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機(jī)械制造工藝學(xué) 制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 指導(dǎo)教師： 劉念聰 設(shè) 計(jì) 者： 張家輝 成都理工大學(xué) 機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 題目: 設(shè)計(jì)”CA6140車床撥叉”零件的機(jī)械加工工藝規(guī)則及工藝裝備 內(nèi)容： 1.零件圖 1張 2.毛坯圖 1張 3.機(jī)械加工工藝過(guò)程綜合卡片 1張 4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝配圖 1張 5.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)零件圖 1張 6.課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1份 原始資料：撥叉零件圖831008生產(chǎn)綱領(lǐng)10000件/年。 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(jī)構(gòu)中，主要起換檔，使主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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φ20孔與操縱機(jī)構(gòu)相連，二下方的Φ54半孔則是用于與所控制齒輪所在的軸接觸。通過(guò)上方的力撥動(dòng)下方的齒輪變速。兩件零件鑄為一體，加工時(shí)分開(kāi)。 （二） 零件的工藝分析 零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)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： ⒈小頭孔Φ20以及與此孔相通的的錐孔、M6螺紋孔 ⒉以φ54為中心的加工表面 這一組加工表面包括：φ54的孔，以及其上下兩個(gè)端面。這兩組表面有一定的位置度要求,即φ54的孔上下兩個(gè)端面與φ20的孔有垂直度要求。 ⒊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(jìn)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(jì)精度及機(jī)床所能達(dá)到的位置精度，并且此撥叉零件沒(méi)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。 二 確定生產(chǎn)類型 已知此撥叉零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為10000件/年，零件的質(zhì)量是1.0Kg/個(gè)，查《機(jī)械制造工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)》321頁(yè)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(guò)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。 三 確定毛坯 1 確定毛坯種類：零件材料為HT200?？紤]零件在機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，故選擇鑄件毛坯。查《機(jī)械制造工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)》324頁(yè)表15-5選用鑄件尺寸公差等級(jí)CT9級(jí)。 2 確定鑄件加工余量及形狀： 機(jī)械制造工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)》325頁(yè)表15-7，選用加工余量為MA-G級(jí)，并查表15-8確定各個(gè)加工面的鑄件機(jī)械加工余量，鑄件的分型面的選者及加工余量如下表所示： 簡(jiǎn) 圖 加工面代號(hào) 基本尺寸 加工余量等級(jí) 加工余量 說(shuō)明 D1 20mm G 3.02 孔降一級(jí)雙側(cè)加工 D2 54mm G 3.02 孔降一級(jí)雙側(cè)加工 T2 70mm 6.5 單側(cè)加工 T3 32mm G 2.5 單側(cè)加工 T4 70mm 6.5 單側(cè)加工 3 繪制鑄件零件圖 四 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) (一) 選擇定位基準(zhǔn) 1 粗基準(zhǔn)的選擇：粗基準(zhǔn)的選擇。對(duì)于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)。而對(duì)有若干個(gè)不加工表面的工件，則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)位置精度較高的不加工表面作粗基準(zhǔn)。根據(jù)這個(gè)基準(zhǔn)選擇原則，現(xiàn)選取φ20孔的不加工外輪廓表面作為粗基準(zhǔn)，利用一組共兩塊V形塊支承這兩個(gè)φ32作主要定位面，限制5個(gè)自由度，再以一個(gè)銷釘限制最后1個(gè)自由度，達(dá)到完全定位,然后進(jìn)行銑削。 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，以粗加工后的底面為主要的定位精基準(zhǔn)，以兩個(gè)小頭孔外圓柱表面為輔助的定位精基準(zhǔn)。 ㈡ 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(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬(wàn)能性機(jī)床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。查《機(jī)械制造工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)》346頁(yè)表15-32、15-33、15-34，選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下： 工序 工序內(nèi)容 定位基準(zhǔn) 001 粗銑兩端小頭孔上端面 T1及小頭孔外圓 002 粗銑中間孔上端面 T1及小頭孔外圓 003 粗銑中間孔下端面 T3及小頭孔外圓 004 精銑兩端小頭孔上端面 T1及小頭孔外圓 005 精銑中間孔上端面 T1及小頭孔外圓 006 精銑中間孔下端面 T3及小頭孔外圓 007 擴(kuò)兩端小頭孔 T1及小頭孔外圓 008 精鉸兩端小頭孔 T1及小頭孔外圓 009 擴(kuò)中間孔半精鏜中間孔 T1及小頭孔外圓 010 鉆2-錐銷孔、M6螺紋孔、功M6螺紋 T1及小頭孔 011 銑斷 T1、D1 012 去毛刺 013 檢查 014 若某道工序有誤返工 （三）選擇加工設(shè)備和工藝設(shè)備 1 機(jī)床的選擇： 工序001～006均為銑平面，可采用X6140臥式銑床 工序007～008采用鉆床。 工序009～010采用鏜床。 工序011采用鉆床。多刀具組合機(jī)床。 工序012采用銑斷機(jī)床。 2 選擇夾具：該撥叉的生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批生產(chǎn)，所以采用專用夾具。 3 選擇刀具：在銑床上加工的各工序，采用硬質(zhì)合金銑刀即可保證加工質(zhì) 量。在鉸孔Φ54H13，由于精度不高，可采用硬質(zhì)合金鉸刀。 4選擇量具：兩小頭孔、中間孔均采用極限量規(guī)。 5其他：對(duì)垂直度誤差采用千分表進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)角度尺寸利用專用夾具保證，其他尺寸采用通用量具即可。 （四）機(jī)械加工余量、工序尺寸及公差的確定 1圓柱表面工序尺寸： 前面根據(jù)資料已初步確定工件各面的總加工余量，現(xiàn)在確定各表面的各個(gè)加工工序的加工余量如下： 加工孔 加工內(nèi)容 加工余量 精度等級(jí) 工序尺寸 表面粗糙度 工序余量 最小 最大 Φ54H13（D2） 鑄件 6 CT9 擴(kuò)孔 5.8 IT12 φ53 6.3 2.0 6.25 半精鏜 0.2 IT10 Φ54 3.2 0.05 0.25 Φ20 擴(kuò)孔 5.84 IT12 φ18 6.3 2.0 6.25 精鉸孔 0.06 IT7 φ20 1.6 0.05 0.25 2 平面工序尺寸： 工序號(hào) 工序內(nèi)容 加工余量 基本尺寸 經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸偏差 工序余量 最小 最大 鑄件 2.5 CT9 001 粗銑兩端小頭孔上端面 2 58.5 12 1.60 3.60 002 粗銑中間孔上端面 6 27 12 1.65 6.5 003 粗銑中間孔下端面 6 21 12 1.75 6.5 004 精銑兩端小頭孔上端面 0.5 58 11 0. 35 1.16 005 精銑中間孔上端面 0.5 20.5 10 0.47 1.12 006 精銑中間孔下端面 0.5 20 10 0.47 1.12 3 確定切削用量及時(shí)間定額： 工序001至003以T1為粗基準(zhǔn)，粗銑Φ20孔上下端面。 ①加工條件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。 加工要求：粗銑Φ20孔上端面。 機(jī)床：X6140臥式銑床。 刀具：W18Cr4V硬質(zhì)合金鋼端銑刀,牌號(hào)YG6。銑削寬度ae<=60,深度ap<=4,齒數(shù)z=10,故據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》（后簡(jiǎn)稱《簡(jiǎn)明手冊(cè)》）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(guò)渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°過(guò)渡刃寬bε=1mm。 ② 切削用量 銑削深度 因?yàn)榍邢髁枯^小，故可以選擇ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需長(zhǎng)度。 ③計(jì)算切削速度 按《簡(jiǎn)明手冊(cè)》，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(shí)際切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,實(shí)際進(jìn)給量為f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。 ④校驗(yàn)機(jī)床功率 查《簡(jiǎn)明手冊(cè)》Pcc=1.1kw,而機(jī)床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗(yàn)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。 ⑤計(jì)算基本工時(shí) tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。 工序004到工序006 以T1及小頭孔外圓為基準(zhǔn)精銑Φ54孔上下端面。 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。 加工要求：精銑Φ54上端面。 機(jī)床：X6140臥式銑床。 刀具：W18Cr4V硬質(zhì)合金鋼端銑刀,牌號(hào)YG6。銑削寬度ae<=60,深度ap<=4,齒數(shù)z=10,故據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》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(guò)渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°過(guò)渡刃寬bε=1mm。 2. 切削用量 1） 銑削深度 因?yàn)榍邢髁枯^小，故可以選擇ap=1.0mm，一次走刀即可完成所需長(zhǎng)度。 2）每齒進(jìn)給量 機(jī)床功率為7.5kw。查《簡(jiǎn)明手冊(cè)》f=0.14~0.24mm/z。由于是對(duì)稱銑，選較小量f=0.14 mm/z。 3） 查后刀面最大磨損及壽命 查《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.7，后刀面最大磨損為1.0~1.5mm。 查《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.8，壽命T=180min 4） 計(jì)算切削速度 按《簡(jiǎn)明手冊(cè)》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s 據(jù)XA6132銑床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,則實(shí)際切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,實(shí)際進(jìn)給量為f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。 5)校驗(yàn)機(jī)床功率 查《簡(jiǎn)明手冊(cè)》Pcc=1.1kw,而機(jī)床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗(yàn)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。 6）計(jì)算基本工時(shí) tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。 工序007和008以T1及小頭孔外圓為基準(zhǔn)，擴(kuò)、精鉸Φ20孔，保證垂直度誤差不超過(guò)0.05mm,孔的精度達(dá)到IT7。 1. 選擇鉆頭 選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時(shí)do=18mm，鉆頭采用雙頭刃磨法，后角αo＝12°，二重刃長(zhǎng)度bε=2.5mm,橫刀長(zhǎng)b=1.5mm,寬l=3mm,棱帶長(zhǎng)度 ° ° ° 2.選擇切削用量 （1）決定進(jìn)給量 查《切》 所以， 按鉆頭強(qiáng)度選擇 按機(jī)床強(qiáng)度選擇 最終決定選擇機(jī)床已有的進(jìn)給量 經(jīng)校驗(yàn) 校驗(yàn)成功。 （2）鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命　 后刀面最大磨損限度（查《簡(jiǎn)明手冊(cè)》）為0.5～０.８mm，壽命． ?。?）切削速度 查《切》 修正系數(shù) 故。 查《簡(jiǎn)明手冊(cè)》機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速為 故實(shí)際的切削速度 ３.計(jì)算工時(shí) 由于所有工步所用工時(shí)很短，所以使得切削用量一致，以減少輔助時(shí)間。 擴(kuò)鉸和精鉸的切削用量如下： 擴(kuò)鉆： 精鉸： 工序009和010 T1及小頭孔外圓為基準(zhǔn)，擴(kuò)、半精鏜Φ54孔。 1. 選擇鉆頭 選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時(shí)do=48mm，鉆頭采用雙頭刃磨法，后角αo＝11°，二重刃長(zhǎng)度bε=11mm,橫刀長(zhǎng)b=5mm,弧面長(zhǎng)l=9mm,棱帶長(zhǎng)度 ° ° ° 2.選擇切削用量 （1）決定進(jìn)給量 查《簡(jiǎn)明手冊(cè)》 按鉆頭強(qiáng)度選擇 按機(jī)床強(qiáng)度選擇 最終決定選擇Z550機(jī)床已有的進(jìn)給量 經(jīng)校驗(yàn) 校驗(yàn)成功。 （2）鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命　 后刀面最大磨損限度（查《簡(jiǎn)明手冊(cè)》）為0.8～1.2mm，壽命 擴(kuò)孔后刀面最大磨損限度（查《簡(jiǎn)明手冊(cè)》）為0.9～１.４mm，壽命 鉸和精鉸孔后刀面最大磨損限度（查《簡(jiǎn)明手冊(cè)》）為０.６～０.９mm，壽命 （3）切削速度 查《切》 修正系數(shù) 故。 查《簡(jiǎn)明手冊(cè)》機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速為 故實(shí)際的切削速度 擴(kuò)鉸和半精鉸的切削用量同理如下： 擴(kuò)鉆： 半精鉸： ３.計(jì)算工時(shí) 所有工步工時(shí)相同。 五 夾具設(shè)計(jì) 為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。并設(shè)計(jì)工序011——鉆2-錐銷孔。本夾具將用于組合機(jī)床，刀具為兩根麻花鉆，對(duì)兩個(gè)孔同時(shí)加工。 (一)問(wèn)題的提出 本夾具是用來(lái)鉆兩個(gè)20mm的小頭孔,零件圖中大小孔的中心距有公差要求,因此這兩個(gè)小頭孔的中心距也有一定的公差要求.另外,此中心線為三個(gè)側(cè)平面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn),有一定的垂直公差要求.但此工序只是粗加工,因此本工序加工時(shí)主要考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,而精度則不是主要問(wèn)題. (二)夾具設(shè)計(jì) 1定位基準(zhǔn)選擇 底面對(duì)孔的中心線有一定的垂直度公差要求,因此應(yīng)以地面為主要定位基準(zhǔn)..由于鑄件的公差要求較大,利用小頭孔的外圓表面作為輔助定位基準(zhǔn)時(shí),只有采用自動(dòng)對(duì)中夾具才能同時(shí)保證對(duì)稱的兩個(gè)零件的大小孔的中心距的公差要求.為了提高加工效率,現(xiàn)決定采用兩把麻花鉆同時(shí)加工出兩個(gè)8mm的通孔. 2切削力及夾緊力計(jì)算 由于實(shí)際加工的經(jīng)驗(yàn)可知,鉆削時(shí)的主要切削力為鉆頭的切削方向,即垂直于第一定位基準(zhǔn)面,在兩側(cè)只需要采用兩個(gè)V型塊適當(dāng)夾緊后本夾具即可安全工作.因此,無(wú)須再對(duì)切削力進(jìn)行計(jì)算. 本步加工可按鉆削估算卡緊力。實(shí)際效果可以保證可靠的卡緊。 軸向力 扭矩 由于扭矩很小，計(jì)算時(shí)可忽略。 卡緊力為 取系數(shù) S1=1.5 S2=S3=S4=1.1則實(shí)際卡緊力為 F’=S1*S2*S3*S4*F=10.06N使用快速螺旋定位機(jī)構(gòu)快速人工卡緊，調(diào)節(jié)卡緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠的卡緊力。 3定位誤差分析 零件圖規(guī)定大孔與小孔的中心距為68mm.采用自動(dòng)對(duì)中具后,定位誤差取決于對(duì)中塊\螺桿以及滑塊的制造誤差. 本工序采用一定位銷，一擋銷定位，工件始終靠近定位銷的一面，而擋銷的偏角會(huì)使工件自重帶來(lái)一定的平行于卡具體底版的水平力，因此，工件不在在定位銷正上方，進(jìn)而使加工位置有一定轉(zhuǎn)角誤差。但是，由于加工是自由公差，故應(yīng)當(dāng)能滿足定位要求。 4鉆床夾具的裝配圖見(jiàn)附圖 13