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制造工藝學(xué)課程設(shè)計
機械制造工藝學(xué)
課程設(shè)計說明書
設(shè)計題目 設(shè)計“CA6140車床撥叉”零件的機械加工工藝及工藝設(shè)備
設(shè)計者
指導(dǎo)教師
機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書
題目: 設(shè)計”CA6140車床撥叉”零件的機械加工工藝規(guī)則及工藝裝備
內(nèi)容： 1.零件圖 1張
2.毛坯圖 1張
3. 機械加工工藝過程綜合卡片 1張
4. 夾具裝配圖 1張
5. 夾具零件圖 1張
序言
機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計使我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進(jìn)行的.這是我們在進(jìn)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(jìn)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，為今后參加祖國的“四化”建設(shè)打下一個良好的基礎(chǔ)。
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φ22孔與操縱機構(gòu)相連，二下方的φ55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
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產(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，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. 小頭孔以及與此孔相通的的錐孔、螺紋孔
2. 大頭半圓孔
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，可以粗加工撥叉底面，然后以此作為粗基準(zhǔn)采用專用夾具進(jìn)行加工，并且保證位置精度要求。再根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟精度及機床所能達(dá)到的位置精度，并且此撥叉零件沒有復(fù)雜的加工曲面，所以根據(jù)上述技術(shù)要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。
二 確定生產(chǎn)類型
已知此撥叉零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為10000件/年，零件的質(zhì)量是1.0Kg/個，查《機械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導(dǎo)手冊》321頁表15-2，可確定該撥叉生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序適當(dāng)集中；加工設(shè)備以通用設(shè)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(jié)構(gòu)又比較簡單，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，故選擇鑄件毛坯。查《機械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導(dǎo)手冊》324頁表15-5選用鑄件尺寸公差等級CT9級。
2 確定鑄件加工余量及形狀：
《機械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導(dǎo)手冊》325頁表15-7，選用加工余量為MA-G級，并查表15-8確定各個加工面的鑄件機械加工余量，鑄件的分型面的選者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
D1
22mm
G
3.02
孔降一級雙側(cè)加工
D2
55mm
G
3.02
孔降一級雙側(cè)加工
T2
75mm
6.5
單側(cè)加工
T3
58mm
G
2.5
單側(cè)加工
T4
75mm
6.5
單側(cè)加工
3繪制鑄件零件圖：
四工藝規(guī)程設(shè)計
(一)選擇定位基準(zhǔn)：
1 粗基準(zhǔn)的選擇：以零件的底面為主要的定位粗基準(zhǔn)，以兩個小頭孔外圓表面為輔助粗基準(zhǔn)。
2 精基準(zhǔn)的選擇：考慮要保證零件的加工精度和裝夾準(zhǔn)確方便，依據(jù)“基準(zhǔn)重合”原則和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則，以粗加工后的底面為主要的定位精基準(zhǔn)，以兩個小頭孔外圓柱表面為輔助的定位精基準(zhǔn)。
（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(shù)要求，以及加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟精度，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工卡具,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。查《機械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導(dǎo)手冊》346頁表15-32、15-33、15-34，選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：
工序
工序內(nèi)容
定位基準(zhǔn)
工序
工序內(nèi)容
定位基準(zhǔn)
010
粗銑兩端小頭孔上端面
T1及小頭孔外圓
100
半精鏜中間孔
T1及小頭孔外圓
020
粗銑中間孔上端面
T1及小頭孔外圓
110
鉆2-錐銷孔、螺紋孔、功螺紋
T1及小頭孔
030
粗銑中間孔下端面
T3及小頭孔外圓
120
銑斷
T1、D1
040
精銑兩端小頭孔上端面
T1及小頭孔外圓
130
去毛刺
050
精銑中間孔上端面
T1及小頭孔外圓
140
檢查
060
精銑中間孔下端面
T3及小頭孔外圓
150
若某道工序有誤返工
070
擴兩端小頭孔
T1及小頭孔外圓
080
精鉸兩端小頭孔
T1及小頭孔外圓
090
擴中間孔
T1及小頭孔外圓
（三）選擇加工設(shè)備和工藝設(shè)備
1 機床的選擇：
工序010～060均為銑平面，可采用X6140臥式銑床。
工序070～080采用鉆床。
工序090～100采用鏜床。
工序110采用鉆床。多刀具組合機床。
工序120采用銑斷機床。
2 選擇夾具：該撥叉的生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批生產(chǎn)，所以采用專用夾具。
3 選擇刀具：在銑床上加工的各工序，采用硬質(zhì)合金銑刀即可保證加工質(zhì)量。在鉸孔，由于精度不高，可采用硬質(zhì)合金鉸刀。
4選擇量具：兩小頭孔、中間孔均采用極限量規(guī)。
5其他：對垂直度誤差采用千分表進(jìn)行檢測，對角度尺寸利用專用夾具保證，其他尺寸采用通用量具即可。
（四）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：
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
工序余量
最小
最大
（D2）
鑄件
6
CT9
擴孔
5.8
IT12
6.3
2.0
6.25
半精鏜
0.2
IT10
3.2
0.05
0.25
擴孔
5.84
IT12
6.3
2.0
6.25
精鉸孔
0.06
IT7
1.6
0.05
0.25
2 平面工序尺寸：
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
工序余量
最小
最大
鑄件
2.5
CT9
010
粗銑兩端小頭孔上端面
2
58.5
12
1.60
3.60
020
粗銑中間孔上端面
6
27
12
1.65
6.5
030
粗銑中間孔下端面
6
21
12
1.75
6.5
040
精銑兩端小頭孔上端面
0.5
58
11
0. 35
1.16
050
精銑中間孔上端面
0.5
20.5
10
0.47
1.12
060
精銑中間孔下端面
0.5
20
10
0.47
1.12
3確定切削用量及時間定額：
工序010 以T1為粗基準(zhǔn)，粗銑φ22孔上端面。
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：粗銑φ22孔上端面。
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)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》（后簡稱《簡明手冊》）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=1.5mm，一次走刀即可完成所需長度。
2）計算切削速度 按《簡明手冊》，V c=
算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)XA6140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(jìn)給量為f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
5)校驗機床功率 查《簡明手冊》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=1.5mm，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=(32+80)/475=0.09min。
工序020和工序030 以T1及小頭孔外圓為基準(zhǔn)φ55孔上下端面。
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：精銑φ55上端面。
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)《簡明手冊》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=1.0mm，一次走刀即可完成所需長度。
2） 每齒進(jìn)給量 機床功率為7.5kw。查《簡明手冊》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《簡明手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0~1.5mm。
查《簡明手冊》表3.8，壽命T=180min
4） 計算切削速度 按《簡明手冊》，查得 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(jìn)給量為f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
5)校驗機床功率 查《簡明手冊》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=1.0mm，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=(32+80)/475=0.09min。
工序070和080以T1及小頭孔外圓為基準(zhǔn)，擴、精鉸φ22孔，保證垂直度誤差不超過0.05mm,孔的精度達(dá)到IT7。
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bε=2.5mm,橫刀長b=1.5mm,寬l=3mm,棱帶長度 ° ° °
2.選擇切削用量
（1）決定進(jìn)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(jìn)給量 經(jīng)校驗 校驗成功。
（2）鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命
后刀面最大磨損限度（查《簡明手冊》）為0.5～０.８mm，壽命．
?。?）切削速度
查《切》 修正系數(shù)
故。
查《簡明手冊》機床實際轉(zhuǎn)速為
故實際的切削速度
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：
精鉸：
工序090和100 T1及小頭孔外圓為基準(zhǔn)，擴、半精鏜φ55孔。
1. 選擇鉆頭 選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時do=48mm，鉆頭采用雙頭刃磨法，后角αo＝11°，二重刃長度bε=11mm,橫刀長b=5mm,弧面長l=9mm,棱帶長度 ° ° °
2.選擇切削用量
（1）決定進(jìn)給量
查《簡明手冊》
按鉆頭強度選擇 按機床強度選擇
最終決定選擇Z550機床已有的進(jìn)給量 經(jīng)校驗 校驗成功。
（2）鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命
后刀面最大磨損限度（查《簡明手冊》）為0.8～1.2mm，壽命
擴孔后刀面最大磨損限度（查《簡明手冊》）為0.9～１.４mm，壽命
鉸和精鉸孔后刀面最大磨損限度（查《簡明手冊》）為０.６～０.９mm，壽命
（3）切削速度
查《切》 修正系數(shù)
故。
查《簡明手冊》機床實際轉(zhuǎn)速為
故實際的切削速度
擴鉸和半精鉸的切削用量同理如下：
擴鉆：
半精鉸：
３.計算工時
所有工步工時相同。
4. 夾具設(shè)計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具。
經(jīng)過與指導(dǎo)老師的協(xié)商，決定設(shè)計第Ⅵ道工序—銑斷雙體，本夾具將用于XA6132臥式銑床，刀具為高速鋼細(xì)齒圓鋸片銑刀，對工件進(jìn)行加工。
4.1問題的提出
本夾具主要用于銑開雙體，并且銑開的表面與φ22的孔有一定的公差要求，又在加工本道工序時，Φ22的孔已經(jīng)進(jìn)行了加工，因此，在本道工序中主要考慮加工面與Φ22孔之間的要求，其次是考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度。
4.2 夾具體設(shè)計
4.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇
由零件圖可知：被銑開的那Φ55的中心線與Φ22孔的中心線之間的公差等級要求較高，且銑開時的設(shè)計基準(zhǔn)為Φ55孔的中心線。為了盡量的減小定位誤差，應(yīng)選Φ22孔為主要的定位基準(zhǔn)，利用一個圓柱銷和一個菱形銷定位，消除三個自由度，再在底面用夾具體定位消除三個自由度。以便達(dá)到所需要求。
為了提高加工效率，現(xiàn)同時加工四個雙體，同時，為了夾具簡單，操作方便，利用多點聯(lián)動夾緊機構(gòu)夾緊。
4.2.2 切削力及夾緊力的計算
刀具：高速鋼細(xì)齒圓鋸片銑刀 直徑 齒數(shù) Z=50 又由《切削手冊》表3.28中的公式：
其中： Z=50
所以 F=63.5N
水平分力：
垂直分力；
又在計算切削力時，必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。安全系數(shù)
其中 K1為基本安全系數(shù)1.5
K2為加工性質(zhì)系數(shù)1.2
K3刀具鈍化系數(shù) 1.2
K4為切削特點系數(shù)（斷續(xù)切削）1.2
所以 F ′=KFH=69.9x1.5x1.2x1.2x1.2=181.2N
為了克服水平方向的力，實際的夾緊力為
N（f1+f2）= KFH
其中 f1為螺母與螺桿間的摩擦系數(shù)
f2為工件與螺桿頭（或壓板）間的摩擦系數(shù)
又查得 f1 和f2為1.6 則
所以
又選擇的螺旋夾緊機構(gòu)的基本尺寸如下（根據(jù)《機床夾具設(shè)計》 第三版表1-2-20、1-2-21、1-2-22、1-2-23查得：
r′=0 tg L=120mm Q=30N
則 可以提供的夾緊力為：
所以 ==3140N
又由《機床夾具設(shè)計》 第三版表1-2-24查得 當(dāng)螺紋的公稱直徑為12mm時 ，螺栓許用的夾緊力為5690N
由以上的數(shù)據(jù)可知：所選的螺旋機構(gòu)提供的夾緊力大于所需的，且滿足螺栓的許用夾緊力，故本夾具可以安全工作。
4.2.3 定位誤差分析
1）定位元件尺寸及公差的確定 本夾具的定位元件為一圓柱銷和一菱形銷，其參數(shù)由（《機床夾具設(shè)計手冊》圖5-3及其表選 兩定位銷的尺寸及公差為：（定位銷的公差取h8）。
2）零件圖樣規(guī)定 的孔的中心線與孔的中心線的長度誤差為0.2mm，孔中的定位銷與夾具體的垂直度誤差為0.05，，此項技術(shù)要求應(yīng)由定位銷寬配合中的側(cè)向間隙保證。已知的寬為，定位銷為（定位銷的公差取h8），則 一個定位銷與一個孔的定位誤差為：
此處引起零件的定位誤差為 <0.2mm
故最大側(cè)向間隙能滿足零件的精度要求。
（2）計算定位銷的中心線與夾具體垂直度誤差
定位銷的寬度為 夾具體表面的粗糙度
故 mm
所以最大垂直度誤差能滿足零件精度要求
4.2.4 夾具設(shè)計及操作的簡要說明
如前所述，在設(shè)計夾具時，首先要考慮到能保證零件的加工精度，其次是要提高勞動生產(chǎn)率。為此，應(yīng)先考慮所設(shè)計的夾具體與零件在夾具上的定位，在本道工序中，由于零件的底面的定位是用的夾具體，所以其表面粗糙度要求應(yīng)比較高，視為關(guān)鍵面。又本道工序是銑斷，其切削力不大，故在設(shè)計夾具時應(yīng)考慮夾具的簡單及利用常用的一些零件。為了提高生產(chǎn)率，可以考慮同時裝夾幾個零件，并且用了活動杠桿使操作更加節(jié)省時間?？梢酝瑫r裝夾四個零件，提高了生產(chǎn)率。
夾具上裝有對刀塊，可以使夾具在一批零件加工之前很好的對刀；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，以利于銑削加工。
銑床夾具裝配圖及夾具體零件圖見圖示：
圖四：夾緊原理圖
結(jié) 論
畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生在校學(xué)習(xí)階段的最后一個重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的專業(yè)和基礎(chǔ)理論知識，獨立解決專業(yè)一般工程技術(shù)問題的能力。樹立正確的設(shè)計思想和工作作風(fēng)。
經(jīng)過兩個月的畢業(yè)設(shè)計，獲得如下心得：
1.運用機械制造工藝及有關(guān)課程的知識，結(jié)合生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識。獨立地分析和解決工藝問題。初步具有設(shè)計一些中等復(fù)雜零件的能力。
2.能根據(jù)被加工零件的技術(shù)要求，運用夾具設(shè)計的基本原理和方法。學(xué)會擬定夾具設(shè)計方案。
3.熟悉并運用有關(guān)手冊，能快速查表得到所需的數(shù)據(jù)。
4.有一定的識圖制圖能力。
通過設(shè)計，培養(yǎng)了我綜合運用理論知識和專業(yè)知識的技能。熟悉一般機械零件的加工工藝過程，設(shè)計夾具的能力。
中國加入WTO以后，大量的機械產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)入我國市場。中國企業(yè)能夠與國外產(chǎn)品競爭，擁有自己的國內(nèi)外市場就必須產(chǎn)品的質(zhì)量好，技術(shù)含量高，價格低廉，這就要求我們扎實學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)，認(rèn)真研究。
參考文獻(xiàn):
趙家奇編,機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書—2版.---北京:機械工業(yè)出版社,2000.10.
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孟少農(nóng)主編,機械加工工藝手冊.---2---北京:機械工業(yè)出版社,1991.9
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