机械制造工艺学课程设计-CA6140车床拨叉(831007)工艺规程及钻φ22的钻床夹具(全套图纸)

目  录

一、序言----------------------------------------------------------------1

二、设计目的----------------------------------------------------------1

三、零件的分析-------------------------------------------------------2

四、确定生产类型----------------------------------------------------2

五、确定毛坯----------------------------------------------------------2

六、工艺规程设计----------------------------------------------------3

(一)、选择定位基准--------------------------------------------------3

(二)、制定工艺路线--------------------------------------------------3

(三)、选择加工设备和工艺路线-----------------------------------4

(四)、机械加工余量、工序尺寸及公差的确定-----------------4

(五)、确定切削用量，切削速度和时间定额--------------------4

七、夹具设计----------------------------------------------------------6

八、小结----------------------------------------------------------------7

九、参考文献----------------------------------------------------------8

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φ22孔与操纵机构相连，下方的φ55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.       小头孔以及与此孔相通的的锥孔、螺纹孔

2.       大头半圆孔

3.       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。

二  确定生产类型

  已知此拨叉零件的生产纲领为Q=5000件/年，零件的质量m=1.0件/台，

结合生产实际,备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%.代入公式(1-1)得

N=5000件/年1件/台(1+3%)(1+0.5%)=5152.5件/年

拔叉重量为1.0kg,由《机械制造技术基础课程设计指导教程》(本说明书中除特殊说明外,其余查表均由此指导教程查得)表1-3知,拔叉属轻型零件;由表1-4知,该拔叉的生产类型为大批生产.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；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。

三 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，故选择铸件毛坯。由表2-1选用铸件尺寸公差等级CT12级。

2 确定铸件加工余量及形状：

由表2-5，选用加工余量为MA-G级，并查24页表2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选者及加工余量如下表所示：

3绘制铸件零件图(见附图)

四 工艺规程设计

(一)选择定位基准：

       1 粗基准的选择：以零件的两个小头孔外圆表面为主要的定位粗基准，以小头孔的底面为辅助粗基准。

    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，以两个小头孔外圆柱表面为主要的定位精基准，以加工后的小头孔的上端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《机械制造工艺及设备设计指导手册》346页表15-32、15-33、15-34，选择零件的加工方法及工艺路线方案如机械加工工艺过程卡片。

（三）选择加工设备和工艺设备

1 机床的选择：

            工序010～060均为铣平面，可采用X51立式铣床。

            工序070～110采用摇臂钻床。

            工序120采用钻床。多刀具组合机床。

            工序130采用铣断机床。

2 选择夹具：该拨叉的生产纲领为大批生产，所以采用专用夹具。

3 选择刀具：在铣床上加工的各工序，采用硬质合金铣刀即可保证加工质量。在铰孔，由于精度不高，可采用硬质合金铰刀。

4选择量具：两小头孔、中间孔均采用极限量规。

5其他：对垂直度误差采用千分表进行检测，对角度尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具即可。

（四）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7 、8加工工序钻-扩-粗铰-精铰φ22加工余量工序尺寸及公差如下：

由2-28可查得精铰余量Z_精铰=0.06mm   粗铰余量Z_粗铰=0.14mm  扩孔余量Z_扩孔=1.8mm   钻孔余量Z_钻=20mm

查表1-20可依次确定各工序的加工精度等级为,精铰:IT7; 粗铰:IT10; 扩孔:IT11; 钻孔:IT12.

    根据上述结果,再查标准公差数值表可确定各工步公差值分别为,精铰:0.021mm; 粗铰:0.058mm; 扩孔:0.075mm; 钻孔:0.15mm

综上所述,该工序各工步的工序尺寸及公差分别为,精铰: φ22₀^0.021mm; 粗铰φ21.94₀^0.058mm; 扩孔:φ21.8₀^0.075mm; 钻孔: φ20₀^0.15mm.

2 平面工序尺寸：

1.1粗铣两小头孔上端面，加工余量为1.2mm，基本尺寸为，经济精度为CT12级。

1.2粗铣中间孔上端面，加工余量为4mm，基本尺寸为                        mm，经济精度为CT12级。

1.3粗铣中间孔下端面，加工余量为4mm，基本尺寸为         mm，经济精度为CT12级。

1.4精铣小头孔上端面，加工余量为0.5mm，基本尺寸为50mm，经济精度为CT11级。

1.5精铣中间孔上端面，加工余量为1mm，基本尺寸为    mm，经济精度为CT10级。

1.6精铣中间孔下端面，加工余量为1mm，基本尺寸为          mm，经济精度为CT10级。

（五）确定切削用量，切削速度和时间定额：

1工序1以小头孔外圆表面为粗基准，粗铣φ22孔上端面。                    

1.1 加工条件

工件材料：HT200,σ_b =0.16GPa HB=190~241,铸造。

加工要求：粗铣φ22孔上端面。

机床：X51立式铣床。

刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。

铣削宽度a_e<=60,深度a_p<=4,齿数z=10,故据《机械制造工艺设计简明手册》

（后简称《简明手册》）取刀具直径d_o=80mm。

1.2 切削用量

铣削深度 因为切削量较小，故可以选择a_p=1.2mm，

一次走刀即可完成所需长度，按《教程》表5-7查得f_z=0.2mm。

1.3计算切削速度 按《教程》表5-9，然后根据d/Z=80/10选取，V_C=40m/min,再由公

式

算得 n＝159.24r/min,查《教程》表4-15得机床x51的转速

为n=160r/min,因此由公式算得实际切削速度V_c=40.2mm/s。

1.4校验机床功率

查《简明手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。

最终确定 a_p=1.2mm，n=160r/min, V _c=40.2m/min，f _z=0.2mm/z。

1.5计算基本工时

根据《教程》表5-43查得对称铣t_j＝l+l₁+l₂/f_mz ，由于kr<

,

L₂=2mm,解得tj=0.15min

辅助时间：t_a=(0.15~0.2)tj=0.3min

2工序2 以小头孔外圆表面为基准粗铣φ55孔上下端面。

2.1 加工条件

工件材料：HT200,σ_b =0.16GPa HB=190~241,铸造。

加工要求：粗铣φ55上端面。

机床：X51立式铣床。

刀具：直柄立式铣刀，按《教程》62页表3-15查得，取d=71mm,d₁=63mm,中齿z=8。

2.2 切削用量

2.2.1 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择a_p=4mm，一次走刀即可完成所需长度。

2.2.2每齿进给量 机床功率为7.5kw。查《简明手册》f=0.2mm/z。

2.3查后刀面寿命

查《简明手册》表3.8，寿命T=180min

2.4计算切削速度 按《教程》表5-9选取V_c=40m/min，根据公式

，算得n=181.98r/min,查《教程》表4-15取n=210r/min,在由公式

算得实际切削速度V_c＝46.8m/min

2.5计算基本工时

根据《教程》表5-43查得对称铣t_j＝l+l₁+l₂/f_mz ，由于kr<

,

L₂=2mm,解得tj=0.20min

辅助时间：t_a=(0.15~0.2)tj=0.4min

4工序4以小头孔外圆表面为基准半精铣φ55孔上下端面。

4.1 加工条件

工件材料：HT200,σ_b =0.16GPa HB=190~241,铸造。

加工要求：粗铣φ55上端面。

机床：X51立式铣床。

刀具：直柄立式铣刀，

按《教程》62页表3-15查得，取d=71mm,d₁=63mm,中齿z=8。

4.2切削用量

按机床功率kw5~10，

工件-夹具系统刚度为中等时，按《教程》表5-7查得f_z=0.12mm。

4.3计算切削速度 按《教程》表5-9选取V_c=49m/min，根据公式

，算得

n=219.8r/min,查《教程》表4-15取n=210r/min,在由公式

算得实际切削速度V_c＝46.8m/min。

4.4校验机床功率

 查《简明手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。

最终确定n=210r/min, V _c=46.8m/min，f _z=0.12mm/z。

4.5计算基本工时

t_m＝L+l₁/ f_n=(4+1)/0.12*210=0.20min。

辅助时间：t_a=(0.15~0.2)tj=0.4min

5.工序070和080以T1及小头孔外圆为基准，钻、扩、粗铰、精铰φ22孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。.采用立式钻床525型号

5.1钻孔工步

(1)刀具:采用莫氏锥柄麻花钻(20GB/T1438.1-1996)

(2)背吃刀量的确定  取a _p=20mm

(3)进给量的确定 

由表5-22,选取该工步的每转进给量f=0.25mm/r

(4)切削速度的计算 

由表5-22,按工件材料为铸铁的条件选取,切削速度v取18m/min. 由公式(5-1)n=1000v/d=100018/(3.1422)=286.6r/min,参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速,取转速n=272r/min.代入(5-1),求出实际钻削速度v=nd/1000=2723.1420/1000=17m/min

(5)时间定额计算 

根据表5-41,钻孔的基本时间可由公式t_j=L/fn=(l+l₁+l₂)/fn求得.式中l=50mm, l₂=1mm;l₁=Dcotk_r/2+(1~2)=20mm/2cot54^.0+1mm=11.7mm,f=0.25mm/r,n=272r/min.将以上结果代入公式,得该工序基本时间t_j=(50mm+11.7mm+1mm)/(0.25mm/r272r/min=0.92min=55.3s

(6)辅助时间t_f的计算  由辅助时间与基本时间的关系为t_a=(0.15~0.2) t_j得钻孔工步的辅助时间 t_f=0.1555.3=8.30s

5.2扩孔工步

(1)刀具:采用莫氏锥柄扩孔钻(B/T1141-1984)

(2)背吃刀量的确定  取a_p=1.8mm

(3)进给量的确定  由表4-10,选取f=1.1mm/r.

(4)切削速度的计算

由表5-22,按工件材料为铸铁的条件选取,切削速度v取4m/min. 由公式(5-1)n=1000v/d=10004/(3.1421.8)=58.43r/min,参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速,取转速n=97r/min.代入(5-1),求出实际钻削速度v=nd/1000=2723.1421.8/1000=6.64m/min

(5)时间定额计算

由D=21.8mm  l=50mm  l₂=3mm得

l₁=(D-d)cotk_r+(1~2)=(21.8-20)/2cot54^.0+1=1.6mm=30.7s

(6)辅助时间t_f的计算  由辅助时间与基本时间的关系为t_a=(0.15~0.2) t_j得钻孔工步的辅助时间 t_f=0.1530.7=4.6s

5.3粗铰工步

(1)刀具:采用锥柄机用铰刀(GB/T1133-1984)

(2)背吃刀量的确定  取a _p0.14mm

(3)进给量的确定 由表5-31,选取f=1.0mm/r.

(4)切削速度的计算

由表5-31,取v=4m/min.

由公式(5-1) n=1000v/d=10004/(3.1420)=63.7r/min,参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速,取转速n=97r/min.代入(5-1),求出实际切削速度v= nd/1000=973.1420/1000=6.1m/min

(5)时间定额计算 

根据表5-41,钻孔的基本时间可由公式t_j=L/fn=(l+l₁+l₂)/fn,式中l₁ l₂由表5-42按k_r=15^.0  a_p=(D-d)/2=(21.94mm-21.8mm)/2=0.08mm的条件查得l₁=0.37mm l₂=15mm;而l=50mm f=1.0mm/r   n=97r/min

将以上结果代入公式,得该工序的基本时间t_j=(50mm+0.37mm+15mm)/(1.0mm/r97r/min)=0.67min=40.4s

(5)辅助时间t_f的计算

由辅助时间与基本时间的关系为t_a=(0.15~0.2) t_j得钻孔工步的辅助时间 t_f=0.1540.4=6.06s

5.4精铰工步

(1)刀具:采用锥柄机用铰刀(GB/T1133-1984)

(2)背吃刀量的确定  取a_p=0.06mm

(3)进给量的确定 由表5-31,选取f=0.8mm/r.

(4)切削速度的计算 由表5-31,取v=6m/min.由公式(5-1) n=1000v/d=10006/(3.1420=95.5r/min, 参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速,取转速n=97r/min.代入(5-1),求出实际切削速度v= nd/1000=973.1420/1000=6.1m/min

(5)时间定额计算

  根据表5-42,钻孔的基本时间可由公式t_j=L/fn=(l+l₁+l₂)/fn,式中l₁ l₂由表5-42按k_r=15^.0  a_p=(D-d)/2=(22mm-21.96mm)/2=0.02mm的条件查得l₁=0.19mm l₂=13mm;而l=50mm f=0.8mm/r 

 n=97r/min,将以上结果代入公式,得该工序的基本时间t_j=(50mm+0.19mm+13mm)/(0.8mm/r97r/min)=0.81min=48.8s

(6)辅助时间t_f的计算

 由辅助时间与基本时间的关系为t_a=(0.15~0.2) t_j得钻孔工步的辅助时间 t_f=0.1548.8=7.32s

五.夹具设计

1 夹具设计任务

为提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动,需设计转专用夹具,并设计工序070 、080钻小头孔22.本夹具将用于组合机床,刀具为麻花钻.

2 确定夹具的结构方案

(1)确定定位元件

  底面对孔的中心线有一定的垂直度公差要求,因此应以底面为主要定位基准,利用小头孔的外圆表面为辅助定位基准.

(2)确定导向装置

本工序要求对被加工孔依次进行钻、扩、铰等三个工步加工,最终达到工序简图上规定的加工要求,故选用快换钻套作为刀具的导向元件.

快换钻套查表9-10,得22₀^0.024,钻套用衬套查表9-11,得34,钻套螺钉查表9-12,得43,查表9-13,确定钻套高度H=2.05D=2.0522=45mm,排屑空间h=0.5D=0.522=11mm

 3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钻床夹具的装配图见附图

六总结

机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的系统性设计.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的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,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。

       就我个人而言，通过这次课程设计，使我对专业知识了解得更扎实，也从中锻炼了自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加工作打下一个良好的基础。

    由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。