CA6140车床手柄轴的夹具设计.doc

中北大学课程设计说明书1零件的分析1.1零件的作用题目所既定的零件为输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使主轴获得旋转的动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。1.2零件的工艺分析从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单，其主要加工的面有16、20的外圆柱面，一个锥面凸台,一个M10的螺纹孔，图中所给的尺寸精度高，大部分是IT6级；粗糙度方面表现在键槽两侧面、20圆柱表面为Ra1.6, 16外圆柱面为Ra1.6,锥面凸台及端面为Ra0.8, 15.7键槽为Ra3.2，其余为Ra6.3。要求不高，位置要求较严格，表现在40的右端面、20圆柱面。热处理方面需要调质处理，到200HBS，保持均匀。 通过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。1.3零件的生产类型由设计题目知：中批量生产2选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图2.1选择毛坯毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。根据零件的材料为45号钢，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而锻件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件，所以使用锻件。2.2.确定机械加工余量,毛坯尺寸和公差钢质模锻件的公差及机械加工余量按GB/T 12362-2003确定。要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素：（1）锻件公差等级 由该零件的功用和技术要求，确定其锻件公差等级为普通等级。（2）锻件质量 通过计算可知零件成品质量为0.36kg，估算为=0.478kg（3）锻件形状复杂系数SS=/=0.85/1.203=0.397该零件为圆形，假设其最大直径为44mm，长126mm，则由公式（5-4）、公式（5-5）得 =/44412.27.85=1.203kg由于0.5655介于0.32与0.63之间，故零件形状复杂系数S属等级（4）锻件材质系数为（5）零件表面粗糙度 由零件图知除锥面及右端面=0.8以外其余各加工表面为1.6.。2.3确定机械加工余量根据锻件质量、零件表面粗糙度、形状复杂系数查表5-9，由此差得单边余量在厚度方向加工余量为1.52.0mm， 水平方向亦为1.52.0mm，即锻件各外径的单面余量为1.52.0mm，各轴向的单面余量亦为1.52.0mm。2.4确定毛坯尺寸上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度1.6的表面，余量要适当增大。分析本零件，除锥面和右端面为0.8以外，其余各加工表面为1.6，因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查的余量值即可（当表面只粗加工时，可取所查数据中较小的值。当表面需经粗加工和半精加工时，可取其较大值）。综上所述，确定毛坯尺寸见表1表1手柄轴毛坯（锻件）尺寸零件尺寸单面加工余量锻件尺寸22440244122212610221042.5确定毛坯尺寸公差毛坯尺寸公差根据锻件质量、材质系数、形状复杂系数从表5-6、表5-7中查得。本零件毛坯尺寸允许偏差件表2表2手柄轴毛坯（锻件）尺寸允许公差锻件尺寸偏差根据24表5-744106表5-61262.6设计毛坯图确定圆角半径 锻件的外圆半径按表5-12确定。H=20 t=20 t/H=1 R=53基准的选择3.1选择基准工件在加工第一道或最初几道工序时，一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用40外圆柱面作为粗基准来加工16、20外圆柱面和左端面。以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则，在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，20的外圆柱面和左端面作为定位基准，这个基准就是精基准。在选精基准时采用有基准重合，基准统一。这样定位比较简单可靠，为以后加工重要表面做好准备。 3.2零件表面加工方法的选择市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，译稿工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。同样在该零件的加工方法的选择中，我们考虑了工件的具体情况，一般我们按加工顺序来阐述加工方案：查表（5-14） 表3 加工方法加工表面表面粗糙度公差/精度等级加工方法20圆柱表面Ra1.6IT6粗车-半精车-精车16外圆柱面Ra1.6IT6粗车-半精车-精车15.2槽Ra6.3IT11粗车15.7槽Ra3.2IT8粗车-半精车左端Ra6.3粗车右端锥面Ra0.8IT6粗车-半精车-磨削-抛光镀铬右端面Ra0.8IT6粗车-半精车-磨削-抛光镀铬14孔Ra3.2自由公差钻孔-丝锥攻螺纹键槽Ra3.2IT9粗铣-精铣倒角Ra6.3 3.3制定工艺路线1.工序的安排 (1)加工阶段的划分 当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。 粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工20、16圆柱表面及锥面。 半精加工阶段：其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如20、16外圆柱面。 精加工阶段：其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。 (2) 基面先行原则 该零件进行加工时，要将左端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和20外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。 (3)先粗后精 即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。 （4）先面后孔 对该零件应该先加工平面，后加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于CA6140车床手柄轴来讲先加工20、16外圆柱面，做为定位基准再来加工其余面。 2.工序划分的确定 工序集中与工序分散：工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利用采用高生产率的机床。工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。综上所述：考虑到工件是大批量生产的情况，采用工序集中辅助工序的安排：辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除锈，退磁，检验等。 3.热处理工序的安排 热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件CA6140车床手柄轴材料为45钢，在加工过程中预备热是消除零件的内应力，在毛坯锻造之后。最终热处理在半精车之后精车之前，按规范在840温度中保持30分钟释放应力。 4.确定加工工艺路线 根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以确定加工工艺路线，具体方案如下：方案一1 备料 锻造毛坯2 热处理 退火（消除内应力）3 普车 粗、精车左端面，钻中心孔4 普车 粗车个圆柱面留半精车、精车余量5 普车 粗车15.2、15.7槽6 热处理 调质7 数控车 半精车15.7槽，倒角8 数控车 粗、精车右端面及圆锥凸台9 数控车 倒角10 磨 磨削右端面及圆锥凸台 、面 11 抛 抛光右端面及锥面12 钻床 钻孔813 绞 丝锥攻螺纹M1014 镗 镗孔1415 铣 铣键槽16 去毛刺 17 检验方案二1备料锻造毛坯2热处理退火（消除内应力）3 粗车 粗车左端面和钻中心孔，凸台面及， 的圆柱，4 粗车 切四个槽5 粗车 粗车圆柱及右端面6 半精、车精车 半精车，精车左边各圆柱面，倒角7 半精车 半精车右端面及圆锥面，倒圆角8 磨削 磨削右端面及圆锥面9 铣键槽 铣两键槽51410 钻孔 钻，的两盲孔11 攻螺纹 用丝锥攻M10的内螺纹12 热处理 调质13 抛光镀铬 抛光镀铬右端面及圆锥面14 去毛刺 去除毛刺15 终检 按零件图样要求全面检查从零件本身来考虑，由于轴类零件在切削加工时易产生弯曲变形，如采用工序分散，在加工时零件的位置精度无法保证，为了同时保证零件图示的圆跳动要求，所以采用工序集中。选择方案二。4工序设计4.1选择加工设备与工艺设备 1. 机床的选择 （1）工序3、4、5是粗车，各工序的工步数不多，零件的外廓尺寸不大，精度要求不高，采用CA6140普通卧式车床即可 表5-55 。 （2）工序6精车 精度要求比较高，表面粗糙度小，需选用较精密的车床，因此用C616A卧式车床 表5-55。（3）工序7加工的是圆锥面，加工难度较大，所以用数控车床CK6108A卧式。（4）工序8磨削圆锥面及右端面，加工精度比较高，所以选择磨床MQ1350。（5）工序9铣键槽，加工精度比较低，选用X62卧式铣床。（6）工序10、11钻孔和攻螺纹选用Z3025摇臂钻床。 2.刀具的选择 由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是数控加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。由于零件CA6140车床输出轴材料为45钢，推荐用硬质合金中的YT15类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而YT类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工45钢这种材料时采用硬质合金的刀具。1粗车外圆用YT5，精车,精车选用YT15。为提高生产率和经济性可选用可转位车刀。切槽刀可选用高速钢GB5343.1-1995。2铣刀选用直柄立铣刀GB/T6117.1-1996。3攻螺纹选择直径为10mm的丝锥GB3464-83。4钻头直柄麻花钻GB1436-85。5砂轮选择PSA400A80M5B35表3.2-6。3.量具的选择根据本零件的尺寸和公差外圆加工面所选用的量具为游标卡尺和千分尺。内圆和孔测量也用千分尺。4.2 加工余量，工序尺寸，及其公差的确定根据各资料及制定的零件加工工艺路线，采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工余量，中间工序公差按经济精度选定，上下偏差按入体原则标注，确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：（查136）表4 加工余量、工序尺寸、表面粗糙度加工表面工序双边余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗半精精粗半精精粗半精精20js6外圆2.21.00.8Ra6.3Ra3.2Ra1.620g6外圆2.21.00.8Ra6.3Ra3.2Ra1.616js6外圆6.21.00.8Ra6.3Ra3.2Ra1.65确定切削用量及基本时间切削用量包括被吃刀量a、进给量f、切削速度v，确定顺序事先确定a，f再确定v。5.1工序3切削用量及基本时间的确定1.切削用量 本工序为粗车车端面及外圆，已知加工材料为45号钢=670MPa,锻件，有外皮机床为CA6140型卧式车床，工件装卡在三爪自定心卡盘中（1）确定粗车外圆的切削用量。所选刀具为YT5硬质合金可转位车刀，根据表5-112，由于CA6140的中心高为200mm，故选刀杠尺寸=16mm25mm，刀片厚度为4.5mm。根据表5-113，选择车刀几何形状，卷屑槽带倒棱型前刀面，前角=，后角，主偏角，副偏角，刃倾角刀尖圆弧半径 确定背吃刀量a。 粗车双边余量2.2显然a为单边余量a=2.2/2=1.1mm。 确定进给量f。 根据表5-114，在粗车钢料、刀杠尺寸=16mm25mm，a工件直径为20到40时，f=0.3-0.5mm/r，按CA6140车床的进给量【表5-57】，选择f=0.5mm/r。确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表5-55，CA6140进给机构允许的进给力.根据表5-123,当钢料=57070MPa，a，f,v=65mm/min,进给力=760N。的修正系数为，故实际进给量为=7601.17=889.2N,所选的进给量f=0.5mm/r可用。 选择车刀模锻标准及耐用度。根据表5-119，车刀后刀面最大磨损量取为1mm,可转位车刀耐用度T=60min. 确定切削速度v。 根据表5-120，当用YT5硬质合金车刀=600钢料、a，f=0.54mm/r，切削速度123m/min。切削速度的修正系数为，故v-1090.80.650.811.15=52.8m/minn=按CA6140车床的转速（表5-56），选择，则实际切削速度。校验机床功率。由表5-125，当=570。HBS=、时，（表2-9），故实际切削的功率根据表5-59，当n=120r/mm，机床主轴允许功率.,故所选切削用量可在CA6140车床上进行。最后确定切削用量为（2）确定粗车外圆端面及台阶面，的切削用量。采用车外圆的刀具加工这些表面。加工余量皆可一次走刀切除，车外圆端面及台阶面的，主轴转速与车外圆的相同。2.基本时间（1）确定粗车外圆的基本时间，根据表2-21，车外圆基本时间为 式中l=102mm. ,1 （2）确定粗车外圆的基本时间： 式中，l=20mm. （3)确定粗车端面1基本时间： ，L=式中， ，1.则 （4）定粗车端面1基本时间： ，L=式中，1.则 （5)工序基本时间的确定： 5.2工序4切削用量及时间的确定本工序为粗车槽和倒角，已知条件与工序1相同，可采用工序1相同的可转位车刀。有以下几个工步。如下表5： 表5 切削用量及时间确定工步粗车槽120.080.273.31.5粗车槽220.080.273.31.875粗车槽320.080.273.31.875粗车槽420.080.273.38.065.3工序5切削用量及时间的确定1.切削用量 本工序为粗车（端面及外圆）已知条件与工序1相同，车端面及外圆可采用工序1相同的可转位车刀。2.基本时间(1）确定粗车外圆的基本时间，根据表2-21，车外圆基本时间为 式中l=22mm, ,1 (2)确定粗车端面2基本时间的确定 ，L=式中， ，1.则 3)确定工序的基本时间： 5.4工序6切削用量及基本时间的确定1.切削用量 本工序为半精车，精车加工（左边外圆、倒角）。已知条件与粗加工工序相同。（1）确定半精车外圆的切削用量。所选刀具为YT15硬质合金可转位刀。车刀形状，刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同。根据表5-113，车刀几何形状为，。确定背吃刀量。 确定进给量f 。 2 根据表5-116及CA6140车床的进给量（表5-57），选择f=0.3mm/r.由于是半精加工，切削力较小，故不需校核机床进给机构强度。选择车刀磨钝标准及耐用度。根据表5-119，车刀后刀面最大磨损量取为0.4mm,耐用度T= 30min.确定切削速度v。根据表5-120，用YT15硬质合金刀加工钢料、时，切削速度。切削速度的修正系数为，其余的修正系数均为1（表2-9），故v=n=按CA6140车床的转速，【表5-56】，选择n= 400r/min,则实际切削速度= 27.4m/min. 半精加工机床功率也可不校验。最后确定的切削用量：，（2）确定半精车外圆，端面、台阶面的切削用量。用半精车采外圆YT15硬质合金车刀加工这些表面。切槽采用高速钢成型切槽刀。2.基本时间（1）确定半精车外圆的的基本时间。（2）确定半精车外圆的基本时间。（3）确定精车20的基本时间。(4)确定精车16的基本时间(5)确定工序的基本时间： 5.5工序7切削用量及基本时间的确定1. 切削用量本工序为半精加工（右边外圆及右端面）。采用数控车床CK6108A型车床工件装卡在三爪自定心卡盘中。(1)确定半精车外圆及右端面的切削用量。所选刀具为YT15硬质合金可转位刀。车刀形状，刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同。根据表5-113，车刀几何形状为，。确定背吃刀量。确定进给量f 2mm/r根据表5-116及CA6140车床的进给量（表5-57），选择f=0.3mm/r.由于是半精加工，切削力较小，故不需校核机床进给机构强度。选择车刀磨钝标准及耐用度。 根据表5-119，车刀后刀面最大磨损量取为0.4mm,耐用度T= 30min.确定切削速度v。 根据表5-120，用YT15硬质合金刀加工钢料、时，切削速度。 切削速度的修正系数为，其余的修正系数均为1（表2-9），故v=n=按CK6108A车床的转速，【表5-56】，选择n= 400r/min,则实际切削速度= 27.4m/min.半精加工机床功率也可不校验。最后确定的切削用量：，（2）确定半精车外圆，端面、台阶面的切削用量。用半精车采外圆YT15硬质合金车刀加工这些表面。切槽采用高速钢成型切槽刀。2.基本时间（1）确定半精车外圆的的基本时间：（2）确定半精车右端面的基本时间：（3）确定工序的基本时间： 5.6工序8的切削用量及基本时间的确定1.切削用量 本工序为磨削加工【磨右端面和圆锥面】MQ1350磨床，砂轮PSA400100127A80M5B35表3-262.基本时间的确定 S5.7工序9键槽的切削用量及时间的确定1.切削用量本工序为半精铣槽，所选刀具为直柄立铣刀。，d=5mm，L=14mm机床选用X62型卧式铣床。（1）确定每齿进给量。本工序要求保证的表面粗糙度为m(侧槽面)，根据表5-144，每转进给量，现取则 （2）选择铣刀磨钝标准及耐用度。根据表5-148，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.4mm;耐用度 T= 60min(表5-149)。 （3） 确定切削速度和工作台每分钟进给量 。按表2-17中公式计算得 根据X62型卧式车床主轴转速表（表5-57）选择 ，实际切削速度 ,工作台每分钟进给量.根据X62型卧式车床工作台进给量表【表5-76】，选择.则实际每齿进给量为=0.032 .2.基本时间 5.8工序 10切削用量及基本时间的确定1.切削用量 本工序为钻孔，刀具选用直柄麻花钻头（GB/6135.3-1996），直径 使用切削液。（1）确定进给量f。由于孔径和深度均很小，宜采用手动进给。（2）选择钻头磨钝标准及耐用度。根据表5-130，钻头后刀面最大磨损量为 0.8mm；耐用度T=20min。（3）确定切削速度。由表5-132， 的45钢加工性属5类。根据表5-127，暂定进给量 ，由表5-131可查 根据Z3025立式钻床说明书选择主轴实际钻速。2基本时间 钻盲孔基本时间需要15.6s.5.9工序 11切削用量及基本时间的确定1.切削用量 本工序为攻螺纹，刀具选用丝锥（GB/3464-83）,mm,使用切削液。(1)确定进给量f。采用机器加工。（2）选择丝锥磨钝标准及耐用度。根据表5-130，丝锥后刀面最大磨损量为 0.8mm；耐用度T=20min。（3）确定切削速度。由表5-132， 的45钢加工性属5类。根据表5-127，暂定进给量 ，由表5-131可查 根据Z3025立式钻床说明书选择主轴实际钻速。2.基本时间 攻螺纹基本时间需要：=（6夹具设计本夹具是工序11用麻花钻钻14 8.5孔的专用夹具，所设计的夹具装配图，供需简图及夹具零件如图所示。有关说明如下。6.1定位方案工件以20的圆柱面及圆锥大断面为定位基准，采用V型块和平面的组合定位方案，两个V形块限制4个自由度，右边V形块的右端面限制一个自由度，共限制5个自由度。孔在圆周上无位置要求，该自由度不用限制。6.2夹紧机构根据生产率要求，运用手动夹紧可以满足。采用二位螺旋压板夹紧机构，拧紧螺母即可实现压紧，使用方便。压紧板夹紧力主要作用是防止工件在钻销力的作用下摆动和震动，手动螺旋夹紧是可靠的，可免去夹紧力计算。6.3导引装置为方便快捷的钻14 ，8.5两个孔，本夹具采用快换钻套，刀具在钻套的引导下准确的钻孔。6.4夹具与机床的连接元件采用10的定位销确定夹具与机床的相对正确位置，夹具体底座上开有两个U形槽，用M14的螺栓固定在机床工作台上。6.5夹具体工件的定位元件、夹紧元件，导引装置螺钉与夹具体底座连接起来，夹具体底座铸造加工出来，这样夹具便有机连接起来，实现定位，夹紧