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1 緒論
隨著我國(guó)現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的普及和從事數(shù)控加工人員的增多，數(shù)控加工越來(lái)越受到人們的重視。撥叉零件廣泛應(yīng)用于我們的日常生活及生產(chǎn)當(dāng)中，撥叉零件的制造精度能不能夠滿足技術(shù)要求,如何更大限度的降低機(jī)加工的基本勞動(dòng)時(shí)間及提高單位時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)率,都成為機(jī)械行業(yè)勢(shì)待解決的技術(shù)性問(wèn)題。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展及數(shù)控技術(shù)應(yīng)用的不斷廣泛化、深入化，我們意識(shí)到，采用數(shù)控機(jī)床來(lái)加工撥叉零件既能夠提高零件的精度又能夠完成采用普通機(jī)床加工應(yīng)運(yùn)受限的瓶頸，對(duì)提高加工效率、以及降低勞動(dòng)強(qiáng)度都有不可估量之好處。
隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)已發(fā)生了十分顯著的變化，發(fā)達(dá)國(guó)家正進(jìn)行由傳統(tǒng)的制造技術(shù)向現(xiàn)代制造技術(shù)的轉(zhuǎn)變，并提出了全新的制造模式。數(shù)控加工技術(shù)將逐步引航現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益十分明顯。
對(duì)傳統(tǒng)零件的數(shù)控加工技術(shù)也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。面對(duì)新技術(shù)、新工藝的不斷出現(xiàn)，提高數(shù)控加工技術(shù)在傳統(tǒng)撥叉類零件的應(yīng)用也受到越來(lái)越多的重視。如何使數(shù)控技術(shù)在加工這一類零件中表現(xiàn)出其高質(zhì)量、高精度、高效率，都成為各國(guó)爭(zhēng)先要解決的問(wèn)題。因此研究它對(duì)我國(guó)的制造行業(yè)很有借鑒作用。
2 數(shù)控加工工藝概述
2.1 數(shù)控加工工藝分析的一般步驟與方法
工作人員在進(jìn)行工藝分析時(shí)，要有機(jī)床說(shuō)明書、編程手冊(cè)、切削用量表、標(biāo)準(zhǔn)工具、夾具手冊(cè)等資料，根據(jù)被加工工件的材料、輪廓形狀、加工精度等選用合適的機(jī)床，制定加工方案，確定零件的加工順序，各工序所用刀具，夾具和切削用量等。
?2.2 機(jī)床的合理選用
在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，一般有兩種情況。第一種情況：有零件圖樣和毛坯，要選擇適合加工該零件的數(shù)控機(jī)床。第二種情況：已經(jīng)有了數(shù)控機(jī)床，要選擇適合在該機(jī)床上加工的零件。無(wú)論哪種情況，考慮的因素主要有，毛坯的材料和類、零件輪廓形狀復(fù)雜程度、尺寸大小、加工精度、零件數(shù)量、熱處理要求等。概括起來(lái)有三點(diǎn)：
（1）要保證加工零件的技術(shù)要求，加工出合格的產(chǎn)品；
（2）有利于提高生產(chǎn)率；
（3）盡可能降低生產(chǎn)成本(加工費(fèi)用)。
2.3 數(shù)控加工零件工藝性分析
數(shù)控加工工藝性分析涉及面很廣，在此僅從數(shù)控加工的可能性和方便性兩方面加以分析。
2.3.1 零件圖樣上尺寸數(shù)據(jù)的給出應(yīng)符合編程方便的原則
（1）零件圖上尺寸標(biāo)注方法應(yīng)適應(yīng)數(shù)控加工的特點(diǎn)在數(shù)控加工零件圖上，應(yīng)以同一基準(zhǔn)引注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸。在保持設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、檢測(cè)基準(zhǔn)與編程原點(diǎn)設(shè)置的一致性方面帶來(lái)很大方便。由于零件設(shè)計(jì)人員一般在尺寸標(biāo)注中較多地考慮裝配等使用特性方面，而不得不采用局部分散的標(biāo)注方法，這樣就會(huì)給工序安排與數(shù)控加工帶來(lái)許多不便。由于數(shù)控加工精度和重復(fù)定位精度都很高，不會(huì)因產(chǎn)生較大的積累誤差而破壞使用特性，因此可將局部的分散標(biāo)注法改為同一基準(zhǔn)引注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸的標(biāo)注法。
（2）構(gòu)成零件輪廓的幾何元素的條件應(yīng)充分。在分析零件圖時(shí)，要分析幾何元素的給定條件是否充分。如圓弧與直線，圓弧與圓弧在圖樣上相切，但根據(jù)圖上給出的尺寸，在計(jì)算相切條件時(shí)，變成了相交或相離狀態(tài)。由于構(gòu)成零件幾何元素條件的不充分，使編程時(shí)無(wú)法下手。遇到這種情況時(shí)，應(yīng)與零件設(shè)計(jì)者協(xié)商解決。
2.3.2 零件各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn)
（1）零件的內(nèi)腔和外形最好采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸。這樣可以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)，使編程方便，生產(chǎn)效益提高。
（2）內(nèi)槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，因而內(nèi)槽圓角半徑不應(yīng)過(guò)小。零件工藝性的好壞與被加工輪廓的高低、轉(zhuǎn)接圓弧半徑的大小等有關(guān)。
（3）零件銑削底平面時(shí)，槽底圓角半徑r不應(yīng)過(guò)大。
（4）應(yīng)采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。在數(shù)控加工中，若沒有統(tǒng)一基準(zhǔn)定位，會(huì)因工件的重新安裝而導(dǎo)致加工后的兩個(gè)面上輪廓位置及尺寸不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。因此要避免上述問(wèn)題的產(chǎn)生，保證兩次裝夾加工后其相對(duì)位置的準(zhǔn)確性，應(yīng)采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。零件上最好有合適的孔作為定位基準(zhǔn)孔，若沒有，要設(shè)置工藝孔作為定位基準(zhǔn)孔。若無(wú)法制出工藝孔時(shí)，最起碼也要用經(jīng)過(guò)精加工的表面作為統(tǒng)一基準(zhǔn)，以減少兩次裝夾產(chǎn)生的誤差。此外，還應(yīng)分析零件所要求的加工精度、尺寸公差等是否可以得到保證、有無(wú)引起矛盾的多余尺寸或影響工序安排的封閉尺寸等。
2.4 加工方法的選擇與加工方案的確定
2.4.1 加工方法的選擇
加工方法的選擇原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于獲得同一級(jí)精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，因而在實(shí)際選擇時(shí)，要結(jié)合零件的形狀、尺寸大小和熱處理要求等全面考慮。例如，對(duì)于IT7級(jí)精度的孔采用鏜削、鉸削、磨削等加工方法均可達(dá)到精度要求，但箱體上的孔一般采用鏜削或鉸削，而不宜采用磨削。一般小尺寸的箱體孔選擇鉸孔，當(dāng)孔徑較大時(shí)則應(yīng)選擇鏜孔。此外，還應(yīng)考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性的要求，以及工廠的生產(chǎn)設(shè)備等實(shí)際情況。常用加工方法的經(jīng)濟(jì)加工精度及表面粗糙度可查閱有關(guān)工藝手冊(cè)。
2.4.2 加工方案確定的原則
零件上比較精密表面的加工，常常是通過(guò)粗加工、半精加工和精加工逐步達(dá)到的。對(duì)這些表面僅僅根據(jù)質(zhì)量要求選擇相應(yīng)的最終加工方法是不夠的，還應(yīng)正確地確定從毛坯到最終成形的加工方案。
確定加工方案時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步確定為達(dá)到這些要求所需要的加工方法。例如，對(duì)于孔徑不大的IT7級(jí)精度的孔，最終加工方法取精鉸時(shí)，則在精鉸孔前通常要經(jīng)過(guò)鉆孔、擴(kuò)孔和粗鉸孔等加工。
2.5 工序與工步的劃分及加工順序安排
2.5.1?工序的劃分
在數(shù)控機(jī)床上加工零件，工序可以比較集中，在一次裝夾中盡可能完成大部分或全部工序。首先應(yīng)根據(jù)零件圖樣，考慮被加工零件是否可以在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上完成整個(gè)零件的加工工作，若不能則應(yīng)決定其中哪一部分在數(shù)控機(jī)床上加工，哪一部分在其他機(jī)床上加工，即對(duì)零件的加工工序進(jìn)行劃分。一般工序劃分有以下幾種方式：
（1）以一次安裝、加工作為一道工序。
（2）以同一把刀具加工的內(nèi)容劃分工序。
（3）以加工部位劃分工序。
（4）以粗、精加工劃分工序。
2.5.2 工步的劃分
工步的劃分主要從加工精度和效率兩方面考慮。在一個(gè)工序內(nèi)往往需要采用不同的刀具和切削用量，對(duì)不同的表面進(jìn)行加工。為了便于分析和描述較復(fù)雜的工序，在工序內(nèi)又細(xì)分為工步。下面以加工中心為例來(lái)說(shuō)明工步劃分的原則：
(1)同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分開進(jìn)行。
(2)對(duì)于既有銑面又有鏜孔的零件，可先銑面后鏜孔。
(3)按刀具劃分工步。??
總之，工序與工步的劃分要根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求等情況綜合考慮。
2.5.3 加工順序安排
順序的安排應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和毛坯狀況，以及定位、安裝與夾緊的需要來(lái)考慮。順序安排一般應(yīng)按以下原則進(jìn)行：
（1）上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊，中間穿插有通用機(jī)床加工工序的也應(yīng)綜合考慮；
（2）先進(jìn)行內(nèi)腔加工，后進(jìn)行外形加工；
（3）以相同定位、夾緊方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好連續(xù)加工，以減少重復(fù)定位次數(shù)、換刀次數(shù)與挪動(dòng)壓板次數(shù)；
2.6 零件的安裝與夾具的選擇
2.6.1 定位安裝的基本原則
（1）力求設(shè)計(jì)、工藝與編程計(jì)算的基準(zhǔn)統(tǒng)一。
（2）盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工表面。
（3）避免采用占機(jī)人工調(diào)整式加工方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效能。
2.6.2 選擇夾具的基本原則
數(shù)控加工的特點(diǎn)對(duì)夾具提出了兩個(gè)基本要求：一是要保證夾具的坐標(biāo)方向與機(jī)床的坐標(biāo)方向相對(duì)固定；二是要協(xié)調(diào)零件和機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸關(guān)系。除此之外，還要考慮以下四點(diǎn)：
（1）當(dāng)零件加工批量不大時(shí)，應(yīng)盡量采用組合夾具、可調(diào)式夾具及其他通用夾具，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間、節(jié)省生產(chǎn)費(fèi)用。
（2）在成批生產(chǎn)時(shí)才考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
（3）零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機(jī)床的停頓時(shí)間。
（4）夾具上各零部件應(yīng)不妨礙機(jī)床對(duì)零件各表面的加工，即夾具要開敞其定位、夾緊機(jī)構(gòu)元件不能影響加工中的走刀(如產(chǎn)生碰撞等)。
2.7 刀具的選擇與切削用量的確定
2.7.1 刀具的選擇
刀具的選擇是數(shù)控加工工藝中重要內(nèi)容之一，它不僅影響機(jī)床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。編程時(shí)，選擇刀具通常要考慮機(jī)床的加工能力、工序內(nèi)容、工件材料等因素。
與傳統(tǒng)的加工方法相比，數(shù)控加工對(duì)刀具的要求更高。不僅要求精度高、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)整方便。這就要求采用新型優(yōu)質(zhì)材料制造數(shù)控加工刀具，并優(yōu)選刀具參數(shù)。
?2.7.2 切削用量的確定
切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速(切削速度)、背吃刀量、進(jìn)給量。對(duì)于不同的加工方法，需要選擇不同的切削用量，并應(yīng)編入程序單內(nèi)。
合理選擇切削用量的原則是，粗加工時(shí)，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書、切削用量手冊(cè)，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而定。
2.8 對(duì)刀點(diǎn)與換刀點(diǎn)的確定
在編程時(shí)，應(yīng)正確地選擇“對(duì)刀點(diǎn)”和“換刀點(diǎn)”的位置?！皩?duì)刀點(diǎn)”就是在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，刀具相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)。由于程序段從該點(diǎn)開始執(zhí)行，所以對(duì)刀點(diǎn)又稱為“程序起點(diǎn)”或“起刀點(diǎn)”。
對(duì)刀點(diǎn)的選擇原則是：
（1）所選的對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)使程序編制簡(jiǎn)單；
（2）對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)選擇在容易找正、便于確定零件加工原點(diǎn)的位置；
（3）對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)選在加工時(shí)檢驗(yàn)方便、可靠的位置；
（4）對(duì)刀點(diǎn)的選擇應(yīng)有利于提高加工精度。
加工過(guò)程中需要換刀時(shí)，應(yīng)規(guī)定換刀點(diǎn)。所謂“換刀點(diǎn)”是刀架轉(zhuǎn)位換刀時(shí)的位置。該點(diǎn)可以是某一固定點(diǎn)(如加工中心機(jī)床，其換刀機(jī)械手的位置是固定的)，也可以是任意的一點(diǎn)(如車床)。換刀點(diǎn)應(yīng)設(shè)在工件或夾具的外部，以刀架轉(zhuǎn)位時(shí)不碰工件及其它部件為準(zhǔn)。其設(shè)定值可用實(shí)際測(cè)量方法或計(jì)算確定。、
2.9 加工路線的確定
在數(shù)控加工中，刀具刀位點(diǎn)相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的軌跡稱為加工路線。編程時(shí)，加工路線的確定原則主要有以下幾點(diǎn)：
（1）加工路線應(yīng)保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率較高。
（2）使數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單，以減少編程工作量。
（3）應(yīng)使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空刀時(shí)間。?
如加工圖a所示零件上的孔系。b圖的走刀路線為先加工完外圈孔后，再加工內(nèi)圈孔。若改用c圖的走刀路線，減少空刀時(shí)間，則可節(jié)省定位時(shí)間近一倍，提高了加工效率。
a)零件圖樣 b)路線1 c)路線2
圖1 最短走刀路線的設(shè)計(jì)
3 撥叉零件數(shù)控加工工藝分析
3.1 撥叉零件的作用
圖2撥叉零件圖
圖2是CA6140車床上的撥叉零件，它位于車床變速機(jī)構(gòu)中，主要起換檔，使主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)按照工作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的Φ20孔與操縱機(jī)構(gòu)相連，二下方的Φ50半孔則是用于與所控制齒輪所在的軸接觸。通過(guò)上方的力撥動(dòng)下方的齒輪變速。兩件零件鑄為一體，加工時(shí)分開。
3.2 撥叉零件的工藝分析
零件的材料HT200其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，鑄造性能優(yōu)良，但塑性較差、脆性高，不適合磨削。以下是撥叉需要加工的表面及加工表面之間的位置要求：
（1）小頭孔Φ20以及與此孔相通的Φ8的錐孔、M6螺紋孔。
（2）大頭半圓孔Φ50。
（3）撥叉底面、小頭孔端面、大頭半圓孔端面，大頭半圓孔兩端面與小頭孔中心線的垂直度誤差為0.07mm，小頭孔上端面與其中心線的垂直度誤差為0.05mm。
分析可知，可以粗加工撥叉下端面，然后以此作為基準(zhǔn)采用專用夾具進(jìn)行加工，并且保證位置精度要求。由于撥叉零件的加工工序較多，形狀較復(fù)雜，考慮到工序集中所以采用數(shù)控機(jī)床來(lái)進(jìn)行加工。
3.3 確定撥叉零件生產(chǎn)類型
已知此撥叉零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為5000件/年，零件的質(zhì)量是1.0Kg/個(gè)，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》第2頁(yè)表1.1-2，可確定該撥叉生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過(guò)程劃分階段；工序適當(dāng)集中；加工設(shè)備以數(shù)控機(jī)床為主，大量采用專用工裝。
3.4 確定撥叉零件毛坯類型
3.4.1 確定毛坯種類
零件材料為HT200?？紤]零件在機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，故選擇木摸手工砂型鑄件毛坯。查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》第41頁(yè)表2.2-5,選用鑄件尺寸公差等級(jí)為CT-12。
3.4.2 確定鑄件加工余量及形狀
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》第41頁(yè)表2.2-5，選用加工余量為MA-H級(jí)，并查表2.2-4確定各個(gè)加工面的鑄件機(jī)械加工余量，鑄件的分型面的選用及加工余量，如下表所示：
表1 各加工表面的加工余量
簡(jiǎn) 圖
加工面代號(hào)
基本
尺寸
加工余量等級(jí)
加工
余量
說(shuō) 明
D1
20
H
1.02
孔降一級(jí)雙側(cè)加工
D2
50
H
3.52
孔降一級(jí)雙側(cè)加工
T2
30
H
5
單側(cè)加工
T3
12
H
5
單側(cè)加工
T4
12
H
5
單側(cè)加工
3.4.3 繪制鑄件零件圖
圖3 撥叉毛坯圖
3.5 撥叉零件數(shù)控加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
3.5.1 選擇定位基準(zhǔn)
（1）粗基準(zhǔn)的選擇：以零件的小頭上端面為主要的定位粗基準(zhǔn)，以兩個(gè)小頭孔外圓表面為輔助粗基準(zhǔn)。
（2）精基準(zhǔn)的選擇：考慮要保證零件的加工精度和裝夾準(zhǔn)確方便，依據(jù)“基準(zhǔn)重合”原則和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則，以粗加工后的底面為主要的定位精基準(zhǔn)，以兩個(gè)小頭孔外圓柱表面為輔助的定位精基準(zhǔn)。
3.5.2 制定數(shù)控加工工藝路線
根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求，以及加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用數(shù)控機(jī)床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》第20頁(yè)表1.4-7、1.4-8、1.4-11，選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：
工序01 粗銑、精銑Φ20、Φ50下端面，以T2為粗基準(zhǔn)，采用立式數(shù)控銑床加專用夾具；
工序02 粗銑、精銑Φ20上端面，以T4為定位基準(zhǔn)，采用立式數(shù)控銑床加專用夾具；粗銑、精銑Φ50上端面，以T4為定位基準(zhǔn)，采用立式數(shù)控銑床加專用夾具；
工序03 鉆、擴(kuò)Φ20孔，粗鉸、精鉸Φ20孔；以Φ32外圓和T2為基準(zhǔn)，采用立式數(shù)控鉆床加專用夾具；粗鏜、半精鏜Φ50孔，以D1為定位基準(zhǔn)，采用臥式數(shù)控鏜床加專用夾具；
工序04 銑斜肩，以D1和T2為定位基準(zhǔn)，采用立式數(shù)控銑床加專用夾具；
工序05 精銑Φ50端面，以D1為基準(zhǔn)，采用立式數(shù)控銑床加專用夾具；
工序06 鉆、鉸Φ8錐孔，以T1和零件中線為基準(zhǔn)，采用立式數(shù)控鉆床加專用夾具；
工序07 鉆M6底孔，攻螺紋，以T1和零件中線為基準(zhǔn)，采用立式數(shù)控鉆床并采用專用夾具；
工序08 銑斷，以D1為基準(zhǔn)，采用臥式數(shù)控銑床加專用夾具；
工序09 去毛刺；
工序10 終檢。
3.6 機(jī)械加工余量、工序尺寸及公差的確定
3.6.1 圓柱表面工序尺寸
前面已初步確定工件各面的總加工余量，現(xiàn)在確定各工序的加工余量如下：
表2 圓柱表面加工余量
加工
表面
加工
內(nèi)容
加工余量
精度
等級(jí)
工序
尺寸
表面粗糙度
工序余量
最小
最大
φ50IT12
（D2）
鑄 件
7.0
CT12
粗 鏜
4.0
IT12
6.3
0.95
6.8
半精鏜
3.0
IT10
3.2
2.9
3.25
φ20IT7
（D1）
鉆
18
IT11
17.89
18
擴(kuò)
1.8
IT10
6.3
1.716
1.910
粗 鉸
0.14
IT8
3.2
0.107
0.224
精 鉸
0.06
IT7
1.6
0.039
0.093
3.6.2 平面工序尺寸
表3 平面加工余量
工序號(hào)
工序內(nèi)容
加工余量
基本
尺寸
經(jīng)濟(jì)
精度
工序尺寸偏差
工序余量
最小
最大
鑄 件
5.0
CT12
01
粗銑φ20孔下端面
4.0
36.0
12
1.5
7.75
02
粗銑φ20孔上端面
4.0
32.0
12
1.5
7.75
03
粗銑φ50孔上端面
4.0
14.0
12
1.8
6.38
07
精銑φ20孔下端面
1.0
31.0
8
0.75
1.283
08
精銑φ20孔上端面
1.0
30.0
8
0.75
1.283
10
精銑φ50孔端面
1.0×2
12.0
8
0.951
1.016
3.6.3 確定切削用量及時(shí)間定額
工序01 粗銑、精銑Φ20、Φ50下端面，以T2為粗基準(zhǔn)，采用立式數(shù)控銑床加專用夾具
（1） 粗銑Φ20、Φ50下端面，以T2為粗基準(zhǔn)。
1） 加工條件
工件材料：HT200, σb =170~240MPa，鑄造；工件尺寸：H=40mm，L=176mm;
加工要求：粗銑Φ20孔下端面，加工余量4mm;
機(jī)床：X51立式數(shù)控銑床；
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)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》（后簡(jiǎn)稱《簡(jiǎn)明手冊(cè)》）表3.1，取刀具直徑d0=125mm。根據(jù)《切削用量手冊(cè)》（后簡(jiǎn)稱《切削手冊(cè)》）表3.16，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(guò)渡刃Krε=30°，副偏角Kr’=5°。
(2) 切削用量
1) 確定切削深度ap
因?yàn)橛嗔枯^小，故選擇ap=4mm，一次走刀即可完成。
2) 確定每齒進(jìn)給量fz
由于本工序?yàn)榇旨庸?，尺寸精度和表面質(zhì)量可不考慮，從而可采用不對(duì)稱端銑，以提高進(jìn)給量提高加工效率。根據(jù)《切削手冊(cè)》表3.5，使用YG6硬質(zhì)合金端銑刀加工，機(jī)床功率為4.5kw（據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-35，X51立式銑床）時(shí)：
fz=0.09~0.18mm/z
故選擇：fz=0.18mm/z。
3) 確定刀具壽命及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)《切削手冊(cè)》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)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.8）。
4) 計(jì)算切削速度vc和每分鐘進(jìn)給量vf
根據(jù)《切削手冊(cè)》表3.16，當(dāng)d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z時(shí)，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(jì)算公式為：
其中 ，，，，，，，，，，，，，將以上數(shù)據(jù)代入公式：
確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速： 。
根據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-36，選擇nc=300r/min，vfc=390mm/min，因此實(shí)際進(jìn)給量和每分鐘進(jìn)給量為：
vc==m/min=118m/min
f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z
5)校驗(yàn)機(jī)床功率
根據(jù)《切削手冊(cè)》表3.24，近似為Pcc=3.3kw，根據(jù)機(jī)床使用說(shuō)明書，主軸允許功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校驗(yàn)合格最終確定：ap=4.0mm，nc=300r/min，vf=390mm/s，vc=118m/min，fz=0.1mm/z。
6)計(jì)算基本工時(shí)
tm＝L/ vf，L=l+ y+Δ，l=176mm.
查《切削手冊(cè)》表3. 26，入切量及超切量為：y+Δ=40mm，則：
tm＝L/ Vf=(176+40)/390=0.81min.
（2）精銑Φ20、Φ50下端面，以T2為粗基準(zhǔn)。
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀；
機(jī)床：X51立式數(shù)控銑床；
查《切削手冊(cè)》表3.5，進(jìn)給量為：，取為0.5mm/r
參考有關(guān)手冊(cè)，確定，采用YG6硬質(zhì)合金端銑刀，，則：
現(xiàn)采用X51立式數(shù)控銑床，根據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-36，取，故實(shí)際切削速度：
當(dāng)時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量：，取為980mm/min
本工序切削時(shí)間為：
min
工序02 粗銑、精銑Φ20上端面，以T4為定位基準(zhǔn)，采用X51立式數(shù)控銑床加專用夾具；粗銑、精銑Φ50上端面，以T4為定位基準(zhǔn)，采用X51立式數(shù)控銑床加專用夾具
（1） 粗銑Φ20、Φ50上端面，以T4為定位基準(zhǔn)。
切削用量和時(shí)間定額及其計(jì)算過(guò)程同工序01。
（2） 精銑Φ20上端面，以T1為定位基準(zhǔn)。
切削用量同工序01；
精銑時(shí)；
基本工時(shí)：。
（3）粗銑Φ50上端面，以T4為定位基準(zhǔn)。
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀，
機(jī)床：X51立式銑床
根據(jù)《切削手冊(cè)》查得，。根據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-36查得，?。?，故實(shí)際切削速度：
當(dāng)時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為：
查說(shuō)明書，取
計(jì)算切削基本工時(shí)：
因此，
工序03 鉆、擴(kuò)Φ20孔；粗鉸、精鉸Φ20孔；以Φ32外圓和T2為基準(zhǔn)；采用Z525立式數(shù)控鉆床加專用夾具；粗鏜、半精鏜Φ50孔，以D1為定位基準(zhǔn)，采用T616臥式數(shù)控鏜床加專用夾具
（1） 鉆、擴(kuò)Φ20孔，以Φ32外圓和T2為基準(zhǔn)。
1） 選擇鉆頭
根據(jù)《切削手冊(cè)》表2.1.2.2，選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時(shí)do=18mm，鉆頭采用雙錐后磨橫刀，后角αo＝12°，二重刃長(zhǎng)度bε=3.5mm,橫刀長(zhǎng)b=2mm,寬l=4mm,棱帶長(zhǎng)度，°，°
2） 選擇切削用量
① 確定進(jìn)給量
按加工要求確定進(jìn)給量：查《切削手冊(cè)》，，由《切削手冊(cè)》表2.7,系數(shù)為0.5,則：
按鉆頭強(qiáng)度選擇:查《切削手冊(cè)》表2.8,鉆頭允許進(jìn)給量為：；
按機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度選擇：查《切削手冊(cè)》表2.9，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許軸向力為8330N時(shí)，進(jìn)給量為。以上三個(gè)進(jìn)給量比較得出，受限制的進(jìn)給量是工藝要求，其值為：0.215~0.265mm/r。根據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-16,最終選擇進(jìn)給量。
根據(jù)《切削手冊(cè)》表2.19查出,鉆孔時(shí)軸向力Ff=2500N，軸向力修正系數(shù)為1.0，故Ff=2500N。根據(jù)Z525立式鉆床使用說(shuō)明書，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的最大軸向力為8830N﹥Ff，故所選進(jìn)給量可用。
② 確定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命
后刀面最大磨損限度（查《簡(jiǎn)明手冊(cè)》）為0.6mm，壽命．
③ 切削速度
查《切削手冊(cè)》表2.30，切削速度計(jì)算公式為：
（m/min）
其中，，，，，，，，，查得修正系數(shù)：，，，故實(shí)際的切削速度：
④ 檢驗(yàn)機(jī)床扭矩及功率
查《切削手冊(cè)》表2.20，當(dāng)f≤0.26, do≤19mm時(shí)，Mt=31.78N?m，修正系數(shù)均為1.0，故MC=31.78 Nm。
查機(jī)床使用說(shuō)明書：Mm =144.2 Nm。
查《切削手冊(cè)》表2.23,鉆頭消耗功率：Pc=1.3kw。
查機(jī)床使用說(shuō)明書，。
由于，，故切削用量可用，即：
，，
3） 計(jì)算工時(shí)
4） 擴(kuò)孔至Φ19.8
查《切削手冊(cè)》表2.10，擴(kuò)孔進(jìn)給量為：，并由機(jī)床使用說(shuō)明書最終選定進(jìn)給量為：。
根據(jù)資料，切削速度 ，其中為用鉆頭鉆同樣尺寸實(shí)心孔時(shí)的切削速度，故：，，根據(jù)機(jī)床使用說(shuō)明書選取： 。
基本工時(shí)：
（3）粗鉸、精鉸Φ20孔；以Φ32外圓和T2為基準(zhǔn)。
1） 粗鉸至
刀具：專用鉸刀
機(jī)床：Z525立式鉆床
根據(jù)有關(guān)手冊(cè)的規(guī)定，鉸刀的進(jìn)給量為0.8～1.2mm/z,進(jìn)給量取0.81mm/r，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速取為=140r/min，則其切削速度為：
。
機(jī)動(dòng)時(shí)切削工時(shí)，=38mm，
2） 精鉸至
刀具：
機(jī)床：Z525立式數(shù)控鉆床
根據(jù)有關(guān)手冊(cè)的規(guī)定，鉸刀的進(jìn)給量取0.48mm/r，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速取為：=140r/min，則其切削速度為：
機(jī)動(dòng)時(shí)切削工時(shí)，=38mm
機(jī)床：X51立式數(shù)控銑床
刀具：硬質(zhì)合金立銑刀（鑲齒螺旋形刀片），由《切削手冊(cè)》表3.6查得：，,即27m/min，因此，
現(xiàn)采用X51立式銑床，取 ，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為：，
查機(jī)床使用說(shuō)明書，取 。
銑削基本工時(shí)：
（3） 粗鏜、半精鏜Φ50孔，以D1為定位基準(zhǔn)
1） 粗鏜Φ50孔，以D1為定位基準(zhǔn)。
機(jī)床：T60臥式數(shù)控鏜床
單邊余量 可一次切除，則 。根據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》4.2-20查得，取 。根據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》4.2-21查得，?。?。
計(jì)算切削基本工時(shí)：
2） 半精鏜Φ50孔，以D1做定位基準(zhǔn)。
單邊余量,可一次切除，則 。
由《切削手冊(cè)》表1.6查得，進(jìn)給量取為0.27mm/r。由《切削手冊(cè)》表1.1查得，，則：
查《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-20，取為630r/min。
加工基本工時(shí)：
工序04 銑斜肩，以D1和T2為定位基準(zhǔn)
刀具：硬質(zhì)合金三面刃銑刀
機(jī)床：X51立式銑床
根據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》查得：。根據(jù)《切削手冊(cè)》查得：因此：
現(xiàn)采用X51立式銑床，?。?，故實(shí)際切削速度為：
當(dāng)時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為：
根據(jù)《切削手冊(cè)》表4.2-37查得,?。?。
計(jì)算切削基本工時(shí)：
因此：
工序05 精銑Φ50端面，以D1為基準(zhǔn)，采用X51立式數(shù)控銑床加專用夾具
機(jī)床：X51立式數(shù)控銑床
刀具：硬質(zhì)合金立銑刀（鑲齒螺旋形刀片），由《切削手冊(cè)》表3.6查得：，,即27m/min，因此，
現(xiàn)采用X51立式銑床，取 ，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為：，
查機(jī)床使用說(shuō)明書，取 。
銑削基本工時(shí)：
工序06 鉆、鉸Φ8錐孔，以T1和零件中線為基準(zhǔn)
刀具：專用刀具
機(jī)床：Z525立式鉆床
確定進(jìn)給量：根據(jù)《切削手冊(cè)》表2.7查得，，查Z525機(jī)床使用說(shuō)明書，現(xiàn)取。查《切削手冊(cè)》表2.15，，計(jì)算機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
按機(jī)床選取，所以實(shí)際切削速度為：
計(jì)算切削基本工時(shí)：
工序07 鉆M6底孔，攻螺紋，以T1和零件中線為基準(zhǔn)
（1） 鉆螺紋底孔mm
機(jī)床：Z525立式鉆床
刀具：高速鋼麻花鉆
根據(jù)《切削手冊(cè)》查得，進(jìn)給量為0.18～0.22mm/z,現(xiàn)取f=0.22mm/z，v=17m/min，則：
查《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-15，取。所以實(shí)際切削速度為：
計(jì)算切削基本工時(shí)：
（2） 攻螺紋M6
機(jī)床：Z525立式鉆床
刀具：絲錐M6，P=1mm
切削用量選為：，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為：，按機(jī)床使用說(shuō)明書選?。?，則 ；機(jī)動(dòng)時(shí)，，計(jì)算切削基本工時(shí)：
工序08 銑斷，以D1為基準(zhǔn)
選擇鋸片銑刀，d=160mm，l=4mm，中齒，Z=40
采用X61臥式銑床
查《切削手冊(cè)》，選擇進(jìn)給量為：,切削速度為：，則：
根據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-39，取，故實(shí)際切削速度為：
此時(shí)工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為：
查《切削手冊(cè)》表4.2-40，剛好有。
計(jì)算切削基本工時(shí)：
4 夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。并設(shè)計(jì)工序03——鉆、擴(kuò)Φ20孔，粗鉸、精鉸Φ20孔;粗鏜、半精鏜Φ50孔；刀具為高速鋼麻花鉆。
4.1 問(wèn)題的提出
本夾具主要用來(lái)鉆Φ20、Φ50底孔，該孔為通孔，跟撥叉的上下底面有垂直度的技術(shù)要求要求，在加工時(shí)應(yīng)保證孔的垂直度要求分別為0.05、0.07。此外在本工序加工時(shí)還應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，所以為了滿足該要求，在進(jìn)行夾緊撥叉工件時(shí)采用了氣缸自動(dòng)裝置來(lái)進(jìn)行裝夾工件，并采用快換鉆套提高鉆孔的速度，能夠提高加工效率。
4.2 夾具設(shè)計(jì)
4.2.1 定位基準(zhǔn)選擇
由零件圖可知，孔Φ20、Φ50為通孔，跟撥叉的上下底面有垂直度的技術(shù)要求，為使定位誤差為零，應(yīng)該選擇撥叉下底面為定位基準(zhǔn)保證該垂直度要求。此外，還應(yīng)以Φ20孔外圓柱面為基準(zhǔn)，從而保證孔在精度要求。
為了提高加工效率，現(xiàn)決定采用自動(dòng)夾緊裝置，并采用快換鉆套以利于在鉆底孔后進(jìn)行精鉸或精鏜。
4.2.2切削力及夾緊力計(jì)算
刀具：硬質(zhì)合金麻花鉆，
（1）鉆Φ20時(shí)的夾緊力
由實(shí)際加工的經(jīng)驗(yàn)可知,鉆削時(shí)的主要切削力為鉆頭的切削方向,即垂直于工作臺(tái),查《切削手冊(cè)》表2.3，切削力計(jì)算公式為：
其中：，，，，，，與加工材料有關(guān),取0.94；與刀具刃磨形狀有關(guān),取1.33；與刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)有關(guān),取1.0，則：
在Φ20孔兩個(gè)端面只需要采用開口墊圈和六角螺母適當(dāng)夾緊后本夾具即可安全工作.
（2）鉆Φ50孔時(shí)的夾緊力
取鉆頭直徑
有上述公式可得：
4.3定位誤差分析
4.3.1定位元件尺寸及公差的確定
夾具的主要定位元件為兩個(gè)定位銷，這兩個(gè)定位銷的尺寸與公差規(guī)定為與本零件在工作時(shí)與其相匹配軸的尺寸與公差相同，即。此外，這兩定位銷共同保證加工孔的垂直度。
4.3.2計(jì)算鉆套中心線與工作臺(tái)的垂直度誤差
鉆套外徑與襯套孔的最大間隙為：
襯套外徑與鉆模板孔的最大間隙為：
則鉆套中心與工作臺(tái)平面的垂直度誤差為：0.026-0.005=0.021。
4.3.3計(jì)算定位銷軸與工作臺(tái)的平行度誤差
定位銷軸與夾具體孔的最大間隙為：
4.4夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明
如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)該考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。為此，設(shè)計(jì)采用了快換裝置。拆卸時(shí)，松開夾緊螺母1~2扣，拔下開口墊圈，實(shí)現(xiàn)工件的快換。
圖4 夾具體
圖5 V形塊
圖4 裝備圖
5結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)了兩個(gè)多月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了《撥叉零件數(shù)控加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》的畢業(yè)論文。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對(duì)我來(lái)說(shuō)都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的項(xiàng)目。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識(shí)也有很多感受，從對(duì)數(shù)控工藝一無(wú)所知，對(duì)數(shù)控工藝加工很不了解的狀態(tài)，我開始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來(lái)，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次試驗(yàn)的成功都會(huì)讓我興奮好一段時(shí)間。從中我也充分認(rèn)識(shí)到了數(shù)控加工技術(shù)在我們的生活生產(chǎn)中將扮演越來(lái)越重要的角色，更是我們以后工作的首選目標(biāo)。因此學(xué)好它、用好它不論是現(xiàn)在還是在以后工作學(xué)習(xí)當(dāng)中都有無(wú)可估量的作用。
雖然我的論文作品不是很成熟，還有很多不足之處，但我可以自豪的說(shuō)，這里面的每一段步驟，都有我的勞動(dòng)。當(dāng)看著自己的設(shè)計(jì)成果，自己成天相伴的系統(tǒng)能夠健康的運(yùn)行，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會(huì)化為甜美的甘泉。
這次做論文的經(jīng)歷也會(huì)使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過(guò)程和研究的過(guò)程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會(huì)有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步。
致謝
本文作為一名本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有老師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。
本文是在機(jī)電系老師的悉心指導(dǎo)下完成的。承蒙杜老師的親切關(guān)懷和精心指導(dǎo)，雖然有繁忙的工作，但仍抽出時(shí)間給予我學(xué)術(shù)上的指導(dǎo)和幫助，使我從中受益非淺。杜老師對(duì)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究方法、敏銳的學(xué)術(shù)洞察力、勤勉的工作作風(fēng)以及勇于創(chuàng)新、勇于開拓的精神是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣。在此，謹(jǐn)向杜老師致以深深的敬意和由衷的感謝。
其次，還要感謝大學(xué)幾年來(lái)所有指導(dǎo)過(guò),教育過(guò)我的老師們，正是你們不倦的教誨,使我打下了扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。
最后感謝河南科技學(xué)院機(jī)電系幾年來(lái)對(duì)我的大力栽培。
在這里，我僅用一句話來(lái)表明我無(wú)法言語(yǔ)的心情：感謝你們！
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