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燕山大學(xué)機械課程設(shè)計
第一章 零件的分析
（一） 零件的作用
題目所給的零件是CA6140車床的撥叉。它位于車床變速機構(gòu)中，主要起換檔，使主軸回轉(zhuǎn)運動按照工作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的φ22孔與操縱機構(gòu)相連，二下方的φ55半孔則是用于與所控制齒輪所在的軸接觸。通過上方的力撥動下方的齒輪變速。兩件零件鑄為一體，加工時分開。
（二） 零件的工藝分析
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，但塑性較差、脆性高，不適合磨削，為此以下是撥叉需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：
1. 孔內(nèi)表面以及與此孔相通的的錐孔、螺紋孔
2. 孔內(nèi)表面
3. Φ40上端面、Φ55上下兩端面，上下兩Φ73孔的內(nèi)表面，Φ55孔兩端面與小頭孔中心線的垂直度誤差為0.07mm，小頭孔上端面與其中心線的垂直度誤差為0.05mm。
由上面分析可知，可以粗加工撥叉底面，然后以此作為粗基準(zhǔn)采用專用夾具進行加工 并且保證位置精度要求。再根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟精度及機床所能達到的位置精度，并且此撥叉零件沒有復(fù)雜的加工曲面，所以根據(jù)上述技術(shù)要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。
已知此撥叉零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為5000件/年，零件的質(zhì)量是1.0Kg/個，查《機械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導(dǎo)手冊》321頁表15-2，可確定該撥叉生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序適當(dāng)集中；加工設(shè)備以通用設(shè)備為主，大量采用專用工裝。
第二章 撥叉零件機械加工工藝規(guī)程設(shè)計…
（一） 毛坯的選擇
確定毛坯種類：零件材料為HT200?？紤]零件在機床運行過程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡單，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，故選擇鑄件毛坯。查《機械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導(dǎo)手冊》324頁表15-5選用鑄件尺寸公差等級CT9級。
（二） 基準(zhǔn)的選擇
1 粗基準(zhǔn)的選擇：以零件的底面為主要的定位粗基準(zhǔn)，以Φ22孔外圓表面為輔助粗基準(zhǔn)。
2 精基準(zhǔn)的選擇：考慮要保證零件的加工精度和裝夾準(zhǔn)確方便，依據(jù)“基準(zhǔn)重合”原則和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則，以精加工后的Φ40端面為主要的定位精基準(zhǔn)，以Φ22孔內(nèi)圓柱表面為輔助的定位精基準(zhǔn)。
（三）工藝路線的擬定
制定工藝路線應(yīng)該使零件的加工精度（尺寸精度、形狀精度、位置精度）和表面質(zhì)量等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已經(jīng)確定為中批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用通用機床配以志專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。還有，應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟效果，以便降低生產(chǎn)成本。
1. 工藝路線方案一
工序Ⅰ 粗銑、半精銑φ40上端面,以底面為粗基準(zhǔn).
工序Ⅱ 鉆、擴、鉸φ22孔,以φ40上端面和φ40外表面為精基準(zhǔn).
工序Ⅲ 粗車、半精車φ55孔，粗車、半精車中間下端面φ73孔, 以φ40上端面和φ22內(nèi)表面為精基準(zhǔn).
工序Ⅳ 粗車、半精車中間上端面φ73孔, 以φ40上端面和φ22內(nèi)表面為精基準(zhǔn).
工序Ⅴ 鉆M8螺紋孔底孔，攻M8螺紋, 以φ40上端面和φ22內(nèi)表面為精基準(zhǔn).
工序Ⅵ 鉆φ8孔一半, 以φ40上端面和φ22內(nèi)表面為精基準(zhǔn).
工序Ⅶ 將毛坯從中間銑斷, 以φ55上端面和φ22內(nèi)表面為精基準(zhǔn).
工序Ⅷ 去毛刺.
工序Ⅸ 按圖樣檢查.
2. 工藝路線方案二
工序Ⅰ 鉆、擴、鉸φ22孔,以底面和φ40外表面為粗基準(zhǔn).
工序Ⅱ 粗車、半精車φ55孔，粗車、半精車中間下端面φ73孔, 以φ40上端面和φ22內(nèi)表面為精基準(zhǔn).
工序Ⅲ 粗銑、半精銑φ40上端面,以底面為粗基準(zhǔn).
工序Ⅳ 粗車、半精車中間上端面φ73孔, 以φ40上端面和φ22內(nèi)表面為精基準(zhǔn).
工序Ⅵ 鉆φ8孔一半, 以φ40上端面和φ22內(nèi)表面為精基準(zhǔn).
工序Ⅶ 將毛坯從中間銑斷, 以φ55上端面和φ22內(nèi)表面為精基準(zhǔn).
工序Ⅷ 去毛刺.
工序Ⅸ 按圖樣檢查.
3. 工藝方案的比較與分析
上述兩種工藝方案的特點在于：方案一考慮以Φ22mm孔為精加工基準(zhǔn)，而方案二則是先加工孔后加工面 ,這樣很難保證誤差精度等。因此決定選擇方案一作為加工工藝路線比較合理。
(四)加工余量毛坯尺寸,工序尺寸及其公差的確定
?由于本零件材料為灰鑄鐵，則由《機械加工工藝手冊》得：
撥叉Ⅱ工序尺寸，公差，表面粗糙度及毛坯尺寸的確定
加工面
工序名稱
工序間余量/mm(單邊)
工 序
工序基本尺寸/mm
經(jīng)濟精度/mm
表面粗糙度/mm
φ40mm上端面
半精銑
1.5
Ra3.2
51
粗銑
1.0
Ra6.3
52.5
Φ22mm孔
鉸
0.15
Ra1.6
22
擴
2.6
Ra6.3
21.7
鉆
8
Ra12.5
16
Ф55 mm孔
半精車
1.0
Ra3.2
53
粗車
2
Ra6.3
49
Ф73 mm孔下端面
半精車
1.0
Ra3.2
71
粗車
8.0
Ra6.3
55
Ф73 mm孔上端面
半精車
1.5
Ra3.2
70
粗車
7.5
Ra6.3
55
M8螺紋孔
攻
0.7
8
鉆
0.7
Ra6.3
6.6
φ8孔
鉆
4
Ra6.3
0
銑斷
銑
2
0
由以上資料得出毛坯尺寸圖（見附圖）,毛坯的鑄造公差等級為11級
（五）切削用量及工時定額的確定
工序Ⅰ粗銑、半精銑φ40上端面
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：粗銑φ22孔上端面。
機床：X6140臥式銑床。
刀具：W18Cr4V硬質(zhì)合金鋼端銑刀,牌號YG6。銑削寬度ae<=60,深度ap<=4,齒數(shù)z=10,故據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》（后簡稱《簡明手冊》）取刀具直徑do=80mm。選擇刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，刀齒斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,過渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°過渡刃寬bε=1mm。
2. 切削用量
（1）粗銑φ40上端面
1.1 銑削深度 ：因為切削量較小，故可以選擇ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需長度。
1.2 計算切削速度 ：按《簡明手冊》，V c=
算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)XA6140銑床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,則實際切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
1.3 校驗機床功率 查《簡明手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。
最終確定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。
1.4 計算基本工時
tm＝L/ Vf=(32+40)/475=0.9min。
（2）半精銑φ40上端面
2.1 銑削深度 ：因為切削量較小，故可以選擇ap=1.0mm，一次走刀即可完成所需長度。
2.2 計算切削速度 ：按《簡明手冊》，V c=
算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)XA6140銑床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,則實際切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
2.3 校驗機床功率 查《簡明手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。
最終確定 ap=1.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。
2.4 計算基本工時
tm＝L/ Vf=(32+40)/475=0.9min。
工序Ⅱ 以φ40上端面和外端面為基準(zhǔn)，鉆、擴、鉸φ22孔，保證垂直度誤差不超過0.05mm,孔的精度達到IT7。
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：鉆、擴、鉸φ22孔，保證垂直度誤差不超過0.05mm,孔的精度達到IT7。
機床：Z525專用鉆床
2. 切削用量
（1）鉆φ16孔
1.1刀具選擇：查《機械加工工藝手冊》選用Ф16mm高速鋼錐柄標(biāo)準(zhǔn)花鉆，鉆頭采用雙頭刃磨法，后角αo＝12°，二重刃長度bε=2.5mm,橫刀長b=1.5mm,寬l=3mm,棱帶長度 ° ° °
1.2 選擇切削用量
1.2.1決定進給量
查《切》
所以，
按鉆頭強度選擇 按機床強度選擇
最終決定選擇機床已有的進給量 經(jīng)校驗 校驗成功。
1.2.2鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命
后刀面最大磨損限度（查《簡明手冊》）為0.5～０.８mm，壽命．
1.2.3切削速度
查《切》 修正系數(shù)
故。
查《簡明手冊》機床實際轉(zhuǎn)速為
故實際的切削速度
1.3計算工時
由于所有工步所用工時很短，所以使得切削用量一致，以減少輔助時間。
(2) 擴φ21.7孔
2.1刀具選擇：選用Ф21.7mm高速鋼錐柄擴孔鉆。
2.2確定切削用量：查《切削用量手冊》得：f=0.90~1.1mm/r,再由《機械加工工藝手冊》C365L車床給量取f =0.92mm/r。擴孔時的切削速度，由公式：擴=（1/2~1/3）鉆 查《切削用量手冊》取VC =0.29m/s=17.4m/min
VC=（1/2~1/3）VC =5.8~8.7m/min
=93~140r/min
按機床選取n =136r/m,故=8.5m/min
2.3計算基本工時：T=L/(f×n) =(50+10)/(0.92×136)=0.48min。
(3) 鉸φ22孔
3.1刀具選擇：Ф22mm高速鋼錐柄機用鉸刀
3.2確定切削用量：背吃刀量ap=0.12mm。
由《切削用量手冊》得：f=1.3~2.5mm/r,取f=1.68 mm/r
由《切削用量手冊》得：=7.9m/min
=125.8 r/min
按機床選取 =136 r/min
所以實際切削速度=8.54m/min
3.3計算基本工時：T=L/(f*n) =(50+10)/(1.68×136)=0.26min
工序Ⅲ 粗車、半精車φ55孔，粗車、半精車中間下端面φ73孔
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：粗車、半精車φ55孔，粗車、半精車中間下端面φ73孔
機床：CA6140車床
刀具：刀片材料YG6，刀桿尺寸BxH=16x25mm， 刀尖圓弧半徑0.5mm
2.切削用量
（1）粗車φ55孔
1.1背吃刀量ap=2mm
1.2確定進給量
查《切削用量手冊》：取進給量為0.035～0.07 mm/r。再根據(jù)CA6140車床說明書進給量取f =0.05mm/r。
1.3確定切削速度V ：根據(jù)《切削用量手冊》
=48.610 m/min
=126.325r/min
按CA6140說明書，選擇與126.325r/min相近似的機床轉(zhuǎn)速n =160r/min,則實際切削速度V =47.28m/min。
1.4計算基本工時：按《機械加工工藝手冊》公式計算：T= 0.75min
(2) 半精車φ55孔
2.1背吃刀量ap=1.0mm
2.2確定進給量
查《切削用量手冊》：取進給量為0.25～0.4 mm/r。再根據(jù)CA6140車床說明書進給量取f =0.3mm/r。
2.3確定切削速度V ：根據(jù)《切削用量手冊》
=103.071 m/min
=316.235r/min
按CA6140說明書，選擇與316.235r/min相近似的機床轉(zhuǎn)速n =320r/min,則實際切削速度V =106.509m/min。
2.4計算基本工時：按《機械加工工藝手冊》公式計算：T=0.55min
(3) 粗車中間下端面φ73孔
3.1背吃刀量ap=2.4mm
3.2確定進給量
查《切削用量手冊》：取進給量為0.6～0.9 mm/r。再根據(jù)CA6140車床說明書進給量取f =0.86mm/r。
根據(jù)《切削用量手冊》，取車刀后面最大磨損量為0.8~1.0。焊接車刀耐用度T=60min。
3.3確定切削速度V：根據(jù)《切削用量手冊》
=43 m/min
=146.8r/min
按CA6140說明書，選擇與146.8r/min相近似的機床轉(zhuǎn)速n =160r/min,則實際切削速度V =47.28m/min。
3.4計算基本工時：按《機械加工工藝手冊》公式計算：T= 1.15min
(4) 半精車中間下端面φ73孔
4.1背吃刀量ap=1.0mm
4.2確定進給量
查《切削用量手冊》：取進給量為0.25～0.4 mm/r。再根據(jù)CA6140車床說明書進給量取f =0.3mm/r。
4.3確定切削速度V ：根據(jù)《切削用量手冊》
=101.327 m/min
=309.729r/min
按CA6140說明書，選擇與309.729r/min相近似的機床轉(zhuǎn)速n =320r/min,則實際切削速度V =106.509m/min。
4.4計算基本工時：按《機械加工工藝手冊》公式計算：T=0.45min
工序Ⅳ 粗車、半精車中間上端面φ73孔
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：粗車、半精車中間上端面φ73孔
機床：CA6140車床
刀具：刀片材料YG6，刀桿尺寸BxH=16x25mm， 刀尖圓弧半徑0.5mm
2.切削用量
(1) 粗車中間下端面φ73孔
1.1背吃刀量ap=2.0mm
1.2確定進給量
查《切削用量手冊》：取進給量為0.6～0.9 mm/r。再根據(jù)CA6140車床說明書進給量取f =0.86mm/r。
根據(jù)《切削用量手冊》，取車刀后面最大磨損量為0.8~1.0。焊接車刀耐用度T=60min。
1.3確定切削速度V：根據(jù)《切削用量手冊》
=43 m/min
=146.8r/min
按CA6140說明書，選擇與146.8r/min相近似的機床轉(zhuǎn)速n =160r/min,則實際切削速度V =47.28m/min。
1.4計算基本工時：按《機械加工工藝手冊》公式計算：T= 1.15min
(2) 半精車中間下端面φ73孔
2.1背吃刀量ap=1.0mm
2.2確定進給量
查《切削用量手冊》：取進給量為0.25～0.4 mm/r。再根據(jù)CA6140車床說明書進給量取f =0.3mm/r。
2.3確定切削速度V ：根據(jù)《切削用量手冊》
=101.327 m/min
=309.729r/min
按CA6140說明書，選擇與309.729r/min相近似的機床轉(zhuǎn)速n =320r/min,則實際切削速度V =106.509m/min。
2.4計算基本工時：按《機械加工工藝手冊》公式計算：T=0.45min
工序Ⅴ 鉆M8螺紋孔底孔，攻M8螺紋
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：鉆M8螺紋孔底孔，攻M8螺紋
機床：Z525專用鉆床
2. 切削用量
(1) 鉆M8螺紋孔底孔
1.1刀具選擇：查《機械加工工藝手冊》選用Ф6.6mm高速鋼錐柄標(biāo)準(zhǔn)花鉆.
1.2 選擇切削用量
1.2.1決定進給量
查《切》
所以，
按鉆頭強度選擇 按機床強度選擇
最終決定選擇機床已有的進給量 經(jīng)校驗 校驗成功。
1.2.2鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命
后刀面最大磨損限度（查《簡明手冊》）為0.5～０.８mm，壽命．
1.2.3切削速度
查《切》 修正系數(shù)
故。
查《簡明手冊》機床實際轉(zhuǎn)速為
故實際的切削速度
1.3計算工時
(2) 攻M8螺紋
2.1刀具選擇：查《機械加工工藝手冊》選用M8機用絲錐
2.2切削用量選擇：
查《切削用量手冊》得：f=0.70~0.86mm/r,再由《機械加工工藝手冊》C365L 車床進給量取f =0.76mm/r。查《切削用量手冊》取V =13m/min
=230r/min
按機床選取n =238r/min,故=18m/min
2.3計算基本工時：T=（L+L1+L2）/(f×n)=0.66min。
工序Ⅵ 鉆φ8孔一半, 以φ40上端面和φ22內(nèi)表面為精基準(zhǔn).
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：鉆φ8孔一半
機床：Z525專用鉆床
刀具: 查《機械加工工藝手冊》選用Ф6.6mm高速鋼錐柄標(biāo)準(zhǔn)花鉆.
2. 切削用量
2.1決定進給量
查《切》
所以，
按鉆頭強度選擇 按機床強度選擇
最終決定選擇機床已有的進給量 經(jīng)校驗 校驗成功。
2.2鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命
后刀面最大磨損限度（查《簡明手冊》）為0.5～０.８mm，壽命．
2.3切削速度
查《切》 修正系數(shù)
故。
查《簡明手冊》機床實際轉(zhuǎn)速為
故實際的切削速度
2.4計算工時
工序Ⅶ 將毛坯從中間銑斷, 以φ55上端面和φ22內(nèi)表面為精基準(zhǔn).
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：將毛坯從中間銑斷
機床：X6140臥式銑床
刀具：鋸片銑刀，d=200mm，l=4mm，中齒，Z=40
查《切削手冊》，選擇進給量為：,切削速度為：，則：
根據(jù)《簡明手冊》表4.2-39，取，故實際切削速度為：
此時工作臺每分鐘進給量應(yīng)為：
查《切削手冊》表4.2-40，剛好有。
計算切削基本工時：
第三章 銑斷工序夾具設(shè)計
（一） 任務(wù)的提出
本夾具主要用來銑斷工件，使之分離成為兩個零件，由于本道工序已經(jīng)是加工的最后階段，而且是中批量生產(chǎn)，因此要保證加工的精度，所以，本道工序加工時，主要應(yīng)該考慮如何提高精度，在此基礎(chǔ)上在一定程度上提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。
（二） 定位方案及定位裝置的設(shè)計計算
1.問題的提出
本夾具主要用來銑斷工件，使之分離成為兩個零件，由于本道工序已經(jīng)是加工的最后階段，而且是中批量生產(chǎn)，因此要保證加工的精度，所以，本道工序加工時，主要應(yīng)該考慮如何提高精度，在此基礎(chǔ)上在一定程度上提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。
2. 定位方案及定位裝置的設(shè)計計算
1）定位基準(zhǔn)的選擇
根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特性，結(jié)合工件加工精度要求和便于裝夾的原則等因素，工件采用一面兩孔定位方式。如圖1，Φ55上端面以平面做為定位基準(zhǔn)，限制3個自由度，再用Φ22的兩個孔做為定位基準(zhǔn)，分別限制剩下的2個自由度和1個自由度。
2）定位元件及裝置的設(shè)計：
由于工件采用一面兩孔定位方式，所以定位元件采用一面兩銷定位機構(gòu)，即定
位機構(gòu)由一個平面、一個圓柱定位銷和一個菱形定位銷組成，如圖2。
圖2 定位機構(gòu)簡圖
圖3 定位尺寸計算
確定相關(guān)的定位配合尺寸，以確定定位元件的尺寸：
1．確定兩銷中心距尺寸及公差 取工件上兩孔中心距的基本尺寸為兩銷中心距的基本尺寸，其公差取工件孔中心距公差的1/4，及令：。
2.確定圓柱銷直徑及其公差 取相應(yīng)孔的最小直徑作為圓柱銷直徑的基本尺寸，其公差取g6，所以。
3.確定菱形銷寬度、直徑及公差 按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取菱形銷的寬度，d=5mm；然后按式計算菱形銷與其配合孔的最小間隙；計算出菱形銷直徑的基本尺寸：；按h6確定菱形銷直徑公差。最后讓菱形銷的基本尺寸與圓柱銷相同，得。如下圖
（三） 夾緊方案及裝置的設(shè)計計算
1 夾緊方案的確定
由于是大批量生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)量，本夾具采用氣動加緊，方便拆卸工件。
2 夾緊力大小的分析計算：
銑削力計算：
由《金屬切削機床夾具設(shè)計手冊》表3.73查得切削力公式其中
水平分力
垂直分力
受力分析圖
在計算切削力時必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)，
安全系數(shù)
其中，為基本安全系數(shù)1.5；
為加工性質(zhì)系數(shù)為1.1；
為刀具鈍化系數(shù)為1.1；
為斷續(xù)切削系數(shù)為1.1。
所以，
由上圖列平衡方程
計算得P=2980N 得所需的夾緊力最小為2980N.
選用為氣缸—雙斜楔機構(gòu)，結(jié)構(gòu)使用Ⅲ型。
其中 ，
取 ，
算的D=52mm 故氣缸內(nèi)徑大于52mm.
3.夾緊機構(gòu)及裝置設(shè)計
3.1選擇氣缸：
由于回轉(zhuǎn)氣缸有以下缺點：
1.由于氣缸轉(zhuǎn)動，密封比較復(fù)雜，工作時容易發(fā)熱，影響使用壽命。
2.由于氣缸處于高速轉(zhuǎn)動條件下工作，轉(zhuǎn)動慣量大，容易損壞機床主 軸軸承。
故使用車床用不動式氣缸。
根據(jù)估計夾緊力為1543N，查《金屬切削機床夾具設(shè)計手冊》和以上的計算結(jié)果選擇氣缸內(nèi)徑為Φ80mm，工作壓力為0.5MPa，氣缸的壓力為2135N，能夠夾緊。活塞桿行程大于等于35mm。
3.2 機構(gòu)設(shè)計
3.4 夾具體設(shè)計
見夾具裝配圖
參考文獻
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