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24
機 械 制 造 技 術 基 礎
課 程 設 計
題 目：撥叉零件的機械加工工藝規(guī)程及銑18mm槽的夾具設計
班 級：
姓 名：
學 號：
指導教師：
完成日期：
24
任務書
一、設計題目?。骸?
撥叉零件的機械加工工藝規(guī)程及銑18mm槽的夾具設計
二、原始資料
(1) 被加工零件的零件圖 1張
(2) 生產(chǎn)類型:（中批或大批大量生產(chǎn)）
三、上交材料
1．繪制零件圖 1張
2．毛坯圖 1張
3．編制機械加工工藝過程綜合卡片 1套
4．編制機械加工工藝卡片（僅編制所設計夾具對應的那道工序的機械加工工藝卡片） 1套
5．繪制夾具裝配圖（A0或A1） 1張
6．繪制夾具體零件圖（A1或A2。裝配圖出來后，由指導教師為學生指定需繪制的零件圖，一般為夾具體）。 1張
7．編寫課程設計說明書（約5000-8000字）。 1份
四、進度安排
本課程設計要求在3周內(nèi)完成。
1．第l～2天查資料，繪制零件圖。
2．第3～7天，完成零件的工藝性分析,確定毛坯的類型、制造方法，編制機械加工工藝規(guī)程和所加工工序的機械加工工序卡片。
3．第8～10天，完成夾具總體方案設計（畫出草圖，與指導教師溝通，在其同意的前提下，進行課程設計的下一步）。
4．第11～13天，完成夾具裝配圖的繪制。
5．第14～15天，零件圖的繪制。
6．第16～18天，整理并完成設計說明書的編寫。
7．第19天～21天，完成圖紙和說明書的輸出打印。答辯
五、成績評定
優(yōu)秀
良好
中等
及格
不及格
滿分
得分
平時表現(xiàn)
勤奮好學，善于思考
勤奮積極，態(tài)度認真
比較勤奮
不夠勤奮
不勤奮，態(tài)度不端正
10
圖紙質(zhì)量
方案合理新穎，表達規(guī)范
方案合理，圖紙比較規(guī)范
方案一般，圖紙基本規(guī)范
方案基本合理，圖紙欠規(guī)范
方案不合理，圖紙不規(guī)范
40
說明書質(zhì)量
內(nèi)容全面，準確
內(nèi)容全面，基本準確
內(nèi)容一般，準確性一般
內(nèi)容基本全面，有小錯誤
內(nèi)容不全，錯誤較多
20
答辯
回答問題準確流利
回答問題比較準確
回答問題基本準確
回答問題欠準確
回答錯誤
30
總分
100
綜合評定成績： □優(yōu)秀、 □ 良好、 □中等、 □ 及格、 □不及格
指導教師
日 期
摘 要
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，工作過程：撥叉零件是在傳動系統(tǒng)中撥動滑移齒輪，以實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)速，轉(zhuǎn)向。對寬為18mm的槽進行精確地加工，就要求設計合理的夾具進行定位和夾緊，通過查閱資料及與老師的討論，設計了專用的夾具，并進行分析計算確定了夾具的合理性。
Abstrac
Effect of?topic?parts?to the parts?is a fork?of the CA6140 lathe.?It is located on the?lathe?speed institutions,?mainly from the shift,?make the spindle?rotary motion?work,?workers in accordance with the requirements of the work process:?fork?parts are?in the driving system?shift?sliding gear,?in order to realize the?system?control steering.?To accurately to 18 mm wide groove processing, requires the reasonable design of fixture locating and clamping，Through access to information and discuss with the teacher's, designed the special fixture, and analyzed the rationality of the calculate and determine the fixture.
目 錄
1 設計目的和零件分析……………………………………………………………7
1.1 設計的目的………………………………………………………………7
1.2 零件的分析………………………………………………………………7
2工藝規(guī)程設計……………………………………………………………………8
2.1確定毛坯的制造形成……………………………………………………8
2.2基準的選擇………………………………………………………………8
3 制定工藝路線 …………………………………………………………………8
4 機械加工余量…………………………………………………………………10
5.確定切削用量及基本工時……………………………………………………12
6.夾具設計………………………………………………………………………21
7體會與展望……………………………………………………………………23
8參考文獻………………………………………………………………………24
一．設計目的和零件分析
（一）設計的目的：
1、能熟練的運用機械制造工藝學的基本理論和夾具設計原理的知識，正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及合理制訂工藝規(guī)程等問題的方法，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。
2、通過對零件某道工序的夾具設計，學會工藝裝備設計的一般方法。通過我們親手設計夾具（或量具）的訓練，提高結(jié)構(gòu)設計的能力。
3、課程設計過程也是理論聯(lián)系實際的過程，并學會使用手冊、查詢相關資料等，增強學生解決工程實際問題的獨立工作能力
（二）零件的分析
1.零件的作用： CA6140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進行工作。寬度為18+0.0120mm的槽尺寸精度要求很高，因為在撥叉拔動使滑移齒輪時如果槽的尺寸精度不高或間隙很大時，滑移齒輪得不到很高的位置精度。所以，寬度為18+0.0120mm的槽和滑移齒輪的配合精度要求很高。
2.零件的工藝分析：
CA6140撥叉共有兩組加工表面。
(1） 以花鍵孔的中心線為基準的加工面
這一組面包括?25+0.230mm的六齒方花鍵孔、?22+0.280花鍵底孔兩端的2*150倒角和距中心線為27mm的平面。
(2) 以工件右端面為基準的8+0.030 mm的槽和18+0.120mm的槽
經(jīng)上述分析可知， 對于兩組加工表面，可先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面。
二、工藝規(guī)程設計
（一）確定毛坯的制造形成。
零件材料HT200、考慮到此零件的工作過程中并有變載荷和沖擊性載荷，因此選用鑄件，即可保證零件的工作可靠。由于生產(chǎn)綱領為中批生產(chǎn)而且零件的尺寸并不很大，故可采取砂型鑄造成型。經(jīng)查《金屬機械加工工藝人員手冊》表2.2-1及表2.3-3等級為CT11級，T=3.6，精度底面及側(cè)面澆注確定待加工表面的加工余量等級為MA11級，由表2.2-4得加工余量為3mm
（二）基準的選擇。
1.粗基準的選擇：因為要保證花鍵的中心線垂直于右端面，所以以Φ40的外圓表面為粗基準。
2.精基準的選擇：為保證定位基準和工序基準重合，以零件的右端面為精基準。
三.制定工藝路線
方案一
工序：
1. 粗、精車端面A
2. 鉆、擴花鍵底孔
3. 倒兩端15°倒角
4. 粗、精銑削B面
5. 銑削8+0.030mm的槽
6. 銑削18+0.0120mm的槽
7. 拉花鍵
8. 檢驗
方案二
工序：
1. 粗、精車端面A
2. 鉆、擴花鍵底孔B
3. 倒兩端15°倒角
4. 拉花鍵,以A面為基準
5. 銑削B面
6. 銑削8+0.030mm的槽
7. 銑削18+0.0120mm的槽
8. 檢驗
方案分析比較：
上述兩方案中，工藝方案一把拉花鍵放在最后一道工序。但此方案中4.5.6工序很難對工件進行定位和加緊、方案二中，把花鍵放在第一道工序的后邊，這樣，方案二中的5.6.7道工序很容易對工件進行定位與加緊即以花鍵中心線和A面作為5.6.7道工序的定位基準。此方案定位精度高，專用夾具結(jié)構(gòu)簡單、可靠，所以采用方案二比較合理。
以上工藝過程詳見附表1“機械加工工藝過程綜合卡片”
四．機械加工余量
CA6140的撥叉材料為HT200。毛坯1.0 kgσb =200MPa HBS 生產(chǎn)類型為由大、中批量生產(chǎn)，采用砂型鑄造。
根據(jù)上述的原始資料加工工藝，分別確定各個加工表面的機械加工余量，工序尺寸以及毛坯尺寸如下：
1. A面的加工余量
毛坯總加工余量3mm，公差為3mm，取對稱偏差，則毛坯總加工余量為31.5mm。
根據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導書》A面未標注公差取精密級，其偏差為0.1mm，加工尺寸28
精加工余量由《機械制造技術基礎課程設計指導書》表2-36得0.6mm，
則粗加工余量2.4mm，加工公差T=0.4
2．孔加工余量
《機械制造技術基礎課程設計指導書》表5-23得擴孔余量為1.5-2mm，取余量為2Z=2mm。
粗加工的公差取IT12級，T=0.21
精加工粗，偏差為mm
3．倒兩端15°倒角
4.花鍵槽分兩次加工成形
5．40x28端面加工余量
加工余量根據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導書》表2-4得3mm，偏差為1.5mm
精加工余量為1mm，偏差為0.1mm
粗加工余量為2 mm，公差T=0.4
6.鍵槽8的加工
根據(jù)銑刀寬度側(cè)向粗銑余量為5mm，粗加工公差取未標注公差中的中等級IT=0.2。精銑為3mm,偏差為mm
徑向粗銑余量為7mm，加工等級為未標注公差中中等級，加工公差T=0.4。
精銑加工余量1mm，加工等級為未標注公差中精密等級，加工偏差為±0.05mm。
7．鍵槽18的加工
根據(jù)銑刀寬度側(cè)向粗銑余量為10mm，精銑為8mm.
粗加工公差取未標注公差中的中等級IT=0.4，精加工偏差為mm
徑向粗加工余量為22mm，精銑余量為1mm。
粗加工公差取未標注公差中的中等級IT=0.4，精加工偏差取未標注公差中的精密級，偏差為±0.1mm。
工序余量表：
粗銑
精銑
側(cè)向
徑向
側(cè)向
徑向
加工前尺寸（mm）
最大
10.4
22.4
最小
10
22
加工后尺寸（mm）
最大
10.4
22.4
18
23.1
最小
10
22
18.012
22.9
加工余量（mm）
最大
10.4
22.4
8.012
1.1
最小
10
22
7.6
0.5
加工公差（mm）
0.4
0.4
0.012
0.2
五．確定切削用量及基本工時
工序1：車削A面
1．加工條件。
工件材料：灰口鑄鐵HT200。 σb=200 MPa。鑄造。
加工要求：粗、半精車A面并保證28mm的工序尺寸，Ra=3.2μm
機床CA6140。
刀具：端面車刀，刀片材料：硬質(zhì)合金， ro =15°. ao=12° r=0.5mm Kr=90° 刀柄：LxBxH=125x16x16
2、計算切削用量。
(1)粗車
粗車余量為2.4mm，據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導書》表5-1
f=0.4-0.5mm／r,根據(jù)機床性能取f=0.5mm／r,ap≤3mm，取ap=2.4mm。
據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導書》表5-2得切削速度v=1-1.333m／s，取V=1.2m／s，
工件轉(zhuǎn)速n=1000x1.2／（3，14x60）=6.35r／s
根據(jù)機床性能取n=10r／s V=3.14*d*n／1000=3.14x60x10／1000=1.8m／s
切削工時的確定
t=L1+L+L2／fn=2+30+2／(0.5x10)=0.113min
功率計算：
F=9.81×60*C*a*f*V*k
=9.81×60×92×2.4×0.5×1×(200/190)
=9.81×5.1×92×2.4×0.6×1×1.02
=6761N
P=FV=6761×1.8=12.2KW
（2）精車
加工余量為0.6mm。
進給量f. 根據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導書》表5-1， f=0.3－0.5mm/r 根據(jù)車床性能?。妫?.3mm/r ap=0.3mm
V=1.5-2m／s, 取V=2m／s
工件轉(zhuǎn)速n=1000x2／（3，14x60）=1.6r／s
根據(jù)車床性能 n=15r／s
加工工時T=L1+L+L2／（fn）*i=2+30+2／（0.3x15）x2=0.25min
（3）確定切削功率
工序2:鉆孔、擴孔
機床:立式鉆床Z525，鉆刀:硬質(zhì)合金錐柄麻花鉆，刀具尺寸:d=20mm, L1=238mm, L=140mm 2Ф=，2Φ=118°
鉆孔
背吃刀量a=d／2=10mm 進給量根據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導書》表5-23得 f=0.55-0.65mm／r 取f=0.62mm／r
切削速度v=0.35m／s
主軸轉(zhuǎn)速n=1000v／(3.14xd)=1000x0.35／(3.14x20)=5.57r／s
根據(jù)機床性能取n=6.5r／s
v=3.14*d*n／1000=3.14x20x6.5=0.41m／s
工時的計算：
T=L1+L+L2／（n*f）=(5+80+2)／5.57*0.62=25.19s
功率的計算:
M=C*d*f*K×10
=225.63×20×0.62×（200/190）×10
=225.63×296.4×0.68×1.1×10
=45.5N·M
F=C*d*f*k
=58.6×20×0.62×（200/190）
=58.6×6×0.7×1.1
=2225.1N
P=2×3.14×10×M
=2×3.14×10×455
=2.8KM
（2）、擴孔
刀具硬質(zhì)合金錐柄麻花鉆
刀具參數(shù)和上述一致，進給量根據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導書》表5-23 得f=1.0-1.2mm／r 根據(jù)機床性能取f=1.1 mm／r
鉆削速度及機床主軸轉(zhuǎn)速和 上述一致。
工時T=L1+L+L2／（n*f）=(5+80+2)／6.58x1.1=7.87s
工序3:倒角
刀具：專用刀具。此工步使用專用刀具與手動進給。
機床主軸轉(zhuǎn)速n=15r/s
檢驗機床功率 可以查出 當σｂ＝160～245HBS
ａｐ≤2.8ｍｍ?。妗?.6ｍｍ／ｒ
Ｖｃ≤41ｍ／min Ｐｃ＝3.4kw
機床轉(zhuǎn)速與粗車端面一致。
按CA6140 車床說明書 主電機功率Ｐ＝7.5ｋｗ
可見Ｐｃ比Ｐ小得多所以機床功率足夠所用切削用量符合要求
工序4: 拉花鍵孔
加工余量1.5mm
機床:臥式拉床L6120 刀具:鍵槽拉刀
參數(shù):LxH=830x17.93mm
進給量:f=0.06-0.2mm/z 取f=0.1mm/z
拉削速度v=2.5-2m/min 根據(jù)機床性能取v=2m/min
切削工時 t=Zblηk/1000vfzZ
式中： Zb 單面余量1.5mm(由Φ21mm拉削到Φ25mm)；
L 拉削表面長度，80mm；
η 考慮校準部分的長度系數(shù)，取1.2；
k 考慮機床返回行程系數(shù)，取1.4 ；
v 拉削速度（m/min）；
fz 拉刀單面齒升；
Z 拉刀同時工作齒數(shù)，Z=l/p；
P 拉刀齒距。
P=(1.25-1.5)sqrt80=1.35sqrt80=12mm
∴拉刀同時工作齒數(shù)z=l/p=80/12≈7
∴其本工時 t=1.5×80×1.2×1.4/1000×2×0.01×7=10.08s
T=3t=3×10.08=30.24s=0.51min
拉削力的計算: 據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導書》表5-33得單位長度的拉削力F=163N/mm
Fw=F*L=163x80=13040N P=Fw*V=13040x0.034=0.4KW
機床主軸功率為29KW，滿足要求。
工序5:粗銑，精銑40x28端面。
粗銑， 加工余量3mm
機床 ：Ｘ62W 刀具:圓柱形硬質(zhì)合金銑刀
銑刀幾何參數(shù) d=50mm l=50mm 齒數(shù):14
切削用量:每齒進給量fz=0.1-0.28mm/z 根據(jù)機床性能取fz=0.2mm/z
銑削速度V=1.0-1.83m/s 取v=1.5m/s
機床主軸轉(zhuǎn)速n=1000v/3.14d=1000x1.5/3.14x50=9r/s
根據(jù)機床性能取n=10r/s 此時v=3.14*d*n/1000=3.14x50x10/1000=1.57m/s
進給速度Vf=fz*n*z=0.2x10x14=28mm/s
Ap≤2mm 取ap=1.5mm 縱向進給量為28mm
工時 t=L1+L+L2/Vf=(10+40+10)/28=0.4min
Tm=2t=0.8min
切削力
F=9.81CaadaZ
=9.81×30×28×1.5×50×1×14
=2847.9N
F=1.2 F=1.2×2847.9=3417.5N
P= FV=3417.5×1.5×10=5.1KW 機床主軸功率7.5KW，滿足要求
精銑
刀具與上道工步同一把刀
加工余量1mm
每轉(zhuǎn)進給量f=1-2.7mm/r 取f=2mm/r
銑削速度與上一工步一致v=1.57m/s
機床主軸轉(zhuǎn)速與上一工步一致n=10r/s
Ap=1mm ae=28mm
工時 t= L1+L+L2/fn=（10+40+10）/2x10=0.05min
工序6：銑削8+0.030mm槽。
加工工件尺寸：8+0.030mm , 長度L=40mm
機床x62w
刀具：直齒三面刃銑刀 材料：YT15 尺寸：dxl=50x5mm
齒數(shù)：12
粗銑 側(cè)向加工余量5mm，徑向加工余量7mm
切削量
由于加工余量7mm，故兩次走完，ae=5mm ap=3.5mm
由《機械制造技術基礎課程設計指導書》 確定fz=0.08-0.004mm/z 現(xiàn)取fz=0.08mm/z
切削速度V =1-1.83m/s 取V=1.8m/s
機床主軸轉(zhuǎn)速n=1000×V/do=1000×1.8/3.14×50=11.4r/s
根據(jù)X62W型銑床選n=12r/s
實際速度V=don/1000=1.9m/s
工時
Tm=(L1+L+L2)*i*j/fz*n=(10+40+10)x4x2/0.08x12x12=0.6（min）
功率計算：
F=9.81CaadaZ
=9.81×30×5×1.5×50×1×12
=624N
F=1.2 F=1.2×624=749N
P= FV=749×1.9×10=1.4KW 機床主軸功率7.5KW，滿足要求
精銑 徑向加工余量1mm，側(cè)向加工余量3mm
每轉(zhuǎn)進給量：f=0.5-1mm/r
取f=0.8mm/r a= 3mm
切削速度與上工步一致v=1.9m/s
機床主軸轉(zhuǎn)速與上工步一致n=12r/s
工時 t=L1+L+L2/fn=（5+40+5）×2/0.8x12=0.36min
工序7：銑寬為180+0.12mm槽
加工工件尺寸，寬180+0.12mm，長L=40mm，加工余量22mm
機床：x62w
刀具：三面直齒銑刀 材料：YT15
銑刀參數(shù)：L=10mm D=63mm d=30mm ao=12°Z=16
粗銑：
銑削用量
每齒進給fz=0.12-0.18mm/z 取fz=0.18mm/z
a=2mm a=10mm
切削速度V =1-1.83m/s 取V=1.5m/s
機床主軸轉(zhuǎn)速n=1000×V/do=1000×1.5/3.14×50=7.5r/s
根據(jù)X62W型銑床選n=7.9r/s
實際速度V=don/1000=1.6m/s
工時
t=2（L1+L+L2）（22/2）×/fnz=2x（5+40+5）x11/0.18x7.9x16=0.5min
功率計算
F=9.81CaadaZ
=9.81×30×10×1×63×1.5×16
=1386N
F=1.2 F=1.2×1386=1663N
P= FV=749×1.6×10=2.7KW 機床主軸功率7.5KW，滿足要求
精銑
加工余量1mm
每轉(zhuǎn)進給量f=0.5-1.0mm/r 取f=1.0mm/r
Ap=1mm ae=10mm
切削速度與上一工步一致v=1.6m/s
機床主軸轉(zhuǎn)速與上一工步一致n=7.9r/s
工時t=2（L1+L+L2）/f*n=2x（5+40+5）/7.9x1=0.21min
六.夾具設計
（一）問題的提出
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用夾具經(jīng)過與指導老師協(xié)商，決定設計第7道工序——銑寬為180+0。012mm槽的銑床夾具。本夾具將用于X63臥式銑床。刀具為高速鋼直齒三面刃銑刀，來對工件進行加工。
本夾具主要用來銑寬為180+0。012mm的槽，由于采用寬為180+0。012mm的精密級高速鋼直齒三面刃銑刀，一次銑削，所以主要應該考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度．
（二）夾具設計
1．定位基準的選擇
由零件圖可知，寬為180+0。012mm的槽，其設計基準為花鍵孔中心線和工件的右加工表面（A）為定位基準。因此選用工件以加工右端面（A）和花鍵心軸的中心線為主定位基準。
2．切削力及夾緊力的計算
刀具：三面直齒銑刀，D=63mm, Z=16
Fz=CP·t0.83·Sz0.65·D-O.83·B·Z·kP
解得 Fz =200 (N)
其中CP=52， t=8mm, Sz=0.08mm/s, B=8mm, D=63mm, Z=16, kP=(HB/198)0.55
在計算切削力時，必須考慮安全系數(shù)。安全系數(shù)K= k1 k2 k3 k4
水平切削分力FH=1.1 Fz =220 (N)
垂直切削分力Fv=0.3 Fz=60 (N)
其中： k1為基本安全系數(shù)1.5
k1為加工性質(zhì)系數(shù)1.1
k1為刀具鈍化系數(shù)1.1
k1為斷續(xù)切削系數(shù)1.1
F,=KFH =1.5 X 1.1 X 1.1 X 1.1 X 200=400 (N)
實際加緊力為WK= KFH/U1U2=400/0.5=800 (N)
其中U1和U2為夾具定位面及加緊面上的磨擦系數(shù)，U1=U2=0.025
螺母選用M16X1.5細牙三角螺紋，產(chǎn)生的加緊力為
W=2M/D2tg(a+6’55)+0.66(D3- d3/ D2- d2)
解得： W=1O405 (N)
其中： M=19000 N.M D2=14.8mm a=2029, D=23mm d=16mm
此時螺母的加緊力W已大于所需的800(N)的加緊力，故本夾具可安全工作。
3.定位誤差分析
由于槽的軸向尺寸的設計基準與定位基準重合，故軸向尺寸無基準不重合度誤差。徑向尺寸無極限偏差、形狀和位置公差，故徑向尺寸無基準不重合度誤差。即不必考慮定位誤差，只需保證夾具的花鍵心軸的制造精度和安裝精度。
4．夾具設計及操作說明
如前所述,在設計夾具時,應該注意提高勞動率.為此,在螺母夾緊時采用開口墊圈,以便裝卸,夾具體底面上的一對定位鍵可使整個夾具在機床工作臺上有正確的安裝位置,以利于銑削加工。結(jié)果，本夾具總體的感覺還比較緊湊。
夾具上裝有對刀塊裝置，可使夾具在一批零件的加工之前很好的對刀（與塞尺配合使用）；同時，夾具體底面上的一對定位鍵可使整個夾具在機床工作臺上有一正確的安裝位置，以有利于銑削加工。
銑床夾具的裝配圖及夾具體零件圖分別見附圖3附圖4。
七.體會與展望
此次課程設計歷時三周，期間對零件進行全面的分析計算，按照課設要求進行設計，與老師討論，與小組同學一起商量，我才認識到學習是一個互相合作討論的過程，一個人是不能完全掌握知識的，課程設計是一個需要多人合作才能完成的任務，撥叉的加工過程其實不是這次課程設計的重點，重點是要加工尺寸的夾具的設計，我這次需要加工撥叉中18mm的槽，對其進行定位和夾緊，經(jīng)過多次的計算與分析最終確定較為滿意的方案。作為一個機械專業(yè)的學生，我們離不開機械，所以在學校里我們應該認真學習專業(yè)知識，具備一個機械生應有的各項素質(zhì)，才能在未來的機械行業(yè)做出自己應有的貢獻，我們要對自己負責，更應對社會負責，保證自己設計的產(chǎn)品安全可靠。
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