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CA6140車床撥叉831008 機械加工工藝規(guī)程
及中間銑斷夾具課程設(shè)計
課 程 名 稱：
機械加工課程設(shè)計
題 目 名 稱：
拔叉加工 （CA6140車床）設(shè)計
年級專業(yè)及班級：
姓 名：
學(xué) 號：
指 導(dǎo) 教 師：
評 定 成 績：
教 師 評 語：
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)濟精度及機床所能達(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、工藝規(guī)程設(shè)計
（一）確定毛坯的制造形式
零件材料為HT200?？紤]零件在機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。
(二)基面的選擇：
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)。
（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)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。查《機械制造工藝設(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1 粗銑Φ32、Φ72下端面，以T2為粗基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序2 粗銑Φ32，Φ72上端面，以T1，T4為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序3 精銑Φ32下端面，以T2為基準(zhǔn)。精銑Φ72端面，以D1為基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序4 鉆、擴Φ20孔，以Φ32外圓和T2為基準(zhǔn)，采用Z520立式鉆床加專用夾具；
工序5；粗鉸、精鉸Φ20孔，以T2和Φ32外圓為基準(zhǔn)，采用Z520立式鉆床加專用夾具；
工序6精銑Φ20上端面，以T1為基準(zhǔn)，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7：粗，精鏜Φ50孔，以Φ20孔軸線為基準(zhǔn)；
工序8：鉆Φ7通孔，鉆M6孔；
工序9：用三面刃銑刀銑斜槽面；
工序10 銑斷，以D1為基準(zhǔn)，采用X60臥式銑床加專用夾具；
工序11 去毛刺；
工序12 終檢。
（四）機械加工余量、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200HBW，毛皮重量1.2KG，生產(chǎn)類型大中批量，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：
1. 外圓表面延軸線方向長度方向的加工余量及公差（φ20，φ50端面）。
查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》（以下稱《工藝手冊》）表2.2～2.5，取φ20，φ50端面長度余量均為2（均為雙邊加工）
銑削加工余量為：
粗銑 1mm
精銑 1mm
2. 內(nèi)孔（φ50已鑄成孔）
查《工藝手冊》表2.2～2.5，取φ50已鑄成孔長度余量為2，即鑄成孔半徑為46mm。
工序尺寸加工余量：
鉆孔 9mm
擴孔 0.120mm
粗鉸 0.035mm
精鉸 0.015mm
3. 其他尺寸直接鑄造得到
由于本設(shè)計規(guī)定的零件為大批量生產(chǎn)，應(yīng)該采用調(diào)整加工。因此在計算最大、最小加工余量時應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確認(rèn)。
加工余量計算表
工序
加工尺寸及公差
鍛件毛坯（，上下端面距離，零件尺寸34mm）
擴20孔
粗，精鉸20孔
加工前尺寸
34mm
18mm
19.8mm
加工后尺寸
30mm
19.7mm
19.94mm
加工余量（單邊）
2.0mm
0.85mm
0.07mm
加工公差（單邊）
+0.021/0
+0.021/0
(五)確定切削用量及基本工時
工序1 粗銑Φ32、Φ72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=120mm。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=120mm，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=120mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z時，vt=98m/min,nt=200r/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)校驗機床功率
根據(jù)《切削手冊》表3.24，近似為Pcc=3.3kw,根據(jù)機床使用說明書，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2 粗銑Φ32, Φ72上端面，以T1，T4為定位基準(zhǔn);
粗銑Φ32上端面:
切削用量和時間定額及其計算過程同工序1
粗銑Φ32上端面:
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀，
機床：X51立式銑床
根據(jù)《切削手冊》查的，
現(xiàn)采用X51立式銑床，根據(jù)《簡明手冊》4.2-36查得取
，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
計算切削工時
因此
工序3 精銑Φ32下端面，以T2為基準(zhǔn)。精銑Φ72端面，以D1為基準(zhǔn)，
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀；
機床：X51立式銑床；
查《切削手冊》表3.5，進(jìn)給量，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4 鉆、擴Φ20孔，以Φ32外圓和T2為基準(zhǔn)，采用Z520立式鉆床加專用夾具；
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：
按鉆頭強度選擇:查《切削手冊》表2.8,鉆頭允許進(jìn)給量為：；
按機床進(jìn)給機構(gòu)強度選擇：查《切削手冊》表2.9，機床進(jìn)給機構(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=2000N，軸向力修正系數(shù)為1.0，故Ff=2000N。根據(jù)Z520立式鉆床使用說明書，機床進(jìn)給機構(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．
?。?）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。
查機床使用說明書，。
由于，，故切削用量可用，即：
，，
3、計算工時
4、擴孔至Φ19.8
查《切削手冊》表2.10，擴孔進(jìn)給量為：，并由機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)機床使用說明書選取 。
基本工時
工序5 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
機床：Z520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，機床主軸轉(zhuǎn)速取為=140r/min，則其切削速度為：
。
機動時切削工時，=38mm，
(2) 精鉸至
刀具：
機床：Z520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，機床主軸轉(zhuǎn)速取為：=140r/min，則其切削速度為：
機動時切削工時，=38mm
工序6 精銑Φ20上端面，以T1為基準(zhǔn)，精銑Φ50端面，以D1為基準(zhǔn)。
精銑Φ20上端面
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀；
機床：X51立式銑床；
查《切削手冊》表3.5，進(jìn)給量，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
精銑時
基本工時：min
精銑Φ50端面
由《切削手冊》表3.6查得：,即27m/min，因此，?，F(xiàn)采用X51立式銑床，取 ，工作臺每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為：
查機床使用說明書，取 。
銑削基本工時：
工序7：粗，精鏜Φ50孔，以Φ20孔軸線為基準(zhǔn)；
粗鏜Φ50孔：
機床：T68臥式鏜床
單邊余量
由《簡明手冊》4.2-20查得取
由《簡明手冊》4.2-21查得取
計算切削工時
半精鏜Φ50孔：
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8：鉆Φ7通孔，鉆M6孔；
鉆Φ7通孔
刀具：專用刀具
機床：Z520立式鉆床
確定進(jìn)給量：根據(jù)《切削手冊》表2.7查得，，
查Z520機床使用說明書，現(xiàn)取。查《切削手冊》表2.15，
，計算機床主軸轉(zhuǎn)速：
按機床選取，所以實際切削速度為：
計算切削基本工時：
鉆M6孔
（1）鉆螺紋底孔mm
機床：Z520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
機床：Z520立式鉆床
刀具：絲錐M6，P=1mm
切削用量選為：，機床主軸轉(zhuǎn)速為：，按機床使用說明書選?。?，則 ；機動時，，計算切削基本工時：
工序9：用三面刃銑刀銑斜槽面；
刀具：硬質(zhì)合金三面刃銑刀
機床：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，?。?，故實際切削速度為：
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10 銑斷，以D1為基準(zhǔn)，采用X60臥式銑床加專用夾具；
選擇鋸片銑刀，d=160mm，l=4mm，中齒，Z=40
采用X61臥式銑床，查《簡明手冊》，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《簡明手冊》表4.2-40，剛好有。
計算切削基本工時：
第二章 夾具設(shè)計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具。
（一）問題的提出：
本夾具是用來銑斷φ55的孔，由于此孔為預(yù)鑄孔 ，在前面的加工過程中保證了加工精度，經(jīng)過與老師商議決定采用X5032立式升降臺銑床，設(shè)計銑斷夾具。
1 定位基準(zhǔn)的選擇
擬定加工路線的第一步是選擇定位基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)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?zhǔn)選擇不當(dāng)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(dá)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(zhǔn)。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。Φ20的孔和其兩端面都已加工好，為了使定位誤差減小，選擇已加工好的φ20孔和其端面作為定位精基準(zhǔn)，來設(shè)計本道工序的夾具，以兩銷和兩已加工好的φ20孔的端面作為定位夾具。
為了提高加工效率，縮短輔助時間，決定用簡單的螺母作為夾緊機構(gòu)。
2切削力和夾緊力計算
（1）刀具： 高速鋼錯齒三面刃銑刀φ4
機床： x61W型萬能銑床
由[3] 所列公式 得
查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù)
z=24
代入上式，可得 F=889.4N
因在計算切削力時，須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。
安全系數(shù) K=
其中：為基本安全系數(shù)1.5
為加工性質(zhì)系數(shù)1.1
為刀具鈍化系數(shù)1.1
為斷續(xù)切削系數(shù)1.1
所以
（2）夾緊力的計算
選用夾緊螺釘夾緊機 由
其中f為夾緊面上的摩擦系數(shù)，取
F=+G G為工件自重
夾緊螺釘： 公稱直徑d=20mm，材料45鋼 性能級數(shù)為6.8級
螺釘疲勞極限：
極限應(yīng)力幅：
許用應(yīng)力幅：
螺釘?shù)膹姸刃：耍郝葆數(shù)脑S用切應(yīng)力為
[s]=2.5~4 取[s]=4
得
滿足要求
經(jīng)校核： 滿足強度要求，夾具安全可靠，
使用快速螺旋定位機構(gòu)快速人工夾緊，調(diào)節(jié)夾緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠的夾緊力
3定位誤差分析
（1）定位元件尺寸及公差確定。
夾具的主要定位元件為一平面和二定位銷，孔與銷間隙配合。
（2） 工件的工序基準(zhǔn)為孔心，當(dāng)工件孔徑為最大，定位銷的孔徑為最小時，孔心在任意方向上的最大變動量等于孔與銷配合的最大間隙量。本夾具是用來在臥式鏜床上加工，所以工件上孔與夾具上的定位銷保持固定接觸。此時可求出孔心在接觸點與銷中心連線方向上的最大變動量為孔徑公差多一半。工件的定位基準(zhǔn)為孔心。工序尺寸方向與固定接觸點和銷中心連線方向相同，則其定位誤差為： Td=Dmax-Dmin
該夾具以一面兩銷定位，兩定位銷孔尺寸公差為127。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機床夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻(xiàn)[5]可得：
⑴ 兩定位銷的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
且：L=127mm ，得
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
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。本道工序為銑床夾具選擇了壓緊螺釘夾緊方式。本工序為銑余量小，切削力小，所以一般的手動夾緊就能達(dá)到本工序的要求。
本夾具的最大優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)簡單緊湊。夾具的夾緊力不大，故使用手動夾緊。為了提高生產(chǎn)力，使用快速螺旋夾緊機構(gòu)。
參考文獻(xiàn)
趙家齊：《機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書》（第2版）—機械工業(yè)出版社
李益民： 《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》—機械工業(yè)出版社
艾興，肖詩綱：《切削用量簡明手冊》）機械工業(yè)出版社
侯放：《機床夾具圖冊》.
浦林祥：《金屬切削機床夾具設(shè)計手冊 》第2版.浦林祥1995