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1、机械制造工艺及夹具课程设计说明书班 级 学 生 学 号 指导教师 设计日期 2015年 10月26日 至 11月13日目录一、零件的分析1（一）零件的作用1（二）零件的工艺分析1二、工艺规程设计1（一）确定毛坯的制造形式1（二）确定铸件加工余量及形状2（三）工艺规划设计2（四）确定切削用量及时间定额5三、夹具设计18四、参考文献22一、零件的分析（一）零件的作用题目中的零件是CA6140车床的拨叉。它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的20孔与操纵机构相连，二下方的50半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下
2、方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。（二）零件的工艺分析零件的材料为HT200，为珠光体类型的灰铸铁，其机械性能：强度极限=195Mpa，硬度：160210HBS。其强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好，铸造性能较好。以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：1、小头孔20以及与此孔相通的8的锥孔、M8螺纹孔。2、大头半圆孔50。3、拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔端面，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。由上面分析可知，可以粗加工拨叉下端面，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求
3、。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。二、工艺规程设计(一)确定毛坯的制造形式 零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，故选择木摸手工砂型铸件毛坯。查机械制造工艺设计简明手册2第38页表2.2-3,选用铸件尺寸公差等级为CT-12。（二）确定铸件加工余量及形状 查机械制造工艺设计简明手册第40页表2.2-5，选用加工余量为MA-H级，并查表2.2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选用及加工余量，如下表所示：图2-1加工面示意图表2-1各个加
4、工面的铸件机械加工余量加工面代号基本尺寸加工余量等级加工余量说明D120H102孔降一级双侧加工D250H2.52孔降一级双侧加工T136H32双侧加工T2HT318H32双侧加工T4H（三）工艺规划设计1.选择定位基准 粗基准的选择：以零件的20上端面为主要的定位粗基准精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据应尽量选用设计基准作为定位基准原则和尽可能选用同一的定位基准原则，即“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后20的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔内孔轴线为辅助的定位精基准。2.机械加工工序（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准拨叉头上端面和叉轴孔。（
5、2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。（3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面：拨叉头上端面和叉轴孔，后加工次要表面：孔。（4）遵循“先面后孔”原则，先加工拨叉头上端面，再加工叉轴孔孔；先铣拨叉脚两侧圆弧面，再钻或铰叉轴孔、M8螺纹孔和锥销孔。3.确定工艺路线工序号工序名称机床设备刀具量具1铸造2热处理3粗精铣拨叉头上端面，下端面，保证尺寸36mm立式铣床端铣刀游标卡尺4钻扩铰直径20孔钻床麻花钻，扩孔钻，铰刀游标卡尺，塞规5以两20孔定位，车50孔上端面车床车刀游标卡尺6镗孔50车床车刀游标卡尺7加工孔钻床麻花钻，扩孔钻，铰刀游标卡尺、塞规8加工4孔及攻M6螺纹钻床
6、麻花钻、丝锥游标卡尺，塞规9铣47凸台铣床10铣断铣床锯片刀14检验塞规、百分表、卡尺等4.确定加工余量确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：（1）圆柱表面工序尺寸：加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度50IT12（D2）铸件5.0CT12粗镗3.0IT126.3半精镗2.0IT103.220IT7（D1）钻18IT1112.5扩1.8IT106.3粗铰0.14IT83.2精铰0.06IT71.6（2）平面工序尺寸： 工序内容加工余量基本尺寸经济精度工序尺寸偏差铸件3.036.0CT12粗铣20孔下端面2.034.012精铣20孔下端面1.033.08粗铣20孔上端面2.031
7、.012精铣20孔上端面1.030.08粗车削50孔上端面2.013.012精车50孔端面1.012.08铣断（四）确定切削用量及时间定额 1.粗、精铣20的上下表面粗铣：（1）加工条件：工件材料：HT200灰铸铁铸件，强度极限，硬度：160210HBS；工件尺寸：=72mm，l=176mm； 加工要求：粗铣20的下表面，以20的上表面为粗基准，加工余量2mm；机床：查简明机械加工工艺手册表4.2-38采用X63立式铣床；刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度60,深度4,齿数z=10,故根据切削用量简明手册1（后简称切削）取刀具直径do=80mm（2）切削用量1.铣削深度
8、 选择=2mm，一次走刀即可完成所需长度。2.每齿进给量根据X62万能铣床说明书，机床功率为7.5KW。查切削，f=0.140.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。3.计算切削速度和每分钟进给量V 查切削，当=80mm，z=10，=2mm，0.14时，V=97m/min，n=387r/min,V=433mm/min。各修正系数为： 0.89=1.0故 =970.891.0=86.3m/min=3870.891.0=344r/minV=VK=4330.891.0=385.4mm/min根据X63型万能铣床说明书选择：n=375r/min , V=375mm/min因此实际
9、切屑速度和每齿进给量为：V=4.计算基本工时L/ =(32+80)/375=0.297min。因铣上下端面，故该工序工时为精铣：（1）加工条件工件材料：HT200, =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：精铣20上下端面。机床：X63万能铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度=60,深度=4,齿数z=10,故据切削用量简明手册（后简称切削）取刀具直径do=80mm。选择刀具前角5后角8，副后角=8，刀齿斜角=10,主刃=60,过渡刃=30,副刃=5过渡刃宽=1mm。（2）切削用量1.铣削深度 因为切削量较小，故可以选择=1mm，一次走刀即可完成所需长度
10、。2.根据X63万能铣床说明书，机床功率为7.5KW。查切削表3.5，f=0.140.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。 3.计算切削速度和每分钟进给量当，时，各修正系数为：故根据X62万能铣床说明书选择： ，因此实际切削速度和每齿进给量为：4.计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/375=0.297min。因精铣上下端面，故该工序工时2.以20孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰20孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。钻孔：（1）选择钻头选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双头刃磨法，查切削表2.1，2.2，后角o12，二重
11、刃长度b=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度 （2）选择机床，Z525机床。（3）选择切削用量 1.决定进给量查切削表2.7， 所以， 按钻头强度选择（查切削表2.8）， 按机床强度选择（查切削表2.9），根据已有的机床已有的进给量，得 查切削表2.19，当，时，轴向力。轴向力修正系数为1.0，故，根据Z525说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力，由于，故可用，校验成功。2.切削速度查切削表2.15，查表2.31，切削速度修正系数1.01.0 =0.9=1.0 1.01.0 1.01.0故 根据z525钻床说明书，选择n=272r/min故实际切削速度为 3.计算工时
12、扩孔： （1）选择刀具：高速钢19.8专用扩孔钻（2）选择切削用量1.查切削，进给量f=(0.8-1.1)0.7=0.56-0.77(mm/r)取钻床已有进给量，f=0.62mm/r切削速度查表2.30由公式得=25.6m/min修正系数 1.01.0 =0.9=1.0 1.01.0 1.0故 0.9=25.60.9=23.0m/min主轴转速计算工时 铰孔:刀具:选用硬质合金直柄机用绞刀查切削 =，=，=查切削进给量f=1.0-2.0mm/r.查机床说明书，取f=1.7mm/r查切削取=16m/min,故0.9=14.4m/min主轴转速根据机床说明书，当n=272r/min实际切削速度 计
13、算工时 精铰:查切削 取n=272m/min,f=1.0mm/r查切削 取=12m/min 故0.9=10.8m/min计算工时 3.以两20孔轴线为基准，车50孔上端面（1）加工条件。工件材料：灰口铸铁HT200，=145MPa，铸造。加工要求：粗、半精车面并保证12mm的工序尺寸，Ra=3.2m，机床C365L。转塔式六角卧式车床。刀具：刀片材料。r =12，=6-8 ，b= -10，o=0.5，Kr=90 ，n=15。（2）计算切削用量。1.已知长度方向的加工余量为2mm。长度加工公差IT 级 取-0.18 mm （入体方向） 2.进给量、根据切削简明手册（第3版）表1.4 当刀杆尺寸为
14、16mm25mm,mm时，以及工件直径为72mm时=0.6-0.9mm/.按C365L。车床说明书取=0.67mm/n。由于存在间歇加工所以进给量乘以k=0.750.85 所以：实际进给量f=0.70.8=0.56 mm/按C365L车床说明书0.563.计算切削速度。按切削简明手册，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）刀具材料YG6 V=/() kv其中：=158 =0.15 =0.4 M=0.2修正系数见切削手册=1.15 =0.8 =0.8 =1.04 =0.81Vc =158/( 600.220.150.53 0.4) 1.150.80.80.810.97 =45.5(m/mi
15、n)4.确定机床主轴转速 =1000vc/x 70=207（r/min）按C365L车床说明书 按200 rmin所以实际切削速度V=43.96m/min 5.切削工时，按工艺手册表6.2-1 由于铸造毛坯表面粗糙不平以及存在硬皮，为了切除硬皮表层以及为下一道工步做好准备Tm=(L+L1+L2+L3)/=0.34（min） L=(70-0)/2=35 L1=3、L2=0、L3=04.以两20孔轴线为基准，镗孔50粗镗49mm孔：（1）加工条件工艺要求：孔径d=45mm的孔加工成d=49mm,通孔机床：C365L车床刀具：YG6的硬质合金刀刀具为YG6的硬质合金刀，且直径为20mm的圆形镗刀（2
16、）切削用量1.确定切削深度2.确定进给量f根据切削手册表1.5 当粗镗铸铁，镗刀直径为：20mm, ap 2mm, 孔径d 50mm, 镗刀伸长长度 l 100mm时f=0.400.60mm/r按C365L车床进给量（工艺设计手册表4.2-21）选f=0.56mm/r3.确定切削速度 v其中：=158，=0.15，=0.40，m=0.20，T=60min=1.0，=1.0，=0.8，=1.0 K= 所以 按C365L机床上的转速 选n=430r/min4.确定粗镗49mm孔的基本时间选镗刀的主偏角=45 ，则 =3.5mm，=4mm，l=12mm =0，又f=0.56mm/r，n=430r/m
17、in ，i=1所以 精镗50mm的孔（1）加工条件工艺要求：孔径d=49mm的孔加工成d=50mm,通孔；机床：C365L车床刀具：YG6的硬质合金刀刀具为YG6的硬质合金刀，且直径为20mm的圆形镗刀（2）切削用量1.确定切削深度2.确定进给量f根据切削手册表1.5 当粗镗铸铁，镗刀直径为20mm, 2mm, 孔径d50mm,镗刀伸长长度l100mm时f=0.400.60mm/r按C365L车床进给量（工艺设计手册表4.2-21）选f=0.41mm/r3.确定切削速度 v按 切削手册表1.27和表1.28其中：=158，=0.15，=0.40，m=0.20，T=60min=1.0，=1.0，
18、=0.8，=1.0K= 所以 又按C365L车床上的转速 选n=370r/min4.确定精镗50mm孔的基本时间选镗刀的主偏角=45o 则 l1=3.5mm，l2=4mm，l=12mm l3=0，又f=0.58mm/r，n=370r/min，i=16.以20孔为精基准，钻、铰8 mm的孔钻7.8mm的孔（1）加工条件工艺要求：孔径d=7.8mm, 孔深l=30mm,通孔 ，用乳化液冷却刀具：专用刀具机床：Z525立式钻床（2）确定切削速度 v确定进给量:根据切削手册表2.7查得，查Z525机床使用说明书，现取。查切削手册表2.15，计算机床主轴转速：按机床选取，所以实际切削速度为：（3）计算切
19、削基本工时：铰8 mm的孔（1）加工条件工艺要求：孔径d=8mm, 孔深l=30mm,通孔 ，用乳化液冷却刀具：专用刀具机床：Z525立式钻床选择高速钢铰刀，其直径do=20mm：钻头几何形状为：由切削手册表2.6，=0，=70，=180（2）切削用量1.决定进给量f根据切削手册表2.11，当铸铁的强度 170HBS do=20mm,加工精度要求为H7精度时，f=(1.02.0)mm/r，由于这是粗铰之后的精铰，所以应该选中等的进给量 即 f=1.5mm/r2.决定切削速度 由切削手册表2.30中的公式可知，=9.64m/min切削速度的修正系数由切削手册表2.31可知： =1.0，=1.0，
20、=1.0，=0.85所以V=9.641.01.00.851.0=8.2m/min所以 根据Z525钻床说明书,可考虑选择=140r/min(见工艺设计手册表4.2-15)3.计算基本工时其中 L=l+y+，由切削手册表2.29查得y+=4mm故 以D1为精基准，钻4 mm的孔，攻M6的螺纹钻4mm的孔（1）选择机床：Z525立式钻床（2）选择刀具：高速钢麻花钻（3）切削用量根据切削手册查得，进给量为,现取f=0.22mm/z，v=17m/min，则：查简明手册表4.2-15，取所以实际切削速度为：计算切削基本工时：攻M6的螺纹 由工艺设计手册表6.2-14可知其中：l1=(13)p，l2=(2
21、3)p，公式中的no为丝锥或工件回程的每分钟转数（r/min）; i为使用丝锥的数量；n 为丝锥或工件每分钟转数（r/min）；d为螺纹大径；f为工件每转进给量等于工件螺纹的螺距p， 由上述条件及相关资料有； f=p=1mm/r ，d=6mm ，n=400r/minno=680r/min，i=1，所以：（1）切削速度 所以 （2）基本工时7.铣47凸台。（1）选择刀具选择高速钢双面刃铣刀，查切削表3.2，周齿，端齿，查工艺表3.1-28，选择铣刀直径60mm（2）选择机床：选择X63万能铣床。（3）铣削用量1.因为削切量较大，可选择，两次走刀完成所需长度。2.每齿进给量，机床功率为7.5kw，
22、查切削表3.4得由于非对称铣削，取较大量3.计算铣削速度，查表3.27修正系数查表3.28 ，主轴转速根据X63说明书，选择则实际切削速度为查切屑表3.16，取每齿进给量。,8.以20为精基准，铣断（1）加工条件工件尺寸：长72mm，深12mm加工要求：将双体铣开刀具： 选高速钢细齿圆锯片刀，由工艺设计手册表3.1-27可得，又由（金属切削手册第三版）表6-7B=4mm，do=160mm，Z=50，d=32mm，=10o，=16o（2)切削用量 1.决定每齿进给量fz 查切削手册表3.4可得：fz=(0.030.02)x(1+40%)=(0.0420.028)mm/z，由于是对称铣，取f=0.
23、028mm/z2.后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7后刀面最大磨损为：（0.150.20）mm，查切削手册表3.8 ， 寿命T=150min3.计算切削速度按切削手册表3.27中的公式可得=76.7m/min根据X63铣床 选主轴转速为n=150r/min所以实际的切削速度为：v=75.36 m/min工作台每分钟进给量为：=0.026x50x150=195mm/min又根据X63铣床的参数，取工作台进给量为190mm/min则：实际的进给量为4.计算基本工时公式中： L=l+y+；根据切削手册表3.26，可得 l+=0所以L=l+y+=20mm，故三、夹具设计 为了提高劳动生产率，保证
24、加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经过与指导老师的协商，决定设计铣断双体，本夹具将用于X63卧式铣床，刀具为高速钢细齿圆锯片铣刀，对工件进行加工。（一）问题的提出 本夹具主要用于铣开双体，并且铣开的表面与的孔有一定的公差要求，又在加工本道工序时，的孔已经进行了加工，因此，在本道工序中主要考虑加工面与孔之间的要求，其次是考虑如何提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。（二）夹具体设计 1、定位基准的选择图3-1 定位原理图由零件图可知：被铣开的那的中心线与孔的中心线之间的公差等级要求较高。为了尽量的减小定位误差，应选孔为主要的定位基准，利用一个圆柱销和一个菱形销定位，消除三个自由度，
25、再在底面用夹具体定位消除三个自由度。以便达到所需要求。为了提高加工效率，现同时加工两个双体，同时，为了夹具简单，操作方便，利用多点联动夹紧机构夹紧。2、切削力及夹紧力的计算刀具：高速钢细齿圆锯片铣刀，直径齿数 Z=50 又由切削手册表3.28中的公式：其中： ， ， ，Z=50 ， ， ，所以：F=63.5N水平分力：垂直分力；又在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数 其中 K1为基本安全系数1.5； K2为加工性质系数1.2； K3刀具钝化系数 1.2； K4为切削特点系数（断续切削）1.2，所以 F =KFH=69.9x1.5x1.2x1.2x1.2=181.2N为了克服水平方向
26、的力，实际的夹紧力为 N（f1+f2）= KFH 其中，f1为螺母与螺杆间的摩擦系数，f2为工件与螺杆头（或压板）间的摩擦系数，又查得f1 和f2为1.6 ，则 所以 又选择的螺旋夹紧机构的基本尺寸如下（根据机床夹具设计手册表1-2-8、1-2-21、1-2-9、1-2-10查得：r=0，r=11， ， ，tg L=66mm Q=30N则，可以提供的夹紧力为： 所以 又由机床夹具设计第三版表1-2-24查得，当螺纹的公称直径为24mm时，螺栓许用的夹紧力为5690N，由以上的数据可知：所选的螺旋机构提供的夹紧力大于所需的，且满足螺栓的许用夹紧力，故本夹具可以安全工作。3、 定位误差分析 1.定
27、位元件尺寸及公差的确定 本夹具的定位元件为一圆柱销和一菱形销，其参数由（机床夹具设计手册图5-3及其表选两定位销的尺寸及公差为：。2.零件图样规定 的孔的中心线与孔的中心线的长度误差为0.2mm，孔中的定位销与夹具体的垂直度误差为0.05，此项技术要求应由定位销宽配合中的侧向间隙保证。已知的宽为，定位销为，则 一个定位销与一个孔的定位误差为： 此处引起零件的定位误差为：0.2mm故最大侧向间隙能满足零件的精度要求。3.计算定位销的中心线与夹具体垂直度误差定位销的宽度为，夹具体表面的粗糙度故 mm所以最大垂直度误差能满足零件精度要求4、夹具设计及操作的简要说明如前所述，在设计夹具时，首先要考虑到
28、能保证零件的加工精度，其次是要提高劳动生产率。为此，应先考虑所设计的夹具体与零件在夹具上的定位，在本道工序中，由于零件的底面的定位是用的夹具体，所以其表面粗糙度要求应比较高，视为关键面。又本道工序是铣断，其切削力不大，故在设计夹具时应考虑夹具的简单及利用常用的一些零件。为了提高生产率，可以考虑同时装夹几个零件，并且用了活动杠杆使操作更加节省时间。可以同时装l两个零件，提高了生产率。夹具上装有对刀块，可以使夹具在一批零件加工之前很好的对刀；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。四、参考文献图3-2 夹具设计整体图参考文献1 艾兴，肖诗刚. 切
29、削用量简明手册M. 北京：机械工业出版社，1985，22-75.2 李益民. 机械制造工艺设计简明手册M. 北京：机械工业出版社，1994，33-139.3 郭宗连，秦宝荣. 机械制造工艺学M. 北京：中国建材工业出版社，1997，125-145.4 王春福 机床夹具设计手册M. 上海：上海科学技术出版社，2000年，22-56.5 东北重型机械学院等编.机床夹具设计手册M.上海:上海科技出版社,19906 华楚生主编.机械制造技术基础（第二版）M.重庆:重庆大学出版社,20037 朱冬梅等编.画法几何及机械制图M.北京:高等大学出版社,20008 赵家奇,机械制造工艺学课程设计指导书(2版)M,机械工业出版社,2006年.9 曾志新,吕明主编,机械制造技术基础M,:武汉理工大学出版社,2001年.10肖诗纲主编,切削用量手册,机械工业出版社,1993年.11金属切削机床夹具设计手册.上海柴油机厂工艺设备研究所编,机械工业出版社，1987年.22