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遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)
1. 零件的工藝性分析
1.1撥叉的用途
題目所給的零件是CA6140車
床的撥叉。它位于車床變速機(jī)構(gòu)
中，主要起換檔，使主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)
動(dòng)按照工作者的要求工作，獲得
所需的速度和扭矩的作用。寬度
為30mm的面寸精度要求很高，因
為在撥叉拔動(dòng)使滑移齒輪時(shí)如果槽
的尺寸精度不高或間隙很大時(shí)，滑
移齒輪得不到很高的位置精度。
所以，寬度為30mm的面的槽和滑移
齒輪的配合精度要求很高。
1.2撥叉的技術(shù)要求
加工表面
尺寸及偏差
mm
公差及精度等級(jí)
表面粗糙度Ra
m
形位公差
mm
撥叉左端面
80
3.2
撥叉上表面
30
3.2
∥
0.10
A
花鍵小徑
φ22+00.021
IT7
花鍵大徑
φ25+00.021
IT7
1.6
通槽上底面
35
6.3
通槽內(nèi)側(cè)面
18+00.11
3.2
⊥
0.08
A
通槽下底面
35
2×M8通孔
φ8
φ5錐孔配件
φ5
1.3審查撥叉的工藝性
分析零件圖可知，該撥叉形狀、結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，通過鑄造毛坯可以得到基本形狀，減少了加工工序，又節(jié)約了材料。除了撥叉上表面外，其余表面加工精度較低，不需要高精度機(jī)床加工，通過銑削、鉆床等車床的粗加工就可以達(dá)到加工要求；而主要工作表面----撥叉上表面雖然加工精度較高，但也可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用經(jīng)濟(jì)的方法保質(zhì)保量的加工出來。由此可以見，該零件的工藝性較好。
2．確定毛坯、繪制毛坯簡(jiǎn)圖
2.1選擇毛坯
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，鑄造性能優(yōu)良，考慮到零件需加工表面少，精度要求不高，有強(qiáng)肋，且工作條件不差，既無交變載荷，又屬于間歇工作，故選用金屬型鑄件，以滿足不加工表面的粗糙度要求及生產(chǎn)要求。
零件形狀簡(jiǎn)單，因此毛形狀需要與零件的形狀盡量接近，又因內(nèi)花鍵較小，因此不可直接鑄出。
2.2確定毛坯尺寸公差和機(jī)械加工余量
2.1.1 公差等級(jí)
由撥叉的功用和技術(shù)要求，確定該零件的公差等級(jí)為IT10。
2.2.2 鑄件重量
已知機(jī)械加工后波插件的重量為0.84kg，由此可初步估計(jì)機(jī)械加工前鑄件毛坯的重量為1kg。
2.2.3 零件表面粗糙度
由零件圖可知，該撥叉各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6m
2.2.4 機(jī)械加工余量
由鑄件鑄造類型為金屬型鑄造，因此加工余量等級(jí)選為F。
項(xiàng)目
機(jī)械加工余量mm
尺寸公差mm
公差等級(jí)
長(zhǎng)度80
3
3.2
IT10
通槽深35
3
2.6
IT10
通槽寬18
3
2
IT10
2.3 繪制鑄件毛坯簡(jiǎn)圖
3擬定撥叉工藝路線
3.1定位基準(zhǔn)的選擇
3.1.1 粗基準(zhǔn)的選擇
對(duì)于同時(shí)具有加工表面與不加工表面的工件，為了保證不加工面與加工表面之間的位置要求，則應(yīng)以不加工表面作為定位基準(zhǔn)。若工件上有多個(gè)不加工表面，應(yīng)選其中與加工表面位置精度要求高的表面為粗基準(zhǔn)。如果首先要求保證工件某重要表面加工余量均勻時(shí)，應(yīng)選擇該表面的毛坯面作為粗基準(zhǔn)。為保證工件某重要表面的余量均勻，應(yīng)選重要表面為粗基準(zhǔn)。應(yīng)盡可能選擇光滑平整，無飛邊，澆口，冒口或其他缺陷的表面為粗基準(zhǔn)，以便定位準(zhǔn)確，夾緊可靠。粗基準(zhǔn)一般只在頭道工序中使用一次，應(yīng)該盡量避免重復(fù)使用。因此，選擇零件的右表面作為粗基準(zhǔn)。
3.1.2 精基準(zhǔn)的選擇
應(yīng)滿足基準(zhǔn)重合，基準(zhǔn)統(tǒng)一，自為基準(zhǔn)，互為基準(zhǔn)等原則。所選的精基準(zhǔn)應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確，夾緊可靠，夾具簡(jiǎn)單，操作方便等。
該零件根據(jù)形位公差的要求，選擇花鍵中心線為精基準(zhǔn)。
3.2 表面加工方法的選擇
本零件的毛坯為鑄件，待加工面有內(nèi)孔，端面，及錐孔，內(nèi)倒角等。公差等級(jí)及粗糙度要求參考零件圖。其加工方法的選擇如下：
（1）：花鍵 花鍵大徑表面粗糙度為Ra1.6μm，毛坯孔未鑄出，需鉆，擴(kuò)、鉸孔、然后直接用拉刀拉出即可。
（2）：端面 本零件的端面大部分尺寸精度要求不高，很大部分無需去除材料。待加工的主要端面有零件的上端面和左端面以及通槽，除通槽內(nèi)側(cè)表面粗糙度為Ra3.2μm及Ra6.3μm，經(jīng)粗銑和半精銑即可。
（4）：M8mm螺紋孔，由《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》查知.配鉆方式加工。在加工的適當(dāng)工藝過程中我們對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢查，以滿足工藝要求。
（5）：內(nèi)倒角 加工角度為15度的內(nèi)倒角，采用銑床加工即可。
3.3 工序集中與分散
選用工序集中原則安排拔叉的加工工序。該拔叉的生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，可以采用萬能型機(jī)床配以專用工、夾具，以提高生產(chǎn)率；而且運(yùn)用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不但可以縮短輔助時(shí)間，而且由于與一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各種加工表面之間的相對(duì)位置精度要求。
3.4 工序順序的安排
1）遵循“先基準(zhǔn)后其他”原則，首先加工基準(zhǔn)——撥叉左端面
2）遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排加工工序。
3）遵循“先主后次”原則，先加工主要表面——拔叉頭左端面內(nèi)花鍵孔，后加工次要表面——撥叉上端面和通槽底面及內(nèi)側(cè)面。
4）遵循“先面后孔”原則，先加工撥叉左端面，再加工內(nèi)花鍵孔；先撥叉上端面，再鉆M8孔
3.5 確定工藝路線
在綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎(chǔ)上，表列出了撥叉的工藝路線，如下：
工序名稱
設(shè)備
工藝裝備
粗銑左端面
立式銑床X51
端面銑刀、游標(biāo)卡尺
鉆孔φ20mm 、擴(kuò)孔至φ22+00.021mm Ra=3.2m
立式鉆床Z535
麻花鉆、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、卡尺、塞規(guī)
拉花鍵
臥式拉床L6110A
拉刀、卡規(guī)
精銑左端面至80mm Ra=3.2m
立式銑床X51
端面銑刀、游標(biāo)卡尺
粗銑溝槽 、精銑溝槽 18+00.11×35
槽底R(shí)a=6.3m 槽內(nèi)側(cè)Ra=3.2m
立式銑床X51
三面刃銑刀、卡規(guī)、深度游標(biāo)卡尺
粗銑上平面 、精銑上平面 Ra=3.2m
立式銑床X51
端面銑刀、游標(biāo)卡尺
鉆孔2×φ7
立式鉆床Z525
麻花鉆、內(nèi)徑千分尺
攻螺紋2×M8mm
立式鉆床Z525
絲錐
鉆、鉸φ5錐銷孔
立式鉆床Z525
麻花鉆、錐度鉸刀、塞規(guī)、卡尺
去毛刺
鉗工臺(tái)
平銼
清洗
清洗機(jī)
清洗機(jī)
終檢
塞規(guī)、百分表、卡尺等
4. 切削用量、時(shí)間定額的計(jì)算
4.1 切削用量的計(jì)算
工序6-----鉆孔2×φ7
鉆床：選用Z525立式鉆床。
鉆頭：選用直柄麻花鉆,鉆頭直=7.0mm, =74mm, 1=34mm,
≈14.3mm
1） 背吃刀量的確定 查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南》由表5-52 取螺距為1.0mm的普通細(xì)牙螺紋，攻螺紋前鉆孔用麻花鉆直徑為7.0mm 所以背吃刀量取=7.0mm
2） 進(jìn)給量的確定 查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南》由表5-133，選取該工步的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量=0.16mm/r
3） 切削速度的計(jì)算 查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南》由表5-133，按工件材料為鑄鐵的條件選取，切削速度可取20m/min。由公式可求的該工序的鉆頭轉(zhuǎn)速為=909.9r/min，參照《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南》由表5-65所列Z525型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速=960r/min。再將此轉(zhuǎn)速帶入公式，可求出該工序的實(shí)際鉆削速度=960r/min××7mm=21.1m/min
工序7----攻螺紋2×M8mm
1） 背吃刀量的確定 查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南》由表5-52 取螺距為1.0mm的普通細(xì)牙螺紋，攻螺紋前鉆孔用麻花鉆直徑為7.0mm，因此攻螺紋的背吃刀量=8mm-7mm=1mm
2） 進(jìn)給量的確定 由于攻螺紋的進(jìn)給量就是被加工螺紋的螺距，因此=1mm/r
3） 切削速度的選擇 查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南》由表5-141差的攻螺紋的切削速度=5~10m/min，所以暫取=5m/min。由公式求得該工序的主軸轉(zhuǎn)速=1000×5m/min/×8mm≈199.0r/min，參照《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南》由表5-65所列Z525型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速=272r/min。再將此轉(zhuǎn)速帶入公式，可求出該工序的實(shí)際鉆削速度=272r/min××8mm/1000=6.83m/min
4.2 時(shí)間定額的確定
4.2.1 基本時(shí)間的計(jì)算
1）鉆孔工步 根據(jù)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南》由表2-26，鉆孔的基本時(shí)間可由公式求得。式中=9.5mm，=1~4，取=2mm， =≈5.20；=960r/min ；=0.16mm/r 。將上述結(jié)果帶入公式，則該工序的基本時(shí)間≈0.11min=6.6s
2）攻螺紋工步根據(jù)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南》由表5-97，選用細(xì)柄機(jī)用絲錐，螺紋加工機(jī)動(dòng)時(shí)間的計(jì)算由公式求得。式中=9.5mm ，=（1~3）P， =（2~3）P ， P=1mm ，所以取=2mm ，=2mm，
=1mm/r；=272r/min；為絲錐數(shù)量1；=272r/min，將上述結(jié)果帶入公式，求得 ≈5.96s≈6.0s
4.2.2 輔助時(shí)間的確定
輔助時(shí)間與基本時(shí)間之間的關(guān)系為=（0.15~0.2），取=0.2，則各工序的輔助時(shí)間分別為：鉆孔工步的輔助時(shí)間=0.2×6.6s=1.3s
攻螺紋工步的輔助時(shí)間=0.2×6.0=1.2s
5.夾具的設(shè)計(jì)
夾具是一種能夠使工件按一定的技術(shù)要求準(zhǔn)確定位和牢固夾緊的工藝裝備，它廣泛地運(yùn)用于機(jī)械加工，檢測(cè)和裝配等整個(gè)工藝過程中。在現(xiàn)代化的機(jī)械和儀器的制造業(yè)中，提高加工精度和生產(chǎn)率，降低制造成本，一直都是生產(chǎn)廠家所追求的目標(biāo)。正確地設(shè)計(jì)并合理的使用夾具，是保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，從而降低生產(chǎn)成本的重要技術(shù)環(huán)節(jié)之一。同時(shí)也擴(kuò)大各種機(jī)床使用范圍必不可少重要手段。
5.1 夾具的選擇
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。設(shè)計(jì)工序?yàn)殂@φ7mm孔、攻螺紋M8mm的專用機(jī)床夾具。這類夾具定位準(zhǔn)確、裝卸工件迅速，但設(shè)計(jì)與制造的周期較長(zhǎng)、費(fèi)用較高。因此，主要適用于產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定而產(chǎn)量較大的成批或大量生產(chǎn)。
5.2 定位方案的設(shè)計(jì)
5.2.1 夾具的設(shè)計(jì)思想
設(shè)計(jì)必須保證零件的加工精度，保證夾具的操作方便，夾緊可靠，使用安全，有合理的裝卸空間，還要注意機(jī)構(gòu)密封和防塵作用，使設(shè)計(jì)的夾具完全符合要求。
本夾具主要用來對(duì)2×M8mm的通孔進(jìn)行加工，這個(gè)螺紋孔尺寸精度要求一般，需要先鉆出φ7mm孔，之后用絲錐攻螺紋M8mm。所以設(shè)計(jì)時(shí)要在滿足精度的前提下提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
5.2.2 工件在夾具中的定位與夾緊
定位：一個(gè)帶鍵的長(zhǎng)心軸限制4個(gè)自由度，在工件左端面用兩個(gè)支承釘限制一個(gè)自由度，在工件右端面用夾緊件限制一個(gè)自由度。這樣就限制了工件在空間六個(gè)方向的活動(dòng)性，使工件在空間占據(jù)了惟一確定的位置。
夾緊：在工件兩端用墊片和螺母實(shí)現(xiàn)螺旋夾緊。
5.3 夾具體的設(shè)計(jì)
5.3.1 定位基準(zhǔn)的選擇
在加工中用作確定工件在夾具中占有正確位置的基準(zhǔn)，稱為定位基準(zhǔn)。據(jù)《夾具手冊(cè)》知定位基準(zhǔn)應(yīng)盡可能與工序基準(zhǔn)重合，在同一工件的各道工序中，應(yīng)盡量采用同一定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工。所以加工2×M8mm的通孔時(shí)，選取工件左端面和花鍵心軸的中心線為主定位基準(zhǔn)。
5.3.2 定位誤差的分析
夾具的主要定位元件為一個(gè)面與兩個(gè)孔的定位，因?yàn)樵摱ㄎ辉亩ㄎ换鶞?zhǔn)和工序基準(zhǔn)均為內(nèi)花鍵的軸線，只需保證夾具的花鍵心軸的制造精度和安裝精度，所以不存在不重合誤差和基準(zhǔn)位移誤差，基準(zhǔn)重合△b=0，△j=0。
5.4 導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)
加工2×M8mm的通孔選用立式鉆床，鉆床夾具的刀具導(dǎo)向元件為鉆套。鉆套的作用是確定刀具相對(duì)夾具定位元件的位置，并在加工中對(duì)鉆頭等孔加工刀具進(jìn)行引導(dǎo)，防止刀具在加工中發(fā)生偏移。由于加工工序?yàn)橄茹@φ7mm孔，之后用絲錐攻螺紋M8mm。所以選用快換鉆套和鉆套用襯套。相關(guān)計(jì)算如下：
1）鉆套高度H
鉆套高度與所鉆孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具剛度、工件表面形狀等因素有關(guān)。鉆套高度H越大，刀具的導(dǎo)向性越好，但刀具與鉆套的摩擦越大，一般取H=(1～2.5)d，所以H=1.5×8mm=12mm。
2）排屑間隙h
鉆套底部與工件間的距離h稱為排屑間隙。h值太小，切屑難以自由排出，使加工表面損壞；h值太大時(shí)，會(huì)降低鉆套對(duì)鉆頭的導(dǎo)向作用。加工鑄鐵時(shí)，h=(0.3～0.7)d，所以h=0.5×8mm=4mm。
5.5 夾緊元件的設(shè)計(jì)
在加工過程中，工件會(huì)受到切削力、慣性力、離心力等外力的作用，為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持定位的正確位置，而不致發(fā)生位移或產(chǎn)生振動(dòng)，一般在夾具結(jié)構(gòu)中都必須設(shè)置一定的夾緊裝置，把工件壓緊夾牢在定位元件上。
該工件選用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，查機(jī)械加工工藝手冊(cè)，夾緊力計(jì)算如下：，
----螺紋升角
----螺紋摩擦角
----螺母端面與工件之間摩擦系數(shù)
----螺桿中徑
則所需夾緊力=298N
5.6 夾具操作的簡(jiǎn)要說明
此次設(shè)計(jì)的夾具夾緊原理為：通過花鍵孔軸線和撥叉左端面為定位基準(zhǔn)，以鉆模板上的快換鉆套和鉆套襯套引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工。夾緊時(shí)采用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)作為夾緊工件。同時(shí)為了保證定位基準(zhǔn)的精度，采用十字墊圈。如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)該考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。為此，設(shè)計(jì)采用了快換裝置。攻螺紋時(shí)，取出快換鉆套和鉆套襯套，即可替換鉆套，進(jìn)行攻螺紋加工。在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)該注意提高勞動(dòng)生產(chǎn)率避免干涉。應(yīng)使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作，降低成本。提高夾具性價(jià)比。本夾具操作簡(jiǎn)單，省時(shí)省力。
6.設(shè)計(jì)的感想與體會(huì)
為期三周的夾具課程設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，回顧整個(gè)過程，經(jīng)過老師和同學(xué)的幫助，還有自己不懈的努力，終于定時(shí)定量的完成了這次課程設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)作為《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程的重要環(huán)節(jié)，使理論與實(shí)踐更加接近，加深了理論知識(shí)的理解，強(qiáng)化了生產(chǎn)實(shí)習(xí)中的感性認(rèn)識(shí)。
本次課程設(shè)計(jì)主要經(jīng)歷了兩個(gè)階段：第一階段是機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)，第二階段是專用夾具設(shè)計(jì)。第一階段運(yùn)用了基準(zhǔn)選擇、切削用量選擇計(jì)算、機(jī)床選用、時(shí)間定額計(jì)算等方面的知識(shí)；夾具設(shè)計(jì)的階段運(yùn)用了工件定位、夾緊機(jī)構(gòu)及零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)。
通過此次設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)的方法和步驟等。學(xué)會(huì)了查相關(guān)手冊(cè)、選擇使用工藝裝備等等。本設(shè)計(jì)還存在很多不足之處。一是由于本人對(duì)CAXA畫圖軟件的掌握還不夠熟練,在畫圖遇到復(fù)雜圖和難的地方時(shí)顯得力不從心，使圖不能達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)出來的水平。二是本人對(duì)換檔叉結(jié)構(gòu)和工作原理掌握的不夠熟練，在設(shè)計(jì)過程中不能全面地考慮問題，造成走許多彎路，設(shè)計(jì)速度緩慢，這些都需要進(jìn)一步研究和進(jìn)一步實(shí)踐來解決。
總的來說，這次設(shè)計(jì)，使我們?cè)诨纠碚摰木C合運(yùn)用及正確解決實(shí)際問題等方面得到了一次較好的訓(xùn)練。提高了我們的思考、解決問題創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力，為以后的設(shè)計(jì)工作打下了較好的基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)還存在很多不足之處。一是由于本人對(duì)CAXA畫圖軟件的掌握還不夠熟練,在畫圖遇到復(fù)雜圖和難的地方時(shí)顯得力不從心，使圖不能達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)出來的水平。二是本人對(duì)撥叉結(jié)構(gòu)和工作原理掌握的不夠熟練，在設(shè)計(jì)過程中不能全面地考慮問題，造成走許多彎路，設(shè)計(jì)速度緩慢，這些都需要進(jìn)一步研究和進(jìn)一步實(shí)踐來解決。
由于能力所限，設(shè)計(jì)中還有許多不足之處，懇請(qǐng)各位老師、同學(xué)們批評(píng)指正！
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10、孫麗媛主編 《機(jī)械制造工藝及專用夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 冶金工業(yè)出版社 2002.12
11、鄒青主編 《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教程》 機(jī)械工業(yè)出版社 2004.8
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