2055 CA6140车床手柄φ14H7孔钻床夹具设计.doc

1 CA6140 车床手柄 14H7 孔钻床夹具设计 一 机械加工工艺规程设计 第一章 手柄座的工艺分析及生产类型的确定 1 1 手柄座的用途 7 圆锥孔 配铰 1 6 其余 图图 1 CA6140 车床手柄座零件图车床手柄座零件图 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 2 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 1 2 手柄座的技术要求 表表 1 1 手柄座零件技术要求表手柄座零件技术要求表 加工表面 尺寸偏差 mm 公差以及 精度等级 粗糙度 Ra m 形位公差 mm 45mm圆柱两端面 43IT12凸台端面 3 2 25mm孔 033 0 0 25 IT81 6 14mm孔 018 0 0 14 IT71 6 10mm孔 015 0 0 10 IT71 6 5mm圆锥孔 5 IT71 6 5 5mm 孔 5 5 IT83 2 M10 螺纹孔IT73 2 键槽 03 0 0 6 IT10 侧面 1 6 底面 6 3 槽 14mm 23 0 0 14 IT116 3 14mm孔 端面 距25mm 孔 轴线 43mm IT126 3 1 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 mm14 孔端面 孔端面 孔端面和孔凸台端面均为平面 可mm5 5 mm10 mm14 mm25 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mm5 mm25 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 3 件的工艺性较好 现将主要加工面分述如下 1 3 1 孔的加工 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mm25 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 14mmmm25 是不通孔 特别注意该孔的加工深度 5mm 圆锥孔虽是小孔 但由于表面粗糙度要 求高 仍需精铰 5 5mm 油孔表面粗糙度有 Ra3 2 m 的要求 因此对其也应该要进 行精铰 1 3 2 面的加工 该零件共有 4 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 需精加工 45mm 圆柱大端面 25mm 孔 端面以及 14mm 孔端面粗铣既可 1 3 3 槽的加工 该零件仅有 2 个槽需加工 25mm 孔上键槽两侧面粗糙度为 Ra1 6mm 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 Ra6 3mm 半精铣即可 1 3 4 螺纹孔的加工 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 圆柱两端面 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 第二章 确定生产类型和毛坯的制造形式 2 1 确定手柄座生产类型 依设计题目知 Q 5000 件 年 结合生产实际 备品率 a 和废品率 b 分别为 8 和 4 2 所以 N 5000 件 年 1 8 1 2 5500 件 年 手柄座重量为 0 73kg 由参考文献 1 表 1 3 知 手柄座为轻型零件 由参考文献 1 表 1 4 知 该手柄座类型为大批生产 2 2 确定毛坯的制造形式 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 由于零件生产类型为成批 大批生 产 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 由于零件上孔都较小 且都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 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 且生产类型为大批生产 为提高生产率和铸件精度 宜采用机器造型 铸造 而且还要保证造型铸造毛坯的拔模斜度不大于 2 铸造圆角半径为 R3 5 第三章 拟定手柄座工艺路线 3 1 定位基准的选择 定位基准分为粗基准和精基准的选择 3 1 1 精基准的选择 根据该手柄座零件的技术要求和装配要求 选择手柄座孔及mm 033 0 0 25 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准进行加mm45 工 遵循了 基准统一 原则 又因为轴孔的轴线是设计基准 选用其作为mm 033 0 0 25 精基准定位加工手柄座脚上孔和孔以及其他的孔和表面 实mm 015 0 0 10 mm 018 0 0 14 现了设计基准和工艺基准重合 保证了被加工表面的位置度要求及孔轴线mm 015 0 0 10 和孔轴线的平行度要求 选用手柄座外圆凸台端面作为精基准同mm 033 0 0 25 mm45 样是遵循了 基准重合 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 25 mm45 孔的大端面上 夹紧稳定可靠 mm 033 0 0 25 5 3 1 2 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 3 个 主要端面为基准 由于 45mm 小端面表面粗糙度为 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 45mm 小端面为粗基准 粗铣 45mm 大 端面 再以 45mm 大端面为基准 精铣小端面 并保证尺寸 43mm 3 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 表表 3 1 零件表面的加工方法零件表面的加工方法 加工表面精度粗糙度可选加工方法确定加工方法 45mm 大端面 IT7 83 2 粗刨 精刨 粗铣 粗铣 45mm 小端面 IT73 2 粗刨 精刨 粗铣 半精铣 粗铣 半精铣 25H8mm 孔IT81 6 粗镗 半粗镗 拉 钻 扩 铰 钻 扩 铰 10H7mm 孔IT81 6 粗镗 半粗镗 拉 钻 粗铰 精铰 钻 粗铰 精铰 14H7mm 孔IT71 6 粗镗 半粗镗 拉 钻 粗铰 精铰 钻 粗铰 精铰 M10mm 螺纹 孔 钻 攻钻 攻 键槽IT91 6粗铣 精铣粗铣 精铣 铣键槽IT8 116 3 粗刨 半精刨 粗铣 粗铣 5 5mm 孔IT7 83 2 钻 粗铰 精铰 钻 精铰 钻 精铰 3 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 3 3 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 6 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 一般粗加工的公差等级为 IT11 IT12 粗糙度 为 Ra80 100 m 3 3 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 IT9 IT10 表面粗糙度为 Ra10 12 5 m 3 3 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 IT6 IT7 表面粗糙度为Ra1 1 25 m 3 4 工艺路线方案的拟定与比较 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 3 4 1 工艺路线方案一 1 粗铣手柄座 45mm 圆柱左右两端面 2 半精铣 45mm 圆柱凸台端面 保证尺寸 43mm 3 钻 粗铰 精铰 25H8mm 孔 4 拉键槽 保证尺寸 27 3H11 5 钻 粗铰 精铰 10H7mm 孔 6 铣槽 保证尺寸 14mm 深度 43mm 7 7 粗铣 14H7mm 孔端面 保证尺寸 43mm 8 钻 粗铰 精铰 14H7mm 孔 9 钻 攻 M10mm 螺纹孔 10 钻 铰 5mm 圆锥孔 11 钻 铰 5 5mm 孔 12 去锐边 毛刺 13 清洗 14 终检 入库 3 4 2 工艺路线方案二 1 粗铣手柄座 45mm 圆大端面 2 粗铣 半精铣 45mm 圆柱小端面 保证尺寸 43mm 3 钻 粗铰 精铰 25H8mm 孔 4 钻 粗铰 精铰 10H7mm 孔 5 钻 粗铰 精铰 14H7mm 孔 6 粗铣 半精铣槽保证尺寸 14mm 深度 43mm 7 拉键槽 保证尺寸 27 3H11mm 8 钻 攻 M10 螺纹孔 9 钻 铰 5 5mm 孔 10 钻 铰 5mm 圆锥孔 11 去锐边 毛刺 12 清洗 13 终检 入库 3 4 3 工艺方案的比较与分析 上述两个方案区别在 一是方案一以手柄座 45mm 圆柱左右两端面互为基准加工 两端面 方案二先粗铣 45mm 圆柱大端面 再粗铣 半精铣 45mm 圆柱小端面 二是方案二没有铣 14mm 孔端面 但由于 14mm 孔有严格深度要求 故最好还是 粗铣一遍 在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上 选取工艺方案一 手柄座工艺路线及设备 工装的选用如下表 3 2 8 表表 3 2 手柄座工艺路线及设备 工装的选用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 45mm 圆柱两端面 立式铣床 X51高速钢套式面铣刀游标卡尺 2精铣 45mm 圆柱小端面立式铣床 X51高速钢套式面铣刀游标卡尺 3 钻 倒角 粗铰 精铰 25mm 孔 摇臂钻床 Z37 硬质合金锥柄麻花 钻 铰刀 游标卡尺 内径 千分尺 塞规 4拉键槽拉床拉刀游标卡尺 5 钻 倒角 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 6粗 精铣槽 14mm卧式铣床 X62 高速钢镶齿三面刃 铣刀 游标卡尺 塞规 7 粗铣 14mm 孔端面 立式铣床 X51高速钢套式面铣刀游标卡尺 8 钻 倒角 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 9 钻 倒角 攻 M10mm 螺 纹孔 摇臂钻床 Z37 莫氏锥柄阶梯麻花 钻 丝锥 卡尺 螺纹塞规 10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 11钻 倒角 铰 5 5mm 孔立式钻床 Z525 麻花钻 铰刀内径千分尺 塞 规 12去锐边 毛刺钳工台平锉 13终检 游标卡尺 内径 千分尺 塞规 螺纹塞规 第四章 机械加工余量 工序尺寸和毛坯尺寸的确定 4 1 查表确定加工余量 CA6140 车床手柄座零件材料为 HT15 33 毛坯重量约为 0 73kg 生产类型为大 批生产 采用砂型铸造生产 由于所有孔均有精度要求 且尺寸小 均不铸出 故仅 确定三个端面的相关尺寸 9 砂型铸造 材料为灰铸铁 机器造型 公差等级为 CT8 12 取 CT10 加工余 量等级 E G 取 G 切削余量 查表 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 100mm 取 3 2mm 基本尺寸小于 63mm 取 2 8mm 4 2 45 圆柱两端面毛坯尺寸及加工余量确定 根据工序要求 45mm 圆柱两端面经过两道工序 先粗铣 45mm 圆柱大端面 再粗 精铣 45mm 圆柱小端面 各步余量如下 粗铣 由 机械加工工艺手册第一卷 表 3 2 23 其余量值规定 对于小端面 50mm 为 1 0 2 0mm 现取 1 6mm 表 3 2 27 粗铣平面的厚度偏差 30mm 为 0 25 0 39mm 现取 0 30mm 精铣 由 加工工艺手册 表 3 2 25 其余量规定值为 1 0mm 故铸造毛坯的基本尺寸为 43 1 2 1 8 1 0 47mm 又根据前面铸件尺寸公差 标准值 取尺寸公差为 2 8mm 故 毛坯的名义尺寸 43 1 2 1 6 1 0 46 8mm 毛坯的最小尺寸 46 8 1 4 45 4mm 毛坯的最大尺寸 46 8 1 4 48 2mm 粗铣大端面后的最大尺寸 43 1 0 1 2 45 2mm 粗铣大端面后的最小尺寸 45 2 0 30 44 9mm 粗铣小端面后的最大尺寸 43 1 0 44mm 粗铣小端面后的最小尺寸 44 0 30 43 7mm 精铣后尺寸与零件尺寸相同 但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级 现 按 加工工艺手册 表 5 29 粗铣 精铣所能达到的经济精度取 IT8 0 039 按入体 原则取值 故精铣后尺寸为mm 0 039 0 43 4 3 14H7 孔端面毛坯尺寸及加工余量计算 根据工序要求 14H7mm 孔端面仅由粗铣得到 故 14H7mm 孔端面距 25H8mm 孔中心线的毛坯基本尺寸为 43 1 2 44 2mm 故 毛坯的名义尺寸 43 1 2 44 2mm 10 毛坯的最大尺寸 44 2 1 4 45 6mm 毛坯的最小尺寸 44 2 1 4 42 8mm 粗铣后尺寸应于零件图尺寸相同 但由于零件图纸并未给出具体的公差等级 现 按前面粗铣平面厚度偏差取 0 28mm 故粗铣后的尺寸为 43mm 其他毛坯尺寸由于零件图纸未做具体的工序尺寸要求 且对后面诸孔 槽的加工 影响不大 仅粗铣即可 4 4 钻 粗铰 精铰14mm 孔的加工余量 工序尺寸和公差的确定 由参考文献 1 表 2 28 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 20 可依次确定各工序尺寸的 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 粗铰 mm 018 0 0 14 钻 它们的相互关系如图 4 1 所示 mm 070 0 0 95 13 mm 180 0 0 13 图图2钻钻 粗铰粗铰 精铰精铰14mm 孔的加工余量 工序尺寸和公差相互关系图孔的加工余量 工序尺寸和公差相互关系图 4 5 其他尺寸及其加工余量的确定 其他工序尺寸包括 4 个孔 2 个槽 1 个螺纹孔的基本尺寸 现仅分析主要的 5 个孔的加工余量及尺寸偏差 5 个孔均不铸出 机械加工出来 根据 加工工艺手册 由于 5 个孔的表面粗 糙度要求均较高 所以都要经过精铰工序 具体工序尺寸和加工余量为 11 1 25H8mm 孔 Ra 1 6mm 根据 加工工艺手册 表 3 2 10 加工该孔的工艺为 钻 扩 铰 钻孔 23mm 扩孔 24 8mm 2Z 1 8mm Z 为单边加工余量 铰孔 25H8mm 2 10H7mm 孔 Ra 1 6mm 根据 加工工艺手册 表 3 2 9 加工该孔的工艺为 钻 粗铰 精铰 钻孔 9 8mm 粗铰 9 96mm 精铰 10H7mm 3 5mm 圆锥孔 Ra 1 6mm 由于零件图纸未给出具体的公差等级 现也按 H7 公差等级加工 按表 3 2 9 加 工该孔的工艺为 钻 精铰 钻孔 4 8mm 精铰 5H7mm 4 5 5mm 孔 Ra 3 2mm 由于也未给出公差等级 现同样按 5mm 圆锥孔加工方式 钻 精铰 钻孔 4 8mm 精铰 5 5H7mm 第五章 切削用量 时间定额的计算 5 1 确定各工序切削用量及基本工时 5 1 1 工序 I 粗铣 45mm 圆柱大端面 机床 X51 立式铣床 刀具 高速钢端铣刀 直径 D 50mm 齿数 Z 6 根据 加工工艺手册 表 2 4 73 取每齿进给量 f Z 0 15mm Z 根据 切削工艺 手册 表 3 9 取铣削速度 v 20m min 则车床主轴转速 n 主 1000v d 127 4r min 12 按机床选取铣刀转速 n 160r min 则实际切削速度 v 实 25 12m min 工作台每分钟进 给量 f m f Z Z n 144mm min 则取铣床工作台进给量 f m 150mm min 按 加工 工艺手册 表 6 2 5 基本工时 t 0 65min 5 1 2 工序 II 粗铣 半精铣 45mm 圆柱小端面 机床 X51 立式铣床 刀具 高速钢端铣刀 直径 D 50mm 齿数 Z 6 1 粗铣 45mm 小端面 铣削余量 Z 1 2mm 同样查表选取确定切削速度 v 20m min 进给量 f 0 15mm Z 则车床主轴转速 z n 127 4r min 主 同样选取机床铣刀转数 n 160r min 则实际切削速度 v 25 12m min 工作台 实 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 mm t 0 43min 2 半精铣 45mm 小端面 加工余量 Z 1 0mm 同样查表确定切削速度 v 20m min 进给量 f 0 15mm Z 则车床主轴转速 z n 127 4r min 主 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 100mm min 则基本工时 t 0 65min 5 1 3 工序 III 钻 粗铰 精铰25H8mm 孔 机床 Z37 摇臂钻床 1 扩孔 24 8mm 刀具 高速钢锥柄标准麻花钻 D 24 8mm 双边余量 2Z 1 8mm 由 切削工艺手册 表 2 10 查的扩孔钻扩孔时进给量 f 0 7 0 8mm r 并由 加 工工艺手册 表 4 2 16 取 fz 0 72mm r 扩孔钻扩孔时 根据 切削工艺手册 表 2 15 查得 f 14m min 故 f 7 4 7m min 则 fr 89 60r min 按机床选取 fr 68r min 则 f 5 29m min 基本工时 t 1 1min 2 铰 25H8mm 孔 刀具 高速钢锥柄机用铰刀 D 25mm 由 切削工艺手册 表 2 24 查得 f 1 0 1 5mm r 并由 加工工艺手册 表 4 2 13 16 选取 fz 1 22mm r 取切削深度 h 0 15 0 25mm f 4 8m min 则 fr 51 102r min 按机床选取 fr 68r min 则 f 5 34m min 基本工时 t 0 65min 5 1 4 工序 IV 钻 铰 10H7mm 孔 机床 Z525 立式钻床 1 钻 10mm 孔 刀具 高速钢锥柄麻花钻 D 9 8mm 由 切削工艺手册 表 2 7 查得 fz 0 17mm r 由表 2 15 取 vc 23m min 则 fr 747 4r min 按机床选取 n 960r min 则 vc 29 54m min 基本工时 t 0 31min 2 粗铰 9 96mm 孔 刀具 高速钢锥柄机用铰刀 D 9 96mm 由 切削工艺手册 表 2 24 查得 fz 0 17mm r 根据表 2 15 取 f 6m min 则 fr 191 85r min 按机床选取 fr 195r min 则 f 6 1m min 基本工时 t 0 19min 3 精铰 10H7 孔 刀具 高速钢锥柄机用铰刀 D 10mm 由 切削工艺手册 表 2 24 查得 fz 0 8mm r 根据表 2 15 取 f 6m min 则 fr 191 85r min 按机床选取 fr 195r min 则 f 6 1m min 基本工时 t 0 31min 5 1 5 工序 V 铣键槽 机床 X62 卧式铣床 刀具 高速钢圆柱形铣刀 D 13mm Z 6 1 第一次走刀 根据 加工工艺手册 表 2 4 73 取 fz 0 2mm Z 根据 切削工艺手册 表 3 9 14 铣削速度 v 15m min 则 fr 367 5r min c 按机床选取 fr 375r min 则 f 15 31m min v 56 25mm min c 基本工时 t 0 94min 1 第二次走刀 切削用量与第一次走刀完全相同 fz 0 2mm Z f 15 31m min v c 56 25mm min 基本工时 t 0 94min 5 1 6 工序 VI 钻 粗铰 精铰 14H7mm 孔 机床 Z525 立式钻床 1 钻孔 13mm 刀具 高速钢锥柄麻花钻 D 13mm 由 切削工艺手册 表 2 7 查得 fz 0 36mm r 由表 2 15 取 f 14m min 则 fr 343r min 按机床选取 fr 272r min 则 f 11 10m min 15 基本工时 t 0 36min 2 粗铰 13 95mm 孔 刀具 高速钢锥柄机用铰刀 D 13 95mm 由 切削工艺手册 表 2 24 查得 f 0 5 1 0mm r 并由 加工工艺手册 表 4 2 16 取 fz 0 81mm r v 4 8m min 则 fr 91 182r min 按机床选取 fr 140r min 则 f 6 13m min 基本工时 t 0 31min 3 精铣 14H7mm 孔 刀具 高速钢锥柄机用铰刀 由 切削工艺手册 表 2 24 查得 f 0 5 1 0mm r 并由 加工工艺手册 表 4 2 16 取 fz 0 62mm r v 4 8m min 则 f 91 182r min 按机床选取 fr 140r min 则 f 6 15m min 基本工时 t 0 40min 5 1 7 工序 VII 钻 攻 M10 螺纹孔 机床 Z525 立式钻床 1 钻 8 5mm 孔 刀具 高速钢锥柄麻花钻 D 8 5mm 由 切削工艺手册 表 2 7 查得 f 0 28mm r 由表 2 15 取切削速度 v 16m min 则主轴转速 n 600r min 按机床选取主轴转速 n 545r min 则切削速度 v 14 55m min 则 基本工时 t 0 10min 2 攻螺纹 M10mm 刀具 高速钢锥柄机用丝锥 等于工件螺纹螺距 p 即 f 1 25mm r 由 切削工艺手册 取切削速度 v 7 5 m min 则主轴转速 n 298r min 按机床选取主轴转速 n 272r min 则切削速度 v 6 8m min 则基本工时 t 0 05min 5 1 8 工序 IX 钻 粗铰 精铰 5 5mm 孔 1 钻 4 8mm 孔 刀具 高速钢锥柄麻花钻 D 4 8mm 由 切削工艺手册 表 2 7 查得 选择的高速钢锥柄麻花钻 mm8 4 0 10 fmm r 机 16 20 min c Vm 查 min 1326 8 4 2010001000 0 r d V n c 查 查 按机床选取 1360 minnr 机 min 5 20 1000 13608 4 1000 0 m nd Vc 机 机 基本工时 5 232 0 075 min 13600 1 t 铰孔 mm5 5 选择的铰刀 mm5 5 0 6 fmm r 机 min 42 347 5 5 610001000 0 r d V n c 查 查 按机床选取 392 minnr 机 min 77 6 1000 3925 5 1000 0 m nd Vc 机 机 基本工时 min043 0 6 0392 232 5 t 17 二 专用夹具的设计 第六章夹具体的设计 由于生产类型为成批 大量生产 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 6 1 定位方案设计 6 1 1 工件的定位基准及定位基面 Q 图图 3 钻钻14H7 孔工序示意图孔工序示意图 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14H7 孔 工件以25H8 孔及端面 10H7 孔作为定位基准 在一面两销上实现完全定位 由 气缸推动压块直接夹紧工件 工件的定位基面为25H8 孔内表面及端面 10H7 孔 内表面 6 1 2 定位方案选取与比较 为了加工 14H7 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 18 a 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 b 一面加圆柱销和半 V 形块定位 以 25H8mm 为定位基准 再在 25 外圆表 面用 V 形块定位 比较以上两个方案 明显 a 方案要好得多 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 b 方案和 a 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 孔中插入菱形销 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 6 1 3 定位元件的选用与计算 1 25H8 孔用一个固定式短圆柱销定位限制二个自由度 本设计方案选用固定式定位销 由于加工的 14H7mm 盲孔恰好在定位基准 25H8mm 孔内表面上 若采用标准件 势必影响 14H7mm 孔的加工 因此可专门 设计一个短圆柱销 其尺寸如零件图所示 见附录 销与 25H8mm 孔内表面为 H8 g7 间隙配合 既保证了短销定位 又方便了装夹工件 该销与定位面板上的 15mm 销孔呈 S7 g6 过盈配合 2 25H8 孔端面用一个平面定位限制三个自由度 所以选用一个固定支承板来定位 25 孔的端面 因为夹紧工件时产生的力比较大 即我选用 45 号钢作为支撑板材料 因为支撑板要让短圆柱销穿出所以我设计的支承 圆板孔隙为 15mm 其与圆柱销产生过盈配合才能更好的使支撑板起到轻微效果 所 以我确定其公差等级为 S7 通过查互换性与测量技术可得到孔隙为 15 010 0 028 0 因为夹紧定位时会产生较大的力 所以我取了板的厚度为 5mm 具体尺寸见零件图 3 10H7 孔用一个固定式菱形销定位限制一个自由度 19 本设计方案选用固定式定位销 查 机床夹具设计手册 确定削边销为 B10X22GB2203 80 标准 其相关尺寸如零件图所示 见附录 它和定位面板上的 10mm 销孔呈 P7 h6 过盈配合 与工件上 10mm 孔呈 H7 h6 间隙配合 在实际生产中 由于菱形销的尺寸已标准化啊 因而常按下面步骤进行两销设计 a 确定两销中心距尺寸及公差 取两孔中心距的基本尺寸为两销中心距的基本尺 寸 其公差取工件孔中心距公差的 1 5 1 3 取 1 4 即令 T 1 4T LXLK 由零件图可取两销中心距为 50 T 0 16 T 0 04 02 0 02 0 LKLX b 确定圆柱销直径及其公差 取相应孔的最小直径作为圆柱销直径的基本尺寸 其公差一般为 g 或 f 选 g 67 7 即通过查表及零件图可选取短圆柱销直径尺寸为 25 007 0 028 0 c 确定菱形销宽度 其直径及其公差 首先查机械制造工艺学表 6 1 选取菱形销 宽度 b 然后按公式 b 其中 b 菱形销宽度 D 工件上与菱形销配 min1 min22 LXLK TT D 2 合孔的最小直径 和 分别为孔 1 和销 1 孔 2 和销 2 的最小间隙 T和 T min1min2LX 分别为两孔中心距和两销中心距的公差 计算菱形销与其配合孔的最小间隙 LKmin2 再计算菱形销直径的基本尺寸 d D 最后按 h 或 h 确定菱形销的直径公 22min267 差 即可取 b 4 d 10 B 8 b 3 1 再按上述公式求得 0 0764 min2 b D TT LXLK 2 min1 4 10 009 0 04 0 16 0 最后按 h 确定菱形销直径的公差为 0 009mm 最后得到 d 10 62 076 0 085 0 6 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 3 1 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 14H7mm 的深度距端 20 28mm 检查长度为 25mm 的要求 定位基准是 45mm 圆柱小端面和 25H8 孔 10H7 孔 由一面两销实现完全定位 由于 45mm 圆柱小端面经过半精铣 表面粗 糙度达到 Ra3 2 m 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 而加工盲孔 14H7mm 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 6 3 导向装置的设计 6 3 1 钻套的设计 由于该夹具用于一个孔经钻 粗铰 精铰三个工步加工的工序 所以选择快换钻 套 快换钻套已标准化 6 3 2 钻套高度和排屑间隙 由参考文献 机械制造工艺学 查得 钻套高度 dH 5 2 1 排屑间隙 dh 2 1 3 0 式中 d 为所加工孔径 排屑间隙系数选取 0 5 所以 mmmmdH35 1414 5 2 1 5 2 1 取 12mmmmmmdh 2 11148 05 0 根据快换钻套 JB T8045 3 1999 基本尺寸选取钻套高度mmd14 mmH30 6 3 3 钻模的设计 钻模根据其结构特点可分为固定式钻模 回转式钻模 翻转式钻模 盖板式钻模 和滑注式钻模 1 固定式钻模在加工中相对于工件位置保持不变 这类钻模多在立式钻床 摇臂钻床和多轴钻床上使用 2 回转式钻模是夹具具有分度装置 由于加工精度比较高 所以成本比较大 我不选用这种 3 盖板式钻模的特点是没有夹具体 多用于加工大型工件上的小孔 我们这 里所要钻的不是什么小孔 所以也不选 4 滑注式钻模是一种具有升降模板的通用可调钻模 而且上升到一定高度时 21 或压紧工件应能自锁 综合这几种钻模 我本着简单实用方便的原则选用了固定式钻模 且固定式钻模 跟我设计的夹具体用螺钉联接 为了减少钻套与钻头的配合间隙过大 钻孔和铰孔时刀具发生位移或倾斜 所以 我们应该适当减少刀具与钻套的配合间隙 如用标准钻头不能满足这一要求时 可以 采用带有后引导的专用钻头 我取它们得配合间隙为 H7 g6 根据查机床夹具设计手册可知可换钻套与衬套之间的配合间隙一般是按 H7 g6 的 配合公差 而且目前钻模都已经标准化 具体尺寸见我的部件图 6 4 夹紧装置设计 6 4 1 夹紧装置选用原则 夹紧力方向原则 夹紧力的作用方向不应破坏工件的既定位置 夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能小 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 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 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 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 所以我设计的可能夹紧方案有 方案一 用压块来夹紧工件 通过螺栓拧紧 让压块来夹紧工件 由于工件 25 孔的端面已经加工过 所以用压块的话可能会影响其粗糙度 并且手动螺栓夹紧 很费力 而且力度不好控制 方案二 用三角卡盘夹紧工件 由于我们知道 CA6140 车床手柄座形状比较特殊 所以卡盘夹紧的话作用点选取不大方便 方案三 选用气压缸装置夹紧 导气管前连上浮动支撑再加上压块夹紧工件 三个方案进行比较明显方案三更可行 因为该手柄是大批大量生产 所以如果 22 要机械夹紧的话会很费力 浪费人工 所以选用气压夹紧方便省力 且中间加了一个 浮动支撑 这样有利于更好的定位 也避免了压块压伤工件的情况产生 6 4 2 气压夹紧装置简介 气压传动夹紧优点 1 传力介质是空气 空气是大气中取之不竭用之不尽的 无成本费用及供应 上的困难 同时用过的空气可以直接放入外界 无污染问题 2 压缩空气在管道中流动的压力损失小 因此 便于几种供应和实现远程距 离操纵 以提高自动化速度 3 动作迅速 反应灵敏 因此可达到快速夹紧 方便操作 4 结构简单 维护方便 与液压传动相比指点更为突出 5 夹紧牢固 使用安全 6 原件易于标准化和规格化 因此可以缩短工艺装备的制造周期和有利于降 低成本 气压传动夹紧缺点 1 与手动夹紧装置相比 结构要复杂的多 受到生产批量与工厂条件的限制 而且要有压缩空气站 设备费用较高 2 由于压缩空气的工作压力一般为 4 5 公斤力 平方厘米 因此 要达到响应 的夹紧力 就要有足够大的活塞面积和一定尺寸的扩力机 所占的空间比较大 3 空气有压缩性 夹紧的刚度不够高 故应设置自锁装置 4 压缩空气流速大 通一管道出来的压缩空气在不同时间内空气压力也不尽 相同 因此要有调速装置和稳压装置 5 气压传动夹紧装置一般包括控制装置 能量转换装置和执行机构三部分 针对大批大量生产的工艺特征 从保证产品的质量和考虑尽量提高生产效率的问 题来考虑 为此 应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧 这里采用气缸联动夹紧 装置比较高效和省力 而且这是提高劳动生产率的重要途径之一 故夹具选用了气缸 推动压块夹紧工件 6 4 3 动力源的设计 动力源是整个夹具系统中的提供夹紧力的机构 是夹具机构中不能缺乏的部件 动力源的能否提供合适的夹紧力是夹具工作效率和质量的一大影响因素 因此 很有 必要对动力源进行精密的计算和设计 以及参照国家标准或者机械标准进行严格的选 择 那么 下面就对动力源进行设计和分析 23 我选用的是固定式气缸 目前这种气缸在我们国家都已经标准化了 常用的又耳 座式 凸缘式 和摆动式三种 不同的气缸 有不同的固定连接方式 耳座式气缸则采用耳座固定 凸缘式气缸 采用凸缘固定 而摆动式气缸则用铰链来固定 在这里我就选用耳座式 因为其比较简单方便 用四个螺栓固定在夹具体构架上 就可以 设计气缸时 有关参数按照下面的原则确定 1 壁厚的选择 可按机床夹具设计表 5 1 选择 通过查表 由于生产的是大批大量工件 所以为 了增加其使用寿命气缸材料选用 20 钢无缝钢管 则壁厚 5mm 2 缸体直径的选择 一般气缸正常的工作条件是 周围介质温度为 35 80 工作压力为 4 6 公斤 力 厘米 在选择气缸直径 D 时可以根据下式来确定 2 D p KP 4 其中 P 为工作所需的推力 K 为放大系数 一般 K 1 15 P 为气体工作压力 一般为 4 6 公斤力 厘米 2 查机床夹具设计手册表 5 1 可得到 汽缸的内径 D 为 100 活塞杆的直径 d 为 32 在这个装置中 拉力为 1057 5 N 推力为 1178 1 N 在计算活塞行程时 用于夹紧机构的气动装置 其气缸行程应该按计算所需的行程增加 10 20 mm 其 它的相关尺寸是按经验所给出的 一般都能满足要求 24 图图 4 气缸零件图气缸零件图 根据气缸的零件图以及相应的资料选择合理的活塞杆 换而言之 活塞杆的选用 是根据气缸的选择来的 二者的选择都可以参照资料 选择标准的值 能选用标准件的时候就尽量选用标准件 这不仅可以提高工件生产的效率 还可 以拥有一定的经济性 图图 5 活塞杆零件图活塞杆零件图 6 5 夹具体构架的设计 由于夹具体上的其他需要零件都已经设计好 剩下的就是夹具体的一个大构架设 计 因为上面要放一个气缸 还有钻模 所以经过琢磨我把夹具体构架设计成如零件 图所示那样 将其刚放在构架尾部 并用四个螺栓连接固定 钻模使用四个螺钉拧紧 放在构架上面 构架本体采用 HT150 由于模型比较简单 所以我采用铸造方法成型 因为钻孔时候产生的力比较大所以我有设计了一个加强筋 加强筋作用有