CA1340杠杆设计.docx
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CA1340杠杆设计
、零件工艺性分析
1.1、零件的作用
题目给定的零件是CA1340自动车床杠杆，它位于自动车床的自动机构中,
与灵活器配合使用，起制动的作用。
经查资料得知，此零件用于机床当中，并且还承受着冲击载荷，因此就要求该零件的材料具有足够的刚度和强度同时还要有足够的塑性和韧性。
1.2、零件的工艺分析
分析零件图可知，该杠杆的左，右端面及上下端面精度要求并不太高，其粗糙度在Ra3.2以上，故可用铣削加工。
①20H7mm的孔的粗糙度为Ra1.6,所以采用钻-扩-粗铰-精铰的工艺过程在钻床上加工。
30mm内孔对精度要求较高，由于端面为平面，可防止钻头钻偏以保证加工精度。
该零件除了内孔之外，其他加工表面精度要求均不高，因此以车床和铣床的粗加工就可达到要求。
30mm内孔
较长，需以多步骤加工实现。
杠杆共有四组加工表面，它们之间有一定的位置要求，现分述如下：
1、以①8H7mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
两个①8H7mm的孔，粗糙度为Ra1.6;尺寸为26mm且与两个孔①8H7mm相垂直的两个平面，尺寸为30mm且与两个孔①8H7mm相垂直的两个平面，粗糙度为Ra6.3;还有有一M4的螺纹孔，其孔轴线与①8H7mm的孔轴线垂直。
其中，主要加工表面为两个①8H7mm的孔和尺寸为26mm且与两个孔①8H7mm相垂直的两个平面。
2、以①20H7mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
一个①20H7mm的孔及其倒角，粗糙度为Ra1.6;两个与①20H7mm孔垂直的两个平面，粗糙度为Ra3.2;一个中心轴线与①20H7mm孔中心轴线平行且相距11.5mm的圆弧油槽；还有一个与①20H7mm的孔轴线成45°的油孔①3mm，并锪沉头孔。
其中，①20H7mm孔及两端面为主要加工面，并且①20H7mm的孔粗糙度为Ra1.6、两平面的粗糙度为Ra3.2。
3、以C8H8mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
一个①8H8mm的孔；以①8H8mm的孔轴线为轴线的①20mm的圆；M5的螺纹孔的轴线与①8H8mm的孔轴线相互垂直；还有一个是与①8H8mm的孔轴线相互垂直的下端面，其粗糙度为Ra6.3。
其中，下端面为主要加工表面。
4、以M10mm螺纹孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
M10的螺纹孔及与其轴线相互垂直的左右端面，其中左端面的粗糙度为Ra6.3。
其中左端面为主要加工表面。
1・3、生产类型
由题目知产量五万件以上，计算其年生产纲领：
N=Qm（1a%）（1b%）
N—零件年生产纲领（件|年）
Q—产品年产量（台，辆年）
m—每台（辆）产品中零件的数量（件|台，辆）
a%—备品率
b%—废品率
Q=5000台年，
m=1件一|台
a取3%,b取0.5%
计算得N=51757.5
该偏心套的生产类型属于大量生产。
二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图
2.1、确定毛坯的制造形成
该零件材料为球墨铸铁QT50-1.5、考虑到零件结构简单，工艺性好，在工作过程中受力不大及没有经常承受交变载荷，因此，应该选用铸件。
由于零件年产量为50000件，以达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，重量在12kg以下，从提高生产率，保证加工精度上考虑，也应选用铸件，从而使零件有较好的力学性能，保证零件的工作可靠。
经查《机械制造技术基础课程设计指导书》表2-1和表2-3确定毛坯的公差等级CT7级，尺寸公差为1.2mm由表2-4可查得加工余量为2.0mm这从提高生产效率保证加工精度上考虑也是应该的。
2.2、确定毛坯尺寸
毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查得的余量值即可
三、选择加工方法，制定工艺路线
3.1.定位基准的选择制定工艺路线
3.1.1.基面的选择
基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。
否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
3.1.2.粗基准的选择
粗基准的选择：
按有关基准的选择原则，即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度高的不加工表面作粗基准。
现以零件的侧面为主要的定位粗基准。
3.1.3.精基准的选择
精基准的选择：
精基准选择的原则有基准重合原则、基准统一原则、互为
基准原则和自为基准原则。
在选择时，主要应考虑基准重合的问题。
当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。
3.2、零件表面加工方法的选择
3.3、制定工艺路线
制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具，并尽量使工序集中来提高生产率。
除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
1、工艺路线方案一
工序1粗铣、半精铣、精铣①20H7mm孔端面A。
工序2粗铣、半精铣①8H7mm孔的四个端面及①20H7mm孔端面B，精铣端面B。
工序3钻①3油孔。
工序4同时钻①8H8mm①8H7mm孔和R3mm|圆弧油槽。
工序5粗铰①8H8mm①8H7mm①20H7mm三孔。
工序6车①20H7mm孔两端倒角。
工序7粗铣、精铣槽。
工序8钻M4、M5螺纹底孔。
工序9攻M10螺纹孔。
工序10精铰①8H8mm①8H7mm①20H7mm三孔。
工序11终检。
2、工艺路线方案二
工序1粗铣、半精铣、精铣①20H7mm孔端面A。
工序2粗铣、半精铣、精铣①8H7mm孔的四个端面及①20H7mm孔的B端面。
工序3钻R3mm圆弧油槽。
工序4同时钻①8H7mm①8H8mm两孔和扩①20H7mm孔。
工序5粗铰①8H7mm①8H8mm①20H7mm三孔。
工序6精铰①8H7mm①8H8mm①20H7mm三孔。
工序7车①20H7mm孔两端倒角。
工序8钻①3mm油孔。
工序9钻M4、M5螺纹底孔。
工序10攻M10mm螺纹孔。
工序11粗铣、精铣槽。
工序12终检。
3、工艺方案的比较与分析
上述两个方案的特点在于：
方案一与方案二在1~2两道工序相同，只是方案一先加工油槽，然后用它可以限制一个转动的自由度。
另外，精铰孔置于最后加工。
而方案二却不同，精铰孔置于粗铰孔之后，可以用它作为精准来加工其它表面，提高精度要求，但从两方案比较可以看出，它们在位置精度上的要求仍不易保证，并且在一道工序中同时钻几个孔，只能选用专门设计的组合机床（但在成批生产时，在能保证加工精度的情况下，应尽量不选用专用组合机床）加工，这样便增加了加工设备的要求，经济花费会相应提高，因此，综合以上两个方案及零件的技术要求，可以先加工①20H7mm孔的两端面，以它为精基准面，①35mm外圆面及R12mm圆弧面辅助定位来钻R3mm的圆弧油槽（精度要求可以不考虑），扩、铰①20H7mm的孔，然后再以①20H7mm孔端面及其孔为精基准面，R12mm圆弧面辅助定位来加工①8H8mm①8H7mm孔及部分端面和槽，这样基准重合与统一，不仅可以保证尺寸精度，还可以保证位置精度。
而油孔及螺纹孔，它们的精度要求不高，可以放于最后加工，仍以①20H7mm孔端面及其孔与①8H8（①8H7）mm孔定位。
由于加工过程中夹紧也比较方便，于是，最后的加工路线确定如下：
工序一：
粗铣©20H7孔两端面，©20左端面及30mm右端面见平
工序二：
钻、扩、粗铰、精铰©20mm孔并钻倒角
工序三：
粗精铣©20底面
工序四：
钻、扩、粗铰、精铰©8H7mm孔和M10螺纹孔底孔。
工序五：
钻、扩、粗铰©8H8mm锥孔。
工序六：
粗精铣8o°°?
mm槽
工序七：
钻M4螺纹孔底孔。
工序八：
钻M5螺纹孔底孔
工序九：
钻R2X1.5油槽
工序十：
钻©3沉孔60。
深3孔
工序十一
工序十二
•:
攻螺纹M5,M10
:
:
攻螺纹M4
工序十三：
去毛刺
工序十四：
终检
工序号
设备
工艺装备
工序I
X61W万能升降台铣床
高速钢直齿三面刃圆盘铣刀、游标卡尺、专用卡具
/、
工序U
Z525立式钻床
咼速钢长麻化钻、游标卡尺、专用卡具
工序川
四面组合钻床
扩孔钻、铰刀、卡尺、塞规、专用卡具
工序W
四面组合钻床
扩孔钻、铰刀、卡尺、塞规、专用卡具
工序V
四面组合钻床
扩孔钻、铰刀、卡尺、塞规、专用卡具
工序切
工序％
四面组合钻床
立式铣床X525
扩孔钻、游标卡尺、专用卡具
丝锥、游标卡尺
工序毗
工序区
立式铣床X525
X61W铣床
丝锥、游标卡尺
高速钢直齿精密级三面刃铣刀、游标卡尺、量块、专用卡具
工序X
清洗机
工序幻
塞规、百分表、卡尺等
3.4、选择加工设备与工艺装备
四、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“C1340半自动车床杠杆”零件材料为QT50-1.5,生产类型为大批生产,采
用机器造型，金属模铸造毛坯.
根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序
尺寸及毛坯尺寸如下
1.©8孔外端面的加工余量（加工余量的计算成本长度为66^.2）
工序
加工尺寸及公
铸件毛坯
（©8二端面尺寸
66^2）
粗铣二端面
半精铣床两端面
精铣床
两端面
加工前尺寸
最大
77
69
67
最小
73
68.4
66.81
加工后尺寸
最大
77
69
67
66
最小
73
68.7
66.81
65.8
加工余量（单边）
2
最大
2
1
0.30
最小
1
0.4
0.12
加工公差（单边）
斗A
-0.312
-0.1912
-0.212
加工余量计算表如下：
（1）按照《金属机械加工工艺人员手册》表12-2，取毛坯的单边加工余量
Z=2mm铸件尺寸精度等级为7,故偏差为土1.2。
（2）精铣余量：
单边为0.5,精铣偏差即零件偏差0o.2.
（3）半精铣余量：
单边为Z=1mm（见《简明机械加工工艺手册》表1-22），
加工精度等级为IT11，所以本工序加工偏差为O0.19（入体方向）
（4）粗铣加工余量：
分两次走刀，单边加工余量为Z=2mm,（《简明机械加工工艺手册》表1-22），加工精度等级为IT12，所以加工偏差为O0.3（入体方向）
2.©8二孔外端面的加工余量
（1）按照《金属机械加工工艺人员手册》表12-2，取毛坯的单边加工余量Z=2mm铸件尺寸精度等级为7,故偏差为土0.5。
⑵半精铣加工余量：
单边为Z=0.7mm《〈〈简明机械加工工艺手册》表1-22），
（3）粗铣加工余量：
单边为乙=2-0.7=1.3mm,分两次走刀，故每次加工余
-0.30
量为Z=Z』2=0.65mm,加工精度等级为IT12，所以加工偏差为
3.©8孔的加工余量，孔的精度要求为IT7,《金属机械加工工艺人员手册》表13-14，确定工序尺寸及余量为
钻孔：
©7.8mm
粗铰：
©7.96mmZ=0.16mm
精铰：
©8.o0.012mmZ=0.04mm
4.©8孔的加工余量，孔的精度要求为IT7,《金属机械加工工艺人员手册》表13-14，确定工序尺寸及余量为
钻孔：
©7.8mm
粗铰：
©7.96mmZ=0.16mm
精铰：
©8.00.012mmZ=0.04mm
5.©20孔的加工余量，孔的精度要求为IT7，《金属机械加工工艺人员手册》表13-14，确定工序尺寸及余量为
毛坯孔：
©18mm
扩孔：
©19.8mmZ=1.8mm
粗铰：
©19.94mmZ=0.14mm
精铰：
©20：
021mmZ=0.05mm
6.槽的加工余量，参照《金属机械加工工艺人员手册》表13-14，确定工序尺寸及余量为
粗铣：
6mm
半精铣8mmZ=2mm
由表可查得，800。
2mm的槽精铰余量a=0.30mm粗铣槽加工之后槽的基本尺寸=7.7mm查表可依次确定各工步尺寸的加工精度等级为精铣：
IT9;铣：
IT12;根据上述结果，再查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为，精铣：
0.036mm粗铣：
0.15mn。
综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，精铣：
8+0.0360mm粗铣：
c+0.15
80mm.
五、确定切削用量及基本时间
工序1粗铣，半精铣，精铣①20H7mn孔的两端面。
选用机床：
X61W万能升降台铣床。
1.粗铣①20H7mrSL的两端面
零件材料为球墨铸铁QT50-1.5，故可用高速钢直齿三面刃圆盘铣刀。
查《简明机械加工工艺手册》（简称简明手册）表11-21和表12-22，取铣刀直径d=125mm粗齿，z=20齿。
由于粗铣加工单边余量为3mm小于5mm故铣削宽度ae=3mm
查《机械加工工艺人员手册》（简称工艺手册）表11-69可知，fz
=0.06~0.12mm/z,取fz=0.1mm/齿。
查《工艺手册》表14-77,取u=38m/min贝
ns=1000u/dn=96（r/min）
根据机床使用说明书，查表3.29，取主轴实际转速nw=100r/min,则实际切削速度
uc=ndnw/1000=39.27（r/min）
当nw=100r/min时，刀具每分钟进给量fm应为
fm=fzZnw=0.1x20x100=200（mm/min）
查机床说明书，取实际进给速度fm=205mm/min则实际进给量
fz=fm/Znw=0.1025（mm/Z）
切削工时：
查《工艺手册》表15-14，切入长度L1=1.7mm超出长度L2=3mm于是行程长度为L0+L1+L2,则机动工时为
Tm=（L0+L1+L2）/fm=（32+1.7+3）/205=0.18（min）
2半精铣©20H7m孔的端面
选用高速钢直齿三面刃圆盘铣刀，细齿，d=125mm,z=20齿。
由于加工余量1mm经查手册，只需一次半精铣，故铣削宽度ae=1mm
查《工艺手册》表14-69，f=0.06s0.12mm齿,取f=0.08mm/z
查《工艺手册》表14-77,取U=45m/min,则
ns=1000u/nd=114.6（r/min）
根据机床使用说明书，查表3.29,取主轴转速nw=125r/min,贝U实际切削速度
Uc=ndnw/1000=49（m/min）
当nw=125r/min时,工作合每分钟进给量fm为
fm=fnwz=仁0.08x20x125=200（mm/min）
查机床使用说明书，取刀具实际进给速度为fm=205mm/min,则实际进给量为
f=fm/znw=205/（20x125）=0.082（mm/z）
切削工时：
由粗铣加工可知，刀具行程为L0+L1+L2,则机动工时
tm=（L0+L1+L2）/fm=（32+1.7+3）/205=0.18（min）
3.精铣©20H7m孔的端面
选用高速钢直齿三面刃圆盘铣刀，细齿，d=125mm,z=20齿。
由于加工余量为0.5mn,只需一次精铣，故铣削宽度ae=0.5mm
查《工艺手册》表14-69,f=0.06s0.12mm/齿,取f=0.06mm/齿。
查《工艺手册》表14-77，取切削速度U=54m/min,则
ns=1000U/nd=137（r/min）
按机床使用说明书，取主轴转速nw=125r/min,贝U实际切削速度
Uc=ndnw/1000=49（m/min）
当nw=125r/min时，刀具每分钟进给量fm为
fm=fznw=0.06x20X125=150（mm/min）
查机床说明书，取实际进给速度为fm=166mm/min,则进给量为
f=fm/znw=166/（20x125）=0.066（mm/z）
切削工时：
由工步1可知，刀具行程为L0+L1+L2,则机动工时
tm=（L0+L1+L2）/fm=0.22（min）
工序2:
钻R2mr圆弧油槽，扩©20H7mrfL.选用Z525立式钻床。
1.钻R2mr圆弧油槽，选高速钢长麻花钻,d=6mm.
单边切削深度ap=d/2=6/2=3mm
查《简明手册》表11-10，f=0.18s0.22mm/r,按机床试用说明书取f=0.22mm/r.
查《简明手册》表11-12，取U=0.2m/s=12m/min,则
ns=1000u/nd=1000x12/（nx6）=636.61（r/min）
按机床使用说明书取nw=680r/min,所以实际切削速度为：
U=ndnw/1000=nx6X680/1000=12.82（m/min）
切削工时：
查《工艺手册》得L1=2.4mm,L2=1.0mm则钻R2mnH弧油孔的
机动工时为：
Tm=（L+L1+L2）/fnw=（80+2.4+1.0）/（0.22x680）=0.557（min）
2.扩①19.8mm孔,选用高速钢扩钻,d=19.8mm.
单边切削深度ap=0.9mm.
根据有关资料介绍，利用扩钻进行扩孔时，其进给量和切削速度与钻同样尺寸的实心孔时的进给量和切削速度之关系为：
F=（1.2s1.8）f钻
U=（1/2si/3）u钻
式中,f钻、U钻----加工实心孔的切削用量.
现已知
f钻=0.5mm/r《简明手册》
U钻=0.35m/s=21m/min《简明手册》
并令
f=1.5f钻=1.5X0.5=0.75（mm/r）
U=0.4U钻=0.4X21=8.4（mm/min）
ns=1000u/nd=1000X8.4/（nX19.8）=135.04（r/min）
按机床使用说明书取nw=140r/min,所以实际切削速度为：
U=ndnw/1000=nX19.8X140/1000=8.71（m/min）
切削工时：
查《工艺手册》表15-8可得丄仁11.5mm,L2=3mm则扩钻①19.8mm孔的机动工时为：
Tm=（L+L1+L2）/fnw=（80+11.5+3）/（0.81X140）=0.83（min）
工序3:
粗铰、精铰①20H7mrfL,车①20H7mmi两端倒角1X45°。
选用
Z5125立式钻床。
1.粗铰①19.94mm两孔，选用硬质合金铰刀，d=19.94mmo
单边切削深度ap=Z/2=0.14/2=0.07mm。
查《工艺手册》表14-60,f=1s2mm/r,按机床使用说明书取f=1mm/r.查《工艺手册》表14-60，取U=45m/min,则
ns=1000u/nd=1000X45/（nX19.94）=718（r/min）
按机床使用说明书取nw=680r/min,所以实际切削速度为：
U=ndnw/1000=nX19.94X680/1000=42.60（m/min）
切削工时：
查《工艺手册》得L仁1.10mm,L2=22mn则粗铰①19.94mm孔的机动工时为：
Tm=（L+L1+L2）/fnw=（80+1.10+22）/（1X680）=0.152（min）
2.精铰①20H7mr的孔，选用硬质合金铰刀，d=20H7mm单边切削深度ap=z/2=0.06/2=0.03mm。
查《工艺手册》表14-60,按机床使用说明书取f=1mm/r.
查《工艺手册》表14-60，取U=60m/min,则
ns=1000u/nd=1000X60/（nX20）=954.9（r/min）
按机床使用说明书取nw=960r/min,所以实际切削速度为：
U=ndnw/1000=nX20X960/1000=60.3（m/min）
切削工时：
查《工艺手册》得L仁1.05mm,L2=22mn则精铰①20H7mrJL的机动工时为：
Tm=（L+L1+L2）/fnw=（80+1.05+22）/（1.0X960）=0.107（min）
3.车①20H7mm孔两端倒角1X45°,选用Z5125立式钻床，90°锥面锪钻,d=25mm
查《工艺手册》表14-48,f=0.10s0.15mm/r,按机床试用说明书取f=0.13mm/r.
为了缩短辅助时间，取锪沉头孔的主轴转速与铰孔相同，即nw=960r/min。
工序4:
钻、粗铰、精铰①8H7mr孔L。
选用Z5125立式钻床。
1.钻d=O7.8mm孔，选用高速钢麻花钻,d=7.8mmo
单边切削深度ap=d/2=7.8/2=3.9mm。
查《简明手册》表11-10，f=0.18s0.22mm/r,按机床试用说明书取f=0.22mm/r.
查《简明手册》表11-12，取U=0.2m/s=12m/min,则
ns=1000u/nd=1000X12/（nX7.8）=489.7（r/min）
按机床使用说明书取nw=545r/min,所以实际切削速度为：
U=ndnw/1000=nX7.8X545/1000=13.35（m/min）
切削工时：
查《工艺手册》得L1=2.4mm,L2=1.0mm则钻①7.8mm孔的机动工时为：
Tm=2X（L+L1+L2）/fnw=2X（12+2.4+1.0）/（0.22X545）=0.26（min）
2.粗铰①7.95mm的孔，选用高速钢铰刀，d=7.95mmo
单边切削深度ap=z/2=0.15/2=0.075mm。
查《简明手册》，按机床使用说明书取f=0.81mm/r.
查《简明手册》表11-19，取U=0.173m/s=10.38m/min,则
ns=100°u/nd=1000X10.38/（nX7.95）=415.6（r/min）
按机床使用说明书取nw=392r/min,所以实际切削速度为：
U=ndnw/1000=nX7.95X392/1000=9.79（m/min）
切削工时：
查《工艺手册》得L1=1.075mm,L2=11mn则粗铰①8H7mrLL的机动工时为：
Tm=2（L+L1+L2）/fnw=2X（12+1.075+11）/（0.81X392）=0.15（min）
3.精铰①8H7mr的孔，选用高速钢铰刀，d=8H7mm
单边切削深度ap=z/2=0.05/2=0.025mm。
查《工艺手册》，按机床使用说明书取f=0.81mm/r.
查《简明手册》表11-19，取U=0.22m/s=13.2m/min,则
ns=1000
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