机械毕业设计（论文）-CA6150车床主轴箱箱体工装工艺及夹具设计【全套图纸】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： CA6150 车床主轴箱箱体工装车床主轴箱箱体工装 工艺及夹具设计工艺及夹具设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） CA6150 车床主轴箱 箱体工装工艺及夹具设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得 的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致 谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或 撰写的成果作品。 班 级： 机械 92 学 号： 0923089 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 CA6150 车床主轴箱箱体工装工艺及夹具设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 课题来源为无锡腾飞机械有限公司。 该课题主要是为了对本科阶段所学的机械加工工艺课程，机械设 计，机械夹具设计课程等内容按照机床夹具设计的加工工序的要求， 针对实际使用过程中的机床驱动，及工件夹紧问题，要能灵活运用机 械制造装备设计的知识，设计出有效夹紧装置。从而实现箱体加工工 艺机床驱动与夹紧的半自动控制。 在设计专用夹具时，要根据提高生产效率，表面加工质量，满足 产品工作要求的情况下，应尽可能多的标准件，提高其互换性要求， 以降低产品的设计产品成本，提高批量生产的效益。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 了解主轴箱的工作过程； 熟悉有关标准、规格、手册和资料的应用； 拟定主轴箱箱体的机械加工工艺方案，并进行多方案对比分析， II 进行优化设计； 对现代加工机床所需的快速夹紧系统具有初步分析能力和改进 设计的能力； 理论联系实际的工作方法和独立工作能力深化和提高； 设计绘制主轴箱箱体工作图若干； 编制设计说明书 1 份。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 92 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 本文是在主轴箱箱体的图样分析后进行箱体的机械加工工艺路线的设计， 同时按照其中的加工工序的要求设计夹具。 主轴箱箱体的主要加工内容是表面和孔。其加工路线长，加工时间多，加 工成本高，零件的加工精度要求也高。按照机械加工工艺要求，遵循先面后孔 的原则，并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证加工精度。 基准选择以底面作为粗基准，以底面与两个工艺孔作为精基准，确定了其加工 的工艺路线和加工中所需要的各种工艺参数。 在零件的夹具设计中，主要是根据零件加工工序要求，分析应限的自由度 数，进而根据零件的表面特征选定定位元件，再分析所选定位元件能否限定应 限自由度。确定了定位元件后还需要选择夹紧元件，最后就是确定专用夹具的 结构形式。 关键词关键词: :主轴箱；加工工艺；工序；专用夹具 IV Abstract This is the case in the headstock pattern analysis cabinet after machining process route design, while manufacturing processes in accordance with one of the requirements of the design fixture. The main spindle box casing surface and hole machining content. Processing route, processing time, higher processing costs, machining accuracy requirements are also higher. In accordance with the machining process requirements, and follow the principles of the first surface after hole, and the hole with a flat-screen processing is clearly divided into roughing and finishing stages to ensure accuracy. Reference selection to the bottom as a crude benchmark, the bottom two technical hole as a fine basis, determine the route of its processing technology and processing needs of the various process parameters. In the parts fixture design, parts processing operations requirements, analysis should be limited to the number of degrees of freedom, and then selected according to the parts of the surface characteristics of the positioning element, and then analysis whether the selected positioning element should be limited degrees of freedom. Positioning element also need to choose the clamping element, the final step is to determine the structure of the special fixture. Key words: Headstock; processing; process; special fixtures V 目目 录录 摘 要 . ABSTRACT. 目 录 . 1 绪论 .1 1.1 本课题的研究内容和意义 .2 1.2 国内外的发展概况 .2 1.3 本课题应达到的要求 .3 2 主轴箱箱体分析 .3 2.1 主轴箱箱体的作用 .3 2.2 主轴箱箱体的图样分析 .3 2.3 工艺分析 .5 3 工艺规程设计 .7 3.1 确定毛坯的制造形式 .7 3.2 定位基准的选择 .8 3.2.1 粗基准的选择.9 3.2.2 精基准的选择.9 3.3 拟定工艺路线 .10 3.3.1 划分加工阶段 .10 3.3.2 安排加工顺序 .10 3.3.3 拟定加工工艺路线 .11 3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 .13 3.5 切削用量及工时定额的确定 .15 4 主轴箱的钻夹具设计 .27 4.1 指出存在的问题 .27 4.1.1 机床夹具的作用 .27 4.1.2 钻床夹具的主要类型及结构形式 .27 4.2 夹具设计 .28 4.2.1 夹具体设计 28 4.2.2 定位基准的选择 .28 4.2.3 定位方案和元件设计 .29 4.2.4 定位误差的计算 .29 4.2.5 夹紧力计算 .29 4.2.6 夹紧机构的设计 .30 5 结论与展望 .31 5.1 结论31 VI 5.2 不足之处及未来展望31 致 谢 .32 参考文献33 CA6150 车床主轴箱箱体工装工艺及夹具设计 1 1 绪论绪论 1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义 工装工艺及夹具毕业设计是对所学专业课知识的一次巩固，是在进行社会实践之前 对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。机床夹具已成 为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。 机械加工工艺规程是生产准备工作的主要依据。根据它来组织原材料和毛坯的供应， 进行机床调整，专用工艺装备的设计与制造，编制生产作业计划，调配劳动力，以及进 行生产成本核算等。 机械加工工艺规程也是组织生产、进行计划调度的依据。有了它就可以制定生产产 品的进度计划和相应的调度计划，并能做到各工序科学地衔接，使生产均衡、顺利，实 现优质、高产和低消耗。 机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片，是两个主要的工艺文件。机械加工工 艺过程卡片，是说明零件加工工艺过程的工艺文件。在单件、小批量生产中，以机械加 工工艺过程卡片指导生产，过程卡的各个项目编制较为详细。机械加工工序卡片是为每 个工序详细制定的，用于直接指导工人进行生产，多用于大批量生产的零件和成批生产 中的重要零件。 在机械行业中，如何去保证工件的高精度、加工的成本等实质性问题，一直是从事 于机械行业人员研究的问题，其中在设计夹具的时候就要考虑以上问题，高效的夹具是 工件高精度的保证，如何让夹具更高效、更经济，这是行业人急需要解决的。 随着社会的发展，科技的不断提高，各种高科技技术逐渐渗透到各个行业，如何利 用这些高科技为人类服务，如何充分利用这些高科技在机械行业中，这还需要机械行业 人员不断的努力，开拓创新。 随着科学技术的发展，和社会市场需要，夹具的设计在逐步的超向柔性制造系统方 向发展。迄今为止,夹具仍是机电产品制造中必不可缺的四大工具之一,刀具本身已高度 标准化,用户只需要按品种、规格选用采购。而模具和夹具则和产品息息相关,产品一有 变化就需重新制作,通常是属于专用性质的工具,模具已发展成为独立的行业;夹具在国内 外也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业。 组合夹具不仅具有标准化、模块 化、组合化等当代先进设计思想,又符合节约资源的原则,更适合绿色制造的环境保护原 理。所以是今后夹具技术的一个重要发展方向单位 。 机床夹具通常是指装夹工件用的装置:至于装夹各种刀具用的装置,则一般称为“辅 助工具” 。辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。按照机床夹具的应用范围, 一般可分为通用夹具,专用夹具和可调整式夹具等。 通过这次毕业设计，对自己所学的理论知识进行一次综合运用，也是对四年的学习 深度的一个检验。在这次设计过程中，充分挖掘自己分析问题，解决问题的潜力。并希 望通过毕业设计能养成一种严谨，认真的态度，为以后参加工作打下一个良好的基础。 无锡太湖学院学士学位论文 2 1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况 工装的全称是工艺装备，工装是指加工机床外而需保证零件加工质量的工艺装备， 是制造过程中所用的各种工具的总称。它是各企业内除生产设备和工具外的为配合生产 设备和人完成工艺制作要求的部分，大多工装都是针对各自产品特点的。机械加工过程 中用来固定和定位要加工的零件或毛坯件的装置，即工装的主要作用有：固定，定位， 防止变形。 夹具属于工装，工装包含夹具，属于从属关系。不仅仅是焊装用，在机加工方面也 有用，许多时候，需要装配几个部件并保证其定位准确的时候就需要。设计工装夹具要 紧扣产品，因为工装夹具是专门为某些产品特定的，要保证生产时无干涉现象、定位准 确、操作工操作便捷等。简单的说，就是用于工件装夹的工具。 夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结 合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶 段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹 紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系， 所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分， 成为机械加工中不可缺少的工艺装备。 由于现代加工的高速发展，对传统的夹具提出了较高要求，如快速、高效、安全等。 要想达到这样的生产要求，就必须计算加工工序零件在加工过程中由于切削力、重力、 惯性力等所产生的切削力及切削力矩，按照夹具设计中所确定的夹紧方式进行夹紧力的 计算，为了减小夹具的具体尺寸，就需要增大夹具的定位区间，增大由夹紧力而产生的 摩擦力矩、正压力及由此而产生的摩擦力，以达到夹具小巧而精用的目的。同时为了减 少工人的劳动强度，提高工件装夹效率，还需要对夹具的夹紧机构的行程进行设计，以 期以最短的夹紧行程，达到最佳的夹紧效果。 1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求 通过实际调研和采集相应的设计数据、阅读相关资料相结合，对箱体的基本结构及 作用有个大致的了解，在此基础上，经过对金属切削加工、金属切削机床、机械设计与 理论等相关知识充分掌握后，分析箱体的加工工艺，确定箱体各加工表面的加工方法， 进而形成箱体的机械加工工艺路线。并能根据箱体的加工工序要求，分析箱体的定位方 式、金属切削加工过程中的机床工作台驱动、工件夹紧等方面的相关数据，结合机械机 构设计的相关理论知识，完成工件的有效定位及夹紧，从而使整个箱体的加工工艺路线 经济，工件定位方案合理，来达到产品的最优化设计。 针对实际使用过程中存在的金属加工工艺文件编制、工件夹紧及工艺参数确定及计 算问题，综合所学的机械理论设计与方法、机械加工工艺文件编制及实施等方面的知识， 设计出一套适合于实际的箱体加工工艺路线，从而实现适合于现代加工制造业、夹紧装 置的优化设计。为提高钻床夹具在机床上安装的稳固性，减轻其断续切削可能引起的振 动，夹具体不仅要有足够的刚度和强度，其高度和宽度比也应恰当，一般有 CA6150 车床主轴箱箱体工装工艺及夹具设计 3 H/B11.25，以降低夹具重心，使工件加工表面尽量靠近工作台面。 2 2 主轴箱箱体的图样分析主轴箱箱体的图样分析 2.1 主轴箱箱体的作用主轴箱箱体的作用 CA6150 车床主轴箱箱体,如图 2.1 及图 2.2 所示，其主要作用是：箱体类零件是机器 或部件的基础零件，CA6150 车床主轴箱箱体是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变 速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传 给进给箱。同时它将机器或部件中的轴、套、齿轮等有关零件组装成一个整体，使它们 之间保持正确的相互位置，并按照一定的传动关系协调地传递运动或动力。因而主轴箱 是 CA6150 车床主传动系中的关键零件。因此，箱体的加工质量将直接影响机器或部件的 精度、性能和寿命。 2.2 主轴箱箱体的图样分析主轴箱箱体的图样分析 图 2.1 主轴箱箱体图 无锡太湖学院学士学位论文 4 在编制主轴箱箱体机械加工工艺规程之前，首先应研究箱体的工作图样和产品装备 图样，熟悉该产品的用途、性能及工作条件，明确该箱体在产品中的位置和作用；了解 并研究各项技术条件制定的依据，找出其主要技术要求和技术关键，以便在拟定工艺规 程时采用适当的措施加以保证。 箱体的材料为 HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，减震性能良好。传动 箱体需要加工表面以及加工表面的位置要求。现分析如下： 1）该零件为机床主轴箱，主要加工部位为平面和孔系，其结构复杂，精度要求又高， 加工时应注意选择定位基准及夹紧力。 2）箱体上 B 面平面度公差为 0.02mm。 3）箱体上 A 面与 D 面的垂直度公差为 0.02/100mm。 4）箱体上 C 面与 D 面的垂直度公差为 0.05/300mm。 5）箱体上 D 面与 W 面的垂直度公差为 0.02mm。 6）1 轴轴孔的轴线对基准 K、C 的圆跳动公差分别为 0.03/300mm。 7）D 轴轴孔的轴线对基准 C 的平行度公差为 0.03/300mm；对基准 H 的平行度公差 为 0.03/500mm。 8）铀轴孔的轴线对基准 C 的平行度公差为 0.03/300mm；对基准 V 的平行度公差为 图 2.2 箱体展开图 CA6150 车床主轴箱箱体工装工艺及夹具设计 5 0.03/200mm。 9）轴轴孔内表面对基准 H 的平行度公差为 0.03/300mm；轴各轴孔表面对基准 C 的同轴度公差为 0.006nm。 10）轴各轴孔的圆度公差均为 0.005mm;每孔内表面相对侧母线的平行度公差为 0.01mm。 11）轴轴孔的轴线对基准 D 的平行度公差为 0.03/650mm。 12）轴轴孔的轴线对基准 W 的平行度公差为 0.03/650mm。 13）V 轴轴孔的轴线对基准 Q、N 的平行度公差均为 0.02/200mm。 14）轴轴孔的轴线对基准 N 的平行度公差为 0.02/200mm。 15）材料 HT200。 16）铸件人工时效处理。 2.3 工艺分析工艺分析 工艺分析的目的主要有两个： 一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及热处理 等的技术要求是否合理，是否便于加工与装配； 二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制定出合理的工艺规 程。 铸件必须进行时效处理，以消除应力。有条件时应在露天存放一年以上再加工。 为了保证加工精度应使定位基准统一，该零件主要定位基准，集中在 D 面和 W 面 上。 镗孔时，在可能的条件下尽量采用“支承镗削”方法，以增加镗杆的刚性，提高 加工精度。对直径较小的孔、应采用钻、扩、铰加工方法。 为保证在同一轴上各孔的同轴度，可采用在已加工孔上，安装导向套再加工其他孔 的方法。 为提高孔的加工精度，应将粗镗、半精镗和精镗分开进行。 铸造时一般 50mm 以下孔不铸出。 孔的尺寸精度检验，使用内径千分尺或内径百分表进行测量。轴内孔之间距离的 测量可以通过孔与孔之间壁厚进行间接测量。 同一轴线上各孔的同轴度，可采用检验心轴进行检验。 各轴孔的轴线之间的平行度，以及轴孔的轴线与基准面的平行度，均应通过检验 心轴进行测量。 CA6150 车床主轴箱箱体作为主传动系的支承零件，各传动轴间要求一定的位置精度， 因此，加工此箱体的主要任务是保证各孔系间的相互位置精度。在此箱体的加工中保证 各孔正确位置是靠 T68 坐标镗床手动控制坐标来完成的，为更好地保证加工质量，单件 小批量生产也可采用组合夹具、专用镗模进行加工，批量较大时，应采用专用镗模进行 加工。 无锡太湖学院学士学位论文 6 根据 CA6150 车床主轴箱箱体零件图可知，其主要加工面是进行导轨面的加工、表面 加工、孔加工、钻孔、攻丝，孔的精度要求高。该零件年生产属小批量生产，设计加工 零件所需要的专用夹具是为了提高劳动效率、降低成本。 CA6150 车床主轴箱箱体工装工艺及夹具设计 7 3 工艺规程设计工艺规程设计 3.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 毛坯的选择不仅影响毛坯的制造工艺及费用、零件生产率和经济性，而且也与零件 的机械加工工艺和质量密切相关。故正确选择毛坯具有重大的技术经济意义。 毛坯选择时，应全面考虑以下因素： 1）零件的材料及机械性能要求； 2）零件的结构形状与外形尺寸； 3）生产类型，它在很大程度上决定采用毛坯制造方法的经济性； 4）现有生产条件； 5）充分考虑利用新工艺、新材料、新技术的可能性。 长期使用经验证明，由于灰口铸铁有一系列的技术上（如耐磨性好，有一定程度的 吸震能力、良好的铸造性能等）和经济上的优点，通常箱体材料采用灰口铸铁。最常用 的是 HT200400，当载荷较大时，采用 HT300540 高强铸铁。 箱体的毛坯大部分采用整体铸铁件或铸钢件。当零件尺寸和重量很大无法采用整体 铸件（受铸造能力的限制）时，可以采用焊接结构件，它是由多块金属经粗加工后用焊 接的方法连成一整体毛坯。焊接结构有铸焊、铸煅焊、煅焊等。采用焊接结构 可以用小的铸造设备制造出大型毛坯，解决铸造生产能力不足的问题。焊前对各种组合 件进行粗加工，可以部分地减轻大型机床的负荷。 毛坯未进入机械加工车间之前，为不消除毛坯的内应力，对毛坯应进行人工实效处 理，对某些大型的毛坯和易变形的零件粗加工后要再进行时效处理。 毛坯铸造时，应防止沙眼、气孔、缩孔、非金属夹杂物等缺陷出现。特别是主要加 工面要求更高。重要的箱体毛坯还应该达到规定的化学成分和机械性能要求。 无锡太湖学院学士学位论文 8 该零件为箱体类，如图 3.1 所示，且外型尺寸较大，材料为 HT200，零件的形状较复 杂，因此不能用锻造，只能用铸件，采用砂型铸造毛坯，如图 3.1 箱体毛坯图所示。采用 小批量造型生产。根据零件主要的加工表面的粗糙度查参考文献机械制造工艺简明手 册确定各表面加工余量。 毛坯铸造时，应防止砂眼和气孔的产生。为了减少毛坯制造时产生残余应力，应使 箱体壁厚尽量均匀，箱体浇铸后应安排时效或退火工序。 该主轴箱的材料是 HT200，单件小批生产，由于结构复杂，所以毛坯采用铸件。为 了提高箱体加工精度的稳定性，采用时效处理以消除内应力。 3.2 定位基准的选择定位基准的选择 定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。定位基准选择正确、合理，可 以保证零件的加工质量，提高生产率。否则，就会使加工工艺过程问题百出，使生产无 法进行。 主轴箱定位基准的选择，直接关系到箱体上各个平面与平面之间、孔与平面之间、 图 3.1 箱体毛坯图 CA6150 车床主轴箱箱体工装工艺及夹具设计 9 孔与孔之间的尺寸精度和位置精度要求是否能够保证。在选择基准时，首先要遵守“基 准统一”和“基准重合”的原则，同时必须考虑生产批量的大小、生产设备、特别是夹 具的选用等因素。 该箱体的结构复杂，壁厚不均，刚性不好，而加工精度要求又高，故箱体重要加工 表面都要划分粗、精加工两个阶段，这样可以避免粗加工造成的内应力、切削力、夹紧 力和切削热对加工精度的影响，有利于保证箱体的加工精度。 3.2.1 粗基准的选择粗基准的选择 选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，使加工面与不加工面间的位 置符合图样要求，并特别注意要尽快获得精基面。具体选择时应考虑下列原则： 重要表面原则 为保证工件上重要表面的加工余量小而均匀，则应选择该表面为粗基准。 不加工表面原则 为了保证加工面与不加工面间的位置要求，一般应选择不加工面为粗基准。 余量最小原则 如果零件上每个表面都要加工，则应选择其中加工余量最小的表面为粗基准，以避 免该表面在加工时因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件废品。 使用一次原则 因为粗基准本身都是未经机械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重复使用将 产生较大的误差。 平整光洁原则 以便工件定位可靠、夹紧方便。 根据生产类型不同，实现以主轴孔为粗基准的工件安装方式也不一样。大批大量生 产时，由于毛坯精度高，可以直接用箱体上的重要孔在专用夹具上定位，工件安装迅速， 生产率高。在单件、小批及中批生产时，一般毛坯精度较低，按上述办法选择粗基准， 往往会造成箱体外形偏斜，甚至局部加工余量不够，因此通常采用划线找正的办法进行 第一道的工序加工，即以主轴孔及中心线为粗基准对毛坯进行划线和检查，必要时予以 纠正，纠正后孔的余量应足够，但不应定均匀。 该主轴箱箱体为单件小批量生产，在单件小批量生产时，由于毛坯精度低，所以以 划线找正法安装。划线时先找正主轴孔中心，然后以主轴孔为基准找出其他需加工平面 的位置。加工该箱体时，按所划的线找正安装工件，则体现的是以主轴孔作为粗基准。 3.2.2 精基准的选择精基准的选择 选择精基准时，主要考虑保证加工精度和工件装夹方便可靠。一般应考虑以下原则： 1) 基准重合原则 即选用设计基准作为定位基准，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。 2) 基准统一原则 无锡太湖学院学士学位论文 10 应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，这就是基准统一原则。 3) 自为基准原则 某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准，称为 自为基准原则。 4) 互为基准原则 5) 便于装夹原则 所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。 为了保证箱体零件孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的相互位置和距离尺寸精度， 箱体类零件精基准选择常用两种原则：基准统一原则、基准重合原则。小批生产时一般 采用基准重合原则，即以装配基准作为定位基准，避免了基准不重合误差，有利于提高 箱体上各表面间的相互位置精度。大批生产时常采用基准统一原则，即一面两孔定位， 可避免由于基准变换而带来的累积误差。 该零件以三面定位，箱体上的装配基准为平面，而它们又是箱体上其他要素的设计 基准，因此以这些装配基准平面作为定位基准，避免了基准不重合误差，有利于提高箱 体各主要表面的相互位置精度。有零件图可知：D 面、W 面为精基准。 3.3 拟定工艺路线拟定工艺路线 3.3.1 划分加工阶段划分加工阶段 零件的技术要求较高时，零件在进行加工时都应划分加工阶段，按工序性质不同， 可划分如下几个阶段： 粗加工阶段 此阶段的主要任务是提高生产率，切除零件被加工面上的大部分余量，使毛坯形状 和尺寸接近与成品，所能达到的加工精度和表面质量都比较低。 半精加工阶段 此阶段要减少主要表面粗加工中留下的误差，使加工面达到一定的精度并留有一定 的加工余量，并完成次要表面的加工（钻、攻丝、铣键槽等） ，为精加工做好准备。 精加工阶段 切除少量加工余量，保证各主要表面达到图纸要求，所得精度与表面质量都比较高。 所以此阶段主要目的是全面保证加工质量。 光整加工阶段 此阶段主要针对要进一步提高尺寸精度、降低粗糙度（IT6 级以上）的表面。一般不 用于提高形状、位置精度。 根据加工阶段划分的要求及零件的批量，该 CA6150 车床主轴箱箱体的加工划分为 3 个阶段：粗加工阶段（粗铣各个平面、孔端面及各主轴孔粗镗） 、半精加工阶段（半精镗 各主轴孔，完成各次要孔等）和精加工阶段（磨各平面、精镗各主轴孔） 。 3.3.2 安排加工顺序安排加工顺序 复杂工件的机械加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助工序，如何将这些 CA6150 车床主轴箱箱体工装工艺及夹具设计 11 工序安排在一个合理的加工顺序中，生产中已总结出一些指导性的原则，先述如下。 切屑加工工序顺序的安排原则 1）先粗后精 各表面加工顺序按照粗加工、半精加工、精加工和光整加工的顺序进行，目的是逐 步提高零件加工表面的精度和表面质量。 2）先主后次 零件的主要加工表面（一般是指设计基准面、主要工作面、装配基面等）应先加工， 而次要表面（键槽、螺孔等）可在主要表面加工到一定精度之后、最终精度加工之前进 行加工。 3）先面后孔原则 对于箱体类、支架类、机体类等零件，平面轮廓尺寸较大，用平面定位比较稳定可 靠，故应先加工平面，后加工孔。这样，不仅使后续的加工有一个稳定可靠的平面作为 定位基准面，而且在平整的表面上加工孔，加工变得容易一些，也有利于提高孔的加工 精度。 4）先基准后其他 作为精基准的表面要首先加工出来。 该箱体的加工和装配大多以平面为基准，按照加工顺序安排的原则，采用先面后孔 的加工顺序。先加工平面，可以为加工精度较高的支承孔提供稳定可靠的精基准，有利 于提高加工精度。另外，先加工平面可以将铸件不平表面切除，可减少钻孔时钻头引偏 和刀具崩刃等现象的发生，对刀和调整也较为方便。加工孔系时应遵循先主后次的原则， 即先加工主要平面或孔系，这也符合切削加工顺序的安排原则。 根据各面各孔的精度要求，加工顺序如下： A、B、C 平面的加工：查零件制造工艺与装备表 3-9 平面加工方法可知，通过 粗铣精铣的加工顺序可以满足要求；D、F、W 平面通过粗刨精刨粗磨精磨的加 工顺序可以满足要求；E 平面通过粗刨精刨的加工顺序可以满足要求。 、各主轴孔的加工：查机械制造工艺与装备表 3-8 可知，通过粗镗 半精镗精镗的加工顺序可以满足要求；其余各孔：通过钻扩铰的加工顺序可以 满足要求。 3.3.3 拟定加工工艺路线拟定加工工艺路线 拟定工艺路线的出发点：应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求 能得到合理的保证。还要考虑经济效果，以便降低生产成本。 综合以上加工阶段和加工顺序的分析，可以初步得出 CA6150 车床主轴箱箱体的加工 艺路线。 初拟 CA6150 车床主轴箱箱体加工工艺路线方案一如表 3-1 所示。 无锡太湖学院学士学位论文 12 表 3-1 工艺路线方案一 工序号工序内容定位基准 10铸造 20清砂 30人工时效处理 40涂红色防锈底漆 501）按图样外形尺寸及主轴孔位置划出轴轴孔中心线 2）划出 B、D、W、F 各面加工线及找正 3）根据轴承档位置划出 A、C 面加工线及找正线 60以 F 面定位安装，找正中心线，粗、精铣顶面 BF 面 70以 B 面定位安装，找正中心线，粗刨，半精刨 D、W、F、E 面，各面 留余量 0.50.8mm B 面 80以 B 面定位安装，W 面找正，粗精磨 D、W 面，至图样尺寸B 面 90以 D 面、W 面定位安装，粗精铣 A、C 面至图样尺寸D、W 面 100以 D 面、W 面为基准，划线样板划出 A 面各孔加工线，及其他面上孔 的加工线 D、W 面 110以 D 面和 W 面定位装夹，按轴孔加工线找正，粗镗、各 轴孔，留加工余量 58mm D、W 面 120以 D 面、W 面、C 面定位装夹，半精镗、各轴孔，留加 工余量 1.52mm，钻、扩、铰其余各孔 D、W、C 面 130以 D 面、W 面、C 面定位装夹，精镗、各孔至图样尺寸D、W、C 面 140以 D 面、W 面和 A 面定位装夹，钻、扩、铰 C 面各孔，并钻攻全部光 孔和螺纹孔 D、W、A 面 150粗、精磨 F 面 160去毛刺 170检验 180入库 方案一在镗孔时，把粗镗、半精镗、精镗分开进行加工，满足了粗精分开的原则， 可以有效避免因粗精不分给工件带来的加工应力无法释放的危害，有效地保证了零件的 加工精度。而且四个是孔同时进行加工的，不仅可以保证各主轴孔间的相互位置精度， 而且还有效地提高了零件的加工效率，降低了工人的劳动强度。 考虑到机械加工顺序安排原则及零件的生产成本等因素，其优越性在于把粗镗、半 精镗、精镗分开进行加工，符合切削加工工序顺序的先粗后精安排原则，而且各轴孔加 工顺序按照粗加工、半精加工、精加工进行，可以逐步提高零件加工表面的精度和表面 质量，可以逐渐提高各个轴孔的质量要求，可以提高各轴孔间的相互位置精度和各自的 CA6150 车床主轴箱箱体工装工艺及夹具设计 13 尺寸精度，保证箱体零件的技术要求，确定其为此零件的加工工艺路线。 3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 主轴箱体的材料是 HT200，单件小批生产，由于结构复杂，所以毛坯采用铸件。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸与 毛坯尺寸如下： 顶面 B 根据其加工长度和加工宽度的大小及尺寸公差等级，查机械制造工艺设计简明手 册表 2.2-4 铸件机械加工余量，可得顶面 B 长度方向的单边加工余量如下： 精加工余量：Z2 =2.5mm 粗加工余量：Z1 =5.5mm 毛坯余量：Z =5.5+2.5=8mm 两侧面 A、C 根据其加工长度和加工宽度的大小及尺寸公差等级，查机械制造工艺设计简明手 册表 2.2-4 铸件机械加工余量，可得两侧面 A、C 长度方向的单边加工余量如下： 精加工余量：Z2 =2.5mm 粗加工余量：Z1=5.5mm 毛坯余量：Z =5.5+2.5=8mm 平面 D、平面 W 根据其加工长度和加工宽度的大小及尺寸公差等级，查机械制造工艺设计简明手 册表 2.2-4 铸件机械加工余量，可得平面 D、W 长度方向的单边加工余量如下： 精磨余量： Z4=1.0mm 粗磨余量： Z3=1.5mm 半精刨余量：Z2 =3.5mm 粗刨余量： Z1=5.0mm 毛坯余量： Z=5.0+3.5+1.5+1.0=11mm 内孔 120H7（A 面轴孔） 根据机械制造工艺设计简明手册表 2.3-10，可查得内孔的加工余量，并根据余量 得到工序尺寸与毛坯尺寸，如下表 3-3 所示。 表 3-3 工序尺寸及公差表(mm) 工序名称工序双面余量 Zb工序基本尺寸工序经济精度工序尺寸及偏差 精镗0.2120IT7120H7 半精镗1.8120-0.2=119.8IT9109.8H9 粗镗3119.8-1.8=118IT11118H11 铸造（毛坯）5118-3=11521152 内孔 42J6（A 面轴孔） 根据机械制造工艺设计简明手册表 2.3-10，可查得内孔的加工余量，并根据余量 无锡太湖学院学士学位论文 14 得到工序尺寸与毛坯尺寸，如下表 3-4 所示。 表 3-4 工序尺寸及公差表(mm) 工序名称工序双面余量 Zb工序基本尺寸工序经济精度工序尺寸及偏差 浮动镗0.0842IT642J6 精镗0.2242-0.08=41.92IT741.92J7 半精镗1.741.92-0.22=41.7IT941.7J9 粗镗241.7-1.7=40IT1140J11 铸造（毛坯）440-2=382382 内孔 140J6（A 面轴孔） 根据机械制造工艺设计简明手册表 2.3-10，可查得内孔的加工余量，并根据余量 得到工序尺寸与毛坯尺寸，如下表 3-5 所示。 表 3-5 工序尺寸及公差表(mm) 工序名称工序双面余量 Zb工序基本尺寸工序经济精度工序尺寸及偏差 浮动镗 0.1140IT6140J6 精镗0.2140-0.1=139.9IT7139.9J7 半精镗1.7139.9-0.2=139.7IT9139.7J9 粗镗3139.7-1.7=138IT11138J11 铸造（毛坯）5138-3=13521352 内孔 25H7（A 面轴孔） 由于内孔直径较小，查机械制造工艺设计简明手册可知毛坯上不预留孔，为实 心件。内孔直径尺寸精度要求为 IT7，根据机械制造工艺设计简明手册表 2.3-8，可 查得内孔的加工余量，并根据余量得到工序尺寸，如下表 3-6 所示。 表 3-6 工序尺寸及公差表(mm) 工序名称工序双面 余量 Zb工序基本尺寸工序经济精度工序尺寸及偏差 精铰0.0625IT725H7 粗铰0.1425-0.06=24.94IT824.94H8 扩1.824.94-0.14=24.8IT1024.8H10 钻2324.8-1.8=23IT1223H12 内孔 35H7 (C 面轴孔） 由于内孔直径较小，查机械制造工艺设计简明手册可知毛坯上不预留孔，为实 心件。内孔直径尺寸精度要求为 IT7，根据机械制造工艺设计简明手册表 2.3-8，可 查得内孔的加工余量，并根据余量得到工序尺寸，如下表 3-7 所示。 CA6150 车床主轴箱箱体工装工艺及夹具设计 15 表 3-7 工序尺寸及公差表(mm) 工序名称工序双面余量 Zb工序基本尺寸工序经济精度工序尺寸及偏差 精铰0.0735IT735H7 粗铰0.1835-0.07=34.93IT834.934H8 扩1.7534.93-0.18=34.75IT1034.75H10 钻3324.8-1.75=33IT1233H12 3.5 切削用量及工时定额的确定切削用量及工时定额的确定 受论文篇幅所限，只选取部分工序及加工内容进行工艺计算，还请谅解。 工序工序 70 粗精铣左右端的侧面（粗精铣左右端的侧面（D、W、F、E）：）： （1）粗铣左右端的侧面 加工条件： 工件材料： HT200，铸造。 机床：X52K 立式铣床。 查机械加工工艺师手册表 30-34 选择工艺装备及确定切削用量。 刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀） ，材料：， ，齿数，15YTmmD1108Z 此为粗齿铣刀。 因其单边余量：Z=2mm。 所以铣削深度 ：。 p ammap2 每齿进给量：根据机械加工工艺师手册表 2.4-75，取 。 f a Zmmaf/10 . 0 取铣削速度：参照机械加工工艺师手册表 30-34，取。 V smv/22 . 1 由式 3-1 得机床主轴转速： n 212 11014.3 6022.110001000 d V n 按照机械加工工艺师手册表 3.1-74 可以查得机床与之接近的转速为 。 300 /minnr 实际铣削速度 ： v sm dn v/73 . 1 601000 30011014. 3 1000 进给量： 。 f vsmmZnav ff /4 . 460/300811 . 0 工作台每分进给量：。 m fmin/288/8 . 4mmsmmvf fm 铣削宽度：根据机械加工工艺师手册表 2.4-81，取。 amma60 被切削层长度 ：由毛坯尺寸可知 。l 60lmm 刀具切入长度 ： 1 l 无锡太湖学院学士学位论文 16 (3.2) 22 1 0.5()(1 3)lDDa 22 0.5(10010060 )(1 3)1113mm 刀具切出长度：取。 2 lmml2 2 走刀次数为 1 （2）精铣左右端侧平面 加工条件： 工件材料： HT200，铸造。 机床： X52K 立式铣床。 查机械加工工艺师手册表 30-34 选择工艺装备及确定切削用量。 刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：，齿数 12，此为细齿15YTmmD100 铣刀。 精铣该平面的单边余量：Z=1mm。 铣削深度：。 p a mmap0 . 1 每齿进给量：根据机械加工工艺师手册表 3031，取。 f aZmmaf/08 . 0 铣削速度：参照机械加工工艺师手册表 3031，取。vsmv/32 . 0 机床主轴转速，由式（3.1）有： n 10001000 0.32 60 61 /min 3.14 100 V nr d 按照机械加工工艺师手册表 3.1-74 可以查得机床与之接近的转速为。75 /minnr 实际铣削速度 ： v sm dn v/4 . 0 601000 7510014 . 3 1000 进给量，由式（2.3）有：。 f V smmZnav ff /25. 260/751215 . 0 工作台每分进给量：。 m fmin/135/25 . 2 mmsmmvf fm 被切削层长度 ：由毛坯尺寸可知。lmml210 刀具切入长度 ：精铣时。 1 lmmDl100 1 刀具切出长度 ：取。 2 lmml2 2 走刀次数为 1 根据机械加工工艺师手册：=249/(37.53)=2.21min。 1 t 根据机械加工工艺师手册表 2.5-45 可查得铣削的辅助时间。41 . 0 1f t CA6150 车床主轴箱箱体工装工艺及夹具设计 17 精铣宽度为 20mm 的下平台 根据机械加工工艺师手册切削工时：=249/(37.53)=2.21min。 2 t 根据机械加工工艺师手册表 2.5-45 可查得铣削的辅助时间。41 . 0 2 f t 粗精铣宽度为 30mm 的下平台的总工时： 2121ff tttttmin42 . 5 41 . 0 41. 021 . 2 21 . 2 工序工序 90（粗铣（粗铣 A 面）切削用量及基本时间的确定面）切削用量及基本时间的确定 本工序为粗铣。已知加工材料为 HT200 铸铁，铸件；机床为 X6120 型万能升降台铣 床，工件装在专用夹具中。 刀具：YG8 硬质合金端铣刀。根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.4-63，可 选铣刀直径=220mm,齿数 Z=6。 w d 1）确定背吃刀量 ap： mmap5 . 5 2）确定进给量 f： 根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.4-15，可查得=0.200.29mm/z。选择 z f =0.20mm/z，故 z f rmmZff z /2 . 1620. 0 3）确定切削速度 v： 根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.4-25，可选择=50m/min。 c v min/41.85 220 5910001000 r d v n w c s 按 X6120 机床的转速，选择，所以实际切削速度 v：min/100rnw min/08.69 1000 100220 1000 m nd v ww 工作台每分钟进给量为： min/120100620 . 0 Mz mmznff wz 按 X6120 机床工作台进给量表，选择=130mm/min。 Mz f 则实际每齿进给量为： 无锡太湖学院学士学位论文 18 zmm zn f f w Mz z /22 . 0 1006 130 工额定时的计算： j T min85 . 8 2 130 486485 21 i f lll T Mz j 式中： =485mm， 取 l1=86mm， l 取，。mml53 2 mml4 2 min/130mmfmz2i 工序工序 90（精铣（精铣 A 面）切削用量及基本时间的确定面）切削用量及基本时间的确定 本工序为精铣。已知加工材料为 HT200 铸铁，铸件；机床为 X6120 型万能升降台铣 床，工件装在专用夹具中。 刀具：YG8 硬质合金端铣刀。根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.4-63，可 选铣刀直径=220mm,齿数 Z=6。 w d 1、确定背吃刀量： p a mmap5 . 2 2、确定进给量 f： 根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.4-15，可查得 f=0.40.6mm/z。选择 f=0.52mm/z，故 rmm z f fz/087. 0 6 52. 0 3、确定切削速度 v： 根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.4-25，可选择。min/68mmvc min/44.98 220 6810001000 r d v n w c s 按 X6120 机床的转速，选择，所以实际切削速度 v：min/100rnw min/08.69 1000 100220 1000 m nd v ww 工作台每分钟进给量为： min/54100609 . 0 Mz mmznff wz 按 X6120 机床工作台进给量表，选择。min/60mmfmz 1000 0.51 3 ,0.03 0.05ldcdccd CA6150 车床主轴箱箱体工装工艺及夹具设计 19 则实际每齿进给量为： zmm zn f f w Mz z /10. 0 1006 60 工额定时的计算： j T min17.192 60 486485 21 i f lll T Mz j 式中： =485mm，取 =86mm，l dccdcdl05 . 0 03 . 0 ,315 . 0 0001 1 l 取，mml53 2 mml4 2 。2min,/54immfmz 工序工序 110（粗镗（粗镗 A 面面轴孔）切削用量及基本时间的确定轴孔）切削用量及基本时间的确定 本工序为粗镗。已知加工材料为 HT200 铸铁，铸件；机床为 T617A 型卧式镗床，工 件装在组合夹具中。 刀具：硬质合金金刚镗镗刀。 确定背吃刀量： p a )(5 . 1 2 115118 单边余量 bp Zmma 确定进给量 f： 根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.3-14，可查得 f=0.31.0mm/r。 按 T617A 机床进给量，选择 f=0.74mm/r。 确定切削速度 v： 根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.3-14，可查得=4080m/min,选择 c v 。min/65mvc min/01.180 115 651000 min/ 1000 rr d v n w s 按 T617A 机床的转速，选择，所以实际切削速度 v：min/200rnw min/22.72 1000 200115 1000 m nd v ww 工额定时的计算： j T min39. 01 20074 . 0 3550 21 i fn lll T w j 无锡太湖学院学士学位论文 20 式中：， =3mm，=5mm，mml50 1 l 2 l =0.74mm/r， =1。fmin/200rn i 工序工序 120（半精镗（半精镗 A 面面轴孔）切削用量及基本时间的确定轴孔）切削用量及基本时间的确定 本工序为半精镗。已知加工材料为 HT200 铸铁，铸件；机床为 T617A 型卧式镗床， 工件装在组合夹具中。 刀具：硬质合金金刚镗镗刀。 1、确定背吃刀量： p a mmap9 . 0 2 118 8 . 119 2、确定进给量 f： 根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.3-14，可查得 f=0.20.8mm/r。 按 T617A 机床进给量，选择 f=0.52mm/r。 3、确定切削速度 v： 根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.3-14，可查得=60100m/min,选择 c v =85m/min。 c v min/41.229 118 8510001000 r d v n w c s 按 T617A 机床的转速，选择=250r/min，所以实际切削速度 v： w n min/63.92 1000 250118 1000 m nd v ww 4、工额定时的计算： j T min45 . 0 1 25052 . 0 5350 21 i fn lll T w j