车床C6140A拨叉机械加工工艺及一道工序夹具设计.docx

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车床C6140A拨叉机械加工工艺及一道工序夹具设计

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本科生毕业论文（设计）

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题目：

车床C6140A拨叉机械加工工艺及（一道工序）夹具设计

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内容摘要

在机械制造批量生产中根据加工工件的工艺要求，合理地使用夹具是充分发挥通用机床的作用、保证产品质量、缩短辅助时间、提高劳动生产率、降低生产成本、减轻劳动强度的重要手段。

同时，使用夹具还有助于工人掌握复杂或精密零件的加工质量及解决较为复杂的工艺问题等，因此，机床夹具在机械制造行业中占有十分重要的地位。

本论文应用本专业所学课程的理论和实际知识进行一次夹具设计工作的实际训练，本设计的内容是以大连机床集团设计生产的C620普通车床为设计原型，经过学习和钻研，对C620普通车床的机械加工工艺方案的分析和设计。

关键词：

机械加工；工艺；切削；夹具设计；工时

目录

内容摘要I

引言1

1概述2

2设计任务说明3

2.1零件的作用3

2.2零件的工艺分析3

（二）、零件的工艺分析：

3

3工艺路线的制定4

3.1工艺路线的拟订4

3.2确定毛坯的制造形式26

3.3基准的选择27

3.4具体分析28

3.5工艺路线的拟订28

3.6工艺卡的填写29

3.7有效功率的计算29

4夹具的设计30

4.1工序夹具的确定30

4.2夹具设计有关计算31

4.3夹具装配32

4.4夹具经济性分析32

结论34

参考文献35

引言

本次设计的题目是“车床拨叉机械加工工艺及钻孔夹具设计”。

这个题目是传统的机械设计课题，在做这个设计题目过程中，涉及了很多工艺规程设计方面的知识。

本次的设计任务是：

制定一给定的零件（车床拨叉）的机械加工工艺及就加工该零件的某一道工序（钻孔）的夹具设计。

设计内容包括：

毛坯零件综合图一张；

夹具装配图1张；

夹具体图1张；

工序卡的编订、绘制；

论文1份；

1概述

本次设计任务需完成毛坯选择、编排加工工艺、工装夹具设计、撰写产品说明书，以及图纸绘制等工作，图纸说明如下：

1．毛坯—零件综合图1张

2．夹具装配图1张

3．说明书1份

2设计任务说明

2.1零件的作用

机械制造工艺学课程设计,是在学完机械制造工艺学及夹具设计原理课程，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。

2.2零件的工艺分析

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，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。

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的六齿方花键孔、Ø22+0.280花键底孔两端的2X150到角和距中心线为27mm的平面。

2.以工件右端面为基准的8+0.030mm的槽和18+0.120mm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。

3工艺路线的制定

3.1工艺路线的拟订

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。

方案二

工序：

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.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。

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。

以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程综合卡片”

3.2确定毛坯的制造形式

1）毛坯的选择

由于零件是中批生产，故优先考虑锻、铸件，可提高生产率，降低成本，

又考虑到零件的力学性能、形状及大小，故采用铸件。

2）毛坯余量和加工余量的确定

加工余量的大小不仅直接影响毛坯尺寸，而且影响到工艺装备（如锻模、夹具等）的尺寸，设备的调整，切削用量的选择，材料消耗工艺定额和加工工时定额等。

如果余量留大了，既浪费材料又浪费工时、工具和动力；如果留小了，由于加工过程中的应力变形和热变形等影响，可能会由于余量不足而导致工件报废，因此，在设计工艺规程时确定合理的加工余量是十分重要的。

机械加工中毛坯尺寸与其零件尺寸之差，称为毛坯余量，加工余量的大小，取决于各加工过程中各个工序应切除的金属层总和，以及毛坯尺寸与规定的公称尺寸间的偏差值。

毛坯余量的确定：

根据毛坯的铸造精度，铸件最大尺寸，该面的公称尺寸，及该面在砂箱中所处的位置，可由《金属机械加工工艺人员手册》中查出。

但在本次设计中，毛坯余量由各工序切削余量计算出。

每道工序中切去金属的厚度就是该道工序的加工余量。

加工余量的确定可由《机械加工余量手册》中查出，其选用原则为：

a.应有充分的加工余量，加工余量应能保证得到图纸上所规定的表面粗糙度及精度；

b.决定加工余量时应考虑到零件的热处理时引起的变形，否则可能产生废品；

c.决定加工余量时应考虑到所采用的加工方法和设备，以及加工过程中零件可能发生的变形；

d.决定加工余量时应考虑到被加工零件的大小，零件越大，则加工余量也越大，因为零件的尺寸增大后，由切削力，内应力等引起的变形的可能性也增加；

e.在考虑上述各项后，尽量采用最小的加工余量，以求缩短加工时间，并降低零件的制造费用。

加工余量应包括：

a.上工序的表面粗糙度（Ra）

b.上工序的表面破坏层（Da）

c.上工序的尺寸公差（Ta）

d.需要单独考虑的误差（ρa）

e.本工序的安装误差（εb）

实际生产中的加工余量，很少采用计算法，而大多是由工厂经验估计和查阅一般的机械加工手册决定，而本工艺规程加工余量的制定则参照《机械加工余量手册》而定。

在本工艺规程中，铸件采用机器造型，木模，精度等级选7级，查表12-2表12-3得：

毛坯件侧面、顶面的加工余量为4㎜，而底面有4㎜高的一个台阶面，考虑铸造方便，故其底面余量取大一些，使其表面为一平面，底面加工余量为8㎜；孔均为钻出。

绘制零件—毛坯综合图

零件—毛坯综合图详细见图纸。

3.3基准的选择

1.粗基准的选择：

1）保证工件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则：

被加工零件上如有不加工表面应选不加工表面作粗基准，这样可以保证不加工表面对于加工表面具有较为精确的相对位置关系。

2）合理分配加工余量的原则：

从保证重要表面加工余量均匀考虑，应选择重要表面作粗基准。

3）便于装夹的原则：

为使工件定位稳定，夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能平整、光洁、不允许有锻造飞边、锻造浇冒口切痕或其它缺陷，并有足够的支撑面积。

4）粗基准不得重复使用的原则：

在同一尺寸方向上粗基准只允许使用一次。

2.精基准的选择原则：

1）基准重合原则应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准，这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差。

2）统一基准原则应尽可能选择用同一组精基准加工工件上尽可能多的加工表面，以保证各加工表面之间的相对位置关系。

3）互为基准原则当工件上两个加工表面之间位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面互为基准反复加工的方法。

4）自为基准原则一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为基准。

3.4具体分析

1．零件作用：

本零件作为拨叉用。

2．零件材料：

本零件材料为HT20-40。

3．零件热处理要求：

由于本零件为铸件，需要进行时效处理。

4．零件技术要求：

本零件需加工的表面为：

A面、C面、F面、D面、E面、L孔、B孔、G孔、H孔。

其中L孔，B孔不但本身尺寸精度、表面粗糙度有较高要求，而且位置精度也有一定要求。

（详细见工件零件图）

5．零件结构特点：

对称性较好。

6．加工出该工件所用的加工方法主要有：

铣削加工，钻、锪、扩、铰削加工。

7．零件设计基准：

分析得知，其设计基准是面、面。

3.5确定切削用量及基本工时

工序Ⅰ：

车削A面。

1．加工条件。

工件材料：

灰口铸铁HT200。

σb=145　MPa。

铸造。

加工要求：

粗、半精车A面并保证28mm的工序尺寸，Ra=3.2µm

机床C3163-1。

转塔式六角卧式车床。

刀具：

刀片材料。

r=12.ao=6-8b=-10o=0.5Kr=90n=15

2、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）·1.15·0.8·0.8·0.81·0.97

=46.9（m/min）

（4）确定机床主轴转速ns=1000vc/

dw=229.8（r/min）

按C３１６３－１　车床说明书　ｎ＝200r／min

所以实际切削速度V=40.8m/min

（5）切削工时，按《工艺手册》表6.2-1

由于铸造毛坯表面粗糙不平以及存在硬皮，为了切除硬皮表层以及为下一道工步做好准备

Tm=（L+L1+L2+L3）/nwxf=0.33（min）L=（65-0）/2=32.5L1=3、L2=0、L3=0

2、精车

1）已知粗加工余量为0.5mm。

2）进给量f.根据《切削用量简明手册》表1.6，f=0.15－0.25mm/r　　　按C３１６３－１　车床说明书　ｆ＝0.16mm/r

计算切削速度按《切削用量简明手册》表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）

V=Cv/（Tm·apxv·fyv）·kv

=158/（600.2·20.15·0.160.4）·1.15·0.8·0.8·0.81·0.97

=83.85（m/min）

3）确定机床主轴转速.nw=1000vc/

dw=410.8（r/min）按C3163－１　车床说明书　　取nw=400（r/min）

实际切削速度V=57.1m/min

4）切削工时，查《工艺手册》表6.2-1

Tm=（L+L1+L2+L3）/nwxf=22.5/400x0.16=0.35（min）

由于下一道工序是钻孔，所以留下Ø20mm的台阶，所以L=（65-20）/2=22.5mmL1=3.L2=0.L3=0

3、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，=4mm。

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＝210MPa

ｄ0＝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

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≤2.8ｍｍ　ｆ≤0.6ｍｍ／ｒ　

Ｖｃ≤41ｍ／min　　Ｐｃ＝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》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=61.8x17/30x21=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

∴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/minVf=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=0.08Kmpc=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=（Cvdoqv）/（TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv）=33.1m/min

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

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）KFCKTV=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

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

M=FCdo/2×103=15.9N•M

Pc=FcVc/1000=1.18km根据X62W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+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