机械制造技术课程设计-CA6140车床杠杆[831009]工艺及铣30右端面夹具设计【全套图纸】 .doc

ca6140杠杆加工工艺及夹具设计摘 要本设计是ca6140杠杆零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。ca6140杠杆零件的主要加工表面是平面及孔。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔的加工精度容易。因此，本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔的加工精度。基准的选择以杠杆外圆面作为粗基准，以孔及其下表面作为精基准。先将底面加工出来，然后作为定位基准，在以底面作为精基准加工孔。整个加工过程选用组合机床。在夹具方面选用专用夹具。考虑到零件的结构尺寸简单，夹紧方式多采用手动夹紧，夹紧简单，机构设计简单，且能满足设计要求。1 绪论全套图纸，加153893706加工工艺及夹具毕业设计是对所学专业知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展,机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。1.1课题背景及发展趋势材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技术也推动着设计。从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有其本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的“功能”。技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。 工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，对中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。1.2 夹具的基本结构及夹具设计的内容按在夹具中的作用,地位结构特点,组成夹具的元件可以划分为以下几类:(1)定位元件及定位装置；(2)夹紧元件及定位装置(或者称夹紧机构)； (3)夹具体；(4)对刀,引导元件及装置(包括刀具导向元件,对刀装置及靠模装置等)；(5)动力装置；(6)分度,对定装置；(7)其它的元件及装置(包括夹具各部分相互连接用的以及夹具与机床相连接用的紧固螺钉,销钉,键和各种手柄等)；每个夹具不一定所有的各类元件都具备,如手动夹具就没有动力装置,一般的车床夹具不一定有刀具导向元件及分度装置。反之,按照加工等方面的要求,有些夹具上还需要设有其它装置及机构,例如在有的自动化夹具中必须有上下料装置。专用夹具的设计主要是对以下几项内容进行设计：（1）定位装置的设计；（2）夹紧装置的设计；（3）对刀-引导装置的设计；（4）夹具体的设计；（5）其他元件及装置的设计。2 杠杆加工工艺规程设计2.1零件的分析2.1.1零件的作用题目给出的零件是ca6140的杠杆。它的主要的作用是用来支承、固定的。要求零件的配合要符合要求。2.1.2零件的工艺分析 零件的材料为ht200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，为此以下是杠杆需要加工表面以及加工表面的位置要求。现分析如下：（1）主要加工面：1）小头钻250+0.021以及与此孔相通的14阶梯孔、m8螺纹孔；2）钻锥孔及铣锥孔平台；3）钻2m6螺纹孔；4）铣杠杆底面及2m6螺纹孔端面。（2）主要基准面：1）以45外圆面为基准的加工表面这一组加工表面包括：25的孔、杠杆下表面2）以25的孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：14阶梯孔、m8螺纹孔、锥孔及锥孔平台、2m6螺纹孔及其倒角。其中主要加工面是m8螺纹孔和锥孔平台。 杠杆的25孔的轴线合两个端面有着垂直度的要求。现分述如下：本套夹具中用于加工25孔的是立式钻床。工件以25孔下表面及45孔外圆面为定位基准，在定位块和v型块上实现完全定位。加工25时，由于孔表面粗糙度为。主要采用钻、扩、铰来保证其尺寸精度。本套夹具中用于加工杠杆的小平面和加工12.7是立式铣床。工件以 孔及端面和水平面底为定位基准，在长销、支承板和支承钉上实现完全定位。加工表面：包括粗精铣宽度为30mm的下平台、钻12.7的锥孔，由于30mm的下平台的表面、孔表面粗糙度都为。其中主要的加工表面是孔12.7，要用12.7钢球检查。本套夹具中用于加工与25孔相通的m8螺纹底孔是用立式钻床。工件以孔及其下表面和宽度为30mm的下平台作为定位基准，在大端面长圆柱销、支承板和支承钉上实现完全定位。加工m8螺纹底孔时，先用7麻花钻钻孔，再用m8的丝锥攻螺纹。2.2杠杆加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施2.2.1确定毛坯的制造形式零件的材料ht200。由于年产量为4000件，达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造。便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。2.2.2基面的选择（1）粗基准的选择 对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，选择本零件的不加工表面是加强肋所在的肩台的表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，利用一个v形块支承45圆的外轮廓作主要定位，以限制z、z、y、y四个自由度。再以一面定位消除x、x两个自由度，达到完全定位,就可加工25的孔。（2）精基准的选择 主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用25的孔作为精基准。2.2.3确定工艺路线工序1粗精铣30右端面面工序2钻、扩、铰孔使尺寸到达250+0.0211mm工序3粗精铣尺寸为17的右侧面工序4粗精铣尺寸为80的上端面工序5钻m8底孔，锪14阶梯孔，攻m8螺纹工序6钻12.7孔工序7钻2-m6螺纹孔，攻2-m6螺纹工序8检查表2.2工艺路线方案二工序1粗精铣25孔下表面工序2钻、扩、铰孔使尺寸到达mm工序3粗精铣宽度为30mm的下平台工序4钻12.7的锥孔工序5粗精铣2-m6上端面工序6钻2-5孔，加工螺纹孔2-m6工序7加工m8螺纹孔，锪钻14阶梯孔工序8检查从提高效率和保证精度这两个前提下，发现第一个方案比较合理想。所以我决定以第一个方案进行生产。具体的工艺过程如表2.3所示。表2.3 最终工艺过程工序1粗精铣杠杆下表面。保证粗糙度是3.2选用立式升降台铣床x52k。工序2加工孔25。钻孔25的毛坯到22mm；扩孔到24.8mm；铰孔m到2500.021mm。保证粗糙度是1.6采用立式钻床z535。采用专用夹具。工序3粗精铣尺寸为17的右侧面，仍然采用立式铣床x52k，用组合夹具。工序4粗精铣尺寸为80的上端面，仍然用立铣床x52k,采用专用夹具工序5钻m8底孔，锪14阶梯孔，攻m8螺纹。采用立式钻床z535和专用夹具工序6钻12.7孔工序7钻2-m6螺纹孔，攻2-m6螺纹。用立式钻床z535，为保证加工的孔的位置度，采用专用夹具工序8检查2.2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定杠杆的材料是ht200，毛坯的重量0.85kg，生产类型为大批生产。由于毛坯用采用金属模铸造, 毛坯尺寸的确定如下：由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。 由于本设计规定零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与最小余量时应按调整法加工方式予以确定。 1）加工尺寸为30的右端面，粗加工1.9到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求，精加工0.1mm。2）对25的内表面加工。由于内表面有粗糙度要到达1.6，可以先钻孔至22，然后扩孔至24.8，最后铰孔至250+0.0213）加工尺寸为17的右端面是，用铣削的方法加工台肩。由于台肩的加工表面有粗糙度的要求，而铣削的精度可以满足，故采取分四次的铣削的方式，每次铣削的深度是2.5mm。 4）12.7的孔要求不高，可以直接钻孔5）钻14阶梯孔，由于粗糙度要求，因此考虑加工余量2mm。可一次粗加工1.85mm，一次精加工0.15就可达到要求。6）加工m8底孔，考虑加工余量1.2mm。可一次钻削加工余量1.1mm，一次攻螺纹0.1就可达到要求。7）加工2-m6螺纹，考虑加工余量1.2mm。可一次钻削加工余量1.1mm，一次攻螺纹0.1mm就可达到要求。8）加工2-m6端面，粗加工2mm到金属模铸造的质量和表面粗糙度要求，精加工1mm，可达到要求。2.2.5确定切削用量工序1：粗、精铣尺寸为30的右端面（1）粗铣尺寸为30的右端面加工条件：工件材料： ht200，铸造。机床：x52k立式铣床。刀具：端铣刀，材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。因其单边余量：z=1.9mm所以铣削深度：每齿进给量，取铣削速度：取。机床主轴转速： 式（2.1）式中 v铣削速度； d刀具直径。由式2.1机床主轴转速：n取 实际铣削速度：进给量： 工作台每分进给量： ：（2）精铣尺寸为30的右端面加工条件：工件材料： ht200，铸造。机床： x52k立式铣床。刀具：端铣刀：， ，齿数12，此为细齿铣刀。精铣该平面的单边余量：z=0.1mm铣削深度：每齿进给量：查表取铣削速度：取机床主轴转速，由式（2.1）有：n取 实际铣削速度：进给量，由式（1.3）有：工作台每分进给量： 工序2：加工孔25到要求尺寸工件材料为ht200铁，硬度200hbs。孔的直径为25mm，公差为h7，表面粗糙度。加工机床为z535立式钻床，加工工序为钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔22mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔24.8mm标准高速钢扩孔钻；铰孔25mm标准高速铰刀。选择各工序切削用量。（1）确定钻削用量1）确定进给量 ，由于孔深度比，故。查z535立式钻床说明书，取。钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），允许的进给量。由于所选进给量远小于及，故所选可用。2）确定切削速度、轴向力f、转矩t及切削功率 由插入法得：，由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。，故查z535机床说明书，取。实际切削速度为：，故3）校验机床功率 切削功率为机床有效功率故选择的钻削用量可用。即，相应地，（2）确定扩孔切削用量1）确定进给量 。根据z535机床说明书，取=0.57mm/r。2）确定切削速度及 ，取。修正系数：，故 查机床说明书，取。实际切削速度为 （3）确定铰孔切削用量1）确定进给量 ，按该表注4，进给量取小植。查z535说明书，取。2）确定切削速度及 ，取。由查表得修正系数，故 查z535说明书，取，实际铰孔速度 （4）各工序实际切削用量 根据以上计算，各工序切削用量如下：钻孔：，扩孔：，铰孔：，3 专用夹具设计3.1机床夹具的组成（）机床夹具的基本组成部分定位装置该装置由定位元件组合而成，其作用是确定工件在夹具中的正确位置。夹具装置该装置的作用是将工件压紧夹牢，并保证工件在加工的过程中正确位置不变。夹具体夹具体是夹具的基本骨架，通过它将夹具所有的元件构成一个整体。（2）机床夹具的其他特殊元件或装置连接元件根据机床的特点，夹具在机床上的安装连接常有两种形式。一种是安装在机床工作台上，另一种是安装在机床主轴上。连接元件用以确定夹具本身在机床上的位置。如机床夹具所使用的过渡盘，铣床夹具所使用的定向键等，都是连接元件。对刀元件常用在普通铣床夹具中，用对刀快调整铣刀加工前的位置。对刀时，铣刀不与对刀快直接接触，而用塞尺进行检查，以免碰伤铣刀的切削刃和对刀快工作表面。导向元件常用在钻床、镗床夹具中，用钻套和镗套引导刀具加工中的正确位置。其他元件或装置根据加工需要，有些夹具还分别采用分度装置、靠模装置、上下料装置、预出器个平衡快等。这些元件或装置需要专门设计。3.2机床夹具的分类根据机床夹具的通用化程度，可将夹具氛围以下几种：通用夹具，专用夹具，成组夹具，组合夹具，随行夹具。其中专用夹具是针对某一种工件的某道工序专门设计的夹具。所以结构紧凑，操作迅速方便。专用夹具通常由使用厂根据要求自行设计与制造。专用夹具定位精度高，一批工件加工或所得尺寸稳定，互换性高，并且可以减轻劳动强度，节省工时，显著提高效率，另外利用专用夹具还可以扩大机床的工艺范围。但专用夹具是为满足某个工件某道工序的加工需要而专门设计的，所以它的适用范围较窄。此外、专用夹具的设计制造周期较长。当产品更换时，往往因无法再使用而报废，因此，专用夹具主要适用于产品品种相对稳定的大批大量生产。3.3工件的夹装方式工件在机床上的装方式有以下三种方法：1）直接找正法在机床上根据工件上有关基准直接找正工件，使工件获得加工的正确位置的方法。直接找正法的定位精度和工作效率，取决于被找工件表面的精度、找正方法和所用工具及工人的技术水平。此法一般多用于单件小批生产和精度要求特别高的场合。划线找正法在机床上按毛坯或工件上所划线找正工件，使工件获得正确位置的方法。此法由于受到划线精度的限制，定位精度比较低，多用于单件小批量生产、毛坯精度较低以及大型零件等不使用夹具的粗加工中。用夹具装夹即通过夹具上的定位元件使工件相对于刀具及机床获得正确位置的方法。此法使工件定位迅速方便，定位精度较高，广泛用于成批和大量生产。上述用装夹工件的方法有以下几个特点：工件在夹具中的定位，是通过工件上的定位基准与夹具上的定位元件相接触而实现的。由于夹具预先在机床上已调整好位置（也有在加工过程中再进行找正的），因此，工件通过夹具相对于机床也就有了正确的位置。通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置。3.4基准及其分类机器零件是由若干个表面组成的。这些表面之间的相对位置关系包括两方面的要求：表面见的位置尺寸精度和相对位置精度。研究零件表面的相对位置关系，是离不开基准的。不明确基准就不无法确定表面的位置。 基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。根据基准的不同功能，基准分为设计基准和工艺基准两大类。1）设计基准在零件图样上所采用的基准，称为设计基准。工艺基准零件在工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同，又分为装配基准、测量基准、工序基准和定位基准。装配基准装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准，称为装配基准。测量基准测量时用以检验已加工表面尺寸几 位置的基准，称为测量基准。工序基准在加工工序中，用以确定本工序被加工表面家工后的尺寸、形状及位置的基准，称为工序基准。定位基准工件定位时所采用的基准，称为定位基准。需要说明的是，作为基准的点、线、面在工件上并不一定具体存在。如轴心线、对称面等，它们是由某些具体表面来体现的。用以体现基准的表面称为定位基准。3.5工件的定位工件定位的基本原理工件装夹在机床上必须使工件相对于刀具和机床处于正确的加工位置，它包括工件在夹具的定位、夹具在机床上的安装以及夹具相对于刀具和整个工艺系统的调整等工作过程。在使用夹具的情况下，就要使机床、刀具、夹具和工件之间保持正确的加工位置。显然，工件的定位是其中极为重要的一个环节。六点定位原则定位，就是限制自由度。通常是用一个支承点限制工件的一个自由度，用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是工件定位的“六点定位原则” 。工件定位中可能出现的集中情况完全定位六个支承点限制了工件的全部自由度，称为完全定位。不完全定位根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位，称为不完全定位。欠定位根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有被限制的定位，称为欠定位。器定位无法保证加工要求，所以是决不允许的。过定位夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几个自由度的现象，称为过定位。过定位中常会出现干涉现象。消除或减小过定位所引起的干涉，一般有两种方法：一种是提高定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度。一种是改变定位元件的结构，使定位元件在重复限制自由度的部分不起定位作用。3.6常见定位方式及定位元件定位方式和定位元件的选择包括选择定位元件的结构、形状、尺寸及布置形式等，他们主要取决于工件的加工要求、工件定位基准和外力的作用等因素。工件及平面定位主要支承 主要支承用来限制工件的自由度，起定位作用固定支承可调支承自位支承辅助支承 提高工件的安装刚性和稳定性螺旋式辅助支承自位式辅助支承推引式辅助支承液压锁紧的辅助支承2）工件以圆柱空定位圆柱销圆锥销圆柱心轴3）、工件以外圆柱面定位（1）在v形块中定位（2）在圆孔中定位（3）在半圆孔和圆锥孔中定位3.7工件的夹紧在机械加工中，工件的定位和夹紧是相互联系非常密切的两个工作过程。工件定位以后需要通过一定的装置把工件压紧夹牢在定位元件上，使工件在加工过程中，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而发生位置变化或产生振动，以保证加工精度和安全生产。这样把工件压紧夹牢的装置，即称为夹紧装置。夹紧装置的组成及基本要求（1）、夹紧装置的组成力源装置中间传动机构 作用如下：改变夹紧作用力的方向改变夹紧作用力的大小具有一定的自锁性能夹紧元件（2）、对夹紧装置的基本要求夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置夹紧力的大小要适当夹紧装置要操作方便结构要进凑简单，有良好的结构工艺性，尽量使用标准件2）、夹紧力的确定确定夹紧力就是确定夹紧力的大小、方向和作同点。在确定夹紧力的三要素时要分析工件的结构特点、加工要求、切削力及其他外力作用于工件的情况，而且必须考虑定位装置的结构形式和布置方式。夹紧力的三要素对夹紧结构的设计起着决定性的作用。只有夹紧力的作用点分布合理，大小适当，方向正确才能获得良好的效益。（1）夹紧力方向的确定夹紧力方向应垂直于主要定位基准面夹紧力的方向最好与切削力、工件重力方向一致（2）夹紧力作用点的选择应能够保持工件定位稳定可靠，在夹紧过程中不会引起工件产生位移或偏转。应尽量避免或减少工件的夹紧变形夹紧力作用点应尽量靠近加工部位（3）夹紧力大小的估算首先假设系统为刚性系统，切削过程处于稳定状态。常规情况下，只考虑切削力（矩）在力系中的影响；切削力（矩）用切削原理公式计算。对重型工件应考虑工件重力的影响。在工件做高速运动场合，必须计入惯性力。分析对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡方程计算此状态下所需的夹紧力即为计算夹紧力将计算夹紧力再乘以k，即得实际夹紧力。k为总安全系数，k=k0k1k2k3各种因素的安全系数可查表2-3，一般k=1.52.5；当夹紧力与切削力相反时，k=2.53 。3.8铣30右端面的夹具设计根据要求，我负责铣30右端面的专用夹具设计。由于是第一道工序，采用30的左端面定位，45外圆用v型块定位，尺寸为17的毛坯面由于是非加工面，可用b型支撑钉定位，用可调螺钉分别对尺寸80的上端面和尺寸为31的端面进行夹紧，可满足生产要求。下面用夹具设计手册软件版的计算程序对切削用力，夹紧力，v型块尺寸进行计算，计算结果导出如下：-设计任务名称：v形块尺寸计算设计任务编号：831009-1设 计 者：苏文举类 别：v形块的标准定位高度t(mm) (工作角度)公式：t=h+(d/sin(/2)-n/tan(/2)/2参数:h = 20参数:d = 45参数: = 90参数:n = 42计算结果 = 30.819 2014/1/11- -设计任务名称：典型夹紧力计算设计任务编号：831009-2设计者：苏文举计算类别：定位形式：工件以平面定位夹紧形式：夹紧力与切削力方向垂直公式：wk=k*f/( 1)+( 2)参数:k = 1.5参数:f = 709.94参数: 1 = 0.15参数: 2 = 0.15计算结果 = 3549.7 2014/1/7- -设计任务名称：切削力计算设计任务编号：831009-3设计者：苏文举铣削切削力计算类别：工件材料：灰铸铁刀具材料：硬质合金铣刀类型：端铣刀公式：f=490*(ap)(1.0)*(fz)(0.74)*d(-1.0)*b(0.90)*z参数:ap = 1.9参数:fz = 0.12参数:d = 100参数:b = 70参数:z = 8计算结果 = 709.94 2014/1/73.9机床夹具在机械加工中的作用夹具是机械加工中的一种工艺装备，它在生产中起的作用很大，所以在机械加工中的应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用：保证工件的加工精度由于采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，所以在机械加工中，可以保证工件各个表面的相互位置精度，使其不受或不受各种主观因素的影响，容易获得较高的加工精度，并使一批工件的精度稳定。提高劳动生产率和降低加工成本采用夹具使工件装夹方便，免去工件逐个找正对刀所花费的时间，因此可以缩短辅助时间。另外，采用夹具装夹或，产品质量稳定，对操作工人的技术水平的要求可以降低，有利于提高生产率和降低成本。扩大机床工艺范围和改变机床用途使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。这是在生产条件有限的也器中常用的一种技术改造措施。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗摸夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工，一充分发挥通用机床的作用。改善劳动条件和保证生产安全使用专用机床夹具可减轻工人的劳动强度、改善劳动条件，保证安全生产。3.10现代夹具的发展方向现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面：精密化随着机械产品精度的日益提高，势必也相应提高对其精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度可达正负0.1，用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5um，又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆读可达0.20.5um。高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的机动时的和辅助时的，以提高劳动生产率，减少工人劳动强度，常见的高效化夹具有：自动化夹具、告诉化夹具、具有夹紧动力模块的夹具等。例如使用电动虎钳装夹工件，可使工件效率比普通虎钳提高了5倍左右；而高速卡盘则可保证卡爪在转速9000r/min的条件下能正常夹紧工件