K002-3】CA6140车床拨叉831002机械制造技术基础工艺及铣削槽16H11夹具课程设计【方案2】

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机械制造技术课程设计说明书 设计题目:  C6140 车床拨叉   零件的 机械加工工艺规程及夹具设计 学生:黄伙旭 学号:200511411308 班级:机制 1053 班 指导教师:谭光宇 广东海洋大学工程学院机械系 2008 年 7 月 11 日 2 目录 论文任务书……………………………………………………………………3 设计总说明……………………………………………………………………4 1 零件的分析………………………………………………………………….5 1.1 零件的作用………………………………………………………………5 1.2 零件的技术要求…………………………………………………………5 1.3 零件的工艺分析…………………………………………………………5 2 工艺规程的设计…………………………………………………………….6 2.1 确定毛坯的制造形式…………………………………………………6 2.2 基面的选择……………………………………………………………6 2.3 制定工艺路线…………………………………………………………7 2.4 机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定…………………………8 2.5 确立切削用量及基本工时……………………………………………10 3 夹具设计……………………………………………………………………16 3.1 问题的提出……………………………………………………………16 3.2 夹具设计………………………………………………………………16 参考文献………………………………………………………………………20 小结…………………………………………………………………………….21 3 论 文(设 计)任 务 书 课程编号 J1410018 课程名称 机械制造技术课程设计 周数 3 实施地点 科技楼设计室 班级 机制 1051~4 人数 160 起止时间 2008.6.23~7.11 形式 √集中 □分散 指导教师 赵仑、谭光宇 等 论文 (设计) 进度 安排 6.23 6.24~6.25 6.26~6.28 6.30~7.2 7.3 7.4~7.7 7.8 7.9~7.10 7.11 上午 10:30 指导教师布置课程设计任务。 明确设计任务, 阅读设计任务书和指导书, 收集、借阅有关资料、手册。 对零件进行工艺分析,画出零件图;确定 毛坯的制造方式,绘制毛坯简图。 制定机械加工工艺路线,选择定位基准。 选择机床及工、夹、量、刃具,确定加工 余量及工序间尺寸与公差,确定切削用量。 画出毛坯图,填写工艺过程卡,填写工序 卡。 确定夹具设计方案,选择定位元件,计算 所需夹紧力,选择夹紧方案。 绘制夹具装配图。 绘制夹具零件图。 整理设计说明书。 答辩、评定成绩。 具体设计方法、步骤见 《机械制造技术基础课 程设计指导教程》和教 材《机械制造技术基础》 。 另外主要参考书目: 1.机床专用夹具图册 2.机械制造装备设计 3.机械制造工艺设计 简明手册 4.机械制造工艺学课 程设计指导书 5.实用机械加工手册 论文 (设计) 内容 一、设计题目与要求 某个零件 零件的机械加工工艺规程及夹具设计。年产量为 5000 件(大批生 产) ,零件由指导教师指定。 (零件参考图附后) 二、设计内容 1.对零件进行工艺分析,画零件图; 2.确定毛坯的制造方式,绘制毛坯简图; 3.制定零件的机械加工工艺路线,填写机械加工工艺过程卡; 4.对指定工序,选择机床及工、夹、量、刃具,确定加工余量及工序间尺寸与 公差,确定切削用量,填写工艺过程卡; 5.对指定工序进行机床夹具设计计算和机构设计,画夹具装配图; 6.对夹具的一个零件设计零件图; 7.编写设计计算说明书。 4 要求 设计工作要求提交: 1.零件图        1 张(A4 ~A3 ) 2.毛坯图        1 张(A4 ~A3 ) 3.机械加工工艺过程卡  1 张 4.机械加工工序卡    1 张 5.夹具结构设计装配图  1 张(A1 ~A0 ) 6.夹具结构设计零件图  1 张(A4 ~A1 ) 7.课程设计说明书    1 份, (参考广东海洋大学毕业设计说明书撰写格式) 注:本表按自然班填写。于动员时发给学生。不够纸请另附页。 设计总说明 拔叉经过钻25H7 孔,钻60H12 孔,叉口铣断,铣叉口侧面铣断,铣 16H11 槽等加工 工序。在每道加工工序中都要有相对应的夹具来固定拔叉,避免拔叉在钻孔或者铣断的过程 中发生振动产生加工误差。本课程设计就是要我们自己在设计中解决相对应的问题设计符合 要求的夹具。在设计画图中熟悉掌握运用 CAD 绘图。 5 1 零件的分析 1.1 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 φ60 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 零件的技术要求 拨叉零件技术要求表 加工表面 尺寸及偏差 (mm) 公差及精度 等级 表面粗糙度 Ra( 形位公差/mm Φ25 孔两端面 80 IT12 Φ25 孔 25H7 IT8 1.6 Φ60 孔 60H12 IT9 3.2 Φ60 孔两端面 12d11 IT10 3.2 螺纹孔顶面 距 φ25 孔中心 线 36 IT11 6.3 M22x1.5 螺纹 M22x1.5 铣槽端面 距槽底面 8H12 IT11 6.3 铣 16H11 槽 16H1 IT9 3.2 6 1.3 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 φ25mm 孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括:φ25H7mm 的孔,以及 φ42mm 的圆柱两端面, 其中主要加工表面为 φ25H7mm 通孔。 2.  以 φ60mm 孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括:φ60H12 的孔,以及 φ60H12 的两个端面。主要是 φ60H12 的孔。 3. 铣 16H11 的槽 这一组加工表面包括:此槽的端面,16H11mm 的槽的底面, 16H11mm 的槽两侧面。 4. 以 M22×1.5 螺纹孔为中心的加工表面。 这一组加工表面包括:M22×1.5 的螺纹孔,长 32mm 的端面。 主要加工表面为 M22×1.5 螺纹孔。 这两组加工表面之间有着一定的位置要求,主要是: (1) φ60 孔端面与 φ25H7 孔垂直度公差为 0.1mm.。 (2) 16H11mm 的槽与 φ25H7 的孔垂直度公差为 0.08mm。 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 加工另外一组。 2 工艺规程设计 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 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 7 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 φ25 孔的不加工外轮廓表面作为粗021. 基准,利用一组共两块 V 形块支承这两个 φ42 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。 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,在生产纲领已确定的情况下,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 工序一  以 φ42 外圆为粗基准,粗铣 φ25 孔下端面。 工序二  精铣 φ25 孔上下端面。 工序三  以 φ25 孔上端面为精基准,钻、扩、铰、精铰 φ25 孔,孔的精 度达到 IT7。 工序四  以 φ25 孔为精基准,粗铣 φ60 孔上下端面。 工序五  以 φ25 孔为精基准,精铣 φ60 孔上下端面,保证端面相对孔 的垂直度误差不超过 0.1。 工序六  以 φ25 孔为精基准,钻、镗、铰 φ60 孔,保证空的精度达到 IT8。 工序七 两件铣断 工序八  以 φ25 孔为精基准,铣螺纹孔端面。 工序九  以 φ25 孔为精基准,钻 φ20 孔(装配时钻铰锥孔) 。 工序十  以 φ25 孔为精基准,钻一个 φ20 孔,攻 M22×1.5 螺纹。 工序十一  以 φ25 孔为精基准,铣槽端面。 工序十二 以 φ25 孔为精基准,铣 16H11 的槽保证槽的侧面相对孔的垂直 度误差是 0.08。 工序十三 检查。 虽然工序仍然是十三步,但是效率大大提高了。工序一和工序二比起工艺 路线方案二快了一倍(实际铣削只有两次,而且刀具不用调整) 。多次加工 8 φ60、φ25 孔是精度要求所致。在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上列 出了拨叉的工艺路线。 拨叉工艺路线及设备、工装的选用 工序号 工序名称 机床设备 X53K 刀具 量具 1 粗、精铣 φ25 孔端面 立式铣床 Z5125A 端铣刀 游标卡尺 2 钻、扩、铰 φ25 孔 立式钻床 麻花钻头 游标卡尺 3 检查 4 钻、镗、铰 φ60 孔 钻床 Z5163A 麻花钻头、镗 到刀 游标卡尺 5 铣断 卧式铣床 X61K 锯片铣刀 6 铣 φ60 孔两端 面 卧式铣床 X5032 端铣刀 游标卡尺 7 铣螺纹孔顶面 立式铣床 X53K 端铣刀 游标卡尺 8 钻、攻螺纹 M22x1.5 钻床 Z5163K 麻花钻头、丝 锥 9 铣槽端面 立式铣床 X53K 端铣刀 游标卡尺 10 铣 16H11 槽 万能铣床 X61K 三面刃铣刀 游标卡尺 11 去毛刺 12 检查 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” ;零件材料为 HT200,硬度 190~210HB ,毛坯重量 1.45kg,生产类型为中批量,铸造毛坯。 据以上原始资料及加工路线,分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸 及毛坯尺寸如下: 9 1. 外圆表面(φ42) 考虑其零件外圆表面为非加工表面,所以外圆表面为铸造毛坯, 没有粗糙度要求,因此直接铸造而成。 2. 外圆表面沿轴线方向长度方向的加工余量及公差(φ25,φ60 端面) 。 查《机械制造工艺设计简明手册》 (以下称《工艺手册》 )表 3.1~26, 取 φ25,φ60 端面长度余量均为 2(均为双边加工) 铣削加工余量为: 粗铣 2mm 半精铣 0.7mm 3. 内孔(φ60 已铸成 φ50 的孔) 查《工艺手册》表 2.2~2.5,为了节省材料,取 φ60 孔已铸成孔长 度余量为 3,即铸成孔半径为 50mm。 工序尺寸加工余量: 钻孔 5mm 扩孔 0.5mm 铰孔 0.1mm 精铰 0mm 同上,零件 φ25 的孔也已铸出 φ15 的孔。 工序尺寸加工余量: 钻孔至 φ23 余量为 8mm 扩孔钻   1.8 mm 粗铰孔  0.14 mm 精铰孔  0.06 mm 4. 槽端面至中心线垂直中心线方向长度加工余量 铸出槽端面至中心线 47mm 的距离,余量为 3mm。 工序尺寸加工余量: 粗铣端面  2.1 mm 半精铣   0.7 mm 10 精铣    0.2 mm 5. 螺纹孔顶面加工余量 铸出螺纹孔顶面至 φ25 孔轴线且垂直轴线方向 40mm 的距离,余量为 4 mm 工序尺寸加工余量: 粗铣顶面  3.1 mm 半精铣   0.7 mm 精铣   0.2 mm   6. 其他尺寸直接铸造得到 由于本设计规定的零件为中批量生产,应该采用调整加工。因此在计算 最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。 2.5 确定切削用量及基本工时 工序一 以 φ42 外圆为粗基准,粗铣 φ25 孔上下端面。 1. 加工条件 工件材料:HT200,σ b =0.16GPa HB=200~241,铸造。 加工要求:粗铣 φ25 孔上下端面。 机床:X62 型卧式铣床。 刀具: W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀,牌号 YG6。铣削宽度 ae60,深度 apPcc=2.7kw。故校验合格。 6)计算基本工时 tm=L/ V f=(72+9)/375=0.216min. 工序七 以 φ25 孔为精基准,精铣 φ60 孔上下端面 1. 加工条件 工件材料:HT200,σ b =0.16GPa HB=190~241,铸造。 机床:XA5032 卧式铣床。 刀具:W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀,牌号 YG6。铣削宽度 ae60,深度 apPcc=2.7kw。故校验合格。 6)计算基本工时 tm=L/ V f=(72+9)/375=0.216min. 结果 ap=0.3mm, f=0.21 mm/z, nc=235r/min,Vfc=600.4mm/s. 工序八 铣螺纹孔顶面 15 1. 选择机床及刀具 机床:X53K 立式铣床。 刀具:硬质合金钢端铣刀,牌号 YG6。 2. 切削用量 1) 铣削深度 因为切削量较小,故可以选择 ap=1.5mm,一次走刀即可完成所需长度。 2) 刀具耐用度 查《2》表 寿命 T=180min。 3) 计算切削速度 查[2]得 Vc=0.38mm/s,n=1.53r/min,V f=1.42mm/ss16.20.85nfLtm 工序九 粗铣 半精铣 精铣槽 16H11 的端面 1. 选择机床刀具 选择立式铣床 X53K 硬质合金钢端铣刀 60pa 2. 切削用量 查 2 表 5  f=0.14~0.24mm/r T=180min 取 f=0.15mm/r v=1.84m/min n=7.32r/min min/4.6Vf 3. 计算工时 s19231nfLtm 半精铣 04s62ftm238tT1 工序十 精铣槽 16H11 本道工序精铣槽之前已进行了粗铣和半精铣工步,此工序精铣槽须满足各 技术要求包括:槽宽 16H11,槽深 8H12,槽两侧面粗糙度为 3.2,槽底面 粗糙度为 6.3。 1. 选择机床及刀具 机床   x61W 型万能铣床 刀具  错齿三面刃铣刀铣槽 do=16mm 查[1] 表 8 国家标准 GB1118 D=160mm  d=40mm  L=16mm 齿数 z=24 16 2. 计算切削用量 (1) 由[1]表 9.4—1 和[3]查得 走刀量 f=0.67 mm/r (2) 铣刀磨钝标准和耐用度 由[1]表 9.4—6 查得 磨钝标准为 0.2~0.3 表 9.4—7 查得 耐用度为 T=150min (3) 切削速度 由[1] 式 3.2 vPuwYfXpm qVkzaTdCVv0v 查表 9.4—8 得其中: 修正系数 .1v 40VC2q.0vX m=0.5.vY5u1p mzfaf 82467.6wa8 代入上式,可得 v=49.5m/min=0.82m/s     (4) 确定机床主轴速度 in/5.390/.610rsrdwvns 由[3] 按机床选取主轴转速为 6.33 r/s 所以 实际切削速度为 min/2.196/27.310sdnvw 3. 计算切削工时 sznaylvLTffm. 3 夹具设计 设计工序——精铣槽 16H11 的夹具。 3.1 问题的提出 本夹具用于在卧式铣床上加工拨叉的 16H11 槽,工件以 25H7 孔、叉口 侧面及 60H12 叉口为定位基准,在长销 6、支承板 4 及削边销 3 上实现完全定 位。夹紧时,首先旋转手柄 2 夹紧叉口部位。再旋动螺母 8、带动夹爪 5 和 7、 浮动夹紧 25 孔两端面。最后转动手柄 1 镇定夹爪位置。夹爪 7 可旋转 90, 17 以便装取工件。 3.2 夹具设计 1.定位基准的选择 拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理, 否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。 基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理,或是使夹具设计更 加困难甚至达不到零件的加工精度(特别是位置精度)要求。因此我们 应该根据零件图的技术要求,从保证零件的加工精度要求出发,合理选 择定位基准。此零件图没有较高的技术要求,也没有较高的平行度和对 称度要求,所以我们应考虑如何提高劳动效率,降低劳动强度,提高加 工精度。Φ25 的孔和其两端面都已加工好,为了使定位误差减小,选择 已加工好的 φ25 孔和其端面作为定位精基准,来设计本道工序的夹具, 以两销和两已加工好的 φ25 孔的端面作为定位夹具。 为了提高加工效率,缩短辅助时间,决定用简单的螺母作为夹紧机 构。 2.切削力和夹紧力计算 (1)刀具: 高速钢错齿三面刃铣刀 φ160mm z=24 机床:  x61W 型万能铣床 由[3] 所列公式 得 FV zwqueyXpFndafC0 查表 9.4—8 得其中: 修正系数 0.1vk 3F83.FqFX z=24  65.0yuPa0Fw 代入上式,可得 F=889.4N     18 因在计算切削力时,须把安全系数考虑在内。 安全系数 K= 4321K 其中: 为基本安全系数 1.5 为加工性质系数 1.12 为刀具钝化系数 1.13K 为断续切削系数 1.14 所以  NF7.15 (2)夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 FKf21 其中 f 为夹紧面上的摩擦系数,取 25.01f F= +G   G 为工件自重zP NfFN4.35121 夹紧螺钉: 公称直径 d=20mm,材料 45 钢 性能级数为 6.8 级 MPaB106MPaBs4801 螺钉疲劳极限: B9263.2.1 极限应力幅: Pakma7.51li  许用应力幅: MSa3.li 螺钉的强度校核:螺钉的许用切应力为 s 19 [s]=3.5~4  取[s]=4 得     MPa120 满足要求8.24cHdF PaNc153.2 经校核: 满足强度要求,夹具安全可靠, 使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧,调节夹紧力调节装置,即可指定 可靠的夹紧力 3. 定位误差分析 (1) 定位元件尺寸及公差确定。 夹具的主要定位元件为一平面和两定位销,孔与销间隙配合。 (2) 工件的工序基准为孔心,当工件孔径为最大,定位销的孔径为最小 时,孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。 本夹具是用来在卧式镗床上加工,所以工件上孔与夹具上的定位销保 持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变 动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固 定接触点和销中心连线方向相同,则其定位误差为:  Td=Dmax- Dmin 本工序采用一定位销,一挡销定位,工件始终靠近定位销的一面, 而挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力,因 此,工件不在在定位销正上方,进而使加工位置有一定转角误差。但是, 由于加工是自由公差,故应当能满足定位要求。 4. 夹具设计及操作的简要说明 20 如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动生产率避免干涉。应 使夹具结构简单,便于操作,降低成本。提高夹具性价比。本道工序为 镗床夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。本工序为精镗切削余量小,切削力 小,所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。 本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。 夹具的夹紧力不大,故使用手动夹紧。为了提高生产力,使用快速螺旋夹 紧机构。 参考文献 [1] 邹青主编.机械制造技术基础课程设计知道教程.北京:机械工业出版社, 2004 [2] 赵家齐主编 .机械制造工艺学课程设计指导书.北京:机械工业出版社 [3] 东北重型机械学院.洛阳农业机械学院编.机床夹具设计手册 上海:上海科 学技术出版社,1979 [4] 艾兴,肖诗纲主编 .切削用量手册.北京:机械工业出版社 [5[ 金属切削手册 .上海:上海科学文化技术出版社 21 小结 机械制造工艺学课程设计使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,它在我们四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”建设打下一个良 好的基础。由于能力所限,设计尚有许多不足之处,恳请各位老师给予指导。 22

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