CA6140后托架的机械加工工艺规程设计及夹具设计设计说明

1、机 械 制 造 技 术 基 础 课 程 设 计 说 明 书设计题目：CA6140后托架的机械加工工艺规程设计及夹具设计 院 系： 机械学院 班 级： 13机自师本一 学生姓名： 马 琛 学 号： 1314121123 指导教师： 田富根 学 校： 晋中学院 2016年5月6日机械制造课程设计任务书一、设计题目“后托架（CA614车床）”零件的机械加工工艺规程设计及夹具设计生产批量：中批生产二、设计工作量要求1、零件图一张：手绘、CAD（或SolidworksPro-E）绘制各1份（含相应格式电子文件）；2、毛坯图1张；3、机械加工工艺过程综合卡片1张；4、机械加工工艺工序卡片2张（2个典型工序

2、）；5、工艺装备（夹具）设计装配图1张；6、课程设计说明书1份（6000字以上）；三、设计目的1、能熟练运用机械制造技术基础、公差与测量技术、工程力学、机械设计基础、机械制图等课程中的基本知识与理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，确保零件的加工质量；熟悉该零件在机器中的工作原理；2、学会使用手册及图表资料；3、进一步培养识图、绘图、工艺运算和编写技术文件等基本技能。四、资料查阅与收集任务1、查阅和收集所给题目零件的零件图、该零件在产品或部件中的作用、材料及热处理特点、机械加工工艺性、主要加工表面的技术要求等；2、查阅和

3、收集对应的毛坯图、了解毛坯的制造过程和要求等3、查阅和收集该零件加工工艺规程编制的要求和主要注意点；4、查阅和收集各工序所采用工、夹、量、刃具、设备；相应的切削加工用量等；5、查阅和收集相关加工方法的总余量、工序加工余量、工序尺寸及公差等；6、其他你认为应收集的资料。目录1 零件分析11.1 零件的作用11.2 零件的工艺分析11.3 确定零件的生产类型22.设计毛坯图22.1 选择毛坯22.2 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定22.3毛坯图43工艺规程设计53.1 定位基准的选择53.2 拟定工艺路线53.3加工设备及工艺装备的选用93.4确定切削用量及工时定额104专用钻床夹具设计2

4、04.1 夹具设计任务214.2 钻底孔夹具设计214.3钻底孔夹具装配图264.4夹具设计及操作的简要说明275.设计小结276.参考文献281 零件分析1.1 零件的作用CA6140的后托架的作用：CA6140车床后托架在卧式机床上，当采用双向引导刀具时，且有较高的精度要求时.刀具和主轴之间采用浮动卡头连接，在动力头退回原位，刀具又已退离夹具刀套的情况下，必须采用托架来支撑刀杆，以防止刀杆产生下垂，保证在下一次工作循环中，刀具能顺利得重新进入刀套，托架的结构形式同活动钻模版相似，但其作用仅在于支撑刀杆而不作为刀具的导向，托架不起直接保证加工精度的作用，但他却直接保证机床能顺利正常的工作。1

5、.2 零件的工艺分析由零件图1-1可得：CA6140车床后托架是铸造件，从整体形状来看类似长方体。根据要求主要是加工孔和底平面。具体特点和技术要求如下： 精加工孔, , 要求达到的精度等级为。粗糙度为，且以底平面为基准，要求平行度公差为，主要满足加工孔的位置精度。 其他各个孔的加工都要以底平面为定位基准。所以，底平面的形位公差要达到设计要求。 、粗糙度为；为锥孔，且粗糙度为。 其余未注要求的加工表面为不去除材料加工。 图1-1 零件图1.3 确定零件的生产类型由已知条件生产类型：中批生产 。2.设计毛坯图2.1 选择毛坯该零件的轮廓尺寸不大、结构简单，且生产类型是中批生产，零件材料为HT200

6、，为铸件，宜采用铸造毛坯。毛坯制造用砂型机器造型，为清除残余应力铸造后应进行人工失效处理。2.2 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定根据上述原始资料和加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸以及毛坯尺寸。根据零件图计算轮廓尺寸，长220mm，宽为60mm，高为67mm，故零件最大轮廓尺寸为220mm。由零件图可知，零件各加工表面的表面粗糙度为Ra均大于等于0.8um,由此确定工艺方法为砂型机器造型，材料为HT200（灰铸铁），加工余量等级为级，铸铁尺寸公差等级为CT8CT10，取CT10，因为四个底孔及侧面两个较小的孔两尺寸小于30mm所以铸造时不可铸出应另行加工。 等级的确

7、定和说明如下：选取公差等级CT由机械制造技术基础课程设计P18中表2.7可查得毛坯件的公差等级为8-10级，取为10级。查表确定毛坯各加工表面尺寸公差毛坯的结构工艺要求CA6140车床后托架为铸造件，对毛坯的结构工艺有一定要求： 铸件的壁厚应和合适，均匀，不得有突然变化。 铸造圆角要适当，不得有尖角。 铸件结构要尽量简化，并要有和合理的起模斜度，以减少分型面、芯子、并便于起模。 加强肋的厚度和分布要合理，以免冷却时铸件变形或产生裂纹。 铸件的选材要合理，应有较好的可铸性。毛坯形状、尺寸确定的要求设计毛坯形状、尺寸还应考虑到： 各加工面的几何形状应尽量简单。 工艺基准以设计基准相一致。 便于装夹

8、、加工和检查。 结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。表2-1 本零件各工序加工方法、表面粗糙度、公差及加工余量 （mm）加工表面 加工方法表面粗糙度Ra表面光洁度公差等级公差等级加工余量说 明内孔钻 孔扩 孔粗 镗半精镗精 镗细 镗粗 铰精 铰粗 磨精 磨研 磨256.36.31.60.80.23.21.61.60.20

9、.113452456679105667679101014IT13IT11IT10IT9IT10IT9IT9IT8IT8IT7IT7IT6IT8IT7IT8IT7IT6IT7IT610898876877676540.30.5>1.81.01.80.50.80.10.30.10.550.40.20.20.30.20.50.10.20.010.02指孔径在180以下,铸件直径的余量.L/d<2L/d=210时,加工误差增加1.22倍平面粗刨,粗铣精刨,精铣细刨,细铣粗 磨半精磨精 磨研 磨12.56.30.81.60.80.80.11346786779791014IT14IT11IT10

10、IT9IT6IT9IT7IT6IT7IT6IT511910986867575520.92.30.20.30.160.050.030.030.010.03指平面最大尺寸500以下的铸件的平面余量2.3 绘制杠杆零件毛坯简图：图2-1 毛坯简图3工艺规程设计3.1 定位基准的选择基准选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证、生产率得到提高。否则，不但加工工艺规程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产不能正常进行。（1）精基准的选择中间40、30、25的孔是装配基准又是设计基准，用它们作为精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，且其余各面和孔的

11、加工也可用它们定位，这样使工艺路线遵循“基准统一”的原则，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单，可靠、操作方便。（2）粗基准的选择选底面作为粗基准，选零件左右端面为粗基准，在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀，此外还要能保证定位准确，夹紧可靠，故选择底面粗基准。3.2拟订工艺路线拟定工艺路线是制定工艺过程的关键性的一步。在拟定时应充分调查研究，多提几个方案，加以分析比较确定一个最合理方案。采用加工方法一般所能达到的公差等级和表面粗糙度以及需留的加工余量 表1.3 (参考参数)加工表面 加工方法表面粗糙度Ra表面光洁度公差等级公差等级加工余量说 明外圆粗 车半精车精 车细

12、车粗 磨精 磨研 磨12.56.31.60.81.00.40.11345677867891014IT12IT11IT10IT9IT8IT7IT6IT5IT8IT7IT6IT5IT6IT5111010887767645150.501.600.20.50.10.250.250.850.060.100.03指尺寸在直径180以下,长度在500以下,铸件的直径余量内孔钻 孔扩 孔粗 镗半精镗精 镗细 镗粗 铰精 铰粗 磨精 磨研 磨256.36.31.60.80.23.21.61.60.20.113452456679105667679101014IT13IT11IT10IT9IT10IT9IT9IT8

13、IT8IT7IT7IT6IT8IT7IT8IT7IT6IT7IT610898876877676540.30.5>1.81.01.80.50.80.10.30.10.550.40.20.20.30.20.50.10.20.010.02指孔径在180以下,铸件直径的余量.L/d<2L/d=210时,加工误差增加1.22倍平面粗刨,粗铣精刨,精铣细刨,细铣粗 磨半精磨精 磨研 磨12.56.30.81.60.80.80.11346786779791014IT14IT11IT10IT9IT6IT9IT7IT6IT7IT6IT511910986867575520.92.30.20.30.16

14、0.050.030.030.010.03指平面最大尺寸500以下的铸件的平面余量主要工序的加工工艺路线 根据孔的技术要求，由资料7公差与配合技术手册得：，；根据公式；查资料6互换性与技术测量表1-8得：精度等级为。同理可得：孔精度等级为。孔精度等级为。由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，查表1.3可得孔的加工工艺路线为：钻粗铰精铰 根据孔、粗糙度为，查资料7公差与配合技术手册得：与有一定的线性关系：即：查公差与配合技术手册表，取由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，查表1.3可得孔的加工工艺路线为：钻孔扩孔 孔锥孔粗糙度为由上述的技术要求（

15、粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，查表1.3可得孔的加工工艺路线为：粗铰精铰 底平面A粗糙度为由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，查表1.3可得孔的加工工艺路线为：粗铣精铣细铣CA6140后托架加工工艺路线的确定 加工工艺路线方案在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订两个加工工艺路线方案。见下表：表1.4 加工工艺路线方案工序号方案方案工序内容定位基准工序内容定位基准010粗刨底平面侧面和外圆粗、精铣底平面侧面和外圆020精铣底平粗侧面和外圆钻、扩孔：

16、、底面和侧面030细精铣底平 侧面和外圆粗铰孔：、底面和侧面040钻、扩孔：、 底面和侧面粗铣油槽底面和侧面050粗铰孔：、 底面和侧面精铰孔：、底面和侧面060精铰孔：、 侧面和两孔锪钻孔：底面和侧面070粗铣油槽底面和侧面钻：、底面和侧面080锪钻孔：底面和侧面扩孔底面和侧面090钻：、底面和侧面精铰锥孔：底面和侧面110扩孔底面和侧面锪钻孔：、底面和侧面120精铰锥孔：底面和侧面去毛刺130锪钻孔：、底面和侧面钻：、底面和孔140钻：、底面和孔攻螺纹底面和孔150攻螺纹底面和孔细精铣底平面侧面和孔160倒角去毛刺倒角去毛刺170检验检验 加工工艺路线方案的论证a.方案中的010和150工

17、序在铣床上加工底平面，主要考虑到被加工表面的不连续，并且加工表面积不是很大，工件受太大的切削力易变形，不能保证平面的平面度公差。方案比方案铣平面生产效率底，采用铣较经济合理。b.方案在012工序中按排倒角去毛刺，这不仅避免划伤工人的手，而且给以后的定位及装配得到可靠的保证。c.方案在010工序中先安排铣底平面，主要是因为底平面是以后工序的主要定位面之一，为提高定位精度。d.方案把细精铣底平面A安排在后工序中，是以免划伤而影响美观及装配质量。e.方案符合粗精加工分开原则。由以上分析：方案为合理、经济的加工工艺路线方案。具体的工艺过程如下表：表1.5 加工工艺路线工序号工 种工作内容说 明010铸

18、砂型铸造铸件毛坯尺寸：长： 宽： 高： 020清砂除去浇冒口，锋边及型砂030热处理退火石墨化退火，来消除铸铁表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织（有大量的渗碳体出现），以便于切削加工040检验检验毛坯050铣粗铣、精铣底平面工件用专用夹具装夹；立式铣床060钻钻、扩钻：工件用专用夹具装夹；摇臂钻床070铣粗铣油槽080铰粗、精铰孔：工件用专用夹具装夹；摇臂钻床090钻将孔、钻到直径工件用专用夹具装夹；摇臂钻床110扩孔钻将扩孔到要求尺寸120锪孔钻锪孔、到要求尺寸130铰精铰锥孔140钳去毛刺150钻钻孔、160攻丝攻螺纹170铣细精铣底平面工件用专用夹具装夹；立式铣床180钳倒角去毛刺1

19、90检验210入库清洗，涂防锈油3.3加工设备及工艺装备的选用机床的选用查资料1机械加工工艺手册可得：立式铣床，主要用于铣加工。 摇臂钻床，可用于钻、扩、铰及攻丝。刀具的选用 查资料1机械加工工艺手册可得：高速钢端面铣刀，铣刀材料：，刀具的角度取： 钻头：直柄麻花钻 直柄短麻花钻 直柄长麻花钻 铸铁群钻 直柄扩孔钻 锥柄扩孔钻 锪钻：带导柱直柄平底锪钻 铰刀：硬质合金锥柄机用铰刀 锥铰刀：公制/莫氏4号锥直柄铰刀，刀具材料：其他设备的选用 夹具：夹具采用专用的铣、钻夹具 量具选用：锥柄双头塞规，多用游标卡尺 辅助设备：锉刀、钳子等3.4确定切削用量及工时定额铣底平面A的切削用量及工时定额 粗铣

20、 由资料1机械加工工艺手册表2.4-73得：取，；由铣刀直径，铣刀齿数 ；则：主轴转速 ，则取 式（1.5）实际铣削速度 式（1.6） 式（1.7）铣刀切入时取： 式（1.8）铣刀切出时取：被切削层长度：由毛坯尺寸可知根据资料5机械制造工艺学表可得： 式（1.9） 精铣 由资料1机械加工工艺手册表得：， ；由式1.5得，主轴转速 ，则取由式1.6得，实际铣削速度由式1.7得，同理：由式1.9得 细精铣 由资料1机械加工工艺手册表得：， ；由式1.5，主轴转速 ，则取由式1.6得，实际铣削速度由式1.7得， 同理：由式1.9得 钻、扩、铰、锪孔加工的切削用量及工时定额 钻、扩、铰孔、的切削用量及

21、工时定额钻孔加工钻孔：由资料1机械加工工艺手册表得：进给量,切削速度，；由式1.5得，机床主轴转速，取由式1.6得，实际切削速度 被切削层长度：刀具切入长度： 式（1.10）刀具切出长度： 取 根据资料5机械制造工艺学表可得 式（1.11）同理：钻孔由资料1机械加工工艺手册表得： ，；由式1.5得，取由式1.6得，根据式1.11可得 同理：钻孔由资料1机械加工工艺手册表得：，；由式1.5得，取由式1.6得，根据式1.11可得 扩孔加工扩孔：由资料1机械加工工艺手册表2.4-52，取， ，切削深度，；由式1.5得，取由式1.6得， 由式1.10得，刀具切出长度： 取根据式1.11可得：同理：扩孔

22、由资料1机械加工工艺手册表2.4-52，取， ，；由式1.5得，取由式1.6得，根据式1.11可得：同理：扩孔由资料1机械加工工艺手册表2.4-52，取， ，；由式1.5得，取由式1.6得，根据式1.11可得：铰孔加工铰孔：由资料1机械加工工艺手册表得：； 由式1.5得，取由式1.6得， ，铰圆柱孔时，由资料1机械加工工艺手册表得：根据式1.11可得：同理：铰孔由资料1机械加工工艺手册表得：，； 由式1.5得，取由式1.6得， ，铰圆柱孔时，由资料1机械加工工艺手册表得：根据式1.11可得：同理：铰孔由资料1机械加工工艺手册表得：，； 由式1.5得，取由式1.6得， ，铰圆柱孔时，由资料1机械

23、加工工艺手册表得：根据式1.11可得： 加工孔、的切削用量及工时定额将、钻到直径由资料1机械加工工艺手册表查得：进给量,切削速度，切削深度；由式1.5得，取由式1.6得， 被切削层长度：由式1.10得：刀具切出长度： 取 根据式1.11可得： 扩孔扩孔由资料1机械加工工艺手册表2.4-52，取， ，切削深度；由式1.5得，取由式1.6得， 被切削层长度：由式1.10得：刀具切出长度： 取根据式1.11可得： 铰锥孔铰锥孔由资料1机械加工工艺手册表得：，切削深度；由式1.5得，取由式1.6得，取， 式（1.12）根据式1.11可得：锪孔（、）由资料1机械加工工艺手册表得：进给量,切削速度；则孔：

24、，；取，；则由式1.11得，孔：，；取，；则由式1.11得，孔：，；取，；则由式1.11得，锪孔加工总的基本时间 ：钻由资料1机械加工工艺手册表得：进给量,切削速度，切削深度；由式1.5得，取由式1.6得， 被切削层长度：由式1.10得：刀具切出长度： 取 根据式1.11可得： 加工螺纹孔的切削用量及工时定额钻螺纹孔由资料1机械加工工艺手册表得：进给量,切削速度，切削深度；由式1.5得，取由式1.6得，被切削层长度：由式1.10得：刀具切出长度： 取根据式1.11可得：攻丝根据查表：螺距，；由式1.5得，取由式1.6得，根据式1.11可得：由以上计算可得总的基本时间 技术时间定额除了基本时间以

25、外，还包括辅助时间、服务时间、休息及自然需要时间、准备终结时间所组成。 辅助时间辅助时间主要包括卸载工件，开停机床，改变切削用量和测量工件等所用的时间。 服务时间 休息及自然需要时间 准备终结时间将上述所列的各项时间组合起来，可得到各种定额时间：工序时间：单件时间: 单件计算时间：其中：N零件批量（件）4专用钻床夹具设计4.1 夹具设计任务为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工后托架底孔时，需要设计专用夹具。根据任务要求中的设计内容，为工序底面上钻孔设计钻床夹具，所用机床为摇臂Z3025钻床，中批生产类型。1.工序尺寸和技术要求加工底孔表面粗糙度Rz502.生产类型及时间定额生

26、产类型为中批生产，时间定额为140min。3.对夹具体的要求（1）有适当的精度和尺寸稳定性 专用夹具应有合理的定位方案，合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具体加工后尺寸稳定，并且对铸造夹具体要进行时效处理；（2）提高生产效率 根据任务书要求本工件为中批量生产，需采用简单的高效快速夹紧装置，以缩短辅助时间，提高生产效率。（3）工艺性好专用夹具的结构设计应简单、合理便于加工、装配、检验和维修。使零件在夹具中装卸方便，夹具在机床上装夹、找正方便。（4）使用性好专用夹具的设计应符合可靠、简单、方便的原则。操作方便，安全省力此外，应易于排屑，必要时设置排屑装置。（5）经济性好除考虑

27、专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外，还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。（6）排屑方便，必要时设置排屑装置。（7）在机床上安装稳定可靠。4.2拟定钻床夹具结构方案与绘制夹具草图4.2.1 研究原始质料利用本夹具主要用来钻加工孔、。加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足孔的位置公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。4.2.2 定位基准的选择由零件图可知：在对孔进行加工前，底平面进行了粗铣加工。因此，选底平面为定位精基准（设计基准）。选择左端面为定位基准来设计钻模，从而满足孔的位置公差要求

28、。工件定位用底平面和两个侧面来限制六个自由度。4.2.3确定定位方案，设计定位装置 图4.1 定位方案 工件以底面为定位基准，底面限制三个自由度，右侧面采用圆柱销限制一个自由度，后面用两个支撑钉限制两个自由度，共限制6个自由度，实现完全定位。4.2.4 确定夹紧方案，设计夹紧装置各类机床夹具均有不同的类型，根据工件的形状、尺寸、加工要求及重量确定本工件的钻床夹具选用固定式。 图4-2 弧形压块图4-3 夹紧方案夹紧机构采用铰链压板装置，如图4-3。压板通过弧形压块，如图4-2，压紧工件。通过调节立柱转动位置可压紧压板或松动压板来实现工件的夹紧与松动。当更换零件时，可转动立柱抬起压板，从而可实现

29、零件的更换与装夹。4.2.5 确定导向方案，设计导向装置为能迅速、准确地确定刀具与夹具的相对位置，钻夹具上都应设置引导刀具的元件钻套。钻套一般安装在钻模板上，钻模板与夹具体连接，钻套与工件之间留有排屑空间。工艺孔的加工需钻、扩、铰三次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：孔10H7mm分钻、铰两个工步完成加工。钻、铰，加工刀具分别为：钻孔9.7mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；铰孔mm标准高速铰刀。根据参考文献11表2-1-47可查得钻套孔径结构尺寸如图4-2及表4-2所示。图4-2 快换钻套衬套选用固定衬套其结构如图4-2所示

30、。图4-3 固定衬套4.2.6 切削力及夹紧力的计算由资料10机床夹具设计手册查表可得：切削力由式2.11得： 式中 查资料10机床夹具设计手册表得： 即：切削扭矩由式2.12得： 即：实际所需夹紧力：由式2.13得： 取，即：螺旋夹紧时产生的夹紧力由式2.6得：该夹具采用螺旋夹紧机构，用螺栓通过弧形压块压紧工件。受力简图如下：图4-1受力简图由表得：原动力计算由式 2.14得，即： 由上述计算易得： 因此采用该夹紧机构工作是可靠的。4.2.7 误差分析与计算该夹具以底面、侧面和顶面为定位基准，要求保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。孔与左侧面为线性尺寸一般公差。根据国家标准的规定，由资料6互换性与技术测量表可知：取（中等级）即 ：尺寸偏差为、由资料10机床夹具设计手册可得： 定位误差：定位尺寸公差，在加工尺寸方向上的投影，这里的方向与加工方向一致。即：故 夹紧安装误差