ca6140手柄座工艺设计-学位论文.doc

河南工业职业技术学院

机械加工技术
课程设计说明书

设计题目 设计“手柄座”零件的机械加工
工艺规程及工艺装备(生产纲领：4000件)

班 别：机制1107
设 计 者：栾学超（35）
指导教师：崔庚彦
评定成绩
设计日期 2013年 6月 17日至 6月 22日

目 录
设计任务书……………………………………………………………………………………．
课程设计说明书正文…………………………………………………………………………．．
序言………………………………………………．．………………………………………………．
一、零件的分析……………………………………………………………
二、工艺规程设计………………………………………………………………………．．
(一)确定毛坯的制造形式………………………………………………
(二)基面的选择…………………………………………………………………………．
(三)制定工艺路线……………………………………………………………………．．
(四)机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定………………………
(五)确定切削用量及基本工时…………………………………………．．
三、课程设计心得体会…………………………………………………………………．．
参考文献……………………………………………………………………．

设计任务书

河南工业职业技术学院
机械加工技术课程设计任务书

设计题目:
“手柄座”零件的机械加工 工艺规程

设计内容：1．产品零件图
2．产品毛坯图
3．机械加工工艺过程卡片
4．机械加工工序卡片
5．课程设计说明书

班 级：机制1107
设 计 者：栾学超（35）
指 导 教师：崔庚彦
教研室主任：
2013年 6 月 22 日

序言
机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学全部基础课，技术基础课以及大部分专业课之后进行的，这是我们在进行毕业设计之前对所有各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
本次课程设计内容包括零件的分析，工艺路线的制定，工艺规划设计，某道工序的夹具设计以及该道工序的工序卡，机械加工综合卡片，夹具装配图以及夹具底座零件图的绘制等。
机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础课程进行了生产实习之后的一个重要的实践教学环节。学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力，为以后做好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练和准备。它要求学生综合运用本课程及有关先修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计。其目的如下：
①培养学生解决机械加工工艺问题的能力。通过课程设计，熟练运用机械技术基础课程中的基本理论及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中定位、加紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量，初步具备设计一个中等复杂程度零件的能力。
②培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。

一、零件的分析
1.1零件的作用
该零件是CA6140车床操纵部分的组成零件之一，该手柄座的作用就相当于一个连杆。车床外部手柄的运动是通过CA6140车床手柄座传递到车床内部实现人为对机床的操纵。手柄与该零件通过φ25mm孔连接，机床内部零件通过φ10mm孔与手柄座连接，即CA6140车床手柄座的作用是实现运动由外部到内部的传递。
1.2零件的工艺分析
CA6140车床手柄座的加工表面分四种，主要是孔的加工，圆柱端面的加工，槽的加工，螺纹孔的加工，各组加工面之间有严格的尺寸位置度要求和一定的表面加工精度要求，特别是孔的加工，几乎都要保证Ra1.6mm的表面粗糙度，因而需精加工，现将主要加工面分述如下：
  1.2.1孔的加工
该零件共有5个孔要加工：φ45mm是零件的主要加工面，多组面，孔与其有位置尺寸度要求，因而是后续工序的主要精基准面，需精加工且尽早加工出来；φ10mm孔与R13mm有平行度要求，也要精加工；φ14mm是不通孔，特别注意该孔的加工深度；φ5mm圆锥孔虽是小孔，但由于表面粗糙度要求高，仍需精铰。φ5.5mm油孔是本组成员本次夹具设计的重点工序，它与槽14mm的小端面有7mm的尺寸位置要求，并且其孔的加工精度有R3.2的要求，因此对其也应该要进行精铰。
  1.2.2面的加工
该零件共有3个端面要加工：φ45mm圆柱小端面精度要求较高，同时也是配合φ25mm孔作为后续工序的精基准面，需精加工；φ45mm圆柱大端面以及φ25mm孔端面粗铣既可。
  1.2.3槽的加工
该零件仅有2个槽需加工：φ25mm孔上键槽两侧面粗糙度为Ra1.6mm，需精加工，底面加工精度要求不高，但与R13mm孔上表面有30mm的尺寸要求，而加工键槽时很难以φ45mm上表面为定位基准，因而要特别注意尺寸链的推算，保证加工尺寸要求；深槽要注意加工深度，由于表面粗糙度为Ra6.3mm，半精铣即可。
1.2.4螺纹孔的加工
M10mm螺纹孔的加工，它与R13mm孔和φ25mm孔中心线有30°角度要求，同时中心线与φ45mm圆柱端面有11mm的尺寸位置要求。
由以上分析可知，该零件的加工应先加工φ45mm圆柱两端面，再以端面为基准加工作为后续工序主要精基准的φ25mm孔，进而以该孔为精基准加工出所有的孔，面，槽，螺纹孔等。

二、工艺规程设计
绘制铸件毛坯图

2.1确定毛坯的制造形式
零件材料为HT200，根据选择毛坯应考虑的因素，该零件体积较小，形状较复杂，外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求，由于零件生产类型为成批，大批生产，而砂型铸造生产成本低，设备简单，故本零件毛坯采用砂型铸造。
2.2基面的选择
基面选择是工艺规划设计中的重要工作之一，基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
2.2.1粗基准的选择
粗基准选择应为后续加工提供精基准，由于该零件毛坯没有铸孔，故只能以3个主要端面为基准，由于φ45mm小端面表面粗糙度为Ra3.2mm，若直接以大端面为粗基准，恐不能一次达到加工精度，故先以φ45mm小端面为粗基准，粗铣φ45mm大端面，再以φ45mm大端面为基准，精铣小端面，并保证尺寸43mm。
  2.2.2精基准的选择
精基准主要考虑如何保证加工精度和装夹方便，前面已多次提过以 φ25mm孔为第一精基准，φ45mm圆柱小端面作为基准先加工出φ25mm孔，然后作为辅助基准面配合φ25mm孔加工后续工序中的孔，面，槽，螺纹等。

三、制定工艺路线
3.1工艺路线的拟定
拟定工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。工艺路线的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性，以便使生产成本尽量下降。
3.1.1工艺路线方案一
Ⅰ.铣φ45mm圆柱小端面;
Ⅱ.粗铣φ45mm圆柱大端面,保证尺寸43mm;
Ⅲ. 扩,铰φ25+0.033 0mm孔;
Ⅳ.钻,扩,铰φ10+0.015 0mm孔;
Ⅴ.钻,扩,铰φ14+0.018 0mm孔;
Ⅵ.钻,攻M10mm螺纹孔;
Ⅶ.插键槽,保证尺寸27.3+0.1 0mm;
Ⅷ.钻,铰φ5mm圆锥孔;
Ⅸ.铣槽,保证尺寸14mm,深度30mm;
Ⅹ.钻,铰φ5.5mm孔;
Ⅺ.去锐边,毛刺;
Ⅻ.终检,入库。
3.1.2工艺路线方案二
Ⅰ.粗铣φ45mm圆柱大端面;
Ⅱ.半精铣φ45mm圆柱小端面,保证尺寸43mm;
Ⅲ. 扩,铰φ25+0.033 0mm孔;
Ⅳ.粗铣φ14+0.018 0mm孔端面;
Ⅴ.钻,扩,铰φ14+0.018 0mm孔;
Ⅵ.钻,铰φ5mm圆锥孔,钻,扩,铰φ10+0.015 0mm孔;
Ⅶ.钻,攻M10螺纹孔;
Ⅷ.插键槽,保证尺寸27.3+0.1 0mm
Ⅸ.铣槽,保证尺寸14mm,深度30mm;
Ⅹ.钻,铰φ5.5mm孔;
Ⅺ.去锐边,毛刺;
Ⅻ.终检,入库。
3.1.3工艺方案的比较
上述两个方案区别在两点:一是方案一先加工有Ra3.2mm表面精度要求的小端面,再加工大端面,而方案二是先粗铣大端面,再加工小端面;二是方案一将φ5mm圆锥孔和φ10mm孔按部就班顺序加工,而方案二显得更灵活聪明,看出这两个孔的定位方式,夹紧方式相同,故而在一台机床上同时加工出来.另外,方案一没有铣φ14mm小端面,但由于φ14mm孔有严格深度要求,故最好还是粗铣一遍.
两套方案显然方案二更简洁更符合要求,但正如前面所分析的,方案二将φ5mm圆锥孔φ10mm孔的加工合并在一道工中,虽然减少了装夹次数,简化了工艺设计 ,但在一道工序中完成这两个钻孔,由于两孔的加工深度,加工刀具尺寸,加工时产生的轴向力等等都相差较大,且两孔的加工精度要求都较高，显然组合机床不适用。如果采用摇臂钻床，对于大批量生产，则要频繁更换钻头刀具，大大增加了劳动强度，降低了生产效率，因此，决定还是将两个孔分开加工。
综上所述，零件的最后加工路线如下：
3.1.4工艺方案的确定
Ⅰ.粗铣φ45mm圆柱大端面,以φ45mm圆柱小端面为定位基准;
Ⅱ.半精铣φ45mm圆柱小端面,以φ45mm大端面为定位基准;
Ⅲ. 扩,铰φ25+0.033 0mm孔,以φ45mm圆柱大端面为定位基准;
Ⅳ.钻,扩,铰φ10+0.015 0mm,以φ25+0.033 0mm孔和φ45mm圆柱小端面为基准;
Ⅴ.粗铣φ14+0.018 0mm孔端面,利用φ45mm圆柱小端面, φ25+0.033 0mm孔和φ10+0.015 0mm孔定位,保证尺寸43mm;
Ⅵ.钻,扩,铰φ14+0.018 0mm孔,定位与Ⅴ工序相同,保证孔深度25mm;
Ⅶ.钻,攻M10mm螺纹孔,定位与Ⅴ工序相同;
Ⅷ.钻,铰φ5mm圆锥孔,定位与Ⅴ工序相同;
Ⅸ.插键槽,为便于加工,以φ45mm圆柱小端面, φ10+0.015 0mm孔和φ14+0.018 0mm孔端面定位,同时要保证尺寸27.3+0.1 0mm;
Ⅹ.铣槽,定位与Ⅴ工序相同,保证尺寸30mm;
Ⅺ.钻,铰φ5.5mm孔,定位与Ⅴ工序相同;
Ⅻ.去锐边,毛刺,尤其注意φ25+0.033 0mm孔表面可能因为钻M10mm螺纹孔以及插槽带来的表面鳞次损伤;
ⅩⅢ.终检,入库。

四、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
CA6140车床手柄座零件材料为HT200,毛坯重量约为0.73kg，生产类型为大批生产，采用砂型铸造生产。
毛坯铸造时可以将φ25孔直接铸造出来，由于其余孔均有精度要求，且尺寸小，均不铸出。故仅确定三个端面的相关尺寸。
查表确定加工余量：
砂型铸造，材料为灰铸铁，机器造型，公差等级为CT8~12,取CT10，加工余量等级E~G,取G.
切削余量：查表，基本尺寸小于100mm，加工余量为1.4mm；
                基本尺寸小于63mm，加工余量为0.7mm。
铸件公差等级：查表，基本尺寸小于100mm，取3.2mm；
                    基本尺寸小于63mm，取2.8mm。
4.1 φ45mm圆柱两端面毛坯尺寸及加工余量计算
根据工序要求，φ45mm圆柱两端面经过两道工序，先粗铣φ45mm圆柱大端面，再粗，精铣φ45mm圆柱小端面，各步余量如下：
粗铣：由《机械加工工艺手册第一卷》表3.2-23，其余量值规定，对于小端面（≤50mm）为1.0~2.0mm，现取1.8mm。表3.2-27粗铣平面的厚度偏差（≤30mm）为―0.25~―0.39mm，现取―0.30mm。
精铣：由《加工工艺手册》表3.2-25，其余量规定值为1.0mm。
故铸造毛坯的基本尺寸为43＋1.2＋1.8＋1.0＝47mm 。又根据前面铸件尺寸公差标准值，取尺寸公差为2.8mm。故：
毛坯的名义尺寸：43＋1.2＋1.8＋1.0＝47mm；
毛坯的最小尺寸：47－1.4＝45.6mm；
毛坯的最大尺寸：47＋1.4＝49.8mm；
粗铣大端面后的最大尺寸：43＋1.0＋1.2＝45.2mm；
粗铣大端面后的最小尺寸：45.2－0.30＝44.9mm；
粗铣小端面后的最大尺寸：:43＋1.0＝44mm；
粗铣小端面后的最小尺寸：:44－0.30＝43.7mm。
精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按《加工工艺手册》表5.29，粗铣→精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。故精铣后尺寸为43.10mm。
4.2 中心线端面毛坯尺寸及加工余量计算
根据工序要求，φ25+0.033 0mm孔中心线距离小端面的毛坯基本尺寸为43＋1.2＝44.2mm，故：
毛坯的名义尺寸：43＋1.2＝44.2mm；
毛坯的最大尺寸：44.2＋1.4＝45.6mm；
毛坯的最小尺寸：44.2－1.4＝42.8mm。
由于φ25+0.033 0mm孔有8精度要求，Ra＝1.6mm；
根据《加工工艺手册》表3.2-10，加工该孔的工艺为：
扩→铰
因此查《实用机械加工工艺手册》表3-9得其孔的加工余量为2～5mm，我们取为3mm，故：
扩孔：φ24.8mm   2Z＝1.8mm（Z为单边加工余量）；   
铰孔：φ25+0.033 0mm。
毛坯φ25mm孔的尺寸为：25-3=22mm
4.3 φ14+0.018 0mm孔端面毛坯尺寸及加工余量计算
根据工序要求，φ14+0.018 0mm孔端面仅由粗铣得到，故φ14+0.018 0mm孔端面距φ25+0.033 0mm孔中心线的毛坯基本尺寸为43＋1.2＝44.2mm，故：
毛坯的名义尺寸：43＋1.2＝44.2mm；
毛坯的最大尺寸：44.2＋1.4＝45.6vmm；
毛坯的最小尺寸：44.2－1.4＝42.8mm。
粗铣后尺寸应于零件图尺寸相同，但由于零件图纸并未给出具体的公差等级，现按前面粗铣平面厚度偏差取－0.28mm。故粗铣后的尺寸为42.72mm
其他毛坯尺寸由于零件图纸未做具体的工序尺寸要求，且对后面诸孔，槽的加工影响不大，仅荒铣即可，故不再一一赘述分析。
4.4 其他尺寸极其加工余量的确定
其他工序尺寸包括5个孔，2个槽，1个螺纹孔的基本尺寸，现仅分析主要的5个孔的加工余量及尺寸偏差。
5个孔均不铸出，机械加工出来，根据《加工工艺手册》，由于5个孔的表面粗糙度要求均较高，所以都要经过精铰工序，具体工序尺寸和加工余量为：
（1）φ10+0.015 0mm孔，Ra＝1.6mm；
根据《加工工艺手册》表3.2-9，加工该孔的工艺为：
钻→粗铰→精铰
钻孔：φ9.8mm；
粗铰：φ9.96mm；
精铰：φ10+0.015 0mm。
（2）φ14+0.018 0mm孔，Ra＝1.6mm；
根据《加工工艺手册》表3.2-9，加工该孔的工艺为：
钻→扩→粗铰→精铰
钻孔：φ13.0mm；
扩孔：φ13.85mm；   2Z＝0.85mm（Z为单边加工余量）；
粗铰：φ13.95mm；
精铰：φ14+0.018 0mm。
（3）φ5mm圆锥孔，Ra＝1.6mm；
由于零件图纸未给出具体的公差等级，现也按H7公差等级加工，按表3.2-9，加工该孔的工艺为：
钻→精铰
钻孔：φ4.8mm；
精铰：φ5H7mm。
（4）φ5.5mm孔，Ra＝3.2mm。
由于也未给出公差等级，现同样按φ5mm圆锥孔加工方式：
钻→精铰
    钻孔：φ4.8mm；
精铰：φ5.5mm。
五、确定切削用量及基本工时
5.1 工序Ⅰ：粗铣φ45mm圆柱大端面
机床：X51立式铣床
选择铣刀半径为25mm，齿数Z=6（见《工艺手册》表3.1－27）

，（《切削》表3.7和《切削》表3.8）
（《切削》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：
5.2 工序Ⅱ：半精铣φ45mm圆柱小端面
机床：X51立式铣床
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：
5.3 工序Ⅲ：钻→扩→粗、精铰φ25+0.033 0mm通孔
机床：Z535立式钻床
⑴钻孔φ23mm：
选择φ23mm高速钢锥柄标准麻花钻（见《工艺手册》表3.1－6）
（《切削》表2.7和《工艺》表4.2－16）
（《切削》表2.15）硬度200－217

按机床选取（《工艺》表4.2－5）
实际切削速度：
基本工时：（《工艺》表6.2－5）
⑵扩孔φ24.80mm：
选择φ24.80mm高速钢锥柄扩孔钻（《工艺》表3.1－8）
由《切削》表2.10得扩孔钻扩φ24.80mm孔时的进给量，并由《工艺》表4.2－16取，扩孔钻扩孔时的切削速度。
由《切削》表2.15得，故：

按机床选取

基本工时：
⑶铰φ25+0.033 0mm孔：
选择φ25mm高速钢锥柄机用铰刀（《工艺》表3.1－17），
由《切削》表2.24得，，，
由《工艺》表4.2－16得，

按机床选取，则：

基本工时：
5.4工序Ⅳ：钻→粗铰→精铰φ10+0.015 0mm孔
机床：Z535立式钻床
⑴钻φ10mm孔：
选择φ9.8mm高速钢锥柄麻花钻（《工艺》表3.1－6）
由《切削》表2.7和《工艺》表4.2－16查得
（《切削》表2.15）

按机床选取

基本工时：
⑵粗铰φ9.96mm孔：
选择φ9.96mm的高速钢铰刀（《工艺》表2.11）
由《切削》表2.24和《工艺》表4.2－15查得

按机床选取

基本工时：
⑶精铰φ10+0.015 0孔：
选择φ10mm的铰刀

按机床选取

基本工时：
5.5工序Ⅴ：粗铣φ14mm孔端面
机床：X51立式铣床
刀具：高速钢端铣刀，D=30mm ,Z=6
根据《加工工艺手册》表2.4-73，取asp=0.15mm/Z,根据《切削工艺手册》表3.9，取f=20m/min, 则fr=212.3r/min，
按机床选取fr=220r/min，则f=20.72m/min.，vc =198mm/min，
取vc=150mm/min，
基本工时t=0.33min。
5.6工序Ⅵ：钻，铰φ14+0.018 0mm孔
⑴钻φ13mm孔：
选择φ13mm高速钢锥柄麻花钻（《工艺》表3.5－6）
由《切削》表2.7和《工艺》表4.2－16查得
（《切削》表2.15）

按机床选取

基本工时：
⑵粗铰φ13.95mm孔：
选择φ13.95mm高速钢锥柄机用铰刀（《工艺》表3.1－17）
，，，

按机床选取（《工艺》表42－15）

（《工艺》表4.2－16）
基本工时：
⑶精铣φ14+0.018 0mm孔：
选择φ14+0.018 0mm高速钢锥柄机用铰刀（《工艺》表3.1－17）
由《切削》表2.24查得
，，

（《工艺》表42－16）
按机床选取

基本工时：
5.7 工序Ⅶ：钻φ8.5mm底孔，攻螺纹M10mm
⑴钻φ8.5mm底孔：
选用φ8.5mm高速钢锥柄麻花钻（《工艺》表3.1－6）
由《切削》表2.7和《工艺》表4.2－16查得
（《切削》表2.15）

按机床选取

基本工时：
⑵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：
5.8 工序Ⅷ：钻，铰φ5mm圆锥孔
机床：Z525立式钻床
（1）钻φ4.8mm圆锥孔
刀具：高速钢麻花钻，D=5mm
由《切削工艺手册》表2.7查得fz=0.10mm/r，由表2.15取f=20m/min，则
则fr=1326r/min，
按机床选取fr=1360r/min，则f=20.5m/min.，
      基本工时t=0.096min。
（2）铰φ5mm孔
刀具：高速钢锥柄机用机用铰刀，D=5mm
由《切削工艺手册》表2.24查得fz=0.6mm/r，根据表2.15取f=6m/min，则fr=382.17r/min，
按机床选取fr=392r/min，则f=6.15m/min.，
基本工时t=0.055min。
5.9 工序Ⅹ：铣14+0.24 0的槽
选用高速钢粗齿盘状铣刀 ，Z=8
1)、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XA6132型铣床的功率为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=9.6min
5.10 工序Ⅸ：加工φ5.5mm的孔
⑴钻φ5.5mm孔：
选择φ4.8mm的高速钢锥柄麻花钻

按机床选取

(一) 基本工时：
⑵铰φ5.5mm孔：
选择φ5.5mm的铰刀

按机床选取

基本工时：

设计心得
课程设计的收获
通过课程设计，我收获颇丰：
1 学会了将所学到的知识融合在一起为自己服务，将理论知识用到了具体的设计中，知道了书本上的东西只有在接受了实践的检验之后才能真正成为自己的东西。
2 学会了与同学协同合作，单个人的力量是弱小的，对于一个大的未知的课题，尤其需要和其他同学分工合作，只有这样1+1才会大于2。
3 增强了独立学习的能力，学会了搜索资料为我所用。
4 培养了我的条理性、时间性和初步的规划能力。一个课题，要在有限的时间里完成，就必须要我们精心规划，合理分配、利用时间，保质保量的完成任务。毕业设计可以说在这方面很好地锻炼了我。
5 使我初步具有了阅读英文文献的能力和习惯。经过一丝不苟地查专业词典。