拨叉零件机械加工工艺及夹具设计说明书.doc

目录 1 零 件 的 分 析 3 1 1 零件的作用 3 1 2 零件的工艺分析 3 1 3 位置要求 3 2 工 艺 规 程 设 计 5 2 1 确定毛坯的制造形式 5 2 2 基面的选择 5 2 2 1 粗基准的选择 5 2 2 2 精基准的选择 5 2 3 制定工艺路线 6 2 3 1 工艺路线方案一 6 2 3 2 工艺路线方案二 6 2 3 3 工艺方案的比较与分析 7 2 4 机械加工余量 工序尺寸及公差的确定 8 3 确定切削用量及基本工时 10 3 1 工序 10 3 2 工序 11 3 3 工序 12 3 4 工序 13 3 5 工序 V 14 3 6 工序 15 3 7 工序 15 3 8 工序 16 4 夹具设计 17 4 1 问题的提出 17 4 2 夹具设计 18 4 2 1 定位基准选择 18 4 2 2 切削力及夹紧力计算 18 4 2 3 定位误差分析 18 参考文献 19 1 零 件 的 分 析 1 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 22mm 孔与操纵机构相连 二下方的 55mm 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 1 2 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 需要加工的表面 1 小孔的上端面 大孔的上下端面 2 小头孔 mm 以及与此孔相通的 mm 的锥销孔 0 21 8 螺纹孔 8M 3 大头半圆孔 mm 5 1 3 位置要求 小头孔上端面与小头孔中心线的垂直度误差为 0 05mm 大孔的 上下端面与小头孔中心线的垂直度误差为 0 07mm 由上面分析可知 可以粗加工拨叉底面 然后以此作为粗基准采 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 2 工 艺 规 程 设 计 2 1 确定毛坯的制造形式 零件材料为 HT200 考虑到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 生产类型为大批生产 故选择铸件毛坯 选用铸件尺寸公差等级 CT9 级 已知此拨叉零件的生产纲领为 5000 件 年 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 加工过程工序划分阶段 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 2 2 基面的选择 基面的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 生产效率得以提高 否则 加工 工艺过程中会问题百出 更有甚者 还会造成大批报废 使生产无法 正常进行 2 2 1 粗基准的选择 以零件的底面为主要的定位粗基准 以两个小头孔外圆表面为 辅助粗基准 这样就可以达到限制五个自由度 再加上垂直的一个机 械加紧 就可以达到完全定位 2 2 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 个小头孔内圆柱表面为辅助的定位精基准 当设计基准和工序基准不 重合时 应该进行尺寸换算 这在以后还要专门的计算 此处不再重 复 2 3 制定工艺路线 制定工艺路线的出发点 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 再生产纲领已确定为大批生 产的条件下 可以考虑采用万能性机床配以专用的夹具 并尽量使工 序集中来提高生产率 处此之外 还应当考虑经济效果 以便使生产 成本尽量下降 2 3 1 工艺路线方案一 工序 1 粗铣 40mm 孔的两头的端面 73mm 孔的上下端面 工序 2 精铣 40mm 孔的两头的端面 73mm 孔的上下端面 工序 3 粗镗 半精镗 精镗 55mm 孔至图样尺寸 工序 4 钻 扩 铰两端 22mm 孔至图样尺寸 工序 5 钻 M8 的螺纹孔 钻 8mm 的锥销孔钻到一半 攻 M8 的螺纹 工序 6 倒角 4 R5mm 工序 7 铣断保证图样尺寸 工序 8 去毛刺 检验 2 3 2 工艺路线方案二 工序 1 以毛坯底边为基准 钻 20mm 孔 扩孔至 21 8mm 铰孔至 22 0 021 0mm 保证孔的粗糙度 工序 2 以底端面为基准 铣 40mm 上端面 保证其尺寸要求 及粗糙度 与 22 的垂直度为 0 05 工序 3 以 40 为精基准 镗 55 0 5 0 镗 73 0 5 0 保证 其尺寸和粗糙度 与 22 孔的垂直度为 0 07 工序 4 以孔 40 为精基准 钻孔至 7mm 铰孔至 8mm 确保 孔内粗糙度为 1 6 工序 5 以 22 孔为精基准 钻 7mm 孔 工序 6 以 40 上端面为精基准 攻 M8mm 螺纹 工序 7 倒角 4 R5mm 工序 8 以 22 孔为精基准 将两件两件铣断 铣断量为 4mm 使其粗糙度为 6 3 工序 9 去毛刺 检验 2 3 3 工艺方案的比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于 方案一是先加工完与 22mm 的 孔有垂直度要求的面再加工孔 而方案二悄悄相反 先是加工完 22mm 的孔 再以孔的中心轴线来定位加工完与之有垂直度要求的 三个面 方案一的装夹次数少 但在加工 22mm 的时候最多只能保 证一个面定位面与之的垂直度要求 其他两个面很难保证 因此 此 方案有很大的弊端 方案二在加工三个面时都是用 22mm 孔的中心 轴线来定位这样很容易就可以保证其与三个面的位置度要求 这样也 体现了基准重合的原则 这样一比较最终的工艺方案为 工序 1 以毛坯底边为基准 钻 20mm 孔 扩孔至 21 8mm 铰孔至 22 0 021 0mm 保证孔的粗糙度 工序 2 以底端面为基准 铣 40mm 上端面 保证其尺寸要求 及粗糙度 与 22 的垂直度为 0 05 工序 3 以 40mm 为精基准 镗 55 0 5 0mm 镗 73 0 5 0mm 保证其尺寸和粗糙度 与 22mm 孔的垂直度为 0 07 工序 4 以孔 40 为精基准 钻孔至 7mm 铰孔至 8 确保孔 内粗糙度为 1 6 工序 5 以 22mm 孔为精基准 钻 7mm 孔 工序 6 以 40mm 上端面为精基准 攻 M8mm 螺纹 工序 7 倒角 4 R5mm 工序 8 以 22mm 孔为精基准 将两件两件铣断 铣断量为 4mm 使其粗糙度为 6 3 工序 9 去毛刺 工序 10 检验 2 4 机械加工余量 工序尺寸及公差的确定 CA6140 车床拨叉 零件材料为 HT200 毛坯重量约为 1 6 生 产类型为大批生产 采用砂型铸造毛坯 根据上述原始资料及加工工艺 分别确定各加工表面的机械加工 余量 工序尺寸及毛坯尺寸如下 1 外圆表面 40mm 及 73mm 外表面 考虑到此表面为非加工表面 其精度为铸造精度 CT9 即可 又 因它们是对称的两个零件最后还需铣断 故对 40mm 的中心轴线的 尺寸偏差为 120 1 25mm 的范围内 2 两小孔 mm 0 21 毛坯为实心 两内孔精度要求界于 IT7 IT8 之间 参照 切屑加 工简明实用手册 表 8 21 确定工序尺寸及余量 钻孔 21 8mm 2Z 21 8mm 铰孔 mm 2Z 0 2mm 0 21 3 中间孔 55mm 及 73mm 中间孔尺寸相对较大可以铸造 根据机械制造工艺设计手册表 1 13 得 孔的铸造毛坯为 49mm 73mm 的孔是在 55mm 孔的 基础之上铣削加工得到 其轴向尺寸上下表面距离为 35mm 由于其 对轴向的尺寸要求不高 直接铸造得到 参照 切屑加工简明实用手 册 表 8 95 确定 73mm 工序尺寸及余量 粗铣 71mm Z 4mm 精铣 73mm Z 1mm 参照 切屑加工简明实用手册 表 8 95 确定 55mm 工序尺寸 及余量 粗镗 53mm2Z 4mm 半精镗 54mm 精 镗 55mm 4 螺纹孔及销孔 无可非议此销尺寸铸造为实体 参照 切屑加工简明实用手册 表 8 70 确定钻 8mm 螺纹孔和 8mm 圆柱销孔及螺纹孔的攻丝 5 铣断 3 确定切削用量及基本工时 3 1 工序 1 以毛坯底边为基准 钻 20mm 孔 扩孔至 21 8mm 铰孔至 22 0 021 0mm 保证孔的粗糙度 加工条件 工件材料 HT200 硬度 190 260HBS b 0 16Gpa 铸造 加工要求 钻孔至 21 8mm 精铰至 22mm 保证孔壁粗糙度 Ra 1 6 m 机床 Z512 台式钻床 刀具 YG8 硬质合金麻花钻 21 8mm 钻头采用双头刃磨法 后角 12 二重刃长度 2 5mm 横刀长 b 1 5mm 宽 ob l 3mm 棱带长度 ml5 1 120 10 3 YG8 硬质合金铰刀 22mm 计算切削用量 查 切削用量简明手册 rf 1 按钻头强度选择 按机床强度选择 mf 75 rmf 53 0 最终决定选择机床已有的进给量 rf 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 5 mm 寿命 in60 T 切削速度 查 切削用量简明手册 修正系数 rmvc 12 0 1 TVK 故 0 1 MVK tv0 Kx 0apvKrmc 2 查 简明手册 机床实际转速为 min 46510rdvns 故实际的切削速度 i rc smndvsc 52 01 计算基本工时 nf Ltm745 203 3 2 工序 2 以底端面为基准 铣 40mm 上端面 保证其尺寸要求及粗糙度 与 22mm 的垂直度为 0 05 加工条件 工件材料 HT200 硬度 190 260HBS b 0 16Gpa 铸造 加工要求 粗铣两头端面至 51mm 粗铣大孔端面至 30mm 机床 X52K 立式铣床参数 刀具 涂层硬质合金盘铣刀 45mm 选择刀具前角 o 5 后 角 o 8 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 计算切削用量 1 铣削深度 因为切削量较小 故可以选择 ap 2mm 一次走 刀即可完成所需长度 2 计算切削速度 按 简明手册 V c vpvezvpmoKZuayfXTqdC 算得 Vc 98mm s n 439r min Vf 490mm s 据 X52K 立式铣床参数 选择 nc 475r min Vfc 475mm s 则实际 切削速度 V c 3 14 80 475 1000 1 06m s 实际进给量为 f zc V fc ncz 475 300 10 0 16mm z 3 校验机床功率 查 简明手册 Pcc 1 5kw 而机床所能提供 功率为 Pcm Pcc 故校验合格 最终确定 ap 2mm nc 475r min Vfc 475mm s Vc 1 06m s fz 0 15mm z 3 3 工序 3 以 40 为精基准 镗 55 0 5 0mm 镗 73 0 5 0mm 保证 其尺寸和粗糙度 与 22mm 孔的垂直度为 0 07 加工条件 工件材料 HT200 硬度 190 260HBS b 0 16Gpa 铸造 加工要求 粗铣中间孔上端面至 22mm 周径至 71mm 粗铣 中间孔下端面至 24mm 周径至 71mm 精铣两头孔的端面至 50mm 保证粗糙度 Ra 3 2 m 精铣中间孔上端面至 20mm 周径至 73mm 精铣中间孔下端面至保证 20mm 周径至 73mm 保证端面 粗糙度 Ra 3 2 m 保证孔壁粗糙度 Ra 6 3 m 机床 X63 卧式铣床 刀具 涂层硬质合金盘铣刀 45mm 选择刀具前角 o 5 后 角 o 8 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 计算切削用量 1 铣削深度 因为切削量较小 故可以选择 ap 4mm 一次走 刀即可完成所需长度 2 计算切削速度 按 简明手册 V c vpvezvpmoKZuayfXTqdC 算得 Vc 98mm s n 780r min Vf 490mm s 据 X52K 立式铣床参数 选择 nc 750r min Vfc 475mm s 则实际 切削速度 V c 3 14 80 750 1000 1 78m s 实际进给量为 f zc V fc ncz 750 300 10 0 25mm z 3 校验机床功率 查 简明手册 Pcc 2kw 而机床所能提供功 率为 Pcm Pcc 故校验合格 最终确定 ap 1mm nc 750r min Vfc 475mm s V c 1 78m s f z 0 15mm z 计算基本工时 粗铣中间孔上端面至 25 mm 周径至 71mm tm1 L Vf 13s 粗铣中间孔下端面至 22mm 周径至 71mm tm2 L Vf 13s 精铣小孔上端面至 50mm tm3 L Vf 8s 精铣中间孔上端面至周径至 73mm tm4 L Vf 10s 精铣中间孔下端面至周径至 73mm tm5 L Vf 10s 3 4 工序 4 粗镗 半精镗 精镗 55mm 孔至图样尺寸 加工条件 工件材料 HT200 硬度 190 260HBS b 0 16Gpa 铸造 加工要求 粗镗中间孔至 53mm 半精镗中间孔至 54mm 精镗中间孔至 55mm 机床 T616 卧式镗床 刀具 YG8 硬质合金镗刀 计算切削用量 单边余量 分三次切除 则 第一次 根据 3mZ map2 简明手册 4 2 20 查得 取 根据 简明手册 4 2 21rf 1 查得 取 in 245r 3 计算切削基本工时 sfLtm3052 1 同理 当第二次 第三次 时 进给量map6map4 0 和 机床主轴转速都取 64r min 切削基rf 3 0rf 1 本工时分别为 100s 和 80s 3 5 工序 5 以孔 40 为精基准 钻孔至 7 铰孔至 8 确保孔内粗糙度为 1 6 加工条件 工件材料 HT200 硬度 190 260HBS b 0 16Gpa 铸造 机床 组合机床 刀具 8mm 麻花钻 7mm 麻花钻 计算切削用量 根据 切削手册 查得 进给量为 0 18 0 33mm z 现取 f f 0 3mm z v 5m min 则 min 198501rdvnws 查 简明手册 表 4 2 15 取 所以实际切削速i 5rw 度为 smndvw 1 095810 计算切削基本工时 sfyltm32 09546 3 6 工序 6 以 22 孔为精基准 钻 7 孔 加工条件 工件材料 HT200 硬度 190 260HBS b 0 16Gpa 铸造 机床 组合机床 刀具 7mm 麻花钻 8mm 的丝锥 计算切削用量 刀具 7mm 麻花钻 根据 切削手册 查得 进给量为 0 18 0 33mm z 现取 f f 0 3mm z v 5m min 则 min 215 701rdvnws 查 简明手册 表 4 2 15 取 所以实际切削速in 9r 度为 smndvw 1 0195 70 计算切削基本工时 sfyltm32 09546 3 7 工序 7 以 40 上端面为精基准 攻 M8 螺纹 加工条件 工件材料 HT200 硬度 190 260HBS b 0 16Gpa 铸造 机床 组合机床 刀具 8mm 的丝锥 切削用量 刀具 丝锥 M6 P 1mm 切削用量选为 机床主轴转速为 smv 1 0 按机床使用说明书选取 则 in 219rns min 195rnw 机动时 mv 0l46 计算切削基本工时 sfyltm32 0195 3 8 工序 8 倒角 4 R5mm 以 22mm 孔为精基准 将两件两件铣断 铣 断量为 4 使其粗糙度为 6 3 加工条件 工件材料 HT200 硬度 190 260HBS b 0 16Gpa 铸造 加工要求 铣断后保证两边对称相等 刀具 YG 硬质合金圆盘铣刀 厚度为 4mm 机床 组 合机床 计算切削用量 查 切削手册 选择进给量为 切削速度为 rmf 3 0 则 smv 1 min 10730rdvnws 根据 简明手册 表 4 2 39 取 故实际切削速in 10rw 度为 sndvw 1073 查 切削手册 表 4 2 40 刚好有 min 40fm 计算切削基本工时 sfyltm1264037 4 夹具设计 4 1 问题的提出 本夹具是用来铣 73 的面 零件图中大小孔的中心距有公差要求 因此这两个小头孔的中心距也有一定的公差要求 另外 此中心线为三 个侧平面的设计基准 有一定的垂直公差要求 但此工序只是粗加工 因 此本工序加工时主要考虑如何提高劳动生产率 降低劳动强度 而精度 则不是主要问题 4 2 夹具设计 4 2 1 定位基准选择 底面对孔的中心线有一定的垂直度公差要求 因此应以地面为 主要定位基准 由于铸件的公差要求较大 利用小头孔的外圆表面作为 辅助定位基准时 只有采用自动对中夹具才能同时保证对称的两个零 件的大小孔的中心距的公差要求 为了提高加工效率 现决定采用两把 麻花钻同时加工出两个 8mm 的通孔 4 2 2 切削力及夹紧力计算 由于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 即垂直于第一定位基准面 在两侧只需要采用两个 V 型块适当夹 紧后本夹具即可安全工作 因此 无须再对切削力进行计算 4 2 3 定位误差分析 零件图规定大孔与小孔的中心距为 65mm 采用自动对中夹具后 定位误差取决于对中块 螺杆以及滑块的制造误差 同时 对对中块利用 调整螺钉进行调整并的误差只有 0 08mm 在后续的铣断工序中 利用 中间大孔定位 孔壁与定位销的配合间隙为 0 05mm 因此加工完成后 大孔与小孔的中心距的最大误差为 0 08 0 05 0 13 0 2mm A 所以能满足精度要求 参考文献 1 柯建宏 机械制造技术基础课程设计 第二版 M 武汉 华中科技大学出版社 2012 2 王先逵 机械制造工艺学 第三版 M 北京 机械工业出 版社 2013 3 杨叔子 机械加工工艺师手册 M 北京 机械工业业出版 2002 4 吴拓 方琼珊 机械制造工艺与机床夹具课程设计指导书 M 北京 机械工业出版 2005 5 孙木绪 熊万武 机械加工余量手册 M 1999 6 李云 机械制造工艺及设备指导手册 M 北京 机械工业出版 社 1998 7 土光斗 上春福 机床夹具设汁手册 M 上海科学技术出版 社 2000