CA1340自动车床杠杆机加工工艺及夹具设计.docx
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CA1340自动车床杠杆机加工工艺及夹具设计
CA1340自动车床杠杆机加工工艺及夹具设计
机械制造工艺学课程设计
序言………………………………………………………………2
一、零件的分析…………………………………………………3
（一）零件的作用……………………………………………3
（二）零件的分析……………………………………………3
二、工艺规程设计…………………………………………………4
（一）确定毛坯的制造形式……………………………………4
（二）基面的选择……………………………………………4
（三）制定工艺路线…………………………………………5
（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定………8
（五）确定切削用量及基本时…………………………………11
三、夹具设计……………………………………………………25
（一）问题的提出……………………………………………25
（二）夹具设计………………………………………………25
四、参考文献………………………………………………………26
机械制造工艺学课程设计
序言
由于能所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。
一、零件的分析
（一）零件的作用
题目所给的零件是CA1340自动车床上的杠杆（见附图），它位于自动车床的自动机构中，与灵活器配合使用，起制动的作用。
（二）零件的工艺分析
杠杆共有三组加工表面，它们之间有一定的位置要求，现分述如下：
1、以Φ6H7mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
两个Φ6H7mm的孔，粗糙度为Ra1.6；尺寸为20mm且与两个孔Φ6H7mm相垂直的四个平面，粗糙度为Ra6.3。
其中，主要加工表面为两个Φ6H7mm的孔。
2、以Φ20H7mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
一个Φ20H7mm的孔及其倒角，粗糙度为Ra1.6；两个与Φ20H7mm孔垂直的平面，粗糙度为Ra3.2；一个中心轴线与Φ20H7mm孔中心轴线平行且相距8mm的圆弧油槽；还有一个与Φ20H7mm孔垂直的油孔Φ4mm，并锪沉头孔。
其中，Φ20H7mm孔及两端面为主要加工面。
3、以Φ8H7mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
两个Φ8H7mm的孔，Ra1.6；一个槽和一个M4mm的螺纹孔。
其中，主要加工表面为Φ8H7mm孔。
这三组加工表面之间有一定的位置要求，主要是：
（1）Φ6H7mm孔与Φ20H7mm孔具有平行度，公差为0.06mm。
（2）Φ8H7mm孔与Φ6H7mm孔具有平行度，公差为0.08mm。
由以上分析可知，对于这三组加工表面而言，可以先加工一面一孔，以它们为精准加工其它表面，并且可以保证加工面之间的位置精度要求。
另外，该零件结构简单，工艺性好。
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二、工艺规程设计
（一）确定毛坯的制造形式
零件的材料为球墨铸铁QT45-5。
考虑到零件结构简单，工艺性好，在工作过程中受力不大及没有经常承受交变载荷，因此，应该选用铸件。
由于零件年产量为4000件，以达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，重量在12kg以下，故可采用机械造型中的金属模铸造。
这从提高生产率，保证加工精度上考虑，也是应该的。
（二）基面的选择
基面的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，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
（1）粗基准的选择。
按照有关粗基准原则，应以Φ32mm外圆柱面为粗基准面（两个短V形块定位），限制4个自由度，用不加工面（挡销定位，见夹具装配图）限制一个移动的自由度，再用Φ8H7mm孔的外圆面（支撑钉定位）限定一个转动的自由度，达到完全定位。
（2）精基准的选择。
精基准选择的原则有：
基准重合原则、基准统一原则、互为基准原则和自为基准原则。
在选择时，主要应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，这在以后还要专门计算，此处不再重复。
（三）制定工艺路线
制定工艺路线的出发点，应该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。
在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工作集中来提高生产率。
除此以外，还应当考虑经济效率，以便使生产成本尽量下降。
1、工艺路线方案一
工序1粗铣、半精铣、精铣Φ20H7mm孔端面A。
工序2粗铣、半精铣Φ6H7mm孔的四个端面及Φ20H7mm孔端面B，精铣端面B。
工序3钻Φ4油孔、锪Φ8mm沉头孔。
工序4同时钻Φ6mm，Φ8mm孔和R3mm圆弧油槽。
工序5粗铰Φ6mm，Φ8mm，Φ20mm三孔。
工序6锪Φ20H7mm孔两端倒角。
工序7粗铣、精铣槽。
工序8钻M4螺纹底孔。
工序9攻M4螺纹孔。
工序10精铰Φ6H7mm，Φ8H7mm，Φ20H7mm三孔。
工序11终检。
2、工艺方案二
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工序1粗铣、半精铣、精铣Φ20H7mm孔端面A。
工序2粗铣、半精铣、精铣Φ6H7mm孔的四个端面及Φ20H7mm孔的B端面。
工序3钻R3mm圆弧油槽。
工序4同时钻Φ6H7mm，Φ8H7mm两孔和扩Φ20H7mm孔。
工序5粗铰Φ6H7mm，Φ8H7mm，Φ20H7mm三孔。
工序6精铰Φ6H7mm，Φ8H7mm，Φ20H7mm三孔。
工序7锪Φ20H7mm孔两端倒角。
工序8钻Φ4mm油孔，锪Φ8mm沉头孔。
工序9钻M4mm螺纹底孔。
工序10攻M4mm螺纹孔。
工序11粗铣、精铣槽。
工序12终检。
3、工艺方案的比较与分析
上述两个方案的特点在于：
方案一与方案二在1~2两道工序相同，只是方案一先加工油槽，然后用它可以限制一个转动的自由度。
另外，精铰孔置于最后加工。
而方案二却不同，精铰孔置于粗铰孔之后，可以用它作为精准来加工其它表面，提高精度要求，但从两方案比较可以看出，它们在位置精度上的要求仍不易保证，并且在一道工序中同时钻几个孔，只能选用专门设计的组合机床（但在成批生产时，在能保证加工精度的情况下，应尽量不选用专用组合机床）加工，这样便增加了加工设备的要求，经济花费会相应提高，因此，综合以上两个方案及零件的技术要求，可以先加工Φ20H7mm孔的两端面，以它为精基准面，Φ32mm外圆面及R10mm圆弧面辅助定位来钻R3mm的圆弧油槽（精度要求可以不考虑），扩、铰Φ20H7mm的孔，然后再以Φ20H7mm孔端面及其孔为精基准面，R10mm圆弧面辅助定位来加工Φ6H7mm，Φ8H7mm孔及部分端面和槽，这样基准重合与统一，不仅可以保证尺寸精度，还可以保证位置精度。
而油孔及螺纹孔，它们的精度要求不高，可以放于最后加工，仍以Φ20H7mm孔端面及其孔与Φ6H7（Φ8H7）mm孔定位。
由于加工过程中夹紧也比较方便，于是，最后的加工路线确定如下：
工序1粗铣、半精铣、精铣Φ20H7mm孔的两端面。
以Φ32mm外圆柱面和一个未加工面为粗基准，选用某61W型万能升降台铣床并加专用夹具。
工序2钻R3mm圆弧油槽，扩Φ20H7mm孔。
以Φ20H7mm孔的一个端面和Φ32mm外圆柱面为基准,选用Z5125型立式钻床和专用夹具。
工序3粗铰、精铰Φ20H7mm孔，锪Φ20H7mm孔倒角。
以Φ20H7mm孔的一个端面和Φ32mm外圆柱面为基准,选用Z5125型立式钻床和专用夹具。
工序4粗铣、半精铣Φ6H7mm孔的四个端面。
以Φ20H7mm孔的一个端面和Φ20H7mm孔为基准,选用某61W型万能升降台铣床和专用夹具。
工序5钻、粗铰、精铰Φ6H7mm两孔。
以Φ20H7mm孔的一个端面和Φ20H7mm孔为基准,选用Z5125型立式钻床和专用夹具。
工序6钻、粗铰、精铰Φ8H7mm两孔。
以Φ20H7mm孔的一个端面和Φ20H7mm孔为基准,选用Z5125型立式钻床和专用夹具。
工序7钻Φ4油孔、锪Φ8圆锥沉头孔。
以Φ20H7mm孔的一个端面和Φ20H7mm孔为基准,Φ8H7mm孔辅助定位,选用Z5125型立式钻床和专用夹具。
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工序8钻M4螺纹底孔、攻M4螺纹孔。
以Φ20H7mm孔的一个端面和Φ20H7mm孔为基准,Φ6H7mm孔辅助定位,选用Z5125型立式钻床和专用夹具。
工序9粗铣、半精铣槽。
以Φ20H7mm孔的一个端面和Φ20H7mm孔为基准,Φ6H7mm孔辅助定位,选用某61W型万能升降台铣床和专用夹具。
工序10终检。
（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“C1340半自动车床杠杆”零件材料为QT45-5,生产类型为大批生产,采用机器造型,金属模铸造毛坯.
1.φ20孔外端面的加工余量（加工余量的计算成本长度为8000.2）工序加工尺寸及公差最大加工前尺最小寸最大加工后尺最小寸加工余量（单边）加工公差（单边）加工余量计算表如下:
铸件毛坯（φ20二端面尺粗铣二端面寸8000.2）91874.51191878382.7半精铣床两端面8382.48180.81精铣床两端面8180.818079.80.60.41最大4.151.09最小2-0.3120.7-0.1912-0.212
（1）按照《金属机械加工工艺人员手册》表12-2，取毛坯的单边加工余量Z=4.5mm,铸件尺寸精度等级为5，固偏差为±1。
（2）精铣余量：
单边为0.5,精铣偏差即零件偏差00.2.
（3）半精铣余量:
单边为Z=1mm，（见《简明机械加工工艺手册》表1-22），加工精度等级为IT11，所以本工序加工偏差为00.19（入体方向）
（4）粗铣加工余量：
分两次走刀，单边加工余量为Z=3mm,（《简明机械加工工艺手册》表1-22），加工精度等级为IT12，所以加工偏差为00.3（入体方向）
2.φ6二孔外端面的加工余量
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fm=fzZnw=0.08π6某380=182.4（mm/min）
查机床使用说明书，取实际进给速度fm=205mm/min,则实际进给量fz=fm/Znw=205/（6某380）=0.09（mm/Z）
切削工时：
查《工艺手册》表15-14，切入长度L1=10.5mm,超出长度L2=2mm。
于是行程长度为L0＋L1＋L2，则粗铣四个端面的机动工时为
Tm=4（L0＋L1＋L2）/fm=4某（20＋10.5＋2）/205=0.64（min）2．半精铣Φ6H7mm孔的四个端面
查《简明手册》表11-21和表12-22，选用硬质合金圆柱铣刀，取铣刀直径d=40mm，Z=8，细齿。
由于半精铣加工单边余量为0.7mm，故铣削宽度ae=0.7mm
查《工艺手册》表11-69可知，f=1.0~1.6mm/r,取f=1.0mm/r。
查《简明手册》表11-28,U=0.75∽1.5m/，取u=1m/=60m/min,则n=1000u/dπ=1000某60/（40某π）=477.46（r/min）
根据机床使用说明书，查表3.29，取主轴实际转速nw=490r/min,则实际切削速度
uc=πdnw/1000=61.58（r/min）当nw=490r/min时，刀具每分钟进给量fm应为
fm=fnw=1.0某380=490（mm/min）
查机床使用说明书，取实际进给速度fm=510mm/min,则实际进给量f=fm/nw=510/490=1.04（mm/r）
切削工时：
查《工艺手册》表15-14，切入长度L1=10.5mm,超出长度L2=2mm。
于是行程长度为L0＋L1＋L2，则粗铣四个端面的机动工时为
Tm=4（L0＋L1＋L2）/fm=4某（20＋10.5＋2）/510=0.26（min）工序5：
钻、粗铰、精铰Φ6H7mm两孔。
选用Z5125立式钻床。
1.钻d=Φ5.8mm两孔，选用高速钢麻花钻,d=5.8mm。
单边切削深度ap=d/2=5.8/2=2.9mm。
查《简明手册》表11-10，f=0.18∽0.22mm/r,按机床试用说明书取f=0.22mm/r.
查《简明手册》表11-12，取U=0.2m/=12m/min,则
n=1000u/πd=1000某12/（π某5.8）=658.6（r/min）
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机械制造工艺学课程设计
按机床使用说明书取nw=680r/min,所以实际切削速度为：
U=πdnw/1000=π某5.8某680/1000=12.39（m/min）
切削工时：
查《工艺手册》得L1=2.4mm,L2=1.0mm,则钻Φ5.8mm两孔的机动工时为：
Tm=2某（L+L1+L2）/fnw=2某（12+2.4+1.0）/（0.22某680）=0.21（min）
2.粗铰Φ5.95mm的两孔，选用高速钢铰刀,d=5.95mm。
单边切削深度ap=z/2=0.15/2=0.075mm。
查《简明手册》，按机床使用说明书取f=0.81mm/r.
查《简明手册》表11-19，取U=0.173m/=10.38m/min,则n=1000u/πd=1000某10.38/（π某5.95）=555.3（r/min）按机床使用说明书取nw=545r/min,所以实际切削速度为：
U=πdnw/1000=π某5.95某545/1000=10.19（m/min）
切削工时：
查《工艺手册》得L1=1.075mm,L2=11mm,则粗铰Φ6H7mm两孔的机动工时为：
Tm=2（L+L1+L2）/fnw=2某（12+1.075+11）/（0.81某545）=0.11（min）
3.精铰Φ6H7mm的两孔，选用高速钢铰刀,d=6H7mm。
单边切削深度ap=z/2=0.05/2=0.025mm。
查《工艺手册》，按机床使用说明书取f=0.81mm/r.查《简明手册》表11-19，取U=0.22m/=13.2m/min,则n=1000u/πd=1000某13.2/（π某6）=700（r/min）按机床使用说明书取nw=680r/min,所以实际切削速度为：
U=πdnw/1000=π某6某680/1000=12.8（m/min）
切削工时：
查《工艺手册》得L1=1.025mm,L2=11mm,则精铰Φ6H7mm两孔的机动工时为：
Tm=2（L+L1+L2）/fnw=2某（12+1.025+11）/（0.81某680）=0.087（min）
工序6:
钻、粗铰、精铰Φ6H7mm及Φ8H7孔。
选用Z5125立式钻床。
1.钻d=Φ7.8mm两孔，选用高速钢麻花钻,d=7.8mm。
单边切削深度ap=d/2=7.8/2=3.9mm。
查《简明手册》表11-10，f=0.22∽0.26mm/r,按机床试用说明书取f=0.22mm/r.
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查《简明手册》表11-12，取U=0.2m/=12m/min,则n=1000u/πd=1000某12/（π某7.8）=489.7（r/min）按机床使用说明书取nw=545r/min,所以实际切削速度为：
U=πdnw/1000=π某7.8某545/1000=13.36（m/min）
切削工时：
查《工艺手册》得L1=3.4mm,L2=1.0mm,则钻Φ7.8mm两孔的机动工时为：
Tm=2某（L+L1+L2）/fnw=2某（11+3.4+1.0）/（0.22某545）=0.27（min）
2.粗铰Φ7.96mm的两孔，选用高速钢铰刀,d=7.96mm。
单边切削深度ap=z/2=0.16/2=0.08mm。
查《简明手册》，按机床试用说明书取f=0.81mm/r.查《简明手册》表11-19，取U=0.22m/=13.2m/min,则n=1000u/πd=1000某13.2/（π某7.96）=527.85（r/min）按机床使用说明书取nw=545r/min,所以实际切削速度为：
U=πdnw/1000=π某7.96某545/1000=13.63（m/min）
切削工时：
查《工艺手册》得L1=1.08mm,L2=11mm,则粗铰Φ8H7mm两孔的机动工时为：
Tm=2（L+L1+L2）/fnw=2某（11+1.08+11）/（0.81某545）=0.105（min）
3.精铰Φ8H7mm的两孔，选用高速钢铰刀,d=8H7mm。
单边切削深度ap=z/2=0.04/2=0.02mm。
查《简明手册》，按机床试用说明书取f=0.81mm/r.
查《简明手册》表11-19，取U=0.278m/=16.68m/min,则n=1000u/πd=1000某16.68/（π某8）=663.68（r/min）按机床使用说明书取nw=680r/min,所以实际切削速度为：
U=πdnw/1000=π某8某680/1000=17.1（m/min）
切削工时：
查《工艺手册》得L1=1.02mm,L2=11mm,则精铰Φ8H7mm两孔的机动工时为：
Tm=2（L+L1+L2）/fnw=2某（11+1.02+11）/（0.81某680）=0.084（min）
工序7：
钻Φ4mm油孔，锪Φ8mm圆锥沉头孔。
选用Z5125立式钻床与专用夹具。
1.钻Φ4mm的油孔，选用高速钢麻花钻,d=4mm。
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单边切削深度ap=d/2=4/2=2mm。
查《简明手册》表11-10，f=0.08∽0.13mm/r,按机床试用说明书取f=0.13mm/r.
查《简明手册》表11-12，取U=0.2m/=12m/min,则
n=1000u/πd=1000某12/（π某4）=954.9（r/min）按机床使用说明书取nw=960r/min,所以实际切削速度为：
U=πdnw/1000=π某4某960/1000=12.06（m/min）
切削工时：
查《工艺手册》得L1=2mm,L2=1.0mm,则钻Φ4mm孔的机动工时为：
Tm=（L+L1+L2）/fnw=（7+2+1.0）/（0.13某960）=0.08（min）
2.锪Φ8mm圆锥沉头孔，选用锥面锪钻,d=10mm。
查《工艺手册》表14-48，f=0.10∽0.15mm/r,按机床试用说明书取f=0.13mm/r.
为了缩短辅助时间，取锪沉头孔的主轴转速与钻孔相同，即nw=960r/min。
工序8：
钻M4mm螺纹底孔，攻M4mm螺纹孔。
选用Z5125立式钻床与专用夹具。
1.钻M4mm的螺纹底孔Φ3mm，选用高速钢麻花钻,d=3mm。
单边切削深度ap=d/2=3/2=1.5mm。
查《简明手册》表11-10，f=0.08∽0.13mm/r,按机床试用说明书取f=0.1mm/r.
查《简明手册》表11-12，取U=0.15m/=9m/min,则
n=1000u/πd=1000某9/（π某3）=955（r/min）
按机床使用说明书取nw=960r/min,所以实际切削速度为：
U=πdnw/1000=π某3某960/1000=9.05（m/min）
切削工时：
查《工艺手册》得L1=2mm,L2=1.0mm,则钻Φ4mm孔的机动工时为：
Tm=（L+L1+L2）/fnw=（7+2+1.0）/（0.1某960）=0.09（min）
2.攻M4mm的螺纹底孔。
查《工艺手册》表11-49，选用M4丝锥，螺距P=0.7mm，则进给量f=0.7mm/r。
查《工艺手册》表11-94，取U=6.8m/min,则
n=1000u/πd=1000某6.8/（π某4）=541（r/min）按机床使用说明书取nw=490r/min,所以实际切削速度为：
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U=πdnw/1000=π某4某490/1000=6.16（m/min）
切削工时：
查《工艺手册》得L1=2mm,L2=1.4mm,则攻M4mm螺纹孔的机动工时为：
Tm=（L+L1+L2）/fnw=（6+2+1.4）/（0.7某490）=0.055（min）
工序9：
粗铣，半精铣槽。
选用机床：
Ｘ61W万能升降台铣床。
1．粗铣槽，选用高速钢直齿三面刃铣刀，直径d=100mm，宽度为7mm，Z=20，粗齿。
查《工艺手册》表11-69可知，fz=0.06~0.12mm/z,取fz=0.08mm/齿。
查《工艺手册》表14-77,取u=38m/min则：
n=1000u/dπ=1000某38/（100某π）=120.9（r/min）
根据机床使用说明书，查表3.29，取主轴实际转速nw=125r/min,则实际切削速度
uc=πdnw/1000=（π某100某125）/1000=39.27（r/min）当nw=125r/min时，每分钟进给量fm应为
fm=fzZnw=0.08某20某125=200（mm/min）
查机床说明书，取实际进给速度fm=205mm/min,则实际进给量fz=fm/Znw=205/（20某125）=0.082（mm/Z）
切削工时：
查《工艺手册》表15-14，切入长度L1=37.4mm,超出长度L2=3.0mm。
于是行程长度为L0＋L1＋L2，则机动工时为
Tm=（L0＋L1＋L2）/fm=（22.88＋37.4＋3.0）/205=0.31（min）2．半精铣槽，选用高速钢直齿三面刃铣刀，直径d=100mm，宽度为8mm，Z=20，细齿。
精铣的单边切削宽度ae=0.5mm.
查《工艺手册》表14-69，f=0.06∽0.12mm/齿,取f=0.06mm/z查《工艺手册》表14-77，取U=45m/min,则
n=1000U/πd=1000某45/（π某100）=143（r/min）
根据机床使用说明书,查表3.29,取主轴转速nw=125r/min,则实际切削速度Uc=πdnw/1000=39（m/min）当nw=125r/min时,工作合每分钟进给量fm为
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fm=fnwz=1=0.06某125某20=150（mm/min）
查机床使用说明书,取刀具实际进给速度为fm=166mm/min,则实际进给量为f=fm/znw=166/（20某125）=0.0664（mm/z）
切削工时:
由粗铣加工可知,刀具行程为L0＋L1＋L2，则机动工时tm=L0＋L1＋L2/fm=（22.8+37.4+3.0）/166=0.39（min）
三、夹具设计
为了提高劳动生产率，保证质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。
经过与指导教师的协商，决定设计铣槽专用夹具。
本夹具将用于某61W万能升降台铣床，刀具为高速钢三面刃铣刀。
（一）问题的提出
本夹具主要用来铣槽，该工序要保证槽的两侧面关于中心线对称度，因此夹具设计要能保证槽两侧面的对称度要求，另外还需考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。
（二）夹具设计
1.定位基准的选择
由零件图可知槽的设计基准是Ф20孔的一端面，且此工序之前Ф20孔和Ф8孔已加工好，所以可用典型的一面两销定位，以槽的设计基准为工艺基准，做到了基准统一。
2.切削力及夹紧力计算
刀具：
高速钢三面刃铣刀，Ф100mm,Z=20F=9.81Cpt0.830.65D0.83BZKp
Cp=52B=6D=100Sz=0.08t=1.5Kp=K1K2K3K4F=9.81某52某1.50.83某0.080.65某1000.83某6某20某1.996=845.52N铣削力产生的最大转矩M=F某L=845.52某0.06=50.73N.m由摩擦力产生的转矩Mf=fF'（R+r）
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机械制造工艺学课程设计
所以需要夹紧力为：
F'=50.73/[0.25某（0.016+0.010）]=7804.62N
由《夹具设计手册》表3-24查的M24螺栓的夹紧力为19070N，远大于所需夹紧力7804.62N故此夹具可安全工作。
3.夹具设计及操作的简要说明
在夹具设计时,应该注意提高劳动生产率.因此,一般情况下应首先着眼于机动夹紧而不用手动夹紧,因为这是提高劳动生产率的重要
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