CA6140車床撥叉零件的工藝及精銑槽16H11的銑床夾具設計

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目 錄 序言………………………… 1 1零件的分析 2 1.1零件的作用 2 1.2零件的工藝分析 2 2工藝規(guī)程的設計 2 2.1確定毛坯的制造形式 2 2.2基面的選擇 3 2.3制定工藝路線 3 2.4機械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 5 2.5確立切削用量及基本工時 7 3夾具設計 12 3.1問題的提出 13 3.2夾具設計 13 3.21定位基準的選擇 13 3.22切削力和夾緊力的計算 13 3.23定位誤差分析 15 3.24夾具設計及其簡要說明 16 4課程設計心得 17 5參考文獻 18 18 序言 機械制造工藝學課程設計是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,也是一次理論聯系實際的訓練,因此,它在我們四年的大學學習中占有重要的地位。 就我個人而言，通過這次工藝課程設計，使我能夠熟悉運用了相關手冊圖表，對識圖、制圖、運算及編制文件各個方面都得到了長足的進步 ，同時我也把這次課程設計當做一次很真實的崗前練兵，希望能通過這次課程設計，能夠使我面對問題時能夠更理性，更勇敢。 這個題目不僅僅是我一個人的，這是我們兩個人的成果，這使我第一次感到了團隊我們配合的很默契，也很成功，盡管結果可能不像老師預期的那樣好，但是我們都已經很盡力了，只因基礎知識不夠扎實，水平有限，希望指導老師能夠多多包涵。 1零件的分析 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φ25孔與操縱機構相連，二下方的φ60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 CA6140車床共有兩處加工表面，其間有一定位置要求。分述如下： （1） 以φ25mm孔為中心的加工表面 這一組加工表面包括：φ25H7mm的孔，以及φ42mm的圓柱兩端面，其中主要加工表面為φ25H7mm通孔。 （2） 以φ60mm孔為中心的加工表面 這一組加工表面包括：φ60H12的孔，以及φ60H12的兩個端面。主要是φ60H12的孔。 （3） 銑16H11的槽 這一組加工表面包括：此槽的端面，16H11mm的槽的底面， 16H11mm的槽兩側面。 （4） 以M22×1.5螺紋孔為中心的加工表面。 這一組加工表面包括：M22×1.5的螺紋孔，長32mm的端面。 主要加工表面為M22×1.5螺紋孔。 這兩組加工表面之間有著一定的位置要求，主要是： 1） φ60孔端面與φ25H7孔垂直度公差為0.1mm.。 2） 16H11mm的槽與φ25H7的孔垂直度公差為0.08mm。 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。 2工藝規(guī)程設計 2.1確定毛坯的制造形式 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，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產無法正常進行。 （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。根據這個基準選擇原則，現選取φ25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φ42外圓作主要定位面，限制5個自由度，再以一個銷釘限制最后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 制定工藝路線的出發(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,可以考慮采用萬能機床配以專用夾具,并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外，還應當考慮經濟效益，以便使生產成本盡量下降。 （1）工藝路線方案一 工序一 粗、鉆、擴、鉸、精鉸φ25、φ60孔 工序二 粗、精銑φ60、φ25孔下端面。 工序三 粗、精銑φ25孔上端面 工序四 粗、精銑φ60孔上端面 工序五 切斷。 工序六 銑螺紋孔端面。 工序七 鉆φ22孔（裝配時鉆鉸錐孔）。 工序八 攻M22×1.5螺紋。 工序九 粗銑 半精銑 精銑槽所在的端面 工序十 粗銑 半精銑 精銑16H11的槽。 工序十一 檢查。 上面的工序加工不太合理，因為由經驗告訴我們大多數都應該先銑平面再加工孔，那樣會更能容易滿足零件的加工要求，效率不高，但同時鉆兩個孔，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φ25孔上端面。 工序二 粗、精銑φ25孔下端面。 工序三 鉆、擴、鉸、精鉸φ25孔。 工序四 鉆、擴、鉸、精鉸φ60孔。 工序五 粗、精銑φ60孔上端面 工序六 粗、精銑φ60孔下端面。 工序七 切斷。 工序八 銑螺紋孔端面。 工序九 鉆φ22孔（裝配時鉆鉸錐孔）。 工序十 攻M22×1.5螺紋。 工序十一 粗銑 半精銑 精銑槽所在的端面 工序十二 粗、半精銑 精銑16H11的槽。 工序十三 檢查。 上面工序可以適合大多數生產，但是在全部工序中間的工序七把兩件銑斷，對以后的各工序的加工定位夾緊不方便，從而導致效率較低。再看另一方案。 （3）工藝路線方案三 工序一 粗、精銑φ25孔上端面。 工序二 粗、精銑φ25孔下端面。 工序三 鉆、擴、鉸、精鉸φ25孔。 工序四 鉆、擴、鉸、精鉸φ60孔。 工序五 粗、精銑φ60孔上端面 工序六 粗、精銑φ60孔下端面。 工序七 銑螺紋孔端面。 工序八 鉆φ22孔（裝配時鉆鉸錐孔）。 工序九 攻M22×1.5螺紋。 工序十 粗銑 半精銑 精銑槽所在的端面。 工序十一 粗、半精銑 精銑16H11的槽。 工序十二 切斷。 工序十三 檢查。 此方案仍有先鉆孔再銑平面的不足，所以這個方案仍不是最好的工藝路線綜合考慮以上各方案的各不足因素，得到以下我的工藝路線。 （4） 工藝路線方案四 工序一 以φ42外圓為粗基準，粗銑φ25孔下端面。 工序二 精銑φ25孔上下端面。 工序三 以φ25孔上端面為精基準，鉆、擴、鉸、精鉸φ25孔,孔的精度達到IT7。 工序四 以φ25孔為精基準，粗銑φ60孔上下端面。 工序五 以φ25孔為精基準，精銑φ60孔上下端面，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，鉆、鏜、鉸φ60孔，保證孔的精度達到IT8。 工序七 以φ25孔為精基準，銑螺紋孔端面。 工序八 以φ25孔為精基準，鉆φ20孔（裝配時鉆鉸錐孔）。 工序九 以φ25孔為精基準，鉆一個φ20孔，攻M22×1.5螺紋。 工序十 以φ25孔為精基準，銑槽端面。 工序十一 以φ25孔為精基準，銑16H11的槽保證槽的側面相對孔的垂直度誤差是0.08。 工序十二 兩件銑斷 工序十三 檢查。 雖然工序仍然是十三步，但是效率大大提高了。工序一和工序二比起工藝路線方案二快了一倍（實際銑削只有兩次，而且刀具不用調整）。多次加工φ60、φ25孔是精度要求所致。 以上工藝過程見附圖。 2.4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，毛坯重量1.45kg，生產類型為中批量，鑄造毛坯。 據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（φ42） 考慮其零件外圓表面為非加工表面，所以外圓表面為鑄造毛坯， 沒有粗糙度要求，因此直接鑄造而成。 （2）外圓表面沿軸線方向長度方向的加工余量及公差（φ25，φ60端面）。 查《機械制造工藝設計簡明手冊》（以下稱《工藝手冊》）表3.1～26，取φ25，φ60端面長度余量均為2.5（均為雙邊加工） 銑削加工余量為： 粗銑 2mm 半精銑 0.5mm （3）內孔（φ60已鑄成φ50的孔） 查《工藝手冊》表2.2～2.5，為了節(jié)省材料，取φ60孔已鑄成孔長度余量為3，即鑄成孔半徑為50mm。 工序尺寸加工余量： 鉆孔 5mm 擴孔 0.5mm 鉸孔 0.1mm 精鉸 0mm 同上，零件φ25的孔也已鑄出φ15的孔。 工序尺寸加工余量： 鉆孔至φ23 余量為8mm 擴孔鉆 1.8 mm 粗鉸孔 0.14 mm 精鉸孔 0.06 mm （4）槽端面至中心線垂直中心線方向長度加工余量 鑄出槽端面至中心線47mm的距離，余量為3mm。 工序尺寸加工余量： 粗銑端面 2.1 mm 半精銑 0.7 mm 精銑 0.2 mm （5）螺紋孔頂面加工余量 鑄出螺紋孔頂面至φ25孔軸線且垂直軸線方向40mm的距離，余量為4 mm 工序尺寸加工余量： 粗銑頂面 3.1 mm 半精銑 0.7 mm 精銑 0.2 mm （6）其他尺寸直接鑄造得到 由于本設計規(guī)定的零件為中批量生產，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。 2.5確立切削用量及基本工時 工序一 以φ42外圓為粗基準，粗銑φ25孔上下端面。 （1） 加工條件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=200~241,鑄造。 加工要求：粗銑φ25孔上下端面。 機床： X53立式銑床。 刀具： W18Cr4V硬質合金鋼端銑刀,牌號YG6。銑削寬度ae<=60,深度ap<=4,齒數z=10,故據《切削用量簡明手冊》（后簡稱《切削手冊》）取刀具直徑do=80mm。選擇刀具前角γo＝0°后角αo＝15°，副后角αo’=10°，刀齒斜角λs=－15°,主刃Kr=60°,過渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°過渡刃寬bε=1.5mm。 （2） 切削用量 1）銑削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1.3mm，一次走刀即可完成所需長度。 2）每齒進給量 機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08~0.15mm/z。由于是對稱銑，選較小量f=0.15 mm/z。 3）查后刀面最大磨損及壽命 查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min 4）計算切削速度 按《2》表14， V=1.84 n=7.32 =6.44 5）計算基本工時 tm＝L/ Vf=(90+36)/6.44=6.99min。 工序二 精銑φ25孔上下端面。 （1） 加工條件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=200~241,鑄造。 加工要求：精銑φ25上下端面。 機床： X6140臥式銑床。 刀具： W18Cr4V硬質合金鋼端銑刀,牌號YG6。銑削寬度ae<=60,深度ap<=4,齒數z=10,故據《切削用量簡明手冊》（后簡稱《切削手冊》）取刀具直徑do=80mm。選擇刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，刀齒斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,過渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°過渡刃寬bε=1mm。 （2） 切削用量 1） 銑削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1.0mm，一次走刀即可完成所需長度。 2） 每齒進給量 機床功率為7.5kw。查《切削手冊》表5 f=0.14~0.24mm/z。由于是對稱銑，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》表8，壽命T=180min 4） 計算切削速度 按《切削手冊》表14，查得 Vf＝6.44mm/s， 5） 計算基本工時 tm＝L+182/ Vf=(2+182)/6.44=5.9min。 工序三 以φ25孔上端面為精基準，鉆、擴、鉸、精鉸φ25孔，孔的精度達到IT7。 （1） 選擇鉆床及鉆頭 選擇Z5125A鉆床，選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時do=23mm，鉆頭采用雙頭刃磨法， （2）選擇切削用量 1）決定進給量 由do=23mm,查《2》表5 按鉆頭 按機床強度查[1]表10.1-2選擇 最終決定選擇機床已有的進給量 2）耐用度　 查[2]表9 T=4500s=75min 3）切削速度 查《1》表10.1-2 n=50-2000r/min 取n=1000r/min. （3）計算工時 由于所有工步所用工時很短，所以使得切削用量一致，以減少輔助時間。 擴鉸和精鉸的切削用量如下： 擴鉆：選高速鋼擴孔鉆 鉸孔：選高速鋼鉸刀 精鉸：選高速鋼鉸刀 工序四 以φ25孔為精基準，鉆、粗鏜、 精鏜φ60孔，保證孔的精度達到IT7。 （1） 選擇鉆頭 選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時do=55mm，鉆頭采用雙頭刃磨法。 選擇Z5163A鉆床 n=22.4~1000r/min, f=0.063~1.2mm/r. （2）.選擇切削用量 1）決定進給量 查《2》表5鉆頭進給量 按鉆頭強度選擇 按機床強度選擇 最終決定選擇Z5163A機床已有的進給量 2）計算工時 選擇n=600r/min所以　 （3）選擇鏜刀 選擇高速鋼鏜刀， 粗鏜時do=59.9mm 選擇臥式鏜床T68, 粗鏜時 v=20-35 m/min,f=0.3-1.0 mm/r 精鏜時 v=15-30 m/min,f=0.15-0.5 mm/r 工序五 粗銑 半精銑 精銑槽16H11的端面 （1） 選擇機床刀具 選擇立式銑床X53K硬質合金鋼Yab端銑刀 （2） 切削用量 查2表5 f=0.14~0.24mm/r T=180min 取f=0.15mm/r v=1.84m/min n=7.32r/min （3） 計算工時 半精銑 工序六 精銑槽16H11 本道工序精銑槽之前已進行了粗銑和半精銑工步，此工序精銑槽須滿足各技術要求包括：槽寬16H11，槽深8H12，槽兩側面粗糙度為3.2，槽底面粗糙度為6.3。 （1） 選擇機床及刀具 機床 x61W型萬能銑床 刀具 錯齒三面刃銑刀銑槽do=16mm查[1]表8 國家標準 GB1118 D=160mm d=40mm L=16mm 齒數z=24 （2）計算切削用量 1）由[1]表9.4—1和[3]查得 走刀量 f=0.67 mm/r 2）銑刀磨鈍標準和耐用度 由[1]表9.4—6查得 磨鈍標準為 0.2~0.3 表9.4—7查得 耐用度為 T=150min 3） 切削速度 由[1] 式3.2 查表 9.4—8 得其中： 修正系數 m=0.5 ， 代入上式，可得 v=49.5m/min=0.82m/s 4） 確定機床主軸速度 由[3] 按機床選取主軸轉速為6.33 r/s 所以 實際切削速度為 5） 計算切削工時 工序七 銑螺紋孔頂面 （1） 選擇機床及刀具 機床：X53K立式銑床。 刀具：硬質合金鋼端銑刀,牌號YG6。 （2） 切削用量 1） 銑削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需長度。 2） 刀具耐用度 查《2》表 壽命T=180min。 3） 計算切削速度 查[2]得 Vc＝0.38mm/s，n=1.53r/min,Vf=1.42mm/s 工序八 兩件銑斷 3夾具設計 設計工序——精銑槽16H11的夾具。 3.1問題的提出 本夾具要用于精銑槽16H11，對槽16H11的要求有：槽寬16H11 精度等級為IT12級，槽深8H12 精度等級為IT12級，槽兩側面粗糙度為3.2，槽底面粗糙度為6.3。本道工序只精銑一下槽即達到各要求，因此，在本道工序加工時，我們應首先考慮保證槽的各加工精度，如何提高生產效率，降低勞動強度。 3.2夾具設計 3.21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。因此我們應該根據零件圖的技術要求，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要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應考慮如何提高勞動效率，降低勞動強度，提高加工精度。Φ25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φ25孔和其端面作為定位精基準，來設計本道工序的夾具，以兩銷和兩已加工好的φ25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。 3.22切削力和夾緊力計算 （1）刀具： 高速鋼錯齒三面刃銑刀 φ160mm z=24 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 z=24 代入上式，可得 F=889.4N 因在計算切削力時，須把安全系數考慮在內。 安全系數 K= 其中：為基本安全系數1.5 為加工性質系數1.1 為刀具鈍化系數1.1 為斷續(xù)切削系數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，取 F=+G G為工件自重 夾緊螺釘： 公稱直徑d=20mm，材料45鋼 性能級數為6.8級 螺釘疲勞極限： 極限應力幅： 許用應力幅： 螺釘的強度校核：螺釘的許用切應力為 [s]=3.5~4 取[s]=4 得 滿足要求 經校核： 滿足強度要求，夾具安全可靠， 使用快速螺旋定位機構快速人工夾緊，調節(jié)夾緊力調節(jié)裝置，即可指定可靠的夾緊力 3.23 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兩定位銷，孔與銷間隙配合。 2）工件的工序基準為孔心，當工件孔徑為最大，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 本工序采用一定位銷，一擋銷定位，工件始終靠近定位銷的一面，而擋銷的偏角會使工件自重帶來一定的平行于夾具體底版的水平力，因此，工件不在在定位銷正上方，進而使加工位置有一定轉角誤差。但是，由于加工是自由公差，故應當能滿足定位要求。 3.24 夾具設計及操作的簡要說明 如前所述，在設計夾具時，應該注意提高勞動生產率避免干涉。應使夾具結構簡單，便于操作，降低成本。提高夾具性價比。本道工序為鏜床夾具選擇了壓緊螺釘夾緊方式。本工序為精鏜切削余量小，切削力小，所以一般的手動夾緊就能達到本工序的要求。 本夾具的最大優(yōu)點就是結構簡單緊湊。 夾具的夾緊力不大，故使用手動夾緊。為了提高生產力，使用快速螺旋夾緊機構。 4課程設計心得 靜靜地完成這幾乎是最后的一步，不敢想這是一種什么感覺，只知道馬上就輕松多了，大學里所剩不多的幾個課程設計，我和我的伙伴很認真的為它忙碌了這一段難忘的日子，每天愁啊愁，真正到了現在才發(fā)現，胡子長了，頭發(fā)也長了，也知道餓了，好像整個人都憔悴了，也管不了那么多了，畢竟大學里閑的時間多，也難得充實一把，還是壓抑不住自己內心深處的興奮。 課程設計我就不多說了，有時候還是覺得不如其他同學做的好，大概真是水平不行吧，也懶得怪自己，畢竟也沒輕松，每天瞎忙著，對得起自己就行了，至于答辯還得看指導教師的，聽他們說挺好過的，心里還是七上八下的，畢竟時間有點緊，有些東西還是沒有徹底的學透，只知道是那樣用，還有其他同學幫助解決的，還需要更好的分析一下，該好好的謝謝一些人了，幫助過我的每一個人，謝謝你們了，以后的路我會更加努力的，讓我們未來的路上風雨兼程。 每一次課程設計都能長進不少，機械設計工藝學也不例外，把以前好多課，特別是那些基礎課很好地又復習了一下，至于工藝課就更不用說了，盡管考試的不怎么樣，有些激動也有些緊張，一時間不知道該說些什么，這大概就是我的感受吧。 這次課程設計我收獲最大的就是對團隊的認識，一個團隊的成功，需要團隊里的每一人做好自己的事情，情形不好的時候可以互相鼓勵，累了的時候可以繼續(xù)堅持，埋下一顆顆晶瑩的汗水，除了成功收獲的更重要的是友誼，而我們每一個人都能深深地感受到這一點。 課程設計使我對生活的信念更加的堅定，也讓我再一次在臉上寫上笑容，前面的路還很長，每一次小的成功和失敗都不應該長久的停留，沒有最終的目標，我只能一路向前，回想昨天，就把它當成別人的故事，而我，明天會好的，把握一下今天吧，這種很悠閑的生活很容易使一個人腐化的，就像是那種生了銹的鋼鐵，一路向前，飛翔藍天。 由于每天忙著找工作，考研，我們只做到了這個水平，希望指導教師能夠多多包涵，學生在此先謝過了。 5參考文獻 [1]崇凱.機械制造技術基礎課程設計指南.北京.化學工業(yè)出版社，2006.12 [2]張龍勛. 機械制造工藝學課程設計指導書及習題.北京:機械工業(yè)出版社，2006.1 [3]孟少農，機械加工工藝手冊.北京:機械工業(yè)出版社，1991.9 [4]艾興，肖詩綱.切削用量簡明手冊.北京:機械工業(yè)出版社 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