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丽水学院工学院工艺课程设计说明书机械制造工艺及夹具课程设计说明书题目：手柄座零件机加工工艺及钻 10孔夹具设计设计者周沛泽班 级 机自101指导教师叶永东工学院机械系2013年6月7日ii丽水学院工学院工艺课程设计说明书一、 引言4二、设计任务分析4三、 机械加工工艺规程设计 7（一）、确定毛坯、绘制毛坯简图 73.1.1选择毛坯73.1.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 7（二）、拟定手柄座工艺路线 73.2.1 定位基准的选择73.2.2 表面加工方法的确定 83.2.3加工阶段的划分93.2.4工艺路线方案的确定10（三）、加工余量、工序尺寸和公差的确定 123.3.1工序4:钻一铰14mn孔各数据的确定 12（四）、切削用量、时间定额的计算 133.4.1 切削用量的计算133.4.2 时间定额的计算15四、机床夹具设计 18（一）、夹具体的设计184.1.1 定位方案设计 18144.1.2定位误差分析 18（二）、导向装置的设计19（三）、夹紧装置设计 20五、设计总结评价20六、 参考文献21引言本次设计是设计CA6140车床手柄座，我们首先对手柄座的结构特征、 用途以及其工艺规程进行了详细的分析，然后确定了一套合理的加工方案， 加工方案要求简单，并能保证加工质量。由于手柄座各表面的精度要求一 般，所以我们在加工一些主要平面时先粗铣然后半精铣，加工一些孔时要 进行钻、铰工序，因为手柄座的加工质量将直接影响其性能和使用寿命， 所以每一道工序都必须要达到其加工要求。此外，本设计的生产类型是中批生产，为了提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量，需设计专用夹具，本设计是设计加工CA6140车床手柄座 10mn孔工序的夹具。关键词：CA6140车床手柄座；专用夹具设计；工艺规程二、设计任务分析1）、手柄座的用途题目所给的零件是CA6140车床的手柄座。它位于车床操作机构中，可 同时操纵离合器和制动器，即同时控制主轴的开、停、换向和制动。操作 过程如下：当手把控制手柄座向上扳动时，车床内部的拉杆往外移，则齿 扇向顺时针方向转动，带动齿条轴往右移动，通过拨叉使滑套向右移，压 下羊角形摆块的右角，从而使推拉杆向左移动，于是左离合器接合，主轴 正转；同理，当手把控制手柄座向下扳动时，推拉杆右移，右离合器接合， 主轴反转。当手把在中间位置时，推拉杆处于中间位置，左、右离合器均不接合，主轴的传动断开，此时齿条轴上的凸起部分正压在制动器杠杆的下端，制动带被拉紧，使主铀制动。2) 、手柄座的技术要求表1-1手柄座零件技术要求表加工表面尺寸偏差(mr)公差及精度等级表面粗糙度值 RA( m)形位公差(mr)45凸台面43IT123.225mm 孔2500033IT83.214mm 孑L轲4暑018IT73.2如Omm孑L10暑015IT73.21 / 1 处心1 S 1*5mm圆锥孔*5IT73.25.5mm 孑 L*5.5IT812.5M10螺纹孔IT712.5键槽6。七。3IT1012.5槽 14mm14暑23IT1112.53) 、审查手柄座的工艺性分析零件图可知，手柄座左右两端面和孔端面均有要求切削加工，孔 端面、孔端面、孔端面和孔凸台端面均为平面，可以防止加工过程中钻头 钻偏，以保证孔的加工精度，而螺纹孔M10和圆锥孔的端面均为圆柱面保证孔的加工精度较困难；另外在轴向方向上的孔凸台端面作为定位基准加 工要求较其他端面高。主要工作表面虽然加工精度也相对较高，但也可以 在正常生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。由此可见该 零件的工艺性较好。现将主要加工面分述如下：该零件共有5个孔要加工： 45mm#圆凸台端面（孔凸台端面）是零 件的主要加工面，其他的面、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，需精加工出来； 10mm孔与孔有平行度要求，也需要精 加工； 14mn是不通孔，特别注意该孔的加工深度； 5mn锥孔需精铰， 5.5mm油孔表面粗糙度有Ra3.2卩m的要求，因此对其也应该要进行精铰。该零件共有1个端面要加工： 45mm#圆凸台端面精度要求较高，同 时也是配合 25mm孔作为后续工序的精基准面，需半精加工。该零件仅有2个槽需加工： 25mm孔上键槽两侧面粗糙度为 Ra12.5mm 无需精加工，底面加工精度要求不高，加工键槽时很难以 45mm#圆端面为定位基准，因而工序尺寸的计算较复杂；而槽14mm两侧面粗糙度均为Ra12.5mm粗铣即可。M10mn螺纹孔的加工，它与 10mm孔和 25mm孔连心线有30角度要 求，同时螺纹孔中心线与 45mnr圆柱端面有11mn的尺寸位置要求。由以上分析可知，该零件的加工应先加工 45mn圆柱凸台端面，再以端 面为基准加工作为后续工序主要精基准的 25mm孔，进而以该孔为精基准 加工出所有的孔，面，槽，螺纹孔等。4）、确定手柄座生产类型依设计题目知：Q=2000件/年，结合生产实际，备品率 a唏口废品率b%分别为10呀口 1%所以：N=2000件/ 年（1 + 10% （1 + 1% =2222件/ 年由参考文献【1】表1-4知，手柄座为轻型零件；由参考文献【1】表1-5 知，该手柄座类型为中批生产。三、机械加工工艺规程设计（一）、确定毛坯、绘制毛坯简图3.1.1选择毛坯由于该手柄座在工作过程中不经常变动，受力不大，毛坯选用铸件， 该手柄座轮廓尺寸不大，且生产类型为中批生产，为提高生产率和铸件精 度，宜采用机器造型铸造，毛坯的拔模斜度为5，铸造圆角半径为R35,选择在左视图中中心平面为分模面，分模线为直线，属平直分模线。3.1.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量毛坯总余量的确定：由参考文献【1】表2-1、表2-2和2-5，对于中 批量生产砂型机器造型，取尺寸公差等级为10级，加工余量等级为G级；再由参考文献【1】表2-4查得每侧加工余量数值为1.4mm故取R13mm凸 台端面的毛坯总加工余量为：z总二1.4mm。粗铣余量：z且铣二1.4mm45mm外圆凸台端面毛坯加工总余量为：z总二 1.4mm。半精铣余量：z半精铣-1.0mm ；粗铣余量：z且铣二0.4mm ；手柄座大端面毛坯加工总余量为：乙总=1.4mm。粗铣余量：z且铣=0.4mm。（二）、拟定手柄座工艺路线3.2.1定位基准的选择根据该手柄座零件的技术要求和装配要求，选择手柄座25。033 mm孔及45mm外圆凸台端面作为精基准零件上的很多表面都可以采用它们作基 准进行加工，遵循了“基准统一”原则。又轴孔25o0033 mm的轴线是设计基准，选用其作为精基准定位加工手柄座脚上孔1O00.015mm和孔14o0018mm以及其他的孔和表面，实现了设计基准和工艺基准重合，保证了被加工表面的 位置度要求及*1O0O.O15mm孔轴线和*250O.O33mm孔轴线的平行度要求。选用手柄 座45mm外圆凸台端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”原则，因为该手柄座上的尺寸多以该端面作为设计基准。选用25OO.O33mm孔及45mm外圆凸台端面作为精基准，夹紧力可作用在手柄座25OO.O33mm孔的大端面上，夹紧稳定可靠。作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。该手柄座加工时选用25OO.O33 mm孔大端面为基准的方法进行加工出精基准表面。3.2.2表面加工方法的确定根据手柄座零件图上各加工尺寸精度和表面粗糙度，确定加工零件各 表面的加工方法，如表3-1所示。表3-1零件表面的加工方法加工表面公差及精度等级表面粗糙度值ra （卩m加工方案参考文献*45凸台端面IT113.2粗铣半精铣参考文献【1】表1-1125mm孔IT83.2钻一粗铰一精铰参考文献【1】表1-1O14mm孔IT73.2钻一粗铰一精铰参考文献【1】表1-1010mm孔IT73.2钻一粗铰一精铰参考文献【1】表1-105mm 圆锥孔IT73.2钻一铰参考文献【1】表1-105.5mm孔IT812.5钻一粗铰参考文献【1】表1-10M10 螺纹孔IT712.5钻一攻螺纹参考文献【1】表1-12键槽IT1012.5拉参考文献【1】表1-8槽 14mmIT1112.5粗铣参考文献【1】表1-11323加工阶段的划分零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：1）、粗加工阶段粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属，为以后的精加工创造较好 的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯 的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量， 以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得 工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工 的公差等级为IT11IT12。粗糙度为Ra80100 m。2）、半精加工阶段半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为IT9IT10。表面粗糙度为 Ra101.25 卩 m。3）、精加工阶段精加工阶段切除剩余的少量加工余量，主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度，使各主要表面达到图纸要求.另外精加 工工序安排在最后，可防止或减少工件精加工表面损伤。精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度.精加工的加工精度一般为IT6IT7，表面粗糙度为Ra101.253.2.4工艺路线方案的确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，成批生产还应考虑米用组合机床，专用夹具，工序集中，以提咼 效率，还应考虑加工的经济性，以便使生产成本尽量下降。在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，结合老师建议，工艺方 案确定如下：1、粗、半精铣 45mn圆柱小端面，以 45mm大端面为定位基准2、钻、铰 25H8mr孔,以 45mr柱大端面和 45mr柱凸台圆周面（用V型块）为定位基准3、钻、铰 10H7mm以 R13圆周面（用V型块）和 45mmffl柱小端面为基 准4、钻、铰 14H7mr孔,定位与4工序相同，保证孔深度25mm5、钻 5mn圆锥孔，定位与4工序相同6、钻、攻M10m螺纹孔，定位与4工序相同7、铣槽，定位与4工序相同，保证尺寸30mm& 拉键槽，为便于加工，以 45mrr圆柱小端面， 10H7mr孔和 14H7mr孔 端面定位，同时要保证尺寸27.3H11mm9、钻 5.5mm孔,定位与4工序相同10、去锐边，毛刺，尤其注意 25H8mr孔表面可能因为钻 M10mr螺纹孔以及 插槽带来的表面鳞次损伤11、清洗去除铁屑、油污12、终检,入库手柄座工艺路线及设备，工装的选用如下表3-2 :表3-2手柄座工艺路线及设备，工装的选用工序号工序名称机床设备刀具量具1粗铣、半精铣 45m 圆柱凸台面；m 立式铣床X51咼速钢套式面铣刀游标卡尺2钻、粗铰、精铰 25mm孔摇臂钻床Z37硬质合金锥 柄麻花钻、铰刀游标卡尺、 内径千分尺、塞 规3钻、粗铰、精铰 10mm孔立式钻床Z525复合麻花钻、铰刀游标卡尺、 内径千分尺、塞 规4钻、粗铰、精铰 14mm孔立式钻床Z525复合麻花钻、铰刀游标卡尺、 内径千分尺、塞 规5钻、铰 5mn0锥孔立式钻床Z525麻花钻、锥柄机用1: 50锥度销子铰刀内径千分尺、塞规6钻、攻M10m螺纹孔摇臂钻床Z37拉床莫氏锥柄阶 梯麻花钻、丝锥卡尺螺纹塞规7粗铣槽14mm卧式铣床X62高速钢镶齿三面刃铣刀游标卡尺、塞规8拉键槽6mm拉床L6110拉刀游标卡尺9钻、铰 5.5mm孔立式钻床Z525麻花钻、铰刀内径千分尺、塞规10去锐边,毛刺钳工台平锂11清洗清洗机12终检游标卡尺、 内径千分尺、塞 规、螺纹塞规（三）、加工余量、工序尺寸和公差的确定根据设计题目要求只对指定工序进行加工余量、工序尺寸和公差的计算。331工序4:钻一铰14mn孔各数据的确定由参考文献【1】表2-20可查得，精铰余量Z精铰=0.05mm粗铰余量Z粗铰=0.95mm钻孔余量Z钻=13.0mm参考文献【1】表1-10可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为，精铰：IT7 ;粗铰：IT10 ;钻：IT12。根据上述丽水学院工学院工艺课程设计说明书结果，再标准公差数值表可确定各工步的公差分别为，精铰：0.018mm粗铰：0.070mng 钻：0.180mm综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，精铰：1400.018mm；粗铰：13.9500.070 mm；钻：1300.180 mm，它们的相互关系如图4-1所示。图4-1钻一粗铰一精铰14孔的加工余量、工序尺寸和公差相互关系图（四）、切削用量、时间定额的计算3.4.1切削用量的计算工序1:粗铣手柄座凸台端面该工序分为二个工步，工步1是以如图5-1所示B面定位，粗铣A面(1) 背吃刀量的确定工步1的背吃刀量api取值为A面的毛坯总余量减 去工序2的余量，即api=0.4mn；(2) 进给量的确定机床功率乞5kw,工件一夹具系统刚度为中等条件选 取该工序的每齿进给量fz=0.150.3mm/z，则每分钟进给量为：f Mz=f z z n=(0.150.3)10 160 mm/min=240480mm/min参照参考文献【1】表4-16所列x51型立式铣床的横向进给量取:f Mz=320mm/min(3) 切削速度的计算 由参考文献【1】表5-11按镶齿铣刀，d/z=80/10 的条件选取切削速度 v=40m/min。由参考文献【1】公式n=1000v/二d,可求 得该工序铣刀转速为：n=1000v/二 d=1000 40/(二 80) r/min=159r/min参照参考文献【1】表4-16所列x51型立式铣床的主轴转速取转速 n=160r/min。再将此转速代入参考文献【1】公式v=n d/1000，可求出该工 序的实际铣削速度：v=nd/1000=160 二 80/1000 (m/min)=40.19 m/min工步二：半精铣手柄座左端面 A ( - 45mm外F圆凸台端面)(1) 背吃刀量的确定a p=1.4mm(2) 进给量的确定 由参考文献【2】表2.1-73按表面粗糙度Ra3.2lm的条件选取该工序的每转进给量f=0.51.2mm/r，则每分钟进给量为：f M=f z z n=f n=(0.51.2)10 210 mm/min=105252mm/min参照参考文献【1】表4-16所列x51型立式铣床的纵向进给量取：f M=105mm/min 切削速度的计算 由参考文献【2】表2.1-77中公式:C vdmxva p a fyv可计算得切削速度。式中，d。为刀具尺寸（mm）; ap背吃刀量（mm）; af为每齿进给量（mm/r）； aw为切削深度（mm）; z为齿数。由参考文献【2】表2.1-76查得：刀具寿命T=180min;由参考文献【3】表 2.1-77 查得：Cv=23; qv=0.2 ； m=0.15； Xv=0.1 ； yv=0.4 ; Uv=0.1 ; pv=0.1 ; kv=1。计算得切削速度为：v=50.47m/min。由参考文献【1】公式（5-1）,可求得该工序铣刀转速为：n=1000v/d=1000 50.47/（二 80） r/min=200r/min参照参考文献【1】表4-16所列x51型立式铣床的主轴转速取转速 n=210r/min。再将此转速代入参考文献【1】公式（5-1），可求出该工序的 实际铣削速度：v=n二d/1000=210 二 80/1000 （m/min）=52.75 m/m in3.4.2 时间定额的计算1）、基本时间tj的计算工序1:粗铣、半精铣手柄座凸台端面根据参考文献【1】表5-43 ,面铣刀铣平面(对称铣削，主偏角kr=90 ) 的基本计算公式：tj = (I - ll - 12)/ fMz可求出该工序的基本时间。由于该工序包括两个工步，先计算第一个工步，故式中：1=45 mm;参照参考文献【1】表5-45，取I i+l2=18mm将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：tj=(l+l 1+l2)/f mz=(45+18)/320 min=11.8s工步2:半精铣手柄座左端面 A45mn外圆凸台端面)根据参考文献【1】表5-43，面铣刀铣平面(对称铣削，主偏角kr=90) 的基本计算公式：t j = (l l1 丨2)/ fMz可求出该工序的基本时间。式中：l=45mn；h = 0.5(d - d 2 - ae2 )(1 3) = 0.5(80 -80 2 - 452 ) 1mm = 7.93 mm ；12 二 3mm ；f MZ = 105 mm / min ；将上述结果代入公式，则该工序的基本时间:tj =(l li I2)/ fMz =(45 7.93 3)/105 min =0.53 min =31 .8s2) 、辅助时间tf的计算辅助时间tf与基本时间tj之间的关系为：tf=(0.150.2)t j现取tf=0.2t j,则各工序的辅助时间分别为：(1)工序1:粗铣、半精铣手柄座凸台端面工步一的辅助时间：t f=0.2 11.8s=2.36s工步二的辅助时间：t f=0.2 31.8s=6.36s3) 、其他时间的计算由于该手柄座的生产类型为中批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间是忽略不计，布置工作地时间tb是作业时间的2%-7%休息与生理需要时间tx是作业时间的2%-4%现均取为3%则各工序的其他时间可按 关系式：(t b+tx)= (3%+3%) (t j+tf)计算，它们分别为：(1)工序1:粗铣、半精铣手柄座凸台端面工步一的其他时间：t b+t x=6% (11.8+2.36) s=0.85s工步二半精车凸台端面：tb+tx=6% (31.8+6.36 ) s=2.29s4) 、单件时间tdj的计算工序一的单件时间分别为：(1)工序1：粗铣、半精铣手柄座凸台端面工序 1 的单件时间：t dj=(11.8+2.36+31.8+6.36+0.85+2.29) s=55.46s四、机床夹具设计(一) 、夹具体的设计4.1.1定位方案设计在设计任务书中本夹具用于在钻床上加工CA614 0车床手柄座的10H7孔，工件以25H8孔及端面、R13外圆面作为定位基准，在一面一销一活动 V型块上实现完全定位，由手动直接夹紧工件。工件的定位基面为 25H8孔 内表面及端面、R13外圆面表面。1)、定位元件的选用25H8孔用一个固定式短圆柱销定位限制二个自由度。25H8孔端面用一个平面定位限制三个自由度。R13外圆面用一个活动V型块定位限制一个自由度。4.1.2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，一般定位误差控制在 工件公差的1/3 1/5，即可认为定位方案符合加工要求。对于本次设计的夹具，需要保证的尺寸要求：保证盲孔 10H7mn的深度距端38mrrt勺要求。定位基准是 45mr柱小端面和 25H8孔、R13外 圆面，由一面一销一活动 V型块实现完全定位。由于 45mn圆柱小端面经 过半精铣，表面粗糙度达到 Ra3.2 g,故可认为 45mn圆柱小端面的平面 度误差为0,即可认为不存在基准位置度误差；而两定位销是水平放置，由 于工件自重作用，工件定位孔与定位销上母线接触，在这垂直方向上的定 位误差非常小，而加工通孔 10H7mrt深度尺寸要求并不严格，综上所述， 只要支撑面的标准尺寸得到保证，是不存在定位误差的。对于本工序要求，基准位置误差则取决于两孔直径尺寸公差以及圆度 误差，由于两孔公差等级达到IT8、IT7和表面精度都达到Ra3.2 g,都经 过精铰，故基准位置误差也可以忽略，只要两销的标准尺寸以及相对位置 关系得到保证，定位误差也是非常小的。综上所述，该定位方案是符合加工要求的。（二）、导向装置的设计1）、钻套的设计由于该夹具用于一个孔经钻、粗铰、精铰三个工步加工的工序，所以选择固定式钻套，固定式钻套已标准化。2）、钻套高度和排屑间隙由参考文献【1】表9-8查得：钻套高度：H=20mm排屑间隙：h =（0.30.7）d式中，d为所加工孔径，排屑间隙系数选取 0.5。所以:H=0.5x10mm=5mm根据快换钻套(JB/T8045.1-1999)，基本尺寸d=10mm(三) 、夹紧装置设计针对中批生产的工艺特征，从保证产品的质量和考虑尽量提高生产效 率的问题来考虑，为此，应首先着眼于简单夹紧装置。这里采用手动夹紧 装置比较高效和省力。而且这是提高劳动生产率的重要途径之一，故夹具 选用了类固定手柄压紧螺钉式装置夹紧工件。五、设计总结评价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。由附图可知，零件材料为HT20Q该材料具有较高的强度、耐磨性、耐 热性及减振性，适应于承受较大应力、要求耐磨的零件。该零件主要的加 工面以及六个孔的表面粗糙度有严格的要求，因此我们选用几个工序对它 进行加工来保证它的质量要求。在加工过程中都是采用专用夹具，因而效 率较高，设计基准与工序基准重合，因而精度较高。根据相关面和孔加工 的经济精度及机床能够达到的精度可知，上述技术要求是可以达到的，零 件的结构工艺性也是较好的。在计算机床的切削用量时，进给量的选取是通过查刀具的切削用量表 得到的一个范围值，再通过查对应工序所用机床能提供的进给量选取的， 所以在计算工时应该比较准确。在2周的课程设计过程中叶老师对我们细心的指导，老师帮我们指出 了很多的错误，在此感谢叶老师。由于时间有限，加之本人能力薄弱，设 计之中未免有很多不足或错误，望批评指正！六、参考文献11邹青.机械制造技术基础课程设计指导教程北京：机械工业出版社，2004.8【2】 王先逵.机械加工工艺手册 铣削、锯削加工北京：机械工业出版社.2008.6【31王先逵.机械加工工艺手册 钻削、扩削、铰削加工.北京：机械工业出版社.2008.641洪钟德.简明机械设计手册.上海：同济大学出版社，2002.523
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