摘 要
机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段。本课题研究CA6140车床后托架加工工艺规程。首先通过对零件图的分析，了解工件的结构形式，明确了具体的技术要求，从而对工件各组成表面选择合适的加工方法。再拟订较为合理的工艺规程，充分体现质量、生产率和经济性的统一。
机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，在整个机械加工过程中，夹具除了夹紧、固定被加工零件外，还要求保证加工零件的位置精度、提高加工生产率。
本课题在设计的过程当中，深入生产实际，进行调查研究，吸取国内外先进技术，制定出合理的设计方案，在进行具体设计。
关键词 产品设计，后托架，加工工艺，夹具
目 录
前言 .....................................................................................................................................3Ⅰ
1 CA6140车床后托架的加工工艺设计..........................................................................4
1.1 CA6140车床后托架的结构特点和技术要求....................................................................4
1.2 CA6140车床后托架的材料、毛坯和热处理......................................................................4
1.2.1 毛坯材料及热处理.....................................................................................................4
1.2.2 毛坯的结构确定..........................................................................................................5
1.3 工艺过程设计中应考虑的主要问题....................................................................................6
1.3.1 加工方法选择的原则..................................................................................................6
1.3.2 加工阶段的划分..........................................................................................................6
1.3.3 工序的合理组合..........................................................................................................6
1.3.4 加工顺序的安排..........................................................................................................7
1.4 CA6140车床后托架的机械加工工艺过程分析...............................................................8
1.4.1 零件的用途..................................................................................................................8
1.4.2 CA6140车床后托架零件图分析.................................................................................8
1.4.3 确定零件的生产类型..................................................................................................9
1.4.4 CA6140车床后托架的加工工艺路线.........................................................................9
1.5 CA6140车床后托架的工序设计.........................................................................................13
1.5.1 工序基准的选择........................................................................................................13
1.5.2 工序尺寸的确定........................................................................................................13
1.5.3确定各工序的加工设备和工艺装备.........................................................................20
1.5.4 确定切削用量及工时定额........................................................................................21
2 专用夹具设计..............................................................................................................33
2.1 钻三杠孔夹具设计...............................................................................................................33
2.1.1研究原始质料.............................................................................................................33
2.1.2 定位基准的选择........................................................................................................33
2.1.3 定位元件的选择........................................................................................................33
2.1.4 导向元件的选择........................................................................................................33
2.1.5 切削力及夹紧力的计算............................................................................................34
2.1.6 定位误差分析与计算................................................................................................35
2.1.7 夹具设计及操作的简要说明....................................................................................35
结 论................................................................................................................................37
参考文献............................................................................................................................38
前言
机械制造技术基础是机械设计制造及其自动化（或机械工程及自动化）专业的一门重要的专业基础课。
机械设计是机械工程的重要组成部分，是决定机械性能的最主要因素。由于各产业对机械的性能要求不同而有许多专业性的机械设计。
在机械制造厂的生产过程中,用来安装工件使之固定在正确位置上,完成其切削加工 、检验、装配、焊接等工作,所使用的工艺装备统称为夹具。如机床夹具、检验夹具、焊接夹具、装配夹具等。
机床夹具的作用可归纳为以下四个方面：
1.保证加工精度 机床夹具可准确确定工件、刀具和机床之间的相对位置，可以保证加工精度。
2.提高生产效率 机床夹具可快速地将工件定位和夹紧，减少辅助时间。
3.减少劳动强度 采用机械、气动、液动等夹紧机构，可以减轻工人的劳动强度。
4.扩大机床的工艺范围 利用机床夹具，可使机床的加工范围扩大，例如在卧式车床刀架处安装镗孔夹具，可对箱体孔进行镗孔加工。
机械制造装备设计课程设计是机械设计中的一个重要的实践性教学环节，也是机械类专业学生较为全面的机械设计训练。其目的在于：
1.培养学生综合运用机械设计基础以及其他先修课程的理论知识和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力，通过课设训练可以巩固、加深有关机械课设方面的理论知识。
2.学习和掌握一般机械设计的基本方法和步骤。培养独立设计能力，为以后的专业课程及毕业设计打好基础，做好准备。
3.使学生具有运用标准、规范手册、图册和查询有关设计资料的能力。
我国的装备制造业尽管已有一定的基础，规模也不小，实力较其它发展中国家雄厚。但毕竟技术基础薄弱，滞后于制造业发展的需要。我们要以高度的使命感和责任感，采取更加有效的措施，克服发展中存在的问题，把我国从一个制造业大国建设成为一个制造强国，成为世界级制造业基础地之一。
1 CA6140车床后托架的加工工艺设计
机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度，加工操作，安全生产，技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种，上质量，上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。
在实际生产中，由于零件的生产类型、材料、结构、形状、尺寸和技术要求等不同，针对某一零件，往往不是单独在一种机床上，用某一种加工方法就能完成的，而是要经过一定的工艺过程才能完成其加工。因此，不仅要根据零件的具体要求，结合现场的具体条件，对零件的各组成表面选择合适的加工方法，还要合理地安排加工顺序，逐步地把零件加工出来。
对于某个具体零件，可采用几种不同的工艺方案进行加工。虽然这些方案都可以加工出来合格的零件，但从生产效率和经济效益来看，可能其中有种方案比较合理且切实可行。因此，必须根据零件的具体要求和可能的加工条件等，拟订较为合理的工艺过程。
1.1CA6140车床后托架的结构特点和技术要求
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：
① 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。
② 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。
③ 、粗糙度为；为锥孔，且粗糙度为。
④ 其余未注要求的加工表面为不去除材料加工。
1.2 CA6140车床后托架的材料、毛坯和热处理
1.2.1 毛坯材料及热处理
毛坯材料
灰铸铁（HT200）
灰铸铁属于脆性材料，抗拉强度和弹性模量均比钢低，塑性和韧性近于零。因为灰铸铁的显微组织由金属基体（珠光体）和片状石墨组成。石墨的强度、硬度、塑性极低，对基体起着割裂作用，减少了承载的有效面积，石墨的尖角处还会引起应力集中。
灰铸铁一般的工作条件：
① 承受较大载荷的零件。
② 磨檫面间的单位面积压力不大于300KPa。
毛坯的热处理
灰铸铁（HT200）中的碳全部或大部分以片状石墨方式存在铸铁中，由于片状石墨对基体的割裂作用大，引起应力集中也大；因此，使石墨片得到细化，并改善石墨片的分布，可提高铸铁的性能。可采用石墨化退火，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。
1.2.2 毛坯的结构确定
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：
① 铸件的壁厚应和合适，均匀，不得有突然变化。
② 铸造圆角要适当，不得有尖角。
③ 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。
④ 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。
⑤ 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：
① 各加工面的几何形状应尽量简单。
② 工艺基准以设计基准相一致。
③ 便于装夹、加工和检查。
④ 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。在毛坯的种类
形状及尺寸确定后，可据此绘出毛坯图。
图1.1 CA6140车床后托架毛坯图
1.3 工艺过程设计中应考虑的主要问题
1.3.1 加工方法选择的原则
① 所选加工方法应考虑每种加工方法的经济、精度要求相适应。
② 所选加工方法能确保加工面的几何形状精度，表面相互位置精度要求。
③ 所选加工方法要与零件材料的可加工性相适应。
④ 加工方法要与生产类型相适应。
⑤ 所选加工方法企业现有设备条件和工人技术水平相适应。
1.3.2 加工阶段的划分
按照加工性质和作用的不同，工艺过程一般可划分为三个加工阶段：
① 粗加工阶段
粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为，粗糙度为。
② 半精加工阶段
半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为。表面粗糙度为。
③ 精加工阶段
精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。
精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度．精加工的加工精度一般为，表面粗糙度为。
④ 光整加工阶段
对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精度改善很少。一般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为,表面粗糙度为。
此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。
1.3.3 工序的合理组合
确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则：
① 工序分散原则
工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。
② 工序集中原则
工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。
一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。
1.3.4 加工顺序的安排
零件的加工过程通常包括机械加工工序，热处理工序，以及辅助工序。在安排加工顺序时常遵循以下原则：见下表
表1.1 加工工序安排原则
工序类别 工序 安排原则
机械加工 1）对于形状复杂、尺寸较大的毛坯，先安排划线工序，为精基准加工提供找正基准
2）按“先基准后其他”的顺序，首先加工精基准面
3）在重要表面加工前应对精基准进行修正
4）按“先主后次，先粗后精”的顺序
5）对于与主要表面有位置精度要求的次要表面应安排在主要表面加工之后加工
热处理 退火与正火 毛坯预备性热处理，应安排在机械加工之前进行
时效 为消除残余应力，对于尺寸大结构复杂的铸件，需在粗加工前、后各安排时效处理；对于一般铸件在铸造后或则粗加工后安排时效处理；对于精度高的铸件，在半精加工前、后各安排一次时效处理
淬火 淬火后工件硬度提高，应安排在精加工阶段的磨削加工前进行
渗碳 渗碳易产生变形，应安排在精加工前
渗氮 一般安排在工艺过程的后部、该表面的最终加工之前
辅助工序 中间检验 一般安排在粗加工全部结束之后，精加工之前；花费工时较多和重要工序的前后
特种检验 荧光检验、磁力探伤主要用于表面质量的检验，通常安排在精加工阶段。荧光如用于检验毛坯的裂纹，则安排在加工前
表面处理 电镀、涂层、发蓝等表面处理工序一般安排在工序的最后进行
1.4CA6140车床后托架的机械加工工艺过程分析
1.4.1 零件的用途
本课题所设计的零件是CA6140车床后托架。它的工作位置位于CA6140车床床身的尾部。运用于当加工超出床身长度的细长杆零件时，来支撑工件的机床附件，对工件和车床零部件刚度起加强固定作用，以提高车床加工的精度。通常半自动机床使用较多。该零件是专用件，其中零件主要有三杠孔分别装光杠、丝杠和操纵杠。零件上的毛线孔，主要用于导通油路；旁路的螺纹孔是连接油盖的；正面的四个孔将后托架固定于车床尾部。该零件的主要工作面是底面和侧面的三孔，是我们加工过程中重点加工工对象。
1.4.2 CA6140车床后托架零件图分析
图1.2 CA6140车床后托架零件图
由图1-1可知：
①该零件为铸件，材料为灰铸铁，重量为。
②要求加工、 、的精度等级为，粗糙度，且要求与底平面的平行度公差为。
③要求精加工底平面粗糙度，平面度公差为。
④要求加工、粗糙度为。
⑤是锥孔，要求装配精铰加工，粗糙度。
⑥对于孔口进行锪平加工。
⑦加工螺纹孔。
1.4.3 确定零件的生产类型
已知CA6140后托架的生产纲领为10000件/年，又后托架的质量为3.05kg查机械制造技术基础课程设计指导教程表1-3，可知后托架为轻型零件。由生产类型和生产纲领查表1-4 ，可知CA6140后托架生产类型为大批量生产。
1.4.4 CA6140车床后托架的加工工艺路线
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
主要工序的加工工艺路线
① 根据孔的技术要求，由资料《互换性与测量技术基础》得：
，；
根据公式；查资料《互换性与测量技术基础》表2-4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：
扩钻——粗铰——精铰
② 根据孔、粗糙度为，
查资料《互换性与测量技术基础》可得精度等级为IT12
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《机械制造技术课程设计指导教程》表1-7可得孔的加工工艺路线为：
钻孔
③ 孔锥孔粗糙度为但该孔为装配铰孔，可以先不加工。
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《机械制造技术课程设计指导教程》表1-7可得孔的加工工艺路线为：
钻孔
④ 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《机械制造技术课程设计指导教程》表1-8可得孔的加工工艺路线为：
粗铣——半精铣——精铣
根据后托架零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度要求，粗定加工件各表面的加工方案。
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