CA6140型普通车床的刀架中部工艺及夹具设计

一、工艺规程设计（一） 分析零件图1 零件图的作用：本设计任务所给的零件是CA6140型普通车床的刀架中部，它位于刀架部件的上刀架与下架之间，是上刀架的导向件，当需要用小刀架车锥面时，可通过刀架中部相对于下刀架的转动来调整锥角，保证被车锥面具有所需的锥度。因此，其本身的精度对被加工工件的精度有很大影响。2 零件的工艺分析： 由零件图可以看出，主要加工表面有： 底面70h6外圆面N。 燕尾导轨面A和B。 35H7孔。 1881.0和尺寸128两侧面及其端面Q。它们除本身的精度要求外，还有一定的相互位置要求，主要有： 35h7轴线对A面的垂直度过100:0.10。 P对面A面的平行度0.10mm。 两B面纵向的平行度0.02mm。（二） 选择毛坯制造形式由于零件料是HT200铸铁，故可以根据以下几个方面来选择： 1.刀架中部结构形状比较复杂，采用铸造方式比较合适； 2.按任务规定本零件加工是属于成批生产，而且尺寸精度和表面光洁度要求较高，采用级精度铸件； 3.为了提高机械加工效率，减少加余量、节省材料和改善机械性能，可以采用金属模铸造。（三） 拟定工艺路线拟定工艺路线的基本原则是应能够妥善的保证零件的技术要求，即几何尺寸精度和相互位置精度等必须得到合理的保证。在生产纲领已确定成批生产的条件下，为保证有较高的生产率和经济效益，可采用可变的具有较高生产率的专用设备，或在现有生产条件下，采用万能机床加工专用夹具。1 划分加工阶段：为减少加工时产生的变形对精度的影响，容易发现毛坯的缺陷，合理使用机床，在加工中应将粗、精加工分开，并且要先进行粗加工，然后再进行精加工。故刀架中部主要表面的加工分为粗、精、光整加工三个阶段。2 选择基准：（1） 粗基准：刀架中部上加工精度较高并且对被加工工件精度影响较大是燕尾导面A和B。为保证其加工精度均匀，以及A和B面与P面的平行度精度要求，选用P面作粗基准。（2） 精基准：根据基准统一和基准重合原则，及定位稳定可靠，选用导轨面A和B面作为精基准。3 确定加工方案（1） 方案一 、铣燕尾面A、B，空刀面F。 、铣尺寸237.5两端面Q。 、车70h外圆面N，端面P，空刀面和倒角。 、铣1801.0圆弧面积尺寸128两侧面K。 、钻、扩、铰35H7孔。 、钻2-13孔。 、铣斜面E。 、磨燕尾面A、B面,空刀面F。 、倒角、去毛刺。 、划刻线。 、抛光。 、终检。（2）方案二 、刨燕尾面A、B、空刀面F。 、刨尺寸237.5两端面Q。 、车70h6外圆面N,端面D、空刀面和倒角。 、刨1881.0 圆弧面和尺寸128两侧面K。 、钻、扩、铰35H7，钻2-13。 、铣斜面E。 、磨燕尾面A、B，空刀面F。 、倒角、去毛刺。 、划刻线。、抛光。 、终检。 （3）工艺方案的比较两个方案的区别主要体现在燕尾面的加工方法和孔35H7孔2-13的加工顺序上。方案（一）采用铣削加工燕尾面，并把孔35H7与孔2-13孔的加工分别安排在两道工序中，而方案（二）采有刨削来加工燕尾面，把孔35H7与孔2-13孔安排在一道工序中加工。通过比较，方案（二）采用刨削由于刨刀有空行程，生产率较铣削低，并且把孔35H7与2-13孔分开加工有利提高生产率，提高机床功率利用率。故采用方案（一）为设计方案。（四） 确定加工余量工序尺寸1用计算法确定第道工序的加工余量和工序尺寸:参考中13页表1-13、1-14、1-15，查得数据列表如下：加工工序及工步余量组成(m)计算尺寸(mm)计算余量Zmin(m)精度等级IT公差T(m)极限尺寸(mm)极限余量(mm)RzT缺安maxminmaxmin铣188圆弧面毛坯80047519406-195.00193.00-粗铣5050237550189822x2120122000190.22189.425.582.78精铣2020095666188242x78910400188.34188.142.081.08铣128两侧面-毛坯800475133392000134.39132.39-粗铣50502375850129152x212012400129.35128.955.443.04精铣2020095333128242x45610100128.34128.141.210.612 用查表法确定其它表面的加工余量（1） 铣D面毛坯：230.5mm粗铣：21mm Z=2.0mm精铣：20mm Z=1.0mm （2） 铣空刀面F粗铣：18.26 Z=2.74mm精铣：16.06 Z=2.2mm（3） 铣燕尾面A、B粗铣：13.24 根部31.20.1mm,3.02mm,Z=1.74mm精铣：14.44 根部30mm,29mm,Z=1.2mm (4)铣退刀槽粗铣：4,Z=2.5mm精铣：4,Z=1.5mm (5)铣237.5两侧面Q毛坯：243.51.0 粗铣：239.5 Z=2mm,2Z=4mm精铣：237.5 Z=1mm,2Z=2mm（6）在70h6端面毛坯：100.5mm粗车：6.7mm,Z=3.3mm精车：6mm,Z=0.7mm（7）车186端面粗车：34.3mm,Z=2.2mm半精车：33.3mm,Z=1.0mm精车：32.5mm,Z=0.8mm（8）车186外圆毛坯：1941.0mm粗车：186mm，Z=4mm，2Z=8mm（9）车70h6外圆毛坯：760.8mm粗车：72-00.19mm,2Z=4.0mm半精车：71mm,2Z=1.0mm精车：70h6mm,2Z=1.0mm（10）铣、扩、铰35H7孔钻：33mm,2Z=33mm扩：34.75mm,2Z=1.75mm粗铰：34.93mm,2Z=0.18mm精铰：35H7mm,2Z=0.07mm（11）钻2-13孔钻至13（12）铣斜面E粗铣：Z=3mm精铣：Z=1mm,留抛光量（13）磨燕尾A面、B面及空刀面第一次磨至：14.53 0.1,Z=0.03mm第二次磨至：14.5 mm,Z=0.03mm（五）确定切削用量及工时定额、铣燕尾面A、B及D面、空刀面F工件材料：HT200，HB190-241，铸件加工要求：D面表面粗糙度Ra3.2，燕尾面A、B及空刀面F，表面粗糙度Ra6.3机床：X62W刀具：端铣刀（高速钢）D=100 Z=12 d=32 B=50 立式铣刀：D=60 Z=18 锯片铣刀：D=160 Z=50 d=32 B=501.粗铣D面至21mm（1） 选择切削深度：参考中107页可知切削深度ap=2mm（2） 选择进给量：参考中108表3-28选择齿进给量af=0.35mm（3） 选择切削速度：查中113页表3-30选取v=2.5m/s（4） 确定刀具参数：根据中270页表5-41选择D=100mm,齿数Z=12（5） 确定机床主轴转速： 按机床选取nw=475r/min 实际切削速度（6） 计算切削工时由中305页表7-7查得 2.精铣D面至尺寸20mm(1) 选择切削深度：参考中107页可知切削深度ap=1mm(2) 选择进给量：参考中108页表3-28选取每齿进给量af=0.1mm(3) 选择切削速度：参考中118页表3-30选取v=3.5m/s(4) 确定刀具参数：参考中270表5-41选择刀具D=100mm,齿数Z=12,d=32,B=50(5) 确定机床主轴转速：按机床选取：nw=750r/min实际切削速度：（6）计算切削工时查中305页表7-7得3.粗铣空刀面F至18.26-00.13mm（1） 选择切削深度：ap=2.74mm（2） 选择进给量：参考中168页表3-28，选择每齿进给量af=0.35mm（3） 选择切削速度：查中113页表3-30，选取v=2.5m/s（4） 确定机床主轴转速：按机床选取nw=475r/min实际切削速度：(5)计算切削工时： 由中305页表7-7查得4.精铣空刀面F至16.06mm（1） 选择切削深度：ap=2.2mm（2） 选择进给量：参考中108页表3-28选取每齿进给量af=0.1mm（3） 选择切削速度：参考中113页表3-30选取v=3.5m/s（4） 确定机床主轴转速： 按机床选取nw=750r/min 实际切削速度（5）计算切削工时 查中305页表7-7得5.粗铣燕尾面A、B至13.24mm，根部31.20.1mm,30.2mm（1） 选取切削深度：参考中107页，可知切削深度ap=1.74mm（2） 选择进给量：参考中108页表3-28选取每齿进给量af=0.35mm（3） 选择切削速度：参考中113表3-30取v=0.25m/s（4） 确定刀具参数：查中150页立式角铣刀，D=60，Z=18（5） 确定机床主轴转速：按机床选取Nw=750r/min 实际切削速度（6） 计算切削工时查中305页表7-7得6.精铣燕尾面A、B至14.44mm，根部至尺寸（1） 选择切削深度：参考中107页可知ap=1.2mm（2） 选择进给量：参考中108页表3-28选取每齿进给量af=0.1mm（3） 选择切削速度：参考中113页表3-30选择切削速度v=3.5m/s（4） 确定刀具参数：参考中150页表选择立式角铣刀 D=60,Z=18 （5） 确定机床主轴转速: 按机床选取实际转速 nw=1120r/min 实际切削速度 计算切削工时 查中305页表7-7得7粗铣退刀槽至2（1）确定切削深度：ap=2mm（2）选择进给量：参考中108页表3-28选取每齿进给量af=0.1mm（3）选择切削速度：参考中113页表3-30选择v=0.25m/s（4）确定刀具参数：参考中237页表5-48选择锯片铣刀：D=160,B=4,d=30,Z=50 （5）确定机床主轴转速: 按机床选取nw=300r/min 实际切削速度:计算切削工时:查中305页表7-7得 8精铣退刀槽至尺寸3(1) 确定切削深度：ap=1mm(2) 选择进给量：参考中108页表3-28选取每齿进给量af=0.07mm(3) 选择切削速度：参考中113页表3-30选取切削速度v=0.25m/s(4) 确定刀具参数：参考273页表5-48选取锯片铣刀D=160,B=4,d=30,Z=50(5) 确定机床主轴转速按机床选取nw=300r/min实际切削速度（6）计算切削工时由中307页表7-7查得、铣尺寸237.5两侧面Q 加工条件：工件材料：HT200，HB190241，铸件 加工要求：表面粗糙度Ra3.2 机床：X62W 刀具：两把高速钢端铣刀同时铣削 刀具参数：Z=12，D=1001粗铣两端面至239.5mm（1）选择切削深度：参考中107页选取切削深度ap=2mm（2）选择进给量：参考中108页表3-28选取进给量af=0.35mm（3）选择切削速度：参考中113页表3-30选取切削速度v=2.5m/s（4）选择刀具参数：参考中表5-41选择端铣刀D=100mm，Z=12（5）确定主轴转速： 按机床选取 nw=475r/min 实际切削速度（6）计算切削工时： 参考中表7-7查得2.精铣两侧面至尺寸237.5mm，并保证125mm（1） 选择切削深度：参考中107页可知切削深度ap=1mm（2） 选择进给量：参考中108页表3-28选取每齿进给量af=0.1mm（3） 选择切削速度：参考中113页表3-30取v=0.35m/s（4） 选择刀具参数：参考中270页表5-41选择端铣刀D=100mm,Z=12 按机床选取 nw=750r/min 实际切削速度 （5） 计算切削工时 参考中305页表7-7得、车70h6外圆面N，端面，倒角，186外圆，端面D 加工条件：工件材料：HT200，HB152-241，铸件 机床：CA6140 刀具：端面车刀 材料：YT15，刀杆尺寸：16X25mm2 外圆车刀 材料：YT15，刀杆尺寸：16X25mm21粗车188端面P至34.3mm（1）选择切削深度：ap=2.2mm（2）选择进给量：参考中92页表3-13取af=0.6mm/r（3）选择切削速度：根据已知条件：材料HT200，HB190-241铸铁,v=1m/s，ap=2.2mm（4）确定机床主轴转速： 参考中201页附表4-3-1按机床选取实际速度 按机床选取 nw=100r/min 实际切削速度（5）计算切削工时 参考中300页表7-1查得2半精车188端面D至33.3（1） 选择切削深度：ap=1.0mm （2） 选择进给量：参考中92页表3-13取f=0.6mm/r（3） 选择切削速度： v=1.5m/s（4） 确定机床主轴转速： 参考中201页附表4-3-1按机床选取实际转速 按机床选取 nw=160r/min 实际切削速度：（5） 计算切削工时： 参考中300页表7-7查得3精车188端面至尺寸32.5（1）选择切削深度：ap=0.8mm（2）选择进给量：参考中92页表3-13取代f=0.6mm/r（3）选择切削速度：根据已知条件：参考中201页表4-3-1按机床选取实际转速v=1.5m/s（4）确定机床主轴转速 参考中201页附表4-3-1按机床选取实际转速 nw=160r/min 实际切削速度（5）计算切削工时 由中300页表7-1查得 4粗车70h6端面至6.7(1) 已知切削深度：ap=3.3mm(2) 选择进给量：由中92页表3-13查得f=0.6mm/r(3) 选择切削速度：根据已知条件：材料HT200，硬度HB190241，ap=3.3mm，f=0.6mm/r，查中98页表3-19选取v=1.3m/s(4) 机床主轴转速： 按机床选取实际转速 nw=335/min 实际切削速度 (5) 计算切削工时： 参考中300页表7-1查得5精车70h6外圆端面至6(1) 已知切削深度：ap=0.7mm(2) 选择进给量：由中92页表3-13查得f=0.8mm/r(3) 选择切削速度： 根据工件材料HT200，硬度HB190241，ap=0.7mm，f=0.8mm/r，参考中98页表3-19选取 v=2.0m/s(4) 机床主轴转速 根据中201页附表4-3-1按机床选取nw=500r/min 实际切削速度(5) 计算切削工时 参考中300页表7-1查得6.粗车70h6外圆至72(1) 选择切削深度：ap=2mm，余量留半精车、精车解决(2) 选择进给量：参考中93页表3-13取f=0.6mm/r(3) 选择切削速度：根据已知条件：工件材料为HT200，HB190241，ap=2mm，f=0,6mm/r，参考中90页表3-19选取v=1m/s(4) 确定机床主轴转速： 实际主轴转速 nw=250r/min 实际切削速度(5) 计算切削工时 参考中299页表7-1查得7.半精车70h6外圆至71(1) 选择切削深度：取ap=0.5mm(2) 选取进给量：参考中93页表3-13选取f=0.6mm/r(3) 选取切削速度：根据工件材料HT200，硬度HB190241，ap=0.5mm，f=0.6mm/r，参考中90页表3-19选取v=1.5m/s(4) 确定机床主轴转速： 根据中201页附表4-3-1按机床选取nw=400r/min 实际切削速度(5) 计算切削工时参考中299页表7-1查得8.精车70h6外圆至70(1) 选择切削深度ap=0.5mm(2) 选择进给量：参考中93页表3-13选取f=0.6mm/r(3) 选择切削速度：v=2m/s(4) 确定机床主轴转速： 根据中201页附表4-3-1按机床选取nw=500r/min 实际切削速度 (5) 计算切削工时 参考中299页表7-1查得9.倒角1X45为缩短辅助时间，取倒角时的主轴转速与车外圆相同，手动进给nw=500r/min10.车186外圆（1） 选择切削深度：ap=4mm（2） 选择进给量：参考中93页表3-13选取f=0.7mm/r（3） 选择切削速度：根据已知条件取v=1m/s（4） 确定机床主轴转速 根据中201页附表4-3-1按机床选取nw=100r/min 实际切削速度(6) 计算切削工时 参考中299页表7-1查得11粗车空刀面(1)选择切削深度ap=0.5mm(2)选择进给量：参考中93页表3-13选取f=1.0mm/r(3)选择切削速度：根据已知条件取v=1.5m/s(4)确定机床主轴转速 根据中201页附表4-3-1按机床选取nw=160r/min 实际切削速度 (5) 计算切削工时 参考中299页表7-1查得12精车空刀面(1) 选择切削深度ap=0.5mm(2) 选择进给量：参考中93页表3-13选取f=0.6mm/r(3) 选择切削速度：根据已知条件取v=2m/s(4) 确定机床主轴转速 根据中201页附表4-3-1按机床选取nw=500r/min 实际切削速度(5)计算切削工时参考中299页表7-1查得、铣1881.0 及128两侧面1粗铣1881.0mm圆弧面及128+01.0mm两侧面(1) 选择切削深度：由于计算余量足够，所以取ap=1.7mm(2) 选择进给量：参考中108页表3-28取af=0.18mm/齿(3) 计算切削速度：参考中108页表3-28公式 可得v=82.97m/min(4) 确定机床主轴转速： 参考中表4-16-1按机床选取nw=1180r/min 实际切削速度 (5)计算切削工时 参考中表7-7查得到2精铣1881.0mm及128+01.0mm两侧面至尺寸188.3mm，128.3mm(1) 选择切削深度：ap=1mm(2) 选择进给量：参考中108页表3-28取af=0.07mm(3) 计算切削速度：参考中108表3-28公式 可知v=2.38m/s (4) 确定机床主轴转速 按机床选取nw=2500r/min 实际切削速度(5)计算切削工时、钻、扩、铰35H7孔 加工条件：工件材料：HT200，HB190241，铸件 加工要求：表面粗糙度Ra1.6 机 床：Z3040摇臂钻床 刀 具：麻花钻（高速钢）、扩孔钻、铰刀1 钻孔33（1）选择进给量：参考中118页表3-38取f=0.66mm/r（2）选择切削速度：参考中123页表3-42取v=0.35m/s（3）确定机床主轴转速： 实际主轴转速 nw=200r/min 实际切削速度（4）计算切削工时 参考中302页表7-5查得2 扩孔至34.75（1）选择进给量：参考中455页表9-42选取v=0.9mm/r（2）选择切削速度：参考中457表9-44选取v=0.33m/s（3）确定机床主轴转速：实际主轴转速 nw=200r/min实际切削速度（4）计算切削工时： 参考中302页表7-5查得 3 粗铰孔至34.93（1） 选择进给量：参考中127页表3-46查得f=3.2mm/r（2） 选择切削速度：参考中130页表3-50查得v=0.121m/s（3） 确定机床主轴转速 按机床选取实际转速nW=63r/min 实际切削速度（4）计算切削工时 参考中304页表7-5可得4 精铰35H7（1） 选择进给量：参考中127页表3-46可知f=1.6mm/r（2） 选择切削速度：参考中130页表3-50查得v=0.173m/s（3） 计算机床主轴转速 按机床选取实际转速nw=63r/min 实际切削速度(4)计算切削工时 参考中304页表7-5查得、钻2-13孔（1）选择进给量：参考中178页表3-38取f=0.39mm/r（2）选择切削速度：参考中123页表3-42取v=0.35mm/r（3）确定机床 主轴转速： 按机床选取实际转速nW=500r/min 实际切削速度 （4）计算切削工时：参考中302页表7-5查得、铣斜面E1粗铣斜E（1）选择切削深度：参考中107页可知ap=3mm（2）选择进给量：参考中108页表3-28取af=0.35mm（3）选择切削速度：参考中113页表3-30取v=0.25m/s（4）确定刀具参数：参考中270页表5-41选取端铣刀D=100mm，Z=12（5）确定机床主轴转速 按机床选取切削速度nw=475r/min 实际切削速度(6)计算切削工时 参考中305页表7-7得2精铣斜面E留0.3mm抛光量(1) 选择切削深度：ap=1mm(2) 选择进给量：参考中108页表3-28选取af=0.1m/s(3) 选择切速度：参考中113页表3-30选取v=3.5m/s(4) 确定刀具参数：参考中270页表5-41选择端铣刀D=100mm,Z=12(5) 确定机床主轴转速 按机床选取nw=750r/min 实际切削速度(6) 计算切削工时 参考中305页表7-7查得 、磨燕尾面A、B1 磨燕尾端A、B面至尺寸（1） 选择切削深度：ap=0.03mm（2） 选择进给量度：参考中178页表3-110选择f=0.25mm（3） 选择砂轮速度：参考中176页表3-107可知n=1500r/min， 工件速度vw=10m/nin=0.167m/s， 纵向进给量（4）横向进给量：参考中222页表4-13查得横向进给量=3mm/单行程（5）计算切削工时 参考中318页表7-13查得 b=18,zb=0.03,v=0.167m/s, fb=0.167m/s,ft=0.03m/s,z=4,l=237.5 经过计算 Tj=5.112min2 磨燕尾另一端A、B面至尺寸 为减少辅助时间，选择切削参数与前工步相同 经过计算 Tj=7.52min3磨一端空刀面F至尺寸16 选择切削用量同前工步 经过计算 Tj=7.946min4磨另一端空刀面F至尺寸磨一端空刀面F至尺寸16 选择切削用量同前工步 经过计算 Tj=10.361min二、夹具设计 按设计任务规定，零件的加工属于成批生产，为提高劳动生产率，减轻劳动强度，需要设计专用夹具以便加工。经过与指导老师的协商，决定设计第道工序靠模铣188mm圆弧面和128mm两侧面，为抛光的预加工，本夹具将用于X53K立式铣床，刀具为高速钢立铣刀。（一） 问题的提出本夹具主要用于铣188圆弧面与128两侧面连接成的特型曲面，采用铣削、刨削，不易保证加工质量，且生产率低。对此，决定设计靠模铣床夹具。由于加工表面的尺寸公差较大，故对夹具的粗糙度要求不太高，但要求表面质量。所以对夹具工作平稳性要求较高。（二） 夹具设计1 定位基准的选择：本表面加工粗糙度低，故为夹具装夹方便定位可靠，选择P面作为主要定位面限制三个自由度，以70h6短圆柱面限制三个自由度，因燕尾面已经加工，故首先选择燕尾面作为防转定位面，为防止过定位，故应设置浮动机构，但为简化夹具结构，采用活动定位板，这样不仅适应定位要求，又适用于中批生产的要求。2 切削力及夹紧力的计算参考中105页表3-25查得公式 d0=18mm,ap=18mm,ae=1.7mm,Z=6 Fz=1470.75x1.1=167.83N选择逆铣：查中103页表3-2Fr=333.6-485.3N 取Fr=400N 取Fx=600N F夹=R/f =8332. 8N但因Fr向下，故夹紧力F夹可略小，且此为理论值，定位板采用斜楔结构，定位板楔紧后，定位板可传递切削力至夹具体，此时70h6短圆柱与定位孔一侧接触，但要保证定位可靠。本夹具采用螺旋夹紧机构，由中表1-2-26可知夹紧力足够。3 定位误差分析（1） 定位元件尺寸及公差确定为增加夹具的通用性，本夹具采