机械制造工艺学课程设计CA6140杠杆

1、湖南农业大学工学院（东方科技学院）课程设计说明书 课程名称： 机械制造工艺学 题目名称： 杠杆 班 级：2007级 机 制 专业五 班姓 名： 刘东 学 号： 200741914509 指导教师： 董亮 评定成绩：教师评语： 指导老师签名： 20 年 月 日 摘 要 本次课程设计，我分配到ca6140杠杆的设计图纸。我的任务就是设计ca6140杠杆工艺过程、工序和工序卡、设计一个夹具。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔的加工精度容易。因此，本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔的加工精度。基准的选择以杠杆外圆面作为粗基准，以孔及其下表面作为精基准。

2、以宽度为30mm的平台上端面和下侧面为基准，将孔加工出来。整个加工过程选用组合机床。在夹具方面选用专用夹具。考虑到零件的结构尺寸简单，夹紧方式多采用手动夹紧，夹紧简单，机构设计简单，且能满足设计要求。关键词 ： 工艺流程 工序卡 专用夹具 定位 夹紧1 杠杆加工工艺规程设计1.1零件的分析 2.1.1 零件的作用 2.1.2零件的工艺分析1.2杠杆加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的措施 2.2.1 确定毛坯的制作形式 2.2.2 基面的选择 2.2.3 确定工艺路线2.2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 2.2.5 确定切削用量 2.2.6 确定基本工时2 夹具设计 2.1加工

3、工艺孔25夹具设计 2.1.1 定位基准的选择 2.1.2 切削力的计算与夹紧力分析 2.1.3 夹紧元件及动力装置确定 2.1.4 钻套、衬套、钻模板及夹具设计 2.1.5 夹具精度分析 2.1.6 夹具设计及操作的简要说明3 总结 1 杠杆加工工艺规程设计1.1零件的分析1.1.1零件的作用题目给出的零件是ca6140的杠杆。它的主要的作用是用来支承、固定的。要求零件的配合要符合要求。1.1.2零件的工艺分析 零件的材料为ht200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，为此以下是杠杆需要加工表面以及加工表面的位置要求。现分析如下：（1）主要加工面：1）小头钻以及与此孔相通

4、的14阶梯孔、m8螺纹孔；2）钻锥孔及铣锥孔平台；3）钻2m6螺纹孔；4）铣杠杆底面及2m6螺纹孔端面。（2）主要基准面：1）以45外圆面为基准的加工表面这一组加工表面包括：的孔、杠杆下表面2）以的孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：14阶梯孔、m8螺纹孔、锥孔及锥孔平台、2m6螺纹孔及其倒角。其中主要加工面是m8螺纹孔和锥孔平台。 杠杆的25孔的轴线合两个端面有着垂直度的要求。现分述如下：本套夹具中用于加工25孔的是立式钻床。工件以25孔下表面及45孔外圆面为定位基准，在定位块和v型块上实现完全定位。加工25时，由于孔表面粗糙度为。主要采用钻、扩、铰来保证其尺寸精度。本套夹具中用于加工杠杆

5、的小平面和加工12.7是立式铣床。工件以 孔及端面和水平面底为定位基准，在长销、支承板和支承钉上实现完全定位。加工表面：包括粗精铣宽度为30mm的下平台、钻12.7的锥孔，由于30mm的下平台的表面、孔表面粗糙度都为。其中主要的加工表面是孔12.7，要用12.7钢球检查。本套夹具中用于加工与25孔相通的m8螺纹底孔是用立式钻床。工件以孔及其下表面和宽度为30mm的下平台作为定位基准，在大端面长圆柱销、支承板和支承钉上实现完全定位。加工m8螺纹底孔时，先用7麻花钻钻孔，再用m8的丝锥攻螺纹。1.2杠杆加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施1.2.1确定毛坯的制造形式零件的材料ht200。

6、由于年产量为4000件，达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造。便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。1.2.2基面的选择（1）粗基准的选择 对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，选择本零件的不加工表面是加强肋所在的肩台的表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，利用一个v形块支承45圆的外轮廓作主要定位，以限制四个自由度。再以一面定位消除两个自由度，达到完全定位,就可加工25的孔。（2）精基准的选择 主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用25的孔作为精基准。1.2.3确定工艺路线工序1 铸造工序2 时

7、效处理工序3粗精铣25孔下表面 粗精铣杠杆下表面。保证粗糙度是3.2选用立式升降台铣床x52k。工序4钻、扩、铰孔使尺寸到达mm 加工孔25。钻孔25的毛坯到22mm；扩孔22mm到24.7mm；铰孔24.7mm到mm。保证粗糙度是1.6采用立式钻床z535。采用专用夹具。工序5粗精铣宽度为30mm的下平台 粗精铣宽度为30mm的下平台，仍然采用立式铣床x52k，用组合夹具。工序6钻12.7的锥孔 钻12.7的锥孔，采用立式钻床z535，为保证加工的孔的位置度，采用专用夹具。工序7加工m8螺纹孔，锪钻14阶梯孔 加工螺纹孔m8，锪钻14阶梯孔。用组合夹具，保证与垂直方向成10。工序8粗精铣2-

8、m6上端面 。粗精铣m6上端面。 用回转分度仪加工，粗精铣与水平成36的台肩。用卧式铣床x52k，使用组合夹具。工序9钻2-m6螺纹底孔孔，攻螺纹孔2-m6 一杠杆侧面为基准钻2-m6螺纹底孔、攻2-m6螺纹用立式钻床z535，为保证加工的孔的位置度，采用专用夹具工序10 检查1.2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定杠杆的材料是ht200，毛坯的重量0.85kg，生产类型为大批生产。由于毛坯用采用金属模铸造, 毛坯尺寸的确定如下：由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。 由于本设计规定

9、零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与最小余量时应按调整法加工方式予以确定。 毛坯与零件不同的尺寸有：(具体见零件图)故台阶已被铸出,根据参考文献14的铣刀类型及尺寸可知选用6mm的铣刀进行粗加工,半精铣与精铣的加工余量都为0.5mm。1）加工25的端面，根据参考文献6表4-35和表4-37考虑3mm，粗加工2mm到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求，精加工1mm，同理上下端面的加工余量都是2mm。2）对25的内表面加工。由于内表面有粗糙度要求1.6。可用一次粗加工1.9mm，一次精加工0.1mm就可达到要求。3）加工宽度为30mm的下平台时，用铣削的方法加工台肩。由于台肩的加工

10、表面有粗糙度的要求，而铣削的精度可以满足，故采取分四次的铣削的方式，每次铣削的深度是2.5mm。 4）钻锥孔12.7时要求加工一半，留下的余量装配时钻铰，为提高生产率起见，仍然采用12的钻头，切削深度是2.5mm。5）钻14阶梯孔，由于粗糙度要求，因此考虑加工余量2mm。可一次粗加工1.85mm，一次精加工0.15就可达到要求。6）加工m8底孔，根据参考文献6表4-23考虑加工余量1.2mm。可一次钻削加工余量1.1mm，一次攻螺纹0.1就可达到要求。7）加工2-m6螺纹，根据参考文献6表4-23考虑加工余量1.2mm。可一次钻削加工余量1.1mm，一次攻螺纹0.1mm就可达到要求。8）加工2

11、-m6端面，粗加工2mm到金属模铸造的质量和表面粗糙度要求，精加工1mm，可达到要求。1.2.5确定切削用量 工序1 铸造工序2 时效处理工序3：粗、精铣孔下平面（1）粗铣孔下平面加工条件：工件材料： ht200，铸造。机床：x52k立式铣床。查参考文献1表3034刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。因其单边余量：z=1.9mm所以铣削深度：每齿进给量：根据参考文献2表2.4-75，取铣削速度：参照参考文献1表3034，取。机床主轴转速： 式（2.1）式中 v铣削速度； d刀具直径。由式2.1机床主轴转速：按照参考文献2表3.1-74 实际铣削速度：进给量：

12、 工作台每分进给量： ：根据参考文献1表2.4-81,（2）精铣孔下平面加工条件：工件材料： ht200，铸造。机床： x52k立式铣床。参考文献1表3031刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：， ，齿数12，此为细齿铣刀。精铣该平面的单边余量：z=0.1mm铣削深度：每齿进给量：根据参考文献1表3031，取铣削速度：参照参考文献1表3031，取机床主轴转速，由式（2.1）有：按照参考文献1表3.1-31 实际铣削速度：进给量，由式（1.3）有：工作台每分进给量： 工序4：加工孔25到要求尺寸工件材料为ht200铁，硬度200hbs。孔的直径为25mm，公差为h7，表面粗糙度。加工机床为z5

13、35立式钻床，加工工序为钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔22mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔24.7mm标准高速钢扩孔钻；铰孔25mm标准高速铰刀。选择各工序切削用量。（1）确定钻削用量1）确定进给量 根据参考文献1表28-10可查出，由于孔深度比，故。查z535立式钻床说明书，取。根据参考文献1表28-8，钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），根据表28-9，允许的进给量。由于所选进给量远小于及，故所选可用。2）确定切削速度、轴向力f、转矩t及切削功率 根据表28-15，由插入法得：，由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进

14、行修正。由参考文献1表28-3，故查z535机床说明书，取。实际切削速度为：由表28-5，故3）校验机床功率 切削功率为机床有效功率故选择的钻削用量可用。即，相应地，（2）确定扩孔切削用量1）确定进给量 根据参考文献1表28-31，。根据z535机床说明书，取=0.57mm/r。2）确定切削速度及 根据参考文献1表28-33，取。修正系数：，故 查机床说明书，取。实际切削速度为 （3）确定铰孔切削用量1）确定进给量 根据参考文献1表28-36，按该表注4，进给量取小植。查z535说明书，取。2）确定切削速度及 由参考文献1表28-39，取。由参考文献7表28-3，得修正系数，故 查z535说明

15、书，取，实际铰孔速度 （4）各工序实际切削用量 根据以上计算，各工序切削用量如下：钻孔：，扩孔：，铰孔：，工序5：粗精铣宽度为30mm的下平台（1）粗铣宽度为30mm的下平台加工条件：工件材料： ht200，铸造。机床：x52k立式铣床。查参考文献1表3034刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。因其单边余量：z=2mm所以铣削深度：每齿进给量：根据参考文献3表2.4-75，取铣削速度：参照参考文献1表3034，取。由式2.1得机床主轴转速：按照参考文献2表3.1-74 实际铣削速度：进给量： 工作台每分进给量： ：根据参考文献1表2.4-81,被切削层长度：

16、由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度： 式（2.2）刀具切出长度：取走刀次数为1（2）精铣宽度为30mm的下平台加工条件：工件材料： ht200，铸造。机床： x52k立式铣床。由参考文献1表3031刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：， ，齿数12，此为细齿铣刀。精铣该平面的单边余量：z=1.0mm铣削深度：每齿进给量：根据参考文献1表3031，取铣削速度：参照参考文献1表3031，取机床主轴转速，由式（2.1）有：按照参考文献3表3.1-31 实际铣削速度：进给量，由式（2.3）有：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取走刀次数为1工序6： 钻1

17、2.7的锥孔工件材料为ht200铁，硬度200hbs。孔的直径为12.7mm，表面粗糙度。加工机床为z535立式钻床，钻孔12mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔12.7mm标准高速钢扩孔钻。选择各工序切削用量。（1）确定钻削用量1）确定进给量 根据参考文献1表28-10可查出，由于孔深度比，故。查z535立式钻床说明书，取。根据参考文献1表28-8，钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），根据参考文献1表28-9，允许的进给量。由于所选进给量远小于及，故所选可用。2）确定切削速度、轴向力f、转矩t及切削功率 根据参考文献1表28-15，由插入法得：

18、，由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。由参考文献1表28-3，故查z535机床说明书，取。实际切削速度为：由参考文献1表28-5，故3）校验机床功率 切削功率为机床有效功率故选择的钻削用量可用。即，相应地，（2）确定扩孔切削用量1）确定进给量 根据参考文献1表28-31，。根据z535机床说明书，取=0.57mm/r。2）确定切削速度及 根据参考文献1表28-33，取。修正系数：，故 查机床说明书，取。实际切削速度为 工序7：钻m8螺纹孔锪钻14阶梯孔（1）加工m8底孔工件材料为ht200铁，硬度200hbs。孔的直径为8mm。加工机床为z535立式钻床，加工工序

19、为钻孔至7，选用7的麻花钻头。攻m8螺纹，选用m8细柄机用丝锥攻螺纹。切削深度：进给量：根据参考文献3表2.4-39，取切削速度：参照参考文献3表2.4-41，取由式（2.1）机床主轴转速：，取实际切削速度：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为1攻m81.5的螺纹机床：z535立式钻床刀具：细柄机用丝锥（）进给量：由于其螺距,因此进给量切削速度：参照参考文献3表2.4-105，取由式（2.1）机床主轴转速：，取丝锥回转转速：取实际切削速度： （2）锪钻14阶梯孔工件材料为ht200铁，硬度200hbs。孔的直径为14mm，表面粗糙度。加工机床为z535立式钻床，加工工序为锪钻，

20、加工刀具为：锪钻孔14mm小直径端面锪钻。 1）确定切削用量确定进给量 根据参考文献1表28-10可查出，由于孔深度比，故。查z535立式钻床说明书，取。根据参考文献1表28-8，钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），根据参考文献1表28-9，允许的进给量。由于所选进给量远小于及，故所选可用。确定切削速度、轴向力f、转矩t及切削功率 根据表28-15，由插入法得：，由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。由参考文献1表28-3，故查z535机床说明书，取。实际切削速度为由参考文献1表28-5，故校验机床功率 切削功率为 机床有效功率

21、故选择的钻削用量可用。即，相应地， 工序8：粗精铣m6上端面工件材料为ht200铁，硬度200hbs。要求粗糙度，用回转分度仪加工，粗精铣与水平成36的台肩。用立式铣床x52k，使用组合夹具。（1）粗铣m6上端面加工条件：工件材料： ht200，铸造。机床：x52k立式铣床。查参考文献1表3034刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。因其单边余量：z=2mm所以铣削深度：每齿进给量：根据参考文献3表2.4-75，取铣削速度：参照参考文献1表3034，取由式（2.1）机床主轴转速：按照参考文献1表3.1-74 实际铣削速度：进给量： 工作台每分进给量： ：根据参

22、考文献1表2.4-81,被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度： 刀具切出长度：取走刀次数为1（2）精铣m6上端面加工条件：工件材料： ht200，铸造。机床： x52k立式铣床。参考文献7表3031刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：， ，齿数12，此为细齿铣刀。精铣该平面的单边余量：z=1.0mm铣削深度：每齿进给量：根据参考文献1表3031，取铣削速度：参照参考文献1表3031，取机床主轴转速，由式（1.1）有：按照参考文献3表3.1-31 实际铣削速度：进给量，由式（2.3）有：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取走刀次数为1工

23、序9：钻2-m6工件材料为ht200铁，硬度200hbs。孔的直径为6mm。加工机床为z535立式钻床，加工工序为钻孔至5，选用5的麻花钻头。攻m6螺纹，选用m6细柄机用丝锥攻螺纹。切削深度：进给量：根据参考文献3表2.4-39，取切削速度：参照参考文献3表2.4-41，取由式（2.1）机床主轴转速：，取实际切削速度：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为1攻m61.5的螺纹机床：z535立式钻床刀具：细柄机用丝锥（）进给量：由于其螺距,因此进给量切削速度：参照参考文献3表2.4-105，取由式（2.1）机床主轴转速：，取丝锥回转转速：取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度

24、：刀具切出长度：走刀次数为1工序10 检查2 夹具设计2.1加工工艺孔25夹具设计本夹具主要用来钻、扩、铰工艺孔25。这个工艺孔有尺寸精度要求为+0.023，表面粗糙度要求，表面粗糙度为，与顶面垂直。并用于以后各面各孔加工中的定位。其加工质量直接影响以后各工序的加工精度。本到工序为杠杆加工的第二道工序，加工到本道工序时只完成了杠杆下表面的粗、精铣。因此再本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。2.1.1定位基准的选择由零件图可知，工艺孔位于零件中心偏左，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与顶面垂直。为了保证所钻、铰的孔与顶面垂直并

25、保证工艺孔能在后续的孔系加工工序中使各重要支承孔的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣25下表面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择选用45外圆面作为定位基准，用v型块定位限制4个自由度。再以25下表面加3个支撑钉定位作为主要定位基面以限制工件的三个自由度。为了提高加工效率，根据工序要求先采用标准高速钢麻花钻刀具对工艺孔25进行钻削加工；然后采用标准高速钢扩孔钻对其进行扩孔加工；最后采用标准高速铰刀对工艺孔25进行铰孔加工。准备采用手动夹紧方式夹紧。2.1.2切削力的计算与夹紧力分析由于本道

26、工序主要完成工艺孔的钻、扩、铰加工，而钻削力远远大于扩和铰的切削力。因此切削力应以钻削力为准。由参考文献1得：钻削力 钻削力矩 式中： 本道工序加工工艺孔时，工件的45外圆面与v形块靠紧。采用带光面压块的压紧螺钉夹紧机构夹紧，该机构主要靠压紧螺钉夹紧，属于单个普通螺旋夹紧。根据参考文献4可查得夹紧力计算公式： 式（3.1）式中： 单个螺旋夹紧产生的夹紧力（n）； 原始作用力（n）； 作用力臂（mm）； 螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm）； 螺杆端部与工件间的摩擦角（）； 螺纹中径之半（mm）； 螺纹升角（）； 螺旋副的当量摩擦角（）。由式（3.1）根据参考文献4表1-2-23可查得点接触的

27、单个普通螺旋夹紧力：2.1.3夹紧元件及动力装置确定由于杠杆的生产量很大，采用手动夹紧的夹具结构简单，在生产中的应用也比较广泛。因此本道工序夹具的夹紧动力装置采用手动夹紧。采用手动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。本道工序夹具的夹紧元件选用带光面压块的压紧螺钉。旋紧螺钉使其产生的力通过光面压块将工件压紧。带光面压块的压紧螺钉的结构如图3.1所示。图3.1 带光面压块的压紧螺钉2.1.4钻套、衬套、钻模板及夹具体设计工艺孔的加工需钻、扩、铰三次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔25mm分钻、扩、铰三个工步完成加工。钻、扩、铰，加

28、工刀具分别为：钻孔22mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔24.7mm标准高速钢扩孔钻；铰孔mm标准高速铰刀。根据参考文献4表2-1-47可查得钻套孔径结构尺寸如图3.2及表3.1所示。图3.2 快换钻套表3.1 铰工艺孔钻套结构参数如下表：dhd公称尺寸公差222530+0.021+0.0084642125.5181829.555衬套选用固定衬套其结构如图3.3所示。图3.3 固定衬套衬套选用固定衬套其结构参数如表3.2所示。表3.2 固定衬套的结构尺寸dhdc 公称尺寸允差公称尺寸允差30+0.041+0.0202542+0.033+0.01713根据参考文献4表2-1-27固定

29、v型块的结构及主要尺寸如图3.4及表3.3所示。图3.4 v型块表3.3 v型块的主要尺寸ndbhlllaa1dd1d2hb4245522068201426221011181012注：t=l+0.707d-0.5n钻模板选用固定式钻模板，工件以底面及45外圆面分别靠在夹具支架的定位快及v型块上定位，用带光面压块的压紧螺钉将工件夹紧。夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构见夹具装配图zjz-01所示。2.1.5夹具精度分析利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统。它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。由工序简图可知，本道工序由于工序基准与加工基准重合，又采用顶面为主要定位基面，故定位误差很小可以忽略不计。本道工序加工中主要保证工艺孔尺寸mm及表面粗糙度。本道工序最后采用铰加工，选用标准高速铰刀，直径为mm，并采用钻套，铰刀导套孔径为，外径为同轴