CA6140机床后托架加工工艺及铣底面夹具设计解析.doc

CA6140机床后托架加工工艺及铣底面夹具设计一、零件分析1(一)零件的作用1（二）零件的工艺分析1二、工艺规程设计2（一）确定毛坯的制造形式2（二） 基面的选择2（三） 制定工艺路线3（四）机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定51 毛坯的结构工艺要求52 CA6140机床后托架的偏差计算6（五）确定切削用量及基本工时101 工序1：粗、精铣底面102 工序2 粗、半精、精镗CA6140侧面三杠孔11（三）专用夹具设计16铣平面夹具设计161 研究原始质料162 定位基准的选择163 切削力及夹紧分析计算164误差分析与计算185 夹具设计及操作的简要说明18参考文献19一、零件分析(一)零件的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。（二）零件的工艺分析其加工有三组加工。底面、侧面三孔、顶面的四个孔、以及左视图上的两个孔。以底面为主要加工的表面，有底面的铣加工，其底面的粗糙度要求是，平面度公差要求是0.03。另一组加工是侧面的三孔，分别为，其表面粗糙度要求 要求的精度等级分别是，。以顶面为住加工面的四个孔，分别是以和为一组的阶梯空，这组孔的表面粗糙度要求是，以及以和的阶梯孔，其中是装配铰孔，其中孔的表面粗糙度要求是，是装配铰孔的表面粗糙度的要求是。CA6140机床后托架毛坯的选择金属行浇铸，因为生产率很高，所以可以免去每次造型。单边余量一般在，结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。因为CA6140机床后托架的重量只有3.05kg,而年产量是5000件，由7机械加工工艺手册表2.1-3可知是中批量生产。二、工艺规程设计（一）确定毛坯的制造形式零件材料为HT15-33，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） 基面的选择要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工，在 小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。要考虑被加工材料的性质，例如，淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法。再选择前面各工序的加工方法，如加工某一轴的主要外圆面，要求公差为IT6，表面粗糙度为Ra0.63m，并要求淬硬时，其最终工序选用精度，前面准备工序可为粗车半精车淬火粗磨。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。（三） 制定工艺路线 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1.1加工工艺路线方案比较表工序号方案方案工序内容定位基准工序内容定位基准010粗铣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粗镗孔：、 底面和侧面040钻、扩孔：、 底面和侧面半精镗孔：、底面和侧面050粗铰孔：、 底面和侧面精镗孔：、底面和侧面060精铰孔：、 侧面和两孔粗铣油槽底面和侧面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攻螺纹底面和孔锪平面160锪平面倒角去毛刺170倒角去毛刺检验180检验加工工艺路线方案的论证：方案在120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。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。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1.2加工工艺过程表工序号工 种工作内容说 明010铸造金属型铸造铸件毛坯尺寸：长： 宽： 高：孔：、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粗镗粗镗镗孔：，工件用专用夹具装夹；立式铣镗床（）070铣粗铣油槽080半精镗半精镗镗孔：，工件用专用夹具装夹；立式铣镗床（）090精镗精镗镗孔：，工件用专用夹具装夹；立式铣镗床（）100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、工件用专用夹具装夹；摇臂钻床160攻丝攻螺纹170钳倒角去毛刺180检验190入库清洗，涂防锈油（四）机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定CA6140机床后托架的铸造采用的是铸铁制造，其材料是HT150，硬度HB为150-200，生产类型为中批量生产，采用铸造毛坯。1 毛坯的结构工艺要求CA6140车床后托架为铸造件，对毛坯的结构工艺有一定要求：、铸件的壁厚应和合适，均匀，不得有突然变化。、铸造圆角要适当，不得有尖角。、铸件结构要尽量简化，并要有和合理的起模斜度，以减少分型面、芯子、并便于起模。、加强肋的厚度和分布要合理，以免冷却时铸件变形或产生裂纹。、铸件的选材要合理，应有较好的可铸性。毛坯形状、尺寸确定的要求设计毛坯形状、尺寸还应考虑到：、各加工面的几何形状应尽量简单。、工艺基准以设计基准相一致。、便于装夹、加工和检查。、结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。2 CA6140机床后托架的偏差计算底平面的偏差及加工余量计算底平面加工余粮的计算，计算底平面与孔（，）的中心线的尺寸为。根据工序要求，顶面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：由参考文献5机械加工工艺手册第1卷表3.2-23。其余量值规定为，现取。表3.2-27粗铣平面时厚度偏差取。精铣：由参考文献7机械加工工艺手册表2.3-59，其余量值规定为。铸造毛坯的基本尺寸为，又根据参考文献7机械加工工艺手册表2.3-11,铸件尺寸公差等级选用CT7，再查表2.3-9可得铸件尺寸公差为毛坯的名义尺寸为：毛坯最小尺寸为：毛坯最大尺寸为：粗铣后最大尺寸为：粗铣后最小尺寸为：精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即与侧面三孔（，）的中心线的尺寸为。正视图上的三孔的偏差及加工余量计算参照参考文献7机械加工工艺手册表2.3-59和参考文献15互换性与技术测量表1-8，可以查得：孔：粗镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是半精镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是精镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是孔粗镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是半精镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是精镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是孔粗镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是半精镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是精镗的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是根据工序要求，侧面三孔的加工分为粗镗、半精镗、精镗三个工序完成，各工序余量如下：粗镗： 孔，参照7机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为；孔，参照7机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为；孔，参照7机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为。半精镗： 孔，参照7机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为；孔，参照7机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为；孔，参照7机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为。精镗： 孔，参照7机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为；孔，参照7机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为；孔，参照7机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为。铸件毛坯的基本尺寸分别为：孔毛坯基本尺寸为：；孔毛坯基本尺寸为：；孔毛坯基本尺寸为：。根据参考文献7机械加工工艺手册表2.3-11，铸件尺寸公差等级选用CT7，再查表2.3-9可得铸件尺寸公差分别为：孔毛坯名义尺寸为：；毛坯最大尺寸为：；毛坯最小尺寸为：；粗镗工序尺寸为：半精镗工序尺寸为：精镗后尺寸是，已达到零件图尺寸要求孔毛坯名义尺寸为：；毛坯最大尺寸为：；毛坯最小尺寸为：；粗镗工序尺寸为：；半精镗工序尺寸为：精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即：孔毛坯名义尺寸为：；毛坯最大尺寸为：；毛坯最小尺寸为：；粗镗工序尺寸为：半精镗工序尺寸为：精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即顶面两组孔和，以及另外一组的锥孔和毛坯为实心，不冲孔。两孔精度要求为，表面粗糙度要求为。参照参考文献7机械加工工艺手册表2.3-47，表2.3-48。确定工序尺寸及加工余量为：第一组：和加工该组孔的工艺是：钻扩锪钻孔： 扩孔： （Z为单边余量）锪孔： （Z为单边余量） 第二组：的锥孔和加工该组孔的工艺是：钻锪铰钻孔： 锪孔： （Z为单边余量）铰孔： （五）确定切削用量及基本工时1 工序1：粗、精铣底面机床：双立轴圆工作台铣床刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀）材料： 齿数粗铣铣削深度：每齿进给量：根据参考文献7机械加工工艺手册表2.4-73，取铣削速度：参照参考文献7机械加工工艺手册表2.4-81，取机床主轴转速：， 式（1.1）实际铣削速度： 式（1.2）进给量： 式（1.3）工作台每分进给量： ：根据参考文献7机械加工工艺手册表2.4-81,被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度： 式（1.4）取刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间： 式（1.5）精铣：铣削深度：每齿进给量：根据参考文献7机械加工工艺手册表2.4-73，取铣削速度：参照参考文献7机械加工工艺手册表2.4-81，取机床主轴转速，由式（1.1）有：， 实际铣削速度，由式（1.2）有：进给量，由式（1.3）有：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取走刀次数为1。机动时间，由式（1.5）有：本工序机动时间2 工序2 粗、半精、精镗CA6140侧面三杠孔机床：卧式镗床刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：粗镗孔切削深度：，毛坯孔径。进给量：根据参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量。切削速度：参照参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66取机床主轴转速，由式（1.1）有：，取实际切削速度，由式（1.2）有：工作台每分钟进给量： 式（1.7）被切削层长度：刀具切入长度： 式（1.6）刀具切出长度： 取行程次数：机动时间，由式（1.5）有：粗镗孔切削深度：，毛坯孔径进给量：根据参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量。切削速度：参照参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，取机床主轴转速，由式（1.1）有：取实际切削速度，由式（1.2）有： 工作台每分钟进给量，由式（1.7）有：被切削层长度：刀具切入长度，由式（1.6）有：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间，由式（1.5）有：粗镗孔切削深度：，毛坯孔径。进给量：根据参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，取机床主轴转速，由式（1.1）有：，取实际切削速度，由式（1.2）有： 工作台每分钟进给量，由式（1.7）有：被切削层长度：刀具切入长度，由式（1.6）有：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间，由式（1.5）有：半精镗孔切削深度：，粗镗后孔径进给量：根据参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，取：机床主轴转速，由式（1.1）有，取实际切削速度，由式（1.2）有： 工作台每分钟进给量，由式（1.7）有：被切削层长度：刀具切入长度，由式（1.6）有：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间，由式（1.5）有：3精镗孔切削深度：，半精镗后孔径进给量：根据参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，取机床主轴转速，由式（1.1）有：，取实际切削速度，由式（1.2）有： 工作台每分钟进给量，由式（1.7）有：被切削层长度：刀具切入长度，由式（1.6）有：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间，由式（1.5）有：4精镗孔切削深度：，半精镗后孔径进给量：根据参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，取机床主轴转速，由式（1.2）有：，取实际切削速度，由式（1.2）有： 工作台每分钟进给量，由式（1.7）有：被切削层长度：刀具切入长度，由式（1.6）有：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间，由式（1.7）有：本工序所用的机动时间：（三）专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工CA6140机床后托架零件时，需要设计专用夹具。根据任务要求中的设计内容，需要设计加工工艺孔夹具及铣底面夹具一套。其中加工侧面的三孔的夹具将用于卧式镗床，而顶面的四孔用到的刀具分别为两把麻花钻、扩孔钻、铰刀以及锪钻进行加工，侧面两个孔将用两把麻花钻对起进行加工。铣平面夹具设计1 研究原始质料利用本夹具主要用来粗铣底平面，该底平面对孔、的中心线要满足尺寸要求以及平行度要求。在粗铣此底平面时，其他都是未加工表面。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。2 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 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： 由参考文献16机床夹具设计手册表1-2-9 可得铣削切削力的计算公式： 式（2.1）查参考文献16机床夹具设计手册表得：对于灰铸铁： 式（2.2）取 ， 即所以 由参考文献17金属切削刀具表1-2可得：垂直切削力 ：（对称铣削） 式（2.3）背向力：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，见机床夹具设计手册表可得： 所以 式（2.6） 式（2.7） 式（2.8）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（2.9）式中参数由参考文献16机床夹具设计手册可查得： 其中： 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。4误差分析与计算该夹具以平面定位V形块定心，V形块定心元件中心线与平面规定的尺寸公差为。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 式（2.10）由参考文献16机床夹具设计手册可得：、平面定位V形块定心的定位误差 ：、夹紧误差 ： 式（2.11）其中接触变形位移值： 式（2.12）、磨损造成的加工误差：通常不超过、夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。5 夹具设计及操作的简要说明如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。由于该工件体积小，工件材料易切削，切削力不大等特点。经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，支承钉和V形块采用可调节环节。以便随时根据情况进行调整。参考文献1 大连大学机械学院，制造技术基础课程设计指导书，2011。2 孟少龙，机械加工工艺手册第1卷M，北京：机械工业出版社，1991。3 金属机械加工工艺人员手册修订组，金属机械加工工艺人员手册M，上海：上海科学技术出版社，1979。4 周永强，高等学校毕业设计指导M，北京：中国建材工业出版社，2002。5 马贤智，机械加工余量与公差手册M，北京：中国标准出版社，1994。6 上海金属切削技术协会，金属切削手册M，上海：上海科学技术出版社，1984。7 李洪，机械加工工艺手册M，北京：机械工业出版社，1990。如需图纸及word版本说明书，请联系QQ：289733042.