CA6140手柄座钻直径10孔的夹具设计说明书.docx
《CA6140手柄座钻直径10孔的夹具设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CA6140手柄座钻直径10孔的夹具设计说明书.docx（15页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
CA6140手柄座钻直径10孔的夹具设计说明书
机械制造工艺及夹具
课程设计说明书
题目：
手柄座零件机加工工艺及钻Φ10孔夹具设计
设计者周沛泽
班级机自101
指导教师叶永东
工学院机械系
2013年6月7日
一、引言..............................4
二、设计任务分析......................4
三、机械加工工艺规程设计..............7
（一）、确定毛坯、绘制毛坯简图.................7
3.1.1选择毛坯...........................7
3.1.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量............7
（2）、拟定手柄座工艺路线...................7
3.2.1定位基准的选择.......................7
3.2.2表面加工方法的确定....................8
3.2.3加工阶段的划分.......................9
3.2.4工艺路线方案的确定....................10
（三）、加工余量、工序尺寸和公差的确定..........12
3.3.1工序4：
钻—铰Φ14mm孔各数据的确定..........12
（四）、切削用量、时间定额的计算...............13
3.4.1切削用量的计算......................13
3.4.2时间定额的计算......................15
四、机床夹具设计.....................18
（一）、夹具体的设计.......................18
4.1.1定位方案设计.......................18
4.1.2定位误差分析.......................18
（二）、导向装置的设计......................19
（三）、夹紧装置设计.......................20
五、设计总结评价.....................20
六、参考文献.........................21
引言
本次设计是设计CA6140车床手柄座，我们首先对手柄座的结构特征、用途以及其工艺规程进行了详细的分析，然后确定了一套合理的加工方案，加工方案要求简单，并能保证加工质量。
由于手柄座各表面的精度要求一般，所以我们在加工一些主要平面时先粗铣然后半精铣，加工一些孔时要进行钻、铰工序，因为手柄座的加工质量将直接影响其性能和使用寿命，所以每一道工序都必须要达到其加工要求。
此外，本设计的生产类型是中批生产，为了提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量，需设计专用夹具，本设计是设计加工CA6140车床手柄座φ10mm孔工序的夹具。
关键词：
CA6140车床手柄座；专用夹具设计；工艺规程
2、设计任务分析
1）、手柄座的用途
题目所给的零件是CA6140车床的手柄座。
它位于车床操作机构中，可同时操纵离合器和制动器，即同时控制主轴的开、停、换向和制动。
操作过程如下：
当手把控制手柄座向上扳动时，车床内部的拉杆往外移，则齿扇向顺时针方向转动，带动齿条轴往右移动，通过拨叉使滑套向右移，压下羊角形摆块的右角，从而使推拉杆向左移动，于是左离合器接合，主轴正转；同理，当手把控制手柄座向下扳动时，推拉杆右移，右离合器接合，主轴反转。
当手把在中间位置时，推拉杆处于中间位置，左、右离合器均不接合，主轴的传动断开，此时齿条轴上的凸起部分正压在制动器杠杆的下端，制动带被拉紧，使主铀制动。
2）、手柄座的技术要求
表1-1手柄座零件技术要求表
加工表面
尺寸偏差（mm）
公差及精度等级
表面粗糙度值RA（m）
形位公差（mm）
Φ45凸台面
43
IT12
3.2
孔
IT8
3.2
孔
IT7
3.2
孔
IT7
3.2
圆锥孔
IT7
3.2
孔
IT8
12.5
螺纹孔
IT7
12.5
键槽
IT10
12.5
槽
IT11
12.5
3）、审查手柄座的工艺性
分析零件图可知，手柄座左右两端面和孔端面均有要求切削加工，孔端面、孔端面、孔端面和孔凸台端面均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度，而螺纹孔M10和圆锥孔的端面均为圆柱面保证孔的加工精度较困难；另外在轴向方向上的孔凸台端面作为定位基准加工要求较其他端面高。
主要工作表面虽然加工精度也相对较高，但也可以在正常生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。
由此可见该零件的工艺性较好。
现将主要加工面分述如下：
该零件共有5个孔要加工：
φ45mm外圆凸台端面（孔凸台端面）是零件的主要加工面，其他的面、孔与其有位置尺寸度要求，因而是后续工序的主要精基准面，需精加工出来；φ10mm孔与孔有平行度要求，也需要精加工；φ14mm是不通孔，特别注意该孔的加工深度；φ5mm圆锥孔需精铰，φ5.5mm油孔表面粗糙度有Ra3.2μm的要求，因此对其也应该要进行精铰。
该零件共有1个端面要加工：
φ45mm外圆凸台端面精度要求较高，同时也是配合φ25mm孔作为后续工序的精基准面，需半精加工。
该零件仅有2个槽需加工：
φ25mm孔上键槽两侧面粗糙度为Ra12.5mm，无需精加工，底面加工精度要求不高，加工键槽时很难以φ45mm外圆端面为定位基准，因而工序尺寸的计算较复杂；而槽14mm两侧面粗糙度均为Ra12.5mm，粗铣即可。
M10mm螺纹孔的加工，它与φ10mm孔和φ25mm孔连心线有30°角度要求，同时螺纹孔中心线与φ45mm圆柱端面有11mm的尺寸位置要求。
由以上分析可知，该零件的加工应先加工φ45mm圆柱凸台端面，再以端面为基准加工作为后续工序主要精基准的φ25mm孔，进而以该孔为精基准加工出所有的孔，面，槽，螺纹孔等。
4）、确定手柄座生产类型
依设计题目知：
Q=2000件/年，结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别为10%和1%。
所以：
N=2000件/年（1+10%）（1+1%）=2222件/年
由参考文献【1】表1-4知，手柄座为轻型零件；由参考文献【1】表1-5知，该手柄座类型为中批生产。
3、机械加工工艺规程设计
（一）、确定毛坯、绘制毛坯简图
3.1.1选择毛坯
由于该手柄座在工作过程中不经常变动，受力不大，毛坯选用铸件，该手柄座轮廓尺寸不大，且生产类型为中批生产，为提高生产率和铸件精度，宜采用机器造型铸造，毛坯的拔模斜度为5°，铸造圆角半径为R3~5，选择在左视图中中心平面为分模面，分模线为直线，属平直分模线。
3.1.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
毛坯总余量的确定：
由参考文献【1】表2-1、表2-2和2-5，对于中批量生产砂型机器造型，取尺寸公差等级为10级，加工余量等级为G级；再由参考文献【1】表2-4查得每侧加工余量数值为1.4mm；故取
凸台端面的毛坯总加工余量为：
。
粗铣余量：
外圆凸台端面毛坯加工总余量为：
。
半精铣余量：
；
粗铣余量：
；
手柄座大端面毛坯加工总余量为：
。
粗铣余量：
。
（2）、拟定手柄座工艺路线
3.2.1定位基准的选择
根据该手柄座零件的技术要求和装配要求，选择手柄座
孔及
外圆凸台端面作为精基准零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工，遵循了“基准统一”原则。
又轴孔
的轴线是设计基准，选用其作为精基准定位加工手柄座脚上孔
和孔
以及其他的孔和表面，实现了设计基准和工艺基准重合，保证了被加工表面的位置度要求及
孔轴线和
孔轴线的平行度要求。
选用手柄座
外圆凸台端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”原则，因为该手柄座上的尺寸多以该端面作为设计基准。
选用
孔及
外圆凸台端面作为精基准，夹紧力可作用在手柄座
孔的大端面上，夹紧稳定可靠。
作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。
该手柄座加工时选用
孔大端面为基准的方法进行加工出精基准表面。
3.2.2表面加工方法的确定
根据手柄座零件图上各加工尺寸精度和表面粗糙度，确定加工零件各表面的加工方法，如表3-1所示。
表3-1零件表面的加工方法
加工表面
公差及精度等级
表面粗糙度值RA（m）
加工方案
参考文献
凸台端面
IT11
3.2
粗铣—半精铣
参考文献【1】表1-11
孔
IT8
3.2
钻—粗铰—精铰
参考文献【1】表1-10
孔
IT7
3.2
钻—粗铰—精铰
参考文献【1】表1-10
孔
IT7
3.2
钻—粗铰—精铰
参考文献【1】表1-10
圆锥孔
IT7
3.2
钻—铰
参考文献【1】表1-10
孔
IT8
12.5
钻—粗铰
参考文献【1】表1-10
螺纹孔
IT7
12.5
钻—攻螺纹
参考文献【1】表1-12
键槽
IT10
12.5
拉
参考文献【1】表1-8
槽14mm
IT11
12.5
粗铣
参考文献【1】表1-11
3.2.3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
粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。
粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。
一般粗加工的公差等级为IT11~IT12。
粗糙度为Ra80~100μm。
2）、半精加工阶段
半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。
半精加工的公差等级为IT9~IT10。
表面粗糙度为Ra10~1.25μm。
3）、精加工阶段
精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。
精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度．精加工的加工精度一般为IT6~IT7，表面粗糙度为Ra10~1.25μm。
3.2.4工艺路线方案的确定
拟定工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。
工艺路线的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性，以便使生产成本尽量下降。
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，结合老师建议，工艺方案确定如下：
1、粗、半精铣φ45mm圆柱小端面,以φ45mm大端面为定位基准
2、钻、铰φ25H8mm孔,以φ45mm圆柱大端面和φ45mm圆柱凸台圆周面（用V型块）为定位基准
3、钻、铰φ10H7mm,以R13圆周面（用V型块）和φ45mm圆柱小端面为基准
4、钻、铰φ14H7mm孔,定位与4工序相同,保证孔深度25mm
5、钻φ5mm圆锥孔,定位与4工序相同
6、钻、攻M10mm螺纹孔,定位与4工序相同
7、铣槽,定位与4工序相同,保证尺寸30mm
8、拉键槽,为便于加工,以φ45mm圆柱小端面,φ10H7mm孔和φ14H7mm孔端面定位,同时要保证尺寸27.3H11mm
9、钻φ5.5mm孔,定位与4工序相同
10、去锐边,毛刺,尤其注意φ25H8mm孔表面可能因为钻M10mm螺纹孔以及插槽带来的表面鳞次损伤
11、清洗去除铁屑、油污
12、终检,入库
手柄座工艺路线及设备，工装的选用如下表3-2：
表3-2手柄座工艺路线及设备，工装的选用
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
粗铣、半精铣φ45mm圆柱凸台面;
立式铣床X51
高速钢套式面铣刀
游标卡尺
2
钻、粗铰、精铰φ25mm孔
摇臂钻床Z37
硬质合金锥柄麻花钻、铰刀
游标卡尺、内径千分尺、塞规
3
钻、粗铰、精铰φ10mm孔
立式钻床Z525
复合麻花钻、铰刀
游标卡尺、内径千分尺、塞规
4
钻、粗铰、精铰φ14mm孔
立式钻床Z525
复合麻花钻、铰刀
游标卡尺、内径千分尺、塞规
5
钻、铰φ5mm圆锥孔
立式钻床Z525
麻花钻、锥柄机用1：
50锥度销子铰刀
内径千分尺、塞规
6
钻、攻M10mm螺纹孔
摇臂钻床Z37拉床
莫氏锥柄阶梯麻花钻、丝锥
卡尺螺纹塞规
7
粗铣槽14mm
卧式铣床X62
高速钢镶齿三面刃铣刀
游标卡尺、塞规
8
拉键槽6mm
拉床L6110
拉刀
游标卡尺
9
钻、铰φ5.5mm孔
立式钻床Z525
麻花钻、铰刀
内径千分尺、塞规
10
去锐边,毛刺
钳工台
平锉
11
清洗
清洗机
12
终检
游标卡尺、内径千分尺、塞规、螺纹塞规
（三）、加工余量、工序尺寸和公差的确定
根据设计题目要求只对指定工序进行加工余量、工序尺寸和公差的计算。
3.3.1工序4：
钻—铰Φ14mm孔各数据的确定
由参考文献【1】表2-20可查得，精铰余量Z精铰=0.05mm；粗铰余量Z粗铰=0.95mm；钻孔余量Z钻=13.0mm。
参考文献【1】表1-10可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为，精铰：
IT7；粗铰：
IT10；钻：
IT12。
根据上述结果，再标准公差数值表可确定各工步的公差分别为，精铰：
0.018mm；粗铰：
0.070mm；钻：
0.180mm。
综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，精铰：
；粗铰：
；钻：
，它们的相互关系如图4-1所示。
图4-1钻—粗铰—精铰
14孔的加工余量、工序尺寸和公差相互关系图
（四）、切削用量、时间定额的计算
3.4.1切削用量的计算
工序1：
粗铣手柄座凸台端面
该工序分为二个工步，工步1是以如图5-1所示B面定位，粗铣A面
图5-1
（1）背吃刀量的确定工步1的背吃刀量ap1取值为A面的毛坯总余量减去工序2的余量，即ap1=0.4mm；
（2）进给量的确定机床功率5kw，工件—夹具系统刚度为中等条件选取该工序的每齿进给量fz=0.15～0.3mm/z，则每分钟进给量为：
fMz=fzzn=（0.15~0.3）10160mm/min=240~480mm/min
参照参考文献【1】表4-16所列x51型立式铣床的横向进给量取:
fMz=320mm/min。
（3）切削速度的计算由参考文献【1】表5-11按镶齿铣刀，d/z=80/10的条件选取切削速度v=40m/min。
由参考文献【1】公式n=1000v/d,可求得该工序铣刀转速为:
n=1000v/d=100040/（80）r/min=159r/min
参照参考文献【1】表4-16所列x51型立式铣床的主轴转速取转速n=160r/min。
再将此转速代入参考文献【1】公式v=nd/1000，可求出该工序的实际铣削速度：
v=nd/1000=16080/1000（m/min）=40.19m/min
工步二：
半精铣手柄座左端面A（
45mm外圆凸台端面）
（1）背吃刀量的确定ap=1.4mm。
（2）进给量的确定由参考文献【2】表2.1-73按表面粗糙度Ra3.2m的条件选取该工序的每转进给量f=0.5～1.2mm/r，则每分钟进给量为：
fMz=fzzn=fn=（0.5~1.2）10210mm/min=105~252mm/min
参照参考文献【1】表4-16所列x51型立式铣床的纵向进给量取：
fMz=105mm/min。
（3）切削速度的计算由参考文献【2】表2.1-77中公式：
可计算得切削速度。
式中，d0为刀具尺寸（mm）；ap背吃刀量（mm）；af为每齿进给量（mm/r）；aw为切削深度（mm）；z为齿数。
由参考文献【2】表2.1-76查得：
刀具寿命T=180min；
由参考文献【3】表2.1-77查得：
Cv=23；qv=0.2；m=0.15；xv=0.1；yv=0.4；uv=0.1；pv=0.1；kv=1。
计算得切削速度为：
v=50.47m/min。
由参考文献【1】公式（5-1）,可求得该工序铣刀转速为:
n=1000v/d=100050.47/（80）r/min=200r/min
参照参考文献【1】表4-16所列x51型立式铣床的主轴转速取转速n=210r/min。
再将此转速代入参考文献【1】公式（5-1），可求出该工序的实际铣削速度：
v=nd/1000=21080/1000（m/min）=52.75m/min
3.4.2时间定额的计算
1）、基本时间tj的计算
工序1:
粗铣、半精铣手柄座凸台端面
根据参考文献【1】表5-43，面铣刀铣平面（对称铣削，主偏角kr=90）的基本计算公式：
可求出该工序的基本时间。
由于该工序包括两个工步，先计算第一个工步，故式中：
l=45mm;
参照参考文献【1】表5-45，取l1+l2=18mm。
将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：
tj=（l+l1+l2）/fMz=（45+18）/320min=11.8s
工步2：
半精铣手柄座左端面A（
45mm外圆凸台端面）
根据参考文献【1】表5-43，面铣刀铣平面（对称铣削，主偏角kr=90）的基本计算公式：
可求出该工序的基本时间。
式中：
l=45mm；
；
；
；
将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：
2）、辅助时间tf的计算
辅助时间tf与基本时间tj之间的关系为:
tf=（0.15~0.2）tj
现取tf=0.2tj,则各工序的辅助时间分别为：
（1）工序1：
粗铣、半精铣手柄座凸台端面
工步一的辅助时间：
tf=0.211.8s=2.36s
工步二的辅助时间：
tf=0.231.8s=6.36s
3）、其他时间的计算
由于该手柄座的生产类型为中批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间是忽略不计，布置工作地时间tb是作业时间的2%～7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%～4%，现均取为3%，则各工序的其他时间可按关系式：
（tb+tx）=（3%+3%）（tj+tf）
计算，它们分别为：
（1）工序1：
粗铣、半精铣手柄座凸台端面
工步一的其他时间：
tb+tx=6%（11.8+2.36）s=0.85s
工步二半精车凸台端面：
tb+tx=6%（31.8+6.36）s=2.29s
4）、单件时间tdj的计算
工序一的单件时间分别为：
（1）工序1：
粗铣、半精铣手柄座凸台端面
工序1的单件时间：
tdj=（11.8+2.36+31.8+6.36+0.85+2.29）s=55.46s
四、机床夹具设计
（一）、夹具体的设计
4.1.1定位方案设计
在设计任务书中本夹具用于在钻床上加工CA6140车床手柄座的
10H7孔，工件以
25H8孔及端面、R13外圆面作为定位基准，在一面一销一活动V型块上实现完全定位，由手动直接夹紧工件。
工件的定位基面为
25H8孔内表面及端面、R13外圆面表面。
1）、定位元件的选用
25H8孔用一个固定式短圆柱销定位限制二个自由度。
25H8孔端面用一个平面定位限制三个自由度。
R13外圆面用一个活动V型块定位限制一个自由度。
4.1.2定位误差分析
定位误差是指由于定位不准确引起的某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工误差。
对于夹具设计中采用的定位方案，一般定位误差控制在工件公差的1/3—1/5，即可认为定位方案符合加工要求。
对于本次设计的夹具，需要保证的尺寸要求：
保证盲孔φ10H7mm的深度距端38mm的要求。
定位基准是φ45mm圆柱小端面和Ф25H8孔、R13外圆面，由一面一销一活动V型块实现完全定位。
由于φ45mm圆柱小端面经过半精铣，表面粗糙度达到Ra3.2µm，故可认为φ45mm圆柱小端面的平面度误差为0，即可认为不存在基准位置度误差；而两定位销是水平放置，由于工件自重作用，工件定位孔与定位销上母线接触，在这垂直方向上的定位误差非常小，而加工通孔φ10H7mm深度尺寸要求并不严格，综上所述，只要支撑面的标准尺寸得到保证，是不存在定位误差的。
对于本工序要求，基准位置误差则取决于两孔直径尺寸公差以及圆度误差，由于两孔公差等级达到IT8、IT7和表面精度都达到Ra3.2µm，都经过精铰，故基准位置误差也可以忽略，只要两销的标准尺寸以及相对位置关系得到保证，定位误差也是非常小的。
综上所述，该定位方案是符合加工要求的。
（2）、导向装置的设计
1）、钻套的设计
由于该夹具用于一个孔经钻、粗铰、精铰三个工步加工的工序，所以选择固定式钻套，固定式钻套已标准化。
2）、钻套高度和排屑间隙
由参考文献【1】表9-8查得：
钻套高度：
H=20mm
排屑间隙：
式中，d为所加工孔径，排屑间隙系数选取0.5。
所以：
H=0.5x10mm=5mm
根据快换钻套（JB/T8045.1-1999），基本尺寸d=10mm。
（三）、夹紧装置设计
针对中批生产的工艺特征，从保证产品的质量和考虑尽量提高生产效率的问题来考虑，为此，应首先着眼于简单夹紧装置。
这里采用手动夹紧装置比较高效和省力。
而且这是提高劳动生产率的重要途径之一，故夹具选用了类固定手柄压紧螺钉式装置夹紧工件。
五、设计总结评价
本次课程设计主要经历了两个阶段：
第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。
第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。
由附图可知，零件材料为HT200。
该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适应于承受较大应力、要求耐磨的零件。
该零件主要的加工面以及六个孔的表面粗糙度有严格的要求，因此我们选用几个工序对它进行加工来保证它的质量要求。
在加工过程中都是采用专用夹具，因而效率较高，设计基准与工序基准重合，因而精度较高。
根据相关面和孔加工的经济精度及机床能够达到的精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是较好的。
在计算机床的切削用量时，进给量的选取是通过查刀具的切削用量表得到的一个范围值，再通过查对应工序所用机床能提供的进给量选取的，所以在计算工时应该比较准确。
在2周的课程设计过程中叶老师对我们细心的指导，老师帮我们指出了很多的错误，在此感谢叶老师。
由于时间有限，加之本人能力薄弱，设计之中未免有很多不足或错误，望批评指正！
六、参考文献
【1】邹青.机械制造技术基础课程设计指导教程.北京：
机械工业出版社，2004.8
【2】王先逵.机械加工工艺手册铣削、锯削加工.北京：
机械工业出版社.2008.6
【3】王先逵.机械加工工艺手册钻削、扩削、铰削加工.北京：
机械工业出版社.2008.6
【4】洪钟德.简
升级会员 