機械制造工藝課程設計任務書 - 1 - 目 錄 序 言 -2 零件分析 -2 工藝規程設計 -2 確定毛坯的制造形式 -2 基面的選擇 -3 制訂工藝 -3 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 -4 確定切削用量及基本工時 -6 夾具設計 -15 參考文獻 -17 機械制造工藝課程設計任務書 - 2 - 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課之后進行的。這是我們在進行畢業 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生活中占有重要地位。 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“四化”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，懇請各位老師給與指教。 【一】零件分析 零件的作用 題目所給定的零件是撥叉（見附圖 1）。主要作用是： 它位于車床變速機構中，主要起換 檔，是主軸回轉運動按照操作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩。 零件的工藝分析 撥叉共有兩組加工表面，他們之間有一定的位置要求。現分述如下： 銑 40 47mm 的平面，保證長度尺寸 80mm，鉆、擴花鍵底孔，保證尺寸0.28022 mm，拉花鍵，保證尺寸 0.23025 mm。 倒 15角，銑 28 40mm 平面，銑寬度為 0.0308mm 的槽，銑寬度為 0.012018mm的槽。 由以上 分析可知，對于這兩組加工表面而言，可以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，并且保證他們的表面質量要求。 【二】工藝規程設計 確定毛坯的制造形式 零件材料為 HT200。考慮到機床在運行中要經常地變速，以及實現正反轉，零件在工作工程中經常承受變載荷，又由于零件結構比較復雜，零件毛坯比較適合鑄造成型。因此，應選用 HT200，以保證足夠的強度、硬度，從而保證零件的工作可靠性。由于零件批量生產，已經達到大批生產的水平，而且零件的輪廓尺機械制造工藝課程設計任務書 - 3 - 寸不大，故可采用金屬模機器造型砂型鑄造。這從提高生產率、 保證加工精度上考慮，也是應該的。 基面的選擇 基面選擇是工藝規程設計中的重要工作之一。基面的選擇的正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產效率得以提高。否則，加工工藝過程中會出現問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產無法正常進行。 1、粗基準的選擇。零件加工時粗基準是必須選用的。在選用時要考慮如何保證各個加工表面有足夠的余量，如何保證各個表面間的相互位置精度和自身的尺寸精度。因此，選擇粗基準時，應遵循以下幾個原則：以不加工表面為粗基準；選擇毛坯余量最小的表面最為粗基準；選擇零件上重要的表 面最為粗基準；選擇零件上加工面積大，形狀復雜的表面最為粗基準；粗基準在同一尺寸方向上通常只能使用一次，不應重復使用，以免產生不必要的定位誤差。 按照有關粗基準的選擇原則 (選擇零件的不加工平面為粗基準；若零件右若干個不加工平面時，則應以與加工表面面積較大的為粗基準 )，選擇 40 的端面為粗基準，利用一組一長一短兩個 V 型塊夾緊零件的圓柱輪廓部分作為定位面，以消除 X 方向的移動， X 方向的轉動， Y 方向的移動和轉動， Z 方向的轉動，以達到完全定位。 2、精基準的選擇。精基準的選擇 應使工件的定位誤差較小，能保證工件的加工精度，同時還應使加工過程操作方便，夾具結構簡單。選擇時應遵循以下原則：基準重合；一次安裝的原則；互為基準的原則；自為基準的原則。 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的時候，應該進行尺寸換算，這在以后還要專門計算，此處不再重復。 制訂工藝路線 制訂工藝路線的出發點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度以及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產綱領已確定為大批生產的條件下，可以考慮采用外能性機床配以專用工夾具，并盡量是工序集中來提高生產率。除 此以外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。 工藝路線方案一 工序 銑 40 47mm 的平面 工序 鉆、擴花鍵底孔 工序 拉花鍵 工序 車 15角 工序 銑 28 40mm 平面 工序 銑寬度為 0.0308mm 的槽 機械制造工藝課程設計任務書 - 4 - 工序 銑寬度為 0.012018mm 的槽 工藝路線方案二 工序 銑 40 47mm 的平面 工序 銑 28 40mm 平面 工序 銑寬度 為 0.0308mm 的槽 工序 銑寬度為 0.012018mm 的槽 工序 擴花鍵底孔 工序 拉花鍵 工序 锪 15角 工藝方案的比較與分析 上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先鉆、擴花鍵底孔，保證尺寸 22 0.280 ，然后銑 28 40mm 平面 ，以車削的方法來倒 15角 。方案二是先銑 28 40mm 平面 ，然后再鉆、擴花鍵底孔，并 其以锪的方式倒 15角 。總體上來看，兩個方案各有優缺點：方案一先鉆、擴花鍵底孔、拉花鍵槽，然后以花鍵孔的中心為基準銑 28 40mm 平面 ，這樣就能保證設計基準與工藝基準的重合，尺寸精度和位置精度都易于實現，且定位和裝夾也易于實現。但是，方案一中倒角采用車削的方法，由于零件結構的不規則性，不易與定位于裝夾，若要保證尺寸及位置精度還要設計專用夾具，這樣不利于生產效率的提高和成本的降低；方案二剛好與方案一相反，先銑 28 40mm 平面 ，然后 銑寬度為 0.0308mm 的槽 ，再鉆、擴花鍵底 孔，這樣設計基準與工藝基準就不重合，容易產生加工誤差，若要尺寸精度和位置精度，還需要基準的轉換，這樣就給設計與計算帶來不便。但是，方案二采取锪的方式倒 15角 ，這樣的加工易于實現。因此，綜合以上兩個方案得出具體合理的工藝過程如下： 工序 銑 40 47mm 的平面 工序 鉆、擴花鍵底孔 工序 拉花鍵 工序 锪 15角 工序 銑 28 40mm 平面 工序 銑寬度為 0.0308mm 的槽 工序 銑寬度為 0.012018mm 的槽 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 機械制造工藝課程設計任務書 - 5 - “撥叉”零件材料為鑄鐵 HT200，生產類型為中批量生產（ 300010000 件） 采用砂型鑄造法鑄造毛坯件。 根據上述原始材料以及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1. 40 48 端面 考慮零件加工長度并無要求， 40 48 表面粗糙度要求為 ，參照簡明工藝手冊查表得知粗銑至精銑的工藝路線可以滿足要求，需兩次加工可達到精度。因此確定加工余量 Z=3mm 可以滿足加工要求。其中第一步粗 銑要求達到長度 80.2mm。 2鉆擴孔 毛坯為實心，不沖出孔。內孔精度粗糙度要求 。需要由鉆孔，擴孔，精鏜的工藝路線可以達到要求。內孔尺寸為： 參照簡明工藝手冊查表得知孔的加工余量分配如下： 鉆孔： 20mm 擴孔： 22mm 精鏜： mm 3花鍵孔 花鍵要求外徑定心，拉削時的加工余量參照工藝手冊，應取 2Z=2mm。但查刀具尺寸可知花鍵拉刀標準尺寸為 22、 25mm。此步驟不要求加工余量。 4銑削 28 40 的平面 銑削余量：銑削的公稱余量（單邊）為： Z=2.0-0.2=1.8mm 由于毛坯及以后每道工序（或工步）的加工都有加工公差，因此所規定的加工余量只是名義上的加工余量。實際上，加工余量由最大加工余量和最小加工余量之分。由于本設計規定零件為中批量生產，此加工表面要求達到粗糙度 。因此在計算最大、最小加工余量時，應查表予以確定。查工藝手 冊，確定加工路線為粗銑到精銑的兩步加工。查得單邊鑄造余量為 Z=3mm。要求精銑銑削余量機械制造工藝課程設計任務書 - 6 - 為 0.2mm，所以第一步粗銑余量為：銑削余量： Z= 3-0.2 = 2.8mm 5銑削槽 單邊鑄造余量為 Z=3mm，槽兩側面精度要求達到 ，精銑可以達到此精度。查表取兩邊精銑加工余量為 0.5mm,槽底面加工余量為 1mm,故粗銑選用 7mm 寬直齒三面銑刀。粗銑單邊加工余量為 Z=3-1=2mm。精銑選用高速細齒三面刃銑刀。 6銑削槽 因為平面沒有精度要求，故鑄造時平面無加工余量。槽內表面要求達到表面粗糙度 ， 槽內兩側面要求粗糙度達到 。參照工藝手冊，查表取底面精銑加工余量為 1mm,兩側面留加工余量 0.5mm。粗銑分 4 次進刀達到精銑加工余量。 確定切削用量及基本工時 工序 ：銑削 40 48 端面。本工序采用計算法確定切削用量。 1. 加工條件 工件材料： HT200 鑄鐵 =200N/mm 加工要求：銑 40 48 平面達到 ，粗銑，精銑。 機床： X63 臥式銑床 刀具：圓柱銑刀 2. 計算切削用量 （ 1）粗銑 40 48 平面，保證尺寸 80.2mm 查切削手冊，查表 3-3，取 =0.20.3mm/Z(取 0.02mm/Z) 切削速度：參考有關手冊，確定 =20m/min 采用高速鋼圓柱銑刀， d =100mm，齒數 z=10 現采用 X63 臥式銑床 ,根據機床使用說明書（見工藝手冊表 4.2-39） 取 = 75r/min 機械制造工藝課程設計任務書 - 7 - 故實際切削速度為： 當 =75r/min 時，工作臺的進給量 應為： 查機床使用說明書，剛好有 =150m/min,故直接選用該值 切削工時：由于粗銑，故銑刀不必銑過整個工件，銑刀行程： =48 + 18 +4 =70 ( = 2 5) 所以機加工工時為： （ 2）精銑 40 48 平面，保證尺寸 80mm 查切削手冊，查表 3-3，取 =0.20.3mm/Z(取 0.02mm/Z) 切削速度：參考有關手冊，確定 =20m/min 采用高速鋼快速銑刀， d =100mm，齒數 z=10 采用 X63 臥式銑床， = 75r/min 實際切削速度： 工作臺的進給量 應為 = 6 . 5 切削工時： 工序 ：鉆、擴 22mm 花鍵孔 機械制造工藝課程設計任務書 - 8 - 1 鉆孔 20mm 確定進給量，根據切削手冊，當材料為 HT200 硬度 200Mpa 時， = 20 mm , 取 0.70.8mm/r 由于本零件在加工 20 孔時屬于低剛度零件，故進給量應乘以系數 0.75 為 0.450.6 根據機床說明書，立式鉆床 Z525，進給量范圍 0.10.81mm/r 現取 =0.48mm/r 切削速度：根據切削手冊，查得切削速度 =19m/min。所以， 根據機床說明書，取 =272 r/min。故實際切削速度為： =D/2 ctg Kr+1=11mm =3mm 切削工時： = 93mm 2. 擴孔 21.8mm 利用 21.8mm 專用鉆頭對 20mm 的孔進行擴鉆， 根據有關手冊的規定，擴鉆的切削用量可根據鉆孔的切削用量選取。 =(1.21.8) = （ 1.21.8） 0.48 根據機床說明書，選取 =0.62mm/r =(1/21/3) =(5.6 8.5)m/min 則主軸轉速 n=81130r/min, 按機床說明書取 =97r/min 實際切削速度為： 機械制造工藝課程設計任務書 - 9 - 切削工時 ： 3 精鉸 21.8mm 進給量選取 =0.28mm/r 按機床說明書選取 =392 r/min，則切削速度為： 切削工時： 工序 拉花鍵 25mm 單面齒升：根據有關手冊，確定拉花鍵孔時花鍵拉刀單面齒升為 0.06mm,拉削速度 =0.06m/s(3.6m/min) 切削工時： 選用外徑 26 齒數為 6 的 769mm 拉刀 式中 單面余量 1.5mm(由 22mm 拉削到 25mm) l 拉削表面長度， 80mm 考慮校準部分的長度系數 k 考慮機床返回行程系數，取 1.4 拉削速度 (m/min) 拉刀單面齒升 z 拉刀同時工作齒數， z=6 p 拉刀齒距 p=(1.251.5) =12mm 經計算，切削工時為： t = 0.15min 機械制造工藝課程設計任務書 - 10 - 工序 倒角 4 15 锪 4 15 的倒角，采用 150 的特殊锪鉆。 為縮短輔助時間，取倒角的 主軸轉速與擴孔時間相同， n=97r/min 切削工時： t=1.65min 采用手動進給方式 工序 銑削 28 40 的平面 精銑余量 查工藝手冊可知，單邊 0.20.3mm，取 0.3mm 銑削余量： Z= 3-0.2 = 2.8mm 粗銑精銑 (1)粗銑 28 40，保證尺寸： 27.2mm 查工藝手冊表 2.2-4 鑄件機械加工余量：取單邊銑削加工余量為 Z=3mm 鑄造毛坯 CT=810 28 40 的平面粗糙度 粗糙度 ： 粗銑 520 精銑 0.635 查切削手冊表 3-3， 得 =0.20.3mm/Z(取 0.02mm/Z) 切削速度：參考有關手冊，確定 =20m/min 采用高速鋼圓柱銑刀， d =100mm，齒數 z=10 當 =75r/min 時，工作臺的進給量 應為： 加工時間： =16.5mm 機械制造工藝課程設計任務書 - 11 - = 60mm (2)精銑 28 40，保證尺寸： 27mm 取 0.02mm/Z 切削速度：參考有關手冊，確定 =20m/min 采用高速錯齒三面刃銑刀， d =100mm，齒數 z=10 加工工時： 工序 ：銑寬為 的槽。 銑削體積 8 9 40 (1) 粗銑 查切削手冊表 3-3 得 =0.20.3mm/Z(取 0.02mm/Z) 切削速度 根據切削用量簡明手冊第三部分表 3-2* 由于 HT200 的硬度大于 150HBS，故 可取 8 后角 =12 已知切削寬度為 8mm，銑削寬度為 9mm 機床選用 X62 型臥式銑床。 X62 銑床的功率為 75kw，工藝剛度為中等。選用細齒盤銑刀加工銑料 查切削手冊表 3-3 得 =0.20.3mm/Z(取 0.02mm/Z) 決定切削速度 v 和工作進給每分鐘進給量 機械制造工藝課程設計任務書 - 12 - 其中 Cv =47 qv=0.2 uv=0.5 pv=0.1 m=0.15 T=100min 最大磨削量為： 0.8，銑刀直徑為 d=50 T=100min (表 3.8*) ap=7mm fz=0.25mm/Z ae=9mm Z=14 d=50mm kv=1.0 xv=0.1 經計算， v=19m/min n=121r/min 根據 X62 型臥式銑床主軸轉速（表 4.2-39）選擇 n=118r/min,即 n=1.97r/s 實際切削速度 v=3.14 50 1000 1.97=0.31m/s 工作臺每分鐘進給量 =0.23 14 60=210mm/min 根據 X62 型銑床工作進給量（表 4.2-40）選擇 =190mm/min 則實際的每步進給量 = 0.23mm/Z 根據機床功率：根據表 3.28 的計算方式，銑削時的功率（單位 kw）為 Pc=(Fc v)/1000 其中 CF=30 xF=1.0 yF=0.65 uF=0.83 wF=0 qF=0.83 ap=9mm fZ=0.23mm/Z ae=7mm Z=14 d=50mm n=118r/min 經計算， Fc=284.83 Pc=(284.83 0.31) 1000kw =0.09 kw 故可采用。 基本時間： 根據表 6.2-7 三面刃錯齒銑刀銑槽的基本時間為： 機械制造工藝課程設計任務書 - 13 - ae=9 ap=7=l 經計算切削時間 t=0.51min (2)精銑兩側面： 同上查切削手冊表 3-3 得 =0.20.3mm/Z(取 0.02mm/Z) ap=9mm ae=0.5mm Z=14 經計算， v=(4.7 2.19)/ (1.895 1.25 0.57 0.71 1.3)=78m/min n=1000 78 ( 50)=496.8r/min 根據工藝手冊查得 n=475r/min, 即 n=7.92r/s v=3.14 50 1000 7.92=1.24m/s fmz=0.25 14 60=210mm/min 查表 4.2-40 選擇 fmz=0.23mm/Z 經計算， Fc=(30 9 0.385 14 0.56) / 25.713=31 .7 v=1.24 m/s Pc=0.04kw =(0.5+21+4) 3 190= 0.4min 工序 加工下面的槽 加工 18 23 40 （ 1）粗銑 選擇細齒盤銑刀， d=100 L=16 Z=20 ap=16 ae=23 X62 型銑床： 7.5kw 機械制造工藝課程設計任務書 - 14 - 查切削手冊表 3-3 得 =0.20.3mm/Z(取 0.02mm/Z) 切削速度 ap=16 ae=22 經計算， v=9.9m/min n=(1000 13.1) ( 100)=39.4r/min 查表選： n=37.5r/min n=0.792r/s v=3.14 100 1000 0.792=0.249m/s 工作臺： fzm=0.2 20 60=240mm/min 查表得： fzm=235mm/min fz =235/(20 60)=0.196mm/Z （ 2）精銑： 選高速鋼錯齒三面 刃銑刀 d=80 D=27 L=8 Z=16 選用 X62 臥式銑床 定 fr=1.6 fr=0.230.5 取 fr=0.48mm/r 銑刀磨鈍標準及耐用度，根據表 3.7*，最大磨損量為 0.25mm T=60min 加工速度： Cv =35 qv=0.2 uv=0.5 pv=0.1 m=0.15 T=100min Xv=0.1 yv=0.4 機械制造工藝課程設計任務書 - 15 - 經計算， v=112/3 m/min =37.3m/min 即 0.62m/s n=446r/min 查表 4.2-39，得 n=475r/min 最后，將以上各工序切削用量、工時定額的計算結果，連同其他數據，一并填入機械加工工序卡片，見附表。 【三】夾具設計 機械加工過程中，為了保證加工精度，工件必須在機床中占有正確的加工位置，并使之固定或夾緊，這個定位、夾緊的過程就叫做工件的安裝。工件的安裝在機械加工中占有重要的地位，安裝的質量直接影響加工質量、生產率、勞動條件和加工成本。由于本工件的結構特點，需要設計專用夾具。 經過與同組其他同學協商，決定設計第 道工序 銑寬度為 0.0308mm 的槽的夾具 。本夾具用于 X62 的臥式銑床。刀具為一把直齒三面銑刀（ D=16，d=50,L=7mm,Z=14） ,和一把高速鋼錯齒三面銑刀（ d=80,D=27,L=8,Z=16）對工件的上平面進行加工。 （一）問題的提出 本夾具主要用來銑 寬度為 0.0308mm 的槽 ，保證兩側的粗糙度等級為 1.6，底部的粗糙度等級為 6.3。這一槽對 40 47 的端面有一定的位置與尺寸要求。加工本道工序時， 40 47 的端面已經加工出來，這樣就保證了設計基準與工藝基準 的重合，保證了加工精度，避免了加工誤差。因此，在本道工序加工時，主要應考慮如何提高勞動生產效率，降低勞動強度。 （二）夾具設計 定位基準的選擇 由零件可知，寬為 0.0308的槽對 40 47 的端面有尺寸要求，故其設計基準為40 47 的端面。為了使定位誤差為零，應該選擇自動定心夾具。但這種自動定心夾具在結構上過于復雜，因此，這里只選用以 40 47 的端面為主要定位基準。 為 了 提 高 加 工 效 率 ， 現 決 定 用 高 速 鋼 錯 齒 三 面 刃 銑 刀（ d=80,D=27,L=8,Z=16），對工件采用氣動 夾緊。 切削力及夾緊力的計算 刀具：直齒三面銑刀： 50， Z= 16 FFFFFndfCFq0ZueyzxpF （見切削手冊表 3.28） 機械制造工藝課程設計任務書 - 16 - 其中： FC =30 P=7 Fx =1.0 zf = 0.23 Fy =0.65 e=2.8（在加工面上測量的近似值 ） Fu =0.83 0d= 50 Fq =0.83 F =0 Z=16 F=0 . 8 30 . 6 50 . 8 350 160 . 2 32 . 8730 =118N 水平分力： HF = 1.1實F=130 N 垂直分力：VF= 0.3實F=35.4 N 計算切削力時，必須把去安全系數考慮在內。安全系數 K=1K 2K 3K 4K。 其中：1K為基本安全 系數 2.0 2K為加工性質系數 1.2 3K為刀具鈍化系數 1.2 4K為斷續切削系數 1.1 F =K HF = 2.0 1.2 1.2 1.1 130=412N N（ f1 +f2 ） = K HF N=f+ fKF21H設 f1 = f2 =0.2 則 N=1030N 氣缸選用 =60mm,當 p=0.5Mpa 氣缸推力為 1413N 此時已大于所需的 1030N 的夾緊力，故是可以用的 定位誤差分析 （ 1）