车床拨叉机械加工基本工艺设计.doc

序 言通过所学专业课知识（公差与配合、工程材料、机械原理、机械设计制造机械制造技术基本等）和金工实习使咱们对机械设计制造有了一定感性和理性结识。这次机床工艺及夹具设计让咱们对所学专业课得以复习、巩固和应用，是理论和实践相结合有效手段，不但为大三毕业设计做准备，并且为后来工作打下一定基本。 在这次设计中，咱们重要设计C6140拨叉工艺规程。在设计中阅读大量参照资料并且得到教师指引，由于本人能力有限在设计中难免有局限性之处，恳请各位教师、同窗批评指正。一.计算生产大纲、拟定生产类型该零件是CA6140车床上拨叉，按照指引教师规定，设计此零件为大批量生产。二.零件分析1.零件作用 题目给定零件是C6140拨叉（见附图1）它位于车床变速机构中，重要其换挡作用。拨叉是一种辅助零件，通过拨叉控制滑套与旋转齿轮接合。滑套上面有凸块，滑套凸块插入齿轮凹位，把滑套与齿轮固连在一起，使齿轮带动滑套，滑套带动输出轴，将动力从输入轴传送至输出轴。摆动拨叉可以控制滑套与不同齿轮结合与分离，达到换档目。分析这种动力联接方式可知，车换档时要减速，这样可以减少滑套与齿轮之间冲击，延长零件使用寿命。2.拨叉技术规定按机械制造技术基本课程设计指引教程表1-1形式将拨叉所有技术规定列于表2-1中。表2-1 拨叉技术零件图加工表面尺寸及偏差 mm公差精度级别表面粗糙度Raum形位公差 mm拨叉头上断面A30IT123.2/0.10A拨叉头左端面C75IT123.2拨叉底面D40IT123.2M8通孔8IT95锥形孔5IT8花键25IT71.6花键底孔 22IT126.3操作槽内侧面35IT12 3.20.08A操作槽顶面18IT116.3该拨叉形状特殊、构造简朴，属典型叉杆类零件。宽度为30mm面尺寸精度规定很高，在拨叉工作工程中，和如果拨叉和槽配合尺寸精度不高或者它们之间空隙很大时。滑移齿轮就达不到很高定位精度，这样滑移齿轮就不能较好与其她齿轮进行对的有效啮合。从而影响整个传动系统工作。因此拨叉宽度为30mm面和槽之间要达到很高配合精度。综上所述，该拨叉件各项技术规定制定较合理，符合该零件在变速机构中功用。3.审查拨叉工艺性 CA6140拨叉共有两组加工表面，一组加工表面涉及:A端面和轴线与A端面相垂直花键底孔。一组加工表面涉及：六个方齿花键孔，及25mm花键底孔两端275倒角。对于两组加工表面可先加工一组表面，再用专用夹具加工另一组表面。该零件除重要工作表面外，别的表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过洗削、钻床粗加工就可以达到加工规定；而重要加工表面虽然加工精度规定较高，但也可以在正常生产条件下，采用较经济办法保质保量加工出来。由此可见，该零件工艺性较好。三、拟定毛坯、画毛坯零件综合图1.选取毛坯本次所设计拨叉材料为HT200，依照材料成型工艺可知用金属型锻造。该零件可以承受较大载荷和冲击载荷，可以满足使用规定。由于生产大纲为大批量生产，零件形状简朴故毛坯形状需与零件形状尽量接近，又因内孔很小，可不铸出。2.机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸拟定 C6140拨叉材料为HT200毛坯质量为0.84kg，b=220MPa，HBS=157。 依照上述原始资料和加工工艺，分别拟定各个加工表面机械加工余量，工序尺寸以及毛坯尺寸。 依照零件图计算轮廓尺寸，长40mm，宽为80mm，高为75mm，故零件最大轮廓尺寸为80mm。 选用公差级别CT由机械制造技术基本课程设计指南中表5-1可查得毛坯件公差级别为810级，取为10级。 求铸件尺寸公差 依照加工面基本尺寸和铸件公差级别CT，由机械制造技术基本课程设计指南中表5-3可查得尺寸公差为CT=3.2mm 求机械加工余量由机械制造技术基本课程设计指南表5-5查得机械加工余量级别范畴为DF，取为E级 求RAM（规定机械加工余量）对所有加工表面取同一数值，由机械制造技术基本课程设计指南表5-4查得最大轮廓尺寸为80mm、机械加工余量为E级，得RAM数值为0.7mm。 求毛坯尺寸 2-M8通孔和5锥孔较小铸成实心；C、面单侧加工，应由机械制造技术基本课程设计指南式5-2求出，即： R=F+RAM+CT/2=80+0.7+3.2/2=82.3mm D面为单侧加工，毛坯尺寸由机械制造技术基本课程设计指南式5-1求出，即： R=F+RAM+CT/2=72+0.7+3.2/2=74.3mm为了简化铸件形状取R75mm表3-1铸件毛坯尺寸公差与加工余量项目C面D面公差级别CT1010加工面基本尺寸8072铸件尺寸公差3.23.2机械加工余量级别EERAM0.70.7毛坯基本尺寸82.3751、C面单边总加工余量为Z2.3mm。查机械制造技术基本课程设计指南表5-49精加工余量故粗加工余量为Z1.3m2、D面精加工余量同C面Z1mm故D面粗加工余量Z2mm3、花键孔规定以花键外径定心，故采用拉削加工内空尺寸为。由机械制造技术基本课程设计指南表5-42拟定孔加工余量分派：钻孔：20mm扩孔：22mm拉花键孔(6-25H7*6H9)4、铣18H11槽由机械制造技术基本课程设计指南表5-41查得粗铣后半精铣宽度余量Z3mm粗铣后公差为+0.18+0.27半精铣后公差为+0.11（IT11）综上所述，绘制毛坯简图见附表2四.工艺规程设计1.定位基准选取定位基准选取是工艺规程设计中重要工作之一，定位基准选取得对的与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会导致零件大批报废，使生产无法正常进行。基准面选取（1）、粗基准选取：该零件属于普通轴类零件，以外圆为粗基准就已经合理了（夹持长四点定位），为保证A面与花键孔轴线垂直，以便于保证以该两面为定位精基准时其他表面尺寸精度加工规定，可以把A面与花键底孔放在一种工序中加工，因而该工序总共要消除X，Y，Z，X，Y五个自由度，用三爪卡盘卡夹持外圆柱面。消除X，Y，X，Y 四个自由度，再用一种浮动支承顶住B面，消除Z 自由度，达到定位规定。由于要保证花键中心线垂直于拨动滑移齿轮右端面。因此以40外圆表面为粗基准。（2）、精基准选取：为了保证定位基准和加工工艺基准重叠，因此选取零件左端面为精基准。2.表面加工办法拟定 依照拨叉零件图上各加工表面尺寸精度和表面粗糙度，拟定加工各表面加工办法如表4-1所示。表4-1 拨叉零件各表面加工方案加工表面尺寸及偏差 mm公差精度级别表面粗糙度Raum加工方案备注拨叉头上端面A30IT123.2粗洗-半精铣表1-8拨叉头右端面C75IT123.2粗洗-半精铣表1-8拨叉底面D40IT123.2粗洗-半精铣表1-8M8通孔8IT9钻表1-75锥形孔5IT8钻表1-7花键25IT71.6拉表1-7花键底孔 22IT126.3扩表1-7操作槽内侧面35IT12 3.2粗洗-半精铣表1-8操作槽顶面18IT116.3粗洗-半精铣表1-8注：表1-8和表1-7来自机械制造技术基本课程设计指引教程 邹青 主编3.加工阶段划分 该拨叉零件质量规定较高，可将加工阶段划分为粗加工、半精加工和精加工几种阶段。 在粗加工阶段，一方面将精基准准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其她加工表面精度规定。4.工序集中与分散 本序选用工序集中原则安排拨叉加工工序。该拨叉生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工具，以提高生产效率；并且运用工序集中原则使工件装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，并且由于在一次装夹中加工了许多了表面，有助于保证各加工表面之间相对位置精度规定。5.拟定工艺路线工艺路线方案一：工序一：锻造毛坯；工序二：粗、半精铣右端面C面，工序三：钻孔并扩花键底孔22并锪215倒角；工序四：拉花键25H7工序五：粗、半精铣底面D面；工序六：钻配作孔、螺纹孔；工序七：中检工序八：粗、半精铣槽；工序九：去毛刺；工序十：终检，入库。工艺路线方案二：工序一：锻造毛坯；工序二：粗、半精铣右端面C面，工序三：钻孔并扩花键底孔22并锪215倒角工序四：拉花键25H7工序五：粗铣底面D面及18H11槽；工序六：半精铣底面D面及18H11槽；工序七：钻配作孔、螺纹孔；工序八：去毛刺；工序九：终检，入库。比较两种工序加工方案，考虑到加工过程中粗精铣同一面可用同一夹具和刀具，为了减少换夹具及刀具时间，缩短加工工时提高加工效率，故采用第一种加工方案。 在综合考虑上述工序顺序安排原则基本上，表4-2列出了拨叉工艺路线表4-2 拨叉工艺路线及设备、工装选用工序号工序名称机床设备刀具量具1锻造毛坯金属锻造设备2粗、半精铣左端面C面立式升降台铣床X5032硬质合金端铣刀游标卡尺3钻孔并扩花键底孔22并锪215倒角钻床Z525高速钢麻花钻卡尺、塞规4拉花键25H7矩形花键拉床拉刀游标卡尺5粗、半精铣底面80*30面；立式升降台铣床X5032高速钢立铣刀游标卡尺6钻配作孔、螺纹孔普通钻床、高速钢直柄麻花钻床高速钢直柄麻花钻卡尺、塞规7中检塞规，百分表卡尺等8粗、半精铣槽立式升降台铣床X5032高速钢立铣刀游标卡尺9去毛刺钳工台平锉10清洗清洗机11终检，入库塞规，百分表卡尺等五.机床设备及工艺装备选用1.机床设备选用在大批生产条件下，可以选用高效专用设备和组合机床，也可以选用通用设备。所选用设备应提出机床型号，所选用组合机床应提出机床特性。本例选用机床设备有立式升降台铣床X5032、普通钻床、高速钢直柄麻花钻床2.工艺装备选用工艺装备重要涉及刀具、夹具和量具。在工艺卡片中应简要写出它们名称，如本例中“百分表”、“钻头”、铣刀“等。本例中只设计工艺规程，不设计夹具。六.切削用量、时间定额计算工序一：锻造毛坯工序二：一.粗、半精铣左端面7540面即C面。1.粗铣面7540面：2.背吃刀量拟定：由于切削余量较小故一次切削就可切除所有余量故a10=z=1.3mm。3.进给量拟定：选用硬质合金端铣刀刀具材料为YG6铣刀直径为8mm齿数为10，选用X5032，立式升降台铣床，功率为7.5KW。由实用机械加工工艺手册表1192可查得每齿进给量fz0.140.24mm取fz0.2mm/z4.铣削速度拟定：由实用机械加工工艺手册表11-94可查得灰铸铁硬度为150225HBS，查得Vc=6010m/min。则主轴转速为n1000Vc/D238.8437.9r/min 。VffzZn477.6875.6r/mm。故取n300r/min ，Vf480mm/min。5.切削工时：由切削用量简要手册表3.26可查得入切量及超切量Y+=12mm。故t0.18mim。二.精铣7540面1.背吃刀量拟定由实用机械加工工艺手册表6-30查得半精铣铣削用量为1mm ，即ap1mm。2.进给量拟定选用与粗铣刀同样刀具与机床，由实用机械加工工艺手册表11-92规定表面粗糙度为3.2查得每转进给量为0.51.0故取0.5mm/r3.铣削速度拟定由实用机械加工工艺手册查得铣削速度为60110m/min则机床主轴转速n1000Vc/D=238.8437.9r/mim取n300r/min，则Vf150mm/min。4.计算切削工时由切削用量简要手册表3.26查得入切量和超切量Y+12mm。则t0.61mim工序三 钻22花键底孔，扩花键底孔22倒215o倒角一.钻20孔。1.决定进给量由切削用量简要手册表2.7选取高速钢麻花钻头其直径do20mm。铸铁硬度不不大于200HBS查得进给量f=0.430.53mm/r由于Yd80/204查得修正系数Ktf0.95则f0.410.50mm/r。由切削用量简要手册表2.8可查得钻头强度容许进给量为f1.75mm/r。由切削用量简要手册表2.9可知机床进给机构强度所容许钻削进给量。选用Z525钻床由表2.35查得进给机构容许最大抗力Fmax8830N，do20.5，查f0.93mm/s，故取f0.48由切削用量简要手册表2.19查得高速钢钻头钻孔轴向力F5510N不大于Fmax，故可用。2.拟定钻头磨钝原则及寿命。由切削用量简要手册表2.12查钻头后刀面最大磨损量取0.6mm，寿命为T=15mim。 3.拟定切削速度286.6r/min由切削用量简要手册表2.35取n272r/min则实际切削速度Vc17.1 m/min。4.检查机床扭矩及功率 由切削用量简要手册表2.20可查得f0.5 mm/r时，Mc76.81Nm。当nc272r/min时由切削用量简要手册表2.35可查得Mm144.2Nm。由切削用量简要手册表2.23查得Pc1.1 kw。Pe2.60.817.76 kw。由于McMm，PcPe，故所选切削用量可用。f0.48mm/r ，nnc272r/min。Vc17m/min。计算基本工时：tm由切削用量简要手册表2.29查得入切量与超切量分别为10mm和10mm。故：tm0.69 min。二、扩20孔。1、拟定背吃刀量由切削用量简要手册查得背吃刀量为2mm。2、拟定进给量由切削用量简要手册查f0.60.7mm/r。依照机床阐明书取f0.62mm/r3、计算切削速度 5.78.5 m/min 由此可知主轴转速为：n82.5r/min依照机床阐明书取n140r/min，则实际切削速度v9.67 m/min4、计算切削工时由切削用量简要手册表2.5可查得Kv3060，取Kv45。由机械加工工艺手册表3.5.1查得tm，式中各参数：L=80mm，L11.7072.107，取L12mm。故tm0.8min工序四 拉花键孔由机械加工工艺手册表4.1-42拉刀齿开量查得矩形花键拉刀，工件材料铸铁齿开量为0.040.1mm，取齿开量为0.06mm。拉削速度由机械加工工艺手册表4.165查得表面粗糙度要切Ra1.252.5，拉削速度为级花键拉削速度为Vc4.53.5 m/min 取Vc3 m/min拉削级别由机械加工工艺手册表4.166查得。拉削加工工时t 式中Zb为单面余量Zb 1.5 mmL为拉削表白长度 L80 mm为拉削系数，取1.2K 考虑机床返回行程系数取 k1.4v为拉削速度fz为拉刀单面齿开量z为拉刀同步工作齿数zL/PP为拉刀齿距 P（1.251.5）1.35 12 mm因此拉刀同步工作齿数为zL/P=80/127因此t0.16 min工序五 粗、精铣8030面 一、粗铣8030面1、加工余量拟定由前面可知粗加工加工余量为2 mm，加工余量较小故采用一次切削故ap2 mm。2、切削用量拟定由机械加工工艺手册表2.120选取高速钢立铣刀，铣刀直径为16 mm齿数为3。由机械加工工艺手册表2.196查得加工材料为灰铸铁，铣削宽度为awdo/4，铣刀铣削速度为v18.29m/min，每齿进给量为0.0630.102 mm/z则主轴转速为n=358.3577.2 r/min取n460r/min，由此可得Vf0.093460 124.2 mm/min3、铣削加工工时计算由机械加工工艺手册表2.194可查得t式中i为次给次数i 80.5do+（0.51.0）9 mm12 mm取2 mm则t5.86 min精铣 8030面1、加工背吃刀量ap拟定由前面可懂得精铣加工余量为1 mm，故ap1 mm2、进给量拟定由精铣加工工艺手册表2.172查得高速钢立铣刀直径为16 mm，选用与粗铣时同一铣刀和机床。铣削宽度为aw3 mm是每齿进给量为0.080.05 mm/z，由于表精度规定较高故fz0.06 mm/z3、切削用量拟定由机械加工工艺手册表2.175查得铣刀磨钝原则查得后刀面最大磨损限度为0.20.25 mm。由机械加工工艺手册表2.176限度寿命查得限度寿命T=60min。由机械加工工艺手册表2.1-92查得Vc22 m/min，则铣床主轴转速：n437.9 r/min取n460 r/min。则Vffz*z*n0.06*3*460=82.8 mm/min 4、计算铣削加工工时由上面可知t式中 、与上述所相似。 30/310将各参数代入上式可得： t1011 min工序六 钻两M8底孔及攻螺纹1、选取切削用量选取高速钢直柄麻花钻直径为7，钻头形状为双锥修磨横刃。由切削用量简要手册表2.7查得进给量f0.360.44mm/r，由切削用量简要手册表2.83和钻头容许进给量拟定进给量f0.86mm/r。由切削用量简要手册表2.9机床进给机构所容许钻削进给量查得f1.6mm/r。故由Z525型立式钻创阐明书取f0.36mm/r。2、拟定钻头磨钝原则及寿命由切削用量简要手册表2.12查得磨钝原则为0.50.8寿命为T35min。3、拟定切削速度由切削用量简要手册表2.15查得切削速度为V18m/min。则主轴转速为 n818.9 r/min。由Z525钻床阐明书由就近原则取n680 r/min。故实际切削速度为v14.9 m/min4、校核机床扭矩及功率由切削用量简要手册表2.20查得 =420，=1 0.8，=0.206，2.0，=0.8420720.360.811298.3 NMc0.206720.360.814.5 NmPc0.32 KW依照Z525机床阐明书可知Mm=42.2 Nm，Pe=2.8*0.81=2.26 KW，Fmax=8830 N 由于上面所算出数据都不大于机床各个相应参数，故机床符合规定。5、计算钻削加工工时由切削用量简要手册表2.29查得入切量和超切量y值为6 mm。故t 0.07 min由于表面存在俩加工孔故加工工时为T=2t0.14 min。二、攻M8螺纹由机械加工工艺手册表7.2-4选用M8细柄机用丝锥，在普通钻床上攻丝。由机械加工工艺手册表7.2-13在普通钻床上攻丝切削速度表查得Vc1112 m/min。故钻床主轴转速为：n437.9 477.7 r/min由Z525阐明书参数可取n392 r/min。故实际切削速度为Vc9.8 mm/min攻螺纹机动实际计算tm其中：工件螺纹长度10 mm。 ：丝锥切削长度22 mm。 ：攻螺纹是超切量（23）P取3。 ：攻螺纹是转速392 r/min。 ：丝锥退出时转速680 r/min。 P:螺距。工序七 铣18H11槽一、粗铣18H11槽1、选取与加工8030平面同一规格铣刀，同一铣床。由于槽深为35 mm 故铣18H11槽时底边留有5 mm加工余量，精铣以达到图纸所规定表面粗糙度规定故ap30 mm2、切削用量拟定由机械加工工艺手册表2.1-96查得切削速度为V1829 m/min每齿进给量为fz0.0630.102 mm/z取fz0.09 mm/z。则铣床主轴转速为n=358.3577.2 r/min依照机床阐明书可取n460 r/min。则实际转速为Vffznz0.093460124.2 mm/min3、切削加工工时由机械加工工艺手册表2.1-99查得0.82 min二、半精铣18H11槽1、选用与粗铣18H11槽同一规格铣刀，背吃刀量ap5 mm。2、拟定进给量由机械加工工艺手册表2.1-72查得每齿进给量为fz0.050.08 mm/z取fz0.06 mm/z。由机械加工工艺手册表2.1-75查得后刀面最大磨损限度为0.220.25 mm。由表2.1-76查得铣刀寿命为T60 min3、切削用量拟定由机械加工工艺手册表2.1-92查得V22 m/min，则主轴转速 n=437.9 r/min依照机床阐明书拟定主轴转速为n460 r/min。则Vffznz82.8 mm/min4、计算切削工时由机械加工工艺手册表2.1-99查得1.2 min 三、 夹具设计设计工序精铣槽18H11夹具。（一） 问题提出本夹具要用于精铣槽18H11，对槽18H11规定有：槽宽18H11 精度级别为IT12级8槽两侧面粗糙度为3.2，槽底面粗糙度为6.3。本道工序只精铣一下槽即达到各规定，因而，在本道工序加工时，咱们应一方面考虑保证槽各加工精度，如何提高生产效率，减少劳动强度。 （二） 夹具设计1 定位基准选取拟定加工路线第一步是选取定位基准。定位基准选取必要合理，否则将直接影响所制定零件加工工艺规程和最后加工出零件质量。基准选取不当往往会增长工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件加工精度（特别是位置精度）规定。因而咱们应当依照零件图技术规定，从保证零件加工精度规定出发，合理选取定位基准。此零件图没有较高技术规定，也没有较高平行度和对称度规定，因此咱们应考虑如何提高劳动效率，减少劳动强度，提高加工精度。25孔和其两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选取已加工好25孔和其端面作为定位精基准，来设计本道工序夹具，以两销和两已加工好25孔端面作为定位夹具。 为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简朴螺母作为夹紧机构。2 切削力和夹紧力计算（1）刀具： 高速钢错齿三面刃铣刀 160mm z=24机床： x61W型万能铣床 由3 所列公式 得 查表 9.48 得其中： 修正系数 z=24 代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=其中：为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1 因此 （2）夹紧力计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧面上摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=20mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺钉强度校核：螺钉许用切应力为 s=3.54 取s=4 得 满足规定 经校核： 满足强度规定，夹具安全可靠， 使用迅速螺旋定位机构迅速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠夹紧力3. 定位误差分析（1） 定位元件尺寸及公差拟定。夹具重要定位元件为一平面和两定位销，孔与销间隙配合。 （2） 工件工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销孔径为最小时，孔心在任意方向上最大变动量等于孔与销配合最大间隙量。本夹具是用来在卧式镗床上加工，因此工件上孔与夹具上定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上最大变动量为孔径公差多一半。工件定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相似，则其定位误差为： Td=Dmax-Dmin 本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终接近定位销一面，而挡销偏角会使工件自重带来一定平行于夹详细底版水平力，因而，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，故应当能满足定位规定。4. 夹具设计及操作简要阐明如前所述，在设计夹具时，应当注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具构造简朴，便于操作，减少成本。提高夹具性价比。本道工序为镗床夹具选取了压紧螺钉夹紧方式。本工序为精镗切削余量小，切削力小，因此普通手动夹紧就能达到本工序规定。本夹具最大长处就是构造简朴紧凑。夹具夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用迅速螺旋夹紧机构。设计心得回顾整个设计过程，课程设计作为机械制造工艺学课程重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识理解，强化了生产实习中感性结识。本次课程设计重要是机械加工工艺规程设计，咱们运用了基准选取、切削用量选取计算、机床选用、时间定额计算等方面知识。通过本次设计，使咱们基本掌握了零件加工过程分析、工艺文献编制等。学会了查有关手册、选取使用工艺装备等等。总来说，这次设计，使咱们在基本理论综合运用及对的解决实际问题等方面得到了一次较好训练。提高了咱们思考、解决问题创新设计能力，为后来设计工作打下了较好基本。