CA6140车床后托架的加工工艺及夹具设计

题目：CA6140 车床后托架的加工工艺及夹具设计专 业 班 级 姓 名 学 号 导 师 第 页 共 页II目 录1 引言 .11.1 机械制造加工工艺的现状与发展 .11.2 CA6140 车床后托架加工工艺规程 .22 CA6140 车床后托架的加工工艺设计 .32.1 CA6140 车床后托架的结构特点和技术要求 .32.2 CA6140 车床后托架的材料、毛坯和热处理 .32.2.1 毛坯材料及热处理 .32.2.2 毛坯的结构确定 .42.3 工艺过程设计中应考虑的主要问题 .52.3.1 加工方法选择的原则 .52.3.2 加工阶段的划分 .52.3.3 工序的合理组合 .62.3.4 加工顺序的安排 .62.4 CA6140 车床后托架的机械加工工艺过程分析 .82.4.1 CA6140 车床后托架零件图分析 .82.4.2 CA6140 车床后托架的加工工艺的路线 .82.5 CA6140 车床后托架的工序设计 .132.5.1 工序基准的选择 .142.5.2 工序 尺寸的确定 .142.5.3 加工余量的确定 .162.5.4 确定各工序的加工设备和工艺装备 .172.5.5 确定切削用量及工时定额 .183 专用夹具设计 .283.1 铣平面夹具设计 .283.1.1 研究原始资料 .283.1.2 定位基准的选择 .283.1.3 切削力及夹紧分析计算 .283.1.4 误差分析与计算 .303.1.5 夹具设计及操作的简要说明 .303.2 钻三杠孔夹具设计 .313.2.1 研究原始资料 .313.2.2 定位基准的选择 .313.2.3 切削力及夹紧力的计算 .313.2.4 误差分析与计算 .32 第 页 共 页III3.2.5 夹具设计及操作的简要说明 .333.3 钻底孔夹具设计 .333.3.1 研究原始资 料 .333.3.2 定位基准的选择 .343.3.3 切削力及夹紧力的计算 .343.3.4 误差分析与计算 .353.3.5 夹具设计及操作的简要说明 .35结束语 .36致谢 .37参考文 献 .38西 安 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 11 引言1.1 机械制造加工工艺的现状与发展从国内外机械制造工艺的技术水平来看发展较迅速，出现了很多新型的加工工艺技术。如制造自动化：（1） 在形式方面，制造自动化有三个方面的含义：代替人的体力劳动；代替或辅助人的脑力劳动；制造系统中人、机及整个系统的协调、管理、控制和优化。（2） 在功能方面，制造自动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是制造自动化功能目标体系的一部分。制造自动化的功能目标是多方面的，已形成一个有机体系。 （3） 在范围方面，制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程，而是涉及产品生命周期所有过程。近年来，机械制造工艺有着飞速的发展。比如，应用人工智能选择零件的工艺规程。因为特种加工的微观物理过程非常复杂，往往涉及电磁场、热力学、流体力学、电化学等诸多领域，其加工机理的理论研究极其困难,通常很难用简单的解析式来表达。近年来，虽然各国学者采用各种理论对不同的特种加工技术进行了深入的研究，并取得了卓越的理论成就，但离定量的实际应用尚有一定的距离。然而采用每一种特种加工方法所获得的加工精度和表面质量与加工条件参数间都有其规律。因此，目前常采用研究传统切削加工机理的实验统计方 法来了解特种加工的工艺规律，以便实际应用，但还缺乏系统性 1。受其限制，目前特种加工的工艺参数只能凭经验选取，还难以实现最优化和自动化，例如，电火花成形电极的沉入式加工工艺，它在占电火花成形机床总数 95%以上的非数控电火花成形加工机床和较大尺寸的模具型腔加工中得到广泛应用。虽然已有学者对其 CAD、CAPP 和 CAM 原理开展了一些研究，并取得了一些成果，但由于工艺数据的缺乏，仍未有成熟的商品化的 CAD/CAM 系统问世。通常只能采用手工的方法或部分借助于 CAD 造型、部分生成复杂电极的三维型面数据。随着模糊 数学、神经元网络及专家系统等多种人工智能技术的成熟发展，人们开始尝试利用这一技术 来建立加工效果和加工条件之间的定量化的精度、效率、经济性等实验模型，并得到了初步 的成果。因此，通过实验建模，将典型加工实例和加工经验作为知识存储起来，建立描述特 种加工工艺规律的可扩展性开放系统的条件已经成熟。并为进西 安 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 2一步开展特种加工加工工艺过程的计算机模拟，应用人工智能选择零件的工艺规程和虚拟加工奠定基础 2。1.2 CA6140 车床后托架加工工艺规程为了能具体确切的说明过程，使工件能按照零件图的技术要求加工出来，就得制定复杂的机械加工工艺规程来作为生产的指导性技术文件，学习研究制定机械加工工艺规程的意义与作用就是本课题研究目的。要制定 CA1640 车床加工工艺路线。(1) 我们必须仔细了解后托架零件结构，认真分析其零件图,培养我们独立识图能力,增强我们对零件图的认识和了解,通过对零件图的绘制,不仅能增强我们的绘图能力和运用 AutoCAD 软件的能力。 (2) 制订工艺规程、确定加工余量、工艺尺寸计算、工时定额计算、定位误差分析等。在整个设计中也是非常重要的,通过这些设计,不仅让我们更为全面地了解零件的加工过程、加工尺寸的确定,而且让我们知道工艺路线和加工余量的确定,必须与工厂实际的机床相适应。 这对以前学习过的知识的复习,也是以后工作的一个铺垫。 (3) 在这个设计过程中,我们还必须考虑工件的安装和夹紧.安装的正确与否直接影响工件加工精度,安装是否方便和迅速,又会影响辅助时间的长短,从而影响生产率,夹具是加工工件时,为完成某道工序,用来正确迅速安装工件的装置.它对保证加工精度、提高生产率和减轻工韧动量有很大作用。这是整个设计的重点,也是一个难点。 西 安 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 32 CA6140 车床后托架的加工工艺设计机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度，加工操作，安全生产，技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种，上质量，上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。在实际生产中，由于零件的生产类型、材料、结构、形状、尺寸和技术要求等不同，针对某一零件，往往不是单独在一种机床上，用某一种加工方法就能完成的，而是要经过一定的工艺过程才能完成其加工。因此，不仅要根据零件的具体要求，结合现场的具体条件，对零件的各组成表面选择合适的加工方法，还要合理地安排加工顺序，逐步地把零件加工出来。对于某个具体零件，可采用几种不同的工艺方案进行加工。虽然这些方案都可以加工出来合格的零件，但从生产效率和经济效益来看，可能其中有种方案比较合理且切实可行。因此，必须根据零件的具体要求和可能的加工条件等，拟订较为合理的工艺过程。2.1 CA6140 车床后托架的结构特点和技术要求由零件图 2.1 可得：CA6140 车床后托架是铸造件，从整体形状来看类似长方体。根据要求主要是加工孔和底平面。具体特点和技术要求如下：(1) 精加工孔 mm, mm, mm 要求达到的精度等级025+4.02+3.03+5.为 。粗糙度为 um，且以底平面为基准，要求平行度公差为 ，87IT61=.Ra 07.主要满足加工孔的位置精度。(2) 其他各个孔的加工都要以底平面为定位基准。所以，底平面的形位公差要达到设计要求。(3) mm、 mm 粗糙度为 mm； mm 为锥孔，且粗糙20-13-50=Rz20-度为 um。61=.Ra(4) 其余未注要求的加工表面为不去除材料加工。2.2 CA6140 车床后托架的材料、毛坯和热处理2.2.1 毛坯材料及热处理毛坯材料：西 安 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 4灰铸铁（HT150） ，由资料4机械加工工艺手册表 4-71，可得力学性能：表 2.1 灰铸铁（HT150）的性能参数牌号 铸件壁厚 最小抗拉强度 硬度 铸件硬度范围 金相组织HT150 2.5-1010-2020-3030-50175145130120H175 150-200 铁素体+珠光体灰铸体一般的工作条件：(1) 承受中等载荷的零件。(2) 磨檫面间的单位面积压力不大于 490KPa。毛坯的热处理：灰铸铁（HT150）中的碳全部或大部分以片状石墨方式存在铸铁中，由于片状石墨对基体的割裂作用大，引起应力集中也大；因此，使石墨片得到细化，并改善石墨片的分布，可提高铸铁的性能。可采用石墨化退火，来消除铸铁表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织（有大量的渗碳体出现） ，以便于切削加工。2.2.2 毛坯的结构确定毛坯的结构工艺要求：CA6140 车床后托架为铸造件，对毛坯的结构工艺有一定要求：(1) 铸件的壁厚应和合适，均匀，不得有突然变化。(2) 铸造圆角要适当，不得有尖角。(3) 铸件结构要尽量简化，并要有和合理的起模斜度，以减少分型面、芯子、并便于起模。(4) 加强肋的厚度和分布要合理，以免冷却时铸件变形或产生裂纹。(5) 铸件的选材要合理，应有较好的可铸性。毛坯形状、尺寸确定的要求：设计毛坯形状、尺寸还应考虑到：(1) 各加工面的几何形状应尽量简单。(2) 工艺基准以设计基准相一致。(3) 便于装夹、加工和检查。(4) 结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。西 安 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 5在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类、形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图 35 。2.3 工艺过程设计中应考虑的主要问题2.3.1 加工方法选择的原则(1) 所选加工方法应考虑每种加工方法的经济、精度要求相适应。(2) 所选加工方法能确保加工面的几何形状精度，表面相互位置精度要求。(3) 所选加工方法要与零件材料的可加工性相适应。(4) 加工方法要与生产类型相适应。(5) 所选加工方法企业现有设备条件和工人技术水平相适应。2.3.2 加工阶段的划分按照加工性质和作用的不同，工艺过程一般可划分为三个加工阶段：(1) 粗加工阶段粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属，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。一般粗加工的公差等级为 ，粗糙度为 um。12IT108Ra(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 。表面粗糙度为109ITum。2510.Ra(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，有利于提高加工精西 安 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 6度精加工的加工精度一般为 ，表面粗糙度为 um。76IT2510.Ra(4) 光整加工阶段对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精度改善很少。一般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为 ,表面粗65IT糙度为 um。32051.Ra此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。2.3.3 工序的合理组合确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则：(1) 工序分散原则工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。(2) 工序集中原则工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。2.3.4 加工顺序的安排零件的加工过程通常包括机械加工工序，热处理工序，以及辅助工序。在安排加工顺序时常遵循以下原则：见下表西 安 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 7表 2.2 加工工序安排原则工序类别 工序 安排原则机械加工 1. 对于形状复杂、尺寸较大的毛坯，先安排划线工序，为精基准加工提供找正基准。2. 按“先基准后其他”的顺序，首先加工精基准面。3. 在重要表面加工前应对精基准进行修正。4. 按“先主后次，先粗后精”的顺序。5. 对于与主要表面有位置精度要求的次要表面应安 排在主要表面加工之后加工。退火与正火 毛坯预备性热处理，应安排在机械加工之前进行。时效 为消除残余应力，对于尺寸大结构复杂的铸件，需在粗加工前、后各安排时效处理；对于一般铸件在铸造后或则粗加工后安排时效处理；对于精度高的铸件，在半精加工前、后各安排一次时效处理。淬火 淬火后工件硬度提高，应安排在精加工阶段的磨削加工前进行。渗碳 渗碳易产生变形，应安排在精加工前。热处理渗氮 一般安排在工艺过程的后部、该表面的最终加工之前。中间检验 一般安排在粗加工全部结束之后，精加工之前；花费工时较多和重要工序的前后。辅助工序特种检验 荧光检验、磁力探伤主要用于表面质量的检验，通常安排在精加工阶段。荧光如用于检验毛坯的裂纹，则安排在加工前。西 安 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 8表面处理 电镀、涂层、发蓝等表面处理工序一般安排在工序的最后进行。2.4 CA6140 车床后托架的机械加工工艺过程分析2.4.1 CA6140 车床后托架零件图分析图 2.1 CA6140 车床后托架零件图由图 2.1 可知：(1) 该零件为铸件，材料为灰铸铁 ，重量为 。)150(HTkg05.3(2) 要求加工 mm、 mm、 mm 的精度等级为 ，粗025+4.2+3.+.7IT糙度 um，且要求与底平面的平行度公差为 。61=.Ra 7.(3) 要求精加工底平面粗糙度 um，平面度公差为 。61=.Ra03.(4) 要求加工 mm、 mm 粗糙度为 。20-3-5Rz(5) mm 是锥孔，要求精铰加工，粗糙度 um。1-2 61=.a西 安 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 9(6) 对于 mm 孔口进行锪平加工。03+52.(7) 加工螺纹孔 。6M2.4.2 CA6140 车床后托架的加工工艺的路线拟定工艺路线是制定工艺过程的关键性的一步。在拟定时应充分调查研究，多提几个方案，加以分析比较确定一个最合理方案。采用加工方法一般所能达到的公差等级和表面粗糙度以及需留的加工余量。 表 2.3 加工表面参考参数加工表面 加工方法 表面粗糙度 Ra表面光洁度公差等级 公差等级加工余量说 明外圆粗 车半精车精 车细 车粗 磨精 磨研 磨12.56.31.60.81.00.40.11345677867891014IT12IT11IT10IT9IT8IT7IT6IT5IT8IT7IT6IT5IT6IT5111010887767645150.51.600.20.50.10.250.20.850.060.10.03指尺寸在直径180 以下,长度在500 以下,铸件的直径余量内孔钻 孔扩 孔粗 镗半精镗精 镗细 镗粗 铰精 铰粗 磨精 磨研 磨256.36.31.60.80.23.21.61.60.20.113452456679105667679101014IT13IT11IT10IT9IT10IT9IT9IT8IT8IT7IT7IT6IT8IT7IT8IT7IT6IT7IT610898876877676540.30.51.81.01.80.50.80.10.30.10.550.40.20.20.30.20.50.10.20.010.02指孔径在 180 以下,铸件直径的余量.L/d0经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可靠的。3.1.4 误差分析与计算该夹具以平面定位 V 形块定心，V 形块定心元件中心线与平面规定的尺寸公差为。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370.规定的工序公差。gwj+（3.7）与机床夹具有关的加工误差 ，一般可用下式表示：jMjjWDAZWj +=（3.8）由资料10机床夹具设计手册可得：(1) 平面定位 V 形块定心的定位误差： 0=WD(2) 夹紧误差： cos)-(=minaxyj（3.9） 其中接触变形位移值：m04.=)62.19(+(=nZHBaZRy lNck（3.10）由式 3.9 得： 3.os=yj(3) 磨损造成的加工误差： 通常不超过Mj 05.西 安 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 32(4) 夹具相对刀具位置误差： 取ADm01.误差总和： 7KW因此采用该夹紧机构工作是可靠的 17-18。3.2.4 误差分析与计算该夹具以底平面、侧面和盖板平面为定位基准，要求保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差以及孔轴线与底平面的平行度公差。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工序公差 11。孔 轴线与左侧面为线性尺寸一般公差。根据国家标准的规定，由资料640互换性与技术测量表 可知：25-1取 （中等级）即：尺寸偏差为m3.07+由资料10机床夹具设计手册可得：(1) 定位误差（两个垂直平面定位）： m.=WD(2) 夹紧误差： 其中接触变形位移值：cos)-(=minaxyj西 安 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 35m014.=8.9+)(=1nZHBaZRy SNcKk（3.15） m02.cosyj(3) 磨损造成的加工误差： 通常不超过Mj05.(4) 夹具相对刀具位置误差： 取ADm6.误差总和： 4.0KW因此采用该夹紧机构工作是可靠的。3.3.4 误差分析与计算该夹具以底面、侧面和顶面为定位基准，要求保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差。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工序公差。孔与左侧面为线性尺寸一般公差。根据国家标准的规定，由资料6互换性与技术测量表 可知：25-1取 （中等级）即 ：尺寸偏差为 、m2.015 3.7由资料10机床夹具设计手册可得：(1) 定位误差：定位尺寸公差 ，在加工尺寸方向上的投影，这里的m.=方向与加工方向一致。即：故 20W.D(2) 夹紧安装误差，对工序尺寸的影响均小。即： 0=j(3) 磨损造成的加工误差： 通常不超过Mj5.0(4) 夹具相对刀具位置误差：钻套孔之间的距离公差，按工件相应尺寸公差的五分之一取。即 m06.=AD误差总和： 5.2+wj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 1316 。3.3.5 夹具设计及操作的简要说明本夹具用于在摇臂钻床上加工后托架的底孔、锥孔。工件以底平面、侧面和顶端为定位基准，在支承钉和支承板上实现完全定位。采用手动螺旋压板机构夹紧工件。该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。西 安 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 38结束语关于 CA6140 车床后托架的加工工艺及夹具设计，经过 4 个月的努力，已经基本完成，现总结如下：（1） 通过本次的毕业设计，使我能够对书本的知识做进一步的了解与学习，对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解，本次进行工件的工艺路线分析、工艺卡的制定、工艺过程的分析、铣钻夹具的设计与分析，对我们在大学期间所学的课程进行了实际的应用与综合的学习。（2） 掌握了一般的设计思路和设计的切入点，对机械加工工艺规程和机床夹具设计有了个全面的认识，培养了正确的设计思路和分析解决问题的能力，同时提升了运用知识和实际动手的能力。（3） 进一步规范了制图要求，学会运用标准、规范、手册和查阅相关资料本领。（4） 我国机械行业还有很大的发展空间，需要我们的不断努力。由于本人水平有限，文中肯定存在很多不妥和错误之处。请各位老师给予指正和教导。西 安 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 39致 谢本毕业设计是在指导老师张少文的指导下完成的，衷心感谢张老师的悉心指导以及在生活上给予的关心和帮助。张老师以渊博的学识、高度的责