完整版机电一体化CA6140车床后托架加工工艺及夹具设毕业设计论文.docx
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完整版机电一体化CA6140车床后托架加工工艺及夹具设毕业设计论文
优秀论文审核通过
未经允许切勿外传
山西煤炭职业技术学院毕业论文
CA6140车床后托架加工工艺及夹具设计
姓名：
王小帮
系（部）：
计算机信息系
专业：
机械制造与自动化
指导教师：
陈红英
2014年6月1日
摘要
在生产过程中，使生产对象（原材料，毛坯，零件或总成等）的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程，如毛坯制造，机械加工，热处理，装配等都称之为工艺过程。
在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。
关键词：
工序加工余量定位夹紧力
前言…………………………………………………………………………………1
第一章CA6140机床后托架的工艺分析……………………………………2
第一节工艺路线的拟订………………………………………………………2
一、工序的合理组合……………………………………………………………3
二、工序的集中与分散…………………………………………………………3
三、加工阶段的划分……………………………………………………………3
第二节加工工艺路线方案的比较…………………………………………4
第三节加工工艺路线方案的论证…………………………………………6
第二章CA6140机床后托架各尺寸的确定……………………………7
第一节毛坯的结构工艺要求……………………………………………7
第二节CA6140机床后托架的偏差计算…………………………………7
第三章专用夹具的设计9
第一节铣平面夹具设计9
一、研究原始质料9
二、定位基准的选择9
三、切削力及夹紧分析计算9
四、误差分析与计算11
五、夹具设计及操作的简要说明11
第二节镗孔夹具设计12
一、研究原始质料12
二、定位基准的选择12
三、切削力及夹紧力的计算12
四、误差分析与计算14
第三节钻顶面四孔夹具设计15
一、研究原始质料15
二、定位基准的选择15
三、切削力及夹紧力的计算16
四、误差分析与计算17
第四节摇臂钻床夹具设计……………………………………………………………17
一、设计主旨………………………………………………………………………18
二、夹具设计………………………………………………………………………18
三、夹具设计及操作的简要说明20
总结…………………………………………………………………………………………………21
参考文献…………………………………………………………………………………………22
致谢…………………………………………………………………………………………………23
附：
1张零件图1张工艺卡片1张装配图
前言
机床夹具是一种不可缺少的工艺设备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本。
专用夹具是针对某一工件或工件的某一道工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。
特点是针对性强。
适用于产品相对稳定、大批量的生产中，可获得较高的生产率和加工精度。
1、大批量生产加工需要对夹具的设计有一个很高的要求。
即；能稳定可靠地加工保证工件的加工技术要求,若工件达不到加工技术要求,成为废品,则夹具设计是失败的,该夹具不能用于生产.
2、操作简单,便于工件安装（即定位和夹紧）,减轻工人的劳动强度,节省工件安装时间,降低辅助工时,保证高的生产效率.
3、具有良好的工艺性,便于制造,降低夹具制造成本,从而降低分摊在工件上的加工成本.
设计是在学完全部课程之后进行的,这是一次深入理论联系实际的演练,它不仅在我们的学习中而且在今后的工作中占很重要的位置.就我个人而言,我希望能通过这次毕业设计能扩大自己的工作领域,增加更多的知识,使自己更具有竞争力,为工厂的”差异化”战略贡献力量.由于能力有限,动手实践机会少,设计尚有许多不足之处,恳请各位老师给予指教.
第一章CA6140机床后托架的工艺分析
第一节工艺路线的拟订
CA6140机床后托架的是CA6140机床的一个重要零件，因为其零件尺寸较小，结构形状也不是很复杂，但侧面三杠孔和底面的精度要求较高，此外还有顶面的四孔要求加工，但是对精度要求不是很高。
后托架上的底面和侧面三杠孔的粗糙度要求都是，所以都要求精加工。
其三杠孔的中心线和底平面有平面度的公差要求等。
因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它的加工是非常关键和重要的
图1-1CA6140机床后托架零件图
一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。
而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。
设计者要考虑加工工艺问题。
工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。
对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。
CA6140机床后托架的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。
具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。
后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。
一、工序的合理组合
确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。
确定工序数的基本原则：
1.工序分散原则
2.工序集中原则
二、工序的集中与分散
制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。
所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。
1.特点
工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。
使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。
但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。
2.工序分散的特点
一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。
但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。
结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。
由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。
三、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
2.半精加工阶段
3.精加工阶段
4.光整加工阶段
但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。
在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。
必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。
例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。
第二节加工工艺路线方案的比较
在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。
但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订两个加工工艺路线方案。
见下表：
表1-1加工工艺路线方案比较表
工序号
方案Ⅰ
方案Ⅱ
工序内容
定位基准
工序内容
定位基准
010
粗铣底平面
侧面和外圆
粗、精铣底平面
侧面和外圆
020
精铣底平粗
侧面和外圆
粗镗孔：
、
底面和侧面
040
钻、扩孔：
、
底面和侧面
半精镗孔：
、、
底面和侧面
050
粗铰孔：
、、
底面和侧面
精镗孔：
、、
底面和侧面
060
精铰孔：
、、
侧面和两孔
粗铣油槽
底面和侧面
070
粗铣油槽
底面和侧面
钻：
、
底面和侧面
080
锪钻孔：
底面和侧面
扩孔
底面和侧面
090
钻：
、
底面和侧面
精铰锥孔：
底面和侧面
110
扩孔
底面和侧面
锪钻孔：
、
底面和侧面
120
精铰锥孔：
底面和侧面
去毛刺
130
锪钻孔：
、
底面和侧面
钻：
、
底面和孔
140
钻：
、
底面和孔
攻螺纹
底面和孔
150
攻螺纹
底面和孔
锪平面
160
锪平面
倒角去毛刺
160
倒角去毛刺
检验
170
检验
第三节加工工艺路线方案的论证
1.方案Ⅱ在120工序中按排倒角去毛刺，这不仅避免划伤工人的手，而且给以后的定位及装配得到可靠的保证。
2.方案Ⅱ在010工序中先安排铣底平面，主要是因为底平面是以后工序的主要定位面之一，为提高定位精度。
3.方案Ⅱ符合粗精加工分开原则。
由以上分析：
方案Ⅱ为合理、经济的加工工艺路线方案。
具体的工艺过程如下表：
表1-2加工工艺过程表
工序号
工种
工作内容
说明
010
铸造
金属型铸造
铸件毛坯尺寸：
长：
宽：
高：
孔：
、、
020
清砂
除去浇冒口，锋边及型砂
030
热处理
退火
石墨化退火，来消除铸铁表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织（有大量的渗碳体出现），以便于切削加工
040
检验
检验毛坯
050
铣
粗铣、精铣底平面
工件用专用夹具装夹；立式铣床
060
粗镗
粗镗镗孔：
，，
工件用专用夹具装夹；立式铣镗床（）
070
铣
粗铣油槽
080
半精镗
半精镗镗孔：
，，
工件用专用夹具装夹；立式铣镗床（）
090
精镗
精镗镗孔：
，，
工件用专用夹具装夹；立式铣镗床（）
100
钻
将孔、、钻到直径
工件用专用夹具装夹；摇臂钻床
110
扩孔钻
将扩孔到要求尺寸
120
锪孔钻
锪孔、到要求尺寸
130
铰
精铰锥孔
140
钳
去毛刺
150
钻
钻孔、
工件用专用夹具装夹；摇臂钻床
160
攻丝
攻螺纹
170
钳
倒角去毛刺
180
检验
190
入库
清洗，涂防锈油
第二章CA6140机床后托架各尺寸的确定
第一节毛坯的结构工艺要求
CA6140机床后托架的铸造采用的是铸铁制造，其材料是HT150，硬度HB为1.CA6140车床后托架为铸造件，对毛坯的结构工艺有一定要求：
①、铸件的壁厚应和合适，均匀，不得有突然变化。
②、铸造圆角要适当，不得有尖角。
③、铸件结构要尽量简化，并要有和合理的起模斜度，以减少分型面、芯子、并便于起模。
④、加强肋的厚度和分布要合理，以免冷却时铸件变形或产生裂纹。
⑤、铸件的选材要合理，应有较好的可铸性。
毛坯形状、尺寸确定的要求
2.设计毛坯形状、尺寸还应考虑到：
①、各加工面的几何形状应尽量简单。
②、工艺基准以设计基准相一致。
③、便于装夹、加工和检查。
④、结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。
在确定毛坯时，要考虑经济性。
虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。
因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。
在毛坯的种类
形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。
第二节CA6140机床后托架的偏差计算
1.底平面的偏差及加工余量计算
底平面加工余量的计算，计算底平面与孔（，，）的中心线的尺寸为。
根据工序要求，顶面加工分粗、精铣加工。
2.正视图上的三孔的偏差及加工余量计算
参照参考文献《机械加工工艺手册》表2.3-59和参考文献《互换性与技术测量》表1-8，根据工序要求，侧面三孔的加工分为粗镗、半精镗、精镗三个工序完成。
3.顶面两组孔和，以及另外一组的锥孔和毛坯为实心，不冲孔。
两孔精度要求为，表面粗糙度要求为。
参照参考文献《机械加工工艺手册》表2.3-47，表2.3-48。
可确定工序尺寸及加工余量。
第三章专用夹具的设计
第一节铣平面夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。
在加工CA6140机床后托架零件时，需要设计专用夹具。
根据任务要求中的设计内容，需要设计加工工艺孔夹具及铣底面夹具一套。
其中加工侧面的三孔的夹具将用于卧式镗床，而顶面的四孔用到的刀具分别为两把麻花钻、扩孔钻、铰刀以及锪钻进行加工，侧面两个孔将用两把麻花钻对起进行加工。
一、研究原始质料
利用本夹具主要用来粗铣底平面，该底平面对孔、、的中心线要满足尺寸要求以及平行度要求。
在粗铣此底平面时，其他都是未加工表面。
为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。
同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度
二、定位基准的选择
由零件图可知：
粗铣平面对孔、、的中心线和轴线有尺寸要求及平行度要求，其设计基准为孔的中心线。
为了使定位误差达到要求的范围之内，在此选用V形块定心自动找到中心线，这种定位在结构上简单易操作。
采用V形块定心平面定位的方式，保证平面加工的技术要求。
同时，应加一侧面定位支承来限制一个沿轴移动的自由度。
三、切削力及夹紧分析计算
刀具材料：
（高速钢端面铣刀）
刀具有关几何参数：
由《机床夹具设计手册》表1-2-9可得铣削切削力的计算公式：
式（2.1）
查《机床夹具设计手册》表得：
对于灰铸铁：
式（2.2）
取，即
所以
由《金属切削刀具》表1-2可得：
垂直切削力：
（对称铣削）式（2.3）
背向力：
根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。
最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。
即：
式（2.4）
安全系数K可按下式计算：
式（2.5）
式中：
为各种因素的安全系数，见《机床夹具设计手册》表可得：
所以
式（2.6）
式（2.7）
式（2.8）
由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。
单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：
式（2.9）
式中参数由《机床夹具设计手册》可查得：
其中：
螺旋夹紧力：
易得：
经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可靠的。
四、误差分析与计算
该夹具以平面定位V形块定心，V形块定心元件中心线与平面规定的尺寸公差为。
为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。
与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示：
式（2.10）
由《机床夹具设计手册》可得：
⑴、平面定位V形块定心的定位误差：
⑵、夹紧误差：
式（2.11）
其中接触变形位移值：
式（2.12）
⑶、磨损造成的加工误差：
通常不超过
⑷、夹具相对刀具位置误差：
取
误差总和：
从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。
五、夹具设计及操作的简要说明
如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。
由于该工件体积小，工件材料易切削，切削力不大等特点。
经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。
这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。
此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。
为防止此现象，支承钉和V形块采用可调节环节。
以便随时根据情况进行调整。
第二节镗孔夹具设计
一、研究原始质料
利用本夹具主要用来镗加工孔、、。
加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足孔轴线对底平面的平行度公差要求。
为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。
同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。
二、定位基准的选择
由零件图可知：
孔、、的轴线与底平面有平行度公差要求，在对孔进行加工前，底平面进行了粗铣加工。
因此，选底平面为定位精基准（设计基准）来满足平行度公差要求。
孔、、的轴线间有位置公差，选择左侧面为定位基准来设计镗模，从而满足孔轴线间的位置公差要求。
工件定位用底平面和两个侧面来限制六个自由度。
三、切削力及夹紧力的计算
镗刀材料：
（硬质合金镗刀）
刀具的几何参数：
《机床夹具设计手册》查表可得：
圆周切削分力公式：
式（2.13）
式中
式（2.14）
查表得：
取
由表可得参数：
即：
同理：
径向切削分力公式：
式（2.15）
式中参数：
即：
轴向切削分力公式：
式（2.16）
式中参数：
即：
根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。
最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。
即：
安全系数K可按下式计算，由式（2.5）有：
：
式中：
为各种因素的安全系数，见《机床夹具设计手册》表可得：
所以，由式（2.6）有：
由式（2.7）有：
由式（2.8）有：
螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算，由式（2.9）有：
式中参数由《机床夹具设计手册》可查得：
其中：
螺旋夹紧力：
该夹具采用螺旋夹紧机构，用螺栓通过弧形压块压紧工件。
受力简图如下：
图2-1弧形压块受力简图
由表得：
原动力计算公式
即：
式（2.15）
由上述计算易得：
由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。
四、误差分析与计算
该夹具以两个平面定位，要求保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差以及孔轴线与底平面的平行度公差。
为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。
孔轴线与左侧面为线性尺寸一般公差。
根据国家标准的规定，由《互换性与技术测量》表可知：
取（中等级）即：
尺寸偏差为
《机床夹具设计手册》可得：
1、定位误差（两个垂直平面定位）：
当时；侧面定位支承钉离底平面距离为，侧面高度为；且满足；则：
2、夹紧误差，由式（2.11）有：
：
其中接触变形位移值：
式（2.16）
3、磨损造成的加工误差：
通常不超过
4、夹具相对刀具位置误差：
取
误差总和：
从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。
第三节钻顶面四孔夹具设计
一、研究原始质料
利用本夹具主要用来钻、铰加工顶面的四孔，其中包括钻顶面四孔（其中包括钻孔和扩孔，铰孔，以及锪孔，）。
加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足孔轴线对底平面的平行度公差要求。
为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。
同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。
二、定位基准的选择
由零件图可知：
顶面四孔的轴线与左侧面和后侧面的尺寸要求要求，在对孔进行加工前，底平面进行了铣加工，后侧面也是一直都不加工的侧面，因此，选后侧面和做侧面面为定位精基准（设计基准）来满足CA6140机床后托架顶面四孔加工的尺寸要求。
由零件图可以知道，图中对孔的的加工没有位置公差要求，所以我们选择左侧面和后侧面为定位基准来设计钻模，从而满足孔轴线和两个侧面的尺寸要求。
工件定位用底面和两个侧面来限制5个自由度。
三、切削力及夹紧力的计算
由资料《机床夹具设计手册》查表可得：
切削力公式：
式（2.17）
式中
查表得：
即：
实际所需夹紧力：
《机床夹具设计手册》表得：
安全系数K可按下式计算，由式（2.5）有：
：
式中：
为各种因素的安全系数，见参考文献[16]《机床夹具设计手册》表可得：
所以
由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。
取，，
螺旋夹紧时产生的夹紧力，由式（2.9）有：
：
式中参数由《机床夹具设计手册》可查得：
其中：
由《机床夹具设计手册》表得：
原动力计算公式：
由上述计算易得：
因此采用该夹紧机构工作是可靠的。
四、误差分析与计算
该夹具以底面、侧面和顶面为定位基准，要求保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差。
为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。
孔与左侧面为线性尺寸一般公差。
根据国家标准的规定，由《互换性与技术测量》表可知：
取（中等级）即：
尺寸偏差为、
由《机床夹具设计手册》可得：
1、定位误差：
定位尺寸公差，在加工尺寸方向上的投影，这里的方向与加工方向一致。
即：
故
2、夹紧安装误差，对工序尺寸的影响均小。
即：
3、磨损造成的加工误差：
通常不超过
4、夹具相对刀具位置误差：
钻套孔之间的距离公差，按工件相应尺寸公差的五分之一取。
即
误差总和：
从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。
第四节摇臂钻床夹具设计
夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。
在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。
正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。
同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。
一、设计主旨
设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。
本夹具主要用来对φ40、φ30.2及φ25.5孔进行加工，三组孔尺寸精度要求为IT7，表面粗糙度Ra1.6μm，钻、镗、磨就足以满足其精度。
所以设计时要在满足精度的前提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。
二、夹具设计
1、定位基准的选择
本夹具用于在摇臂钻床上加工后托架的三杆孔，工件以底平面限制三个自由度、侧面和盖板平面为定位基准。
为了缩短辅助时间，采用螺旋夹紧机构。
2、切削力及夹紧力的计算
刀具：
硬质合金刀具，φ24mm，Z=4mm
①切削力
查《机床夹具设计手册》表1-2-9,得铣削力计算公式：
式中P───钻削力
t───钻削深度，72mm
Sz───每齿进给量，0.15mm
D───钻刀直径，24mm
B───钻削宽度，1.5mm
Z───钻刀齿数，4
所以：
P=490X241.0X0.150.74X24-1.0X1.50.9X4
=856（N）
②夹紧力
式中Q───夹紧力
K───安全系数
D───工件与支撑面接触的最大长度，120mm
u1───工件与支撑面之间的摩擦系数，0.2
u2───工件与夹紧元件之间的摩擦系数，0.16
D1───压板直径，36mm
D2───支撑面直径，50mm
d───支撑钉的直径，20mm
安全系数K=K0K1K2K3K4K5K6
其中K0───基本安全系数，1.2
K1───加工性质，1.2
K2───刀具钝化程度，1.3
K3───切削特点，1.0
K4───夹紧力的稳定性，1.3
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