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第3章 典型鉆床夾具設(shè)計(jì)
本章是針對(duì)CA6140車床變速箱內(nèi)小撥叉加工中的工序05 鉆-擴(kuò)-鉸 孔，以及擴(kuò) 孔的專用鉆床夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用機(jī)床為Z35。
3.1夾具設(shè)計(jì)分析
(1) 本工序?yàn)橐院蠖嗟拦ば驕?zhǔn)備了定位精基準(zhǔn)，故作為定位精基準(zhǔn)的各表面應(yīng)盡可能的在一次裝夾中加工出來(lái)，以保證各基準(zhǔn)面間的相互位置精度。
(2) 毛坯尺寸公差等級(jí)為CT8，加工余量等級(jí)為MA-G，其毛坯余量分布較為均勻，個(gè)別表面余量較小，如何保證加工時(shí)的加工余量的均勻，在擬定定位方案時(shí)應(yīng)予以考慮。
(3) 該零件為大批量生產(chǎn)，如何提高生產(chǎn)率降低勞動(dòng)強(qiáng)度？在夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)予以考慮[6]。
3.2夾具設(shè)計(jì)
3.2.1專用夾具設(shè)計(jì)的基本要求
(1) 確保工件加工質(zhì)量，保證質(zhì)量的關(guān)鍵在于正確的選定定位基準(zhǔn)和定位元件，必要時(shí)進(jìn)行誤差分析計(jì)算。
(2) 操作省力，高效，盡可能采用氣動(dòng)或液壓等機(jī)動(dòng)夾緊裝置，以減輕操作疲勞強(qiáng)度。
(3) 夾具制造成本低，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件或標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，以降低夾具的制造成本[7]。
3.2.2專用夾具的設(shè)計(jì)步驟
(1) 明確設(shè)計(jì)要求，熟悉加工零件圖和毛坯圖和工藝規(guī)程等文件，掌握本工件工序加工技術(shù)要求。
(2) 了解生產(chǎn)綱領(lǐng)，以及夾具的需求情況，以確定夾具的結(jié)構(gòu)的合理性和經(jīng)濟(jì)性。
(3) 收集該工序用的機(jī)床，刀具方面的信息資料，了解機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)及規(guī)格，安裝具的連接部分結(jié)構(gòu)和尺寸。
(4) 選擇或設(shè)計(jì)定位元件，合理設(shè)置其在夾具上的位置。
(5) 畫出定位簡(jiǎn)圖。
(6) 進(jìn)行加緊力計(jì)算與分析，合理選擇動(dòng)力源。
(7) 繪制夾具裝配圖[8]。
3.2.3.定位基準(zhǔn)的選擇
(1) 定位基準(zhǔn)的選擇
加工該零件時(shí)，工序05 鉆三孔是以底面作為定位基準(zhǔn)面，用一面、一個(gè)固定V形塊、一個(gè)浮動(dòng)V形塊定位。其中一個(gè)平面限制了三個(gè)自由度，一個(gè)V形塊限制兩個(gè)自由度，浮動(dòng)V形塊限制了一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，通過(guò)這幾個(gè)定位元件就把工件的六個(gè)自由度完全限制了。加緊方式則是采用汽缸帶動(dòng)斜V形塊壓緊工件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件加工過(guò)程中的夾緊[9]。
工件撥叉如何定位如圖 3-1所示。
圖 3-1撥叉的定位示意圖
(2) 切削力及夾緊力的計(jì)算
鉆削扭矩計(jì)算公式： (3-1)
切削力計(jì)算公式： (3-2)
擴(kuò)削扭矩計(jì)算公式： (3-3)
切削力計(jì)算公式： (3-4)
其中 d——鉆頭直徑mm
——每轉(zhuǎn)進(jìn)給量mm
——修正系數(shù)
工步 1 鉆兩孔至φ23H12
切削扭矩為
Nm
切削力為
N
工步 2 擴(kuò)兩孔φ23至φ24.5
切削扭矩為
Nm
切削力得
N
工步 3 粗鉸孔 至
切削扭矩為
=Nm
切削力為
=N
工步 4 精鉸兩孔 至
切削扭矩為
=Nm
切削力為
=N
(3) 根據(jù)夾緊力計(jì)算氣缸內(nèi)徑[10]
選取壓力系數(shù)為
則有
即
mm
所以選取氣缸直徑為100mm。
(4) 氣缸與夾具體相連接
在氣缸前后左右四端分別用4個(gè)M6螺栓將氣缸固定與夾具體上[11]。
第4章 典型銑床夾具設(shè)計(jì)
本夾具是CA6140車床變速箱內(nèi)小撥叉加工中的工序25 銑叉口兩端面的專用銑床夾具，使用機(jī)床為X62。
4.1 工藝方案確定
在雙端面銑床上，以H7孔及其端面和側(cè)板為定位，一次走刀，保證端面的H7軸線的質(zhì)量垂直度為0.1mm。兩端面的加工余量確定為，mm。
(1) 定位基準(zhǔn)的選擇
工件以H7孔及其端面和側(cè)板為定位基準(zhǔn)，用長(zhǎng)心軸、圓壓塊及底面的支承釘定位，其中長(zhǎng)心軸限制4個(gè)自由度，圓壓塊表面限制1個(gè)自由度，最后一個(gè)自由度由支承釘限制，這樣就實(shí)現(xiàn)了工件的完全定位，定位示意圖如圖 4-1所示。
圖4-1 CA6140小撥叉銑叉口定位簡(jiǎn)圖
(1) 夾緊機(jī)構(gòu)
采用多位壓板夾緊機(jī)構(gòu)，通過(guò)擰緊上面的六角螺母，和前面螺母來(lái)帶動(dòng)上面壓爪和側(cè)面壓板夾緊工件。
(2) 對(duì)刀裝置
采用直角對(duì)刀塊對(duì)刀和塞尺。
(3) 夾具與機(jī)床聯(lián)接元件
該夾具采用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定位鍵，固定在夾具體底面的同一直線位置的鍵槽中，用于確定銑床夾具相對(duì)于機(jī)床進(jìn)給方向的正確位置。并保證定位健的寬度與機(jī)床工作臺(tái)T型槽相匹配的要求[17]。
4.2夾具設(shè)計(jì)
專用夾具設(shè)計(jì)基本要求及步驟在上一章作了詳細(xì)敘述，本章就不再敘述。
(1) 切削力及加緊力的計(jì)算
①. 切削力的計(jì)算在第2章工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中已計(jì)算
切削力得
= kN
②. 夾緊力的計(jì)算根據(jù)力矩平衡可算得
(4-1)
算得夾緊力為
N
圖4-4 CA6140小撥叉鉆床專用夾具三維實(shí)體模型圖
7
目 錄
第1章 緒論 1
第2章 機(jī)械工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 3
2.1設(shè)計(jì)工藝規(guī)程的內(nèi)容及步驟 3
2.1.1熟悉原始資料對(duì)零件進(jìn)行工藝分析 4
2.1.2定為基準(zhǔn)的選擇 5
2.2計(jì)算零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、確定生產(chǎn)類型 6
2.3選擇毛坯類型和制造方法 7
2.4工藝路線的擬定 7
2.5機(jī)械加工余量，毛坯尺寸及工序尺寸的確定 7
2.6確定切削用量及基本時(shí)間、輔助時(shí)間 9
第3章 銑夾具設(shè)計(jì) 17
3.1夾具設(shè)計(jì)分析 17
3.2夾具設(shè)計(jì) 18
3.2.1專用夾具設(shè)計(jì)的基本要求 18
3.2.2專用夾具的設(shè)計(jì)步驟 18
3.2.3.定位基準(zhǔn)的選擇 19
第4章 夾具三維造型.....................................................................................20
總結(jié).....................................................................................................................23
參考文獻(xiàn).............................................................................................................24
第1章 緒 論
1.1概述
培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械制造工程原理課程及專業(yè)課程的理論知識(shí)，結(jié)合金工實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，獨(dú)立地分析和解決機(jī)械加工工藝問(wèn)題，初步具備設(shè)計(jì)中等復(fù)雜程度零件工藝規(guī)程的能力。能根據(jù)被加工零件的技術(shù)要求，運(yùn)用夾具設(shè)計(jì)的基本原理和方法，學(xué)會(huì)擬訂夾具設(shè)計(jì)方案，完成夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。熟悉并運(yùn)用有關(guān)手冊(cè)、圖表、規(guī)范等有關(guān)技術(shù)資料的能力。進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生識(shí)圖、制圖、運(yùn)算和編寫技術(shù)文件的基本技能。
1.2課程設(shè)計(jì)目的
學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)能獲得綜合運(yùn)用過(guò)去所學(xué)過(guò)的全部課程進(jìn)行機(jī)械制造工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本能力，為以后做好畢業(yè)設(shè)計(jì)、走上工作崗位進(jìn)行一次綜合訓(xùn)練和準(zhǔn)備。它要求學(xué)生全面地綜合運(yùn)用本課程及有關(guān)選修課程的理論和實(shí)踐知識(shí)，進(jìn)行零件加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)和機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)。其目的是：
（1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械制造工程原理課程及專業(yè)課程的理論知識(shí)，結(jié)合金工實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，獨(dú)立地分析和解決機(jī)械加工工藝問(wèn)題，初步具備設(shè)計(jì)中等復(fù)雜程度零件工藝規(guī)程的能力。
（2）培養(yǎng)學(xué)生能根據(jù)被加工零件的技術(shù)要求，運(yùn)用夾具設(shè)計(jì)的基本原理和方法，學(xué)會(huì)擬訂夾具設(shè)計(jì)方案，完成夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。
（3）培養(yǎng)學(xué)生熟悉并運(yùn)用有關(guān)手冊(cè)、圖表、規(guī)范等有關(guān)技術(shù)資料的能力。
（4）進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生識(shí)圖、制圖、運(yùn)算和編寫技術(shù)文件的基本技能。
（5）培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和獨(dú)立工作的能力，為畢業(yè)后走向社會(huì)從事相關(guān)技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。
1.3機(jī)械制造與制造技術(shù)
機(jī)械制造是各種機(jī)械、機(jī)床、工具、儀器、儀表制造過(guò)程的總稱。機(jī)械制造技術(shù)則是研究上述機(jī)械產(chǎn)品的加工原理、工藝過(guò)程和方法以及相應(yīng)設(shè)備的一門工程技術(shù)，也是一門以制造一定質(zhì)量的產(chǎn)品為目標(biāo)，研究如何以最少的消耗，最低的成本和最高的效率進(jìn)行生產(chǎn)的綜合技術(shù)。
1.4機(jī)械制造過(guò)程的組成
根據(jù)“小制造”概念的制造過(guò)程定義，制造過(guò)程主要是指生產(chǎn)過(guò)程，它主要包括以下過(guò)程：
（1） 生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程。這個(gè)過(guò)程主要應(yīng)完成產(chǎn)品投入生產(chǎn)前的各項(xiàng)生產(chǎn)和技術(shù)準(zhǔn)備工作。
（2） 毛坯的制造，如鑄造、鍛造和沖壓等。
（3） 零件的加工過(guò)程，如機(jī)械加工、焊接、鉚接和熱處理等。
（4） 產(chǎn)品的裝配，如部裝、調(diào)試、總裝等。
（5） 產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)。
（6） 各種生產(chǎn)服務(wù)，包括原材料、半成品、工具的供應(yīng)、運(yùn)輸、保管以及產(chǎn)品的油漆、包裝等。
根據(jù)“大制造”概念的制造過(guò)程定義，制造過(guò)程不僅包含了物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，而且還包含了信息向物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，即信息的物化。顯然，這必須通過(guò)基于信息的管理和控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，制造過(guò)程的輸出不僅是產(chǎn)品，而且還包括為保證產(chǎn)品正常使用所進(jìn)行的服務(wù)等。
第2章 機(jī)械工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)工藝規(guī)程的內(nèi)容及步驟
2.1.1熟悉原始資料對(duì)零件進(jìn)行工藝分析
零件的作用： CA6140車床是應(yīng)用較為廣泛的機(jī)床之一，本次設(shè)計(jì)的零件為CA6140的撥叉其是安裝在車床變速箱中，用于調(diào)速之用。
(1) 分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性
零件的結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)械加工工藝過(guò)程的影響很大。實(shí)用功能完全相同而結(jié)構(gòu)不同的兩個(gè)零件，他們的加工難易程度和制造的成本可能存在很大的差別。對(duì)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)工藝性審查，目的是使其在滿足實(shí)用功能的前提下，符合一定的工藝性能指標(biāo)的要求，一邊在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下能用比較經(jīng)濟(jì)、合理的方法將其制造出來(lái)。零件的結(jié)構(gòu)工藝性包括其鑄造工藝性、鍛造工藝性、沖壓工藝性、焊接工藝性、熱處理工藝性、切削加工工藝性和裝配工藝性等[3]。
(2) 車床CA6140撥叉的工藝分析
小撥叉零件三維實(shí)體建模如圖 2-1。
圖2-1 CA6140小撥叉三維實(shí)體模型圖
小撥叉零件圖如圖 2 -2。
圖2-2 小撥叉零件圖
從零件圖上看出，它共有四組加工表面，每組內(nèi)表面都有一定的相互位置精度，其要求分述如下：
40×32的底表面
這是一組包括兩待加工表面，對(duì)其表面粗糙度已較高要求，但尺寸要有一定精度保證。
①. 三孔
φ25H7的孔兩個(gè)。
φ55H12的孔一個(gè)。
由于在后面的工序中要用孔定位，故對(duì)精度有較高要求。
φ25H7兩側(cè)面的表面粗糙度要求達(dá)到。
φ55H12側(cè)面的表面粗糙度要求達(dá)到。
②. 寬16H11的通槽
該通槽用于變速箱中實(shí)現(xiàn)調(diào)速作用，是小撥叉上關(guān)鍵部位，要有較高的尺寸精度及表面粗糙度的要求；同時(shí)還要有垂直度的要求。
通槽兩側(cè)面的表面粗糙度為3.2。
與φ25H7孔上表面滿足尺寸要求53。
與φ25H7孔內(nèi)表面滿足垂直度要求為0.04。
2.1.2定為基準(zhǔn)的選擇
基準(zhǔn)的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題之一，基準(zhǔn)選擇的是否合理，將影響到加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率及工藝成本[4]。
(1) 粗基準(zhǔn)的選擇
第一組加工表面是以φ40mm的外表面用V形塊定位，來(lái)對(duì)孔進(jìn)行加工。
(2) 精基準(zhǔn)的選擇
后面各道序中，均采用鉆孔后φ25H7mm的內(nèi)側(cè)面為基準(zhǔn)，這符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。
2.2計(jì)算零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、確定生產(chǎn)類型
生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型與工藝過(guò)程的關(guān)系十分緊密，生產(chǎn)綱領(lǐng)不同，生產(chǎn)類型也不同，工藝過(guò)程也就具有不同的特點(diǎn)。所以在制定零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程時(shí)，應(yīng)首先確定零件機(jī)械加工的生產(chǎn)類型，而生產(chǎn)類型有主要取決于零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)。
(1) 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)
生產(chǎn)綱領(lǐng)是指企業(yè)在計(jì)劃期間內(nèi)應(yīng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進(jìn)度計(jì)劃。
產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)確定后，就可以根據(jù)零件在產(chǎn)品中的數(shù)量、一定的備品率和平均廢品率來(lái)計(jì)算零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)。
零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)N可按下式計(jì)算：
(2-1)
式中 N——零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)，單位為 件；
Q——產(chǎn)品的年生產(chǎn)綱領(lǐng)，單位為 臺(tái)；
N——每臺(tái)產(chǎn)品中所含零件的數(shù)量，單位為 件/臺(tái)；
A——備品率，單位為 %；
B——平均廢品率，單位為 % 。
有些產(chǎn)品零件不需要備品，如機(jī)器的基礎(chǔ)件、機(jī)床類產(chǎn)品等，a=0；而有些產(chǎn)品中的易損件，則需要有備品，如汽車、拖拉機(jī)產(chǎn)品等，a=20%～30%。
零件的廢品率應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)加工的技術(shù)水平及零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度與加工難易而定，一般b<0.3%。
(2) 確定生產(chǎn)類型、分析工藝特點(diǎn)
生產(chǎn)類型是指企業(yè)（或車間、工段、班組、工作地）生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類。一般分為大量生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和單件生產(chǎn)三種類型。
根據(jù)查表本次設(shè)計(jì)的CA6140的小撥叉屬于輕型零件，大批量生產(chǎn)。
2.3選擇毛坯類型和制造方法
零件的毛坯對(duì)零件的機(jī)械加工工藝過(guò)程、材料消耗、加工勞動(dòng)量等有很大影響，故正確選擇毛坯種類與制造方法是非常重要的。
該零件屬于輕型零件，大批量生產(chǎn)，所以采用砂型機(jī)器制造，鑄件尺寸公差為CT8，機(jī)械加工余量MA-G[2]。
2.4工藝路線的擬定
擬定零件機(jī)械加工工藝路線是制造工藝規(guī)程中的核心工作。 在擬定過(guò)程中，基本出發(fā)點(diǎn)是保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低成本，有該零件的生產(chǎn)類型已確定為大批量生產(chǎn)的情況下，制定工藝路線就應(yīng)該符合生產(chǎn)類型的工藝特征[3]。
工藝路線方案：
工序 05 鉆 ，擴(kuò) ，鉸 φ25H7孔
擴(kuò) φ55H12 孔
10 銑斷 φ75
15 銑底面
20 銑通槽 40×16
25 銑平面 40×32
30 去毛刺
35 清洗
40 檢查
45 噴漆
2.5機(jī)械加工余量，毛坯尺寸及工序尺寸的確定
車床小撥叉零件材料為HT200，大批生產(chǎn)采用砂型機(jī)器造型，確定鑄件尺寸公差尺寸等級(jí)為CT-8，機(jī)械加工余量MA-G。
(1) 機(jī)械加工余量確定
①. φ55H12圓孔一次擴(kuò)，取基本尺寸為φ55，
2.0 mm
②. φ25H7圓孔直接鑄成實(shí)體
③. 工件側(cè)面機(jī)械加工總余量
2.5 mm
④. 通槽直接鑄成實(shí)體，待加工時(shí)直接銑削
⑤. φ75 上下端面機(jī)械加工余量
2.0 mm
2.0 mm
(2) 毛坯尺寸及公差的確定
毛坯尺寸為在各加工表面尺寸基礎(chǔ)上加上該表面的機(jī)械加工余量，毛坯尺寸公差由得[4]：
①. φ55H12 圓孔的毛坯尺寸為：φ52
②. 工件側(cè)面至φ25，圓孔中心毛坯尺寸為：φ26
③. φ75 上下兩端面毛坯尺寸為：17.5
(3) 工序尺寸的確定
工序 05 鉆 —擴(kuò)—鉸φ25H7孔
擴(kuò) φ55H12 孔
工步1 鉆兩孔至，按加工經(jīng)濟(jì)精度確定工序尺寸為 φ23 。
工步2 擴(kuò)兩孔至；按加工經(jīng)濟(jì)精度確定工序尺寸為φ24.8 。
工步 3 粗鉸孔至，按加工經(jīng)濟(jì)精度確定工序尺寸為 φ24.94。
工步 4 精鉸兩孔至φ25H7 ,按加工經(jīng)濟(jì)精度確定工序尺寸為 φ25 。
工步 5 粗?jǐn)Uφ52 至φ54 ，按加工經(jīng)濟(jì)精度確定工序尺寸為φ54 。
工步6 精擴(kuò) 1mm 按加工經(jīng)濟(jì)精度確定工序尺寸為 φ55 。
工序 10 銑斷大端面
銑斷處基本尺寸為4mm，保證斷口處表面粗糙度為，且要求左右斷口距軸線距離相等[5]。
工序 15 銑槽及槽上平臺(tái)
工步 1 銑槽上的平臺(tái)
槽上的平臺(tái)為一次銑削完成，平臺(tái)的寬度及長(zhǎng)度已有鑄造完成次道工序僅是為下道工序銑槽時(shí)，提供一個(gè)基準(zhǔn)，因此只需銑掉鑄件加工余量。
工步 2 銑槽
在銑床上，由于槽深為mm，故可進(jìn)行兩次切削，第一次mm。第二次選mm，即可保證尺寸。
工序 20 銑大端面?zhèn)让?
大端下端的加工余量為mm，上端加工余量為mm，只需用兩把銑刀將工序尺寸調(diào)整到mm。
2.6確定切削用量及基本時(shí)間、輔助時(shí)間
工序 05 鉆——擴(kuò)——鉸孔H7，擴(kuò)孔 H12
(1) 加工條件包括：
工件材料：HT200； 取 190HB
(2) 切削用量的選擇與基本時(shí)間，輔助時(shí)間的計(jì)算
①. 鉆 孔
11.5mm 0.9 mm/r 0.45 m/s
=6.23r/s
機(jī)床選Z35， 335r/min=5.58 r/s
實(shí)際切削速度
=0.402m/s
=17.65s
3.53s
其中
——背吃刀量，單位為 mm；
——進(jìn)給量，單位為 mm/r；
——切削速度，單位為 m/s；
——主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速，單位為 r/min；
——機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速，單位為 r/min；
——基本時(shí)間，單位為 s；
——輔助時(shí)間，單位為 s。
=7.64 mm
2 mm
②. 擴(kuò) 孔
0.9 mm 1.0mm/r 0.15 m/s
=1.93 r/s
取Z35 ，106r/min=1.75r/s
=0.136m/s
=46.58s
9.32s
③. 粗鉸 孔
0.07 mm 2 mm/r 0.108mm/s
=1.15r/s
取Z35， 67r/min=1.12r/s
=0.088m/s
=43.30s
8.66s
④. 精鉸 孔
0.03 mm 2mm/r 0.108 m/s
=1.38r/s
取Z35 ，85r/min=1.42r/s
=0.111m/s
=33.80 s
6.76s
⑤. 擴(kuò) 孔
1.5mm 1.1mm/r 0.117mm/s
=0.68r/s
取Z37 42r/min=0.7r/s
=0.12m/s
=142.95s
28.59s
其中 =2.87mm 4mm
工序 10 銑斷大端面
(1) 加工條件：選用銑床 X62，高速鋼鋸片銑刀。
mm Z=50 B=4mm
(2) 切削用量的選擇與基本時(shí)間，輔助時(shí)間的計(jì)算
6mm 0.02mm/z 0.3mm/s
=0.6r/s
=150.4s
30.08s
工序 15 銑槽及槽上平臺(tái)
工步 1 銑平臺(tái)
(1) 加工條件：采用銑床X62，套面式高速鋼銑刀。
mm mm
(2) 切削用量的選擇與基本時(shí)間，輔助時(shí)間的計(jì)算
3mm 0.2mm 0.2mm/z 0.3m/s
=5.97r/s
取 375r/min= 6.25r/s
=0.314m/s
=11.07s
2.21s
其中
工步 2 銑槽
(1) 加工條件：采用銑床 X62 ，直齒三面刃高速鋼銑刀
mm mm
(2) 切削用量的選擇與基本時(shí)間，輔助時(shí)間的計(jì)算
3 mm 0.2 mm 0.2 mm/z 0.3 m/s
=3.54r/s
取 235r/min=3.92r/s
= 0.33m/s
=12.60s
2.52s
工序 20 銑大端面
(1) 加工條件：采用臥式銑床 X62
刀具：套式面銑刀（高速鋼）
工件材料：灰鑄鐵，取 190HB
m/s
mm/z
(2) 切削用量的選擇與基本時(shí)間，輔助時(shí)間的計(jì)算
切削力的計(jì)算公式
(2-2)
式中：B為銑削寬度；K為刀具前角對(duì)切削力的影響系數(shù)，取K=1.2；
K1為切削速度對(duì)切削力的影響系數(shù)，取K1=1；
銑刀直徑選： mm
參數(shù)： mm
銑刀齒數(shù)：
切削力得：
=
=2255.66N
切削功率
0.68kN
0.96r/s
取 60r/min=1r/s
實(shí)際切削速度為：
0.314m/s
=116.25s
23.25s
第3章 典型鉆床夾具設(shè)計(jì)
本章是針對(duì)CA6140車床變速箱內(nèi)小撥叉加工中的工序05 鉆-擴(kuò)-鉸 孔，以及擴(kuò) 孔的專用鉆床夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用機(jī)床為Z35。
3.1夾具設(shè)計(jì)分析
(1) 本工序?yàn)橐院蠖嗟拦ば驕?zhǔn)備了定位精基準(zhǔn)，故作為定位精基準(zhǔn)的各表面應(yīng)盡可能的在一次裝夾中加工出來(lái)，以保證各基準(zhǔn)面間的相互位置精度。
(2) 毛坯尺寸公差等級(jí)為CT8，加工余量等級(jí)為MA-G，其毛坯余量分布較為均勻，個(gè)別表面余量較小，如何保證加工時(shí)的加工余量的均勻，在擬定定位方案時(shí)應(yīng)予以考慮。
(3) 該零件為大批量生產(chǎn)，如何提高生產(chǎn)率降低勞動(dòng)強(qiáng)度？在夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)予以考慮[6]。
3.2夾具設(shè)計(jì)
3.2.1專用夾具設(shè)計(jì)的基本要求
(1) 確保工件加工質(zhì)量，保證質(zhì)量的關(guān)鍵在于正確的選定定位基準(zhǔn)和定位元件，必要時(shí)進(jìn)行誤差分析計(jì)算。
(2) 操作省力，高效，盡可能采用氣動(dòng)或液壓等機(jī)動(dòng)夾緊裝置，以減輕操作疲勞強(qiáng)度。
(3) 夾具制造成本低，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件或標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，以降低夾具的制造成本[7]。
3.2.2專用夾具的設(shè)計(jì)步驟
(1) 明確設(shè)計(jì)要求，熟悉加工零件圖和毛坯圖和工藝規(guī)程等文件，掌握本工件工序加工技術(shù)要求。
(2) 了解生產(chǎn)綱領(lǐng)，以及夾具的需求情況，以確定夾具的結(jié)構(gòu)的合理性和經(jīng)濟(jì)性。
(3) 收集該工序用的機(jī)床，刀具方面的信息資料，了解機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)及規(guī)格，安裝具的連接部分結(jié)構(gòu)和尺寸。
(4) 選擇或設(shè)計(jì)定位元件，合理設(shè)置其在夾具上的位置。
(5) 畫出定位簡(jiǎn)圖。
(6) 進(jìn)行加緊力計(jì)算與分析，合理選擇動(dòng)力源。
(7) 繪制夾具裝配圖[8]。
3.2.3.定位基準(zhǔn)的選擇
(1) 定位基準(zhǔn)的選擇
加工該零件時(shí)，工序05 鉆三孔是以底面作為定位基準(zhǔn)面，用一面、一個(gè)固定V形塊、一個(gè)浮動(dòng)V形塊定位。其中一個(gè)平面限制了三個(gè)自由度，一個(gè)V形塊限制兩個(gè)自由度，浮動(dòng)V形塊限制了一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，通過(guò)這幾個(gè)定位元件就把工件的六個(gè)自由度完全限制了。加緊方式則是采用汽缸帶動(dòng)斜V形塊壓緊工件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件加工過(guò)程中的夾緊[9]。
工件撥叉如何定位如圖 3-1所示。
圖 3-1撥叉的定位示意圖
(2) 切削力及夾緊力的計(jì)算
鉆削扭矩計(jì)算公式： (3-1)
切削力計(jì)算公式： (3-2)
擴(kuò)削扭矩計(jì)算公式： (3-3)
切削力計(jì)算公式： (3-4)
其中 d——鉆頭直徑mm
——每轉(zhuǎn)進(jìn)給量mm
——修正系數(shù)
工步 1 鉆兩孔至φ23H12
切削扭矩為
129.01Nm
切削力為
19359.87N
工步 2 擴(kuò)兩孔φ23至φ24.8
切削扭矩為
557.07Nm
切削力得
240.41N
工步 3 粗鉸孔 至
切削扭矩為
=144.47Nm
切削力為
=14.8N
工步 4 精鉸兩孔 至
切削扭矩為
=76.89Nm
切削力為
=4.35N
(3) 根據(jù)夾緊力計(jì)算氣缸內(nèi)徑[10]
選取壓力系數(shù)為
則有
即
mm
所以選取氣缸直徑為100mm。
(4) 氣缸與夾具體相連接
在氣缸前后左右四端分別用4個(gè)M6螺栓將氣缸固定與夾具體上[11]。
第4章 夾具三維造型
夾具底座
鉆 套
小撥叉毛坯
固定螺母
鉆模板
軸 套
V型塊
氣 缸
氣缸軸
氣缸固定螺栓
V型塊固定螺栓
導(dǎo)柱螺帽
夾具裝配總圖2
夾具裝配總圖1
總 結(jié)
通過(guò)一個(gè)月的努力，我終于完成了課程設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容。本次我所設(shè)計(jì)的是鉆床夾具，鉆床夾具與其他機(jī)床的夾具的主要不同在于它有獨(dú)特的元件——鉆套與鉆模板。因此，設(shè)計(jì)鉆床夾具時(shí)，除了根據(jù)加工要求選擇夾具類型外，主要是鉆模板與鉆套的選擇與設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用了快換鉆套和手動(dòng)螺旋快速加緊機(jī)構(gòu)，從而大大提高了由于鉆、擴(kuò)、絞孔而頻繁換鉆套的生產(chǎn)效率，夾具的加工精度都采用普通級(jí)，充分考慮了制造成本。缺點(diǎn)是本設(shè)計(jì)的操作需要人力，所以在生產(chǎn)自動(dòng)化方面有待改進(jìn)。
通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使我將所學(xué)理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，得到了解決問(wèn)題和分析問(wèn)題的能力的初步培養(yǎng)，另外也為以后搞好畢業(yè)設(shè)計(jì)、走上工作崗位進(jìn)行一次綜合訓(xùn)練。使我具有了：1.制定工藝規(guī)程的初步能力，能綜合運(yùn)用機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)和其他課程的基本理論和方法，正確的制定一個(gè)零件的加工工藝規(guī)程。
2.具有設(shè)計(jì)專用夾具的初步能力，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。
3.結(jié)合工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容，能夠熟練的應(yīng)用工藝計(jì)算方法，正確的進(jìn)行工藝計(jì)算，如工藝參數(shù)、切削力、切削功率、切削速度、定位誤差、加緊力等。
4.進(jìn)一步提高查閱資料，熟練的使用設(shè)計(jì)手冊(cè)、參考資料的能力。
5.通過(guò)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，使我學(xué)會(huì)了進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的程序和方法，培養(yǎng)了獨(dú)立思考和獨(dú)立工作的能力。
參考文獻(xiàn)
第5章 《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教程》；主編：鄒青 呼詠；機(jī)械工程出版社；2004
第6章 《機(jī)械制造工藝及專用夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》；主編：孫麗媛；冶金工業(yè)出版社；2010
第7章 《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)指導(dǎo)》；主編：馬正元；浙江大學(xué)出版社；1995。
第8章 《機(jī)械制造工程學(xué)》；主編：馬光；浙江大學(xué)出版社；2008。
第9章 《機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》；主編：趙家齊；北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2000
第10章 《機(jī)械制造工業(yè)與機(jī)床夾具》；主編：劉守勇；北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000
第11章 《機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》；主編：吳拓、方瓊珊；北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005
第12章 《公差配合與測(cè)量技術(shù)》；主編：黃云清；北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001
第13章 《機(jī)械加工工藝與竅門精選》;主編:梁炳文;北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001
第14章 《機(jī)床及夾具》;主編:楊峻峰;清華大學(xué)出版社，2005
26
目 錄
第1章 緒論 1
第2章 機(jī)械工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 3
2.1設(shè)計(jì)工藝規(guī)程的內(nèi)容及步驟 3
2.1.1熟悉原始資料對(duì)零件進(jìn)行工藝分析 4
2.1.2定為基準(zhǔn)的選擇 5
2.2計(jì)算零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、確定生產(chǎn)類型 6
2.3選擇毛坯類型和制造方法 7
2.4工藝路線的擬定 7
2.5機(jī)械加工余量，毛坯尺寸及工序尺寸的確定 7
2.6確定切削用量及基本時(shí)間、輔助時(shí)間 9
第3章 銑夾具設(shè)計(jì) 17
3.1夾具設(shè)計(jì)分析 17
3.2夾具設(shè)計(jì) 18
3.2.1專用夾具設(shè)計(jì)的基本要求 18
3.2.2專用夾具的設(shè)計(jì)步驟 18
3.2.3.定位基準(zhǔn)的選擇 19
第4章 夾具三維造型.....................................................................................20
總結(jié).....................................................................................................................23
參考文獻(xiàn).............................................................................................................24
第1章 緒 論
1.1概述
培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械制造工程原理課程及專業(yè)課程的理論知識(shí)，結(jié)合金工實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，獨(dú)立地分析和解決機(jī)械加工工藝問(wèn)題，初步具備設(shè)計(jì)中等復(fù)雜程度零件工藝規(guī)程的能力。能根據(jù)被加工零件的技術(shù)要求，運(yùn)用夾具設(shè)計(jì)的基本原理和方法，學(xué)會(huì)擬訂夾具設(shè)計(jì)方案，完成夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。熟悉并運(yùn)用有關(guān)手冊(cè)、圖表、規(guī)范等有關(guān)技術(shù)資料的能力。進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生識(shí)圖、制圖、運(yùn)算和編寫技術(shù)文件的基本技能。
1.2課程設(shè)計(jì)目的
學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)能獲得綜合運(yùn)用過(guò)去所學(xué)過(guò)的全部課程進(jìn)行機(jī)械制造工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本能力，為以后做好畢業(yè)設(shè)計(jì)、走上工作崗位進(jìn)行一次綜合訓(xùn)練和準(zhǔn)備。它要求學(xué)生全面地綜合運(yùn)用本課程及有關(guān)選修課程的理論和實(shí)踐知識(shí)，進(jìn)行零件加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)和機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)。其目的是：
（1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械制造工程原理課程及專業(yè)課程的理論知識(shí)，結(jié)合金工實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，獨(dú)立地分析和解決機(jī)械加工工藝問(wèn)題，初步具備設(shè)計(jì)中等復(fù)雜程度零件工藝規(guī)程的能力。
（2）培養(yǎng)學(xué)生能根據(jù)被加工零件的技術(shù)要求，運(yùn)用夾具設(shè)計(jì)的基本原理和方法，學(xué)會(huì)擬訂夾具設(shè)計(jì)方案，完成夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。
（3）培養(yǎng)學(xué)生熟悉并運(yùn)用有關(guān)手冊(cè)、圖表、規(guī)范等有關(guān)技術(shù)資料的能力。
（4）進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生識(shí)圖、制圖、運(yùn)算和編寫技術(shù)文件的基本技能。
（5）培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和獨(dú)立工作的能力，為畢業(yè)后走向社會(huì)從事相關(guān)技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。
1.3機(jī)械制造與制造技術(shù)
機(jī)械制造是各種機(jī)械、機(jī)床、工具、儀器、儀表制造過(guò)程的總稱。機(jī)械制造技術(shù)則是研究上述機(jī)械產(chǎn)品的加工原理、工藝過(guò)程和方法以及相應(yīng)設(shè)備的一門工程技術(shù)，也是一門以制造一定質(zhì)量的產(chǎn)品為目標(biāo)，研究如何以最少的消耗，最低的成本和最高的效率進(jìn)行生產(chǎn)的綜合技術(shù)。
1.4機(jī)械制造過(guò)程的組成
根據(jù)“小制造”概念的制造過(guò)程定義，制造過(guò)程主要是指生產(chǎn)過(guò)程，它主要包括以下過(guò)程：
（1） 生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程。這個(gè)過(guò)程主要應(yīng)完成產(chǎn)品投入生產(chǎn)前的各項(xiàng)生產(chǎn)和技術(shù)準(zhǔn)備工作。
（2） 毛坯的制造，如鑄造、鍛造和沖壓等。
（3） 零件的加工過(guò)程，如機(jī)械加工、焊接、鉚接和熱處理等。
（4） 產(chǎn)品的裝配，如部裝、調(diào)試、總裝等。
（5） 產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)。
（6） 各種生產(chǎn)服務(wù)，包括原材料、半成品、工具的供應(yīng)、運(yùn)輸、保管以及產(chǎn)品的油漆、包裝等。
根據(jù)“大制造”概念的制造過(guò)程定義，制造過(guò)程不僅包含了物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，而且還包含了信息向物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，即信息的物化。顯然，這必須通過(guò)基于信息的管理和控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，制造過(guò)程的輸出不僅是產(chǎn)品，而且還包括為保證產(chǎn)品正常使用所進(jìn)行的服務(wù)等。
第2章 機(jī)械工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)工藝規(guī)程的內(nèi)容及步驟
2.1.1熟悉原始資料對(duì)零件進(jìn)行工藝分析
零件的作用： CA6140車床是應(yīng)用較為廣泛的機(jī)床之一，本次設(shè)計(jì)的零件為CA6140的撥叉其是安裝在車床變速箱中，用于調(diào)速之用。
(1) 分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性
零件的結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)械加工工藝過(guò)程的影響很大。實(shí)用功能完全相同而結(jié)構(gòu)不同的兩個(gè)零件，他們的加工難易程度和制造的成本可能存在很大的差別。對(duì)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)工藝性審查，目的是使其在滿足實(shí)用功能的前提下，符合一定的工藝性能指標(biāo)的要求，一邊在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下能用比較經(jīng)濟(jì)、合理的方法將其制造出來(lái)。零件的結(jié)構(gòu)工藝性包括其鑄造工藝性、鍛造工藝性、沖壓工藝性、焊接工藝性、熱處理工藝性、切削加工工藝性和裝配工藝性等[3]。
(2) 車床CA6140撥叉的工藝分析
小撥叉零件三維實(shí)體建模如圖 2-1。
圖2-1 CA6140小撥叉三維實(shí)體模型圖
小撥叉零件圖如圖 2 -2。
圖2-2 小撥叉零件圖
從零件圖上看出，它共有四組加工表面，每組內(nèi)表面都有一定的相互位置精度，其要求分述如下：
40×32的底表面
這是一組包括兩待加工表面，對(duì)其表面粗糙度已較高要求，但尺寸要有一定精度保證。
①. 三孔
φ25H7的孔兩個(gè)。
φ55H12的孔一個(gè)。
由于在后面的工序中要用孔定位，故對(duì)精度有較高要求。
φ25H7兩側(cè)面的表面粗糙度要求達(dá)到。
φ55H12側(cè)面的表面粗糙度要求達(dá)到。
②. 寬16H11的通槽
該通槽用于變速箱中實(shí)現(xiàn)調(diào)速作用，是小撥叉上關(guān)鍵部位，要有較高的尺寸精度及表面粗糙度的要求；同時(shí)還要有垂直度的要求。
通槽兩側(cè)面的表面粗糙度為3.2。
與φ25H7孔上表面滿足尺寸要求53。
與φ25H7孔內(nèi)表面滿足垂直度要求為0.04。
2.1.2定為基準(zhǔn)的選擇
基準(zhǔn)的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題之一，基準(zhǔn)選擇的是否合理，將影響到加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率及工藝成本[4]。
(1) 粗基準(zhǔn)的選擇
第一組加工表面是以φ40mm的外表面用V形塊定位，來(lái)對(duì)孔進(jìn)行加工。
(2) 精基準(zhǔn)的選擇
后面各道序中，均采用鉆孔后φ25H7mm的內(nèi)側(cè)面為基準(zhǔn)，這符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。
2.2計(jì)算零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、確定生產(chǎn)類型
生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型與工藝過(guò)程的關(guān)系十分緊密，生產(chǎn)綱領(lǐng)不同，生產(chǎn)類型也不同，工藝過(guò)程也就具有不同的特點(diǎn)。所以在制定零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程時(shí)，應(yīng)首先確定零件機(jī)械加工的生產(chǎn)類型，而生產(chǎn)類型有主要取決于零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)。
(1) 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)
生產(chǎn)綱領(lǐng)是指企業(yè)在計(jì)劃期間內(nèi)應(yīng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進(jìn)度計(jì)劃。
產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)確定后，就可以根據(jù)零件在產(chǎn)品中的數(shù)量、一定的備品率和平均廢品率來(lái)計(jì)算零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)。
零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)N可按下式計(jì)算：
(2-1)
式中 N——零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)，單位為 件；
Q——產(chǎn)品的年生產(chǎn)綱領(lǐng)，單位為 臺(tái)；
N——每臺(tái)產(chǎn)品中所含零件的數(shù)量，單位為 件/臺(tái)；
A——備品率，單位為 %；
B——平均廢品率，單位為 % 。
有些產(chǎn)品零件不需要備品，如機(jī)器的基礎(chǔ)件、機(jī)床類產(chǎn)品等，a=0；而有些產(chǎn)品中的易損件，則需要有備品，如汽車、拖拉機(jī)產(chǎn)品等，a=20%～30%。
零件的廢品率應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)加工的技術(shù)水平及零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度與加工難易而定，一般b<0.3%。
(2) 確定生產(chǎn)類型、分析工藝特點(diǎn)
生產(chǎn)類型是指企業(yè)（或車間、工段、班組、工作地）生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類。一般分為大量生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和單件生產(chǎn)三種類型。
根據(jù)查表本次設(shè)計(jì)的CA6140的小撥叉屬于輕型零件，大批量生產(chǎn)。
2.3選擇毛坯類型和制造方法
零件的毛坯對(duì)零件的機(jī)械加工工藝過(guò)程、材料消耗、加工勞動(dòng)量等有很大影響，故正確選擇毛坯種類與制造方法是非常重要的。
該零件屬于輕型零件，大批量生產(chǎn)，所以采用砂型機(jī)器制造，鑄件尺寸公差為CT8，機(jī)械加工余量MA-G[2]。
2.4工藝路線的擬定
擬定零件機(jī)械加工工藝路線是制造工藝規(guī)程中的核心工作。 在擬定過(guò)程中，基本出發(fā)點(diǎn)是保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低成本，有該零件的生產(chǎn)類型已確定為大批量生產(chǎn)的情況下，制定工藝路線就應(yīng)該符合生產(chǎn)類型的工藝特征[3]。
工藝路線方案：
工序 05 鉆 ，擴(kuò) ，鉸 φ25H7孔
擴(kuò) φ55H12 孔
10 銑斷 φ75
15 銑底面
20 銑通槽 40×16
25 銑平面 40×32
30 去毛刺
35 清洗
40 檢查
45 噴漆
2.5機(jī)械加工余量，毛坯尺寸及工序尺寸的確定
車床小撥叉零件材料為HT200，大批生產(chǎn)采用砂型機(jī)器造型，確定鑄件尺寸公差尺寸等級(jí)為CT-8，機(jī)械加工余量MA-G。
(1) 機(jī)械加工余量確定
①. φ55H12圓孔一次擴(kuò)，取基本尺寸為φ55，
2.0 mm
②. φ25H7圓孔直接鑄成實(shí)體
③. 工件側(cè)面機(jī)械加工總余量
2.5 mm
④. 通槽直接鑄成實(shí)體，待加工時(shí)直接銑削
⑤. φ75 上下端面機(jī)械加工余量
2.0 mm
2.0 mm
(2) 毛坯尺寸及公差的確定
毛坯尺寸為在各加工表面尺寸基礎(chǔ)上加上該表面的機(jī)械加工余量，毛坯尺寸公差由得[4]：
①. φ55H12 圓孔的毛坯尺寸為：φ52
②. 工件側(cè)面至φ25，圓孔中心毛坯尺寸為：φ26
③. φ75 上下兩端面毛坯尺寸為：17.5
(3) 工序尺寸的確定
工序 05 鉆 —擴(kuò)—鉸φ25H7孔
擴(kuò) φ55H12 孔
工步1 鉆兩孔至，按加工經(jīng)濟(jì)精度確定工序尺寸為 φ23 。
工步2 擴(kuò)兩孔至；按加工經(jīng)濟(jì)精度確定工序尺寸為φ24.8 。
工步 3 粗鉸孔至，按加工經(jīng)濟(jì)精度確定工序尺寸為 φ24.94。
工步 4 精鉸兩孔至φ25H7 ,按加工經(jīng)濟(jì)精度確定工序尺寸為 φ25 。
工步 5 粗?jǐn)Uφ52 至φ54 ，按加工經(jīng)濟(jì)精度確定工序尺寸為φ54 。
工步6 精擴(kuò) 1mm 按加工經(jīng)濟(jì)精度確定工序尺寸為 φ55 。
工序 10 銑斷大端面
銑斷處基本尺寸為4mm，保證斷口處表面粗糙度為，且要求左右斷口距軸線距離相等[5]。
工序 15 銑槽及槽上平臺(tái)
工步 1 銑槽上的平臺(tái)
槽上的平臺(tái)為一次銑削完成，平臺(tái)的寬度及長(zhǎng)度已有鑄造完成次道工序僅是為下道工序銑槽時(shí)，提供一個(gè)基準(zhǔn)，因此只需銑掉鑄件加工余量。
工步 2 銑槽
在銑床上，由于槽深為mm，故可進(jìn)行兩次切削，第一次mm。第二次選mm，即可保證尺寸。
工序 20 銑大端面?zhèn)让?
大端下端的加工余量為mm，上端加工余量為mm，只需用兩把銑刀將工序尺寸調(diào)整到mm。
2.6確定切削用量及基本時(shí)間、輔助時(shí)間
工序 05 鉆——擴(kuò)——鉸孔H7，擴(kuò)孔 H12
(1) 加工條件包括：
工件材料：HT200； 取 190HB
(2) 切削用量的選擇與基本時(shí)間，輔助時(shí)間的計(jì)算
①. 鉆 孔
11.5mm 0.9 mm/r 0.45 m/s
=6.23r/s
機(jī)床選Z35， 335r/min=5.58 r/s
實(shí)際切削速度
=0.402m/s
=17.65s
3.53s
其中
——背吃刀量，單位為 mm；
——進(jìn)給量，單位為 mm/r；
——切削速度，單位為 m/s；
——主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速，單位為 r/min；
——機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速，單位為 r/min；
——基本時(shí)間，單位為 s；
——輔助時(shí)間，單位為 s。
=7.64 mm
2 mm
②. 擴(kuò) 孔
0.9 mm 1.0mm/r 0.15 m/s
=1.93 r/s
取Z35 ，106r/min=1.75r/s
=0.136m/s
=46.58s
9.32s
③. 粗鉸 孔
0.07 mm 2 mm/r 0.108mm/s
=1.15r/s
取Z35， 67r/min=1.12r/s
=0.088m/s
=43.30s
8.66s
④. 精鉸 孔
0.03 mm 2mm/r 0.108 m/s
=1.38r/s
取Z35 ，85r/min=1.42r/s
=0.111m/s
=33.80 s
6.76s
⑤. 擴(kuò) 孔
1.5mm 1.1mm/r 0.117mm/s
=0.68r/s
取Z37 42r/min=0.7r/s
=0.12m/s
=142.95s
28.59s
其中 =2.87mm 4mm
工序 10 銑斷大端面
(1) 加工條件：選用銑床 X62，高速鋼鋸片銑刀。
mm Z=50 B=4mm
(2) 切削用量的選擇與基本時(shí)間，輔助時(shí)間的計(jì)算
6mm 0.02mm/z 0.3mm/s
=0.6r/s
=150.4s
30.08s
工序 15 銑槽及槽上平臺(tái)
工步 1 銑平臺(tái)
(1) 加工條件：采用銑床X62，套面式高速鋼銑刀。
mm mm
(2) 切削用量的選擇與基本時(shí)間，輔助時(shí)間的計(jì)算
3mm 0.2mm 0.2mm/z 0.3m/s
=5.97r/s
取 375r/min= 6.25r/s
=0.314m/s
=11.07s
2.21s
其中
工步 2 銑槽
(1) 加工條件：采用銑床 X62 ，直齒三面刃高速鋼銑刀
mm mm
(2) 切削用量的選擇與基本時(shí)間，輔助時(shí)間的計(jì)算
3 mm 0.2 mm 0.2 mm/z 0.3 m/s
=3.54r/s
取 235r/min=3.92r/s
= 0.33m/s
=12.60s
2.52s
工序 20 銑大端面
(1) 加工條件：采用臥式銑床 X62
刀具：套式面銑刀（高速鋼）
工件材料：灰鑄鐵，取 190HB
m/s
mm/z
(2) 切削用量的選擇與基本時(shí)間，輔助時(shí)間的計(jì)算
切削力的計(jì)算公式
(2-2)
式中：B為銑削寬度；K為刀具前角對(duì)切削力的影響系數(shù)，取K=1.2；
K1為切削速度對(duì)切削力的影響系數(shù)，取K1=1；
銑刀直徑選： mm
參數(shù)： mm
銑刀齒數(shù)：
切削力得：
=
=2255.66N
切削功率
0.68kN
0.96r/s
取 60r/min=1r/s
實(shí)際切削速度為：
0.314m/s
=116.25s
23.25s
第3章 典型鉆床夾具設(shè)計(jì)
本章是針對(duì)CA6140車床變速箱內(nèi)小撥叉加工中的工序05 鉆-擴(kuò)-鉸 孔，以及擴(kuò) 孔的專用鉆床夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用機(jī)床為Z35。
3.1夾具設(shè)計(jì)分析
(1) 本工序?yàn)橐院蠖嗟拦ば驕?zhǔn)備了定位精基準(zhǔn)，故作為定位精基準(zhǔn)的各表面應(yīng)盡可能的在一次裝夾中加工出來(lái)，以保證各基準(zhǔn)面間的相互位置精度。
(2) 毛坯尺寸公差等級(jí)為CT8，加工余量等級(jí)為MA-G，其毛坯余量分布較為均勻，個(gè)別表面余量較小，如何保證加工時(shí)的加工余量的均勻，在擬定定位方案時(shí)應(yīng)予以考慮。
(3) 該零件為大批量生產(chǎn)，如何提高生產(chǎn)率降低勞動(dòng)強(qiáng)度？在夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)予以考慮[6]。
3.2夾具設(shè)計(jì)
3.2.1專用夾具設(shè)計(jì)的基本要求
(1) 確保工件加工質(zhì)量，保證質(zhì)量的關(guān)鍵在于正確的選定定位基準(zhǔn)和定位元件，必要時(shí)進(jìn)行誤差分析計(jì)算。
(2) 操作省力，高效，盡可能采用氣動(dòng)或液壓等機(jī)動(dòng)夾緊裝置，以減輕操作疲勞強(qiáng)度。
(3) 夾具制造成本低，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件或標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，以降低夾具的制造成本[7]。
3.2.2專用夾具的設(shè)計(jì)步驟
(1) 明確設(shè)計(jì)要求，熟悉加工零件圖和毛坯圖和工藝規(guī)程等文件，掌握本工件工序加工技術(shù)要求。
(2) 了解生產(chǎn)綱領(lǐng)，以及夾具的需求情況，以確定夾具的結(jié)構(gòu)的合理性和經(jīng)濟(jì)性。
(3) 收集該工序用的機(jī)床，刀具方面的信息資料，了解機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)及規(guī)格，安裝具的連接部分結(jié)構(gòu)和尺寸。
(4) 選擇或設(shè)計(jì)定位元件，合理設(shè)置其在夾具上的位置。
(5) 畫出定位簡(jiǎn)圖。
(6) 進(jìn)行加緊力計(jì)算與分析，合理選擇動(dòng)力源。
(7) 繪制夾具裝配圖[8]。
3.2.3.定位基準(zhǔn)的選擇
(1) 定位基準(zhǔn)的選擇
加工該零件時(shí)，工序05 鉆三孔是以底面作為定位基準(zhǔn)面，用一面、一個(gè)固定V形塊、一個(gè)浮動(dòng)V形塊定位。其中一個(gè)平面限制了三個(gè)自由度，一個(gè)V形塊限制兩個(gè)自由度，浮動(dòng)V形塊限制了一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，通過(guò)這幾個(gè)定位元件就把工件的六個(gè)自由度完全限制了。加緊方式則是采用汽缸帶動(dòng)斜V形塊壓緊工件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件加工過(guò)程中的夾緊[9]。
工件撥叉如何定位如圖 3-1所示。
圖 3-1撥叉的定位示意圖
(2) 切削力及夾緊力的計(jì)算
鉆削扭矩計(jì)算公式： (3-1)
切削力計(jì)算公式： (3-2)
擴(kuò)削扭矩計(jì)算公式： (3-3)
切削力計(jì)算公式： (3-4)
其中 d——鉆頭直徑mm
——每轉(zhuǎn)進(jìn)給量mm
——修正系數(shù)
工步 1 鉆兩孔至φ23H12
切削扭矩為
129.01Nm
切削力為
19359.87N
工步 2 擴(kuò)兩孔φ23至φ24.8
切削扭矩為
557.07Nm
切削力得
240.41N
工步 3 粗鉸孔 至
切削扭矩為
=144.47Nm
切削力為
=14.8N
工步 4 精鉸兩孔 至
切削扭矩為
=76.89Nm
切削力為
=4.35N
(3) 根據(jù)夾緊力計(jì)算氣缸內(nèi)徑[10]
選取壓力系數(shù)為
則有
即
mm
所以選取氣缸直徑為100mm。
(4) 氣缸與夾具體相連接
在氣缸前后左右四端分別用4個(gè)M6螺栓將氣缸固定與夾具體上[11]。
第4章 夾具三維造型
夾具底座
鉆 套
小撥叉毛坯
固定螺母
鉆模板
軸 套
V型塊
氣 缸
氣缸軸
氣缸固定螺栓
V型塊固定螺栓
導(dǎo)柱螺帽
夾具裝配總圖2
夾具裝配總圖1
總 結(jié)
通過(guò)一個(gè)月的努力，我終于完成了課程設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容。本次我所設(shè)計(jì)的是鉆床夾具，鉆床夾具與其他機(jī)床的夾具的主要不同在于它有獨(dú)特的元件——鉆套與鉆模板。因此，設(shè)計(jì)鉆床夾具時(shí)，除了根據(jù)加工要求選擇夾具類型外，主要是鉆模板與鉆套的選擇與設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用了快換鉆套和手動(dòng)螺旋快速加緊機(jī)構(gòu)，從而大大提高了由于鉆、擴(kuò)、絞孔而頻繁換鉆套的生產(chǎn)效率，夾具的加工精度都采用普通級(jí)，充分考慮了制造成本。缺點(diǎn)是本設(shè)計(jì)的操作需要人力，所以在生產(chǎn)自動(dòng)化方面有待改進(jìn)。
通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使我將所學(xué)理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，得到了解決問(wèn)題和分析問(wèn)題的能力的初步培養(yǎng)，另外也為以后搞好畢業(yè)設(shè)計(jì)、走上工作崗位進(jìn)行一次綜合訓(xùn)練。使我具有了：1.制定工藝規(guī)程的初步能力，能綜合運(yùn)用機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)和其他課程的基本理論和方法，正確的制定一個(gè)零件的加工工藝規(guī)程。
2.具有設(shè)計(jì)專用夾具的初步能力，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。
3.結(jié)合工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容，能夠熟練的應(yīng)用工藝計(jì)算方法，正確的進(jìn)行工藝計(jì)算，如工藝參數(shù)、切削力、切削功率、切削速度、定位誤差、加緊力等。
4.進(jìn)一步提高查閱資料，熟練的使用設(shè)計(jì)手冊(cè)、參考資料的能力。
5.通過(guò)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，使我學(xué)會(huì)了進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的程序和方法，培養(yǎng)了獨(dú)立思考和獨(dú)立工作的能力。
參考文獻(xiàn)
第5章 《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教程》；主編：鄒青 呼詠；機(jī)械工程出版社；2004
第6章 《機(jī)械制造工藝及專用夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》；主編：孫麗媛；冶金工業(yè)出版社；2010
第7章 《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)指導(dǎo)》；主編：馬正元；浙江大學(xué)出版社；1995。
第8章 《機(jī)械制造工程學(xué)》；主編：馬光；浙江大學(xué)出版社；2008。
第9章 《機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》；主編：趙家齊；北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2000
第10章 《機(jī)械制造工業(yè)與機(jī)床夾具》；主編：劉守勇；北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000
第11章 《機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》；主編：吳拓、方瓊珊；北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005
第12章 《公差配合與測(cè)量技術(shù)》；主編：黃云清；北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001
第13章 《機(jī)械加工工藝與竅門精選》;主編:梁炳文;北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001
第14章 《機(jī)床及夾具》;主編:楊峻峰;清華大學(xué)出版社，2005
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