CA6140机床后托架加工工艺及夹具设计3套夹具【含CAD图纸】
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山西工程技术学院毕业设计说明书毕业生姓名：梁东辉专业：机械电子工程学号：180533021指导教师：郭晓红所属系（部）：机械电子工程系二二年五月山西工程技术学院毕业设计（指导教师）评阅书题目：CA6140机床后托架加工工艺及夹具设计 机械电子工程系机械电子工程专业 姓名梁东辉 设计时间：2020 年 月 日 2020 年 月 日 评阅意见：成绩： 指导教师：（签字） 职务：2020年 月 日山西工程技术学院毕业设计（同行教师）评阅书题目： CA6140机床后托架加工工艺及夹具设计 机械电子工程 系机械电子工程 专业 姓名梁东辉 设计时间：2020年 月 日 2020 年 月 日 评阅意见：评分内容具体要求分值得分说明书工作量字数2.5万字以上得20分；2万字以上，不足2.5万字得15分；2万字以下的10分。20图纸工作量图纸折合4张A0及以上得20分；不足4张A0，达3张以上，得15分；3张以下得10分。20说明书质量内容完整，装订顺序正确，结构合理，文字通顺；目录、字体、字号、行距等符合要求，公式、插图、表格使用合理；文献翻译质量、篇幅符合规定要求。存在02处错误得30分；35处错误得20分；5处以上得15分。30图纸质量图纸组成元素完整，表达方式合理，图框、标题栏、线型、线宽及字体字号符合相关标准。存在02处错误得30分；35处错误得20分；5处以上得15分。30总分（百分制）100成绩： 评阅教师：（签字） 职务：2020年月日山西工程技术学院毕业设计答辩记录及成绩评定表机械电子工程 系机械电子工程专业 姓名梁东辉 答 辩 内 容问题摘要答辩情况 记录员： （签名）成 绩 评 定指导教师成绩评阅教师成绩答辩组评定成绩综合成绩注：评定成绩为100分制，指导教师为20%，评阅教师为30%，答辩组为50%。专业答辩组组长： （签名） 2020年月日 CA6140机床后托架加工工艺及夹具设计摘 要本设计是在CA6140机床后托架零件图的图样分析后进行CA6140机床后托架的机械加工工艺路线的设计，同时按照其中的加工工序的要求设计夹具。在生产过程中，使生产对象（原材料，毛坯，零件或总成等）的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程，如毛坯制造，机械加工，热处理，装配等都称之为工艺过程。在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。在零件的夹具设计中，主要是根据零件加工工序要求，分析应限的自由度数，进而根据零件的表面特征选定定位元件，再分析所选定位元件能否限定应限自由度。确定了定位元件后还需要选择夹紧元件，最后就是确定专用夹具的结构形式。关键词:工序；工艺；加工余量；定位方案；夹紧力1Machining technology and fixture of design of back bracket of CA6140 machine toolAbstractThis design is after the CA6140 machine tool back bracket part drawing analysis carries on the CA6140 machine tool back bracket mechanical processing craft route design, simultaneously according to the processing procedure request design Jig.Enable producing the target in process of production (raw materials, the blank , state of quality and quantity on part become always ) take place direct course of change ask craft course, if the blank is made, machining, heat treatment , assemble etc. and call it the craft course. In the course of making the craft , is it confirm every erector location and worker step that process need this of process to want, the locomotive of processing , this process , and the entering the giving amount of the lathe, cut depth , the rotational speed of the main shaft and speed of cutting, the jig of this process, the cutter and measuring tool, a one hundred sheets of number of times still leaves and a one hundred sheets of length leaves, calculate basic time of this process , auxiliary time and service time of place of working finally.In the fixture design of parts, mainly according to the requirement of machining process, the number of degrees of freedom analysis should limit, then according to the surface characteristics of components selected location element, then analyze the selected location components can be qualified shall be limited degrees of freedom. Determine the location element also need to select the clamping element, the last is to determine the structure of the special fixture.Keywords:The process；workers step；the surplus of processing；orient the scheme；clamp strengthii目 录摘 要iAbstractii1 引言11.1 本课题的研究内容和意义11.2 国内外的发展概况21.3 本课题应达到的要求32 CA6140机床后托架加工工艺52.1 CA6140机床后托架的工艺分析52.2 CA6140车床后托架的材料、毛坯和热处理62.2.1 毛坯材料及热处理62.2.2 毛坯的结构确定72.3 确定各表面加工方案82.3.1 选择加工方法综合考虑因素82.3.2 平面的加工方案82.3.3 孔的加工方案92.4 确定定位基准92.4.1 粗基准的选择92.4.2 精基准选择的原则102.5 工艺路线的拟订112.5.1 工序的合理组合112.5.2 工序的集中与分散112.5.3 加工阶段的划分122.5.4 加工工艺路线方案的比较132.6 机械加工偏差及余量计算162.7 确定切削用量及基本工时192.7.1 工序1：粗、精铣底面192.7.2 工序2：粗、半精、精镗CA6140侧面三杠孔212.7.3 工序3：钻顶面四孔292.7.4 工序4：钻侧面两孔332.8 时间定额计算及生产安排362.8.1 粗、精铣底面362.8.2 镗侧面三杠孔372.8.3 钻顶面四孔383 专用夹具设计403.1 铣平面夹具设计403.1.1 研究原始质料403.1.2 定位基准的选择403.1.3 切削力及夹紧分析计算403.1.4 误差分析与计算423.1.5 夹具设计及操作的简要说明433.2 镗孔夹具设计433.2.1 研究原始质料433.2.2 定位基准的选择433.2.3 切削力及夹紧力的计算443.2.4 误差分析与计算463.3 钻顶面四孔夹具设计473.3.1 研究原始质料473.3.2 定位基准的选择473.3.3 切削力及夹紧力的计算483.3.4 误差分析与计算493.3.5 夹具设计及操作的简要说明50结束语51参考文献52附 录53外文资料56中文译文62致 谢67山西工程技术学院毕业设计说明书1 引言1.1 本课题的研究内容和意义机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。机械加工工艺规程是生产准备工作的主要依据。根据它来组织原材料和毛坯的供应，进行机床调整，专用工艺装备的设计与制造，编制生产作业计划，调配劳动力，以及进行生产成本核算等。机械加工工艺规程也是组织生产、进行计划调度的依据。有了它就可以制定生产产品的进度计划和相应的调度计划，并能做到各工序科学地衔接，使生产均衡、顺利，实现优质、高产和低消耗。机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片，是两个主要的工艺文件。机械加工工艺过程卡片，是说明零件加工工艺过程的工艺文件。在单件中小批量生产中，以机械加工工艺过程卡片指导生产，过程卡的各个项目编制较为详细。机械加工工序卡片是为每个工序详细制定的，用于直接指导工人进行生产，多用于大批量生产的零件和成批生产中的重要零件。夹具是机械加工过程中一种工艺装备，它在生产中起的作用很大，所以在机械加工中应用十分广泛。而我们研究它就要保证它能够达到以下功用：(1)保证工件的加工精度由于采用夹具安装，可以准确的确定工件与机床、刀具之间的相互位置，所以在机械加工中，可以保证工件各个表面的相互位置精度，使其不受或不受各种主观因素影响，容易获得较高的加工精度，并使一批工件的精度稳定。(2)提高劳动生产率和降低加工成本采用夹具使工件装夹方便，免去工件逐个找正对刀所花费的时间，因此可以缩短辅助时间。另外，采用夹具装夹或定位，可以保证产品质量稳定，对操作工人的技术水平的要求可以降低，有利于提高生产率和降低成本。(3)扩大机床工艺范围和改变机床用途使用专用夹具可以改变原机床用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。这是在生产条件有限的情况下常用的一种技术改造措施。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工，可以充分发挥通用机床的作用。(4)改善劳动条件和保证生产安全使用专用机床夹具可以减轻工人劳动强度、改善劳动条件，保证安全生产。机械加工工艺及夹具毕业设计是对所学专业课知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练，对自己所学的理论知识进行一次综合运用。在这次设计过程中，充分挖掘自己分析问题，解决问题的潜力。并希望通过毕业设计能养成一种严谨，认真的态度，为以后参加工作打下一个良好的基础。1.2 国内外的发展概况随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈的竞争。然而，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为15%左右。特别是近年来，数控机床(NC)、 加工中心(MC)、成组技术(GT)、 柔性制造系统(FMS) 等新技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求:(1)能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。(2)能装夹一组具有相似性特征的工件。(3)适用于精密加工的高精度机床夹具。(4)适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。(5)采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。(6)提高机床夹具的标准化程度。现代机床夹具的发展方向主要表现为精密化、高效化、柔性化、标准化四个方面。要想达到这样的生产要求，就必须计算加工工序零件在加工过程中由于切削力、重力、惯性力等所产生的切削力及切削力矩，按照夹具设计中所确定的夹紧方式进行夹紧力的计算，为了减小夹具的具体尺寸，就需要增大夹具的定位区间，增大由夹紧力而产生的摩擦力矩、正压力及由此而产生的摩擦力，以达到夹具小巧而精用的目的。同时为了减少工人的劳动强度，提高工件装夹效率，还需要对夹具的夹紧机构的行程进行设计，以期以最短的夹紧行程，达到最佳的夹紧效果。1.3 本课题应达到的要求通过实际调研和采集相应的设计数据、阅读相关资料相结合，对CA6140机床后托架的基本结构及作用有个大致的了解，在此基础上，经过对金属切削加工、金属切削机床、机械设计与理论等相关知识充分掌握后，分析CA6140机床后托架的加工工艺，确定CA6140机床后托架的加工工艺各加工表面的加工方法，进而形成CA6140机床后托架的机械加工工艺路线。并能根据CA6140机床后托架的的加工工序要求，分析CA6140机床后托架的定位方式、金属切削加工过程中的机床工作台驱动、工件夹紧等方面的相关数据，结合机械机构设计的相关理论知识，完成工件的有效定位及夹紧，从而使整个CA6140机床后托架的加工工艺路线经济，工件定位方案合理，来达到产品的最优化设计。工艺规程主要步骤：(1)确定生产类型。(2)分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。主要包括零件的加工工艺性、装配工艺性、主要加工表面及技术要求，了解零件在产品中的功用。(3)确定毛坯的类型、结构形状、制造方法等。(4)拟订工艺路线。包括选择定位基准、确定各表面的加工方法、划分加工阶段、确定工序的集中和分散的程度、合理安排加工顺序等。(5)确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。(6)确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。(7)确定切削用量及计算时间定额。(8)确定各主要工序的技术要求及检验方法。(9)填写工艺文件。2 CA6140机床后托架加工工艺2.1 CA6140机床后托架的工艺分析CA6140机床后托架的是CA6140机床的一个重要零件，因为其零件尺寸较小，结构形状也不是很复杂，但侧面三杠孔和底面的精度要求较高，此外还有顶面的四孔要求加工，但是对精度要求不是很高。后托架上的底面和侧面三杠孔的粗糙度要求都是，所以都要求精加工。其三杠孔的中心线和底平面有平面度的公差要求等。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它的加工是非常关键和重要的。图2.1 CA6140机床后托架零件图CA6140机床后托架零件图如图2.1所示，其技术要求为：其加工有三组加工。底面、侧面三孔、顶面的四个孔、以及左视图上的两个孔。(1)以底面为主要加工的表面，有底面的铣加工，其底面的粗糙度要求是，平面度公差要求是0.03。(2)另一组加工是侧面的三孔，分别为，其表面粗糙度要求 要求的精度等级分别是，。(3)以顶面为住加工面的四个孔，分别是以和为一组的阶梯空，这组孔的表面粗糙度要求是，以及以和的阶梯孔，其中是装配铰孔，其中孔的表面粗糙度要求是，是装配铰孔的表面粗糙度的要求是。(4)CA6140机床后托架毛坯的选择金属行浇铸，因为生产率很高，所以可以免去每次造型。单边余量一般在，结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。因为CA6140机床后托架的重量只有3.05kg,而年产量是5000件，由机械加工工艺手册表2.1-3可知是中批量生产。由以上分析可知。该零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于CA6140机床后托架来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。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：灰铸铁（HT150），由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HT1502.5-1010-2020-3030-50175145130120H175150-200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。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。2.3 确定各表面加工方案一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时是加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于我们设计CA6140机床后托架的加工工艺来说，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较低的机床。2.3.1 选择加工方法综合考虑因素(1)要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。(2)根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工，在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。(3)要考虑被加工材料的性质，例如，淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。(4)要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。(5)此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法。再选择前面各工序的加工方法，如加工某一轴的主要外圆面，要求公差为IT6，表面粗糙度为Ra0.63m，并要求淬硬时，其最终工序选用精度，前面准备工序可为粗车半精车淬火粗磨。2.3.2 平面的加工方案由机械加工工艺手册表2.1-12可以确定，底面的加工方案为底平面：粗铣精铣（），粗糙度为，一般不淬硬的平面，精铣的粗糙度可以较小。2.3.3 孔的加工方案(1)由机械加工工艺手册表2.1-11确定，以为孔的表面粗糙度为1.6，则选侧孔（，）的加工顺序为：粗镗精镗。(2)而顶面的四个孔采取的加工方法分别是：因为孔的表面粗糙度的要求都不高，是，所以我们采用一次钻孔的加工方法，的孔选择的加工方法是钻，因为的孔和是一组阶梯孔，所以可以在已经钻了的孔基础上再锪孔钻锪到，而另一组和也是一组阶梯的孔，不同的是的孔是锥孔，起表面粗糙度的要求是，所以全加工的方法是钻扩铰。2.4 确定定位基准2.4.1 粗基准的选择选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。粗基准选择应当满足以下要求：(1)粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。(2)选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。(3)应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。(4)应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。(5)粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证CA6140机床后托架在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从CA6140机床后托架零件图分析可知，选择侧面三孔作为CA6140机床后托架加工粗基准。2.4.2 精基准选择的原则(1)基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。(2)基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。(3)互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。(4)自为基准的原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证CA6140机床后托架在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从CA6140机床后托架零件图分析可知，它的底平面与侧面三孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于两侧面，因为是非加工表面，所以也可以用与顶平面的四孔的加工基准。选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。2.5 工艺路线的拟订对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。CA6140机床后托架的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。2.5.1 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。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在的含0.4%1.1%苏打及0.25%0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。2.5.2 工序的集中与分散制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。 (1)工序集中的特点工序数目少，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。(2)工序分散的特点工序内容简单，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。工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。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。由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。2.5.3 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：(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。(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um。(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，表面粗糙度为um。(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,表面粗糙度为um。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。但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。2.5.4 加工工艺路线方案的比较 在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订两个加工工艺路线方案。见下表：表2.2加工工艺路线方案比较表工序号方案方案工序内容定位基准工序内容定位基准010粗铣底平面侧面和外圆粗、精铣底平面侧面和外圆020精铣底平粗侧面和外圆粗镗孔：、 底面和侧面030钻、扩孔：、 底面和侧面半精镗孔：、底面和侧面040粗铰孔：、 底面和侧面精镗孔：、底面和侧面050精铰孔：、 侧面和两孔粗铣油槽底面和侧面060粗铣油槽底面和侧面钻：、底面和侧面070锪钻孔：底面和侧面扩孔底面和侧面080钻：、底面和侧面精铰锥孔：底面和侧面090扩孔底面和侧面锪钻孔：、底面和侧面100精铰锥孔：底面和侧面去毛刺110锪钻孔：、底面和侧面钻：、底面和孔120钻：、底面和孔攻螺纹底面和孔130攻螺纹底面和孔锪平面140锪平面倒角去毛刺150倒角去毛刺检验160检验加工工艺路线方案的论证：(1)方案在100工序中按排倒角去毛刺，这不仅避免划伤工人的手，而且给以后的定位及装配得到可靠的保证。(2)方案在010工序中先安排铣底平面，主要是因为底平面是以后工序的主要定位面之一，为提高定位精度。(3)方案符合粗精加工分开原则。由以上分析：方案为合理、经济的加工工艺路线方案。具体的工艺过程如下表：表2.3加工工艺过程表工序号工 种工作内容说 明010铸造金属型铸造铸件毛坯尺寸：长： 宽： 高：孔：、020清砂除去浇冒口，锋边及型砂030热处理退火石墨化退火，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040检验检验毛坯050铣粗铣、精铣底平面工件用专用夹具装夹；立式铣床060粗镗粗镗镗孔：，工件用专用夹具装夹；立式铣镗床（）070铣粗铣油槽080半精镗半精镗镗孔：，工件用专用夹具装夹；立式铣镗床（）090精镗精镗镗孔：，工件用专用夹具装夹；立式铣镗床（）100钻将孔、钻到直径工件用专用夹具装夹；摇臂钻床110扩孔钻将扩孔到要求尺寸120锪孔钻锪孔、到要求尺寸130铰精铰锥孔140钳去毛刺150钻钻孔、工件用专用夹具装夹；摇臂钻床160攻丝攻螺纹170钳倒角去毛刺180检验190入库清洗，涂防锈油2.6 机械加工偏差及余量计算(1)底平面的偏差及加工余量计算底平面加工余量的计算，计算底平面与孔（，）的中心线的尺寸为。根据工序要求，顶面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：由机械加工工艺手册第1卷表3.2-23。其余量值规定为，现取。表3.2-27粗铣平面时厚度偏差取。精铣：由机械加工工艺手册表2.3-59，其余量值规定为。铸造毛坯的基本尺寸为，又根据机械加工工艺手册表2.3-11,铸件尺寸公差等级选用CT7，再查表2.3-9可得铸件尺寸公差为毛坯的名义尺寸为：毛坯最小尺寸为：毛坯最大尺寸为：粗铣后最大尺寸为：粗铣后最小尺寸为：精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即与侧面三孔（，）的中心线的尺寸为。(2)正视图上的三孔的偏差及加工余量计算参照机械加工工艺手册表2.3-59和互换性与技术测量表1-8，可以查得：孔：粗镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是半精镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是精镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是孔：粗镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是半精镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是精镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是孔：粗镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是半精镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是精镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是根据工序要求，侧面三孔的加工分为粗镗、半精镗、精镗三个工序完成，各工序余量如下：粗镗： 孔，参照机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为；孔，参照机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为；孔，参照机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为。半精镗： 孔，参照机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为；孔，参照机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为；孔，参照机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为。精镗：孔，参照机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为；孔，参照机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为；孔，参照机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为。铸件毛坯的基本尺寸分别为：孔毛坯基本尺寸为：；孔毛坯基本尺寸为：；孔毛坯基本尺寸为：。根据机械加工工艺手册表2.3-11，铸件尺寸公差等级选用CT7，再查表2.3-9可得铸件尺寸公差分别为：孔：毛坯名义尺寸为：；毛坯最大尺寸为：；毛坯最小尺寸为：；粗镗工序尺寸为：半精镗工序尺寸为：精镗后尺寸是，已达到零件图尺寸要求孔：毛坯名义尺寸为：；毛坯最大尺寸为：；毛坯最小尺寸为：；粗镗工序尺寸为：；半精镗工序尺寸为：精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即：孔：毛坯名义尺寸为：；毛坯最大尺寸为：；毛坯最小尺寸为：；粗镗工序尺寸为：半精镗工序尺寸为：精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即(3)顶面两组孔和，以及另外一组的锥孔和毛坯为实心，不冲孔。两孔精度要求为，表面粗糙度要求为。参照机械加工工艺手册表2.3-47，表2.3-48。确定工序尺寸及加工余量为：第一组：和加工该组孔的工艺是：钻扩锪钻孔： 扩孔： （Z为单边余量）锪孔： （Z为单边余量）第二组：的锥孔和加工该组孔的工艺是：钻锪铰钻孔： 锪孔： （Z为单边余量）铰孔： 2.7 确定切削用量及基本工时2.7.1 工序1：粗、精铣底面机床：双立轴圆工作台铣床刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀）材料： 齿数(1)粗铣铣削深度：每齿进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-73，取铣削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-81，取机床主轴转速：，实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-81,被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：取刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：(2)精铣：铣削深度：每齿进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-73，取铣削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-81，取机床主轴转速：，实际铣削速度：进给量：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。机动时间：本工序机动时间：2.7.2 工序2：粗、半精、精镗CA6140侧面三杠孔机床：卧式镗床刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：(1)粗镗孔切削深度：，毛坯孔径。进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量。切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-66取机床主轴转速：，取实际切削速度：工作台每分钟进给量： 被切削层长度：刀具切入长度： 刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：(2)粗镗孔切削深度：，毛坯孔径进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量。切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-66，取机床主轴转速：取实际切削速度：工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：(3)粗镗孔切削深度：，毛坯孔径。进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-66，取机床主轴转速：，取实际切削速度：工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：(4)半精镗孔切削深度：，粗镗后孔径进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-66，取：机床主轴转速：，取实际切削速度：工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：(5)半精镗孔切削深度：，粗镗后孔径进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-66，取：机床主轴转速：，取实际切削速度：工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：(6)半精镗孔切削深度：，粗镗后孔径进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-66，取机床主轴转速：，取实际切削速度：工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：(7)精镗孔切削深度：，半精镗后孔径进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-66，取机床主轴转速：，取实际切削速度：工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：(8)精镗孔切削深度：，半精镗后孔径进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-66，取机床主轴转速：，取实际切削速度：工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：(9)精镗孔切削深度：，半精镗后孔径进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-66，取机床主轴转速：，取实际切削速度：工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：本工序所用的机动时间：2.7.3 工序3：钻顶面四孔钻顶面四孔（其中包括钻孔，和扩孔，铰孔，以及锪孔，）机床：刀具：硬质合金锥柄麻花钻头。型号：E211和E101 带导柱直柄平底锪钻（GB4260-84） 公制/莫式4号锥直柄铰刀 刀具材料：(1)钻孔，以及的锥孔钻孔时先采取的是钻到在扩到，所以，另外的两个锥孔也先钻到。切削深度：进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-52，取切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-53，取机床主轴转速：，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： 取走刀次数为1机动时间： (2)扩孔钻孔时先采取的是钻到再扩到，所以，切削深度：进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-52，取切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-53，取机床主轴转速：，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： 取走刀次数为1机动时间：(3)锪孔切削深度：，根据机械加工工艺手册表查得：进给量,切削速度；取机床主轴转速：，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： 取走刀次数为2机动时间：(4)锪孔切削深度：，根据机械加工工艺手册表查得：进给量,切削速度；取机床主轴转速：，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： 取走刀次数为1机动时间：(5)铰孔切削深度：，进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-58，取切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-60，取机床主轴转速：，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： 取走刀次数为1机动时间：2.7.4 工序4：钻侧面两孔钻侧面两孔（其中包括钻的孔和的螺纹孔）机床：(1)钻切削深度：根据机械加工工艺手册表查得：进给量,切削速度，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： 取加工基本时间： (2)钻螺孔切削深度：进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-39，取切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-41，取机床主轴转速：，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机动时间：(3)攻螺纹孔机床：组合攻丝机刀具：高速钢机动丝锥进给量：由于其螺距,因此进给量切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-105，取机床主轴转速：，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：刀具切出长度：走刀次数为1机动时间：钻顶面四孔的机动时间：这些工序的加工机动时间的总和是：2.8 时间定额计算及生产安排根据设计任务要求，该CA6140机床后托架的年产量为5000件。一年以240个工作日计算，每天的产量应不低于21件。设每天的产量为21件。再以每天8小时工作时间计算，则每个工件的生产时间应不大于22.8min。参照机械加工工艺手册表2.5-2，机械加工单件（生产类型：中批以上）时间定额的计算公式为： （大量生产时）因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为： 其中：单件时间定额 基本时间（机动时间）辅助时间。用于某工序加工每个工件时都要进行的各种辅助动作所消耗的时间，包括装卸工件时间和有关工步辅助时间布置工作地、休息和生理需要时间占操作时间的百分比值2.8.1 粗、精铣底面机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5-45，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据机械加工工艺手册表2.5-48，单间时间定额：因此应布置一台机床即可以完成本工序的加工，达到生产要求。2.8.2 镗侧面三杠孔(1)粗镗侧面的三孔（，）机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5-37，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据机械加工工艺手册表2.5-39，单间时间定额：因此应布置一台机床即可以完成本工序的加工，达到生产要求。(2)半精镗侧面的三孔（，）机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5-37，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据机械加工工艺手册表2.5-39，单间时间定额：因此应布置一台机床即可以完成本工序的加工，达到生产要求。(3)精镗侧面的三孔（，）机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5-37，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据机械加工工艺手册表2.5-39，单间时间定额：因此应布置一台机床即可以完成本工序的加工，达到生产要求。2.8.3 钻顶面四孔(1)钻顶面四孔（其中包括钻和、扩钻，铰孔以及锪孔和）机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5-41，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据机械加工工艺手册表2.5-43，单间时间定额：因此应布置一台机床即可完成本工序的加工，达到生产要求钻左侧面两孔（其中包括钻的孔和的螺孔）机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5-41，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据机械加工工艺手册表2.5-43，单间时间定额：因此应布置一台机床即可完成本工序的加工，达到生产要求(2)的螺纹孔攻丝机动时间：辅助时间：参照钻孔辅助时间，取装卸工件辅助时间为，工步辅助时间为。则：参照钻孔值，取单间时间定额： 因此布置一台机床即可完成本工序的加工，达到生产要求。50 山西工程技术学院-毕业设计说明书3 专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工CA6140机床后托架零件时，需要设计专用夹具。根据任务要求中的设计内容，需要设计加工工艺孔夹具及铣底面夹具一套。其中加工侧面的三孔的夹具将用于卧式镗床，而顶面的四孔用到的刀具分别为两把麻花钻、扩孔钻、铰刀以及锪钻进行加工，侧面两个孔将用两把麻花钻对起进行加工。3.1 铣平面夹具设计3.1.1 研究原始质料利用本夹具主要用来粗铣底平面，该底平面对孔、的中心线要满足尺寸要求以及平行度要求。在粗铣此底平面时，其他都是未加工表面。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。3.1.2 定位基准的选择由零件图可知：粗铣平面对孔、的中心线和轴线有尺寸要求及平行度要求，其设计基准为孔的中心线。为了使定位误差达到要求的范围之内，在此选用V形块定心自动找到中心线，这种定位在结构上简单易操作。采用V形块定心平面定位的方式，保证平面加工的技术要求。同时，应加一侧面定位支承来限制一个沿轴移动的自由度。3.1.3 切削力及夹紧分析计算刀具材料：（高速钢端面铣刀） 刀具有关几何参数： 由机床夹具设计手册表1-2-9 可得铣削切削力的计算公式： 查机床夹具设计手册表得：对于灰铸铁：取 ， 即所以 由金属切削刀具表1-2可得：垂直切削力 ：（对称铣削） 背向力：根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即： 安全系数K可按下式计算： 式中：为各种因素的安全系数，见机床夹具设计手册表可得： 所以 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算： 式中参数由机床夹具设计手册可查得： 其中： 螺旋夹紧力：易得：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规定的工序公差。与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 由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 ：(2)夹紧误差 ： 其中接触变形位移值：(3)磨损造成的加工误差：通常不超过(4)夹具相对刀具位置误差：取误差总和：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。3.1.5 夹具设计及操作的简要说明如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。由于该工件体积小，工件材料易切削，切削力不大等特点。经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，支承钉和V形块采用可调节环节。以便随时根据情况进行调整。3.2 镗孔夹具设计3.2.1 研究原始质料利用本夹具主要用来镗加工孔、。加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足孔轴线对底平面的平行度公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。3.2.2 定位基准的选择由零件图可知：孔、的轴线与底平面有平行度公差要求，在对孔进行加工前，底平面进行了粗铣加工。因此，选底平面为定位精基准（设计基准）来满足平行度公差要求。孔、的轴线间有位置公差，选择左侧面为定位基准来设计镗模，从而满足孔轴线间的位置公差要求。工件定位用底平面和两个侧面来限制六个自由度。3.2.3 切削力及夹紧力的计算镗刀材料：（硬质合金镗刀）刀具的几何参数： 由机床夹具设计手册查表可得：圆周切削分力公式： 式中 查表得： 取 由表可得参数： 即：同理：径向切削分力公式 ： 式中参数： 即：轴向切削分力公式 ：式中参数： 即：根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：安全系数K可按下式计算：式中：为各种因素的安全系数，见机床夹具设计手册表可得： 所以：螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：式中参数由机床夹具设计手册可查得： 其中： 螺旋夹紧力：该夹具采用螺旋夹紧机构，用螺栓通过弧形压块压紧工件。受力简图如下：图3.1 弧形压块受力简图由表得：原动力计算公式即： 由上述计算易得： 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。3.2.4 误差分析与计算该夹具以两个平面定位，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。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，由互换性与技术测量表可知：取（中等级）即 ：尺寸偏差为由机床夹具设计手册可得：(1)定位误差（两个垂直平面定位）：当时；侧面定位支承钉离底平面距离为，侧面高度为；且满足；则：(2)夹紧误差：其中接触变形位移值： (3)磨损造成的加工误差：通常不超过(4)夹具相对刀具位置误差：取误差总和：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。3.3 钻顶面四孔夹具设计3.3.1 研究原始质料利用本夹具主要用来钻、铰加工顶面的四孔，其中包括钻顶面四孔（其中包括钻孔和扩孔，铰孔，以及锪孔，）。加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足孔轴线对底平面的平行度公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。3.3.2 定位基准的选择由零件图可知：顶面四孔的轴线与左侧面和后侧面的尺寸要求要求，在对孔进行加工前，底平面进行了铣加工，后侧面也是一直都不加工的侧面，因此，选后侧面和做侧面面为定位精基准（设计基准）来满足CA6140机床后托架顶面四孔加工的尺寸要求。由零件图可以知道，图中对孔的的加工没有位置公差要求，所以我们选择左侧面和后侧面为定位基准来设计钻模，从而满足孔轴线和两个侧面的尺寸要求。工件定位用底面和两个侧面来限制5个自由度。3.3.3 切削力及夹紧力的计算由机床夹具设计手册查表可得：切削力公式： 式中 查表得： 即：实际所需夹紧力：由机床夹具设计手册表得： 安全系数K可按下式计算：式中：为各种因素的安全系数，见机床夹具设计手册表 可得： 所以由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。取，螺旋夹紧时产生的夹紧力：式中参数由机床夹具设计手册可查得： 其中： 由机床夹具设计手册表得原动力计算公式：由上述计算易得： 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，由互换性与技术测量表可知：取（中等级）即 ：尺寸偏差为、由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，这里的方向与加工方向一致。即：故(2)夹紧安装误差，对工序尺寸的影响均小。即： (3)磨损造成的加工误差：通常不超过(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。即误差总和：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。3.3.5 夹具设计及操作的简要说明本夹具用于在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。结束语通过3个多月的毕业设计，基本上在规定的时间内完成了指导老师和学校下达的任务。我所做的毕业设计的题目是CA6140机床后托架加工工艺的编制及夹具设计，通过题目就可以看出主要分两大部分，一是工艺的编制；另一个是夹具的设计。首先，通过查阅相关的资料，对工艺编制和夹具设计的步骤有了一些了解，整体的思路就已经出来了；其次，就是对后托架的加工工序的确定，再对主要参数进行相应的计算；最后，设计夹具的结构，绘制图示，计算有关夹具的主要参数，在说明书中我对三种夹具的参数分别进行了计算，其中绘制了铣底面、镗侧面三杠孔和钻顶面四孔的夹具装配图。通过编制合理的CA6140机床后托架的工艺路线，满足了加工工艺的要求，本工艺路线经济合理，降低了制造成本，对工人的技术要求不高，通过简单的操作学习便可以熟练掌握。专用夹具的设计有利于保证加工质量、提高生产率降低成本有很大意义。通过此次设计锻炼了自己的专业能力，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。巩固了机械制图、机械设计、机械制造加工工艺、金属材料热处理等知识。在设计过程中碰到了许多新的技术问题，通过查询资料，请教同学老师，使自己在解决这些问题的过程中提升了自己的水平。通过实际工程的设计也使我了解到书本知识和实际应用的差别；让我明白了自己的缺陷在哪里；让我懂得了知识和技术的重要性及创新的魅力，还有许多东西需要我们去学习、创新、改造。总而言之，这次设计任务让我收获颇大，让我对一个完整的工件的设计有了一个全新的认识，相信在以后毕业离开学校工作后会对我的工作有很大的帮助。参考文献1柯明扬机械制造工艺学M北京：北京航空航天大学出版社，1996：132-1532陈于萍互换性与测量技术基础M北京：机械工业出版社，2003：32-563关慧贞，冯辛安机械制造装备设计M机械工业出版社，2009：51-59 4黄如林，汪 群金属加工工艺及工装设计M北京：化学工业出版社，2006：27-645李名望机床夹具设计实例教程J北京：化学工业出版社，2009：82-1136Mechanical Drive(Reference Issue)Machine DesignM1997：97-1057Rajput R KElements of Machanical EngineeringMKatson PublHouse，2010：55-638Hindhhede I，UffeMachine Design Fundermentals A Practical ApproachMNew York：Wiley，2013：77-899Kuehnle M RToroidal Drive ConceptsM.Product EngineeringAug2010：21-3610Robert J Funfanmentals of RoboticsAnalysis and Control M.New Jersey：Prentice Hall，1990：94-10911赵瑾互换性与测量技术基础M武汉：华中科技大学出版社，2009：34-7012赵如海金属机械加工工艺人员手册M上海：上海科学技术出版社，2009：15-4013艾兴，肖师冈切削用量简明手册M北京：机械工业出版社，1994：91-13614冯之敬机械制造工程原理M北京：清华大学出版社，2015：117-13415李益民机械制造工艺设计简明手册M北京：机械工业出版社，2011：10-4016杨叔子机械加工工艺师手册M北京：机械工业出版社，2001：5-3617李森林机械制造基础M化学工业出版社，2017：92-10218李翠梅工程力学与机械设计基础M北京：北京师范大学出版社，201819成大光机械设计手册M北京：化学工业出版社，200520苗淑杰，刘喜平机械设计基础M北京：北京大学出版社，2019.21何瑛机械制造工艺学M中南大学出版社，2015.22吴拓现代机床夹具典型结构图册M北京：化学工业出版社，2011.23李洪.机械加工工艺手册M.北京：机械工业出版社，2003.24乐兑谦.金属切削刀具M.北京：机械工业出版社，2005：4-17。附 录文中引用相关资料：外文资料20.9 MACHINABILITYThe machinability of a material usually defined in terms of four factors:1、Surface finish and integrity of the machined part;2、Tool life obtained;3、Force and power requirements;4、Chip control. Thus, good machinability good surface finish and integrity, long tool life, and low force And power requirements. As for chip control, long and thin (stringy) cured chips, if not broken up, can severely interfere with the cutting operation by becoming entangled in the cutting zone.Because of the complex nature of cutting operations, it is difficult to establish relationships that quantitatively define the machinability of a material. In manufacturing plants, tool life and surface roughness are generally considered to be the most important factors in machinability. Although not used much any more, approximate machinability ratings are available in the example below.20.9.1 Machinability Of SteelsBecause steels are among the most important engineering materials (as noted in Chapter 5), their machinability has been studied extensively. The machinability of steels has been mainly improved by adding lead and sulfur to obtain so-called free-machining steels.Resulfurized and Rephosphorized steels. Sulfur in steels forms manganese sulfide inclusions (second-phase particles), which act as stress raisers in the primary shear zone. As a result, the chips produced break up easily and are small; this improves machinability. The size, shape, distribution, and concentration of these inclusions significantly influence machinability. Elements such as tellurium and selenium, which are both chemically similar to sulfur, act as inclusion modifiers in resulfurized steels.Phosphorus in steels has two major effects. It strengthens the ferrite, causing increased hardness. Harder steels result in better chip formation and surface finish. Note that soft steels can be difficult to machine, with built-up edge formation and poor surface finish. The second effect is that increased hardness causes the formation of short chips instead of continuous stringy ones, thereby improving machinability.Leaded Steels. A high percentage of lead in steels solidifies at the tip of manganese sulfide inclusions. In non-resulfurized grades of steel, lead takes the form of dispersed fine particles. Lead is insoluble in iron, copper, and aluminum and their alloys. Because of its low shear strength, therefore, lead acts as a solid lubricant (Section 32.11) and is smeared over the tool-chip interface during cutting. This behavior has been verified by the presence of high concentrations of lead on the tool-side face of chips when machining leaded steels.When the temperature is sufficiently high-for instance, at high cutting speeds and feeds (Section 20.6)the lead melts directly in front of the tool, acting as a liquid lubricant. In addition to this effect, lead lowers the shear stress in the primary shear zone, reducing cutting forces and power consumption. Lead can be used in every grade of steel, such as 10xx, 11xx, 12xx, 41xx, etc. Leaded steels are identified by the letter L between the second and third numerals (for example, 10L45). (Note that in stainless steels, similar use of the letter L means “low carbon,” a condition that improves their corrosion resistance.)However, because lead is a well-known toxin and a pollutant, there are serious environmental concerns about its use in steels (estimated at 4500 tons of lead consumption every year in the production of steels). Consequently, there is a continuing trend toward eliminating the use of lead in steels (lead-free steels). Bismuth and tin are now being investigated as possible substitutes for lead in steels.Calcium-Deoxidized Steels. An important development is calcium-deoxidized steels, in which oxide flakes of calcium silicates (CaSo) are formed. These flakes, in turn, reduce the strength of the secondary shear zone, decreasing tool-chip interface and wear. Temperature is correspondingly reduced. Consequently, these steels produce less crater wear, especially at high cutting speeds.Stainless Steels. Austenitic (300 series) steels are generally difficult to machine. Chatter can be s problem, necessitating machine tools with high stiffness. However, ferritic stainless steels (also 300 series) have good machinability. Martensitic (400 series) steels are abrasive, tend to form a built-up edge, and require tool materials with high hot hardness and crater-wear resistance. Precipitation-hardening stainless steels are strong and abrasive, requiring hard and abrasion-resistant tool materials.The Effects of Other Elements in Steels on Machinability. The presence of aluminum and silicon in steels is always harmful because these elements combine with oxygen to form aluminum oxide and silicates, which are hard and abrasive. These compounds increase tool wear and reduce machinability. It is essential to produce and use clean steels.Carbon and manganese have various effects on the machinability of steels, depending on their composition. Plain low-carbon steels (less than 0.15% C) can produce poor surface finish by forming a built-up edge. Cast steels are more abrasive, although their machinability is similar to that of wrought steels. Tool and die steels are very difficult to machine and usually require annealing prior to machining. Machinability of most steels is improved by cold working, which hardens the material and reduces the tendency for built-up edge formation.Other alloying elements, such as nickel, chromium, molybdenum, and vanadium, which improve the properties of steels, generally reduce machinability. The effect of boron is negligible. Gaseous elements such as hydrogen and nitrogen can have particularly detrimental effects on the properties of steel. Oxygen has been shown to have a strong effect on the aspect ratio of the manganese sulfide inclusions; the higher the oxygen content, the lower the aspect ratio and the higher the machinability.In selecting various elements to improve machinability, we should consider the possible detrimental effects of these elements on the properties and strength of the machined part in service. At elevated temperatures, for example, lead causes embrittlement of steels (liquid-metal embrittlement, hot shortness; see Section 1.4.3), although at room temperature it has no effect on mechanical properties.Sulfur can severely reduce the hot workability of steels, because of the formation of iron sulfide, unless sufficient manganese is present to prevent such formation. At room temperature, the mechanical properties of resulfurized steels depend on the orientation of the deformed manganese sulfide inclusions (anisotropy). Rephosphorized steels are significantly less ductile, and are produced solely to improve machinability.20.9.2 Machinability of Various Other Metals Aluminum is generally very easy to machine, although the softer grades tend to form a built-up edge, resulting in poor surface finish. High cutting speeds, high rake angles, and high relief angles are recommended. Wrought aluminum alloys with high silicon content and cast aluminum alloys may be abrasive; they require harder tool materials. Dimensional tolerance control may be a problem in machining aluminum, since it has a high thermal coefficient of expansion and a relatively low elastic modulus.Beryllium is similar to cast irons. Because it is more abrasive and toxic, though, it requires machining in a controlled environment.Cast gray irons are generally machinable but are. Free carbides in castings reduce their machinability and cause tool chipping or fracture, necessitating tools with high toughness. Nodular and malleable irons are machinable with hard tool materials.Cobalt-based alloys are abrasive and highly work-hardening. They require sharp, abrasion-resistant tool materials and low feeds and speeds.Wrought copper can be difficult to machine because of built-up edge formation, although cast copper alloys are easy to machine. Brasses are easy to machine, especially with the addition pf lead (leaded free-machining brass). Bronzes are more difficult to machine than brass.Magnesium is very easy to machine, with good surface finish and prolonged tool life. However care should be exercised because of its high rate of oxidation and the danger of fire (the element is pyrophoric).Molybdenum is ductile and work-hardening, so it can produce poor surface finish. Sharp tools are necessary.Nickel-based alloys are work-hardening, abrasive, and strong at high temperatures. Their machinability is similar to that of stainless steels.Tantalum is very work-hardening, ductile, and soft. It produces a poor surface finish; tool wear is high.Titanium and its alloys have poor thermal conductivity (indeed, the lowest of all metals), causing significant temperature rise and built-up edge; they can be difficult to machine.Tungsten is brittle, strong, and very abrasive, so its machinability is low, although it greatly improves at elevated temperatures.Zirconium has good machinability. It requires a coolant-type cutting fluid, however, because of the explosion and fire.20.9.3 Machinability of Various MaterialsGraphite is abrasive; it requires hard, abrasion-resistant, sharp tools.Thermoplastics generally have low thermal conductivity, low elastic modulus, and low softening temperature. Consequently, machining them requires tools with positive rake angles (to reduce cutting forces), large relief angles, small depths of cut and feed, relatively high speeds, and proper support of the workpiece. Tools should be sharp.External cooling of the cutting zone may be necessary to keep the chips from becoming “gummy” and sticking to the tools. Cooling can usually be achieved with a jet of air, vapor mist, or water-soluble oils. Residual stresses may develop during machining. To relieve these stresses, machined parts can be annealed for a period of time at temperatures ranging from 80 C to 160 C (175 F to315 F), and then cooled slowly and uniformly to room temperature.Thermosetting plastics are brittle and sensitive to thermal gradients during cutting. Their machinability is generally similar to that of thermoplastics.Because of the fibers present, reinforced plastics are very abrasive and are difficult to machine. Fiber tearing, pulling, and edge delamination are significant problems; they can lead to severe reduction in the load-carrying capacity of the component. Furthermore, machining of these materials requires careful removal of machining debris to avoid contact with and inhaling of the fibers.The machinability of ceramics has improved steadily with the development of nanoceramics (Section 8.2.5) and with the selection of appropriate processing parameters, such as ductile-regime cutting (Section 22.4.2).Metal-matrix and ceramic-matrix composites can be difficult to machine, depending on the properties of the individual components, i.e., reinforcing or whiskers, as well as the matrix material.20.9.4 Thermally Assisted MachiningMetals and alloys that are difficult to machine at room temperature can be machined more easily at elevated temperatures. In thermally assisted machining (hot machining), the source of heata torch, induction coil, high-energy beam (such as laser or electron beam), or plasma arcis forces, (b) increased tool life, (c) use of inexpensive cutting-tool materials, (d) higher material-removal rates, and (e) reduced tendency for vibration and chatter.It may be difficult to heat and maintain a uniform temperature distribution within the workpiece. Also, the original microstructure of the workpiece may be adversely affected by elevated temperatures. Most applications of hot machining are in the turning of high-strength metals and alloys, although experiments are in progress to machine ceramics such as silicon nitride. Machinability is usually defined in terms of surface finish, tool life, force and power requirements, and chip control. Machinability of materials depends not only on their intrinsic properties and microstructure, but also on proper selection and control of process variables.中文译文20.9 可机加工性一种材料的可机加工性通常以四种因素的方式定义：1、分的表面光洁性和表面完整性。2、刀具的寿命。3、切削力和功率的需求。4、切屑控制。以这种方式，好的可机加工性指的是好的表面光洁性和完整性，长的刀具寿命，低的切削力和功率
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