后托架及其夹具设计说明书.doc

机械制造工程学
课程设计

题 目 CA6140车床后托架及三杠孔加工钻床夹具设计
姓 名 胡文超
学 号 30803042
专业班级 机自0801
所在学院 工程学院
指导教师 孙树礼 陆倩倩

2011年 7 月 10 日

目 录
目 录 - 1 -
第1章 机械工艺规程设计 - 3 -
1.1 零件的作用 - 3 -
1.2 工艺规程的设计 - 3 -
1.2.1 零件的工艺分析 - 3 -
1.2.2 计算零件的生产纲领、确定生产类型 - 5 -
1.2.3 确定毛坯的制造形式 - 5 -
1.2.4 基准的选择 - 5 -
1.2.5 制定工艺路线 - 7 -
1.2.6 机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定 - 8 -
1.2.7 确定切削用量及基本时间、辅助时间 - 9 -
第2章 三杠孔加工钻床夹具设计 - 17 -
2.1 夹具方案分析 - 17 -
2.2 定位基准的选择 - 17 -
2.3 夹具设计 - 17 -
2.4 切削力及夹紧力的计算 - 18 -
心得体会 - 21 -
参考文献 - 22 -

- 22 -
- 22 -
绪 论
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。

第1章 机械工艺规程设计
1.1 零件的作用
后拖架是在加工超出床身长度的细长杆零件时，用来支撑和夹紧工件的机床附件。通常半自动机床使用较多。因为零件尺寸较小，结构形状也不是很复杂，但侧面三杠孔和底面精度要求较高，此外还有顶面的四孔要加工，但对精度要求不是很高。后拖架上的底面和侧面三杠孔粗糙度要求为Ra1.6，所以要求精加工。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度精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能和工作寿命，因此他的加工是非常关键和重要的。
图1-1 后托架零件图
1.2 工艺规程的设计
1.2.1 零件的工艺分析
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，应选择价格较底的机床。
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。
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。
⑴．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。
⑵．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，，。
⑶．以顶面为主加工面的四个孔，分别是以和为一组的阶梯孔，这组孔的表面粗糙度要求是，，阶面粗糙度为以及以和的阶梯孔，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，阶面粗糙度为。
⑷．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7000件，是大批量生产。

1.2.2 计算零件的生产纲领、确定生产类型
N=Qn（1+a）（1+b）=7000×1×(1+5%)（1+1%）=7423.5件/年
由此确定零件术语大批量生产

1.2.3 确定毛坯的制造形式
该零件属于轻型零件，大批量生产，所以采用金属模机械砂型制造毛胚，铸件尺寸公差为CT9，加工余量等级为MA=G。

1.2.4 基准的选择
粗基准的选择：选择顶面和侧面作为粗基准，先铣削出A面达到粗糙度1.6的要求，然后再用加工后的A面作为后续加工的精基准。
粗基准选择应当满足以下要求：
⑴．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。
⑵．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。
⑶．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。
⑷．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。
⑸．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。
精基准的选择：以铣削后的A面和侧面作为精基准，配合适当的钻孔夹具，即可加工，，这三个主要孔。在以上基础上，再利用加工后的孔为精基准加工，，的锥孔，M6的螺纹孔等。
精基准选择的原则：
⑴．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。
⑵．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。
⑶．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。
自为基准原则。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。

1.2.5 制定工艺路线
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。
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：
⑴．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。
⑵．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。

工序05 粗铣A
精铣A
10 扩，Φ40H10孔
粗铰，Φ40H8孔
精铰，Φ40H7孔
钻，Φ30.2H12孔
扩，Φ30.2H10孔
铰，Φ30.2H8孔
钻，Φ25.5H12孔
扩，Φ25.5H10孔
铰，Φ25.5H8孔
锪平Φ44底面
15 钻孔2-Φ13通孔
钻孔Φ13，保证工序尺寸20
锪平孔Φ13底面
钻孔2-Φ20
锪平孔2-Φ20底面
钻孔2-Φ9.8
装配时配铰Φ10锥孔
20 钻油孔Φ6
钻M6底孔Φ4.9
攻丝M6
25 拉油沟
30 锐边倒角，去毛刺，清洗
35 检验
40 喷漆

1.2.6 机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定
车床后拖架零件材料为HT150，大批量采用金属膜机械砂型制造，确定铸件尺寸公差等级为CT9，机械加工余量等级为MA-G。
机械加工余量确定：
1.底面A：粗铣余量2mm，半精铣余量1mm，总余量3mm
毛胚尺寸67+3=70mm，由于毛胚为CT9级，所以毛胚尺寸为69.1~70.9
工序尺寸分别为粗铣A至尺寸(IT12)，半精铣A至尺寸(IT11)。
2. Φ25.5H8圆孔直接铸成实体，工序尺寸为钻孔至Φ20.5H12()，扩孔至Φ24.5H10()，铰孔至Φ25.5H8（)
3.Φ30.2圆孔铸成实体，径向加工余量为扩孔2×2=4mm，铰孔0.5×2=1mm。总余量5mm，轴向加工余量为60mm，工序尺寸为钻孔至Φ25.2H12（)，扩孔至Φ29.2H10（)，铰孔至Φ30.2H8（)
4.Φ40H7圆孔直接铸出，径向总加工余量为5mm，扩孔4mm，粗铰0.6mm，精铰0.4mm，毛胚尺寸40-5=35mm，由于铸件公差等级为CT9，故毛胚尺寸为
Φ35(Φ34~Φ36)，工序尺寸为扩孔至Φ39H10()，粗铰至Φ39.6H8（)精铰至Φ40H7（)
5.顶面两组孔2-Φ13，2-Φ20，以及另外一组2-Φ10的锥孔和2-Φ13孔
毛胚为实心，不冲孔。
第一组2-Φ13，2-Φ20，加工该组的工艺为钻-扩-锪
钻孔：Φ10 扩孔：Φ13 余量为22=4mm 锪孔：Φ20 余量为2×0.5=1mm
第二组2-Φ10的锥孔和2-Φ13孔，工艺为钻-扩-锪
钻孔：Φ10锪孔：Φ13余量为2×2.5=5mm 铰孔：Φ10

1.2.7 确定切削用量及基本时间、辅助时间
工序05铣平面A
机床：X62卧式铣床
刀具：套式面铣刀 D=63 Z=10
1） 粗铣：铣削深度=2mm，
进给=0.2mm/z,=0.3m/s
=1000v/d=1000×0.3/(3.14×63)=1.5r/s
=95r/min=1.58r/s
=3.14×63×1.6/1000=0.32m/s
2.01
===58.5s
11.7s
2)精铣：铣削深度=1mm，
进给=0.2mm/z,=0.25m/s
=118r/min=1.97r/s
=0.39m/s
2
===47.5s
9.5s
工序10 钻三杠孔
机床：Z35 刀具：硬质合金刀
1）扩孔Φ39H10()：=2mm，f=1.5mm/r，v=0.225m/s
=1000v/d==1.84r/s.
=105r/min=1.75r/s.
=0.21m/s
=39.2
39.2×20%=7.8s
2)粗铰孔Φ39.6H8（)：=0.3mm，f=1.2，v=0.5m/s
=1000v/d==4r/s
=265r/min=4.4r/s
=0.55m/s
=19.5s
19.5×20%=3.9s
3）精铰孔Φ40H7（)：=0.2mm，f=2，v=0.5m/s
=1000v/d==4r/s
=4.4r/s
==0.55m/s
=10.6s
10.6×20%=2.1s
4）钻孔Φ25.2H12（)：f=0.4mm/r，v=0.8m/s
=1000v/d==10.1r/s
=670r/min＝11.2r/s
==0.89m/s
=16.1s
15.4×20%=3.2s
5）扩孔Φ29.2H10（)：=2mm，f=1.2mm/r v=0.4m/s
=1000v/d==4.4r/s
=265r/min=4.4r/s
==0.4m/s
=19.5s
3.9s
6）铰孔Φ30.2H8（)：=0.5mm，f=1.2mm/r，v=0.5m/s
=1000v/d==5.3r/s
=335r/min=5.58r/s
==0.53m/s
=15.4s
3.1s
7）钻孔至Φ20.5H12()：f=0.4mm/r，v=0.8m/s
=1000v/d==12.4r/s
=670r/min=11.2r/s
=0.72m/s
=15.8s
15.8×20%=3.2s
8）扩孔至Φ24.5H10()：=2mm，f=1.2，v=0.4m/s
=1000v/d==5.2r/s
=335r/min=5.6r/s
==0.43m/s
=15.3s
15.3×20%=3.1s
9）铰孔至Φ25.5H8（)：=0.5mm，f=2，v=0.5m/s
=1000v/d==6.2r/s
=5.6r/s
==0.45m/s
=9.2s
1.8s
10）锪平Φ44H8（)：=9.25mm，f=2，v=0.5m/s
=1000v/d==3.62r/s
=170r/min=2.8r/s
==0.39m/s
=8s
1.6s

工序15钻顶面四孔
钻顶面四孔（其中包括钻孔2-Φ13，2-Φ10和扩孔2-Φ13，铰孔2-Φ10，一及锪孔2-Φ20，Φ13）
机床：Z3025 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，公制/莫氏4号锥直柄铰刀，刀具材料W18Cr4V
1）钻孔2-Φ13，2-Φ10的锥孔
钻孔2-Φ13时先采取的是钻到2-Φ10再扩到2-Φ13，所以D=10mm，另外的两个2-Φ10锥孔也先钻到2-Φ10。
=5mm，f=0.3mm/r，v=0.75m/s
机床转速 n=1000v/d=1000×0.75×60/(3.14×10)=1433.1r/min
取n=1600r/min
则 =3.14×10×1600/(1000×60)=0.84m/s
被切削层长度L=60mm，刀具切入长度=5mm，刀具切出长度=3mm
==0.75min
0.15min
2）扩孔2-Φ13
钻孔2-Φ13时先采取的是钻到2-Φ10再扩到2-Φ13，D=13mm，=10，=1.5mm，f=0.9mm/r，v=0.37m/s
n=1000v/d=1000×0.37×60/(3.14×13)=543.85r/min
取n=500r/min
=3.14×13×500/（1000×60）=0.34m/s
刀具切入长度=3mm，切出长度=3mm
==0.62min
0.124min
3）锪孔2-Φ20
=3.5mm，D=20mm，f=1mm/r，v=0.3m/s，
n=1000v/d=1000×0.3×60/(3.14×20)=286.62r/min
取n=315r/min
=3.14×20×315/(1000×60)=0.33m/s
被切削层长度L=12mm，刀具切入长度=4mm，切出长度=3mm，走刀次数为2
==0.20min
0.04min
4）锪孔Φ13
=1.5mm, D=13mm，f=1mm/r，v=0.25m/s，
n=1000v/d=1000×0.25×60/(3.14×13)=367.5r/min
取n=400r/min
=3.14×13×400/(1000×60)=0.27m/s
被切削层长度L=40mm，刀具切入长度=3mm，刀具切出长度=3mm
==0.133min
0.027min
5）铰孔2-Φ10
=0.25mm，D=10mm，f=0.8mm/r，v=0.6m/s，
n=1000v/d=1000×0.6×60/(3.14×10)=1146.5r/min
取n=1000r/min
=0.52m/s
L=20mm，=2.14mm，=3mm
==0.08min
0.016min
工序20钻侧面两孔（其中包括钻的孔和M6的螺纹孔）
1）钻的孔
=3mm，f=0.2mm/r，v=0.7m/s
n=1000v/d=1000×0.760/(3.14×6)=2229.3r/min
取n=2500r/min
=3.14×6×2500/（1000×60）=0.79m/s
被切削层长度L=79mm，刀具切入长度=8mm，=3mm
==0.19min
0.038min
2）钻M6螺孔
=2.5mm，f=0.2mm/r，v=0.7m/s
n =1000v/d=1000×0.760/(3.14×5)=2675.2r/min
取n=2500r/min
=3.14×5×2500/（1000×60）=0.65m/s
L=19mm，=2mm，=4
==0.056min
0.012min
3）攻M6螺纹孔
机床：组合攻丝机 刀具：高速钢机动丝锥
进给量f：由于螺距为1mm，所以f=1mm/r
n=1000v/d=1000×0.115/(3.14×6)=366.2r/min，
取n=400r/min，
=3.14×6×400/（1000×60）=0.126m/s
被切削层长度L=19mm，刀具切入=3mm，刀具切出=3mm
==0.07min
0.014min

第2章 三杠孔加工钻床夹具设计
2.1 夹具方案分析
利用本夹具主要用来钻，铰加工孔Φ40，Φ30.2，Φ25.5.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，最关键是找定位基准。同时应考虑如何提高劳动生产率和效率。

2.2 定位基准的选择
由零件图可知，孔Φ40Φ25.5Φ30.2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来满足平行度公差要求。
三孔轴线间有位置公差，选择左端面为定位基准来设计钻模，从而满足孔轴线间的位置公差。工件定位用底面和两个侧面来限制6个自由度。

2.3 夹具设计
本夹具用于在摇臂钻床上加工后拖架的三杠孔。工件以底面，侧面和盖板平面为定位基准，在支承钉和止推板上实现完全定位。为工件装夹可靠，采用了辅助支承。
如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时费时费力，有益该工件体积小，材料易切削，切削力不大等特点，选用手动夹紧方式（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。

2.4 切削力及夹紧力的计算
1．最大切削力：加工40mm孔时轴向力最大
F= （2-1）
式中： 取决于工件材料和切削条件的系数=588.60
=1
=0.8
当实际的加工条件与求得的经验公式的实验条件不相符时，各种因素对轴向力的修正系数
（2-2）
式中：HB=190
nF =0.6
==1
F=
2．最大转矩：加工40mm孔时转矩最大
M=（N·m） （2-3）式中： 取决于工件材料和切削条件的系数=225.63
=1.9
=0.8
当实际的加工条件与求得的经验公式的实验条件不相符时，各种因素对转矩的修正系数

式中：HB=190
nF =0.6
==1
M=
3．切削功率

4．夹紧力计算
本夹具采用的是压板夹紧，对夹具夹紧力影响最大的是钻25.5mm孔时的M=（N·m）
式中： 取决于工件材料和切削条件的系数=225.63
=1.8
=0.8
当实际的加工条件与求得的经验公式的实验条件不相符时，各种因素对转矩的修正系数

式中：HB=190
nF =0.6
==1
M=
夹紧力Q

式中：M为对夹具夹紧力影响最大的转矩
L 为夹紧力力臂
L=2×63+12+25÷2=150.5mm

实际预紧力：

式中：K为安全系数
：一般安全系数，考虑到增加夹紧的可靠性和因工件材料性质及余量不均匀等引起的切削力的变化。 一般取
：加工性质系数，粗加工取。精加工取
：刀具钝化系数，考虑刀具磨损钝化后，切削力增加。一般取。这里取
：断续切削系数，断续切削时取。连续切削时，取

夹紧力为： Q =430N
夹紧元件强度校核
受力分析：当压紧工件时，螺栓除受夹紧力Q作用产生拉应力外，还受转矩T的扭转而产生扭转剪应力的作用。
拉伸应力：
扭转剪应力：
由第四强度理论，可知螺栓预紧状态下的计算应力：

元件材料为45钢，屈服强度为=450 ，取安全系数n=1.9
则许用挤压应力 =

夹具结构见附件“夹具装配图，夹具体零件图”。
心得体会
在这次设计中，我做的是说明书的制做。简单地说，说明书说是把设计的过程记录下来，所以我必须了解设计过程中的所有环节，对组员做出来的数据进行处理，有时也要发现设计上的错误和不足，及时向做相应环节的组员提出，并让其修正。说明书也不是把组员的结果简单加起来，我觉得一定要一个人写说明书而不能每人写一部分，这样前后的连续性会不足，有时甚至会出现前后矛盾，前后不对应，一个人写的话，写作人对全篇比较了解，能及时发现错误。

参考文献
[1] 马光主编 机械制造工程学。杭州：浙江大学出版社
[2] 马正元主编 机械制造工艺设计指导。