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序言 機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計是我們在進行畢業(yè)設(shè)計之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí),也是一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練,因此,它在我們四年的大學(xué)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(shè)計對自己未來將從事的工作進行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力。 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導(dǎo)。 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。零件上方的φ25孔與操縱機構(gòu)相連，二下方的φ60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）零件的技術(shù)要求 撥叉零件技術(shù)要求表 加工表面 尺寸及偏差（mm） 公差及精度等級 表面粗糙度Ra( 形位公差/mm Φ25孔兩端面 80 IT12 Φ25孔 25H7 IT8 1.6 Φ60孔 60H12 IT9 3.2 Φ60孔兩端面 12d11 IT10 3.2 螺紋孔頂面 距φ25孔中心線36 IT11 6.3 M22x1.5螺紋 M22x1.5 銑槽端面 距槽底面8H12 IT11 6.3 銑16H12槽 16H1 IT9 3.2 （三）零件的工藝分析 CA6140車床共有兩處加工表面，其間有一定位置要求。分述如下： 1. 以φ25mm孔為中心的加工表面 這一組加工表面包括：φ25H7mm的孔，以及φ42mm的圓柱兩端面，其中主要加工表面為φ25H7mm通孔。 2. 以φ60mm孔為中心的加工表面 這一組加工表面包括：φ60H12的孔，以及φ60H12的兩個端面。主要是φ60H12的孔。 3. 銑16H11的槽 這一組加工表面包括：此槽的端面，16H11mm的槽的底面， 16H11mm的槽兩側(cè)面。 4. 以M22×1.5螺紋孔為中心的加工表面。 這一組加工表面包括：M22×1.5的螺紋孔，長32mm的端面。 主要加工表面為M22×1.5螺紋孔。 這兩組加工表面之間有著一定的位置要求，主要是： （1） φ60孔端面與φ25H7孔垂直度公差為0.1mm.。 （2） 16H11mm的槽與φ25H7的孔垂直度公差為0.08mm。 由上面分析可知，加工時應(yīng)先加工一組表面，再以這組加工后表面為基準加工另外一組。 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?？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，故選擇鑄件毛坯。 （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。基面選擇得正確與合理可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中回問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，是生產(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。根據(jù)這個基準選擇原則，現(xiàn)選取φ25孔的不加工外輪廓表面作為粗基準，利用一組共兩塊V形塊支承這兩個φ42作主要定位面，限制5個自由度，再以一個銷釘限制最后1個自由度，達到完全定位,然后進行銑削。 （2）精基準的選擇。 主要應(yīng)該考慮基準重合的問題。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，這在以后還要專門計算，此處不再重復(fù)。 （三）制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點,應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證,在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,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。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降 工藝路線方案 工序一 以φ42外圓為粗基準，粗銑φ25孔下端面。 工序二 精銑φ25孔上下端面。 工序三 以φ25孔上端面為精基準，鉆、擴、鉸、精鉸φ25孔,孔的精度達到IT7。 工序四 兩件銑斷 工序五 以φ25孔為精基準，粗銑φ60孔上下端面。 工序六 以φ25孔為精基準，精銑φ60孔上下端面，保證端面相對孔的垂直度誤差不超過0.1。 工序七 以φ25孔為精基準，鉆、鏜、鉸φ60孔，保證空的精度達到IT8。 工序八 以φ25孔為精基準，銑螺紋孔端面。 工序九 以φ25孔為精基準，鉆φ20孔（裝配時鉆鉸錐孔）。 工序十 以φ25孔為精基準，鉆一個φ20孔，攻M22×1.5螺紋。 工序十一 以φ25孔為精基準，銑槽端面。 工序十二 以φ25孔為精基準，銑16H11的槽保證槽的側(cè)面相對孔的垂直度誤差是0.08。 工序十三 檢查。 雖然工序仍然是十三步，但是效率大大提高了。工序一和工序二比起工藝路線方案二快了一倍（實際銑削只有兩次，而且刀具不用調(diào)整）。多次加工φ60、φ25孔是精度要求所致。在綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎(chǔ)上列出了撥叉的工藝路線。 撥叉工藝路線及設(shè)備、工裝的選用 工序號 工序名稱 機床設(shè)備X53K 刀具 量具 1 粗、精銑φ25孔端面 立式銑床Z5125A 端銑刀 游標卡尺 2 鉆、擴、鉸φ25孔 立式鉆床 麻花鉆頭 游標卡尺 3 檢查 4 鉆、鏜、鉸φ60孔 鉆床Z5163A 麻花鉆頭、鏜到刀 游標卡尺 5 銑斷 臥式銑床X61K 鋸片銑刀 6 銑φ60孔兩端面 臥式銑床X5032 端銑刀 游標卡尺 7 銑螺紋孔頂面 立式銑床X53K 端銑刀 游標卡尺 8 鉆、攻螺紋M22x1.5 鉆床Z5163K 麻花鉆頭、絲錐 9 銑槽端面 立式銑床X53K 端銑刀 游標卡尺 10 銑16H11槽 萬能銑床X61K 三面刃銑刀 游標卡尺 11 去毛刺 12 檢查 （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，毛坯重量1.45kg，生產(chǎn)類型為中批量，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（φ42） 考慮其零件外圓表面為非加工表面，所以外圓表面為鑄造毛坯， 沒有粗糙度要求，因此直接鑄造而成。 2. 外圓表面沿軸線方向長度方向的加工余量及公差（φ25，φ60端面）。 查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》（以下稱《工藝手冊》）表3.1～26，取φ25，φ60端面長度余量均為2（均為雙邊加工） 銑削加工余量為：粗銑1.5mm；半精銑0.5mm 3. 內(nèi)孔（φ60已鑄成φ50的孔） 查《工藝手冊》表2.2～2.5，為了節(jié)省材料，取φ60孔已鑄成孔長度余量為3，即鑄成孔半徑為50mm。 工序尺寸加工余量：鉆孔 5mm；擴孔 0.5mm；鏜孔 0.1mm； 精鏜 0mm。 工序尺寸加工余量： 鉆孔至φ23 余量為2mm； 擴孔鉆 1.8 mm；粗鉸孔 0.14 mm； 精鉸孔 0.06 mm 4. 槽端面至中心線垂直中心線方向長度加工余量 鑄出槽端面至中心線47mm的距離，余量為3mm。 工序尺寸加工余量： 粗銑端面 2.1 mm；半精銑 0.7 mm；精銑 0.2 mm 5. 螺紋孔頂面加工余量 鑄出螺紋孔頂面至φ25孔軸線且垂直軸線方向40mm的距離，余量為3mm 工序尺寸加工余量： 粗銑頂面 2 mm ；半精銑 0.7 mm；精銑 0.3 mm 6. 其他尺寸直接鑄造得到 由于本設(shè)計規(guī)定的零件為中批量生產(chǎn)，應(yīng)該采用調(diào)整加工。因此在計算最大、最小加工余量時應(yīng)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 以φ42外圓為粗基準，粗銑φ25孔上下端面。 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=200~241,鑄造。 加工要求：粗銑φ25孔上下端面。 機床： X53立式銑床。 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)《切削用量簡明手冊》（后簡稱《切削手冊》）取刀具直徑do=80mm。選擇刀具前角γo＝0°后角αo＝15°，副后角αo’=10°，刀齒斜角λs=－15°,主刃Kr=60°,過渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°過渡刃寬bε=1.5mm。 2. 切削用量 1）銑削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）每齒進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.15mm/z。由于是對稱銑，選較小量f=0.15 mm/z。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 4）計算切削速度 按《2》表14， V=1.84 mm/s n=439 r/min =6.44 mm/s 5）計算基本工時 tm＝L/ Vf=(90+36)/6.44 *60=0.33min。 工序二 精銑φ25孔上下端面。 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=200~241,鑄造。 加工要求：精銑φ25上下端面。 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)《切削用量簡明手冊》（后簡稱《切削手冊》）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） 銑削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.3mm，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》表5 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8，壽命T=180min 4） 計算切削速度 按《切削手冊》表14，查得 Vf＝6.44mm/s， 5） 計算基本工時 tm＝L+182/ Vf=(2+182)/6.44=5.9s。 工序三 以φ25孔上端面為精基準，鉆、擴、鉸、精鉸φ25孔，孔的精度達到IT7。 1. 選擇鉆床及鉆頭 選擇Z5125A鉆床，選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時do=23mm，鉆頭采用雙頭刃磨法， 2.選擇切削用量 （1）決定進給量 由do=23mm,查《2》表5 按鉆頭 按機床強度查[1]表10.1-2選擇 最終決定選擇機床已有的進給量 （2）耐用度　 查[2]表9 T=4500s=75min 　 （3）切削速度 查《1》表10.1-2 n=50-2000r/min 取n=1000r/min. 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：選高速鋼擴孔鉆 鉸孔：選高速鋼鉸刀 精鉸：選高速鋼鉸刀 工序四 以φ25孔為精基準，鉆、粗鏜、 精鏜φ60孔，保證孔的精度達到IT7。 1. 選擇鉆頭 選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時do=55mm，鉆頭采用雙頭刃磨法。 選擇Z5163A鉆床 n=22.4~1000r/min, f=0.063~1.2mm/r. 2.選擇切削用量 （1）決定進給量 查《2》表5鉆頭進給量 按鉆頭強度選擇 按機床強度選擇 最終決定選擇Z5163A機床已有的進給量 （2）計算工時 選擇n=600r/min所以　 ３.選擇鏜刀 選擇高速鋼鏜刀， 粗鏜時do=59.9mm 選擇臥式鏜床T68, 粗鏜時 v=20-35 m/min,f=0.3-1.0 mm/r 精鏜時 v=15-30 m/min,f=0.15-0.5 mm/r 工序五 以φ25孔為精基準，粗銑φ60孔上下端面。 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。 機床：XA5032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=1２,故據(jù)《切削手冊》取刀具直徑do=125mm。 2. 切削用量 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） 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》，查得 Vc＝110mm/s，n=281r/min,Vf=378mm/s 據(jù)XA6132銑床參數(shù)，選擇nc=300r/min,Vfc=375mm/s,則實際切削速度V c=3.14*80*475/1000=117.8m/min,實際進給量為fzc=V fc/ncz=0.10mm/z。 5)校驗機床功率 查《切削手冊》,而機床所能提供功率為Pcm=56.3kw>Pcc=2.7kw。故校驗合格。 6）計算基本工時 tm＝L/ Vf=(72+9)/375=0.216min. 工序六 以φ25孔為精基準，精銑φ60孔上下端面 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。 機床：XA5032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=1２,故據(jù)《切削手冊》取刀具直徑do=125mm。 2. 切削用量 1） 銑削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.3mm，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》選f=0.5 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》，將f降一級為f=0.5 mm/z。查得 Vc＝110mm/s，n=252r/min,Vf=577mm/s 據(jù)XA6132銑床參數(shù)，選擇nc=235r/min,Vfc=600mm/s,則實際切削速度V c=600.4 mm/s,實際進給量為fzc=V fc/ncz=0.21mm/z。 5)校驗機床功率 查《切削手冊》,而機床所能提供功率為Pcm=56.3kw>Pcc=2.7kw。故校驗合格。 6）計算基本工時 tm＝L/ Vf=(72+9)/375=0.216min. 結(jié)果ap=0.3mm, f=0.21 mm/z, nc=235r/min,Vfc=600.4mm/s. 工序七 銑螺紋孔頂面 1. 選擇機床及刀具 機床：X53K立式銑床。 刀具：硬質(zhì)合金鋼端銑刀,牌號YG6。 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） 刀具耐用度 查《2》表 壽命T=180min。 3） 計算切削速度 查[2]得 Vc＝0.38mm/s，n=1.53r/min,Vf=1.42mm/s 工序八 粗銑 半精銑 精銑槽16H11的端面 1. 選擇機床刀具 選擇立式銑床X53K硬質(zhì)合金鋼端銑刀 2. 切削用量 查2表5 f=0.14~0.24mm/r T=180min 取f=0.15mm/r v=1.84m/min n=7.32r/min 3. 計算工時 半精銑 工序九 精銑槽16H11 本道工序精銑槽之前已進行了粗銑和半精銑工步，此工序精銑槽須滿足各技術(shù)要求包括：槽寬16H11，槽深8H12，槽兩側(cè)面粗糙度為3.2，槽底面粗糙度為6.3。 1. 選擇機床及刀具 機床 x61W型萬能銑床 刀具 錯齒三面刃銑刀銑槽do=16mm查[1]表8 國家標準 GB1118 D=160mm d=40mm L=16mm 齒數(shù)z=24 2. 計算切削用量 （1） 由[1]表9.4—1和[3]查得 走刀量 f=0.67 mm/r （2） 銑刀磨鈍標準和耐用度 由[1]表9.4—6查得 磨鈍標準為 0.2~0.3 表9.4—7查得 耐用度為 T=150min （3） 切削速度 由[1] 式3.2 查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù) m=0.5 代入上式，可得 v=49.5m/min=0.82m/s （4） 確定機床主軸速度 由[3] 按機床選取主軸轉(zhuǎn)速為6.33 r/s 所以 實際切削速度為 3. 計算切削工時 三、 夾具設(shè)計 （一） 問題的提出 本夾具要用于粗、精銑φ60孔的兩端面，對φ60孔的兩端面的要求有：兩端面寬12d11 精度等級為IT10級，端面粗糙度為3.2。本道工序粗、精銑一下端面即達到各要求，因此，在本道工序加工時，我們應(yīng)首先考慮保證端面的各加工精度，如何提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度。 （二） 夾具設(shè)計 1． 定位基準的選擇 擬定加工路線的第一步是選擇定位基準。定位基準的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質(zhì)量?；鶞蔬x擇不當(dāng)往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設(shè)計更加困難甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們應(yīng)該根據(jù)零件圖的技術(shù)要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準。此零件圖沒有較高的技術(shù)要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應(yīng)考慮如何提高勞動效率，降低勞動強度，提高加工精度。Φ25的孔和其兩端面都已加工好，為了使定位誤差減小，選擇已加工好的φ25孔和其端面作為定位精基準，來設(shè)計本道工序的夾具，以銷、一加工好的φ25孔的端面和一擋銷作為定位夾具。 為了提高加工效率，縮短輔助時間，決定用簡單的螺母和壓板聯(lián)動作為夾緊機構(gòu)。 2． 切削力和夾緊力計算 （1）刀具：W18Cr4V硬質(zhì)合金鋼端銑刀φ125 z=12 機床： 臥式銑床X5032 由[3] 所列公式 得 查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù) ； ； ap=1.0 ； z=12 ； 代入上式，可得 F=37.67N 因在計算切削力時，須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。 安全系數(shù) K= 其中：為基本安全系數(shù)1.5 為加工性質(zhì)系數(shù)1.1 為刀具鈍化系數(shù)1.1 為斷續(xù)切削系數(shù)1.1 所以 F1=KF=37.67*2=75.34N （2）夾緊力的計算 選用夾緊螺釘夾緊機 由 其中f為夾緊面上的摩擦系數(shù)，取 F=+G G為工件自重 N=150.68 夾緊螺釘： 公稱直徑d=20mm，材料45鋼 性能級數(shù)為6.8級 螺釘疲勞極限： 極限應(yīng)力幅： 許用應(yīng)力幅： 螺釘?shù)膹姸刃：耍郝葆數(shù)脑S用切應(yīng)力為 [s]=3.5~4 取[s]=4 得 滿足要求 經(jīng)校核： 滿足強度要求，夾具安全可靠， 使用快速螺旋定位機構(gòu)快速人工夾緊，調(diào)節(jié)夾緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠的夾緊力 3. 定位誤差分析 （1） 定位元件尺寸及公差確定。 夾具的主要定位元件為一小平面、一定位銷和支撐釘，孔與銷間隙配合。 （2） 工件的工序基準為孔心，當(dāng)工件孔徑為最大，定位銷的孔徑為最小時，孔心在任意方向上的最大變動量等于孔與銷配合的最大間隙量。本夾具是用來在臥式銑床上加工，所以工件上孔與夾具上的定位銷保持固定接觸。此時可求出孔心在接觸點與銷中心連線方向上的最大變動量為孔徑公差多一半。工件的定位基準為孔心。工序尺寸方向與固定接觸點和銷中心連線方向相同，則其定位誤差為： Td=Dmax-Dmin 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，而擋銷的偏角會使工件自重帶來一定的平行于夾具體底版的水平力，因此，工件不在在定位銷正上方，進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. 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)率避免干涉。應(yīng)使夾具結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，降低成本。提高夾具性價比。本道工序為銑床夾具選擇了壓緊螺釘和壓板聯(lián)動夾緊方式。本工序為粗、精銑切削力小，所以一般的手動夾緊就能達到本工序的要求。 本夾具的最大優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)簡單緊湊。 夾具的夾緊力不大，故使用手動夾緊。為了提高生產(chǎn)力，使用快速螺旋夾緊機構(gòu)。 七、參考文獻 1、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)/于駿一，鄒青主編.北京：機械工業(yè)出版社，2004 2、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程/鄒青主編.北京：機械工業(yè)出版社，2004 3、機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書/趙家齊主編.北京：機械工業(yè)出版社，2000 4、機械制造工藝設(shè)計簡明手冊/李益民主編.北京：機械工業(yè)出版社，1994 5、切削用量簡明手冊/艾興，肖詩剛主編.北京：機械工業(yè)出版社,2000 12