CA6140车床手柄座夹具设计说明书.doc

第2章、手柄座的机械加工工艺设计
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。
由于零件上孔都较小，且都有严格的表面精度要求，故都不铸出，留待后续机械加工反而经济实用。
2.2.基准的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。
(1)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。根据这个基准选择原则，现选取孔的下端面作为粗基准，利用一组共两块V形块分别支承和作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。
(2)精基准的选择
主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。这在后面还要专门计算，此处不再重复。
2.3.工艺路线的拟定
制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
（1）工艺路线方案一：
工序一：备料
工序二：铸造毛坯
工序三：粗铣上、下表面，精铣下表面；
工序四：钻孔；
工序五：插键槽6H9；
工序六：铣槽1443 mm；
工序七：钻、拉孔；
工序八：钻孔；
工序九：钻、扩螺纹孔；
工序十：钻、钳锥销通孔、M10-7H；
工序十一：终检。
（2）工艺路线方案二：
工序一：备料
工序二：铸造毛坯
工序三：钻；
工序四：粗铣上、下表面；
工序五：精铣下表面；
工序六：插键槽6H9 mm；
工序七：铣槽14 mm 43 mm；
工序八：钻孔；
工序九：钻、拉孔；
工序十：钻、扩；
工序十一：钻、钳锥销通孔、M10-7H；
工序十二：终检。
（3）、工艺方案的比较与分析：
上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工上下表面为中心的一组工艺，然后加工的孔，再以的孔的孔为基准加工的孔。方案二则是先加孔后再加工上下表面，再加工孔，此时方案二采用车床加工工序一，这样有利提高效率，节省成本。经比较可知，先加工上下表面，再以上下表面为基准加工及插键槽，最后完成对的孔的定位。显然方案一比方案二的装夹次数减少了，同时也更好的保证了精度要求。
综上所述，零件的具体工艺过程如下：
工序一：备料
工序二：铸造毛坯
工序三：粗铣、半精铣凸台端面，选用X51立式铣床；
工序四：钻，扩，铰内孔，选用Z535立式钻床；
工序五：钻，粗铰，精铰孔，选用Z525立式钻床；
工序六：铣槽mm，选用X63卧式铣床；
工序七：钻、粗铰、精铰螺纹孔，选用Z525立式钻床；
工序八：钻底孔，攻螺纹孔M10mm，选用Z525立式钻床；
工序九：钻锥销通孔，选用Z525立式钻床；
工序十：拉键槽6H9mm；
工序十一：钻槽底通孔钻，选用Z525立式钻床；
工序十二：终检。
2.4.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，生产类型为中批量生产，采用砂型铸造生产。由于所有孔均有精度要求，且尺寸小，均不铸出。故仅确定三个端面的相关尺寸。
查《机械制造工艺学课程设计指导书》确定加工余量：
砂型铸造，机器造型，材料为灰铸铁，查表5-2可知，公差等级CT为8~12,选取CT10，查表5-3可知，要求的机械加工余量等级为E~G,选取G。
切削余量：查表5-4可知， 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。
铸件公差等级为CT10：查表5-1，基本尺寸小于100mm，取3.2mm；
基本尺寸小于63mm，取2.8mm。
（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，半精铣φ45mm圆柱小端面，各步余量如下：
粗铣：由《机械加工工艺手册》表3.2-23，其余量值规定，对于大端面（≤50mm）为1.0~2.0mm，现取1.8mm；对于小端面，取为1.2mm。表3.2-27粗铣平面的厚度偏差（≤30mm）为-0.25~-0.39mm，现取-0.30mm。
半精铣：由《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-2，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＝48.4mm；
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
（2）φ14H7mm孔端面毛坯尺寸及加工余量计算
根据工序要求，φ14H7mm孔端面仅由粗铣得到，故φ14H7mm孔端面距φ25H8mm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＝45.6mm；
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43
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，仅粗铣即可。
（3）其他尺寸及其加工余量的确定
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《简明手册》，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）φ25H8mm孔，Ra＝1.6mm；
根据《简明手册》表2.3-9，加工该孔的工艺为：
钻→扩→铰
钻孔：φ23mm；
扩孔：φ24.8mm 2Z＝1.8mm（Z为单边加工余量）；
铰孔：φ25H8mm。
（2）φ10H7mm孔，Ra＝1.6mm；
根据《简明手册》表2.3-8，加工该孔的工艺为：
钻→粗铰→精铰
钻孔：φ9.8mm；
粗铰：φ9.96mm；
精铰：φ10H7mm。
（3）φ14H7mm孔，Ra＝1.6mm；
根据《简明手册》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；
粗铰：φ13.95mm；
精铰：φ14H7mm。
（4）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。
（5）φ5.5mm孔，Ra＝12.5mm
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：φ5.5H7mm。
2.5.确定各工序切削用量及基本工时
(1)工序三 铣、半精铣凸台端面
1）粗铣凸台端面：
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：
2）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)工序四：钻→扩→粗、精铰通孔
1）钻孔：
选择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）
2）扩孔：
选择高速钢锥柄扩孔钻（《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：
3）铰孔：
选择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：
(3)工序五：钻→粗铰→精铰孔
1）钻孔：
选择高速钢锥柄麻花钻（《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：
2）粗铰孔：
选择的高速钢铰刀（《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：
3）精铰孔：
选择的铰刀

按机床选取

基本工时：
(4)工序六：铣的槽
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)工序七：钻、粗铰、精铰螺纹孔
1）钻孔：
选择高速钢锥柄麻花钻（《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：
2）粗铰孔：
选择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：
3）精铣孔：
选择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：
(6)工序八：钻底孔，攻螺纹M10mm
1）钻底孔：
选用高速钢锥柄麻花钻（《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：
2）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：
(7)工序九：加工的锥销通孔
1）钻的圆锥孔：
选择的高速钢麻花钻

按机床选取

基本工时：
2）铰的孔：
选择的铰刀

按机床选取

基本工时：
(8)工序十一：加工的孔
1) 钻孔：
选择的高速钢锥柄麻花钻

按机床选取

基本工时：
2) 铰孔：
选择的铰刀

按机床选取

基本工时：

第3章、夹具的设计
由于生产类型中等批量生产，要考虑生产效率，降低劳动强度，保证加工质量，故需设计专用夹具。本次设计主要是Φ10H7孔夹具设计，可以采用两种方案：快换钻套或者是用导向一样的两个夹具，我设计的是采用快换钻套。
3.1.定位方案的确定
（1）工序要求
本次设计工序Ⅳ钻Φ10H7mm孔的夹具，该工序要求Φ10H7mm孔轴线与Φ25H8mm孔中心线有φ0.05mm的平行度要求，因而也应以φ25H8mm孔的中心线为定位基准。
（2）定位方案的确定
为了加工φ10H7mm孔，应限制的自由度应保证定位可靠，加工稳定，故设计的定位方案如手柄座夹具总装图所示，总共限制了工件的全部6个自由度，属于完全定位。在该定位方案中，φ25H8mm孔内插入一个定位长销，限制了四个自由度（x，y方向的移动和转动）；R13 mm圆柱面用一短的浮动V型块，限制了一个自由度（z方向的转动）；用夹具夹持住工件，限制了工件沿z方向的移动。这样6个自由度全部被限制。
(3）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，只要可能产生的定位误差小于工件相应尺寸或位置公差的1/3，即可认为定位方案符合加工要求。
对于本次设计的夹具，需要保证的平行度要求：要求φ10H7mm孔轴线与φ25H8mm孔中心线有φ0.05mm的平行度要求，由于定位基准是φ45mm孔的中心线，工序基准也是φ45mm孔的中心线，故基准不重和误差为0，只存在基准位移误差。定位误差的计算如下：
(一) 验算中心距50（±0.05）mm
影响此精度的因素：
1) 定位误差，此项主要是定位孔φ25H8mm和定位销φ25g6mm的间隙产生，最大间隙为0.053mm.；
2)钻模板衬套中心与定位销中心距误差，装配图尺寸为50(±0.006),误差为为0.012mm；
3)钻套与衬套的配合间隙,由φ16H6/g5可知最大间隙为 0.029mm；
4)钻套内孔与外圆的同轴度误差，对于标准钻套，精度较高，此项可以忽略；
5)钻头与钻套间的间隙会引偏刀具，产生中心距误差e=（H/2+h+B）*(Δ/H)。
H为导向高度，此处H=45mm，查《实用机械加工工艺手册》表8-65，h=10mm,B=38mm,故e=0.045mm
其综合误差可按概率法求和：
Δ∑=(0.053^2+0.012^2+0.029^2+0.045^2)^(1/2)=0.07mm
该项误差略大于中心距允许误差0.1mm的2/3，勉强可用，应减小定位和导向的配合间隙。
(二) 验算两孔的平行度精度
工件要求φ10H7mm的孔全长平行度公差0.05mm，导致产生两孔平行的误差的因素有：
1)设计基准与定位基准重合，没有基准转换误差，但φ25H8/g6的配合间隙及孔与端面的垂直度公差会产生基准位置误差，定位销轴中心与φ25H8mm孔中心偏角α1(rad)为
α1=Δ1max/H1,式中，Δ1max为φ25H8/g6处最大间隙（mm）；H1为定位销轴定位面长度（mm）。
2)定位销轴中心线对夹具体底平面的垂直度要求α2图中没有注明。
3)钻套中心与定位销轴的平行度公差，图中标注为0.02mm，则
α3=0.02/43=0.0004665mm。
4)刀具引偏量e产生的偏斜角α4=0.029/45=0.00064 rad
因此总的平行度误差α∑=(α1^2+α2^2+α3^2+α4^2)<0.05,故合格。
（4）定位元件的型号，尺寸和安装方式
a) 固定式定位销
查《实用机械加工工艺手册》，表8-51确定定位销(JB/T 8014.1-1995)，基本尺寸，D=25mm,H=34mm,h1=2mm,d=15mm,L=30mm,该销与定位面板上的孔采用H7/g6过盈配合。
b) 浮动短V型块
查《实用机械加工工艺手册》表8-60(JB/T 8018.4-1995)，确定活动V型块的基本尺寸，B=40f7,H=16f9,L=16mm，h=13mm,d=24mm,相配件d=M16 1.5夹紧方案的确定
3.2.夹紧装置的设计
夹紧力方向原则：
(1)夹紧力的作用方向不应破坏工件的既定位置；
(2)夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能小；
(3)夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形最小。
夹紧作用点原则：
(1)夹紧里的作用点应正对夹具定位支撑元件或位于支撑元件所形成的稳定受力区域内，以免工件产生位移和偏转；
(2)夹紧力的作用点应正对工件刚性较好的部位上，以使夹紧变形尽可能少，有时可采用增大工件受力面积或合理分布夹紧点位置等措施来实现；
(3)夹紧力的作用点应尽可能靠近工件的加工表面，以保证夹紧力的稳定性和可靠性，减少工件的夹紧力，防止加工过程中可能产生振动。
根据以上要求，考虑加工零件的特点及定位方式，确定夹紧方式。
本设计方案选用的是螺旋夹紧机构，夹紧方向向下，通过螺杆的转动，带动套在螺杆头部的螺母向下移动，进而作用在工件φ45mm圆柱大端面上，实现夹紧，具体夹紧装置的布置见A1图纸。这种夹紧方式和夹紧装置简单实用，且对于中等批量生产能较快装夹工件，劳动强度较小，成本低，简单可靠。
3.3切削力及夹紧力的计算
（1）切削力的计算
刀具为高速钢锥柄麻花钻，直径D=9.8mm，每齿进给量f=0.18mm/r，由《加工工艺师手册》表28-4可得：钻孔的轴向力计算公式为(当硬度=190HBS时)，由《加工工艺师手册》表28-5可得修正系数，由高速钢、190HBS可查得，故由《机械制造装配设计》得安全系数=2.376,其中=1.5~2取=1.5,=1.2,,。查《实用加工工艺手册》表14-9摩擦系数=0.15故实际所需切削力为Q=100N。
（2）夹紧力的确定
本方案采用的螺旋夹紧机构，螺杆端面为圆周接触，由《加工工艺师手册》夹紧力计算公式：查《加工工艺师手册》表17-30原始作用力Q=100N,作用力臂L=240mm,由表17-25得螺旋副当量摩擦半径=15.56mm,α=1°26′，f=0.2mm/r，l=20mm,由表17-27得α1=9°50′，代入公式得：F==2206.15 N。
由《机械制造装配设计》得安全系数k=k1*k2*k3*k4,其中k1=1.5~1.2,k2 =1.2（粗加工）或=1（精加工）；k3=1.1~1.3，k4=1.2（断续切削）或1（连续切削），求的k=2.376。查《实用加工工艺手册》表14-9摩擦系数u=0.15故实际所需的夹紧力为19070N。

设计体会
为期两周的机械制造工艺学课程设计已经接近尾声，在各位老师的指导下，本次课程设计得以顺利完成。通过本次《机械制造工艺学》课程设计，深化了自己对理论知识的理解和掌握，理论联系实际的学习方式让我懂得了学习的乐趣。
技术性是我们专业的一大攻关问题，我们踏上岗位以后，有过硬的理论知识，同时又有很强的技术能力，这才会让我们的工作得心应手，才能让我们更好的立足于社会，贡献社会。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。通过此次设计，使我们基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等
大学生进入社会后，经验就成为了一个压死人的问题，尤其是制造业的学生，由于缺乏经验与动手能力，不能为单位带来更大的利益，这很让人头痛。但实习给我们带来的那些经验与感想，却是对我们每个人的工作学习，生活来说都是一笔价值连城的财富。有些东西你可能现在没有感觉到它的价值，但最后还是会的，每个人都有这样的过程。每一次的实习都让我们受益匪浅，也给我们的学习带来方向性，也是我们生活与工作的基石。
总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。
由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正！

参考文献
1、 哈尔滨工业大学赵家齐编，机械制造工艺学课程设计指导书（第2版）.北京：机械工业出版社，2000.10
2、 关慧贞、冯辛安主编，机械制造装备设计（第3版）.北京：机械工业出版社，2009.11
3、 胡城立、朱敏主编，材料成型基础.武汉：武汉理工大学出版社，2009.07
4、 李凯岭主编，机械制造技术基础.北京：清华大学出版社，2010.04
5、 王健石主编，机械加工常用刀具数据速查手册.北京：机械工业出版社2006.01
6、 杨叔子主编，机械加工工艺师手册.北京：机械工业出版社，2006.01
7、 陈宏钧主编，机械加工工艺手册(第二版).北京：机械工业出版社，2005.09
8、 陈家芳主编，实用金属切削加工工艺手册（第二版）.上海：上海科学技术出版社，2006.02
9、 李益民主编，机械制造工艺设计简明手册.北京：机械工业出版社