《机械制造工程学》课程设计CA6140车床夹具

('《机械制造工程学》课程设计序言大三下学期我们进行了《机械制造工程学》课的学习，并且也进行过金工实习。为了巩固所学知识，并且在我们进行毕业设计之前对所学各课程的进行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,我们进行了本次课程设计。通过这次课程设计对自己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，同时，在课程设计过程中，我们认真查阅资料，切实地锻炼了我们自我学习的能力。另外，在设计过程中，经过老师的悉心指导和同学们的热心帮助，我顺利完成了本次设计任务。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予批评指正。一、零件的分析(一)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Φ20孔与操纵机构相连，下方的Φ50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。(二)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：1、小头孔Φ20以及与此孔相通的Φ8的锥孔、M6螺纹孔2、大头半圆孔Φ503、拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔端面，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。由上面分析可知，可以粗加工拨叉下端面，然后以此作为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。(三)确定生产类型已知此拨叉零件的生产类型为大批量生产，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；大量采用专用工装。二、确定毛坯1、确定毛坯种类：零件材料为HT200。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，生产类型为大批生产，故选择金属模机械砂型铸件毛坯。查《机械加工余量手册》(参考文献1)表1-6,选用铸件尺寸公差等级为CT-9。2、确定铸件加工余量及形状：查《机械加工余量手册》表4-2，选用加工余量为MA-F级，并查表4-1确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选用及加工余量，如下表所示：简图加工面代号基本尺加工余量等级加工余量说明寸D120F3.62孔降一级双侧加工D250F3.22孔降一级双侧加工T230F2.6单侧加工T312F2.2单侧加工T412F2.2单侧加工三、工艺规程设计(一)选择定位基准：1粗基准的选择：以零件的小头上端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。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，以两个小头孔外圆柱表面为辅助的定位精基准。(二)制定工艺路线:根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，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。查《机械加工工艺师手册》表4-8、4-10、4-11，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：工序Ⅰ粗铣Φ20、Φ50下端面，以T2为粗基准，采用X5032立式升降台铣床加专用夹具；工序Ⅱ粗铣Φ20上端面，以T1为定位基准，采用X5032立式升降台铣床加专用夹具；工序Ⅲ粗铣Φ50上端面，以T4为定位基准，采用X5032立式升降台铣床加专用夹具；工序Ⅳ钻、扩Φ20孔，以Φ32外圆和T2为基准，采用Z5025立式钻床加专用夹具；工序Ⅴ粗镗Φ50孔，以D1为定位基准，采用TX617卧式铣镗床加专用夹具；工序Ⅵ铣斜肩，以D1和T2为定位基准，采用X5032立式升降台铣床加专用夹具；工序Ⅶ精铣Φ20下端面，以T2为基准，采用X5032立式升降台铣床加专用夹具；工序Ⅷ精铣Φ20上端面，以T1为基准，X5032立式升降台铣床加专用夹具；工序Ⅸ粗铰、精铰Φ20孔，以T2和Φ32外圆为基准，采用Z5025立式钻床加专用夹具；工序Ⅹ精铣Φ50端面，以D1为基准，采用X5032立式升降台铣床加专用夹具；工序Ⅺ半精镗Φ50孔，以D1做定位基准，采用TX617卧式铣镗床加专用夹具；工序Ⅻ钻、铰Φ8锥孔，以T1和零件中线为基准，采用Z5025立式钻床加专用夹具；工序ⅩⅢ钻M6底孔，攻螺纹，以T1和零件中线为基准，采用Z5025立式钻床并采用专用夹具；工序ⅩⅣ铣断，以D1为基准，采用X6012卧式升降台铣床加专用夹具；工序ⅩⅤ去毛刺；工序ⅩⅥ终检。(三)机械加工余量、工序尺寸及公差的确定1、圆柱表面工序尺寸：前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度工序余量最小最大φ50IT12（D2）铸件7.0CT12粗镗4.0IT126.30.956.8半精镗3.0IT103.22.93.25φ20IT7（D1）钻18IT1117.8918扩1.8IT106.31.7161.910粗铰0.14IT83.20.1070.224精铰0.06IT71.60.0390.0932、平面工序尺寸：工序工序内容加工余基本尺经济精工序尺工序余量号量寸度寸偏差最小最大铸件3.0CT901粗铣φ20孔下端面1.033.0121.57.7502粗铣φ20孔上端面1.032.0121.57.7503粗铣φ50孔上端面1.013.4121.86.3807精铣φ20孔下端面1.031.080.751.28308精铣φ20孔上端面1.030.080.751.28310精铣φ50孔端面0.712.780.9511.016精铣φ50孔端面0.712.080.9511.0163、确定切削用量及时间定额：工序Ⅰ粗铣Φ20、Φ50下端面，以T2为粗基准1.加工条件工件材料：HT200,σb=0.16GPaHB=190~241,铸造;工件尺寸:aemax=72mm，l=176mm;加工要求：粗铣φ20孔下端面，加工余量1mm;机床：X5032立式升降台铣床。刀具：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,故根据《机械加工工艺师手册》表21-2取刀具直径do=80mm，根据《机械加工工艺师手册》表21-25选择刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，刀齿斜角λs=10°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。2.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）每齿进给量根据X5032立式升降台铣床说明书，机床功率为7.5KW。查《文献三》表30-15，f=0.14~0.24mm/z。选较小量f=0.14mm/z。3）查后刀面最大磨损及寿命查《文献三》表30-11，后刀面最大磨损为1.0~1.2mm。查《文献三》表30-12，寿命T=180min4）计算切削速度和每分钟进给量V查《文献三》表30-23，当d=80mm，z=10，ap=2mm，fz<=0.14时，V=97m/min，n=387r/min,V=433mm/min。各修正系数为：10精铣φ50孔端面1.0×212.080.9511.016K=K=K=0.89K=K=K=1.0故V=VK=97×0.89×1.0=86.3m/minN=nk=387×0.89×1.0=344r/minV=VK=433×0.89×1.0=385.4mm/min根据X5032立式升降台铣床选择：N=375r/min,V=375mm/min因此实际切屑速度和每齿进给量为：V=5)校验机床功率查《文献三》表30-24，当；，时，Pcc=1.1kw。根据机床说明书，Pcm>Pcc，所选用切屑用量可用。最终确定ap=2mm，n=375r/min,Vf=375mm/s，Vc=94.2m/min，fz=0.1mm/z。6）计算基本工时tm＝L/Vf=(32+80)/375=0.297min。因铣上下端面，故该工序工时为工序Ⅱ粗铣Φ20上端面，以T1为定位基准1.加工条件工件材料：HT200,σb=0.16GPaHB=190~241,铸造。加工要求：精铣φ20上下端面。机床：X5032立式升降台铣床。刀具：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,故根据《机械加工工艺师手册》表21-2取刀具直径do=80mm，根据《机械加工工艺师手册》表21-25选择刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，刀齿斜角λs=10°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。2.切削用量1）铣削深度因为切削量较小，故可以选择ap=1mm，一次走刀即可完成所需长度。2）根据X5032立式升降台铣床说明书，机床功率为7.5KW。查《文献三》表30-15，f=0.14~0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14mm/z。3）查后刀面最大磨损及寿命查《文献三》表30-11，后刀面最大磨损为1.0~1.2mm。查《文献三》表30-12，寿命T=180min4）计算切削速度和每分钟进给量查《文献三》表30-23，当，，，时，，，各修正系数为：故根据X5032立式升降台铣床选择：，因此实际切削速度和每齿进给量为：5)校验机床功率查《文献三》表30-24，当，，，时，Pcc=1.1kw查机床说明书Pcm>Pcc，故已选切削用量可用。最终确定ap=0.5mm，n=475r/min,Vf=375mm/min，Vc=119.3m/min，fz=0.08mm/z。6）计算基本工时tm＝L/Vf=(32+80)/375=0.297min。因精铣上下端面，故该工序工时工序Ⅲ粗铣Φ50上端面，以T4为定位基准1.加工条件工件材料：HT200,σb=0.16GPaHB=190~241,铸造。机床：X5032立式升降台铣床。刀具：硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae>60,深度ap<=4,齿数z=1２,故据《机械加工工艺师手册》表21-2取刀具直径do=125mm。2.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）每齿进给量机床功率为7.5kw。查查《文献三》表30-15选f=0.5mm/z。3）查后刀面最大磨损及寿命查《文献三》表30-11，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。查《文献三》表30-12，寿命T=180min4）计算切削速度按《文献三》表30-23，将f降一级为f=0.5mm/z。查得Vc＝110mm/s，n=252r/min,Vf=577mm/s据X5032立式升降台铣床参数，选择nc=235r/min,Vfc=600mm/s,则实际切削速度Vc=600.4,实际进给量为fzc=Vfc/ncz=0.21mm/z。5)校验机床功率查《切削手册》,而机床所能提供功率为Pcm=56.3kw>Pcc=2.7kw。故校验合格。6）计算基本工时tm＝L/Vf=(72+9)/375=0.216min.结果ap=1.0mm,f=0.21mm/z,nc=235r/min,Vfc=600.4mm/s.工序Ⅳ钻、扩Φ20孔，以Φ32外圆和T2为基准，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT10。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，查《文献三》表20-3,20-5,后角αo＝12°，二重刃长度bε=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度°2．选择机床，Z5025机床3.选择切削用量1）决定进给量查《文献三》表28-2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）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度查《文献三》表28-1为0.5～０.８mm，寿命．3）切削速度查《文献三》表28-2,28-3修正系数故。查《文献三》表9-3机床实际转速为故实际的切削速度（4）校验扭矩功率所以故满足条件，校验成立。３.计算工时由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。扩铰和精铰的切削用量如下：扩钻：铰孔：精铰：工序Ⅴ粗镗Φ50孔，以D1为定位基准机床：TX617卧式铣镗床单边余量由《文献三》29-14查得取计算切削工时工序Ⅵ铣斜肩，以D1和T2为定位基准刀具：硬质合金三面刃铣刀机床：X5032立式升降台铣床。根据《文献三》表21-2查得：。根据《文献三》表30-15查得：因此：现采用X5032立式升降台铣床，取：，故实际切削速度为：当时，工作台每分钟进给量应为：根据《文献三》表30-23查得,取：。计算切削基本工时：因此：工序Ⅶ精铣Φ20下端面，以T2为基准刀具：YG6硬质合金端铣刀；机床：X5032立式升降台铣床。查《文献三》表30-15，进给量，取为0.5mm/r参考有关手册，确定，采用YG6硬质合金端铣刀，，则：现采用X5032立式升降台铣床，根据资料，取故实际切削速度：当时，工作台每分钟进给量：，取为980mm/min本工序切削时间为：min工序Ⅷ精铣Φ20上端面，以T1为基准切削用量同工序Ⅶ精铣时基本工时：工序Ⅸ粗铰、精铰Φ50孔，以T2和Φ32外圆为基准1.选择钻头选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=48mm，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝11°，二重刃长度bε=11mm,横刀长b=5mm,弧面长l=9mm,棱带长度°°°2.选择切削用量1）决定进给量查《文献三》按钻头强度选择按机床强度选择最终决定选择Z5025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《文献三》表28-1为0.8～1.2mm，寿命扩孔后刀面最大磨损限度《文献三》表28-1为0.9～１.４mm，寿命铰和精铰孔后刀面最大磨损限度《文献三》表28-1为0.6～0.9mm，寿命3）切削速度查《文献三》表28-2为修正系数故。查《文献三》表9-3机床实际转速为故实际的切削速度4）校验扭矩功率所以故满足条件，校验成立。扩铰和精铰的切削用量同理如下：扩钻：铰孔：精铰：３.计算工时所有工步工时相同。工序Ⅹ精铣Φ50端面，以D1为基准。机床：X5032立式升降台铣床刀具：硬质合金立铣刀（镶螺旋形刀片），由《文献三》表21-2查得：,即27m/min，因此，。现采用X5032立式升降台铣床，取，工作台每分钟进给量应为：查机床使用说明书，取。铣削基本工时：工序Ⅺ钻、铰Φ8锥孔，以T1和零件中线为基准1.选择钻头选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=4mm，后角αo＝16°，二重刃长度°°°2.选择切削用量1）决定进给量查《文献三》表28-2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《文献三》表28-1为0.5～0.8mm，寿命．3）切削速度查《文献三》表28-2修正系数故。查《文献三》表9-3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.计算工时工序ⅩⅢ钻M6底孔，攻螺纹，以T1和零件中线为基准1.选择钻头选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=4mm，后角αo＝16°，二重刃长度°°°2.选择切削用量1）决定进给量查《文献三》表28-2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《文献三》表28-1为0.5～0.8mm，寿命．3）切削速度查《文献三》表28-2修正系数故。查《文献三》表9-3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.计算工时螺纹钻削由于没有手册可查，故以钻削切削用量及其他钻螺纹工序估算。工序ⅩⅣ铣断，以D1为基准。选择锯片铣刀，d=160mm，l=4mm，中齿，Z=40采用X5032立式升降台铣床，查《文献三》表30-15，选择进给量为：,切削速度为：，则：取，故实际切削速度为：此时工作台每分钟进给量应为：查资料，刚好有。计算切削基本工时：五夹具设计1、定位基准选择考虑工件的加工结构，可以采用“一面两销”的定位方式。如果以孔的下端面作为定位基准，由于距加工表面较远，易引起较大的误差，因此采用两个mm的孔作为两销的位置，而以的端面作为主要定位面。同时考虑到生产率要求很高，故可以采用手动夹紧。由《文献三》表30-19查得切削力公式其中，其中，水平分力：垂直分力：在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数其中，为基本安全系数1.5；为加工性质系数为1.1；为刀具钝化系数为1.1；为断续切削系数为1.1。所以，为克服水平切削力，实际夹紧力N应为其中分别为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，。则此时N大于所需的550N的夹紧力，故本夹具可以安全工作。3、定位误差分析前几道工序中已经使工件尺寸达到要求，零件中两端孔尺寸为，与定位销的配合尺寸为，由相关手册查得，定位销尺寸为，因此可以求得其最大间隙为，满足精度要求。所以能满足精度要求.4．夹具设计及操作的简要说明如前所述，由于是大批量生产，故采用手动夹紧即可满足要求。由于本工序处于加工的最后阶段，故对精度有较高的要求，必须保证刀具与工件的相对位置精度。夹具装有对刀块，可以使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀（与塞尺配合使用）；同时夹具体底面的一对定位键可以使整个夹具在机床工作台上有一个正确的安装位置，以有利于铣削加工。',)