CA6140车床手柄座零件的机械加工工艺规程及钻床夹具设计-(2)要点.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-dateCA6140车床手柄座零件的机械加工工艺规程及钻床夹具设计-(2)要点课程设计机械制造工艺及夹具课程设计说明书题目：手柄座零件机加工工艺及钻14孔夹具设计 设 计 者 吕凯 班 级 机 自102 指导教师 叶 永 东 2013年6月30日1 设计手柄座零件的机械加工工艺规程1.1. 零件工艺性分析1.1.1 手柄座的作用 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。1.1.2 手柄座的技术要求根据手柄座的零件图纸将该手柄座的全部技术要求列于表中。表1-1 手柄座零件技术要求表加工表面尺寸及偏差（mm）公差及精度等级表面粗糙度Ra(um)形位公差25孔25IT83.25.5孔5.5IT1312.5槽左表面IT1312.5槽上表面14IT812.5槽下表面14IT812.545圆柱45IT136.310孔10IT73.214孔14IT73.2槽内表面14IT812.5键槽6IT512.55锥销通孔5IT133.2M10螺纹孔10IT712.51.1.3 审查手柄座的工艺性手柄座的加工共有两组加工表面，它们相互之间有一定的要求。现分述如下： （1）以工件的上下表面为中心加工孔和槽。钻10H7的孔，钻14H7的孔，钻5.5 mm的孔，铣14mm*43mm的槽，钻5mm，钻M10H7并配加钳工加工。其中主要加工孔10H7。 （2）以25 mm的孔为中心加工表面和孔。铣上下表面，钻10H7，钻14H7的孔，钻5.5 mm的孔，钻5mm，钻M10H7并配加钳工加工。 有以上的分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于主要能够夹具加工另一组表面，并保证它们的精度。 1.1.4 确定手柄座的生产类型依设计题目知：Q=2000件/年，结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别为10%和1%。所以：N=2000件/年（1+10%）（1+1%）=2222件/年由参考文献【1】表1-4知，手柄座为轻型零件；由参考文献【1】表1-5知，该手柄座类型为中批生产。1.2 机械加工工艺规程设计1.2.1 选择毛坯由零件要求可知，零件的材料为ZG230-450，考虑到本零件在具体工作的受力情况，手柄座在使用过程中不经常的变动，它的只起支撑的作用，受到的冲击不是很大，只是在纵向上受到很大的压力。在加工过程中的精度保证很重要，它对工件的定位有一定的保证作用，我们选择砂型机器造型及壳型铸造，足以满足要求，又因为零件是中批或大批量生产，所以选择砂型铸造是提高效率节省成本的最佳方法。1.2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量由机械加工工艺手册表2.3-5，确定此铸造毛坯的尺寸公差和机械加工余量如下表所示：表2-1 手柄座铸造毛坯尺寸公差及机械加工余量表项目/mm机械加工余量/mm尺寸公差/mm毛坯尺寸/mm备注25孔双侧加工1.01.224±0.6表23表24上下面高度43单侧加工0.71.443.7±0.7表23表24R13外圆单侧加工0.21.113.2±0.55表23表2445轴双侧加工1.41.446.4±0.7表23表241.2.3 毛坯设计1.2.3.1 确定圆角半径铸造圆角为35mm.。1.2.3.2 确定拔模斜度拔模斜度为：5°。1.2.3.3 确定分模位置选择在左视图中中心平面为分模面，分模线为直线，属平直分模线。 。1.2.4 绘制闸板铸造毛坯简图由表2-1所得结果，绘制毛坯简图如下所示：图3-1 闸板铸造毛坯简图1.2. 1.3 拟定手柄座工艺路线1.3.1 定位基准的选择基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。基面的选择正确与否，可以是加工质量的到保证，生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，零件的大批量的报废，使用无法进行，难以在工期内完成加工任务。定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。1.3.1.1 精基准的选择考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，主要考虑的是基准的中和问题。当设计与工序的基准不重合时，因该进行尺寸换算。1.3.1.2 粗基准的选择对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。对于一般的箱体零件而言，以外表面作为粗基准是合理的。但对于零件来说25 mm作为粗基准，则可造成钻孔的垂直度和轴的平行度不能保证。对箱体零件应以相关的表面作为粗基准，现选取零件的上下表面互为基准，再利用四爪卡盘卡住车25 mm。利用内孔25 mm及键槽定位进行钻10mm，在25 mm中以长心轴、键槽及零件的下表面进行自由定位，达到完全定位。 1.3.2 表面加工方法的确定表3-1 闸板零件各表面加工方法加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra/um加工方案备注底面IT136.3粗铣表1-1125孔IT83.2钻-扩-铰表1-10键槽各面IT1112.5粗铣表1-11槽上下表面IT812.5粗铣表1-1110孔IT73.2钻-铰表1-105.5孔IT1312.5钻表1-1014孔IT73.2钻-铰表1-105孔IT133.2钻-铰表1-10M10螺纹孔IT712.5攻螺纹表1-121.3.3 加工阶段的划分可将加工阶段划分成粗加工，半精加工和精加工几个阶段。，在粗加工阶段。首先将精基准准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求； 1.3.4 工序的集中与分散选用工序集中原则，生产类型为大批或者中批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于与一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求。1.3.5 工序顺序的安排1.3.5.1 机械加工工序1.3.5.1.1 遵循“先基准后其他”原则1.3.5.1.2 遵循“先粗后精”原则1.3.5.1.3 遵循“先主后次”原则，先加工主要表面，后加工次要表面。1.3.5.1.4 遵循“先面后孔”1.3.6 确定工艺路线在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表列出了闸板的工艺路线。表3-2 闸板工艺路线及设备、工装的选用工序号工序名称机床装备刀具量具1粗铣/半精铣下表面卧式铣床X62高速钢套式面铣刀游标卡尺2钻扩铰25H8 mm立式钻床Z535高速钢锥柄麻花钻，高速钢锥柄机用铰刀内径千分尺、塞规3钻、铰孔10H7立式钻床Z525高速钢锥柄麻花钻，高速钢锥柄机用铰刀内径千分尺、塞规4插键槽6H9卧式铣床X63键槽铣刀游标卡尺、塞规5铣槽14*43 mm立式钻床Z525高速钢镶齿三面刃铣刀游标卡尺6钻、铰孔5.5 mm立式钻床Z525高速钢锥柄麻花钻，硬质合金锥柄机用铰刀内径千分尺、塞规7钻、铰14H7立式钻床Z525高速钢锥柄麻花钻，高速钢扩孔钻，高速钢锥柄铰刀内径千分尺、塞规8钻、铰5 mm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9钻攻M10mm摇臂钻床z37莫氏锥柄阶梯麻花钻、丝锥卡尺、螺纹赛规10去毛刺钳工台平锉11清洗清洗机12终检游标卡尺、内径千分尺、塞规、螺纹塞规1.3. 加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“手柄座”零件材料为铸铁，硬度为HBS6587，毛坯的重量约为1Kg，生产类型为中批量生产，采用砂型铸造。相关数据参见零件图。据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：工序2表2-21表1-10表2-30余量精度标准公差值工序尺寸钻孔23.0IT120.21扩孔24.8IT100.084铰25IT80.033251.4. 切削用量及工时定额的确定1工序的切削用量及基本工时的确定：铣、半精铣凸台端面。铣凸台端面：选择铣刀半径为25mm，齿数Z=6（见工艺手册表3.127） ，（切削手册表3.7和切削表3.8）（切削手册表3.9）按机床选取 实际切削速度： 工作台每分钟进给量： 铣床工作台进给量： 基本工时：半精铣凸台端面： 加工余量为Z=1mm 切削速度为 选用主轴转速为 工作台进给量： 基本工时：2工序的切削用量及基本工时的确定：钻扩粗、精铰通孔。钻孔： 选择高速钢锥柄标准麻花钻（见工艺手册表3.16） （切削手册表2.7和工艺手册表4.216） （切削手册表2.15）硬度200217 按机床选取（工艺手册表4.25） 实际切削速度： 基本工时：（工艺手册表6.25）扩孔： 选择高速钢锥柄扩孔钻（工艺手册表3.18）由切削手册表2.10得扩孔钻扩孔时的进给量，并由工艺手册表4.216取，扩孔钻扩孔时的切削速度。由切削手册表2.15得，故：按机床选取基本工时：铰孔： 选择高速钢锥柄机用铰刀（工艺手册表3.117）， 由切削手册表2.24得， 由工艺手册表4.216得， 按机床选取，则： 基本工时：3工序的削用量及基本工时的确定：钻粗铰精铰孔。钻孔： 选择高速钢锥柄麻花钻（工艺手册表3.16） 由切削手册表2.7和工艺手册表4.216查得 （切削表2.15） 按机床选取 基本工时：粗铰孔： 选择的高速钢铰刀（工艺手册表2.11） 由切削手册表2.24和工艺手册表4.215查得 按机床选取 基本工时：精铰孔： 选择的铰刀 按机床选取 基本工时：4工序的切削用量及基本工时的确定：铣的槽。选用高速钢粗齿盘状铣刀 ，Z=81)、根据机械制造工艺设计简明手册表3.1-27查的：粗铣 选定因 走刀次数N=8.6次 故走刀次数N为9次，最后一次=3mm 。根据零件形状，确定那个走刀长度为37mm。2）、决定每齿进给量，根据铣床的功率为7.5KW，中等刚度。根据表3.3（ 切削用量简明手册（第3版） ）： 现选取 3)、决定切削速度和每分钟进给量根据表3.27中的计算公式，也可以直接查表。根据表3.9，当，Z=8，=14mm，0.24mm/z时，=19m/min，=62r/min，=104mm/min。各修正系数为： 19×0.69×0.8m/min=10.5 m/min； =34 r/min； mm/min；根据XA6132型铣床说明书，选择 r /min； mm/min；因此实际切削速度和每齿进给量为： m/min； mm/r ； 计算基本工时式中 l =37mm，根据表3.25，入切量及超切量=27mm则= min=1.067min总时间：= ×N=1.067min×9=9.6min5工序的切削用量及基本工时的确定：加工的孔。钻孔： 选择的高速钢锥柄麻花钻按机床选取基本工时：铰孔：选择的铰刀按机床选取基本工时： 6工序的切削用量及基本工时的确定。钻孔：选择高速钢锥柄麻花钻（工艺手册表3.56） 由切削手册表2.7和工艺手册表4.216查得 （切削表2.15） 按机床选取 基本工时：粗铰孔：选择高速钢锥柄机用铰刀（工艺手册表3.117） ，按机床选取（工艺手册表4215） （工艺手册表4.216） 基本工时：精铰孔：选择高速钢锥柄机用铰刀（工艺手册表3.117） 由切削手册表2.24查得， （工艺手册表4216） 按机床选取 基本工时：7工序的切削用量及基本工时的确定：钻底孔，攻螺纹M10mm。钻底孔： 选用高速钢锥柄麻花钻（工艺手册表3.16） 由切削手册表2.7和工艺手册表4.216查得 （切削手册表2.15） 按机床选取 基本工时：攻螺纹M10mm： 选择M10mm高速钢机用丝锥 等于工件螺纹的螺距，即 按机床选取 基本工时： （二）专用夹具的设计第六章 夹具体的设计1.5. 61定位方案设计611工件的定位基准及定位基面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。612定位元件的选用1）25H8孔手一个固定式短圆柱销定位限制二个自由度。2）25H8孔端面用一个平面定位限制三个自由度。3）10H7孔用一个固定式削边销定位限制一个自由度。1.6. 62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1/31/5，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Ra3.2µm，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。对于本工序要求，基准位置误差则取决于两孔直径尺寸公差以及圆度误差，由于两孔公差等级达到IT8、IT7和表面精度都达到Ra1.6µm，都经过精铰，故基准位置误差也可以忽略，只要两销的标准尺寸以及相对位置关系得到保证，定位误差也是非常小的。综上所述，该定位方案是符合加工要求的。1.7. 63导向装置的设计631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。632钻套高度和排屑间隙由参考文献【1】表9-13查得：钻套高度：排屑间隙：式中，d为所加工孔径，排屑间隙系数选取0.5。所以： 根据快换钻套(JB/T8045.3-1999)，基本尺寸选取钻套高度1.8. 64夹紧装置设计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。-总 结本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。由附图可知，零件材料为HT200。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适应于承受较大应力、要求耐磨的零件。该零件主要的加工面以及六个孔的表面粗糙度有严格的要求，因此我们选用几个工序对它进行加工来保证它的质量要求。在加工过程中都是采用专用夹具，因而效率较高，设计基准与工序基准重合，因而精度较高。根据相关面和孔加工的经济精度及机床能够达到的精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是较好的。在计算机床的切削用量时，进给量的选取是通过查刀具的切削用量表得到的一个范围值，再通过查对应工序所用机床能提供的进给量选取的，所以在计算工时应该比较准确。参考文献【1】 邹青.机械制造技术基础课程设计指导教程.北京：机械工业出版社，2004.8【2】 王先逵.机械加工工艺手册 铣削、锯削加工.北京：机械工业出版社.2008.6【3】 王先逵.机械加工工艺手册 钻削、扩削、铰削加工.北京：机械工业出版社.2008.6【4】 洪钟德.简明机械设计手册.上海：同济大学出版社，2002.5