11ｋｗ

单面齿为0.06mm,

拉削速度：

v=0.06m/s（3.6m/min）

单面余量：

1.5mm

拉削表面长度：

80mm

拉刀齿距

P=12mm

计算及说明

结果

∴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=0.13（min）

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/r

3）选择刀具磨钝标准及刀具寿命。

根据《切削用量简

∴拉刀同时工作齿数z=l/p=80/12≈7

∴其本工时

Tm=0.13（min）

机床：

Ｘ62W

加工工件尺寸：

宽度：

40mm

长度：

28mm

齿数Ｚ＝８

精铣的加工余量为0.2

切削宽度：

ac＝2.8±0.8ｍｍ

每转进给量：

ｆ＝0.6mm/r

计算及说明

结果

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=8,aP=40-70mm,ac=2.8±0.8ｍｍ,fz=f/z=0.0750.1mm/z

Vc=（Cvdoqv）/（TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv）

Cv=20,qv=0.7,Xv=0.3,yv=0.2,uv=0.5,

pv=0.3,m=0.25,Km=1.12,

Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82

=0.79

Vc=（Cvxdoxqv）/（TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv）

=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

Vc=3.14nd/1000=（160x3.14x50）/1000=25.1m/min

Vf=nf=160x0.6=96mm/min

选Vf=80mm/min实际fz=Vf/（nxz）=0.0625mm/z

5）机床功率：

根据《切削用量简明手册》表3.20当

Vc=71m/minae=2.8mmap=41mmfz=0.08

最大磨损量为0.6

镶齿铣刀：

do=50mm，

刀具寿命T=120min

n=160r/min

切削速度：

Vc=25.1m/min

Vf=96mm/min

fz=0.0625mm/z

计算及说明

结果

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=2.8mmVf=80m/minn=160r/minVc=25.1m/minfz=0.0625mmm/z

6）基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5

Tm=（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＝0.6

3）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=（Cvdoqv）/（TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv）=33.1m/min

机床主轴允许的功率为：

Pcm=5.63kw

基本工时：

Tm=0.525（min）

L1+△=14mm

精铣的加工余量为0.2，本道工步切削宽度:

ae＝0.2mm，

ｆ＝0.6

计算及说明

结果

n=1000V/

d=（1000x33.1）/（3.14x50）=211r/min根据X62W型铣床说明书选n=210r/min

Vf=nf=210x0.6=126mm/min、VF=125mm/minfz=Vf/（nxz）=0.074mm/Z

4）基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5

Tm=（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：

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=8mmD=63d=22d1=34ro=15°

ao=12°an=6°Z=16

2）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/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

切削速度：

Vc=211r/min

n=210r/min

Vf=126mm/min、VF=125mm/minfz=0.074mm/Z

基本工时：

Tm=0.336（min）L1+△=14mm

铣削8+0.030mm槽

加工工件尺寸：

8+0.030mm,

长度L=40mm

铣刀精度为精密级K8

铣刀参数：

L=

8mmD=63d=22d1=34ro=15°ao=12°an=6°Z=16

f=0.3mm/rfz=0.3/16

=0.018mm/z

最大磨损量为0.5

刀具寿命：

T=100min

计算及说明

结果

确定刀具寿命：

T=100min

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）·Kv

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,KTv=0.82,

Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79

Vc=（Cvxdoxqv）/（TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv）·Kv=82.86m/min

n=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=375X0.3=112.5mm/min根据X62W型铣床说明书选

Vf=110mm/min

fzc=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fc=（CFapxffzyFaeVFZ/doaFnWF）KFC

KTV=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=1.28

实际速度：

Vc=74.2m/min

每齿进给量：

Vf=110mm/min

fzc=0.018mm/z

圆周力：

Fc=505.6N

计算及说明

结果

Fc=（CFapxffzyFaeVFZ/doqFnWF）KFC=30X8X0.018X8/63X375=505.6N

M=FCdo/2×103=15.9N•M

Pc=FcVc/1000=1.18kw根据X62W型铣床说明书，功率足够。

6）基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5

Tm=（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，ae=23，ap=10mm

1）选择刀具

铣刀参数：

L=10D=100mmd=30mmro=15°

ao=12°an=6°Z=24

2）选择铣削用量

由于槽的宽度为30mm,故二次走完，ae=23mmap=10mm

由《切削用量简明手册》表3.3确定f=