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設計（論文）
題 目
撥叉零件的機械加工工藝及夾具設計
所屬系部
機械工程系
所屬專業(yè)
機械設計與制造
所屬班級
學 號
學生姓名
指導教師
起訖日期
1. 摘 要
本文是對氣缸零件加工應用及加工的工藝性分析，主要包括對零件圖的分析、毛坯的選擇、零件的裝夾、工藝路線的制訂、刀具的選擇、切削用量的確定、加工工藝文件的填寫。選擇正確的加工方法，設計合理的加工工藝過程。此外還對填料箱蓋零件的兩道工序的加工設計了專用夾具.
機床夾具的種類很多，其中，使用范圍最廣的通用夾具，規(guī)格尺寸多已標準化，并且有專業(yè)的工廠進行生產。而廣泛用于批量生產，專為某工件加工工序服務的專用夾具，則需要各制造廠根據工件加工工藝自行設計制造。本論文夾具設計的主要內容是設計（?6）孔夾具。
關鍵詞：氣缸，加工工藝，加工方法，工藝文件，夾具
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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，為今后參加祖國的建設打下一個良好的基礎。
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。
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。零件的φ25孔與操縱機構相連，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。
（二）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．小頭孔φ25；
2．大頭半圓孔Ф及其端面；
3．16×8槽；
4．φ40外圓斜面；
5．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。
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。再根據各加工方法的經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雜的加工曲面，所以根據上述技術要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。
二、藝規(guī)程設計
（一）確定毛坯生產類型
已知此撥叉零件的生產類型為中批量生產，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序適當集中；加工設備以通用設備為主，大量采用專用工裝。
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，生產類型為中批生產，故選擇鑄件毛坯。
（二）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。基面選擇的正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產效率得以提高。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，使生產無法正常進行。
粗基準的選擇：按有關基準的選擇原則，即當零件有不加工表面時，應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)以零件的底面為主要的定位粗基準。
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“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小頭孔為精基準。
（三）制定工藝路線
根據零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求，以及加工方法所能達到的經濟精度，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，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。
1．工藝路線方案一
工序Ⅰ 車φ55圓與兩端面
工序Ⅱ 銑斷，使之為兩個零件
工序Ⅲ 銑16×8槽
工序Ⅳ 銑φ40外圓斜面
工序Ⅴ 加工φ25小頭孔
2．工藝路線方案二
工序Ⅰ 銑斷，使之為兩個零件
工序Ⅱ 加工φ25小頭孔
工序Ⅲ 銑16×8槽
工序Ⅳ 車φ55半圓與兩端面
工序Ⅴ 銑φ40外圓斜面
3．工藝方案的比較與分析
上述兩個方案的特點在于：方案一是先加工φ55圓與兩端面，以便于后續(xù)加工，并利用了兩件合鑄的優(yōu)勢，提高了工作效率，然后在銑床上把所有銑的工序全部弄完，省去了在各機床間切換的麻煩，最后加工孔；方案二是先切開工件，分別加工，然后加工小頭孔，再銑、再車、再銑……顯然，工序上不如方案一效率高。但由于圓與槽都與小頭孔有垂直度要求，可以先加工小頭孔，后加工槽；圓應該利用兩件合鑄的優(yōu)勢，所以還是先加工φ55大圓?？梢詫⒐ば蚨椋?
工序Ⅰ 粗，精車φ55圓與兩端面
工序Ⅱ 銑斷，使之為兩個零件
工序Ⅲ 加工φ25小頭孔銑
工序Ⅳ 16×8槽
工序Ⅴ 銑φ40外圓斜面
這樣，看起來工序簡潔且保證了垂直度的要求，還能充分利用兩件合鑄的優(yōu)勢。
（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190～210HB，毛皮重量1.12kg，生產類型大批量，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. 外圓表面延軸線方向長度方向的加工余量及公差（φ25，φ55端面）。
查《機械制造工藝設計簡明手冊》（以下稱《工藝手冊》）表2.2～2.5，取φ25，φ55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 1mm
精銑 0mm
2. 內孔（φ55已鑄成孔）
查《工藝手冊》表2.2～2.5，取φ55已鑄成孔長度余量為3，即鑄成孔半徑為49mm。
工序尺寸加工余量：
鉆孔 2mm
擴孔 0.125mm
鉸孔 0.035mm
精鉸 0mm
3. 其他尺寸直接鑄造得到
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。
（五）確立切削用量及基本工時
工序一 粗，精車φ55圓與兩端面
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：粗，精銑φ55圓以及上下端面。
機床：臥式車床CA6140
刀具：YW2內圓車刀 YW3端面車刀
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）每齒進給量 機床功率為7.5kw。查《切削手冊》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3.7，后刀面最大磨損為1.0~1.5mm。
查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min
4）計算切削速度 按《切削手冊》，V c=
算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據臥式車床CA6140銑床參數，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,則實際切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
5)校驗機床功率 查《切削手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。
最終確定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。
工序二 銑斷，使之為兩個零件
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：銑斷，使之為兩個零件
機床：X60銑床。
刀具：高速鋼鑲齒三面刃銑刀
工序三 加工φ25小頭孔
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：加工φ25小頭孔
機床：立式鉆床Z535
選擇鉆頭：選擇高速鋼麻花鉆頭￠25mm，鉆孔至φ23mm，擴孔至φ24.8mm，鉸孔至φ24.94mm，精鉸孔至φ25mm
2.選擇切削用量
（1）決定進給量
查《切》
所以，
按鉆頭強度選擇 按機床強度選擇
最終決定選擇機床已有的進給量 經校驗 校驗成功。
（2）鉆頭磨鈍標準及壽命
后刀面最大磨損限度（查《切》）為0.5～０.８mm，壽命．
?。?）切削速度
查《切》 修正系數
故。
查《切》機床實際轉速為
故實際的切削速度
（4）校驗扭矩功率
所以
故滿足條件，校驗成立。
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：
鉸孔：
精鉸：
工序四 銑16×8槽
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：銑16×8槽
機床：X60銑床
選擇鉆頭：高速鋼鑲齒三面刃銑刀
（1）決定進給量
查《切》
按鉆頭強度選擇 按機床強度選擇
最終決定選擇Z550機床已有的進給量 經校驗 校驗成功。
（2）鉆頭磨鈍標準及壽命
后刀面最大磨損限度（查《切》）為0.8～1.2mm，壽命
擴孔后刀面最大磨損限度（查《切》）為0.9～１.４mm，壽命
鉸和精鉸孔后刀面最大磨損限度（查《切》）為０.６～０.９mm，壽命
（3）切削速度
查《切》 修正系數
故。
查《切》機床實際轉速為
故實際的切削速度
３.計算工時
所有工步工時相同。
工序五 銑φ40外圓斜面
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,鑄造。
加工要求：銑16×8槽
機床：X60銑床
選擇鉆頭：高速鋼鑲齒三面刃銑刀
三、夾具設計
4、夾具設計
(一)問題的提出
本夾具是用來銑Φ55兩側面,零件圖中大小孔的中心距有公差要求,因此這兩個小頭孔的中心距也有一定的公差要求.另外,此中心線為三個側平面的設計基準,有一定的垂直公差要求.但此工序只是粗加工,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.
(二)夾具設計
1定位基準選擇
底面對孔的中心線有一定的垂直度公差要求,因此應以地面為主要定位基準..由于鑄件的公差要求較大,利用小頭孔的外圓表面作為輔助定位基準時,只有采用自動對中夾具才能同時保證對稱的兩個零件的大小孔的中心距的公差要求..
2切削力及夾緊力計算
由于實際加工的經驗可知,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,在兩側只需要采用兩個圓柱銷型塊適當夾緊后本夾具即可安全工作.因此,無須再對切削力進行計算.
夾緊力采用氣缸夾緊的方式。
氣缸的設計計算
1）初選氣缸的工作壓力
工作壓力是確定執(zhí)行元件結構參數的主要依據，它的大小影響執(zhí)行元件的尺寸和成本，甚至整個系統(tǒng)的功能。
在此氣動夾具設計中，因采用企業(yè)氣源作為動力，一般空氣的壓力為0.5~0.8Mpa。所以選定工作壓力為0.5Mpa。
2）確定氣缸的主要結構參數
本氣缸采用單向作用氣缸。最大負載即為上面所求值，F(xiàn)=18906N，
其缸徑計算公式為:
式中:F - 活塞桿上的推力，N
- -氣缸工作壓力，MPa
D---氣缸缸體直徑，m
查設計[8]手冊，按氣缸內徑系列將以上計算值圓整為標準直徑，取D=63mm。
由,可得活塞桿直徑:
圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式
有:
其中，[]，
則:
滿足實際設計要求。
3）缸筒壁厚的設計
缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算:
式中:δ- 缸筒壁厚，mm
- 氣缸內徑，mm
- 實驗壓力，取, Pa
材料為:ZL3,[]=3MPa
代入己知數據，則壁厚為:
取
4）活塞行程的確定
由夾具設計中對零件進行裝夾的移動距離可知，為了便于工件的裝夾，移動壓板所需要的行程為15mm，氣缸裝在移動夾板的另一端，由杠桿原理可知，氣缸移動的距離不小于是25mm，為了確保氣缸安全工作，取氣缸的工作行程為25mm。
5）氣動傳動原理圖擬定
由于只有一個工作氣缸，且氣缸的快速前進和快速后退速度可取相同，并沒有采用多種工速，因而氣動傳動原理圖相對簡單，其傳動原理圖如圖4.2所示，所需要的氣動元件規(guī)格如表3-1所示。
圖4.2 氣動傳動原理圖[9]
各通行機構的調速，這種方法的特點是結構簡單效果好。如平臂伸縮氣缸在接近氣缸處安裝兩個快速排氣閥，可加快啟動速度，也可調節(jié)全程的速度。氣液傳送器氣缸的排氣節(jié)流，可用來調整回轉液壓緩沖器[18]的背壓大小。
為簡化氣路，減少電磁閥的數量，各工作氣缸緩沖均采用液壓緩沖器[10]，這樣可以省去電磁閥和切換節(jié)流閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。
電磁閥的通徑，是根據各工作氣缸速度，行程，尺寸計算出所需壓縮空氣流量，與選用的電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應來確定的。
表 氣路元件表
序號
型號規(guī)格
名稱
數量
1
QF-44
手動截止閥
1
2
儲氣缸
1
3
QSL-26-S1
分水濾氣器
1
4
QTY-20-S1
減壓閥
1
5
QIU-20-S1
油霧器
1
6
YJ-1
壓力繼電器
1
7
24D2H-10-S1
二位五通電磁滑閥
1
8
單向節(jié)流閥
1
9
QGSC D-63X25-25-K-LB
氣缸
1
使用快速螺旋定位機構快速夾緊，調節(jié)夾緊力調節(jié)裝置，即可指定可靠的夾緊力。
氣缸的參考資料，網址： http://www.wxpneum.cn/content/product/66/QGSC.html
3\定位誤差分析
采用自動對中夾具后,定位誤差取決于對中塊\螺桿以及滑塊的制造誤差.同時,對對中塊利用調整螺釘進行調整并的誤差只有0.08mm.在后續(xù)的銑斷工序中,利用中間大孔定位,孔壁與定位銷的配合間隙為0.05mm.因此加工完成后大孔與小孔的中心距的最大誤差為
0.08+0.05=0.130.2mm
所以能滿足精度要求.
設計總結
夾具課程設計即將結束。回顧整個過程，經過老師和同學的幫助，還有自己不懈的努力，終于定時定量的完成了這次課程設計。課程設計作為機械制造與自動化專業(yè)的重點，使理論與實踐結合，對理論知識加深了理解，使生產實習中的理解和認識也到了強化。
本次課程設計主要是機械加工工藝規(guī)程設計和專用夾具設計。機械加工工藝規(guī)程設計運用了基準選擇等知識，夾具設計的運用了工件定位、夾緊機構等知識。通過此次設計，使我基本掌握了零件的加工過程分析、工藝文件的編制、專用夾具設計的方法和步驟等。學會了查相關手冊、選擇使用工藝裝備等等。本次設計還存在很多不足之處。由于對知識的掌握不夠扎實，在設計過程中不能全面地考慮問題。仍需要進一步研究和實踐。
這次設計，讓我對基本理論的綜合運用及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的訓練。提高了思考、解決問題，創(chuàng)新設計的能力。為以后的設計工作打下了較好基礎。本設計存在很多不足之處，最后懇請老師、同學批評指正！
參考文獻:
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