1目錄 序言.1一 零件的分析.1(一) 零件的作用 .1(二) 零件的工藝分析 .1二 確定生產類型.2三 確定毛坯.2(一) 確定毛坯種類 .2(二) 確定鑄件加工余量及形狀 .2四 工藝規(guī)程設計.3(一) 選擇定位基準 .3(二) 制定工藝路線 .4(三) 機械加工余量、工序尺寸及公差的確定 .5五 夾具設計.19(一) 問題的提出 19(二) 夾具設計 19參考文獻.21234序言 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.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，我希望能通過這次課程設計，了解并認識一般機器零件的生產工藝過程，鞏固和加深已學過的技術基礎課和專業(yè)課的知識，理論聯(lián)系實際，對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后的工作打下一個良好的基礎，并且為后續(xù)課程的學習大好基礎。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。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 Φ20 孔與操縱機構相連，二下方的 Φ50 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5零件的材料為 HT200，灰鑄鐵生產工藝簡單，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 Φ20 以及與此孔相通的 Φ8 的錐孔、M6 螺紋孔。2、大頭半圓孔 Φ50。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，可以粗加工撥叉下端面，然后以此作為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、確定生產類型已知此撥叉零件的生產綱領為 1000 件/年小批量，零件的質量是 1.0Kg/個，查《機械制造工藝設計簡明手冊》第 2 頁表 1.1-2，可確定該撥叉生產類型為中批生產，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，生產類型為中批生產，故選擇木摸6手工砂型鑄件毛坯。查《機械制造工藝設計簡明手冊》第 41 頁表 2.2-5,選用鑄件尺寸公差等級為 CT-12。2、確定鑄件加工余量及形狀：查《機械制造工藝設計簡明手冊》第 41 頁表 2.2-5，選用加工余量為 MA-H 級，并查表 2.2-4 確定各個加工面的鑄件機械加工余量，鑄件的分型面的選用及加工余量，如下表所示：簡 圖加工面代號基本尺寸加工余量等級加工余量說明D2 50 H 3.5 2?孔降一級雙側加工T2 30 H 5 單側加工T3 12 H 5 單側加工T4 12 H 5 單側加工3、繪制鑄件零件圖四、工藝規(guī)程設計(一)選擇定位基準：1 粗基準的選擇：以零件的小頭上端面為主要的定位粗基準，以兩個小頭孔外圓表面為輔助粗基準。72 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，以粗加工后的底面為主要的定位精基準，以兩個小頭孔外圓柱表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濟精度，在生產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率。除此之外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。查《機械制造工藝設計簡明手冊》第 20 頁表 1.4-7、1.4-8 、1.4-11 ，選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：工序 01 粗銑 Φ20、Φ 50 下端面，以 T2 為粗基準，采用X51 立式銑床加專用夾具；工序 02 粗銑 Φ20 上端面，以 T1 為定位基準，采用 X51立式銑床加專用夾具；工序 03 粗銑 Φ50 上端面，以 T4 為定位基準，采用 X51立式銑床加專用夾具；工序 04 鉆、擴 Φ20 孔，以 Φ32 外圓和 T2 為基準，采用Z525 立式鉆床加專用夾具；工序 05 粗車 Φ50 孔，以 D1 為定位基準，采用 CA6140車床加專用夾具；工序 06 銑斜肩，以 D1 和 T2 為定位基準，采用 X51 立式銑床加專用夾具；工序 07 精銑 Φ20 下端面，以 T2 為基準，采用 X51 立式銑床加專用夾具；8工序 08 精銑 Φ20 上端面，以 T1 為基準，采用 X51 立式銑床加專用夾具；工序 09 粗鉸、精鉸 Φ20 孔，以 T2 和 Φ32 外圓為基準，采用 Z525 立式鉆床加專用夾具；工序 10 精銑 Φ50 端面，以 D1 為基準，采用 X51 立式銑床加專用夾具；工序 11 半精車 Φ50 孔，以 D1 做定位基準，采用 CA6140車床加專用夾具；工序 12 鉆、鉸 Φ8 錐孔，以 T1 和零件中線為基準，采用Z525 立式鉆床加專用夾具；工序 13 鉆 M6 底孔，攻螺紋，以 T1 和零件中線為基準，采用 Z525 立式鉆床并采用專用夾具；工序 14 銑斷，以 D1 為基準，采用 X60 臥式銑床加專用夾具；工序 15 去毛刺；工序 16 終檢。（三）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)在確定各表面的各個加工工序的加工余量如下：工序余量加工表面加工內容加工余量精度等級工序尺寸表面粗糙度最小 最大鑄件 7.0 CT12 8.243??9粗鏜 4.0 IT12 250.47??6.3 0.95 6.8φ50IT12（D2） 半精鏜3.0 IT10 1.03.2 2.9 3.25鉆 18 IT11 10.8?17.89 18擴 1.8 IT10 4.09?6.3 1.716 1.910粗鉸 0.14 IT8 3.1?3.2 0.107 0.224φ20IT7（D1）精鉸 0.06 IT7 021.??1.6 0.039 0.0932、平面工序尺寸：工序余量工序號工序內容加工余量基本尺寸經濟精度工序尺寸偏差 最小 最大鑄件 5.0 CT12 5.2?01 粗銑φ20 孔下端面4.0 36.0 12 0.?1.5 7.7502 粗銑φ20 孔上端面4.0 32.0 12 0.25?1.5 7.7503 粗銑φ50 孔上端面4.0 14.0 12 018.?1.8 6.381007 精銑φ20 孔下端面1.0 31.0 8 03.?0.75 1.28308 精銑φ20 孔上端面1.0 30.0 8 03.?0.75 1.28310 精銑φ50 孔端面1.0×2 12.0 8 016.??0.951 1.016（四）、確定切削用量及時間定額：工序 01 粗銑 Φ20、Φ 50 下端 面，以 T2 為粗基準。1. 加工條件工件材料：HT200,σ b =170~240MPa，鑄造;工件尺寸：aemax=72mm，l=176mm;加工要求：粗銑 Φ20 孔下端面，加工余量 4mm;機床：X51 立式銑床；刀具：YG6 硬質合金端銑刀。銑削寬度 ae≤90,深度 ap≤6,齒數(shù) z=12,故根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》（后簡稱《簡明手冊》）表 3.1，取刀具直徑 d0=125mm。根據(jù)《切削用量手冊》（后簡稱《切削手冊》）表 3.16，選擇刀具前角 γ0＝0° 后角α0＝ 8°，副后角 α0’=10°，刃傾角：λs=－10°,主偏角 Kr=60°,過渡刃 Krε=30°,副偏角 Kr’=5°。2. 切削用量1）確定切削深度 ap 11因為余量較小，故選擇 ap=4mm，一次走刀即可完成。2）確定每齒進給量 fz 由于本工序為粗加工，尺寸精度和表面質量可不考慮，從而可采用不對稱端銑，以提高進給量提高加工效率。根據(jù)《切削手冊》表 3.5，使用 YG6 硬質合金端銑刀加工，機床功率為4.5kw（據(jù)《簡明手冊》表 4.2-35，X51 立式銑床）時：fz=0.09~0.18mm/z故選擇：f z=0.18mm/z。3）確定刀具壽命及磨鈍標準 根據(jù)《切削手冊》表 3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.5mm；由于銑刀直徑 d0=125mm，故刀具使用壽命T=180min（據(jù)《簡明手冊 》表 3.8）。4）計算切削速度 vc 和每分鐘進給量 vf根據(jù)《切削手冊》表 3.16，當d0=125mm， Z=12，a p≤7.5，f z≤0.18mm/z 時，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系數(shù)為：k MV= 1.0，k SV= 0.8。切削速度計算公式為： vpevzpTcuayfxqdm0?其中 ， ， ， ， ，ae72?ap4245C.0?v15.xv， ， ， ，35.0yv 8.0.1??kSvMv 2p， ， ， ，將以上數(shù).min8Tzfz/?Z據(jù)代入公式：12min/142 8.012.735.081.80243.vc? ???確定機床主軸轉速： 。min/6rdvwcs??根據(jù)《簡明手冊》表 4.2-36，選擇nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，實際進給量和每分鐘進給量為：vc= = m/min=118m/min10nd?031254.?f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z5)校驗機床功率 根據(jù)《切削手冊》表 3.24，近似為 Pcc=3.3kw,根據(jù)機床使用說明書，主軸允許功率 Pcm=4.5×0.75kw=3.375kwPcc。故校驗合格。最終確定:ap=4.0mm，n c=300r/min， vf=390mm/s，v c=118m/min，f z=0.1mm/z。6）計算基本工時tm＝L/ v f，L=l+ y+Δ，l=176mm.查《切削手冊》表 3. 26，入切量及超切量為：y+Δ=40mm，則：tm＝L/ V f=(176+40)/390=0.81min。工序 02 粗銑 Φ20 上端面，以 T1 為定位基準。切削用量和時間定額及其計算過程同工序 01。工序 03 粗銑 Φ50 上端面，以 T4 為定位基準13刀具：YG6 硬質合金端銑刀， 10,40?Zmd機床：X51 立式銑床根據(jù)《切削手冊》查得， 。根據(jù)azfpz,/13.?《簡明手冊》表 4.2-36 查得，?。?，故實際切削速in0rnw度： mi/7.3140ndvw????當 時，工作臺每分鐘進給量應為：mi/3rn? in/90.nZfwz ??查說明書，取 i/40m計算切削基本工時： myL82172????因此， in05.398ftm工序 04 鉆、擴 Φ20 孔，以 Φ32 外圓和 T2 為基準，保證垂直度誤差不超過 0.05mm,孔的精度達到 IT10。1. 選擇鉆頭 根據(jù)《切削手冊》表 2.1.2.2，選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時 do=18mm，鉆頭采用雙錐后磨橫刀，后角 αo＝12°，二重刃長度 bε=3.5mm,橫刀長 b=2mm,寬 l=4mm,棱帶長度 ，ml5.1?°， ° 102??3?2.選擇切削用量14（1）確定進給量按加工要求確定進給量：查《切削手冊》，， ，由《切削手冊》rmf/53.0~4.? 367.1830??dl表 2.7,系數(shù)為 0.5,則： rmf /)25.~.()(?按鉆頭強度選擇:查《切削手冊》表 2.8,鉆頭允許進給量為：；rmf/0.2?按機床進給機構強度選擇：查《切削手冊》表 2.9，機床進給機構允許軸向力為 8330N 時，進給量為 。rmf/93.0?以上三個進給量比較得出，受限制的進給量是工藝要求，其值為：0.215~0.265mm/r。根據(jù) 《簡明手冊》表 4.2-16,最終選擇進給量 。rmf/2.0?由于是通孔加工，為避免即將鉆穿時鉆頭折斷，故應在即將鉆穿時停止自動進給而改為手動進給。根據(jù)《切削手冊》表 2.19 查出,鉆孔時軸向力 Ff=2500N，軸向力修正系數(shù)為 1.0，故 Ff=2500N。根據(jù) Z525 立式鉆床使用說明書，機床進給機構允許的最大軸向力為 8830N﹥Ff，故所選進給量可用。（2）確定鉆頭磨鈍標準及壽命 后刀面最大磨損限度（查《簡明手冊》）為 0.6mm，壽命．min45?T（3）切削速度查《切削手冊》表 2.30，切削速度計算公式為：15（m/min）vyxpmvckfaTdz0?其中， ， ， ， ， ，5.9Cv18025.0?vz1.m9?pa， ， ，查得修正系數(shù)： ，0vxy.f 0.vTk， ，故實際的切削速度：8.?lk.tvk in/5.98.02.160595.20c ??（4）檢驗機床扭矩及功率查《切削手冊》表 2.20，當 f≤0.26, do≤19mm 時，Mt=31.78N?m，修正系數(shù)均為 1.0，故 MC=31.78 N?m。查機床使用說明書：M m =144.2 N?m。查《切削手冊》表 2.23,鉆頭消耗功率：P c=1.3kw。查機床使用說明書， 。kwE26.81.02??由于 ， ，故切削用量可用，即：mc?C?， ，rf/2.0?in/7rnc?min/4.5vc3、計算工時 i64.02.783??nfLtm4、擴孔至 Φ19.8查《切削手冊》表 2.10，擴孔進給量為：，并由機床使用說明書最終選定進給量為：rf/8.0~7?。m116根據(jù)資料，切削速度 ，其中 為用鉆頭鉆同樣尺鉆v4.0?鉆寸實心孔時的切削速度，故： ，min/8.359?，根據(jù)機床使用說明書選取： min/1.68.1930rns???。i/7rw基本工時： in48.01.9738.0??????yLt工序 05 粗車 Φ50 孔，以 D1 為定位基準。機床：CA6140 車床單邊余量 可一次切除，則 。根據(jù),5.2mZ?map5.2?《簡明手冊》4.2-20 查得，取 。根據(jù)《簡明手冊》rf/5.0?4.2-21 查得，?。?。in/r計算切削基本工時： mi13.052.1????fLtm工序 06 銑斜肩，以 D1 和 T2 為定位基準。刀具：硬質合金三面刃銑刀機床：X51 立式銑床根據(jù)《簡明手冊》查得： 。根據(jù)《切1663?Zmdw，削手冊》查得： 因此：,/10.zfz?in/6327rdvnws??17現(xiàn)采用 X51 立式銑床，?。?，故實際切削速度為：min/10rnw?i/8.91063dvw???當 時，工作臺每分鐘進給量應為：min/30rnw min/6.Zfwz ???根據(jù)《切削手冊》表 4.2-37 查得,取： 。15f計算切削基本工時： ylL.3725.1????因此： min.0637ftm工序 07 精銑 Φ20 下端面，以 T2 為基準。刀具：YG6 硬質合金端銑刀；機床：X51 立式銑床；查《切削手冊》表 3.5，進給量為：，取為 0.5mm/rmin/0.1~5fz?參考有關手冊，確定 ，采用 YG6 硬質合金端銑i/124v?刀， ，則：,2zdw min/361250rnws??現(xiàn)采用 X51 立式銑床，根據(jù)《簡明手冊》表 4.2-36，取，故實際切削速度：mi/30rw?18min/75.103251ndvw????當 時，工作臺每分鐘進給量：mi/3r，取為i/8325.nzfwm??980mm/min本工序切削時間為：min62.09815722????fltm工序 08 精銑 Φ20 上端面，以 T1 為基準。切削用量同工序 07精銑時 dy1250???基本工時： 31.09876?fltm工序 09 粗鉸、精鉸 Φ20 孔，以 T2 和 Φ32 外圓為基準。（1）粗鉸至 4.19?刀具：專用鉸刀機床：Z525 立式鉆床根據(jù)有關手冊的規(guī)定，鉸刀的進給量為 0.8～1.2mm/z,?fz進給量取 0.81mm/r，機床主軸轉速取為 =140r/min，則其?fz nw切削速度為：。mi/7.8dnv?機動時切削工時， =38mm，30?l19min34.081.43????fntwm(2) 精鉸至 20?刀具： dw機床：Z525 立式鉆床根據(jù)有關手冊的規(guī)定，鉸刀的進給量取 0.48mm/r，機床?f主軸轉速取為： =140r/min，則其切削速度為：nwmi/8.dv??機動時切削工時， =38mm830??lin57.4.13??fntwm工序 10 精銑 Φ50 端面，以 D1 為基準。機床：X51 立式銑床刀具：硬質合金立銑刀（鑲齒螺旋形刀片），由《切削手冊》表 3.6 查得： ， ,smv/45.0?min/08.,640fzdz?即 27m/min，因此， 。現(xiàn)采21471rvnws??用 X51 立式銑床，取 ，工作臺每分鐘進給量in/20r?應為： ，fm min/8.1068.zfwm??查機床使用說明書，取 。i/1mf銑削基本工時： in84.027??tm20min68.124.0??tm工序 11 半精車 Φ50 孔，以 D1 做定位基準。單邊余量 ,可一次切除，則 。z.1?ap0.由《切削手冊》表 1.6 查得，進給量取為 0.27mm/r。由《切削手冊》表 1.1,/40.~25.rmfz查得， ，則：in1v?min/637501rdnw???查《簡明手冊》表 4.2-20， 取為 630r/min。nw加工基本工時： in038.56312????flt工序 12 鉆、鉸 Φ8 錐孔，以 T1 和零件中線為基準。刀具：專用刀具機床：Z525 立式鉆床確定進給量 ：根據(jù)《切削手冊 》表 2.7 查得，f，查 Z525 機床使用說明書，現(xiàn)取rmf/26.0~.?。查《切削手冊》表 2.15， ，計算min/17v?機床主軸轉速： in/6948.7101rdvnws???按機床選取 ，所以實際切削速度為：min/621min/6.108.71ndvw????計算切削基本工時： i.2.684????fyltm工序 13 鉆 M6 底孔，攻螺紋，以 T1 和零件中線為基準（1）鉆螺紋底孔 mm.4?機床：Z525 立式鉆床刀具：高速鋼麻花鉆根據(jù)《切削手冊》查得，進給量為 0.18～0.22mm/z,現(xiàn)?f取 f=0.22mm/z，v=17m/min，則： min/128.4701rdvnws???查《簡明手冊》表 4.2-15，取 。所以實際切i/960w?削速度為： in/48.108.41mndvw???計算切削基本工時： i7.2.96????fyltm（2）攻螺紋 M6機床：Z525 立式鉆床刀具：絲錐 M6，P=1mm22切削用量選為： ，機床主軸轉速為：min/6/1.0sv?，按機床使用說明書選?。?，則 min/318rns? in/27rw；機動時， ，計算切削基本工時：.5vl04?min.2710????nfltm工序 14 銑斷，以 D1 為基準。選擇鋸片銑刀，d=160mm，l=4mm ，中齒，Z=40采用 X61 臥式銑床查《切削手冊》，選擇進給量為： ,切削速度zmf/10.?為： ，則：min/27v?in/541602710rdvws??根據(jù)《簡明手冊》表 4.2-39，取 ，故實際切mi/10w?削速度為： in/2.5108ndvw???此時工作臺每分鐘進給量 應為：fmi/40.nZfwzm??查《切削手冊》表 4.2-40，剛好有 。mnfm計算切削基本工時： i25.0437????fyltm23五、夾具設計為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。并設計工序 13——鉆 M6 螺紋底孔的夾具。本夾具將用于 Z525 立式鉆床，刀具為高速鋼麻花鉆。(一)問題的提出本夾具主要用來鉆 M6 螺紋底孔，該孔為斜孔，跟撥叉的中線有一定的角度要求，在加工時應保證孔的角度要求。此外，在本工序加工時還應考慮如何提高勞動生產率，降低勞動強度，而其位置尺寸為自由公差，精度不是主要問題。(二)夾具設計1、定位基準選擇由零件圖可知，M6 螺紋孔為斜孔，相對于撥叉中線有 的?10要求，為使定位誤差為零，應該選擇撥叉中線為定位基準保證該角度。此外，還應以 Φ20 孔端面為基準，從而保證螺紋孔在撥叉體上的位置。為了提高加工效率，現(xiàn)決定采用手動夾緊工件快換裝置，并采用快換鉆套以利于在鉆底孔后攻螺紋。2、切削力及夾緊力計算刀具：硬質合金麻花鉆， 。md8.4?由實際加工的經驗可知,鉆削時的主要切削力為鉆頭的切削方向,即垂直于工作臺,查《切削手冊》表 2.3，切削力計算公式為：FkfdCFyZf0?24其中： ， ， ， ，410?CF2.ZF75.0?yFmd8.40， ， 與加工材料有關,取 0.94；2.f kkhxM?M與刀具刃磨形狀有關,取 1.33； 與刀具磨鈍標準有關,取xF hF1.0，則：N1082508.4172????在 Φ20 孔兩個端面只需要采用開口墊圈和六角螺母適當夾緊后本夾具即可安全工作. 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兩個定位銷，這兩個定位銷的尺寸與公差規(guī)定為與本零件在工作時與其相匹配軸的尺寸與公差相同。此外，這兩定位銷共同保證加工孔偏斜的角度，其中心連線與工作臺面成 10°角。（2）計算鉆套中心線與工作臺的垂直度誤差。鉆套外徑 與襯套孔 的最大間隙為：510g?710H26.).(.max????襯套外徑 與鉆模板孔 的最大間隙為：6r5?0.3.018.ax則鉆套中心與工作臺平面的垂直度誤差為：0.026-0.005=0.021。（3）計算定位銷軸與工作臺的平行度誤差。定位銷軸與夾具體孔的最大間隙為： 034.1.05.max????25夾具體孔的長度為 22mm，則上述間隙引起的最大平行度誤差為：0.034/22，即 0.155/100。4、夾具設計及操作的簡要說明如前所述，在設計夾具時，應該考慮提高勞動生產率。為此，設計采用了快換裝置。拆卸時，松開夾緊螺母 1~2 扣，拔下開口墊圈，實現(xiàn)工件的快換。攻螺紋時，松開壓緊螺母即可替換可換鉆套，進行攻螺紋加工。參考文獻1、趙家奇,機械制造工藝學課程設計指導書(2 版),機械工業(yè)出版社,2006 年.2、曾志新,呂明主編,機械制造技術基礎,:武漢理工大學出版社 ,2001 年.3、李益明主編,機械制造工藝設計簡明手冊,機械工業(yè)出版社,1993 年.4、肖詩綱主編,切削用量手冊,機械工業(yè)出版社,1993 年.5、金屬切削機床夾具設計手冊.上海柴油機廠工藝設備研究所編,機械工業(yè)出版社，1987 年. 1目錄 序言.1一 零件的分析.1(一) 零件的作用 .1(二) 零件的工藝分析 .1二 確定生產類型.2三 確定毛坯.2(一) 確定毛坯種類 .2(二) 確定鑄件加工余量及形狀 .2四 工藝規(guī)程設計.3(一) 選擇定位基準 .3(二) 制定工藝路線 .4(三) 機械加工余量、工序尺寸及公差的確定 .5五 夾具設計.19(一) 問題的提出 19(二) 夾具設計 19參考文獻.21234序言 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.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，我希望能通過這次課程設計，了解并認識一般機器零件的生產工藝過程，鞏固和加深已學過的技術基礎課和專業(yè)課的知識，理論聯(lián)系實際，對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后的工作打下一個良好的基礎，并且為后續(xù)課程的學習大好基礎。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。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 Φ20 孔與操縱機構相連，二下方的 Φ50 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5零件的材料為 HT200，灰鑄鐵生產工藝簡單，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 Φ20 以及與此孔相通的 Φ8 的錐孔、M6 螺紋孔。2、大頭半圓孔 Φ50。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，可以粗加工撥叉下端面，然后以此作為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、確定生產類型已知此撥叉零件的生產綱領為 1000 件/年小批量，零件的質量是 1.0Kg/個，查《機械制造工藝設計簡明手冊》第 2 頁表 1.1-2，可確定該撥叉生產類型為中批生產，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。考慮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，生產類型為中批生產，故選擇木摸6手工砂型鑄件毛坯。查《機械制造工藝設計簡明手冊》第 41 頁表 2.2-5,選用鑄件尺寸公差等級為 CT-12。2、確定鑄件加工余量及形狀：查《機械制造工藝設計簡明手冊》第 41 頁表 2.2-5，選用加工余量為 MA-H 級，并查表 2.2-4 確定各個加工面的鑄件機械加工余量，鑄件的分型面的選用及加工余量，如下表所示：簡 圖加工面代號基本尺寸加工余量等級加工余量說明D2 50 H 3.5 2?孔降一級雙側加工T2 30 H 5 單側加工T3 12 H 5 單側加工T4 12 H 5 單側加工3、繪制鑄件零件圖四、工藝規(guī)程設計(一)選擇定位基準：1 粗基準的選擇：以零件的小頭上端面為主要的定位粗基準，以兩個小頭孔外圓表面為輔助粗基準。72 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，以粗加工后的底面為主要的定位精基準，以兩個小頭孔外圓柱表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濟精度，在生產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率。除此之外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。查《機械制造工藝設計簡明手冊》第 20 頁表 1.4-7、1.4-8 、1.4-11 ，選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：工序 01 粗銑 Φ20、Φ 50 下端面，以 T2 為粗基準，采用X51 立式銑床加專用夾具；工序 02 粗銑 Φ20 上端面，以 T1 為定位基準，采用 X51立式銑床加專用夾具；工序 03 粗銑 Φ50 上端面，以 T4 為定位基準，采用 X51立式銑床加專用夾具；工序 04 鉆、擴 Φ20 孔，以 Φ32 外圓和 T2 為基準，采用Z525 立式鉆床加專用夾具；工序 05 粗車 Φ50 孔，以 D1 為定位基準，采用 CA6140車床加專用夾具；工序 06 銑斜肩，以 D1 和 T2 為定位基準，采用 X51 立式銑床加專用夾具；工序 07 精銑 Φ20 下端面，以 T2 為基準，采用 X51 立式銑床加專用夾具；8工序 08 精銑 Φ20 上端面，以 T1 為基準，采用 X51 立式銑床加專用夾具；工序 09 粗鉸、精鉸 Φ20 孔，以 T2 和 Φ32 外圓為基準，采用 Z525 立式鉆床加專用夾具；工序 10 精銑 Φ50 端面，以 D1 為基準，采用 X51 立式銑床加專用夾具；工序 11 半精車 Φ50 孔，以 D1 做定位基準，采用 CA6140車床加專用夾具；工序 12 鉆、鉸 Φ8 錐孔，以 T1 和零件中線為基準，采用Z525 立式鉆床加專用夾具；工序 13 鉆 M6 底孔，攻螺紋，以 T1 和零件中線為基準，采用 Z525 立式鉆床并采用專用夾具；工序 14 銑斷，以 D1 為基準，采用 X60 臥式銑床加專用夾具；工序 15 去毛刺；工序 16 終檢。（三）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)在確定各表面的各個加工工序的加工余量如下：工序余量加工表面加工內容加工余量精度等級工序尺寸表面粗糙度最小 最大鑄件 7.0 CT12 8.243??9粗鏜 4.0 IT12 250.47??6.3 0.95 6.8φ50IT12（D2） 半精鏜3.0 IT10 1.03.2 2.9 3.25鉆 18 IT11 10.8?17.89 18擴 1.8 IT10 4.09?6.3 1.716 1.910粗鉸 0.14 IT8 3.1?3.2 0.107 0.224φ20IT7（D1）精鉸 0.06 IT7 021.??1.6 0.039 0.0932、平面工序尺寸：工序余量工序號工序內容加工余量基本尺寸經濟精度工序尺寸偏差 最小 最大鑄件 5.0 CT12 5.2?01 粗銑φ20 孔下端面4.0 36.0 12 0.?1.5 7.7502 粗銑φ20 孔上端面4.0 32.0 12 0.25?1.5 7.7503 粗銑φ50 孔上端面4.0 14.0 12 018.?1.8 6.381007 精銑φ20 孔下端面1.0 31.0 8 03.?0.75 1.28308 精銑φ20 孔上端面1.0 30.0 8 03.?0.75 1.28310 精銑φ50 孔端面1.0×2 12.0 8 016.??0.951 1.016（四）、確定切削用量及時間定額：工序 01 粗銑 Φ20、Φ 50 下端 面，以 T2 為粗基準。1. 加工條件工件材料：HT200,σ b =170~240MPa，鑄造;工件尺寸：aemax=72mm，l=176mm;加工要求：粗銑 Φ20 孔下端面，加工余量 4mm;機床：X51 立式銑床；刀具：YG6 硬質合金端銑刀。銑削寬度 ae≤90,深度 ap≤6,齒數(shù) z=12,故根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》（后簡稱《簡明手冊》）表 3.1，取刀具直徑 d0=125mm。根據(jù)《切削用量手冊》（后簡稱《切削手冊》）表 3.16，選擇刀具前角 γ0＝0° 后角α0＝ 8°，副后角 α0’=10°，刃傾角：λs=－10°,主偏角 Kr=60°,過渡刃 Krε=30°,副偏角 Kr’=5°。2. 切削用量1）確定切削深度 ap 11因為余量較小，故選擇 ap=4mm，一次走刀即可完成。2）確定每齒進給量 fz 由于本工序為粗加工，尺寸精度和表面質量可不考慮，從而可采用不對稱端銑，以提高進給量提高加工效率。根據(jù)《切削手冊》表 3.5，使用 YG6 硬質合金端銑刀加工，機床功率為4.5kw（據(jù)《簡明手冊》表 4.2-35，X51 立式銑床）時：fz=0.09~0.18mm/z故選擇：f z=0.18mm/z。3）確定刀具壽命及磨鈍標準 根據(jù)《切削手冊》表 3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.5mm；由于銑刀直徑 d0=125mm，故刀具使用壽命T=180min（據(jù)《簡明手冊 》表 3.8）。4）計算切削速度 vc 和每分鐘進給量 vf根據(jù)《切削手冊》表 3.16，當d0=125mm， Z=12，a p≤7.5，f z≤0.18mm/z 時，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系數(shù)為：k MV= 1.0，k SV= 0.8。切削速度計算公式為： vpevzpTcuayfxqdm0?其中 ， ， ， ， ，ae72?ap4245C.0?v15.xv， ， ， ，35.0yv 8.0.1??kSvMv 2p， ， ， ，將以上數(shù).min8Tzfz/?Z據(jù)代入公式：12min/142 8.012.735.081.80243.vc? ???確定機床主軸轉速： 。min/6rdvwcs??根據(jù)《簡明手冊》表 4.2-36，選擇nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，實際進給量和每分鐘進給量為：vc= = m/min=118m/min10nd?031254.?f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z5)校驗機床功率 根據(jù)《切削手冊》表 3.24，近似為 Pcc=3.3kw,根據(jù)機床使用說明書，主軸允許功率 Pcm=4.5×0.75kw=3.375kwPcc。故校驗合格。最終確定:ap=4.0mm，n c=300r/min， vf=390mm/s，v c=118m/min，f z=0.1mm/z。6）計算基本工時tm＝L/ v f，L=l+ y+Δ，l=176mm.查《切削手冊》表 3. 26，入切量及超切量為：y+Δ=40mm，則：tm＝L/ V f=(176+40)/390=0.81min。工序 02 粗銑 Φ20 上端面，以 T1 為定位基準。切削用量和時間定額及其計算過程同工序 01。工序 03 粗銑 Φ50 上端面，以 T4 為定位基準13刀具：YG6 硬質合金端銑刀， 10,40?Zmd機床：X51 立式銑床根據(jù)《切削手冊》查得， 。根據(jù)azfpz,/13.?《簡明手冊》表 4.2-36 查得，?。?，故實際切削速in0rnw度： mi/7.3140ndvw????當 時，工作臺每分鐘進給量應為：mi/3rn? in/90.nZfwz ??查說明書，取 i/40m計算切削基本工時： myL82172????因此， in05.398ftm工序 04 鉆、擴 Φ20 孔，以 Φ32 外圓和 T2 為基準，保證垂直度誤差不超過 0.05mm,孔的精度達到 IT10。1. 選擇鉆頭 根據(jù)《切削手冊》表 2.1.2.2，選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時 do=18mm，鉆頭采用雙錐后磨橫刀，后角 αo＝12°，二重刃長度 bε=3.5mm,橫刀長 b=2mm,寬 l=4mm,棱帶長度 ，ml5.1?°， ° 102??3?2.選擇切削用量14（1）確定進給量按加工要求確定進給量：查《切削手冊》，， ，由《切削手冊》rmf/53.0~4.? 367.1830??dl表 2.7,系數(shù)為 0.5,則： rmf /)25.~.()(?按鉆頭強度選擇:查《切削手冊》表 2.8,鉆頭允許進給量為：；rmf/0.2?按機床進給機構強度選擇：查《切削手冊》表 2.9，機床進給機構允許軸向力為 8330N 時，進給量為 。rmf/93.0?以上三個進給量比較得出，受限制的進給量是工藝要求，其值為：0.215~0.265mm/r。根據(jù) 《簡明手冊》表 4.2-16,最終選擇進給量 。rmf/2.0?由于是通孔加工，為避免即將鉆穿時鉆頭折斷，故應在即將鉆穿時停止自動進給而改為手動進給。根據(jù)《切削手冊》表 2.19 查出,鉆孔時軸向力 Ff=2500N，軸向力修正系數(shù)為 1.0，故 Ff=2500N。根據(jù) Z525 立式鉆床使用說明書，機床進給機構允許的最大軸向力為 8830N﹥Ff，故所選進給量可用。（2）確定鉆頭磨鈍標準及壽命 后刀面最大磨損限度（查《簡明手冊》）為 0.6mm，壽命．min45?T（3）切削速度查《切削手冊》表 2.30，切削速度計算公式為：15（m/min）vyxpmvckfaTdz0?其中， ， ， ， ， ，5.9Cv18025.0?vz1.m9?pa， ， ，查得修正系數(shù)： ，0vxy.f 0.vTk， ，故實際的切削速度：8.?lk.tvk in/5.98.02.160595.20c ??（4）檢驗機床扭矩及功率查《切削手冊》表 2.20，當 f≤0.26, do≤19mm 時，Mt=31.78N?m，修正系數(shù)均為 1.0，故 MC=31.78 N?m。查機床使用說明書：M m =144.2 N?m。查《切削手冊》表 2.23,鉆頭消耗功率：P c=1.3kw。查機床使用說明書， 。kwE26.81.02??由于 ， ，故切削用量可用，即：mc?C?， ，rf/2.0?in/7rnc?min/4.5vc3、計算工時 i64.02.783??nfLtm4、擴孔至 Φ19.8查《切削手冊》表 2.10，擴孔進給量為：，并由機床使用說明書最終選定進給量為：rf/8.0~7?。m116根據(jù)資料，切削速度 ，其中 為用鉆頭鉆同樣尺鉆v4.0?鉆寸實心孔時的切削速度，故： ，min/8.359?，根據(jù)機床使用說明書選?。?min/1.68.1930rns???。i/7rw基本工時： in48.01.9738.0??????yLt工序 05 粗車 Φ50 孔，以 D1 為定位基準。機床：CA6140 車床單邊余量 可一次切除，則 。根據(jù),5.2mZ?map5.2?《簡明手冊》4.2-20 查得，取 。根據(jù)《簡明手冊》rf/5.0?4.2-21 查得，取： 。in/r計算切削基本工時： mi13.052.1????fLtm工序 06 銑斜肩，以 D1 和 T2 為定位基準。刀具：硬質合金三面刃銑刀機床：X51 立式銑床根據(jù)《簡明手冊》查得： 。根據(jù)《切1663?Zmdw，削手冊》查得： 因此：,/10.zfz?in/6327rdvnws??17現(xiàn)采用 X51 立式銑床，?。?，故實際切削速度為：min/10rnw?i/8.91063dvw???當 時，工作臺每分鐘進給量應為：min/30rnw min/6.Zfwz ???根據(jù)《切削手冊》表 4.2-37 查得,?。?。15f計算切削基本工時： ylL.3725.1????因此： min.0637ftm工序 07 精銑 Φ20 下端面，以 T2 為基準。刀具：YG6 硬質合金端銑刀；機床：X51 立式銑床；查《切削手冊》表 3.5，進給量為：，取為 0.5mm/rmin/0.1~5fz?參考有關手冊，確定 ，采用 YG6 硬質合金端銑i/124v?刀， ，則：,2zdw min/361250rnws??現(xiàn)采用 X51 立式銑床，根據(jù)《簡明手冊》表 4.2-36，取，故實際切削速度：mi/30rw?18min/75.103251ndvw????當 時，工作臺每分鐘進給量：mi/3r，取為i/8325.nzfwm??980mm/min本工序切削時間為：min62.09815722????fltm工序 08 精銑 Φ20 上端面，以 T1 為基準。切削用量同工序 07精銑時 dy1250???基本工時： 31.09876?fltm工序 09 粗鉸、精鉸 Φ20 孔，以 T2 和 Φ32 外圓為基準。（1）粗鉸至 4.19?刀具：專用鉸刀機床：Z525 立式鉆床根據(jù)有關手冊的規(guī)定，鉸刀的進給量為 0.8～1.2mm/z,?fz進給量取 0.81mm/r，機床主軸轉速取為 =140r/min，則其?fz nw切削速度為：。mi/7.8dnv?機動時切削工時， =38mm，30?l19min34.081.43????fntwm(2) 精鉸至 20?刀具： dw機床：Z525 立式鉆床根據(jù)有關手冊的規(guī)定，鉸刀的進給量取 0.48mm/r，機床?f主軸轉速取為： =140r/min，則其切削速度為：nwmi/8.dv??機動時切削工時， =38mm830??lin57.4.13??fntwm工序 10 精銑 Φ50 端面，以 D1 為基準。機床：X51 立式銑床刀具：硬質合金立銑刀（鑲齒螺旋形刀片），由《切削手冊》表 3.6 查得： ， ,smv/45.0?min/08.,640fzdz?即 27m/min，因此， 。現(xiàn)采21471rvnws??用 X51 立式銑床，取 ，工作臺每分鐘進給量in/20r?應為： ，fm min/8.1068.zfwm??查機床使用說明書，取 。i/1mf銑削基本工時： in84.027??tm20min68.124.0??tm工序 11 半精車 Φ50 孔，以 D1 做定位基準。單邊余量 ,可一次切除，則 。z.1?ap0.由《切削手冊》表 1.6 查得，進給量取為 0.27mm/r。由《切削手冊》表 1.1,/40.~25.rmfz查得， ，則：in1v?min/637501rdnw???查《簡明手冊》表 4.2-20， 取為 630r/min。nw加工基本工時： in038.56312????flt工序 12 鉆、鉸 Φ8 錐孔，以 T1 和零件中線為基準。刀具：專用刀具機床：Z525 立式鉆床確定進給量 ：根據(jù)《切削手冊 》表 2.7 查得，f，查 Z525 機床使用說明書，現(xiàn)取rmf/26.0~.?。查《切削手冊》表 2.15， ，計算min/17v?機床主軸轉速： in/6948.7101rdvnws???按機床選取 ，所以實際切削速度為：min/621min/6.108.71ndvw????計算切削基本工時： i.2.684????fyltm工序 13 鉆 M6 底孔，攻螺紋，以 T1 和零件中線為基準（1）鉆螺紋底孔 mm.4?機床：Z525 立式鉆床刀具：高速鋼麻花鉆根據(jù)《切削手冊》查得，進給量為 0.18～0.22mm/z,現(xiàn)?f取 f=0.22mm/z，v=17m/min，則： min/128.4701rdvnws???查《簡明手冊》表 4.2-15，取 。所以實際切i/960w?削速度為： in/48.108.41mndvw???計算切削基本工時： i7.2.96????fyltm（2）攻螺紋 M6機床：Z525 立式鉆床刀具：絲錐 M6，P=1mm22切削用量選為： ，機床主軸轉速為：min/6/1.0sv?，按機床使用說明書選?。?，則 min/318rns? in/27rw；機動時， ，計算切削基本工時：.5vl04?min.2710????nfltm工序 14 銑斷，以 D1 為基準。選擇鋸片銑刀，d=160mm，l=4mm ，中齒，Z=40采用 X61 臥式銑床查《切削手冊》，選擇進給量為： ,切削速度zmf/10.?為： ，則：min/27v?in/541602710rdvws??根據(jù)《簡明手冊》表 4.2-39，取 ，故實際切mi/10w?削速度為： in/2.5108ndvw???此時工作臺每分鐘進給量 應為：fmi/40.nZfwzm??查《切削手冊》表 4.2-40，剛好有 。mnfm計算切削基本工時： i25.0437????fyltm23五、夾具設計為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。并設計工序 13——鉆 M6 螺紋底孔的夾具。本夾具將用于 Z525 立式鉆床，刀具為高速鋼麻花鉆。(一)問題的提出本夾具主要用來鉆 M6 螺紋底孔，該孔為斜孔，跟撥叉的中線有一定的角度要求，在加工時應保證孔的角度要求。此外，在本工序加工時還應考慮如何提高勞動生產率，降低勞動強度，而其位置尺寸為自由公差，精度不是主要問題。(二)夾具設計1、定位基準選擇由零件圖可知，M6 螺紋孔為斜孔，相對于撥叉中線有 的?10要求，為使定位誤差為零，應該選擇撥叉中線為定位基準保證該角度。此外，還應以 Φ20 孔端面為基準，從而保證螺紋孔在撥叉體上的位置。為了提高加工效率，現(xiàn)決定采用手動夾緊工件快換裝置，并采用快換鉆套以利于在鉆底孔后攻螺紋。2、切削力及夾緊力計算刀具：硬質合金麻花鉆， 。md8.4?由實際加工的經驗可知,鉆削時的主要切削力為鉆頭的切削方向,即垂直于工作臺,查《切削手冊》表 2.3，切削力計算公式為：FkfdCFyZf0?24其中： ， ， ， ，410?CF2.ZF75.0?yFmd8.40， ， 與加工材料有關,取 0.94；2.f kkhxM?M與刀具刃磨形狀有關,取 1.33； 與刀具磨鈍標準有關,取xF hF1.0，則：N1082508.4172????在 Φ20 孔兩個端面只需要采用開口墊圈和六角螺母適當夾緊后本夾具即可安全工作. 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兩個定位銷，這兩個定位銷的尺寸與公差規(guī)定為與本零件在工作時與其相匹配軸的尺寸與公差相同。此外，這兩定位銷共同保證加工孔偏斜的角度，其中心連線與工作臺面成 10°角。（2）計算鉆套中心線與工作臺的垂直度誤差。鉆套外徑 與襯套孔 的最大間隙為：510g?710H26.).(.max????襯套外徑 與鉆模板孔 的最大間隙為：6r5?0.3.018.ax則鉆套中心與工作臺平面的垂直度誤差為：0.026-0.005=0.021。（3）計算定位銷軸與工作臺的平行度誤差。定位銷軸與夾具體孔的最大間隙為： 034.1.05.max????25夾具體孔的長度為 22mm，則上述間隙引起的最大平行度誤差為：0.034/22，即 0.155/100。4、夾具設計及操作的簡要說明如前所述，在設計夾具時，應該考慮提高勞動生產率。為此，設計采用了快換裝置。拆卸時，松開夾緊螺母 1~2 扣，拔下開口墊圈，實現(xiàn)工件的快換。攻螺紋時，松開壓緊螺母即可替換可換鉆套，進行攻螺紋加工。參考文獻1、趙家奇,機械制造工藝學課程設計指導書(2 版),機械工業(yè)出版社,2006 年.2、曾志新,呂明主編,機械制造技術基礎,:武漢理工大學出版社 ,2001 年.3、李益明主編,機械制造工藝設計簡明手冊,機械工業(yè)出版社,1993 年.4、肖詩綱主編,切削用量手冊,機械工業(yè)出版社,1993 年.5、金屬切削機床夾具設計手冊.上海柴油機廠工藝設備研究所編,機械工業(yè)出版社，1987 年.