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遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計
1. 零件的工藝性分析
1.1撥叉的用途
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。寬度
為30mm的面寸精度要求很高，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30mm的面的槽和滑移
齒輪的配合精度要求很高。
1.2撥叉的技術(shù)要求
加工表面
尺寸及偏差
mm
公差及精度等級
表面粗糙度Ra
m
形位公差
mm
撥叉左端面
80
3.2
撥叉上表面
30
3.2
∥
0.10
A
花鍵小徑
φ22+00.021
IT7
花鍵大徑
φ25+00.021
IT7
1.6
通槽上底面
35
6.3
通槽內(nèi)側(cè)面
18+00.11
3.2
⊥
0.08
A
通槽下底面
35
2×M8通孔
φ8
φ5錐孔配件
φ5
1.3審查撥叉的工藝性
分析零件圖可知，該撥叉形狀、結(jié)構(gòu)比較簡單，通過鑄造毛坯可以得到基本形狀，減少了加工工序，又節(jié)約了材料。除了撥叉上表面外，其余表面加工精度較低，不需要高精度機床加工，通過銑削、鉆床等車床的粗加工就可以達到加工要求；而主要工作表面----撥叉上表面雖然加工精度較高，但也可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用經(jīng)濟的方法保質(zhì)保量的加工出來。由此可以見，該零件的工藝性較好。
2．確定毛坯、繪制毛坯簡圖
2.1選擇毛坯
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，考慮到零件需加工表面少，精度要求不高，有強肋，且工作條件不差，既無交變載荷，又屬于間歇工作，故選用金屬型鑄件，以滿足不加工表面的粗糙度要求及生產(chǎn)要求。
零件形狀簡單，因此毛形狀需要與零件的形狀盡量接近，又因內(nèi)花鍵較小，因此不可直接鑄出。
2.2確定毛坯尺寸公差和機械加工余量
2.1.1 公差等級
由撥叉的功用和技術(shù)要求，確定該零件的公差等級為IT10。
2.2.2 鑄件重量
已知機械加工后波插件的重量為0.84kg，由此可初步估計機械加工前鑄件毛坯的重量為1kg。
2.2.3 零件表面粗糙度
由零件圖可知，該撥叉各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6m
2.2.4 機械加工余量
由鑄件鑄造類型為金屬型鑄造，因此加工余量等級選為F。
項目
機械加工余量mm
尺寸公差mm
公差等級
長度80
3
3.2
IT10
通槽深35
3
2.6
IT10
通槽寬18
3
2
IT10
2.3 繪制鑄件毛坯簡圖
3擬定撥叉工藝路線
3.1定位基準的選擇
3.1.1 粗基準的選擇
對于同時具有加工表面與不加工表面的工件，為了保證不加工面與加工表面之間的位置要求，則應(yīng)以不加工表面作為定位基準。若工件上有多個不加工表面，應(yīng)選其中與加工表面位置精度要求高的表面為粗基準。如果首先要求保證工件某重要表面加工余量均勻時，應(yīng)選擇該表面的毛坯面作為粗基準。為保證工件某重要表面的余量均勻，應(yīng)選重要表面為粗基準。應(yīng)盡可能選擇光滑平整，無飛邊，澆口，冒口或其他缺陷的表面為粗基準，以便定位準確，夾緊可靠。粗基準一般只在頭道工序中使用一次，應(yīng)該盡量避免重復(fù)使用。因此，選擇零件的右表面作為粗基準。
3.1.2 精基準的選擇
應(yīng)滿足基準重合，基準統(tǒng)一，自為基準，互為基準等原則。所選的精基準應(yīng)能保證定位準確，夾緊可靠，夾具簡單，操作方便等。
該零件根據(jù)形位公差的要求，選擇花鍵中心線為精基準。
3.2 表面加工方法的選擇
本零件的毛坯為鑄件，待加工面有內(nèi)孔，端面，及錐孔，內(nèi)倒角等。公差等級及粗糙度要求參考零件圖。其加工方法的選擇如下：
（1）：花鍵 花鍵大徑表面粗糙度為Ra1.6μm，毛坯孔未鑄出，需鉆，擴、鉸孔、然后直接用拉刀拉出即可。
（2）：端面 本零件的端面大部分尺寸精度要求不高，很大部分無需去除材料。待加工的主要端面有零件的上端面和左端面以及通槽，除通槽內(nèi)側(cè)表面粗糙度為Ra3.2μm及Ra6.3μm，經(jīng)粗銑和半精銑即可。
（4）：M8mm螺紋孔，由《機械加工工藝手冊》查知.配鉆方式加工。在加工的適當(dāng)工藝過程中我們對產(chǎn)品進行質(zhì)量檢查，以滿足工藝要求。
（5）：內(nèi)倒角 加工角度為15度的內(nèi)倒角，采用銑床加工即可。
3.3 工序集中與分散
選用工序集中原則安排拔叉的加工工序。該拔叉的生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，可以采用萬能型機床配以專用工、夾具，以提高生產(chǎn)率；而且運用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不但可以縮短輔助時間，而且由于與一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各種加工表面之間的相對位置精度要求。
3.4 工序順序的安排
1）遵循“先基準后其他”原則，首先加工基準——撥叉左端面
2）遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排加工工序。
3）遵循“先主后次”原則，先加工主要表面——拔叉頭左端面內(nèi)花鍵孔，后加工次要表面——撥叉上端面和通槽底面及內(nèi)側(cè)面。
4）遵循“先面后孔”原則，先加工撥叉左端面，再加工內(nèi)花鍵孔；先撥叉上端面，再鉆M8孔
3.5 確定工藝路線
在綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎(chǔ)上，表列出了撥叉的工藝路線，如下：
工序名稱
設(shè)備
工藝裝備
粗銑左端面
立式銑床X51
端面銑刀、游標卡尺
鉆孔φ20mm 、擴孔至φ22+00.021mm Ra=3.2m
立式鉆床Z535
麻花鉆、擴孔鉆、鉸刀、卡尺、塞規(guī)
拉花鍵
臥式拉床L6110A
拉刀、卡規(guī)
精銑左端面至80mm Ra=3.2m
立式銑床X51
端面銑刀、游標卡尺
粗銑溝槽 、精銑溝槽 18+00.11×35
槽底Ra=6.3m 槽內(nèi)側(cè)Ra=3.2m
立式銑床X51
三面刃銑刀、卡規(guī)、深度游標卡尺
粗銑上平面 、精銑上平面 Ra=3.2m
立式銑床X51
端面銑刀、游標卡尺
鉆孔2×φ7
立式鉆床Z525
麻花鉆、內(nèi)徑千分尺
攻螺紋2×M8mm
立式鉆床Z525
絲錐
鉆、鉸φ5錐銷孔
立式鉆床Z525
麻花鉆、錐度鉸刀、塞規(guī)、卡尺
去毛刺
鉗工臺
平銼
清洗
清洗機
清洗機
終檢
塞規(guī)、百分表、卡尺等
4. 切削用量、時間定額的計算
4.1 切削用量的計算
工序6-----鉆孔2×φ7
鉆床：選用Z525立式鉆床。
鉆頭：選用直柄麻花鉆,鉆頭直=7.0mm, =74mm, 1=34mm,
≈14.3mm
1） 背吃刀量的確定 查《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》由表5-52 取螺距為1.0mm的普通細牙螺紋，攻螺紋前鉆孔用麻花鉆直徑為7.0mm 所以背吃刀量取=7.0mm
2） 進給量的確定 查《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》由表5-133，選取該工步的每轉(zhuǎn)進給量=0.16mm/r
3） 切削速度的計算 查《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》由表5-133，按工件材料為鑄鐵的條件選取，切削速度可取20m/min。由公式可求的該工序的鉆頭轉(zhuǎn)速為=909.9r/min，參照《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》由表5-65所列Z525型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速=960r/min。再將此轉(zhuǎn)速帶入公式，可求出該工序的實際鉆削速度=960r/min××7mm=21.1m/min
工序7----攻螺紋2×M8mm
1） 背吃刀量的確定 查《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》由表5-52 取螺距為1.0mm的普通細牙螺紋，攻螺紋前鉆孔用麻花鉆直徑為7.0mm，因此攻螺紋的背吃刀量=8mm-7mm=1mm
2） 進給量的確定 由于攻螺紋的進給量就是被加工螺紋的螺距，因此=1mm/r
3） 切削速度的選擇 查《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》由表5-141差的攻螺紋的切削速度=5~10m/min，所以暫取=5m/min。由公式求得該工序的主軸轉(zhuǎn)速=1000×5m/min/×8mm≈199.0r/min，參照《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》由表5-65所列Z525型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速=272r/min。再將此轉(zhuǎn)速帶入公式，可求出該工序的實際鉆削速度=272r/min××8mm/1000=6.83m/min
4.2 時間定額的確定
4.2.1 基本時間的計算
1）鉆孔工步 根據(jù)《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》由表2-26，鉆孔的基本時間可由公式求得。式中=9.5mm，=1~4，取=2mm， =≈5.20；=960r/min ；=0.16mm/r 。將上述結(jié)果帶入公式，則該工序的基本時間≈0.11min=6.6s
2）攻螺紋工步根據(jù)《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》由表5-97，選用細柄機用絲錐，螺紋加工機動時間的計算由公式求得。式中=9.5mm ，=（1~3）P， =（2~3）P ， P=1mm ，所以取=2mm ，=2mm，
=1mm/r；=272r/min；為絲錐數(shù)量1；=272r/min，將上述結(jié)果帶入公式，求得 ≈5.96s≈6.0s
4.2.2 輔助時間的確定
輔助時間與基本時間之間的關(guān)系為=（0.15~0.2），取=0.2，則各工序的輔助時間分別為：鉆孔工步的輔助時間=0.2×6.6s=1.3s
攻螺紋工步的輔助時間=0.2×6.0=1.2s
5.夾具的設(shè)計
夾具是一種能夠使工件按一定的技術(shù)要求準確定位和牢固夾緊的工藝裝備，它廣泛地運用于機械加工，檢測和裝配等整個工藝過程中。在現(xiàn)代化的機械和儀器的制造業(yè)中，提高加工精度和生產(chǎn)率，降低制造成本，一直都是生產(chǎn)廠家所追求的目標。正確地設(shè)計并合理的使用夾具，是保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，從而降低生產(chǎn)成本的重要技術(shù)環(huán)節(jié)之一。同時也擴大各種機床使用范圍必不可少重要手段。
5.1 夾具的選擇
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。設(shè)計工序為鉆φ7mm孔、攻螺紋M8mm的專用機床夾具。這類夾具定位準確、裝卸工件迅速，但設(shè)計與制造的周期較長、費用較高。因此，主要適用于產(chǎn)品相對穩(wěn)定而產(chǎn)量較大的成批或大量生產(chǎn)。
5.2 定位方案的設(shè)計
5.2.1 夾具的設(shè)計思想
設(shè)計必須保證零件的加工精度，保證夾具的操作方便，夾緊可靠，使用安全，有合理的裝卸空間，還要注意機構(gòu)密封和防塵作用，使設(shè)計的夾具完全符合要求。
本夾具主要用來對2×M8mm的通孔進行加工，這個螺紋孔尺寸精度要求一般，需要先鉆出φ7mm孔，之后用絲錐攻螺紋M8mm。所以設(shè)計時要在滿足精度的前提下提高勞動生產(chǎn)效率，降低勞動強度。
5.2.2 工件在夾具中的定位與夾緊
定位：一個帶鍵的長心軸限制4個自由度，在工件左端面用兩個支承釘限制一個自由度，在工件右端面用夾緊件限制一個自由度。這樣就限制了工件在空間六個方向的活動性，使工件在空間占據(jù)了惟一確定的位置。
夾緊：在工件兩端用墊片和螺母實現(xiàn)螺旋夾緊。
5.3 夾具體的設(shè)計
5.3.1 定位基準的選擇
在加工中用作確定工件在夾具中占有正確位置的基準，稱為定位基準。據(jù)《夾具手冊》知定位基準應(yīng)盡可能與工序基準重合，在同一工件的各道工序中，應(yīng)盡量采用同一定位基準進行加工。所以加工2×M8mm的通孔時，選取工件左端面和花鍵心軸的中心線為主定位基準。
5.3.2 定位誤差的分析
夾具的主要定位元件為一個面與兩個孔的定位，因為該定位元件的定位基準和工序基準均為內(nèi)花鍵的軸線，只需保證夾具的花鍵心軸的制造精度和安裝精度，所以不存在不重合誤差和基準位移誤差，基準重合△b=0，△j=0。
5.4 導(dǎo)向元件的設(shè)計
加工2×M8mm的通孔選用立式鉆床，鉆床夾具的刀具導(dǎo)向元件為鉆套。鉆套的作用是確定刀具相對夾具定位元件的位置，并在加工中對鉆頭等孔加工刀具進行引導(dǎo)，防止刀具在加工中發(fā)生偏移。由于加工工序為先鉆φ7mm孔，之后用絲錐攻螺紋M8mm。所以選用快換鉆套和鉆套用襯套。相關(guān)計算如下：
1）鉆套高度H
鉆套高度與所鉆孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具剛度、工件表面形狀等因素有關(guān)。鉆套高度H越大，刀具的導(dǎo)向性越好，但刀具與鉆套的摩擦越大，一般取H=(1～2.5)d，所以H=1.5×8mm=12mm。
2）排屑間隙h
鉆套底部與工件間的距離h稱為排屑間隙。h值太小，切屑難以自由排出，使加工表面損壞；h值太大時，會降低鉆套對鉆頭的導(dǎo)向作用。加工鑄鐵時，h=(0.3～0.7)d，所以h=0.5×8mm=4mm。
5.5 夾緊元件的設(shè)計
在加工過程中，工件會受到切削力、慣性力、離心力等外力的作用，為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持定位的正確位置，而不致發(fā)生位移或產(chǎn)生振動，一般在夾具結(jié)構(gòu)中都必須設(shè)置一定的夾緊裝置，把工件壓緊夾牢在定位元件上。
該工件選用螺旋夾緊機構(gòu)，查機械加工工藝手冊，夾緊力計算如下：，
----螺紋升角
----螺紋摩擦角
----螺母端面與工件之間摩擦系數(shù)
----螺桿中徑
則所需夾緊力=298N
5.6 夾具操作的簡要說明
此次設(shè)計的夾具夾緊原理為：通過花鍵孔軸線和撥叉左端面為定位基準，以鉆模板上的快換鉆套和鉆套襯套引導(dǎo)刀具進行加工。夾緊時采用手動螺旋夾緊機構(gòu)作為夾緊工件。同時為了保證定位基準的精度，采用十字墊圈。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。攻螺紋時，取出快換鉆套和鉆套襯套，即可替換鉆套，進行攻螺紋加工。在設(shè)計夾具時，應(yīng)該注意提高勞動生產(chǎn)率避免干涉。應(yīng)使夾具結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，降低成本。提高夾具性價比。本夾具操作簡單，省時省力。
6.設(shè)計的感想與體會
為期三周的夾具課程設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，回顧整個過程，經(jīng)過老師和同學(xué)的幫助，還有自己不懈的努力，終于定時定量的完成了這次課程設(shè)計。課程設(shè)計作為《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》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(xí)中的感性認識。
本次課程設(shè)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(shè)計，第二階段是專用夾具設(shè)計。第一階段運用了基準選擇、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(shè)計的階段運用了工件定位、夾緊機構(gòu)及零件結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面的知識。
通過此次設(shè)計，使我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(shè)計的方法和步驟等。學(xué)會了查相關(guān)手冊、選擇使用工藝裝備等等。本設(shè)計還存在很多不足之處。一是由于本人對CAXA畫圖軟件的掌握還不夠熟練,在畫圖遇到復(fù)雜圖和難的地方時顯得力不從心，使圖不能達到預(yù)期設(shè)計出來的水平。二是本人對換檔叉結(jié)構(gòu)和工作原理掌握的不夠熟練，在設(shè)計過程中不能全面地考慮問題，造成走許多彎路，設(shè)計速度緩慢，這些都需要進一步研究和進一步實踐來解決。
總的來說，這次設(shè)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(xùn)練。提高了我們的思考、解決問題創(chuàng)新設(shè)計的能力，為以后的設(shè)計工作打下了較好的基礎(chǔ)。本設(shè)計還存在很多不足之處。一是由于本人對CAXA畫圖軟件的掌握還不夠熟練,在畫圖遇到復(fù)雜圖和難的地方時顯得力不從心，使圖不能達到預(yù)期設(shè)計出來的水平。二是本人對撥叉結(jié)構(gòu)和工作原理掌握的不夠熟練，在設(shè)計過程中不能全面地考慮問題，造成走許多彎路，設(shè)計速度緩慢，這些都需要進一步研究和進一步實踐來解決。
由于能力所限，設(shè)計中還有許多不足之處，懇請各位老師、同學(xué)們批評指正！
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