机械制造技术课程设计-手柄座加工工艺及钻φ10孔夹具设计.doc

机械制造技术基础课 程 设 计 说 明 书设计题目： 设计“CA6140车床手柄座831015”零件的机械加工工艺规程及钻10孔夹具设计 全套图纸加扣3012250582 开始日期： 完成日期： 学生姓名： 班级学号： 指导教师： 系 主 任： 学校名称： 重 庆 工 学 院机械制造技术基础课程设计任务书题目：设计“CA6140车床手柄座831015”零件的机械加工工艺规程钻10孔夹具设计 （年产量为2000件）内容： 1.零件图 1张 2.毛坯图 1张 3.机械加工工艺过程卡片 1张 4.机械加工工序卡片 1套 5.专用夹具装配图 1张 6.专用夹具专用零件图 1张 7.设计说明书 1份班 级 学 号 学 生 指 导 老 师 系 主 任 序 言机械制造技术基础课程设计是在学习完了机械制造技术基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。在些次设计中我们主要是设计CA6140拨叉的机械加工工艺规程。在此次课程设计过程中，我小组成员齐心协力、共同努力完成了此项设计。在此期间查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点。 设计的目的机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础课程进行了生产实习之后的一个重要的实践教学环节。学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力，为以后做好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练和准备。它要求学生综合运用本课程及有关先修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计。其目的如下：培养学生解决机械加工工艺问题的能力。通过课程设计，熟练运用机械技术基础课程中的基本理论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定位、加紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量，初步具备设计一个中等复杂程度零件的能力。培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。进一步培养学生识图、制图、运用和编写技术文件等基本技能。目录设计的目的4一、零件的分析6(一) 零件的作用6(二)零件的工艺分析6二、工艺规程设计7(一)确定毛坯的制造形式7(二)基面的选择7(1)粗基准的选择7(2)精基准的选择7(三)制定工艺路线7（1）工艺路线方案一8（2）工艺路线方案二8（3）、工艺方案的分析：8（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定9（五）确立切削用量及基本工时10三、专用夹具设计193.1 问题提出193.2 夹具设计193.2.1 定位基准的选择193.2.2 切削力及夹紧力的计算193.3定位误差的分析223.4 确定夹具体结构和总体结构233.5夹具设计及操作的简要说明24参考文献25一、零件的分析(一) 零件的作用题目所给的零件是CA6140车床的手柄座。它位于车床操作机构中，可同时操纵离合器和制动器，即同时控制主轴的开、停、换向和制动。操作过程如下：当手把控制手柄座向上扳动时，车床内部的拉杆往外移，则齿扇向顺时针方向转动，带动齿条轴往右移动，通过拨叉使滑套向右移，压下羊角形摆块的右角，从而使推拉杆向左移动，于是左离合器接合，主轴正转；同理，当手把控制手柄座向下扳动时，推拉杆右移，右离合器接合，主轴反转。当手把在中间位置时，推拉杆处于中间位置，左、右离合器均不接合，主轴的传动断开，此时齿条轴上的凸起部分正压在制动器杠杆的下端，制动带被拉紧，使主铀制动。(二)零件的工艺分析CA6140车床手柄座有多处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：1以为中心的加工表面这一组的加工表面有的孔，以及上下端面，下端面为的圆柱端面；孔壁上有距下端面11mm、与孔中心轴所在前视面呈角的螺纹孔，尺寸为M10-7H，另外还有一个尺寸为6H9的槽，孔与槽的总宽度为27.3H11。2以为中心的加工表面该组的加工表面有的螺纹孔(有位置要求)，加工时测量深度为25mm，钻孔深度为28mm。上孔壁有一个配铰的锥销通孔，该通孔有位置要求。3以为中心的加工表面本组的加工表面有的孔(两个)，及其两个内端面(对称)，两端面均有位置要求，端面之间的距离为mm。，孔除了有位置要求以外还有平行度的形状公差要求(与孔壁之间的平行度公差为)4以为中心的加工表面这组的加工表面有的孔，该孔通至上的槽，并有位置要求。由上面的分析可知，加工时应先加工完一组表面，再以这组加工后的表面为基准加工另外一组。二、工艺规程设计(一)确定毛坯的制造形式零件材料为HT200。手柄座在使用过程中不经常的变动，它的只起支撑的作用，受到的冲击不是很大，只是在纵向上受到很大的压力。在加工过程中的精度保证很重要，它对工件的定位有一定的保证作用。(二)基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。(1)粗基准的选择对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取孔的下端面作为粗基准，利用一组共两块V形块分别支承和作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。(2)精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不作介绍。(三)制定工艺路线制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,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。（1）工艺路线方案一：工序一：备料工序二：铸造毛坯工序三：粗铣上、下表面，精铣下表面；工序四：粗、精车孔；工序五：插键槽6H9；工序六：铣槽1443 mm；工序七：钻、拉孔； 工序八：钻孔；工序九：钻、扩螺纹孔；工序十：钻、钳锥销通孔、M10-7H；工序十一：终检。（2）工艺路线方案二：工序一：备料工序二：铸造毛坯工序三：粗、精车；工序四：粗铣上、下表面； 工序五：精铣下表面；工序六：插键槽6H9 mm； 工序七：铣槽14 mm 43 mm； 工序八：钻孔； 工序九：钻、拉孔； 工序十：钻、扩； 工序十一：钻、钳锥销通孔、M10-7H； 工序十二：终检。（3）、工艺方案的分析：上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工上下表面为中心的一组工艺，然后加工的孔，再以的孔的孔为基准加工的孔。方案二则是先加孔后再加工上下表面，再加工孔，此时方案二采用车床加工工序一，这样有利提高效率，节省成本。经比较可知，先加工上下表面，再以上下表面为基准加工及插键槽，最后完成对的孔的定位。显然方案一比方案二的装夹次数减少了，同时也更好的保证了精度要求。综上所述，零件的具体工艺过程如下：工序一：备料工序二：铸造毛坯工序三：铣、半精铣凸台端面和大端面，选用X51立式铣床；工序四：钻，扩，铰内孔，选用Z535立式钻床；工序五：钻，粗铰，精铰孔，选用Z525立式钻床；工序六：铣槽mm，选用X63卧式铣床；工序七：钻、粗铰、精铰螺纹孔，选用Z525立式钻床；工序八：钻底孔，攻螺纹孔M10-H7mm，选用Z525立式钻床；工序九：钻锥销通孔，选用Z525立式钻床；工序十：拉键槽6H9mm；工序十一：钻槽底通孔钻，选用Z525立式钻床；工序十二：终检。（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定“手柄座”零件材料为铸铁，硬度为HBS6587，毛坯的重量约为2Kg，生产类型为大批量生产，采用砂型铸模。相关数据参见零件图。据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（端面）。查机械制造工艺设计简明手册（以下称工艺手册）表2.22.5，取端面长度余量均为2.5（均为双边加工）铣削加工余量为：粗铣 1mm精铣 0mm2内孔（已铸成孔）查工艺手册表2.22.5，取已铸成孔长度余量为3，即铸成孔半径为21mm。工序尺寸加工余量：钻孔 2mm扩孔 0.125mm3其他尺寸直接铸造得到由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。（五）确立切削用量及基本工时1工序三的切削用量及基本工时的确定：铣、半精铣凸台端面和大端面。铣凸台端面：选择铣刀半径为25mm，齿数Z=6（见工艺手册表3.127） ，（切削表3.7和切削表3.8）（切削表3.9）按机床选取 实际切削速度： 工作台每分钟进给量： 铣床工作台进给量： 基本工时：半精铣凸台端面： 加工余量为Z=1mm 切削速度为 选用主轴转速为 工作台进给量： 基本工时：粗铣大端面：进行两次铣削，第一次Z=2mm，第二次Z=1mm 选用主轴为 实际切削速度： 工作台进给量： 基本工时：半精铣大端面： 切削速度： 选用主轴为 工作台进给量： 基本工时：2工序四的切削用量及基本工时的确定：钻扩粗、精铰通孔。钻孔： 选择高速钢锥柄标准麻花钻（见工艺手册表3.16） （切削表2.7和工艺表4.216） （切削表2.15）硬度200217 按机床选取（工艺表4.25） 实际切削速度： 基本工时：（工艺表6.25）扩孔： 选择高速钢锥柄扩孔钻（工艺表3.18）由切削表2.10得扩孔钻扩孔时的进给量，并由工艺表4.216取，扩孔钻扩孔时的切削速度。由切削表2.15得，故：按机床选取基本工时：铰孔： 选择高速钢锥柄机用铰刀（工艺表3.117）， 由切削表2.24得， 由工艺表4.216得， 按机床选取，则： 基本工时：3工序五的削用量及基本工时的确定：钻粗铰精铰孔。钻孔： 选择高速钢锥柄麻花钻（工艺表3.16） 由切削表2.7和工艺表4.216查得 （切削表2.15） 按机床选取 基本工时：粗铰孔： 选择的高速钢铰刀（工艺表2.11） 由切削表2.24和工艺表4.215查得 按机床选取 基本工时：精铰孔： 选择的铰刀 按机床选取 基本工时：4工序六的切削用量及基本工时的确定：铣的槽。选用高速钢圆柱形铣刀，齿数Z=6第一次走刀： 按机床选取 工作台进给量： 基本工时：第二次走刀： 按机床选取 工作台进给量： 基本工时：5工序七的切削用量及基本工时的确定。钻孔：选择高速钢锥柄麻花钻（工艺表3.56） 由切削表2.7和工艺表4.216查得 （切削表2.15） 按机床选取 基本工时：粗铰孔：选择高速钢锥柄机用铰刀（工艺表3.117） ，按机床选取（工艺表4215） （工艺表4.216） 基本工时：精铣孔：选择高速钢锥柄机用铰刀（工艺表3.117） 由切削表2.24查得， （工艺表4216） 按机床选取 基本工时：6工序八的切削用量及基本工时的确定：钻底孔，攻螺纹M10mm。钻底孔： 选用高速钢锥柄麻花钻（工艺表3.16） 由切削表2.7和工艺表4.216查得 （切削表2.15） 按机床选取 基本工时：攻螺纹M10mm： 选择M10mm高速钢机用丝锥 等于工件螺纹的螺距，即 按机床选取 基本工时：7工序九的切削用量及基本工时的确定：加工的锥销通孔。钻的圆锥孔： 选择的高速钢麻花钻 按机床选取 基本工时：铰的孔： 选择的铰刀 按机床选取 基本工时：8工序十一的切削用量及基本工时的确定：加工的孔。钻孔： 选择的高速钢锥柄麻花钻按机床选取基本工时：铰孔：选择的铰刀按机床选取基本工时：三、专用夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用的夹具。有老师分配的任务，我被要求设计第5道工序-工序五：钻，粗铰，精铰孔，本夹具将用于Z525立式钻床。3.1 问题提出本夹具主要用来钻10H7的孔，同时对孔的同轴度及加工精度有一定的要求。且在钻孔后还要进行拉孔，以保证其精度要求，为了使其误差减小，在工序工序二、工序三中的加工也得有精度要求。因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高生产率、降低劳动强度、提高加工质量。3.2 夹具设计3.2.1 定位基准的选择工件以25H8孔及端面为定位基准；3.2.2 切削力及夹紧力的计算刀具：合金麻花钻（硬质合金） 刀具有关几何参数： 由参考文献55表129 可得铣削切削力的计算公式： 有：根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即： 安全系数K可按下式计算： 式中：为各种因素的安全系数，查参考文献5121可知其公式参数： 由此可得： 所以 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。夹紧力的确定夹紧力方向的确定夹紧力应朝向主要的定位基面。夹紧力的方向尽可能与切削力和工件重力同向。(1) 夹紧力作用点的选择 a. 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。 b. 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。c. 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。(3)夹紧力大小的估算 理论上确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。但实际上，夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。估算的方法：一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。估算的步骤：a.建立理论夹紧力FJ理与主要最大切削力FP的静平衡方程：FJ理= (FP)。b.实际需要的夹紧力FJ需，应考虑安全系数，FJ需=KFJ理。c.校核夹紧机构的夹紧力FJ是否满足条件：FJFJ需。夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和震动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把契绕在圆柱体上，因此他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋，使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。典型的螺旋夹紧机构的特点：（1）结构简单；（2）扩力比大；（3）自琐性能好；（4）行程不受限制；（5）夹紧动作慢。夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置，在此套夹具中，中间传动装置和夹紧元件合二为一。力源为机动夹紧，通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧和定心作用。工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转，通过螺栓夹紧移动压板，实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板，通过精确的圆弧定位，实现定心。此套移动压板制作简单，便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动，以达到压紧的目的。压紧的同时，实现工件的定心，使其定位基准的对称中心在规定位置上。查参考文献51226可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有：式中参数由参考文献5可查得： 螺旋夹紧力：该夹具采用夹紧机构， 由上述计算易得： 3.3定位误差的分析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尺寸公差。与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 定位误差 ： 其中：， 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查5表1215有。 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。3.4 确定夹具体结构和总体结构对夹具体的设计的基本要求（1）应该保持精度和稳定性在夹具体表面重要的面，如安装接触位置，安装表面的刀块夹紧安装特定的，足够的精度，之间的位置精度稳定夹具体，夹具体应该采用铸造，时效处理，退火等处理方式。（2）应具有足够的强度和刚度保证在加工过程中不因夹紧力，切削力等外力变形和振动是不允许的，夹具应有足够的厚度，刚度可以适当加固。（3）结构的方法和使用应该不错夹较大的工件的外观，更复杂的结构，之间的相互位置精度与每个表面的要求高，所以应特别注意结构的过程中，应处理的工件，夹具，维修方便。再满足功能性要求（刚度和强度）前提下，应能减小体积减轻重量，结构应该简单。（4）应便于铁屑去除在加工过程中，该铁屑将继续在夹在积累，如果不及时清除，切削热的积累会破坏夹具定位精度，铁屑投掷可能绕组定位元件，也会破坏的定位精度，甚至发生事故。因此，在这个过程中的铁屑不多，可适当增加定位装置和夹紧表面之间的距离增加的铁屑空间：对切削过程中产生更多的，一般应在夹具体上面。（5）安装应牢固、可靠夹具安装在所有通过夹安装表面和相应的表面接触或实现的。当夹安装在重力的中心，夹具应尽可能低，支撑面积应足够大，以安装精度要高，以确保稳定和可靠的安装。夹具底部通常是中空的，识别特定的文件夹结构，然后绘制夹具布局。图中所示的夹具装配。加工过程中，夹具必承受大的夹紧力切削力，产生冲击和振动，夹具的形状，取决于夹具布局和夹具和连接，在因此夹具必须有足够的强度和刚度。在加工过程中的切屑形成