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序言
機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)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?cè)谶M(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前對(duì)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(shí)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(gè)人而言，我希望能通過這次課程設(shè)計(jì)對(duì)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，為今后參加祖國的建設(shè)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。
由于能力所限，設(shè)計(jì)尚有許多不足之處，懇請(qǐng)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(yùn)動(dòng)按照工作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。零件的φ25孔與操縱機(jī)構(gòu)相連，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(dòng)下方的齒輪變速。兩件零件鑄為一體，加工時(shí)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(jiǎn)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φ25；
2．大頭半圓孔Ф及其端面；
3．16×8槽；
4．φ40外圓斜面；
5．大頭半圓孔兩端面與小頭孔中心線的垂直度誤差為0.1mm；
槽端面與小頭孔中心線的垂直度誤差為0.08m。
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(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、藝規(guī)程設(shè)計(jì)
（一）確定毛坯生產(chǎn)類型
已知此撥叉零件的生產(chǎn)類型為中批量生產(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。
零件材料為HT200。考慮零件在機(jī)床運(yùn)行過程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，故選擇鑄件毛坯。
（二）基面的選擇：
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一。基面選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率得以提高。否則，加工工藝過程中會(huì)問題百出，更有甚者，還會(huì)造成大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。
粗基準(zhǔn)的選擇：按有關(guān)基準(zhǔn)的選擇原則，即當(dāng)零件有不加工表面時(shí)，應(yīng)以這些不加工表面作粗基準(zhǔn)；若零件有若干不加工表面時(shí)，則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)位置精度高的不加工表面作粗基準(zhǔn)?，F(xiàn)以零件的底面為主要的定位粗基準(zhǔn)。
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，大頭半圓孔兩端面與小頭孔中心線的垂直度誤差為0.1mm；槽端面與小頭孔中心線的垂直度誤差為0.08m，故以φ25小頭孔為精基準(zhǔn)。
（三）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。
1．工藝路線方案一
工序Ⅰ 車φ55圓與兩端面
工序Ⅱ 銑斷，使之為兩個(gè)零件
工序Ⅲ 銑16×8槽
工序Ⅳ 銑φ40外圓斜面
工序Ⅴ 加工φ25小頭孔
2．工藝路線方案二
工序Ⅰ 銑斷，使之為兩個(gè)零件
工序Ⅱ 加工φ25小頭孔
工序Ⅲ 銑16×8槽
工序Ⅳ 車φ55半圓與兩端面
工序Ⅴ 銑φ40外圓斜面
3．工藝方案的比較與分析
上述兩個(gè)方案的特點(diǎn)在于：方案一是先加工φ55圓與兩端面，以便于后續(xù)加工，并利用了兩件合鑄的優(yōu)勢(shì)，提高了工作效率，然后在銑床上把所有銑的工序全部弄完，省去了在各機(jī)床間切換的麻煩，最后加工孔；方案二是先切開工件，分別加工，然后加工小頭孔，再銑、再車、再銑……顯然，工序上不如方案一效率高。但由于圓與槽都與小頭孔有垂直度要求，可以先加工小頭孔，后加工槽；圓應(yīng)該利用兩件合鑄的優(yōu)勢(shì)，所以還是先加工φ55大圓?？梢詫⒐ば蚨椋?
工序Ⅰ 粗，精車φ55圓與兩端面
工序Ⅱ 銑斷，使之為兩個(gè)零件
工序Ⅲ 加工φ25小頭孔銑
工序Ⅳ 16×8槽
工序Ⅴ 銑φ40外圓斜面
這樣，看起來工序簡(jiǎn)潔且保證了垂直度的要求，還能充分利用兩件合鑄的優(yōu)勢(shì)。
（四）機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的確定
“CA6140車床撥叉”；零件材料為HT200，硬度190～210HB，毛皮重量1.12kg，生產(chǎn)類型大批量，鑄造毛坯。
據(jù)以上原始資料及加工路線，分別確定各家工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1. 外圓表面延軸線方向長(zhǎng)度方向的加工余量及公差（φ25，φ55端面）。
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》（以下稱《工藝手冊(cè)》）表2.2～2.5，取φ25，φ55端面長(zhǎng)度余量均為2.5（均為雙邊加工）
銑削加工余量為：
粗銑 1mm
精銑 0mm
2. 內(nèi)孔（φ55已鑄成孔）
查《工藝手冊(cè)》表2.2～2.5，取φ55已鑄成孔長(zhǎng)度余量為3，即鑄成孔半徑為49mm。
工序尺寸加工余量：
鉆孔 2mm
擴(kuò)孔 0.125mm
鉸孔 0.035mm
精鉸 0mm
3. 其他尺寸直接鑄造得到
由于本設(shè)計(jì)規(guī)定的零件為大批量生產(chǎn)，應(yīng)該采用調(diào)整加工。因此在計(jì)算最大、最小加工余量時(shí)應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確認(rèn)。
（五）確立切削用量及基本工時(shí)
工序一 粗，精車φ55圓與兩端面
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：粗，精銑φ55圓以及上下端面。
機(jī)床：臥式車床CA6140
刀具：YW2內(nèi)圓車刀 YW3端面車刀
2. 切削用量
1）銑削深度 因?yàn)榍邢髁枯^小，故可以選擇ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需長(zhǎng)度。
2）每齒進(jìn)給量 機(jī)床功率為7.5kw。查《切削手冊(cè)》f=0.14~0.24mm/z。由于是對(duì)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(cè)》表3.7，后刀面最大磨損為1.0~1.5mm。
查《切削手冊(cè)》表3.8，壽命T=180min
4）計(jì)算切削速度 按《切削手冊(cè)》，V c=
算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)臥式車床CA6140銑床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,則實(shí)際切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,實(shí)際進(jìn)給量為f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
5)校驗(yàn)機(jī)床功率 查《切削手冊(cè)》Pcc=1.1kw,而機(jī)床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗(yàn)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(jì)算基本工時(shí)
tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。
工序二 銑斷，使之為兩個(gè)零件
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：銑斷，使之為兩個(gè)零件
機(jī)床：X60銑床。
刀具：高速鋼鑲齒三面刃銑刀
工序三 加工φ25小頭孔
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：加工φ25小頭孔
機(jī)床：立式鉆床Z535
選擇鉆頭：選擇高速鋼麻花鉆頭￠25mm，鉆孔至φ23mm，擴(kuò)孔至φ24.8mm，鉸孔至φ24.94mm，精鉸孔至φ25mm
2.選擇切削用量
（1）決定進(jìn)給量
查《切》
所以，
按鉆頭強(qiáng)度選擇 按機(jī)床強(qiáng)度選擇
最終決定選擇機(jī)床已有的進(jìn)給量 經(jīng)校驗(yàn) 校驗(yàn)成功。
（2）鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命
后刀面最大磨損限度（查《切》）為0.5～０.８mm，壽命．
?。?）切削速度
查《切》 修正系數(shù)
故。
查《切》機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速為
故實(shí)際的切削速度
（4）校驗(yàn)扭矩功率
所以
故滿足條件，校驗(yàn)成立。
３.計(jì)算工時(shí)
由于所有工步所用工時(shí)很短，所以使得切削用量一致，以減少輔助時(shí)間。
擴(kuò)鉸和精鉸的切削用量如下：
擴(kuò)鉆：
鉸孔：
精鉸：
工序四 銑16×8槽
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：銑16×8槽
機(jī)床：X60銑床
選擇鉆頭：高速鋼鑲齒三面刃銑刀
（1）決定進(jìn)給量
查《切》
按鉆頭強(qiáng)度選擇 按機(jī)床強(qiáng)度選擇
最終決定選擇Z550機(jī)床已有的進(jìn)給量 經(jīng)校驗(yàn) 校驗(yàn)成功。
（2）鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命
后刀面最大磨損限度（查《切》）為0.8～1.2mm，壽命
擴(kuò)孔后刀面最大磨損限度（查《切》）為0.9～１.４mm，壽命
鉸和精鉸孔后刀面最大磨損限度（查《切》）為０.６～０.９mm，壽命
（3）切削速度
查《切》 修正系數(shù)
故。
查《切》機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速為
故實(shí)際的切削速度
３.計(jì)算工時(shí)
所有工步工時(shí)相同。
工序五 銑φ40外圓斜面
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：銑16×8槽
機(jī)床：X60銑床
選擇鉆頭：高速鋼鑲齒三面刃銑刀
7 銑槽夾具設(shè)計(jì)
本夾具主要用來粗、精銑車床撥叉底面槽。由加工本道工序的工序簡(jiǎn)圖可知。粗、精銑槽時(shí)，槽寬有尺寸要求，其深度的要求精度不是高，槽的左右兩側(cè)面粗糙度要求Rz3.2。本道工序僅是對(duì)槽進(jìn)行粗、精加工。因此在本道工序加工時(shí)，主要應(yīng)考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)應(yīng)保證加工尺寸精度和表面質(zhì)量。
7.1 定位基準(zhǔn)的選擇
在進(jìn)行銑槽加工工序時(shí)，、孔均已經(jīng)加工出。因此工件選用頂面與兩孔作為定位基準(zhǔn)。選擇頂面作為定位基面限制了工件的三個(gè)自由度，而兩工孔作為定位基面，分別限制了工件的一個(gè)和兩個(gè)自由度。即兩個(gè)孔作為定位基面共限制了工件的三個(gè)自由度。即一面兩孔定位。工件以一面兩孔定位時(shí)，夾具上的定位元件是：一面兩銷。其中一面為支承板，兩銷為一長(zhǎng)圓柱銷和一削邊銷。 如圖7.1：
圖7.1 銑槽的定位
7.2 制定夾具方案
本夾具的設(shè)計(jì)主要是用來對(duì)槽的加工，要求保證槽兩側(cè)的粗糙度達(dá)到任務(wù)書的要求。由于前面已經(jīng)提到撥叉A零件的加工批量大，因此在本道工序在加工時(shí)，主要考慮的是產(chǎn)品的勞動(dòng)生產(chǎn)率，同時(shí)還要保證零件的加工精度。所以在設(shè)計(jì)專用夾具時(shí)就要在保證零件的加工精度的前提下，盡量使零件的裝夾方便，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。為此，我設(shè)計(jì)了兩套專用夾具的方案以供在設(shè)計(jì)時(shí)比較選用，其方案如下：
（1）夾具設(shè)計(jì)方案一
從前面的加工工藝路線可以看出，本道工序的加工已經(jīng)是最后幾道了。因此，許多孔、面都已經(jīng)加工過了，在選擇定位的時(shí)候我采用了一面兩銷定位，一面是以大頭孔的側(cè)面，兩銷分別是在小頭孔采用一長(zhǎng)銷限制了四個(gè)自由度，在大頭孔采用一削邊銷限制了一個(gè)自由度，大頭孔的側(cè)面用一的定位環(huán)定位限制了一個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)了六個(gè)自由度的完全定位。夾緊在大頭孔處用一個(gè)帶鉤的長(zhǎng)壓板作為夾緊機(jī)構(gòu)，將加工面放在上方并水平，用一銑刀進(jìn)行立銑。
（2）夾具設(shè)計(jì)方案二
由于在前面的工序中孔和平面都已經(jīng)加工，并都達(dá)到了一定的精度要求，在加工槽時(shí)我選擇以小頭孔、大頭孔及小頭孔端面來定位。在小頭孔用一長(zhǎng)銷定位限制了工件的四個(gè)自由度，在小頭孔的端面用一定位環(huán)定位限制了工件的一個(gè)自由度，在大頭孔用一削邊銷定位限制了工件的一個(gè)自由度，在夾具上的一個(gè)長(zhǎng)銷、一削邊銷和一定位環(huán)作為定位機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了典型的一面兩銷定位，零件被完全定位。夾緊機(jī)構(gòu)我選擇用一個(gè)移動(dòng)壓板，在小頭孔和大頭孔之間的連接板上實(shí)現(xiàn)壓緊。在夾具的頂端用一連接板來支撐對(duì)刀塊，以保證刀具的位置，來保證零件的加工精度。
（3）設(shè)計(jì)方案的比較
根據(jù)上述兩種方案可以看出，兩種方案的定位都采用了典型的一面兩銷定位，夾緊方式都采用手動(dòng)夾緊。其它們的不同在于，方案一是以大頭孔來夾緊，定位面是大頭孔，小頭孔端面沒有和夾具體接觸，且大頭孔的夾緊采用一長(zhǎng)壓板壓在工件的大頭孔的端面上。在夾緊的時(shí)候如果對(duì)壓板兩邊的螺母旋緊的位置不一，則會(huì)出現(xiàn)工件的受力不均，使工件有產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，不能保證槽的加工精度。經(jīng)過上面的分析，方案二就解決了上述的問題，在工件的大小頭之間進(jìn)行夾緊。因此，我選擇采用方案二進(jìn)行設(shè)計(jì)。
7.3 定位元件的選擇及計(jì)算
本工序選用的定位基準(zhǔn)為一面兩孔定位，所以相應(yīng)的夾具上的定位元件應(yīng)是一面兩銷。因此進(jìn)行定位元件的設(shè)計(jì)主要是對(duì)長(zhǎng)圓柱銷和短削邊銷進(jìn)行設(shè)計(jì)。
由加工孔工序簡(jiǎn)圖可計(jì)算出兩孔中心距。
由于兩孔有位置度公差，所以其尺寸公差為
所以兩加工孔的中心距為 ，而兩孔尺寸為、。
根據(jù)參考文獻(xiàn)[10]削邊銷與圓柱銷的設(shè)計(jì)計(jì)算過程如下：
圖7.3 定位銷
（1）確定兩定位銷中心距尺寸及其偏差
==
（2）確定圓柱銷直徑及其公差
（—基準(zhǔn)孔最小直徑）
取f7
所以圓柱銷尺寸為
（3）削邊銷的寬度b和B （由參考文獻(xiàn)[10]）
（4）削邊銷與基準(zhǔn)孔的最小配合間隙
（式7.1）
其中： —基準(zhǔn)孔最小直徑
—圓柱銷與基準(zhǔn)孔的配合間隙
（5）削邊銷直徑及其公差
按定位銷一般經(jīng)濟(jì)制造精度，其直徑公差帶為，則削邊銷的定位圓柱部分定位直徑尺寸為 。
（6）補(bǔ)償值
7.4 定位誤差分析
本夾具選用的定位元件為一面兩銷定位。其定位誤差主要為：
（1）移動(dòng)時(shí)基準(zhǔn)位移誤差
（式7.2）
=
=
(2) 轉(zhuǎn)角誤差
（式7.3）
其中： （式7.4）
由（式7.3）得
由于它的轉(zhuǎn)動(dòng)角度小，對(duì)槽的加工的影響，沒有超出它的精度要求。因此，滿足設(shè)計(jì)要求。
7.5 銑削力與夾緊力計(jì)算
根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4—97
可查得：
銑削力計(jì)算公式為
圓周分力 （式7.5）
查表可得：
代入得
=
查表可得銑削水平分力、垂直分力、軸向分力與圓周分力的比值為：
螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算，由參考文獻(xiàn)[10]有：
（式7.6）
式中參數(shù)由參考文獻(xiàn)[10]可查得：
其中：
查表螺旋夾緊力：
該夾具采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，用螺栓通過移動(dòng)壓塊壓緊工件。
受力簡(jiǎn)圖如圖7.4：
圖7.4 移動(dòng)壓塊受力簡(jiǎn)圖
由參考文獻(xiàn)[10]表得：
原動(dòng)力計(jì)算公式 （式7.7）
由（式7.7）得：
由上述計(jì)算易得：
由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
7.6 定向鍵與對(duì)刀裝置選擇
定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個(gè)。其距離盡可能布置的遠(yuǎn)些。通過定向鍵與銑床工作臺(tái)T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對(duì)于工作臺(tái)的送進(jìn)方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時(shí)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負(fù)荷，加強(qiáng)夾具在加工中的穩(wěn)固性。
根據(jù)GB2207—80定向鍵結(jié)構(gòu)如圖7.5所示：
圖7.5 夾具體槽形與螺釘
根據(jù)T形槽的寬度 a=16mm 定向鍵的結(jié)構(gòu)尺寸如表7.1：
表7.1 定向鍵尺寸
B
L
H
h
D
夾具體槽形尺寸
公稱尺寸
允差d
允差
公稱尺寸
允差D
16
-0.012
-0.035
25
10
4
12
4.5
16
+0.019
5
對(duì)刀裝置由對(duì)刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對(duì)位置。
由于本道工序是完成車床撥叉槽的粗、精銑加工，所以選用直角對(duì)刀塊。根據(jù)GB2243—80直角對(duì)刀塊的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖所示：
圖7.6 直角對(duì)刀塊
塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如圖7.7所示：
圖7.7 塞尺
表7.2 塞尺尺寸
公稱尺寸H
允差d
C
3
-0.006
0.25
夾具上所裝的對(duì)刀塊，可使夾具在一批零件的加工前很好地對(duì)刀（與塞尺配合使用）；同時(shí)，夾具體底面上的一對(duì)定位鍵可使整個(gè)夾具在機(jī)床工作臺(tái)上有一正確的安裝位置，有利于銑削加工。
四、參考文獻(xiàn)
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[3]孟少農(nóng),機(jī)械加工工藝手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1991.9.
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