1 序 言 在學(xué)完大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課的基礎(chǔ)上，我們進行了機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計。這是我們在進行畢業(yè)設(shè)計之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性總復(fù)習(xí)，匯總了所學(xué)的專業(yè)知識。 在理論與實踐上有機結(jié)合，使我們對各科的作用更加深刻的熟悉與理解，并為以后的實際工作奠定堅實的基礎(chǔ)！ 在些次課程設(shè)計中我主要是設(shè)計 CA6140 撥叉的機械加工工藝規(guī)程以及銑削加工時的夾具。在此次課程設(shè)計期間查閱了大量的書籍，并且得到了有關(guān)老師的悉心指點。 由于能力所限，設(shè)計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。 一 、零 件 的 分 析 （一）零件的作用 題目所給的零件時 CA6140 車床的撥叉（見附圖 1 零件圖），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進行工作。 （二）零件的工藝分析 CA6140 撥叉共有兩組加工表面?，F(xiàn)分析如下： 1.撥叉大端平面的加工 2.以花鍵孔的中心線為基準的加工面 2 這一組面包括 25+0.0250 mm 的六齒方花鍵孔、 22+0.210 mm 花鍵底孔兩端的 150倒角、距花鍵孔軸線 22mm 的平面和撥叉下端的 18+0.110 mm 的槽。 二、工 藝 規(guī) 程 設(shè) 計 （ 一）確定毛坯的制造形式 零件材料為 HT200。因為零件為大批量生產(chǎn)，而且零件的輪廓尺寸不大，故可采用鑄造成型。這從提高生產(chǎn)率、保證加工精度上考慮，也是應(yīng)該的。 （二）基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一?；孢x擇得正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得到提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。 1.粗基準的選擇。 對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準 而對有若干個不加工表面的工件，則應(yīng)以與加工表面要求相對位置 精度較高的不加工表面作粗基準 。所以 選擇右端 R20 的端面為粗基準。 2.精基準的選擇。 精基準的選擇有利于保證加工精度，并使工件裝夾方便。在選擇時， 主要應(yīng)該考慮基準重合 、基準統(tǒng)一等 問題。當(dāng)設(shè)計基準與工序基準不重合時，應(yīng)該進行尺寸換算 。本零件 精基準選擇為花鍵孔。 （三）制定工藝路線 3 制定工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)該是使零件的幾何形狀、尺寸精度以及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率，除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 根據(jù)工序先 后順序的安排原則： （ 1） 先加工定位基面，再加工其他表面。 （ 2） 先加工主要表面，后加工次要表面。 （ 3） 先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 （ 4） 先加工平面，后加工孔。 加工路線確定如下： 工序 I 車撥叉大端端面，以右端 R20 的端面為粗基準，選用C620-1 車床加以四爪卡盤。 工序 II 鉆、擴花鍵孔底，保證尺寸 22+0.210 mm， 選用 Z525型立式鉆床及專用鉆模加以四爪卡盤。 工序 III 倒角 15，選用 Z525 型立式鉆床加以專用夾具。 工序 IV 拉花鍵孔，保證尺寸 25+0.0250 mm，利用花鍵內(nèi)孔底、撥叉左端面為定位，選用 L6120 臥式拉床加工加以專用夾具。 工序 V 粗、精銑頂面，利用花鍵孔定位，選用 X61W 萬能銑床加以專用夾具。 工序 VI 銑底面槽，保證尺寸 18+0.110 mm，選用 X61W 萬能銑床加以專用夾具。 4 工序 VII 鉆頂面兩個 M8mm 螺紋孔底，選用 Z525 型立式鉆床加以專用夾具。 工序 VIII 攻螺紋 M8mm。 工序 IX 終檢。 以上工藝過程詳見“機械加工工藝過程綜合卡片”。 （四）機械加工余量、工序尺寸以及毛坯尺寸的確定 “ CA6140 車床撥叉”零件材料為 HT200，硬度為 170-241HBS，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用生產(chǎn)方式為鑄造。 分析零件可知，鑄造時只需在毛坯軸向留機械加工余量即可。由于工件材料為 HT200，工件的尺寸精度和表面粗糙度要求較高，且為大 批量生產(chǎn)，所以毛坯應(yīng)為 2 級精度鑄件。根據(jù)新編機械工程技術(shù)手冊表 9-20,查得機械加工余量為 3.0mm。 鑄造毛坯采用砂型機器造型及殼型工藝，尺寸公差為 CT8，從機械制造設(shè)計工藝簡明手冊查得 CT8=1.6mm。所以毛坯長度最大極限尺寸 =80+3+1.6/2=83.8mm,最小極限尺寸 =80+3-1.6/2=82.2mm。 因為花鍵孔孔底直徑較大，所以為了提高生產(chǎn)效率，節(jié)省加工時間可在鑄造的時候先鑄出一個 18mm 的孔。 撥叉的鑄件毛坯圖見附圖 2。 （五）確定切削用量及基本工時 工序 I：粗車、精車左端面。本工序采用計算法確定切削用量。 1.加工條件 工件材料： HT200， b=200MPa、鑄造 5 加工要求：粗車 40 75mm2 端面，精車至附和 Ra=3.2m 機床：本零件外輪廓尺寸不大，精度要求較高，故選用 CA6140-1型臥式車床。 刀具：刀片材料 YG6，刀桿尺寸 16 25mm2， k =90， o=15o， =8， =0.5mm。 2.計算切削用量 已知毛坯長度方向的加工余量為 3 0.8mm，考慮 7的拔模斜度，則毛坯長度方向的最大加工余量 Zmax=9mm，因為端 面表面粗糙度 Ra=3.2m，所以分粗、精車完成。精加工余量留 1mm，則粗加工余量為 8mm，分 3 次走刀， ap=3mm。長度公差按 IT12 級，取 -0.46（入體方向）。 （ 1） 粗車 進給量 f 根據(jù)切削用量簡明手冊表 1.4，當(dāng)?shù)稐U尺為16 25mm2， ap 3mm， 工件直徑為 60 90mm 時， f=0.5 0.9mm/r。按 C6120-1 機床的進給量選擇 f=0.71mm/r。 計算切削用量 按切削用量簡明手冊表 1.27，切削速度的計算公式為 其中： Cv=189.8， xv=0.15， yv=0.35， m=0.20。修正系數(shù)見切削用量簡明手冊表 1.28，即 kmv=1.0， kkv=1.04， kkrv=0.73， ksv=0.8， kBV=0.97。 6 確定機床主軸轉(zhuǎn)速 。按機床說明書，正好取 r=150r/min。 所以實際切削速度 v=47.1m/min。 計算切削工時，按切削用量簡明手冊表 6.21 tm= i L=d/2+l1+l2+l3 其中 d=100mm， l1=2mm L=100/2+2=52mm 所以 tm= 。 檢驗機床功率 主切削力 Fc按切削用量簡明手冊表 1.29所示公式計算 F=CFcap xFc f yFc vc nFckFc 其中： CFc=900， xFc=1.0,yFc=0.75,nFc=0。 KMp=（ b/190） nF =(200/190)0.4 =1.02 Kkr=0.89 所以 切削時消耗的功率 Pc 為 由切削用量簡明手冊表 1.30 中 C6120-1 機床說明書可知，C6120-1主電動機功率為 7.8KW,當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速為 150r/min 時，主軸傳遞 的最大功率為 5.5KW，所以機床功率足夠，可以正常加工。 校驗機床進給系統(tǒng)強度 已知主切削力 FC=1887.3N，徑向切削力 FP按切削用量簡明手冊表 1.29 所示公式計算 7 其中 , =1.05 所以 而軸向切削力 其中： 所以 取機床導(dǎo)軌與床鞍之間的摩擦系數(shù)為 =0.1，則切削力在縱向進給方向?qū)C構(gòu)的作用力為 而機床縱向進給機構(gòu)可曾受的最大縱向力為 3530N， 故機床進給系統(tǒng)可正常工作。 （ 2） 精車 精車時僅改變，此時 進給量 f 與粗車時一樣， f=0.71mm/r 計算切削速度 按切削用量簡明手冊表 1.27，切削速度的計算公式為 其中： Cv=189.8， xv=0.15， yv=0.35， m=0.20。修正系數(shù)見切8 削用量簡明手冊表 1.28，即 kmv=1.0， kkv=1.04， kkrv=0.73， ksv=0.8， kBV=0.97。 所以 確定機床主軸轉(zhuǎn)速 現(xiàn)選 計算切削工時 d=100mm, 所以 因為精車時切削速度與粗車時相等，而 ap比粗車時小，所以不用再校驗機床功率與機床的進給系統(tǒng)強度。 工序 ：鉆孔，擴孔。 選用機床： Z525 型立式鉆床。 （ 1）鉆孔 20mm 鉆頭選擇：選擇高速鋼鉆頭 鉆頭幾何形狀為：雙錐修磨橫刃。 鉆頭參數(shù)： d=20mm,2 =120， =50， =12， =30，=3.5mm， b=2mm， l=4mm。 確定進給量 f 9 因為材料是灰鑄鐵，鉆孔直徑是 d=20mm。 所以選擇 f=0.7 0.86mm r。 根據(jù)機床進給強度決定進給量，查切削用量簡明手冊表 2.9， 210HBS時，確定 f=0.70mm/r。 計算切削速度 根據(jù)切削用量簡明手冊選擇 =14mm/min。 =222.93r/min。 根據(jù)切削用量簡明手冊表 2.35 選擇機床轉(zhuǎn)速 =272r/min 所以實際切削速度 v=17.08m/min 切削工時 ， L=y+l+ , l=80mm, y+ =10mm =0.47mm （ 2）擴孔 22mm 鉆頭選擇：高速鋼擴孔鉆。 鉆頭參數(shù)： d=22mm，其他參數(shù)同上。 確定進給量，切削用量簡明手冊表 2.10 確定 f=1.0mm/r。 擴孔鉆孔時的切削速度 v=0.4=0.4X17.08=6.832m/min =98.9r/min 按機床選取 =97r/min 實際切削速度 v=6.7m/min 10 切削工時 ， L=y+l+ , l=80mm, y+ =10mm. =0.93mm 工序：倒角 15 選用機床： Z525立式鉆床 刀具選擇： 150锪鉆 根據(jù)有關(guān)資料介紹，锪鉆時進給量及切削速度約為鉆孔時的1/21/3,故 按機床選擇 ,所以實際切削速度 計算切削工時 其中 l1=2mm,l2=0,l=0.4mm 所以 工序 IV：拉花鍵孔 單面齒升：根據(jù)有關(guān)手冊，確定拉花鍵孔時花鍵拉刀的單面齒升為 0.06mm，拉削速度 v=0.06m/s（ 3.6m/min） 切削工時 11 式中 Zb 單面余量 1.5mm（由 22mm 拉削到 25mm）； l 拉削 表面長度， 80mm； 考慮校準部分的長度系數(shù)，取 1.2； k 考慮機床返回行程系數(shù)，取 1.4； v 拉削速度（ m/min） fz 拉刀單面齒升； z 拉刀同時工作齒數(shù)，； p 拉刀齒距。 所以，拉刀同時工作齒數(shù) 所以 工序 V：粗、精銑頂面。 加工要求表面粗糙度 Ra=3.2m,分粗、精銑加工。精銑余量為0.2mm，則粗銑余量為 3-0.2=2.8mm。 （ 1）粗 銑 選擇機床： X61W 型萬能銑床 選擇刀具：本工序選用圓柱銑刀。因為銑削深度 ap=30mm，銑削寬度 ae=2.8mm，根據(jù)切削用量簡明手冊表 3.1，選擇銑刀直徑 d0=80mm。標準鑲齒圓柱銑刀的齒數(shù) z=6。銑刀刀齒后刀面的最大磨損量為 1.0mm，刀具壽命 T=120min 12 銑刀幾何形狀： 0=10， 0=12 進給量 f 由加工要求 Ra=3.2m可選擇每轉(zhuǎn)進給量f=0.51mm/r 就能滿足要求。但考慮 到 X61W 功率為 4.5KW，機床為中等系統(tǒng)剛度和 X61W 銑床說明書，確定每轉(zhuǎn)進給量 f=0.6mm/r。 計算切削速度 因為 z=6， ap=30mm,ae=2.8mm, 根據(jù)切削用量簡明手冊表 3.1，查得 ,。 各修正系數(shù)為 故 根據(jù) X61W 銑床說明書，選擇 nc=80r/min,vfc=40mm/min 因此實際切削速度和每齒進給量為： 檢驗機床功率 根據(jù)切削用量簡明手冊表 3.1，當(dāng)fz=0.060.15mm/z， ap=30mm,ae=2.8mm,vf=40mm/min 時，Pct=0.2KW 切削功率修正系數(shù) KMPC=1。故實際切削功率為 Pcc=Pct=0.2KW 根據(jù) X61W 銑床說明書，機床主軸允許的功率為 故 ,因此所決定的切削用量可以采納，即13 ae=2.8mm,vf=40mm/min,n=80r/min,vc=20.1m/min,fz=0.083mm/z 計算基本工時 式中， ,l=80mm,根據(jù)表 3.25，入切量和超切量 所以 (2)精銑 選擇刀具 與粗銑時刀具相同 確定切削用量 所留的精銑加工余量為 0.2mm，所以本道工序的銑削深度為ap=30mm,銑削寬度 ae=0.2mm。 確定進給量 f 每轉(zhuǎn)進給量 f=0.6mm/r 計算切削用量 因為 z=6， ap=30mm ,ae=0.2mm, 根據(jù)切削用量簡明手冊表 3.11，可得vt=29m/min,nt=103r/min,vft=68mm/min 各修正系數(shù) 故 根據(jù) X61W 銑床說明書，選擇 nc=80r/min,vfc=65mm/min 14 計算切削工時 工序 ：銑 18H11槽 選擇機床： X61W銑床 選擇刀具：工序采用盤銑刀銑槽，銑削寬度 =35mm，代加工尺寸為18mm，選銑刀直徑 =100mm，后刀面最大磨損量 1.2mm，銑刀壽命 T=120min。 銑刀幾何形狀： =10， =16， =100mm， L=10mm， Z=24. 選擇切削用量 決定銑削寬度。因為加工余量為 18mm， =10mm，則需 2次走刀切完。 決定齒進給量 根據(jù) X61W 型銑床說明書，其功率 4.5kW，中等系統(tǒng)剛度，根據(jù)切削用量簡明手冊表 3.3=0.15 0.30mm/Z。 現(xiàn)取 =0.20 mm/Z。 決定切削速度和每分鐘進給量。 切削速度可根據(jù)表 3.27 中的公式計算，也可直接由表中查出 ， ， , K=1.0X1.0X0.8X0.83=0.66 15 = 116.49/min n= 根據(jù) X61W 銑床說明書，選 實際速度 選 根據(jù) X61W 銑床說明書選 計算基本工時 工序：鉆頂面孔 (1)鉆螺紋底孔 2- 6.7 根據(jù)切削用量簡明手冊表查得 f=03.6 0.44mm r 取 f=0.40 mm r 根據(jù)切削用量簡明手冊表 2.15, 查得 v=11m min。 所以 按機床取 故 v=11.47 m min。 切削工時（ 2 個孔） = ， L=y+l+ , l=11mm, y+ =2.5mm. 16 =0.12min (2)鉆錐孔底孔 4.0 根據(jù)切削用量簡明手冊查得 f=0.18 0.22 取 f=0.220.40 mm r 根據(jù)切削用量簡明手冊表 2.15 查得 v=16 m min。 =1274r min 按機床取 故 v=17.08 m min。 切削工時 =， L=y+l+ , l=11mm, y+ =2.5mm. =0.045min 工序 ：攻螺紋孔 2- M8 選取 v=6 m min。 r min 按機床選取 故 v=4.9 m min。 機動工時 =， L=y+l+ , l=11mm, y+ =2.5mm. = =0.28min 最后，將以上各工序切削用量、工時定額的計算結(jié)果，連同其它加工數(shù)據(jù)，一并填入機械加工工藝過程綜合卡片，見附表 1。 17 三、夾 具 設(shè) 計 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需設(shè)計專用夾具。 經(jīng)過老師指導(dǎo)，決定設(shè)計第 V 道 工序 銑頂面的銑床夾具。本夾具將用于 X61W 萬能銑床。刀具為高速鋼鑲齒圓柱銑刀，采用周銑加工。 （一） 問題的提出 本夾具主要用來銑撥叉頂面，這個頂面對于花鍵孔有一定得技術(shù)要求。由于本工序的精度要求不是很高，粗銑完成再精銑就能保證表面粗糙度要求。因此，在本道工序加工時，主要應(yīng)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，而精度不是主要問題。 （二） 夾具設(shè)計 1. 定位基準的選擇 由零件圖可知，頂面加工的平面應(yīng)對花鍵孔中心線有平行度要求，其設(shè)計基準為花鍵軸中心線。為了使定位誤差為零，應(yīng)該選擇以花鍵孔定位的自定心夾具。但這種自動定心夾具 在結(jié)構(gòu)上過于復(fù)雜，因此這里只選用花鍵孔為主要定位基面。 為了提高加工效率和縮短輔助時間，準備采用氣動夾緊。 2. 切削力及夾緊力計算 刀具：高速鋼鑲齒圓柱銑刀， =80mm， z=6 (見切削用量簡明手冊表 3.28) 18 其中： 0.1mm/z, 所以 水平分力： 垂直分力： 在計算切削分力時，必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。安全系數(shù)K=K1K2K3K4。 其中： K 為基本安全系數(shù) 1.5； K 為加工性質(zhì)系數(shù) 1.1； K 為刀具鈍化系數(shù) 1.1； K 為連續(xù)切削系數(shù) 1.1。 所以 選用汽缸 連桿夾緊機構(gòu)。 為克服水平切削力，實際夾緊力 N 應(yīng)為 所以 其中 f1及 f2為夾具定位面及夾緊面上的摩擦系數(shù)，。則 連桿力臂比為了 l1： l2=65:34 所以，所需的壓緊力 汽缸選用 100mm。當(dāng)壓縮空氣單位壓力 p=0.8MPa 時，汽缸推力為 N 汽 =1005N，此時 N 汽 已大于所需的 765N 的夾緊力，故本夾具可以安全工作。 19 3. 定位誤差分析 （ 1）定位元件尺寸及公差的確定。夾具的主要定位 元件為一花鍵軸，該定位花鍵軸的尺寸與公差現(xiàn)規(guī)定為與本零件在工作時與其相配花鍵軸的尺寸與公差相同，即 mm。 （ 2）計算頂面加工后與花鍵孔中心線的最大平行度誤差。 零件花鍵孔與定位心軸外徑的最大間隙為： 當(dāng)定位花鍵軸的長度取 40mm 時，則由上述間隙引起的最大傾角為 0.038/80。賜即為由于定位問題而引起的頂面對花鍵孔中心的最大平行度誤差。這個誤差值在允許的誤差范圍內(nèi)。 4. 夾具設(shè)計及操作的簡要說明 如前所述，在設(shè)計夾具時，應(yīng)該注意提高勞動生產(chǎn)率。為此，應(yīng)首先著眼于機動夾緊而不采用手動夾緊。因為這是提高勞動生產(chǎn) 率的重要途徑。本道工序的銑床夾具就選擇了氣動夾緊方式。本工序由于先后安排了粗、精加工，切削力不是很大。雖然在連桿處力會變小，但適當(dāng)增大汽缸工作壓力就可以增大汽缸推力。并且最后本夾具總得感覺還比較緊湊。 夾具上裝有對刀塊，可使夾具在一批零件的加工之前很好地對刀（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，以利于銑削加工。 銑床夾具的裝配圖及夾具體零件圖可分別見附圖。 20 小 結(jié) 為期 3 周的夾具課程設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，回顧整個過程， 我們在老師的指導(dǎo)下，取得了一定的成績，課程設(shè)計作為機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程的重要環(huán)節(jié)，使理論與實踐更加接近，加深了理論知識的理解，強化了生產(chǎn)實習(xí)中的感性認識。 本次課程設(shè)計主要經(jīng)歷了兩個階段：第一階段是機械加工工藝規(guī)程設(shè)計，第二階段是專用夾具設(shè)計。第一階段我們運用了基準選擇、切削用量選擇計算、機床選用、時間定額計算等方面的知識；夾具設(shè)21 計的階段運用了工件定位、夾緊機構(gòu)及零件結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面的知識。 通過此次設(shè)計，使我們基本掌握了零件的加工過程分析、工藝文件的編制、專用夾具設(shè)計的方法和步驟等。學(xué)會了查相關(guān)手冊、選 擇使用工藝裝備等等。 總的來說，這次設(shè)計，使我們在基本理論的綜合運用及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的訓(xùn)練。提高了我們的思考、解決問題創(chuàng)新設(shè)計的能力，為以后的設(shè)計工作打下了較好的基礎(chǔ)。 由于能力所限，設(shè)計中還有許多不足之處，懇請各位老師、同學(xué)們批評指正！ 參 考 文 獻 1 趙家齊 .機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書 .2 版 .北京：機械工業(yè)出版社， 2000. 2 于駿一，鄒青 .機械制造基礎(chǔ) .北京：機械工業(yè)出版社， 2004. 3 璞良貴，紀名剛 .機械設(shè)計 .8 版 .北京：高等教育出版社， 2006 4 劉朝儒，彭福蔭，高政一 .機械制圖 .4 版 .北京：高等教育出版社，2000. 5 艾興，肖詩剛 .切削用量簡明手冊 .3 版 .北京：機械工業(yè)出版社，22 1994. 6 郭愛蓮 .新編機械工程技術(shù)手冊 .北京：經(jīng)濟日報出版社， 1991. 7 徐圣群 .簡明機械加工工藝手冊 .上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 1991.