拔叉831008机械加工工艺规程编制及工装设计

机械制造工艺学课程设计任务书设计题目：拔叉 机械加工工艺规程编制及工装设计（年产量：4,000件）设计内容： 1.编制机械加工工艺规程，填写工艺文献1套，绘 制零件毛坯图1张 2.设计夹具1套，绘制夹具装配图和主要结构零件 图各1张 3.撰写课程设计说明书1份 设计时间： 2010年12月6日24日 学生姓名： 学生班级： 指导教师： 2010年 12 月图 纸前 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学各学科的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，他在我们四年的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己的未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好基础。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。一 拨叉的工艺分析及生产类型的确定1、 拨叉的用途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20mm孔与操纵机构相连，二下方的50mm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。2、 拨叉的技术要求加工表面尺寸及偏差(mm)公差及精度等级表面粗糙度Ra(m)形位公差/mm拨叉头上端面IT113.20.05A拨叉头下端面IT113.2拨叉脚内表面IT123.220mm孔IT71.68mm孔8IT13内孔50mm侧端面IT113.2拨叉脚两端面IT116.30.07A32mm圆柱侧面32IT1312.5该拨叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。为实现换挡、变速的功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求高。为保证拨叉换挡时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔的垂直度要求为0.07mm。综上所述，该拨叉件的各项技术要求制订的较合理，符合该零件在机床中的功用。3、 审查拨叉的工艺性CA6140车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：1. 以20mm为中心的加工表面这一组加工表面包括：20mm 的孔，以及其上下端面，上端面与孔有位置要求，孔壁上有一个装配时钻铰的锥孔，一个M6的螺纹孔。这三个都没有高的位置度要求。2. 以50为中心的加工表面这一组加工表面包括：50mm 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50 mm的孔上下两个端面与20mm 的孔有垂直度要求。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。4、 确定拨叉的生产类型依设计题目知：Q=4000件/年；结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%。代入公式得N=4000件/年*(1+3%)*(1+0.5%)=4140件/年拨叉重量为1kg,由表1-3知,拨叉属轻型零件；该拨叉的生产类型为中批生产。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，大量采用专用工装一、 确定毛坯1 选择毛坯 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。根据机械加工工艺师手册（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。2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 由手册可知，要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。2.1 公差等级 由拨叉的功用和技术要求。确定该零件的公差等级为CT92.2 公差带位置：对称分布2.3 机械加工余量等级 由金属加工工艺人员手册知，选择F级2.4 表面粗糙度由零件图可知，该拨叉各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6m2.5 铸件重量已知机械加工后拨叉件的重量为1kg，由此可初步估计机械加工前铸件毛坯的重量为2.2kg。表 拨叉铸造毛坯尺寸公差及机械加工余量项目/mm机械加工余量/mm尺寸公差/mm备注(尺寸及偏差/mm)502.52厚度122.51.6厚度302.51.83 绘制铸件毛坯简图二、 工艺规程设计1 定位基准的选择基准选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准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。定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。（1）粗基准的选择。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。根据这个基准选择原则，现选取20mm孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块并作为夹具使这两个32mm外缘面，限制3个自由度，再以三个销钉以32上表面为定位基准，达到完全定位,然后进行铣削。（2）精基准的选择。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。2 表面加工方法的确定本零件的毛坯为铸件，待加工面有内孔，端面，及锥孔，根据拨叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法，如下表所示：加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra/m加工方案拨叉头上端面IT113.2粗刮-精刮拨叉头下端面IT113.2粗铣-精铣拨叉脚内表面IT123.2粗镗-精镗拨叉脚上端面IT113.2粗刮-精刮20mm孔IT71.6钻-粗镗-精镗8mm孔IT71.6钻内孔50mm侧端面IT6.36.3粗铣M6IT13钻-丝锥攻内螺纹47凸台IT113.2粗铣-精铣三、 加工阶段的划分该拨叉加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、和精加工两个阶段。四、 工序的集中和分散本拨叉选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。该拨叉的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证加工表面之间的相对位置精度要求。五、 加工原则1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准拨叉下端面2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排加工工序。3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面拔叉头下端面，后加工次要表面拨叉上端面。4）遵循“先面后孔”原则，先加工拨叉下端面，再加工内孔；先拨叉上端面，再钻M6孔，8mm 六、 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。1.工艺路线方案一工序010 粗、精铣20mm和50mm孔下端面。工序020 钻、扩、铰、精铰20mm、50mm孔。工序030 粗、精铣20和50mm孔上端面工序040 钻4mm孔（装配时钻铰锥孔）。工序050 钻一个4mm孔，攻M6螺纹。工序060 铣47凸台工序070 切断。工序080 检查。2.工艺路线方案二工序010 粗、精铣20mm和50mm孔下端面。工序020 钻20mm孔工序030 粗镗， 精镗20mm、50mm孔，粗刮，精刮20mm、50mm上端面。工序040 钻4mm孔（装配时钻铰锥孔）。工序050钻一个4mm孔，攻M6螺纹。工序060 铣47凸台工序070 切断。工序080 检查。比较：工序二效率更高在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表列出了拨叉的工艺路线，如下：工序号工序名称机床设备刀具及量具10粗铣20孔下端面X6140卧式铣床端铣刀、游标卡尺精铣20孔下端面X6140卧式铣床端铣刀、游标卡尺粗铣50mm孔下端面X6140卧式铣床端铣刀、游标卡尺精铣50mm孔下端面X6140卧式铣床端铣刀、游标卡尺20钻 20孔Z525立式钻床麻花钻 游标卡尺、塞规30粗镗20孔TX6511/1数控镗床精镗刀，游标卡尺、塞规精镗20孔TX6511/1数控镗床精镗刀，游标卡尺、塞规粗刮20孔上端面TX6511/1数控镗床精镗刀，游标卡尺、塞规精刮20孔上端面TX6511/1数控镗床精镗刀，游标卡尺、塞规粗镗50孔TX6511/1数控镗床精镗刀，游标卡尺、塞规精镗50孔TX6511/1数控镗床精镗刀，游标卡尺、塞规粗刮50孔上端面TX6511/1数控镗床精镗刀，游标卡尺、塞规精刮50孔上端面TX6511/1数控镗床精镗刀，游标卡尺、塞规40钻4孔（装配时钻铰锥孔）Z525立式钻床麻花钻、内径千分尺钻一个4孔，攻M6螺纹Z525立式钻床麻花钻、丝锥、游标卡尺50铣47凸台X6140卧式铣床端铣刀、游标卡尺60切断X6140卧式铣床锯片铣刀，游标卡尺70去毛刺、清洗钳工台、清洗机平锉、清洗机80终检塞规、百分表、卡尺等七、 机床设备及工艺装备的选用1机床设备的选用 中批量生产可选用通用机床2工艺装备的选用工艺设备主要包括刀具、夹具和量具。在工艺卡片中应简要写出它们的名称，如“钻头”、“百分表”、“车床夹具”等。本拨叉的生产类型为中批生产，所选用的夹具均为专用夹具。八、 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定”CA6140车床拨叉”；零件材料为HT200，硬度190210HB，毛皮重量2.2kg，生产类型中批量，铸造毛坯。据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1. 外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（20，50端面）。查机械制造工艺设计简明手册（以下称工艺手册）表2.22.5，取20，50端面长度余量均为2.5mm（均为双边加工）铣削加工余量为：2.5mm粗铣 1.5mm精铣 1mm2. 内孔（50已铸成孔）查工艺手册表2.22.5，取50已铸成孔长度余量为3，即铸成孔半径为44mm。工序尺寸加工余量：钻孔 2mm粗镗孔 0.09精镗 0.035mm3. 其他尺寸直接铸造得到由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。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认。为清楚起见,把上述计算和查表结果汇总于下表:表 工序尺寸及公差计算表工序号工序名称工序余量/mm工序尺寸/mm工序公差/mm工序尺寸及偏差/mm备注1粗铣20孔下端面1.533.50.212精铣20孔下端面132.50.0353粗铣50孔下端面1.515.50.184精铣50孔下端面114.50.115钻2180.186粗镗0.919.10.137精镗20孔0.03200.0218粗刮20孔上端面1.5310.219精刮20孔上端面1300.0351011粗镗50孔0.87549.750.1612精镗50孔0.035500.2513粗刮50孔上端面1.5130.1814精刮50孔上端面1120.1115钻4孔440.1216钻一个4孔440.12攻M6螺纹260.01217铣47凸台100.1518切断2720.2九、 确立切削用量1 工序10 以32上端面为粗基准，粗铣32和50孔下端面。1.1 粗铣20和50孔下端面。1. 加工条件工件材料：HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：粗铣20孔上下端面。机床：X6140卧式铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae=60,深度ap=4,齿数z=10,故据切削用量简明手册（后简称切削手册）取刀具直径do=80mm。选择刀具前角o5后角o8，副后角o=8，刀齿斜角s=10,主刃Kr=60,过渡刃Kr=30,副刃Kr=5过渡刃宽b=1mm。2. 切削用量1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=1.5mm，两次次走刀即可完成所需长度。2）每齿进给量 机床功率为7.5kw。查切削手册f=0.140.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。3）计算切削速度 按手册，V c=算得 Vc98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s据XA6132铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。1.2 精铣1 刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae=60,深度apPcc。故校验合格。最终确定 ap=1.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z4）计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。2.1 工序20-30 ：以32孔下端面和32外缘面为基准，钻、粗镗，精镗20孔和50孔保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双头刃磨法，后角o12，二重刃长度b=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度 2.选择切削用量 （1）决定进给量查切削手册 所以， 按钻头强度选择 按机床强度选择最终决定选择机床已有的进给量 经校验 校验成功。（2）切削速度查切 修正系数 故。查切机床实际转速为故实际的切削速度（3）校验扭矩功率 所以 故满足条件，校验成立。计算工时2.2 以20孔下端面为精基准，粗， 精刮20和50孔上端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.07。1. 加工条件工件材料：HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。机床：TK6511/1数控镗床。刀具：精镗刀, B=10 H=16 L=125 l=60 d=102. 切削用量1） 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=1.0mm，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量: 机床功率为15kw。主轴转速272r/min 选f=0.48 mm/z。粗镗： 精镗： 粗，精镗50孔同上：粗镗： 精镗： 刮面粗刮： L=6精镗： L=6粗，精镗50孔同上：粗刮： L=6精刮： L=63.1工序40 以20孔为精基准，钻4孔（装配时钻铰锥孔）。1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=4mm，后角o16，二重刃长度 2.选择切削用量 （1）决定进给量查切 按钻头强度选择 按机床强度选择最终决定选择机床已有的进给量 经校验校验成功。 （2）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查切）为0.50.8mm，寿命（3）切削速度查切 修正系数 故。查切机床实际转速为故实际的切削速度（4）校验扭矩功率 故满足条件，校验成立。3.2. 以20孔为精基准，钻一个4孔，攻M6螺纹。1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=4mm，后角o16，二重刃长度 2.选择切削用量 （1）决定进给量 按钻头强度选择 按机床强度选择最终决定选择机床已有的进给量 经校验校验成功。 （2）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度为0.50.8mm，寿命（3）切削速度查手册 修正系数 故。查手册机床实际转速为故实际的切削速度4工序50 以20孔为精基准，铣47凸台。1. 加工条件工件材料：HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。机床：X6140卧式铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀2. 切削用量1）铣削深度 L=32，故可以选择ap=1.5mm， 厚度6mm 需要4次走刀完成所需长度。最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。2）计算基本工时tmL/ Vf=(32+8)/475*1.5=0.56min。精铣一次走刀，进给量ap=1tmL/ Vf=(32+8)/475*1=0.09min。5. 工序60 切断 机床 X6140卧式铣床刀具 锯片铣刀上下两次走刀 ap=1.5 n=475 l=12tm*L/ Vf=(12+4)/475*1.5=0.025min6. 工序70： 去毛刺。7. 工序80： 终检十、 卡具设计经过与老师协商，决定设计第四道工序以20孔下端面为精基准，钻4两孔和攻M6螺纹，本卡具将用于Z525立式钻床。钻头选用高速钢麻花钻。1 问题的提出利用本夹具主要是钻两孔和攻螺纹M6。卡具设计2 定位基准的选择由零件图可知，4两孔与其上下端面有一定的位置度要求且两孔成60夹角，在本工艺中上下端面已铣并达到一定精度，故采用孔的下端面为主要定位基准，使用专用夹具卡紧。3 力和卡紧力计算本步加工可按钻削估算卡紧力。实际效果可以保证可靠的卡紧。由前计算可知：切削力与定位销在竖直面上，所以在计算卡紧力时，只考虑扭矩的影响。使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧力。4 定位误差分析本工序采用孔下端面定位，工序基准与定位基准重合，故其基准不重合误差为0，在本工艺中精度要求不高， 直接由定位夹具保证。5 卡具设计及操作的简要说明卡具的卡紧力不大，故使用手动卡紧。为了提高生产力，使用快速螺旋卡紧机构。安装时将压板松动，旋转， 让出安装空间，采用一面两销定位，工件安装到指定位置后，将压板旋转到指定位置，用定力矩扳手旋紧螺帽即可完成装夹。本夹具结构简单，操作方便，适用于成批生产小型连杆类零件。设计的感想与体会为期三周的夹具课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，经过老师和同学的帮助，还有自己不懈的努力，终于定时定量的完成了这次课程设计。课程设计作为机械制造工艺学课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。参考文献 机械制造工艺学第二版金属机械加工工艺人员手册切削用量简明手册简明机械加工工艺手册机械加工工艺师手册夹具设计手册