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课程设计说明书
机械制造工艺学课程设计
课程设计说明书
设计题目设计“CA6140车床拨叉831004”零件的加工工艺规程及工艺装备(年产量为5000件)
设计者张志健
指导教师杜皓
河北师范大学
机械工艺教研室
2014年11月5日
河北师范大学
机械制造工艺学课程设计任务书
题目:
设计“CA6140车床拨叉831004”零件的加工工艺规程
及工艺装备(年产量为5000件)
内容:
1.零件图1张
2.毛坯图1张
3.机械加工工艺过程卡片1张
4.机械加工工艺工序卡片5张
5.夹具结构设计装配图1张
6.结构设计零件图2张
7.课程设计说明书1份
班级2011级
学生
指导教师
教研室主任
2011年11月
1.1法兰盘的用途………………………………………………………1
1.3法兰盘的生产类型………………………………………………………3
2.确定毛坯绘制毛坯简图…………………………………………………..3
2.1选择毛胚………………………………………………………….32.2确定毛胚的尺寸公差和机械加工余量……………………………3
2.2.1公差等级…………………………………………………….4
2.2.2法兰盘铸造毛坯尺寸工差及加工余量…………………..4
2.2.3.绘制法兰盘毛坯简图……………………………………………...5
3.拟定法兰盘工艺路线……………………………………………………5
3.1定位基准的选择………………………………………………………5
3.1.1.精基准的选择………………………………………………….5
3.1.2粗基准的选择……………………………………………………5
3.2表面加工方法的确定…………………………………………….6
3.3加工阶段的表面加工方法的确定划分………………………….7
3.4工序的集中与分散………………………………………………..7
3.5工序顺序的安排………………………………………………….8
3.5.1机械加工工序……………………………………………..8
3.5.2热处理工序…………………………………………………8
3.5.3.辅助工序…………………………………………………..8
3.6确定工艺路线…………………………………………………….9
4加工余量、工序尺寸和工差的确定……………………………………12
5.切削用量、时间定额的计算…………………………………………..19
5.1、切削用量的计算………………………………………………….19
5.1.1精铣工步……………………………………………………20
5.1.2粗铣工步…………………………………………………..20
5.2时间定额的计算…………………………………………………...20
5.2.1基本时间tj的计算……………………………………….21
5.2.2辅助时间ta的计算………………………………………21
5.2.3其他时间的计算………………………………………….21
5.2.4单件时间tdj的计算……………………………………..22
6.夹具设计………………………………………………………………….22
6.1提出问题…………………………………………………………….23
6.2设计思想……………………………………………………………..23
6.3夹具设计……………………………………………………………..24
6.3.1定位基准的选择…………………………………………………24
6.3.2定位误差分析…………………………………24
6.3.3钻削力的计算24
8.参考文献…………………………………………………………………..26
法兰盘零件图
1、法兰盘的工艺分析及生产类型的确定
1.1、法兰盘的用途
题目给的零件是CA6140卧式车床上的法兰盘,它位于车床丝杆的末端,主要作用是标明刻度,实现纵向进给。
零件的100外圆上标有刻度线,用来对齐调节刻度盘上的刻度值,从而能够直接读出所调整的数值。
1.2、法兰盘的技术要求:
该法兰盘的各项技术要求如下表所示:
加工表面
尺寸偏差(mm)
公差及精度等级
表面粗糙度(um)
形位公差(mm)
外圆面
φ45-0.60
IT6~IT8
0.4
法兰盘左端面
100-0.34+0.012
IT11
1.6
↗
0.03
A
20mm内孔
φ2000.045
IT7
1.6
外圆面
φ45-0.017+0
IT13
3.2
φ90mm外圆面
φ90
IT11
0.4
φ100外圆面
φ100-0.034+0.12
IT13
0.8
右端面
IT13
φ90mm突台右端面
IT13
1.6
φ90mm左端面
IT13
0.4
φ100mm突台左端面
IT13
1.6
↗
0.03
A
槽3*2
3*2
IT13
φ100mm突台右端面
IT13
0.4
φ90mm突台距轴线34mm被铣平面
IT13
3.2
φ90mm突台距轴线24mm被铣平面
φ9mm
IT13
0.4
4-9孔
IIT13
φ4mm的孔
φ4mm
IT13
φ6mm的孔
φ6mm
IT13
3.2
IT13
该法兰盘结构较复杂,形状普通,属一般的盘盖类零件。
主要加工表面有法兰盘左、右端面,外圆面,要求其端面跳动度相对中心轴线满足0.03mm,其次就是φ20孔及另外φ4-6孔的加工表面虽然在圆周上,但通过专用的夹具和钻套能够保证其加工工艺要求。
该零件除主要加工表面外,其余的表面加工精度一般,不需要高精度机床加工,通过铣削、钻床的精加工才可以达到加工要求。
由此可见,该零件的加工工艺性要求较高。
1.3、确定法兰盘的生产类型
法兰盘重量为1.4kg,由表1-3知,法兰盘属轻型零件;由表1-4知,该法兰盘的生产类型为大批生产。
2、确定毛胚、绘制毛胚简图
2.1选择毛胚
法兰盘在工作过程中不承受冲击载荷,也没有各种应力,毛胚选用铸件即可满足工作要求。
该法兰盘的轮廓尺寸不大,形状较复杂,故采用金属型铸造。
2.2确定毛胚的尺寸公差和机械加工余量
由表2-1至表2-5可知,可确定毛胚的尺寸公差及机械加工余量。
2.2.1公差等级
由法兰盘的功用和技术要求,确定该零件的公差等级为CT=10。
2.2.2法兰盘铸造毛坯尺寸工差及加工余量
项目
机械加工余量/mm
尺寸公差/mm
毛坯尺寸/mm
备注
φ100mm突台左端面
1.5*2=3
2.55
表2-1至表2-5
φ100mm突台右端面
1.5*2=3
2.24
表2-1至表2-5
φ45mm外圆面
1*2=2
1.16
49
表2-1至表2-5
φ100突台
2.5*2=5
2.2
105
表2-1至表2-5
φ90突台
2.5*2
2.14
95
表2-1至表2-5
φ90左端面
1.5*2=3
2.24
表2-1至表2-5
φ90右端面
1.5*2=3
2.55
表2-1至表2-5
φ45外圆面
1*2=2
1.2
49
表2-1至表2-5
φ20mm内孔
3*2=6
2.85
15
表2-1至表2-5
2.2.3绘制法兰盘毛坯简图
3、拟定法兰盘工艺路线
3.1、定位基准的选择
3.1.1.精基准的选择
根据该法兰盘零件的技术要求,选择法兰盘φ45外圆面和φ20孔作为精基准,零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工,即遵循“基准统一”原则。
φ20孔的轴线是设计基准,选用其作竟基准定位法兰盘两端面,实现了设计基准和工艺基准的重合,保证了被加工表面的端面跳动度要求。
选用法兰盘右端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”原则,因为该法兰盘在轴向方向上的尺寸多以该外圆面作设计基准。
3.2.2.粗基准的选择
作为粗基准的表面应平整,没有飞边、毛刺或其他表面欠缺。
这里选择法兰盘右端面端面和φ45外圆面作为粗基准。
采用φ45外圆面定位加工内孔可保证孔的壁厚均匀;采用法兰盘右端面作为粗基准加工左端面,可以为后续工序准备好精基准。
3.2、表面加工方法的确定
根据法兰盘零件图上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度,确定加工件各表面的加工方法,如下表所示:
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra/um
加工方案
备注
φ45外圆面面
IT8
0.8
粗车-半精车-精车-磨削
表1-6至表1-8
φ45外圆面
IT13
0.4
粗车-半精车-精车-磨削
表1-6至表1-8
φ20mm内孔
IT113
1.6
钻-扩-粗铰-精铰
表1-6至表1-8
φ90mm外圆面
IT7
0.4
粗车-半精车-精车-磨削
表1-6至表1-8
φ100mm外圆面
IT11
0.8
粗车-半精车-精车-磨削
表1-6至表1-8
φ90mm突台右端面
IT13
1.6
粗车-半精车-精车-磨削
表1-6至表1-8
φ90mm突台左端面
IT13
0.4
粗车-半精车-精车-磨削
表1-6至表1-8
φ100mm突台左端面
IT13
1.6
粗车-半精车-精车-磨削
表1-6至表1-8
φ100mm突台右端面
IT13
0.4
粗车-半精车-精车
表1-6至表1-8
φ90mm突台距离轴线34mm被铣平面
IT13
3.2
粗铣-精铣-磨削
表1-6至表1-8
φ90mm突台距离轴线24mm被铣平面
IT13
0.4
粗铣-精铣-磨削
表1-6至表1-8
4-φ9孔
IT13
钻
表1-6至表1-8
φ4的孔
IT13
钻
表1-6至表1-8
φ6的孔
IT13
3.2
钻-铰
表1-6至表1-8
3.3、加工阶段的划分
该法兰盘加工质量要求较高,可将加工阶段划分为粗加工、半精加工、精加工三个阶段。
在粗加工阶段,首先将精基准(法兰盘φ45外圆面和φ20孔)准备好,使后续工序都可采用精基准定位加工,保证其他表面的精度要求;然后粗车法兰盘左右端面、外圆面、车φ45外圆、及各倒角。
在半精加工阶段,完成各个外圆面的半精加工及退刀槽。
在精加工阶段,完成φ9*4孔,φ4-6孔的加工,磨削各个平面及外圆面并加工距离轴线24mm34mm的两平面.
3.4、工序的集中与分散
选用工序集中原则安排法兰盘的加工工序。
该法兰盘的生产类型为大批生产,可以采用万能型机床配以专用工、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少,不但可缩短辅助时间,而且由于在一次装夹中加工了许多表面,有利于保证各加工表面的相对位置精度要求。
3.5、工序顺序的安排
3.5.1机械加工工序
(1)遵循“先基准后其他”原则,首先加工精基准——法兰盘右端面和φ2000.045孔。
(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,先加工法兰盘各个端面,再加工4*9孔φ4-6孔。
3.5.2.热处理工序
铸造成型后,对铸件进行退火处理,可消除铸造后产生的铸造应力,提高材料的综合力学性能。
该法兰盘在工作过程中不承受冲击载荷,也没有各种应力,故采用退火处理即可满足零件的加工要求。
3.5.3.辅助工序
在精加工后,安排φ100mm左端面镀铬、去毛刺、清洗和终检工序。
综上所述,该法兰盘工序的安排顺序为:
铸造——热处理——基准加工——粗加工——半精加工——精加工。
3.6、确定工艺路线
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上,下表列出了法兰盘的工艺路线。
修改后:
河北师范大学
机械加工工艺过程卡片
产品型号
CA6140
产品型号
831004
共1页
产品名称
CA6140车床
零件名称
法兰盘
第1页
材料牌号
HT200
毛坯种类
铸件
毛坯外型尺寸
105mm*96mm*105mm
每毛坯件数
1
每台件数
1
备注
工
序
号
工序
名称
工序内容
车间
工段
设备
工艺装备
工时
准终
单件
铸
热处理
10
粗车
粗车φ105柱体左端面保证长度12、粗车外圆保证尺寸φ102,粗车B面,保证粗糙度Ra6.3
卧式车床
游标卡尺、车刀
0.83(min)
20
粗车
粗车右φ49柱体右端面保证长度尺寸42mm、粗车外圆保证尺寸φ47,粗车φ95外圆保证尺寸φ92及粗车右端面保证长度尺寸12,保证粗糙度Ra6.3
卧式车床
游标卡尺、车刀
227.99min
30
钻、扩、铰
钻中心孔φ18,扩孔保证尺寸φ19.74mm,保证粗糙度Ra6.3
立式摇臂钻床
高速钢钻头W18Cr4V、游标卡尺、千分尺
0.78(min)
40
半精车
半精车φ102左端面保证长度9.6、半精车外圆保证尺寸φ100.9,半精车B面并倒角C1.5,φ20左侧倒角C1,保证粗糙度Ra3.2
卧式车床
车刀、游标卡尺
230.45min
50
半精车
半精车右φ47外圆保证尺寸φ46及右端面保证长度尺寸41.5,倒角C7,半精车φ92外圆保证尺寸φ90.9,半精车φ90右侧面保证长度尺寸10,切槽3×2,车φ20孔右端倒角C1,保证粗糙度Ra3.2
卧式车床
车刀、游标卡尺
75.02min
60
粗铰
粗铰φ19.74孔,粗铰保证尺寸φ19.94,保证粗糙度Ra3.2
立式摇臂钻床
铰刀、游标卡尺、千分尺
30(min)
70
精车
精车φ100.9柱体左端面保证长度尺寸8.4、精车外圆保证尺寸φ100.3,精车B面,车过渡圆角R5,保证粗糙度Ra1.6
卧式车床
车刀、游标卡尺
62.99min
80
精车
金刚石精车Φ46mm外圆保证尺寸φ45.4、精车φ90mm外圆保证尺寸φ90.4、右侧面保证尺寸8.4、槽,保证粗糙度Ra1.6
卧式车床
车刀、游标卡尺
90
钻
钻4XΦ9mm透孔
立式摇臂钻床
高速钢麻花钻Φ9、游标卡尺、千分尺
100
铣
粗铣、精铣φ90.4mm柱体的两侧面保证尺寸34mm、24mm,保证粗糙度Ra3.2
铣床
硬质合金镶齿套面铣刀YT15、游标卡尺
62.99min
110
钻、扩
钻φ4孔,扩φ6孔,保证粗糙度Ra3.2
立式摇臂钻床
高速钢麻花钻Φ4高速钢麻花钻Φ6、游标卡尺、千分尺
120
磨
磨削φ100.3mm外圆柱面保证尺寸φ100,保证粗糙度Ra0.8
万能外圆磨床
砂轮、游标卡尺
130
磨
磨削外圆面φ90.4mm保证尺寸φ90,保证粗糙度Ra0.4
万能外圆磨床
砂轮、游标卡尺
140
磨
磨削外圆面φ45.4mm保证尺寸φ45,保证粗糙度Ra0.8
万能外圆磨床
砂轮、游标卡尺
150
磨
磨削B面,保证粗糙度Ra0.8
万能外圆磨床
砂轮、游标卡尺
160
抛
B面抛光,保证粗糙度Ra0.4
钳工台
游标卡尺
170
精铰
精铰φ19.94孔保证尺寸φ20,保证粗糙度Ra1.6
立式摇臂钻床
铰刀、游标卡尺、千分尺
180
划线
Φ100mm划线刻字
设计(日期)
审核(日期)
会签(日期)
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
4、加工余量、工序尺寸和工差的确定
4.4.机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“法兰盘”零件材料为HT200,毛坯的重量约为1.4kg,生产类型为中批生产,采用铸件,毛坯铸出后应进行退火处理,以消除铸件在铸造过程中产生的内应力。
4.4.1.外圆表面(ф100mm,ф45mm,ф90mm)
外圆ф100mm,表面粗糙度要求0.8µm,公差等级为5级,查《机械加工技术手册》(以下简称《手册》)表3-9(P87)采用先车(只能达7级精度),然后再磨(可达5)。
根据其尺寸,选用粗车的双边余量为2Z=4.38mm,半精车双边余量为2Z=1.2mm,查《手册》15-13(P567),选用粗磨削的双边余量为2Z=0.4mm,精磨削的双边余量为2Z=0.02mm
外圆ф45,表面粗糙度要求为0.4µm,查《机械制造技术基础》表7-8采用先车,然后抛光。
根据其尺寸,选用粗车的双边余量为2Z=4.6m,半精车双边余量为2Z=1.1mm,精车双边余量为2Z=0.3mm。
外圆ф90mm,表面粗糙度要求6.4µm,查《手册》表1-15精度等级为IT10,选用粗车的双边余量为2Z=4.9mm,半精车双边余量为2Z=1.1mm即可。
4.4.2.内孔ф200+0.045的加工
毛坯为实心,孔壁粗糙度要求为1.6µm,参照《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2-28确定工序尺寸及余量为:
钻孔:
ф18mm
扩孔:
ф19.74mm2Z=1.74mm
粗铰:
ф19.94mm2Z=0.20mm
精铰:
ф20mm2Z=0.06mm
4.4.3.外圆端面加工余量及公差(ф100mm的两面和ф45mm端面以及ф90mm的两端面)
外圆ф100端面粗糙度要求为1.6µm,轴向无公差要求。
查《手册》表3-13(P91),精车就可以达到表面粗糙度为1.6µm,可达要求,因而选用车即可。
ф100mm的右面粗糙度为0.4µm,先车,后磨再抛光可以达到。
粗车的双边余量为2Z=2.2mm,半精车的双边余量为2Z=0.6mm,精车的双边余量为2Z=0.2mm。
外圆ф45mm端面粗糙度要求不高,但作为端面基准为了提高加工精度应给与精车。
即粗车的双边余量为2Z=2.2mm,半精车的双边余量为2Z=0.6mm,精车的双边余量为2Z=0.2mm。
ф90mm两端面的粗糙度要求为0.4µm和1.6µm,轴向无公差要求。
查《手册》表3-13(P91),精车的表面粗糙度可达1.6µm,0.4µm的粗糙度可以通过先精车后再抛光即可达到。
即:
粗车的双边余量为2Z=2.2mm,半精车的双边余量为2Z=0.6mm,精车的双边余量为2Z=0.2mm。
4.4.4.4Xф9透孔和ф6与ф4组成的台阶孔的加工
由于ф9mm和ф4mm的孔没粗糙度要求,直接钻即可。
而ф6mm的孔粗糙度要求为3.2µm故采用先钻后铰即可。
钻:
ф5.8mm
铰:
ф6mm2Z=0.2mm
4.4.5.ф90的前后端面的加工
ф90mm的后端面粗糙度要求为3.2µm,通过精铣即可达到要求,粗铣的双边余量为2Z=2.6mm,精铣的双边余量为2Z=0.4mm;ф90mm的前端面粗糙度要求为0.4µm,通过先精铣后磨即可达到要求,粗铣的双边雨量为2Z=2.4mm,精铣的双边余量为2Z=0.4mm,磨的双边余量为2Z=0.2mm.
4.5.各工序的定位夹紧方案及切削用量的选择
4.5.1工序一:
1.加工条件
工件材料:
HT200,金属模铸造。
加工要求:
粗车ф105mm,ф49mm,ф95mm的外圆、端面及车倒角。
机床:
CA6140卧式车床。
刀具:
YG6外圆车刀、YG6端面车刀、YG6内圆车刀。
2.计算切削用量:
(1).粗车106的端面
1>进给量f根据《手册》表8-58(P380),当刀杆尺寸为16mm*25mm,ap=2mm,工件直径ф100mm时
f=0.8-1.2mm/r
取f=0.8mm/r
2>计算切削速度根据《手册》表8-60(P381),切削速度的计算公式为(寿命选60T)
Vc=CV*KV/(601-mTmapxfy)m/min
其中:
CV=158,x=0.15,y=0.40,m=0.20。
修正系数见《手册》表8-61至表8-69,即
KMv=0.94,ksv=0.8,kkv=1.0,kkrv=0.83,kBv=0.8。
所以vc=158*0.94*0.8*1.0*0.83*0.8/(601-0.2600.2*20.15*0.80.40)
=45.79(m/min)
3>确定机床主轴转速
ns=1000vc/(Лd)=1000*45.79/(3.14*100)=145.8(r/min)
根据《机械制造工艺设计手册》附表4-3-1(P172)取主轴转速为n=125r/min
所以实际切削速度v=Лdn/1000=125*100*3.14/1000=39.25(m/min)
4>切削工时根据《手册》
tm=(l+y+△)/nf=(50+2)/(125*0.8)=0.52(min)
(2)粗车ф100的外圆表面及倒角
1>进给量f根据《手册》表8-58(P380),当刀杆尺寸为16mm*25mm,ap=1.99mm,工件直径ф100mm时
f=0.8-1.2mm/r
取f=0.8mm/r
2>计算切削速度根据《手册》表8-60(P381),切削速度的计算公
式(寿命选60T)
Vc=CV*KV/(601-mTmapxfy)m/min
其中:
CV=158,x=0.15,y=0.40,m=0.20。
修正系数见《手册》表8-61至表8-69,即
KMv=0.94,ksv=0.8,kkv=1.0,kkrv=0.83,kBv=0.8。
所以vc=158*0.94*0.8*1.0*0.83*0.8/(601-0.2600.2*1.990.15*0.80.40)=45.88(m/min)
3>确定机床主轴转速
ns=1000vc/(Лd)=1000*45.88/(3.14*100)=146.11(r/min)
根据《机械制造工艺设计手册》取转速为n=125r/min
所以实际切削速度v=Лdn/1000=125*100*3.14/1000=39.25(m/min)
4>切削工时根据《手册》
tm=(l+y+△)/nf=(9+1.99)/(125*0.8)=0.11(min)
(3).粗车左ф49mm的外圆表面及R5的圆角
1>进给量f根据《手册》表8-58(P380),当刀杆尺寸为16mm*25mm,ap=2.3mm,工件直径为ф45mm时
f=0.4-0.5mm/r
取f=0.5mm/r
2
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