大 學(xué)
機(jī)械自造工藝及夾具課程設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)題目：制定“CA6140車床手柄座”的機(jī)械加工工藝規(guī)程及工藝裝備
設(shè)計(jì)時(shí)間：
設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、熟悉零件圖；
2、繪制零件圖（一張）；
3、編寫工藝過(guò)程卡片和工序卡片（各一張）；
4、繪制夾具總裝配圖；
5繪制夾具零件圖；
6、說(shuō)明書
班 級(jí)：
學(xué) 生：
指導(dǎo)教師：
系 主 任：
機(jī) 械 制 造 技 術(shù) 基 礎(chǔ)
課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書
設(shè)計(jì)題目： 制定“CA6140車床手柄座”的機(jī)械加工工藝規(guī)程及工藝裝備
設(shè) 計(jì) 者：
指導(dǎo)教師：
日期：
目 錄
序 言 ……………………………………………………
一、零件的分析…………………………………………………..
1、零件的作用……………………………………….........
2、零件的工藝分析………………………………………
二、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)………………………………………………..
1、確定毛坯的制造形式………………………………….
2、基準(zhǔn)面的選擇…………………………………………
3、制定工藝路線…………………………………………
4、機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定……….
5、確定切削用量及基本工時(shí)……………………………
三、夾具設(shè)計(jì)……………………………………………………..
1、問題提出………………………………………………
2、夾具設(shè)計(jì)……………………………………………….
參考文獻(xiàn)…………………………………………………….
序言
機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是我們?cè)趯W(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課，專業(yè)基礎(chǔ)課以及專業(yè)課后進(jìn)行的。這是我們?cè)谶M(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前對(duì)所學(xué)的各科課程一次深入的綜合性總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練。因此，他在我們的大學(xué)四年生活中占有重要的地位。
就我個(gè)人而言，我希望通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)對(duì)自己未來(lái)將從事的工作進(jìn)一步適應(yīng)性的訓(xùn)練，希望自己在設(shè)計(jì)中能鍛煉自己的分析問題、解決問題、查資料的能力 ，為以后的工作打下良好的基礎(chǔ)。
由于能力有限，設(shè)計(jì)尚有很多不足之處，希望各位老師給予指導(dǎo)。
一、 零件的分析
1、零件的作用：
題目所給的零件是CA6140車床的手柄座。在使用過(guò)程中不經(jīng)常變動(dòng)主要起支撐作用零件上各個(gè)部位加工要求都不同,所有技術(shù)要求都是為了機(jī)床總體裝配.。
2、零件的工藝分析
手柄座的加工共有兩組加工表面，它們相互之間有一定的要求?，F(xiàn)分述如下：
（1）、以工件的上下表面為中心加工孔和槽。鉆Φ10H7的孔，鉆Φ14H7的孔，鉆Φ5.5 mm的孔，銑14mm*43mm的槽，鉆Φ5mm，鉆M10H7并配加鉗工加工。。其中主要加工孔Φ10H7。
（2）、以Φ25 mm的孔為中心加工表面和孔。銑上下表面，鉆Φ10H7，鉆Φ14H7的孔，鉆Φ5.5 mm的孔，鉆Φ5mm，鉆M10H7并配加鉗工加工。
有以上的分析可知，對(duì)于這兩組加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助于主要能夠夾具加工另一組表面，并保證它們的精度。
二 、工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)
1 、確定毛坯的的制造形式
零件材料為鑄鐵。手柄座在使用過(guò)程中不經(jīng)常的變動(dòng)，它的只起支撐的作用，受到的沖擊不是很大，只是在縱向上受到很大的壓力。在加工過(guò)程中的精度保證很重要，它對(duì)工件的定位有一定的保證作用。
2 、基準(zhǔn)的選擇
（1）、 粗基準(zhǔn)的的選擇 對(duì)于一般的箱體零件而言，以外表面作為粗基準(zhǔn)是合理的。但本對(duì)于零件來(lái)說(shuō)Φ25 mm作為粗基準(zhǔn)，則可造成鉆孔的垂直度和軸的平行度不能保證。對(duì)箱體零件應(yīng)以相關(guān)的表面作為粗基準(zhǔn)，現(xiàn)選取零件的上下表面互為基準(zhǔn)，再利用四爪卡盤卡住車Φ25 mm。利用內(nèi)孔Φ25 mm及鍵槽定位進(jìn)行鉆Φ10mm，在Φ25 mm中以長(zhǎng)心軸、鍵槽及零件的下表面進(jìn)行自由定位，達(dá)到完全定位。
（2） 、精基準(zhǔn)的選擇 主要考慮的是基準(zhǔn)的中和問題。當(dāng)設(shè)計(jì)與工序的基準(zhǔn)不重合時(shí)，因該進(jìn)行尺寸換算。
3 、制訂工藝路線
生產(chǎn)為大批量生產(chǎn)，故采用萬(wàn)能機(jī)床配以專用夾具，并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。同時(shí)還可降低生產(chǎn)成本。
（1）、工藝路線方案一：
工序一：銑、半精銑Φ45 mm凸臺(tái)端面；
工序二：銑,半精銑大端面;
工序三：鉆，擴(kuò)，鉸Φ25 H8mm內(nèi)孔；
工序四：拉鍵槽6H9；
工序五：銑槽14*43 mm；
工序六：鉆，粗鉸，精鉸Φ10H7 mm孔；
工序七：鉆槽底通孔Φ5.5 mm；
工序八：鉆，粗鉸，精鉸Φ14H7mm孔；
工序九：鉆Φ5mm圓錐孔，攻螺紋M107Hmm；
工序十：終檢。
（2）、工藝路線方案二：
工序一：鉆，擴(kuò)，鉸Φ25 H8mm內(nèi)孔；
工序二：粗銑上、下表面；
工序三：精銑下表面；
工序四：拉鍵槽6H9 mm；
工序五：銑槽14 mm *43 mm；
工序六：鉆槽底通孔Φ5.5 mm；
工序七：鉆，粗鉸，精鉸Φ10H7 mm孔；
工序八：鉆，粗鉸，精鉸Φ14H7mm孔；
工序九：鉆Φ5mm圓錐孔，攻螺紋M107Hmm；
工序十：終檢。
（3）、工藝方案的分析：
上述兩個(gè)工藝方案的特點(diǎn)在于：方案一是先加工上下表面為中心的一組工藝，然后加工Φ25H8的孔，再以Φ25H8的孔的孔為基準(zhǔn)加工Φ10 mm的孔。方案二則是先加孔Φ25H8后再加工上下表面，再加工孔Φ10mm，此時(shí)方案二采用車床加工工序一，這樣有利提高效率，節(jié)省成本。經(jīng)比較可知，先加工上下表面，再以上下表面為基準(zhǔn)加工Φ25H8及插鍵槽，最后完成對(duì)Φ10 mm的孔的定位。顯然方案一比方案二的裝夾次數(shù)減少了，同時(shí)也更好的保證了精度要求。
具體的工藝過(guò)程如下：
工序一：銑，半精銑Φ45 mm凸臺(tái)端面，選用X51立式銑床加工；
工序二：銑，半精銑大端面，選用X51立式銑床加工；
工序三：鉆，擴(kuò)，鉸Φ25H8 mm內(nèi)孔，選用Z535立式鉆床；
工序四：鉆，粗鉸，精鉸Φ10H7 mm孔，選用Z525立式鉆床；
工序五：銑槽14*43 mm，選用X63臥式銑床；
工序六：鉆，粗鉸，精鉸Φ14H7 mm孔，選用Z525立式鉆床；
工序七：鉆底孔，攻螺紋M10 mm，選用Z525立式鉆床；
工序八：鉆Φ5mm圓錐孔，選用Z525立式鉆床；
工序九：拉鍵槽6H9mm，選用Z525立式鉆床；
工序十：鉆槽底通孔Φ5mm，選用Z525立式鉆床；
工序十一：終檢。
4 、機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“手柄座”零件材料為鑄鐵，硬度為HBS151~229，毛坯的重量約為0．72Kg，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。
工序四工序四：鉆，粗鉸，精鉸Φ10H7 mm孔：
毛胚為實(shí)心，孔精度要求H7，參照工藝手冊(cè)表2．3-9及表2．3-12確定工序尺寸及余量為：
鉆孔：Φ9．8 mm;
粗鉸: Φ9．96 mm; 2Z=0．16mm
精鉸: Φ10 mm 2Z=0．04 mm
5、 確定切削用量及基本工時(shí)
工序Ⅳ切削用量及基本工時(shí)的確定：鉆→粗鉸→精鉸Φ10H7孔，選用機(jī)床：Z525立式鉆床
⑴鉆Φ9.8mm孔：
選擇Φ9.8mm高速鋼錐柄麻花鉆（《工藝》表3.1－6）
由《切削》表2.7和《工藝》表4.2－16查得
（《切削》表2.15）
按機(jī)床選取
基本工時(shí)：
⑵粗鉸Φ9.96mm孔：
選擇Φ9.96mm的高速鋼鉸刀（《工藝》表2.11）
由《切削》表2.24和《工藝》表4.2－15查得
按機(jī)床選取
基本工時(shí)：
⑶精鉸Φ10mm孔：
選擇Φ10mm的鉸刀
按機(jī)床選取
基本工時(shí)：
三 、 專用夾具的設(shè)計(jì)
2.1 研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來(lái)銑端面，加工時(shí)除了要滿足粗糙度要求外，
由于對(duì)加工精度要求不是很高，所以在本道工序加工時(shí)，主要考慮如何降低生產(chǎn)成本和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
2.2 定位、夾緊方案的選擇
定位基準(zhǔn)應(yīng)盡可能與工序基準(zhǔn)重合，在同一工件的各道工序中，應(yīng)盡量采用同一定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工。擬定加工路線的第一步是選擇定位基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質(zhì)量?；鶞?zhǔn)選擇不當(dāng)往往會(huì)增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設(shè)計(jì)更加困難甚至達(dá)不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。
因此我們應(yīng)該根據(jù)零件圖的技術(shù)要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準(zhǔn)。此零件圖沒有較高的技術(shù)要求，也沒有較高的平行度和對(duì)稱度要求，所以我們應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高加工精度。圓臺(tái)外圓及兩端面都已加工好，為了使定位誤差減小，選擇已加工好的端面作為定位精基準(zhǔn)，來(lái)設(shè)計(jì)本道工序的夾具，以已加工好的端面作為定位夾具。
首先必須明確其加工時(shí)應(yīng)如圖所示，這樣放置，便于加工。那么要使其完全定位，可以采用:一面加固定V型塊和滑動(dòng)V型塊定位，這樣既簡(jiǎn)單又方便。如上圖所示，一底面限制的自由度有3個(gè)，一個(gè)固定V型塊限制兩個(gè)自由度，一個(gè)滑動(dòng)V型塊限制限制一個(gè)自由度，為使定位可靠，加工穩(wěn)定，我所設(shè)計(jì)的定位方案，總共限制了工件的全部6個(gè)自由度，屬于完全定位。
2.3切削力及夾緊力的計(jì)算
刀具：銑刀 D=50 面銑刀。
則軸向力：見《工藝師手冊(cè)》表28.4
F=Cdfk……………………………………2.1
式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35
k=(
F=420
轉(zhuǎn)矩
T=Cdfk
式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8
T=0.206
功率 P=
在計(jì)算切削力時(shí),必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù)
K=KKKK
式中 K—基本安全系數(shù)，1.5;
K—加工性質(zhì)系數(shù)，1.1;
K—刀具鈍化系數(shù), 1.1;
K—斷續(xù)切削系數(shù), 1.1
則 F=KF=1.5
鉆削時(shí) T=17.34 N
切向方向所受力:
F=
取
F=4416
F> F
所以,時(shí)工件不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),故本夾具可安全工作。
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過(guò)程中對(duì)夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值。即：
安全系數(shù)K可按下式計(jì)算有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[5]表可得：
所以有：
螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算有：
式中參數(shù)由參考文獻(xiàn)[5]可查得：
螺旋夾緊力：
由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
2.4 誤差分析與計(jì)算
該夾具以一個(gè)平面和和2個(gè)V型塊定位，要求保證孔軸線間的尺寸公差。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
（1）定位元件尺寸及公差確定。
夾具的主要定位元件為一平面和V型塊間隙配合。
（2） 工件的工序基準(zhǔn)為孔心，當(dāng)工件孔徑為最大，定位銷的孔徑為最小時(shí)，孔心在任意方向上的最大變動(dòng)量等于孔與銷配合的最大間隙量。本夾具是用來(lái)在臥式鏜床上加工，所以工件上孔與夾具上的定位銷保持固定接觸。此時(shí)可求出孔心在接觸點(diǎn)與銷中心連線方向上的最大變動(dòng)量為孔徑公差多一半。工件的定位基準(zhǔn)為孔心。工序尺寸方向與固定接觸點(diǎn)和銷中心連線方向相同，則其定位誤差為： Td=Dmax-Dmin
為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示：
制造誤差ZZ
（1）中心線對(duì)定位件中心線位置精度
. 取.
（2）內(nèi)外圓同軸度誤差（查表P297）
故，.
則.
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過(guò)
⑷ 夾具相對(duì)刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設(shè)計(jì)的夾具能滿足零件的加工精度要求。
2.6 確定夾具體結(jié)構(gòu)尺寸和總體結(jié)構(gòu)
夾具體的形狀和尺寸取決于夾具上各種裝置的布置以及夾具與機(jī)床的連接，而且在零件的加工過(guò)程中，夾具還要承受夾緊力、切削力以及由此產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)，因此夾具體必須具有必要的強(qiáng)度和剛度。切削加工過(guò)程中產(chǎn)生的切屑有一部分還會(huì)落在夾具體上，切屑積聚過(guò)多將影響工件的可靠的定位和夾緊，因此設(shè)計(jì)夾具體時(shí)，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便于排屑。此外，夾具體結(jié)構(gòu)的工藝性、經(jīng)濟(jì)性以及操作和裝拆的便捷性等，在設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)加以考慮。
夾具體設(shè)計(jì)的基本要求
（1）應(yīng)有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性
夾具體上的重要表面，如安裝定位元件的表面、安裝對(duì)刀塊或?qū)蛟谋砻嬉约皧A具體的安裝基面，應(yīng)有適當(dāng)?shù)某叽缇群托螤罹?，它們之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)奈恢镁取?
為使夾具體的尺寸保持穩(wěn)定，鑄造夾具體要進(jìn)行時(shí)效處理，焊接和鍛造夾具體要進(jìn)行退火處理。
（2）應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度
為了保證在加工過(guò)程中不因夾緊力、切削力等外力的作用而產(chǎn)生不允許的變形和振動(dòng)，夾具體應(yīng)有足夠的壁厚，剛性不足處可適當(dāng)增設(shè)加強(qiáng)筋。
（3）應(yīng)有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和使用性
夾具體一般外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且各表面間的相互位置精度要求高，因此應(yīng)特別注意其結(jié)構(gòu)工藝性，應(yīng)做到裝卸工件方便，夾具維修方便。在滿足剛度和強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量能減輕重量，縮小體積，力求簡(jiǎn)單。
（4）應(yīng)便于排除切屑
在機(jī)械加工過(guò)程中，切屑會(huì)不斷地積聚在夾具體周圍，如不及時(shí)排除，切削熱量的積聚會(huì)破壞夾具的定位精度，切屑的拋甩可能纏繞定位元件，也會(huì)破壞定位精度，甚至發(fā)生安全事故。因此，對(duì)于加工過(guò)程中切屑產(chǎn)生不多的情況，可適當(dāng)加大定位元件工作表面與夾具體之間的距離以增大容屑空間：對(duì)于加工過(guò)程中切削產(chǎn)生較多的情況，一般應(yīng)在夾具體上設(shè)置排屑槽。
（5）在機(jī)床上的安裝應(yīng)穩(wěn)定可靠
夾具在機(jī)床上的安裝都是通過(guò)夾具體上的安裝基面與機(jī)床上的相應(yīng)表面的接觸或配合實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)夾具在機(jī)床工作臺(tái)上安裝時(shí)，夾具的重心應(yīng)盡量低，支承面積應(yīng)足夠大，安裝基面應(yīng)有較高的配合精度，保證安裝穩(wěn)定可靠。夾具底部一般應(yīng)中空，大型夾具還應(yīng)設(shè)置吊環(huán)或起重孔。
確定夾具體的結(jié)構(gòu)尺寸，然后繪制夾具總圖。詳見繪制的夾具裝配圖。
2.7 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明
由于是大批大量生產(chǎn)，主要考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此設(shè)計(jì)時(shí)，需要更換零件加工時(shí)速度要求快。本夾具設(shè)計(jì)，用移動(dòng)夾緊的大平面定位三個(gè)自由度，定位兩個(gè)自由度，用定位塊定位最后一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。此時(shí)雖然有過(guò)定位，但底面是經(jīng)精銑的面，定位是允許的。
參考資料：
《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》
《機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》
《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》
《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》
《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》
《機(jī)械精度設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》