机械制造技术基础课程设计说明书--CA6140车床拨叉夹具设计.docx

机械制造技术基础课程设计设计计算说明书设计题目：CA6140车床拨叉夹具设计姓 名： 赵 波学 号： 20132491班 级： 2013级02班指导教师： 鞠萍华重庆大学机械工程学院二一六年一月一、 零件的工艺分析和生产类型的确定1、零件的用途CA6140车床的拨叉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25孔与操纵机构相连，而下方的55半圆孔则与其所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮来实现变速。两件零件铸为一体，加工时分开。2、零件的技术要求该零件两个面都没有尺寸精度的要求，也无粗糙度的要求。25的孔的粗糙度值要求1.6，需要精加工。因是大批量生产，所以需用钻、扩、粗铰和精铰以保证其加工精度。下面的55孔内表面有3.2的粗糙度的要求，所以采用先粗镗再精镗来满足其精度要求，同时保证25的孔和叉口的垂直度。同时该零件上还需加工168的槽，其粗糙度值为3.2，所以必须先粗铣再精铣，且同时要满足该槽与25的孔的垂直度。以25为中心的加工表面，这一组加工表面包括：25 的孔，槽端面与孔有位置要求，孔壁上有一个一定角度的斜加工面，操纵槽的三个表面，其中侧面与25孔的中心线有垂直度要求为0.08mm。以55为中心的加工表面，这一组加工表面包括：55 的孔，以及其上下两个端面。这两组表面有一定的位置度要求,即55 的孔上下两个端面与25 的孔有垂直度要求为0.1 mm。由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。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。 3、确定拨叉的生产类型已知此拨叉零件的生产纲领为5000件/年，拨叉属于轻型零件，查机械制造工艺及设备设计指导手册，可确定该拨叉生产类型为大批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。二、确定毛坯根据机械制造工艺设计简明手册（机械工业出版出版社、哈尔滨工业大学李益民主编） 零件材料为HT200，采用铸造。根据机械加工工艺手册（机械工业出版出版社、杨叔子主编），得知大批量生产的铸造方法有两种金属模机械砂型铸造和压铸，由于压铸的设备太昂贵，根据手册数据采用铸造精度较高的金属型铸造。三、工艺规程设计1、基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。2、基准的选择对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有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。因本零件毛坯是金属模铸造成型，铸件精度较高，所以选择40mm孔及其外圆面作为粗基准加工底面。再加一个钩形压板和一个V形块限制自由度，达到完全定位。选择精基准时主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算。3、制定工艺路线 制定工艺路线得出发点,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。4、工艺路线方案工序：以55孔和40外圆面为定位基准，选用X51铣床和专用夹具先粗铣再精铣底面，保证表面粗糙度为Ra3.2。工序：钻、扩、粗铰、精铰25孔，以40外圆和底面为基准，选用Z535立式钻床和专用夹具。工序：铣75的上端面。利用25的孔定位，以底面和75下端面作为基准，选用X51立式铣床和专用夹具。工序：粗、精镗的的内圆面。利用25的孔定位，以底面和75上端面作为基准，选用坐标镗床TS4163和专用夹具。工序：铣75的下端面。利用25的孔定位，以底面和75上端面作为基准，选用X51立式铣床和专用夹具。工序：切断55，用宽为4mm的高速钢锯片铣刀，选用X51立式铣床和专用夹具。工序：粗铣、精铣168的槽，以25的孔及40外圆面定位，选用X51立式铣床、高速钢三面刃铣刀和专用夹具，。工序：粗铣3521的面。以25的孔和55的内圆面定位，选用X51立式铣床和专用夹具。工序IX:去毛刺及检验5、各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定1）底面的加工余量底面的单边总加工余量为Z=4.1mm查文献15表5-49 平面精加工余量得精加工余量故粗加工余量为Z=3.1mm。2）钻25的孔加工余量及公差由于孔径为25mm，因此毛坯铸成实心。该孔的精度要求在IT6IT7之间，参照工艺手册表2.3-9表2.3-12确定工序尺寸及余量，查工艺手册表2.2-5，成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为7-9级，选用8级。MA为F。公差值T=0.12 mm，钻孔23mm扩孔24.8 mm 2Z=1.8 mm粗铰孔24.94mm 2Z=0.14 mm精铰孔25mm 2Z=0.06 mm由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法加工方式予以确定。由此可知：毛坯名义尺寸：42（mm） 钻孔时的最大尺寸：23（mm）钻孔时的最小尺寸：22.5（mm）扩孔时的最大尺寸：23 +1.8=24.8（mm）扩孔时的最小尺寸：24.8-0.35=24.45（mm）粗铰孔时的最大尺寸： 24.8+0.14=24.94（mm）粗铰孔时的最小尺寸： 24.94-0.15=24.79（mm）精铰孔时的最大尺寸： 24.94+0.06=25（mm）精铰孔时的最小尺寸： 25-0.05=24.95（mm）3）铣75上端面两75圆柱端面加工余量及公差为自由尺寸公差,表面粗糙度值要求为Ra3.2,要求粗铣,精铣。75精铣的加工余量(单边)Z=0.4粗铣加工余量(单边)Z=1.34）粗、精镗55毛坯为铸孔,内孔精度要求IT13表面粗糙度为Ra3.2,参照工艺手册表2.3-10确定工序尺寸及余量为:粗镗54，2Z=4 精镗55，2Z=15）铣75下端面两75圆柱端面加工余量及公差为自由尺寸公差,表面粗糙度值要求为Ra3.2,要求粗铣,精铣。55精铣的加工余量(单边)Z=0.4 粗铣加工余量(单边)Z=1.36）切断55 ，后粗铣断面选用宽度为2 的高速钢锯片铣刀从55孔处切断并粗铣断面，切削余量Z=1.07）铣168的槽此面的粗糙度要求为3.2，所以先粗铣再精铣。参照工艺手册表2.3-9表2.3-12确定工序尺寸及余量为：查工艺手册表2.2-5，成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为79级，选用8级。MA为F。公差值T= 1.6mm 。粗铣168的槽 Z=2.0 精铣168的槽 Z=0.48）粗铣3521面因为该面的粗糙度为6.3，所以粗铣一次即可。参照工艺手册表2.3-9表2.3-12确定工序尺寸及余量为：查工艺手册表2.2-5，成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为79级，选用8级。MA为F。公差值T=1.3mm粗铣3521的上端面 2z=3.0 三、确立切削用量及基本工时工序：粗铣所在168的底面此面的粗糙度要求为3.2，所以分粗精加工即可。参照工艺手册表2.3-9表2.3-12确定工序尺寸及余量为：查工艺手册表2.2-5，成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为79级，选用8级。MA为F。公差值T=1.6mm，其偏差0.7粗铣168所在表面 Z=1.0工序：钻、扩、粗铰、精铰25孔1）加工条件工件材料：灰铸铁HT200加工要求：钻25的孔，其表面粗糙度值为Rz=1.6 m；先钻23的孔在扩24.8的孔，再粗铰24.94孔，再精铰25孔。机床：Z5125A立式钻床。刀具：23麻花钻，24.8的扩刀，铰刀。2）计算切削用量钻23的孔。1、进给量查机械制造工艺与机床夹具课程设计指导P47表2-23钻孔进给量f为0.390.47 mm/r，由于零件在加工23mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则f=(0.390.47)0.75=0.290.35mm/r，查表得出，现取f=0.25mm/r。此工序采用23的麻花钻。所以进给量f= 0.25mm/r2、钻削速度切削速度：根据手册表2.13及表2.14，查得切削速度V=18m/min。根据手册nw=300r/min,故切削速度为3、切削工时l=23mm，l1=13.2mm.查工艺手册P9-143表9.4-31，切削工时计算公式： 1、扩孔的进给量查切削用量手册表2.10规定,查得扩孔钻扩24.8的孔时的进给量,并根据机床规格选取 F=0.3 mm/r2、切削速度扩孔钻扩孔的切削速度,根据工艺手册表28-2确定为V=0.4V 钻其中V 钻为用钻头钻同样尺寸的实心孔时的切削速度.故V=0.421.67=8.668m/min按机床选取nw=195r/min.3、切削工时切削工时时切入L1=1.8mm,切出L2=1.5mm 1、粗铰孔时的进给量根据有关资料介绍,铰孔时的进给量和切削速度约为钻孔时的1/21/3,故F=1/3f钻=1/30.3=0.1mm/rV=1/3V钻=1/321.67=7.22m/min2、切削速度按机床选取nw=195r/min,所以实际切削速度3、切削工时切削工时,切入l2=0.14mm,切出l1=1.5mm.1、精铰孔时的进给量根据有关资料介绍,铰孔时的进给量和切削速度约为钻孔时的1/21/3,故F=1/3f钻=1/30.3=0.1mm/rV=1/3V钻=1/321.67=7.22m/min2、切削速度按机床选取nw=195r/min,所以实际切削速度3、切削工时切削工时,切入l2=0.06mm,切出l1=0mm.工序：粗、精铣73上端面 1.选择工具 切削手册根据表1. 选择YG6硬质合金刀具根据表3.1 铣前深度ap5铣削宽度ae9 端铣刀直径d0=22mm由于采用标准硬质合金端铣刀,故齿数Z=62 铣刀几何形状查表机械加工工艺师手册21-10，21-18。由于 HBS=200, r0=00=17 a0=6, =30 (2240)Kr=4 (34) Kre=45b=1 mm( 0.81.3)2选择切削用量1决定铣削宽度ae (由于加工余量不大,铸体为金属型,铸造表面粗糙度要求为3.2 所以可以在一次走刀内切完)ae=9mm2决定每齿进给量fz 当使用YG6铣床功率为7.5KW查表3.5时 fz=0.140.24mm/z 要达到表面粗糙度为3.2，每转进给量为0.51.0mm/r。Z=6，根据af=f/Z,所以取f=0.15mm/z 。3 选择铣刀磨纯标准及刀具寿命根据表3.7 铣刀刀齿刀面最大磨损量为粗加工时1.01.2由于铣刀直径d0=22mm 故刀具寿命T=60min (查表3.8)4根据(表3.16)当d0=22mm Z=6 ap=5 ac=9 fz=0.15 Vc= 60 m/min （5595） nt =868r/min Vft=781mm/min各修正系数为: kmv=kmn=kmvf=0.89Ksv=ksn=ksvf=0.8故:Vc=Vt kv=600.890.8=41.28m/minn=nt kn=8680.890.8=618r/minVf=Vft kvt=7810.890.8=554mm/min根据X5032立式升降台铣说明书(设计手册)选择n =710r/min Vfc=500mm/min因此 实际切削速度和每齿进给量为VC=d0n /1000 =3.1422710 / 1000 = 49m/minFzc=vfc / (ncZ) =500/ 7106=0.11mm/z5根据机床功率:根据表3.24 当HBS= 170240 ae9mm ap5 d=22 Z=6 Vf=500mm/min近似Pcc=4.8KW根据X52K型立铣说明机床主轴允许功率为Pcm=7.50.75=5.63KW故Pcc计算基本工时tm = L / vf式中 L=128.74mm 根据表3.26,对称安装铣刀,入切量及超切量Y+=35 则工时为 tm =L / nf=(128.74+35)/710*0.66=0.35min工序： 镗55的内圆面1选择刀具:查表机械加工工艺手册表 11.2-10选择莫式锥柄3 刀杆直径D=30 高速钢刀头2选择切削用量有工艺手册表2.3-10得粗镗53.5，2Z=3.5精镗55+0.4 2Z=1.5粗镗孔至53.5单边余量Z=1.75/mm一次镗去全部余量ap=4.5 mm （58）进给量f=0.52 mm/r （0.31.0）根据机械加工工艺手册确定坐标镗床TS4163的切削速度 为v=36m/min （2036m/min）nw =1000v / d=100035 / 3.1450 =223r/min查表4.2-20 T4132立式镗床主轴转速n=250r/min 切削工时 L=30,L2=3,L3=4t1=L / nf =(30+3+4)/2500.52=0.28min半精镗孔50+0.50 切削用量 ap=1.5 （1.53）单边余量Z=0.1mm 一次公差去全部余量ap0.2mm进给量 f =0.2mm/r （0.20.8）根据有关手册,确定立式镗床切割进度v=42m/min (2540)查表4.2-20 T4132立式镗床（主电动机=1.1kw，总容量1.16kw）主轴转速n =355 r/min切削工时 L=30,L2=3,L3=4t 2=L/ nf=(30 +3+4)/ 3550.2=0.52min工序：粗、精铣73下端面 1.选择工具 切削手册根据表1. 选择YG6硬质合金刀具根据表3.1 铣前深度ap5铣削宽度ae9 端铣刀直径d0=22mm由于采用标准硬质合金端铣刀,故齿数Z=62 铣刀几何形状查表机械加工工艺师手册21-10，21-18。由于 HBS=200, r0=00=17 a0=6, =30 (2240)Kr=4 (34) Kre=45b=1 mm( 0.81.3)2选择切削用量1)决定铣削宽度ae (由于加工余量不大,铸体为金属型,铸造表面粗糙度要求为3.2 所以可以在一次走刀内切完)ae=9mm2)决定每齿进给量fz 当使用YG6铣床功率为7.5KW查表3.5时 fz=0.140.24mm/z 要达到表面粗糙度为3.2，每转进给量为0.51.0mm/r。Z=6，根据af=f/Z,所以取f=0.15mm/z 。3)选择铣刀磨纯标准及刀具寿命根据表3.7 铣刀刀齿刀面最大磨损量为粗加工时1.01.2由于铣刀直径d0=22mm 故刀具寿命T=60min (查表3.8)4根据(表3.16)当d0=22mm Z=6 ap=5 ac=9 fz=0.15 Vc= 60 m/min （5595） nt =868r/min Vft=781mm/min各修正系数为: kmv=kmn=kmvf=0.89Ksv=ksn=ksvf=0.8故:Vc=Vt kv=600.890.8=41.28m/minn=nt kn=8680.890.8=618r/minVf=Vft kvt=7810.890.8=554mm/min根据X5032立式升降台铣说明书(设计手册)选择n =710r/min Vfc=500mm/min因此 实际切削速度和每齿进给量为VC=d0n /1000 =3.1422710 / 1000 = 49m/minFzc=vfc / (ncZ) =500/ 7106=0.11mm/z5根据机床功率:根据表3.24 当HBS= 170240 ae9mm ap5 d=22 Z=6 Vf=500mm/min近似Pcc=4.8KW根据X52K型立铣说明机床主轴允许功率为Pcm=7.50.75=5.63KW故Pcc计算基本工时tm = L / vf式中 L=128.74mm 根据表3.26,对称安装铣刀,入切量及超切量Y+=35 则 工时为 tm =L / nf=(128.74+35)/710*0.66=0.35min工序VI：切断55 1、进给量采用切断刀，齿数4，每齿进给量=0.15mm/z（机械制造工艺与机床夹具课程设计指导（吴拓、方琼珊主编）。故进给量f=0.6mm/r2、铣削速度：（m/min） （表9.4-8）由数控加工工艺（田春霞主编）中第五章表5-6得切削速度为918m/min根据实际情况查表得V=15 m/min3、切削工时切出l=2mm，切出l1=2mm,行程量=75mm。查工艺手册P9-143表9.4-31，切削工时计算公式：工序铣168的槽进给量的槽可用高速钢三面刃铣刀加工，铣刀规格为16，齿数为10。由机械加工工艺师手册表21-5，取每齿进给量为0.15mm/z, ap=2mm，故总的进给量为f=0.1510=1.5 mm/r。 切削速度由工艺手册表3.1-74,取主轴转速为190r/min。则相应的切削速度为：切削工时切入l=2mm，切出l1=2mm行程量l2=40mm。查工艺手册P9-143表9.4-31，切削工时计算公式：工序：粗铣35x21平面（1）整个加工余量为8mm,粗铣加工余量1.5，行程数为2 (2) 确定进给量选用硬质合金端铣刀，材料为YG6，由文献15表598 铣刀直径选择得铣刀直径应小于80mm，取直径为40mm。齿数为6。可选用X52K立式升降台铣床功率为7.5kw，由文献15表5-146 硬质合金面铣刀、圆柱铣刀和圆盘铣刀加工平面和凸台时的进给量得每齿进给量(3) 确定切削速度由文献15表2-17 铣削时切削速度的计算公式及表5-98铣刀直径选择和表5-7 立式铣床主轴转速得:式中 =24；=0.；=0.1；0.3；=0.2；=0；m=0.32。取立式铣床主轴转速n=150r/min，则切削速度 (4) 切削工时由文献15表5-73立式铣床工作台进给量取=126mm/min，；同理四、 夹具设计夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。1、提出问题（1）怎样限制零件的自由度；V形块限制4个自由度，定位块限制1个自由度，限位销限制1个自由度。（2）怎样夹紧；设计夹具由螺旋夹紧配合V形块夹紧工件，定位块起支撑工件的作用。（3）设计的夹具怎样排削；此次加工利用麻花钻和扩刀、铰刀，排削通过钻模板与工件之间的间隙排削。（4）怎样使夹具使用合理，便于装卸。2、设计思想设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。本夹具主要用来对25H7孔进行加工，这个孔尺寸精度要求为H7，表面粗糙度Ra1.6，钻、扩、粗铰、精铰以可满足其精度。所以设计时要在满足精度的前提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。3、夹具设计1）定位分析（1）定位基准的选择据夹具手册知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。故加工25H7孔时，采用40的外圆面和其的下端面作为定位基准。（2）定位误差的分析定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为V形块与定位块，因为该定位元件的定位基准为孔的轴线，所以基准重合B=0，由于存在间隙，定位基准会发生相对位置的变化即存在基准位移误差。Y=0.707d=0.7070.025mm=0.0177mm2）切削力及夹紧力的计算刀具：23的麻花钻，24.8的扩孔钻，铰刀。钻孔切削力：查机床夹具设计手册P70表3-6，得钻削力计算公式： 式中 P钻削力t钻削深度, 80mmS每转进给量, 0.25mmD麻花钻直径, 23mmHB布氏硬度，140HBS 所以 =800（N）钻孔的扭矩： 式中 S每转进给量, 0.25mmD麻花钻直径, 23mmHB布氏硬度，140HBS=0.014=1580(NM)扩孔时的切削力：查机床夹具设计手册P70表3-6，得钻削力计算公式：式中 P切削力t钻削深度, 80mmS每转进给量, 0.3mmD扩孔钻直径, 24.8mmHB布氏硬度，140HBS 所以 = 873（N）扩孔的扭矩： 式中 t钻削深度, 80mmS每转进给量, 0.3mmD麻花钻直径, 24.8mmHB布氏硬度，140HBS =1263（NM）钻孔夹紧力：查机床夹具设计手册P70表3-6，查得工件以V形块和定位块定位时所需夹紧力计算公式：式中 螺纹摩擦角平头螺杆端的直径工件与夹紧元件之间的摩擦系数,0.16螺杆直径 螺纹升角Q 手柄作用力L 手柄长度则所需夹紧力 =399（N）根据手册查得该夹紧力满足要求，故此夹具可以安全工作。4、夹具操作说明此次设计的夹具夹紧原理为：通过40外圆、平面和侧面为定位基准，在V形块、支承板和挡销上实现完全定位，以钻模板引导刀具进行加工。采用手动螺旋快速夹紧机构夹紧工件。