ca6140手柄轴的加工工艺及夹具设计毕业论文.doc

课 程 设 计 说 明 书 机械制造技术基础设计题目：手柄轴（CA6140车床）的加工工艺钻8.5螺纹孔的钻床夹具设计学院：机械工程学院班级：机自0606学号：姓名： 指导：薛国祥老师题目：设计“手柄轴（CA6140车床）”零件的机械加工工艺规程及相关工序内容：零件图 1张 毛坯图 1张 机械加工工艺过程卡片 1张 机械加工工序卡片 2张夹具装配图 1张夹具体零件图 1张课程设计说明书 1份目录一、 零件的工艺分析及生产类型的确定1. 零件的作用- 3 2. 热处理- 33. 零件的生产类型- 3二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图1.选择毛坯- 32.确定机械加工余量、毛胚尺寸和公差- 33.确定机械加工余量- 44确定毛坯尺-45.确定毛坯尺寸公差-56.设计毛坯图-5三、选择加工方法，制定工艺路线1.定位基准的选择-62.零件表面加工方法的选择-63.制定工艺路线-6四、工序设计1.选择加工设备与工艺装备-82.确定工序尺寸-9五、确定切削用量及基本时间-11六、夹具设计-20七 参考文献-22 一 零件的工艺分析及生产类型的确定1. 零件的工艺性分析 通过对该零件图的重新绘制，知原图样的视图正确，完整，尺寸，公差及技术要求齐全。该零件属轴类回转体零件，它的所有表面均需切屑加工，各表面的加工精度和表面粗糙度都不难获得。 表面粗糙度要求较高 需经多次切削才能满足要求，手柄处镀铬，在镀铬之前须进行抛光处理以使镀铬均匀。本零件的最难加工的地方就是在斜面上钻孔，且要保证孔与键槽成，需要专用夹具。总体来说，本零件的工艺性较好。2. 零件的生产类型 依设计的题目知：生产纲领 N = 30000万/年 ， 生产类型为大批大量生产 零件是机床CA6140的手柄轴，质量为0.445Kg.二 选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图1. 选择毛坯该材料为45钢。该零件在工作过程中则经常承受交变载荷，因此应选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。零件属批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故采用摸锻成型。这从提高生产率，保证加工精度上考虑，也是应该的。2确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差钢质摸锻件的公差及机械加工余量按GB/T12362-2003确定。要确定毛坯尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。（1） 锻件公差等级 由该零件的功用和技术要求，确定其锻件公差等级为普通级。（2） 锻件质量Mf 根据零件0.445kg,估算为mf=1.0kg.（3） 锻件形状复杂系数S S=Mf/Mn 该锻件为圆形，假设其最大直径为46mm,长126mm Mn = 1.6kg S = 1/1.6 = 0.62故该零件的形状复杂系数S属S2级。（4） 锻件材质系数M 由于该零件材料为45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数属M1级。（5） 零件表面粗糙度 由零件图可知，除17.2mm, 15.7mm 粗糙度Ra = 1.6,圆锥面处Ra=0.8，其余均为6.3。 3. 确定机械加工余量 根据锻件质量，零件表面粗糙度，形状复杂系数查表5-9，由此得单边余量在厚度方向为1.7-2.2mm，水平方向亦为1.7-2.2mm，即锻件各外径的单面余量为1.7-2.2mm，各轴向尺寸的单面余量为1.7-2.2mm。 4 确定毛坯尺寸 上面查的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra大于等于1.6m。Ra小于1.6m的表面，余量要适当加大。分析本零件，除17.2mm, 15.7mm 粗糙度Ra = 1.6, 其余均为6.3，因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查的余量即可。综上所述，确定毛坯尺寸见下表 手柄轴毛坯（锻件）尺寸零件尺寸单面加工余量锻件尺寸17.2221.2224大端40圆锥面2445. 确定毛坯尺寸公差毛坯尺寸公差根据锻件质量，材质系数，形状复杂系数从表5-6，表5-7中查的。本零件毛坯尺寸允许偏差见下表 手柄轴毛坯（锻件）尺寸允许偏差锻件尺寸偏差根据21.2 表5-6244422表5-7102126 6 设计毛坯图（1） 确定圆角半径 锻件的外圆角半径按表5-12确定，内圆角半径按表5-13确定。分析本锻件可确定外圆角R2, R3内圆角R3(2) 确定模锻斜度 按表5-11，外模锻斜度= 3（3）确定分模位置由于毛坯为轴类锻件，应采取轴向分模。为了便于起模及便于发现上，下模在模锻过程中的错移，选择最大直径即圆锥面处的对称平面为分模面，分模线为直线，属平直分模线。（4）确定毛坯的热处理方式钢质毛坯经锻造后应安排正火，以消除残余的锻造应力，并使不均匀的金相组织通过重新结晶而得到细化，均匀的组织，从而改善加工性。三 选择加工方法，制定工艺路线1.定位基准的选择以44的外圆和端面为粗基准，以17.2的外圆和端面为精基准。2.零件表面加工方法的选择本零件的加工面有外圆，端面，键槽，倒角，倒圆，沟槽，锥面，孔，螺纹。（1）17.2的外圆面，未标注公差尺寸，表面粗糙度Ra 1.6，需要粗车，半精车，精车（2）20的外圆，公差等级IT6，需要粗车，半精车，精车。（3）圆锥面，为保证镀铬均匀，在镀铬之前圆锥面需要粗车，半精车，精车，保证Ra = 1.6 然后抛光。（4）槽3x2.15 表面粗糙度为Ra3.2,需要粗车，半精车 槽1.5x1 表面粗糙度为Ra6.3,粗车即可。 槽3x0.5 表面粗糙度为Ra6.3,粗车即可(5) 两孔的表面粗糙度Ra6.3 需钻，扩（6）键槽5314 粗糙度Ra6.3 需要粗铣，半精铣。（7）端面 本零件为回转体端面，尺寸精度要求不高，所以大端面粗车即可满足要求，但是小端面作为精基准应该粗车，半精车3制定工艺路线方案一工序1 正火工序2 以20mm处的外圆及端面定位，车大端面，粗车41的外圆工序3 以粗车后的40mm处外圆面及端面定位，粗车另一端面，粗车17.2mm的外圆，粗车20mm的外圆，车1.5mm1mm沟槽，粗车3mm0.5mm沟槽，粗车3mm2.15mm沟槽工序4 以粗车的20mm的外圆及端面定位 ，半精车，精车40mm的外圆。工序5 以精车后的40mm的外圆及端面定位，半精车，17.2mm的外圆，半精车20mm的外圆，半精车3mm2.15mm的沟槽工序6 精车17.2mm的外圆，精车20mm的外圆，车倒角。工序7 以20mm的外圆定位，粗车，半精车，精车圆锥面。工序8 粗铣，半精铣键槽工序9 抛光工序10 镀铬工序11 钻，扩14mm孔及 8.5mm的螺纹孔工序12 攻螺纹工序13 去毛刺工序14 终检 方案 二工序1 正火工序2 粗车小端面，粗车17.2mm的外圆，粗车20mm的外圆粗车，车1.5mmx1mm沟槽，粗车3mmx0.5mm沟槽，粗车3mm2.15mm沟槽工序3 粗车大端面及41mm的外圆工序4 半精车小端面，半精车，17.2mm的外圆，半精车20mm的外圆，半精车3mm2.15mm的沟槽，车倒角工序5 精车17.2mm的外圆，精车20mm的外圆工序6 以加工过的20mm外圆及端面定位，粗车圆锥面工序7 半精车圆锥面工序8 精车圆锥面工序9 抛光工序10 镀铬工序11 钻14mm的孔和8.5mm的螺纹孔工序12 扩14mm的孔和8.5mm的螺纹孔工序13 攻M10的螺纹工序14 以20mm圆柱面及端面定位铣键槽5mm3mm14mm工序15 去毛刺工序16 终检方案比较：方案二比方案一更容易保证尺寸精度，方案二以车过的41mm的外圆定位保证了定位精度，方案一的小端面知粗车一次可能不能保证要求的表面粗糙度，方案一的粗加工，精加工拍的比较混乱，不符合加工要求。 综上所述，工艺路线应选择方案二。四 工序设计1 选择加工设备与工艺装备（1） 选择机床 根据不同的工序选择机床。a 工序1-8是粗车合半精车。各工序的工步数不多，成批生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，选CM6125即可。b 工序11 钻孔，可采用专用夹具在立式钻床上加工，故选Z525型立式钻床。c 工序14是用整体硬质合金直柄立铣刀粗铣，半精铣键槽，用选用卧式铣床。考虑本零件属成批生产，所选机床使用范围较广为宜，故选常用的X62型铣床能满足加工要求。d 工序13攻螺纹，需要丝锥。 ( 2 ) 选择夹具本零件处粗铣及半精铣槽，钻孔等工序需要专用夹具外，其他工序使用通用夹具即可，选用三抓自定心卡盘。（3） 选择刀具 根据不同的工序选择刀具 A 在车床上的加工工序，一般选用硬质合金车刀。加工钢质零件采用YT类硬质合金，粗加工用YT5，半精加工用YT15，精加工用YT30.为提高生产率及经济性，应选用可转位车刀（GB5343.1-1985,GB5343.2-1985）. B 铣刀按表5-104选直柄键槽铣刀键槽bxh=5mmx3mm,半精铣铣刀选择直径d = 5 mm l = 8mm L = 52mm由于粗铣后宽度方向单边余量1mm，故粗铣时的铣刀选择d=3mm l =5mm L =37mm （b ） 确定进给量f 根据表5-114，在粗车钢料，刀杆尺寸为16mm 25mm，小于等于3.0mm f= 0.4-0.5mm/r 按CM6125车床的进给量，选择f =0.4 mm/r确定的进给量尚需满足机床进给机构的轻度要求，故需进行校验。根据表5-123，当钢料= 570670MPa , =2mm ,f= 0.75mm/r = 45 v = 65m/min 预计是进给力为760N修正系数 =1.0 =1.0 =1.17 故实际进给力为889.2N，满足要求。（c） 选择刀具磨钝标准及耐用度 根据表5-119，车刀后刀面的最大磨损量为1mm，可转位车刀耐用度T =30min （d） 确定切削速度V 根据表5-120，当用YT5硬质合金刀具加工= 570670MPa , =3mm ,f= 0.75mm/r 切削速度V = 138m/min切削速度的修正系数为 = 0.8 = 0.65 =0.81 =1.15 = =1.0 故V = 1380.80.650.811.15 = 66m/minn = 1000v/d = 1000 67.8/3.14 21.2 = 954 r/min按CM6125车床的转速，选择 n = 1000 r/min （e） 校验机床功率 当钢料= 570670MPa , =2mm ,f= 0.75mm/r v = 46m/min时， = 1.7KW切削功率的修正系数为=1.17 = = =1.0 =1.13 =0.8 =0.65故实际切削功率为 =0.72KW满足要求。最后确定的切削用量为 ：= 1 mm f = 0.4mm/r n = 1000r/min v = 66 m/min（2）粗车22.4mm外圆的切削用量所选刀具为YT5硬质合金可转为车刀。选刀杆尺寸BH = 16mm 25mm ,刀片厚度为4.5mm。根据表5-113，选择车刀几何形状为卷屑槽倒淩型前刀面，前角=12 后角=6 ，主偏角= 90 ，副偏角 = 10 刃倾角 = 0 刀尖圆弧半径= 0.8mm （a） 确定背吃刀量 粗车双边余量为1.6mm 所以 = 0.8mm （b） 确定进给量f 根据表5-114，在粗车钢料，刀杆尺寸为16mm 25mm，小于等于3.0mm f= 0.4-0.5mm/r 按CM6125车床的进给量，选择f =0.4 mm/r确定的进给量尚需满足机床进给机构的轻度要求，故需进行校验。根据表5-123，当钢料= 570670MPa , =2mm ,f= 0.75mm/r = 45 v = 65m/min 预计是进给力为760N修正系数 =1.0 =1.0 =1.17 故实际进给力为889.2N，满足要求。（c） 选择刀具磨钝标准及耐用度 根据表5-119，车刀后刀面的最大磨损量为1mm，可转位车刀耐用度T =30min （d） 确定切削速度V 根据表5-120，当用YT5硬质合金刀具加工= 570670MPa , =3mm ,f= 0.75mm/r 切削速度V = 138m/min切削速度的修正系数为 = 0.8 = 0.65 =0.81 =1.15 = =1.0 故V = 1380.80.650.811.15 = 66m/minn = 1000v/d = 1000 67.8/3.14 24 = 875 r/min按CM6125车床的转速，选择 n = 1000 r/min （e） 校验机床功率 当钢料= 570670MPa , =2mm ,f= 0.75mm/r v = 46m/min时， = 1.7KW切削功率的修正系数为=1.17 = = =1.0 =1.13 =0.8 =0.65故实际切削功率为 =0.72KW满足要求。最后确定的切削用量为 ：= 1 mm f = 0.4mm/r n = 1000r/min v = 66 m/min（3）粗车端面的切削用量= 1.2 mm f = 0.2mm/r n = 1000r/min v = 66 m/min（4） 确定沟槽的切削用量 进给量f 手动 转速v = 630r/min工序2基本时间确定(a) 确定粗车19.2mm的外圆基本时间根据表2-21 ，车外圆的基本时间为Tj1= L i/fn = i(+ )/f n式中=20mm = 3mm = 0mm = 0 f = 0.4mm/r n= 16r/min i = 1所以Tj1= 4 S(b) 确定粗车22.4mm的外圆基本时间根据表2-21 ，车外圆的基本时间为Tj1= L i/fn = i(+ )/f n式中=82mm = 3mm = 0mm = 0 f = 0.4mm/r n= 16r/min i = 1所以Tj1= 14 S(c) 确定车端面的基本时间 Tj2 =i L/fn L = (dd1)/2 + + +d = 24mm = 2mm = 4mm = 0所以 Tj2 = 6S因此，总的基本时间为24S3 工序5切削用量确定（1）确定精车外圆17.2mm的切削用量。所选刀具为YT30硬质合金可转为车刀。选刀杆尺寸BH = 16mm 25mm ,刀片厚度为4.5mm。根据表5-113，选择车刀几何形状为卷屑槽倒淩型前刀面，前角=12 后角=6 ，主偏角= 30 ，副偏角 = 10 刃倾角 = 0 刀尖圆弧半径= 0.8mm (a) 确定背吃刀量 粗车双边余量为0.9mm 所以 =0.45mm( b) 确定进给量f 根据表5-114，在精车钢料，刀杆尺寸为16mm 25mm，小于等于3.0mm ， 按CM6125车床的进给量，选择f =0.2mm/r(c)速度V 根据表5-120，当用Y30硬质合金刀具加工= 570670MPa , =3mm ,f= 0.75mm/r 切削速度V = 138m/min切削速度的修正系数为 = 0.8 = 1.4 =0.81 =1.15 = =1.0 故V = 1380.81.40.811.15 = 145m/minn = 1000v/d = 1000 67.8/3.14 18.1= 2549r/min按CM6125车床的转速，选择 n = 2500r/min 精车20mm外圆切削用量确定所选刀具为YT30硬质合金可转为车刀。选刀杆尺寸BH = 16mm 25mm ,刀片厚度为4.5mm。根据表5-113，选择车刀几何形状为卷屑槽倒淩型前刀面，前角=12 后角=6 ，主偏角= 30 ，副偏角 = 10 刃倾角 = 0 刀尖圆弧半径= 0.8mm a 确定背吃刀量 粗车双边余量为0.9mm 所以 =0.45mm b 确定进给量f 根据表5-114，在精车钢料，刀杆尺寸为16mm 25mm，小于等于3.0mm ， 按CM6125车床的进给量，选择f =0.2mm/rc 确定切削速度V 根据表5-120，当用Y30硬质合金刀具加工= 570670MPa , =3mm ,f= 0.75mm/r 切削速度V = 138m/min切削速度的修正系数为 = 0.8 = 1.4 =0.81 =1.15 = =1.0 故V = 1380.81.40.811.15 = 145m/minn = 1000v/d = 1000 67.8/3.14 20.9= 2208r/min按CM6125车床的转速，选择 n = 2000r/min （2） 基本时间确定确定精车17.2mm的外圆基本时间根据表2-21 ，车外圆的基本时间为Tj1= L i/fn = i(+ )/f n式中=20mm = 0mm = 0mm = 0 f = 0.2mm/r n= 33r/min i = 1所以Tj1= 4 S确定精车20mm的外圆基本时间根据表2-21 ，车外圆的基本时间为Tj1= L i/fn = i(+ )/f n式中=82mm = 0mm = 0mm = 0 f = 0.2mm/r n= 33r/min i = 1所以Tj1= 13S因此 ，总的基本时间为15S (4) 工序6切削用量确定（1） 切削用量 本工序为粗车圆锥面。已知材料为45钢，= 670MPa,锻件，有外皮；机床为CM6125型卧式车床，工件装卡在三爪自定心卡盘中。确定粗车圆锥面的切削用量（以小端确定）。所选刀具为YT5硬质合金可转为车刀。选刀杆尺寸BH = 16mm 25mm ,刀片厚度为4.5mm。根据表5-113，选择车刀几何形状为卷屑槽倒淩型前刀面，前角=12 后角=6 ，主偏角= 90 ，副偏角 = 10 刃倾角 = 0 刀尖圆弧半径= 0.8mm a 确定背吃刀量 粗车双边余量为5.0mm 所以 = 2.5mm b 确定进给量f 根据表5-114，在粗车钢料，刀杆尺寸为16mm 25mm，小于等于3.0mm f= 0.4-0.5mm/r 按CM6125车床的进给量，选择f =0.4 mm/r确定的进给量尚需满足机床进给机构的轻度要求，故需进行校验。根据表5-123，当钢料= 570670MPa , =2mm ,f= 0.75mm/r = 45 v = 65m/min 预计是进给力为760N修正系数 =1.0 =1.0 =1.17 故实际进给力为889.2N，满足要求。c 选择刀具磨钝标准及耐用度 根据表5-119，车刀后刀面的最大磨损量为1mm，可转位车刀耐用度T =30min d 确定切削速度V 根据表5-120，当用YT5硬质合金刀具加工= 570670MPa , =3mm ,f= 0.75mm/r 切削速度V = 140m/min切削速度的修正系数为 = 0.8 = 0.65 =0.81 =1.15 = =1.0 故V = 1400.80.650.811.15 = 67.8m/minn = 1000v/d = 1000 67.8/3.14 41 = 526r/min按CM6125车床的转速，选择 n = 500 r/min e 校验机床功率 当钢料= 570670MPa , =2mm ,f= 0.75mm/r v = 46m/min时， = 1.7KW切削功率的修正系数为=1.17 = = =1.0 =1.13 =0.8 =0.65故实际切削功率为 =0.72KW满足要求。最后确定的切削用量为 ：=2.5 mm f = 0.4mm/r n = 500r/min v = 64.4m/min (2) 基本时间 确定粗车圆锥面的基本时间根据表2-21 ，车外圆的基本时间为Tj1= L i/fn = i(+ )/f n式中=20mm = 2mm = 3mm = 0 f = 0.4mm/r n= 8r/min i = 1所以Tj1= 8 S六 夹具设计 本夹具是工序11用麻花钻钻14，8.5孔的专用夹具，所设计的夹具装配图，供需简图及夹具体零件图如图所示。有关说明如下。（1） 定位方案 工件以 20的圆柱面及圆锥大端面为定位基准，采用V形块和平面的组合定位方案，两个V形块限制4个自由度，右边V形块的右端面限制一个自由度，共限制5个自由度。孔在圆周上无位置要求，该自由度不用限制。（2） 夹紧机构 根据生产率要求，运用手动夹紧可以满足。采用二位螺旋压板夹紧机构，拧紧螺母即可实现压紧，使用方便。压板夹紧力主要作用是防止工件在钻销力的作用下摆动和震动，手动螺旋夹紧是可靠的，可免去夹紧力计算。（3） 导引装置 为方便快捷的钻14 8.5两个孔，本夹具采用快换钻套，刀具在钻套的引导下准确的钻孔。（4） 夹具与机床的连接元件 采用10的定位销确定夹具与机床的相对正确位置，夹具体底座上开有两个U 形槽，用M14的螺栓固定在机床工作台上。（5） 夹具体 工件的定位元件，夹紧元件，导引装置用螺钉与夹具体底座连接起来，夹具体底座铸造加工出来，这样该夹具便有机连接起来，实现定位，夹紧，导引等功能。（6） 使用说明 安装工件时，松开右边铰链螺栓上的螺母，将两个铰链螺栓顺时针转动一个角度，然后将两块压板后撤，把工件放在V形块上，注意工件的圆锥大端面一定要紧贴在右边V 形块的右端面，实现可靠定位，然后把铰链螺栓放在铰链压板的U 形槽中，拧紧螺母实现可靠夹紧。（7） 结构特点 该夹具结构简单，操作方便。但斜面的制造误差以及V 形块在斜面上的安装误差，使孔的加工位置精度受到了限制，故适用于加工要求不高的场合。（8） 定位误差计算 工件采用V 形块定位，V 形块的定位误差= = 0.002692 因为斜面角度为15度，所以工件的水平方向的定位误差为y = 0.002692 sin(15)= 0.000696 ,满足定位要求。七 参考文献1、机械制造技术基础课程设计指南 主编： 崇凯 2、金属加工工艺及工装设计 主编： 黄如林 汪群3、工程图学 主编： 鲁屏宇4、机械制造装备设计 主编： 冯辛安 19