ca6140車床變速拔叉機械加工工藝和加工拔叉槽口夾具設(shè)計下

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1、前 言 機械制造工藝學(xué)是以機械制造中的工藝問題為研究對象，實踐性較強的一門學(xué)科，通過對此門學(xué)科的課程設(shè)計，使我在下述各方面得到了鍛煉： ⒈能熟練運用機械制造工藝學(xué)課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識，正確的解決一個零件在加工中的定位、夾緊以及工藝路線的安排、工藝尺寸的確定等問題，保證零件的加工質(zhì)量。 ⒉提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。通過設(shè)計夾具的訓(xùn)練，獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設(shè)計出高效、省力、既經(jīng)濟合理又能保證加工質(zhì)量的夾具的能力。 ⒊學(xué)會使用手冊及圖表資料。 ⒋培養(yǎng)了一定的創(chuàng)新能力。 通過對CA6140拔叉的工藝及夾具設(shè)計，匯總所學(xué)專業(yè)知識如一體(如《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》、

2、《機械設(shè)計》、《金屬切削機床概論》、《機械制造工藝學(xué)》、《金屬切削原理與刀具》等)。讓我們對所學(xué)的專業(yè)課得以鞏固、復(fù)習(xí)及實用，在理論與實踐上有機結(jié)合；使我們對各科的作用更加深刻的熟悉與理解，并為以后的實際工作奠定堅實的基礎(chǔ)！ 一、設(shè)計目的 制造技術(shù)課程設(shè)計是機制專業(yè)的一個重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié),是在完成了機制專業(yè)的兩大專業(yè)課——《機械制造技術(shù)》和《機械制造裝備設(shè)計》的理論學(xué)習(xí)以及“制造技術(shù)實習(xí)”實踐教學(xué)以后進行的。本次課程設(shè)計的目的在于： 1、運用所學(xué)理論知識及實習(xí)中所學(xué)到的實踐知識，進行機械加工工藝設(shè)計以及夾具設(shè)計的初步訓(xùn)練，以培養(yǎng)設(shè)計零件加工工藝及夾具結(jié)構(gòu)的基本能力。 2、課程設(shè)計過程

3、也是理論聯(lián)系實際的過程，設(shè)計中的許多工作需要借助有關(guān)的手冊資料來完成。因此，通過設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生使用各種手冊及圖表資料的能力，使學(xué)生掌握并熟練運用與本設(shè)計有關(guān)的各種資料的查閱方法，增強學(xué)生解決工程實際問題的獨立工作能力。 3、能熟練的運用機械制造工藝學(xué)的基本理論和夾具設(shè)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(xué)生分析問題和解決問題的能力。 二、工件分析 （一）工件的分析： 題目所給的工件是CA6140車床變速撥叉，它位于車床的變速機構(gòu)中，主要起換檔作用，使主軸回轉(zhuǎn)運動達(dá)到要求，獲得所需的速度和扭矩。工件上的Ф22mm的孔與操縱機構(gòu)相連，

4、而Ф55mm的半孔則用于與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。在毛坯生產(chǎn)時可將兩個工件鑄為一體，加工到最后時候銑開即可。 （二）工件工藝分析： 首先是工件材料的選擇，選擇HT200，灰口鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，雖塑性較差，脆性高，不適合磨削，但可在以下的加工中做到揚長避短。 工件需要加工的表面： 1.帶通孔圓柱的上端面，大孔的上下端面。 2.通孔

5、以及其上的錐孔及螺紋孔。 3. Ф55mm的半圓孔，以及Ф73mm的半圓孔。 位置要求： 帶通孔的圓柱面與通孔中心線的垂直度誤差為0.05mm，Ф55mm的半圓孔的上下端面與通孔中心線的垂直度誤差為0.07mm。 通過以上分析，可粗加工撥叉底面，然后以此為粗基準(zhǔn)采用專用夾具進行加工，并保證位置精度要求，因為工件沒有復(fù)雜的加工表面，采用能夠達(dá)到精度要求的通用機床即可實現(xiàn)。 三、工藝規(guī)程設(shè)計 （一）、毛坯設(shè)計 1、毛坯種類： 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(jié)構(gòu)又比較簡單，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，故選擇砂型機器造型鑄件毛坯。查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》

6、第41頁表,選用鑄件尺寸公差等級為CT-8。 2、毛坯的加工 毛坯余量的確定

7、

8、 ① 總體分析 通過分析零件圖紙（圖1），零件的兩小孔、大孔及上下端面需要機加工才能滿足表面精度要求。其余表面精度要求不高，直接鑄出既能滿足要求。 ②Φ22的通孔 通孔較小，不易用型芯鑄出?？紤]到這些結(jié)構(gòu)即使鑄造形式鑄出表面精度也不能滿足要求，還會大大降低零件的鑄造工藝性。故采用余塊結(jié)構(gòu)不鑄出孔。 ③Φ55的大孔 孔大，可直接鑄造出來。然

9、后再粗銑削，精銑達(dá)到所需要的要求。 ④撥叉槽 槽尺寸雖不是太大，機加工(三面刃盤狀銑刀銑削加工)達(dá)到要求的尺寸及表面精度。經(jīng)查閱資料（鑄件機械加工余量表）從而確定該面的毛坯中孔的機械加工余量可定為2mm，側(cè)面的機械加工余量定為2.5mm，又鑄件的尺寸公差為1.6mm，故該面的孔的毛坯余量為20.8mm，側(cè)面的毛坯余量為0.8mm。 ⑤ 側(cè)面孔系 側(cè)面孔系，孔的直徑都較小，不易用鑄造鑄出，且有螺紋孔，采用后期機加工的方法更容易制作，故選用余塊結(jié)構(gòu)不鑄出。 分型面的選擇與澆注位置的確定 分型面選擇的合適與否直接影響到鑄造的工藝性能，甚至影響鑄件的制造質(zhì)量。澆注位置也對鑄件的

10、質(zhì)量有直接影響，不良的澆注位置還會導(dǎo)致殘次品率升高的問題，因此要合適的選擇分型面以及澆冒口的位置。 觀察零件形狀，可取下端面分型面。經(jīng)分析，若選用上端面為分型面，零件縱向尺寸較大，拔模難度較大，需要較大的拔模斜度。若采用下端面為分型面不僅可以減小拔模方向的尺寸從而降低拔模難度，還能順利鑄撥叉槽。綜上選擇下端面作為分型面。 由于零件通孔不鑄出，零件材料集中在下底面，故應(yīng)該講冒口位置設(shè)在下底面右端彌補材料凝固時收縮帶來的材料不足問題，防止出現(xiàn)縮孔。澆口應(yīng)設(shè)置在零件左端面一側(cè)，開挖內(nèi)澆道使鐵水自然流入型腔，避免對型腔的沖刷。 拔摸斜度與收縮率 零件材料為HT200 經(jīng)

11、查資料可知，采用1—度的拔模斜度 材料的收縮率為—1% 毛坯工藝簡圖 綜上所述，根據(jù)零件尺寸以及個面所需的加工余量畫出零件的毛坯工藝簡圖如下： （二）基面的選擇： 1.粗基準(zhǔn)的選擇：以工件的底面為主要的定位粗基準(zhǔn)，實現(xiàn)對三個方向自由度的約束即Z方向的移動自由度，X和Y兩個方向的轉(zhuǎn)動自由度；再用短V型塊將工件插入，以兩個外圓柱面進行定位，限制X和Y方向的移動自由度，通過一面兩孔的定位方式實現(xiàn)完全定位。 2.精基準(zhǔn)的選擇：依據(jù)基準(zhǔn)重合原則和基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，以粗加工后的底面為第一定位精基準(zhǔn)，實現(xiàn)對三個方向自由度的約束，Z方向的移動自由度，X和Y兩個方向的轉(zhuǎn)動自由度，再以小通孔作為

12、輔助定位精基準(zhǔn)，限制X和Y方向的移動自由度和Z方向的轉(zhuǎn)動自由度，在設(shè)計基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合時，要進行必要的尺寸換算。 （三）制定工藝路線 在制定工藝路線時應(yīng)以保證工件的幾何形狀，尺寸精度和位置精度等技術(shù)要求，生產(chǎn)綱領(lǐng)確定零件為中等批量，考慮采用通用機床，只要精度達(dá)到要求即可，夾具的使用上盡量采用組合夾具，必要的時候采取工序集中的辦法提高生產(chǎn)率等方法降低成本。 工藝方案： 工藝路線方案一： 工序（1） 粗銑Ф40mm 孔的兩頭的端面，Ф73mm 孔的上下端面。 工序（2） 精銑Ф40mm 孔的兩頭的端面，Ф73mm 孔的上下端面。 工序（3） 粗鏜、半精鏜、精鏜Ф55mm 孔至圖

13、樣尺寸。 工序（4） 鉆、擴、鉸兩端Ф22mm 孔至圖樣尺寸。 工序（5） 鉆M8 的螺紋孔，鉆Ф8 的錐銷孔鉆到一半，攻M8 的 螺紋。 工序（6） 銑斷保證圖樣尺寸。 工序（7） 去毛刺，檢查。 工藝路線方案二 工序（1）粗銑Ф40mm 孔的兩頭的端面。 工序（2） 鉆、鉸兩端Ф22mm 孔之圖樣尺寸。 工序（3） 利用組合機床，將兩把銑刀面對面安裝到同一高度，使其軸線重合，制作專用刀具，Ф73 mm,在專用夾具上將仍舊連接在一起的兩個工件立起來裝夾到機床上，一次性完成圖樣Ф55mm孔的端面和圖樣Ф73mm孔的內(nèi)表面的加工。 工序（4） 粗鏜、半精鏜、精鏜Ф55mm

14、孔至圖樣尺寸。 工序（5） 鉆Ф8mm 的錐銷孔鉆到一半，然后與軸配做鉆通，再鉆M8x1mm 的螺紋孔，攻M8x1mm 的螺紋。 工序（6） 銑斷保證圖樣尺寸。 工序（7） 去毛刺，檢查。 上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先加工完與Ф22mm 的孔有垂直度要求的面再加工孔。而方案二則恰好相反，先是加工完 Ф22mm 的孔，再以孔的中心軸線來定位加工完與之有垂直度要求的三個面。方案一的裝夾次數(shù)少，但在加工Ф22mm 的時候最多只能保證一個面定位面與之的垂直度要求。其他兩個面很難保證。因此，此方案有很大的弊端。 方案二在加工三個面時都是用Ф22mm 孔的中心軸線來定位這樣很容易就可

15、以保證其與三個面的位置度要求。這樣也體現(xiàn)了基準(zhǔn)重合的原則。這樣一比較最終的工藝方案為： （1） 粗銑Ф40圓柱的兩個端面。 （2） 鉆，鉸兩端Ф22的孔至圖樣尺寸。 （3） 利用組合機床，將兩把銑刀面對面愛撞到同一高度，使其軸線重合，制作專用刀具，Ф73 mm,在專用夾具上將仍舊連接在一起的兩個工件立起來裝夾到機床上，一次性完成圖樣Ф55mm孔的端面和圖樣Ф73mm孔的內(nèi)表面的加工。 （4） 精鏜，半精鏜，精鏜直徑為55mm的孔至圖樣尺寸。 （5） 鉆直徑為8mm的錐銷孔鉆到一半，然后與軸配做鉆通，再鉆M8*1mm的螺紋孔，攻M8*1mm螺紋。 （6） 銑斷保證圖樣尺寸。 （7）

16、去毛刺，檢查。 刀具選擇 工序號 工序 工 藝 裝 備 1 銑床 專用夾具、專用端面銑刀、盤銑刀 2 鉆床 專用夾具、直柄麻花鉆，卡尺，塞規(guī) 3 車床 專用夾具 4 拉床 專用夾具、盤銑刀深度， 5 銑床 專用夾具、專用端面銑刀， 6 鉆床 專用夾具、麻花鉆，內(nèi)徑千分尺 7 絲錐 錐絲 　 8 檢驗 塞規(guī)，卡尺等。 （四）機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸 1.外圓表面（Ф40及Ф73外表面） 考慮到此表面為非加工表面其精度為鑄造精度CT8即可，又因為它們是兩個連在一起的工件，最后要將其分開，故對Ф40的中心軸線的尺寸偏差

17、為120+4mm。 2. Ф22mm的通孔： 由于孔的直徑僅為22mm，且其深度為50mm,若在毛坯上鑄出孔來，會因為孔中心的砂芯過長而損壞毛坯，所以對于孔的部分直接鑄造成實體結(jié)構(gòu)，再在后續(xù)的加工中進行鉆孔，鉸孔操作，并保證它與操縱機構(gòu)的配合精度，必須使其精度介于IT7~IT8之間，參照《機械加工工藝手冊》確定工序尺寸余量為：鉆孔至Ф21.8mm 鉸孔Ф22mm達(dá)到圖樣要求。 3.銑削附在圓柱體上的臺體的上表面： 在銑削完工件的下表面時，圖樣高度為30mm的臺體結(jié)構(gòu)的上表面仍舊為鑄造的毛坯時的精度及粗糙度，需要進行銑削至圖樣尺寸。 4. 中間孔（Ф55和Ф73） 在鑄造的毛坯當(dāng)中

18、，這兩個孔的尺寸為直徑鑄為一體，均為Ф48.5mm，而且Ф55mm和Ф73mm的半孔的高度相差10mm，且分在兩側(cè)，不易鑄造成型，也將這兩個鑄造成一體。在上兩步銑削的基礎(chǔ)上，將上下表面各自相差的5mm銑削出來，再銑削兩個半孔： 粗銑：Ф71mm,再精銑至Ф73mm。 Ф55mm工序尺寸及余量： 粗鏜至Ф53mm，半精鏜至Ф54mm，精鏜至Ф55mm即可。 5.螺紋孔及銷孔； 在鑄造毛坯的時候，很難將與軸線垂直的孔鑄造出來，于是將毛坯上的螺紋孔和銷孔鑄造成實體，再在毛皮成型之后，鉆削出基孔，在經(jīng)過適當(dāng)?shù)你q孔，鉆螺紋成型。鉆Ф8mm螺紋基孔，Ф8mm圓柱銷孔和螺紋孔的攻絲。 6.銑斷

19、連接在一起的毛坯： 完成上述的加工后，將兩個連接在一起的毛坯銑開，鑄造時將Ф73兩個工件鑄造在一起成為一個整圓，每一側(cè)有2mm的加工余量，依據(jù)此完成圖樣尺寸的加工。 （五）切削用量 工序一：銑削工件兩端面。 1.加工條件 工件材料HT200，硬度190~260HBS，σb=，鑄造。 加工要求：粗銑兩端面至51mm，再精銑至50mm. 刀具：涂層硬質(zhì)合金盤銑刀Ф45mm，選擇刀前角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）切削深度 在鑄造過程中將其在長度方向的余

20、量設(shè)置為6.5mm，故可以選擇背吃刀量2mm，每個端面加工2次，銑去各自3mm的余量，最后的0.5mm的余量用作精銑或進行適度的位置精度的調(diào)整即可。 （2）計算切削速度：由公式可知: 算得Vc=98mm/s,n=439r/s,Vf=490mm/s。 根據(jù)x52k立式銑床的參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,所以實際的切削速度為Vc=*80*475/1000=1.06m/s，實際的進給量為f zc=V*fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。 校驗機床功率 ，Pcc=，而機床所提供的功率為Pcm〉Pcc，是符合要求的。最終確定 f 工序

21、二：鉆，鉸Ф22mm的孔 1.加工條件 工件材料：HT200，硬度190-260HBS，σb =，鑄造。 加工要求：鉆控制Ф21.8 mm,精鉸至Ф22mm，保證孔壁的粗糙度值為Ra=。 機床的選擇：Z512臺式鉆床 刀具：YG8硬質(zhì)合金麻花鉆Ф21.8mm，鉆出Ф21.8mm的通孔，然后用鉸刀進行精鉸至Ф22mm即可。 2. 查機械工藝手冊知f=11mm/r，此強度下的鉆頭f=1.75mm/r機床強度選擇f=0.53mm/r。當(dāng)鉆頭的后刀面磨損值為~0.8mm的時候，刀具壽命為60min。切削速度：有機床的實際轉(zhuǎn)速nc=460r/min。故實際的切削速度為Vc=0.52m/s.

22、 鉆孔和精鉸孔的切削用量： 鉆孔：n=460r/min f=1.1mm Vc=0.52mm/s 鉸孔：n=850r/min f=1mm/r Vc=0.98mm/s 工序三：利用組合機床，將兩把銑刀面對面愛撞到同一高度，使其軸線重合，制作專用刀具，直徑為73 mm,在專用夾具上將仍舊連接在一起的兩個工件立起來裝夾到機床上，一次性完成圖樣直徑為55mm孔的端面和圖樣直徑為73mm孔的內(nèi)表面的加工。 機床選擇：X63臥式機床。 刀具：專用的涂層硬質(zhì)合金盤銑刀Ф73mm，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,

23、副刃Kr’=5過渡刃寬bε=1mm。 計算切削用量： 切削深度：因下端面切削量較小，故背吃刀量ap =5mm，一次走到就可以完成加工。而上端面的加工余量為8mm，分兩次進給完成加工即可，背吃刀量ap=4mm即可。 算得Vc=98mm/s，n=780r/min，Vf=475mm/s，則實際的切削速度為 Vc=*80*750/1000=1.78mm/s，實際的進給速度為 fzc=Vfc/ncz=750/（300*10）=0.25mm/r。 機床功率校驗：查《機械工藝手冊》Pcc=2kw，而機床所提供的功率為Pcm>Pcc，校驗合格。 最終確定： 工序四：粗鏜，半精鏜，精鏜Ф55m

24、m的孔 1.加工條件： 工件材料：HT200，硬度190~260HBS，σb=0.16G，鑄造。 加工要求：粗鏜中間孔至Ф53mm，半精鏜中間孔至Ф54mm，然后再精鏜至Ф55mm。 機床：T616臥式鏜床。 刀具：YG8硬質(zhì)合金鏜刀。 2.計算切削用量： 單邊余量Z=3mm，分三次切除，則第一次背吃刀量=2mm時，進給量f=1mm/r，由《機械加工手冊》確定轉(zhuǎn)速n=245r/min。同理，當(dāng)?shù)诙伪吵缘读?0.6mm，第三次背吃刀量=0.4mm，進給量f=0.3mm/r和f=0.2mm/r，機床主軸都取64r/min。 工序五：鉆Ф8mm的錐銷孔，鉆至一半，然后再鉆M8x1m

25、m的螺孔，并攻相應(yīng)的螺紋。 1.加工條件： 工件材料：HT200，硬度190~260HBS，σb=0.16G，鑄造。 加工要求：Ф8mm的錐銷孔，鉆至一半后將與該孔配合的軸安裝進去，把兩者配做加工，為的是保證孔與軸的同軸度，同時在尺寸上保證距離上端為10mm，在鉆M8x1mm的螺孔，并攻相應(yīng)的螺紋。 機床：組合機床。 刀具：Ф8mm麻花鉆，直徑為的麻花鉆，直徑為8的絲錐。 2.計算切削用量： （1）鉆直徑為8的錐銷孔 根據(jù)《機械工藝加工手冊》查得進給量f=~0.33mm/r,于是取f=0.3mm/r，v=5m/min,則：n=199r/min，取nw=195r/min。所以實際

26、的切削速度為：V= =0.1m/s。 （2）攻M8*1mm的螺紋 刀具：絲錐M6，P=1mm 切削用量為：V=0.1m/s，機床主軸轉(zhuǎn)速為：ns=219r/min，按機床使用說明書選取：nw=195r/min，則V=0.1m/s。 工序六：銑斷保證圖樣尺寸 1. 加工條件： 工件材料：HT200，硬度190~260HBS，σb=0.16G，鑄造。 加工要求：銑斷后保證兩邊對稱相等。 刀具：YG硬質(zhì)合金圓盤銑刀，厚度為4mm。 機床：組合機床。 2. 計算切削用量 查《機械工藝手冊》確定進給量fm=400mm/min。 工序七：去毛刺，檢查。 四．夾具設(shè)計 為提高勞動

27、生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需設(shè)計專用夾具。并設(shè)計可完成撥叉工作面加工工序的夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （一） 問題的提出 本夾具是用來完成撥叉工作面的銑削加工，即完成Ф73mm的側(cè)面銑削加工，和Ф55mm的半圓的端面加工，而且是兩側(cè)的加工，表面的粗糙度值為Ra=，銑削深度為每側(cè)5mm，由于銑削量較小，可在一次裝夾中通過一次性銑削完成?？紤]保證圖樣的垂直度要求及表面粗糙度要求，增強裝夾的可靠性及降低勞動強度。 （二） 夾具設(shè)計 1.定位基準(zhǔn)的選擇 由于在鑄造時采用一模兩腔的方法鑄造，在加工至此工序時，兩個工件仍舊是連接在一起的，且其上下端面的加工和Ф22mm的孔的加工已經(jīng)完成，具有良好的

28、尺寸精度和位置精度，使用做定位的不二之選，采用一面兩孔的定位方式。 3. 切削力及夾緊力計算： （1） 切削力的計算 Fz=Cf *Kf*ap^*af^*d0^*Z*ap =294*200/190^*5^*^*73^*16*5/1000 = 在計算切削力時，需把安全因數(shù)考慮在內(nèi)。 (2)夾緊力計算： K=K0*K1*K2*K3*K4*K5*K6 K的取值如下： K0= K1= K2= K3= K4= K5= K6= 計算得到K=，為方便計算取K=3，所以 Fj=K *Fz*d0/4L =（3**73）/（4*60） = (3)具體的夾具裝配圖見附圖 （4）

29、夾具設(shè)計及操作的簡要說明 如前所述，為便于操作，在夾具的底部用螺栓將其固定在銑床的工作臺上。將工件豎立放置，并以此位置在夾具上裝夾定位，為防止過定位將用于固定的長圓柱銷設(shè)計成槽型的，以彈簧連接，在長圓柱銷的端部加攻螺紋，用相應(yīng)的螺母緊固工件使定位更加的穩(wěn)定，減小振動等因素對加工精度的影響，為保證銑刀在加工時與孔的同軸度要求設(shè)置中間部分的導(dǎo)向裝置，用螺柱連接進行微調(diào)，這樣還可以防止滑動，保證定位精度。這樣設(shè)計夾具，也滿足了螺旋夾緊機構(gòu)用于手工加緊的場合的使用要求。 參考文獻(xiàn)： 1.《機械設(shè)計工藝手冊》軟件版。 2.《機械加工常用刀具數(shù)據(jù)速查手冊》。 3.《實用金屬切削加工工藝手冊》陳家芳主編。 4.《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》李益民主編。 5.《機械制造工藝手冊》孟少農(nóng)主編。 6.《切削加工簡明實用手冊》黃如林主編。