机床前横架加工工艺及夹具课程设计.docx
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机床前横架加工工艺及夹具课程设计
课程设计说明书
------------设计题目：
设计CA6140机床前横架加工工艺及夹具
设计者：
班级：
机自0802
学号：
指导教师：
机械学院
2011年7月
序言
机械制造技术基础课程设计实在学完了机械制造技术基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。
这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺及未来从事的工作打下了良好的基础。
一、零件的分析
（一）前横架的工艺分析。
通过对该零件零件图的观察分析可知该零件属于箱体台阶类零件。
下表面需要进行铣削加工，表面粗糙度Ra=25。
由于要保证M12螺纹孔与上表面的尺寸以及该孔的位置度误差，所以上表面不易加工，故不进行加工。
其余4个M12的螺纹孔加工也很容易。
所以该零件的工艺性较好。
二、零件工艺规程设计
（一）零件的生产类型
零件的生产纲领为N=Qn（1+a+b）
其中，产品的年产量Q=3000台/年，每台产品中该零件的数量n=1件/台，每天单班生产。
（二）前横架的毛坯的制造形式。
由零件图知该零件材料为HT200.考虑到该材料的力学性能，故选用铸件毛坯；零件尺寸不大，故选用金属型铸造。
1.毛坯尺寸和公差。
参见《机械制造技术基础课程设计指南》第五章第一节，铸铁件的公差及机械加工余量按GB/T6414——1999确定。
要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。
（1）铸件公差等级由该零件的技术要求可知，该铸件的公差等级为普通级。
（2）零件表面粗糙度由零件图可知该零件下表面Ra=25，其余的不用加工。
2.确定机械加工余量
查阅《金属机械加工工艺人员手册（第三版）》表12—3可知，该铸件加工余量等级为5~7级，取6级。
再查阅表12-2可知，加工底面，加工余量为3。
3、确定毛坯尺寸
分析本零件，结合上面得到的加工余量可知，毛坯在加工方向的尺寸为22+3=25mm。
其余表面不用加工，所以不留余量。
4、设计毛坯图
由零件图可知，图中除了标注的圆角R10之外，所有未注的圆角均为R3，所以毛坯图如下。
（三）选择加工方法，制定工艺路线
1，定位基准的的选择
本零件需加工下表面，保证厚度尺寸22mm，上表面是设计基准。
为了避免基准不重合误差，应选择上表面为定位基准，即遵守“基准重合”的原则。
2，零件表面加工方法的选择
本零件需加工下表面，并钻孔，攻螺纹。
（1）下表面，由于本零件的形状不适合进行车削加工，所以加工下表面时选择铣削加工
（2）φ10.8的孔，选用摇臂钻床进行加工，并用φ12mm的丝锥攻螺纹。
3，制订工艺路线
根据先面后孔的原则，本零件先进行先表面的铣削，再进行钻孔和攻螺纹。
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：
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
钻
平面上：
将螺纹孔4XM12钻到Ф10.8
工件用专用夹具装夹；摇臂钻床
攻丝
四个钻孔
攻螺纹M12
选用M12机用丝锥
070
锪孔钻
锪孔Ф25
钻
凸耳上：
将螺纹孔M12钻到Ф10.8mm
工件用专用夹具装夹；摇臂钻床
攻丝
凸耳面上：
攻螺纹M12
选用M12机用丝锥
080
钳
倒角去毛刺
090
检验
100
入库
清洗，涂防锈油
工序I：
以上表面为定位基准，铣削下表面，保证22mm的尺寸。
工序II：
以侧面定位。
钻φ10.8*4的孔，用φ12mm的丝锥攻螺纹。
并倒角。
工序III：
用φ12mm的丝锥攻螺纹。
工序IV：
以上表面定位，钻φ10.8的孔，孔心距离上表面27mm。
并保证位置度误差φ0.1mm。
锪φ25的孔，再用φ12mm的丝锥攻螺纹。
工序
：
倒角去毛刺，检查工件
（四）工序设计
1选择加工设备与工艺设备
（1）选择机床
工序I选用立式铣床。
型号为X51
工序II,III选用摇臂钻床，型号Z3052
（2）选择夹具
工序I选用通用夹具即可
工序II，III选用专用夹具。
（3）选择刀具
铣刀按表5-100选择莫氏锥柄立铣刀，莫氏锥柄号为2，直径d=18mm，l=32mm,L=117mm,齿数z=6粗铣留余量1.5mm。
钻φ10.8mm孔，选用莫氏φ10.8麻花钻.
攻M12螺纹，选用机用丝锥φ12mm
（4）选用量具
铣下表面选用分度值0.05mm的游标卡尺进行测量。
由于孔加工选用的是标准的麻花钻与丝锥，故不需用量具进行测量。
2，确定工序尺寸
（1）确定下表面的工序尺寸
工序尺寸与加工余量有关，应将毛坯余量分为各个工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸，中间工序尺寸按加工方法的经济精度确定。
本零件下表面的加工余量工序尺及表面粗糙度见下表。
加工表面
加工余量
工序尺寸
表面粗糙度
下表面
1.5
55.5
——
下表面
——
54
Ra25
（2）钻孔工序尺寸
先钻孔，后攻螺纹，采用标准麻花钻与标准丝锥。
各工序尺寸见下表。
工序
加工余量
工序尺寸
钻φ10.8*4孔
——
φ10.8
攻M12*4螺纹
——
M12
工序
加工余量
工序尺寸
钻φ10.8孔
——
φ10.8
锪φ25的孔
——
φ25
攻M12螺纹
——
M12
（五）确定切削用量及基本时间
切削用量包括背吃刀量ap，进给量f和切削速度v。
确定顺序是先确定ap，f，再确定v。
1，工序I切削用量及基本时间的确定
（1）切削用量本道工序为粗铣下表面。
已知加工材料为HT200.机床为X51铣床。
工件安装采用专用夹具。
1）确定粗铣下表面，留余量1.5mm的切削用量。
根据表5-100所选刀具为莫氏锥柄立铣刀，莫氏锥柄号为3，直径d=28mm，l=45mm,L=147mm,（细）齿数z=6粗铣留余量1.5mm。
前角γ0为0后角α0为7度，刀齿斜角λs=-10，主刃Κr=50，过渡刃Κrε=30，过渡刃宽度bε=1.5mm。
i确定背吃刀量ap粗铣单边余量为1.5mm，显然ap=1.5mm
ii确定进给量f根据表5-144根据：
铣床的功率为4.5kW细齿铣刀确定f=0.12mm/Z所以f=0.72mm/r
iii确定切削速度v和工作台每分钟进给量
根据表2-17中公式计算
式中，
，
，
，
，
，
，m=0.25,
z=6,
T=90min（表5-149）,d=28mm
根据X51型铣床主轴转速表5-72，选择n=125r/min=2.08r/s
则实际切削速度v=0.18m/s,工作台每分钟进给量为
根据X51型铣床工作台进给量表5-73，选择
则实际的每齿进给量
校验机床功率。
根据表2-18的计算公式铣削时的功率为
，
X51型铣床的功率为4.5KW,故所选切削用量可以采用，确定切削用量为
，
，n=210r/min=2.08r/s，v=0.18m/s
（2）基本时间：
根据表2-28，
式中
需要二次走刀Tj1=7.28min
本工序时间为T=15.56S
2、工序II切削用量及基本时间的确定
（1）切削用量
1）钻孔切削用量
本工序为钻孔，倒角，再攻螺纹，钻孔在摇臂钻床上进行加工，刀具选用直柄短麻花钻φ10.8用机用丝锥φ12。
钻φ10.8孔选用直柄短麻花钻，材料为高速钢，根据表5-84查得：
φ10.8柄麻花钻总长l=95沟漕L1=47mm。
根据表5-127.钻孔进给量f=0.52~0.64mm/r，取f=0.6mm/r。
为避免损坏钻头，当刚要钻穿时应该停止自动走刀，改用手动走刀。
根据表5-134，硬质合金钻头钻削不同材料的切削用量可知，硬质合金钻头钻削灰铸铁是的切削速度Vc为50~70mm/min，取Vc=60mm/min，用乳化液做冷却液。
转速：
根据表5-62摇臂钻床Z3025选转速1600r/min
则实际切削速度V=54.29mm/min
根据《金属机械加工工艺人员手册（第三版）》表9-5查得钻床功率2.2kw.
所以最终确定该工序的切削用量为：
f=0.6mm/rVc=54.29m/minN=1600r/minPc=2.2kw
（2）基本时间的确定
1）钻孔基本时间
根据表2-26计算得
S
Tj1=2.125s*4=8.5s
本工序时间：
Tj=Tj1=8.5s
3工序
（攻四个孔的螺纹）的切削用量及基本时间的确定
攻螺纹切削用量
攻螺纹选用M12机用丝锥。
根据表5-97查得：
丝锥公称直径d=12.0mm
螺距p=1.75mm
锥柄直径d1=9.00mm
螺纹部分长度l=29.0mm
总长L=89mm
方头a=7.10mm
L2=10mm
根据表5-142查得：
d=12p=1.75材料为灰铸铁攻螺纹时切削速度
V=9.6m/min=160mm/s
根据表5-62摇臂钻床主轴转速选n=250r/min
所以V=9.42m/min
攻螺纹的切削用量为f=1.75mm,n=250r/min,d=12,Pc=2.2kw
攻螺纹基本时间
由表2-30计算得：
Tj=
=
=0.09min=5.54S
Tj2=5.54*4=22.16S
本工序时间：
Tj=Tj2=22.16s
4,工序
的切削用量及基本时间的确定
（1）切削用量
1）锪平φ25孔。
根据《金属机械加工工艺人员手册（第三版）》查得改工序选用高速钢莫氏短锥柄平底锪钻。
P613表20-34基本参数如下：
锪钻代号d*d1=25*8L=76c=1.2H=5
莫氏锥柄号为2
材料为高速钢
由《金属机械加工工艺人员（第三版）》p926表28-10可知：
进给量f=0.78~0.96m/r取f=0.8mm/r
由切削速度公式
根据表5-62摇臂钻床的转速选择n=125r/min
实际转速为v=9.82m/min
2）钻孔切削用量
本工序为钻孔，倒角，再攻螺纹，钻孔在摇臂钻床上进行加工，刀具选用直柄短麻花钻φ10.8，材料为高速钢。
攻螺纹时选用机用丝锥φ12。
钻φ10.8孔选用直柄短麻花钻，材料为高速钢，根据表5-84查得：
φ10.8直柄短麻花钻总长l=95mm，沟漕L1=47mm。
根据表5-127.钻孔进给量f=0.52~0.64mm/r，取f=0.6mm/r。
为避免损坏钻头，当刚要钻穿时应该停止自动走刀，改用手动走刀。
根据表5-134，硬质合金钻头钻削不同材料的切削用量可知，硬质合金钻头钻削灰铸铁是的切削速度Vc为50~70mm/min，取Vc=60mm/min，用乳化液做冷却液。
转速：
根据表5-62摇臂钻床Z3025选转速1600r/min
则实际切削速度V=54.29mm/min
根据《金属机械加工工艺人员手册（第三版）》查得钻床功率2.2kw.
所以最终确定该工序的切削用量为：
f=0.6mm/rVc=54.29m/minN=1600r/minPc=2.2kw
3）攻螺纹切削用量
攻螺纹选用M12机用丝锥。
根据表5-97查得：
丝锥公称直径d=12.0mm
螺距p=1.75mm
锥柄直径d1=9.00mm
螺纹部分长度l=29.0mm
总长L=89mm
方头a=7.10mm
L2=10mm
根据表5-142查得：
d=12p=1.75材料为灰铸铁攻螺纹时切削速度
V=9.6m/min=160mm/s
根据表5-62摇臂钻床主轴转速选n=250r/min
所以V=9.42m/min
攻螺纹的切削用量为:
f=1.75mm,n=250r/min,d=12,Pc=2.2kw
（2）基本时间的确定
1）锪孔基本时间由表2-26求得：
=3.6S
2）钻孔基本时间
根据表2-26计算得
S
3）、攻螺纹基本时间
由表2-30计算得：
Tj2=
=
=0.09min=5.54S
本工序时间为Tj=Tj1+Tj2=3.6+2.125+5.54=11.265s
（6）、工序
夹具设计及使用说明
1、确定夹具的的结构方案，绘制装配草图：
（1）布置图面
（2）确定定位方案，选择定位元件。
本工序要求保证四个孔的位置度以及尺寸要求，根据基准重合原则，两尺寸方向分别选择侧边为定位基准。
定位元件选择支承钉，底面三个，左侧面一个，里面两个，实现完全定位。
（3）定位误差的分析和计算：
基准不重合误差
，工序基准的位移误差
，两者之和为定位误差
即：
=
+
铰链连接处铰链轴和铰链支座之间的配合尺寸为
（即铰链支座孔：
铰链轴：
）钻模板与铰链轴的配合尺寸为
即孔
轴
，钻模板与支座之间的配合尺寸为
即支座：
钻模板
，
=0所以
=0.025+0.016+0.025+0.016=0.042mm，在宽度方向上定位误差为：
0.042mm在长度方向上的定位误差为：
0.050mm,满足孔的位置度
的要求。
故该方案可行。
（4）导向装置设计：
为了引导刀具对工件的加工，可提高加工孔的形状精度、尺寸精度以及孔系的位置精度。
故使用钻套进行导向，以确定夹具及工件的位置。
选择快换钻套，
（5）夹紧装置的设计：
夹紧元件，中间机构，动力装置。
根据夹紧装置设计的要求，为了垂直于主要定位基准面并与重力方向一致，所以选择向下的夹紧力方向。
位置的选择
（6）夹紧力的计算：
=
1.2
1
1
1.3
1
1=1.872
钻孔切削力的计算：
d=10.8mm,f=0.6mm/r,
=
=,所以，
=3101.2N
实际所需夹紧力：
（7）夹紧机构
本夹具选用偏心压板夹紧机构，手柄的拨动压紧垫块和工件之间的力，方便夹紧与装卸。
（8）夹具体与机床连接
在夹具体下面的板上开有2个槽，可以通过使用螺旋压紧机构与机床的T形槽相连。
（9）使用说明
安装工件时，松开螺母，将工件安装在定位销上，拧紧螺母夹紧工件。
（10）结构特点
本夹具结构简单，操作方便。
设计小结：
这次设计，综合运用了以前所学过的《工程制图》，《互换性与测量技术》，《机械设计》，《机械制造基础》，《机械制造装备设计》，《机械原理》等学科的知识。
参考资料：
《金属机械加工工艺人员手册》，《机床夹具设计手册》。
《机床夹具图册》以及《机械制造基础课程设计指南》。
通过这次设计，巩固了前面所学的各科知识，也让我对设计有了进一步的认识。
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