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序言 機械制造工藝學課程設計使我們學完了大學的全部基礎課、技術(shù)基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的.這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習,也是一次理論聯(lián)系實際的訓練,因此,它在我們四年的大學生活中占有重要的地位。 就我個人而言，我希望能通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國的建設打下一個良好的基礎。 由于能力所限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指導。 一、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。零件的φ25孔與操縱機構(gòu)相連，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．小頭孔φ25； 2．大頭半圓孔Ф及其端面； 3．16×8槽； 4．φ40外圓斜面； 5．大頭半圓孔兩端面與小頭孔中心線的垂直度誤差為0.1mm； 槽端面與小頭孔中心線的垂直度誤差為0.08m。 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。 二、藝規(guī)程設計 （一）確定毛坯生產(chǎn)類型 已知此撥叉零件的生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序適當集中；加工設備以通用設備為主，大量采用專用工裝。 零件材料為HT200。考慮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)類型為中批生產(chǎn)，故選擇鑄件毛坯。 （二）基面的選擇： 基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一?；孢x擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。 粗基準的選擇：按有關基準的選擇原則，即當零件有不加工表面時，應以這些不加工表面作粗基準；若零件有若干不加工表面時，則應以與加工表面要求相對位置精度高的不加工表面作粗基準。現(xiàn)以零件的底面為主要的定位粗基準。 精基準的選擇：考慮要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(tǒng)一”原則，大頭半圓孔兩端面與小頭孔中心線的垂直度誤差為0.1mm；槽端面與小頭孔中心線的垂直度誤差為0.08m，故以φ25小頭孔為精基準。 （三）制定工藝路線 根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求，以及加工方法所能達到的經(jīng)濟精度，在生產(chǎn)綱領已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 1．工藝路線方案一 工序Ⅰ 車φ55圓與兩端面 工序Ⅱ 銑斷，使之為兩個零件 工序Ⅲ 銑16×8槽 工序Ⅳ 銑φ40外圓斜面 工序Ⅴ 加工φ25小頭孔 2．工藝路線方案二 工序Ⅰ 銑斷，使之為兩個零件 工序Ⅱ 加工φ25小頭孔 工序Ⅲ 銑16×8槽 工序Ⅳ 車φ55半圓與兩端面 工序Ⅴ 銑φ40外圓斜面 3．工藝方案的比較與分析 上述兩個方案的特點在于：方案一是先加工φ55圓與兩端面，以便于后續(xù)加工，并利用了兩件合鑄的優(yōu)勢，提高了工作效率，然后在銑床上把所有銑的工序全部弄完，省去了在各機床間切換的麻煩，最后加工孔；方案二是先切開工件，分別加工，然后加工小頭孔，再銑、再車、再銑……顯然，工序上不如方案一效率高。但由于圓與槽都與小頭孔有垂直度要求，可以先加工小頭孔，后加工槽；圓應該利用兩件合鑄的優(yōu)勢，所以還是先加工φ55大圓?？梢詫⒐ば蚨椋? 工序Ⅰ 粗，精車φ55圓與兩端面 工序Ⅱ 銑斷，使之為兩個零件 工序Ⅲ 加工φ25小頭孔銑 工序Ⅳ 16×8槽 工序Ⅴ 銑φ40外圓斜面 這樣，看起來工序簡潔且保證了垂直度的要求，還能充分利用兩件合鑄的優(yōu)勢。 （四）機械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的確定 “CA6140車床撥叉”；零件材料為HT200，硬度190～210HB，毛皮重量1.12kg，生產(chǎn)類型大批量，鑄造毛坯。 據(jù)以上原始資料及加工路線，分別確定各家工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1. 外圓表面延軸線方向長度方向的加工余量及公差（φ25，φ55端面）。 查《機械制造工藝設計簡明手冊》（以下稱《工藝手冊》）表2.2～2.5，取φ25，φ55端面長度余量均為2.5（均為雙邊加工） 銑削加工余量為： 粗銑 1mm 精銑 0mm 2. 內(nèi)孔（φ55已鑄成孔） 查《工藝手冊》表2.2～2.5，取φ55已鑄成孔長度余量為3，即鑄成孔半徑為49mm。 工序尺寸加工余量： 鉆孔 2mm 擴孔 0.125mm 鉸孔 0.035mm 精鉸 0mm 3. 其他尺寸直接鑄造得到 由于本設計規(guī)定的零件為大批量生產(chǎn)，應該采用調(diào)整加工。因此在計算最大、最小加工余量時應按調(diào)整法加工方式予以確認。 （五）確立切削用量及基本工時 工序一 粗，精車φ55圓與兩端面 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。 加工要求：粗，精銑φ55圓以及上下端面。 機床：臥式車床CA6140 刀具：YW2內(nèi)圓車刀 YW3端面車刀 2. 切削用量 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。 2）每齒進給量 機床功率為7.5kw。查《切削手冊》f=0.14~0.24mm/z。由于是對稱銑，選較小量f=0.14 mm/z。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《切削手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0~1.5mm。 查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min 4）計算切削速度 按《切削手冊》，V c= 算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s 據(jù)臥式車床CA6140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。 5)校驗機床功率 查《切削手冊》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。 6）計算基本工時 tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。 工序二 銑斷，使之為兩個零件 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。 加工要求：銑斷，使之為兩個零件 機床：X60銑床。 刀具：高速鋼鑲齒三面刃銑刀 工序三 加工φ25小頭孔 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。 加工要求：加工φ25小頭孔 機床：立式鉆床Z535 選擇鉆頭：選擇高速鋼麻花鉆頭￠25mm，鉆孔至φ23mm，擴孔至φ24.8mm，鉸孔至φ24.94mm，精鉸孔至φ25mm 2.選擇切削用量 （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）鉆頭磨鈍標準及壽命　 后刀面最大磨損限度（查《切》）為0.5～０.８mm，壽命． ?。?）切削速度 查《切》 修正系數(shù) 故。 查《切》機床實際轉(zhuǎn)速為 故實際的切削速度 （4）校驗扭矩功率 所以 故滿足條件，校驗成立。 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。 擴鉸和精鉸的切削用量如下： 擴鉆： 鉸孔： 精鉸： 工序四 銑16×8槽 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。 加工要求：銑16×8槽 機床：X60銑床 選擇鉆頭：高速鋼鑲齒三面刃銑刀 （1）決定進給量 查《切》 按鉆頭強度選擇 按機床強度選擇 最終決定選擇Z550機床已有的進給量 經(jīng)校驗 校驗成功。 （2）鉆頭磨鈍標準及壽命　 后刀面最大磨損限度（查《切》）為0.8～1.2mm，壽命 擴孔后刀面最大磨損限度（查《切》）為0.9～１.４mm，壽命 鉸和精鉸孔后刀面最大磨損限度（查《切》）為０.６～０.９mm，壽命 （3）切削速度 查《切》 修正系數(shù) 故。 查《切》機床實際轉(zhuǎn)速為 故實際的切削速度 ３.計算工時 所有工步工時相同。 工序五 銑φ40外圓斜面 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。 加工要求：銑16×8槽 機床：X60銑床 選擇鉆頭：高速鋼鑲齒三面刃銑刀 7 銑槽夾具設計 本夾具主要用來粗、精銑車床撥叉底面槽。由加工本道工序的工序簡圖可知。粗、精銑槽時，槽寬有尺寸要求，其深度的要求精度不是高，槽的左右兩側(cè)面粗糙度要求Rz3.2。本道工序僅是對槽進行粗、精加工。因此在本道工序加工時，主要應考慮提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。同時應保證加工尺寸精度和表面質(zhì)量。 7.1 定位基準的選擇 在進行銑槽加工工序時，、孔均已經(jīng)加工出。因此工件選用頂面與兩孔作為定位基準。選擇頂面作為定位基面限制了工件的三個自由度，而兩工孔作為定位基面，分別限制了工件的一個和兩個自由度。即兩個孔作為定位基面共限制了工件的三個自由度。即一面兩孔定位。工件以一面兩孔定位時，夾具上的定位元件是：一面兩銷。其中一面為支承板，兩銷為一長圓柱銷和一削邊銷。 如圖7.1： 圖7.1 銑槽的定位 7.2 制定夾具方案 本夾具的設計主要是用來對槽的加工，要求保證槽兩側(cè)的粗糙度達到任務書的要求。由于前面已經(jīng)提到撥叉A零件的加工批量大，因此在本道工序在加工時，主要考慮的是產(chǎn)品的勞動生產(chǎn)率，同時還要保證零件的加工精度。所以在設計專用夾具時就要在保證零件的加工精度的前提下，盡量使零件的裝夾方便，以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。為此，我設計了兩套專用夾具的方案以供在設計時比較選用，其方案如下： （1）夾具設計方案一 從前面的加工工藝路線可以看出，本道工序的加工已經(jīng)是最后幾道了。因此，許多孔、面都已經(jīng)加工過了，在選擇定位的時候我采用了一面兩銷定位，一面是以大頭孔的側(cè)面，兩銷分別是在小頭孔采用一長銷限制了四個自由度，在大頭孔采用一削邊銷限制了一個自由度，大頭孔的側(cè)面用一的定位環(huán)定位限制了一個自由度，實現(xiàn)了六個自由度的完全定位。夾緊在大頭孔處用一個帶鉤的長壓板作為夾緊機構(gòu)，將加工面放在上方并水平，用一銑刀進行立銑。 （2）夾具設計方案二 由于在前面的工序中孔和平面都已經(jīng)加工，并都達到了一定的精度要求，在加工槽時我選擇以小頭孔、大頭孔及小頭孔端面來定位。在小頭孔用一長銷定位限制了工件的四個自由度，在小頭孔的端面用一定位環(huán)定位限制了工件的一個自由度，在大頭孔用一削邊銷定位限制了工件的一個自由度，在夾具上的一個長銷、一削邊銷和一定位環(huán)作為定位機構(gòu)，實現(xiàn)了典型的一面兩銷定位，零件被完全定位。夾緊機構(gòu)我選擇用一個移動壓板，在小頭孔和大頭孔之間的連接板上實現(xiàn)壓緊。在夾具的頂端用一連接板來支撐對刀塊，以保證刀具的位置，來保證零件的加工精度。 （3）設計方案的比較 根據(jù)上述兩種方案可以看出，兩種方案的定位都采用了典型的一面兩銷定位，夾緊方式都采用手動夾緊。其它們的不同在于，方案一是以大頭孔來夾緊，定位面是大頭孔，小頭孔端面沒有和夾具體接觸，且大頭孔的夾緊采用一長壓板壓在工件的大頭孔的端面上。在夾緊的時候如果對壓板兩邊的螺母旋緊的位置不一，則會出現(xiàn)工件的受力不均，使工件有產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)的趨勢，不能保證槽的加工精度。經(jīng)過上面的分析，方案二就解決了上述的問題，在工件的大小頭之間進行夾緊。因此，我選擇采用方案二進行設計。 7.3 定位元件的選擇及計算 本工序選用的定位基準為一面兩孔定位，所以相應的夾具上的定位元件應是一面兩銷。因此進行定位元件的設計主要是對長圓柱銷和短削邊銷進行設計。 由加工孔工序簡圖可計算出兩孔中心距。 由于兩孔有位置度公差，所以其尺寸公差為 所以兩加工孔的中心距為 ，而兩孔尺寸為、。 根據(jù)參考文獻[10]削邊銷與圓柱銷的設計計算過程如下： 圖7.3 定位銷 （1）確定兩定位銷中心距尺寸及其偏差 == （2）確定圓柱銷直徑及其公差 （—基準孔最小直徑） 取f7 所以圓柱銷尺寸為 （3）削邊銷的寬度b和B （由參考文獻[10]） （4）削邊銷與基準孔的最小配合間隙 （式7.1） 其中： —基準孔最小直徑 —圓柱銷與基準孔的配合間隙 （5）削邊銷直徑及其公差 按定位銷一般經(jīng)濟制造精度，其直徑公差帶為，則削邊銷的定位圓柱部分定位直徑尺寸為 。 （6）補償值 7.4 定位誤差分析 本夾具選用的定位元件為一面兩銷定位。其定位誤差主要為： （1）移動時基準位移誤差 （式7.2） = = (2) 轉(zhuǎn)角誤差 （式7.3） 其中： （式7.4） 由（式7.3）得 由于它的轉(zhuǎn)動角度小，對槽的加工的影響，沒有超出它的精度要求。因此，滿足設計要求。 7.5 銑削力與夾緊力計算 根據(jù)參考文獻[3]表2.4—97 可查得： 銑削力計算公式為 圓周分力 （式7.5） 查表可得： 代入得 = 查表可得銑削水平分力、垂直分力、軸向分力與圓周分力的比值為： 螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算，由參考文獻[10]有： （式7.6） 式中參數(shù)由參考文獻[10]可查得： 其中： 查表螺旋夾緊力： 該夾具采用螺旋夾緊機構(gòu)，用螺栓通過移動壓塊壓緊工件。 受力簡圖如圖7.4： 圖7.4 移動壓塊受力簡圖 由參考文獻[10]表得： 原動力計算公式 （式7.7） 由（式7.7）得： 由上述計算易得： 由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。 7.6 定向鍵與對刀裝置選擇 定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負荷，加強夾具在加工中的穩(wěn)固性。 根據(jù)GB2207—80定向鍵結(jié)構(gòu)如圖7.5所示： 圖7.5 夾具體槽形與螺釘 根據(jù)T形槽的寬度 a=16mm 定向鍵的結(jié)構(gòu)尺寸如表7.1： 表7.1 定向鍵尺寸 B L H h D 夾具體槽形尺寸 公稱尺寸 允差d 允差 公稱尺寸 允差D 16 -0.012 -0.035 25 10 4 12 4.5 16 +0.019 5 對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。 由于本道工序是完成車床撥叉槽的粗、精銑加工，所以選用直角對刀塊。根據(jù)GB2243—80直角對刀塊的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖所示： 圖7.6 直角對刀塊 塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如圖7.7所示： 圖7.7 塞尺 表7.2 塞尺尺寸 公稱尺寸H 允差d C 3 -0.006 0.25 夾具上所裝的對刀塊，可使夾具在一批零件的加工前很好地對刀（與塞尺配合使用）；同時，夾具體底面上的一對定位鍵可使整個夾具在機床工作臺上有一正確的安裝位置，有利于銑削加工。 四、參考文獻 [1]趙家奇,機械制造工藝學課程設計指導書—2版.北京:機械工業(yè)出版社,2000.10. [2]李云,機械制造及設備指導手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1997.8 [3]孟少農(nóng),機械加工工藝手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1991.9. [4]徐圣群，簡明加工工藝手冊.上海:科學技術(shù)出版社，1991.2