3221 CA6140主轴箱箱体加工工艺及夹具设计.docx
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3221CA6140主轴箱箱体加工工艺及夹具设计
**大学
毕业设计说明书
（雨）主轴箱箱体加工工艺及夹具设计（全套图纸）
专业：
学号：
**********
姓名：
指导教师：
雨辰
完成日期：
摘要
本设计通过对CA6140车床、车床主轴箱及其工作状况的研究，分析了主轴箱箱体需要加工部位的尺寸以及主轴箱在工作时需要承受的载荷，从而确定了毛坯的制造形式、加工基面、机械加工余量、工序尺寸、毛坯尺寸以及切削用量并且校验了工序总工时，最终拟定了主轴箱箱体加工的工艺分析和工艺说明，并且对加工过程制定了技术要求和精度要求。
再通过分析主轴箱箱体底孔、轴承孔的加工过程，然后进行精度和误差的分析计算，最终确定了夹具的结构类型、工件的定位基准、夹紧装置、夹紧动力装置、镗模、衬套以及镗模板，并且对夹具精度进行分析计算，从而制定出夹具的设计方案。
该工艺与夹具设计结果能应用于生产要求。
关键词：
主轴箱加工工艺定位夹具
Abstract
ThisdesignthroughtostudytheCA6140lathe,lathespindleboxandworkingconditions,onthepremiseofguaranteethequalityofpartsprocessing,improvetheproductivity,reducetheproductioncost,isoneofthemaindevelopmentdirectionofmodernmechanicalprocessingtechnologyathomeandabroad.Throughthestudyofspindleboxhousingagenciesanddetaildrawingsaswellastotheenvironmentalawarenessofthespindleboxbox,thusforthespindleboxprocessanalysis,processspecification,andtodeveloptechnicalrequirementandaccuracyrequirementofncmachiningprocess.Thenthebottomhole,theprocessingofbearingholeofspindleboxbodyisanalyzedsoastomaketheprecisionanderroranalysiscalculation,thefixturedesignplanfinally.Theprocessandfixturedesignresultscanbeappliedtoproductionrequirements.
Keywords:
principalaxisprocessingtechnologyFixedpositionTongs
1绪论
1.1车床的发展
从古至今车床的发展经历了从弓车床时代，脚踏车床时代，刀架车床时代，转塔车床时代这样一种由低等车床向高等车床发展的道路，直到20世纪初出现了由单独电机驱动的带有齿轮变速箱的车床才使得车床的功能不断完善。
得益于高速工具钢的发明，液气压技术的不断完善和电动机的应用，时至今日车床终于达到了高速度和高精度的现代化水平。
随着电子技术、计算机技术、自动化技术，精密机械与测量等技术的发展与综合应用，生产了机电液一体化的新型机床——数控车床。
数控车床一经使用就显示出了它独特的优越性，使原来不能解决的许多问题，找到了科学的解决途径，因此经过半个世纪的快速发展，数控机床已是现代制造产业的重要标志之一，也成为未来机床发展的主要趋势之一。
CA6140卧式车床能车削内外圆柱面、圆锥面、回转体成型面和环形槽、端面及各种螺纹，还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、套丝和滚花等因此在我国机械制造类工厂使用极为广泛。
1.2夹具的概述
1.2.1夹具的功能
1）保证加工精度。
工件通过机床夹具进行安装，包括了两层含义：
一是工件通过夹具上的定位元件获得正确的位置，称为定位；二是通过夹紧机构使工件的既定位置在加工过程中保持不变，称为夹紧。
2）提高生产率。
使用夹具来安装工件，可以减少划线、找正、对刀等辅助时间，采用多件、多工位夹具，以及气动、液压动力夹紧装置，可以进一步减少辅助时间，提高生产率。
3）扩大机床的使用范围。
有些机床夹具实质上是对机床进行了部分改造，扩大了原机床的功能和使用范围。
如在机床床鞍上安放镗模夹具，就可以进行箱体零件的孔系加工。
4）减轻工人的劳动强度，保证生产安全。
1.2.2夹具的分类
按夹具的使用范围来分，有下面五种类型：
1）通用夹具例如车床上的卡盘，铣床上的平口钳，分度头，这些夹具通用性强，一般不需要调整就可适应多种工件的安装加工，在单小批量生产中广泛应用。
2）专用夹具用于某一特定工件特定工序的夹具成为专用夹具。
专用夹具广泛应用于成批和大批量生产中。
3）可调整夹具和组成夹具这一类夹具的特点是具有一定的可调性，或称“柔性”。
夹具中部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同工件的加工。
可调夹具一般适用于同类产品不同品种的生产，略做更换或调整就可用来安装不同品种的工件。
成组夹具适用于一组尺寸相似、架构相似、工艺相似工件的安装和加工，在多品种、中小批量生产中有广泛的应用前景。
4）组合夹具它是由一系列的标准化元件组装而成，标准化元件有不同的形状、尺寸和功能，其配合部分有良好的互换性和耐磨性。
使用时，可根据被加工工件的结构和工序要求，选用适当元件进行组合连接，形成专一夹具。
它特别适合单件小批量生产中位置精度要求较高的工件加工。
5）随行夹具这是一类在自动线和柔性制造系统中使用的夹具。
它既要完成工件的定位和夹紧，又要作为运载工具将工件在机床间进行传送。
传送到下一道工序的机床之后，随行机床应能在机床上准确地定位和可靠地夹紧。
一条生产线上有许多随行夹具，每个随行夹具随着工件经历生产线的全过程，然后卸下已加工的工件，装上新的待加工工件，循环使用。
1.2.3夹具的基本结构
按在夹具中的作用,组成夹具的元件，地位结构特点夹具的基本结构可以划分为以下几类:
1）定位元件和定位装置；
2）夹具体；
3）对刀,引导元件及装置（包括刀具导向元件,对刀装置及靠模装置等）；
4）动力装置；
5）夹紧元件及定位装置（或者称夹紧机构）；
6）分度,对定装置；
7）其它的元件以及装置（包括夹具与各部分相互连接用的销钉，紧固螺钉,各种键和手柄等）。
每个夹具都不一定具备以上所说的所有装置,如手动夹具就没有动力装置,性能一般的车床夹具不一定具有刀具导向元件和分度装置。
反之,按照加工等方面的要求,有些夹具上还需要安装其它装置,例如一些对生产条件要求较高的自动化夹具中必须有上下料装置。
1.2.4夹具的发展
夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：
第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这时夹具主要是作为单纯辅助工具，使加工过程变得更加方便；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它的功用由以前单纯的夹紧功用发展成为工件的定位和夹紧双重功用。
人们越来越意识到，夹具与操作人员改进工作方式以及提高工作效率有着密切的联系，所以对夹具越来越重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床不可或缺的一部分，成为机械加工中重要的工艺装备。
由于现代加工的高速发展，对传统的夹具提出了较高的要求，如快速、高效、安全等。
夹具在国内外也正在形成一个独立的行业，因此针对夹具的标准化、模块化、组合化等先进的设计理念，既符合节约资源的原则，又符合绿色制造的环境保护原理，所以这是夹具今后发展的重要方向。
1.3本课题的研究内容
此次设计的主要内容是收集整理CA6140主轴箱箱体的加工工艺及夹具设计的资料，完成CA6140主轴箱箱体的加工工艺的工艺过程设计、定位装置的设计、夹紧装置的设计、对刀-引导装置的设计、夹具体的设计。
并上交CA6140主轴箱箱体的零件图，CA6140主轴箱箱体的机械加工工艺规程和CA6140主轴箱箱体工装夹具设计的总装配图及其主要零件图，并编写CA6140主轴箱箱体加工工艺及夹具设计说明论文。
1.4研究意义
零件在工艺规程制定以后，就要按照工艺规程顺序进行加工。
加工中除了需要机床、道具、量具之外，成批生产时还需要用到机床夹具。
它们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床或刀具获得正确的位置关系。
机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，所以机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一，机床夹具以成为机械加工中的重要装备。
随着我国机械工业生产的不断发展，机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。
2主轴箱箱体加工工艺规程设计
2.1引言
工艺分析的目的主要有两个：
一是审查零件的结构形状和尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工与装配。
二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便于制定出合理的工艺规程。
进行工艺分析时应该注意的事项：
1）铸件时为消除应力必须要进行时效处理的话有条件时应在露天存放一年以上再加工。
2）为了保证加工精度应使定位基准统一。
3）镗孔时，为了增加镗杆的刚性，在可能的条件下应尽量采用“支承镗削”的方法以提高加工精度。
对直径较小的孔，应采用钻、扩、铰等加工方法。
为保证在同一轴上各孔的同轴度，可采用在已加工孔上，安装导向套的方法再加工其它孔。
4）为提高孔的加工精度，应将粗镗、半精镗，精镗分开进行。
5）孔的尺寸精度检验，应使用内径千分尺或百分尺进行测量。
轴内孔之间距离的测量可以通过测量孔与孔之间壁厚的方法进行。
6）同一轴线上各孔的同轴度，可采用检验心轴的方法进行检验。
7）各轴孔的轴线之间的平行度，以及轴孔的轴线与基准面的平行度，均应通过检验心轴进行测量。
CA6140车床主轴箱箱体作为主传动系的支承零件，各传动轴间要求一定的位置精度，因此加工此箱体的主要任务是保证各孔系之间的相互位置精度。
在此箱体的加工中保证各孔之间的正确位置是靠T68坐标镗床手动控制来完成的。
为更好的保证加工质量，单小批量生产也可采用组合夹具，加工批量较大时应用专用镗模加工。
2.2主轴箱箱体的结构特点
箱体是机器和部件的基础零件,由它将机器和部件中许多零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，彼此能协调地运动。
常见的箱体零件有：
各种形式的机床主轴箱.减速箱和变速箱等。
各种箱体类零件由于功用不同,形状结构差别较大,但结构上也存在着相同的特点：
1）尺寸较大
箱体通常是机器中最大的零件之一,它是机器和部件的基础零件由它将机器和部件中许多零件连接成一个整体,并使之保持正确的相互位置,彼此能协调地运动。
因为在生产当中遇到的大部分机床无论是功率还是尺寸都比较大，所以主轴箱的尺寸也相对来说比较大如大型减速箱体长达6~7m,宽3~4m,重50~60吨,所以它是整个机器中最大的零件之一。
2）形状复杂
箱体的复杂程度取决于安装在箱体上的零件的数量及零件在空间中的相互位置，为了保证零件所承受的载荷与作用力能够达到生产要求，并且又要确保在减小空间体积和减轻自身重量的前提下，箱体要达到足够的强度和刚度，常在铸造时减小箱体壁的厚度并且必要的地方加肋板、凸台、凸边等结构来满足工艺与力的要求。
3）精度要求
在箱体的加工中总有若干个平面和孔的尺寸精度和相互位置精度要求很高，并且这些平面和孔的加工质量将直接影响机器的装配精度和位置精度，所以各部分的精度是否达到要求将会对机器的使用寿命和性能产生影响。
由于箱体有以上共特点，故机械加工劳动量相当大，困难也相当大，例如车床主轴箱箱体在镗孔时，要如何保证位置度问题，就是是加工过程较困难的问题之一。
2.3确定毛坯的制造形式
毛坯的选择不仅影响毛坯的制造工艺、生产费用、零件生产率，而且也与零件的机械加工工艺和质量密切相关。
因此选择合适的毛坯具有重大的经济和技术意义。
毛坯选择时，应考虑以下因素：
1）零件的材料及机械性能要求；
2）零件的结构形状，外形尺寸；
3）生产类型，它在很大程度上决定采用毛坯制造方法的经济性；
4）要尽量充分利用新工艺、新材料、新技术并结合现有的生产条件进行毛坯的选择。
由于灰口铸铁具有较好的耐磨性，一定程度的吸震能力、良好的铸造性能并且具有其经济上的优点，所以决定采用灰口铸铁。
最常用的是HT200～400，当载荷较大时，采用HT300～500高强铸铁。
由于年产量为4000件，达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸较大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造，以便于铸造和简化加工工艺过程，而且还可以提高生产率。
毛坯铸造时，应该防止砂眼、气孔、非金属夹杂物等缺陷出现。
特别是主要加工面要求更高。
重要箱体毛坯的化学成分和机械性能要求应该能达到规定的要求。
为了减少毛坯制造时产生需要请咨询学号数字企鹅的残余应力，应使箱体壁厚尽量均匀，箱体浇铸后应安排时效或者退火工序。
2.4基面的选择
定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
定位基准选择的是否合适将会直接影响零件的加工质量，如果定位基准选择不合适就会使加工工艺问题百出。
该箱体结构复杂，壁厚不均匀，刚性不好，并且加工精度要求较高，所以箱体主要加工表面要划分为粗加工和精加工两个阶段，这样可以最大程度上避免粗加工造成的内应力、夹紧力和切削时产生的热量对加工精度的影响，有利于保证箱体的加工精度。
1）粗基准的选择选择粗基准时，要保证各加工面有足够的余量，使加工面与不加工面间的位置符合图样要求，并要注意尽快获得精基准面。
对于本零件而言由于毛坯精度高，按照互为基准的选择原则，选择本零件的下表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，利用底面定位块支承和底面作为主要定位基准，以限制z、z、y、y、五个自由度。
再以一面定位消除x、向自由度，达到定位的目的。
2）精基准的选择为了保证箱体零件孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的相互位置和尺寸精度，箱体类零件基准选择原则常用以下两种原则：
基准统一原则和基准重合原则。
因为本主轴箱体采用大批量生产所以在生产时采用基准重合原则，可避免由于基准变换而带来的积累误差，并且为了箱体的便于装夹，所以采用已加工结束的上、下平面作为精基准。
2.5确定工艺路线
1划分加工阶段
零件的技术要求较高时，零件在机械加工时都应该划分加工阶段，按工序性质不同，可划分如下几个阶段：
1）粗加工阶段
此阶段的主要任务是提高生产效率，切除零件表面被加工面上的大部分余量，使毛坯形状和尺寸接近成品所能达到的尺寸和加工精度。
2）半精加工阶段
此阶段要减少主要需要请咨询学号数字企鹅表面粗加工中留下的误差，使加工表面达到一定精度并留有一定的加工余量，为精加工做好准备。
3）精加工阶段
切除少量加工余量，保证各主要表面达到图纸要求，所得表面质量与精度都比较高。
此阶段的组要目的是全面保证加工质量。
2安排加工顺序
复杂工件的加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助程序，怎样将这些工序合理的安排在一个加工顺序中，生产中已经总结出一些指导性的原则，先述如下。
1）先粗后精
各表面的加工顺序按照先粗加工后精加工的顺序进行，目的是逐步提高零件加工表面的精度和表面质量。
2）先主后次
零件的主要加工表面应先加工，而次要表面可在主要表面加工到一定精度以后再进行加工。
3）先面后孔
对于箱体类零件，平面轮廓尺寸比较大，选择平面定位比较可靠，故应先加工平面后加工孔。
这样不仅使后续的加工能够获得一个稳定可靠的平面作为定位基准面，而且在平整的表面上加工孔也使得加工变得容易一些，有利于提高孔的加工精度。
4）先基准后其他
作为精基准的表面要首先加工出来，该箱体的加工和装配大多以平面为基准，按照加工顺序安排的原则，采用先面后孔的加工顺序。
并且在加工孔系时应遵循先主后次的原则，即先加工主要平面或孔系，这也符合切削加工顺序的安排原则。
综合以上加工阶段和加工顺序的分析，可以初步得出CA6140车床主轴箱箱体的加工工艺路线。
表2.1工艺路线方案
工序1
粗，精铣上平面至尺寸
工序2
粗，精铣下平面
工序3
粗，精铣左端平面
工序4
粗，精铣右端平面
工序5
粗，精铣前端平面
工序6
粗，精铣后端平面
工序7
钻箱体直径18孔
工序8
钻前端面各孔
工序9
镗左平面各孔
工序10
镗右平面各孔
工序11
钳工去除锐边毛剌
工序12
检验
该工艺路线采用互为基准的原则，先加工上、下两平面，然后以上、下平面为精基准再加工两平面上的各孔，这样即保证了，上、下两平面的平行度要求的同时也为加工两平面上各孔保证了垂直度要求，符合先加工面再钻孔的原则。
而且对于零件的尺寸精度也有很大程度的帮助。
从提高效率和保证精度这两个前提下，此方案比较合理。
2.6机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量和最小加工余量之分。
由于本设计规定零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与最小余
如果这时仍采用上述d>D的方式，则在加工这种较长的孔时，刀具的悬伸长度h必然很大，起码应大于L。
由于需要请咨询学号数字企鹅刀具悬伸长度大，所以刀具易引偏，严重时会使镗杆与镗套卡住，否则须增加镗套长度，以保证足够的导引刚度。
但这样将导致整个镗套部分的结构庞大。
图3.1主轴箱夹具示意图
1-支撑柱2-压板3-M24螺帽4-24垫圈5-圆柱螺旋弹簧6-M42六角螺栓7-定位块8-镗模板9-M12螺钉10-镗套11-定位块12-M20螺栓13-夹具体
3.2工件的定位与夹紧
3.2.1工件的定位基准
在机械加工中，要保证工件的正确定位必须使机床、夹具、刀具和工件之间保持正确的相互位置关系。
只有这样才能加工出合格的零件，而正确的相互位置关系是通过工件在夹具中的定位、夹具在机床上的安装和刀具相对于夹具的调整来实现的
由零件图可知，被加工孔有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并被要求应与顶面垂直。
为了保证所镗的孔与顶面垂直并保证工艺孔能在后续的孔系加工工序中使各支承孔的加工余量均匀。
根据基准重合、基准统一原则。
在选择工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣箱体的下表面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。
因此加工工艺孔的定位基准应选用箱体下平面作为定位基准。
3.2.2工件的夹紧及夹紧动力装置
夹紧装置的组成：
夹紧装置将工件夹紧，使之占据正确的加工位置。
夹紧装置由动力装置、夹紧元件，中间传力机构组成。
对夹紧过程的要求
1）夹紧过程不得破坏工件在夹具中占有的定位位置。
2）夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中定位的稳定性，又要防止因夹紧力过大损伤工件表面。
3）架构应尽量简单，便于机械制造和将来维修。
由于传动箱体的生产量很大，采用手动夹紧的夹具结构简单，在生产中的应用也比较广泛。
因此本道工序夹具的夹紧动力装置采用手动夹紧。
采用手动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。
3.3夹具的设计
3.3.1夹紧力的确定原则及计算
计算零件在加工过程中由于受切削力、重力、惯性力等所产生的切削力及切削力矩，按照夹具设计中所确定的夹紧方式进行夹紧力的计算，为了减小夹具的具体尺寸，就需要增大夹具的定位区间，增大由夹紧力产生的摩擦力矩、正压力及由此产生的摩擦力，以达到夹具小而精巧的目的。
夹紧力大小对于确定夹紧装置的结构精度以及夹紧可靠性等都有很大影响。
夹紧力过大易引起工件变形，影响加工精度。
夹紧力过小则工件夹不紧，在加工过程中容易发生工件位移甚至脱落，从而破坏工件定位，影响加工精度，严重时将造成安全事故。
由此可见夹紧力大小必须适当。
计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个刚性系统，然后根据工件受切削力、夹紧力（大工件还应考虑重力，运动的工件还需考虑惯性）后处于静力平衡条件，求出理论夹紧力，为了安全起见再乘以安全系数K。
（3.1）
——计算出的理论夹紧力；
——实际夹紧力；
——安全系数，通常k=1.5~3.当用于粗加工时，k=2.5~3,用于精加工时k=1.5~2.
这里应注意三个问题：
1）切削力在加工过程中往往方向、大小在变化，在计算中应按最不利的加工条件下求得的切削力或切削合力计算。
如图3-1所示切削方向进行静力平衡，求出理论夹紧力，再乘以安全系数即为实际夹紧力，图中W为夹紧力，N1、N1`…为镗孔各方向镗削力，可按切削原理中求切削力。
而N1切削力将使夹紧力变大，在列静平衡方程式时，我们应在不利的加工条件下选取切削力为N1时求夹紧力。
即
2）在分析受力时，往往可以列出不同的工件静平衡方程式。
这时应选产生夹紧力最大的一个方程，然后求出所需的夹紧力。
如图所示垂直方向平衡式为W=1.5KN；水平方向可以列出：
，f为工件与定位件间的摩擦系数，一般0.15,即W=10KN；对o点取矩可得式（3.1）
比较上面三种情况，选最大值，既W=10KN。
3）上述仅是粗略计算，可作大致参考。
由于实际加工中切削力是一个变值，受工件材料性质的不均匀、加工余量的变动等因素影响，计算切削力大小的公式也与实际不可能完全一致，故夹紧力不可能通过这种计算而得到。
生产中也有根据一定实际生产经验而用类比法估算夹紧力的，如果是一些关键性的重要夹具，则往往还需要通过实验的方法来确定所需夹紧力。
3.3.2镗套、衬套及镗模板的选择
本夹具主要用来镗左端平面，这个工艺孔有尺寸精度要求，表面粗糙度要求，表面粗糙度为
，与顶面垂直。
并用于以后各面各孔加工中的定位。
其加工质量直接影响以后各工序的加工精度。
本道工序为第一道工序，加工到本道工序时只完成了箱体上表面的粗、精铣。
因此在本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。
工艺孔的加工需粗、精镗切削才能满足加工要求。
故选用快换钻套以减少更换钻套的辅助时间。
钻模板选用固定式钻模板，工件底面及侧面分别靠在夹具支架的定位块，用带光面压块的压紧螺钉将工件夹紧。
夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。
这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。
整个夹具的结构见夹具装配图。
3.3.3夹具精度分析
利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统。
它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。
因此在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。
由工序简图可知，本道工序由于工序基准与加工基准重合，又采用顶面为主要定位基面，故定位误差
很小可以忽略不计。
本道工序加工中主要保证工艺孔尺寸Φ
mm及表面粗糙度
。
本道工序最后采用精镗加工，选用标准硬质合金镗刀，直径为Φ
mm，并采用镗套，镗刀导套孔径为该工艺孔的位置度应用的是最大实体要求。
工艺孔的表面粗糙度
，由本工序所选用的加工工步粗镗精满足。
影响两工艺孔位置度的因素有：
（1）镗模板上装衬套孔的尺寸公差：
（2）两衬套的同轴度公差：
（3）衬套与钻套配合的最大间隙：
（4）钻套的同轴度公差：
（5）镗套与镗刀配合的最大间隙：
所以能满足加工要
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