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1 摘 要 本設計分析研究了 CA6140 車床變速箱中拔叉零件的 夾具設計。由于拔叉零 件的工序較多且結構較為復雜，所以為了保證加工精度和提高生產(chǎn)效率，考慮采 用數(shù)控機床進行加工，以下內(nèi)容進行了撥叉零件工藝性分析、加工順序和工藝方 案的確定，并通過對撥叉零件數(shù)控加工工藝規(guī)程設計和鉆孔工序的夾具設計，為 撥叉零件在數(shù)控機床上加工提供了理論依據(jù)和有力的硬件保證。 關鍵詞：數(shù)控加工工藝，定位，夾緊，專用夾具 2 Abstract The design of the gearbox on the lathe is in CA640 parts fork and drill a point of order processing Φ20, Φ50 hole of this special fixture design process. Fork parts as a result of the more complex the structure, processes more; therefore in order to ensure the accuracy of processing to increase productivity and reduce labor intensity, consider the use of CNC machine tools for processing and preparation of the CNC machining process. In order to ensure Φ20, Φ50 hole on the vertical datum tolerance, CNC machine tools to meet the processing requirements on their design of a special fixture, the fixture using automatic clamping device, clamping a reliable, easy to operate. Higher production efficiency, therefore, applicable to high-volume, the processing pipeline. Able to meet the design requirements. Keywords: NC machining process, positioning, clamping, special fixture 3 目 錄 摘要 1 Abstract 2 目 錄 3 1 緒論 5 2 數(shù)控加工工藝概述 5 2.1 數(shù)控加工工藝分析的一般步驟與方法 .5 2.2 機床的合理選用 .5 2.3 數(shù)控加工零件工藝性分析 .6 2.3.1 零件圖樣上尺寸數(shù)據(jù)的給出應符合編程方便的原則 6 2.3.2 零件各加工部位的結構工藝性應符合數(shù)控加工的特點 6 2.4 加工方法的選擇與加工方案的確定 .6 2.4.1 加工方法的選擇 6 2.4.2 加工方案確定的原則 7 2.5 工序與工步的劃分及加工順序安排 .7 2.5.1 工序的劃分 .7 2.5.2 工步的劃分 7 2.5.3 加工順序安排 8 2.6 零件的安裝與夾具的選擇 .8 2.6.1 定位安裝的基本原則 8 2.6.2 選擇夾具的基本原則 8 2.7 刀具的選擇與切削用量的確定 .8 2.7.1 刀具的選擇 8 2.7.2 切削用量的確定 9 4 2.8 對刀點與換刀點的確定 .9 2.9 加工路線的確定 .9 3 撥叉零件數(shù)控加工工藝分析 10 3.1 撥叉零件的作用 .10 3.2 撥叉零件的工藝分析 .11 3.3 確定撥叉零件生產(chǎn)類型 .11 3.4 確定撥叉零件毛坯類型 .11 3.4.1 確定毛坯種類 11 3.4.2 確定鑄件加工余量及形狀 11 3.4.3 繪制鑄件零件圖 12 3.5 撥叉零件數(shù)控加工工藝規(guī)程設計 .12 3.5.1 選擇定位基準 12 3.5.2 制定數(shù)控加工工藝路線 12 3.6 機械加工余量、工序尺寸及公差的確定 13 3.6.1 圓柱表面工序尺寸 13 3.6.2 平面工序尺寸 14 3.6.3 確定切削用量及時間定額 14 4 夾具設計 23 4.1 問題的提出 .23 4.2 夾具設計 .23 4.2.1 定位基準選擇 23 4.2.2 切削力及夾緊力計算 .24 5 4.3 定位誤差分析 24 4.3.1 定位元件尺寸及公差的確定 .24 4.3.2 計算鉆套中心線與工作臺的垂直度誤差 .24 4.3.3 計算定位銷軸與工作臺的平行度誤差 .25 4.4 夾具設計及操作的簡要說明 25 5 結束語 .26 致謝 27 參考文獻 28 6 1 緒論 隨著我國現(xiàn)代制造技術的發(fā)展，數(shù)控機床的普及和從事數(shù)控加工人員的增 多，數(shù)控加工越來越受到人們的重視。 撥叉零件廣泛 應用于我們的日常生活及生 產(chǎn)當中， 撥叉零件的制造精度能不能夠滿足技術要求,如何更大限度的降低機加 工的基本勞動時間及提高單位時間內(nèi)的生產(chǎn)率,都成為機械行業(yè)勢待解決的技術 性問題。隨著數(shù)控技術的不斷 發(fā)展及數(shù)控技術應用的不斷廣泛化、深入化，我 們 意識到，采用數(shù)控機床來加工 撥叉零件既能夠提高零件的精度又能夠完成采用 普通機床加工應運受限的瓶頸，對提高加工效率、以及降低勞動強度都有不可估 量之好處。 隨著計算機科學、信息技術的迅速發(fā)展， 傳統(tǒng)的制造業(yè)已發(fā)生了十分顯著的 變化，發(fā) 達國家正進行由傳統(tǒng) 的制造技術向現(xiàn)代制造技術的轉變，并提出了全新 的制造模式。數(shù)控加工技術 將逐步引航現(xiàn)代機械制造業(yè)的發(fā)展。數(shù)控機床的應用 范圍日益擴大，其產(chǎn)生的經(jīng)濟 效益與社會效益十分明顯。 對傳統(tǒng)零件的數(shù)控加工技術也得到越來越廣泛的應用。面對新技術、新工藝 的不斷出現(xiàn)，提高數(shù)控加工技 術在傳統(tǒng)撥叉類零件的應用也受到越來越多的重 視。如何使數(shù)控技術在加工 這一類零件中表現(xiàn)出其高質量、高精度、高效率，都 成為各國爭先要解決的問題。因此研究它對我國的制造行業(yè)很有借鑒作用。 2 數(shù)控加工工藝概述 2.1 數(shù)控加工工藝分析的一般步驟與方法 工作人員在進行工藝分析時，要有機床說明書、 編程手冊、切削用量表、標 準工具、夾具手冊等資料，根據(jù)被加工工件的材料、輪廓形狀、加工精度等選用 合適的機床，制定加工方案，確定零件的加工順序，各工序所用刀具，夾具和切 削用量等。 2.2 機床的合理選用 在數(shù)控機床上加工零件時，一般有兩種情況。第一種情況：有零件圖樣和毛 坯，要選擇 適合加工該零件的數(shù)控機床。第二種情況：已經(jīng)有了數(shù)控機床，要 選擇 適合在該機床上加工的零件。無論哪種情況，考 慮的因素主要有，毛坯的材料和 類、零件 輪廓形狀復雜程度、尺寸大小、加工精度、零件數(shù)量、熱處理要求等。概 括起來有三點： （1）要保證加工零件的技術要求，加工出合格的產(chǎn)品； （2）有利于提高生產(chǎn)率； （3）盡可能降低生產(chǎn)成本(加工費用)。 7 2.3 數(shù)控加工零件工藝性分析 數(shù)控加工工藝性分析涉及面很廣，在此僅從數(shù)控加工的可能性和方便性兩 方面加以分析。 2.3.1 零件圖樣上尺寸數(shù)據(jù)的給出應符合編程方便的原則 （1）零件圖上尺寸標注方法應適應數(shù)控加工的特點在數(shù)控加工零件圖上，應 以同一基準引注尺寸或直接給出坐標尺寸。在保持設計基準、工藝基準、 檢測基 準與編程原點設置的一致性方面帶來很大方便。由于零件設計人員一般在尺寸 標注中較多地考慮裝配等使用特性方面，而不得不采用局部分散的標注方法，這 樣就會給工序安排與數(shù)控加工帶來許多不便。由于數(shù)控加工精度和重復定位精 度都很高，不會因產(chǎn)生較大的 積累誤差而破壞使用特性，因此可將局部的分散標 注法改為同一基準引注尺寸或直接給出坐標尺寸的標注法。 （2）構成零件輪廓的幾何元素的條件應充分。在分析零件圖時，要分析幾何 元素的給定條件是否充分。如 圓弧與直線， 圓弧與圓 弧在圖樣上相切，但根據(jù) 圖 上給出的尺寸，在計算相切條件時， 變成了相交或相離狀態(tài)。由于構成零件幾何 元素條件的不充分，使編程 時無法下手。遇到 這種情況 時， 應與零件設計者協(xié)商 解決。 2.3.2 零件各加工部位的結構工藝性應符合數(shù)控加工的特點 （1）零件的內(nèi)腔和外形最好采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸。這樣可以減少刀具 規(guī)格和換刀次數(shù)，使編程方便，生產(chǎn)效益提高。 （2）內(nèi)槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，因而內(nèi)槽圓角半徑不應過小。 零件工藝性的好壞與被加工輪廓的高低、轉接圓弧半徑的大小等有關。 （3）零件銑削底平面時，槽底圓角半徑 r 不應過大。 （4）應采用統(tǒng)一的基準定位。在數(shù)控加工中，若沒有統(tǒng)一基準定位，會因工件 的重新安裝而導致加工后的兩個面上輪廓位置及尺寸不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。因此要避免 上述問題的產(chǎn)生，保證兩次裝 夾加工后其相對位置的準確性，應采用統(tǒng)一的基準 定位。零件上最好有合適的孔作為定位基準孔，若沒有，要 設置工藝孔作為定位 基準孔。若無法制出工藝孔 時，最起 碼也要用經(jīng)過精加工的表面作為統(tǒng)一基準， 以減少兩次裝夾產(chǎn)生的誤差。此外，還應分析零件所要求的加工精度、尺寸公差 等是否可以得到保證、有無引起矛盾的多余尺寸或影響工序安排的封閉尺寸等。 2.4 加工方法的選擇與加工方案的確定 2.4.1 加工方法的選擇 8 加工方法的選擇原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由 于獲得同一級精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，因而在實際選擇時，要 結合零件的形狀、尺寸大小和熱處理要求等全面考慮。例如， 對于 IT7 級精度的 孔采用鏜削、鉸削、磨削等加工方法均可達到精度要求，但箱體上的孔一般采用 鏜削或鉸削，而不宜采用磨削。一般小尺寸的箱體孔 選擇鉸孔，當孔徑 較大時則 應選擇鏜孔。此外，還應考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟性的要求，以及工廠的生產(chǎn)設備等實 際情況。常用加工方法的經(jīng)濟 加工精度及表面粗糙度可查閱有關工藝手冊。 2.4.2 加工方案確定的原則 零件上比較精密表面的加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達 到的。對這 些表面僅僅根據(jù) 質量要求選擇相應的最終加工方法是不夠的，還應正 確地確定從毛坯到最終成形的加工方案。 確定加工方案時，首先應根據(jù)主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步確 定為達到這些要求所需要的加工方法。例如，對于孔徑不大的 IT7 級精度的孔， 最終加工方法取精鉸時，則 在精鉸孔前通常要經(jīng)過鉆孔、擴孔和粗鉸孔等加工。 2.5 工序與工步的劃分及加工順序安排 2.5.1 工序的劃分 在數(shù)控機床上加工零件，工序可以比較集中，在一次裝夾中盡可能完成大部 分或全部工序。首先應根據(jù)零件圖樣，考 慮被加工零件是否可以在一臺數(shù)控機床 上完成整個零件的加工工作，若不能則應決定其中哪一部分在數(shù)控機床上加工， 哪一部分在其他機床上加工，即對零件的加工工序進行劃分。一般工序劃分有以 下幾種方式： （1）以一次安裝、加工作為一道工序。 （2）以同一把刀具加工的內(nèi)容劃分工序。 （3）以加工部位劃分工序。 （4）以粗、精加工劃分工序。 2.5.2 工步的劃分 工步的劃分主要從加工精度和效率兩方面考慮。在一個工序內(nèi)往往需要采 用不同的刀具和切削用量，對不同的表面進行加工。為了便于分析和描述較復雜 的工序，在工序內(nèi)又細分為 工步。下面以加工中心 為 例來說明工步劃分的原則： (1)同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗 后精加工分開進行。 (2)對于既有 銑面又有鏜孔的零件，可先銑面后鏜孔。 9 (3)按刀具劃分工步。 總之，工序與工步的劃分要根據(jù)具體零件的結構特點、技術要求等情況綜合 考慮。 2.5.3 加工順序安排 順序的安排應根據(jù)零件的結構和毛坯狀況，以及定位、安裝與夾緊的需要來 考慮。順 序安排一般應按以下原則進行： （1）上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊，中間穿插有通用機床 加工工序的也應綜合考慮； （2）先進行內(nèi)腔加工，后 進行外形加工； （3）以相同定位、夾緊方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好連續(xù)加工， 以減少重復定位次數(shù)、換刀次數(shù)與挪動壓板次數(shù)； 2.6 零件的安裝與夾具的選擇 2.6.1 定位安裝的基本原則 （1）力求設計、工藝與編程計算的基準統(tǒng)一。 （2）盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工表面。 （3）避免采用占機人工調(diào)整式加工方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機床的效能。 2.6.2 選擇夾具的基本原則 數(shù)控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求：一是要保證夾具的坐標方向與 機床的坐標方向相對固定；二是要協(xié)調(diào)零件和機床坐標系的尺寸關系。除此之外， 還要考慮以下四點： （1）當零件加工批量不大時，應盡量采用組合夾具、可調(diào)式夾具及其他通用 夾具，以 縮短生產(chǎn)準備時間 、節(jié)省生產(chǎn)費用。 （2）在成批生產(chǎn)時才考慮采用專用夾具，并力求結構簡單。 （3）零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機床的停頓時間。 （4）夾具上各零部件應不妨礙機床對零件各表面的加工，即夾具要開敞其定 位、夾緊 機構元件不能影響加工中的走刀(如產(chǎn)生碰撞等)。 2.7 刀具的選擇與切削用量的確定 2.7.1 刀具的選擇 10 刀具的選擇是數(shù)控加工工藝中重要內(nèi)容之一，它不僅影響機床的加工效率， 而且直接影響加工質量。編 程時， 選擇刀具通常要考 慮機床的加工能力、工序內(nèi) 容、工件材料等因素。 與傳統(tǒng)的加工方法相比，數(shù)控加工對刀具的要求更高。不僅要求精度高、 剛 度好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝 調(diào)整方便。這就要求采用新型優(yōu)質材 料制造數(shù)控加工刀具，并優(yōu)選 刀具參數(shù)。 2.7.2 切削用量的確定 切削用量包括主軸轉速(切削速度)、背吃刀量、 進給量。對于不同的加工方 法，需要選擇不同的切削用量，并應編入程序單內(nèi)。 合理選擇切削用量的原則是，粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也 應考 慮經(jīng)濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧 切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。具體數(shù)值應根據(jù)機床 說明書、切削用量手冊，并 結合經(jīng)驗而定。 2.8 對刀點與換刀點的確定 在編程時，應正確地選擇“對刀點”和“換刀點” 的位置?！皩Φ饵c” 就是在數(shù)控 機床上加工零件時，刀具相 對于工件運動的起點。由于程序段從該點開始執(zhí)行， 所以對刀點又稱為“ 程序起點 ”或“起刀點”。 對刀點的選擇原則是： （1）所選的對刀點應使程序編制簡單； （2）對刀點應選擇在容易找正、便于確定零件加工原點的位置； （3）對刀點應選在加工時檢驗方便、可靠的位置； （4）對刀點的選擇應有利于提高加工精度。 加工過程中需要換刀時，應規(guī)定換刀點。所 謂“換刀點”是刀架轉位換刀時的 位置。該 點可以是某一固定點 (如加工中心機床，其換刀機械手的位置是固定的)， 也可以是任意的一點(如車床)。換刀點應設在工件或夾具的外部，以刀架轉位時 不碰工件及其它部件為準。其 設定值可用實際測量方法或計算確定。、 2.9 加工路線的確定 在數(shù)控加工中，刀具刀位點相對于工件運動的軌跡稱為加工路線。編程時， 加工路線的確定原則主要有以下幾點： （1）加工路線應保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率較高。 （2）使數(shù)值計算簡單，以減少編程工作量。 （3）應使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空刀時間。 11 如加工圖 a 所示零件上的孔系。b 圖的走刀路線為 先加工完外圈孔后，再加 工內(nèi)圈孔。若改用 c 圖的走刀路線，減少空刀時間，則可節(jié)省定位時間近一倍，提 高了加工效率。 a)零件圖樣 b)路線 1 c)路線 2 圖 1 最短走刀路線的設計 3 撥叉零件數(shù)控加工工藝分析 3.1 撥叉零件的作用 圖 2 是 CA6140 車床上的撥叉零件，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。 3.2 撥叉零件的工藝分析 零件的材料 HT200 其生產(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。以下是撥叉需要加工的表面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。 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。由于撥叉零件的加工工序 較多，形狀 較復雜，考慮 到工序集中所以采用數(shù)控機床來進行加工。 3.3 確定撥叉零件生產(chǎn)類型 12 已知此撥叉零件的生產(chǎn)綱領為 5000 件/年，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(chǎn)類型為中批生產(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；加工設備以數(shù)控機床 為主，大量采用專用工裝。 圖 2 831007 撥叉零件圖 3.4 確定撥叉零件毛坯類型 3.4.1 確定毛坯種類 13 零件材料為 HT200?？?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(chǎn)類型為中批生 產(chǎn)，故 選擇木摸手工砂型 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。 3.4.2 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： 表 1 各加工表面的加工余量 簡 圖 加工 面代 號 基本 尺寸 加工 余量 等級 加工 余量 說 明 D1 20 H 1.0 2 ?孔降一級雙側加工 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 3.5 撥叉零件數(shù)控加工工藝規(guī)程設計 3.5.1 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。 （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。 3.5.2 制定數(shù)控加工工藝路線 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,可以考慮采用數(shù)控機床配以專用 14 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、精銑 Φ20、Φ50 下端面，以 T2 為粗基準，采用立式數(shù)控 銑床 加專用夾具； 工序 02 粗銑、精銑 Φ20 上端面，以 T4 為定位基準，采用立式數(shù)控銑床加 專用夾具；粗銑、精銑 Φ50 上端面，以 T4 為定位基準，采用立式數(shù)控銑床加專用 夾具； 工序 03 鉆、擴 Φ20 孔，粗鉸、精鉸 Φ20 孔；以 Φ32 外圓和 T2 為基準，采 用立式數(shù)控鉆床加專用夾具；粗鏜、半精鏜 Φ50 孔，以 D1 為定位基準，采用臥式 數(shù)控鏜床加專用夾具； 工序 04 銑斜肩，以 D1 和 T2 為定位基準，采用立式數(shù)控銑床加專用夾具； 工序 05 精銑 Φ50 端面，以 D1 為基準，采用立式數(shù)控銑床加專用夾具； 工序 06 鉆、鉸 Φ8 錐孔，以 T1 和零件中線為基準，采用立式數(shù)控鉆床加專 用夾具； 工序 07 鉆 M6 底孔，攻螺紋，以 T1 和零件中線為基準，采用立式數(shù)控 鉆 床并采用專用夾具； 工序 08 銑斷，以 D1 為基準，采用臥式數(shù)控銑床加專用夾具； 工序 09 去毛刺； 工序 10 終檢。 3.6 機械加工余量、工序尺寸及公差的確定 3.6.1 圓柱表面工序尺寸 前面已初步確定工件各面的總加工余量，現(xiàn)在確定各工序的加工余量如下： 表 2 圓柱表面加工余量 工序余量加工 表面 加工 內(nèi)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?? 粗 鏜 4.0 IT12 50.7? 6.3 0.95 6.8φ50IT12 （D2） 半精鏜 3.0 IT10 1. 3.2 2.9 3.25 鉆 18 IT11 0.8? 17.89 18 φ20IT7 （D1） 擴 1.8 IT10 4.19? 6.3 1.716 1.910 15 粗 鉸 0.14 IT8 03.941?? 3.2 0.107 0.224 精 鉸 0.06 IT7 2. 1.6 0.039 0.093 3.6.2 平面工序尺寸 表 3 平面加工余量 工序余量工序 號 工序內(nèi)容 加工余 量 基本 尺寸 經(jīng)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 7.75 02 粗銑 φ20 孔上端面 4.0 32.0 12 0.25?1.5 7.75 03 粗銑 φ50 孔上端面 4.0 14.0 12 018.?1.8 6.38 07 精銑 φ20 孔下端面 1.0 31.0 8 03.?0.75 1.283 08 精銑 φ20 孔上端面 1.0 30.0 8 03.?0.75 1.283 10 精銑 φ50 孔端面 1.0×2 12.0 8 016.??0.951 1.016 3.6.3 確定切削用量及時間定額 工序 01 粗銑、精銑 Φ20、Φ50 下端面，以 T2 為粗基準，采用立式數(shù)控 銑床 加專用夾具 （1） 粗銑 Φ20、Φ50 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：H =40mm，L=176mm; 加工要求：粗銑 Φ20 孔下端面，加工余量 4mm; 機床：X51 立式數(shù)控銑床； 16 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：λ s=－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 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：fz=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，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z 時， vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系數(shù) 為：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切 削速度計算公式為： vpvezvpTc kuayfxqdm0? 其中 ， ， ， ， ， ，ae72?p4245C.?15.0xv3.?yv ， ， ， ， ，8.0.1??kSvMv .uv0v32.min8T ， ，將以上數(shù)據(jù)代入公式：zmfz/8.0Zin/142 .012.735.081.80243.vc? ??? 確定機床主軸轉速： 。 min/6rdvwcs?? 17 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/min10 nd?30254.? f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z 5)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，nc=300r/min，vf=390mm/s，vc=118m/min，fz=0.1mm/z。 6)計算基本工時 tm＝L/ vf ，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/ Vf=(176+40)/390=0.81min. （2）精銑 Φ20、Φ50 下端面，以 T2 為粗基準。 刀具：YG6 硬質合金端銑刀； 機床：X51 立式數(shù)控銑床； 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 質合金端銑刀，in/124mv ，則：,125?zmdw in/31650rdnws?? 現(xiàn)采用 X51 立式數(shù)控銑床，根據(jù) 《簡明手冊》表 4.2-36，取 ，故min/30rw? 實際切削速度： in/75.103251nvw?? 當 時，工作臺每分鐘進給量：mi/30rnw? ，取為 980mm/minmin/835.zfm?? 本工序切削時間為： min 62.0915722???fltm 18 工序 02 粗銑、精銑 Φ20 上端面，以 T4 為定位基準，采用 X51 立式數(shù)控銑 床加專用夾具；粗銑、精銑 Φ50 上端面，以 T4 為定位基準，采用 X51 立式數(shù)控銑 床加專用夾具 （1） 粗銑 Φ20、Φ50 上端面，以 T4 為定位基準。 切削用量和時間定額及其計算過程同工序 01。 （2） 精銑 Φ20 上端面，以 T1 為定位基準。 切削用量同工序 01； 精銑時 ；mdy1250??? 基本工時： 。 31.09876?fltm （3）粗銑 Φ50 上端面，以 T4 為定位基準。 刀具：YG6 硬質合金端銑刀， ,40?Zd 機床：X51 立式銑床 根據(jù)《切削手冊》查得， 。根據(jù)《簡明手冊》表 4.2-mazfpz,/13.? 36 查得，?。?，故 實際切削速度： min/30rnw? in/7.04dvw??? 當 時，工作臺每分鐘進給量應為：in/30rn mi/39013.Zfwzm?? 查說明書，取 in/4 計算切削基本工時： yL821072??? 因此， in05.398?ftm 工序 03 鉆、擴 Φ20 孔；粗 鉸、精鉸 Φ20 孔；以 Φ32 外圓和 T2 為基準；采用 Z525 立式數(shù)控鉆床加專用夾具；粗鏜、半精鏜 Φ50 孔，以 D1 為定位基準，采用 T616 臥式數(shù)控鏜床加專用夾具 （1） 鉆、擴 Φ20 孔，以 Φ32 外圓和 T2 為基準。 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?? 19 2） 選擇切削用量 ① 確定進給 量 按加工要求確定進給量：查《切削手冊》 ，rmf/53.0~4? ，由《切削手冊》表 2.7,系數(shù)為 0.5,則： 367.18 0??dl rf /)265.01.(50)3.~4.0(? 按鉆頭強度選擇:查《切削手冊》表 2.8,鉆頭允許進給 量為： ；rf/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 。以上三個進給量比較得出，受限制的進給量rmf/93.0? 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 。rf/2.0? 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： （m/min） vyxpmvckfaTdz0? 其中， ， ， ， ， ， ，5.9?Cvd18025.v1.?9pa0?vx ， ，查得修正系數(shù)： ， ， ，故 實際的切.0vy2f T850lv.1tk 削速度： min/.9.2.016.5.250.vc ? 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 Nm。 查機床使用說明書：Mm =144.2 Nm。 查《切削手冊》表 2.23,鉆頭消耗功率：Pc=1.3kw 。 查機床使用說明書， 。kwPE26.81.02?? 20 由于 ， ，故切削用量可用，即：mcM?ECP ， ，rf/2.0?in/27rnc?min/4.15vc? 3） 計算工時 i6.02.83??fLtm 4） 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rmf/.~7? 明書最終選定進給量為： 。rf/81.0? 根據(jù)資料，切削速度 ，其中 為用鉆頭鉆同樣尺寸實心孔時的切鉆v4鉆 削速度，故： ， ，根據(jù)機床使min/8.3594.0v?? in/1.68.1930rs??? 用說明書選?。?。7rnw 基本工時： in4.081.9.0?????yLt （3）粗鉸、精鉸 Φ20 孔；以 Φ32 外圓和 T2 為基準。 1） 粗鉸至 m4.9? 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,進給量取?fz 0.81mm/r，機床主軸轉 速取為 =140r/min，則其切削速度為：?fz nw 。min/7.8dv?? 機動時切削工時， =38mm，30?l i34.01.4???fntwm 2） 精鉸至 ? 刀具： dw0? 機床：Z525 立式數(shù)控鉆床 根據(jù)有關手冊的規(guī)定，鉸刀的進給量取 0.48mm/r，機床主軸轉速取為：?f =140r/min，則其切削速度為：nw min/8.dnv? 機動時切削工時， =38mm830??l i57.04.13??ftwm 21 機床：X51 立式數(shù)控銑床 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： ， ,即 27m/min，因此，smv/45.0?min/08.,60fzdz?i/21471rvnws?? 現(xiàn)采用 X51 立式銑床，取 ，工作臺每分鐘進給量 應為：in/0r?fm ，m8.12608.nzfwm??? 查機床使用說明書，取 。i/fm 銑削基本工時： n4.07??t i68.12.?tm （3） 粗鏜、半精鏜 Φ50 孔，以 D1 為定位基準 1） 粗鏜 Φ50 孔，以 D1 為定位基準。 機床：T60 臥式數(shù)控鏜床 單邊余量 可一次切除，則 。根據(jù)《簡明手冊》4.2-20,5.2Z?map5.2? 查得，取 。根據(jù)《簡明手冊》4.2-21 查 得，?。?。rmf/0 in/20r 計算切削基本工時： in13.052.1??fLtm 2） 半精鏜 Φ50 孔，以 D1 做定位基準。 單邊余量 ,可一次切除，則 。z0.1?map.? 由《切削手冊》表 1.6 查得，進給量 取為 0.27mm/r。由,/40~rfz 《切削手冊》表 1.1 查得， ，則：in/vin/637510rdnw?? 查《簡明手冊》表 4.2-20， 取為 630r/min。 加工基本工時： mi08.632???fnltw 工序 04 銑斜肩，以 D1 和 T2 為定位基準 刀具：硬質合金三面刃銑刀 22 機床：X51 立式銑床 根據(jù)《簡明手冊》查得： 。根據(jù)《切削手冊》查得：1663?Zmdw， 因此：,/10.zmfz? in/32701rvnws??? 現(xiàn)采用 X51 立式銑床，?。?，故 實際切削速度為：in/rmi/8.19061dvw? 當 時，工作臺每分鐘進給量應為：min/30rnw? in/60.Zfwz ?? 根據(jù)《切削手冊》表 4.2-37 查得,?。?。15fm? 計算切削基本工時： ylL.372.??? 因此： in27.01653?ftm 工序 05 精銑 Φ50 端面，以 D1 為基準，采用 X51 立式數(shù)控 銑床加專用夾具 機床：X51 立式數(shù)控銑床 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： ， ,即 27m/min，因此，sv/45.0?min/08.,60fzdz?i/21471rvnws?? 現(xiàn)采用 X51 立式銑床，取 ，工作臺每分鐘進給量 應為：in/0r?fm ，m8.12608.nzfwm??? 查機床使用說明書，取 。i/fm 銑削基本工時： n4.7?tin68.124.0??tm 工序 06 鉆、鉸 Φ8 錐孔，以 T1 和零件中線為基準 刀具：專用刀具 23 機床：Z525 立式鉆床 確定進給量 ：根據(jù)《切削手冊》表 2.7 查得， ，查 Z525f rmf/26.0~.? 機床使用說明書，現(xiàn)取 。查《切削手冊 》表 2.15， ，rm/2.0? in17v 計算機床主軸轉速： in/6948.711rdvnws?? 按機床選取 ，所以實際切削速度為：i/680?w min/6.10.1nvw?? 計算切削基本工時： in06.2.684??????fyltm 工序 07 鉆 M6 底孔，攻螺紋，以 T1 和零件中線為基準 （1） 鉆螺紋底孔 mm8.4? 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)取?f 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 切削速度為：in/96rin/48.108.1vw?? 計算切削基本工時： min047.2.96??????fyltm （2） 攻螺紋 M6 機床：Z525 立式鉆床 刀具：絲錐 M6，P=1mm 24 切削用量選為： ，機床主軸轉速為： ，min/6/1.0sv?min/318rns? 按機床使用說明書選?。?，則 ；機動時，27rnw i/1.5v ，計算切削基本工時：ml146?? in04.1??fltm 工序 08 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： ,切削速度為： ，zmf/10.?min/27v? 則： in/5462710rdvnws?? 根據(jù)《簡明手冊》表 4.2-39，取 ，故 實際 切削速度為：in/r?min/2.50180nvw 此時工作臺每分鐘進給量 應為：fm i/4.nZfwz ??? 查《切削手冊》表 4.2-40，剛好有 。in/0fm 計算切削基本工時： min25.0437????fyltm 4 夾具設計 為了提高勞動生產(chǎn)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 03——鉆、擴 Φ20 孔，粗鉸、精鉸 Φ20 孔; 粗鏜、半精 鏜 Φ50 孔；刀具 為高速鋼麻花鉆。 4.1 問題的提出 本夾具主要用來鉆 Φ20、Φ50 底孔，該孔為通孔，跟撥叉的上下底面有垂直 度的技術要求要求，在加工 時應保證孔的垂直度要求分別為 0.05、0.07。此外在 本工序加工時還應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，所以為了滿足該要 25 求，在進行夾緊撥叉工件時采用了氣缸自動裝置來進行裝夾工件，并采用快換鉆 套提高鉆孔的速度，能夠提高加工效率。 4.2 夾具設計 4.2.1 定位基準選擇 由零件圖可知，孔 Φ20、Φ50 為通孔，跟撥叉的上下底面有垂直度的技術要 求，為使定位誤差為零，應該選擇撥叉下底面為定位基準保證該垂直度要求。此 外，還應 以 Φ20 孔外圓柱面 為基準，從而保 證孔在精度要求。 為了提高加工效率，現(xiàn)決定采用自動夾緊裝置，并采用快換鉆套以利于在鉆 底孔后進行精鉸或精鏜。 4.2.2 切削力及夾緊力計算 刀具：硬質合金麻花鉆， （1）鉆 Φ20 時 的夾緊力 由實際加工的經(jīng)驗可知,鉆削時的主要切削力為鉆頭的切削方向,即垂直于工 作臺,查《切削手冊》表 2.3，切削力計算公式為： FkfdCFyZf0? 其中： ， ， ， ， ， ，410?CF2.ZF75.0yFm8.1902.?f khFxMF? 與加工材料有關,取 0.94； 與刀具刃磨形狀有關,取 1.33； 與刀具磨鈍標kMkxF h 準有關,取 1.0，則： N6.592.12.08.19475???? 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. （2）鉆 Φ50 孔 時的夾緊力 取鉆頭直徑 md8.490? 有上述公式可得： NF7.193250.1721??? 4.3 定位誤差分析 26 4.3.1 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，即 。此外， 這兩定1062??k 位銷共同保證加工孔的垂直度。 4.3.2 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：520g?726H026.)1.(05.max???? 襯套外徑 與鉆模板孔 的最大間隙為：6r 5.3.8.max 則鉆套中心與工作臺平面的垂直度誤差為：0.026-0.005=0.021。 4.3.3 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： 034.1.035.max???? 4.4 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(chǎn)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。 27 圖 4 裝備圖 28 5 結束語 經(jīng)過了兩個多月的學習，我終于完成了《撥叉零件數(shù)控加工工藝及工裝設計》 的畢業(yè)論文。從開始接到論 文題目到系統(tǒng)的實現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一 步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學期間獨立完成的最大的項目。 在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受，從對數(shù)控工藝一無所知， 對數(shù) 控工藝加工很不了解的狀態(tài)，我開始了獨立的學習和試驗，查看相關的資料和書 籍，讓自己 頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來， 每一次改進都是我學習的收獲，每一次試驗的成功都會讓我興奮好一段時間。從 中我也充分認識到了數(shù)控加工技術在我們的生活生產(chǎn)中將扮演越來越重要的角 色，更是我們以后工作的首 選目標。因此學好它、用好它不 論是現(xiàn)在還是在以后 工作學習當中都有無可估量的作用。 這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正 用心去做的一件事情，是真正的自己學習的過程和研究的過程，沒有學習就不可 能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文了。希望 這次的經(jīng)歷能讓我在以后學習中激勵我繼續(xù)進步。 29 參考文獻 [1] 趙家奇. 機械制造工藝學課程設計指導書(2 版). 北京：機械工業(yè)出版社,2006. 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[20]徐圣群主編， 簡明加工工藝手冊。上?？茖W技術出版社，1991. 30 致謝 本文作為一名本科生的畢業(yè)設計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全 的地方，如果沒有老師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成 這 個設計是難以想象的。 本文是在老師的教誨和精心指導下完成的。老師淵博的知識和對學生認真 負責的態(tài)度、嚴謹?shù)目茖W研究方法、敏銳的學術洞察力、勤勉的工作作風以及勇 于創(chuàng)新、勇于開拓的精神是我永遠學習的榜樣。在此， 謹向杜老師致以深深的敬 意和由衷的感謝。 其次，還要感謝大學幾年來所有指導過,教育過我的老師們，正是你們不倦的 教誨,使我打下了扎實的專業(yè)基礎；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你 們的支持和鼓勵，此次畢業(yè)設計才會順利完成。 31