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河北農業(yè)大學現(xiàn)代科技學院
機械制造工藝學課程設計
題 目 制定撥叉零件的機械加工工藝及
銑削工序專用機床夾具設計
學 部： 工程技術學部
專業(yè)班級：
學 號：
學生姓名：
指導教師：
教師職稱：
二零一五年七月十四日
目錄
封面 1
序言 3
第一章、零件的分析 4
1.1零件的作用 4
1.2零件的工藝分析 4
第二章、工藝規(guī)程設計 5
2.1確定毛坯的制造形式 5
2.2基面的選擇 5
2.3制定工藝路線 5
第三章、機械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的確定 7
3.1φ20孔徑加工余量計算 8
3.2φ50孔徑加工余量計算 8
3.3銑削Φ50上下端面加工余量計算 8
第四章、確立切削用量及基本工時 9
4.1典型工序工藝分析 9
4.2定位誤差分析 11
第五章、加工φ50上下端面圓周進給銑床設計 11
5.1問題的提出 11
5.2夾具設計 12
5.4機械傳動 14
5.5銑床夾具的裝配圖見附圖 16
5.6夾具三維效果圖如下 16
第六章、結論 17
6.1結論 17
參考文獻 18
序言
機械制造工藝學課程設計使我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的.這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習,也是一次理論聯(lián)系實際的訓練,因此,它在我們四年的大學生活中占有重要的地位。
就我個人而言，我希望能通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力。
通過設計，我能應熟練運用機械制造工藝學的基本理論，正確地解決一個零件在加工中的定位、夾緊及工藝路線合理安排等問題，保證零件的加工質量；提高結構設計能力，學生通過自己設計夾具的訓練，應當掌握如何根據(jù)被加工零件的加工要求，設計出高效、省力、經(jīng)濟、合理、又能保證加工質量的夾具；學會使用手冊及圖表資料，掌握與本設計有關的各種資料并能夠熟練應用，也懂的了如何將計算機輔助設計運用到課程設計以及以后的工種當中，在這次設計中，我學會了CAXA,也更熟悉了solidworks和麥迪設計工具的使用。
由于能力所限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指導。
第一章、零件的分析
1.1零件的作用
題目所給的零件是CA6140車床的撥叉。它位于車床變速機構中，主要起換檔，使主軸回轉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孔與操縱機構相連，而下方的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。
1.2零件的工藝分析
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產工藝簡單，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. 以φ20為中心的加工表面
這一組加工表面包括：φ20的孔，以及其上下端面，上端面與孔有位置要求，孔壁上有一個裝配時鉆鉸的錐孔，一個M8的螺紋孔。下端有一個47°的斜凸臺。這三個都沒有高的位置度要求。
2. 以φ50為中心的加工表面
這一組加工表面包括：φ50的孔，以及其上下兩個端面。
這兩組表面有一定的位置度要求,即φ50的孔上下兩個端面與φ20的孔有垂直度要求。
由上面分析可知，加工時應先加工一組表面，再以這組加工后表面為基準加工另外一組。
第二章、工藝規(guī)程設計
2.1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，零件結構又比較簡單，故選擇鑄件毛坯。
2.2基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一?；孢x擇得正確與合理可以使加工質量得到保證，生產率得以提高。否則，加工工藝過程中回問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，是生產無法正常進行。
（1）粗基準的選擇。對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準。而對有若干個不加工表面的工件，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準。根據(jù)這個基準選擇原則，現(xiàn)選取φ20孔的不加工外輪廓表面作為粗基準，利用一組共兩塊V形塊支承這兩個φ32作主要定位面，其中一個固定一個活動限制工件的5個自由度，再以一個平面支撐φ32下端面限制最后1個自由度，達到完全定位,然后進行銑削。
（2）精基準的選擇。主要應該考慮基準重合的問題。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算，這在以后還要專門計算，此處不再重復。
2.3制定工藝路線
制定工藝路線得出發(fā)點,應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證,在生產綱領已確定的情況下,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率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產成本盡量下降。
1.工藝路線方案一
工序一 鑄造毛坯
工序二 粗、精銑φ20孔上端面。
工序三 鉆、擴、鉸、精鉸φ20、φ50孔。
工序四 粗、精銑φ50孔上端面
工序五 粗、精銑φ50、φ20孔下端面。
工序六 切斷。
工序七 鉆φ4孔（裝配時鉆鉸錐孔）。
工序八 鉆一個φ4孔，攻M6螺紋。
工序九 鉆φ8的銷孔加工一半，裝配時在鉆絞。
工序十 銑47°凸臺。
工序十一 檢查。
上面工序加工效率較高，但同時鉆三個孔，對設備有一定要求。且看另一個方案。
2.工藝路線方案二
工序一 粗、精銑φ20孔上端面。
工序二 粗、精銑φ20孔下端面。
工序三 鉆、擴、鉸、精鉸φ20孔。
工序四 鉆、擴、鉸、精鉸φ50孔。
工序五 粗、精銑φ50孔上端面
工序六 粗、精銑φ50孔下端面。
工序七 切斷。
工序八 鉆φ4孔（裝配時鉆鉸錐孔）。
工序九 鉆一個φ4孔，攻M6螺紋。
工序十 鉆φ8的銷孔加工一半，裝配時在鉆絞。
工序十一銑47°凸臺。
工序十二 檢查。
上面工序可以適合大多數(shù)生產，但效率較低。
綜合考慮以上步驟，得到我的工藝路線。
如下圖2.3-1所示:
機械加工工藝過程卡片圖3.2-1
第三章、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190～210HB，有solidworks評估得：單個成型零件質量 = 0.282 千克體積 = 40329.648 立方毫米表面積 = 13611.254 平方毫米毛皮重量2.2kg。生產類型大批量，采用鑄造毛坯，兩件合鑄。
據(jù)以上原始資料及加工路線，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：(其中未注公差按IT14級加工)
3.1φ20孔徑加工余量計算
查表2.2-6砂型及殼型鑄造一般最小孔徑φ30，所以得到一下工序：
加工φ20孔，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表φ20直接鉆出，工序尺寸、公差如下表3.1-1
表3.1-1
工序名稱
工序間余量/mm
工序經(jīng)濟精度/mm
工序基本尺寸/mm
標注工序尺寸公差/mm
精鉸
0.06
H7()
φ20
φ20
粗鉸
0.14
H9()
Φ19.94
Φ19.94
擴
1.8
H11()
Φ19.8
Φ19.8
鉆
H12()
Φ18
Φ18
3.2φ50孔徑加工余量計算
查《機械制造工藝設計簡明手冊》（以下稱《工藝手冊》）表2.2-5和2.3-8，φ50直接鉆出，工序尺寸、公差如下表3.1-2：
工序名稱
工序間余量/mm
工序經(jīng)濟精度/mm
工序基本尺寸/mm
標注工序尺寸公差/mm
擴
1.5
IT11()
Φ50
Φ50
鉆
4
IT13()
Φ48.5
Φ48.5
鑄孔
2
Φ44.5
Φ44.52
表3.1-2
3.3銑削Φ50上下端面加工余量計算
查《工藝手冊》）表2.3-21平面加工余量以及2.2-5，其基本尺寸和工序尺寸、公差如下表3.1-3
工序名稱
工序間余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
標注工序尺寸公差/mm
經(jīng)濟精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精銑
0.6
IT11()
3.2
12
12()
半精銑
2.0
IT12()
6.3
12.6
12.6()
粗銑
4
IT13()
12.5
14.6
14.6()
毛坯
2
18.6
18.62
表3.1-3
由于本設計規(guī)定的零件為大批量生產，應該采用調整加工。因此在計算最大、最小加工余量時應按調整法加工方式予以確認。
第四章、確立切削用量及基本工時
4.1典型工序工藝分析
以φ20孔為精基準，粗銑φ50孔上下端面。
以知
加工材料——HT200, ，鑄件
工件尺寸——銑削寬度ae=72mm,長度l=72mm的圓弧平面
加工要求——用標準硬質合金端銑刀銑削，加工余量h=0.6mm,
機床——XA5032行立銑。
1. 選擇刀具
1） 根據(jù)查《切削手冊》表1.2選擇刀具：W18Cr4V硬質合金鋼端銑刀,牌號YG6。
根據(jù)查《切削手冊》表3.1，查《切削手冊》，銑削寬度ae=72mm，選擇刀具直徑do=125mm。由于采用標準的硬質合金端面銑刀。查《切削手冊》表3.13故取齒數(shù)采用z=12。
2.選擇切削用量
1)決定銑削深度ap由于加工余量不大，一次走刀即可完成所需長度。，銑削深度故可以
選擇：ap=0.6mm
2） 決定每齒進給量每齒進給量 機床功率為7.5kw。查《切削手冊》表3.5
f=0.14~0.24mm/z。
由于是對稱銑，選較小量f=0.14 mm/z。
3）選擇銑刀磨鈍標準及刀具壽命 根據(jù)《切削手冊》表3.7，粗加工時后刀面最大磨損為
1.2~1.8查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min
4）決定切削速度和每分針進給量切削速度可根據(jù)表《切削手冊》3.27中的公式計算，也可以直接由表查出。
根據(jù)《切削手冊》表3.13，當do=125mm，z=4, ap<=4mm, f=0.14 mm/z時，查得： Vc＝110mm/s，n=281r/min,Vf=378mm/s
據(jù)XA6132銑床參數(shù)，選擇nc=300r/min,Vfc=375mm/s,則實際切削速度V c=3.14*80*475/1000=117.8m/min。
5)校驗機床功率 查《切削手冊》,而機床所能提供功率為Pcm=56.3kw>Pcc=2.7kw。
故校驗合格。
6）計算基本工時
tm＝L/ Vf=(72+9)/375×12=2.592min.
加工材料——HT200, ，鑄件
工件尺寸——銑削寬度ae=72mm,長度l=72mm的圓弧平面
加工要求——用標準硬質合金端銑刀銑削，加工余量h=4mm,
機床——XA5032行立銑。
2. 選擇刀具
3） 根據(jù)查《切削手冊》表1.2選擇刀具：W18Cr4V硬質合金鋼端銑刀,牌號YG6。
根據(jù)查《切削手冊》表3.1，查《切削手冊》，銑削寬度ae=72mm，選擇刀具直徑do=125mm。由于采用標準的硬質合金端面銑刀。查《切削手冊》表3.13故取齒數(shù)采用z=4。
2.選擇切削用量
1)決定銑削深度ap由于加工余量不大，一次走刀即可完成所需長度。，銑削深度故可以
選擇：ap=4mm
4） 決定每齒進給量每齒進給量 機床功率為7.5kw。查《切削手冊》表3.5
f=0.14~0.24mm/z。
由于是對稱銑，選較小量f=0.14 mm/z。
3）選擇銑刀磨鈍標準及刀具壽命 根據(jù)《切削手冊》表3.7，粗加工時后刀面最大磨損為1.5~2.0mm
查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min
4）決定切削速度和每分針進給量切削速度可根據(jù)表《切削手冊》3.27中的公式計算，也可以直接由表查出。按《切削手冊》，將f降一級為f=0.5 mm/z。查得 Vc＝110mm/s，n=252r/min,Vf=577mm/s
據(jù)XA6132銑床參數(shù)，選擇nc=235r/min,Vfc=600mm/s,則實際切削速度V c=600.4,實際進給量為fzc=V fc/ncz=0.21mm/z。
5)校驗機床功率 查《切削手冊》,而機床所能提供功率為Pcm=56.3kw>Pcc=2.7kw。故校驗合格。
6）計算基本工時
tm＝L/ Vf=(72+9)/375×12=2.592min.
結果ap=1.0mm, f=0.21 mm/z, nc=235r/min,Vfc=600.4mm/s.
4.2定位誤差分析
由于加工的零件的設計基準與定位基準重和。
所以：同時，
=+=0
第五章、加工φ50上下端面圓周進給銑床設計
5.1問題的提出
本夾具是用來精銑φ50m上端面,零件圖中φ50的上端面與φ20中心孔的軸線有形位公差要求,因此必須保證φ50的下端面與φ20中心孔。此工序是粗加工,因此本工序加工時主要考慮如何提高勞動生產率,降低勞動強度,而精度則不是主要問題。
5.2夾具設計
1.定位基準選擇
φ20中心孔的軸線對φ50的下端面有一定的垂直度公差要求,因此應以φ20中心孔為主要定位基準。由于鑄件的公差要求較大,利用φ20孔的下端面作為精基準定位時,還必須采用一個輔助銷釘對工件的旋轉自由度進行限制。
2.切削力及夾緊力計算
由于實際加工的經(jīng)驗可知,銑削時的主要切削力為銑刀頭的切削方向,即垂直于第一定位基準面,由于本工序夾緊的方向與切削力垂直，所以必須對夾緊力進行估算。
銑削力查《現(xiàn)代夾具設計手冊》表3-91
當銑削灰鑄鐵時，工件背吃刀量取=2mm, 銑削寬度=11mm, 銑刀直徑D=125mm,齒數(shù)z=4,=0.21mm/z.由于同時加工兩面，所以則其銑削力P如下：
由于采用組合刀具，所以扭矩可以不計
卡緊力計算
查《現(xiàn)代夾具設計手冊》表3-21為
卡緊力計算公式
其中：
K=k0k1k2k3k4k5k6=1.51.21.01.01.01.01.0=1.8
=78.8mm 1=39mm =bh[]
=bh[] 擠=2912200MP=48N
=0.2 =0.8
=773N
5.3液壓油路設計
使用液壓缸夾緊，采用活塞式液壓缸油路圖如下5.3-1：
圓周進給銑床液壓夾具系給銑床液壓夾具系統(tǒng)示意圖5.3-1
1.油箱 2. 過濾器 3.油泵 4.直動型溢流閥5.管道 6.壓力表7.單向閥8.可調式節(jié)流閥 9.手動換向閥10. 液壓旋轉接頭11.活塞油缸、、
油路采用定量泵，當液壓油路工作時，夾緊工件時，當系統(tǒng)壓力增大時，會使流量需求減小。此時溢流閥開啟，使多余流量溢回油箱，保證溢流閥進口工作壓力，從而保持在整個加工過程中，保持這加持工件的預緊力。
該液壓油路由于是用于回轉類工作臺上，所以該裝置采用了12通的液壓旋轉接頭
其結構如下圖5.3-2：
12通的液壓旋轉接頭5.3-2
定子邊與液壓源相連接的，液壓缸與轉子邊相連接，從而保障了避免油路出現(xiàn)如下情況，如下圖情況5.3-3
5.3-3
液壓缸的設計與采用：
工件所需的預緊力773N，采用差動式活塞缸估算液壓缸工作油壓：
采用活塞直徑D=25，活塞桿采用直徑d=15mm
5.4機械傳動
結構采用了渦輪類回轉支撐和蝸桿，蝸桿作為輸入軸，采用渦輪渦桿傳動，從而電機的輸出可以直接接到輸入渦桿，減少了中間的傳動機構的減速器的設計。
渦輪蝸桿的設計參數(shù)設計時，采用到了電腦輔助設計，利用到了麥迪設計工具，從而生成了符合設計的渦輪蝸桿。
其機械傳動部份結構簡圖如下5.4-1和5.4-2：
渦輪回轉支撐結構示意圖5.4-1
渦輪回轉支撐結構示意圖5.4-2
回轉支承是一種能夠承受綜合載荷的大型軸承，可以同時承受較大的軸向、徑向負荷和傾覆力矩。本夾具采用的是內圈有齒，外圈固定行，有利于減少夾具空間尺寸。
5.5銑床夾具的裝配圖見附圖
5.6夾具三維效果圖如下
第六章、結論
6.1結論
課程設計是學生在校學習階段的一個重要的教學環(huán)節(jié)，其目的是培養(yǎng)學生綜合運用所學的專業(yè)和基礎理論知識，獨立解決專業(yè)一般工程技術問題的能力。樹立正確的設計思想和工作作風。
經(jīng)過半個月的畢業(yè)設計，獲得如下心得：
1.運用機械制造工藝及有關課程的知識，結合生產實習中學到的實踐知識。獨立地分析和解決工藝問題。初步具有設計一些中等復雜零件的能力。
2.能根據(jù)被加工零件的技術要求，運用夾具設計的基本原理和方法。學會擬定夾具設計方案。
3.熟悉并運用有關手冊，能快速查表得到所需的數(shù)據(jù)。
4.有一定的識圖制圖能力。
通過設計，培養(yǎng)了我綜合運用理論知識和專業(yè)知識的技能。熟悉一般機械零件的加工工藝過程，設計夾具的能力。
參考文獻
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[6]. 王先逵.機械制造工藝學第三版【M】.機械工藝出版社，2014.6
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