哈工大機械制造大作業(yè)

零件分析題目所給的零件是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)運動按照操作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的孔與操縱機構(gòu)相連，二下方的Φ55叉口則是用于與所控制齒輪所在的軸接觸，撥動下方的齒輪變速。其生產(chǎn)綱領(lǐng)為批量生產(chǎn)，且為中批生產(chǎn)。圖1-1CA6140撥叉零件圖零件的工藝分析零件材料采用HT200，加工性能一般，在鑄造毛坯完成后，需進行機械加工，以下是撥叉需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：1、小頭孔Φ25：該加工面為內(nèi)圓面，其尺寸精度要求為；2、叉口半圓孔Φ55：該加工面為內(nèi)圓面，其尺寸精度要求為；3、撥叉左端面：該加工面為平面，其表面粗糙度要求為，位置精度要求與內(nèi)圓面圓心距離為；4、叉口半圓孔兩端面，表面粗糙度要求為，其垂直度與小頭孔中心線的垂直度為；5、撥叉左端槽口，其槽口兩側(cè)面內(nèi)表面為平面，表面粗糙度要求為，其垂直度與小頭孔中心線的垂直度為0.08mm。6、孔圓柱外端銑削平面，加工表面是一個平面，其表面粗糙度要求為。確定毛坯1、確定毛坯種類：零件材料為，查閱機械制造手冊，有，考慮零件在機床運行過程中受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡單，故選擇鑄造毛坯。圖3-1毛坯模型2、毛坯特點：（1）性能特點：（2）結(jié)構(gòu)特點：一般多設(shè)計為均勻壁厚，對于厚大斷面件可采用空心結(jié)構(gòu)。CA6140撥叉厚度較均勻，出現(xiàn)疏松和縮孔的概率低。（3）鑄造工藝參數(shù)：鑄件尺寸公差：鑄件公稱尺寸的兩個允許極限尺寸之差成為鑄件尺寸公差。成批和大量生產(chǎn)采用金屬型時，鑄鋼和鑄件尺寸公差等級為級，選擇尺寸公差等級為CT8。機械加工余量：查閱參考文獻[5]，鑄鐵件的加工余量等級為E、F、G，故設(shè)計鑄件公差為。最小鑄出孔：由于孔深為，孔壁厚度為，此時灰鑄鐵的最小鑄出孔直徑大于，故孔不鑄出，采用機械加工的方法加工。3、毛坯尺寸的確定：工藝路線二工序名稱加工基準1、粗車內(nèi)孔1、不加工大底面2、精車內(nèi)孔2、不加工大底面3、粗銑兩處端面3、不加工大底面4、鉆擴鉸兩處內(nèi)孔4、內(nèi)孔軸線5、銑斷5、內(nèi)孔軸線6、粗銑孔上端面6、內(nèi)孔軸線7、精銑孔上端面7、內(nèi)孔軸線8、粗銑孔下端面8、內(nèi)孔軸線9、精銑孔下端面9、內(nèi)孔軸線10、銑左端面10、內(nèi)孔軸線11、粗銑撥叉左端槽11、內(nèi)孔軸線12、精銑撥叉左端槽12、內(nèi)孔軸線13、銑外圓斜面13、內(nèi)孔軸線14、清洗15、檢驗工藝路線比較與分析上述兩個方案的特點：方案一是先加工圓與兩個內(nèi)孔，并把這兩步放在一個工序中，利用夾具和夾具上的定位元件保證以保證內(nèi)孔和孔的相對位置精度。在后續(xù)加工時，以內(nèi)孔為精基準，保證后續(xù)加工精度，并利用了兩件合鑄的優(yōu)勢，提高了工作效率；方案二與方案一不同之處在于是先加工內(nèi)孔，使之達到要求精度，然后再利用一錐銷保證內(nèi)孔和孔的相對位置精度，工序上不如方案一效率高，但是在可操作性上面比方案一略高?？梢詫⒐ば蚨椋汗ば蛎Q加工基準機床刀具1、銑兩處端面，保證尺寸1、不加工大底面硬質(zhì)合金圓柱形銑刀；X61臥式銑床2、鏜內(nèi)孔，保證尺寸，保證表面粗糙度3.22、不加工大底面YG6硬質(zhì)合金鏜刀；T68型鏜床3、鉆擴鉸兩處內(nèi)孔，保證和表面粗糙度1.63、內(nèi)孔軸線高速鋼麻花鉆頭、高速鋼擴孔鉆、硬質(zhì)合金鉸刀；Z525立式鉆床4、銑斷，保證尺寸6mm4、內(nèi)孔軸線高速鋼鋸片銑刀；X61臥銑5、銑孔兩端面，保證尺寸5、內(nèi)孔軸線組合三面刃銑刀；X61臥式銑床6、粗銑操作槽端面，保證尺寸24mm6、內(nèi)孔軸線YG6硬質(zhì)合金立銑刀；X51臥式銑床7、精銑操作槽端面，保證尺寸7、內(nèi)孔軸線YG6硬質(zhì)合金立銑刀；X51臥式銑床8、粗銑撥叉左端槽8、內(nèi)孔軸線高速鋼立銑刀；X51立式銑床9、精銑撥叉左端槽，保證尺寸和垂直度0.089、內(nèi)孔軸線高速鋼立銑刀；X51立式銑床10、銑外圓斜面保證尺寸和表面粗糙度3.210、內(nèi)孔軸線高速鋼立銑刀；X51立式銑床11、清洗、檢驗機械加工余量、工序尺寸的確定CA6140車床撥叉，零件材料為HT200，硬度190～210HB，毛坯重量約為1.1kg，生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，鑄造毛坯。根據(jù)以上原始資料及加工工藝，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）由于工件較小，為方便加工節(jié)省材料將兩件鑄在一起，同時加工。按《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》（后稱文獻[10]）表2.2-1查得鑄件在長度最大方向公差尺寸CT=2.2mm，同理可查得外圓軸線方向CT=1.6mm；大頭孔CT=1.4mm；外圓軸線方向CT=1.1mm。根據(jù)文獻[10]表2.2-4按8F標準查得機械加工余量MA分別為2.0mm、2.0mm、1.5mm（雙邊余量）、2.0mm。根據(jù)文獻[10]圖2.2-1及圖2.2-2可以得出毛坯各尺寸，經(jīng)過圓整后得出尺寸如下：外圓端面到大底面距離大頭孔直徑外圓兩端面距離外圓軸線到小凸臺距離（2）鑄件的圓角半徑，按文獻[10]表2.2-9金屬型鑄造圓角公式，對于黑色金屬有。故選取R=3~5mm。按表2.2-8選取拔模斜度外表面內(nèi)表面自然時效處理以消除鑄造應(yīng)力。（3）兩內(nèi)孔，考慮其孔徑較小鑄造困難，為簡化鑄造毛坯外型，現(xiàn)直接將圓柱鑄成實心的。（4）銑φ40端面加工余量及公差。兩φ40圓柱端面為自由尺寸和公差，表面粗糙度沒有明確要求，考慮切除鑄造缺陷區(qū)及提供定位精基準的需要，進行一步粗銑，根據(jù)表2.2-4查得加工余量MA=2.0mm。又因為公差CT=1.6，根據(jù)毛坯尺寸，工序余量Z=3mm。（5）鏜φ55內(nèi)孔毛坯為鑄孔，內(nèi)孔精度要求IT13表面粗糙度為Ra3.6，可以一次粗鏜成所需的尺寸，得出工序余量2Z=4.4mm，Z=2.2mm。（6）鉆擴絞兩孔φ25兩內(nèi)孔精度要求IT7參照文獻[10]表2.3-8確定工序尺寸及工序余量為：鉆孔：φ23擴孔：φ24.82Z=1.8mm粗絞：φ21.942Z=0.14mm精絞：（7）銑斷（8）銑φ55孔兩端面圓柱φ55圓柱兩端面距離為（IT12），表面粗糙度值要求為Ra3.2，與孔有垂直度要求。故可以考慮用組合銑刀一次銑削成型。φ55銑削的加工余量MA=2.0mm，根據(jù)毛坯尺寸可以得出Z=2.5mm。（9）銑小頭凸臺面為簡化毛坯模具，16mm×8mm的方槽最初并不鑄出，則小頭孔凸臺僅需留出面銑加工余量，包括粗銑和半精銑兩部分。根據(jù)文獻[12]表2-36及毛坯尺寸，可得：粗銑工序余量Z=2.5mm半精銑工序余量Z=1.0mm(10)銑16mm×8mm方槽因為槽的底面深度8mm沒有公差要求，表面粗糙度為Ra6.3，兩側(cè)面距離為粗糙度Ra3.2，故可以分為粗銑和精銑。首先選用的直柄立銑刀銑出的槽，然后選用專用刀具銑出所需的槽。根據(jù)文獻[12]表2-36及毛坯尺寸，可得：粗銑工序余量Z=8mm半精銑工序余量2Z=2.0mm（11）銑φ40外圓上的45°平面直接從φ40圓柱面上銑出平面即可。確立切削用量及基本工時銑兩處端面加工條件工件材料：HT200，，鑄造；加工要求：粗銑端面，加工余量3.0mm；機床：X51立式銑床；刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀。銑削寬度ae≤90,深度ap≤6,齒數(shù)z=12,故根據(jù)文獻[10]表3.1，取刀具直徑d0=125mm。根據(jù)《切削用量手冊》（后稱文獻[11]）表3.2，選擇刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃傾角λs=－10°,主偏角Kr=60°,過渡刃,副偏角Kr′=5°。切削用量1）確定切削深度ap因為余量較小，故選擇ap=3.0mm，一次走刀即可完成。2）確定每齒進給量fz由于本工序為粗加工，尺寸精度和表面質(zhì)量可不考慮，從而可采用不對稱端銑，以提高進給量提高加工效率。根據(jù)文獻[11]表3.5，使用YG6硬質(zhì)合金端銑刀加工，機床功率為4.5kw（據(jù)文獻[10]表4.2-35，X51立式銑床）時：fz=0.09~0.18mm/z，故選擇：fz=0.18mm/z。3）確定刀具壽命及磨鈍標準根據(jù)文獻[11]表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.5mm；由于銑刀直徑d0=125mm，故刀具使用壽命T=180min（據(jù)文獻[10]表3.8）。4）計算切削速度vc和每分鐘進給量vf根據(jù)文獻[11]表3.16，當d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z時，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系數(shù)為：kMV=1.0，kSV=0.8。切削速度計算公式為：其中，，，，，，，，，，，，，將以上數(shù)據(jù)代入公式：確定機床主軸轉(zhuǎn)速：根據(jù)文獻[10]表4.2-36，選擇nc=210r/min，vf=400mm/min，因此，實際切削速度和每齒切削量為：5)校驗機床功率根據(jù)文獻[11]表3.24，近似為Pcc=1.9kw,根據(jù)機床使用說明書，主軸允許功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校驗合格。最終確定:ap=3.0mm，nc=210r/min，vf=400mm/s，vc=82m/min，fz=0.159mm/z。6）計算基本工時：tm＝L/vf，L=2(l+y+Δ)，l=40mm.查文獻[11]表3.26，入切量及超切量為：y+Δ=47mm，則：tm＝L/Vf=2(40+47)/400=0.44min。鏜內(nèi)孔加工條件：機床：T68臥式鏜床刀具：硬質(zhì)合金鏜刀切削用量：單邊切削余量：由文獻[12]表5-30查得：，由文獻[10]表4.2-21選?。河伞逗喢魇謨浴?.2-20選?。河嬎闱邢鞴r：鉆擴鉸兩處孔鉆孔：切削用量：機床選擇：Z525立式鉆床選擇鉆頭：根據(jù)文獻[11]表2.1、2.2，選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時do=23mm，鉆頭采用雙錐后磨橫刃，后角αo＝12°，二重刃長度bε=4.5mm,橫刃長度b=2.5mm,弧面長度l=5mm,棱帶長度，，。切削用量（1）確定進給量按加工要求確定進給量：查文獻[11]表2.7得，按鉆頭強度選擇:查文獻[11]表2.8,鉆頭允許進給量為：；按機床進給機構(gòu)強度選擇：查文獻[11]表2.9，機床進給機構(gòu)允許軸向力為8330N時，進給量為。以上三個進給量比較得出，受限制的進給量是工藝要求，其值為：。根據(jù)文獻[10]表4.2-16,最終選擇進給量：。由于是通孔加工，為避免即將鉆穿時鉆頭折斷，故應(yīng)在即將鉆穿時停止自動進給而改為手動進給。根據(jù)文獻[11]表2.19查出，鉆孔時軸向力Ff=8740N，根據(jù)Z525立式鉆床使用說明書，機床進給機構(gòu)允許的最大軸向力為8830N﹥Ff，故所選進給量可用。（2）確定鉆頭磨鈍標準及壽命根據(jù)文獻[11]得刀具磨損限度0.8~1.2mm，壽命（3）切削速度查文獻[11]表2.30，切削速度計算公式為：其中，，，，，，，，，查得修正系數(shù)：故實際的切削速度：從而得出轉(zhuǎn)速:根據(jù)文獻[10]表4.2-15取，那么（4）檢驗機床扭矩及功率查文獻[11]表2.21，當f≤0.51,do≤25mm時，，修正系數(shù)均為1.0，故。查機床使用說明書：。查《切削手冊》表2.23,鉆頭消耗功率：Pc=1.0kw。查機床使用說明書。由于，，故切削用量可用。最后?。?，計算工時根據(jù)文獻[11]表2.29得所以：擴孔至Φ24.8查《切削手冊》表2.10，擴孔進給量為：，并由機床使用說明書最終選定進給量為：。根據(jù)文獻[12]查得，，根據(jù)機床使用說明書選?。??；竟r：粗鉸孔刀具：硬質(zhì)合金鉸刀根據(jù)文獻[12]表5-28查得：,，。查文獻[11]表2.35得鉆床，?；竟r：粗鉸孔同6，選擇，基本工時：銑斷1.加工條件工件材料：HT200，，鑄造；加工要求：銑斷零件；機床：X61臥式銑床；刀具：高速鋼鋸片銑刀。根據(jù)銑斷條件，銑削寬度ae≤10，深度ap≤25，及設(shè)計夾具時防止干涉根據(jù)文獻[3]表3-14及表3-29，取刀具直徑d0=160mm，寬度，齒數(shù)。文獻[2]表3.2，選擇刀具前角γ0＝5°后角α0＝20°，副后角α0’=10°，刃傾角λs=－10°，主偏角Kr=15°，過渡刃,副偏角Kr′=0.5°。2.切削用量1）確定切削深度ap因為銑刀寬度為，故ap=6mm，一次走刀即可完成。2）確定每齒進給量fz根據(jù)文獻[2]表3.4，使用高速鋼切斷刀加工，機床功率為4.0kw（據(jù)文獻[1]表4.2-38，X61臥式銑床）時：fz=0.02~0.03mm/z故選擇：fz=0.02mm/z。3）確定刀具壽命及磨鈍標準根據(jù)文獻[2]表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.5~2.0mm；由于銑刀直徑d0=160mm，故刀具使用壽命T=150min（據(jù)文獻[1]表3.8）。4）計算切削速度vc和每分鐘進給量vf查文獻[2]表3.27切削速度計算公式為：其中，，，，，，，，，，，，，將以上數(shù)據(jù)代入公式：確定機床主軸轉(zhuǎn)速：確定機床進給速度：根據(jù)文獻[1]表4.2-39，選擇nc=65r/min，vf=40mm/min，因此，實際切削速度和每齒切削量為：5)校驗機床功率根據(jù)文獻[2]表3.24，近似為Pcc=1.9kw,根據(jù)機床使用說明書，主軸允許功率Pcm=4.0×0.75kw=3kw>Pcc。故校驗合格。最終確定:ap=6mm，nc=80r/min，vf=40mm/min，vc=25.12m/min，fz=0.025mm/z。6）計算基本工時根據(jù)文獻[3]表5-43得不對稱銑削平面的時間計算公式：其中：；；銑孔兩端面加工條件工件材料：HT200，，鑄造；加工要求：銑孔兩端面，保證尺寸機床：X61臥式銑床；刀具：YG6鑲齒三面刃銑刀。銑削寬度，,深度，故根據(jù)文獻[2]表3.1，取刀具直徑，齒數(shù)。根據(jù)《切削用量手冊》，選擇刀具前角，后角：周齒：，端齒。根據(jù)表3.7，得銑刀磨損標準：后刀面最大磨損限度：；根據(jù)表3.8，得銑刀平均壽命：。切削用量：進給量：；查文獻[2]表3.5得，取，查文獻[2]表3.16得，，。根據(jù)文獻[2]表3.36、表3.37得機床實際參數(shù)，計算實際切削速度：；查《切削用量手冊》表3.25，得：走刀長度：；基本時間：。粗銑孔凸臺面1.加工條件工件材料：HT200，，鑄造；加工要求：粗銑孔凸臺面，加工余量2.5mm；機床：X51立式銑床；刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀。銑削寬度ae≤90,深度ap≤6,齒數(shù)z=12,故根據(jù)文獻[10]表3.1，取刀具直徑d0=125mm。根據(jù)《切削用量手冊》（后稱文獻[11]）表3.2，選擇刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃傾角λs=－10°,主偏角Kr=60°,過渡刃,副偏角Kr′=5°。2.切削用量1）確定切削深度ap因為余量較小，故選擇ap=2.5mm，一次走刀即可完成。2）確定每齒進給量fz由于本工序為粗加工，尺寸精度和表面質(zhì)量可不考慮，從而可采用不對稱端銑，以提高進給量提高加工效率。根據(jù)文獻[11]表3.5，使用YG6硬質(zhì)合金端銑刀加工，機床功率為4.5kw（據(jù)文獻[10]表4.2-35，X51立式銑床）時：fz=0.09~0.18mm/z，故選擇：fz=0.18mm/z。3）確定刀具壽命及磨鈍標準根據(jù)文獻[11]表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.5mm；由于銑刀直徑d0=125mm，故刀具使用壽命T=180min（據(jù)文獻[10]表3.8）。4）計算切削速度vc和每分鐘進給量vf根據(jù)文獻[11]表3.16，當d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z時，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系數(shù)為：kMV=1.0，kSV=0.8。切削速度計算公式為：其中，，，，，，，，，，，，，將以上數(shù)據(jù)代入公式：確定機床主軸轉(zhuǎn)速：根據(jù)文獻[10]表4.2-36，選擇nc=210r/min,vf=400mm/min,因此，實際切削速度和每齒切削量為：5)校驗機床功率根據(jù)文獻[11]表3.24，近似為Pcc=2.3kw,根據(jù)機床使用說明書，主軸允許功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校驗合格。最終確定:ap=2.5mm，nc=210r/min，vf=400mm/min，vc=82m/min，fz=0.159mm/z。6）計算基本工時tm＝L/vf，L=2(l+y+Δ)，l=40mm.查文獻[2]表3.26，入切量及超切量為：y+Δ=47mm，則：tm＝L/Vf=2(40+47)/400=0.44min。精銑孔凸臺面：。采用與工序六相同的刀具，查文獻[11]表3.5得fz=0.14~0.24mm/z，查文獻[11]表3.16得vc=98m/min，，vf=471mm/min。根據(jù)文獻[11]表3.36、表3.37得機床實際參數(shù)，vf=480mm/min粗銑槽1.加工條件工件材料：HT200，，鑄造；加工要求：粗銑撥叉左端槽機床：X51立式銑床；刀具：高速鋼立銑刀。銑削寬度，,深度。故根據(jù)文獻[2]表3.1，取刀具直徑，齒數(shù)。根據(jù)《切削用量手冊》，選擇刀具前角，后角：周齒：，端齒。根據(jù)表3.7，得銑刀磨損標準：后刀面最大磨損限度：；根據(jù)表3.8，得銑刀平均壽命：。2.切削用量：進給量：；查文獻《切削用量手冊》表3.4得，取，查《切削用量手冊》表3.14得，，。根據(jù)機床實際參數(shù)，計算實際切削速度：；走刀長度：；基本時間：。精銑槽1.加工條件工件材料：HT200，，鑄造；加工要求：粗銑撥叉左端槽機床：X51立式銑床；刀具：高速鋼立銑刀。銑削寬度，,深度。故根據(jù)文獻[2]表3.1，取刀具直徑，齒數(shù)。根據(jù)《切削用量手冊》，選擇刀具前角，后角：周齒：，端齒。根據(jù)表3.7，得銑刀磨損標準：后刀面最大磨損限度：；根據(jù)表3.8，得銑刀平均壽命：。2.切削用量：進給量：；查文獻《切削用量手冊》表3.4得，取，查《切削用量手冊》表3.14得，，。根據(jù)機床實際參數(shù)，計算實際切削速度：；走刀長度：；基本時間：。銑外圓上的斜面1.加工條件工件材料：HT200，，鑄造；加工要求：銑外圓斜面，保證尺寸機床：X51立式銑床；刀具：高速鋼端銑刀（細齒）。銑削寬度，,深度。故根據(jù)文獻[2]表3.1，取刀具直徑，齒數(shù)。根據(jù)《切削用量手冊》，選擇刀具前角，后角：周齒：，端齒。根據(jù)表3.7，得銑刀磨損標準：后刀面最大磨損限度：；根據(jù)表3.8，得銑刀平均壽命：。2.切削用量：進給量：；查文獻《切削用量手冊》表3.3得，取，查《切削用量手冊》表3.9得，，。根據(jù)機床實際參數(shù)，計算實際切削速度：；走刀長度：；基本時間：。銑斷工序夾具設(shè)計任務(wù)的提出本夾具主要用來銑斷工件，使之分離成為兩個零件，如果加工失敗就會造成一個零件成為廢品而另一個需要修改。而且是中批量生產(chǎn)，因此要保證加工的精度，所以，本道工序加工時，主要應(yīng)該考慮如何提高精度，在此基礎(chǔ)上在一定程度上提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。定位方案及定位裝置的設(shè)計計算1.問題的提出本夾具主要用來銑斷工件，使之分離成為兩個零件，如果加工失敗就會造成一個零件成為廢品而另一個需要修改。而且是中批量生產(chǎn)，因此要保證加工的精度，所以，本道工序加工時，主要應(yīng)該考慮如何提高精度，在此基礎(chǔ)上在一定程度上提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。2.定位方案及定位裝置的設(shè)計計算1）定位基準的選擇根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特性，結(jié)合工件加工精度要求和便于裝夾的原則等因素，工件采用一面兩孔定位方式。如圖1，