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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中，主要起換檔，使主軸回轉運動，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孔與操縱機構相連，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. 小頭孔以及與此孔相通的的錐孔、螺紋孔
2. 大頭半圓孔
3. 撥叉底面、小頭孔端面、大頭半圓孔端面，大頭半圓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)綱領為Q=5000件/年，零件的質量m=1.0件/臺，
結合生產(chǎn)實際,備品率a%和廢品率b%分別取3%和0.5%.代入公式(1-1)得
N=5000件/年1件/臺(1+3%)(1+0.5%)=5152.5件/年
拔叉重量為1.0kg,由《機械制造技術基礎課程設計指導教程》(本說明書中除特殊說明外,其余查表均由此指導教程查得)表1-3知,拔叉屬輕型零件;由表1-4知,該拔叉的生產(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；工序適當集中；加工設備以通用設備為主，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]零件在機床運行過程中所受沖擊不大，零件結構又比較簡單，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，故選擇鑄件毛坯。由表2-1選用鑄件尺寸公差等級CT12級。
2 確定鑄件加工余量及形狀：
由表2-5，選用加工余量為MA-G級，并查24頁表2-4確定各個加工面的鑄件機械加工余量，鑄件的分型面的選者及加工余量如下表所示：
3繪制鑄件零件圖(見附圖)
四 工藝規(guī)程設計
(一)選擇定位基準：
1 粗基準的選擇：以零件的兩個小頭孔外圓表面為主要的定位粗基準，以小頭孔的底面為輔助粗基準。
2 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，以兩個小頭孔外圓柱表面為主要的定位精基準，以加工后的小頭孔的上端面為輔助的定位精基準。
（二）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。查《機械制造工藝及設備設計指導手冊》346頁表15-32、15-33、15-34，選擇零件的加工方法及工藝路線方案如機械加工工藝過程卡片。
（三）選擇加工設備和工藝設備
1 機床的選擇：
工序010～060均為銑平面，可采用X51立式銑床。
工序070～110采用搖臂鉆床。
工序120采用鉆床。多刀具組合機床。
工序130采用銑斷機床。
2 選擇夾具：該撥叉的生產(chǎn)綱領為大批生產(chǎn)，所以采用專用夾具。
3 選擇刀具：在銑床上加工的各工序，采用硬質合金銑刀即可保證加工質量。在鉸孔，由于精度不高，可采用硬質合金鉸刀。
4選擇量具：兩小頭孔、中間孔均采用極限量規(guī)。
5其他：對垂直度誤差采用千分表進行檢測，對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7 、8加工工序鉆-擴-粗鉸-精鉸φ22加工余量工序尺寸及公差如下：
由2-28可查得精鉸余量Z精鉸=0.06mm 粗鉸余量Z粗鉸=0.14mm 擴孔余量Z擴孔=1.8mm 鉆孔余量Z鉆=20mm
查表1-20可依次確定各工序的加工精度等級為,精鉸:IT7; 粗鉸:IT10; 擴孔:IT11; 鉆孔:IT12.
根據(jù)上述結果,再查標準公差數(shù)值表可確定各工步公差值分別為,精鉸:0.021mm; 粗鉸:0.058mm; 擴孔:0.075mm; 鉆孔:0.15mm
綜上所述,該工序各工步的工序尺寸及公差分別為,精鉸: φ2200.021mm; 粗鉸φ21.9400.058mm; 擴孔:φ21.800.075mm; 鉆孔: φ2000.15mm.
2 平面工序尺寸：
1.1粗銑兩小頭孔上端面，加工余量為1.2mm，基本尺寸為，經(jīng)濟精度為CT12級。
1.2粗銑中間孔上端面，加工余量為4mm，基本尺寸為 mm，經(jīng)濟精度為CT12級。
1.3粗銑中間孔下端面，加工余量為4mm，基本尺寸為 mm，經(jīng)濟精度為CT12級。
1.4精銑小頭孔上端面，加工余量為0.5mm，基本尺寸為50mm，經(jīng)濟精度為CT11級。
1.5精銑中間孔上端面，加工余量為1mm，基本尺寸為 mm，經(jīng)濟精度為CT10級。
1.6精銑中間孔下端面，加工余量為1mm，基本尺寸為 mm，經(jīng)濟精度為CT10級。
（五）確定切削用量，切削速度和時間定額：
1工序1以小頭孔外圓表面為粗基準，粗銑φ22孔上端面。
1.1 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：X51立式銑床。
刀具：W18Cr4V硬質合金鋼端銑刀,牌號YG6。
銑削寬度ae<=60,深度ap<=4,齒數(shù)z=10,故據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》
（后簡稱《簡明手冊》）取刀具直徑do=80mm。
1.2 切削用量
銑削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1.2mm，
一次走刀即可完成所需長度，按《教程》表5-7查得fz=0.2mm。
1.3計算切削速度 按《教程》表5-9，然后根據(jù)d/Z=80/10選取，VC=40m/min,再由公
式
算得 n＝159.24r/min,查《教程》表4-15得機床x51的轉速
為n=160r/min,因此由公式算得實際切削速度Vc=40.2mm/s。
1.4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=1.2mm，n=160r/min, V c=40.2m/min，f z=0.2mm/z。
1.5計算基本工時
根據(jù)《教程》表5-43查得對稱銑tj＝l+l1+l2/fmz ，由于kr<
,
L2=2mm,解得tj=0.15min
輔助時間：ta=(0.15~0.2)tj=0.3min
2工序2 以小頭孔外圓表面為基準粗銑φ55孔上下端面。
2.1 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：粗銑φ55上端面。
機床：X51立式銑床。
刀具：直柄立式銑刀，按《教程》62頁表3-15查得，取d=71mm,d1=63mm,中齒z=8。
2.2 切削用量
2.2.1 銑削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=4mm，一次走刀即可完成所需長度。
2.2.2每齒進給量 機床功率為7.5kw。查《簡明手冊》f=0.2mm/z。
2.3查后刀面壽命
查《簡明手冊》表3.8，壽命T=180min
2.4計算切削速度 按《教程》表5-9選取Vc=40m/min，根據(jù)公式
，算得n=181.98r/min,查《教程》表4-15取n=210r/min,在由公式
算得實際切削速度Vc＝46.8m/min
2.5計算基本工時
根據(jù)《教程》表5-43查得對稱銑tj＝l+l1+l2/fmz ，由于kr<
,
L2=2mm,解得tj=0.20min
輔助時間：ta=(0.15~0.2)tj=0.4min
4工序4以小頭孔外圓表面為基準半精銑φ55孔上下端面。
4.1 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：粗銑φ55上端面。
機床：X51立式銑床。
刀具：直柄立式銑刀，
按《教程》62頁表3-15查得，取d=71mm,d1=63mm,中齒z=8。
4.2切削用量
按機床功率kw5~10，
工件-夾具系統(tǒng)剛度為中等時，按《教程》表5-7查得fz=0.12mm。
4.3計算切削速度 按《教程》表5-9選取Vc=49m/min，根據(jù)公式
，算得
n=219.8r/min,查《教程》表4-15取n=210r/min,在由公式
算得實際切削速度Vc＝46.8m/min。
4.4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n=210r/min, V c=46.8m/min，f z=0.12mm/z。
4.5計算基本工時
tm＝L+l1/ fn=(4+1)/0.12*210=0.20min。
輔助時間：ta=(0.15~0.2)tj=0.4min
5.工序070和080以T1及小頭孔外圓為基準，鉆、擴、粗鉸、精鉸φ22孔，保證垂直度誤差不超過0.05mm,孔的精度達到IT7。.采用立式鉆床525型號
5.1鉆孔工步
(1)刀具:采用莫氏錐柄麻花鉆(20GB/T1438.1-1996)
(2)背吃刀量的確定 取a p=20mm
(3)進給量的確定
由表5-22,選取該工步的每轉進給量f=0.25mm/r
(4)切削速度的計算
由表5-22,按工件材料為鑄鐵的條件選取,切削速度v取18m/min. 由公式(5-1)n=1000v/d=100018/(3.1422)=286.6r/min,參照表4-9所列Z525型立式鉆床的主軸轉速,取轉速n=272r/min.代入(5-1),求出實際鉆削速度v=nd/1000=2723.1420/1000=17m/min
(5)時間定額計算
根據(jù)表5-41,鉆孔的基本時間可由公式tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn求得.式中l(wèi)=50mm, l2=1mm;l1=Dcotkr/2+(1~2)=20mm/2cot54.0+1mm=11.7mm,f=0.25mm/r,n=272r/min.將以上結果代入公式,得該工序基本時間tj=(50mm+11.7mm+1mm)/(0.25mm/r272r/min=0.92min=55.3s
(6)輔助時間tf的計算 由輔助時間與基本時間的關系為ta=(0.15~0.2) tj得鉆孔工步的輔助時間 tf=0.1555.3=8.30s
5.2擴孔工步
(1)刀具:采用莫氏錐柄擴孔鉆(B/T1141-1984)
(2)背吃刀量的確定 取ap=1.8mm
(3)進給量的確定 由表4-10,選取f=1.1mm/r.
(4)切削速度的計算
由表5-22,按工件材料為鑄鐵的條件選取,切削速度v取4m/min. 由公式(5-1)n=1000v/d=10004/(3.1421.8)=58.43r/min,參照表4-9所列Z525型立式鉆床的主軸轉速,取轉速n=97r/min.代入(5-1),求出實際鉆削速度v=nd/1000=2723.1421.8/1000=6.64m/min
(5)時間定額計算
由D=21.8mm l=50mm l2=3mm得
l1=(D-d)cotkr+(1~2)=(21.8-20)/2cot54.0+1=1.6mm=30.7s
(6)輔助時間tf的計算 由輔助時間與基本時間的關系為ta=(0.15~0.2) tj得鉆孔工步的輔助時間 tf=0.1530.7=4.6s
5.3粗鉸工步
(1)刀具:采用錐柄機用鉸刀(GB/T1133-1984)
(2)背吃刀量的確定 取a p0.14mm
(3)進給量的確定 由表5-31,選取f=1.0mm/r.
(4)切削速度的計算
由表5-31,取v=4m/min.
由公式(5-1) n=1000v/d=10004/(3.1420)=63.7r/min,參照表4-9所列Z525型立式鉆床的主軸轉速,取轉速n=97r/min.代入(5-1),求出實際切削速度v= nd/1000=973.1420/1000=6.1m/min
(5)時間定額計算
根據(jù)表5-41,鉆孔的基本時間可由公式tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn,式中l(wèi)1 l2由表5-42按kr=15.0 ap=(D-d)/2=(21.94mm-21.8mm)/2=0.08mm的條件查得l1=0.37mm l2=15mm;而l=50mm f=1.0mm/r n=97r/min
將以上結果代入公式,得該工序的基本時間tj=(50mm+0.37mm+15mm)/(1.0mm/r97r/min)=0.67min=40.4s
(5)輔助時間tf的計算
由輔助時間與基本時間的關系為ta=(0.15~0.2) tj得鉆孔工步的輔助時間 tf=0.1540.4=6.06s
5.4精鉸工步
(1)刀具:采用錐柄機用鉸刀(GB/T1133-1984)
(2)背吃刀量的確定 取ap=0.06mm
(3)進給量的確定 由表5-31,選取f=0.8mm/r.
(4)切削速度的計算 由表5-31,取v=6m/min.由公式(5-1) n=1000v/d=10006/(3.1420=95.5r/min, 參照表4-9所列Z525型立式鉆床的主軸轉速,取轉速n=97r/min.代入(5-1),求出實際切削速度v= nd/1000=973.1420/1000=6.1m/min
(5)時間定額計算
根據(jù)表5-42,鉆孔的基本時間可由公式tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn,式中l(wèi)1 l2由表5-42按kr=15.0 ap=(D-d)/2=(22mm-21.96mm)/2=0.02mm的條件查得l1=0.19mm l2=13mm;而l=50mm f=0.8mm/r
n=97r/min,將以上結果代入公式,得該工序的基本時間tj=(50mm+0.19mm+13mm)/(0.8mm/r97r/min)=0.81min=48.8s
(6)輔助時間tf的計算
由輔助時間與基本時間的關系為ta=(0.15~0.2) tj得鉆孔工步的輔助時間 tf=0.1548.8=7.32s
五.夾具設計
1 夾具設計任務
為提高勞動生產(chǎn)率,保證加工質量,降低勞動,需設計轉專用夾具,并設計工序070 、080鉆小頭孔22.本夾具將用于組合機床,刀具為麻花鉆.
2 確定夾具的結構方案
(1)確定定位元件
底面對孔的中心線有一定的垂直度公差要求,因此應以底面為主要定位基準,利用小頭孔的外圓表面為輔助定位基準.
(2)確定導向裝置
本工序要求對被加工孔依次進行鉆、擴、鉸等三個工步加工,最終達到工序簡圖上規(guī)定的加工要求,故選用快換鉆套作為刀具的導向元件.
快換鉆套查表9-10,得2200.024,鉆套用襯套查表9-11,得34,鉆套螺釘查表9-12,得43,查表9-13,確定鉆套高度H=2.05D=2.0522=45mm,排屑空間h=0.5D=0.522=11mm
3切削力及夾緊力計算
由于實際加工的經(jīng)驗可知,鉆削時的主要切削力為鉆頭的切削方向,即垂直于第一定位基準面,在兩側只需要采用兩個V型塊適當夾緊后本夾具即可安全工作.因此,無須再對切削力進行計算.
4鉆床夾具的裝配圖見附圖
六 總結
機械制造工藝學課程設計是我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的系統(tǒng)性設計.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，通過這次課程設計，使我對專業(yè)知識了解得更扎實，也從中鍛煉了自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加工作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。
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