机械制造工艺课程设计.doc

机械制造工程学课程设计说明书设计题目：“拨叉”831008零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计(年产量4000件)序言机械制造工艺学课程设计是在我们进行毕业设计之前一次综合性的总复习，是一次理论联系实际的机会。应好好把握这次机会提高自己分析问题、解决问题的能力，为今后的学习工作打下扎实的基础。一、 零件分析（一）零件的作用： 所给零件为CA6140车床的拨叉（831008），其作用为换挡，使得机床主轴按照操纵者的要求工作。拨叉上的20孔与操纵机构相连，由操纵机构带动拨叉，再由另一端50的半孔(与传动轴接触）带动齿轮，完成换挡工作。（二）零件工艺分析：零件加工表面有如下几组：1.孔20上下端面，表面粗糙度为3.2m，上端面与20孔轴线有垂直度公差要求；2.孔50上下端面，表面粗糙度为3.2m，上下端面宽度尺寸公差为（-0.06，-0.18），且与 20孔轴线有垂直度公差要求；3.孔20尺寸公差为（+0.021，0)，孔50尺寸公差为（+0.50，+0.25）；4.孔20圆柱体上部螺纹孔M6、8通孔；该圆柱体下部与两孔轴线连线成47夹角的平面，其两加工平面粗糙度均为3.2m。由以上表面尺寸、位置精度、设计基准等分析可知，可先加工一孔的上下两端面，再以已加工端面为精基准加工其他端面。二、 工艺规程设计（一） 确定毛坯的制造形式：零件的材料为HT200，塑性较差，易于铸造。拨叉在工作中受到冲击较小，且零件形状并不复杂，因此采用铸件毛坯。零件重1.0Kg，年产量为4000件。由机械制造工艺及设备设计指导手册321页，表15-2查得，为中批生产。由机械加工余量手册表1-3，选用金属型浇注，表面粗糙度可达12.5m-6.3m，尺寸精度达0.1mm-0.5mm。（二）基面的选择：1.粗基准的选择：粗基准的选择主要遵循两条原则：（1）尽量选择精度要求高的主要表面；（2）选择非加工表面。在本设计中，即选择底面或选择非加工表面作为粗基准。若选择底面作为粗基准，则可保证底面在后续加工中有足够且均匀的加工余量。但底面与20孔之见有垂直度要求，选择底面为粗基准不易保证其位置精度。而选择非加工表面作为粗基准，则可以先加工底面，再以之为基准加工20孔，这样可保证位置精度。因此，选择20孔圆柱体的非加工表面作为粗基准。2.精基准的选择：精基准的选择应尽量符合基准重合原则，此零件的设计基准为底面、20孔上端面与20孔轴线。具体设计在制订工艺路线时，根据工序安排具体确定。3.制订工艺路线制订加工工艺路线时，首先要确保工序安排合理。即：先加工基准表面，后加工其他表面；先安排粗加工，后安排精加工；先加工平面，后加工孔；先加工主要表面，后加工次要表面。查机械手册，得20孔的公差等级为IT7，50孔的公差等级为IT12，表面粗糙度为3.2m。查机械制造工艺及设备设计指导手册与教材汽车制造工艺学，设计出一下方案：工艺路线方案一：工序1 铸造毛坯；工序2 以20孔圆柱外表面为粗基准，钻、扩两20两孔；工序3 以20孔为精基准，粗铣、半精铣底面；工序4 以20孔为精基准，粗铣、半精铣50孔上端面与20孔上端面；工序5 以20孔为精基准，粗镗、半精镗50孔；工序6 切断工序7 以20上端面为精基准，钻8孔；工序8 攻螺纹M6；工序9 以20孔为精基准，粗铣、半精铣47平面；工序10 清洗；工序11 检查。工艺路线方案二：工序1 以20圆柱外表面为粗基准，粗铣、半精铣底面；工序2 以底面为精基准，钻、扩、铰、精铰两20孔；工序3 以底面为精基准，粗铣、半精铣两20孔上端面、50孔上端面；工序4 以20孔为精基准，粗镗、半精镗50孔；工序5 切断；工序6 以20孔为精基准，钻8孔；工序7 攻螺纹M6；工序8 以20孔为精基准，粗铣、半精铣47平面；工序9 清洗；工序10 检查。方案比较分析比较上述两个方案。方案一以非加工表面为粗基准，先加工20孔，再以20孔为精基准加工平面。虽然该方案理论上可得到较好的位置精度，但由于先加工孔再加工面，不利于定位装夹与对刀，道具不易定心，刀具易磨损、打刀。方案二先加工底面，再以底面为精基准加工20孔，通过相对位置保证垂直度，可避免出现方案一的不利情况发生，但以底面为精基准铣上端面是间接保证上端面与20孔垂直度的方法，难以保证位置精度质量。综合上述分析，得到最终加工工艺路线方案：工序1 以20圆柱上端面为粗基准，粗铣、半精铣底面；工序2 以底面为精基准，钻、扩、铰、精铰两20孔；工序3 以20孔为精基准，粗镗、半精镗50孔；工序4 切断；工序5 以20孔与底面为精基准，粗铣、半精铣20孔上端面与50孔上端面；工序6 以20孔为精基准钻8孔；工序7 攻螺纹M6；工序8 以20孔为精基准，粗铣、半精铣47平面；工序9 清洗；工序10 检查。4. 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定CA6140车床拨叉831008零件材料为HT200，毛坯重量为1.0Kg，生产类型为中批生产，采用金属型浇注毛坯。由上述资料以及前述加工工艺路线方案，可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。1. 拨叉尺寸较小，且两零件关于50孔对称，故可一次浇注两个相连零件，20孔较小可不注出；2. 根据零件尺寸查机械制造工艺及设备设计指导手册表15-10与表15-11，可得金属模铸造R=3-5mm，拔模斜度外表面=045。3. （1）钻、扩、粗铰、精铰两20内孔精度要求IT7查机械加工余量手册表5-30确定工序尺寸及余量为： 钻孔： 18 扩孔： 19.8 2Z=1.8mm 半精绞： 19.94 2Z=0.14mm 精绞： （2）镗50内孔毛坯为铸孔,内孔精度要求IT12表面粗糙度为Ra3.6,查机械加工余量手册表5-32确定工序尺寸及余量为: 一次 粗镗45 二次 粗镗48 2Z=3 三次 半精镗49.7 2Z=1.7 四次 精镗 2Z=0.3 （3）内孔50端面加工余量(计算长度为)： 按照机械加工余量手册表5-45与 表5-47得孔外端面单边加工余量为1.5,基准为2.0公差CT=1.1 （表1-4） 铣削余量(2.3-2.1) 精铣削的公称余量(单边)为 Z=1.0 铣削公差：现规定本工序（粗削）的加工精度为IT11级,因此可知本工序的加工尺寸偏差-0.22mm(入体方向),由于毛坯及以后各道工序的加工都有加工公差,因此规定的加工余量其实只是名义上的加工余量,实际上,加工余量有最大及最小之分,由于本设计规定的零件为中批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. 50基准端面毛坯尺寸加工余量 Zmax=2.0+1.1=3.1 Zmin=2.0-1.1=0.9 50半精铣的加工余量(单边)Z=0.8 粗铣加工余量(单边)Z=1.2 毛坯名义尺寸:12+22=16 毛坯最大尺寸:16+1.12=18.2 毛坯最小尺寸:16-0=16 粗镗后最大尺寸:12+0.8=12.8 粗镗后最小尺寸:12.8-0.22=12.58 半精镗后与零件图尺寸相同即 （4）两32圆柱端面加工余量及公差圆柱32圆柱端面为自由尺寸公差,表面粗糙度值要求为Ra3.2,要求粗铣、半精铣比对单边余量Z=1.5mm，公差CT=1.3（查表与（3）相同）4. 32半精铣的加工余量(单边)Z=0.8 粗铣加工余量(单边)Z=1.2 毛坯名义尺寸:30+22=34 毛坯最大尺寸:34+1.12=36.4 毛坯最小尺寸:34-0=34 粗铣后最大尺寸:30+0.8=30.8 粗铣后最小尺寸:30.8-0.22=30.58 半精铣后与零件图尺寸相同5. 确定切削用量及基本工时工序1 粗铣、半精铣底面（选用X52K立式铣床和专用夹具） 1.选择工具 据切削手册 (1)根据表1.2选择YG6硬质合金刀具 根据表3.1 铣前深度ap4 铣削宽度ae90 端铣刀直径D0=100mm 由于采用标准硬质合金端铣刀,故齿数Z=10 (2)铣刀几何形状查表(3.2) 由于 HBS=200150,r0=00=8Kr=45Kre=30 Kr=5 s=-20 0=8 bq=1.2 2.选择切削用量 (1)决定铣削深度ap (由于加工余量不大,铸体为金属型,铸造表面粗糙度为12.56.3 所以可以在一次走刀内切完)ap=h=2mm (2)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 取fz=0.18 (3)选择铣刀磨钝标准及刀具寿命 根据表3.7 铣刀刀齿刀面最大磨损量为粗加工时2.0,精加工时0.5,由于铣刀直径d0=100mm 故刀具寿命T=180min (查表3.8) (4)根据(表3.16)当d0=100mm Z=10 ap=2 fz=0.18 i=98m/min nt =32r/min ft=490mm/min 各修正系数为: km=kmn=kmf=0.89 Ks=ksn=ksf=0.8 故:c=t k=980.890.8=70m/min n=nt kn=3220.890.8=230r/min f=ft kt=4900.890.8=350.3mm/min根据X52K型立铣说明书(设计手册表4.2-35)选择 n =300r/min fc=375mm/min因此 实际切削速度和每齿进给量为 C=d0n /1000 =3.14100300 / 1000 =94.2 m/min Fzc=fc / (ncZ) =375 / 30010=0.125mm/z (5)根据机床功率: 根据表3.24 当HBS= 170240 ae9mm ap2 d=100 Z=10 f=375mm/min近似Pcc=3.8KW 根据X52K型立铣说明机床主轴允许功率为Pcm=7.50.75=5.63KW,故Pcc200 d0=18mm f=0.430.53mm/r 由于L/d=30/18=1.67 故应乘以孔深修正系数kcf=1 f= 0.430.53 mm/r (2)按钻头强度决定进给量 根据表2-8 当HBS=200 d=18mm 钻头强度允许的进给量f=1.6mm/r (3)按机床进给机构强度决定进给量 根据表2.9 当HBS210 d0=20.5 机床进给机构允许的轴向力为6960N(Z3025钻床允许的轴向力为7848N 见设计手册表4.2-11)进给量为0.6mm/r从以上三个进给量比较可看出,受限制的进给量是工艺要求,其值为 f=0.430.53mm/r 根据Z3025钻床,选择 f=0.5 mm/r 决定钻头磨钝标准及寿命 由表2.12 当d0=18 时,钻头后刀面最大磨损量取为0.6mm,寿命T=60min 切削进度 由表2.15 HBS 170240, f=0.5mm/r d20 c=16m/min n =1000/d0=100016/(3.1420)=254.7r/min 检验机床扭矩及功率 根据表2.20 当f=0.5mm/r d019 时 mt=64.45 N*M 根据Z3025 钻床说明书 当nc=250r/min 时 Mm=80 N*M 根据表2.23 当HBS200 d0=20 f=0.53mm/r c=16m/min 时 Pc=1.1KW 查设计手册表4.2-11 PE=2.2KW 由于MCMm PC150,r0=0 0=8Kr=45Kre=30 Kr=5 s=-20 0=8 bq=1.2 2选择切削用量 (1)决定铣削深度ap (由于加工余量不大,铸体为金属型,铸造表面粗糙度为 12.56.3 所以可以在一次走刀内切完) ap=h=2mm (2)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 取fz=0.18 (3)选择铣刀磨钝标准及刀具寿命 根据表3.7 铣刀刀齿刀面最大磨损量为粗加工时2.0,精加工时0.5 由于铣刀直径d0=100mm 故刀具寿命T=180min (查表3.8) (4)根据(表3.16)当d0=100mm Z=10 ap=2 fz=0.18 i=98m/min nt =32r/min ft=490mm/min 各修正系数为: km=kmn=kmf=0.89 Ks=ksn=ksf=0.8 故:c=t k=980.890.8=70m/min n=nt kn=3220.890.8=230r/min f=ft kt=4900.890.8=350.3mm/min 根据X52K型立铣说明书(设计手册表4.2-35)选择 n =300r/min fc=375mm/min 因此 实际切削速度和每齿进给量为 C=d0n /1000 =3.14100300 / 1000 =94.2 m/min Fzc=fc / (ncZ) =375 / 30010=0.125mm/z (5)根据机床功率: 根据表3.24 当HBS= 170240 ae9mm ap2 d=100 Z=10 f=375mm/min 近似Pcc=3.8KW 根据X52K型立铣说明机床主轴允许功率为Pcm=7.50.75=5.63KW 故Pcc150,r0=0 0=8Kr=45Kre=30 Kr=5 s=-20 0=8 bq=1.2 2选择切削用量 (1)决定铣削深度ap (由于加工余量不大,铸体为金属型,铸造表面粗糙度为12.56.3 所以可以在一次走刀内切完) ap=h=2mm (2)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 取fz=0.18 (3)选择铣刀磨钝标准及刀具寿命 根据表3.7 铣刀刀齿刀面最大磨损量为粗加工时2.0,精加工时0.5 由于铣刀直径d0=100mm 故刀具寿命T=180min (查表3.8) (4)根据(表3.16)当d0=100mm Z=10 ap=2 fz=0.18 i=98m/min nt =32r/min ft=490mm/min 各修正系数为: km=kmn=kmf=0.89 Ks=ksn=ksf=0.8 故:c=t k=980.890.8=70m/min n=nt kn=3220.890.8=230r/min f=ft kt=4900.890.8=350.3mm/min 根据X52K型立铣说明书(设计手册表4.2-35)选择 n =300r/min fc=375mm/min 因此 实际切削速度和每齿进给量为 C=d0n /1000 =3.14100300 / 1000 =94.2 m/min Fzc=fc / (ncZ) =375 / 30010=0.125mm/z (5)根据机床功率: 根据表3.24 当HBS= 170240 ae9mm ap2 d=100 Z=10 f=375mm/min 近似Pcc=3.8KW 根据X52K型立铣说明机床主轴允许功率为Pcm=7.50.75=5.63KW 故PccPcm 因此所选择的切削用量可以采用即 ap=2 f=375mm/min n=300r/min c=94.2m/min fz=0.125mm/z 3.计算基本工时 tm = L / f 式中 L=176mm 根据表3.26,对称安装铣刀,入切量及超切量Y+=35 则L=(176+35)=221mm 故tm=221 / 375=0.56min 工序8 钻锥孔8及M6底孔（选用Z3025摇臂钻床及专用夹具）一.钻锥孔8 1.锥柄麻花钻(GB1436-85) d=7.8 mm 钻头几何形状为(表2.1及表2.2)双锥修磨横刃=30 2=118 be=3.5mm 0=12 =55 2.选择切削用量 (1)按加工要求决定进给量 根据表2.7 当加工要求为H12HB精度铸铁硬度HBS200 d0=7.8mm 时 f=0.360.44 mm/r 由于L/d=32/7.8=4 所以应乘以修正孔系数kcf=0.95 则 f =(0.360.44) 0.95=0.340.42 mm/r 由钻床Z3025手册取f=0.4mm/r (2)决定钻头磨钝标准及寿命 由表2.12 ,当d0=8时,钻头后刀面最大磨损量取为0.6mm 寿命T=35min (3)决定切削速度 由表2.15 硬度HBS200219 f=0.9mm/r d020mm c=22 m/min n =1000/d0=100022/(3.1420)=350 r/min 由钻床说明手册选取 n=400 r/min 3.计算工时 tm =L / nf= L+Y+/ nf=(32+10)/4000.4=0.26min 二.钻M6底孔 1.锥柄麻花钻(GB1436-85) d=5.2mm 钻头几何形状为(表2.1及表2.2)双锥修磨横刃=30 2=118 be=3.5mm 0=12 =55 2.选择切削用量 (1)按加工要求决定进给量 根据表2.7 当加工要求为H12HB精度铸铁硬度HBS200 d0=7.8mm 时 f=0.360.44 mm/r 由于L/d=32/7.8=4 所以应乘以修正孔系数kcf=0.95 则 f =(0.360.44) 0.95=0.340.42 mm/r 由钻床Z3025手册取f=0.4mm/ (2)决定钻头磨钝标准及寿命 由表2.12 ,当d0=8时,钻头后刀面最大磨损量取为0.6mm 寿命T=35min (3)决定切削速度 由表2.15 硬度HBS200219 f=0.9mm/r d0150,r0=0 0=8Kr=45Kre=30 Kr=5 s=-20 0=8 bq=1.2 2选择切削用量 (1)决定铣削深度ap (由于加工余量不大,可以在一次走刀内切完) ap=h=6mm (2)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 取fz=0.18 (3)选择铣刀磨钝标准及刀具寿命 根据表3.7 铣刀刀齿刀面最大磨损量为粗加工时2.0,精加工时0.5 由于铣刀直径d0=100mm 故刀具寿命T=180min (查表3.8) (4)根据(表3.16)当d0=100mm Z=10 ap=2 fz=0.18 i=98m/min nt =32r/min ft=490mm/min 各修正系数为: km=kmn=kmf=0.89 Ks=ksn=ksf=0.8 故:c=t k=980.890.8=70m/min n=nt kn=3220.890.8=230r/min f=ft kt=4900.890.8=350.3mm/min 根据X62型卧式铣说明书(设计手册表4.2-35)选择 n =300r/min fc=375mm/min 因此 实际切削速度和每齿进给量为 C=d0n /1000 =3.14100300 / 1000 =94.2 m/min Fzc=fc / (ncZ) =375 / 30010=0.125mm/z (5)根据机床功率: 根据表3.24 当HBS= 170240 ae9mm ap2 d=100 Z=10 f=375mm/min 近似Pcc=3.8KW 根据X62型卧式铣说明机床主轴允许功率为Pcm=7.50.75=5.63KW 故PccPcm 因此所选择的切削用量可以采用即 ap=2 f=375mm/min n=300r/min c=94.2m/min fz=0.125mm/z 3.计算基本工时tm = L / f式中 L=20mm 根据表3.26,对称安装铣刀,入切量及超切量Y+=35 则 故tm= L / nf=(20+3+4)/375=0.07 min 将以上各工序切削用量、工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一并填入机械加工 工艺过程综合卡片。三、 夹具设计夹具设计内容选定为第8道工序钻M6孔的钻床卡具。本卡具将用于Z3025摇臂钻床。刀具为M6丝锥，以及4的高速钢麻花钻。1.问题的提出在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求较低。因此，本步的重点应在夹紧的方便与快速性上。2.夹具设计 （1）定位基准的选择 出于定位简单和快速的考虑，选择20孔为基准，即以一面上一长销（自由度限制数：5） 配合以一挡销（自由度限制数：1）使工件完全定位。再使用快速螺旋夹紧机构进行夹紧。 （2）切削力和夹紧力计算 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。 轴向力 扭矩由于扭矩很小，计算时可忽略。夹紧力为取系数 S1=1.5 S2=S3=S4=1.1则实际夹紧力为 F=S1*S2*S3*S4*F=10.06N使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力。3. 定位误差分析本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终靠近定位销的一面，而挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于卡具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。4. 夹具设计及操作的简要说明夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。 夹具上设置有钻套，用于确定的钻头位置。总结本次课程设计已经结束。在整个课程设计过程中，学到了很多东西。首先，在课程设计的过程中更好的理论联系实际，补充了理论学习的不足；其次，在设计过程中更加熟练的运用了各种工具手册，熟悉了国家标准，为称为一个合格的工程人员打下了基础；最后，认识到了工程设计的复杂与不易，在今后的学习中应当更加努力的向一名合格的工程人员看齐。当然，在设计过程中也有一些不足。例如因为能力有限，并不能将每一个设计问题都完全解决，在时间有限的情况下留下了很多尚未解决的问题。即使在课程设计结束之后，自己也应该主动把这些问题解决。