机械制造工艺学课程设计设计“拔叉”零件的机械加工工艺规程及工艺装备.doc

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1、机械制造工艺学课程设计机 械 制 造 工 艺 学课程设计说明书设计题目 设计“拔叉”零件的机械加工工艺规程及工艺装备（年产量为5000件）设 计 者：阳 红 梅指导教师：周 俊 波 成都理工大学 2012年3月8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程、技术基础课程以及大部分专业课程之后进行的。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，它在我们三年的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言，我希望能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，为今后参加祖国的“四化”

2、建设打下一个良好的基础。由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。一、 零 件 的 分 析(一)零件的作用题目所给定的零件是CA6140车床拔叉（831008）,它是一种辅助零件，位于车床变速机构中，主要起换挡作用，使主轴回转运动按照工作者的要求进行工作。通过拔叉可以控制滑套与旋转齿轮的结合，在滑套的上面有凸块，滑套的凸块插入齿轮的凹位，把滑套与齿轮固连在一起，是齿轮带动滑套，滑套带动输出轴，从而将动力传至输出轴。因此，摆动拔叉可以控制滑套与不同齿轮的结合与分离，以达到换挡的目的。(二）零件的工艺分析拔叉共有三组加工表面,它们之间有一定的位置要求。现分述如下：1、以20+0.0

3、210mm孔为中心的加工表面(1)、20+0.0210mm的孔；(2)、32mm的外圆表面；(3)、20+0.0210mm孔的上下端面；(4)、20+0.0210mm孔壁上的8mm的锥孔及M6的螺纹孔；(5)、下端47的缺口。2、以55+0.500.25mm为基准的加工表面(1)、55+0.500.25mm的孔；(2)、55+0.500.25mm的上下端面；3、以两圆中心连线为基准（1）、距两圆中心连线为4mm的两平面。（2）、距上表面为15mm倾斜45的斜面由于实际零件尺寸有调整，45的斜面若保持45就不能与大半圆外径切，则将45该为63。这三组表面有一定的位置要求,即55+0.500.25

4、mm的半圆孔的上、下端面与20+0.0210mm的孔有垂直度要求,主要是:(1)、55+0.500.25mm的半圆孔的上、下表面与20+0.0210mm的孔的垂直度误差为0.07mm。(2)、55+0.500.25mm的半圆孔、20+0.0210mm的孔的上、下表面以及55+0.500.25mm的空的内表面粗糙度误差为3.2um。(3)、20+0.0210mm的孔的内表面粗糙度为1.6um,精度为IT7。(4)、20+0.0210mm的孔的上、下表面与20+0.0210mm的孔的垂直度误差为0.05mm。由以上分析可知，对于这三组加工表面而言，可以先加工1、2中其中一组表面，然后借助于专用夹具

5、加工另两组表面，并且保证他们之间的位置精度要求。二、 工 艺 规 程 设 计(一)毛坯的制造方式零件材料为HT200.考虑到机床在运行中要经常加速及正、反向进给运动，零件在工作过程中则承受交变载荷及冲击性载荷不大，零件结构又比较简单,因此应该选用铸件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件年产量为5000件，已达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用末端成型。这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。(二)基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理,可以是加工质量得到保证,生产得以提高。否则,加工工艺过程中会问题百出,更有甚者,还会零

6、件大批报废,使生产无法进行。1、粗基准的选择粗基准的选择将影响到加工面与不加工面的相互位置,或影响到加工余量的分配,所以,正确选择粗基准对保证产品质量有重要影响 。在选择粗基准时,一般遵循以下原则:(1)、保证相互位置要求的原则 如果必须保证工件上加工表面与不加工表面的相互位置要求,则应以不加工面作为粗基准。(2)、保证加工表面加工余量合理分配的原则 如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀,应选择该表面的毛坯面为粗基准。(3)、便于工件装夹的原则 选择粗基准时,必须考虑定位准确,夹紧可靠以及夹具结构简单、操作方便等问题。为了保证定位准确,夹紧可靠,要求选用的粗基准尽可能平整、光洁和有足够大的

7、尺寸,不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其他缺陷。(4)、粗基准一般不得重复使用的原则 如果能使用精基准定位,则粗基准一般不应被重复使用。这是因为若毛坯的定位面很粗糙,在两次装夹中重复使用同一粗基准,就会造成相当大的定位误差(有时可达几毫米)。有的零件在前几道工序中虽然已经加工出一些表面,但对某些自由度的定位来说,仍无精基准可以利用在这种情况下,利用粗基准来限制这些自由度,不属于重复使用粗基准。综上所述原则,先选取20+0.0210mm孔的不加工外轮廓表面作为粗基准,利用一组共两块V形块支撑两个20+0.0210mm孔的外轮廓作主要定位面,以消除3个自由度,再利用一个支撑板支撑在70mm的上表面

8、,以消除3个自由度,达到完全定位,然后进铣削。2、精基准的选择选择精基准是要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实线以及装夹准确、可靠、方便。为此,一般遵循下列五条原则:(1)、基准重合原则 应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准。(2)、统一基准原则 当工件以某一精基准定位,可以比较方便地加工大多数(或所有)其他表面,则应该尽早地把这个基准面加工出来,并达到一定精度,以后工序均以它为精度基准加工其他表面。采用统一基准原则可以简化夹具设计,可以减少工件搬动和翻转次数在自动化生产中广泛应用。 应当指出,统一基准原则常常会带来基准不重合的问题。在这种情况下,要针对具体问题进行认真分析,在可以满

9、足设计要求的前提下,决定最终选择的精基准。(3)、互为基准原则 某些位置度要求很高的表面,常采用反复加工的办法来达到位置度要求。(4)、自为基准原则 旨在减小表面粗糙度,减小加工余量和保证加工余量均匀的工序,常以加工面本身基准进行加工。(5)、便于装夹原则 所选择的精基准,应能保证定位准确、可靠,夹紧机构简单,操作方便。综上所述原则,精基准的选择主要应该考虑基准重合问题。当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算。(三)制定工艺路线制定工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批生产的条件下,可以考虑采用万能性机床配以专用夹

10、具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。1、工艺路线方案一：工序一：退火。工序二：粗、精铣55+0.500.25mm、20+0.0210mm的下表面,保证其下表面的粗糙度为3.2um。 工序三:以20+0.0210mm的下表面为精基准, 粗、精铣20+0.0210mm的孔的上表面,保证其粗糙度为3.2um,20+0.0210mm的上、下表面尺寸为36mm。工序四:以20+0.0210mm的下表面为精基准,钻、扩、铰、精铰20+0.0210mm的孔,保证其内表面粗糙度为1.6um,垂直度误差不超过0.05mm。工序五:以20+0.0210mm的下表

11、面为精基准,粗、半精镗55+0.500.25mm的孔,保证其内表面粗糙度为3.2um。工序六：以20+0.0210mm的下表面为精基准, 粗、精铣55+0.500.25mm的上表面，保证其与孔的垂直度误差不超过0.07mm，其上、下表面尺寸为18mm工序七：铣断工序八：以20+0.0210mm的孔为精基准,钻8mm锥孔的一半4mm,装配时钻铰。工序九：:以20+0.0210mm的孔为精基准,钻5mm的孔,攻M6的螺纹。 工序十:以20+0.0210mm的孔为精基准,铣47缺口,保证其粗糙度为12.5um。工序十一:去毛刺,清洗。工序十二:终检。2、工艺路线方案二:工序一:退火。工序二:粗、精铣

12、55+0.500.25mm、20+0.0210mm的下表面,保证其下表面的粗糙度为3.2um。工序三:以20+0.0210mm的下表面为精基准,粗、精铣55+0.500.25mm、20+0.0210mm的孔的上表面,保证其粗糙度为3.2um,20+0.0210mm的上、下表面尺寸为36mm,55+0.500.25mm的上、下表面尺寸为18mm。工序四:以20+0.0210mm的下表面为精基准,钻、扩、铰、精铰20+0.0210mm的孔,保证其内表面粗糙度为1.6um,垂直度误差不超过0.05mm。工序五:以20+0.0210mm的下表面为精基准,粗、半精镗55+0.500.25mm的孔,保证其

13、内表面粗糙度为3.2um。工序六:铣断。工序七:以20+0.0210mm的孔为精基准,钻8mm锥孔的一半4mm,装配时钻铰。工序八:以20+0.0210mm的孔为精基准,钻5mm的孔,攻M6的螺纹。工序九:以20+0.0210mm的孔为精基准,铣47缺口,保证其粗糙度为12.5um。工序十:去毛刺,清洗。工序十一:终检。 3、 工艺方案的比较与分析：上诉两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工20+0.0210mm的孔上下表面以及其孔，然后再加工55+0.500.25mm的孔的上下表面以及其孔：而方案二则是先加工20+0.0210mm、55+0.500.25mm的孔德尔上下表面，在加工两个孔。两

14、相比较可以看出，先铣出两孔的上下表面，在加工两孔，由于是先将铣这一工序操作完成，再操作钻孔等工序，就减少了拆卸、装夹的次数，这时的位置精度就会较易保证，并且定位与装夹等都会比较方便。且方案一可以是中批生产，但是其效率不高，并且工序三中的钻孔方法在钻孔中可能会偏离中心。经综合考虑，采用工艺路线方案二。(四)机械加工余量、工序尺寸、公差及毛坯尺寸的确定“CA6140车床拨叉”零件的材料为HT200硬度为190210HB,毛坯重量为 2.2Kg,生产类型为中批量,铸件毛坯。又由(以下称)表1.3-1查得毛坯的制造方法采用壳铸造级,表2.2-4查得加工余量等级为G级,选取尺寸公差等级为CT10。根据上

15、述原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下:铣削32mm的上端面1、先用查表法确定加工余量。由工艺手册查得：精铣余量为1mm，粗铣余量为1.5mm，由Z0=Z1+Z2.+Zn=Zi可得加工总余量为2.5mm，取加工总余量为3mm,把粗车余量修正为2mm。2、计算各加工工序基本尺寸。精磨后供需基本尺寸为32mm（设计尺寸）;其他各工序基本尺寸依次为：精铣 32mm+2mm=34 mm毛坯 34mm+1mm=35mm3、确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度。由机械制造工艺学表49得：粗铣后选定为IT11，Ra5m；精铣后选定为IT6，Ra0.63m。4、根据上述

16、经济加工精度查公差表，将查得的公差数值按“入体原则”标注在工序基本尺寸上。查工艺手册可得热轧毛坯公差为1.5 mm。为清楚起见，把上述计算和查表结果汇总于下表中，供参考。 加工余量,工序尺寸及公差的确定工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度/m精铣1h6（0-0.016）Ra 0.6332320-0.016粗铣2h11(0-0.016)Ra 532+1=33330-0.016毛坯（热轧）1.534+2=35351.5(五)确定切削用量及基本工时工序二：粗、精铣55+0.500.25mm、20+0.0210mm的下表面,保证其下表面的粗糙度

17、为3.2um。1、 加工条件工件材料：HT200，b=0.16GPa，HBS=190210，铸件；机 床：XA5032立式车床；刀 具：W18Cr4V硬质合金铣刀；W18Cr4V硬质合金铣刀，牌号为YG6，由切削用量简明手册后称切削手册表3.1查得铣削宽度ae60mm,深度ap4,齿数Z=10时，取刀具直径do=80mm。又由切削手册表3.2选择刀具的前角ro=+5o;后角ao=8o;副后角ao=,刀齿斜角s=-10o,主刃Kr=60o,过渡刃Kr=30o,副刃Kr=5o,过渡刃宽b=1mm。2、 计算切削用量（1）、粗铣20+0.0210mm的下表面a)切削深度: 因切削用量较小，故可以选择

18、ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需尺寸。b)每齿进给量:由切削手册表3.30可知机床的功为7.5KW,查切削手册表3.5可得f=0.140.24mm/z，由于是对称铣，选择较小量f=0.14mm/z。c)查后刀面最大磨损及寿命：查切削手册表3.7，后刀面磨损为（1.01.5）mm查切削手册表3.8，寿命T=180mind)计算切削速度 按切削手册表3.27中的公式: 也可以由表3.16查得=98mm/s ，n=439r/min ，vf =490mm/s 又根据XA5032铣床参数，选 n=475r/min，vf =600mm/s，则实际的切削速度为： 即=119.3m/min,实际进给量为

19、： 即=0.13mm/ze)校验机床功率 查切削手册表3.24，Pcc=1.1KW,而机床所提供的功率Pcm为1.7KW，所以Pcm Pcc,故校验合格。最终确：ap=1.5mm，nc=475r/min，vfc=600mm/min，vc=119.3m/min，fz=0.13mm/zf)计算基本工时 公式中： L=l+y+；根据切削手册表3.26，可得 l+=12mm,所以L=l+y+=32+12=44mm 故 =44/600=0.073min（2）、粗铣55+0.500.25mm的下表面a)铣削55+0.500.25mm的下表面与铣削20+0.0210mm的下表面的相关参数及其用量等都相同，即

20、 ap=1.5mm，nc=475r/min，vfc=600mm/s，vc=119.3m/min，fz=0.13mm/z。b)计算基本工时 公式中： L=l+y+；根据切削手册表3.26，可得 l+=0所以L=l+y+=72mm故 =72/600=0.12min（3）、精铣孔20+0.0210mm的下表面a) 切削深度：因切削用量较小，故可以选择ap=1.0mm, 一次走刀即可完成所需尺寸b)每齿进给量：由切削手册表3.30可知机床的功为7.5KW，查切削手册表3.5可得f=0.50.7mm/r，由于是对称铣，选较小量f=0.7mm/r c)查后刀面最大磨损及寿命： 查切削手册表3.7，后刀面最

21、大磨损为（1.01.5）mm 查切削手册表3.8, 寿命T=180mind)计算切削速度：按切削手册表3.27中的公式： 也可以由表3.16查得=124mm/s vf =395mm/min n=494r/min,根据XA5032铣床参数，选 n=475r/min vf =375mm/min , 则实际的切削速度为 所以=119.3m/min,实际进给量 所以=0.08mm/ze)校验机床功率 查切削手册表3.24，Pcc=1.1KW,而机床所提供的功率Pcm为1.7KW，所以Pcm Pcc,故校验合格。最终确定：ap=1.0mm，nc=475r/min，vfc=375mm/min，vc=119

22、.3mm/minf)计算基本工时 公式中： L=l+y+；根据切削手册表3.26，可得 l+=80mm, 所以L=l+y+=32+80=112mm 故 =112/375=0.3min(4)、精铣55+0.500.25mm的下表面a)铣削55+0.500.25mm的下表面与铣削20m+0.0210m的下表面的相关参数及其用量等都相同，即 ap=1.0mm，nc=475r/min，vfc=375mm/min，vc=119.3mm/m。b)计算基本工时 公式中： L=l+y+；根据切削手册表3.26，可得 l+=80mm所以L=l+y+=72+80=152mm故 =152/375=0.405min最

23、后，将以上各工序切削用量、工时额定的计算结果，连同其它加工数据，一并填入机械加工工艺过程综合卡片，见附表1。三、 夹 具 的 设 计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专门的夹具。经过与指导老师的协商，决定设计第四道工序，钻20+0.0210mm孔的钻床夹具。本夹具用于Z525立式钻床，对两个孔分别进行加工。(一)问题的提出本夹具主要用来钻20+0.0210mm孔，此孔为通孔且有精度等级要求，保证其内表面粗糙度为1.6m，并将垂直度控制在0.05mm之内。所以本道工序加工时，既要考虑如何保证精度和垂直度，同时尽可能降低成本。为了提高劳动生产率，降低劳动强度，采用快速钻套提高

24、钻孔速度，能够更好地提高加工效率。(二)夹具设计1、定位基准的选择由零件图可知，此孔有精度要求并与其上下端面均有一定的垂直度要求，在本工艺中，上下端面已铣，并达到一定的精度，故采用20+0.0210mm孔的上端面为主要定位基准，所以其尺寸可由V型块卡紧和大平面保证。切削力及夹紧力计算刀具：高速钢细齿圆锯片铣刀 直径d0=160mm 齿数Z=50 又由切削手册表3.28中的公式：其中：CF=410 Z=1.2 ym=0.755 d0=19.8mm =0.64 安全系数K=K1K2K3K4 K1为基本安全系数1.0 K2为加工性质系数1.0K3为刀具钝化系数1.0K4为切削特点系数（断续切削）0.

25、85则Fm=41019.81.20.640.750.85=4027.4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，在两侧只需采用两个V型块适当夹紧后本夹具即可安全工作，一个固定式，一个采用气动型活动V型块，因此，无须再对夹紧力进行计算。2、定位误差分析一批工件在卡具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，因此使加工后，各工件加工尺寸的不一致，而形成误差，即工件定位时造成的加工表面相对工序基准的误差。形成误差原因有两个，一个是由于定位基准与设计基准不重合而造成；二是定位基准与限位基准不重合而造成。定位元件尺寸以及公差的确定。本夹具主要定位元件为V型块和大平面。其中V型块和

26、大平面保证了孔的尺寸精度。活动V型块是可以滑动的，防止形成过定位。本工序采用20+0.0210mm孔上端面定位，工序基准与定位基准重合，故其基准不重合度为0，在本工序主要考虑钻套索形成的误差： 所以=0.02mm0.021mm，满足要求 零件图规定大孔与小孔的中心距为76mm，采用自动对中夹具后，定位误差取决于对中块、螺杆以及滑块的制造误差。同时，对中块利用调整螺钉进行调整并加装钻套后，钻孔后的误差只有0.08mm。在后续的铣断工序中，利用中间大孔定位，孔壁与定位销的配合间隙为0.05mm。因此，加工完成后大孔与小孔的中心距的最大误差为 =0.08+0.05=0.13mm0.2mm所以能满足精度要求。2、夹具设计及操作的简要说明如前所述，在设计夹具时为了降低成本，应采取用手动夹紧装置，本道工序的钻床就是选用了手动夹紧，在本工序中的夹具主要用来钻20+0.0210mm孔，此孔有精度和垂直度的要求，所以在本道工序加工时，应先考虑这些要求，其次是如何降低成本。在进行装夹时先将工件从侧面装入夹具中，V型块和32mm外圆接触，同时与支撑板接触形成平面定位，当确定定好位后，即可拧紧螺母夹紧。夹具体钻模板上配有钻套，村套，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀。 钻床夹具的装配图见附图