机械制造技术课程设计-设计“CA6140车床”手柄座零件的机械加工工艺规程及典型夹具(大批量生产).doc

pingxiang college 机械制造技术课程机械制造技术课程设设计计 院 系 机械电子工程系 专 业 机械制造及自动化 姓 名 年 级 二年级 指导教师 二零一二年六月 目 录 课程设计任务书 零件图 毛坯图 机械加工工艺过程卡 机械加工工序卡 夹具总装图 课程设计成绩评定表 8课程设计说明书 机械制造技术课程设计任务书机械制造技术课程设计任务书 机械电子工程系系 机械制造及其自动化专业专业 2010 年级年级 学生姓名学生姓名: : 舒舒胜胜滔滔 题目：题目：设计“ca6140 车床”手柄座零件的机械加工工艺规程及典型夹 具(大批量生产) 主要内容：主要内容： 1绘制零件的毛坯图或零件毛坯综合图(a3) 2设计零件的机械加工工艺规程，并填写： （1）整个零件的机械加工工艺过程卡（a4） ； （2）所设计夹具对应工序的机械加工工序卡（所设计夹具对应工序的机械加工工序卡（a4） 。 3设计某工序的夹具一套，绘出总装图（a2） 。 4编写设计说明书。 指导教师：何萍 班 级：机械一班 学 生：舒胜滔 2012 年 6 月 3 日 零零件件图图 课程设计成绩评定表 评分指标评分指标满分值满分值评分评分合计合计总评成绩总评成绩 遵守纪律情况遵守纪律情况 5 5 学习态度和努力程度学习态度和努力程度 5 5 独立工作能力独立工作能力 5 5 工作作风严谨性工作作风严谨性 5 5 文献检索和利用能力文献检索和利用能力 5 5 平时表现平时表现 ( (权重权重 30%)30%) 与指导教师探讨能力与指导教师探讨能力 5 5 方案选择合理性方案选择合理性 3 3 方案比较和论证能力方案比较和论证能力 3 3 设计思想和设计步骤设计思想和设计步骤 3 3 设计计算及分析讨论设计计算及分析讨论 3 3 设计说明书页数设计说明书页数 5 5 设计说明书内容完备性设计说明书内容完备性 3 3 设计说明书结构合理性设计说明书结构合理性 2 2 设计说明书书写工整程度设计说明书书写工整程度 2 2 设计说明书文字内容条理性设计说明书文字内容条理性 2 2 图样数量图样数量 5 5 图样表达正确程度图样表达正确程度 5 5 图样标准化程度图样标准化程度 5 5 图面质量图面质量 5 5 设计是否有应用价值设计是否有应用价值 2 2 设计的数设计的数 量和质量量和质量 ( (权重权重 50%)50%) 设计是否有创新设计是否有创新 2 2 表达能力表达能力 4 4 报告内容报告内容 8 8 回答问题情况回答问题情况 6 6 答辩（权答辩（权 重重 20%20%） 报告时间报告时间 2 2 机机 械械 制制 造造 技技 术术 课程设计说明书 设计题目设计题目: 设计“ca6140 车床”手柄座零件的机械加工工艺 规程及典型夹具(大批量生产) 设设 计计 者者 舒胜滔 学学 号号 10352003 指导教师指导教师 何萍 机械电子工程系 2012 年 6 月 日 摘摘 要要 机械制造技术基础课程设计，是以切削理论为基础，制造工艺为主线，兼顾 工艺装备知识的机械制造技术基本涉机能力培养的实践课程；是综合运用机械 制造技术的基本知识，基本理论和基本技能，分析和解决实际工程问题的一个 重要教学环节；是对学生运用掌握的“机械制造”技术基础知识及相关知识的 一次全面的应用训练。 机械制造技术基础课程设计，是已机械制造工艺装备为内容进行的设计。即 以给定的一个中等复杂的程度的中小型机械零件为对象，在确定其毛胚制造工 艺的基础上，编制其机械加工工艺规程，并对其一工序进行机床专用卡具设计。 由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予批评指正. 目目 录录 第 1 章 机械加工工艺规程设计 1.1 零件的分析 1.1.1 零件的作用 . 1 1.1.2 零件图的工艺审查 1 1.2 确定毛坯 1.2.1 选择毛坯的类型和制造方法 2 1.2.2 绘制毛坯图 2 1.3 工艺路线的拟定 1.3.1 定位基准的选择 2 1.3.2 零件表面加工方法的确定 2 1.3.3 热处理工序的安排. 3 1.3.4 工序的集中与分散 3 1.3.5 工艺路线的拟订 4 1.4 加工设备和工艺装备的选择 1.4.1 机床的选择 5 1.5 机械加工工艺过程卡片的填写 第 2 章 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定. 2.1 工序余量的确定. 6 2.2 时间定额的计算 7 2.2.1 基本工时 7 2.2.2 辅助时间 tf 的计算. 7 2.2.3.布置工作时间的计算. 7 2.2.4.准备于终结时间. 7 2.3 机械加工工序卡片的填写 第 3 章 夹具设计 3.1 概述 9 3.1.1 专用夹具设计的基本要求 9 3.1.2 专用夹具设计的一般步骤和需要完成的任务 9 3.2 夹具总体方案设计10 3.2.1 确定定位方案，设计定位元件11 3.2.2 导向和夹紧方案，及其元件的设计. 11 3.2.3 夹具体设计. 12 3.2.4 夹具装配总图及尺寸标注. 12 设计小结.13 参考文献.13 9 第第 1 1 章章 机械加工工艺规程设计机械加工工艺规程设计 1.1 零件的分析 （1）零件的作用 该零件是 ca6140 车床操纵部分的组成零件之一，该手柄座的作用就相 当于一个连杆。车床外部手柄的运动是通过 ca6140 车床手柄座传递到车床内部 实现人为对机床的操纵。手柄与该零件通过 14 螺纹孔连接，机床内部零件通 过键与手柄座连接，即 ca6140 车床手柄座的作用是实现运动由外部到内部的传 递。 （2）零件图的工艺审查 ca6140 车床手柄座的加工表面分四种，主要是孔的加工，圆柱端面的加 工，槽的加工，螺纹的加工，各组加工面之间有严格的尺寸位置度要求和一定的 表面加工精度要求，特别是 75 和 22 的表面加工，都要保证 ra0.4mm 的表面 粗糙度，因而需精加工，现将主要加工面分述如下： a、孔的加工 该零件只有两个孔要加工。一个是14 螺纹孔，此孔是不通孔，特别 注意该孔的加工深度，还有其与 a 表面有一定得同轴度要求；还有一个定位孔这 里不做介绍。 b、面的加工 该零件共有 4 个端面要加工：119mm 右端面 p 精度要求较高，需精加工， 且对 a 表面有较高垂直度要求；其他 13 两端面要半精加工，还有就是 r250mm 的环曲面即 75 的表面需经抛光处理才可满足要求。 c、槽的加工 该零件共有两个槽需加工：66 的环槽需经精加工才能满足表面粗糙度要 求；还有一个键槽先粗铣在半精铣即可达到要求。 d、螺纹的加工 该零件只有一个圆柱需螺纹加工。即螺纹 w，其中径对表面 7 的圆跳动不 大于 0.1，位置度要求较高，并且要要抛光处理。 1.2 确定毛坯 10 根据生产类型，零件的结构、形状、尺寸及材料等选择毛坯的制造方式和精 度。 （1）选择毛坯的类型和制造方法 零件材料为 ht15-33，根据选择毛坯应考虑的因素，该零件体积较小，形状 较复杂，外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求，由于零件为大批生产的， 而砂型铸造生产成本低，设备简单，故本零件毛坯采用砂型铸造。 由于零件上孔较深，有严格的表面精度要求，故都不铸出，留待后续机械加工反 而经济实用。 （2）绘制毛坯图 见附图 1.3 工艺路线的拟定 （1）定位基准的选择 粗基准的选择 粗基准选择应为后续加工提供精基准，由于该零件毛坯没有铸孔，故只能 以 4 个主要端面为基准，由于 119mm 端面表面粗糙度为 ra3.2mm，若直接以大 端面为粗基准，恐不能一次达到加工精度，故先以 119mm 小端面为粗基准，粗 车 13mm 左端面，再以 13mm 的左端面为基准，精车 119mm 端面。 精基准的选择 精基准主要考虑如何保证加工精度和装夹方便，先以 119mm 右端面为基准 加工出 22mm，然后作为辅助基准面配合 22mm 加工后续工序中的孔，面， 槽，螺纹等。 （2）零件表面加工方法的确定 加工表面精度表面 粗糙 可选加工方法确定加工方法 132mm 大端面 it8106.3粗车半精车 粗铣半精铣 粗车半精车 132mm 小端面 it8106.3粗车半精车 粗铣半精铣 粗车半精车 11 13mm 右端面it8106.3粗车半精车 粗铣半精铣 粗车半精车 119mm 右端 面 it783.2粗车半精车精车粗车半精车 精车 b 型键槽it8106.3粗铣半精铣粗铣半精铣 19d7it8106.3粗铣半精铣粗铣半精铣 22mm 外 圆表面 it670.4粗车半精车粗磨 精磨 粗车半精车 粗磨精磨 66mm 环 槽 it783.2粗车半精车精车粗车半精车 精车 75mm 外 圆 it80.4粗车半精车粗磨 精磨 粗车半精车精车 抛光 粗车半精车 精车抛光 镀铬电镀电镀 59mm 和 30mm 环 槽 8mm it8106.3粗铣半精铣粗铣半精铣 m14mm 沉 孔 it8106.3钻铰钻铰 车螺纹 wt780.025 0.2 粗车半精车精车 抛光 粗车半精车 精车抛光 （3）热处理工序的安排 预备热处理：正火 要安排在粗加工之后。 最终热处理：淬火 安排在精加工前后 。 （4）工序的集中与分散 12 选用工序集中原则，生产类型为大批或者中批生产，可以采用万能型机床配 以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少， 不但可以缩短辅助时间，而且由于与一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各 种加工表面之间的相对位置精度要求 因为此零件为大批量生产，所以工序尽量分散。 （5）工艺路线的拟订 方案一 1 工序、铸造毛坯 2 工序、时效处理 3 工序、粗车 132mm 大小两端面、打中心孔。 4 工序、粗车 13mm119mm 右端面、22mm 外圆表面、66mm 环槽、 75mm 外圆、车螺纹 w。 5 工序、粗铣键槽、19d7、59mm 和 30mm 环槽 8mm。 6 工序、正火预备热处理 7 工序、半精车 132mm 大小两端面、13mm119mm 右端面、22mm 外圆 表面、66mm 环槽、75mm 外圆、车螺纹 w 及倒圆角 r1、r2、r3，倒角 45*1，60。倒角。 8 工序、半精铣键槽、19d7、59mm 和 30mm 环槽 8mm。 9 工序、钻 m14 的不通深孔。 10 工序、精车 119mm 右端面、66mm 环槽、75mm 外圆、车螺纹 w。 11 工序、淬火最终热处理。 12 工序、电镀铬 g 和 a（在长度 c 上）表面，镀层为 0.0080.014mm。 13 工序、粗磨精磨 22mm 外圆表面。 14 工序、抛光车螺纹 w、75mm 外圆。 15 工序、去毛刺，锐边。 16 工序、终检、入库。 方案二 1 工序、铸造毛坯。 13 2 工序、时效处理 3 工序、粗车 132mm 大小两端面、打中心孔。 4 工序、粗铣键槽、19d7、59mm 和 30mm 环槽 8mm。 5 工序、粗车 13mm119mm 右端面、22mm 外圆表面、66mm 环槽、 75mm 外圆、车螺纹 w。 6 工序、正火预备热处理。 7 工序、半精车 132mm 大小两端面、13mm119mm 右端面、22mm 外圆 表面、66mm 环槽、75mm 外圆、车螺纹 w 及倒圆角 r1、r2、r3，倒角 45*1，60。倒角。 8 工序、淬火最终热处理。 9 工序、半精铣键槽、19d7、59mm 和 30mm 环槽 8mm。 10 工序、钻 m14mm 的不通深孔 11 工序、精车 119mm 右端面、66mm 环槽、75mm 外圆、车螺纹 w。 12 工序、电镀铬 g 和 a（在长度 c 上）表面，镀层为 0.0080.014mm。 13 工序、粗磨精磨 22mm 外圆表面。 14 工序、抛光车螺纹 w、75mm 外圆。 15 工序、去毛刺，锐边。 16 工序、终检、入库。 方案分析： 上述两套方案的区别在于最终热处理的工序位置不同，显然方案二不合理， 方案二中工件在进行最终热处理之后再进行半精加工。此时工件经过淬火硬度值 较高，半精加工就难以实行。方案一的工序安排显然更有利于工件加工工序的顺 利进行。 综上所述选择方案一为工件的加工路线。 1.4 加工设备和工艺装备的选择 （1）机床的选择 因为此零件的生产规模为大批量生产，所以尽可能的选取专用车床以提高 14 加工效率。选择的车床如下： 1 x51 立式铣床 2 ca6140 车床 3 z535 立式钻床 4 m1432a 万能外圆磨床 （2）刀具的选择 1 高速钢端铣刀 直径分别为 6mm、15mm、50mm 齿数 6。 2 高速钢锥柄标准麻花钻 直径为 14mm 长度 115mm。 3 外螺纹车刀、切断刀、粗车刀、精车刀 4 粗磨精磨砂轮 1.5 机械加工工艺过程卡片的填写 见附表 1 第 2 章 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 2.1 工序余量的确定 工序余量是指在一道工序中所切除的金属层厚度。确定工序余量的方法有计 算法、经验估计法、查表法。 一般按查表法确定工序间的加工余量 砂型铸造，材料为灰铸铁，机器造型，公差等级为 ct812,取 ct10，加工 余量等级 eg,取 g 切削余量：查表，基本尺寸小于 200mm，加工余量为 2.1mm； 基本尺寸小于 100mm，加工余量为 1.4mm； 基本尺寸小于 63mm，加工余量为 0.7mm。 铸件公差等级：查表，基本尺寸小于 200mm，取 4mm； 基本尺寸小于 100mm，取 3.2mm； 基本尺寸小于 63mm，取 2.8mm。 1) 查表得粗车的加工余量为 3mm，半精车加工余量为 1.1mm，又工件尺寸为 132mm 15 所以毛坯尺寸为 132+3+1.1=136.1mm 又根据前面铸件尺寸公差标准值 毛坯的名义尺寸：132+3+1.1=136.1mm 毛坯的最小尺寸：136.12.1134mm； 毛坯的最大尺寸：136.1+2.1138.2mm； 2) 查表得粗车的加工余量为 3mm，半精车加工余量为 1.1mm，又工件尺寸为 13mm 所以毛坯尺寸为 13+3+1.1=17.1mm 又根据前面铸件尺寸公差标准值 毛坯的名义尺寸：13+3+1.1=17.1mm 毛坯的最小尺寸：17.10.716.4mm； 毛坯的最大尺寸：17.1 + 0.717.8mm； 3) 查表得粗车的加工余量为 3mm，半精车加工余量为 1.1mm，精车加工余量为 0.6mm 又工件尺寸为 119mm 所以毛坯尺寸为 119+3+1.1+0.6=123.7mm 又根据前面铸件尺寸公差标准值 毛坯的名义尺寸：119+3+1.1+0.6=123.7mm 毛坯的最小尺寸：123.72.1121.6mm； 毛坯的最大尺寸：123.7 +2.1125.8mm； 4) 查表得粗车的加工余量为 3mm，半精车加工余量为 1.1mm，精车加工余量为 0.6mm ，抛光的加工余量为 0.1 又工件尺寸为 75mm 所以毛坯尺寸为 75+3+1.1+0.6+0.1=79.8mm 又根据前面铸件尺寸公差标准值 毛坯的名义尺寸：75+3+1.1+0.6+0.1=79.8mm 毛坯的最小尺寸：79.81.478.4mm； 毛坯的最大尺寸：79.8 +1.481.2mm； 5) 查表得粗铣的加工余量为 1.5-2mm，这里取 1.8mm，半精铣加工余量为 1mm， 又工件尺寸为 19mm 所以毛坯尺寸为 19+1.8+1=21.8mm 又根据前面铸件尺寸公差标准值 毛坯的名义尺寸：19+1.8+1=21.8mm 毛坯的最小尺寸：21.80.721.1mm； 毛坯的最大尺寸：21.8+0.722.5mm； 6) 查表得粗车的加工余量为 3mm，半精车加工余量为 1.1mm，粗磨加工余量为 0.3mm，精磨加工余量为 0.1，又工件尺寸为 22mm 16 所以毛坯尺寸为 22+3+1.1+0.3+0.1=26.5mm 又根据前面铸件尺寸公差标准值 毛坯的名义尺寸：22+3+1.1+0.3+0.1=26.5mm 毛坯的最小尺寸：26.50.725.8mm； 毛坯的最大尺寸：26.5 +0.727.2mm； 2.2 时间定额的计算 2.2.1 基本工时：根据加工工艺手册表 2.4-73，取每齿进给量 f=0.15mm/z,根 据切削工艺手册表 3.9，取铣削速度=20m/min。则车床主轴转速 =127.4r/min 按机床选取铣刀转数=160r/min，则实际切削速度=25.12m/min. 工作台每分钟进给量 f=144mm/min， 铣床工作台进给量 f=150mm/min， 按加工工艺手册表 6.2-5， 基本工时 t=0.65min。 同样查表选取确定切削速度=20m/min，进给量 f=0.15mm/z，则车床主 轴转速=127.4r/min， 同样选取机床铣刀转数=160r/min，则实际切削速度=25.12m/min.，工 作台每分钟进给量 f=144mm/min，铣床工作台进给量 f =150mm/min 则 基本工时间 t=0.43min。 刀具：高速钢锥柄标准麻花钻，d=14mm。 根据切削工艺手册表 2.7，取麻花钻每转进给量 f=0.43mm/r，根据表 2.15，取 v=15m/min，则主轴转速 n=208r/min， 按机床选取主轴转速 n=195r/min，则实际切削 v=14.08m/min.， 则 基本工时 t=0.64min。 2.2.2 辅助时间 tf 的计算: 辅助时间一般为作业时间的 0.150.2 左右，在这里取值 0.2. 所以，tf=0.2*38.15=7.63s 2.2.3.布置工作时间的计算 布置工作时间一般可以由经验得知为工作时间的 0.020.07 倍，在这里取 0.5 17 tb=0.5*38.15=19.1s 2.2.4.准备于终结时间 （1）.准备时间，因为在工件的生产方式是大批量生产方式，所以，准备时 间分配大每个工件上的部分可以忽略不计 （2）.终结时间 t 为各部分时间的总和 即：t=tj+tf+tb+tz=38.15+7.63+19.1+0=64.88 2.3 机械加工工序卡片的填写 见附表 2 第 3 章 夹具设计 3.1 概述 （1）专用夹具设计的基本要求 保证被加工要素的加工精度。 提高劳动生产率。 具有良好的使用性能。 经济性。 （2）专用夹具设计的一般步骤和需要完成的任务 明确设计要求，收集和研究有关资料 在接到夹具设计任务书后，首先要仔细阅读加工件的零件图和与之有关的部 件装配图，了解零件的作用、结构特点和技术要求；其次，要认真研究加工件的 工艺规程，充分了解本工序的加工内容和加工要求，了解本工序使用的机床和刀 具，研究分析夹具设计任务书上所选用的定位基准和工序尺寸。 拟定夹具的结构方案,绘制夹具草图 拟定夹具的结构方案时，主要解决以下问题： a.确定工件的定位方式，设计定位装置； b.确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置； c.确定对刀或导向方式，选择或设计对刀块或导向元件。 d.确定其他元件或装置的结构形式，例如分度装置、定位键等。 e.确定夹具的总体结构及夹具在机床的安装方式。在确定夹具结构方案的过 18 程中，应提出几种不同的方案进行比较分析，选取其中最为合理的结构方案。 方案审查 必要的加工精度分析计算，必要的夹紧力分析计算，必要的零部件强度和刚 度分析计算，请相关专业人员进行审查，方案优化。 绘制夹具总图 应按国家规定标准绘制，尽量采用 1：1 的比例，工件用双点划线绘制，并把 工件视为透明体，尽量清楚表明夹具的定位原理及各元件的位置关系。夹具总图 绘制顺序为：工件定位元件导引元件夹紧装置其它装置夹具体标注 必要尺寸公差及技术要求编制夹具明细表及标题栏。对于夹具非标准零件要按 总图提出要求，画出零件图，并标注出全部尺寸，表面粗糙度、尺寸和形位公差、 材料及热处理和技术要求。 夹具总图上应标注的尺寸与公差 在夹具总图上标注尺寸和技术要求的目的是为了便于绘制零件图、装配和检 验。应有选择地标注以下内容： a.夹具的外形轮廓尺寸； b.与夹具定位元件、导向元件以及夹具安装甚而有配合尺寸、位置尺寸及公 差； c.夹具定位元件与工件的配合尺寸； d.夹具引导元件与刀具的配合尺寸； e.夹具与机床的联接尺寸及配合尺寸； f.其它主要配合尺寸。 3.2 夹具方案设计(针对工序 9) （1）确定定位方案，设计定位元件 工件以左端面及 r22 轴线为定位基准，采用，支撑板，方块、v 形块组成 定位方案，其中 v 形块和方块限制工件的两个转动和两个平动 1 个自由度，支撑 板限制工件的一个平动和一个转动两个自由度。这些定位装置可以保证对零件六 个自由度的限制，工件在夹具中定位，若六个自由度都被限制时，称为完全定位。 （2）导向和夹紧方案，及其元件的设计 确定夹紧力的基本原则，夹紧力包括大小，方向和作用点三个要素，它们的 19 确定是夹紧机构设计中首先要解决的问题。应依据工件的结构特点，加工要求并 结合工件加工中的受力状况及定位元件的结构和布置方式等中和考虑。 1 夹紧力方向的选择 夹紧力的方向与工件定位基准所处的位置，以及工件所受外力的作用方向等 有关。选择时注意，应垂直于主要定位基准面。以保证工件夹紧的稳定性，最好 与切削力和工件重力的方向一致，这样所需夹紧力最小，应尽量与工件刚度最大 的方向一致，以减少变形。 2 夹紧力作用点的选择 夹紧力作用点的选择对夹紧的稳定性