机床装备课程设计.docx
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机床装备课程设计.docx
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机床装备课程设计
湖南工业大学科技学院
课程设计资料
课程名称:
机械制造装备设计
设计题目:
“拨叉831006”零件夹具设计
(年产量为4000件)
专业:
机械设计制造及其自动化班级:
机设0901
学生姓名:
周希学号:
0912110127
指导教师:
夏志华
材料目录
序号
名称
数量
1
课程设计任务书
1
2
课程设计说明书
1
3
课程设计其它资料
4
5
目录
一、零件的分析4
(一)零件的作用4
(二)零件的工艺分析4
二.工艺规程设计4
(一)确定生产类型4
(二)确定毛坯的制造形式4
(三)基面的选择4
(四)制定工艺路线5
三.夹具设计14
(一)问题的提出14
(二)夹具设计14
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φ25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Ф75端面,大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.1mm,小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.08mm。
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φ25,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铣长为16宽为8的槽,保证表面粗糙度3.2
工序7铣长为35的外圆平面,保证粗糙度为6.3
工序8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φ25,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铣长为16宽为8的槽,保证表面粗糙度3.2
工序7铣长为35的外圆平面,保证粗糙度为6.3
工序8切断
工艺方案比较分析
上述两方案:
方案一:
是先加工内孔φ25,再以φ25孔为基准加工φ55内孔,而方案二:
先镗孔φ55,以底面及φ25外圆面为基准,再以φ55内孔及上平面加工φ25孔。
由零件图可知φ25孔的设计基为准φ55孔的中心线,所以加工φ25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φ25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φ25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φ25.。
(以φ40上平面及φ25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φ25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φ25内孔为基准,选用X5032立式升降台铣床和专业夹具)
工序6铣长为16宽为8的槽,保证表面粗糙度3.2
工序7铣长为35的外圆平面,保证粗糙度为6.3
工序8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
φ25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φ25。
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>铣长为16宽为8的槽,保证表面粗糙度3.2
铣长为35的外圆平面,保证粗糙度为6.3
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φ75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=5
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