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哈爾濱理工大學(xué)設(shè)計(jì)論文 - 1 -
序 言
機(jī)械制造工藝學(xué)設(shè)計(jì)是我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專(zhuān)業(yè)課之后進(jìn)行的。這是我們?cè)谶M(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前對(duì)所學(xué)各課程的一次深入的綜合的總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練，因此，它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的位置。
就我自己而言，我想通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)能使我的專(zhuān)業(yè)知識(shí)有進(jìn)一步的提升。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)：
1、通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使我加深對(duì)所學(xué)理論的理解。
2、培養(yǎng)從事實(shí)際工作的方法和步驟(如優(yōu)選設(shè)計(jì)方案、編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、列出計(jì)算過(guò)程和結(jié)果，并進(jìn)行討論和分析等)。
3、進(jìn)一步提高利用技術(shù)資料、運(yùn)算和繪圖的能力;增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)的能力及外語(yǔ)的能力。
4、培養(yǎng)實(shí)事求是、認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和刻苦鉆研不斷創(chuàng)新的精神。
5、鞏固所學(xué)到的理論知識(shí)，提高解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。
對(duì)于我們即將畢業(yè)的工科學(xué)生來(lái)說(shuō)，我希望能通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)對(duì)自己未來(lái)將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性的訓(xùn)練，希望在設(shè)計(jì)中能鍛煉自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為振興我國(guó)的機(jī)械行業(yè)，為了中華民族的偉大復(fù)興打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。
由于能力所限，在設(shè)計(jì)中尚有許多不足之處，希望各位老師給予指教。 - 2 -
一、零 件 的 分 析
（一）零件的作用
題目所給定的零件是拖拉機(jī)變速箱中的倒檔撥叉，它位于倒檔撥叉桿上，主要作用一是通過(guò)倒檔撥叉桿將扭矩傳遞給倒檔撥叉，撥動(dòng)倒檔同步器，改變齒輪的嚙合方向，實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)的倒行；二是在倒檔撥叉上有一個(gè)配合槽，與其他零件配合裝配，在撥叉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)其運(yùn)動(dòng)。零件上?19.1mm的孔，裝配在倒檔撥叉桿上，用螺釘固定保證撥叉和撥叉桿的相對(duì)位置。寬19.3mm深17mm的槽與其他零件相配合，半圓形叉口撥動(dòng)同步器。
（二）零件的工藝分析
從倒檔撥叉的零件圖上可以看出，它有兩組加工表面，這兩組加工面之間也有一定的位置要求，現(xiàn)將這兩組加工面分述如下：
1. 以?19.1mm孔為中心的加工面
這一組加工面包括：一個(gè)的?19.1mm孔以及對(duì)其倒角，寬19.3mm深
17mm的槽口，在?19.1mm孔所在的輪轂上鉆兩個(gè)孔并攻絲，規(guī)格為M12，用來(lái)做為固定倒檔撥叉和撥叉桿之用。
2. 叉口處的加工面
這一組加工面包括：銑叉口的側(cè)面，銑叉口內(nèi)圓面，內(nèi)圓面所在的圓弧半徑為R48mm。
這兩組加工面之間有一定的位置要求：
（1）R48mm叉口對(duì)?19.1mm孔的軸心線及19.3mm槽口中心線位置公差?0.5mm。
（2）叉口側(cè)面和螺紋孔中心線的位置要求是46.4±0.25。
由以上分析可知，對(duì)于這兩組加工表面而言，我們可以先加工其中一組表面，然后借助于專(zhuān)用夾具進(jìn)行另一組表面的加工，并保證他們之間的位置精度要求。
46.4±0.2549.5锪孔?13.5×902-M12×1R48±0.188.9133.8YX203719.3JS11?19.1JS11 圖.1 “拖拉機(jī)倒擋撥叉”零件工藝分析示意圖
二、工 藝 規(guī) 程 設(shè) 計(jì)
（一）確定毛坯的制造形式
零件材料為QT500-5，考慮到拖拉機(jī)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常需要掛倒檔以倒行或輔助轉(zhuǎn)向，因此零件在工作過(guò)程中經(jīng)常受到?jīng)_擊性載荷，采用這種材料零件的強(qiáng)度也能保證。由于零件年產(chǎn)量為4000件，已達(dá)到成批生產(chǎn)水平，而且零件的輪廓尺寸不大，選用砂型鑄造，采用機(jī)械翻砂造型，鑄造精度為2級(jí)，能保證鑄件的尺寸要求，這從提高生產(chǎn)率和保證加工精度上考慮也是應(yīng)該的。
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（二）毛坯設(shè)計(jì)
拖拉機(jī)的倒檔撥叉零件材料為 QT500-5，硬度選用260HBS，毛坯重約1Kg。生產(chǎn)類(lèi)型為成批生產(chǎn)，采用砂型鑄造，機(jī)械翻砂造型，2級(jí)精度組。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的加工余量，對(duì)毛坯初步設(shè)計(jì)如下：
1. ?19.1mm的孔
為了便于加工，在毛坯的設(shè)計(jì)時(shí)，可以設(shè)計(jì)底孔。根據(jù)常用刀具的規(guī)格和合理的切削用量，可以鑄出?10mm的底孔。這樣加工這個(gè)孔到規(guī)定的尺寸，可以分為以下步驟：
2. 叉口側(cè)面
該兩側(cè)面分別進(jìn)行一次粗、精銑。根據(jù)資料可知，選取加工余量等級(jí)為G，選取尺寸公差等級(jí)為9級(jí)。
所以根據(jù)相關(guān)資料和經(jīng)驗(yàn)可知，毛坯的叉口厚度定為10mm，符合要求。
3. 叉口內(nèi)圓面
叉口內(nèi)圓面的圓弧半徑為R48mm，叉口精度要求不是很高，可以進(jìn)行一
次精加工。所以其加工余量不宜取得過(guò)大，但為了能保證其加工精度，而進(jìn)行一次精銑，所以在毛坯鑄造時(shí)給出2mm的加工余量。
4. 銑槽
槽寬為19.3mm,深為17mm,查資料知，砂型鑄造機(jī)械翻砂造型的尺寸公
差等級(jí)為8~10級(jí)，加工余量等級(jí)為G。取尺寸公差等級(jí)為9級(jí)，在鑄造時(shí)留出2mm的加工余量，均滿足加工要求。
5. 鉆孔、攻絲
在?19.1mm的孔處鉆孔，攻絲，锪孔。
在此處，因?yàn)榧庸さ穆菁y孔不是很大，所以可以不必留鑄造底孔。
因其它表面均為不加工表面，而且砂型機(jī)器造型鑄造鑄造出的毛坯表面就能滿足它們的精度要求，所以，不需要在其它表面上留有加工余量。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，確定了各加工表面的加工余量、工序尺寸，這樣毛坯的尺寸就可以定下來(lái)了，毛坯的具體形狀和尺寸見(jiàn)圖.2 “拖拉機(jī)倒擋撥叉”零件毛坯簡(jiǎn)圖。
。15.32.525821.2255450.725AAR44±0.1R50.5R5716R99415525560?10133.821R258555.57193.830R8?3448R344830?50372288.92210±0.2 圖.2 “拖拉機(jī)倒擋撥叉”零件毛坯簡(jiǎn)圖
（三）基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，不但使加工工藝過(guò)程中的問(wèn)題百出，更有甚者，還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行。
粗基準(zhǔn)的選擇：對(duì)于零件的加工而言，粗基準(zhǔn)的選擇對(duì)后面的精加工至關(guān)重要。從零件圖上可以看出，拖拉機(jī)倒檔撥叉較不規(guī)則，所以粗基準(zhǔn)不太容易選擇。為了保證?19.1mm孔的位置精度的要求，選擇叉口內(nèi)圓面和叉口側(cè)面作為粗基準(zhǔn)，以保證孔的軸心線與叉口的X、Y方向的位置要求以及?19.1mm孔軸心線的垂直度，依照粗基準(zhǔn)的選擇原則（即當(dāng)零件有不
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加工表面時(shí)，應(yīng)該以這些不加工表面作為粗基準(zhǔn)，若零件有若干個(gè)不加工表面時(shí)，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做為粗基準(zhǔn)）來(lái)選取。
工件被放在兩個(gè)支承釘和支撐板上，限制三個(gè)自由度；工件的大叉口內(nèi)表面緊靠在兩個(gè)支承釘?shù)耐鈭A柱面上，限制兩個(gè)自由度；小頭?19.1mm
孔的端面緊靠在支承釘上，限制一個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)完全定位。
對(duì)于精基準(zhǔn)而言，主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問(wèn)題，當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算，這在以后還要專(zhuān)門(mén)計(jì)算，此處不再重復(fù)。
（四）制訂工藝路線
制訂工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，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)已確定為成批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬(wàn)能型機(jī)床配以專(zhuān)用夾具，并盡量使工序集中在提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量降下來(lái)。
1. 工藝路線方案一
工序Ⅰ 搖臂鉆床上鉆孔、攻絲，規(guī)格M12。
工序Ⅱ 立式鉆床上擴(kuò)、鉸孔?19.1mm并倒角。
工序Ⅲ 臥式銑床上粗銑叉口側(cè)面。
工序Ⅳ 臥式銑床上銑叉口。
工序Ⅴ 手工去銳邊。
工序Ⅵ 臥式銑床上銑槽。
工序Ⅶ 臥式銑床上精銑叉口側(cè)面。
工序Ⅷ 去毛刺。
工序Ⅸ 清洗。
工序Ⅹ 終檢。
2. 工藝路線方案二
工序Ⅰ 立式鉆床上擴(kuò)、鉸孔?19.1mm并倒角。 - 7 -
工序Ⅱ 臥式銑床上粗銑叉口側(cè)面。
工序Ⅲ 臥式銑床上銑叉口。
工序Ⅳ 手工去銳邊。
工序Ⅴ 臥式銑床上銑槽。
工序Ⅵ 搖臂鉆床上鉆孔、攻絲，規(guī)格M12。
工序Ⅶ 手工去毛刺。
工序Ⅷ 臥式銑床上精銑叉口側(cè)面。
工序Ⅸ 去毛刺。
工序Ⅹ 清洗。
工序Ⅺ 終檢。
3. 工藝方案的比較與分析
上述兩種方案看起來(lái)大體合理，不過(guò)仔細(xì)一看都有不足之處。第1個(gè)
方案先是“搖臂鉆床上鉆孔、攻絲，規(guī)格M12。”，先把這一步工序放在前面是想，后面還有“鉆?19.1mm孔”這一步工序，如果先鉆孔攻絲那么就可以省略一步“手工去毛刺”的工序。能這樣想，出發(fā)點(diǎn)是好的，考慮到可以減少一步工序，似乎能減少勞動(dòng)工時(shí)，提高生產(chǎn)率，可是沒(méi)有考慮到，把這一步工序放前，定位比較難，不易保證必要的位置精度，夾具設(shè)計(jì)困難，實(shí)際可行性比較低。再看第2個(gè)方案，第2個(gè)方案把“鉆?19.1mm孔”這一步工序放在了前面，這樣為以后的各個(gè)工序提供了加工基準(zhǔn)，工序安排比較科學(xué)合理。不過(guò)它和第1個(gè)方案一樣，都把“擴(kuò)、鉸孔?19.1mm”和“倒角”放在了一步工序中。在這一步中通過(guò)換鉆套可以倒一邊的角，不過(guò)要倒另一邊的角，就要把工件卸下翻面倒角，這樣增加了夾具的設(shè)計(jì)難度。不過(guò)主要的是立式鉆床體積比較大，操作起來(lái)不方便，并且倒角也沒(méi)有高的精度要求，從經(jīng)濟(jì)效益上來(lái)考慮是不合算的。通過(guò)分析后，把這一步工序一分為二，把“倒角”獨(dú)立出來(lái)，單獨(dú)作為一步工序，因?yàn)榈菇堑木纫蟛桓?，我們可以把這一步工序放在臺(tái)鉆上來(lái)完成。臺(tái)鉆體積比較小，操作簡(jiǎn)單，夾具結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單，這樣零件的加工工時(shí)降下來(lái)了，生產(chǎn)效率上來(lái)了，降低了零件的成本。 - 8 -
估算每一步工序所用夾具的大體尺寸，根據(jù)《金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)
手冊(cè)》（第二版）上給出的各種切削機(jī)床的規(guī)格尺寸，選擇每一道工序所用的合適的機(jī)床。
因此，最后的加工路線確定如下：
工序Ⅰ 立式鉆床上擴(kuò)、鉸孔?19.1mm。
以撥叉叉口內(nèi)圓非加工面、槽口和?19.1mm孔的端面為粗基準(zhǔn)定位。
選用Z535立式鉆床加工，采用專(zhuān)用夾具。
工序Ⅱ 臺(tái)鉆上對(duì)?19.1mm倒角。
以?19.1mm和端面為基準(zhǔn)定位。
選用ZQ4015臺(tái)式鉆床加工，采用專(zhuān)用夾具。
工序Ⅲ 臥式銑床上粗銑叉口側(cè)面。
以?19.1mm和端面為基準(zhǔn)定位。
選用X62臥式銑床加工，采用專(zhuān)用夾具。
工序Ⅳ 臥式銑床上銑叉口。
以?19.1mm和毛坯上的槽口為基準(zhǔn)定位。
選用X62臥式銑床加工，采用專(zhuān)用夾具。
工序Ⅴ 手工去銳邊。
用扁平挫刀手工去銳邊，可設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的支承臺(tái)。
工序Ⅵ 臥式銑床上銑槽。
以?19.1mm孔、叉口內(nèi)圓側(cè)面為基準(zhǔn)定位。
選用X62臥式銑床加工，采用專(zhuān)用夾具。
工序Ⅶ 搖臂鉆床上鉆孔、攻絲，規(guī)格M12。
以?19.1mm孔及其端面、叉口內(nèi)圓側(cè)面為基準(zhǔn)定位。
選用Z3025搖臂鉆床加工，采用專(zhuān)用夾具。
工序Ⅷ 手工去毛刺。
用圓形小挫刀手工去毛刺，可以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的支承臺(tái)，注意不
不要?jiǎng)潅麅?nèi)圓面。 - 9 -
工序Ⅸ 臥式銑床上精銑叉口側(cè)面。
以?19.1mm孔和螺釘對(duì)準(zhǔn)長(zhǎng)銷(xiāo)上的槽為基準(zhǔn)定位。
選用X62臥式銑床加工，采用專(zhuān)用夾具。
工序Ⅹ 去毛刺。
用扁平挫刀手工去毛刺，可設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的支承臺(tái)。
工序Ⅺ 清洗。
用專(zhuān)用清洗機(jī)清洗。
工序Ⅻ 終檢。
以上工藝過(guò)程相見(jiàn)“拖拉機(jī)倒檔撥叉機(jī)械加工工序卡片”。
（五）機(jī)械加工余量及工步的初步確定
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的加工余量和工步如下：
1. ?19.1mm的孔
擴(kuò)孔： ?16mm 2Z=6mm
二次擴(kuò)孔： ?18.9mm 2Z=2.9mm
粗鉸： ?19.04mm 2Z=0.14mm
精鉸： ?19.1mm 2Z=0.06mm
2. 叉口側(cè)面
粗銑： 2Z=2.05mm
精銑： 2Z=0.4mm
3．叉口內(nèi)圓面
一次精銑： Z=2mm
4. 銑槽
一次精銑： Z=2mm
5. 鉆孔、攻絲
在?19.1mm的孔處鉆孔，攻絲，锪孔。
先在加工面上鉆出?4mm小孔，再擴(kuò)孔至?10.4mm，這是攻絲前的
底孔，然后用M12的機(jī)用絲錐攻絲，最后锪孔?13.5mm。
（六）確定切削用量及基本工時(shí)
工序Ⅰ 鉆孔?16mm、擴(kuò)孔?18.9mm、鉸孔?19.1mm
1. 鉆孔?16mm
根據(jù)文獻(xiàn)[4]表2.18可知
f=0.1rmm
v=50minm
min23.9951614.35010001000rdvwsn=××=?=π
根據(jù)資料1.表4.2-15 按照機(jī)床型號(hào)選取1100=nwminr
所以，該鉆床的實(shí)際切削速度為
26.55100011001614.31000=××=?=wwndvπminm
切削工時(shí)：min44.01.011004103421=×++=++=fnllltw
其中：切入深度 mml101=，切出深度mml42=
2. 擴(kuò)孔?18.9mm
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-16，查得擴(kuò)孔鉆擴(kuò)?18.9mm孔時(shí)的進(jìn)給量，并根據(jù)機(jī)床的型號(hào)規(guī)格選取 f=0.72rmm
擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔時(shí)的切削速度，根據(jù)其它有關(guān)資料確定為鉆vv?=4.0
其中，為用鉆頭鉆同樣材料、同樣尺寸實(shí)心孔時(shí)的切削速度。故： 鉆v20504.0=×=vminm
3379.1814.32010001000=××=??=dvnsπminr
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根據(jù)文獻(xiàn)[3].表4.2-15 并由機(jī)床型號(hào)選取
400=wnminr
所以，該床的實(shí)際切削速度為
74.2310004009.1814.31000=××=?=wwndvπminm
切削工時(shí)：min13.072.04005.133421=×++=++=fnllltw
其中：切入時(shí)間 mml31=，切出時(shí)間mml5.12=
3. 粗鉸?19.04mm
根據(jù)文獻(xiàn)[4]表2.25規(guī)定查得鉸?19.04mm孔時(shí)的進(jìn)給量，并由機(jī)床及零件材料的硬度可以選取
0.48=frmm
12=vminm
min7.20004.1914.31210001000rdvwsn=××=?=π
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-15 按照機(jī)床型號(hào)選取275=nwminr
所以，該鉆床的實(shí)際切削速度為
43.16100027504.1914.31000=××=?=wwndvπminm
切削工時(shí)：min29.048.02755.133421=×++=++=fnllltw
其中：切入深度 mml31=，切出mml5.12=
4. 精鉸?19.1mm
根據(jù)文獻(xiàn)[4]表2.25規(guī)定查得鉸?19.1mm孔時(shí)的進(jìn)給量，并由機(jī)床及
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零件材料的硬度可以選取
0.48=frmm
12=vminm
min1.2001.1914.31210001000rdvwsn=××=?=π
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-15 按照機(jī)床型號(hào)選取275=nwminr
所以，該鉆床的實(shí)際切削速度為
48.1610002751.1914.31000=××=?=wwndvπminm
切削工時(shí)：min29.048.02755.133421=×++=++=fnllltw
其中：切入深度 mml31=，切出mml5.12=
工序Ⅱ ?19.1mm孔倒角
為縮短輔助工作時(shí)間，提高工作效率，取倒角主軸轉(zhuǎn)速與擴(kuò)孔時(shí)轉(zhuǎn)速相同。
460=n minr
采用手動(dòng)進(jìn)給。
工序Ⅲ 粗銑叉口側(cè)面
叉口兩側(cè)面在鑄造毛坯時(shí)兩個(gè)面的加工余量是相同的，故可以算一個(gè)面就行?，F(xiàn)在以其中一面為粗基準(zhǔn)，對(duì)另一面進(jìn)行粗加工，切削用量和切削工時(shí)如下：
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-38，可得知X62臥式銑床的電動(dòng)機(jī)功率為7.5kw。因此，再根據(jù)資料文獻(xiàn)[4]表3.5可查得
20.0=zfzmm
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（采用不對(duì)稱(chēng)端銑，以提高進(jìn)給量）
切削速度：參照有關(guān)手冊(cè)資料，確定 min2745.0msmv即=
選用YG8硬質(zhì)合金刀片直徑mmdw125= 齒數(shù)為 12=z
則：
min4.6812514.32710001000rdvwsn=××=?=π
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-39 按照機(jī)床型號(hào)選取75=wnminr
故實(shí)際切削速度為：
44.2910007512514.31000=××=?=wwndvπminm
當(dāng)75=wnminr時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為： mf
180751220.0=××=??=wzmnzffminmm
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-40 按照機(jī)床型號(hào)選取=190mfminmm
銑削加工時(shí)間：
由于是粗銑，故整個(gè)刀盤(pán)不必過(guò)整個(gè)工件，利用作圖法，可知總行程為21lll++=160mm
則： min84.019016021==++=mflllt
工序Ⅳ 精銑叉口R48±0.5mm
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-38可得知X62臥式銑床的電動(dòng)機(jī)功率為7.5kw。因此，再根據(jù)文獻(xiàn)[4]表3.5可查得
09.0=zfzmm
（采用對(duì)稱(chēng)銑削，以提高進(jìn)給量）
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切削速度：參照有關(guān)手冊(cè)資料，確定 min2745.0msmv即=
根據(jù)資料1.表3.1-39 選取硬質(zhì)合金鑲齒三面刃銑刀直徑 齒數(shù)為 齒寬 mmdw50=12=zmml8=
則：
min1725014.32710001000rdvwsn=××=?=π
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-39 按照機(jī)床型號(hào)選取190=wnminr
故實(shí)際切削速度為：
83.2910001905014.31000=××=?=wwndvπminm
當(dāng)190=wnminr時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為： mf
2.2051901209.0=××=??=wzmnzffminmm
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-40 按照機(jī)床型號(hào)選取=235mfminmm
銑削加工時(shí)間：
由于是精銑，故整個(gè)刀盤(pán)應(yīng)該過(guò)整個(gè)工件，利用作圖法，可知總行程為21lll++=154.9+21=175.9mm
其中：根據(jù)文獻(xiàn)[4]表3.25 可得知入切量+超切量為21mm
則： min75.02359.17521==++=mflllt
工序Ⅵ 銑槽
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-38可得知X62臥式銑床的電動(dòng)機(jī)功率為7.5kw。因此，再根據(jù)資料2.表3.5可查得
09.0=zfzmm
切削速度：參照有關(guān)手冊(cè)資料，確定 min2745.0msmv即=
- 14 -
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表3.1-39 選取硬質(zhì)合金立銑刀直徑 齒數(shù)為mmdw3.19=8=z
則：
min5.4453.1914.32710001000rdvwsn=××=?=π
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-39 按照機(jī)床型號(hào)選取475=wnminr
故實(shí)際切削速度為：
78.2810004753.1914.31000=××=?=wwndvπminm
當(dāng)475=wnminr時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為： mf
342475809.0=××=??=wzmnzffminmm
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-40 按照機(jī)床型號(hào)選取=375mfminmm
銑削加工時(shí)間：
min071.037517101=+=+=mfllt
工序Ⅶ 鉆孔、锪孔?13.5mm、攻絲2-M12×1.75
1. 鉆孔?10.4mm
根據(jù)文獻(xiàn)[4]表2.18可知
f=0.08rmm
v=48minm
min87.14691214.34810001000rdvwsn=××=?=π
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-12 按照機(jī)床型號(hào)選取1600=snminr
- 15 -
所以，該鉆床的實(shí)際切削速度為
15.52100016001214.31000=××=?=wwndvπminm
切削工時(shí)：min2.008.0160026=×=t
2. 锪孔?13.5mm
根據(jù)有關(guān)資料介紹，锪沉頭孔時(shí)進(jìn)給量及切削速度約為鉆孔時(shí)的1/2~1/3
根據(jù)文獻(xiàn)[4]表2.18可得
rmmff04.0~027.0)31~21(==鉆
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-13 取
rmmf05.0=
min24~18)31~21(mvv==鉆
取 min18mv=
min96.4895.131214.31810001000rdvwsn=××=?=π
根據(jù)資料1.表4.2-12 按照機(jī)床型號(hào)選取
500=nwminr
所以，實(shí)際切削速度為
2.2110005005.1314.31000=××=?=wwndvπminm
切削工時(shí)：min03.050015==t
3. 攻絲2-M12×1.75
攻絲M12×1.75時(shí)，min61.0msmv==
所以，
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min24.1591214.3610001000rdvwsn=××=?=π
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-12 按照機(jī)床型號(hào)選取
125=nwminr
所以，實(shí)際切削速度為
71.410001251214.31000=××=?=wwndvπminm
切削工時(shí)：min24.0125152=×=t
工序Ⅸ 精銑叉口側(cè)面
在工序Ⅲ粗銑叉口側(cè)面時(shí)兩個(gè)面剩余的加工余量是相同的，所以計(jì)算一個(gè)面即可?，F(xiàn)在以其中一個(gè)面為精基準(zhǔn)，對(duì)另一個(gè)面進(jìn)行精加工，切削用量和切削工時(shí)如下：
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-38，可得知X62臥式銑床的電動(dòng)機(jī)功率為7.5kw。因此，再根據(jù)資料文獻(xiàn)[4]表3.5可查得
18.0=zfzmm
（采用不對(duì)稱(chēng)端銑，以提高進(jìn)給量）
切削速度：參照有關(guān)手冊(cè)資料，確定 min2745.0msmv即=
選用YG8硬質(zhì)合金刀片直徑mmdw125= 齒數(shù)為 12=z
則：
min4.6812514.32710001000rdvwsn=××=?=π
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-39 按照機(jī)床型號(hào)選取
75=wnminr
故實(shí)際切削速度為：
44.2910007512514.31000=××=?=wwndvπminm
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當(dāng)75=wnminr時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為： mf
162751218.0=××=??=wzmnzffminmm
根據(jù)文獻(xiàn)[3]表4.2-40 按照機(jī)床型號(hào)選取
mf=190minmm
銑削加工時(shí)間：
由于是精銑，故整個(gè)刀盤(pán)必須過(guò)整個(gè)工件，利用作圖法，可知總行程為21lll++=165mm
其中：入切量為10mm 超切量為5mm
則： min87.019016521==++=mflllt
三、夾 具 設(shè) 計(jì)
為了提高生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具。
經(jīng)過(guò)指導(dǎo)老師的指定，決定設(shè)計(jì)第Ⅶ道工序—鉆孔、锪孔?13.5mm、攻絲2-M12×1.75，本夾具將用于Z3025搖臂鉆床上，刀具為：錐柄長(zhǎng)麻花鉆一把（?10.4mm）、圓柱柄錐形锪鉆一把（?13.5mm）、機(jī)用絲錐一把(M12)。
（一）問(wèn)題的提出
利用本夾具輔助鉆孔、攻絲，從零件圖上可以看出在?19.1mm孔的輪
轂上鉆兩個(gè)孔并攻絲至M12，關(guān)鍵問(wèn)題在于兩個(gè)孔排列在34mm的工件長(zhǎng)度上，并且兩個(gè)空間隔13.5mm，所以很難在一個(gè)鉆套上設(shè)計(jì)出兩個(gè)孔，也就是說(shuō)裝卡一次工件只能完成一個(gè)孔的加工。經(jīng)過(guò)老師的指導(dǎo)決定定出如下方案：
在設(shè)計(jì)鉆套時(shí)，可設(shè)計(jì)為偏心鉆套，加工方案為先成批加工一批工件，
然后拆卸鉆套，轉(zhuǎn)向180度，同時(shí)換定位銷(xiāo)（定位銷(xiāo)上有盲孔，便于鉆孔攻絲的加工），然后反過(guò)來(lái)將這批零件的另一個(gè)螺紋孔加工好。這樣夾具設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，并且可以保證勞動(dòng)生產(chǎn)率。
- 18 -
由零件圖紙上可以看出這道工序沒(méi)有特別的精度要求，所以在進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)主要考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
（二）定位基準(zhǔn)的選擇
經(jīng)過(guò)分析可知，這兩個(gè)螺紋孔只要保證與?19.1mm孔的軸心線有垂直
精度的要求即可。定位基準(zhǔn)選?19.1mm孔及其端面，工件以?19.1mm孔在定位銷(xiāo)上定位，限制四個(gè)自由度；以銷(xiāo)上的環(huán)面臺(tái)階靠在?19.1mm孔的端面上，限制一個(gè)自由度；以叉口靠在半圓形定位銷(xiāo)上，限制一個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)完全定位，如圖.3所示。
為了提高生產(chǎn)率，在能保證加工精度的情況下，夾具要設(shè)計(jì)的盡量便于操作，以減少輔助工時(shí)，降低生產(chǎn)成本。在這個(gè)原則下，對(duì)夾具的加緊機(jī)構(gòu)作了詳細(xì)分析，要加緊工件，還要受力均勻，防止工件受迫變形。最后定出方案，在工件的?50mm的鑄造工藝孔處設(shè)計(jì)加緊螺栓，用U型壓板和加緊螺母壓緊工件，經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為這個(gè)方案操作簡(jiǎn)單，可行性很高。
88.9133.8?96±0.24?19.1Js9 圖.3 工序Ⅶ工件定位加緊示意圖
- 19 -
（三）切削力及加緊力的計(jì)算
在這一步工序中，所需要最大切削的工步是鉆孔?10.4mm，我們只對(duì)
這一工步進(jìn)行計(jì)算即可。
刀具：錐柄長(zhǎng)麻花鉆一把，?10.4mm
進(jìn)給量：rmmf/08.0= 工件硬度：250HBS
由文獻(xiàn)[6]表3-71可知，鉆削加工時(shí)的切削力計(jì)算公式為：
其中 PxKfDP75.02.1420=6.0190??????=HBKP
帶入以上數(shù)據(jù)：
()NPX96.123319025008.04.104206.075.02.1=??????×××=
雖然在該步工序中零件是豎直放置的，加工時(shí)鉆頭也是垂直工作，但是由于工件受定位、加緊的影響，所以在其他兩個(gè)方向上也有分力。根據(jù)有關(guān)資料可知，分力系數(shù)為a=0.6~0.8，由于工件加緊是垂直夾具體立墻的方向，所以只需求出垂直于立墻的分力，該力即為所需加緊力P要克服的力： ZP
NPaPXZ2.98796.12338.0=×=?=
由加緊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的實(shí)際加緊力應(yīng)滿足下式：
ZPKP?=
安全系數(shù)4321KKKKK=
式中 ——基本安全系數(shù)1.5； 1K
——加工性質(zhì)系數(shù)1.1； 2K
——刀具鈍化系數(shù)1.2； 3K
- 20 -
——斷續(xù)切削系數(shù)1.0； 4K
所以 NPKPZ9.19702.9870.12.11.15.1=××××=?=
由文獻(xiàn)[7]表2-17可知，加緊方式采用的是螺旋加緊機(jī)構(gòu)加緊，由表
中數(shù)據(jù)可知，規(guī)格為M20的螺母，扳手手柄長(zhǎng)為240mm，施加的作用力為100N時(shí)，產(chǎn)生的壓緊力為W=11400N。
由比例關(guān)系可知，在使用這個(gè)夾具時(shí)，扳手手柄長(zhǎng)為240mm,施加的作用力為50N時(shí)，產(chǎn)生的壓緊力為W=5700N。
所以由以上計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出，工人操作時(shí)扳動(dòng)加緊扳手時(shí)比較方便，容易操作，夾緊力滿足要求。
（四） 定位誤差分析
1. 定位元件尺寸及公差的確定
在這一步工序中，定位元件為長(zhǎng)銷(xiāo)和半圓形短平銷(xiāo)：mm1.19φ 孔的尺
寸公差為J 9，即，定位銷(xiāo)的與其配合，尺寸及公差為；叉口內(nèi)圓的尺寸為mm026.0026.01.19+?φmm020.0041.0075.19??φmm2.096±φ，扁平半圓銷(xiāo)的尺寸為
mm120.0155.08.95??φ。
2. 采用以上的兩個(gè)定位元件，能保證叉口相對(duì)于19.1mm孔在X、Y
方向上的圓跳動(dòng)保證在0.5mm。
由于這一步工序在精銑叉口側(cè)面之前，所以零件圖紙上要求的螺紋孔和叉口側(cè)面的尺寸保證在46.4±0.25mm，在這一步還要多一個(gè)精銑側(cè)面的加工余量，為0.2mm，這樣就是46.6±0.25mm。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)榘阎С胁婵趥?cè)面的臺(tái)階面設(shè)計(jì)成不可調(diào)的，所以就只有提高夾具的加工精度來(lái)保證上面所說(shuō)的尺寸要求。具體的尺寸是長(zhǎng)銷(xiāo)的端面到叉口側(cè)面的支承臺(tái)階的高度差為62.85±0.1mm，可以滿足要求。
對(duì)于這一步的改進(jìn)，應(yīng)該把叉口側(cè)面的不可調(diào)支撐改為調(diào)節(jié)支撐螺柱支承，這樣就可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)保證長(zhǎng)銷(xiāo)的端面到叉口側(cè)面的支承臺(tái)階
- 21 -
的高度差，又降低了夾具的設(shè)計(jì)加工成本，一舉兩得。
（五） 加緊元件的強(qiáng)度校核
這一步工序，工件是豎直放置的，在鉆削加工時(shí)所受的鉆削力也是豎直向下的。
圖.4 夾具結(jié)構(gòu)示意圖
從圖.4我們可以看出，鉆套下面的定位銷(xiāo)受力最大，所以對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。
定位銷(xiāo)所承受的最大的鉆削力為
NPX96.1233=
由前面的計(jì)算可知，安全系數(shù)為
K=1.98
定位銷(xiāo)所受的擠壓應(yīng)力為：
Mpadb76.3341.1998.196.1233KPK=××=??=擠σ
定位銷(xiāo)材料為T(mén)8A，熱處理HRC55~60，屈服強(qiáng)度為MpaS500=σ，取安全系數(shù)為n=1.9，則許用擠壓應(yīng)力為：
[]MpaS2.2639.1==σσ
所以 ][σσ<擠 故定位銷(xiāo)可安全工作
許用剪切應(yīng)力157.9Mpa]6[.0][==στ
實(shí)際剪切應(yīng)力：
MpadKPX3.441.19298.196.12334222=×××=??=ππτ
][ττ< 故定位銷(xiāo)可安全工作
（六） 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明
根據(jù)前面提出的定位方案，經(jīng)過(guò)比較分析，設(shè)計(jì)了圖.3所示的夾具方
案。因?yàn)榱慵纳a(chǎn)量不算是太大，并且零件尺寸和重量不太大，所以從經(jīng)濟(jì)方面考慮采用手動(dòng)加緊方式比較合適。采用U型壓板和壓緊螺母壓緊，
通過(guò)計(jì)算可知，工人操作時(shí)扳動(dòng)加緊扳手時(shí)比較方便，容易操作。
在這一步工序中，由于是在34mm長(zhǎng)度的表面上加工兩個(gè)M12的螺紋孔，而兩個(gè)螺紋孔的間距很小，為13.5mm，采用的是普通機(jī)床，并且如果同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)孔的加工，機(jī)床滿足不了要求，切削力為原來(lái)單孔加工的兩倍，增加了夾具的制造難度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在夾具的設(shè)計(jì)時(shí)采取了如下措施：
1. 由于在零件上加工的螺紋孔是通孔，所以要在定位銷(xiāo)對(duì)應(yīng)的位置上要設(shè)計(jì)沉孔，工件上要加工2個(gè)螺紋孔，而這兩個(gè)螺紋孔的間隔為13.5mm，兩個(gè)螺紋孔的規(guī)格為M12，要是在一個(gè)定位銷(xiāo)上加工出這么兩個(gè)沉孔，勢(shì)必會(huì)影響到定位銷(xiāo)的強(qiáng)度?？梢栽O(shè)計(jì)為兩個(gè)定位銷(xiāo)，每個(gè)定位銷(xiāo)上各加工一個(gè)孔對(duì)應(yīng)的沉孔。在加工時(shí)，一批次的零件上的一個(gè)螺紋孔加工完了以后，再換另一個(gè)定位銷(xiāo)，對(duì)這批次零件的另一個(gè)孔進(jìn)行加工。
2. 根據(jù)上面同樣的原因，對(duì)于鉆模板來(lái)說(shuō)，要在這么小的間隔上安裝
兩個(gè)鉆套，不太容易。我們可以把鉆模板設(shè)計(jì)成為偏心式的，鉆套偏離鉆模板中心6.75mm安裝，這樣在同一批次的零件上的一個(gè)孔加工完了以后，拔掉鉆模板上的圓柱銷(xiāo)，把鉆模板旋轉(zhuǎn)180度安裝，這樣鉆模板上的鉆套就鉆過(guò)了180度，轉(zhuǎn)過(guò)的距離正好是13.5mm，正對(duì)應(yīng)著零件上的另一個(gè)孔。
在加工時(shí)，在夾具體上先安裝其中的一個(gè)定位銷(xiāo)，把上面的沉孔對(duì)準(zhǔn)鉆套上的孔，對(duì)準(zhǔn)以后，通過(guò)定位銷(xiāo)后面的螺母將定位銷(xiāo)固定鎖死。待這一批次零件上的一個(gè)孔加工完了以后，將定位銷(xiāo)卸掉，換上另一個(gè)定位銷(xiāo)，把鉆模板旋轉(zhuǎn)180度，將定位銷(xiāo)上的沉孔與鉆套上的孔對(duì)準(zhǔn)以后，用螺釘將其緊固。再將這批次的零件反過(guò)來(lái)加工另一個(gè)孔，這樣可以提高生產(chǎn)效率。
這是本夾具的特別之處，不過(guò)本夾具還有一些不足。就是夾具的長(zhǎng)銷(xiāo)的端面和支撐叉口側(cè)面的半圓銷(xiāo)的臺(tái)階面都是不可調(diào)的，這樣就需要在制造夾具時(shí)，這兩個(gè)面要有很高的位置精度要求，是以提高夾具的成本為代價(jià)來(lái)?yè)Q取同一批次零件上加工的螺紋孔的一致性。
經(jīng)過(guò)分析后，想出了如下的改進(jìn)方案：去掉半圓銷(xiāo)，用兩個(gè)可調(diào)節(jié)的支承螺釘來(lái)代替。將兩個(gè)支承螺釘?shù)闹С胁课桓某膳_(tái)階式的，細(xì)的圓柱側(cè)面用來(lái)卡住叉口，臺(tái)階面來(lái)支承叉口的側(cè)面，通過(guò)調(diào)節(jié)支承螺釘來(lái)調(diào)節(jié)臺(tái)階面支承叉口側(cè)面的高度。采用這種方案，夾具的設(shè)計(jì)將更加簡(jiǎn)化，螺紋孔的加工一致性更容易保證。 - 25 -
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