零件的机械加工工艺规程设计及夹具设计.docx
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零件的机械加工工艺规程设计及夹具设计
设计题目:
零件的机械加工工艺规程设计及夹具设计
零件的分析···········································································
零件的作用···········································································
零件的工艺分析···································································
工艺规程的设计········································································
毛坯的制造形式·······································································
基准面的选择···········································································
粗基准的选择···········································································
精基准的选择···········································································
制定的工艺路线···········································································
机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定···························
确定切削用量及基本工时···························································
绘制零件图和编制工艺卡···························································
夹具设计···········································································
夹具设计任务···········································································
绘制夹具装配图···········································································
1.零件分析
1.1零件的作用
题所给的是CA6140车床上的拨叉,它位于车床变速机构中,主要起换挡作用,使主轴回转运动按照工作者的要求工作,获得所需的速度和扭矩。
零件上方的Φ20mm的孔与操作机构相连,下方的Ф50mm的半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触,通过上方的力拨动下方的齿轮变速,两零件铸造为一体,加工时分开。
1.2零件的工艺分析
CA6140车床上的拨叉共有两处加工表面。
其间有一定的位置要求,分述如下:
1.2.1以Ф20mm为中心的加工表面
这一组加工表面包括:
Ф20mm的孔,以及其上下表面,孔壁上有一个装配时要钻铰的Ф8mm的锥孔,一个M6的螺纹孔,和一个缺口。
1.2.2以Ф50mm为中心的加工表面
这一组加工表面包括:
Ф50mm的孔,以及其上、下端面;
这两组表面有一定的位置要求;
(1)Ф50mm的孔的上、下表面与Ф20的孔的垂直度误差为0.07mm。
(2)Ф20mm的孔的上、下表面与Ф20的孔的垂直度误差为0.05mm。
(3)Ф50mm、Ф20mm的孔的上、下表面以及Ф50mm的孔的内表面的粗糙度误差为3.2um。
(4)Ф20mm的孔的内表面的粗糙度误差为1.6um,精度为IT7。
2.工艺规程设计
2.1毛坯的制造形式
零件材料为HT200,考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大,零件结构又比较简单,故选择铸造毛坯。
图一毛坯图
2.2基准面的选择
2.2.1粗基准的选择对零件而言,尽可能选择不加工表面为粗基准,而对若干个不加工表面的工件,则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准,根据这个基准原则,现取Ф20mm的孔的不加工外轮廓表面作为粗基准,利用一组共两个短V形块支承两个Ф20mm孔的外轮廓作主要定位面,以消除3个自由度,再用一个支承板支撑在Ф72mm的上表面,以消除3个自由度。
2.2.2精基准的选择主要应考虑基准重合问题。
当设计基准不重合时,应该进行尺寸换算,这在以后还要专门计算,此处不再重复。
2.3制定工艺路线
制定工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已确定为中批生产的条件下,可以考虑采用万能性机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。
除此以外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。
1、工艺路线方案一:
工序一:
退火
工序二:
粗、精铣Ф20mm、Ф50mm的下表面,保证其粗糙度为3.2um
工序三:
以Ф20mm的下表面为精基准,粗、精铣Ф20mm的孔的上表面,保证其粗糙度为3.2um,其上、下表面尺寸为30mm,
工序四:
以Ф20mm的下表面为精基准,钻、扩、铰、精铰Ф20mm的孔,保证其内表面粗糙度为1.6um,垂直度误差不超过0.05mm
工序五:
以Ф20mm的下表面为精基准,粗、半精镗Ф50mm的孔,保证其内表面粗糙度为3.2um
工序六;以Ф20mm的下表面为精基准,粗、精铣Ф50mm的上表面,保证其与孔的垂直度误差不超过0.07mm,其上、下表面尺寸为12mm
工序七:
铣断
工序八:
以Ф20mm的孔为精基准,钻Ф8mm的锥孔的一半Ф4mm,装配时钻铰
工序九:
以Ф20mm的孔为精基准,钻Ф5mm的孔,攻M6的螺纹
工序十:
以Ф20mm的孔为精基准,铣缺口,保证其粗糙度为12.5um
工序十一:
检查
上面的工序可以是中批生产,但是其效率不高,并且工序四中的钻孔方法在钻孔是可能会偏离中心。
经综合考虑,采用下面的方案二。
工艺路线方案二:
工序一;退火
工序二:
粗、精铣Ф20mm、Ф50mm的下表面,保证其粗糙度为3.2um
工序三:
以Ф20mm的下表面为精基准,粗、精铣Ф20mm、Ф50mm的孔的上表面,保证其粗糙度为3.2um,Ф20mm的上、下表面尺寸为30mm,Ф50mm的上、下表面尺寸为12mm
工序四:
以Ф20mm的下表面为精基准,钻、扩、铰、精铰Ф20mm的孔,保证其内表面粗糙度为1.6um,垂直度误差不超过0.05mm
工序五:
以Ф20mm的下表面为精基准,粗、半精镗Ф50mm的孔,保证其内表面粗糙度为3.2um
工序六:
铣断
工序七:
以Ф20mm的孔为精基准,钻Ф8mm的锥孔的一半Ф4mm,装配时钻铰
工序八:
以Ф20mm的孔为精基准,钻Ф5mm的孔,攻M6的螺纹
工序九:
以Ф20mm的孔为精基准,铣缺口,保证其粗糙度为12.5um
工序十:
检查
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“CA6140车床拨叉”零件的材料为HT200硬度为190~210HB,毛坯重量为2.2Kg,生产类型为中批量,铸件毛坯。
又由<<机械制造工艺设计简明手册>>(以下称〈〈工艺手册〉〉表1.3-1查得毛坯的制造方法采用壳模铸造级,表2.2-4查得加工余量等级为G级,选取尺寸公差等级为CT10。
根据以上资料及路线,分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯如下:
1、延轴线方向长度方向的加工余量及公差(Ф20mm、Ф50mm端面)查《工艺手册》表2.2~4取Ф20mm、Ф50mm端面长度余量为2.5mm(均为双边加工)。
铣削加工余量为:
a)粗铣:
1.5mmb)精铣:
1mm
毛坯尺寸及公差为:
(35土0.3)mm(17土0.25)mm
2、内孔(Ф50mm已铸成孔)查《工艺手册》表2.2~2.5,取Ф50mm已铸成长度余量为3mm,即已铸成孔Ф44mm。
镗削加工余量为:
a)粗镗:
2mmb)半精镗:
1mm
毛坯尺寸及公差为:
(48土0.3)mm(
)mm
3、其他尺寸直接铸造得到。
2.5确定切削用量及基本工时
2.5.1工序二:
粗、精铣孔Ф20mm、Ф50mm的下表面
(1)加工条件
工件材料:
HT200。
бb=0.16GPaHBS=190~210,铸件
机床:
XA5032立式铣床
刀具;W18Cr4V硬质合金端铣刀
W18Cr4V硬质合金端铣刀,牌号为YG6,由《切削用量简明手册》〉后称《切削手册》表3.1查得铣削宽度ae<=60mm,深度ap<=4,齿数Z=10时,取刀具直径do=80mm。
又由《切削手册》表3.2选择刀具的前角ro=+5o;后角ao=8o;副后角a’o=
刀齿斜角λs=-10o,主刃Kr=60o,过渡刃Krε=30o,副刃Kr’=5o,过渡刃宽bε=1mm
(2)切削用量
1)粗铣Ф20mm的下表面
a)切削深度因切削用量较小,故可以选择ap=1.5mm,一次走刀即可完成所需尺寸。
b)每齿进给量:
由《切削手册》表3.30可知机床的功为7.5KW,查《切削手册》表3.5可得f=0.14~0.24mm/z,由于是对称铣,选较小量f=0.14mm/z
c)查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7,后刀面最大磨损为(1.0~1.5)mm
查《切削手册》表3.8,寿命T=180min
d)计算切削速度按《切削手册》表3.27中的公式:
也可以由表3.16查得
=98mm/sn=439r/minvf=490mm/s又根据XA5032铣床参数,选n=475r/minvf=600mm/s,则实际的切削速度为:
即
=
=119.3m/min,实际进给量为:
即
=
=0.13mm/z
e)校验机床功率查《切削手册》表3.24,Pcc=1.1KW,而机床所提供的功率Pcm为1.7KW,所以Pcm>Pcc,故校验合格。
最终确定ap=1.5mmnc=475r/minvfc=600mm/minvc=119.3m/minfz=0.13mm/z
f)计算基本工时
公式中:
L=l+y+Δ;根据《切削手册》表3.26,可得l+Δ=12mm,所以L=l+y+Δ=32+12=44mm
故
=44/600=0.073min
2)粗铣Ф50mm的下表面
a)铣削Ф50mm的下表面与铣削Ф20mm的下表面的相关参数及其用量等都相同。
即ap=1.5mmnc=475r/minvfc=600mm/svc=119.3m/minfz=0.13mm/z
b)计算基本工时
公式中:
L=l+y+Δ;根据《切削手册》表3.26,可得l+Δ=0所以L=l+y+Δ=72mm
故
=72/600=0.12min
3)精铣孔Ф20mm的下表面
a)切削深度因切削用量较小,故可以选择ap=1.0mm,一次走刀即可完成所需尺寸
b)每齿进给量:
由《切削手册》表3.30可知机床的功为7.5KW,查《切削手册》表3.5可得f=0.5~0.7mm/r,由于是对称铣,选较小量f=0.7mm/r
c)查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7,后刀面最大磨损为(1.0~1.5)mm
查《切削手册》表3.8,寿命T=180min
d)计算切削速度按《切削手册》表3.27中的公式:
也可以由表3.16查得
=124mm/svf=395mm/minn=494r/min,根据XA5032铣床参数,选n=475r/minvf=375mm/min,则实际的切削速度为
所以
=
=119.3m/min,实际进给量
所以
=
=0.08mm/z
e)校验机床功率查《切削手册》表3.24,Pcc=1.1KW,而机床所提供的功率Pcm为1.7KW,所以Pcm>Pcc,故校验合格。
最终确定ap=1.0mmnc=475r/minvfc=375mm/minvc=119.3mm/min
f)计算基本工时
公式中:
L=l+y+Δ;根据《切削手册》表3.26,可得l+Δ=80mm,所以L=l+y+Δ=32+80=112mm
故
=112/375=0.3min
2)精铣Ф50mm的下表面
a)铣削Ф50mm的下表面与铣削Ф20mm的下表面的相关参数及其用量等都相同。
即ap=1.0mmnc=475r/minvfc=375mm/minvc=119.3mm/m
b)计算基本工时
公式中:
L=l+y+Δ;根据〈〈切削手册〉〉表3.26,可得l+Δ=80mm所以L=l+y+Δ=72+80=152mm
故
=152/375=0.405min
2.5.2工序三:
粗、精铣孔Ф20mm、Ф50mm的上表面
本工序的切削用量及基本工时与工序一中的粗、精铣孔Ф20mm、Ф50mm的下表面相同。
2.5.3工序四:
钻、扩、铰、精铰Ф20mm的孔
(一)钻Ф18mm的孔
(1)加工条件
工艺要求:
孔径d=18mm,孔深l=30mm,通孔,用乳化液冷却
机床:
Z535型立式钻床
刀具:
高速钢麻花钻头
选择高速钢麻花钻头,其直径do=18mm,钻头几何形状为:
由《切削手册》表2.1及表2.2选修磨横刃,β=28oαo=10o2Φ=118o2Φ1=70obε=3.5mmb=2mml=4mm
(2)切削用量
1)决定进给量f
a)、按加工要求决定进给量根据《切削手册》表2.7,当铸铁的强度
бb
200HBSdo=18mm时,f=0.70~0.86mm/r
由于L/d=30/18=1.67<3,故取修正系数K=1
所以f=(0.70~0.86)x1=(0.70~0.86)mm/r
b)按钻头强度决定进给量根据表2.8,当бb=190MPa,do=18mm,钻头强度允许的进给量f=1.6mm/r
c)按机床进给机构强度决定进给量根据表2.9,当бb
210MPa,do
20.5mm,机床进给机构允许的轴向力为11760N(Z535钻床允许的轴向力为15696N(见《工艺设计手册》表4.2-14)时,进给量为1.5mm/r。
从以上三个进给量比较可以看出,受限制的进给量是工艺要求,其值为f=0.70~0.86mm/r,根据Z535钻床说明书,选f=0.80mm/r(见《工艺设计手册》表4.2-16),又由《切削手册》表2.19可以查出钻孔时的轴向力,当f=0.80mm/rdo<=21mm时,轴向力Ff=7260N
轴向力的修正系数为1.0,故Ff=7260N
根据Z535钻床说明书,机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=15696N,由于Ff2)决定钻头的磨钝标准及寿命
由《切削手册》表2.12,当do<=18mm时,钻头后刀面最大磨钝量取为(0.5~0.8)mm,寿命T=60min
3)决定切削速度由《切削手册》表2.15可知f=0.80mm/r时,双修磨横刃的钻头,do=18mm时,Vt=17m/min
切削速度的修正系数由《切削手册》表2.31可知
Ktv=1.0Kmv=1.0KTv=1.0Klv=0.85
所以V=VtxKv=17x1.0x1.0x1.0x0.85=14.4m/min
所以
=
=255r/min
根据Z535钻床说明书,可考虑选择nc=275r/min(见《工艺设计手册》表4.2-15)
4)检验机床扭转及功率
根据《切削手册》表2.21,当f<=0.8mm/r,do<=19mm时
Mc=51.99N.m,根据Z535钻床说明书,当nc=275r/min,Mm>Mc
又根据《切削手册》表2.23,当бb=(170~213)MPado<=20mmf<=0.9mm/rvc<=17.4m/min时Pc=1.7KW
根据Z535钻床说明书,Pc所以有Mc即f=0.80mm/rn=nc=275r/minvc=14.4m/min
(3)计算基本工时
L=l+y+Δ由《切削手册》表2.29查得y+Δ=9mm
故
=0.18min
(二)扩Ф19.8mm的孔
(1)加工条件
工艺要求:
孔径d=19.8mm,孔深l=30mm,通孔,用乳化液冷却
机床:
Z535型立式钻床
刀具:
高速钢扩孔钻头
选择高速钢扩孔钻头,其直径do=19.8mm,钻头几何形状为:
由《切削手册》表2.5ro=18oao=10okr=60okrε=30oβ=15oba1=1mm
(2)切削用量
1)决定进给量f
a)、按加工要求决定进给量根据《切削手册》表2.10,当铸铁的强度бb
200HBSdo=19.8mm时,f=(0.9~1.1)mm/r
由于L/d=30/19.8=1.52因扩孔之后还须铰孔,故取修正系数K=0.7
所以f=(0.9~1.1)x0.7=(0.63~0.77)mm/r
b)按钻头强度决定进给量根据表2.8,当бb=190MPa,do=19.8mm,钻头强度允许的进给量f=1.75mm/r
c)按机床进给机构强度决定进给量根据表2.9,当бb
210MPa,do
20.5mm,机床进给机构允许的轴向力为11760N(Z535钻床允许的轴向力为15696N(见《工艺设计手册》表4.2-14)时,进给量为1.5mm/r。
从以上三个进给量比较可以看出,受限制的进给量是工艺要求,其值为f=(0.63~0.77)mm/r,根据Z535钻床说明书,选f=0.64mm/r(见《工艺设计手册》表4.2-16),又由《切削手册》表2.19可以查出钻孔时的轴向力,当f=0.64mm/rdo<=21mm时,轴向力Ff=6080N
轴向力的修正系数为1.0,故Ff=6080N
根据Z535钻床说明书,机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=15696N,由于Ff2)决定钻头的磨钝标准及寿命
由《切削手册》表2.12,当do<=19.8mm时,钻头后刀面最大磨钝量取为(0.6~0.9)mm,寿命T=30min
3)决定切削速度由《切削手册》表2.30中的公式:
可知f=0.64mm/r时,do=19.8mm时,Vt=27m/min
切削速度的修正系数由《切削手册》表2.31可知
Ktv=1.0Kmv=1.0KTv=1.0Klv=0.85
所以V=VtxKv=27x1.0x1.0x1.0x0.85=23m/min
=
=370r/min
根据Z535钻床说明书,可考虑选择nc=375r/min(见《工艺设计手册》表4.2-15)
4)检验机床扭转及功率
根据《切削手册》表2.21,当f<=0.8mm/r,do<=21mm时
Mc=73.57N.m,根据Z535钻床说明书,当nc=375r/min,Mm>Mc
又根据《切削手册》表2.23,当бb=(170~213)MPado<=20mmf<=0.75mm/rvc<=20m/min时Pc=1.7KW
根据Z535钻床说明书,Pc所以有Mc即f=0.64mm/rn=nc=375r/minvc=23m/min
(3)计算基本工时
L=l+y+Δ由《切削手册》表2.29查得y+Δ=10mm
故
=0.13min
(三)粗铰Ф19.94mm的孔
(1)加工条件
工艺要求:
孔径d=19.94mm,孔深l=30mm,通孔
机床:
Z535型立式钻床
刀具:
高速钢铰刀
选择高速钢铰刀,其直径do=19.94mm,钻头几何形状为:
由《切削手册》表2.6ro=18oao=10okr=60okrε=30oβ=15oba1=1mm
(2)切削用量
1)决定进给量f
根据《切削手册》表2.11,当铸铁的强度бb
170HBSdo=19.94mm时,f=(1.0~2.0)mm/r,又由于粗铰之后还要精铰,所以应该选最大的进给量即f=2.0mm/r
2)决定钻头的磨钝标准及寿命
由《切削手册》表2.12,当do<=20mm时,铰刀后刀面最大磨钝量取为(0.4~0.6)mm,寿命T=60min
3)决定切削速度由《切削手册》表2.30中的公式
可知,vc=7.7m/min
切削速度的修正系数由《切削手册》表2.31可知
Ktv=1.0Kmv=1.0KTv=1.0Klv=0.85
所以V=VtxKv=7.7x1.0x1.0x1.0x0.85=6.55mm/min
所以
=
=105r/min
根据Z535钻床说明书,可考虑选择nc=140r/min(见《工艺设计手册》表4.2-15)
4)检验机床扭转及功率
根据《切削手册》表2.21,当f<=2.0mm/r,do<=21mm时
Mc=137.7N.m,根据Z535钻床说明书,当nc=140r/min,Mm>Mc
又根据《切削手册》表2.23,当бb=(170~213)MPado<=20mmf<=2.0mm/rvc<=10m/min时Pc=1.7KW
根据Z535钻床说明书,Pc所以有Mc即f=2.0mm/rn=nc=140r/minvc=6.55m/min
(3)计算基本工时
L=l+y+Δ由《切削手册》表2.29查得y+Δ=10mm
故
=0.14min
(四)精铰Ф20mm的孔
(1)加工条件
工艺要求:
孔径d=19.94mm,孔深l=30mm,通孔,精度等级为IT7
机床:
Z535型立式钻床
刀具:
高速钢铰刀
选择高速钢铰刀,其直径do=20mm:
钻头几何形状为:
由《切削手册》表2.6ro=0ao=7oa1=18o
(2)切削用量
1)决定进给量f
根据《切削手册》表2.11,当铸铁的强度бb
170HBSdo=20mm,加工精度要求为H7精度时,f=(1.0~2.0)mm/r,由于这是粗铰之后的精铰,所以应该选中等的进给量即f=1.5mm/r
2)决定钻头的磨钝标准及寿命
由《切削手册》表2.12,当do<=20mm时,铰刀后刀面最大磨钝量取为(0.4~0.6)mm,寿命T=60min
3)决定切削速度由《切削手册》表2.30中的公式
可知,vc=9.64m/min
切