831006-拨叉加工工艺设计

一、零件分析题目所给的零件是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操作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的孔与操纵机构相连，二下方的Φ55叉口则是用于与所控制齿轮所在的轴接触，拨动下方的齿轮变速。其生产纲领为批量生产，且为中批生产。图1-1CA6140拨叉零件图二、零件的工艺分析零件材料采用HT200，加工性能一般，在铸造毛坯完成后，需进行机械加工，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Φ25：该加工面为内圆面，其尺寸精度要求为；2、叉口半圆孔Φ55：该加工面为内圆面，其尺寸精度要求为；3、拨叉左端面：该加工面为平面，其表面粗糙度要求为，位置精度要求与内圆面圆心距离为；4、叉口半圆孔两端面，表面粗糙度要求为，其垂直度与小头孔中心线的垂直度为；5、拨叉左端槽口，其槽口两侧面内表面为平面，表面粗糙度要求为，其垂直度与小头孔中心线的垂直度为0.08mm。6、孔圆柱外端铣削平面，加工表面是一个平面，其表面粗糙度要求为。由上面分析可知，可以先以较大平面——下端面为粗基准，加工其他加工面，再以新加工面作为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。对于有多个加工表面的工件，可以先选择一个表面作为粗精准进行粗加工加工，然后再改变基准，利用专用夹具加工另一表面，从而使得各加工表面达到精度要求。三、确定毛坯1、确定毛坯种类：零件材料为，查阅机械制造手册，有，考虑零件在机床运行过程中受冲击不大，零件结构又比较简单，故选择铸造毛坯。图3-1毛坯模型2、毛坯特点：（1）性能特点：（2）结构特点：一般多设计为均匀壁厚，对于厚大断面件可采用空心结构。CA6140拨叉厚度较均匀，出现疏松和缩孔的概率低。（3）铸造工艺参数：铸件尺寸公差：铸件公称尺寸的两个允许极限尺寸之差成为铸件尺寸公差。成批和大量生产采用金属型时，铸钢和铸件尺寸公差等级为级，选择尺寸公差等级为CT8。机械加工余量：查阅参考文献[5]，铸铁件的加工余量等级为E、F、G，故设计铸件公差为（）。最小铸出孔：由于孔深为，孔壁厚度为，此时灰铸铁的最小铸出孔直径大于，故孔不铸出，采用机械加工的方法加工。3、毛坯尺寸的确定：图3-2如图所示，现对图中1、2、3、4处加工面进行余量计算。毛坯加工工艺方法选择金属型铸造，GB6414/86，公差等级选择8级。所以，铸件基本尺寸根据计算以及查表所得数据可以得到：①左端面到的基本尺寸及公差：，圆整之后，取基本尺寸和公差为；②的内圆基本尺寸及公差：，圆整之后，取基本尺寸和公差为；③圆端面到底部大平面基本尺寸及公差：，圆整之后，取基本尺寸和公差为；④孔两端面基本尺寸及公差：，圆整之后，取基本尺寸和公差为。四、选择定位基准基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得到提高。否则，加工工艺过程中就会问题百出，甚至会造成零件大批报废。1、粗基准的选择：按有关基准的选择原则，即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作为粗基准；若零件有若干不加工表面时，则应以加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面做粗基准。现以零件的底面作为定位的粗基准。2、精基准的选择：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，叉口两端面与孔中心线的垂直度误差为0.1mm；槽口端面与孔中心线的垂直度误差为0.08mm，故以孔为精基准。五、工序的安排该拨叉选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。该拨叉的生产类型为中批生产，采用万能型机床和立式（卧式）升降台铣床，以及专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数减少，不但可以缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工多个表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。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。1、加工方法的选择（1）孔是配合面，又是其他加工表面的基准，其终加工是铰孔，其前面的工步则是钻孔、扩孔。（2）叉口内圆终加工可用半精铣或半精镗，其前面的工步则是粗铣或粗镗；（3）叉口侧面终加工可用半精铣，其前面的工步则是粗铣；（4）叉口断面用铣刀切断；（5）拨叉左端面终加工可用精铣，前面的工步则是粗铣、半精铣；（6）槽口终加工可用精铣，其前面的工步则是粗铣、半精铣；（7）孔外圆平面可以用粗铣达到表面质量要求。2、机械加工工序（1）遵循“先基准，后其他”原则，首先加工精基准；（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；（3）遵循“先面后孔”原则。3、热处理工序铸造成型后，进行调制处理。4、辅助工序粗精加工工序之间，应安排去应力退火、去毛刺和中间检验工序。六、制定工艺路线制定工艺路线应以零件的几何形状、尺寸精度和位置精度等技术要求得到保证为出发点。在生产纲领以确定为中批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床配以专用工、夹具，尽量是工序集中来提高生产效率。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、工艺路线一工序名称加工基准1、粗铣两处端面1、不加工大底面2、钻内孔、钻扩铰内孔2、不加工大底面3、粗铣孔上端面3、内孔轴线4、精铣孔上端面4、内孔轴线5、粗铣孔下端面5、内孔轴线6、精铣孔下端面6、内孔轴线7、铣断7、内孔轴线8、铣左端面8、内孔轴线9、铣拨叉左端槽9、内孔轴线10、铣外圆斜面10、内孔轴线11、清洗12、检测2、工艺路线二工序名称加工基准1、粗车内孔1、不加工大底面2、精车内孔2、不加工大底面3、粗铣两处端面3、不加工大底面4、钻扩铰两处内孔4、内孔轴线5、铣断5、内孔轴线6、粗铣孔上端面6、内孔轴线7、精铣孔上端面7、内孔轴线8、粗铣孔下端面8、内孔轴线9、精铣孔下端面9、内孔轴线10、铣左端面10、内孔轴线11、粗铣拨叉左端槽11、内孔轴线12、精铣拨叉左端槽12、内孔轴线13、铣外圆斜面13、内孔轴线14、清洗15、检验3、工艺路线比较与分析上述两个方案的特点：方案一是先加工圆与两个内孔，并把这两步放在一个工序中，利用夹具和夹具上的定位元件保证以保证内孔和孔的相对位置精度。在后续加工时，以内孔为精基准，保证后续加工精度，并利用了两件合铸的优势，提高了工作效率；方案二与方案一不同之处在于是先加工内孔，使之达到要求精度，然后再利用一锥销保证内孔和孔的相对位置精度，工序上不如方案一效率高，但是在可操作性上面比方案一略高。可以将工序定为：工序名称加工基准机床刀具1、铣两处端面，保证尺寸1、不加工大底面硬质合金圆柱形铣刀；X61卧式铣床2、镗内孔，保证尺寸，保证表面粗糙度3.22、不加工大底面YG6硬质合金镗刀；T68型镗床3、钻扩铰两处内孔，保证和表面粗糙度1.63、内孔轴线高速钢麻花钻头、高速钢扩孔钻、硬质合金铰刀；Z525立式钻床4、铣断，保证尺寸6mm4、内孔轴线高速钢锯片铣刀；X61卧铣5、铣孔两端面，保证尺寸5、内孔轴线组合三面刃铣刀；X61卧式铣床6、粗铣操作槽端面，保证尺寸24mm6、内孔轴线YG6硬质合金立铣刀；X51卧式铣床7、精铣操作槽端面，保证尺寸7、内孔轴线YG6硬质合金立铣刀；X51卧式铣床8、粗铣拨叉左端槽8、内孔轴线高速钢立铣刀；X51立式铣床9、精铣拨叉左端槽，保证尺寸和垂直度0.089、内孔轴线高速钢立铣刀；X51立式铣床10、铣外圆斜面保证尺寸和表面粗糙度3.210、内孔轴线高速钢立铣刀；X51立式铣床11、清洗、检验七、机械加工余量、工序尺寸的确定CA6140车床拨叉，零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛坯重量约为1.1kg，生产类型为中批量生产，铸造毛坯。根据以上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：（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。按《机械制造工艺设计简明手册》（后称文献[10]）表2.2-1查得铸件在长度最大方向公差尺寸CT=2.2mm，同理可查得外圆轴线方向CT=1.6mm；大头孔CT=1.4mm；外圆轴线方向CT=1.1mm。根据文献[10]表2.2-4按8F标准查得机械加工余量MA分别为2.0mm、2.0mm、1.5mm（双边余量）、2.0mm。根据文献[10]图2.2-1及图2.2-2可以得出毛坯各尺寸，经过圆整后得出尺寸如下：外圆端面到大底面距离大头孔直径外圆两端面距离外圆轴线到小凸台距离（2）铸件的圆角半径，按文献[10]表2.2-9金属型铸造圆角公式（），对于黑色金属有。故选取R=3~5mm。按表2.2-8选取拔模斜度外表面内表面′自然时效处理以消除铸造应力。（3）两内孔，考虑其孔径较小铸造困难，为简化铸造毛坯外型，现直接将圆柱铸成实心的。（4）铣40端面加工余量及公差。两40圆柱端面为自由尺寸和公差，表面粗糙度没有明确要求，考虑切除铸造缺陷区及提供定位精基准的需要，进行一步粗铣，根据表2.2-4查得加工余量MA=2.0mm。又因为公差CT=1.6，根据毛坯尺寸，工序余量Z=3mm。（5）镗55内孔毛坯为铸孔，内孔精度要求IT13表面粗糙度为Ra3.6，可以一次粗镗成所需的尺寸，得出工序余量2Z=4.4mm，Z=2.2mm。（6）钻扩绞两孔25两内孔精度要求IT7参照文献[10]表2.3-8确定工序尺寸及工序余量为：钻孔：23扩孔：24.82Z=1.8mm粗绞：21.942Z=0.14mm精绞：（7）铣断（8）铣55孔两端面圆柱55圆柱两端面距离为（IT12），表面粗糙度值要求为Ra3.2，与孔有垂直度要求。故可以考虑用组合铣刀一次铣削成型。55铣削的加工余量MA=2.0mm，根据毛坯尺寸可以得出Z=2.5mm。（9）铣小头凸台面为简化毛坯模具，16mm×8mm的方槽最初并不铸出，则小头孔凸台仅需留出面铣加工余量，包括粗铣和半精铣两部分。根据文献[12]表2-36及毛坯尺寸，可得：粗铣工序余量Z=2.5mm半精铣工序余量Z=1.0mm(10)铣16mm×8mm方槽因为槽的底面深度8mm没有公差要求，表面粗糙度为Ra6.3，两侧面距离为粗糙度Ra3.2，故可以分为粗铣和精铣。首先选用的直柄立铣刀铣出的槽，然后选用专用刀具铣出所需的槽。根据文献[12]表2-36及毛坯尺寸，可得：粗铣工序余量Z=8mm半精铣工序余量2Z=2.0mm（11）铣40外圆上的45°平面直接从40圆柱面上铣出平面即可。八、确立切削用量及基本工时工序一、铣两处端面1.加工条件工件材料：HT200，，铸造；加工要求：粗铣端面，加工余量3.0mm；机床：X51立式铣床；刀具：YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae≤90,深度ap≤6,齿数z=12,故根据文献[10]表3.1，取刀具直径d0=125mm。根据《切削用量手册》（后称文献[11]）表3.2，选择刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃倾角λs=－10°,主偏角Kr=60°,过渡刃,副偏角Kr′=5°。2.切削用量1）确定切削深度ap因为余量较小，故选择ap=3.0mm，一次走刀即可完成。2）确定每齿进给量fz由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据文献[11]表3.5，使用YG6硬质合金端铣刀加工，机床功率为4.5kw（据文献[10]表4.2-35，X51立式铣床）时：fz=0.09~0.18mm/z，故选择：fz=0.18mm/z。3）确定刀具寿命及磨钝标准根据文献[11]表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直径d0=125mm，故刀具使用寿命T=180min（据文献[10]表3.8）。4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf根据文献[11]表3.16，当d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=47