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CA6140车床拨叉零件
机械制造工艺学
课程设计说明书
设计题目:
设计“CA6140车床”拨叉零件的机械加工
工艺规程及工艺装备(中批量生产)
设计者姚芝远
指导教师耿爱
五邑大学
2010年2月21日
五邑大学
机械制造工艺学课程设计任务书
题目:
设计设计“CA6140车床”拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备(中批量生产)
内容:
1.零件图1张
2.毛坯图1张
3.机械加工工艺过程综合卡6张
4.结构设计装配图1张
5.结构设计零件图1张
6.课程设计说明书1份
班级AP0808331
学生姚芝远
指导教师耿爱
教研室主任
2010年2月21日
序言
机械制造工艺学课程设计是在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。
这是我们在进行毕业设计之前对所有课程的一次深入的综合复习,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地位。
一、零件的分析
(一)零件的作用
题目给定的零件是CA6140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进行工作。
宽度为18+0.0120mm的槽尺寸精度要求很高,因为在拨叉拔动使滑移齿轮时如果槽的尺寸精度不高或间隙很大时,滑移齿轮得不到很高的位置精
度。
所以,宽度为18+0.0120mm的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。
(二)零件的工艺分析
CA6140拨叉共有两组加工表面。
现分述如下:
1.以花键孔的中心线为基准的加工面
这一组面包括Ø25+0.230mm的六齿花键孔、Ø22+0.280花键底孔两端的2×150倒角和距中心线为27mm的平面。
2.以工件右端面为基准的8+0.030mm的槽和18+0.0120mm的槽
经上述分析可知,对于两组加工表面,可先加工其中一组表面,然后借助于专用夹具加工另一组表面。
二、工艺规程设计
(一)确定毛坯的制造形式
零件材料为HT200,抗拉强度和塑性低,但铸造性能和减震性能好,主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。
所以这里采取铸造成型。
经查《金属机械加工工艺人员手册》表5-5取等级为2级精度底面及侧面浇注确定待加工表面的加工余量为2±0.8mm。
毛坯零件图如下图:
(二)基准的选择
1.粗基准的选择:
因为要保证花键的中心线垂直于右端面,所以以Φ40的外圆表面的粗基准。
2.精度基准的选择:
为保证定位基准和工序基准重合,以零件的A面为精基准。
(三)制定工艺路线
1.工艺路线方案一
工序:
1.粗、精车端面,钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。
2.粗、精铣削B面。
3.铣削8+0.030mm的槽。
4.铣削18+0.0120mm的槽。
5.拉花键。
6.去毛刺。
7.终检。
2.工艺路线方案二
工序:
1.粗、精铣端面,钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。
以Ф40mm圆柱面为粗基准。
2.拉花键。
以A面为基准。
3.铣削槽B面。
以花键的中心线及A面为基准。
选用X62W卧式铣床加专用夹具
4.铣削8+0.030mm的槽。
以花键的中心线及A面为基准。
选用X62W卧式铣床加专用夹具。
5.铣削18+0.0120mm的槽。
以花键的中心线及A面为基准。
选用X62W卧式铣床加专用夹具。
6.去毛刺。
7.终检。
方案分析:
上述两方案中,工艺方案一把拉花键放在最后一道工序。
但此方案中2.3.4工序很难对工件进行定位和加紧、方案二中,把花键放在第一道工序的后边,这样,方案二中的2.3.4.5道工序很容易对工件进行定位与加紧即以花键中心线和A面作为3.4.5道工序的定位基准。
此方案定位精度高,专用夹具结构简单、可靠,所以采用方案二比较合理。
以上工艺过程详见“机械加工工艺过程综合卡片”
(四)机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
CA6140的拨叉材料为HT200。
毛坯重量为1.0kgσb=160MPaHBS生产类型为由大、中批量生产,采用铸造。
根据上述的原始资料加工工艺,分别确定各个加工表面的机械加工余量,工序尺寸以毛坯尺寸如下:
1.A面的加工余量
A面有2mm的加工余量,足够把铸铁的硬质表面层切除
2.矩形花键底孔。
要求以矩形花键的外径定心,故采用拉削加工内孔尺寸为Φ220+0.28,见零件图,参照《金属机械加工工艺人员手册》表3-59确定孔加工余量的分配。
钻孔Φ20mm
扩孔Φ22mm
拉花键
花键孔要求以外径定心:
拉削时加工余量参照《金属机械加工工艺人员手册》取2Ζ=1mm
3.B面的加工余量。
此工序分2个工步
1、粗铣B面
2、精铣B面。
精加工余量为0.2mm
粗铣加工余量为1.8mm
(五)确定切削用量及基本工时
工序I粗铣端面A、精铣端面A
加工要求:
粗铣端面A,端面A,Ra=3.2um。
用硬质合金钢端铣刀粗铣加工余量2mm
机床:
XA5032立式铣床工作台最大纵向行程680mm
面积;长*宽(1250*320mm)
1.粗铣
1)选择刀具
根据《切削用量简明手册》表3.1铣削宽度ae≤40mm时。
铣刀直径为do=80mm,故齿数Z=10,由于采用硬质合金钢端铣刀粗铣。
铣刀几何参数(表3.2)rn=5°ao=16°
2)切削用量
留精铣的加工余量为0.7,所以本道工步切削厚度ac=1.3mm,由于加工表面精度要求Ra=3.2um.根据表3.5得每转进给量f=0.14~0.24mm/r就能满足要求,铣床的功率为7.5KW所以每转进给量f=0.14mm/r
3)选择刀具磨钝标准及刀具寿命。
根据《切削用量简明手册》表3.7、铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为1.0—1.5mm,铣刀do=80mm,刀具寿命T=180min(表3.8)
4)决定切削速度Vc、可根据《切削用量简明手册》表3.9确定
Vc=60(m/min)
n=1000V/
d=(1000×60)/(3.14×80)=238.85r/min
根据XA5032型铣床说明书选n=235r/min
Vc=3.14nd/1000=(235×3.14×80)/1000=59.032m/minVf=nfZ=235×0.14=32.9mm/min
选Vf=37.5mm/min实际fz=Vf/(n×z)=0.0159mm/z
5)机床功率:
根据《切削用量简明手册》表3.20当Vc=60m/minae=1.3mmfz=0.0159Kmpc=1.4kw查得PCC=1.1KW
切削功率的修正系数:
故Pct<0.8,
根据XA5032型铣床说明书,机床主轴允许的功率为
Pcm=7.5×0.75=5.63kw故Pcc<Pcm因此所决定的切削用量可以采用。
ae=1.3mmVf=37.5mm/minVc=59.032m/minfz=0.0159mmm/z
6)基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5:
L1+△=12mm
Tm=(L+L1+△)/Vf=(40+12)/37.5=1.36(min)
2.精铣
1)选择刀具
刀具与上道工步是同一把刀。
2)切削用量
精铣的加工余量为0.7mm,所以本道工步切削厚度
aP=0.7mm,f=0.6mm/r
3)决定切削速度Vc、可根据《切削用量简明手册》表3.9确定
Vc=68.53mm/min
n=1000V/
d=(1000×68.53)/(3.14×80)=272.8r/min根据XA5032型铣床说明书选n=300r/min
Vf=nfZ=300×0.6=180mm/min
取VF=190mm/min,则fz=Vf/(n×z)=0.063mm/Z
4)基本工时基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5L1+△=12mm
Tm=(L+L1+△)/Vf=(40+12)/190=0.273(min)
工序Ⅱ钻孔、扩孔
1、选择钻头
选择高速钢麻花钻头,直径d=20mm。
2、选择切削用量
⑴决定进给量f
1按加工要求决定进给量:
根据切削用量手册表2.7,当加工要求为H12-H13精度,铸铁的强度小于200Mpa,d=20mm,f=0.70-0.86mm/r.
2按钻头强度决定进给量:
根据表2.8,当σb=200Mpa,d=20mm,钻头强度允许的进给量f=0.93mm/r.
3按机床进给机构强度决定进给量:
根据表2.9,当σb≤210mpa,d≤20.5mm,机床进给机构允许的轴向力为8330N时,进给量为0.41mm/r.
从以上三个进给量比较可以看出,f=0.41mm/r,根据Z525钻床说明书,选择f=0.36mm/r.
由表2.19可查出钻孔时的轴向力,当f=0.36mm/r,d≤21mm时,轴向力Ff=6090N.
轴向力的修正系数都是1.0,所以Ff=6090N.6090<8830,所以f=0.36mm/r可用。
⑵决定钻头磨钝标准及寿命由表2.12,当d=20mm,钻头后刀面最刀面磨损量取为0.6mm,寿命T=60min.
⑶决定切削速度由表2.15,σb=200Mpa,f=0.36mm/r,切削速度为V=19m/min.
切削速度修正系数为:
kTv=1.0,Kcv=1.0,klv=0.85,ktv=1.0,所以
V=19×1.0×1.0×1.0×0.85=16.15m/min.
n=1000v/πd=1000×16.15/3.14×20=263.52r/min.
根据Z525钻床说明书,可选择272r/min.因所选转数比计算值高,会使刀具寿命下降,故可将进给量降低一及,即取f=0.28mm/r,也可选择低级转速n=195r/min,仍用f=0.36r/min,比较两种方案:
一.f=0.28mm/r,n=272r/min,n×f=272×0.28=76.16mm/min
二.f=0.36mm/r,n=195r/min,n×f=195×0.36=70.2mm/min.
第一方案nf值比较大,基本工时少,因此选第一方案。
这时v=17m/min,f=0.28mm/r
⒊计算基本工时
Tm=L/nf
式中L=l+Y+△,l=80mm,入切量和超切量由表2.29查出y+△=6mm,所以
Tm=80+10/272×0.28=1.18min.
2、扩孔
刀具直径do=22mm;刀具几何参数同上。
由于两孔直径相差不大,为了节省停车和调换走刀量等辅助时间,n和f都不变,所以Tm同上Tm=0.32
倒角刀具15°锪钻由于两孔直径相差不大,以表面粗度要求不高手动进给。
按Z525钻床说明书说明书 主电机功率P=11kw
可见Pc比P小得多所以机床功率足够所用切削用量符合要求
钻削功率检验按《切削用量简明手册》表2.21
当do=21mm f=0.64mm
查得转矩M=61.8 N.M
《切削用量简明手册》表由表2.32 得功率公式
PC=McVc/30do=61.8×17/30×21=1.67km
按C3163-1 车床说明书 主电机功率P=11kw
可见PC比P小得多,所以机床功率足够,所用切削用量符合要
P=(1.25-1.5)×
=1.35×
=12mm
∴拉刀同时工作齿数z=l/p=80/12≈7
∴其本工时Tm=1.5×80×1.2×1.4/1000×3.6×0.06×7=0.13(min)
工序Ⅲ拉花键孔
单面齿升:
根据有关手册,确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿
为0.06mm,
拉削速度v=0.06m/s(3.6m/min)
切削工时t=Zblηk/1000vfzZ
式中:
Zb单面余量1.5mm(由Φ22mm拉削到Φ25mm);
L拉削表面长度,80mm;
η考虑校准部分的长度系数,取1.2;
k考虑机床返回行程系数,取1.4;
v拉削速度(m/min);
fz拉刀单面齿升;
Z拉刀同时工作齿数,Z=l/p;
P拉刀齿距。
P=(1.25-1.5)×
=1.35×
=12mm
拉刀同时工作齿数z=l/p=80/12≈7
其本工时Tm=1.5×80×1.2×1.4/1000×3.6×0.06×7=0.13(min)
工序Ⅳ粗铣、精铣B面
加工要求:
粗铣B面,精铣B面,Ra=3.2um。
用标准镶齿圆柱铣刀粗铣加工余量3mm
机床:
X62W
加工工件尺寸:
宽度:
40mm长度:
28mm
1.粗铣
5)选择刀具
根据《切削用量简明手册》表3.1铣削宽度ae≤5mm时。
直径为do=50mm 故齿数Z=8,由于采用标准镶齿圆柱铣刀
铣刀几何参数(表3.2)rn=10°ao=16°
6)切削用量
留精铣的加工余量为0.2,所以本道工步切削宽度ac=2.8±0.8mm,由于加工表面精度要求Ra=3.2um.根据表3.5得每转进给量f=0.5~1mm/r就能满足要求,但考虑到X62W功率为7.5kw,机床为中等系统刚度和X62W铣床说明书所以每转进给量f=0.6mm/r
7)选择刀具磨钝标准及刀具寿命。
根据《切削用量简明手册》表3.7、铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为0.6镶齿铣刀do=50mm,刀具寿命T=120min(表3.8)
8)决定切削速度Vc、可根据《切削用量简明手册》表3.9确定
Z=8,aP=40-70mm,ac=2.8±0.8mm,fz=f/z=0.0750.1mm/z
Cv=20,qv=0.7,Xv=0.3,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.3,m=0.25,Km=1.12Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=Km×Ksv×KTv=1.12×0.8×0.82=0.79
Vc=23.7(m/min)
n=1000V/
d=(1000×23.7)/(3.14×50)=151r/min
根据X62W型铣床说明书选n=160r/min
Vc=3.14nd/1000=(160×3.14×50)/1000=25.1m/min
Vf=nf=160×0.6=96mm/min
选Vf=80mm/min实际fz=Vf/(n×z)=0.0625mm/z
5)机床功率:
根据《切削用量简明手册》表3.20当Vc=71m/minae=2.8mmap=41mmfz=0.08Kmpc=1.4kw
切削功率的修正系数:
故Pct<0.8,
根据X62W型铣床说明书,机床主轴允许的功率为
Pcm=7.5×0.75=5.63kw故Pcc<Pcm因此所决定的切削用量可以采用。
ae=2.8mmVf=80m/minn=160r/minVc=25.1m/minfz=0.0625mmm/z
6)基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5
Tm=(L+L1+△)/Vf=(28+14)/80=0.525(min)L1+△=14mm
2.精铣
1)选择刀具
刀具与上道工步是同一把刀。
2)切削用量
精铣的加工余量为0.2,所以本道工步切削宽度
ae=0.2mm,f=0.6
3)决定切削速度Vc、可根据《切削用量简明手册》表3.9确定
ac=0.2mm,Vc=33.1m/min
n=1000V/
d=(1000×33.1)/(3.14×50)=211r/min根据X62W型铣床说明书选n=210r/min
Vf=nf=210x0.6=126mm/min
VF=125mm/minfz=Vf/(n×z)=0.074mm/Z
4)基本工时基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5
Tm=(L+L1+△)/Vf=(28+14)/125=0.336(min)L1+△=14mm
工序Ⅴ铣削8+0.030mm槽
加工工件尺寸:
8+0.030mm,长度L=40mm
加工要求:
高速钢错齿三面刃铣刀(精密级K8)加工余量8
机床:
X61W
1)选择刀具:
由加工尺寸公差0-0.03。
所以铣刀精度为精密级K8
铣刀参数:
L=8mmD=22d=63ro=15°ao=12°an=6°Z=16
2)选择切削量
由于槽的深度为8mm,故一次走完,ae=8mmap=8mm
由《切削用量简明手册》表3.3确定f=0.15-0.3mm/r现取f=0.3mm/r,fz=0.3/16=0.018mm/z
3)选择铣刀磨钝标准及刀具寿命:
根据《切削用量简明手册》表3.7,得最大磨损量为0.5由表3.8确定刀具寿命:
T=100min其中
4)决定切削速度Vc和每齿进给量Vf、由《切削用量简明手册》3.27的公式
Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.15,Km=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82,
Kv=Km×Ksv×KTv=1.12×0.8×0.82=0.79Vc=82.04m/min
n=1000×Vc/
do=1000×82.04/3.14×63=414.72r/min
根据X61W型铣床说明书选nc=380r/min
实际速度Vc=
donc/1000=75.2m/min
选Vfc=nc×f=380×0.3=114mm/min
根据X61W型铣床说明书选选Vf=115mm/min
fzc=115/(380×16)=0.019mm/z
9)机床功率:
根据《切削用量简明手册》表3.28公式
圆周力
由表3.28得
=30,XF=1.0,yF=0.65,UF=0.83,WF=0,qF=0.83,KFC=1.28,KTV=0.90,
=1
=0.9
=47.32N
M=FCdo/(2×
)=1.49N•m
Pc=FcVc/1000=3.2kw根据X61W型铣床说明书,功率足够。
6)基本工时基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5
Tm=(L+L1+△)/Vf=(40+25)/115=0.57(min)L1+△=25m
工序Ⅵ铣宽为180+0.012mm槽
加工要求:
用乳化液冷却,加工工件尺寸,宽180+0.012mm,长L=40mm,加工余量23mm
1)选择刀具
铣刀参数:
L=18d=100mmD=32mmro=15°ao=12°an=6°Z=20
2)选择铣削用量
由于槽的宽度为18mm,故二次走完,ae=23mmap=18mm
由《切削用量简明手册》表3.3确定f=0.5mm/r现取f=0.8mm/rfz=0.5/24=0.02mm/z
3)选择铣刀磨钝标准及刀具寿命:
根据《切削用量简明手册》表3.7,得最大磨损量为0.5由表3.8确定刀具寿命:
T=100min其中
4)确定切削速度Vc和每齿进给量:
决定切削速度Vc和每齿进给量Vf、由《切削用量简明手册》3.27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,
Ksv=0.8,
=0.82,
=1.12×0.8×0.82=0.79
Vc=72.34m/min
n=1000×Vc/
do=1000×72.34/(3.14×100)=230.4r/min
根据X61W型铣床说明书选nc=210r/min
实际速度Vc=
donc/1000=65.94m/min
选Vfc=ncf=210×0.5=105mm/min根据X61W型铣床说明书选选Vf=95mm/min
fzc=95/(210×20)=0.022mm/z
机床功率:
根据《切削用量简明手册》表3.28公式
圆周力
由表3.28得
=30,XF=1.0,yF=0.65,UF=0.83,WF=0,qF=0.83,KFC=1.28,KTV=0.90,
=1
=0.9
=44.3.2N
M=FCdo/(2×
)=2.22N•m
Pc=FcVc/1000=2.9kw
根据X61W型铣床说明书,功率足够。
5)基本工时基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5
Tm=(L+L1+△)•i/Vf=(40+46)×2/95=1.81(min)L1+△=46mmi=2(走两次)
工序Ⅶ磨18mm槽
1)选择砂轮。
见《切削手册》第三章中磨料选择各表,结果为
GZ46KV6P350×40×127其含义为:
磨轮磨料为棕刚玉,为了防止粒度过小而磨轮堵塞,所以选用为粒度为46#,硬度为软2级。
平型砂轮,其尺寸为16×6×40(D×d×H)。
2)切削用量的选择。
砂轮转速n砂=3000r/min(见机床说明书),
v砂=2.5m/s
进给量f=50mm/min双单行程fr=0.015mm
3)切削工时。
当加工1个表面时
Tm=(L+y+△)••iK/50=3.1min
夹具设计
(一)问题的提出
为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具
经过与指导老师协商,决定设计第4道工序——铣宽为80+0。
03mm槽的铣床夹具。
本夹具将用与X63卧式铣床。
刀具为高速钢直齿三面刃铣刀,来对工件进行加工。
本夹具主要用来铣宽为80+0。
03mm的槽,由于采用宽为80+0。
022mm的精密级高速钢直齿三面刃铣刀,一次铣削,所以主要应该考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度.
(二)夹具设计
1.定位基准的选择
由零件图可知,宽为80+0。
03mm的槽,其设计基准为花键孔中心线和工件的右加工表面(A)为定位基准。
因此选用工件以加工右端面(A)和花键心轴的中心线为主定位基准。
2.切削力及夹紧力的计算
刀具:
高速钢直齿三面刃铣刀,Ø63mm,Z=14
Fz=CP·t0.83·Sz0.65·D-O.83·B·Z·kP(见《切削手册》3-56表)
解得Fz=200(N)
其中CP=52,t=8mm,Sz=0.08mm/s,B=8mm,D=63mm,Z=14,kP=(HB/198)0.55
在计算切削力时,必须考虑安全系数。
安全系数K=k1k2k3k4
水平切削分力FH=1.1Fz=220(N)
垂直切削分力Fv=0.3Fz=60(N)
其中:
k1为基本安全系数1.5
K2为加工性质系数1.1
K3为刀具钝化系数1.1
K4为断续切削系数1.1
F,=KFz=1.5×1.1×1.1×1.1×200=400(N)
实际加紧力为WK=KFz/U1×U2=400/0.5=800(N)
其中U1和U2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数,U1=U2=0.025
螺母选用M16X1.5细牙三角螺纹,产生的加紧力为
W=2M/D2tg(a+6’55)+0.66(D3-d3/D2-d2)
解得:
W=1O405(N)
其中:
M=19000N.MD2=14.8mma=2029,D=23mmd=16mm
此时螺母的加紧力W已大于所需的800(N)的加紧力,故本夹具可安全工作。
3.定位误差分析
由于槽的轴向尺寸的设计基准与定位基准重合,故轴向尺寸无基准不重合度误差。
径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差,故径向尺寸无基准不重合度误差。
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