毕业设计（论文）CA6140车床滤油器体设计

序言综合模块（机制工艺及夹具）毕业设计是在学完了机械制造技术基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。 这次毕业设计中，我所选的零件是“CA6140车床滤油器体”，完成该零件的机械加工工艺规程的编制及工艺装备的设计，滤油器在车床上是个必不可少的部件，它有着过滤油液及缓冲的作用。因此在加工时，零件的配合部分需进行精加工，保证其配合准确，提高车床的综合性能，又因为被加工零件的结构比较复杂，加工难度大，需进行专用夹具的设计与装配。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望老师多加指教。一、 零件的分析及生产类型的确定1、 零件的作用“CA6140车床滤油器体”如图1所示。它位于车床主轴箱上图1：CA6140车床滤油器体零件图面，主要作用是给主轴箱内供油及对油液起冲作用，零件的两段有两孔用于油液的进出，零件的中间有一个48h6的外圆柱面，用于与主轴箱以基轴制形式联接。2、零件的工艺分析 “CA6140车床滤油器体”的各表面： （1）、零件的左端面（用于精基准加工其他表面）； （2）、螺栓孔3-9（用于联接车床主轴箱，起固定作用）；（3）、中心孔38（用于过滤及缓冲油液）；（4）、进出油孔2-11（用于联接进出油装备，流通油液）；（5）、外圆柱面48h6（用于与车床主轴箱联接）。 各表面的相互精度要求有：（1）、外圆柱面48h6为基轴制联接，尺寸精度为IT6；（2）、其他表面无特殊精度要求，除保证其表面粗糙度外，尺寸精度为IT14。3、零件的生产类型依设计题目知：Qn=8000件/年；结合生产实际，备品率和废品率可以取为=5%,=0.5%。由此可得，该零件的生产纲领 C6140车床滤油器体的质量为1.1kg,查表可知其属轻型零件，生产类型为中大批量生产。二、 零件毛坯的设计1、 选择毛坯根据生产纲领可知，CA6140滤油器体属中大批量生产，零件形状为非全圆柱体，可选零件材料为灰口铸铁，毛坯制造选用铸造毛坯，这样毛坯与成品相似，加工方便，省工省料。为了提高生产率，铸造方法选用砂型铸造，且为机器造型。2、 毛坯尺寸公差与机械加工余量的确定 （1）、求最大轮廓尺寸 根据零件图轮廓尺寸，可知，CA6140滤油器体最大轮廓尺寸为102mm。 （2）、选取公差等级CT 铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，查表得，公差等级CT范围是812级，取为10级。 （3）、求铸件尺寸公差 根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT，查表得，公差带相对与基本尺寸对称分布。 （4）、求机械加工余量等级 铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，查表得，机械加工余量等级范围是EG级，取为F级。、（5）、求RAM（要求的机械加工余量） 对所有的加工表面取同一个数值，由最大轮廓尺寸102mm、机械加工余量等级为F级，得RAM数值为1.5mm。 3、 确定毛坯尺寸上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra1.6m。Ra1.6m的表面，余量要适当增大。分析零件，各加工表面均为Ra1.6m，因此这些表面的毛坯尺寸只需要将零件的尺寸加上余量值即可。零件上孔3-9和进出有口尺寸较小，铸成实心；A面为单侧加工，则 38盲孔属内腔加工，根据零件分析，38深度为65不变，径向为 30盲孔属内腔，且此孔为非配合孔，用钻床锪出即可，所以30盲孔铸成实心。48h6外圆柱面的加工，即 如图2所示，由于38孔的深度和三角形台阶肩宽度的余量和A面余量有关，A面增量a=105.3-102=3.3mm;所以38孔的毛坯深度=65+3.3=68.3mm;三角形台阶肩宽度=34+3.3=37.3mm。综合上述，确定毛坯加工部分的尺寸，见表1所示。表1：CA6140车床滤油器体毛坯（铸件）尺寸。单位：mm。项目A面38径向38轴向48径向三角肩宽3-92-1130公差等级CT1010101010加工面基本尺寸10238654834铸件尺寸公差3.62.6同A面2.8同A面机械加工余量等级FF同A面F同A面RMA1.51.5同A面1.5同A面毛坯基本尺寸105.333.768.352.437.30004、 设计毛坯图（1） 、确定圆角半径 外圆角半径 r=1mm; 内圆角半径 R=1mm; 以上所取圆角半径数值能保证各表面的加工余量。（2）、确定拔模斜度 本铸件最大尺寸为h=105.3mm，属25500mm的铸件，所以查表，取拔模斜度为1：20。（3） 、确定分型面由铸件结构分析，选择左端面作为砂模铸造机器造型的分型面。 （4）、确定毛坯的热处理方式 灰铸铁滤油器毛坯铸造后应安排人工时效，温度，进行消除残余应力，从而改善加工性。综合上述，所设计的毛坯图如图3所示。图3： CA6140车床滤油器体毛坯三、 零件的加工工艺设计1、 定位基准的选择本零件是不规则多孔零件体，其左端面是设计基准（亦是装配基准和测量基准），为了避免由于基准不重合而产生的误差，应选左端面为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。 在加工中还可遵循“互为基准”的原则，重复加工38孔和48外圆柱面，使其中心线重合度较高，减小圆跳动度。2、 零件表面加工方法的选择本零件有平面、内孔、外圆柱面、螺纹等加工，材料为HT15-33。以公差等级和表面粗糙度要求，参考本指南有关资料，其加工方法选择如下：（1） 、左端面 左端面为精基准加工其它表面，表面粗糙度为Ra1.6，加工方法为先车后磨。 （2）、38mm内孔 未注公差尺寸，根据GB1800-79规定其公差等级按IT14，表面粗糙度为Ra6.3，由于毛坯上已经铸造出孔留出加工余量，所以选择先扩孔再铰孔即可达到要求。 （3）、3-9孔 未注公差尺寸，根据GB1800-79规定其公差等级按IT14，表面粗糙度为Ra6.3，只需用9mm麻花钻直接在其位置钻孔即可。 （4）、48外圆柱面 公差等级为IT6，表面粗糙度为Ra1.6，加工方法可采用粗车精车精磨。 （5）、进出油孔（2-11） 这两个孔用于联接油管，用于输通油液，密封性需要比较高。连结部分采用螺纹联接。由于毛坯中这两孔是铸为实心，所以此部分的加工为先锪沉头孔，然后在其位置钻11孔，接着扩孔到16深18mm，最后攻丝M18。3、 拟订工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使其零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，在生产纲领中已经确定为成批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，除此之外，应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 滤油器体加工包括各圆柱面、孔及端面的加工。按照先加工基准面及先粗后精的原则，该零件加工可按下述工艺路线进行。（1） 、工艺路线方案一 工序 机器砂型铸造毛坯； 工序 检验，清砂； 工序 热处理； 工序 磨左端面； 工序 钻38内孔及3-9孔； 工序 粗车外圆48； 工序 加工出油口； 工序 加工进油口； 工序 磨48外圆柱面； 工序 检验。（2）、工艺路线方案二工序 机器砂型铸造毛坯； 工序 检验，清砂； 工序 热处理； 工序 磨左端面； 工序 车48外圆柱面； 工序 磨48外圆柱面； 工序 钻3-9孔； 工序 铣30内孔面； 工序 扩、铰38孔； 工序 38孔的倒角； 工序 锪平26； 工序 加工进油口； 工序 加工出油口； 工序 检验。 （3）工艺路线方案三工序 机器砂型铸造毛坯； 工序 检验毛坯、清砂； 工序 热处理； 工序 粗车左端面； 工序 先锪30内孔面，再扩38内孔； 工序 粗车48外圆，切退刀槽； 工序 铰38内孔，内孔倒角； 工序 精车48外圆； 工序 钻3-9通孔； 工序 磨左端面； 工序 加工出油孔； 工序 加工进油孔； 工序 去毛刺； 工序 精磨48外圆； 工序 检验。4、工艺方案的比较与分析 上述三个工艺方案的特点在于：方案一，将工序集中，但需要专用机床才能达到加工要求。方案二，工序分散，但工艺按排的加工达不到精度要求。方案三，也是分散工序，工艺安排合理，能满足用通用机床加工并达到精度的要求，除了选择万能性通用机床加工外，还要设计一些专用夹具，提高加工要求和质量。因此选用第三个方案较合理，具体如下：工序 机器造型砂模铸造毛坯； 工序 清砂，检验毛坯各尺寸，不得有砂眼缺陷； 工序 热处理，人工时效温度，消除残余应力； 工序 夹外圆，粗车左端面； 工序 先锪30内孔面，再扩38内孔； 工序 粗车48外圆，切退刀槽； 工序 铰38内孔，内孔倒角； 工序 精车48外圆； 工序 钻3-9通孔； 工序 磨左端面； 工序 加工出油孔（锪26平面，钻11孔，扩16孔深18mm,攻丝M181.5深14mm）； 工序 加工进油孔（锪26平面，钻11孔，扩16孔深18mm,攻丝M181.5深12mm）； 工序 用钳工去毛刺； 工序 精磨48外圆； 工序 检验，是否达到要求的精度和粗糙度。四、 工序设计1、 选择加工设备与工艺装备 （1）、选择机床 根据不同的工序选择机床。 工序、 属于备坯阶段，不属于切削加工，由专门的 车间负责。 工序 粗车左端面，选用卧式车床就能满足要求。本零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，根据工厂内的现有设备一般最常用CA6140型卧式车床加工。 工序 先锪30内孔面，再扩38内孔，精度要求不高，选用立式钻床进行加工。 工序 粗车48外圆柱面，在切退刀槽。加工中需要换刀具，刀架最好是换位的，所以选择CA6140最经济。 工序 铰38内孔，内孔倒角，选钻床进行加工。 工序 精车48外圆，选用CA6140进行加工。 工序 钻3-9通孔，由于是通孔，刀具进给深度可以不严格控制，在其位置钻通孔即可。选用立式加工中心，只要在专用夹具上设计好对刀块，然后执行程序就可以加工出3个9通孔了。 工序x 磨左端面，表面粗糙度Ra1.6mm，没有要求与中心线的垂直度，所以选用普通的端面磨床即可加工达到要求。 工序、加工进（出）油口孔，选用摇臂钻床进行加工。 工序 精磨48外圆，公差等级为IT6，表面粗糙度为Ra1.6mm，精度要求比较高，所以这里选用外圆磨床进行加工。（2）、选择夹具 工序 选用三爪自定心卡盘。工序、 都选用专用夹具。（3）选择刀具 根据不同的工序选择刀具。在车床上加工的工序 一般选用硬质合金车刀。切刀槽宜选用高速钢。为提高生产率及经济性，应选用可转位车刀架。在钻床上机加工的工序 麻花钻，锪头钻，倒孔钻等。（4） 选择量具 加工部分的量具工序 卡尺； 工序 卡尺； 工序 卡尺； 工序 卡尺；工序 卡尺； 工序 卡尺； 工序 卡尺； ； 工序 卡尺，螺纹塞规； 工序 卡尺，螺纹塞规； 工序 千分尺。综合上述，CA6140车床滤油器体的工艺过程如表2所示。表2：CA6140车床滤油器体的工艺过程及设备工序号工序内容机床备注00机器砂型铸造毛坯附表205检验毛坯、清砂附表310热处理附表420粗车左端面CA6140附表530先锪30内孔面，再扩38内孔立式钻床附表640粗车48外圆，车退刀槽CA6140附表750铰38内孔，倒角摇臂钻床附表860精车48外圆CA1640附表970钻3-9通孔立式加工中心附表1080磨左端面端面磨床附表1190加工出油孔摇臂钻床附表12100加工进油孔摇臂钻床附表13110去毛刺附表14120精磨48外圆外圆磨床附表15130检验附表16 2、 确定工序尺寸 根据各原始资料及制定的零件加工工艺路线，采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工余量，中间工序公差按经济精度选定，上下偏差按入体原则标注，确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下： “CA6140车床滤油器体”零件材料为灰口铸铁，硬度HB207233，毛坯的重量约为1.1千克。生产类型为中批或大批，采用机械砂型铸造毛坯。（1）、确定圆柱面的工序尺寸38，30，11，3-9由于无特殊加工精度等，在满足其表面粗糙度的条件下直接钻孔或扩孔来完成。外圆柱面46h6和46： 46粗糙度为Ra6.3,精度等级为IT14，考虑其长度为14mm,因为砂型铸造等级为IT14左右，能满足加工需求，因此直接铸造成型。 48h6所需精度要求高，需进行粗车精车精磨。精车此时直径余量为0.9mm，精磨此时直径余量为0.1mm， 剩下的粗车时直径余量为52.4-48-0.9=3.4mm，能满足加工要求，考虑48h6长度为40，精度等级为14，由铸造直接完成。48h6的外圆柱面的加工余量表如下。表3:48h6外圆柱面的加工工序尺寸（单位：mm）工序名称工序双边余量工序公差工序基本尺寸工序尺寸及公差精磨0.1IT6(0-0.016)48精车0.9IT7(0-0.025)48.1粗车3.4IT11(0-0.160)49毛坯F(0-3.6)52.4 表4：各加工工序的工序尺寸工序工位工位尺寸I铸造毛坯机器砂型铸造毛坯参见毛坯图所示II备坯检验毛坯、清砂热处理人工时效车左端面粗车左端面保长102.5mm锪30内孔，扩38内孔先锪30内孔平面锪30内孔保长70.5mm再扩38内孔扩内孔至37，保长65.5mm车48外圆和退刀槽粗车48外圆车外圆至49车退刀槽3x1.5mm铰38内孔和倒角铰38内孔铰内孔至38，保长65.5mm内孔倒角1C精车48外圆精车48外圆精车外圆至48.1钻3-9通孔钻3-9通孔钻3-9通孔磨左端面磨左端面保长102mm加工出油口空口锪平锪平26钻孔钻11孔深32mm扩孔扩孔至16孔，深18mm攻丝攻丝M18x1.5，深14加工进油口孔口锪平锪平26钻孔钻11孔通至下一平面扩孔扩孔至16孔 8mm攻丝攻丝M18x1.5，深12XIII去毛刺去毛刺X精磨48外圆精磨48外圆精磨外圆至48X检验检验车削48外圆表面加工材料HT150， HBS 160-180，铸件，有外皮；工件尺寸坯件54，车削后48mm，加工长度= 40mm， 加工要求车削后表面粗糙度为Ra1.6m； 车床CA6140由工件是铸造毛坯，加工余量达3mm，而加工要求又较高（Ra1.6m），分三次走刀，粗车加工余量取为1.7mm，半精车加工余量取为1mm，精车加工余量取为0.3mm。1. 粗车 （l）选择刀具YG6硬质合金车刀 根据表12，粗车灰铸铁，可选择YG牌号硬质合金。 车刀几何形状 kr=60 ,kr=10,0 = 6, 0=12,s=3, =1mm，01=-5,b1=0.3mm （2）选择切削用量1）确定切削深度。ap=(54-50.6)/2=1.7mm2） 定进给量 f根据表 14，f=0.50.6 3） 按CA6140车床选择f=0.56（3）车刀磨钝标准及寿命根据表19，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，车刀寿命 T 60min。 (4)确定切削速度。可根据公式计算，也可直接由表中查出。 根据表111，当用YT6硬质合金车刀加工灰铸铁。切削速度 vt 114mmin。 切削速度的修正系数为ktv1.0，kkrv0.88，ksv08， kTv=1.0, kkv=1.0 vc=vt*kv=114*0.8*0.88=71.1m/minn=435r/min根据CA6140车床 选择nc=450r/min实际vc=76.3m/min切削速度的计算公式vc=kv 查表知cv=158,xv=0.15,yv=0.4,m=0.2 kv=kmvktvkkrvksvkTvkkv=1.21*0.88*0.8=0.852代入得vc=67.4m/minn=412r/min按CA6140车床选择nc=450r/min 所以vc=76.3m/min(5)校检机床得功率由表知 Pc=1.7kw切削功率的修正系数kkrPc=kkrFc=0.94 , k0Pc= k0Fc 1.0=1.0实际切削功率Pc=1.7*0.94=1.598kw也可用公式计算：Pc=FcVc/6*104由表知：Fc=1700N 切削力的修正系数kkrFc=0.94,k0Fc=1.0 Fc=1700*0.94=1598NPc=1.9kw由CA6140车床说明，当nc=450r/min车床允许的功率PE=7.5kw Pc<PE所以所选之切削用量可在CA6140车床上进行车削用量 ap=1.7mm, f=0.56mm/r, n=450r/min, vc=76.3m/min(6)基本工时tm= L=l+y+ 其中查表知l=40, y+=2.7mmtm=0.17min2. 半精车 （l）选择刀具YG6硬质合金车刀 根据表12，粗车灰铸铁，可选择YG牌号硬质合金。 车刀几何形状 kr=45 ,kr=5,0 = 8, 0=12,s=3, =1mm，01=-5,b1=0.3mm （2）选择切削用量1) 确定切削深度。ap=(50.6-48.6)/2=1mm2) 确定进给量 f，半精加工进给量主要受加工表面粗糙度的限制。 当表面粗糙度 Ra3.2um, =1mm，f=0.25-0.4mm/r, 由CA6140车床选择 f=0.3（3）车刀磨钝标准及寿命根据表19，车刀后刀面最大磨损量取为0.7mm，车刀寿命 T 60min。 (4)确定切削速度。可根据公式计算，也可直接由表中查出。 根据表111，当用YT6硬质合金车刀加工灰铸铁。切削速度 vt 144mmin。 vc=vt*kv=144*1.0=144m/minn=906r/min根据CA6140车床 选择nc=900r/min实际vc=143m/min(5)校检机床功率由表知 Pc=2kw Pc<PE 故可以选用切削用量 ap=1mm, f=0.3mm/r, n=900r/min, vc=143m/min(6)基本工时tm= L=l+y+ 其中查表知l=40, y+=2mmtm=0.16min3. 精车 （l）选择刀具YG6硬质合金车刀 车刀与半精车时相同 （2）选择切削用量1) 确定切削深度。ap=(48.6-48)/2=0.3mm2) 确定进给量 f，精加工进给量主要受加工表面粗糙度的限制。 当表面粗糙度 Ra1.6um, =1mm，f=0.15-0.2mm/r, 由CA6140车床选择 f=0.16（3）车刀磨钝标准及寿命根据表19，车刀后刀面最大磨损量取为0.7mm，车刀寿命 T 60min。 (4)确定切削速度。可根据公式计算，也可直接由表中查出。 根据表111，当用YT6硬质合金车刀加工灰铸铁。切削速度 vt 163mmin。 vc=vt*kv=163*1.0=163m/minn=1068r/min根据CA6140车床 选择nc=1120r/min实际vc=171m/min(5)校检机床功率由表知 Pc=2kw Pc<PE 故可以选用切削用量 ap=0.3mm, f=0.16mm/r, n=1120r/min, vc=171m/min(6)基本工时tm= L=l+y+ 其中查表知l=40, y+=1.5mmtm=0.23min五、 夹具的设计本夹具是工序XII用11麻花钻直接钻斜孔的专用夹具，在Z39摇臂钻床是加工出11斜孔（通孔）。所设计的夹具装配图如附图3所示，夹具体零件图如附图4所示。有关说明如下：1、工件的定位（1）、定位方案 所加工的11孔是一斜孔，本工序加工要求保证的位置精度主要是11中心线与26沉头孔平面的交点F到A面的尺寸94IT14；即。根据基准重合原则，应选端面A为主要定位基准。该工序钻斜孔时受力不大，但受力不平衡，所以要实现完全定位，在此可以用“一面两孔”定位原则，已知端面A为主要定位基准，然图6：工件的定位与夹紧后可以再选38孔和下面的9孔作为定位孔。端面A可以限制3个自由度，38孔与定位销配合可以限制2个自由度，9孔与定位销配合可限制1个自由度，即实现完全定位。（2） 计算定位销尺寸 （a） (b)图7：定位销 38孔选用圆柱销定位，9孔选用菱形销定位。下面只计算定位销的配合尺寸，其余尺寸按标准查表。、确定两销中心距 按IT14查表，得9孔的公差为0.36mm，38孔的公差为0.62mm。取孔的中心偏差等于孔的公差的1/5，则9孔的中心偏差为，38孔的中心偏差为。那么两孔中心距偏差为。两孔偏差较大，那么两销中心距的偏差为。、确定圆柱定位销直径尺寸 取 、确定菱形销宽度b和B值 如图7（b）所示的菱形销。查表可得 b=4mm ， B=7mm计算菱形销的直径尺寸 取偏差为g6，查表得mm上述式中的：削边销与孔配合的最小间隙，单位为mm;b削边销的宽度，单位为;分别为工件上两孔中心距公差和夹具上两销中心距公差，单位为mm；工件上削边销定位孔直径，单位为mm；削边销直径尺寸，单位为mm。2、 夹紧装置入图8所示，这是专门设计的夹紧元件。参见夹具装配图，把夹紧元件套入零件的外圆柱面，然后顺时针旋转将套筒的两翼卡入夹具体的契形口中，契形口是按一定角度设计的，可让两翼受力时产生摩擦力而自锁，达到夹紧作用。图8：契形双翼套筒3、 定位误差分析如图6所示。所加工的是11斜孔，本工序加工要求保证的位置精度主要是11孔中心线与沉头孔平面的交点到左端面A的尺寸。由于左端面A是主要定位基准，那么定位基准与工序基准重合；由于定位副制造误差引起的定位误差是受两定位销影响的；在左端面A平面方向移动的定位误差由38圆柱销确定，由于圆柱销与38孔为过盈配合，所以。绕端面A的垂直线旋转方向的定位误差由9菱形销确定，9孔的尺寸为，菱形销为mm，那么。由上述得，由三角函数关系换算成尺寸方向得。那么，该方案的定位误差小于该工序尺寸制造公差087mm的1/3 （），该定位方案可行。4、 对刀装置如装配图所示，由专用夹具的定位与夹紧，11变为竖直孔，只要让钻头竖直进给加工就可以了。由于零件是斜着安装到夹具上的，为了方便装卸工件，把钻模板设计成铰链翻开式的。已知生产类型为中大批量生产，而且钻好11孔后好要进行扩孔与攻丝，就需要更换刀具，所以选用快换钻套比较合适。5、 夹具体 工件的定位是由夹具体的斜面和两个可换定位销连接起来的。然后通过双翼套筒卡在夹具体的契形口里实现夹紧。通过钻模板连接套筒和夹具体，实现对刀。这样该夹具便有机连接起来，实现了定位、夹紧、对刀等功能。6、 结构特点 该夹具结构简单，操作方便。 夹紧是通过双翼套筒的契形自锁实现的，而钻模板用铰链翻开式，解决了空间问题，使工件装卸变得方便。 本夹具更换钻套后，又可以进行16扩孔和M18X1.5mm攻丝的工位。六、 参考文献机械制造技术基础毕业设计指南主编：宗凯 化学工业出版社机械制造工艺学主编：陈明 机械工业出版社机械制造技术基础毕业设计指导教程主编：邹青 机械工业出版社 机械设计毕业设计手册主编：吴宗泽、罗圣国 高等教育出版社27