CA6140普通车床床头I轴轴承座

1、目录摘 要Abstract 1 绪论 11.1 课题背景 11.2 夹具的发展史 11.3 小结 22 I 轴轴承座加工工艺规程设计 32.1 零件的分析 32.1.1 零件的作用 32.1.2 零件的工艺分析 32.2 确定生产类型 32.3 确定毛坯 42.3.1 确定毛坯种类 42.3.2 确定铸件加工余量及形状 42.3.3 绘制铸件零件图 42.4 工艺规程设计 42.4.1 选择定位基准 42.4.2 制定工艺路线 52.4.3 选择加工设备和工艺设备 82.4.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 92.5 确定切削用量及基本工时 112.5.1 工序 1：车肩胛面成型 112

2、.5.2 工序 2：钻 , 扩 75 中孔 , 车端面，倒角 122.5.3 工序 3：挖环槽 162.5.4 工序 4：钻 及 3- 9 的通孔 172.5.5 工序 5：攻 M10×1.5 的螺纹 202.5.6 工序 6：铣 B,D,C 三平面 212.5.7 工序 7：钻 10 的孔 222.5.8 工序 8：钻 5 短斜孔 242.5.9 工序 9：钻 5 长斜孔 272.5.10 工序 10：粗镗 90 的孔 292.5.11 工序 11：精镗孔 90302.6 本章小结 323 专用夹具设计 333.1 钻 5 长斜孔夹具设计说明书 333.1 问题的提出 333.2

3、夹具的设计 333.3 本章小结 404 钻5 长斜孔刀具设计说明书 414.1 刀具类型的确定 414.2 刀具设计参数的确定 414.3 刀具工作草图的确定 415 钻5 长斜孔量具设计说明书 425.1 量具类型的确定 425.2 极限量具尺寸公差的确定 425.3 极限量具尺寸公差图的确定 425.4 极限量具结构设计 43结论 44参考文献 4546致1 绪论1.1 课题背景随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高 质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力 进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型

4、面和某些具有特殊要求的零件。 数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精 度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺 过程的自动化达到了一个新的阶段。“工欲善其事，必先利其器。”工具是人类文明进步的标志。自 20 世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动 化都有了长足的发展。但工具 含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍 然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无 论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。1.2 夹具的发展史夹具在其发展的 200 多

5、年历史中，大致经历了三个阶段：第一阶段，夹具在工件加工、 制造的各工序中作为基本的夹持装置，发挥着夹固工件的最基本功用。随着军工生产及内燃 机，汽车工业的不断发展，夹具逐渐在规模生产中发挥出其高效率及稳定加工质量的优越 性，各类定位、夹紧装置的结构也日趋完善，夹具逐步发展成为机床工件工艺装备工艺 系统中相当重要的组成部分。这是夹具发展的第二阶段。这一阶段，夹具发展的主要特点是 高效率。在现代化生产的今天，各类高效率，自动化夹具在高效，高精度及适应性方面，已 有了相当大的提高。随着电子技术，数控技术的发展，现代夹具的自动化和高适应性，已经 使夹具与机床逐渐融为一体，使得中，小批量生产的生产效率逐

6、步趋近于专业化的大批量生 产的水平。这是夹具发展的第三个阶段，这一阶段，夹具的主要特点是高精度，高适应性。 可以预见，夹具在不一个阶段的主要发展趋势将是逐步提高智能化水平。1.3 小结一项优秀的夹具结构设计，往往可以使得生产效率大幅度提高，并使产品的加工质量得 到极大地稳定。尤其是那些外形轮廓结构较复杂的，不规则的拔叉类，杆类工件，几乎各道 工序都离不开专门设计的高效率夹具。目前，中等生产规模的机械加工生产企业，其夹具的 设计，制造工作量，占新产品工艺准备工作量的50% 80%。生产设计阶段，对夹具的选择 和设计工作的重视程度，丝毫也不压于对机床设备及各类工艺参数的慎重选择。夹具的设 计，制造

7、和生产过程中对夹具的正确使用，维护和调整，对产品生产的优劣起着举足轻重的 作用2 I 轴轴承座加工工艺规程设计2.1 零件的分析2.1.1 零件的作用题目所给的零件是 CA6140车床的主轴箱 I 轴轴承座。它位于车床变速机构中，主要固定 轴承作用，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。2.1.2 零件的工艺分析零件的材料为 HT15-33，灰铸铁属于脆性材料，故不能锻造和冲压。但灰铸铁的铸造性 能和切削加工性能优良。以下是 I 轴轴承座需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：(1> 中心圆孔 90。(2> 135 的外圆及其端面与 90 中心圆孔的垂度

8、要求为 0.03mm(3> 90 与75 孔同轴度的要求为 0.10mm(4> 宽度为 20 的肩胛面与中心孔有 0.03 的垂直度要求。由上面分析可知，可以先加工 I 轴轴承座 135 的外圆及其宽度为 20 的肩胛面，然后以 此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度 及机床所能达到的位置精度，并且此 I 轴轴承座零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技 术要求采用常规的加工工艺均可保证。2.2 确定生产类型已知此 I 轴轴承座零件的生产类型为中批量生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程 划分阶段；工序应当集中；加工设备以通用设备为主，大量采

9、用专用工装。2.3 确定毛坯2.3.1 确定毛坯种类零件材料为 HT15-33 。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构不是太复 杂，生产类型为中批生产，故选择金属型铸造毛坯。125 页表 1-4-7 ，选用各个加工面的2.3.2 确定铸件加工余量及形状查机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册铸件机械加工余量均为 3mm。2.3.3 绘制铸件零件图工规设2. 艺 程 计 粗基 准的选择以零件的左端 120 外圆为主要的定位粗基准，以宽度为20 的肩胛面为辅助粗基准。 精基准的选择考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原 则，以加工后的 135 的外圆

10、及其肩胛面作为主要的定位精基准2.4.2 制定工艺路线根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济 精度，在生产纲领已确定的情况下 , 可以考虑采用各种机床配以专用夹具 , 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。选择零件的加 工方法及工艺路线方案如下：表 2.1 工艺路线方案一工序号工序内容工序一加工出 135 的外圆及其肩胛面与端面保证尺寸 37mm工序二车 135 的外圆的端面保证尺寸 35mm工序三钻、扩 75 中孔工序四粗镗中孔工序五挖环槽，主要是一次加工中孔内环槽工序六精镗中孔工序七钻及 3-9 的通孔工

11、序八钻孔、攻丝 2-M10工序九铣 B,D,C 三平面工序十钻10孔工序十一钻 5 短斜孔工序十二钻 5 长斜孔工序十三钳工打毛刺工序十四对零件各尺寸进行完工检测工序十五用毛刷沾防锈油为零件防锈工序十六按照仓库标识进行摆放表 2.2 工艺路线方案二工序号工序内容工序一车端面成型，加工出 135 的外圆及其肩胛面工序二钻、扩 75 中孔与端面保证尺寸 35mm工序三挖环槽，主要是一次加工中孔内环槽工序四钻及 3-9 的通孔工序五钻孔、攻丝 2-M10工序六铣 B,D,C 三平面工序七钻10孔工序八钻 5 短斜孔工序九钻 5 长斜孔工序十热处理工序十一粗、精镗中孔工序十二钳工打毛刺工序十三对零件各

12、尺寸进行完工检测工序十四用毛刷沾防锈油为零件防锈工序十五按照仓库标识进行摆放工艺立方案的比较与分析：上述两个工艺方案的特点在于：方案二是加工工序集中减少了二次装夹带造成装夹误 差，批量生产，缩短装换刀具的时间。加工完前次的又可成为下次加工的基准，这样使工序 非常清晰易提高加工精度，是对中批量生产是很合适的，同时增加了粗加工后的热处理，这 样可以因为加工造成的中工应力，从而使提零件使用过程中出现变形。方案一把工件加工工 序分得很紊乱并且很分散，基准得不到保证，加工出来的精度低，不符合现代化的生产要 求，同时有由在精加工前进行去应力热处理造成零件在使用过程中出现变形。经过对两种工 艺方案的比较，考

13、虑到加工零件的方便性，及加工精度，且还是中批生产，所以采用方案二 比较合适。2.4.3 选择加工设备和工艺设备 机床的选择工序 70 采用 X6022 型卧式铣床工序 50、 60、 80、 90、 100 采用 Z535 立式钻床工序 110 采用 T618 卧式镗床工序 20、 30 、40 数控车床 TY-6135选择夹具该轴承座的生产纲领为中批生产，所以采用专用夹具。 选择刀具在铣床上加工的各工序，采用硬质合金铣刀即可保证加工质量。在镗孔90，因为精度高，可采用硬质合金镗刀，其它各也的加工用高高速钢麻花钻便可 选择量具加工的孔均采用极限量规。 其他对垂直度误差采用千分表进行检测，对角度

14、尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用 量具即可。2.4.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定根据前面资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加 工余量如下：表 2.3 各加工工序的加工余量及达到的尺寸、经济度、粗糙度加工经济精工序号工序内容余量度工序尺寸表面粗工序余量糙度最小最大1车肩胛面成型3IT91353.2-0.050.052钻扩75 中孔IT1275, 8412.5-0.10.13挖环槽IT106.3-114钻及 3- 9 的通孔IT12912.5-0.050.055钻孔、攻丝 2-M10IT102-M106.36铣 B,D,C 三平面3IT106.3-0

15、.10.17钻 10 孔IT121012.5-0.10.18钻 5 短斜孔IT12512.5-0.10.19钻 5 长斜孔IT1253.2-0.020.0211粗、精镗中孔3IT8903.2-0.020.02该零件的轴向加工时，采用数控机床工序集中的原则，一次加工成型，同时采用基准重合原则，这样保证了各加工面的形位公差要求，因为此零件结构简单，同时在加工中采用 了工序集中原则，所以在各工序安排中不存在基准不重合误差避免了因为基准不重合造成的 加工难度，也满足了零件各表面形位公差的要求，符合零件设计者最初思想，下面是采用基 准重合原则加工所形成轴向工序尺寸链图90 孔轴向工序尺寸链如下图2.5

16、确定切削用量及基本工时2.5.1 工序 1：车肩胛面成型机床： TY-6135 数控车床，刀具： 45 度车刀 , 因其单边余量： Z=3mm所以车削深度 ：进给量 ：根据参考文献 3 表 2.4-73 ，取 车削速度 ：参照参考文 献 3 表 2.4-81 ，取机床主轴转速 ：按照参考文献 3 表 3.1-74实际车削速度 ：进给量 ：工作台每分进给量 ：根据参考文献 3 表 2.4-81,切削工时被切削层长度 ：由毛坯尺寸可知刀具切入长度 ：刀具切出长度 ：取走刀次数为 1机动时间 ：查参考文献 1 ，表 2.5-45 工步辅助时间为： 1.23min2.5.2 工序 2：钻, 扩 75中

17、孔, 车端面，倒角工件材料为 HT15-33 铁，硬度 200HBS。孔的直径为 75mm，公差为 H7，表面粗糙度。加工机床为 TY-6135 数控车床。钻头为 ?73mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃。 45 度车刀确定钻削用量确定进给量根据参考文献 2 ，表 28-10 可查出，查TY-6135 数控车床说明书，取根据参考文献 2 表 28-8 ，钻头强度所允许是进给量 。因为机床进给机构允许的轴向力由机床说明书查出），根据参考文献2 ，表 28-9 ，允许的进 给量因为所选进给量 远小于 及 ，故所选 可用。确定切削速度 、轴向力 F、转矩 T 及切削功率 根据参考文献 2 ，表

18、 28-15 ，由插入法得因为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。根据参考文献 2 ，由表 28-3 ， ， ，故查 TY-6135 数控车床说明书，取。实际切削速度为由参考文献 2 ，表 28-5 ，故校验机床功率切削功率 为校验机床功率 切削功率 为机床有效功率此处省略 NN NNNNN NNN NN 字机床有效功率故选择的钻削用量可用。即，相应地，切削工时被切削层长度 ：刀具切入长度 ：刀具切出长度 ： 取走刀次数为 1机动时间 ：查参考文献 1 ，表 2.5-41 工步辅助时间为： 1.58min2.5.10 工序 10：粗镗 90的孔 :机床：卧式镗床刀具：

19、硬质合金镗刀，镗刀材料：切削深度 ： ，毛坯孔径，切削深 度为进给 量 ： 根据参考文献3 表 2.4-66 ，刀杆伸出 长 度取=2.5mm。因此确定进给量。切削速度 ：参照参考文献 3 表 2.4-9 取机床主轴转速 ：按照参考文献 3 表 3.1-41 取实际切削速度 ：工作台每分钟进给量 ：被切削层长度 ：刀具切入长度 ：刀具切出长度 ： 取行程次数 ：机动时间 ：查参考文献 1 ，表 2.5-37 工步辅助时间为： 2.61min2.5.11 工序 11 精镗孔 90:机床：卧式镗床刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：切削深度 ：进给 量 ： 根据参考文献3 表 2.4-66，刀杆伸出 长

20、 度取，切削深 度为= 。因此确定进给量切削速度 ：参照参考文献 3 表 2.4-9 ，取机床主轴转速 ：实际切削速度 ，工作台每分钟进给量 ：被切削层长度 ：刀具切入长度 ：刀具切出长度 ： 取行程次数 ：机动时间 ：所以该工序总机动工时查参考文献 1 ，表 2.5-37 工步辅助时间为： 1.86min2.6 本章小结本章节主要从零件的结构和外型入手分析，从而得出设计毛坯的依据。再查阅有关资 料，设计出零件加工的毛坯。在工艺规程的制定上，将两种方案进行比较，选取一个最佳方 案来。在计算每一步的切削用量时，先选用刀具和机床，再查阅资料找出进给量，由它算出 机床所需的转速，翻阅机床手册选一个最

21、接近它的一值。算切削速度、机动时间等。3 钻 5 长斜孔工序夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工此轴承座零件时，需要设 计专用夹具。根据任务要求中的设计内容，需要设计钻 5 长斜孔夹具一套。3.1 问题的提出本夹具主要用来钻 5长斜孔。这个孔中心线与 135 外圆有尺寸精度要求为，与 中心孔轴线夹角为 30 度。因为位置精度要求不高，也无需表面粗糙度要求，故再本 道工序加工时主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。3.2 夹具的设计 定位基准的选择此零件放在 Z535 立式钻床上加工，刀具为 5 直柄加长自制麻花钻。由零件分析，选择用 135 外圆加上宽为 20

22、的一面定位，就可以限制 5 个自由度，在由下面的小孔加个销就可以实现完全定位。 定位元件与夹紧元件的选择：图 3.11 固定式定位销 <GB2203-80)查参考文献 1 ，表 5.2-6 ，选用固定式定位销压紧采用螺旋夹紧，如下图图 3.1 图 3.1 切削力与夹紧力的计算 因为本道工序完成螺纹底孔的钻削，因此切削力为钻削力。由参考文献 1 ，表 2.4-69得：轴向力 F：扭矩 M：式中：如图：图 3.14 扭矩图夹紧力的方向在轴线上，与 M产生的转矩同轴，所以夹紧力 F 不需要太大，只要工件相 对与夹具体没有移动就可以了。 钻套、衬套、钻模板及夹具体设计该孔的加工只需钻削加工就能满

23、足加工要求。考虑到钻套可能出现的磨损，故查参考文献 1 ，表 5.2-13 选用可换钻套，当磨损就可更换。与其装配的是钻套用衬套 <GB2263-80 查表 5.2-14 ），起固定的是钻套螺钉 <GB2268-80 查表 5.2-16 ）。表 3.1 可换钻套dDHhCr基本 尺 寸极限 偏 差基本 尺 寸极限 偏 差5+0.041+0.02030+0.021+0.008464225125.518132.5图 3.16 钻套用衬套表 3.2 钻套用衬套dDHC基本尺寸极限 偏差基本尺寸极限 偏差+0.041+0.03330422513+0.020+0.017图 3.17 钻套螺钉

24、表 3.3 钻套螺钉dL1d1Dd2LL0nt基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差M85.5+0.20+0.05120.050.162062211.522.5钻模板选用伸出式钻模板，用螺钉将其连接在夹具体上。安装前先调整好位置然后用销定位，后用螺钉将其拧紧在夹具体上。钻模板参见钻孔装配图。 夹具精度分析利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统。它们 之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此在夹具设计中，当结构方案 确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。由工序可知，本道工序只需钻 5 孔，所以孔的精度无需考虑，只保证它垂直与中心孔参见钻孔装配就

25、可以了。因为是立钻，又是一面两销定位，在垂直方向可能存在偏转 图）。其计算同前面的计算相同。转角定位误差为既是 由下的图可知）图 3.18 转角误差分析图除了上面的误差外，影响孔位置度的因素还有：1）、钻模板上装衬套孔的尺寸公差：2）、衬套与钻套配合的最大间隙：3）、钻套与钻头配合的最大间隙：4）、钻套的同轴度公差：综合误差为：能满足零件要求。 夹具体设计 夹具体的设计参考钻孔夹具体零件图。3.3 本章小结在本章是对夹具结构的设计和分析其精确度的阶段。重点在于选择基准面将零件如何定位、夹紧在夹具体上。在选择基准面时，主要参考已加工面，在此主要用到的是一面两销定位，一个圆柱销和一个削边销，他们分

26、别穿过已加工过的长中心孔和大端面的孔，再由中心 孔的一面定位，就使零件在夹具体上完全定位了。选用压紧件时，分别用了移动和转动压 板。最后设计出夹具体，参考有关资料计算夹具的定位误差。4 钻 5 长斜孔工序刀具设计说明书1. 刀具类型确定此道工序保证的尺寸精度要求较高 90 内孔端面必须垂直，因此选 90 度闭孔镗 刀。2. 刀具设计参数确定序号项目数据来源或公式计算采用值1刀具类型表 2-6 、 2-7直柄麻花钻2刀具材料W18Cr4V3几何角度表 2-7 、 2-8 、 2-9 s=-4 度 o=15 度 o=8 度 o ' =6 度 r=90 度r '=56 度 =2mm4

27、断削参数前面型式表 2-11 、 2-12<f=1.3mm/r )带倒棱曲面圆弧卷削槽前面Ln=3.5m o1=-5 度 br1=0.045 qn=25过渡刃表 2-13<ap=0.5mm)过渡刃和修光刃 b =0.187外型结构尺寸表 3-5< 刀具设计手册）3. 刀具工作草图5 钻 5 长斜孔工序量具设计说明书设计 90D7 孔的塞规 ，首先确定被测孔的极限偏差，查公差书第三章极限与配合标准得 90D7的上偏差 ES=+0.021mm,下偏差 EI=0mm。公差等级为 IT7 。1. 量具类型确定90D7 的量具查得用圆柱柄圆柱塞规。2. 极限量具尺寸公差确定6-1 得

28、IT7 尺寸 20 的量<1) 确定工作量规的制造公差和位置要素值，由公差书表规公差为 T=0.0024mm,位置要素 Z=0.0034mm. 。<2)计算工作量规的极限偏差：20H7 孔用塞规：通规：上偏差 =EI+Z+T/2=<0+0.0034+0.0012 ) =+0.0046mm下偏差 =EI+Z-T/2=<0+0.0034-0.0012 ) =-0.0022mm磨损极限 = EI=0mm止规：上偏差 =ES=+0.021mm下偏差 =ES-T=<+0.021-0.0024 ) =+0.0186mm3. 极限量具尺寸公差带图4. 极限量具结构设计结论由本文的论述，我们了解到，通过对 CA6140普通车床床头 I 轴轴承座夹具工艺的研究与应用，在夹 具、刀具、量具、工艺流程等方面进行合理设计和选择，有效提高了加工效率和产品质量，扩大了加工 适应范围，提高了可靠性，具备一定的先进性，取得了良好的经济效益和社会效益，为解决此类加工问 题举了一件实例。