機(jī) 械 制 造 技 術(shù) 基 礎(chǔ)
課 程 設(shè) 計
題 目：撥叉機(jī)械加工工藝規(guī)程及M6底孔夾具設(shè)計
班 級
姓 名
學(xué) 號：
指導(dǎo)老師
完成日期
序言
機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計是我們學(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，了解并認(rèn)識一般機(jī)器零件的生產(chǎn)工藝過程，鞏固和加深已學(xué)過的技術(shù)基礎(chǔ)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(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，為今后的工作打下一個良好的基礎(chǔ)，并且為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)大好基礎(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(jī)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Φ20孔與操縱機(jī)構(gòu)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
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(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(jì)精度及機(jī)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5000件/年，零件的質(zhì)量是1.0Kg/個，查《機(jī)械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書》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(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?？紤]零件在機(jī)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)類型為中批生產(chǎn)，故選擇木摸手工砂型鑄件毛坯。查《機(jī)械制造工藝設(shè)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(jī)械制造工藝設(shè)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(jī)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
3.52
孔降一級雙側(cè)加工
T2
30
H
5
單側(cè)加工
T3
12
H
5
單側(cè)加工
T4
12
H
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：以零件的小頭上端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(jì)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(jī)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(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。查《機(jī)械制造工藝設(shè)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、Φ50下端面，以T2為粗基準(zhǔn)，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(zhǔn)，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(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序04 鉆、擴(kuò)Φ20孔，以Φ32外圓和T2為基準(zhǔn)，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(zhǔn)，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(zhǔn)，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(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序08 精銑Φ20上端面，以T1為基準(zhǔn)，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(zhǔn)，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(zhǔn)，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(zhǔn)，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(zhǔn)，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(zhǔn)，采用Z525立式鉆床并采用專用夾具；
工序14 銑斷，以D1為基準(zhǔn)，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(jī)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
φ50IT12
（D2）
鑄件
7.0
CT12
粗鏜
4.0
IT12
6.3
0.95
6.8
半精鏜
3.0
IT10
3.2
2.9
3.25
φ20IT7
（D1）
鉆
18
IT11
17.89
18
擴(kuò)
1.8
IT10
6.3
1.716
1.910
粗鉸
0.14
IT8
3.2
0.107
0.224
精鉸
0.06
IT7
1.6
0.039
0.093
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(jì)
精度
工序尺寸偏差
工序余量
最小
最大
鑄件
5.0
CT12
01
粗銑φ20孔下端面
4.0
36.0
12
1.5
7.75
02
粗銑φ20孔上端面
4.0
32.0
12
1.5
7.75
03
粗銑φ50孔上端面
4.0
14.0
12
1.8
6.38
07
精銑φ20孔下端面
1.0
31.0
8
0.75
1.283
08
精銑φ20孔上端面
1.0
30.0
8
0.75
1.283
10
精銑φ50孔端面
1.0×2
12.0
8
0.951
1.016
（四）、確定切削用量及時間定額：
工序01 粗銑Φ20、Φ50下端面，以T2為粗基準(zhǔn)。
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =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(jī)床：X51立式銑床；
刀具：YG6硬質(zhì)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(jī)械制造工藝設(shè)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
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(jìn)給量fz
由于本工序為粗加工，尺寸精度和表面質(zhì)量可不考慮，從而可采用不對稱端銑，以提高進(jìn)給量提高加工效率。根據(jù)《切削手冊》表3.5，使用YG6硬質(zhì)合金端銑刀加工，機(jī)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(biāo)準(zhǔn)
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(jìn)給量vf
根據(jù)《切削手冊》表3.16，當(dāng)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：
其中 ，，，，，，，，，，，，，將以上數(shù)據(jù)代入公式：
確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速： 。
根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36，選擇nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，實際進(jìn)給量和每分鐘進(jìn)給量為：
vc==m/min=118m/min
f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z
5)校驗機(jī)床功率
根據(jù)《切削手冊》表3.24，近似為Pcc=3.3kw,根據(jù)機(jī)床使用說明書，主軸允許功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。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。
工序02 粗銑Φ20上端面，以T1為定位基準(zhǔn)。
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(zhǔn)
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀，
機(jī)床：X51立式銑床
根據(jù)《切削手冊》查得，。根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36查得，?。?，故實際切削速度：
當(dāng)時，工作臺每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為：
查說明書，取
計算切削基本工時：
因此，
工序04 鉆、擴(kuò)Φ20孔，以Φ32外圓和T2為基準(zhǔn)，保證垂直度誤差不超過0.05mm,孔的精度達(dá)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，°，°
2.選擇切削用量
（1）確定進(jìn)給量
按加工要求確定進(jìn)給量：查《切削手冊》，，，由《切削手冊》表2.7,系數(shù)為0.5,則：
按鉆頭強(qiáng)度選擇:查《切削手冊》表2.8,鉆頭允許進(jìn)給量為：；
按機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度選擇：查《切削手冊》表2.9，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許軸向力為8330N時，進(jìn)給量為。
以上三個進(jìn)給量比較得出，受限制的進(jìn)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(jìn)給量。
由于是通孔加工，為避免即將鉆穿時鉆頭折斷，故應(yīng)在即將鉆穿時停止自動進(jìn)給而改為手動進(jìn)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(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的最大軸向力為8830N﹥Ff，故所選進(jìn)給量可用。
（2）確定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命
后刀面最大磨損限度（查《簡明手冊》）為0.6mm，壽命．
（3）切削速度
查《切削手冊》表2.30，切削速度計算公式為：
（m/min）
其中，，，，，，，，，查得修正系數(shù)：，，，故實際的切削速度：
（4）檢驗機(jī)床扭矩及功率
查《切削手冊》表2.20，當(dāng)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(jī)床使用說明書：Mm =144.2 N?m。
查《切削手冊》表2.23,鉆頭消耗功率：Pc=1.3kw。
查機(jī)床使用說明書，。
由于，，故切削用量可用，即：
，，
3、計算工時
4、擴(kuò)孔至Φ19.8
查《切削手冊》表2.10，擴(kuò)孔進(jìn)給量為：，并由機(jī)床使用說明書最終選定進(jìn)給量為：。
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削速度，故：，，根據(jù)機(jī)床使用說明書選?。?。
基本工時：
工序05 粗車Φ50孔，以D1為定位基準(zhǔn)。
機(jī)床：CA6140車床
單邊余量 可一次切除，則 。根據(jù)《簡明手冊》4.2-20查得，取 。根據(jù)《簡明手冊》4.2-21查得，取：。
計算切削基本工時：
工序06 銑斜肩，以D1和T2為定位基準(zhǔn)。
刀具：硬質(zhì)合金三面刃銑刀
機(jī)床：X51立式銑床
根據(jù)《簡明手冊》查得：。根據(jù)《切削手冊》查得：因此：
現(xiàn)采用X51立式銑床，?。海蕦嶋H切削速度為：
當(dāng)時，工作臺每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為：
根據(jù)《切削手冊》表4.2-37查得,?。骸?
計算切削基本工時：
因此：
工序07 精銑Φ20下端面，以T2為基準(zhǔn)。
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀；
機(jī)床：X51立式銑床；
查《切削手冊》表3.5，進(jìn)給量為：，取為0.5mm/r
參考有關(guān)手冊，確定，采用YG6硬質(zhì)合金端銑刀，，則：
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：
當(dāng)時，工作臺每分鐘進(jìn)給量：，取為980mm/min
本工序切削時間為：
min
工序08 精銑Φ20上端面，以T1為基準(zhǔn)。
切削用量同工序07
精銑時
基本工時：
工序09 粗鉸、精鉸Φ20孔，以T2和Φ32外圓為基準(zhǔn)。
（1）粗鉸至
刀具：專用鉸刀
機(jī)床：Z525立式鉆床
根據(jù)有關(guān)手冊的規(guī)定，鉸刀的進(jìn)給量為0.8～1.2mm/z,進(jìn)給量取0.81mm/r，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速取為=140r/min，則其切削速度為：
。
機(jī)動時切削工時，=38mm，
(2) 精鉸至
刀具：
機(jī)床：Z525立式鉆床
根據(jù)有關(guān)手冊的規(guī)定，鉸刀的進(jìn)給量取0.48mm/r，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速取為：=140r/min，則其切削速度為：
機(jī)動時切削工時，=38mm
工序10 精銑Φ50端面，以D1為基準(zhǔn)。
機(jī)床：X51立式銑床
刀具：硬質(zhì)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，。現(xiàn)采用X51立式銑床，取 ，工作臺每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為：，
查機(jī)床使用說明書，取 。
銑削基本工時：
工序11 半精車Φ50孔，以D1做定位基準(zhǔn)。
單邊余量,可一次切除，則 。
由《切削手冊》表1.6查得，進(jìn)給量取為0.27mm/r。由《切削手冊》表1.1查得，，則：
查《簡明手冊》表4.2-20，取為630r/min。
加工基本工時：
工序12 鉆、鉸Φ8錐孔，以T1和零件中線為基準(zhǔn)。
刀具：專用刀具
機(jī)床：Z525立式鉆床
確定進(jìn)給量：根據(jù)《切削手冊》表2.7查得，，查Z525機(jī)床使用說明書，現(xiàn)取。查《切削手冊》表2.15，，計算機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
按機(jī)床選取，所以實際切削速度為：
計算切削基本工時：
工序13 鉆M6底孔，攻螺紋，以T1和零件中線為基準(zhǔn)
（1）鉆螺紋底孔mm
機(jī)床：Z525立式鉆床
刀具：高速鋼麻花鉆
根據(jù)《切削手冊》查得，進(jìn)給量為0.18～0.22mm/z,現(xiàn)取f=0.22mm/z，v=17m/min，則：
查《簡明手冊》表4.2-15，取。所以實際切削速度為：
計算切削基本工時：
（2）攻螺紋M6
機(jī)床：Z525立式鉆床
刀具：絲錐M6，P=1mm
切削用量選為：，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為：，按機(jī)床使用說明書選?。?，則 ；機(jī)動時，，計算切削基本工時：
工序14 銑斷，以D1為基準(zhǔn)。
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(jìn)給量為：,切削速度為：，則：
根據(jù)《簡明手冊》表4.2-39，取，故實際切削速度為：
此時工作臺每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為：
查《切削手冊》表4.2-40，剛好有。
計算切削基本工時：
五、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(qiáng)度，需要設(shè)計專用夾具。并設(shè)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(yīng)保證孔的角度要求。此外，在本工序加工時還應(yīng)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強(qiáng)度，而其位置尺寸為自由公差，精度不是主要問題。
(二)夾具設(shè)計
1、定位基準(zhǔn)選擇
由零件圖可知，M6螺紋孔為斜孔，相對于撥叉中線有的要求，為使定位誤差為零，應(yīng)該選擇撥叉中線為定位基準(zhǔn)保證該角度。此外，還應(yīng)以Φ20孔端面為基準(zhǔn)，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(zhì)合金麻花鉆，。
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：
其中：，，，，，，與加工材料有關(guān),取0.94；與刀具刃磨形狀有關(guān),取1.33；與刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)有關(guān),取1.0，則：
在Φ20孔兩個端面只需要采用開口墊圈和六角螺母適當(dāng)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：
襯套外徑與鉆模板孔的最大間隙為：
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：
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(shè)計及操作的簡要說明
如前所述，在設(shè)計夾具時，應(yīng)該考慮提高勞動生產(chǎn)率。為此，設(shè)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(jìn)行攻螺紋加工。
六．指導(dǎo)老師評語：
該同學(xué)在課程設(shè)計過程中表現(xiàn) 認(rèn)真，工藝路線 ，夾具方案 ，說明書及圖紙質(zhì)量 ，綜合評定其成績?yōu)? 。
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