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廣東海洋大學(xué)06級本科生課程設(shè)計
目 錄
序言 ………………………………………………………………………2
一、撥叉的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定 ……………………………3
1.1 撥叉的作用 ………………………………………………………3
1.2 撥叉的工藝分析 ……………………………………………………3
1.3 撥叉的生產(chǎn)類型 ……………………………………………………3
二、選擇和確定毛坯尺寸設(shè)計毛坯圖 …………………………………3
2.1 選擇毛坯 ………………………………………………………………3
2.2 確定機械加工余量和毛坯尺寸公差…………………………………3
2.3 確定機械加工余量 ……………………………………………………3
2.4 確定毛坯尺寸 …………………………………………………………3
2.5 確定毛坯尺寸公差 ……………………………………………………3
2.6 設(shè)計毛坯圖 ……………………………………………………………3
三、選擇加工方法及制定工藝路線 ……………………………………4
3.1 定位基準的選擇 ……………………………………………………4
3.1.1 精基準的選擇 ………………………………………………………4
3.1.2 粗基準的選擇 ………………………………………………………4
3.2 零件表面加工方法的選擇 ……………………………………………4
3.3 制定工藝路線 …………………………………………………………4
四、機床設(shè)備和工藝裝備的選用 …………………………………………4
4.1 選擇加工設(shè)備與工藝裝備 ……………………………………………4
4.1.1 選擇機床 ……………………………………………………………5
4.1.2 選擇夾具 ……………………………………………………………5
4.1.3 選擇刀具 ……………………………………………………………5
4.1.4 選擇量具 ……………………………………………………………5
五、加工余量工序尺寸及公差的確定 ……………………………………5
六、 確定切削用量及基本時間……………………………………………5
6.1 切削用量 ……………………………………………………………5
6.2 時間定額的計算………………………………………………………6
6.3 輔助時間的計算………………………………………………………6
6.4 其他時間的計算………………………………………………………6
七、夾具設(shè)計 ………………………………………………………………6
7.1 問題的提出 …………………………………………………………7
7.2 定位基準的選擇………………………………………………………7
7.3 切削力和卡緊力計算…………………………………………………7
7.4 定位誤差分析…………………………………………………………7
7.5 導(dǎo)向裝置………………………………………………………………8
7.6 夾緊機構(gòu)………………………………………………………………8
7.7 夾具設(shè)計及操作的簡要說明…………………………………………8
八、小結(jié)……………………………………………………………………8
參考文獻……………………………………………………………………9
序言
機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計是在學(xué)完了《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》和大部分專業(yè)基礎(chǔ)課，并進行了金工實習(xí)的基礎(chǔ)上進行的又一個實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。這次設(shè)計要求能綜合運用機械制造技術(shù)基礎(chǔ)中的基本理論，并結(jié)合生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識，獨立地分析和解決了零件機械制造工藝問題，設(shè)計機床專用夾具這一典型的工藝裝備。
本次課程設(shè)計是對CA6140車床中的撥叉（零件號831006）專用夾具設(shè)計。本研究認為首先應(yīng)對撥叉進行機械加工工藝規(guī)程的制定，然后確定加工余量和工序尺寸，選擇金屬切削機床，設(shè)計專用機床夾具。
課程設(shè)計說明書
一、撥叉的工藝分析和生產(chǎn)類型的確定
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。零件的φ25孔與操縱機構(gòu)相連，φ55半孔則是用于與所控制齒輪所在的軸接觸。通過上方的力撥動下方的齒輪變速。兩件零件鑄為一體，加工時分開。
2、撥叉的工藝分析
（1）、Ф25mm的圓柱內(nèi)表面，加工時要保證Ф25 + 00.023的0.023公差要求，以及表面粗糙度Ra1.6，表面要求較高。
（2）、16×8槽兩側(cè)面對Ф25mm孔的垂直度要求為0.08mm, 粗糙度要求Ra3.2，16×8槽的底面和端面粗糙度要求Ra6.3。
（3）、撥叉腳兩側(cè)面對Ф25mm孔的垂直度要求為0.1 mm，粗糙度要求Ra3.2。
（4）、Ф40mm外圓斜面的長度要求為17mm，粗糙度要求Ra3.2。
（5)、Ф55mm孔的粗糙度要求Ra3.2。
（6）、撥叉叉口的粗糙度要求Ra6.3。
零件圖如附圖1所示
3.確定撥叉的生產(chǎn)類型
依設(shè)計題目知：Ｑ＝5000臺／年，n=1件／臺，結(jié)合生產(chǎn)實際，備產(chǎn)率α和廢品率β分別取為3％和0.5％。帶入公式得該零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)Ｎ＝5000×１×（１+3％）×（１+0.5％）＝5407.5件／年
零件是機床的杠桿，質(zhì)量為1.12kg,查表２-１可知其屬輕型零件，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。
二、確定毛坯、繪制毛坯簡圖
1、選擇毛坯
該零件材料為ＨＴ２００，考慮到零件的結(jié)構(gòu)以及材料，選擇毛坯為鑄件，由于零件年產(chǎn)量為5000件，屬于批量生產(chǎn)，而且零件的輪廓尺寸不大，故采用金屬型鑄造。這從提高生產(chǎn)率，保證加工精度以及節(jié)省材料上考慮，是合理的。
2、確定機械加工余量和毛坯尺寸公差
參見本書第二章第二節(jié)，灰鑄鐵的公差及機械加工余量按表2-1和表2-5確定。要確定毛坯的尺寸公差及機械加工余量，應(yīng)先確定如下各項因素。1）、鑄件機械加工余量等級 該值由鑄件的成型方法和材料確定，成型方法為金屬型鑄造，材料為灰口鑄鐵，確定加工余量等級為Ｄ～Ｆ。2）、鑄件尺寸公差 根據(jù)表2-３毛坯鑄件的基本尺寸處于250~400之間，而鑄件的尺寸公差等級取為10級，取鑄件的尺寸公差為4.4mm.
3、確定機械加工余量
根據(jù)查得的毛坯的加工余量等級為Ｄ～Ｆ，以及鑄件的尺寸，定鑄件的機械加工余量為1.4mm.
4、確定毛坯尺寸
根據(jù)成型零件的基本尺寸，以及確定的機械加工余量和鑄件的尺寸公差確定毛坯的尺寸
5、確定毛坯尺寸公差
根據(jù)表2-３毛坯的尺寸公差等級為10級，確定尺寸公差為4.4mm.
6、設(shè)計毛坯圖
毛坯圖如附圖2所示。
三、擬定工藝路線
1.定位基準的選擇
（1）、精基準的選擇
考慮要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(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孔為精基準。
（2）、粗基準的選擇
按有關(guān)基準的選擇原則，即當零件有不加工表面時，應(yīng)以這些不加工表面作粗基準；若零件有若干不加工表面時，則應(yīng)以與加工表面要求相對位置精度高的不加工表面作粗基準?，F(xiàn)以φ40外圓為主要的定位粗基準。
2、零件表面加工方法的確定
1） 16×8槽端面 據(jù)表面粗糙度6.3，根據(jù)表1-8選用粗銑的方法加工。
2） Ф25mm的孔 根據(jù)表面粗糙度，選公差等級為IT7，根據(jù)表1-7選用先鉆后粗鉸再精鉸的加工方法。
3） Ф40mm外圓斜面 據(jù)表面粗糙度6.3，根據(jù)表1-8選用粗銑的方法加工。
4） 16×8槽兩側(cè)面 據(jù)表面粗糙度3.2，根據(jù)表1-8選用粗銑-半精銑的方法加工。
5） 16×8槽底面 據(jù)表面粗糙度6.3，根據(jù)表1-8選用粗銑的方法加工。
6） 撥叉腳兩端面 據(jù)表面粗糙度3.2，根據(jù)表1-8選用粗銑-半精銑的方法加工。
7） 撥叉腳內(nèi)表面 據(jù)表面粗糙度3.2，根據(jù)表1-7選用擴－鉸
的方法加工。
8） 撥叉叉口 據(jù)表面粗糙度6.3，根據(jù)表1-8選用粗銑-半精銑的方法加工。
3、制定工藝路線
根據(jù)該零件的結(jié)構(gòu)以及需要選用的定位基準，按照先加工基準面，以及先粗后精的的原則，具體工藝路線如下：
工序一 人工時效處理
工序二 以Φ40外圓為粗基準， 鉆擴鉸Φ25孔，孔的配合達到H7。
工序三 以φ25孔為精基準，擴粗鉸精鉸Φ55孔。
工序四 銑斷。
工序五 以Φ25孔為精基準，粗、精銑Φ55兩端面，保證端面相對孔的垂直度誤差不超過 0.1。
工序六 以Φ25孔為精基準，粗銑和半精銑16×8槽端面，16×8槽底面，16×8槽兩側(cè)面，并保證槽的側(cè)面與Φ25端面的垂直度達到0.08
工序七 以Φ25孔為精基準，粗銑φ40外圓斜面
工序八 去毛刺。
工序九 清洗 。
工序十 終檢。
四、機床設(shè)備和工藝裝備的選用
1、選擇加工設(shè)備和工藝設(shè)備
（1）、選擇機床 根據(jù)不同的工序選擇機床
工序四 銑斷。工序五 粗、精銑Φ55兩端面。工序六 粗銑和半精銑16×8槽。工序七 粗φ40外圓斜面。
根據(jù)工序的工步數(shù)目多少還有零件外廓尺寸，精度要求，選用式臥式銑床X60即能滿足要求。
工序二 鉆擴鉸Φ25孔，工序三 擴粗鉸精鉸Φ55孔。
由于加工面位置分散，表面粗糙度數(shù)值要求不同，分別選擇Z535鉆床和Z575鉆床。
（2）、選擇夾具
本零件結(jié)構(gòu)不規(guī)則，不易進行裝夾、定位，故工序二、三、四、五均選擇專用夾具。
（3）、選擇刀具
根據(jù)不同的工序選擇刀具
工序二 擴粗鉸精鉸Φ55孔，擴孔時選擇莫氏錐柄麻花鉆進行擴鉆d＝Φ54.7mm，＝230mm，=417mm,莫氏圓錐號為5。材料為高速鋼。粗鉸時選擇高速鋼整體套式機用鉸刀d＝Φ54.92mm，L＝71mm,＝50mm,=27mm,材料選擇高速鋼。鉸孔時選擇高速鋼整體套式機用鉸刀d＝Φ55mm，L＝71mm，＝50mm,=27mm,材料選擇高速鋼。
（4）、選擇量具
本零件屬成批生產(chǎn)，一般情況下盡量采用通用量具。根據(jù)零件表面的精度要求、尺寸和形狀特點，參考有關(guān)資料，選擇如下。
a) 選擇加工平面所用量具。
銑端面，選擇讀數(shù)值0.02，測量范圍0～150游標卡尺。
b) 選擇加工孔所用量具。
加工孔時，用到的量具是卡尺和塞規(guī)。
五、加工余量、工序尺寸及公差的確定
“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械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
工序四 鉆粗鉸精鉸Φ55孔（φ55已鑄成孔）
查表2.2～2.5，取φ55已鑄成孔長度余量為2.5,即鑄成孔半徑為50m。由表2-28、2-29可查得，精鉸余量為0.08mm;粗鉸余量為0.22mm;擴孔余量為4.7mm。查表1-20可依次確定各工序尺寸的加工精度等級為，精鉸：IT7；粗鉸:IT10;鉆：IT11。根據(jù)上述結(jié)果，再標準公差值表可確定各工步的公差值分別為，精鉸：0.030mm；粗鉸：0.12mm；擴：0.19mm。 綜上所述，該工序各工步的工序尺寸及公差分別為，精鉸：Φ；粗鉸：Φ；擴孔：Φ；
工序尺寸加工余量：
工序余量 工序尺寸
毛坯： 5 Φ50
擴孔： 0.3 Φ54.7
粗鉸： 0.08 Φ54.92
精鉸： 0 Φ55
六 確定切削用量及基本時間
工序二 鉆粗鉸精鉸Φ55孔
1、 切削用量
（1） 擴孔工步
1） 確定背吃刀量
擴孔粗加工雙邊余量4.7mm ?。?.7/2=2.35mm。
2） 確定進給量 查表得，選取該工步的每轉(zhuǎn)進給量f=0.7mm/r.
3） 切削速度的計算 按工件材料為HT200的條件選取，切削速度v 可取為27.6m/min。由公式(1)n=1000v/πd可求得該工序鉆頭轉(zhuǎn)速n=161r/min,參照Z575型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=172r/min。再將此轉(zhuǎn)速代入公式(1),可求出該工序的實際鉆削速度v=nπd/1000=172r/min×π×54.7mm/1000=29.56m/min.
(2)粗鉸工步
1） 確定背吃刀量 取＝0.11mm。
2） 確定進給量 查表得，選取該工步的每轉(zhuǎn)進給量f＝0.8mm/r.
3） 切削速度的計算 查表得，切削速度v 可取為11.1m/min。由公式(1)n=1000v/πd可求得該工序鉸刀轉(zhuǎn)速n＝64.33r/min，參照Z575型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=64r/min。再將此轉(zhuǎn)速代入公式(1),可求出該工序的實際切削速度為 v=nπd/1000=64r/min×π×54.92mm/1000=11m/min.
(3) 精鉸工步
1） 確定背吃刀量 取＝0.04mm。
2） 確定進給量 查表得，選取該工步的每轉(zhuǎn)進給量f＝0.8mm/r
3） 切削速度的計算 查表得， 切削速度v 可取為8m/min。由公式(1)n=1000v/πd可求得該工序鉸刀轉(zhuǎn)速n＝46r/min，參照Z575型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=44r/min。再將此轉(zhuǎn)速代入公式(1),可求出該工序的實際切削速度為 v=nπd/1000=44r/min×π×55mm/1000=7.6m/min.
2、 時間定額的計算
1） 鉆孔工步 根據(jù)表5-41,鉆孔的基本時間可由公式＝L/fn＝（++）/fn求得。式中＝18mm；＝2mm；＝＝2.36～3.36;?。?mm；f＝0.7mm/r；n=172r/min。將上述結(jié)果代入公式，則該工序的基本時間＝（18mm+2mm+3mm）/（172r/min×0.7mm/r）＝0.19min＝11.4s。
2） 粗鉸工步 根據(jù)表5-41,鉸圓柱孔的基本時間可由公式＝L/fn＝（++）/fn求得。式中、由表5-52按＝5、＝0.11mm的條件查得＝1.4mm;＝18mm；而＝18mm；f＝0.8mm/r；n=64r/min。將上述結(jié)果代入公式，則該工序的基本時間＝（18mm+18mm+1.4mm）/（64r/min×0.8mm/r）＝0.73min＝43.8s。
3） 根據(jù)表5-41,鉸圓柱孔的基本時間可由公式＝L/fn＝（++）/fn求得。式中、由表5-52按＝5、＝0.04mm的條件查得＝0.57mm;＝13mm；而＝18mm；f＝0.8mm/r；n=44r/min。將上述結(jié)果代入公式，則該工序的基本時間＝（18mm+13mm+0.57mm）/（44r/min×0.8mm/r）＝0.90min＝54s。
3、輔助時間的計算
根據(jù)第五章第二節(jié)所述，輔助時間與基本時間之間的關(guān)系為＝（0.15～0.2），取＝0.15，則工序的輔助時間為
鉆孔工步的輔助時間：＝0.15×11.4s＝1.71s；
粗鉸工步的輔助時間：＝0.15×43.8s＝6.57s；
精鉸工步的輔助時間：＝0.15×54s＝8.1s；
4、其他時間的計算
除了作業(yè)時間以外，每道工序的單件時間還包括布置工作地時間、休息與生理需要時間和準備與終結(jié)時間。由于撥叉的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，分攤到每個工件上的準備與終結(jié)時間甚微，可忽略不計；布置工作地時間是作業(yè)時間的2％～7％，休息與生理需要時間是作業(yè)時間的2％～4％，所以均取為3％，則工序的其他時間可按關(guān)系式（3%+3%)×(+)計算，
鉆孔工步的其他時間：＝6％×（1.71s+11.4s）＝0.79s
粗鉸工步的其他時間：＝6％×（6.57s+43.8s）＝3.02s
精鉸工步的其他時間：＝6％×（8.1s+54s）＝3.73s
2、 單件時間的計算
單件時間＝（11.4+43.8+54+1.71+6.57+8.1+0.79+3.02+3.73）s＝133.12s
七、 夾具設(shè)計
設(shè)計工序——Φ55孔加工的鉆床夾具。
1、問題的提出
本夾具要用于鉆Φ55孔，對于Φ55孔的要求有：孔徑為55mm，孔的加工精度為精度等級IT12級，本道工序需要保證表面粗糙度3.2。，因此，本道工序的加工方案為擴、鉸、精鉸，在本道工序加工時，我們應(yīng)首先考慮孔的表面粗糙度，如何提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度。
2、定位基準的選擇
擬定加工路線的第一步是選擇定位基準。定位基準的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質(zhì)量?；鶞蔬x擇不當往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設(shè)計更加困難甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們應(yīng)該根據(jù)零件圖的技術(shù)要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準。此零件圖沒有較高的技術(shù)要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應(yīng)考慮如何提高勞動效率，降低勞動強度，提高加工精度。所以工件以Φ25H7孔和Φ55孔端面和側(cè)板為定位基準，在長圓柱銷、活動支承塊和擋銷上實現(xiàn)完全定位。
3、切削力和卡緊力計算
刀具: 高速鋼麻花鉆頭φ54.7mm
本步加工可按鉆削估算卡緊力。實際效果可以保證可靠的卡緊。
軸向力
扭矩
采用DQG型氣缸直徑φ150為通過對稱布置的兩套鉸鏈機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式選用Ⅳ型，則擴力比為i=2.83
實際夾緊力F＝＝＝13605.2N
氣缸直徑φ150。當壓縮空氣單位壓力P＝0.5MPa時，氣缸推力為7000N。由于鉸鏈機構(gòu)擴力比為i=2.83，故氣缸產(chǎn)生的實際夾緊力為
N＝7000i=7000×2.83=19810N 大于所需要的夾緊力，故本夾具可安全工作。
4、 定位誤差分析
定位孔與定位銷的配合尺寸取為Φ25mm。對于工序尺寸134.5而言，定位基準與工序基準△＝0；由于定位副制造誤差引起的定位誤差△＝（0.023+0.011-0.034）＝0，可見這種定位方案是可行的
5、 導(dǎo)向裝置
本工序需依次對被加工孔進行擴、粗鉸、精鉸等3個工步的加工，才能量終達到工序簡圖上規(guī)定的加工要求（表面粗糙度3.2），故此夾具選用快換鉆套4作導(dǎo)向元件，
鉆套高度H＝1.5D＝1.5×55＝82.5mm, 排屑空間h=0.6d=0.4×55=22mm
6、夾緊機構(gòu)
根據(jù)零件的定位方案、加工方法、生產(chǎn)率要求，提高加工效率，縮短輔助時間，增加壓緊可靠性，現(xiàn)決定采用DQG型氣缸通過對稱布置的兩套鉸鏈機構(gòu)和壓板夾緊工件。
7、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。本道工序為鉆床夾具，工件以Φ25H7孔和Φ55孔端面和側(cè)板為定位基準，在長圓柱銷、活動支承塊和擋銷上實現(xiàn)完全定位，選擇了DQG型氣缸通過對稱布置的兩套鉸鏈機構(gòu)方式。
定位銷與鉆套中距尺寸公差取工件相應(yīng)尺寸公差的1/3，偏差對稱標注，即標尺寸為134.5±0.015。
鉆套中心線對定位銷中心的平行度公差取0.02mm。定位銷中心線與夾具底面平行度公差為0.01mm。
本夾具的最大優(yōu)點就是操作簡單，工作穩(wěn)定。
夾具裝配圖，夾具零件圖分別見附帶圖紙。
八、小結(jié)
通過本次課程設(shè)計，鞏固了大學(xué)以來所學(xué)的機械制造技術(shù)的專業(yè)知識，從實際運用知識的過程中，更深一層次理解所學(xué)的機械專業(yè)知識。同時在設(shè)計過程中，查缺補漏，發(fā)現(xiàn)自己專業(yè)知識薄弱與不足的方面。復(fù)習(xí)鞏固了大學(xué)一年級重要的專業(yè)基礎(chǔ)課-機械制圖、互換性。
這次設(shè)計來到這里已經(jīng)基本結(jié)束，在很長一段時間的工作之后，我發(fā)現(xiàn)了自己的種種不足，但同時，正因為發(fā)現(xiàn)了，才可以改正，加之在這次設(shè)計過程中我主動地接觸了許許多多不同的專業(yè)書籍，其實認真地對待課程設(shè)計，那在設(shè)計過程中就會自然而然地學(xué)到平時要花很多時間才可以理解或掌握的知識。這不能說是因為平時不夠努力，這主要是說明了在很多時候，摸索的過程往往比學(xué)習(xí)的過程更能讓人成長，雖然摸索是會經(jīng)常地碰壁的，但假若碰壁就能讓人成長，那我們也應(yīng)該欣然接受。俗話說得好，小錯不改，大錯鑄成。一味的盲目碰壁而不能學(xué)會從中學(xué)習(xí)，則也將一事無成。要做到從小錯意識到大錯，這需要更多的經(jīng)驗，一種某個層面上的預(yù)知能力不能一蹴而就，希望能夠在積累中成長，在成長中成熟。
通過這次設(shè)計，使自己對本課程有了進一步的認識，同時對自己設(shè)計能力進行了一次全面的檢驗和提升。而且還學(xué)習(xí)到了許多新的知識，特別是AUTO-CAD 軟件的操作使用和制圖的應(yīng)用，使自己的知識又有了進一步的提高。
在設(shè)計中得到老師和其他同學(xué)的悉心指導(dǎo)，并提出了許多寶貴的意見，為我的課程設(shè)計能順利、高效的完成付出許多精力。在此表示衷心地感謝!
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