拨叉课程设计.doc

机械制造技术基础课程设计说明书设计题目：设计拨叉（CA6140 车床）（三）零件的机械加工工艺规程及工艺装备 班 级： 姓 名： 指导教师： 自 2010 年 6 月 28 日至 2010 年 7 月 9 日 机械制造技术基础课程设计任务书题目：设计拨叉（CA6140 车床）（三）零件的机械加工工艺规程及相关工序的专用夹具 内容：1.零件图 1张 2.毛坯图 1张 3. 机械加工工艺过程综合卡片 1张 机械加工工艺过程卡片 2张 4.夹具装配图 1张 5. 夹具体零件图 2张 6. 课程设计说明书 1张原始资料：该零件图样，每日一班班 级： 姓 名： 指导教师： 自 2010 年 6 月 28 日至 2010 年 7 月 9 日目录序言1一、零件的工艺分析及生产类型的确定21、零件的作用22、零件的工艺分析23、零件的生产类型3二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图31、选择毛坯32、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差33、设计毛坯图4三、选择加工方法，制定工艺路线41、定位基准的选择42、零件表面加工方法的选择53、制订工艺路线5四、工序设计71、选择加工设备与工艺装备72、确定工序尺寸9五、 确定切削用量及基本时间91、工序10切削用量及基本时间的确定9 2、工序20切削用量及基本时间的确定11六、夹具设计151、定位方案162、夹紧机构163、夹具与机床连接元件164、夹具体165、使用说明176、结构特点17设计小结18参考文献19序言机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。一、零件的工艺分析及生产类型的确定1、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。零件上方的孔与操纵机构相连，下方的半孔则是用于与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、零件的工艺分析拨叉（CA6140车床）共有三处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：1）以为中心的加工表面这一组加工表面包括：孔的内表面，以及其上端面，上端面与孔有位置要求，孔壁上有一个装配时钻铰的锥销孔，一个M8的螺纹孔。这两个都没有高的位置度要求。2）、以为中心的加工表面这一组加工表面包括：孔的内表面，以及其上下两个台阶面。这两组表面有一定的位置度要求,即的孔上下两个端面与的孔有垂直度要求。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。3、零件的生产类型依设计题目知：零件是CA6140车床的拨叉，质量为1kg，查表2-1 （生产类型与生产纲领的关系） 可知其属轻型零件，生产类型为中批生产。二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图1、选择毛坯零件材料为HT200，毛坯重量约1.0Kg生产中批。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，故选择砂型铸造机器造型毛坯。2、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差参见参考文献【1】第五章第一节铸件尺寸公差与机械加工余量（摘自GB/T 6414-1999）确定，步骤如下1）由于工件较小，为方便加工节省材料将两件铸在一起，同时加工。2)、铸件的圆角半径 按参见参考文献【2】表1-16 选择砂型铸造 R=3-5mm。3)、两内孔,考虑其孔径较小铸造困难，为简化铸造毛坯外型，现直接将40圆柱铸成实心的。4）求最大轮廓尺寸 根据零件图计算轮廓尺寸，长160mm,宽73mm,高50mm,故最大轮廓尺寸为160mm5）选取公差等级CT 由参见参考文献【1】表5-1，铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，得公差等级CT范围812，取为10级。6）求铸件尺寸公差 根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT，由表5-3查得，公差带相对于基本尺寸对称分布。7）求机械加工余量等级 由由参见参考文献【1】表5-5，铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，得机械加工余量等级范围EG级，取为F级。8）求RMA（要求的机械加工余量）对所有加工表面取同一个数值，由由参见参考文献【1】表5-4查最大轮廓尺寸为160mm、机械加工余量等级为F级，得RMA数值为1.5mm。9）求毛坯基本尺寸 和M8孔较小，铸成实心；圆筒上顶面单侧加工，应由式（5-1）求出，即孔属于内腔加工，应由式（5-3）求出，即 拨叉铸件毛坯尺寸公差与加工余量见下表拨叉铸件毛坯尺寸公差与加工余量项目圆筒上顶面 孔、和M8孔圆柱及台阶公差等级CT1010-加工面基本尺寸5055-铸件尺寸公差2.82.8-机械加工余量等级FF-RMA1.51.5-毛坯基本尺寸52.950.60厚303、设计毛坯图根据以上各步分析得毛坯图如下：三、选择加工方法，制定工艺路线1、定位基准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。（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40 圆柱的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用零件下底面支承限制3个自由度，两块V形块夹紧这两个40圆柱面作主要定位面再限制3个自由度，达到完全定位,然后进行车削。（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，这在以后还要专门计算。2、零件表面加工方法的选择本零件的加工面有内孔、端面、台阶面、小孔、螺纹等，材料为铸铁。以形位公差和粗糙度要求，参考参考文献【1】有关资料，其加工方法选择如下。1）内孔 公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra3.2，需粗镗、半精镗（表5-15）。2）台阶孔 公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra6.3，需粗镗（表5-15）。3）端面 为未注公差尺寸，表面粗糙度为Ra3.2，需粗车、半精车（表5-16）4）内孔 公差等级为IT7，表面粗糙度为Ra1.6，需进行钻、扩、粗铰、精铰（表5-15）3、制订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,可以考虑采用万能机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效益，以便使生产成本尽量下降。1）工艺路线方案一:工序00 铸造毛坯工序10 钻、扩、粗铰、精铰两孔工序20 粗车、半精车端面工序30 粗镗、半精镗孔工序40 粗镗台阶面工序50 钻锥孔8及M8底孔工序60 攻螺纹M8工序70 磨拨叉圆柱端面，对孔垂直度0.05工序80 铣断使之为两个零件工序90 校正拨叉脚端面，对孔垂直度0.07工序100 拨叉脚局部淬火，硬度50HRC，淬深0.7-1.2mm工序110 去毛刺 工序 120 清洗工序130 终检2）工艺路线方案二:工序00 铸造毛坯工序10 粗车、半精车端面工序20 钻、扩、粗铰、精铰两孔 工序30 粗镗、半精镗孔工序40 粗镗台阶面工序50 钻锥孔8及M8底孔工序60 攻螺纹M8工序70 磨拨叉圆柱端面，对孔垂直度0.05工序80 铣断使之为两个零件工序90 校正拨叉脚端面，对孔垂直度0.07工序100 拨叉脚局部淬火，硬度50HRC，淬深0.7-1.2mm工序110 去毛刺 工序 120 清洗工序130 终检3）、工艺方案比较分析:上述两方案:方案一是先加工内孔, 再以孔为基准加工顶面，然后加工内孔等；而方案二先加工顶面,以顶面为基准加工两台阶面及和内孔.由方案一可见孔为基准加工顶面，精度易于保证,但加工台阶面时不符合定位基准与设计基准重合原则且需另外设计一套夹具。由方案二可见圆柱端面为基准加工其他各面更合理，且仍可用前面所用的夹具，而且也能很好地保证垂直度要求 ,保证便于定位加工，符合中批生产要求,较为合理。因此，最后的加工路线确定如下：工序00 铸造毛坯工序10 粗车、半精车上端面，以下底面为粗基准 工序20 钻、扩、粗铰、精铰两孔 ，以上端面为精基准工序30 粗镗、半精镗孔，以上端面为精基准工序40 粗镗台阶面，以上端面为精基准工序50 钻锥孔8及M8底孔，以上端面为精基准工序60 攻螺纹M8工序70 磨拨叉圆柱端面，对孔垂直度0.05，以孔轴线为基准工序80 铣断使之为两个零件，以孔轴线为基准工序90 校正拨叉脚端面，对孔垂直度0.07，以孔轴线为基准工序100 拨叉脚局部淬火，硬度50HRC，淬深0.7-1.2mm工序110 去毛刺 工序 120 清洗工序130 终检四、工序设计1、选择加工设备与工艺装备1）选择机床 根据不同的工序选择机床a、工序10、30、40是粗车和半精车。各工序的步数不多，成批生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，选用C630车床即可。（参考文献【1】表5-55）b、工序20是钻、扩、粗铰、精铰孔。由于加工的零件外廓尺寸不大，故宜在车床上进行加工，因此仍可选用C630车床。（参考文献【1】表5-58）c、工序50、60是钻孔、攻螺纹。选用Z525型立式钻床。（参考文献【1】表5-64）d、工序70是磨端面。选用M7120A磨床。（参考文献【2】表4-49）e、工序80是铣断端面。选用立式铣床X5012。（参考文献【2】表5-71）2）选用夹具。本零件除车床上需要专用夹具外，其他各机床上均可选用通用夹具即可。3）选择刀具 根据不同的工序选择刀具。a、 在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金车刀和镗刀。这里选用普通车刀。b、c、 在工序20中钻、扩、铰孔，选用直柄麻花钻、锥柄扩孔钻和锥柄用铰刀。d、c、工序50、60是钻孔、攻螺纹。选用直柄麻花钻和细柄机用丝锥。e、 工序70是磨端面。刀具为砂轮。f、e、工序80是铣断端面。选用直柄立铣刀。4）选择量具本零件属成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考本书有关资料，选择如下。工序加工面尺寸尺寸精度量具10车上顶面保证尺寸50mm0.1读数值0.05，测量范围0-125，三角游标卡尺201、钻孔至0.001分度值0.001，测量量程10-50，内径千分尺2、扩孔至0.001分度值0.001，测量量程10-50，内径千分尺3、粗铰孔至，精铰孔达要求0.001分度值0.001，测量量程10-50，内径千分尺30车内孔至图样要求 0.1读数值0.05，测量范围0-125，三角游标卡尺40车上下台阶孔保证尺寸0.1读数值0.05，测量范围0-125，三角游标卡尺501、钻孔 0.1读数值0.05，测量范围0-125，三角游标卡尺2、钻螺纹孔的底孔0.1读数值0.05，测量范围0-125，三角游标卡尺60攻螺纹孔螺纹直径8，粗牙1.25，螺纹塞规70磨拨叉圆柱端面，对孔垂直度0.050.01垂直度测量仪80铣断使之为两个零件0.1读数值0.05，测量范围0-125，三角游标卡尺90校正拨叉脚端面，对孔垂直度0.070.01垂直度测量仪100拨叉脚局部淬火，硬度50HRC，淬深0.7-1.2mm0.01硬度计2、确定工序尺寸加工表面工序双（单）边余量公序尺寸及公差表面粗糙度粗半精精粗半精精粗半精精车上顶面保证尺寸50mm1.9（单）1（单）-5150-Ra6.3Ra3.2-1、钻孔至10-Ra12.5-2、扩孔至0.9-Ra6.3-3、粗铰孔至，精铰孔达要求0.070.03-Ra3.2Ra1.6-2、车内孔至图样要求 3.41.1-Ra6.3Ra3.2-3、车上下台阶孔保证尺寸23-Ra6.3-五、确定切削用量及基本时间切削用量包括背吃刀量、进给量和切削速度。确定顺序是先确定、，再确定。1、工序10切削用量及基本时间的确定。（1）切削用量 本工序为粗车、半精车圆柱端面。已知加工材料为HT200，机床为C630，工位夹具为专用车床夹具。由于车床C630的中心高280mm(参考文献【1】表5-55),故选刀杆尺寸为BXH=20mmX30mm.1）粗车圆柱端面时a、确定背吃刀量 粗车单边余量为1.9mm，则=1.9mm b、确定进给量 根据参考文献【1】表5-114，在粗车铸铁、刀杆尺寸为BXH=20mmX30mm、，工件直径为40mm时，,选择 c、确定切削速度 根据参考文献【1】表5-121，当用YG6硬质合金刀切削灰铸铁，=1.9mm，时，切削速度。查参考文献【1】表5-56，车床C630接近转速为750r/min,取故实际的切削速度2）半精车圆柱端面时a、确定背吃刀量 粗车单边余量为1mm，则=1mm b、确定进给量 根据参考文献【1】表5-116，在半精车铸铁、表面粗糙度Ra=3.2、刀尖圆弧半径时，,选择 c、确定切削速度 根据参考文献【1】表5-121，当用YG6硬质合金刀切削灰铸铁，=1mm，时，切削速度。查参考文献【1】表5-56，车床C630接近转速为945r/min,取故实际的切削速度（2）基本时间1）确定粗车圆柱端面的基本时间。根据参考文献【1】表2-24，车端面基本时间式中，则 2）确定半精车圆柱端面的基本时间。根据参考文献【1】表2-24，车端面基本时间式中，则 3)确定辅助时间查参考文献【2】表4-106得辅助时间大约为粗车的和半精车的 。4)工序工时 总工序时间为2、工序20切削用量及基本时间的确定。（1）切削用量 本工序为钻、扩、粗铰、精铰。已知加工材料为HT200，机床为C630，工位夹具为专用车床夹具。1）钻孔至时a、确定背吃刀量根据参考文献【1】表5-42查得钻头直径应该选用，则=10mm b、确定进给量 根据参考文献【1】表5-127，在高速钢钻头钻孔时进给量，钻头直径，,选择 c、确定切削速度 根据参考文献【1】表5-136，当用硬质合金钻头钻削灰铸铁，时，切削速度，取切削速度。查参考文献【1】表5-56，车床C630转速最高为945r/min,取故实际的切削速度2）扩孔至时a、确定背吃刀量 扩孔双边余量为1.8mm，则=0.9mmb、确定进给量 根据参考文献【1】表5-128，在高速钢和硬质合金扩孔，扩孔钻直径，,选择 c、确定切削速度 根据参考文献【2】表4-68扩钻与扩孔的切削用量，切削速度，取切削速度。查参考文献【1】表5-56，车床C630转速最高为478r/min,取故实际的切削速度3）粗铰孔至a、确定背吃刀量 铰孔双边余量为0.14mm，则=0.07mmb、确定进给量 根据参考文献【1】表5-136，在硬质合金铰刀铰孔，铰刀直径，背吃刀量时，,选择 c、确定切削速度 根据参考文献【1】表5-136，在硬质合金铰刀铰孔，铰刀直径，,选择。查参考文献【1】表5-56，车床C630转速最高为149r/min,取故实际的切削速度4）精铰孔至a、确定背吃刀量 铰孔双边余量为0.06mm，则=0.03mmb、确定进给量 根据参考文献【1】表5-136，在硬质合金铰刀铰孔，铰刀直径，背吃刀量时，,选择 c、确定切削速度 根据参考文献【1】表5-136，在硬质合金铰刀铰孔，铰刀直径，,选择。查参考文献【1】表5-56，车床C630转速最高为149r/min,取故实际的切削速度（2）基本时间1）确定钻孔至的基本时间。根据参考文献【1】表2-26，钻孔和钻中心孔的基本时间式中，则 2）确定扩孔至的基本时间。根据参考文献【1】表2-26，扩钻、扩孔和铰圆柱孔的基本时间式中，则 3）确定粗铰孔至的基本时间。根据参考文献【1】表2-26，扩钻、扩孔和铰圆柱孔的基本时间式中，则 4）确定精铰孔至的基本时间。根据参考文献【1】表2-26，扩钻、扩孔和铰圆柱孔的基本时间式中，则 5)确定辅助时间查参考文献【2】表4-106得辅助时间大约为钻孔的、扩孔的、粗铰孔的和精铰孔的 。6)工序工时 总工序时间为六、 夹具设计夹具是工序10（车上顶面保证尺寸50mm）、工序20（钻、扩、粗铰、精铰孔）、工序30（车内孔至图样要求）、工序40（车上下台阶孔保证尺寸），在车床C630上进行加工的专用夹具，零件图如下所示。所设计的夹具装配图及工序简略如附图所示。有关说明如下。拨叉零件图1、定位方案方案一：工件以下底面及两个圆柱面为定位基准，采用平面与V形块组合定位方案，在燕尾槽平面上定位，限制3个自由度，另外固定V形块限制2个自由度，活动V形块限制1个自由度。共限制六个自由度。由活动V形块进行夹紧。燕尾槽可在导轨上滑动，且导轨两端使用挡销定位，中间使用定位销定位，从而实现三位移动定位。方案二：工件以下底面及两个内表面为定位基准，采用一平面两销的组合定位方案，在燕尾槽平面上定位，限制3个自由度，另外一个短圆柱销限制2个自由度，菱形销限制1个自由度。共限制六个自由度。由偏心夹紧机构进行夹紧。燕尾槽可在导轨上滑动，且导轨两端使用挡销定位，中间使用定位销定位，从而实现三位移动定位。比较上述两个方案可以看出它们各在估缺点。方案一、二的定位基准与设计基准均重合，这是它个共同的优点。方案二，使用两个内表面能更好地保证定位加工精度，但需要在钻床上加工孔之后才可进行，这样就增加了工序和其他的设备，且夹紧方案仍较繁锁。方案一，使用两个圆柱面为定位基准，这样在一次夹紧后可加工多处，精度也较高，夹紧方案也较容易实现。固采用方案一较好。2、夹紧机构根据生产率要求，运用手动夹紧可以满足。采用螺旋夹紧装置，结构简单，容易制造。通过拧紧右侧夹紧螺母使活动V形块压紧工件，实现夹紧，有效提高了工作效率。活动V形块夹紧力主要作用是防止工件在装夹时掉落，手动螺旋夹紧是可靠的，可免去夹紧力计算。在燕尾槽一端使用压块压紧，实现不同位置的夹紧。3、 夹具与机床连接元件采用参考文献【2】表5-56中所示的三爪卡盘用过渡盘，保证夹具体与车床的正确定位及夹紧。4、夹具体工件的定位元件和夹紧元件由燕尾槽和两块V形块实现，其中一块固定，一块活动且通过盖板压紧，燕尾槽又可在导向槽上移动，并通过楔形压紧块在不同的加工工位进行压紧，楔形块通过辅助块限制定位，以上所述导向槽和辅助块通过螺栓固定于过渡盘上，过渡盘上设有定位挡销，导轨中间设有定位销。这样该夹具便有机连接起来，实现定位、夹紧、移位等功能。夹具体结构如下所示：5、使用说明安装工件时，松开右边铰链螺栓上的螺母，将活动V形块后撤，把工件装在燕尾槽的平面上并靠紧固定V形块，再将活动V形块前移，然后旋紧螺母夹紧工件。燕尾槽沿导向方向移动。为了实现移位定位，过渡盘上设有定位挡销，为保证精度，挡销位置应该较精确。导向槽中间设有定位销，夹紧的燕尾槽和V形块一起沿导向槽运动，实现三位定位。当加工当加式工序10（车上顶面保证尺寸50mm）、工序20（钻、扩、粗铰、精铰孔）时分别使用左右两端定位挡销，当加工工序30（车内孔至图样要求）、工序40（车上下台阶孔保证尺寸）使用中间定位销。6、结构特点该夹具结构简单，操作方便。但由于夹具具有移位功能，故适用于加工尺寸较小的零件。本夹具更换刀具后可实现多道工序的加工，具有多用性且易保证加工精度。设计小结机械制造技术基础作为我们的主要专业课之一，在大三上学期的学习中我就有浓厚的兴趣，但是在学习中也存在许多我不懂得的地方，这次课程设计后，我对机械制造技术基础有了更加深入的认识。 这次机械制造技术基础课程设计历时两个星期，这项看起来不太复杂的工作却非常需要耐心和精力。在这两个星期中，我逐渐明白了课程设计的意义，它不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，更重要的是同学间的交流，交流不但使我们更清楚地了解课程设计的目标，也为我们指出了许多新的思考和设计方法。 作为一名机械工程及自动化专业的大三学生，我觉得做机械技术基础课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的是查阅大量的设计资料。为了让自己的设计有据可依，有理可寻，查阅设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。同时在此基础上做优化设计也更加便捷、方便。 其次，在这次课程设计中，我们运用到了许多以前所学的专业课知识，如：CAD制图、UG(CATIA)三维制图、机械设计等。虽然过去能够很好地运用它们，但在课程设计过程中带着问题去学，使我又有了许多新的收获。最后，这次课程设计安排在我们生产实习之后，在生产实习中我们了解了许多本科毕业生的工作情况。毕业生大多是从工艺过程制作作起，也有许多人会从事夹具设计；这次课程设计正好是进行这两方面的工作，这就为我们进入社会工作提供了一次实时的培训。这次课程设计中，我也发现了许多自身的不足之处：虽然理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困难，经过一番努力才能解决。为了以后的工作，我要更加努力地学习书本知识并积极联系实践。我们的指导老师是汪群老师，她为我们的设计工作提供了大量的帮助和指导，在这里对她表示衷心的感谢。汪老师工作严谨、认真、负责的态度，给我们留下了深刻的印象，同时汪老师也是一位平易近人的好老师。参考文献【1】崇凯，机械制造技术基础课程设计指南，北京，化学工业出版社，2008【2】黄如林，汪群；金属加工工艺及工装设计，北京，化学工业出版社，2006【3】吉卫喜，机械制造技术基础，北京，高等教育出版社，2008【4】黄如林，切削加工简明实用手册（第二版），北京，化学工业出版社，2010【5】王光斗，王春福；机床夹具设计手册，上海，上海科学技术出版社，2000【6】黄如林，五金手册，北京，化学工业出版社，2006