机械工艺夹具毕业设计30CA6140车床后托架加工工艺及夹具设计

CA6140车床后托架加工工艺及夹具设计

学生姓名:

学生学号:

院（系）:机电工程学院

年级专业:制自动化

指导教师:

摘要

摘要

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。本课题研究CA6140车床后托架加工工艺规程。首先通过对零件图的分析，了解工件的结构形式，明确了具体的技术要求，从而对工件各组成表面选择合适的加工方法。再拟订较为合理的工艺规程，充分体现质量、生产率和经济性的统一。

机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，在整个机械加工过程中，夹具除了夹紧、固定被加工零件外，还要求保证加工零件的位置精度、提高加工生产率。

本课题在设计的过程当中，深入生产实际，进行调查研究，吸取国内外先进技术，制定出合理的设计方案，在进行具体设计。

关键词产品设计，后托架，加工工艺，夹具

ABSTRACT

ABSTRACT

He machine-finishing craft realizes the product design, guaranteed the product quality, saves the energy, reduces the consumption the important method. After this topic studies the CA6140 lathe the bracket processing technological process. First through to the detail drawing analysis, understood the work piece the structural style, has been clear about the concrete specification, thus to work piece each composition surface choice appropriate processing method. Again drafts the more reasonable technological process, fully manifests the quality, the productivity and the efficient unification .

Engine bed jig design is in a craft equipment design important constituent, in the entire machine-finishing process, the jig except clamps, fixes is processed outside the components, but also requests guarantee processing components position precision, enhancement processing productivity .

This topic in the middle of the design process, penetrates the production reality, conducts the investigation and study, absorbs the domestic and foreign advanced technologies, formulates the reasonable design proposal, is carrying on the concrete design .

Keywords shift the product design，latter bracket ，processing craft，jig

目录

摘要 (Ⅰ)

ABSTRACT (Ⅱ)

1 CA6140车床后托架的加工工艺设计 (3)

1.1 CA6140车床后托架的结构特点和技术要求 (3)

1.2 CA6140车床后托架的材料、毛坯和热处理 (3)

1.2.1 毛坯材料及热处理 (3)

1.2.2 毛坯的结构确定 (4)

1.3 工艺过程设计中应考虑的主要问题 (4)

1.3.1 加工方法选择的原则 (4)

1.3.2 加工阶段的划分 (4)

1.3.3 工序的合理组合 (5)

1.3.4 加工顺序的安排 (5)

1.4 CA6140车床后托架的机械加工工艺过程分析 (6)

1.4.1 CA6140车床后托架零件图分析 (6)

1.4.2 CA6140车床后托架的加工工艺的路线 (7)

1.5 CA6140车床后托架的工序设计 (12)

1.5.1 工序基准的选择 (12)

1.5.2 工序尺寸的确定 (12)

1.5.3 加工余量的确定 (14)

1.5.4 确定各工序的加工设备和工艺装备 (15)

1.5.5 确定切削用量及工时定额 (16)

2 专用夹具设计 (26)

2.1 铣平面夹具设计 (26)

2.1.1 研究原始质料 (26)

2.1.2 定位基准的选择 (26)

2.1.3 切削力及夹紧分析计算 (26)

2.1.4 误差分析与计算 (27)

2.1.5 夹具设计及操作的简要说明 (28)

2.2 钻三杠孔夹具设计 (28)

2.2.1 研究原始质料 (28)

2.2.2 定位基准的选择 (29)

2.2.3 切削力及夹紧力的计算 (29)

2.2.4 误差分析与计算 (30)

2.2.5 夹具设计及操作的简要说明 (31)

2.3 钻底孔夹具设计 (31)

2.3.1 研究原始质料 (31)

2.3.2 定位基准的选择 (31)

2.3.3 切削力及夹紧力的计算 (31)

2.3.4 误差分析与计算 (32)

2.3.5 夹具设计及操作的简要说明 (33)

结论 (34)

参考文献 (35)

致谢 (36)

1 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。

1.1 CA6140车床后托架的结构特点和技术要求

由零件图1-1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 025.0040+φ, mm 02.002.30+φ, mm 03

.005.25+φ要求达到的精度等

级为8~7IT IT 。粗糙度为um Ra 6.1=，且以底平面为基准，要求平行度公差为07.0，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 202φ-、mm 132φ-粗糙度为50=Rz ；mm 202φ-为锥孔，且粗糙度为um Ra 6.1=。

④ 其余未注要求的加工表面为不去除材料加工。

1.2 CA6140车床后托架的材料、毛坯和热处理

1.2.1 毛坯材料及热处理

毛坯材料

灰铸铁（HT150），由资料[2]《机械加工工艺手册》表4-71，可得力学性能：

表1.1灰铸铁（HT150）的性能参数

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。

1.2.2 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。

1.3 工艺过程设计中应考虑的主要问题

1.3.1 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。

1.3.2 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12~11IT IT ，粗糙度为um Ra 100~80。

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10~9IT IT 。表面粗糙度为um Ra 25.1~10。

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7~6IT IT ，表面粗糙度为um Ra 25.1~10。

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6~5IT IT ,表面粗糙度为um Ra 32.0~25.1。

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。 1.3.3 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。

1.3.4 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

表1.2 加工工序安排原则

1.4 CA6140车床后托架的机械加工工艺过程分析1.4.1 CA6140车床后托架零件图分析

图1.1 CA6140车床后托架零件图

由图1-1可知：

①该零件为铸件，材料为灰铸铁)150(HT ，重量为kg 05.3。

②要求加工mm 025.0040+φ、 mm 02.002.30+φ、mm 03

.005.25+φ的精度等级为7IT ，

粗糙度um Ra 6.1=，且要求与底平面的平行度公差为07.0。

③要求精加工底平面粗糙度um Ra 6.1=，平面度公差为03.0。

④要求加工mm 202φ-、mm 132φ-粗糙度为50Rz 。 ⑤mm 102φ-是锥孔，要求精铰加工，粗糙度um Ra 6.1=。

⑥对于mm 03

.005.25+φ孔口进行锪平加工。

⑦加工螺纹孔6M 。

1.4.2 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

① 根据孔mm 025

.0040+φ的技术要求，由资料[7]《公差与配合技术手册》得：

25+=es ，0=ei ；

根据公式25=-=ei es T ；查资料[6]《互换性与技术测量》表1-8得： 精度等级为7IT 。

同理可得：

孔mm 02

.002.30+φ精度等级为7IT 。 孔mm 03.005.25+φ精度等级为8IT 。

由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，查表1.3可得孔的加工工艺路线为：

钻——粗铰——精铰

② 根据孔mm 202φ-、mm 132φ-粗糙度为50Rz ，查资料[7]《公差与配合

技术手册》得：Ra 与Rz 有一定的线性关系：971.05.4Ra Rz =

即： 939.11=Ra

查《公差与配合技术手册》表33-，取um Ra 5.12= 由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，查表1.3可得孔的加工工艺路线为：

钻孔——扩孔

③ 孔mm 102φ-锥孔粗糙度为um Ra 6.1=

由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，查表1.3可得孔的加工工艺路线为： 粗铰——精铰

④ 底平面A 粗糙度为um Ra 6.1=

由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，查表1.3可得孔的加工工艺路线为： 粗铣——精铣——细铣

CA6140后托架加工工艺路线的确定 ① 加工工艺路线方案

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1.4 加工工艺路线方案

a.方案Ⅱ中的010和150工序在铣床上加工底平面，主要考虑到被加工表面的不连续，并且加工表面积不是很大，工件受太大的切削力易变形，不能保证平面的平面度公差。方案Ⅰ比方案Ⅱ铣平面生产效率底，采用铣较经济合理。

b.方案Ⅱ在012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。

c.方案Ⅱ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。

d.方案Ⅱ把细精铣底平面A安排在后工序中，是以免划伤而影响美观及装配质量。

e.方案Ⅱ符合粗精加工分开原则。

由以上分析：方案Ⅱ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1.5 加工工艺路线

1.5 CA6140车床后托架的工序设计

工序设计包括工序基准的选择、工序尺寸的确定、加工余量的确定、机床的选择、工艺装备的选择、切削用量的选择和时间定额的确定。 1.5.1 工序基准的选择

工序是在工序图上以标定被加工表面位置尺寸和位置精度的基准。所标定的位置尺寸和位置精度分别称为工序尺寸和工序技术要求，工序尺寸和工序技术要求的内容在加工后应进行测量，测量时所用的基准称为测量基准。通常工序基准和测量基准重合。

工序基准的选择应注意以下几点：

① 选设计基准为工序基准时，对工序尺寸的检验就是对设计尺寸的检验，有利于减少检验工作量。

② 当本工序中位置精度是由夹具保证而不需要进行试切，应使工序基准与设计基准重合。

③ 对一次安装下所加工出来的各个表面，各加工面之间的工序尺寸应与设计尺寸一致。

1.5.2 工序尺寸的确定

孔mm 025.0040+

φ、 mm 02.002.30+φ、mm 03

.005.25+φ中心轴线间的尺寸链的计算

① 尺寸链图（如图1.2）

图1.2尺寸链图

② N 的基本尺寸

由公式：N =∑-=1

1n i Ai 得：mm N 126=

③ N 环公差

∑∑-+==-

=1

1min

1max max n m i i m

i i A

A N 式（1.1）

∑∑-+==-

=1

1

max

1

min min n m i i m

i i A

A N 式（1.2）

mm N N T 2.0min max 0=-= ④ 中间偏差

01

10=?=?∑-=n i i 式（1.3）

⑤ N 环极限偏差

mm T Es 1.02/1000=+?= 式（1.4） mm T Ei 1.02/1000-=-?= ⑥ N 环极限尺寸

mm N 1.0126+-=

孔mm 025.0040+φ、 mm 02.002.30+φ、mm 03.005.25+φ的工序尺寸和公差 ① 孔 mm 025.0040+φ,粗糙度要求为6.1Ra ,加工路线为:

钻——粗铰——精铰

查表1.3确定各工序的基本余量为:

钻: mm 35 扩钻: mm 2 粗铰: mm 3.0 精铰: mm 2.0 各工序的工序尺寸:

精铰后:由零件图可知mm 025

.0040+φ；

粗铰后:mm 6.394.040=-； 扩钻后:mm 396.06.39=-； 钻后：mm 35439=-；

各工序的公差按加工方法的经济精度确定，标注为：

精镗后:由零件图可知mm 025

.0040+φ；

粗铰后:按10IT 级查资料[6]《互换性与技术测量》表81-；

可得mm 1

.006.39+φ

扩钻后:按11IT 级查资料[6]《互换性与技术测量》表81-；

可得mm 16.0039+φ

钻后：mm 25

.0035+φ

② 孔mm 02.002.30+φ,粗糙度要求为6.1Ra 同理：精铰后:由零件图可知mm 02.002.30+φ

粗铰后: mm 084

.008.29+φ 扩钻后: mm 13.0029+φ 钻后：mm 25.0025+φ

③ 孔mm 03

.005.25+φ,粗糙度要求为6.1Ra 同理：精铰后:由零件图可知mm 03.005.25+φ

粗铰后: mm 084

.0025+φ 扩钻后: mm 13.0024+φ 钻后：mm 25.0020+φ

1.5.3 加工余量的确定

加工余量、工序尺寸及偏差查资料[2]《机械加工工艺手册》表6-20，并计

算列表如下：

1.5.4 确定各工序的加工设备和工艺装备

机床的选用

查资料[1]《机械加工工艺手册》可得：

立式铣床)

X，主要用于铣加工。

(K

52

摇臂钻床)

(Z，可用于钻、扩、铰及攻丝。

3025

刀具的选用

查资料[1]《机械加工工艺手册》可得：

高速钢端面铣刀，铣刀材料：V Cr W 418，刀具的角度取： 15~100=γ

12~80=α 8~5=n α 25~15=β mm D 63= 8=Z

钻头：直柄麻花钻10φ)19963.6135/(-T GB 直柄短麻花钻2.5φ)19962.6135/(-T GB 直柄长麻花钻6φ)19964.6135/(-T GB 铸铁群钻 34φ 24φ 20φ

直柄扩孔钻 13φ)1996

4256/(-T GB 锥柄扩孔钻 8.38φ)841141(-GB 8.29φ)841141(-GB 25φ)841141(-GB

锪钻：带导柱直柄平底锪钻 )1984

4261/2.2542(-?T GB )19844260/1020(-?T GB

)1984

4260/1013(-?T GB 铰刀：硬质合金锥柄机用铰刀 40φ 2.30φ 5.25φ )844252(-GB 锥铰刀：公制/莫氏4号锥直柄铰刀，刀具材料：V Cr W 418 其他设备的选用

夹具：夹具采用专用的铣、钻夹具

量具选用：锥柄双头塞规，多用游标卡尺 辅助设备：锉刀、钳子等 1.5.5 确定切削用量及工时定额

铣底平面A 的切削用量及工时定额

① 粗铣 由资料[1]《机械加工工艺手册》表2.4-73得：取Z mm a f /25.0=，

mm a p 0.2=，s m v c /5.2=；由铣刀直径mm D 63=，铣刀齿数8=Z ；则：

主轴转速 min /78/1000r D v n ==π，则取min /80r n = 式（1.5）

实际铣削速度s m Dn v c /64.260

100080

631000=???==

'ππ 式（1.6） r mm n Z a f f M /6.260/80825.0=??=??= 式（1.7） 铣刀切入时取： mm a D a l e e 155.1~0.1)(1=+-= 式（1.8）

mm a e 60=

铣刀切出时取：mm l 22=

被切削层长度：由毛坯尺寸可知mm L 76=

根据资料[5]《机械制造工艺学》表401-可得：

s i f l l L Tj M 77.356

.22

157621=++=++=

式（1.9） ② 精铣 由资料[1]《机械加工工艺手册》表734.2-得：Z mm a f /15.0=，mm a p 3.0=， s m v c /0.3=；由式1.5得，主轴转速 min /54.95/1000r D v n ==π，则取min /100r n =

由式1.6得，实际铣削速度s m Dn v c /29.360

1000100

631000=???==

'ππ 由式1.7得，r mm n Z a f f M /260/100815.0=??=??= 同理：由式1.9得s i f l l L Tj M 5.462

2157621=++=++=

③ 细精铣 由资料[1]《机械加工工艺手册》表734.2-得：Z mm a f /10.0=，mm a p 16.0=， s m v c /5.3=；由式1.5，主轴转速 min /16.106/1000r D v n ==π，则取min /120r n =

由式1.6得，实际铣削速度s m Dn v c /96.360

1000120

631000=???==

'ππ 由式1.7得，r mm n Z a f f M /34.160/100810.0=??=??= 同理：由式1.9得s i f l l L Tj M 40.6934

.12157621=++=++=

钻、扩、铰、锪孔加工的切削用量及工时定额

① 钻、扩、铰孔40　

φ、2.30　φ、5.25　φ的切削用量及工时定额