CA6140车床拨叉零件.docx

CA6140车床拨叉零件.docx

《CA6140车床拨叉零件.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CA6140车床拨叉零件.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

CA6140车床拨叉零件

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Ø25+0.230mm的六齿花键孔、Ø22+0.280花键底孔两端的2×150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+0.0120mm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2±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。

（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Ф40mm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1.0kgσb=160MPaHBS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Φ22mm

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。

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=3.2ｕｍ。

用硬质合金钢端铣刀粗铣加工余量2mm

机床：

ＸA5032立式铣床工作台最大纵向行程680mm

面积;长*宽（1250*320mm）

1.粗铣

1）选择刀具

根据《切削用量简明手册》表3.1铣削宽度ae≤40mm时。

铣刀直径为do=80mm，故齿数Ｚ＝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=5°ao=16°

2）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ac＝1.3ｍｍ，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＝0.14～0.24mm/r就能满足要求，铣床的功率为7.5KW所以每转进给量ｆ＝0.14mm/r

3）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1.0—1.5mm,铣刀do=80mm，刀具寿命T=180min（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

Vc=60（m/min）

n=1000V/

d=（1000×60）/（3.14×80）=238.85r/min

根据XA5032型铣床说明书选n=235r/min

Vc=3.14nd/1000=（235×3.14×80）/1000=59.032m/minVf=nfZ=235×0.14=32.9mm/min

选Vf=37.5mm/min实际fz=Vf/（n×z）=0.0159mm/z

5）机床功率：

根据《切削用量简明手册》表3.20当Vc=60m/minae=1.3mmfz=0.0159Kmpc=1.4kw查得PCC=1.1KW

切削功率的修正系数：

故Pct＜0.8,

根据XA5032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=1.3mmVf=37.5mm/minVc=59.032m/minfz=0.0159mmm/z

6）基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5:

L1+△=12mm

Tm=（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

aP＝0.7mm，ｆ＝0.6mm/r

3）决定切削速度Vc、可根据《切削用量简明手册》表3.9确定

Vc=68.53mm/min

n=1000V/

d=（1000×68.53）/（3.14×80）=272.8r/min根据XA5032型铣床说明书选n=300r/min

Vf=nfZ=300×0.6=180mm/min

取VF=190mm/min，则fz=Vf/（n×z）=0.063mm/Z

4）基本工时基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5L1+△=12mm

Tm=（L+L1+△）/Vf=（40+12）/190=0.273（min）

工序Ⅱ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

⑴决定进给量f

1按加工要求决定进给量：

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.

2按钻头强度决定进给量：

根据表2.8，当σb=200Mpa,d=20mm,钻头强度允许的进给量f=0.93mm/r.

3按机床进给机构强度决定进给量：

根据表2.9，当σb≤210mpa,d≤20.5mm，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,d≤21mm时，轴向力Ff=6090N.

轴向力的修正系数都是1.0，所以Ff=6090N.6090＜8830，所以f=0.36mm/r可用。

⑵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.

⑶决定切削速度由表2.15,σb=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=19×1.0×1.0×1.0×0.85=16.15m/min.

n=1000v/πd=1000×16.15/3.14×20=263.52r/min.

根据Z525钻床说明书，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,n×f=272×0.28=76.16mm/min

二．f=0.36mm/r,n=195r/min,n×f=195×0.36=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

⒊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,所以

Tm=80+10/272×0.28=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=61.8×17/30×21=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

P=（1.25-1.5）×

=1.35×

=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=0.13（min）

工序Ⅲ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Φ22mm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）×

=1.35×

=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=0.13（min）

工序Ⅳ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

5）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°

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

7）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±0.8ｍｍ,fz=f/z=0.0750.1mm/z

Cv=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=Km×Ksv×KTv=1.12×0.8×0.82=0.79

Vc=23.7（m/min）

n=1000V/

d=（1000×23.7）/（3.14×50）=151r/min

根据X62W型铣床说明书选n=160r/min

Vc=3.14nd/1000=（160×3.14×50）/1000=25.1m/min

Vf=nf=160×0.6=96mm/min

选Vf=80mm/min实际fz=Vf/（n×z）=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=0.08Kmpc=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/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=33.1m/min

n=1000V/

d=（1000×33.1）/（3.14×50）=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/（n×z）=0.074mm/Z

4）基本工时基本工时根据《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Ⅴ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：

X61W

1）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=8mmD=22d=63ro=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/r,fz=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=Km×Ksv×KTv=1.12×0.8×0.82=0.79Vc=82.04m/min

n=1000×Vc/

do=1000×82.04/3.14×63=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=nc×f=380×0.3=114mm/min

根据X61W型铣床说明书选选Vf=115mm/min

fzc=115/（380×16）=0.019mm/z

9）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

=30，XF=1.0，yF=0.65，UF=0.83，WF=0，qF=0.83，KFC=1.28,KTV=0.90,

=1

=0.9

=47.32N

M=FCdo/（2×

）=1.49N•m

Pc=FcVc/1000=3.2kw根据X61W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3.5

Tm=（L+L1+△）/Vf=（40+25）/115=0.57（min）L1+△=25m

工序Ⅵ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23mm

1）选择刀具

铣刀参数：

L=18d=100mmD=32mmro=15°ao=12°an=6°Z=20

2）选择铣削用量

由于槽的宽度为18mm,故二次走完，ae=23mmap=18mm

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/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,

=1.12×0.8×0.82=0.79

Vc=72.34m/min

n=1000×Vc/

do=1000×72.34/（3.14×100）=230.4r/min

根据X61W型铣床说明书选nc=210r/min

实际速度Vc=

donc/1000=65.94m/min

选Vfc=ncf=210×0.5=105mm/min根据X61W型铣床说明书选选Vf=95mm/min

fzc=95/（210×20）=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

=30，XF=1.0，yF=0.65，UF=0.83，WF=0，qF=0.83，KFC=1.28,KTV=0.90,

=1

=0.9

=44.3.2N

M=FCdo/（2×

）=2.22N•m

Pc=FcVc/1000=2.9kw

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3.5

Tm=（L+L1+△）•i/Vf=（40+46）×2/95=1.81（min）L1+△=46mmi=2（走两次）

工序Ⅶ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

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=0.015mm

3）切削工时。

当加工1个表面时

Tm=（L+y+△）••iK/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。

03mm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。

03mm的槽，由于采用宽为80+0。

022mm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+0。

03mm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，Ø63mm,Z=14

Fz=CP·t0.83·Sz0.65·D-O.83·B·Z·kP（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=k1k2k3k4

水平切削分力FH=1.1Fz=220（N）

垂直切削分力Fv=0.3Fz=60（N）

其中：

k1为基本安全系数1.5

K2为加工性质系数1.1

K3为刀具钝化系数1.1

K4为断续切削系数1.1

F,=KFz=1.5×1.1×1.1×1.1×200=400（N）

实际加紧力为WK=KFz/U1×U2=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+6’55）+0.66（D3-d3/D2-d2）

解得：

W=1O405（N）

其中：

M=19000N.MD2=14.8mma=2029,D=23mmd=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。