机械工艺夹具毕业设计31CA6140车床后托架设计.docx

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机械工艺夹具毕业设计31CA6140车床后托架设计

序言

机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。

这是我们在进行毕业设计之前对所学课程的一次较深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它是我们3年的大学成绩考核的一个很好的方式，在三年的大学生活中占有重要的地位。

就我个人而言，我希望能够通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。

由于能力所限，设计尚有许多不走之处，恳请各位老师给于指教。

第一章工艺

一、零件的分析

（一）零件的作用

CA6140车床后托架在卧式机床上，当采用双向引导刀具时，且有较高的精度要求时.刀具和主轴之间采用浮动卡头连接，在动力头退回原位，刀具又已退离夹具刀套的情况下，必须采用托架来支撑刀杆，以防止刀杆产生下垂，保证在下一次工作循环中，刀具能顺利得重新进入刀套，托架的结构形式同活动钻模版相似，但其作用仅在于支撑刀杆而不作为刀具的导向，托架不起直接保证加工精度的作用，但他却直接保证机床能顺利正常的工作。

（二）零件的工艺分析

CA6140车床托架可分为四个加工工序，他们之间有一定的位置要求。

1.托架底座粗糙度1.6um，平面度003。

2.三杆孔一个直径40的孔及其宽度为3的圆孔。

一个直径30的孔。

一个直径25.5的孔及其孔端面。

3.R8的两吊耳：

一个M6的螺纹孔和直径6的孔

4.托架的2-Ф10锥孔低孔，2-Ф13孔及其2-Ф20的沉头孔个加工部位存在着位置要求。

（三）设计托架时的注意事项

托架应有足够的支撑刚性，尤其在托架的轮廓尺寸的大，承托的刀具数量多，重量大的情况下，更应该注意采用必要的措施来加强托架的支撑刚性，如可增加刀杆的直径，或其数量，采用刀杆与主轴向的连接而不与前盖连接，并适当增加其连接长度，用拉杆是刀杆与主轴箱相连，在托架下部设置支撑钉或滚轮等措施，并注意，只有中小型托架采用空心导向。

二、工艺规程设计

（一）确定毛坯的制造形式

零件材料为灰铸铁，硬度HT200，考虑到机床在工作过程当不经常加速，承受交变载荷以及冲击载荷较小，因此应该选用金属模机械砂型铸造，又因为是批量生产，而且零件的尺寸不大结构对称，故可以用铸造，既保证工作的可靠性又提高了劳动生产率。

（二）基面的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。

基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。

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）粗基面的选择。

按照有关粗基准的选择原则，当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准，当零件有若干个不加工表面时，则应该以与加工表面要求相对位置度较高的不加工表面为粗基准，对于一般的轴类零件以外圆作为粗基准是完全合理的，现在选取ø40mm的外圆作表面和底面为加工右平面的粗基准，利用一组共两个V形块支撑外圆轮廓作为定位面，消除X和Y方向以及绕他们旋转的四个自由度，然后再利用支撑板支撑ø40mm的底面，用以消除Z方向以及绕他旋转的两个自由度，最终达到完全定位。

（2）精基准的选择。

主要考虑设计基准与工序基准的重合问题，当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。

（三）制定工艺路线

线制定工艺路线的出发点，应当是以零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。

在生产纲领确定为批量生产的条件下，可以考虑采用专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

工艺路线一

工序

三次钻托架三杠孔，分别扩，铰空Ф40、Ф30.2、Ф25.5和锪22端面。

工序

四次钻固定螺钉底孔和定位销底孔，扩2-Ф13，锪沉头孔2-Ф20，Ф13

工序

钻Ф6及M8底孔。

工序

攻螺纹M6。

工序

以三杠孔为基准精铣托架底面，以达到位置要求。

工序

检查

工序

装配是精铰2-Ф10的椎孔

工艺路线二

工序

粗铣托架底面

工序

三次钻托架三杠孔，分别扩，铰空Ф40、Ф30.2、Ф25.5锪22端面。

工序

以三杠孔为基准精铣托架底面，以达到位置和尺寸要求。

工序

四次钻固定螺钉底孔和定位销底孔，扩2-Ф13，锪沉头孔2-Ф20，Ф13。

工序

钻Ф6及M8底孔。

工序

攻螺纹M6。

工序

检查。

工序Ⅷ装配是精铰2-Ф10的椎孔。

工艺方案的比较与分析

上述两个工艺方案的相同点在于都是以先面后孔为加工顺序，方案二是加工三杠孔加工完毕后，直接以三杠孔为基准，精加工托架底面，然后再以精铣厚的底面做为基准加工其他的孔，而方案一是以粗铣面为基面，完成所有孔的加工后，在精铣底面，两相对比，可以看出，因为加工孔全部在摇臂钻床上完成，古方案一工序相对比较集中，但并未减少装夹次数。

钉孔，定位销、螺纹孔的加工精度不高，而方案二，就解决了上述存在的问题，可得到精度较高的零件。

（四）具体加工路线如下

工序

粗细托架底面，利用盖板平面为基准，在斜面出加一可调支承，选、用立式车床并加专用夹具。

工序Ⅱ用Ф24mm钻头钻三杠孔，以底平面、侧平面和盖板平面为定位基准，选用摇臂钻床，

工序Ⅲ换Ф29的钻头，钻三杠孔中较大的俩孔，在换第三把钻头，钻Ф40的孔至

Ф39

工序Ⅳ分别扩铰孔Ф25.5、Ф30.2、Ф40，用R22锪头锪出R22端面。

工序Ⅴ精铣托架底面，选、用立式车床并加专用夹具。

工序Ⅵ四次钻固定螺钉底孔和定位销底孔，扩2-Ф13、锪沉头孔2-Ф20、Ф13、以底面，侧面和顶端为定为基准，选用用摇臂钻床并加专用夹具/

工序Ⅶ钻Ф6及M8底孔，以40和30.2两孔和侧面为定为基准，选用用摇臂钻床并加专用夹具/以实现完全定位。

工序Ⅷ攻螺纹M6

工序Ⅸ检查

工序Ⅹ装配是精铰2-Ф10的椎孔。

（五）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“CA6140车床后托架”零件材料为灰铸铁，硬度200，毛坯重量约3.4千克，生产类型为批量生产，采用金属模机械砂型铸造。

根据以上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、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1.尺寸要求为35+-0.07，粗糙度为1.6um，因此需要的加工步骤为粗铣-精铣《加工工艺设计手册》。

粗铣的加工余量，z=1.5-2.0mm。

精铣的加工余量z=0.6-0.8mm。

所以毛坯的零件加工余量z=2.1-2.8mm之间。

2.底座表面长度方向的加工余量及公差，

因其两端引起两端都与非工表面连接，故铸造件毛坯的外表面其长度可取120mm。

1.三杠空的加工余量

零件中的三杠孔采用钻、扩、铰加工。

标准公差数值表可知：

由标准公差数值表可知Ф40的孔精度为IT7，Ф30.2的孔精度为IT11-IT12。

Φ40孔的加工工序：

一次钻孔Φ25.0mm

二次钻孔Φ36.0mm

扩孔Φ39.6mm

粗铰Φ39.93mm

精铰Φ40+-0.025

Φ30.2孔的加工工序：

一次钻孔：

Φ25mm

二次钻孔：

Φ30mm

粗铰：

Φ30.13mm

精铰Φ30.2mm

Φ25.5孔的加工工序：

钻孔Φ25mm

粗铰：

Φ25.4mm

精铰：

Φ25.5+-0.05

2.固定螺钉孔和定位销底孔的加工余量：

钻孔：

按小头直径钻出Φ10的孔

铰孔：

削销圆锥孔，2-Φ13和2-Φ20孔的加工工序

粗锪出2-Φ13和2-Φ20的阶梯孔

3.Φ5和M6孔时加工余量：

Φ5孔：

钻孔6mm

M6孔：

钻孔6mm

4.用公制粗牙机用丝锥攻螺纹。

（六）确定切削用量及其基本工时

工序Ⅰ：

粗铣托架底面

1.加工条件：

HT200抗拉强度160MPa铸造

加工要求：

刀片材料W6Mo5Cr4V2获同等性能的其他牌号的高速钢制造，焊接柄部用45#钢65Mn或其他同等性能的合金钢制造。

道具尺寸为d=20mm标准型基本尺寸L=123mm

2、切削用量的计算

粗铣托架底面沿法线的加工余量及公差查《机械加工工艺设计手册》表2-63，铸件在该方向上的长度为67mm，故长度方向偏差为正负1.3mm，长度方向的余量查表2-70知，其余量为3.0mm，而按粗、精铣其加工余量为2.7mm，故3.0mm足以达到所要求的精度，考虑铸造斜度为三十分到一度三十分，则毛皮长度方向最大加工余量为3.5mm，粗加工的加工余量可取3.0mm，三次加工即可，切削深度为30,mm

1.进给量f

根据《金属切削刀具与磨床标准应用手册》到刀具半径为20X20

f=150mm/min

3.计算切削速度查《工艺手册》表9-70，根据加工材料灰铸铁，硬度150-250HB,

高速钢刀具V范围0.25-0.35

因为粗铣，切削可取负荷大，V应取小值，故可取V=0.25m/s

2.确定机床主轴转速

n=1000/Πd=4（r/s）

即：

ns=240r/min

按机床说明书（见《设计手册》）

3.铣削量基本时间计算

t=120mm

L=11mm

L2=2-5mm,去L2=3mm

Tj=L/fmz=（L+L1+L2）*3/150=267min

Fmz为水平进给量

工序Ⅱ

1.钻孔Φ25mm

f=0.48mm/r

v=26m/min

ns=1000v/Πdw=331r/min

按机床选取

所以实际切削速度不是很高

切削工时;

t=L1=10mm

t2=1-4取t2=3mm,l=60min

L1=L/fn=0.46min

2.二次钻孔Φ36mm

根据资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻同样尺寸的实心孔时，进给量与切削关系为：

f=（1.2-1.8）f钻

v=（0.5-1/3）v钻

式中f钻、v钻—加工实心孔时的切削量

现已知：

f钻=0.57mm/r

v钻=24m/min

并取f=1.35f钻=0.077mm/r

v=0.4v钻=9.6m/min

ns=89.96m/min

切削工时l=60,L1=5.4mm

L2=3mm

Tj=L/fn=1.05min

3.扩孔Φ39.6mm

f=0.1-1.0mm/r,取f=0.8mm/r

v=15-12m/min,取v=14mm

nsc=10000/Πdw=1126r/min

切削工时

t=60mm

t1=5.5min

t2=4mm

Tj=L/fn=0.78min

4.铰孔Φ40:

f=1.0-1.2,取f=1.1mm/r

v=14m/min

ns=10000/ΠD=111.5r/min

切削工时t=60

根据Ap=D-d1/2=0.2mm

可选t1=28mm

t2=2-4,L1=3

Tj=l+L1+L2/fn=0.75min

工序Ⅲ

Φ30.2孔

1.钻孔Φ25mm

f=0.48mm/r

v=26m/min

ns=1000v/Πdw=330r/min

切削工时

L1=25/2*0.7+1.5=10.2mm

2.二次钻孔Φ30mm

f=1.35f钻=0.77mm/r

v=0.4v钻=96m/mpn

ns=1000v/Πd=280.1r/min

切削工时l=60mm,L1=30-25/2*0.7+1.5=3.25

T1=3

Tj=L+L1+L2/0.77*280.7=0.31min

3.铰孔Φ30.2

f=11min/r

v=14m/min

ns=1000v/Πd=147.6r/min

切削工时L=60

因为ap=D-d1/2=0.1mm

L1=13-15取LQ=14mm

L2=3mm

Tj=60+14+3/1.1*147.6=0.48min

4.钻孔

钻孔Φ25min

f=0.48min/r

v=26m/min

ns=1000v/Πdw=331r/min

切削工时L1=12.5*0.7+1.5=10min

L2=3mm,

L=60min

Tj=L/fn=0.46min

工序Ⅳ

1.铰孔Φ25.5

f=0.7mm/r

v=14mm/min

ns=1000v/Πd=174.8mm

切削工时

L=40mm

L=45.

L2=3

Tj=L+L1+L2/fn=0.72min

锪端面

根据有关规定，锪沉头孔时进计量吉切削速度、约为钻孔时的1/2-1/3，故

f=1/3钻=1/3*0.6=0.2mm/r

v=1/3v钻=1000*8.33/ΠD=8.33

切削工时

L1=20.L2=0.L=2

2.钻孔

F=0.17min/r

V=28m/rin

Ns=1486.2r/min

切削工时

L=41mm

T2=3mm

T=l+L1+L3

3.钻孔M6D底孔Φ49.18。

f=0.15min/r

v=28mm/min

ns=1000v=1813.5r/min

切削工时

T=3.72mm

T2=3.72mm

T3=3mm

T=l+l2+l3=0.32

4.攻螺纹M6mm

切削用量选取

v=0.1/s=6m/min

ns=238r/min

机动工时

l=78.9mm,T1=5mm,T2=3mm

5.攻M6孔

Tm=0.45min

6.以三杠孔轴线为基准精铣托架底面

进给量，f=118m/min

精铣

Vc=0.33m/s

Ns=1000v/Πd=5.6r/s

F=0.35min/r

精铣削工时

L=120min

T1=5.18min

T2=3mm

Tj=1.25min

工序Ⅵ

1.钻2-Φ10追孔时小直径孔，锪Φ13，钻2-Φ13，锪2-Φ20

钻锥底销Φ10小直径孔Φ6.5

f=0.2mm/r

v=26m/min

ns=1468.5r/min

切削工时

T=18

T1=4.2MM

T2=3mm

T=0.1min

2.钻2-Φ13

F=0.46min/r

V=28m/min

Ns=685r/min

切削工时

l=61mm

L1=6.35mm

L2=3mm

T=0.225min

3.锪Φ13

根据有关资料或沉头孔进给量与且削速度约为钻孔时的1/2-1/3之间，故f=1/3f

钻=0.20mm/r

v=1/3v钻=9m/min

ns=1000v/Πd=220.5r/min

切削工时

f=1/3f钻=0.16mm/r

v=1/3v钻=9m/min

ns=1000v/Πd=1520r/min

切削工时

切入T1=22min

T2=12min

T=t+t1+t2/fn=0.62min

第二章夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量降低劳动强度，需设计专用夹具。

经过与指导老师的协商，决定设计第Ⅱ道工序——钻、扩、铰ø22（0，+0.28）mm孔。

本夹具将分别用于Z525立式钻床，刀具为麻花钻，扩孔钻，铰刀和高速钢镶齿套式面铣刀。

一、问题提出

本夹具设计主要用来加工车床后托架的三杠孔，即对车床后托架ø40（0，+0.025）mm，ø30.2（0，+0.2）mm，ø25.5（0，+0.3）mm的钻、扩、铰的精加工。

因此，在本道工序的加工过程中，主要考虑如何提高精度要求降低劳动强度，提高劳动生产率。

同时还要设计出加工三杠孔及时排屑系统。

所以应该在专用夹具体上考虑开排屑槽。

1、对专用夹具的基本要求

（1）、保证攻坚的加工精度；

（2）、提高生产率；

（3）、工艺性好：

专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检查和维修。

（4）、使用性好：

专用夹具的操作应简便、省力、安全、排屑方便。

（5）、经济性好

2、专用夹具的优点

专用夹具装夹工件时，装夹工件方便、不需要校正，可显著的减少辅助时间，提高劳动生产率。

3、专用夹具的组成

（1）、定位装置：

使工件在夹具装夹中占据准确位置。

（2）、夹紧装置：

将工件压紧夹牢，保证工件在加工的过程中受到外力的作用下不偏离占据的正确位置。

（3）、对刀或导向块：

确定刀具相对于定位工件加工表面的正确位置。

（4）、连接元件：

夹具在机床上的连接元件。

（5）、夹具体：

机床夹具的基础元件，通过夹具体将所有的元件连接组成一个整体结构。

（6）、其他辅助装置：

因特殊需要而设置的装置等。

二、夹具的设计

1、定位基准的选择

根据零件图可知，加工CA6140车床后托架三杠孔，应保证其加工的形状公差平面度和位置公差平行度的基本要求。

由工艺流程可知其设计基准为底面。

所以应该精加底面，

保证底面的尺寸和粗糙度的要求。

根据六点定位原则：

底面限制了Z方向的移动，X方向的转动，Y方向的转动；再以零件的左端平面限制X方向上的移动；夹具盖板平面限制Y方向的移动和Z方向上的转动，从而实现工件的完全定位。

为了提高加工效率，现决定用麻花钻，扩孔钻，铰刀和高速钢镶齿套式面铣刀对三杠孔的加工。

同时为了缩短辅助时间，准备采用手动螺旋压板夹紧机构。

1、导向方案

为了迅速、准确的确定刀具与夹具的相对位置，钻床夹具上都应该设置引刀

具的元件——钻套。

钻套一般安装在钻模板上，钻模板与夹具体相连接，钻套与工件之间留有排屑空间。

（1）、钻模的类型

钻模根据其结构特点可分为固定式钻模、翻转式钻模、盖板式钻模和滑柱式钻模等。

由CA6140车床后托架的工艺分析可知：

加工三杠孔适用于摇臂钻床上，同时应采用盖板式钻模。

（2）、盖板式钻模的介绍盖板式钻模

盖板式钻模的特点是定位元件夹紧装置及钻套设在钻模板上，钻模板在工件上装夹。

它常用于床身、箱体等大型工件上的小孔加工，也可用于中、小工件上钻孔。

加工小孔的盖板式钻模，因钻削力矩较小，可不设置装置，此类钻模结构简单，制造方便，成本廉价，加工孔的位置精度较高。

在单件小件生产中也使用，因此应用广泛。

在一些大中型的工件上加工小孔时，但有时不宜采用划线找正的方法，采用其他的钻模结构。

因工件笨重而安装困难，可采用的盖板式钻模，它是为用来加工CA6140车床后托架而设计的盖板式钻模。

钻模以圆柱销，削边销和3个支乘钉在工件上进行定位的。

这类钻模可采将钻套和定位元件直接装在钢板上，无需夹具体，有时也无需夹紧装置，所以结构简单，但由于必须经常搬动，故需要设置手把或吊耳，并尽可能的减轻盖板钻模的重量。

2、定向键

定向键也称定位键，安装在夹具底面的纵向槽中，一般用两个，安在一条直线上，其距离越远，导向精度越高，用螺钉紧固在夹具体上。

定向键通过与铣床工作台上的形槽配合确定夹具在机床上的正确位置；还能承受部分切削扭矩，减轻夹紧螺栓的负荷，增加夹具的稳定性，因此平面夹具及有些专用钻镗床夹具也常使用。

定向键有矩形和圆形两种。

定向精度要求高或重型夹具不宜采用定向键，而是在夹具体上加工出一窄长面作为找正基面来校正夹具的安装位置。

3、定位方案

根据工序加工要求，定位原理分析应限制工件的自由度，铣28×40的平面需限制六个自由度。

根据零件的特点，用花键和支承板来定位，限制六个自由度。

4、夹紧方案

由于工件生产批量不大，宜用简单的手动加紧装置。

钢套的轴向刚度比径向的刚度好，因此应该指向限位台阶面。

根据具体情况采用螺旋夹紧机构。

在夹紧机构中，结构形式变化最多的是螺旋压板机构。

螺旋压板机构有四种典型结构。

移动压板，回转压板。

螺旋钩形压板机构。

其特点是结构紧凑，使用方便。

当钩形压板妨碍工件的装卸时，可采用自动回转形压板，它避免了用手动钩形压板的麻烦。

钩形压板回转时的行程和升程可按以下的公式计算：

S=πdΦ/360

h=s/tgβ=πdΦ/360tgβ

或h=KdK=πΦ/360tgβ

式中S——压板回转时沿圆柱转过的弧长（行程）（㎜）；

h——压板回转时的升程（㎜）；

Φ——压板回转的角度（°）；

β——压板螺旋槽的螺旋角，一般取β=30º～40º；

d——压板导向圆柱的直径；

K——压板升程系数（如表所示）。

自动回转钩形压板的升程系数

螺旋角β

升程系数K

回转的角度Φ

30°

45°

60°

90°

30°

0.45

0.68

0.91

1.36

35°

0.73

0.56

0.75

1.12

40°

0.31

0.47

0.62

0.94

螺旋钩形压板所产生的夹紧力（N）

Fj=FQ/（1+3Lf/H）

式中FQ——作用力（N）；

H——钩形压板的高度（bb）；

L——压板轴线支夹紧点的距离（mm）；

F——摩擦因数，一般取f=0.1～0.15。

5、对刀方案

对刀装置用以确定刀具对定位元件的相对位置，设计时应该在总图上表明该装置尺寸及其公差。

该尺寸公差一般以保证夹具的安装调整误差控制在工序尺寸公差1/3范围类，并由此而制定其公差的大小。

对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定夹具和刀具的相对位置。

对刀装置的结构形

式取决于加工表面的形状。

对刀块常用销钉和螺钉紧固在夹具体上，其位置应便于使用塞尺对刀，不妨碍工件装卸。

对刀时，在刀具与对刀块之间加一塞尺，避免刀具与对刀块直接接触而损坏刀刃或造成对刀块过早磨损。

塞尺有平塞尺和圆柱形塞尺两种，其厚度和直径为3～5mm,制造公差h6。

对刀块和塞尺均已标准化（设计时可查阅相关手册），使用时，夹具总图上应标明塞尺尺寸及对刀块工作表面与定位元件之间的位置。

对刀装置应设置在便于对刀而且是工件切入的一端。

6、夹具体的设计

采用铸造夹具体的钢套钻孔钻孔钻模。

定位心轴及模板均安装在夹具体上。

夹具体以底平面为定位基准。

夹具体上设置有钻模套、钻模板、排屑装置和手动夹紧装置等。

此方案结构简单，安装稳定，刚性较好，设备及但可靠，所以经济性好，大大的提高了生产效率，而

且此夹具设置有吊耳装置，安装方便。

7、辅助支承

辅助支承用来提高工件的装架刚度和稳定性，不起定位作用。

如图7.1所示，工件以内孔及端面定位，钻右端小孔。

若右端不设支承，工件装夹好后，右边为一悬臂，刚性差。

若在A处设置固定支承，属不可用重复定位，有可能破坏左端的定位。

在这种情况下，宜在由端设置辅助支承。

工件定位时，辅助支承是浮动的（或可调的），待工件夹紧后再固定下来，以承受切削力。

（1）螺旋式辅助支承，螺旋式辅助支承的结构与调节支承相近，但操作过程不同，前者不起定位作用，后者起定位作用，且结构上螺旋式辅助支承不用螺母锁紧。

（2）自动调节支承（GB/T2238—91）弹簧推动滑柱与工件接触，转动手柄通过顶柱锁紧滑柱，使其承受切削力等外力的作用。

此结构的弹簧力应能推动滑柱，但不能顶起工件，不会破坏工件的定位。

（3）推动式辅助支承：

工件定位后推动手轮使滑销与工件接触，然后转动手轮使斜楔开槽部分涨开而锁紧。

图7.1

8、对夹具车床总体结构要求

车床夹具一般都在悬臂状态下工作的，为保证加工过程的稳定性，夹具应力求简单紧凑，轻便而且安全，悬伸长度要尽量小，重心靠近主轴的前支承位置。

夹具悬伸长度L与外廓直径D之比可参考以下的数值选用。

直径D在150mm以内的夹具，L/D≤1.25；

直径D在150～300mm间的夹具，L/D≤0.9；