CA6140车床后托架加工工艺及夹具设计(有cad源图).doc

目 录一、后托架零件的分析21.1后托架的用途及作用21.2后托架的工艺分析21.3确定后托架零件的生产类型、及制造方法2二、 工艺规程设计22.1定位基准的选择22.2 制定工艺路线32.2.1.表面加工方法的选择32.2.2加工阶段的划分32.2.3采用工序的集中的原则32.2.4 确定工艺路线42.3加工设备及工艺装备的选用72.4 工序基准、工序尺寸、加工余量的确定82.4.1 工序基准的选择82.4.2工序尺寸的确定82.4.3加工余量的确定92.5切削用量和时间定额的计算11三、专用夹具设计163.1 铣平面夹具设计173.1.1 定位基准的选择173.1.2 切削力及夹紧分析计算173.2 钻三杠孔夹具设计183.2.1定位基准的选择183.2.2 切削力及夹紧力的计算183.3 钻底孔夹具设计193.3.1 定位基准的选择193.3.2切削力及夹紧力的计算19一、后托架零件的分析1.1后托架的用途及作用机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段。在实际生产中，由于零件的生产类型、材料、结构、形状、尺寸和技术要求等不同，针对某一零件，往往不是单独在一种机床上，用某一种加工方法就能完成的，而是要经过一定的工艺过程才能完成其加工。因此，不仅要根据零件的具体要求，结合现场的具体条件，对零件的各组成表面选择合适的加工方法，还要合理地安排加工顺序，逐步地把零件加工出来。对于CA6140车床后托架零件。后托架在CA6140车床床身的尾部，三个孔分别装丝杠、光杠、转向开关，起加强固定作用；在ø40mm与ø30.2mm之间的孔为毛线孔，用于导通油路；旁路的螺纹孔是连接油盖的；正面的四个孔将后托架固定于车床尾部。1.2后托架的工艺分析由零件图1-1可得：CA6140车床后托架是铸造件，从整体形状来看类似长方体。根据要求主要是加工孔和底平面。具体特点和技术要求如下： 精加工孔, , 要求达到的精度等级为。粗糙度为，且以底平面为基准，要求平行度公差为，主要满足加工孔的位置精度。 其他各个孔的加工都要以底平面为定位基准。所以，底平面的形位公差要达到设计要求。 、粗糙度为；为锥孔，且粗糙度为。 其余未注要求的加工表面为不去除材料加工。1.3确定后托架零件的生产类型、及制造方法零件材料为HT200，采用铸造。由于零件年产量为5000件，已达大批量生产水平，故采用铸造精度较高的金属型铸造，生产率很高，可以免去每次造型。二 工艺规程设计2.1定位基准的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面的选择的正确与合理，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，甚至还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。（1）精基准的选择从CA6140机床后托架零件图分析可知，底面A为设计基准，选其为精基准可以实现设计基准和工艺基准重合，遵循“基准统一”原则。（2）粗基准的选择因本零件毛坯是金属模铸造成型，铸件精度较高，所以选择侧面孔、底面作为粗基准加工底面A，可以为后续工序准备好精基准。2.2 制定工艺路线2.2.1.表面加工方法的选择（1）平面的加工由参考文献1指导教程表1-8和表1-19可以确定，底面的加工方案：粗铣精铣（），粗糙度为6.30.8，一般不淬硬的平面加工，平面度为0.02，满足加工要求。（2） 孔的加工方案由于孔的表面粗糙度为1.6，查参考文献1指导教程表1-7选侧面三孔（，）的加工顺序为：粗镗半精镗精镗。而顶面的四个孔采取的加工方法分别是：因为孔的表面粗糙度的要求都不高，是，所以我们采用一次钻孔的加工方法，的孔选择的加工方法是钻，因为是一组阶梯孔，所以可以在已经钻了的孔基础上再用锪孔钻锪到，而另一组和也是一组阶梯的孔，不同的是是锥孔，起表面粗糙度的要求是，根据参考文献1机械制造技术基础课程设计指导教程表1-7对的孔选用钻粗铰精铰加工方法。3.2.2加工阶段的划分该后托架的加工质量要求较高，可将整个加工过程划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准（后托架底面）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗镗孔、。在半精加工阶段，完成孔、半精镗，阶梯孔的钻、锪和铰加工和加工螺纹孔、进油孔，在精加工阶段，进行后托架底面的精铣加工。2.2.3采用工序的集中的原则选用工序集中原则安排后托架的加工工序。该后托架的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。2.2.4 确定工艺路线拟定工艺路线是制定工艺过程的关键性的一步。主要工序的加工工艺路线 根据孔的技术要求，由资料7公差与配合技术手册得：，；根据公式；查资料6互换性与技术测量表1-8得：精度等级为。同理可得：孔精度等级为。孔精度等级为。由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，查表1.3可得孔的加工工艺路线为：钻粗铰精铰 根据孔、粗糙度为，查资料7公差与配合技术手册得：与有一定的线性关系：即：查公差与配合技术手册表，取由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，查表1.3可得孔的加工工艺路线为：钻孔扩孔 孔锥孔粗糙度为由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，查表1.3可得孔的加工工艺路线为：粗铰精铰 底平面A粗糙度为由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，查表1.3可得孔的加工工艺路线为：粗铣精铣细铣CA6140后托架加工工艺路线的确定 加工工艺路线方案在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订两个加工工艺路线方案。见下表：表1.4 加工工艺路线方案工序号方案方案工序内容定位基准工序内容定位基准010粗刨底平面侧面和外圆粗、精铣底平面侧面和外圆020精铣底平粗侧面和外圆钻、扩孔：、底面和侧面030细精铣底平 侧面和外圆粗铰孔：、底面和侧面040钻、扩孔：、 底面和侧面粗铣油槽底面和侧面050粗铰孔：、 底面和侧面精铰孔：、底面和侧面060精铰孔：、 侧面和两孔锪钻孔：底面和侧面070粗铣油槽底面和侧面钻：、底面和侧面080锪钻孔：底面和侧面扩孔底面和侧面090钻：、底面和侧面精铰锥孔：底面和侧面110扩孔底面和侧面锪钻孔：、底面和侧面120精铰锥孔：底面和侧面去毛刺130锪钻孔：、底面和侧面钻：、底面和孔140钻：、底面和孔攻螺纹底面和孔150攻螺纹底面和孔细精铣底平面侧面和孔160倒角去毛刺倒角去毛刺170检验检验 加工工艺路线方案的论证a.方案中的010和150工序在铣床上加工底平面，主要考虑到被加工表面的不连续，并且加工表面积不是很大，工件受太大的切削力易变形，不能保证平面的平面度公差。方案比方案铣平面生产效率底，采用铣较经济合理。b.方案在012工序中按排倒角去毛刺，这不仅避免划伤工人的手，而且给以后的定位及装配得到可靠的保证。c.方案在010工序中先安排铣底平面，主要是因为底平面是以后工序的主要定位面之一，为提高定位精度。d.方案把细精铣底平面A安排在后工序中，是以免划伤而影响美观及装配质量。e.方案符合粗精加工分开原则。由以上分析：方案为合理、经济的加工工艺路线方案。具体的工艺过程如下表：表1.5 加工工艺路线工序号工 种工作内容说 明010铸砂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钻钻、扩钻：工件用专用夹具装夹；摇臂钻床070铣粗铣油槽080铰粗、精铰孔：工件用专用夹具装夹；摇臂钻床090钻将孔、钻到直径工件用专用夹具装夹；摇臂钻床110扩孔钻将扩孔到要求尺寸120锪孔钻锪孔、到要求尺寸130铰精铰锥孔140钳去毛刺150钻钻孔、160攻丝攻螺纹170铣细精铣底平面工件用专用夹具装夹；立式铣床180钳倒角去毛刺190检验210入库清洗，涂防锈油2.3加工设备及工艺装备的选用机床的选用查资料1机械加工工艺手册可得：立式铣床，主要用于铣加工。 摇臂钻床，可用于钻、扩、铰及攻丝。刀具的选用 查资料1机械加工工艺手册可得：高速钢端面铣刀，铣刀材料：，刀具的角度取： 钻头：直柄麻花钻 直柄短麻花钻 直柄长麻花钻 铸铁群钻 直柄扩孔钻 锥柄扩孔钻 锪钻：带导柱直柄平底锪钻 铰刀：硬质合金锥柄机用铰刀 锥铰刀：公制/莫氏4号锥直柄铰刀，刀具材料：其他设备的选用 夹具：夹具采用专用的铣、钻夹具 量具选用：锥柄双头塞规，多用游标卡尺辅助设备：锉刀、钳子等2.4 工序基准、工序尺寸、加工余量的确定2.4.1 工序基准的选择工序是在工序图上以标定被加工表面位置尺寸和位置精度的基准。所标定的位置尺寸和位置精度分别称为工序尺寸和工序技术要求，工序尺寸和工序技术要求的内容在加工后应进行测量，测量时所用的基准称为测量基准。通常工序基准和测量基准重合。工序基准的选择应注意以下几点： 选设计基准为工序基准时，对工序尺寸的检验就是对设计尺寸的检验，有利于减少检验工作量。 当本工序中位置精度是由夹具保证而不需要进行试切，应使工序基准与设计基准重合。 对一次安装下所加工出来的各个表面，各加工面之间的工序尺寸应与设计尺寸一致。2.4.2工序尺寸的确定孔、 、中心轴线间的尺寸链的计算 尺寸链图（如图1.2） 图1.2尺寸链图 的基本尺寸由公式：=得： 环公差 式（1.1） 式（1.2） 中间偏差 式（1.3） 环极限偏差 式（1.4） 环极限尺寸 孔、 、的工序尺寸和公差 孔 ,粗糙度要求为,加工路线为: 钻粗铰精铰查表1.3确定各工序的基本余量为:钻: 扩钻: 粗铰: 精铰: 各工序的工序尺寸:精铰后:由零件图可知；粗铰后:；扩钻后:；钻后：；各工序的公差按加工方法的经济精度确定，标注为：精镗后:由零件图可知；粗铰后:按级查资料6互换性与技术测量表；可得扩钻后:按级查资料6互换性与技术测量表；可得钻后： 孔,粗糙度要求为同理：精铰后:由零件图可知粗铰后: 扩钻后: 钻后： 孔,粗糙度要求为同理：精铰后:由零件图可知粗铰后: 扩钻后: 钻后：2.4.3加工余量的确定加工余量、工序尺寸及偏差查资料2机械加工工艺手册表6-20，并计算列表如下：表1.6 加工余量、工序尺寸及偏差确定序号加工表面加工内容加工余量表面粗糟度尺寸及偏差备注1底平面粗铣精铣细精铣2钻扩钻粗铰精铰3锪孔深；深；深；4钻孔深扩孔5钻孔深粗铰锥孔精铰锥孔6钻螺纹孔深攻丝7钻深2.5切削用量和时间定额的计算铣底平面A的切削用量及工时定额 粗铣 由资料1机械加工工艺手册表2.4-73得：取，；由铣刀直径，铣刀齿数 ；则：主轴转速 ，则取 式（1.5）实际铣削速度 式（1.6） 式（1.7）铣刀切入时取： 式（1.8）铣刀切出时取：被切削层长度：由毛坯尺寸可知根据资料5机械制造工艺学表可得： 式（1.9） 精铣 由资料1机械加工工艺手册表得：， ；由式1.5得，主轴转速 ，则取由式1.6得，实际铣削速度由式1.7得，同理：由式1.9得 细精铣 由资料1机械加工工艺手册表得：， ；由式1.5，主轴转速 ，则取由式1.6得，实际铣削速度由式1.7得， 同理：由式1.9得 钻、扩、铰、锪孔加工的切削用量及工时定额 钻、扩、铰孔、的切削用量及工时定额钻孔加工钻孔：由资料1机械加工工艺手册表得：进给量,切削速度，；由式1.5得，机床主轴转速，取由式1.6得，实际切削速度 被切削层长度：刀具切入长度： 式（1.10）刀具切出长度： 取 根据资料5机械制造工艺学表可得 式（1.11）同理：钻孔由资料1机械加工工艺手册表得： ，；由式1.5得，取由式1.6得，根据式1.11可得 同理：钻孔由资料1机械加工工艺手册表得：，；由式1.5得，取由式1.6得，根据式1.11可得 扩孔加工扩孔：由资料1机械加工工艺手册表2.4-52，取， ，切削深度，；由式1.5得，取由式1.6得， 由式1.10得，刀具切出长度： 取根据式1.11可得：同理：扩孔由资料1机械加工工艺手册表2.4-52，取， ，；由式1.5得，取由式1.6得，根据式1.11可得：同理：扩孔由资料1机械加工工艺手册表2.4-52，取， ，；由式1.5得，取由式1.6得，根据式1.11可得：铰孔加工铰孔：由资料1机械加工工艺手册表得：； 由式1.5得，取由式1.6得， ，铰圆柱孔时，由资料1机械加工工艺手册表得：根据式1.11可得：同理：铰孔由资料1机械加工工艺手册表得：，； 由式1.5得，取由式1.6得， ，铰圆柱孔时，由资料1机械加工工艺手册表得：根据式1.11可得：同理：铰孔由资料1机械加工工艺手册表得：，； 由式1.5得，取由式1.6得， ，铰圆柱孔时，由资料1机械加工工艺手册表得：根据式1.11可得： 加工孔、的切削用量及工时定额将、钻到直径由资料1机械加工工艺手册表查得：进给量,切削速度，切削深度；由式1.5得，取由式1.6得， 被切削层长度：由式1.10得：刀具切出长度： 取 根据式1.11可得： 扩孔扩孔由资料1机械加工工艺手册表2.4-52，取， ，切削深度；由式1.5得，取由式1.6得， 被切削层长度：由式1.10得：刀具切出长度： 取根据式1.11可得： 铰锥孔铰锥孔由资料1机械加工工艺手册表得：，切削深度；由式1.5得，取由式1.6得，取， 式（1.12）根据式1.11可得：锪孔（、）由资料1机械加工工艺手册表得：进给量,切削速度；则孔：，；取，；则由式1.11得，孔：，；取，；则由式1.11得，孔：，；取，；则由式1.11得，锪孔加工总的基本时间 ：钻由资料1机械加工工艺手册表得：进给量,切削速度，切削深度；由式1.5得，取由式1.6得， 被切削层长度：由式1.10得：刀具切出长度： 取 根据式1.11可得： 加工螺纹孔的切削用量及工时定额钻螺纹孔由资料1机械加工工艺手册表得：进给量,切削速度，切削深度；由式1.5得，取由式1.6得，被切削层长度：由式1.10得：刀具切出长度： 取根据式1.11可得：攻丝根据查表：螺距，；由式1.5得，取由式1.6得，根据式1.11可得：由以上计算可得总的基本时间 技术时间定额除了基本时间以外，还包括辅助时间、服务时间、休息及自然需要时间、准备终结时间所组成。 辅助时间辅助时间主要包括卸载工件，开停机床，改变切削用量和测量工件等所用的时间。 服务时间 休息及自然需要时间 准备终结时间将上述所列的各项时间组合起来，可得到各种定额时间：工序时间：单件时间: 单件计算时间：其中：N零件批量（件）三、专用夹具设计机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，在整个加工构成中，夹具不仅仅是为了夹紧、固定被加工零件，设计合理的夹具，还要求保证加工零件的位置精度、提高加工生产率。各种专用夹具的设计质量，将直接影响被加工零件的精度要求，在机械加工工艺过程中起到重要的作用。3.1 铣平面夹具设计3.1.1 定位基准的选择由零件图可知：粗铣平面对孔、的中心线和轴线有尺寸要求及平行度要求，其设计基准为孔的中心线。为了使定位误差达到要求的范围之内，在此选用V形块定心自动找到中心线，这种定位在结构上简单易操作。采用V形块定心平面定位的方式，保证平面加工的技术要求。同时，应加一侧面定位支承来限制一个沿轴移动的自由度。3.1.2 切削力及夹紧分析计算刀具材料：（高速钢端面铣刀） 刀具有关几何参数： 由资料10机床夹具设计手册表1-2-9得，铣削切削力的计算公式： 式（2.1）查资料10机床夹具设计手册表得：对于灰铸铁： 取 ， 即由式2.1得，由资料9金属切削刀具表1-2可得：垂直切削力 ：（对称铣削） 式（2.2）背向力： 式（2.3）根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即： 式（2.4）安全系数K可按下式计算： 式（2.5）式中：为各种因素的安全系数，见资料10机床夹具设计手册表可得： 由式2.4得 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算： 式（2.6）式中参数由资料10机床夹具设计手册可查得： 其中： 由式2.6得，螺旋夹紧力： 易得：经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可靠的。3.2 钻三杠孔夹具设计3.2.1定位基准的选择由零件图可知：孔、的轴线与底平面有平行度公差要求，在对孔进行加工前，底平面进行了粗铣加工。因此，选底平面为定位精基准（设计基准）来满足平行度公差要求。孔、的轴线间有位置公差，选择左端面为定位基准来设计钻模，从而满足孔轴线间的位置公差要求。工件定位用底平面和两个侧面来限制六个自由度。3.2.2 切削力及夹紧力的计算由资料10机床夹具设计手册查表可得：切削力公式： 式（2.11）式中 查资料10机床夹具设计手册表得： 即由式2.11得：切削扭矩公式 ： 式（2.12）即：根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。 由资料10机床夹具设计手册表得： 式（2.13） 取， 即：螺旋夹紧时产生的夹紧力按式2.6计算：式中参数由资料10机床夹具设计手册可查得： 其中： 螺旋夹紧力：该夹具采用螺旋夹紧机构，用螺栓通过弧形压块压紧工件。受力简图如下： 图2.1 受力简图由资料10机床夹具设计手册表得：原动力计算公式 式（2.14）即： 由上述计算易得： 因此采用该夹紧机构工作是可靠的。3.3 钻底孔夹具设计3.3.1 定位基准的选择由零件图可知：在对孔进行加工前，底平面进行了粗铣加工。因此，选底平面为定位精基准（设计基准）。选择左端面为定位基准来设计钻模，从而满足孔的位置公差要求。工件定位用底平面和两个侧面来限制六个自由度。3.3.2切削力及夹紧力的计算由资料10机床夹具设计手册查表可得：切削力由式2.11得： 式中 查资料10机床夹具设计手册表得： 即：切削扭矩由式2.12得： 即：实际所需夹紧力：由式2.13得： 取，即：螺旋夹紧时产生的夹紧力由式2.6得：该夹具采用螺旋夹紧机构，用螺栓通过弧形压块压紧工件。受力简图如下：图2.2 受力简图由表得：原动力计算由式 2.14得，即： 由上述计算易得： 因此采用该夹紧机构工作是可靠的。