机械制造技术课程设计-CA6140手柄座钻直径10孔的夹具设计.doc

丽水学院工学院工艺课程设计说明书 1 机械制造工艺及夹具 课程设计说明书 题目：手柄座零件机加工工艺及钻 10 孔夹具设计 设 计 者 周 沛 泽 班 级 机 自 101 指导教师 叶 永 东 工学院机械系 2013 年 6 月 7 日 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 2 目 录 一、引言.4 二、设计任务分析.4 三、机械加工工艺规程设计.7 （一） 、确定毛坯、绘制毛坯简图.7 3.1.1 选择毛坯.7 3.1.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量.7 （2） 、拟定手柄座工艺路线.7 3.2.1 定位基准的选择.7 3.2.2 表面加工方法的确定.8 3.2.3 加工阶段的划分.9 3.2.4 工艺路线方案的确定.10 （三） 、 加工余量、工序尺寸和公差的确定.12 3.3.1 工序 4：钻铰 14mm 孔各数据的确定.12 （四） 、切削用量、时间定额的计算.13 3.4.1 切削用量的计算.13 3.4.2 时间定额的计算.15 四、机床夹具设计.18 （一） 、夹具体的设计.18 4.1.1 定位方案设计.18 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 3 4.1.2 定位误差分析.18 （二） 、导向装置的设计.19 （三） 、夹紧装置设计.20 五、设计总结评价.20 六、参考文献.21 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 4 引言 本次设计是设计 CA6140 车床手柄座，我们首先对手柄座的结构特征、 用途以及其工艺规程进行了详细的分析，然后确定了一套合理的加工方案， 加工方案要求简单，并能保证加工质量。由于手柄座各表面的精度要求一 般，所以我们在加工一些主要平面时先粗铣然后半精铣，加工一些孔时要 进行钻、铰工序，因为手柄座的加工质量将直接影响其性能和使用寿命， 所以每一道工序都必须要达到其加工要求。 此外，本设计的生产类型是中批生产，为了提高劳动生产率，降低 劳动强度，保证加工质量，需设计专用夹具，本设计是设计加工 CA6140 车床手柄座 10mm 孔工序的夹具。 关键词：CA6140 车床手柄座；专用夹具设计；工艺规程 2、设计任务分析 1） 、手柄座的用途 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 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 5 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。 2） 、手柄座的技术要求 表 1-1 手柄座零件技术要求表 加工表面尺寸偏差 （mm） 公差及精度 等级 表面粗糙度 值 RA（m） 形位公差 （mm） 45 凸台面 43IT123.2 孔mm25 033 . 0 0 25 IT83.2 孔mm14 018 . 0 0 14 IT73.2 孔mm10 015 . 0 0 10 IT73.2 圆锥孔mm55 IT73.2 孔mm5 . 55 . 5 IT812.5 螺纹孔10M IT712.5 键槽 03 . 0 0 6 IT1012.5 槽mm14 23 . 0 0 14 IT1112.5 3） 、审查手柄座的工艺性 分析零件图可知，手柄座左右两端面和孔端面均有要求切削加工，孔 端面、孔端面、孔端面和孔凸台端面均为平面，可以防止加工过程中钻头 钻偏，以保证孔的加工精度，而螺纹孔 M10 和圆锥孔的端面均为圆柱面保 证孔的加工精度较困难；另外在轴向方向上的孔凸台端面作为定位基准加 工要求较其他端面高。主要工作表面虽然加工精度也相对较高，但也可以 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 6 在正常生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。由此可见该 零件的工艺性较好。 现将主要加工面分述如下： 该零件共有 5 个孔要加工：45mm 外圆凸台端面（孔凸台端面）是零 件的主要加工面，其他的面、孔与其有位置尺寸度要求，因而是后续工序 的主要精基准面，需精加工出来；10mm 孔与孔有平行度要求，也需要精 加工；14mm 是不通孔，特别注意该孔的加工深度；5mm 圆锥孔需精铰， 5.5mm 油孔表面粗糙度有 Ra3.2m 的要求，因此对其也应该要进行精铰。 该零件共有 1 个端面要加工：45mm 外圆凸台端面精度要求较高，同 时也是配合 25mm 孔作为后续工序的精基准面，需半精加工。 该零件仅有 2 个槽需加工：25mm 孔上键槽两侧面粗糙度为 Ra12.5mm，无需精加工，底面加工精度要求不高，加工键槽时很难以 45mm 外圆端面为定位基准，因而工序尺寸的计算较复杂；而槽 14mm 两 侧面粗糙度均为 Ra12.5mm，粗铣即可。 M10mm 螺纹孔的加工，它与 10mm 孔和 25mm 孔连心线有 30角度 要求，同时螺纹孔中心线与 45mm 圆柱端面有 11mm 的尺寸位置要求。 由以上分析可知，该零件的加工应先加工 45mm 圆柱凸台端面，再以 端面为基准加工作为后续工序主要精基准的 25mm 孔，进而以该孔为精 基准加工出所有的孔，面，槽，螺纹孔等。 4)、确定手柄座生产类型 依设计题目知：Q=2000 件/年，结合生产实际，备品率 a%和废品率 b% 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 7 分别为 10%和 1%。 所以：N=2000 件/年（1+10%） （1+1%）=2222 件/年 由参考文献【1】表 1-4 知，手柄座为轻型零件；由参考文献【1】表 1-5 知，该手柄座类型为中批生产。 3、机械加工工艺规程设计 （一） 、确定毛坯、绘制毛坯简图 3.1.1 选择毛坯 由于该手柄座在工作过程中不经常变动，受力不大，毛坯选用铸件， 该手柄座轮廓尺寸不大，且生产类型为中批生产，为提高生产率和铸件精 度，宜采用机器造型铸造，毛坯的拔模斜度为 5，铸造圆角半径为 R35，选择在左视图中中心平面为分模面，分模线为直线，属平直分模线。 3.1.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 毛坯总余量的确定：由参考文献【1】表 2-1、表 2-2 和 2-5，对于中 批量生产砂型机器造型，取尺寸公差等级为 10 级，加工余量等级为 G 级； 再由参考文献【1】表 2-4 查得每侧加工余量数值为 1.4mm；故取凸mmR13 台端面的毛坯总加工余量为：。mmz4 . 1 总 粗铣余量：mmz4 . 1 粗铣 外圆凸台端面毛坯加工总余量为：。mm45mmz4 . 1 总 半精铣余量：；mmz0 . 1 半精铣 粗铣余量：；mmz4 . 0 粗铣 手柄座大端面毛坯加工总余量为：。mmz4 . 1 总 粗铣余量：。mmz4 . 0 粗铣 (2） 、拟定手柄座工艺路线 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 8 3.2.1 定位基准的选择 根据该手柄座零件的技术要求和装配要求，选择手柄座孔mm 033 . 0 0 25 及外圆凸台端面作为精基准零件上的很多表面都可以采用它们作基mm45 准进行加工，遵循了“基准统一”原则。又轴孔的轴线是设计mm 033 . 0 0 25 基准，选用其作为精基准定位加工手柄座脚上孔和孔mm 015 . 0 0 10 以及其他的孔和表面，实现了设计基准和工艺基准重合，保证了mm 018. 0 0 14 被加工表面的位置度要求及孔轴线和孔轴线的平行度mm 015 . 0 0 10mm 033 . 0 0 25 要求。选用手柄座外圆凸台端面作为精基准同样是遵循了“基准重mm45 合”原则，因为该手柄座上的尺寸多以该端面作为设计基准。选用 孔及外圆凸台端面作为精基准，夹紧力可作用在手柄座mm 033 . 0 0 25mm45 孔的大端面上，夹紧稳定可靠。mm 033 . 0 0 25 作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。该手柄座加工时选 用孔大端面为基准的方法进行加工出精基准表面。mm 033 . 0 0 25 3.2.2 表面加工方法的确定 根据手柄座零件图上各加工尺寸精度和表面粗糙度，确定加工零件各 表面的加工方法，如表 3-1 所示。 表 3-1 零件表面的加工方法 加工表面公差及精 度等级 表面粗糙 度值 RA（m） 加工方案参考文献 凸台45 端面 IT113.2 粗铣半精 铣 参考文献 【1】表 1-11 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 9 mm25 孔 IT83.2 钻粗铰 精铰 参考文献 【1】表 1-10 mm14 孔 IT73.2 钻粗铰 精铰 参考文献 【1】表 1-10 mm10 孔 IT73.2 钻粗铰 精铰 参考文献 【1】表 1-10 圆mm5 锥孔 IT73.2 钻铰参考文献 【1】表 1-10 mm5 . 5 孔 IT812.5 钻粗铰参考文献 【1】表 1-10 螺10M 纹孔 IT712.5 钻攻螺纹参考文献 【1】表 1-12 键槽 IT1012.5 拉参考文献 【1】表 1-8 槽 14mm IT1112.5 粗铣参考文献 【1】表 1-11 3.2.3 加工阶段的划分 零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段： 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 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 10 的公差等级为 IT11IT12。粗糙度为 Ra80100m。 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 IT9IT10。表面粗糙度 为 Ra101.25m。 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 IT6IT7，表面粗糙度为 Ra101.25m。 3.2.4 工艺路线方案的确定 拟定工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工 方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。工艺路线的拟 定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合 理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高 效率，还应考虑加工的经济性，以便使生产成本尽量下降。 在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，结合老师建议，工艺方 案确定如下： 1、粗、半精铣 45mm 圆柱小端面,以 45mm 大端面为定位基准 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 11 2、钻、铰 25H8mm 孔,以 45mm 圆柱大端面和 45mm 圆柱凸台圆周面 （用 V 型块）为定位基准 3、钻、铰 10H7mm,以 R13 圆周面（用 V 型块）和 45mm 圆柱小端面为 基准 4、钻、铰 14H7mm 孔,定位与 4 工序相同,保证孔深度 25mm 5、钻 5mm 圆锥孔,定位与 4 工序相同 6、钻、攻 M10mm 螺纹孔,定位与 4 工序相同 7、铣槽,定位与 4 工序相同,保证尺寸 30mm 8、拉键槽,为便于加工,以 45mm 圆柱小端面, 10H7mm 孔和 14H7mm 孔端面定位,同时要保证尺寸 27.3H11mm 9、钻 5.5mm 孔,定位与 4 工序相同 10、去锐边,毛刺,尤其注意 25H8mm 孔表面可能因为钻 M10mm 螺纹孔以 及插槽带来的表面鳞次损伤 11、清洗去除铁屑、油污 12、终检,入库 手柄座工艺路线及设备，工装的选用如下表 3-2： 表 3-2 手柄座工艺路线及设备，工装的选用 工序 号 工序名称机床设备刀具量具 1 粗铣、半精铣 45mm 圆柱凸台面; 立式铣床 X51 高速钢套式 面铣刀 游标卡尺 2 钻、粗铰、精铰摇臂钻床硬质合金锥游标卡尺、 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 12 25mm 孔 Z37 柄麻花钻、铰刀内径千分尺、塞 规 3 钻、粗铰 、精铰 10mm 孔 立式钻床 Z525 复合麻花钻、 铰刀 游标卡尺、 内径千分尺、塞 规 4 钻、粗铰、精铰 14mm 孔 立式钻床 Z525 复合麻花钻、 铰刀 游标卡尺、 内径千分尺、塞 规 5 钻、铰 5mm 圆锥 孔 立式钻床 Z525 麻花钻、锥 柄机用 1：50 锥 度销子铰刀 内径千分尺、 塞规 6 钻、攻 M10mm 螺纹 孔 摇臂钻床 Z37 拉床 莫氏锥柄阶 梯麻花钻、丝锥 卡尺 螺纹 塞规 7 粗铣槽 14mm卧式铣床 X62 高速钢镶齿 三面刃铣刀 游标卡尺、 塞规 8 拉键槽 6mm拉床 L6110拉刀游标卡尺 9 钻、铰 5.5mm 孔立式钻床 Z525 麻花钻、 铰刀 内径千分尺、 塞规 10 去锐边,毛刺钳工台平锉 11 清洗清洗机 12 终检游标卡尺、 内径千分尺、塞 规、螺纹塞规 （三） 、 加工余量、工序尺寸和公差的确定 根据设计题目要求只对指定工序进行加工余量、工序尺寸和公差的计 算。 3.3.1 工序 4：钻铰 14mm 孔各数据的确定 由参考文献【1】表 2-20 可查得，精铰余量 Z精铰=0.05mm；粗铰余量 Z粗铰=0.95mm；钻孔余量 Z钻=13.0mm。参考文献【1】表 1-10 可依次确定 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 13 各工序尺寸的加工精度等级为，精铰：IT7；粗铰：IT10；钻：IT12。根 据上述结果，再标准公差数值表可确定各工步的公差分别为，精铰： 0.018mm；粗铰：0.070mm；钻：0.180mm。 综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，精铰：mm 018 . 0 0 14 ；粗铰：；钻：，它们的相互关系如图 4-1 所mm 070 . 0 0 95.13 mm 180 . 0 0 13 示。 图 4-1 钻粗铰精铰14 孔的加工余量、工序尺寸和公差相互关系图 （四） 、切削用量、时间定额的计算 3.4.1 切削用量的计算 工序 1：粗铣手柄座凸台端面 该工序分为二个工步，工步 1 是以如图 5-1 所示 B 面定位，粗铣 A 面 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 14 图 5-1 (1) 背吃刀量的确定 工步 1 的背吃刀量 ap1取值为 A 面的毛坯总余量 减去工序 2 的余量，即 ap1=0.4mm； (2) 进给量的确定 机床功率5kw，工件夹具系统刚度为中等条件 选取该工序的每齿进给量 fz=0.150.3mm/z，则每分钟进给量为： fMz=fzzn=(0.150.3) 10160 mm/min=240480mm/min 参照参考文献【1】表 4-16 所列 x51 型立式铣床的横向进给量取: fMz=320mm/min。 (3) 切削速度的计算 由参考文献【1】表 5-11 按镶齿铣刀， d/z=80/10 的条件选取切削速度 v=40m/min。由参考文献【1】公式 n=1000v/d,可求得该工序铣刀转速为: n=1000v/d=100040/(80) r/min=159r/min 参照参考文献【1】表 4-16 所列 x51 型立式铣床的主轴转速取转速 n=160r/min。再将此转速代入参考文献【1】公式 v=nd/1000，可求出该 工序的实际铣削速度： v=nd/1000=16080/1000 (m/min)=40.19 m/min 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 15 工步二：半精铣手柄座左端面 A（ 45mm 外圆凸台端面） (1) 背吃刀量的确定 ap=1.4mm。 (2) 进给量的确定 由参考文献【2】表 2.1-73 按表面粗糙度 Ra3.2m 的条件选取该工序的每转进给量 f=0.51.2mm/r，则每分钟进给 量为： fMz=fzzn=f n=(0.51.2) 10210 mm/min=105252mm/min 参照参考文献【1】表 4-16 所列 x51 型立式铣床的纵向进给量取： fMz=105mm/min。 (3) 切削速度的计算 由参考文献【2】表 2.1-77 中公式： 可计算得切削速度。 式中，d0为刀具尺寸(mm)；ap背吃刀量(mm)；af为每齿进给量(mm/r)； aw为切削深度(mm)；z 为齿数。 由参考文献【2】表 2.1-76 查得：刀具寿命 T=180min； 由参考文献【3】表 2.1-77 查得：Cv =23；qv=0.2；m=0.15；xv=0.1；yv=0.4；uv=0.1；pv=0.1；kv=1。 计算得切削速度为：v=50.47m/min。 由参考文献【1】公式（5-1）,可求得该工序铣刀转速为: n=1000v/d=100050.47/(80) r/min=200r/min v pu w y f x p m q v k zaaaT dC v v vvv v 0 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 16 参照参考文献【1】表 4-16 所列 x51 型立式铣床的主轴转速取转速 n=210r/min。再将此转速代入参考文献【1】公式（5-1） ，可求出该工序 的实际铣削速度： v=nd/1000=21080/1000 (m/min)=52.75 m/min 3.4.2 时间定额的计算 1） 、基本时间 tj的计算 工序 1: 粗铣、半精铣手柄座凸台端面 根据参考文献【1】表 5-43，面铣刀铣平面（对称铣削，主偏角 kr=90）的基本计算公式： Mzj flllt/ )( 21 可求出该工序的基本时间。 由于该工序包括两个工步，先计算第一个工步，故式中：l=45 mm; 参照参考文献【1】表 5-45，取 l1+l2=18mm。 将上述结果代入公式，则该工序的基本时间： tj=(l+l1+l2)/fMz=(45+18)/320 min=11.8s 工步 2：半精铣手柄座左端面 A（ 45mm 外圆凸台端面） 根据参考文献【1】表 5-43，面铣刀铣平面（对称铣削，主偏角 kr=90）的基本计算公式： 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 17 Mzj flllt/ )( 21 可求出该工序的基本时间。 式中：l=45mm； ；mmmmaddl e 93.71)458080(5.0)31()(5.0 22 2 2 1 ；mml3 2 ；min/105mmfMZ 将上述结果代入公式，则该工序的基本时间： sflllt Mzj 8.31min53.0min105/)393.745(/)( 21 2） 、辅助时间 tf的计算 辅助时间 tf与基本时间 tj之间的关系为: tf=(0.150.2)tj 现取 tf=0.2tj,则各工序的辅助时间分别为： (1) 工序 1：粗铣、半精铣手柄座凸台端面 工步一的辅助时间：tf=0.211.8s=2.36s 工步二的辅助时间：tf=0.231.8s=6.36s 3） 、其他时间的计算 由于该手柄座的生产类型为中批生产，分摊到每个工件上的准备与终 结时间是忽略不计，布置工作地时间 tb是作业时间的 2%7%，休息与生 理需要时间 tx是作业时间的 2%4%，现均取为 3%，则各工序的其他时间 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 18 可按关系式： (tb+tx)= (3%+3%)(tj+tf) 计算，它们分别为： (1) 工序 1：粗铣、半精铣手柄座凸台端面 工步一的其他时间：tb+tx=6%(11.8+2.36) s=0.85s 工步二半精车凸台端面：tb+tx=6%（31.8+6.36）s=2.29s 4） 、单件时间 tdj的计算 工序一的单件时间分别为： (1) 工序 1：粗铣、半精铣手柄座凸台端面 工序 1 的单件时间：tdj=(11.8+2.36+31.8+6.36+0.85+2.29) s=55.46s 四、机床夹具设计 （一） 、夹具体的设计 4.1.1 定位方案设计 在设计任务书中本夹具用于在钻床上加工 CA6140 车床手柄座的 10H7 孔，工件以 25H8 孔及端面、R13 外圆面作为定位基准，在一面一销一活 动 V 型块上实现完全定位，由手动直接夹紧工件。工件的定位基面为 25H8 孔内表面及端面、R13 外圆面表面。 1） 、定位元件的选用 25H8 孔用一个固定式短圆柱销定位限制二个自由度。 丽水学院工学院工艺课程设计说明书 19 25H8 孔端面用一个平面定位限制三个自由度。 R13 外圆面用一个活动 V 型块定位限制一个自由度。 4.1.2 定位误差分析 定位误差是指由于定位不准确引起的某一工序的尺寸或位置精度要求 方面的加工误差。对于夹具设计中采用的定位方案，一般定位误差控制在 工件公差的 1/31/5，即可认为定位方案符合加工要求。 对于本次设计的夹具，需要保证的尺寸要求：保证盲孔 10H7mm 的 深度距端 38mm 的要求。定位基准是 45mm 圆柱小端面和 25H8 孔、R13 外圆面，由一面一销一活动 V 型块实现完全定位。由于 45mm 圆柱小端 面经过半精铣，表面粗糙度达到 Ra3.2m，故可认为 45mm 圆柱小端面 的平面度误差为 0，即可认为不存在基准位置度误差；而两定位销是水平 放置，由于工件自重作用，工件定位孔与定位销上母线接触，在这垂直方 向上的定位误差非常小，而加工通孔 10H7mm 深度尺寸要求并不严格， 综上所述，只要支撑面的标准尺寸得到保证，是不存在定位误差的。 对于本工序要求，基准位置误差则取决于两孔直径尺寸公差以及圆度 误差，由于两孔公差等级达到 IT8、IT7 和表面精度都达到 Ra3.2m，都 经过精铰，故基准位置误差也可以忽略，只要两销的标准尺寸以及相对位 置关系得到保证，定位误差也是非常小的。 综上所述，该定位方案是符合加工要求的。 （2） 、导向装置的设计 1） 、钻套的设计 由于该夹具用于一个孔经钻、