车床衬套加工工艺及关键工序工装设计Word格式.docx

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致谢23

参考文献24

1绪论

为了保证产品质量，提高加工效率，需要对其加工工艺进行优化设计，并在关键工序使用组合机床或专用机床进行加工[1]。

1.1毕业设计的目的及要求

车床衬套是某企业产品中的关键零件之一，生产量比较大。

本次毕业设计即以此为背景，要求我们根据企业生产需要和车床衬套零件的加工要求，首先完成零件的加工工艺规程设计，在此基础之上，选择其关键工序之一进行专用夹具及加工用组合机床设计，并完成必要的设计计算。

通过这样一个典型环节综合训练，达到综合训练学生运用所学知识，解决工程实际问题的能力。

由于个人能力所限、实践经验少、资料缺乏，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。

1.2加工工艺规程的概念及作用

1.2.1机械加工工艺规程的概念

在生产过程中，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使之成为成品或半成品的过程，称为工艺过程。

它包括：

毛坯制造、零件加工、部件或产品装配、检验和涂装包装等。

其中，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸、表面质量和性能等，使其成为零件的过程，称为机械加工工艺过程[2]。

1.2.2工艺规程在机械加工中的作用

工艺规程是指生产的主要技术文件。

在制订工艺规程时，首先要确保科学性与合理性，并在生产实践中不断改进和完善，而在生产中，则必须严格地执行既定的工艺规程，这是产品质量、生产效率和经济效益的保证。

工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据。

由工艺规程所涉及的内容可见，产品投产前原材料及毛坯的供应，通用工艺装备的准备。

机床负荷的调整，专用工艺装备的设计和制造，作业计划的编排，劳动力的组织以及生产成本的核算等，都是以工艺规程作为基本依据的。

在新建或扩建工厂或车间时，只有根据生产纲领和工艺规程才能正确地确定生产所需的机床和其他设备的种类、规格和数量，车间的面积，机床的布置，生产工人的工种、等级和数量以及辅助部门的安排等。

因此，工艺规程也是工厂基础建设的基本资料。

1.3夹具的用途及分类

机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置，又称卡具。

夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置、对刀引导元件（确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向）、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成[3]。

1.3.1夹具的用途

夹具可以在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件。

用途很广，例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。

其中机床夹具最为常见，常简称为夹具。

在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。

1.3.2夹具的分类

夹具种类按使用特点可分为：

（1）万能通用夹具。

如机用虎钳、卡盘、分度头和回转工作台等，有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件。

（2）专用性夹具。

为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。

常用的有车床夹具、铣床夹具、钻模（引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具）、镗模（引导镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具）和随行夹具（用于组合机床自动线上的移动式夹具）。

（3）可调夹具。

可以更换或调整元件的专用夹具。

（4）组合夹具。

由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。

1.4组合机床概述

组合机床是用按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。

组合机车是由万能机床和专用机床发展来的，它既有专用机床、结构简单的特点，又有万能机床能够重新调整，以适应新工件加工的特点。

组成组合机床的通用部件有如下几类：

动力部件——动力头，动力滑台和动力箱；

工件运送部件——回转工作台，移动工作台和回转鼓轮；

支承部件——立柱，床身，底座和滑座等。

控制系统有通用的液压传动装置，电气柜，操纵台等。

与万能机床和专用机床相比，有如下特点：

（1）由于组合机床是由70～80%的通用零部件组成，在需要的时候，它可以部分或全部地进行改装，以组成适应新的加工要求的新设备。

也就是说，组合机床有重新改装的优越性，其通用零部件可以多次重复利用。

（2）组合机床是按具体的加工对象专门设计的。

因而可以按最合理的工艺过程进行加工。

这在万能机床上往往是不易实现的。

（3）在组合机床上可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工件进行加工。

它是实现集中工序的最好途径，是提高生产效率的有效设备。

（4）组合机床常常是用多轴对箱体零件一个面上的许多孔同时进行加工。

这样就能比较好的保证各孔之间的精度要求，提高产品质量；

减少了工件间的搬运，改善劳动条件；

也减少了机床的占地面积。

（5）由于组合机床大多书零部件是同类的通用部件，这就简化了机床的维修。

必要时可以更换整个部件，以提高机床的维修速度。

（6）组合机床的通用部件可以组织专门工厂集中生产。

这样可以采用专用高效设备进行加工，有利于提高通用部件的性能，降低制造成本[5]。

2零件的分析

2.1零件的作用

题目所给的零件是CA6140车床的84007车床衬套。

它位于车床变速机构中，主要起支撑轴的作用，换档，拨动相关齿轮与不同的齿轮啮合，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。

零件上方的2—M8孔与操纵机构相连，下方尺寸18H11处是用于控制齿轮的，通过上方的力拨动下方的齿轮变速。

图2.1车床衬套零件图

2.2零件的工艺分析

CA6140车床84007车床衬套共有二组加工表面，其相互有一定关联要求。

分析如下：

2.2.1以φ25H6为中心的一组加工表面

这一组加工表面有：

φ25H7

、φ45m6

、φ32、3×

0.5槽和孔φ7－φ13等。

2.2.2以尺寸90为中心的一组加工表面

这一组加工表面包括：

两端面、孔φ8H7－R5、槽5H7等。

这二组加工表面有一定的关联要求，即第二组尺寸和第一组尺寸相关联要求。

由上面分析可知，加工时应先加工第一组表面，再以第一组加工后表面和一端面为精基准加工另外一组加工面。

3工艺规程设计

3.1确定毛坯的制造形式

零件材料为45，考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，长度较短，故选择圆钢毛坯一次加工两件。

3.2基准的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。

基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。

否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行[6]。

3.2.1粗基准的选择

对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。

而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。

根据这个基准选择原则，现选取φ45们m6外圆毛坯面作为粗基准，车床的三爪卡盘装夹车削φ45H6等相关加工面。

3.2.2精基准的选择

主要应该考虑基准重合的问题。

当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复，现选取下端面、槽5H9和孔φ25H7[7]。

3.3制定工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，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[8]。

3.3.1加工工艺路线方案一

工序一：

夹φ45m6毛坯外圆，车φ45m6至φ44.6、齐端面、φ70、φ42、钻孔φ25H7底孔φ24.6，控制长度尺寸，掉头装夹，加工以上参数，具体参数参照工序卡片，切断。

工序二：

铣φ70端面，保证尺寸90

工序三：

精车车孔φ25H7，车孔φ31

工序四：

精车φ45H6、齐端面保证尺寸90

工序五：

铣内侧面A，保证尺寸4.5

工序六：

钻孔φ8H9、扩R5

工序七：

钻孔φ7－φ13

工序八：

铣开挡5H9，保证尺寸26

工序九：

铣凸台平面，保证尺寸67.5

工序十：

检查

工序十一：

入库

3.3.2工艺路线方案二

车φ45H6、齐端面保证尺寸90

精车车孔φ25H7

铣尺寸29，保证尺寸59.5

铣开裆尺寸5H9

3.3.3工艺路线分析比较

工艺路线一与工艺路线二的差别在于对铣尺寸29，保证尺寸59.5的加工安排，工艺路线一以底面、孔φ25H7和槽5H9定位加工尺寸29，能很好的保证孔的轴线与面的平行度要求，后面工序仍以此基准加工其他尺寸，能很好的保证尺寸公差和行位公差的要求，所以此次设计依据工艺路线一来开展设计。

3.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定

CA6140车床84007车床衬套，零件材料为45，生产类型大批量，铸造圆钢。

据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

3.4.1内孔的加工余量及公差

查《机械制造工艺设计简明手册》（以下称《工艺手册》）表2.2-2.5，取φ25H7内孔余量为2。

3.4.2车削加工余量

粗车1.6mm

精车0.4mm

由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。

因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。

3.5确立切削用量及基本工时

（1）工序一

（a）加工条件

工件材料：

45，圆钢。

机床：

C6116车床。

刀具：

YG15硬质合金车刀。

（b）车切削用量

因为切削量不大，故可以选择ap1=3mm。

查车刀后刀面最大磨损及寿命

查《机械加工工艺师手册》表27-11，车后刀面最大磨损为1.0mm～1.5mm。

查《机械加工工艺师手册》表27-11，寿命T=180min

切削速度按最大尺寸设计，即：

按最大外圆处φ75计算切削速度

查表《机械加工工艺师手册》，Vc=

（3.1）

算得Vc＝64mm/s，n=439r/min，Vf=490mm/s

据C6116车床参数，选择nc=475r/min，Vfc=475mm/s，则实际切削速度Vc=3.14×

75×

475/2×

1000=55.93m/min，校验机床功率查《切削手册》Pcc=2.1kw，而机床所能提供功率为10W，Pcm>

Pcc。

故校验合格。

车削参数最终确定ap=1.8mm，nc=475r/min，Vfc=475mm/s，Vc=55.93m/min，fz=0.16mm/r。

计算车削基本工时

Φ45处工时：

T车＝（75-45）L/2ncff=6×

40/475×

0.16=3.12min

Φ32处工时：

T车＝（75-42）L/ncff=（75-42）/2×

475×

0.16=2.86min

Φ70处工时：

T车＝（75-70）L/2×

3ncff=（75-70）/2×

0.16=1.3min

齐端面工时：

T车＝75L/3×

2ncff=75/3×

2×

0.16=6.5min

T1＝3.12+2.86+1.3+6.5＝13.78min

掉头加工工时相同，即：

T2＝13.78min

切断工时：

T3＝70/3×

0.16＝0.15min

T总＝13.78×

2+0.15＝27.71min

（2）工序三和工序四

精车φ45H6、齐端面保证尺寸90，精车车孔φ25H7。

（b）切削用量

因为是精加工，切削量不大，故可以选择ap1=0.2mm，1次走刀即可完成所需尺寸。

查车刀后刀面最大磨损及寿命：

查《机械加工工艺师手册》表27-11，寿命T=180min。

计算切削速度按《机械加工工艺师手册》，Vc=

（3.2）

算得Vc＝68mm/s，n=439r/min，Vf=490mm/s，因是精加工，为取得高的加工精度和表面粗糙度，故选择高的转速。

据C6116车床参数，选择nc=625r/min，Vfc=574mm/s，则实际切削速度Vc=3.14×

45×

625/2×

1000=44.15m/min，校验机床功率查《切削手册》Pcc=1.1kw，而机床所能提供功率为10W，Pcm>

车削参数最终确定ap=0.2mm，nc=625r/min，Vfc=574mm/s，Vc=44.15m/min，fz=0.16mm/r。

计算车削基本工时：

Φ45m6处工时：

T1＝L/ncff=40/625×

0.16=0.4min

Φ25H7处工时：

T2＝L/ncff=90/625×

0.16=0.82min

T总＝0.4+0.82＝1.22min

（3）工序六

钻孔φ8H9、扩R5。

Z3032钻床。

选择高速钢麻花钻钻头，do=φ8H7mm，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝120°

，d＝φ10。

查《切削手册》f=0.70mm/r～0.86mm/r；

，所以，

mm/r

按钻头强度选择

mm/r按机床强度选择

mm/r

最终决定选择机床已有的进给量

mm/r经校验

校验成功。

钻头磨钝标准及寿命：

后刀面最大磨损限度（查《切削手册》）为0.5mm～0.8mm，寿命

．

切削速度：

查《切削手册》

mm/r修正系数

故

mm/r。

r/min（3.3）

查《切削手册》机床实际转速为

r/min

故实际的切削速度

mm/r（3.4）

校验扭矩功率：

Nm；

Nm，所以

Pc=1.7kw～2.0kw<

PE故满足条件，校验成立。

计算工时：

（3.5）

T总＝2×

0.07＝0.14min

（4）工序七

钻孔φ7－φ13。

XA62卧式铣床。

高速钢圆柱铣刀，深度ap<

=3，，故据《切削用量简明手册》（后简称《切削手册》）取刀具直径do=18mm。

选择高速钢麻花钻钻头，do=φ7mm，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝120°

，标准φ13×

90度锪钻。

所以，

。

（c）切削速度

r/min（3.6）

mm/r（3.7）

（3.8）

（5）工序八

铣开裆尺寸5H9。

=3，，故据《切削用量简明手册》（后简称《切削手册》）取刀具直径do=5mm。

铣削深度因为切削量不大，故可以选择ap=2.5mm，2次走刀即可完成所需尺寸。

每齿进给量机床功率为7.5kw。

查《切削手册》f=0.14mm/z～0.24mm/z。

采用不对称铣，选较小量f=0.14mm/z。

查后刀面最大磨损及寿命：

查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0mm～1.5mm。

查《切削手册》表3.8，寿命T=180min

计算切削速度按《切削手册》，查得Vc＝38mm/s，n=439r/min，Vf=490mm/s

据XA62铣床参数，选择nc=475r/min，Vfc=475mm/s，则实际切削Vc=3.14×

5×

475/1000=44.5m/min，校验机床功率查《切削手册》Pcc=1.1kw，而机床所能提供功率为Pcm>

最终确定ap=2.5mm，nc=475r/min，Vfc=475mm/s，Vc=44.5m/min，fz=0.16mm/z。

计算基本工时：

tm＝2L/Vf=2×

（5+9）/475=0.05min。

（6）工序九

铣凸台平面，保证尺寸67.5。

高速钢圆柱铣刀，铣削宽度ae<

=60，深度ap<

=3，故据《切削用量简明手册》（后简称《切削手册》）取刀具直径do=30mm。

铣削深度因为切削量不大，故可以选择ap1=4.0mm，四次走刀即可完成所需尺寸。

由于是对称铣，选较小量f=0.14mm/z。

计算切削速度按《切削手册》，查得Vc＝98mm/s，n=439r/min，Vf=490mm/s

30×

475/1000=44.75m/min，校验机床功率查《切削手册》Pcc=1.1kw，而机床所能提供功率为10W，Pcm>

最终确定ap=4mm，nc=475r/min，Vfc=475mm/s，Vc=44.75m/min，fz=0.16mm/z。

tm＝4L/Vf=4×

（42+30）/475=0.6min

（7）工序十：

（8）工序十一：

4夹具设计

经过和老师的磋商，本设计选择的是工序八进行夹具设计，即钻孔φ8H9、扩孔R5的夹具设计。

4.1问题的提出

车床衬套材料为45钢，年产量5万件。

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。

本夹具用于车床衬套侧孔的钻削加工。

机床夹具是一种在金属切削机床上实现装夹任务的工艺装备，是机械加工工艺系统的一个重要组成部分。

在给定的零件中，对本工序加工的主要考虑孔φ8H和端面的位置要求以及和槽5H9槽的位置要求，由于公差要求较低，因此，本步的重点应在卡紧的方便与快速性上。

4.2定位元件的选择

在设计夹具的过程中要考虑到工件是否正确定位，保证加工精度，缩短安装时间，提高劳动生产率，扩大机床工艺范围，实现一机多能，操作方便，可降低对工人的技术要求，还可减轻工人的劳动强度。

夹具包括定位元件装置，夹紧装置，对刀—导向元件，连接元件以及其他夹紧装置和夹具体[9]。

常见的定位元件有支撑钉、支撑板、定位销、锥面定位销、V形块、定位套、锥度心轴等等。

本夹具设计出于定位简单和快速的考虑，选择φ25H7孔和底面以及槽5H9为基准，使工件完全定位。

采用的定位元件有心轴和定位销。

4.3夹紧机构的设计

工件在夹具中定位后一般应夹紧，使工件在加工过程中保持以获得的定位不被破坏。

由于工件在加工过程中受切削力，惯性力、夹紧力等的作用，会形成变形或位移，从