辽宁工程技术大学上机实验报告

第二篇：辽宁工程技术大学课程设计 1

辽宁工程技术大学 1. 零件的工艺性分析 1.1 拨叉的用途 拨叉的用途题 目 所 给 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。宽度 为 30mm 的 面 寸 精 度 要 求 很 高 ， 因 为在拨叉拔动使滑移齿轮时如果槽 的尺寸精度不高或间隙很大时，滑 移齿轮得不到很高的位置精度。 所 以 ， 宽 度 为 30mm 的 面 的 槽 和 滑 移 齿轮的配合精度要求很高。 拨叉的技术要求 1.2 拨叉的技术要求加工表面 拨叉左端面 拨叉上表面 花键小径 花键大径 通槽上底面 通槽内侧面 通槽下底面 2×M8 通孔 φ5 锥孔配件 尺寸及偏差 mm 80 30 φ22+00.021 φ25+00.021 35 18+00.11 35 φ8 φ5 IT7 IT7 公差及精度等 级 表面粗糙度 Ra ?m 形位公差 mm 3.2 3.2 ‖ 0.10 A 1.6 6.3 3.2 ⊥ 0.08 A 1.3 审查拨叉的工艺性分析零件图可知，该拨叉形状、结构比较简单，通过铸造毛坯可 以得到基本形状，减少了加工工序，又节约了材料。除了拨叉上表面 外，其余表面加工精度较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻 1 辽宁工程技术大学 床 等 车 床 的 粗 加 工 就 可 以 达 到 加 工 要 求 ； 而 主 要 工 作 表 面 ----拨 叉 上 表面虽然加工精度较高，但也可以在正常的生产条件下，采用经济的 方法保质保量的加工出来。由此可以见，该零件的工艺性较好。 2． 确 定 毛 坯 、 绘 制 毛 坯 简 图 2.1 2.1 选择毛坯零 件 的 材 料 为 HT200，灰 铸 铁 生 产 工 艺 简 单 ，铸 造 性 能 优 良 ，考 虑 到零件需加工表面少，精度要求不高，有强肋，且工作条件不差，既 无交变载荷，又属于间歇工作，故选用金属型铸件，以满足不加工表 面的粗糙度要求及生产要求。 零 件 形 状 简 单 ，因 此 毛 形 状 需 要 与 零 件 的 形 状 尽 量 接 近 ，又 因 内 花 键较小，因此不可直接铸出。 2 辽宁工程技术大学课程设计 2.2 2. 2 确 定 毛 坯 尺 寸 公 差 和 机 械 加 工 余 量 2.1.1 2.1.1 公差等级 由 拨 叉 的 功 用 和 技 术 要 求 ， 确 定 该 零 件 的 公 差 等 级 为 IT10。 2.2.2 2.2.2 铸件重量 已 知 机 械 加 工 后 波 的 重 量 为 0.84kg，由 此 可 初 步 估 计 机 械 加 工 前 铸 件 毛 坯 的 重 1kg。 2.2.3 零 件 表 面 粗 糙 度 由 零 件 图 可 知 ， 该 拨 叉 各 加 工 表

粗 糙 度 Ra 均 大 于 等 于 1.6 ? m 2.2.4 机 械 加 工 余 量 由 铸 件 铸 造 插 量 面 类 件 为 的 型 为 金 属 型 铸 造 ， 因 此 加 工 余 量 等 级 选 为 F。 项目 机 械 加 工 余 量 mm 尺 寸 公 差 mm 公差等级 长 度 80 3 3.2 IT10 通 槽 深 35 3 2.6 IT10 通 槽 宽 18 3 2 IT10 2.3 绘 制 铸 件 毛 坯 简 图 3 辽宁工程技术大学课程设计 3 拟定拨叉工艺路线 3.1 3. 1 定 位 基 准 的 选 择 3. 1.1 粗 基 准 的 选 择 对于同时具有加工表面与不加工表面的工件，为了保证不加工面 与加工表面之间的位置要求，则应以不加工表面作为定位基准。若工 件上有多个不加工表面，应选其中与加工表面位置精度要求高的表面 为粗基准。如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选 择该表面的毛坯面作为粗基准。为保证工件某重要表面的余量均匀， 应选重要表面为粗基准。应尽可能选择光滑平整，无飞边，浇口，冒 口或其他缺陷的表面为粗基准，以便定位准确，夹紧可靠。粗基准

一 般只在头道工序中使用一次，应该尽量避免重复使用。因此，选择零 件的右表面作为粗基准。 3. 1.2 精 基 准 的 选 择应满足基准重合，基准统一，自为基准，互为基准等原则。所选的精基准 应能保证定位准确，夹紧可靠，夹具简单，操作方便等。 该零件根据形位公差的要求，选择花键中心线为精基准。 3.2 表面加工方法的选择本零件的毛坯为铸件，待加工面有内孔，端面，及锥孔，内倒角 等。公差等级及粗糙度要求参考零件图。其加工方法的选择如下： （ 1） 花 键 ： 花 键 大 径 表 面 粗 糙 度 为 Ra1.6μ m， 毛 坯 孔 未 铸 出 ， 需钻，扩、铰孔、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 无需去除材料。 加工的主要端面有零件的上端面和左端面以及通槽， 待 除 通 槽 内 侧 表 面 粗 糙 度 为 Ra3.2μ m 及 Ra6.3μ m， 经 粗 铣 和 半 精 铣 即 可。 （ 4） M8mm 螺 纹 孔 ， 由 《 机 械

加 工 工 艺 手 册 》 查 知 .配 钻 方 式 加 ： 工。在加工的适当工艺过程中我们对产品进行质量检查，以满足工艺 要求。 （ 5） 内 倒 角 ： 加 工 角 度 为 15 度 的 内 倒 角 ， 采 用 铣 床 加 工 即 可 。 4 辽宁工程技术大学 3.3 工序集中与分散选用工序集中原则安排拔叉的加工工序。该拔叉的生产类型为中 批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而 且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间， 而且由于与一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之 间的相对位置精度要求。 3.4 工序顺序的安排 1） 遵 循 “ 先 基 准 后 其 他 ” 原 则 ， 首 先 加 工 基 准 — — 拨 叉 左 端 面 2）遵 循“ 先 粗 后 精 ”原 则 ，先 安 排 粗 加 工 工 序 ，后 安 排 加 工 工 序 。 3）遵 循“ 先 主 后 次 ”原 则 ，先 加 工 主 要 表 面 — — 拔 叉 头 左 端 面 内 花键孔，后加工次要表面——拨叉上端面和通槽底面及内侧面。 4）遵 循“ 先 面 后 孔 ”原 则 ，先 加 工 拨 叉 左 端 面 ，再 加 工 内 花 键 孔 ； 先 拨 叉 上 端 面 ， 再 钻 M8 孔 3.5 确定工艺路线在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表列出了拨叉的工 艺路线，如下： 工序名称 粗铣左端面 钻孔φ20mm 、扩孔至φ22+00.021mm Ra=3.2 ? m 拉花键 精铣左端面至 80mm Ra=3.2 ? m 设备 立式铣床 X51 立式钻床 Z535 卧式拉床 L6110A 立式铣床 X51 立式铣床 X51 立式铣床 X51 立式钻床 Z525 立式钻床 Z525 立式钻床 Z525 工艺装备 端面铣刀、游标卡尺 麻花钻、扩孔钻、铰刀、卡尺、塞规 拉刀、卡规 端面铣刀、游标卡尺 三面刃铣刀、卡规、深度游标卡尺 端面铣刀、游标卡尺 麻花钻、内径千分尺 丝锥 麻花钻、锥度铰刀、塞规、卡尺 5 粗铣沟槽 、精铣沟槽 18+00.11×35 槽底 Ra=6.3 ? m 槽内侧 Ra=3.2 ? m 粗铣上平面 、精铣上平面 Ra=3.2 ? m 钻孔 2×φ7 攻螺纹 2×M8mm 钻、铰φ5 锥销孔 辽宁工程技术大学课程设计 去毛刺 清洗 终检 钳工台 清洗机 平锉 清洗机 塞规、百分表、卡尺等 4. 切削用量、时间定额的计算 切削用量、 4.1 切削用量的计算工 序 6-----钻 孔 2×φ 7 钻 床 ： 选 用 Z525 立 式 钻 床 。 钻 头 ： 选 用 直 柄 麻 花 钻 ,钻 头 直 d =7.0mm, l =74mm, l 1 =34mm, d1 ≈ 14.3mm 1） 背吃刀量的确定 查《机械制造技术基础课程设计指南》 由 表 5-52 取 螺 距 为 1.0mm 的 普 通 细 牙 螺 纹 ， 攻 螺 纹 前 钻 孔 用 麻 花 钻 直 径 为 7.0mm 所 以 背 吃 刀 量 取 2） a =7.0mm p 进给量的确定 查《机械制造技术基础指南》由表 5-133， 选 取 该 工 步 的 每 转 进 给 量 3） 切削速度的计算 f =0.16mm/r 查《机械制造技术基础课程设计指南》 由 表 5-133 ， 按 工 件 材 料 为 铸 铁 的 条 件 选 取 ， 切 削 速 度 可 取 20m/min 。 由 公 式 n = 1000v / π d 可 求 的 该 工 序 的 钻 头 转 速 为 n =909.9r/min， 参 照 《 机 械 制 造 技 术 基 础 课 程 设 计 指 南 》 由 表 5-65 所 列 Z525 型 立 式 钻 床 的 主 轴 转 速 ， 取 转 速 n =960r/min。 再 将 此 转 速 带 入 公 式 n = 1000v / π d ， 可 求 出 该 工 序 的 实 际 钻 削 速 度 v = nπ d /1000 =960r/min× π ×7mm=21.1m/min 工 序 7----攻 螺 纹 2×M8mm 1） 背吃刀量的确定 查《 机 械 制 造 技 术 基 础 课 程 设 计 指 南 》由 表 5-52 取 螺 距 为 1.0mm 的 普 通 细 牙 螺 纹 ， 攻 螺 纹 前 钻 孔 用 麻 花 钻 直 径 为 7.0mm，因 此 攻 螺 纹 的 背 吃 刀 量 2） a =8mm-7mm=1mm p 进给量的确定 由于攻螺纹的进给量就是被加工螺纹的螺距，因此 f 3） =1mm/r 查《 机 械 制 造 技 术 基 础 课 程 设 计 指 南 》由 切削速度的选择 表 5-141 差 的 攻 螺 纹 的 切 削 速 度 v =5~10m/min ， 所 以 暂 取 v =5m/min 。 由 公 式 求 得 该 工 序 的 主 轴 转 速 n = 1000v / π d =1000 × 6 辽宁工程技术大学课程设计 5m/min/ π ×8mm≈ 199.0r/min， 参 照 《 机 械 制 造 技 术 基 础 课 程 设 计 指 南 》 由 表 5-65 所 列 Z525 型 立 式 钻 床 的 主 轴 转 速 ， 取 转 速 n =272r/min 。 再 将 此 转 速 带 入 公 式 n = 1000v / π d ， 可 求 出 该 工 序 的 实 际 钻 削 速 度 v = nπ d /1000 =272r/min × π × 8mm/1000=6.83m/min 4.2 时 间 定 额 的 确 定 4.2.1 基 本 时 间 的

计 算 1）钻孔工步 根据《 机 械 制 造 技 术 基 础 课 程 设 计 指 南 》由 表 2-26，钻 孔 的 基 本 时 间 可 由 公 式 Tj = l1 = L l + l1 + l2 = 求 得 。式 中 l =9.5mm，l2 =1~4，取 l2 =2mm， fn fn D 7 mm cot 54o + 1mm ≈5.20；n =960r/min ； f =0.16mm/r 。将 cot kr + (1 ~ 2) = 2 2 L 9.5mm + 5.2mm + 2mm = ≈0.11min=6.6s fn 0.16mm / r × 960r / min 上述结果带入公式， 则该工序的基本时间 T j = 2）攻螺纹工步根据《 机 械 制 造 技 术 基 础 课 程 设 计 指 南 》 由 表 5-97， 选 用 细 柄 机 用 丝 锥 ，螺 纹 加 工 机 动 时 间 的 计 算 由 公 式 T j = ( l + l1 + l2 l + l1 + l2 + ) fn fn0 求得。 式中 l =9.5mm ，l1 = （1~3） P， l2 = （2~3） ， P=1mm ， P 所以取 l1 =2mm ，l2 =2mm， f =1mm/r； n =272r/min； i 为丝锥数量 1； n0 =272r/min，将 上 述 结 果 带 入 9.5mm + 2mm + 2mm

9.5mm + 2mm + 2mm + ) ×1 ≈5.96s≈6.0s 1mm / r × 272r / min 1mm / r × 272r / min 公 式 ， 求 得 Tj = ( 4.2.2 辅助时间的确定辅助时间 t f 与基本时间 t j 之间的关系为 t f =（0.15~0.2） t j ，取 t f =0.2 t j ，则各工序的辅助 时间分别为：钻孔工步的辅助时间 t f =0.2×6.6s=1.3s 攻螺纹工步的辅助时间 t f =0.2×6.0=1.2s 5.夹 5. 夹 具 的 设 计夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的 工 艺 装 备 ，它 广 泛 地 运 用 于 机 械 加 工 ，检 测 和 装 配 等 整 个 工 艺 过 程 中 。 7 辽宁工程技术大学课程设计 在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制 造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用 夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术 环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。 5.1 夹 具 的 选 择为 了 提 高 劳 动 生 产 率 ，保 证 加 工 质 量 ，降 低 劳 动 强 度 ，需 要 设 计 专 用 夹 具 。设 计 工 序 为 钻 φ 7mm 孔 、攻 螺 纹 M8mm 的 专 用 机 床 夹 具 。这 类 夹 具 定 位 准 确 、装 卸 工 件 迅 速 ，但 设 计 与 制 造 的 周 期 较 长 、费 用 较 高 。 因此，主要适用于产品相对稳定而产量较大的成批或大量生产。 5.2 定 位 方 案 的 设 计 5.2 .1 夹 具 的 设 计 思 想 设计必须保证零件的加工精度， 保证夹具的操作方便， 夹紧可靠， 使用安全， 有合理的装卸空间， 还要注意机构密封和防尘作用， 使设计的夹具完全符合要求。 8 辽宁工程技术大学课程设计 本夹具主要用来对 2×M8mm 的通孔进行加工，这个螺纹孔尺寸精度要求一 般，需要先钻出φ 7mm 孔 ， 之 后 用 丝 锥 攻 螺 纹 M8mm。所以设计时要在满足 精度的前提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。 5.2.2 工 件 在 夹 具 中 的 定 位 与 夹 紧 定位：一个带键的长心轴限制 4 个自由度，在工件左端面用两个 支承钉限制一个自由度，在工件右端面用夹紧件限制一个自由度。这 样就限制了工件在空间六个方向的活动性，使工件在空间占据了惟一 确定的位置。 夹紧：在工件两端用垫片和螺母实现螺旋夹紧。 5.3 夹 具 体 的 设 计 5.3.1 定 位 基 准 的 选 择 在加工中用作确定工件在夹具中占有正确位置的基准， 为定位基 称 准。据《夹具手册》知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工 件 的 各 道 工 序 中 ， 应 尽 量 采 用 同 一 定 位 基 准 进 行 加 工 。 所 以 加 工 2× M8mm 的 通 孔 时 ， 选 取 工 件 左 端 面 和 花 键 心 轴 的 中 心 线 为 主 定 位 基 准 。 5.3.2 定 位 误 差 的 分 析 夹具的主要定位元件为一个面与两个孔的定位， 为该定位元件的 因 定位基准和工序基准均为内花键的轴线，只需保证夹具的花键心轴的 制造精度和安装精度，所以不存在不重合误差和基准位移误差，基准 重 合 △ b=0， △ j=0。 5.4 导 向 元 件 的 设 计加 工 2×M8mm 的 通 孔 选 用 立 式 钻 床 ， 床 夹 具 的 刀 具 导 向 元 件 为 钻 钻 套。钻套的作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置，并在加工中对 钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工中发生偏移。由于加工 工 序 为 先 钻 φ 7mm 孔 ， 之 后 用 丝 锥 攻 螺 纹 M8mm。 所 以 选 用 快 换 钻 套 和 钻套用衬套。相关计算如下： 1） 钻 套 高 度 H 钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚 度 、工 件 表 面 形 状 等 因 素 有 关 。

钻 套 高 度 H 越 大 ，刀 具 的 导 向 性 越 好 ， 9 辽宁工程技术大学课程设计 但 刀 具 与 钻 套 的 摩 擦 越 大 ， 一 般 取 H=(1 ～ 2.5)d ， 所 以 H=1.5 × 8mm=12mm。 2） 排 屑 间 隙 h 钻 套 底 部 与 工 件 间 的 距 离 h 称 为 排 屑 间 隙 。h 值 太 小 ，切 屑 难 以 自 由排出，使加工表面损坏；h 值太大时，会降低钻套对钻头的导向作 用 。 加 工 铸 铁 时 ， h=(0.3～ 0.7)d， 所 以 h=0.5×8mm=4mm。 5.5 夹紧元件的设计在加工过程中， 件会受到切削力、 性力、 心力等外力的作用， 工 惯 离 为了保证在这些外力作用下， 件仍能在夹具中保持定位的正确位置， 工 而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹 紧装置，把工件压紧夹牢在定位元件上。 该工件选用螺旋夹紧机构，查机械加工工艺手册，夹紧力计算如 下： F = 2 FL ， 2 D3 ? d 3 d 2 tan(a + ? ) + f 2 3 D ? d2 a ----螺纹升角 ? ----螺纹摩擦角 f ----螺母端面与工件之间摩擦系数 d 2 ----螺杆中径 则 所 需 夹 紧 力 F =298N 5.6 夹 具 操 作 的 简 要 说 明此次设计的夹具夹紧原理为：通过花键孔轴线和拨叉左端面为定 位基准，以钻模板上的快换钻套和钻套衬套引导刀具进行加工。夹紧 时采用手动螺旋夹紧机构作为夹紧工件。同时为了保证定位基准的精 度，采用十字垫圈。如前所述，在设计夹具时，应该考虑提高劳动生 产率。为此，设计采用了快换装置。攻螺纹时，取出快换钻套和钻套 衬套，即可替换钻套，进行攻螺纹加工。在设计夹具时，应该注意提 高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。 提高夹具性价比。本夹具操作简单，省时省力。 10 辽宁工程技术大学 6.设 6. 设 计 的 感 想 与 体 会为期三周的夹具已经接近尾声，回顾整个过程，经过老 师和同学的帮助，还有自己不懈的努力，终于定时定量的完成了这次 。作为《机械制造技术基础》课程的重要环节，使 理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的 感性认识。 本次主要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规 程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段运用了基准选择、切削 用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的 阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。 通过此次设计，使我基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件 的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、选择使 用 工 艺 装 备 等 等 。本 设 计 还 存 在 很 多 不 足 之 处 。一 是 由 于 本 人 对 CAXA 画 图 软 件 的 掌 握 还 不 够 熟 练 ,在 画 图 遇 到 复 杂 图 和 难 的 地 方 时 显 得 力 不从心，使图不能达到预期设计出来的水平。二是本人对换档叉结构 和工作原理掌握的不够熟练，在设计过程中不能全面地考虑问题，造 成走许多弯路，设计速度缓慢，这些都需要进一步研究和进一步实践 来解决。 总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决 实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问 题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。本设计还 存 在 很 多 不 足 之 处 。 是 由 于 本 人 对 CAXA 画 图 软 件 的 掌 握 还 不 够 熟 练 , 一 在画图遇到复杂图和难的地方时显得力不从心，使图不能达到预期设 计出来的水平。二是本人对拨叉结构和工作原理掌握的不够熟练，在 设计过程中不能全面地考虑问题，造成走许多弯路，设计速度缓慢， 这些都需要进一步研究和进一步实践来解决。 由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学 们批评指正！ 11 辽宁工程技术大学课程设计 7. 参 考 文 献 1、黄健求主编 《机械制造技术基础》 机械工业出版社 2005.11 2、崇凯主编 《机械制造技术基础指南》 化学工业出版社 2007.2 3、肖继德、陈宁平主编 《机床夹具设计（第二版） 机械工业出版社 2000.5 》 4、秦国华、张卫红主编 《机床夹具的现代设计方法》 航空工业出版社 2006.11 5、秦宝荣主编 《机床夹具设计》 中国建材工业出版社 1998.2 6、陈国香主编 《机械制造与模具制造工艺学》 清华大学出版社 2006.5 7、李彩霞主编 《机械精度设计与检测技术》 上海交通大学出版社 2006.1 8、方子良主编 《机械制造技术基础》 上海交通大学出版社 2005.1 9、孙志礼、冷

兴聚、魏延刚、曾海泉主编 《机械设计》东北大学出版社 2000.9 10、孙丽媛主编 《机械制造工艺及专用夹具设计指导》 冶金工业出版社 2002.12 11、邹青主编 《机械制造技术基础指导教程》 机械工业出版社 2004.8 12