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機械制造技術(shù)基礎(chǔ)
課程設(shè)計說明書
設(shè)計題目：設(shè)計“CA6140車床撥叉”零件的機械加工藝規(guī)程及相關(guān)工序的專用夾具
設(shè)計者：
班 級：
學(xué) 號：
指導(dǎo)教師：
年6月23日
江南大學(xué)
機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計任務(wù)書
題目： 設(shè)計“CA6140車床撥叉”零件的機械加工藝規(guī)程及相關(guān)工序的專用夾具
內(nèi)容：
1. 零件圖 1張
2. 毛坯圖 1張
3. 機械加工工藝過程綜合卡片 1張
（或機械加工工藝規(guī)程卡片 1套）
4. 夾具裝配圖 1張
5. 夾具體零件圖 1張
6. 課程設(shè)計說明書 1份
班 級：
學(xué) 號：
學(xué) 生：
指 導(dǎo) 老 師：
系（教研室）主任：
年6月23日
目錄
序言 ------------------------------------------------------4
1、 零件的分析 ---------------------------------------------4
1.1、零件的作用 --------------------------------------4
1.2、零件的工藝分析 ----------------------------------4
2、 毛坯的確定 ---------------------------------------------5
2.1、選擇毛坯 ----------------------------------------5
2.2、確定機械加工余量、毛坯尺寸和公差 ----------------5
2.3、設(shè)計毛坯圖 --------------------------------------6
3、 工藝規(guī)程設(shè)計 -------------------------------------------7
3.1、選擇定位基準 ------------------------------------7
3.2、制定工藝路線 ------------------------------------7
3.3、選擇加工設(shè)備和工藝設(shè)備 --------------------------8
3.4、確定切削用量及基本工時 --------------------------8
4、 夾具設(shè)計 -----------------------------------------------13
4.1、夾具設(shè)計任務(wù) ------------------------------------13
4.2、確定夾具的結(jié)構(gòu)方案 ------------------------------14
4.3、切削力和夾緊力的計算 ----------------------------14
4.4、鉆床夾具圖 --------------------------------------14
5、 設(shè)計總結(jié) -----------------------------------------------17
6、 參考文獻 -----------------------------------------------17
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)課，并進行了生產(chǎn)實習的基礎(chǔ)上進行的又一個實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。這次設(shè)計使我們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)計了機床專用夾具這一典型的工藝裝備，提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計能力，為今后的畢業(yè)設(shè)計及未來從事的工作打下了良好的基礎(chǔ)。
由于能力所限，經(jīng)驗不足，設(shè)計中還有許多不足之處，希望各位老師多加指教。
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。零件上方的孔與操縱機構(gòu)相連，下方的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
需要加工的表面：
1.小孔的上端面、大孔的上下端面；
2.小頭孔以及與此孔相通的的錐孔、螺紋孔；
3.大頭半圓孔；
位置要求：
小頭孔上端面與小頭孔中心線的垂直度誤差為0.05mm、大孔的上下端面與小頭孔中心線的垂直度誤差為0.07mm。
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采用專用夾具進行加工，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、毛 坯 的 確 定
（一）選擇毛坯
零件材料為HT200。考慮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)類型為大批生產(chǎn)，故選擇鑄件毛坯。由表5-1選用鑄件尺寸公差等級CT12級。
（二）確定機械加工余量、毛坯尺寸和公差
“CA6140車床撥叉”零件材料為HT200，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用砂型鑄造毛坯。由《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》，查表5-5選用加工余量為MA-G級，并查表2-4確定各個加工面的鑄件機械加工余量
根據(jù)上述原始資料分別確定各加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（及外表面）
考慮到此表面為非加工表面，其精度為鑄造精度CT9即可。又因它們是對稱的兩個零件最后還需銑斷，故對的中心軸線的尺寸偏差為120±1.25的范圍內(nèi)。
2、兩端上表面，由工藝設(shè)計手冊查的取其加工余量為4mm。
3、兩小孔 毛坯為實心，兩內(nèi)孔精度要求界于IT7~IT8之間，參照《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》確定工序尺寸及余量：
鉆孔： 2Z=21.8mm
鉸孔： 2Z=0.2mm
4、中間孔（及）
中間孔尺寸相對較大可以鑄造，根據(jù)機械制造工藝設(shè)計手冊得：孔的鑄造毛坯為，的孔是在孔的基礎(chǔ)之上銑削加工得到，其軸向尺寸上下表面距離為30mm，由于其對軸向的尺寸要求不高，直接鑄造得到。參照《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》確定工序尺寸及余量：
粗 銑： 2Z=16mm
半精銑： 2Z=2mm
參照《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》表5-29、5-30確定工序尺寸及余量：
粗 鏜： 2Z=4mm
半精鏜：
5、螺紋孔及銷孔
此銷和螺紋孔尺寸鑄造為實體。
各個加工表面的鑄件加工余量如下表：
加工表面
基本尺寸
加工余量等級
加工余量
說明
兩端孔的內(nèi)表面
22mm
G
孔降一級雙側(cè)加工
中間孔的內(nèi)表面
55mm
G
孔降一級雙側(cè)加工
兩端圓柱上表面
50mm
G
0.7+4/4
單側(cè)加工
中間孔上臺階面
73mm
5
單側(cè)加工
中間孔下臺階面
73mm
5
單側(cè)加工
（三）設(shè)計毛坯圖如下圖所示：
三、工 藝 規(guī) 程 設(shè) 計
（一）選擇定位基準
基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一?；孢x擇得正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。
（1） 粗基準的選擇：以零件的底面為主要的定位粗基準，以兩個小頭孔外圓表面為輔助粗基準。這樣就可以達到限制五個自由度，再加上垂直的一個機械加緊，就可以達到完全定位。
（2）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，以粗加工后的底面為主要的定位精基準，以兩個小頭孔內(nèi)圓柱表面為輔助的定位精基準。當設(shè)計基準和工序基準不重合時，應(yīng)該進行尺寸換算，這在以后還要專門的計算，此處不再重復(fù)。
（二） 制定工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。再生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用的夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。處此之外，還應(yīng)當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
1、工藝路線方案一
工序Ⅰ 粗銑兩頭圓柱的端面，孔的上下端面。
工序Ⅱ 半精銑兩頭圓柱的端面，孔的上下端面。
工序Ⅲ 粗鏜、半精鏜孔至圖樣尺寸。
工序Ⅳ 鉆、擴、鉸兩端孔至圖樣尺寸。
工序Ⅴ 鉆M8的螺紋孔，攻M8的螺紋 ，鉆的錐銷孔鉆到一半，裝配時再鉆通。
工序Ⅵ 銑斷保證圖樣尺寸。
工序Ⅶ 去毛刺，檢查。
2、工藝路線方案二
工序Ⅰ 粗銑、半精銑圓柱的上端面。
工序Ⅱ 鉆、鉸兩端孔至圖樣尺寸。
工序Ⅲ 粗鏜、半精鏜孔至圖樣尺寸。
工序Ⅳ 粗、半精銑上臺階孔，粗、半精銑下臺階孔。
工序Ⅴ 鉆M8的螺紋孔，攻M8的螺紋 ，鉆的錐銷孔鉆到一半，裝配時再鉆通。
工序Ⅵ 銑斷保證圖樣尺寸。
工序Ⅶ 去毛刺，檢查。
3、工藝方案的比較與分析
上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先加工完與Ф22mm的孔有垂直度要求的面再加工孔。而方案二悄悄相反，先是加工完Ф22mm的孔，再以孔的中心軸線來定位加工完與之有垂直度要求的三個面。方案一的裝夾次數(shù)少，但在加工Ф22mm的時候最多只能保證一個面定位面與之的垂直度要求。其他兩個面很難保證。因此，此方案有很大的弊端。方案二在加工三個面時都是用Ф22mm孔的中心軸線來定位這樣很容易就可以保證其與三個面的位置度要求。這樣也體現(xiàn)了基準重合的原則。這樣一比較最終的工藝方案為：
工序Ⅰ 粗銑、半精銑Ф40mm圓柱的上端面。
工序Ⅱ 鉆、鉸兩端Ф22mm孔至圖樣尺寸。
工序Ⅲ 粗鏜、半精鏜Ф55mm孔至圖樣尺寸。
工序Ⅳ 粗、半精銑上臺階孔，粗、半精銑下臺階孔。
工序Ⅴ 鉆M8的螺紋孔，攻M8的螺紋 ，鉆Ф8mm的錐銷孔鉆到一半，裝配時再鉆通。
工序Ⅵ 銑斷保證圖樣尺寸。
工序Ⅶ 去毛刺，檢查。
以上工藝過程詳見“機械加工工藝過程綜合卡片”。
（三）選擇加工設(shè)備和工藝設(shè)備
1 機床的選擇：
工序ⅠⅣ均為銑平面，可采用X51立式銑床。
工序ⅡⅥ采用立式鉆床和攻絲機。
工序Ⅲ采用臥式鏜床。
工序Ⅴ采用銑斷機床。
2 選擇夾具：該撥叉的生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批生產(chǎn)，所以采用專用夾具。
3 選擇刀具：在銑床上加工的各工序，采用硬質(zhì)合金銑刀即可保證加工質(zhì)量。在鉸孔 ，由于精度不高，可采用硬質(zhì)合金鉸刀。
4選擇量具：兩小頭孔、中間孔均采用極限量規(guī)。
5其他：對垂直度誤差采用千分表進行檢測，對角度尺寸利用專用夾具保證，其他尺寸采用通用量具即可。
（四）確定切削用量及基本工時
確定切削用量及時間定額 ：
工序Ⅰ
粗銑、半精銑Ф40mm圓柱的上端面
1.加工條件
工件材料：HT200，HB=190~241，鑄造。
加工要求：粗銑孔上端面。
機床：X51立式銑床。
刀具：W18Cr4V硬質(zhì)合金鋼端銑刀，牌號YG6。
銑削寬度，深度，齒數(shù)z=10，故據(jù)《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》（后簡稱《設(shè)計指南》）取刀具直徑do=80mm。
2.切削用量
銑削深度： 因為切削量較小，故可以選擇。
一次走刀即可完成所需長度，按《設(shè)計指南》表5-146查得。
3.計算切削速度 按《設(shè)計指南》表5-157，然后根據(jù)選取再由公式 算得，查《設(shè)計指南》表6-71得機床X51的轉(zhuǎn)速為n=160r/min，因此由公式 算得實際切削速度。
4.校驗機床功率
查《設(shè)計指南》，而機床所能提供功率為。故校驗合格。
最終確定 ap=2.0mm，nc=510r/min,Vfc=433mm/s，V c=450mm/s，f z=0.088mm/z。
5.計算基本工時
L=l+y+Δ ,y+Δ 查表為4mm，l=3.14*28=87.9mm
L=l+y+Δ=44mm，
T=L/Vf=0.1min
工序Ⅱ
鉆、鉸兩端Ф22mm孔至圖樣尺寸
1.加工條件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，鑄造。
加工要求：鉆孔至Ф21.8mm，精鉸至Ф22mm，保證孔壁粗糙度Ra=1.6μm。
機床：Z550臺式鉆床。
刀具：YG8高速鋼麻花鉆Ф21.8mm，鉆頭采用雙頭刃磨法，后角、二重刃長度、橫刀長b=1.5mm、寬l=3mm、棱帶長度 、°、 °、。YG8高速鋼鉸刀Ф22mm。
2.計算切削用量
2.1查《切削用量簡明手冊》 f=0.47-0.57，選0.5mm/s。
由切削手冊表2.15 V=15mm/min
Ns=1000V/(3.14*21.8)=219.13mm/min
由機床工藝手冊選Z550，選取Nw=220r/min(表4.2-2)
實際切削速度V=3.14*21.8*220/1000=15.06m/min
切削工時T=（l+l1+l2）/Nwf
查工藝手冊6.2-5 l=51，l1=7.3 l2=1-4
則T=0.57min
2.2鉆頭磨鈍標準及壽命
后刀面最大磨損限度（查《簡明手冊》）為0.5～0.8mm，壽命．
2.3鉸到φ22的孔
查表
切削速度Vc=6m/min
切削深度ap=0.2mm
進給量f=1.2mm/r
Ns=1000V/（3.14*22）=86.86r/min
查工藝手冊4.2-2，選N=140r/min，實際切削速度v=3.14*22*140/1000=9.67m/min
切削工時T=（l+l1+l2）/fn=0.31min（l1=1.06，l2=0）
工序Ⅲ
粗鏜、半精鏜Ф55mm孔至圖樣尺寸。
1. 加工條件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，鑄造。
加工要求：粗鏜中間孔至Ф53mm、半精鏜中間孔至Ф54mm、精鏜中間孔至Ф55mm。
機床：T616臥式鏜床。
刀具：YG8硬質(zhì)合金鏜刀。
2.計算切削用量
單邊余量 分三次切除，則 第一次。根據(jù)《簡明手冊》4.2-20查得，取 。根據(jù)《簡明手冊》4.2-21查得，?。骸?
3.計算切削基本工時：
同理，當?shù)诙?，第三次時，進給量和，機床主軸轉(zhuǎn)速都取64r/min，切削基本工時分別為100s和80s。
工序Ⅳ
粗、半精銑上臺階孔，粗、半精銑下臺階孔。
1. 加工條件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，鑄造。
加工要求：粗銑中間孔上端面至26mm，周徑至Ф71mm；粗銑
中間孔下端面至26mm，周徑至Ф71mm；精銑兩頭孔的端面至50mm；保證粗糙度Ra=3.2μm；精銑中間孔上端面至24mm，周徑至Ф73mm；精銑中間孔下端面至保證20mm,周徑至Ф73mm，保證端面粗糙度Ra=3.2μm，保證孔壁粗糙度Ra=6.3μm。
機床：X5012臥式銑床。
刀具：高速鋼立洗刀Ф20，齒數(shù)3。
2.計算洗削用量
2.1銑削深度 因為切削量較小， ap=1mm
2.2查表《切削手冊》表3.6 f z =0.04——0.03 取0.04
查表3.14 V c=19m/min
主軸轉(zhuǎn)速
查《工藝手冊》查表4.2—35 選機床5012 立式銑床
查表4.2—36 選取n=355r/min
實際切屑速度：
每分鐘進給量：fm =fzznw=0.04x3x355=468.6mm/min
取f=470mm/min
時間：
f zc=V fc/ncz=750/(300×10)=0.25mm/z。
2.3校驗機床功率 查《簡明手冊》Pcc=2kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。
最終確定 ap=4mm，nc=355r/min, V c=22.3m/min，f z=470mm/min。
2.4其他工步計算
粗銑中間孔下端面至24mm，周徑至Ф71mm；
tm2=tm1=0.44min（各參數(shù)與粗銑中間孔上端面相同）
精銑兩端小孔上端面至50mm，
精銑ap=1mm，取主軸轉(zhuǎn)速n=855r/min
實際切屑速度：
選取vfc=450mm/s
每齒進給量：fzc=vfc/nz=0.053mm/z
精銑中間孔上端面至25mm周徑至Ф73mm，
精銑 ap=1mm 取主軸轉(zhuǎn)速n=855r/min
切屑速度;
每分鐘經(jīng)給量：fm =fzznw =0.04x3x855=102.6mm/min
取fm=100mm/min
(L1、L2同粗加工，L=62x3.14=194.68)
精銑中間孔下端面至25mm周徑至Ф73mm，
各參數(shù)和精銑中間孔上端面一樣
工序Ⅴ
鉆M8的螺紋孔，攻M8的螺紋 ，鉆Ф8mm的錐銷孔鉆到一半，裝配時再鉆通。
1. 加工條件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，鑄造。
加工要求：先鉆Ф8mm的錐銷孔，鉆到一半后將與該孔配合的軸安裝進去，把兩者配做加工，為的使保證孔與軸的同軸度，同時在尺寸上保證距上端面10mm；再鉆M8x1mm的螺紋孔，攻M8x1mm的螺紋。
機床：組合機床。
刀具：Ф8mm麻花鉆、Ф7.5mm麻花鉆、Ф8mm的絲錐。
2.計算切削用量
2.1鉆Ф8mm的錐銷孔
根據(jù)《切削手冊》表2.7查得，進給量為,現(xiàn)取f=0.25mm/z，由表2.13查得 v=14m/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：
2.2鉆M8的螺紋孔
刀具：Ф6.7mm麻花鉆。
根據(jù)《切削手冊》表2.13查得，進給量為現(xiàn)取f=0.25mm/z，v=14m/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：
2.3攻M8x1mm的螺紋
刀具：絲錐M8，P=1mm
切削用量選為：，機床主軸轉(zhuǎn)速為：，按工藝手冊選用C325機床選取：，實際切削速度V=3.14*8*220/1000=5.53r/min
工作用時
T=（l+l1+l2）/fn=0.24min
工序Ⅵ
銑斷保證圖樣尺寸
1. 加工條件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，鑄造。
加工要求：銑斷后保證兩邊對稱相等。
刀具：高速鋼盤銑刀，厚度為4mm。
機床：X61W。
2.計算切削用量
查《切削手冊》表3.3，選擇進給量為：,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：
查《切削手冊》表4.2-40，剛好有。
計算切削基本工時：
工序Ⅶ
去毛刺，檢查
4、 夾 具 設(shè) 計
（一）夾具設(shè)計任務(wù)
為提高勞動生產(chǎn)率,保證加工質(zhì)量,降低勞動,需設(shè)計轉(zhuǎn)專用夾具,并設(shè)計工序鉆、鉸兩端22孔的專用夾具。本夾具將用于組合機床,刀具為麻花鉆。
（二）確定夾具的結(jié)構(gòu)方案
1.確定定位元件
底面對孔的中心線有一定的垂直度公差要求,因此應(yīng)以底面為主要定位基準,利用小頭孔的外圓表面為輔助定位基準。
2.確定導(dǎo)向裝置
本工序要求對被加工孔依次進行鉆、擴、鉸等三個工步加工,最終達到工序簡圖上規(guī)定的加工要求,故選用快換鉆套作為刀具的導(dǎo)向元件。
快換鉆套查表9-10,得2200.024,鉆套用襯套查表9-11,得34,鉆套螺釘查表9-12,得43,查表9-13,確定鉆套高度H=2.05D=2.0522=45mm。
（三）切削力及夾緊力計算
由于實際加工的經(jīng)驗可知,鉆削時的主要切削力為鉆頭的切削方向,即垂直于第一定位基準面,在兩側(cè)只需要采用兩個V型塊適當夾緊后本夾具即可安全工作。因此,無須再對夾緊力進行計算。
（4） 鉆床夾具的裝配圖見下圖
夾具體模型：
二維圖紙：
裝配三維模型：
二維裝配：
五、設(shè) 計 總 結(jié)
機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計是我們學(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)課之后進行的系統(tǒng)性設(shè)計.這是我們在進行畢業(yè)設(shè)計之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習,也是一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練,因此,它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。
就我個人而言，通過這次課程設(shè)計，使我對專業(yè)知識了解得更扎實，也從中鍛煉了自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加工作打下一個良好的基礎(chǔ)。
由于能力所限，設(shè)計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指導(dǎo)。
六、參 考 文 獻
[1]、徐嘉元，曾家駒主編《機械制造工藝學(xué)》機械工業(yè)出版社 97.8
[2]、趙家齊：《機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書》，機械工業(yè)出版社
[3]、李益民主編：《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》，機械工業(yè)出版社
[4]、艾興 肖詩綱主編.《切削用量簡明手冊》. 機械工業(yè)出版社, 1994
[5] 、浦林祥主編.《金屬切削機床夾具設(shè)計手冊》.機械工業(yè)出版社, 1984
[6]、王啟平主編《機床夾具設(shè)計》哈工大出版社 85.12
[7]、東北重型機械學(xué)院主編《機床夾具設(shè)計手冊》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 80.1
[8]、徐灝主編《機械設(shè)計手冊》機械工業(yè)出版社 91.9
[9]、《機械制造工藝學(xué)》、《機床夾具設(shè)計》 （教材）
[10]、孫麗媛主編，《機械制造工藝及專用夾具設(shè)計指導(dǎo)》，冶金工業(yè)出版社2002
[11]、《機械零件設(shè)計手冊》
[12]、《機床夾具設(shè)計圖冊》
[13]、《幾何量公差與檢測》第五版 甘永立 主編 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社
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