机械制造技术课程设计-CA6140车床手柄座工艺及钻φ5.5孔夹具设计【全套图纸】.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钻5.5孔夹具设计 全套图纸，加153893706开始日期： 2008年6月3日 完成日期： 2008年7月10日 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（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 105214802 学 号 学 生 指 导 老 师 系 主 任 2008年6月序 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。第9小组 2008年7月10日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。二、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。三、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：四、专用夹具设计由于生产类型为成批，大批生产，要考虑生产效率，降低劳动强度，保证加工质量，故需设计专用夹具。4.1定位方案的确定4.1.1工序要求本次设计选择设计的是工序的夹具，主要是针对钻,铰5.5mm孔的夹具;，它将用于Z525立式钻床。该工序要求5.5mm油孔中心线与14mm槽端面（往小端面走的那个面）有7mm的位置要求，因此可以得出该孔在14mm槽的正中心，并且还要求其孔深刚好钻通到键槽位置为止，不能钻到25的下一端面。由于小端面经过精铣，精度比较高，因而工序基准为45mm小端面，同时为了便于立式钻床加工，零件应倒转180定位，因而也可以采用25H8mm和10H7mm两孔为定位基准，保证其加工要求。夹具设计应首先满足这些要求，在保证较高的生产效率的前提下，还应考虑夹具体制造工艺性和生产经济性。加工过程中夹具的操作应方便，定位夹紧稳定可靠，并且夹具体应具有较好的刚性。4.1.2定位方案设计分析左图为图2攻5.5mm油孔工序简图如图2所示，为了加工5.5螺纹孔，必须使其完全定位。因此初步的设计方案如下,首先必须明确其加工时应如图2所示，这样垂直竖立放置，便于立式钻床加工。那么要使其完全定位，可以采用:(1) 一面两销定位，以25H8mm和10H7mm两孔为定位基准就可以满足其要求。(2) 一面加圆柱销和半“V”形块定位，以25H8mm为定位基准，再在R13外圆表面用“V”形块定位。4.1.2确定最佳定位方式如左图所示，比较以上两个方案，明显第一个要好得多，因25H8mm和10H7mm两孔的中心线在同一直线上，所以只要将其两销定在同一平面同一直线上，就可以很快的将其定位（如图垂直放置）；而第二个方案和第一个方案不同点在于用的是“V”型快定位，要使零件很快垂直放置定位很难，并且需要量具对其精确测量，增加了工时。因此，选择一面两销定位最佳！如上图所示，一面限制的自由度有3个，一个销钉限制一个自由度，两个一起再限制一个自由度；为使定位可靠，加工稳定，我所设计的定位方案如附图A1图纸手柄座夹具体装配图所示，总共限制了工件的全部6个自由度，属于完全定位。在该定位方案中，45mm圆柱小端面被夹具体上的一个支撑面顶住，限制了x轴的移动，y轴的旋转，z轴的旋转三个移动自由度。25H8mm孔内插入短销，限制了y轴的移动，z轴的移动，10H7mm孔中插入削边销，限制了x轴的旋转，这样6个自由度全部被限制。定位面板如附图A1图纸手柄座夹具体装配图所示。4.1.3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，只要可能产生的定位误差小于工件相应尺寸或位置公差的1/31/2，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：保证油孔轴线距45mm圆柱小端面17+7=24mm，保证螺纹孔轴线与25H8mm和10H7mm两孔的中心线成50mm。对于24mm的要求，由于定位基准也是45mm圆柱小端面，故基准不重和误差为0，且由于45mm圆柱小端面经过半精铣，表面粗糙度达到Ra3.2mm，故可认为45mm圆柱小端面的平面度误差为0，即不存在基准位置度误差，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，定位基准与工序基准同为两孔中心线，故基准不重合误差为0。基准位置误差则取决于两孔直径尺寸公差以及圆度误差，由于两孔的表面精度都达到Ra1.6mm，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，定位误差也是很小的。综上所述，该定位方案是符合加工要求的。4.1.4定位元件的型号，尺寸和安装方式4.1.4.1支撑面在定位板面上做的一个突起4mm的一个支撑面，经过精铣得到精度较高的平面。其相关尺寸见右图：4.1.4.2短销本设计方案选用固定式定位销，查课程设计指导教程，确定削边销为GB2205-1999标准，其相关尺寸见下图3：它和定位面板上的10mm销孔呈H7/r6mm过盈配合，并用螺母固定，防止钻孔时松动，影响加工。4.1.4.3圆柱销本设计方案选用固定式定位销，由于加工的5.5mm油孔恰好在定位基准25H8mm孔内表面上，打穿这面为止。若采用标准件，势必影响5.5mm油孔的加工，因此可专门设计一个短销，其尺寸如图4所示： 该轴长为115mm，轴颈半径为12.5mm，与25H8mm孔内表面仅有长度为17mm的面接触，且为间隙配合，既保证了圆柱销定位，又方便了装夹工件。为了不影响加工5.5油孔，在标准销元件上加上了长为30mm的轴身，直径为14mm，要比25H8mm小11mm，即其半径之差为5.5mm，再加上键槽深度2.5mm，那么L=5.5+2.5=8mm，这样当钻头钻5.5mm孔至终点时不会损伤销，销也不会影响钻孔。该销与定位面板上的销孔呈H7/r6间隙配合，外加螺纹结构，用螺母固定。4.2夹紧方案的确定4.2.1夹紧装置的设计夹紧力方向原则：（1）夹紧力的作用方向不应破坏工件的既定位置；（2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能小；（3）夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形最小。夹紧作用点原则：（1）夹紧里的作用点应正对夹具定位支撑元件或位于支撑元件所形成的稳定受力区域内，以免工件产生位移和偏转；（2）夹紧力的作用点应正对工件刚性较好的部位上，以使夹紧变形尽可能少，有时可采用增大工件受力面积或合理分布夹紧点位置等措施来实现；（3）夹紧力的作用点应尽可能靠近工件的加工表面，以保证夹紧力的稳定性和可靠性，减少工件的夹紧力，防止加工过程中可能产生振动。根据以上要求，考虑加工零件的特点及定位方式，确定夹紧方式。本设计方案选用的是螺旋夹紧机构，夹紧方向水平向右，通过螺母的转动，带动套在圆柱销头部的垫片向右移动，进而作用在工件45mm圆柱大端面上，实现夹紧，具体夹紧装置的布置见A1图纸。这种夹紧方式和夹紧装置简单实用，且对于大批量生产能较快装夹工件，劳动强度较小，成本低，简单可靠。另外，考虑到工件沿25H8mm孔中心线轴向装卸，因此为便于装卸工件，该垫片为开口垫片，螺母为小于25H8mm孔的小螺母，只要将开口垫片取去，就可以很好的将零件取出。其图如图5圆柱销的螺纹轴向行程至少要大于2倍的垫片厚度5mm，且垫片的孔应与工件25H8mm孔同轴，保证夹紧力作用均匀可靠。4.2.2夹具的操作及维护安装工件时，应先将螺母转动退出足够的行程空间以便于取出垫片，安装工件，然后使工件的25H8mm孔穿过圆柱销，使工件底部的10H7mm孔穿过短销，将45mm圆柱小端面紧靠在定位板上的支撑面上，这样工件以45mm圆柱小端面为定位基准安装。工件装好后，装上开口垫片，转动螺母，使开口垫片靠紧45mm大端面并夹紧工件。加工完成后松开工件，只需反向转动螺母，退出开口垫片，即可取下工