课程设计 CA6140车床拨叉（831008）机械加工及夹具设计3.doc

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1、计算与说明主要结果1、零件的分析1.1零件的作用CA6140车床的拨叉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20孔与操纵机构相连，二下方的50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。1.2零件的工艺分析CA6140车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：1. 以20为中心的加工表面。这一组加工表面包括：20 的孔，以及其上下端面，上端面与孔有位置要求，孔壁上有一个装配时钻铰的锥孔，一个M6的螺纹孔。下端有一个47的缺口。这三个都没有高的位置度要求。2. 以

2、50为中心的加工表面。这一组加工表面包括：50的孔，以及其上下两个端面。这两组表面有一定的位置度要求,即50的孔上下两个端面与20的孔有垂直度要求，主要是：1) 50mm的孔的上、下表面与20的孔的垂直度误差为0.07mm。2) 50mm、20mm的孔的上、下表面以及50mm的孔的内表面的粗糙度误差为3.2um。3) 20mm的孔的内表面的粗糙度误差为1.6um，精度为IT7。4) 20mm的孔的上、下表面与20的孔的垂直度误差为0.05mm。由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准采用专用夹具加工另外一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求。计算与说明主要结果2、工艺

3、规程设计2.1确定毛坯的制造形式零件材料为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，故选择铸件毛坯。2.2基面的选择（1）粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取20mm孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承两个20mm孔的外轮廓作主要定位面，以消除3个自由度，再用一个支承板支撑在72mm的上表面，以消除3个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。（2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合

4、时，应该进行尺寸换算。2.3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20 mm、50 mm的下表面，保证其粗糙度为3.2 um工序三：以20 mm的下表面为精基准，粗、精铣20 mm的孔的上表面，保证其粗糙度为3.2 um,其上、下表面尺寸为30mm，工序四：以20 mm 的下表面为精基准，钻、扩、铰、精铰20 mm的孔，保证其

5、内表面粗糙度为1.6 um，垂直度误差不超过0.05mm工序五：以20 mm的下表面为精基准，粗、半精镗50 mm的孔，保证其内表面粗糙度为3.2 um工序六；以20 mm的下表面为精基准，粗、精铣50 mm的上表面，保证其与孔的垂直度误差不超过0.07mm，计算与说明主要结果其上、下表面尺寸为12mm 工序七：铣断工序八：以20 mm的孔为精基准，钻8 mm的锥孔的一半4 mm，装配时钻铰 工序九：以20mm的孔为精基准，钻5mm的孔，攻M6的螺纹 工序十：以20 mm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。 上面的工序可以是中批生产，但

6、是其效率不高，并且工序三中的钻孔方法在钻孔是可能会偏离中心。经综合考虑，采用下面的方案二。2、 工艺路线方案二：工序一：退火工序二：粗、精铣20 mm、50 mm的下表面，保证其粗糙度为3.2 um工序三：以20 mm的下表面为精基准，粗、精铣20 mm、50 mm的孔的上表面，保证其粗糙度为3.2 um，20 mm的上、下表面尺寸为30mm，50 mm的上、下表面尺寸为12mm工序四：以20 mm 的下表面为精基准，钻、扩、铰、精铰2 0 mm的孔，保证其内表面粗糙度为1.6 um，垂直度误差不超过0.05 mm 工序五：以20 mm 的下表面为精基准，粗、半精镗50 mm的孔，保证其内表面

7、粗糙度为3.2 um工序六：铣断工序七：以20 mm的孔为精基准，钻8 mm的锥孔的一半4 mm，装配时钻铰 工序八：以20 mm的孔为精基准，钻5 mm的孔，攻M6的螺纹工序九：以20 mm的孔为精基准，铣47缺口，保证其粗糙度为12.5 um工序十：去毛刺，清洗工序十一：终检。计算与说明主要结果2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“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（以下称工艺手册表1.3-1查得毛坯的制造方法采用壳模铸造级，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。根据以

8、上资料及路线，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯如下：1、延轴线方向长度方向的加工余量及公差（20mm、50mm端面） 查工艺手册表2.24取20mm、50mm端面长度余量为2.5mm(均为双边加工)。铣削加工余量为：a)粗铣：1.5mm b)精铣：1mm毛坯尺寸及公差为：（35土0.3）mm （ 17土0.25）mm2、内孔（50mm已铸成孔）查工艺手册表2.22.5，取50mm已铸成长度余量为3mm，即已铸成孔44mm。镗削加工余量为：a)粗镗：2mm b)半精镗：1mm毛坯尺寸及公差为：（48土0.3）mm （）mm3、 其他尺寸直接铸造得到。 2.5确定切削用量及基本工时

9、2.5.1工序二：粗、精铣孔20mm、50mm的下表面（1） 加工条件工件材料：HT200。=0.16GPa HBS=190210，铸件机床：XA5032立式铣床刀具；W18Cr4V硬质合金端铣刀 W18Cr4V硬质合金端铣刀，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) 切削用量2.5.1.1粗铣20mm的下表面a)切削深度 因切

10、削用量较小，故可以选择ap=1.5mm,一次走刀即可完成所需尺寸。 ap=1.5mm 计算与说明主要结果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，选较小量f=0.14mm/zc)查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7，后刀面最大磨损为（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=98mm/s n=439r/min vf =490mm/s 又根据XA5032铣床参数，选 n=475r/min vf =600mm/s，

11、则实际的切削速度为：即=119.3m/min,实际进给量为：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。最终确定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=0.073min2.5.1.2粗铣50mm的下表面n=475r/min=0.13mm/z=0.073min计算与说明

12、主要结果a)铣削50mm的下表面与铣削20mm的下表面的相关参数及其用量等都相同。即 ap=1.5mm nc=475r/min vfc=600mm/s vc=119.3m/min fz=0.13mm/zb)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=0.12min2.5.1.3精铣孔20mm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

13、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ap=1.5mmnc=475r/minvfc=600mm/svc=119.3m/

14、minfz=0.13mm/z=0.12minap=1.0mmf=0.7mm/rn=475r/minvc=119.3m/min=0.08mm/z计算与说明主要结果的功率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=119.3mm/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=0.3min2.5.1.4精铣50mm的下表面 a)铣削50mm的下表面与铣削20mm的下表面的相关参数及其用量等都相同。即

15、 ap=1.0mm nc=475r/min vfc=375mm/min vc=119.3mm/mb)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=0.405min2.5.2工序三：粗、精铣孔20mm、50mm的上表面 本工序的切削用量及基本工时与工序一中的粗、精铣孔20mm、50mm的下表面相同。2.5.3 工序四：钻、扩、铰、精铰20mm的孔2.5.3.1钻18mm的孔（1） 加工条件 工艺要求：孔径d=18mm, 孔深l=30mm,通孔 ，用乳化液冷却 机床 ：Z535型立式钻床 刀具 ：高速钢

16、麻花钻头选择高速钢麻花钻头，其直径do=18mm,钻头几何形状为：由切削手册表2.1及表2.2 选修磨横刃，=28o o=10o 2=118o 21=70o b=3.5mm b=2mm l=4mm(2) 切削用量=0.3min=0.405min计算与说明主要结果1) 决定进给量fa)、按加工要求决定进给量 根据切削手册表2.7，当铸铁的强度200HBS do=18mm时，f=0.700.86mm/r 由于L/d=30/18=1.673,故取修正系数K=1所以 f=(0.700.86)1=(0.700.86)mm/rb) 按钻头强度决定进给量 根据表2.8，当=190MPa,do=18mm,钻头

17、强度允许的进给量f=1.6mm/rc)按机床进给机构强度决定进给量 根据表2.9，当210MPa, do20.5mm,机床进给机构允许的轴向力为11760N（Z535钻床允许的轴向力为15696N（见工艺设计手册表4.2-14）时，进给量为1.5mm/r。从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为f=0.700.86mm/r，根据Z535钻床说明书，选f=0.80mm/r（见工艺设计手册表4.2-16），又由切削手册表2.19可以查出钻孔时的轴向力，当f=0.80mm/r do21mm时，轴向力Ff=7260N 轴向力的修正系数为1.0，故Ff=7260N 根据Z535钻床

18、说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=15696N，由于Ff Mc 又根据切削手册表2.23，当b=(170213)MPa do=20mm f=0.9mm/r vc17.4m/min时 Pc=1.7KW根据Z535钻床说明书, PcPE所以有Mc Mm PcPE 故选择的切削用量可用。即 f=0.80mm/r n=nc=275r/min vc=14.4m/min(3)计算基本工时 L=l+y+ 由切削手册表2.29查得y+=9mm故 =0.18min2.5.3.2扩19.8mm的孔（1） 加工条件 工艺要求：孔径d=19.8mm, 孔深l=30mm,通孔 ，用乳化液冷却 机床 ：

19、Z535型立式钻床 刀具 ：高速钢扩孔钻头 选择高速钢扩孔钻头，其直径do=19.8mm,钻头几何形状为：由切削手册表2.5 ro=18o ao=10o kr=60o kr=30o =15o ba1=1mm(2) 切削用量 1) 决定进给量fa)、按加工要求决定进给量 根据切削手册表2.10，当铸铁的强度 200HBS do=19.8mm时，f=(0.91.1)mm/r 由于L/d=30/19.8=1.52 因扩孔之后还须铰孔 ，故取修正系数K=0.7所以 f=(0.91.1)0.7=(0.630.77)mm/rb) 按钻头强度决定进给量 根据表2.8，当=190MPa,do=19.8mm,钻

20、头强度允许的进给量f=1.75mm/rc)按机床进给机构强度决定进给量 根据表2.9，当210MPa,do 20.5mm,机床进给机构允许的轴向力为11760N（Z535钻床允许的轴向力为15696N（见工艺设计手册表4.2-14）时，进给量为1.5mm/r。vc=14.4m/min=0.18min计算与说明主要结果从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为f=（0.630.77）mm/r，根据Z535钻床说明书，选f=0.64mm/r（见工艺设计手册表4.2-16），又由切削手册表2.19可以查出钻孔时的轴向力，当f=0.64mm/r do21mm时，轴向力Ff=6080

21、N，轴向力的修正系数为1.0，故Ff=6080N 根据Z535钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=15696N，由于FfFmax,故f=0.64mm/r可以用。2）决定钻头的磨钝标准及寿命 由切削手册表2.12，当do Mc 又根据切削手册表2.23，当=(170213)MPa do=20mm f=0.75mm/r vc=20m/min时 Pc=1.7KW根据Z535钻床说明书, PcPE所以有Mc Mm PcPE 故选择的切削用量可用。即 f=0.64mm/r n=nc=375r/min vc=23m/minnc =375r/minvc=23m/minf=0.64mm/r

22、计算与说明主要结果(3)计算基本工时 L=l+y+ 由切削手册表2.29查得y+=10mm故 =0.13min2.5.3.3 粗铰19.94mm的孔（1） 加工条件 工艺要求：孔径d=19.94mm, 孔深l=30mm,通孔 机床 ：Z535型立式钻床 刀具 ：高速钢铰刀 选择高速钢铰刀，其直径do=19.94mm,钻头几何形状为：由切削手册表2.6 ro=18o ao=10o kr=60o kr=30o =15o ba1=1mm(2) 切削用量 1) 决定进给量f 根据切削手册表2.11，当铸铁的强度 170HBS do=19.94mm时，f=(1.02.0)mm/r，又由于粗铰之后还要精铰

23、，所以应该选最大的进给量 即 f=2.0m2）决定钻头的磨钝标准及寿命 由切削手册表2.12，当do Mc 又根据切削手册表2.23，当=(170213)MPa do=20mm f=2.0mm/r vc=10m/min时，Pc=1.7KW根据Z535钻床说明书, PcPE所以有Mc Mm PcPE 故选择的切削用量可用。即 f=2.0mm/r n=nc=140r/min vc=6.55m/min(3)计算基本工时 L=l+y+ 由切削手册表2.29查得y+=10mm故 =0.14min2.5.3.4精铰20mm的孔（1） 加工条件 工艺要求：孔径d=19.94mm, 孔深l=30mm,通孔，精

24、度等级为IT7 机床 ：Z535型立式钻床 刀具 ：高速钢铰刀 选择高速钢铰刀，其直径do=20mm：钻头几何形状为：由切削手册表2.6 ro=0 ao=7o a1=18o（2）切削用量1) 决定进给量f 根据切削手册表2.11，当铸铁的强度 170HBS do=20mm,加工精度要求为H7精度时，f=(1.02.0)mm/r，由于这是粗铰之后的精铰，所以应该选中等的进给量 即 f=1.5mm/r2）决定钻头的磨钝标准及寿命 =140r/minf=2.0mm/rvc=6.55m/min=0.14min计算与说明主要结果由切削手册表2.12，当do=20 mm时，铰刀后刀面最大磨钝量取为（0.4

25、0.6）mm,寿命T=60min3)决定切削速度 由切削手册表2.30中的公式可知，vc=9.64m/min切削速度的修正系数由切削手册表2.31可知 Ktv=1.0 Kmv=1.0 KTv=1.0 Klv=0.85所以 V=VtKv=9.641.01.00.851.0=8.2m/min所以=131r/min根据Z535钻床说明书,可考虑选择nc=140r/min(见工艺设计手册表4.2-15)4）检验机床扭转及功率 根据切削手册表2.21，当f=1.6m do=21 mm 时 Mt=125.6Nm扭矩的修正系数均为1.0，故Mc=125.6 Nm 又根据切削手册表2.23，当=(170213

26、)MPa do=20mm f=1.5mm/r vc=10m/min时 Pc=1.5KW根据Z535钻床说明书, PcPE所以有Mc Mm PcPE 故选择的切削用量可用。即 f=1.5mm/r n=nc=140r/min vc=8.2m/min(3)计算基本工时 L=l+y+ 由切削手册表2.29查得y+=10mm故 =0.19min2.5.4 工序五：粗、精镗50 mm的孔2.5.4.1粗镗48mm孔1） 加工条件nc=140r/minf=1.5mm/rvc=8.2m/min vc=8.2m/min=0.19min计算与说明主要结果工艺要求：孔径d=44mm的孔加工成d=48mm,通孔机床

27、：T616镗床刀具 ：YG6的硬质合金刀刀具为YG6的硬质合金刀，且直径为20mm的圆形镗刀2）切削用量a) 确定切削深度ap ap=2mmb) 确定进给量f根据切削手册表1.5 当粗镗铸铁，镗刀直径为20mm, ap=2mm, 孔径d=50mm,镗刀伸长长度l=100mm时 f=0.400.60mm/r 按T616机床进给量（工艺设计手册表4.2-21）选f=0.58mm/rc) 确定切削速度 v按 切削手册表1.27和表1.28其中：cv=158 xv=0.15 yv=0.40 m=0.20 T=60minKTv=1.0 Kmv=1.0 Ksv=0.8 Ktv=1.0K= KTv Kmv

28、Ksv Ktv=1.01.00.81.0=0.8所以 =62.4m/min =414r/min又按T616机床上的转速 选n=370r/mind) 确定粗镗48mm孔的基本时间选镗刀的主偏角xr=45o 则 l1=3.5mm l2=4mm l=12mm l3=0 又f=0.58mm/r n=370r/min i=1所以=0.09minap=2mmf=0.58mm/rv=62.4m/minn=370r/min=0.09min计算与说明主要结果2.5.4.2半精镗50mm的孔1） 加工条件工艺要求：孔径d=48mm的孔加工成d=50mm,通孔 机床 ：T616镗床 刀具：YG6的硬质合金刀 刀具为

29、YG6的硬质合金刀，且直径为20mm的圆形镗刀2）切削用量a) 确定切削深度ap ap=1mmb) 确定进给量f根据切削手册表1.5 当粗镗铸铁，镗刀直径为20mm, ap=2mm, 孔径d=50mm,镗刀伸长长度l3,故取修正系数K=0.8所以 f=(0.180.22)0.8=(0.1440.176) mm/r b) 按钻头强度决定进给量 根据表2.8，当=190MPa,do=4.3mm,钻=0.12min计算与说明主要结果头强度允许的进给量f=0.5mm/r c)按机床进给机构强度决定进给量 根据表2.9，当=210MPa,do=10.2mm,机床进给机构允许的轴向力为8330N，Z525

30、钻床允许的轴向力为8830N（见工艺设计手册表4.2-14）时，进给量为1.63mm/r。从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为f=(0.1440.176) mm/r，根据Z525钻床说明书，选f=0.17mm/r（见工艺设计手册表4.2-16），又由切削手册表2.19可以查出钻孔时的轴向力，当f=0.17mm/r do=12mm时，轴向力Ff=1230N 轴向力的修正系数为1.0，故Ff=1230N 根据Z525钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=8330N，由于Ff Mc 又根据切削手册表2.23，当=(170213)MPa do=10mm f=0.53mm/r vc=17.4m/min时 Pc=0.8KW根据Z525钻