CA6140车床拨叉831006型号工艺规程及专用夹具设计.docx

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CA6140车床拨叉831006型号工艺规程及专用夹具设计

CA6140车床拨叉（831006型号）工艺规程及专用夹具设计

目录

一、零件的分析3

（一）零件的作用3

（二）零件的工艺分析3

二．工艺规程设计3

1，确定生产类型3

2，确定毛坯的制造形式3

3，基面的选择3

4，制定工艺路线4

三．夹具设计13

（一）问题的提出13

（二）夹具设计13

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，二下方的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Ф55

3小头孔端面、大头半圆孔上下Ф73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，可以粗加小头孔端面，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．工艺规程设计

1，确定生产类型

已知此拨叉零件的生产类型为中批量生产，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。

2，确定毛坯的制造形式

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，生产类型为中批生产，故选择铸件毛坯。

查《机械制造工艺及设备设计指导手册》（后称《指导手册》）选用铸件尺寸公差等级CT9级。

3，基面的选择

定位基准是影响拨叉零件加工精度的关键因素。

基准选择得合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。

否则，加工过程中将问题百出，更有甚者，造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。

（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φ40的外表面和底面为粗基准加工φ22孔的上表面。

（2）精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。

因此选择精加工过的φ55mm孔为精基准，限制四个自由度。

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，以粗加工后的上表面和镗过的孔为主要的定位精基准。

4，制定工艺路线

CA6140拨叉设计工艺过程

（一）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。

（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使加工质量得到保证，生产率得以提高。

否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。

（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φ22孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承这两个φ40作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1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时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。

（三）制定工艺路线

制定工艺路线得出发点,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。

工艺路线方案一:

工序1铣φ40上平面，保证表面粗糙度3.2

工序2钻绞孔φ22，保证表面粗糙度1.6

工序3粗镗半精镗孔φ55，保证表面粗糙度3.2

工序4铣φ55上端面，保证表面粗糙度3.2

工序5φ55下端面，保证表面粗糙度3.2

工序6锥孔φ8及M8底孔螺纹M8精绞锥孔φ8，保证表面粗糙度1.6

工序7切断

工艺路线方案二:

工序1铣φ40上平面，保证表面粗糙度3.2

工序2粗镗半精镗孔φ55，保证表面粗糙度3.2

工序3钻绞两孔φ22，保证表面粗糙度1.6

工序4铣φ55上端面，保证表面粗糙度3.2

工序5铣φ55下端面，保证表面粗糙度3.2

工序6钻锥孔φ8及M8底孔，攻丝，精绞锥孔φ8，保证表面粗糙度1.6

工序7切断

工艺方案比较分析

上述两方案:

方案一：

是先加工内孔φ22,再以φ22孔为基准加工φ55内孔,而方案二：

先镗孔φ55,以底面及φ22外圆面为基准，再以φ55内孔及上平面加工φ22孔。

由零件图可知φ22孔的设计基为准φ55孔的中心线，所以加工φ22孔时定位基准最好为φ55孔的中心线，可保证其加工的位子精度，符合大批生产要求,方案二较为合理

方案二:

工序1铣φ40上平面。

（以φ22孔外表面及底面为基准，选用X5032立式升降台铣床和专用夹具）

工序2粗镗，半精镗φ55。

（以φ40上平面及φ22内孔为基准，选用TGX4132B立式单柱坐标镗床和专用夹具）

工序3钻绞两孔φ22.。

（以φ40上平面及φ22孔外表面为基准，选用Z3025摇臂钻床和专用夹具）

工序4铣φ55下端面。

（以φ40上平面及φ22内孔为基准，选用X5032立式升降台铣床和专业夹具）

工序5铣φ55上端面。

（以φ55的下端面及φ22内孔为基准，选用X5032立式升降台铣床和专业夹具）

工序6钻锥孔φ8及M8底孔，攻螺纹M8，精绞锥孔φ8。

（以φ40上平面及φ55内孔为基准，选用Z3025摇臂钻床和专用夹具）

工序7切断

拨叉零件材料为HT200HB170—240，毛坯重量约1.0Kg生产中批采用金属型铸造毛坯

依据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1>由于工件较小，为方便加工节省材料将两件铸在一起，同时加工。

2>铸件的圆角半径按表2.2.1<<简明设计手册>>选则金属型铸造R=3-5mm

拔模斜度外表面0-15°自然失效处理以消除铸造应力。

3>两内孔φ22+0.0210,考虑其孔径较小铸造困难，为简化铸造毛坯外型，现直接将φ40圆柱铸成实心的。

4>铣φ40上平面加工余量及公差。

两φ40圆柱端面加工余量及公差,圆柱φ40圆柱端面为自由尺寸公差,表面粗糙度值要求为Ra3.2,要求粗铣,半精铣，单边余量Z=2mm公差CT=1.2

φ22半精铣的加工余量（单边）Z=0.8

粗铣加工余量（单边）Z=1.2

毛坯名义尺寸:

50+0.8+1.2=52

毛坯最大尺寸:

52+1.2=53.2

5>粗镗，半精镗φ55。

毛坯为铸孔,内孔精度要求IT13表面粗糙度为Ra3.6,参照《工艺手册》表2.3-10确定工序尺寸及余量为:

一次粗镗φ53.5，2Z=3.5

二次半精镗φ55+0.4，2Z=1.5

6>钻绞两孔φ22。

两内孔精度要求IT7参照《机械制造工艺设计简明手册》（以下简称《工艺手册》）表2.3-8确定工序尺寸及余量为：

钻孔：

φ20

扩孔：

φ21.82Z=1.8mm

半精绞:

φ21.942Z=0.14mm

精绞:

φ20+0.0210

7>铣φ55下端面。

两φ55圆柱端面加工余量及公差,圆柱φ55圆柱端面为自由尺寸公差,表面粗糙度值要求为Ra3.2,要求粗铣,半精铣。

φ55半精铣的加工余量（单边）Z=0.8

粗铣加工余量（单边）Z=4.2

8>铣φ55上端面。

两φ55圆柱端面加工余量及公差,圆柱φ55圆柱端面为自由尺寸公差,表面粗糙度值要求为Ra3.2,要求粗铣,半精铣。

φ55半精铣的加工余量（单边）Z=0.8

粗铣加工余量（单边）Z=4.2

9>钻锥孔φ7.8及M6底孔，攻丝，半，精绞φ8，保证R1.6的表面粗糙度

半精绞加工余量2Z=0.14

精绞加工余量2Z=0.06

10>切断

确定切削用量及基本工时

工序一：

铣φ40上平面。

1工具选择

1.>选择工具《切削手册》

根据表1.２选择YG6硬质合金刀具

根据表3.1铣前深度ap≤4铣削宽度ae≤90端铣刀直径D0=100mm

由于采用标准硬质合金端铣刀,故齿数Z=10

2>铣刀几何形状查表（3.2）由于HBS=200>150,r0=0°a=8°Kr=45°Kre=30°

Kr′=5°λs=-20°α=8°bq=1.2

2选择切削用量

1>决定铣削深度ap，因为表面粗糙度要去为Ra=3.2，所以需两次走刀完成。

第一次走刀达到尺寸为50+0.8（半精铣的加工余量）

第二次走到达到50的尺寸，并保证Ra=3.2

2>决定每齿进给量fz当使用YG6铣床功率为7.5KW

查表3.5时fz=0.14~0.24mm/z取fz=0.18

3>选择铣刀磨纯标准及刀具寿命

根据表3.7铣刀刀齿刀面最大磨损量为粗加工时2.0,精加工时0.5

由于铣刀直径d0=100mm故刀具寿命T=180min（查表3.8）

4>根据（表3.16）当d0=100mmZ=10ap=2fz=0.18Vi=98m/minnt=322r/minVft=490mm/min

各修正系数为:

kmv=kmn=kmvf=0.89

Ksv=ksn=ksvf=0.8

故:

Vc=Vtkv=98×0.89×0.8=70m/min

n=ntkn=322×0.89×0.8=230r/min

Vf=Vftkvt=490×0.89×0.8=350.3mm/min

根据X52K型立铣说明书（《设计手册》表4.2-35）选择

n=300r/minVfc=375mm/min

因此实际切削速度和每齿进给量为

Vc=πdn/1000=3.14×100×300/1000=94.2m/min

Fzc=vfc/（nc×Z）=375/300×10=0.125mm/z

5>根据机床功率:

根据表3.24当HBS=170~240ae≤9mmap≤2.4d=100Z=10Vf=375mm/min

近似Pcc=3.8KW

根据X52K型立铣说明机床主轴允许功率为Pcm=7.5×0.75=5.63KW

故Pcc

ap=2.4Vf=375mm/minn=300r/minVc=94.2m/minfz=0.125mm/z

6>计算基本工时tm=L/Vf

式中L=160mm根据表3.26,对称安装铣刀,入切量及超切量Y+Δ=35则L=（160+35）=195mm故tm=195/375=0.52min

工序二：

粗镗半精镗φ55孔

1>选择刀具:

查表《机械加工工艺手册》表11.2-10

选择莫式锥柄3刀杆直径D=30高速钢刀头

2>选择切削用量

有《工艺手册》表2.3-10得

粗镗φ53.5，2Z=3.5

半精镗φ55+0.42Z=1.5

粗镗孔至φ53.5

单边余量Z=1.75/mm

一次镗去全部余量ap=3.5mm（5~8）

进给量f=0.52mm/r（0.3~1.0）

根据有关手册确定立式镗床的切削速度为v=35m/min（20~35m/min）

nw=1000v/Πd=1000×35/3.14×50=223r/min

查表4.2-20T4132立式镗床主轴转速n=250r/min

切削工时L=30,L2=3,L3=4

t1=L/nf=（30+3+4）/250×0.52=0.28min

③半精镗孔φ50+0.50

１>切削用量ap=1.5（1.5~3）

单边余量Z=0.1mm一次公差去全部余量ap＝0.2mm

进给量f=0.2mm/r（0.2~0.8）

根据有关手册,确定立式镗床切割进度v=40m/min（25~40）

查表4.2-20T4132立式镗床（主电动机=1.1kw，总容量1.16kw）

主轴转速n=355r/min

切削工时L=30,L2=3,L3=4

t2=L/nf=（30+3+4）/355×0.2=0.52min

工序三：

钻两孔φ20

1选择钻头

选择锥柄麻花钻（GB1438-85）查表d0=20

钻头几何形状（表2.1及表2.2）

双锥,修磨横刃β=30°2φ=100°bξ=3.5α=11°b=2mmL=4mm

2.选择切削刀具

①进给量f

1>按加工要求决定进给量:

根据表2.7当加工要求为H12~H13精度

铸铁HBS>200d0=18mmf=0.43~0.53mm/r

由于L/d=50/20=2.5,故应乘以孔深修正系数kcf=1

f=0.43~0.53mm/r

2>按钻头强度决定进给量

根据表2-8当HBS=200d=20mm钻头强度允许的进给量f=1.75mm/r

3>按机床进给机构强度决定进给量

根据表2.9当HBS<210d=≤20.5机床进给机构允许的轴向力为6960N

（Z3025钻床允许的轴向力为7848N见《设计手册》表4.2-11）进给量为0.75mm/r

从以上三个进给量比较可看出,受限制的进给量是工艺要求,其值为f=0.43~0.53mm/r

根据Z3025钻床,选择f=0.5mm/r

②决定钻头磨钝标准及寿命

由表2.12当d0=20时,钻头后刀面最大磨损量（0.5~0.8）取为0.6mm,寿命T=60min

③切削进度

由表2.15HBS170~240,f=0.5mm/rd>20Vc=16m/min

n=1000V/πd0=1000×16/（3.14×20）=254.7r/min

④检验机床扭矩及功率

根据表2.20当f=0.5mm/rd0<21时mt=76.81N*M

根据Z3025钻床说明书当nc=250r/min时Mm=80N*M

根据表2.23当HBS200d0=20f=0.53mm/rVc=16m/min时Pc=1.1KW

查《设计手册》表4.2-11PE=2.2KW

由于MC

f=0.5min/rnc=250r/minVc=16m/min

⒊计算基本工时

tm=L/nf

L=L+Y+Δ,L=30mm入切量及超切量由表2.29查出Y+Δ=10mm

tm=L/nf=（50+10）/（250×0.5）=0.48min

2扩孔

1>选择扩刀

选择硬质合金扩孔钻d0=21.8mm

钻头几何形状为r=5°α0=8°（8~10）kr=30°（30~60）krζ=30°β=10°bα1=1mm（0.8~2）

2>选择进给量及切削进度

查表2.10d0=21.8

HB=200时,f=1.0～1.2mm/r

根据Z3025钻床说明书选择f=1.0mm/r

查《机械加工工艺师手册》表28-2

Cv=68.2,do=21.8,Zv=0.4,T=40,Ap=50,Xv=0.15,f=1,kv=0.8，m=0.4，Yv=0.45.

计算得V=24m/min

V=（1/2-1/3）V钻

=（1/2-1/3）×16

=8～16m/min取V=8m/min

n=1000V/πd0=1000×8/3.14×21.8=116.8r/min,取n=175r/min。

3>钻头磨纯标准及寿命

由表2.12当d0=21.8mm时,扩孔钻后刀面最大磨损限度为1.0mm（0.9~1.4）mm寿命T=40min

tm=L/nf=L+Y+Δ/nf=（50+10）/（175×1）=0.34min

3绞孔

1>选择刀具

选择硬质合金绞刀d=22mm

钻头几何形状为r0=-5°（0~-5°）,a0=10°（10~17°）,齿背倾斜角at=15°（15~20°）

2>选择进给量及切削速度

查表查表2.11d0=22

HB=200时,f=0.9～1.4mm/r

根据Z3025钻床说明书选择f=1.0mm/r

查《机械加工工艺师手册》表28-2

Cv=109,do=22,Zv=0.2,T=75,ap=50,Xv=0,f=1,Kv=0.8,m=0.45,Yv=0.5

计算得V=23.1m/min

V=（1/2-1/3）V钻

=（1/2-1/3）×23.1

=7.7～11.5m/min取V=8m/min

n=1000V/πd0=1000×8/3.14×22=117.8r/min,取n=175r/min

3>钻头磨纯标准及寿命

由表2.12当d0=22mm时,扩孔钻后刀面最大磨损限度为0.8mm（0.6~0.9）mm寿命T=75min

T=L/nf=L+Y+△/nf=（50+10）/175*1=0.340min

工序四

粗铣φ73下平面

1.选择工具《切削手册》

１>根据表1.２选择YG6硬质合金刀具

根据表3.1铣前深度ap≤5铣削宽度ae≥9端铣刀直径d0=22mm

由于采用标准硬质合金端铣刀,故齿数Z=6

2>铣刀几何形状查表《机械加工工艺师手册》21-10，21-18。

由于HBS=200,r0=0°α0=17°a0’=6°,β=30°（22~40°）Kr′=4°（3~4°）Kre=45°bζ=1mm（0.8~1.3）

2选择切削用量

1>决定铣削宽度ae（由于加工余量不大,铸体为金属型,铸造表面粗糙度要求为3.2所以可以在一次走刀内切完）

ae=9mm

2>决定每齿进给量fz当使用YG6铣床功率为7.5KW

查表3.5时fz=0.14~0.24mm/z

要达到表面粗糙度为3.2，每转进给量为0.5~1.0mm/r。

Z=6，根据af=f/Z,所以取f=0.15mm/z。

3>选择铣刀磨纯标准及刀具寿命

根据表3.7铣刀刀齿刀面最大磨损量为粗加工时1.0~1.2

由于铣刀直径d0=22mm故刀具寿命T=60min（查表3.8）

4>根据（表3.16）当d0=22mmZ=6ap=5ac=9fz=0.15

Vc=60m/min（55~95）nt=868r/minVft=781mm/min

各修正系数为:

kmv=kmn=kmvf=0.89

Ksv=ksn=ksvf=0.8

故:

Vc=Vtkv=60×0.89×0.8=41.28m/min

n=ntkn=868×0.89×0.8=618r/min

Vf=Vftkvt=781×0.89×0.8=554mm/min

根据X5032立式升降台铣说明书（《设计手册》）选择

n=710r/minVfc=500mm/min

因此实际切削速度和每齿进给量为

VC=πd0n/1000=3.14×22×710/1000=49m/min

Fzc=vfc/（nc×Z）=500/710×6=0.11mm/z

5>根据机床功率:

根据表3.24当HBS=170~240ae≤9mmap≤5d=22Z=6Vf=500mm/min

近似Pcc=4.8KW

根据X52K型立铣说明机床主轴允许功率为Pcm=7.5×0.75=5.63KW

故Pcc

ap=5Vf=500mm/minn=710r/minVc=49m/minfz=0.11mm/z

6>计算基本工时tm=L/vf

式中L=128.74mm根据表3.26,对称安装铣刀,入切量及超切量Y+Δ=35则

工时为tm=L/nf=（128.74+35）/710*0.66=0.35min

工序五

粗铣φ73上平面

1.选择工具《切削手册》

１>根据表1.２选择YG6硬质合金刀具

根据表3.1铣前深度ap≤5铣削宽度ae≥9端铣刀直径d0=22mm

由于采用标准硬质合金端铣刀,故齿数Z=6

2>铣刀几何形状查表《机械加工工艺师手册》21-10，21-18。

由于HBS=200,r0=0°α0=17°a0’=6°,β=30°（22~40°）Kr′=4°（3~4°）Kre=45°bζ=1mm（0.8~1.3）

2选择切削用量

1>决定铣削宽度ae（由于加工余量不大,铸体为金属型,铸造表面粗糙度要求为3.2所以可以在一次走刀内切完）

ae=9mm

2>决定每齿进给量fz当使用YG6铣床功率为7.5KW

查表3.5时fz=0.14~0.24mm/z

要达到表面粗糙度为3.2，每转进给量为0.5~1.0mm/r。

Z=6，根据af=f/Z,所以取f=0.15mm/z。

3>选择铣刀磨纯标准及刀具寿命

根据表3.7铣刀刀齿刀面最大磨损量为粗加工时1.0~1.2

由于铣刀直径d0=22mm故刀具寿命T=60min（查表3.8）

4>根据（表3.16）当d0=22mmZ=6ap=5ac=9fz=0.15

Vc=60m/min（55~95）nt=868r/minVft=781mm/min

各修正系数为:

kmv=kmn=kmvf=0.89

Ksv=ksn=ksvf=0.8

故:

Vc=Vtkv=60×0.89×0.8=41.28m/min

n=ntkn=868×0.89×0.8=618r/min

Vf=Vftkvt=781×0.89×0.8=554mm/min

根据X5032立式升降台铣说明书（《设计手册》）选择

n=710r/minVfc=500mm/min

因此实际切削速度和每齿进给量为

VC=πd0n/1000=3.14×22×710/1000=49m/min

Fzc=vfc/（nc×Z）=500/710×6=0.11mm/z

5>根据机床功率:

根据表3.24当HBS=170~240ae≤9mmap≤5d=22Z=6Vf=500mm/min

近似Pcc=4.8KW

根据X52K型立铣说明机床主轴允许功率为Pcm=7.5×0.75=5.63KW

故Pcc

ap=5Vf=500mm/minn=710r/minVc=49m/minfz=0.11mm/z

6>计算基本工时tm=L/vf

式中L=128.74mm根据表3.26,对称安装铣刀,入切量及超切量Y+Δ=35则

工时为tm=L/nf=（128.74+35）/710*0.66=0.35min

工序六

钻锥孔φ8及M8底孔，攻丝，半，精绞φ8。