CA6140车床拨叉零件的机械加工工艺及工艺设备.doc

1、题目: 设计”CA6140车床拨叉”零件的机械加工工艺及工艺设备内容：1.零件图 1张 2.毛坯图 1张 3. 机械加工工艺卡 1张 3. 机械加工工序卡 1张4. 夹具设计装配图 1张 5. 课程设计说明书 1张一、零件的分析(一)零件的作用题目所给的零件是CA6140车床的拨叉。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工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的20孔与操纵机构相连，二下方的50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。两件零件铸为一体，加工时分开。(二)零件的工艺分析零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优

2、良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：1、小头孔20以及与此孔相通的8的锥孔、M6螺纹孔。2、大头半圆孔50。3、拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔端面，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。由上面分析可知，可以粗加工拨叉下端面，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。二、确定毛坯1、确定毛坯种类：零件材料为HT200。考

3、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，生产类型为中批生产，故选择木摸手工砂型铸件毛坯。查手册选用铸件尺寸公差等级为CT-12。2、确定铸件加工余量及形状：查手册选用加工余量为MA-H级，并查表2.2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选用及加工余量，如下表所示：简 图加工面代号基本尺寸加工余量等级加工余量说明D120H102孔降一级双侧加工D250H3.52孔降一级双侧加工T230H5单侧加工T312H5单侧加工T412H5单侧加工3、绘制铸件零件图三、工艺规程设计(一)选择定位基准：1 粗基准的选择：以零件的小头上端面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面

4、为辅助粗基准。 2 精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔外圆柱表面为辅助的定位精基准。(二)制定工艺路线:根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，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 粗、精铣20孔上端面。工序二 钻、扩、铰、精铰20、50孔。工序三 粗、精铣50孔上端面工序四 粗、精铣50、20孔下端面。工序五

5、切断。工序六 钻4孔（装配时钻铰锥孔）。工序七 攻M6螺纹。工序八 铣斜肩。工序九 去毛刺工序十 终检。2.工艺路线方案二工序一 粗、精铣20孔上端面。工序二 粗、精铣20孔下端面。工序三 钻、扩、铰、精铰20孔。工序四 钻、扩、铰、精铰50孔。工序五 粗、精铣50孔上端面工序六 粗、精铣50孔下端面。工序七 切断。工序八 钻4孔（装配时钻铰锥孔）。工序九 攻M6螺纹。工序十 铣斜肩。工序十一 去毛刺。工序十二 终检3工艺路线方案三工序一 退火工序二 粗精铣20、50下端面工序三 粗精铣20、50上端面工序四 钻、扩、粗、精铰20孔工序五 粗镗、半精镗50孔工序六 铣斜肩工序七 钻、铰8锥孔工

6、序八 钻M6底孔，攻螺纹工序九 铣断工序十 去毛刺工序十一 终检经筛选比较，虽然方案三的工序步骤简单，且方案三的加工效率高，加工精度高。所以选择工艺路线方案三。（三）机械加工余量、工序尺寸及公差的确定:1、圆柱表面工序尺寸： 前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度工序余量最小最大50IT12（D2）铸件7.0CT12粗镗4.0IT126.30.956.8半精镗3.0IT103.22.93.2520IT7（D1）钻18IT1117.8918扩1.8IT106.31.7161.910粗铰0.14IT

7、83.20.1070.224精铰0.06IT71.60.0390.0932、平面工序尺寸：工序号工序内容加工余量基本尺寸经济精度工序尺寸偏差工序余量最小最大铸件5.0CT1201粗铣20孔下端面4.036.0121.57.7502粗铣20孔上端面4.032.0121.57.7502粗铣50孔上端面4.014.0121.86.3806精铣20孔下端面1.031.080.751.28306精铣20孔上端面1.030.080.751.28308精铣50孔端面1.0212.080.9511.0163、确定切削用量及时间定额：工序01 粗铣20、50下端面，以T2为粗基准。1. 加工条件工件材料：HT2

8、00,b =170240MPa，铸造;工件尺寸：aemax=72mm，l=176mm;加工要求：粗铣20孔下端面，加工余量4mm;机床：X51立式铣床；刀具：YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae90,深度ap6,齿数z=12,故根据机械制造工艺设计简明手册（后简称简明手册）表3.1，取刀具直径d0=125mm。根据切削用量手册（后简称切削手册）表3.16，选择刀具前角00后角08，副后角0=10，刃倾角：s=10,主偏角Kr=60,过渡刃Kr=30,副偏角Kr=5。2. 切削用量1）确定切削深度ap 因为余量较小，故选择ap=4mm，一次走刀即可完成。2）确定每齿进给量fz 由于本工序为粗加工，

9、尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据切削手册表3.5，使用YG6硬质合金端铣刀加工，机床功率为4.5kw（据简明手册表4.2-35，X51立式铣床）时： fz=0.090.18mm/z故选择：fz=0.18mm/z。3）确定刀具寿命及磨钝标准 根据切削手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直径d0=125mm，故刀具使用寿命T=180min（据简明手册表3.8）。4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf根据切削手册表3.16，当d0=125mm，Z=12，ap7.5，fz0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/m

10、in,vft=471mm/min。各修正系数为：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度计算公式为：其中 ，将以上数据代入公式：确定机床主轴转速： 。根据简明手册表4.2-36，选择nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，实际进给量和每分钟进给量为：vc=m/min=118m/minf zc=v fc/ncz=390/30012 mm/z=0.1mm/z5)校验机床功率 根据切削手册表3.24，近似为Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率Pcm=4.50.75kw=3.375kwPcc。故校验合格。最终确定:ap=4.0mm，nc=300r/min，vf=3

11、90mm/s，vc=118m/min，fz=0.1mm/z。6）计算基本工时 tmL/ vf，L=l+ y+，l=176mm.查切削手册表3. 26，入切量及超切量为：y+=40mm，则：tmL/ Vf=(176+40)/390=0.81min。工序02 粗铣20上端面，以T1为定位基准。 切削用量和时间定额及其计算过程同工序01。工序03 粗铣50上端面，以T4为定位基准刀具：YG6硬质合金端铣刀，机床：X51立式铣床根据切削手册查得，。根据简明手册表4.2-36查得，取：，故实际切削速度： 当时，工作台每分钟进给量应为：查说明书，取计算切削基本工时：因此，工序04 钻、扩20孔，以32外圆

12、和T2为基准，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT10。1. 选择钻头 根据切削手册表2.1.2.2，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角o12，二重刃长度b=3.5mm,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度， 2.选择切削用量 （1）确定进给量按加工要求确定进给量：查切削手册，由切削手册表2.7,系数为0.5,则： 按钻头强度选择:查切削手册表2.8,钻头允许进给量为：；按机床进给机构强度选择：查切削手册表2.9，机床进给机构允许轴向力为8330N时，进给量为。以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为：0.2150.265m

13、m/r。根据简明手册表4.2-16,最终选择进给量。由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。根据切削手册表2.19查出,钻孔时轴向力Ff=2500N，轴向力修正系数为1.0，故Ff=2500N。根据Z525立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为8830NFf，故所选进给量可用。（2）确定钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查简明手册）为0.6mm，寿命（3）切削速度查切削手册表2.30，切削速度计算公式为： （m/min）其中，查得修正系数：，故实际的切削速度： （4）检验机床扭矩及功率查切削手册表2.20，当f0.26, do19m

14、m时，Mt=31.78Nm，修正系数均为1.0，故MC=31.78 Nm。查机床使用说明书：Mm =144.2 Nm。查切削手册表2.23,钻头消耗功率：Pc=1.3kw。查机床使用说明书，。由于，故切削用量可用，即：，3、计算工时4、扩孔至19.8查切削手册表2.10，扩孔进给量为：，并由机床使用说明书最终选定进给量为：。根据资料，切削速度 ，其中为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故：，根据机床使用说明书选取： 。基本工时： 工序05 粗镗50孔，以D1为定位基准。机床：T60卧式镗床单边余量 可一次切除，则 。根据简明手册4.2-20查得，取 。根据简明手册4.2-21查得，取：。计算

15、切削基本工时：工序06 铣斜肩，以D1和T2为定位基准。刀具：硬质合金三面刃铣刀机床：X51立式铣床根据简明手册查得：。根据切削手册查得：因此：现采用X51立式铣床，取：，故实际切削速度为：当时，工作台每分钟进给量应为：根据切削手册表4.2-37查得,取：。计算切削基本工时：因此：工序07 精铣20下端面，以T2为基准。刀具：YG6硬质合金端铣刀；机床：X51立式铣床；查切削手册表3.5，进给量为：，取为0.5mm/r参考有关手册，确定，采用YG6硬质合金端铣刀，则：现采用X51立式铣床，根据简明手册表4.2-36，取，故实际切削速度： 当时，工作台每分钟进给量：，取为980mm/min本工序

16、切削时间为：min工序08 精铣20上端面，以T1为基准。切削用量同工序07精铣时基本工时：工序09 粗铰、精铰20孔，以T2和32外圆为基准。（1）粗铰至刀具：专用铰刀机床：Z525立式钻床根据有关手册的规定，铰刀的进给量为0.81.2mm/z,进给量取0.81mm/r，机床主轴转速取为=140r/min，则其切削速度为：。机动时切削工时，=38mm，(2) 精铰至刀具：机床：Z525立式钻床根据有关手册的规定，铰刀的进给量取0.48mm/r，机床主轴转速取为：=140r/min，则其切削速度为：机动时切削工时，=38mm工序10 精铣50端面，以D1为基准。机床：X51立式铣床刀具：硬质合

17、金立铣刀（镶齿螺旋形刀片），由切削手册表3.6查得：，,即27m/min，因此，。现采用X51立式铣床，取 ，工作台每分钟进给量应为：，查机床使用说明书，取 。铣削基本工时：工序11 半精镗50孔，以D1做定位基准。单边余量,可一次切除，则 。由切削手册表1.6查得，进给量取为0.27mm/r。由切削手册表1.1查得，则：查简明手册表4.2-20，取为630r/min。加工基本工时：工序12 钻、铰8锥孔，以T1和零件中线为基准。刀具：专用刀具机床：Z525立式钻床确定进给量：根据切削手册表2.7查得，查Z525机床使用说明书，现取。查切削手册表2.15，计算机床主轴转速：按机床选取，所以实际

18、切削速度为：计算切削基本工时：工序13 钻M6底孔，攻螺纹，以T1和零件中线为基准（1）钻螺纹底孔mm机床：Z525立式钻床刀具：高速钢麻花钻根据切削手册查得，进给量为0.180.22mm/z,现取f=0.22mm/z，v=17m/min，则：查简明手册表4.2-15，取。所以实际切削速度为：计算切削基本工时：（2）攻螺纹M6机床：Z525立式钻床刀具：丝锥M6，P=1mm切削用量选为：，机床主轴转速为：，按机床使用说明书选取：，则 ；机动时，计算切削基本工时：工序14 铣断，以D1为基准。选择锯片铣刀，d=160mm，l=4mm，中齿，Z=40采用X61卧式铣床查切削手册，选择进给量为：,切

19、削速度为：，则：根据简明手册表4.2-39，取，故实际切削速度为：此时工作台每分钟进给量应为：查切削手册表4.2-40，刚好有。计算切削基本工时：四、夹具设计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。并设计工序13钻M6螺纹底孔的夹具。本夹具将用于Z525立式钻床，刀具为高速钢麻花钻。(一)问题的提出本夹具主要用来钻M6螺纹底孔，该孔为斜孔，跟拨叉的中线有一定的角度要求，在加工时应保证孔的角度要求。此外，在本工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而其位置尺寸为自由公差，精度不是主要问题。(二)夹具设计1、定位基准选择 由零件图可知，M6螺纹孔为斜孔，相对于

20、拨叉中线有的要求，为使定位误差为零，应该选择拨叉中线为定位基准保证该角度。此外，还应以20孔端面为基准，从而保证螺纹孔在拨叉体上的位置。 为了提高加工效率，现决定采用手动夹紧工件快换装置，并采用快换钻套以利于在钻底孔后攻螺纹。2、切削力及夹紧力计算 刀具：硬质合金麻花钻，。由实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于工作台,查切削手册表2.3，切削力计算公式为： 其中：，与加工材料有关,取0.94；与刀具刃磨形状有关,取1.33；与刀具磨钝标准有关,取1.0，则： 在20孔两个端面只需要采用开口垫圈和六角螺母适当夹紧后本夹具即可安全工作. 3、定位误差分析（1）定位元件尺

21、寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为两个定位销，这两个定位销的尺寸与公差规定为与本零件在工作时与其相匹配轴的尺寸与公差相同，即。此外，这两定位销共同保证加工孔偏斜的角度，其中心连线与工作台面成10角。（2）计算钻套中心线与工作台的垂直度误差。钻套外径与衬套孔的最大间隙为衬套外径与钻模板孔的最大间隙为则钻套中心与工作台平面的垂直度误差为：0.026-0.005=0.021（3）计算定位销轴与工作台的平行度误差。定位销轴与夹具体孔的最大间隙为：夹具体孔的长度为14mm，则上述间隙引起的最大平行度误差为：0.034/14，即0.24/100。4、夹具设计及操作的简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该考虑提高劳动生产率。为此，设计采用了快换装置。拆卸时，松开夹紧螺母12扣，拔下开口垫圈，实现工件的快换。攻螺纹时，松开压紧螺母即可替换可换钻套，进行攻螺纹加工。5、钻床夹具的装配图见附图