0524-CA6140拔叉零件機械加工工藝及銑床夾具設計【4張CAD圖+12張工序卡】,4張CAD圖+12張工序卡,ca6140,零件,機械,加工,工藝,銑床,夾具,設計,cad,12,十二,工序 拔叉工藝及夾具設計 摘 要：機械制造工藝學課程設計是在我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的.這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習,也是一次理論聯(lián)系實際的訓練,因此,它在我們四年的大學生活中占有重要的地位。 關鍵詞： 拔叉；工藝規(guī)格設計；定位夾緊；夾具設計 The Design Of Fork-lever Processing and Fixture Abstract :The machine manufacture technology curriculum design was carried on after we studied university's complete basic course ,the technical basic course as well as the majority of professional courses .This is a thorough comprehensive total review before we carry on the graduation project to studies various curricula ,also is an apply theory to reality training, therefore, it holds the important status in we four years university life. Key words: Fork-lever; Craft specification design; The localization clamps; Jig design 1 前言 機械制造工藝學是以機械制造中的工藝問題為研究對象，實踐性較強的一門學科，通過對此門學科的課程設計，使我在下述各方面得到了鍛煉： ⒈能熟練運用機械制造工藝學課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實習中學到的實踐知識，正確的解決一個零件在加工中的定位、夾緊以及工藝路線的安排、工藝尺寸的確定等問題，保證零件的加工質量。 ⒉提高結構設計能力。通過設計夾具的訓練，獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設計出高效、省力、既經(jīng)濟合理又能保證加工質量的夾具的能力。 ⒊學會使用手冊及圖表資料。 ⒋培養(yǎng)了一定的創(chuàng)新能力。 通過對CA6140拔叉的工藝及夾具設計，匯總所學專業(yè)知識如一體(如《互換性與測量技術基礎》、《機械設計》、《金屬切削機床概論》、《機械制造工藝學》、《金屬切削原理與刀具》等)。讓我們對所學的專業(yè)課得以鞏固、復習及實用，在理論與實踐上有機結合；使我們對各科的作用更加深刻的熟悉與理解，并為以后的實際工作奠定堅實的基礎！ 在此次設計中主要是設計CA6140撥叉的銑床夾具。在此次課程設計過程中，我查閱了大量的書籍，并且得到了有關老師的指點，尤其機制教研室的 零件說明 2.1 零件的作用 題目給定的零件是CA6140撥叉，它位于車床變速機構中，主要起換檔，使主軸回轉運動按照工作者的要求進行工作。寬度為18mm的槽尺寸精度要求很高，因為在撥叉拔動使滑移齒輪時如果槽的尺寸精度不高或間隙很大時，滑移齒輪得不到很高的位置精度。所以，寬度為18mm的槽和滑移齒輪的配合精度要求很高。 2.2 零件的工藝分析 CA6140拔叉（型號：84009）共有3組加工表面： 1、 零件兩端面，可以后端面加工精度高，可以先以后端面為粗基準加工右端面，再以前端面為精基準加工左端面； 2、 以花鍵中心線為基準的加工面：這一組面包括?25H7的六齒方花鍵孔、?22H12的花鍵底孔、兩端的2X150倒角和距花鍵中心線為22mm的上頂面； 3、 以工件右端面為基準的18H11mm的槽、上頂面的2-M8通孔和?5錐孔。 經(jīng)上述分析可知， 對于后兩組加工表面，可先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面。 1.3 零件的結構特點 拔叉84009的毛坯為鑄造件，在零件圖上只有2處位置誤差要求，即上頂面與花鍵中心線的平行度誤差≤0.10， 18H11槽的兩側面與花鍵中心線的垂直度誤差≤0.08 零件外形上大體上與六面體相似，形狀大體如下： 零件剖視圖 圖（1）零件大致結構圖 Fig(1) Components approximate structure drawing 2 生產(chǎn)綱領、生產(chǎn)類型的確定 根據(jù)指導老師要求，設計此零件為鑄件，成批大量生產(chǎn)，工藝的安排基本傾向于工序分散原則，設備的選用是通用設備和專用工裝，工藝手段以常規(guī)工藝為主，新工藝為輔的原則。 3 毛坯的確定 CA6140車床拔叉，零件材料HT20-40，硬度190HB～210HB，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，毛坯為鑄件，灰鑄鐵的機械加工余量按JZ67-62規(guī)定了灰鑄鐵鑄件的三種精度等級和相應的鑄件機械加工余量、尺寸偏差和重量偏差，在大批量生產(chǎn)的鑄件，采用2級精度鑄件，毛坯重量由《金屬機械加工工藝人員手冊》表5-2有零件≤80kg，偏差為7%，故毛坯估算約為1.0kg，采用2級精度鑄件，頂面的加工余量和底面的加工余量忽略不計，兩側面的加工余量也忽略不計，由表5-4左右端面的加工余量為3±0.8，其余部分均為實心部分。 故毛坯圖如下： 圖（2）毛坯圖 Fig(2) Rough map 5 工藝規(guī)程設計 5.1 定位基準的選擇 定位基準的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，定位基準的選擇得正確合理，可以使加工質量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。 5.1.1 粗基準的選擇 在選擇粗基準時，一般遵循下列原則：⑴保證相互位置要求原則；⑵保證加工表面加工余量合理分配的原則；⑶便于工件裝夾原則；⑷粗基準一般不得重復使用的原則；⑸為了保證所有加工表面有足夠的加工余量，選用加工余量小的表面作粗基準，不要用同一尺寸方向上。 兩端面，后端面為精加工面，故在銑兩端面時，先以后端面為粗基準，粗銑前端面。 加工花鍵底孔時，利用兩邊側面找正對稱面和以底面為粗基準加工花鍵底孔。 5.1.2 精基準的選擇 在選擇精基準時要考慮的主要問題是如何保證設計技術要求的實現(xiàn)以及裝夾準確、可靠、方面，提高工件的加工精度。一般遵循下列原則：⑴基準重合原則；⑵統(tǒng)一基準原則；⑶互為基準原則；⑷自為基準原則；⑸便于裝夾原則。 為保證定位基準和工序基準重合，加工2-M8螺紋孔、Φ5錐孔，18H11槽以零件的坐端面和花鍵中心線為精基準，銑上頂面以花鍵中心線為精基準。 5.2 重點工序的說明 CA6140拔叉零件的重要加工面有花鍵底孔、兩端面，花鍵，槽，頂面，材料為HT200，參考《機械制造工藝設計簡明手冊》，其加工方法選擇如下： 5.2.1 加工前后兩端面 根據(jù)GB1800-79規(guī)定毛坯的公差等級為IT13，表面粗糙度為Ra12.5μm，要達到后端面Ra3.2μm的技術要求，需要經(jīng)過粗銑→精銑。 5.2.2 加工Φ22花鍵底孔 此工序重點在于找正毛坯對稱面，故采用螺旋定心夾緊機構，找正對稱面，進行加工。零件技術要求底孔的表面粗糙度達到Ra6.3μm，毛坯為實心，故采用鉆孔→擴孔，可以達到要求。 5.2.3 加工外徑為Φ25的花鍵內孔 零件要求花鍵底面粗糙度Ra1.6μm，側面Ra3.2μm，由于此工序在鉆底孔工序之后，故采用拉花鍵孔的方法，一次拉削可以達到要求。 5.2.4 加工上頂面 零件上頂面為精加工，粗糙度要求為Ra3.2μm，與花鍵中心線的平行度誤差≤0.10mm，故以花鍵中心線為精基準，對上頂面進行粗銑→精銑。 5.2.5 加工18H11槽 零件技術要求槽底面要達到表面粗糙度為Ra6.3μm，側面粗糙度為Ra3.2μm，而且兩側面和花鍵中心線的垂直度≤0.08，本身有精度要求，18H11，故以花鍵中心線和左端面為精基準，用花鍵心軸定位，采用銑→磨。 頂面的鉆2-M8通孔和Φ5錐孔工序不是很重要，在此不做詳細說明，2-M8通孔先鉆孔，再攻絲，Φ5錐孔采用錐刀進行加工。 5.3 制訂工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的加工精度和表面質量等技術要求能得到合理的保證。在此零件為大批量生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用通用機床配以專用夾具并盡量使工序分散來提高生產(chǎn)率，此外，還應考慮經(jīng)濟效果，使生產(chǎn)成本盡量降低。 5.3.1 工藝路線方案一的制訂 工序Ⅰ：粗銑前端面 工序Ⅱ：粗、精銑后端面 工序Ⅲ：鉆、擴花鍵底孔 工序Ⅳ：粗、精銑上頂面 工序Ⅴ：鉆2-M8通孔 工序Ⅵ：鉆Φ5錐孔 工序Ⅶ：銑削18H11槽 工序Ⅷ：磨削18H11槽 工序Ⅸ：拉花鍵 工序Ⅹ ：挫圓角 工序Ⅺ：去毛刺 工序Ⅻ：終檢 5.3.2 工藝路線方案二的制訂 工序Ⅰ：粗銑前端面 工序Ⅱ：粗、精銑后端面 工序Ⅲ：鉆、擴花鍵底孔 工序Ⅳ：拉花鍵 工序Ⅴ：粗、精銑上頂面 工序Ⅵ：鉆2-M8通孔 工序Ⅶ：鉆Φ5錐孔 工序Ⅷ：銑削18H11槽 工序Ⅸ：磨削18H11槽 工序Ⅹ ：挫圓角 工序Ⅺ：去毛刺 工序Ⅻ：終檢 5.3.3 兩種工藝路線的比較與分析 上述兩種方案，工藝路線一把拉花鍵放在磨削18H11槽之后，在此，工序4、工序5、工序6、工序7、工序8中很難對工件進行定位和夾緊，造成生產(chǎn)率的下降。工藝路線二，一把花鍵底孔鉆削出來后緊接著就是拉花鍵，這樣，后面的工序就很容易對工件進行定位和夾緊，即以花鍵心軸進行定位，進行螺旋夾緊，此方案定位精度高，專用夾具結構簡單、可靠。 通過以上的兩種工藝路線的優(yōu)、缺點的分析，最后確定工藝路線二為該零件的加工路線。工藝過程詳見機械加工工序卡片。 5.4 機械加工余量的確定 確定工序（或工步）尺寸的一般方法是：由加工表面的最后工序（或工步）向前推算，前面已經(jīng)根據(jù)有關資料查出了零件各加工表面的加工總余量（即毛坯余量），將加工余量分配給各工序加工余量，然后往前推算工序尺寸。 CA6140 的撥叉材料為HT200。毛坯重量約為1.0 kg ，生產(chǎn)類型為由大批量生產(chǎn)，毛坯為鑄件，精度為2級鑄件，大體尺寸確定，外表面加工面少，根據(jù)以上原始資料加工工藝，分別確定各個加工表面的機械加工余量，工序尺寸及加工余量如下： ⒈前后端面的加工余量 前后端面有3±0.8mm的加工余量，足以把鑄鐵的硬質表面層切除。 前端面粗銑一次即可，加工余量3mm，工序基本尺寸為83mm，工序經(jīng)濟精度等級為IT11，公差值0.22mm，表面粗糙度Ra5μm，上下偏差按“入體原則”確定（以后按照此原則確定）。 后端面粗銑一次，精銑一次，粗銑加工余量2.8mm，工序經(jīng)濟精度等級為IT11，公差值0.22mm，精銑加工余量0.2mm，工序經(jīng)濟精度等級為IT7，公差值0.035mm，表面粗糙度Ra3.2μm，工序基本尺寸為80mm。 ⒉矩形花鍵底孔 要求以矩形花鍵的外徑定心，故先鉆中心孔，再擴，最后拉削，內孔尺寸為Φ22H12，見零件圖，參照《金屬機械加工工藝人員手冊》 表3-59確定孔加工余量的分配。 鉆孔Φ20mm，工序經(jīng)濟精度等級為IT11，公差值0.13mm。 擴孔Φ21mm，工序經(jīng)濟精度等級為IT10，公差值0.084mm，粗糙度Ra6.3μm。 拉花鍵 花鍵孔要求以外徑定心：拉削時加工余量參照《金屬機械加工工藝人員手冊》取 2Ζ=1mm。 ⒊頂面的加工余量 此工序分為兩個工步：①粗銑頂面；②精銑頂面。 粗銑加工余量為2.8mm，工序經(jīng)濟精度等級為IT11，公差值0.22mm。 精銑加工余量為0.2mm，工序經(jīng)濟精度等級為IT7，公差值0.035mm，表面粗糙度Ra3.2μm。 ⒋18H11槽的加工余量 銑削的加工余量：槽底面的銑削余量為50mm，槽側面的銑削余量為17.9mm，工序經(jīng)濟精度等級為IT12，公差值0.25mm，槽底面表面粗糙度Ra6.3μm。 磨削的加工余量：槽側面的磨削余量為0.5mm，工序經(jīng)濟精度等級為IT9，公差值為0.043mm，側面粗糙度為Ra3.2μm。 5.5 切削用量的選擇和時間定額的確定 根據(jù)課程設計指導書以及老師指定，需要計算幾道工序的工作時間以及此工序的切削用量的選擇，現(xiàn)選工序4拉花鍵孔、工序8銑削18H11槽這兩道工序進行計算。 5.5.1 工序4拉花鍵孔切削用量和基本工時的計算 加工條件： ①工件材料：HT200，鑄件； ②加工要求：花鍵底孔粗糙度Ra6.3μm，鍵槽側面粗糙度Ra3.2μm，鍵槽底面粗糙度Ra1.6μm，鍵槽尺寸6mm，偏差代號H9； ③刀具：高速鋼拉刀；④切削液：乳化液； ④、加工設備：拉床。 ㈠、確定齒升量：根據(jù)有關手冊，確定拉花鍵孔時花鍵拉刀的單面齒升量為0.06mm； ㈡、切削速度：查有《切削簡明手冊》有切削速度為0.06m/s（3.6m/min）； ㈢、切削工時 t=Zblηk/1000vfzZ 式中： Zb 單面余量1.5mm(由Φ22mm拉削到Φ25mm)； L 拉削表面長度，80mm； η 考慮校準部分的長度系數(shù)，取1.2； k 考慮機床返回行程系數(shù)，取1.4 ； v 拉削速度（m/min）； fz 拉刀單面齒升； Z 拉刀同時工作齒數(shù)，Z=l/p； P 拉刀齒距。 P=(1.25～1.9)sqrtL 所以 P=(1.25～1.9)sqrt80=1.35sqrt80=12mm 因為拉刀同時工作齒數(shù)z=l/p=80/12≈7 所以其本工時 Tm=1.5×80×1.2×1.4/1000×3.6×0.06×7=0.13(min) 5.5.2 工序8銑削18H11槽的切削用量和基本工時的計算 加工要求：用乳化液冷卻，加工工件，槽寬18mm，公差代號H11，長40mm，槽的側面與花鍵孔中心線的垂直度誤差≤0.08mm，底面粗糙度為Ra6.3μm。 加工余量：25mm。 由于零件此處的設計精度比較高，用銑削很難達到尺寸精度的要求，所以為了留給下一道公序磨削的加工余量，分兩步走，ae=25，ap=10mm。 ⒈選擇刀具 銑刀參數(shù)：L=10 D=100mm d=30mm ro=15°ao=12°an=6°Z=24 ⒉選擇銑削用量 由于槽的寬度為18mm, 故二次走完，ae=25mm ap=10mm 由《切削用量簡明手冊》表3.3 確定f=0.5mm/r 現(xiàn)取f=0.8mm/r fz=0.5/24=0.02mm/z ⒊選擇銑刀磨鈍標準及刀具壽命：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.7,得最大磨損量為0.5 由表3.8確定刀具壽命：T=120。 ⒋確定切削速度Vc和每齒進給量：決定切削速度Vc和每齒進給量Vf、由《切削用量簡明手冊》的公式 Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12, n=1000×Vc/do=1000×98.6/3.14×100=314r/min 根據(jù)《金屬機械加工工藝人員手冊》X62W型銑床說明選nc=300r/min 實際速度Vc=donc/1000=94.2m/min 選Vfc=ncf=300×0.5=150mm/min 根據(jù)X62W型銑床說明書選Vf=150mm/min fzc=150/300×24=0.020mm/z ⒌基本工時基本工時根據(jù) 《切削用量簡明手冊》表3.5 Tm=(L+L1+△)×i/Vf=(40+20)×2/150=0.8（min） L1+△=20mm i=2(走兩次) 6 夾具的設計 6.1 設計主要問題的提出 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具，經(jīng)過與指導老師協(xié)商，決定設計第8道工序——銑寬為18H11mm槽的銑床夾具。本夾具將用與X62W臥式銑床。刀具為高速鋼直齒三面刃銑刀，來對工件進行加工。 本夾具主要用來銑寬為18H11mm的槽，采用寬為15mm的精密級高速鋼直齒三面刃銑刀，二次銑削，所以主要應該考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。 6.2 夾具設計過程 6.2.1 定位基準的分析 由零件圖可知，18H11槽設計基準為花鍵孔中心線和工件的右端面為定位基準。因此選用工件以加工了的右端面和花鍵心軸的中心線為主定位基準。 6.2.2 切削力及夾緊力的計算 刀具：高速鋼直齒三面刃銑刀 銑刀參數(shù)：L=10 D=100mm d=30mm ro=15°ao=12°an=6°Z=24 （由《金屬切削原理與刀具》表15.7查得） CFc =282 ap =10mm fZ = 0.02mm/s ae =25mm do=100 Z= 24 kFc=(HB/198)0.55 解得Fc=200N 在計算切削力時，必須考慮安全系數(shù)。安全系數(shù)K= k1 k2 k3 k4 查資料，有： k1為基本安全系數(shù)1.5 k1為加工性質系數(shù)1.1 k1為刀具鈍化系數(shù)1.1 k1為斷續(xù)切削系數(shù)1.1 切削力為F=K×Fc=1.5×1.1×1.1×1.1×200=400N 實際夾緊力為Fj= FK/U1U2=400/0.5=800N，其中U1和U2為夾具定位面及加緊面上的磨擦系數(shù)，U1U2=0.5 螺母選用M16X1.5細牙三角螺紋，由《機械設計》螺紋聯(lián)接的預緊力公式，產(chǎn)生的加緊力為： 其中： T=19000 N.M d2=14.8mm ψ=2029, fc=1.5 (f為摩擦系數(shù)，無潤滑時f≈0.1～0.2) 解得F0=10405N 此時螺母的夾緊力F0已大于所需的800(N)的加緊力，故本夾具可安全工作。 6.2.3 定位誤差分析 由于槽的軸向尺寸的設計基準與定位基準重合，故軸向尺寸無基準不重合度誤差。徑向尺寸無極限偏差、形狀和位置公差，故徑向尺寸無基準不重合度誤差。即不必考慮定位誤差，只需保證夾具的花鍵心軸的制造精度和安裝精度。 6.2.4 夾具設計及操作說明 如前所述,在設計夾具時,應該注意提高勞動率.為此,在螺母夾緊時采用開口墊塊,以便裝卸,夾具體底面上的一對定位鍵可使整個夾具在機床工作臺上有正確的安裝位置,以利于銑削加工。結果，本夾具總體的感覺還比較緊湊。 夾具上裝有對刀塊裝置，可使夾具在一批零件的加工之前很好的對刀（與塞尺配合使用）；同時，夾具體底面上的一對定位鍵可使整個夾具在機床工作臺上有一正確的安裝位置，以有利于銑削加工。 7 設計總結 為期兩周的機械制造工藝學課程設計已經(jīng)接近尾聲，回顧整個過程，在老師的指導下，得以順利完成本次課程設計，課程設計作為《機械制造工藝學》課程的重要環(huán)節(jié)，使理論與實踐更加接近，加深了理論知識的理解，強化了生產(chǎn)實習中的感性。 本次課程設計主要經(jīng)歷了兩個階段：第一階段是機械加工工藝規(guī)程設計，第二階段是專用夾具設計。第一階段我們運用了基準選擇、切削用量選擇計算、機床選用、時間定額計算等方面的知識；夾具設計的階段運用了工件定位、夾緊機構及零件結構設計等方面的知識。 通過此次設計，使我們基本掌握了零件的加工過程分析、工藝文件的編制、專用夾具設計的方法和步驟等。學會了查相關手冊、選擇使用工藝裝備等等。 總的來說，這次設計，使我們在基本理論的綜合運用及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的訓練。提高了我們的思考、解決問題創(chuàng)新設計的能力，為以后的設計工作打下了較好的基礎。 由于能力所限，設計中還有許多不足之處，懇請各位老師、同學們批評指正！ 參考文獻 [1] 王先逵.機械制造工藝學.機械工業(yè)出版社，2006 [2] 徐學林.互換性與測量技術基礎.湖南大學出版社，2005 [3] 朱張校.工程材料.清華大學出版社，2005 [4] 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