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機械制造工藝 課程設計說明書 學 院 機械工程學院 專 業(yè) 13機械設計制造及自動化5班 學 號 4113010508 學生姓名 王鵬 指導教師 管紅艷 提交日期 2016年 6 月 3 日 目 錄 前 言 I 第一章 設計目的 1 1.1 零件的分析 1 1.1.1 零件的作用 1 1.1.2 零件的工藝分析 2 第二章 工藝規(guī)程設計 4 2.1 確定毛坯的制造形成 4 2.3 制定工藝路線 4 2.4 機械加工余量 5 2.4.1 A面的加工余量 5 2.4.2 B面的加工余量 5 第三章 確定切削用量及基本工時 6 3.1 工序一 6 3.1.1 加工條件 6 3.1.2 切削用量 6 3.2工序二 6 3.2.1 選擇鉆頭 7 3.2.2 選擇切削用量 7 3.2.3 計算工時 8 3.3 工序三 8 3.3.1 粗銑 8 3.3.2 精銑 9 3.4 工序四 10 3.4.1 選擇銑刀 10 3.4.2 選擇切削用量 10 3.4.3 計算工時 10 3.5 工序五 11 3.5.1 選擇銑刀 11 3.5.2 選擇切削用量 11 3.5.3 計算工時 12 3.6 工序六 12 3.6.1 選擇砂輪 12 3.6.2 選擇切削用量 13 3.6.3 計算工時 13 第四章 夾具結構設計 14 4.1定位機構 14 4.2加緊機構 14 4.3基礎夾具的總體形式 14 4.4確定夾具體 15 4.5夾具體的裝配圖 15 4.6 定位誤差設計 16 4.7 夾具設計及操作說明 16 小 結 17 參考文獻 18 前 言 通過機床工藝及夾具設計，匯總所學專業(yè)知識如一體(如《公差于配合》、《機械零件設計》、《金屬切削機床》、《機械制造工藝》等)。讓我們對所學的專業(yè)課得以鞏固、復習及實用，在理論與實踐上有機結合；使我們對各科的作用更加深刻的熟悉與理解，并為以后的實際工作奠定堅實的基礎！ 在些次設計中我們主要是設計CA6140撥叉的銑床夾具。在此次課程設計過程中，我小組成員齊心協(xié)力、共同努力完成了此項設計。在此期間查閱了大量的書籍，并且得到了有關老師的指點，尤其是管紅艷老師的大力幫助，在此表示感謝！ 13機械設計制造5班 2016年6月3日  第一章 設計目的 機械制造工藝學課程設計,是在學完機械制造工藝學及夾具設計原理課程，經(jīng)過生產(chǎn)實習取得感性知識后進行的一項教學環(huán)節(jié)；在老師的指導下，要求在設計中能初步學會綜合運用以前所學過的全部課程，并且獨立完成的一項工程基本訓練。同時，也為以后搞好畢業(yè)設計打下良好基礎。通過課程設計達到以下目的： 1、能熟練的運用機械制造工藝學的基本理論和夾具設計原理的知識，正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及合理制訂工藝規(guī)程等問題的方法，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。 2、通過對零件某道工序的夾具設計，學會工藝裝備設計的一般方法。通過學生親手設計夾具（或量具）的訓練，提高結構設計的能力。 3、課程設計過程也是理論聯(lián)系實際的過程，并學會使用手冊、查詢相關資料等，增強學生解決工程實際問題的獨立工作能力。 1.1 零件的分析 1.1.1 零件的作用 題目給定的零件是CA6140撥叉（見 附圖1）它位于車床變速機構中，主要起 換檔，使主軸回轉(zhuǎn)運動按照工作者的要求 進行工作。寬度為18+0.0120mm的槽尺寸精度 要求很高，因為在撥叉拔動使滑移齒輪時如果槽的尺寸精度不高或間隙很大時，滑移齒輪得不到很高的位置精度。所以，寬度為mm的槽和滑移齒輪的配合精度要求很高。零件圖如下： 1.1.2 零件的工藝分析 CA6140撥叉共有兩組加工表面： 以花鍵孔的中心線為基準的加工面 這一組面包括25+0.230mm的六齒方花鍵孔、22+0.280花鍵底孔兩端的2X150倒角和距中心線為27mm的平面（即B端面）。 以工件右端面（A端面）為基準的8+0.030 mm的槽和18+0.120mm的槽 經(jīng)上述分析可知， 對于兩組加工表面，可先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面。 第二章 工藝規(guī)程設計 2.1 確定毛坯的制造形成 零件材料HT200、考慮到此零件的工作過程中并有變載荷和沖擊性載荷，因此選用鍛件，以使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件的工作可靠。由于生產(chǎn)綱領為中批生產(chǎn)而且零件的尺寸并不很大，故可采取模鍛成型。經(jīng)查《金屬機械加工工藝人員手冊》表5-5取等級為2級精度底面及側(cè)面澆注確定待加工表面的加工余量為30.8mm。毛坯零件圖如下： 2.2 基準的選擇 粗基準的選擇：因為要保證花鍵的中心線垂直于右端面，所以以Φ40的外圓表面的粗基準。 精度基準的選擇：為保證定位基準和工序基準重合，以零件的A面為精基準。 2.3 制定工藝路線 方案一 工序： 1.粗、精車A端面。 2.鉆、擴花鍵底孔、倒兩端15倒角。 3.粗、精銑削B面。 4.銑削8+0.030mm的槽。 5.銑削18+0.0120mm的槽。 方案二 工序： 1.粗、精車端面A。 2.鉆、擴花鍵底孔、倒兩端15倒角。 3.拉花鍵 4.銑削槽B面。 5.銑削8+0.030mm的槽。 6.銑削18+0.0120mm的槽。 方案分析： 上述兩方案中，工藝方案一把拉花鍵放在最后一道工序，3.4.5工序很難對工件進行定位和加緊；方案二中，把花鍵放在第一道工序的后邊，這樣，方案二中的4.5.6道工序很容易對工件進行定位與加緊即以花鍵中心線和A面作為4.5.6道工序的定位基準。此方案定位精度高，專用夾具結構簡單、可靠，所以采用方案二比較合理。以上工藝過程詳見附表1“機械加工工藝過程卡片” 2.4 機械加工余量 CA6140的撥叉材料為HT200。毛坯重量為1.0 kgσb =160MPa HBS 生產(chǎn)類型為由大、中批量生產(chǎn)，采用模鍛鍛模。 根據(jù)上述的原始資料加工工藝，分別確定各個加工表面的機械加工余量，工序尺寸以毛坯尺寸如下： 2.4.1 A面的加工余量 A面有30.8mm的加工余量，足夠把鑄鐵的硬質(zhì)表面層切除。 要求以矩形花鍵的外徑定心，故采用拉削加工內(nèi)孔尺寸為，見零件圖，參照《金屬機械加工工藝人員手冊》表3-59確定孔加工余量的分配。 鉆孔Φ20mm；擴孔Φ21mm 2.4.2 B面的加工余量 此工序分2個工步 粗銑B面； 精銑B面； 精加工余量為0.2mm 粗銑加工余量為2.8mm 第三章 確定切削用量及基本工時 3.1 工序一 銑圓柱右面 3.1.1 加工條件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。 加工要求：粗銑鑄件圓柱右面。 機床：銑床，XA5032臥式銑床。 刀具：硬質(zhì)合金鋼端銑刀,牌號YG6。銑削寬度ae<=40mm,深度ap<=1.5mm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。 3.1.2 切削用量 1）銑削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1.3mm，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》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》，V c= 算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s 據(jù)XA6132銑床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,則實際切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。 5)校驗機床功率 查《切削手冊》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=1.3mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 6）計算基本工時 tm＝L/ Vf=(40+40)/475=0.168min。 3.2工序二 以φ22孔右端面為精基準，鉆、擴、鉸、精鉸φ22孔，保證垂直度誤差不超過0.05mm,孔的精度達到IT7。 選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時do=20mm，鉆頭采用雙頭刃磨法，后角，二重刃長度,橫刀長b=1.5mm,寬l=3mm,棱帶長度 3.2.1 選擇鉆頭 選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時do=18mm，鉆頭采用雙頭刃磨法，后角αo＝12，二重刃長度,橫刀長b=1.5mm,寬l=3mm,棱帶長度 3.2.2 選擇切削用量 （1）決定進給量 查《切》 所以， 按鉆頭強度選擇 按機床強度選擇 最終決定選擇機床已有的進給量 經(jīng)校驗 校驗成功。 （2）鉆頭磨鈍標準及壽命　 后刀面最大磨損限度（查《切》）為0.5～０.８mm，壽命． （3）切削速度 查《切》 修正系數(shù) 。 查《切》機床實際轉(zhuǎn)速為 故實際的切削速度 （4）校驗扭矩功率 所以 故滿足條件，校驗成立。 3.2.3 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： 鉸孔： 精鉸： 3.3 工序三 粗銑，精銑B面。 加工要求：粗銑B面，精銑B面，。 用標準鑲齒圓柱銑刀粗銑 加工余量3mm 機床 ：Ｘ62W 加工工件尺寸：寬度：40mm 長度：28mm 3.3.1 粗銑 選擇刀具 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.1 銑削寬度≤5mm時。直徑為do=50mm　故齒數(shù)Ｚ＝８，由于采用標準鑲齒圓柱銑刀 銑刀幾何參數(shù)（表3.2）=10=16 切削用量 留精銑的加工余量為0.2，所以本道工步切削寬度ac＝2.80.8ｍｍ，由于加工表面精度要求Ra=3.2 um.根據(jù)表3.5得每轉(zhuǎn)進給量ｆ＝0.5～１mm/r就能滿足要求，但考慮到Ｘ62W功率為7.5kw，機床為中等系統(tǒng)剛度和Ｘ62W銑床說明書 所以每轉(zhuǎn)進給量ｆ＝0.6mm/r 選擇刀具磨鈍標準及刀具壽命。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.7、銑刀刀齒后刀面的最大磨損量為0.6鑲齒銑刀do=50mm， 刀具壽命 T=120min（表3.8） 決定切削速度、可根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.9確定 Z=8, =40-70mm, ac=2.80.8ｍｍ, =0.0750.1mm/z =20,=0.7,=0.3,=0.2,=0.5,=0.3,m=0.25,=1.12,=0.8,=0.82,=1.12x0.8x0.82=0.79 =23.7(m/min) n=1000V/d=(1000x23.7)/(3.14x50)=151r/min 根據(jù)X62W型銑床說明書選n=160r/min =(160x3.14x50)/1000 =25.1m/min =160x0.6=96mm/min 選=80mm/min 實際=0.0625mm/z 機床功率：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.20 當 =71m/min =2.8mm =41mm =0.08 =1.4kw 切削功率的修正系數(shù)： 故Pct＜0.8, 根據(jù)X62W型銑床說明書，機床主軸允許的功率為 =7.50.75=5.63kw 故＜ 因此所決定的切削用量可以采用。 =2.8mm =80m/=160r/min =25.1m/min =0.0625mmm/z 基本工時根據(jù) 《切削用量簡明手冊》表3.5 Tm=(L+L1+△)/=(28+14)/80=0.525（min） L1+△=14mm 3.3.2 精銑 1）選擇刀具 刀具與上道工步是同一把刀。 2）切削用量 精銑的加工余量為0.2，所以本道工步切削寬度 ＝0.2mm，ｆ＝0.6 3）決定切削速度、可根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.9確定 ac=0.2mm, =33.1m/min n=1000V/d=(1000x33.1)/(3.14x50)=211r/min根據(jù)X62W型銑床說明書選n=210r/min =210x0.6=126mm/min、VF=125mm/min =0.074mm/Z 4）基本工時基本工時根據(jù) 《切削用量簡明手冊》表3.5 Tm=(L+L1+△)/ =(28+14)/125=0.336（min） L1+△=14mm 3.4 工序四 銑削8+0.030mm槽。 加工工件尺寸：8+0.030mm , 長度L=40mm 加工要求：高速鋼錯齒三面刃銑刀（精密級K8）加工余量8 用柴油液冷卻 機床：X62W 3.4.1 選擇銑刀 選擇刀具：由加工尺寸公差0-0.3 。所以銑刀精度為精密級K8 銑刀參數(shù)：L=8mm D=63 d=22 d1=34 ro=15 ao=12an=6Z=16 3.4.2 選擇切削用量 選擇切削量 由于槽的深度為8mm, 故一次走完，ae=8mm ap=8mm 由《切削用量簡明手冊》表3.3 確定f=0.15-0.3mm/r 現(xiàn)取f=0.3mm/r fz=0.3/16=0.018mm/z 3.4.3 計算工時 選擇銑刀磨鈍標準及刀具壽命：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.7,得最大磨損量為0.5 由表3.8確定刀具壽命：T=100min其中決定切削速度Vc和每齒進給量Vf、由《切削用量簡明手冊》3.27的公式 Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82, 1.12x0.8x0.82=0.79 Vc=(Cvxdoxqv)/(T=82.86m/min =100082.86/3.1463=418.87r/min 根據(jù)X62W型銑床說明書選nc=375r/min 實際速度Vc==74.2m/min 選=375X0.3=112.5mm/min 根據(jù)X62W型銑床說明書選選Vf=110mm/min fzc=110/37516=0.018mm/z 機床功率：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.28 公式 圓周力 fc=(CF KTV=0.90 KMFC=0.94 由表28 得 CF=30，XF=1.0，yF=0.65，UF=0.83，WF=0，qF=0.83， Fc=505.6N M=FCdo/2103=15.9N?M Pc=FcVc/1000=1.18km 根據(jù)X62W型銑床說明書，功率足夠。 Tm=0.49（min） L1+△=14mm 3.5 工序五 銑寬為180+0.12mm槽 加工要求：用乳化液冷卻，加工工件尺寸，寬180+0.12mm，長L=40mm工余量 23mm 由于此工步的設計尺寸精度要求很高，用銑削加工很難達到尺寸精度的要 求，所以為了留給下一道公序磨削的加工余量，所以分兩步走，ae=23，ap=10mm， 3.5.1 選擇銑刀 選擇刀具 銑刀參數(shù)：L=10 D=100mm d=30mm ro=15 ao=12an=6Z=24 3.5.2 選擇切削用量 選擇銑削用量 由于槽的寬度為18mm, 故二次走完，=23mm =10mm 由《切削用量簡明手冊》表3.3 確定f=0.5mm/r 現(xiàn)取f=0.8mm/r fz=0.5/24=0.02mm/z 3.5.3 計算工時 選擇銑刀磨鈍標準及刀具壽命：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.7,得最大磨損量為0.5 由表3.8確定刀具壽命：T=100min其中確定切削速度和每齒進給量：決定切削速度和每齒進給量、由《切削用量簡明手冊》3.27的公式 =9 根據(jù)X62W型銑床說明書選=300r/min 實際速度選=300X0.5=150mm/min 根據(jù)X62W型銑床說明書選選=150mm/min =150/30024=0.020mm/z 基本工時基本工時根據(jù) 《切削用量簡明手冊》表3.5 =(40+20)X2/150=0.8（min） L1+△=20mm i=2(走兩次) 3.6 工序六 磨18mm槽， 保證尺寸18mm 3.6.1 選擇砂輪 選擇砂輪。 見《切削手冊》第三章中磨料選擇各表，結果為 GZ46KV6P35040127其含義為：磨輪磨料為棕剛玉，為了防止粒度過小而磨輪堵塞，所以選用為粒度為46#，硬度為軟2級。 平型砂輪，其尺寸為16640（DdH）。 3.6.2 選擇切削用量 切削用量的選擇。砂輪轉(zhuǎn)速n砂=3000r/min(見機床說明書)， v砂=2.5m/s 進給量f=50mm/min 雙單行程 =0.015mm 3.6.3 計算工時 切削工時。當加工1個表面時 Tm=3.1min 最后，將以上各個工序切削用、工時定額的計算結果，連同其它加工數(shù)據(jù)，一起填入機械加工工藝卡片中，見表。 第四章 夾具結構設計 4.1定位機構 在夾具設計中，定位方案不合理，工件的加工精度就無法保證。定位方案的 確定是夾具設計中首先要解決的問題。 設計夾具在原則上應該選擇該工藝基準為定位基準。無論是定位基準還是工藝基準，都應該符合六點定位原理。 由于該零件的加工是銑40X28mm的端面，并且以右端面為定位面，屬于面定位類型，所以本次設計是采用平面定位、鍵槽定位以及短軸定位，定位的方式很多，平面限制X.Y方向以及Z方向的轉(zhuǎn)動，鍵槽限制軸的轉(zhuǎn)動以及螺栓的裝卸，這樣實現(xiàn)完全定位。裝夾工件時，通過螺栓的來加緊工件。本次設計的定位平面與平面相結合。 4.2加緊機構 1加緊的目的：使工件在加工過程中保持已經(jīng)獲得的定位不遭到破壞，同時保證加工的精度。 2選擇加緊機構： 設置加緊機構一般應該遵循以下原則： 1） 加緊必須保證定位準確可靠，而不能破壞定位 2） 工件與夾具的變形必須在允許的范圍內(nèi) 3） 加緊機構必須可靠 4） 必須保證自鎖，加緊行程必須足夠 5） 加緊機構操作必須安全、省力、方便、迅速，符合工人操作習慣 選擇短軸與螺母進行對工件加緊。 4.3基礎夾具的總體形式 機床夾具的總體形式一般應該根據(jù)工件的形狀、大小、加工內(nèi)容以及選用的機床來確定。 夾具的組成歸納為： 1） 定位元件以及定位裝置 用于確定工件正確的元件或裝置 2） 加緊元件以及加緊裝置 用于固定元件已經(jīng)獲得的正確位置的元件或裝置 3） 導向及對刀元件 用于確定工件與刀具相互位置的元件 4） 夾具體用于將各種元件裝置鏈接為一體。并通過他將整個夾具安裝在機床上 4.4確定夾具體 夾具體一般設計為平板式，保證其足夠的剛性，用來固定定位元件、加緊機構與連接體，并與機床可靠連接。 4.5夾具體的裝配圖 1. 裝配圖按照1:1的比例繪制，用局部剖視圖完整清楚的表示出夾具的主要結構及夾具的工作原理。 2. 視工件為透明體，用雙點劃線畫出主要部分（如輪廓、定位面、加緊面以及加工表面）。畫出定位元件。 3. 按照加緊狀態(tài)畫出加緊元件和加緊機構。 4. 畫出夾具體以及其他鏈接的元件（如螺釘）。將夾具各組成元件聯(lián)為一體。 5. 標注必要的尺寸、配合、公差等 1） 夾具的外形輪廓尺寸，所設計夾具的最大長寬高 2） 夾具與機床的聯(lián)系尺寸，即夾具在機床上的定位尺寸 3） 夾具與刀具的聯(lián)系尺寸 4） 夾具中所有有配合關系的元件應標注尺寸和配合種類 5） 各定位元件之間的位置尺寸和形位公差 6） 6.夾具裝配圖上應標注的技術要求 7） 對于不同的機床夾具，對于夾具的具體要求應該具體分析，定出具體的技術要求。 4.6 定位誤差設計 由于加工端面的軸向尺寸的設計基準與定位基準重合，故軸向尺寸無基準不重合度誤差。徑向尺寸無極限偏差、形狀和位置公差，故徑向尺寸無基準不重合度誤差。即不必考慮定位誤差，只需保證夾具的定位軸的制造精度和安裝精度。 4.7 夾具設計及操作說明 如前所述,在設計夾具時,應該注意提高勞動率.為此,在螺母夾緊時采用開口墊圈,以便裝卸,結果，本夾具總體的感覺還比較緊湊。夾具上裝有對刀塊裝置，可使夾具在一批零件的加工之前很好的對刀（與塞尺配合使用）；同時，夾具體底面上的一對定位鍵可使整個夾具在機床工作臺上有一正確的安裝位置，以有利于銑削加工。 小 結 為期兩周的夾具課程設計已經(jīng)接近尾聲，回顧整個過程，我組五名同學在老師的指導下，取得了可喜的成績，課程設計作為《機械制造工藝》、《機床夾具設計》課程的重要環(huán)節(jié)，使理論與實踐更加接近，加深了理論知識的理解，強化了生產(chǎn)實習中的感性認識。 本次課程設計主要經(jīng)歷了兩個階段：第一階段是機械加工工藝規(guī)程設計，第二階段是專用夾具設計。第一階段我們運用了基準選擇、切削用量選擇計算、機床選用、時間定額計算等方面的知識；夾具設計的階段運用了工件定位、夾緊機構及零件結構設計等方面的知識。 通過此次設計，使我們基本掌握了零件的加工過程分析、工藝文件的編制、專用夾具設計的方法和步驟等。學會了查相關手冊、選擇使用工藝裝備等等。 總的來說，這次設計，使我們在基本理論的綜合運用及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的訓練。提高了我們的思考、解決問題創(chuàng)新設計的能力，為以后的設計工作打下了較好的基礎。 由于能力所限，設計中還有許多不足之處，懇請各位老師、同學們批評指正！ 參考文獻 1． 孫巳德，機床夾具圖冊，機械工業(yè)出版社； 2． 趙家齊，機械制造工藝學課程設計指導書，哈爾濱工業(yè)大學； 3． 艾興，肖詩綱，切削用量簡明手冊，機械工業(yè)出版社； 4． 李益民，機械制造工藝設計簡明手冊，哈爾濱工業(yè)大學； 5． 王先逵，機械制造工藝學，清華大學；