毕业论文-ca6140车床拨叉的加工工艺及夹具设计论文.doc

河南科技学院

2009届本科毕业论文（设计）

论文题目：CA6140车床拨叉的加工工艺及夹具设计

（CA6140 lathe processing technology fork and Fixture Design）

学生姓名：张丽

所在院系：机电学院

所学专业：机电技术教育

导师姓名：田峰

完成时间：2009年5 月 25日

摘 要
本设计是CA6140拨叉的加工工艺规程及某道工序的专用夹具设计。CA6140拨叉的主要加工表面是三面两孔。一般来说，平面的加工精度要比孔的加工精度更容易保证。因此，本设计遵循先面后孔的原则，并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔的加工精度。先将第一个待加工表面零件的左端面加工出来，再以底面为粗基准加工零件顶面，并以零件的顶面作为精基准以完成以后的孔的加工。所以选择以零件左端面作为粗基准，以的孔作为精基准，整个加工过程选用组合机床，在夹具方面选用专用夹具。考虑到本零件结构的特殊性，以及所需的夹紧力较小等原因，本零件的夹紧方式采用螺旋夹紧机构。

关键词：夹具，加工工艺，工艺规程，定位

CA6140 lathe processing technology fork and Fixture Design Abstract
CA6140 fork of the design is a point of order processing technology and procedures in a dedicated fixture design. CA6140 fork of the main surface is two holes on three sides. Generally speaking, the plane of the machining accuracy of the machining accuracy than the hole more easily guarantee. Therefore, the first surface of the design followed the principles of post-holes, and holes with the two-dimensional processing clearly divided into roughing and finishing stages of processing to ensure the accuracy of the hole. First processing the surface of the first parts to be left out of face processing, and then to the bottom parts for rough machining the top face of the base and top parts as to complete the baseline precision of the hole after the processing.And therefore he chose to spare parts as a left-side rough, with a precision of the hole as a benchmark,the whole combination of machine tool selection process, in selected aspects of exclusive jig fixture. Taking into account the specificity of the structure of the parts, as well as a smaller clamping force required for other reasons, the parts of the clamping means clamping screw body to adopt.

Keywords: Fixture ,Components processing ,technology Process, Positioning

目 录

引言 1
1 机床夹具 1
1.1机床夹具的发展现状 1
1.2机床夹具的分类与构成 2
1.2.1机床夹具的分类 2
1.2.2机床夹具的构成 3
2 零件的加工工艺规程设计 3
2.1零件的分析 3
2.1.1零件的作用： 3
2.1.2零件的工艺分析： 4
2.2工艺规程设计 4
2.2.1确定毛坯的制造形式 4
2.2.2基准面的选择 4
2.2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 6
2.2.5切削用量及基本工时的确定 7
3专用夹具设计 13
3.1问题提出 13
3.2钻M8底孔φ6.7、攻丝M8，配钻M5锥孔专用夹具设计 13
3.2.1定位基准的选择 13
3.2.2切削力和夹紧力的计算 13
3.2.3定位元件的设计及定位误差分析 14
图 3 花键轴 15
3.2.4导向方案及导向元件的设计 15
3.2.5夹具体的设计 16
3.2.6夹具装配图效果图 17
4结束语 17
5谢词 18
参考文献 19

引言
夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。工件的装夹方法有两种:一种是工件直接装夹在机床的工作台或卡盘上;另一种是工件装夹在夹具上。采用第一种方法装夹工件时，一般要先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法无需专用装备，但效率低，一般用于单件和小批量生产。批量较大时，大都用夹具装夹工件，因为它直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等。机床夹具的使用有利于保证工件的加工精度、稳定产品质量；有利于提高劳动生产率和降低成本；有利于改善工人劳动条件，保证安全生产；有利于扩大机床工艺范围，实现“一机多用”等。
1 机床夹具
1.1机床夹具的发展现状
机械制造业经过了漫长的发展历程，从远古简单的石器打磨，到现代工业的数控加工，已经摆脱了手工作坊的作业方式，进入集团化生产、专业化协作的生产阶段。而夹具随着机械制造模式的改变也经历了变革。
近些年来，随着数控机床、加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统等现代化加工设备的广泛应用，使传统的机械加工的制造方法发生了重大变革，由一次装夹多面加工，代替了传统的多次装夹和多次加工，由大批量生产转变为多品种小批量的生产。夹具的功能已经从过去的装夹、定位、引导刀具，转变为装夹、定位。而数字化的设备加工功能的扩大化，已经将夹具的引导刀具的功能完全替代，给今后夹具的快速定位、快速装夹提出了更高的要求。同时，在单件小批量生产中，由于批量小，设计制造夹具增加研发成本和延长生产周期。因此，这时候最多采用的生产模式是简易生产，即土法上马以牺牲产品质量为代价来保证生产需求，这在科技高速发展的今天，明显不适应社会发展的需求。为了使企业整体的数字化和现代化加工技术能够得到更快的发展，就要使夹具设计和数字化、现代化加工技术相结合，所以人们开始研究一种新型的KBE（基于知识的工程）夹具。知识工程KBE是通过知识驱动和繁衍对工程问题提供最佳解决方案的计算机集成处理技术[14]。其特点为：

（1）保存占地面积小，制造周期短。
（2）满足循环经济的要求，最大的生的生产利用率。
（3）可实现工序间精确定位转换。
与专用夹具生产周期长，保存占地面积大的缺点相比之下，KBE夹具的确是一种先进的夹具。但是由于目前KBE夹具还没有在各大企业公司之中推广使用，而且我国大多数企业的产品制造仍然为大中批量生产，专用的机床夹具仍在各大中企业中普遍使用。
1.2机床夹具的分类与构成
我们知道当零件生产批量较大时，大都用夹具装夹工件。因为它有稳定地保证工件的加工精度、提高劳动生产率扩大机床的使用范围，改善操作者的劳动条件等诸多优点。特别是工件批量愈大时，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。
1.2.1机床夹具的分类
根据夹具在不同生产类型中的通用特性，机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等[1]。
（1）通用夹具是指结构、尺寸已规格化，而且具有一定通用性的夹具。这类夹具适应性强，可用来装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。
(2)专用夹具。这类夹具是专为零件的某一道工序的加工而设计和制造的。在产品相对稳定、批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。
(3)可调夹具。可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。
(4)组合夹具。组合夹具是一种模块化的夹具。标准的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具。夹具用毕可拆卸，清洗后留待组装新夹具。
（5）自动线夹具。自动线夹具一般分为两种:一种为固定式夹具，它与专用夹 具相似;另一种为随行夹具，使用中夹具随着工件一起运动，并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。
按使用机床可将夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具以及其他机床夹具等。这是专用夹具设计所用的分类方法。
按夹紧的动力源分类可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电磁夹具、真空夹具、离心力夹具等。

1.2.2机床夹具的构成
机床夹具的结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为以下几个部分:
(1)定位元件及定位装置；定位元件与工件的基面相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置。
(2)夹紧元件 (夹紧装置)；夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，使工件在加工过程中保持在夹具中的既定位置。
(3)夹具体；用于连接或固定夹具上个元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。
(4))对刀或导向装置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，、如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件称为导向装置。
(5)分度,对定装置；
(6)其他装置或元件；根据加工需要，有些夹具分别采用分度装置、靠模装置、上下料装置、顶出器和平衡块等。
2 零件的加工工艺规程设计
2.1零件的分析
2.1.1零件的作用：
该零件是CA6140车床的拨叉（图1），它位于厢体内部：主要作用是传递纽矩，帮助改变机床工作台的运动方向。零件在主视方向均有8mm的筋板支撑，零件中部有的花键孔，上平面分别有M8的螺纹孔和5mm的锥孔,所有技术要求都是为了机床总体装配。

图1 拨叉零件图
2.1.2零件的工艺分析：
本零件可从零件图中可知,它有三组加工面,而有位置要求,还有两组孔,也有位置和精度要求。
1、零件左端面，它是毛坯铸造出来之后等待加工的第一个面，此面将作为粗基准，表面粗糙度为3.2。根据表面粗糙度要求我们采取粗铣、半精铣的加工方式，即节省时间又能达到技术要求。
2、零件顶面，它是以底面为粗基准而加工的，它将作为精基准以完成以后的孔加工，为达到题目要求我们采取粗铣、半精铣的加工方式，表面粗糙度为3.2。.最终达到要求。
3、以顶面为基准加工的花键孔，此面表面粗糙度为6.3。采用钻，扩即达到要求。
4、18mm的槽加工，此槽侧面粗糙度为3.2，底面粗糙度为6.3即采取粗铣、半精铣，两步工序能达到要求。
5、加工M8螺纹孔，由《机械加工工艺手册》查知底孔为φ6.7，考虑到工艺要求我们采取钻、攻丝两步工序。
6、加工M5锥孔，由《机械加工工艺手册》查知.配钻方式加工。在加工的适当工艺过程中我们对产品进行质量检查，以满足工艺要求。
由以上工艺过成的完成，本零件也按要求加工完成。
2.2工艺规程设计
2.2.1确定毛坯的制造形式
由零件要求可知，零件的材料为HT200，考虑到本零件在具体工作的受力情况，我们选择砂型铸造，足以满足要求，又因为零件是中批量生产，所以选择砂型铸造是提高效率节省成本的最佳方法。
2.2.2基准面的选择
基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。基面的选择正确，可以使加工质量的到保证，生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，会使零件大批量地报废，使用无法进行，难以在工期内完成加工任务。
粗基准的选择对于本拨叉来说是至关重要的，对于一般零件而言，应以粗加工的表面为粗基准，零件左端面，它是毛坯铸造出来之后等待加工的第一个面，此面将作为粗基准正好符合要求。
对于精基准而言，主要应考虑到基准重合的问题，当设计基准与工艺基准不重合时，应该进行尺寸换算，在此设计中我们以的孔为精基准，基本满足要求。
2.2.3工艺路线的制定
制定工艺路线的出发点，是应该使两件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到妥善保证，在生产纲领一确定成批生产的情况下，我们尽量集中工序，除此之外我们还应该考虑经济效益，工艺简单工序集中，尽量降低成本。
工艺路线
方案一：
工序1:铸造；
工序2:时效处理；
工序3:粗铣、半精铣左端面；
工序4:粗铣、半精铣顶面；
工序5:钻、扩Φ22孔；
工序6:车Φ22倒角
工序7:拉花键孔；
工序8:铣18mm槽；
工序9:钻M8底孔φ6.7、攻丝M8，配钻M5锥孔
工序10:去刺
工序11:检验。
方案二：
工序1:铸造；
工序2:时效处理；
工序3:粗铣、半精铣左端面；
工序4: 钻、扩Φ22孔；
工序5:粗铣、半精铣顶面；
工序6:车Φ22倒角；
工序7:拉花键孔；
工序8:铣18mm槽；
工序9:钻M8底孔φ6.7、攻丝M8，配钻M5锥孔；
工序10:去刺；
工序11:检验。
工艺路线的比较与分析：
第二条工艺路线不同于第一条是将“工序4:钻、扩Φ22孔”变为“工序5粗铣、半精铣顶面”其它的先后顺序均没变化。通过分析发现这样的变动影响生产效率。而对于零的尺寸精度和位置精度都没有太大程度的帮助。
以零件左端面为基准，先铣下端面。再钻、扩Φ22孔，符合先加工面再钻孔的原则。若选第二条工艺路线而先钻、扩Φ22孔， 再粗铣、半精铣顶面需要二次装夹。所以发现第二条工艺路线并不可行。从提高效率和保证精度这两个前提下，发现第一个方案也比较合理想。
2.2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“拨叉”零件的材料为HT200，硬度HB170—200，毛坯重量约为1kg,生产类型为成批量生产，采用砂型铸造，13级精度以下（批量生产）。由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。
根据上述原始资料及加工工艺，分别对个加工表面的机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸确定如下：
（1）零件端面：
此面是粗基准，是最先加工的表面，由《机械加工工艺设计实用手册》表6-92及公式（6-16）计算底面加工余量。
e=C （1）
式中 e ——余量值；
——铸件的最大尺寸；
A ——加工表面最大尺寸；
C ——系数
e=0.55×=2.5mm
满足《机械加工工艺设计实用手册》表6-93的要求。
（2）顶面
因为表面粗糙度要求高，根据零件图中可以看出加工余量为 e=3mm
满足《机械加工工艺设计实用手册》表6-93的要求。
（3）中间孔
毛坯为实心，不冲出孔，孔精度为IT7—IT8之间，根据《机械加工工艺设计实用手册》确定尺寸和余量。
钻孔：φ20
扩孔：φ22 e=2mm
（4）φ25 花键孔
以φ22孔为基准拉孔 e=3mm
（5）铣18mm槽
毛坯为实心，不冲出孔，根据《机械制造工艺手册》查知e=18mm
（6）M8螺纹孔
毛坯为实心，不冲出孔，根据《机械制造工艺手册》查知M8底孔为6.7为零件满足要求确定尺寸余量如下。
钻M8底孔φ6.7；
攻丝M8； e= 1.3mm
2.2.5切削用量及基本工时的确定
（1）工序Ⅲ：铣端面
加工条件：
机床：X62W卧式铣床
刀具：高速钢圆柱铣刀 GB1106-85
其中d=80mm, L=82mm , l=22mm
计算切削用量：=2.5mm
由《机械加工工艺手册》表15.53可知：
f=
由《切削用量手册》表9.4-8可知：
vt =0.34m/s
nt=1.35r/s
vft=1.70m/s
各修整系数为
Kmv=Kmn=Kmf=0.69
Ksv=Ksn=Ksf=0.8
所以有 V==0.19m/s
V==0.75r/s
V==0.94mm/s
由X62W机床取
nt=0.792r/s=47.5r/min
vfc=1.0mm/s

所以实际切削速度
V==0.20m/s=12m/min （2）

确定主轴转速：
l1+l2=17mm l=75mm
n==7r/s=420r/min （3）

切削工时：
（4）
（2）工序Ⅳ：铣20+10平面
加工条件：
机床：X52K立式铣床
刀具：高速钢立铣刀 其中d=32mm, z=6 .
计算切削用量： =3mm
由《机械加工工艺实用手册》表15-52
af=0.08mm/z
由《机械加工工艺实用手册》表15-55
v=0.3m/s=18m/min
==3r/s(179r/min) （5）
按机床选取：

（6）
刀具切入长度：
刀具切出长度：
被切削层长度： l=80mm
进给量：
.

切削工时：
（7）
（3）工序Ⅵ 钻，扩φ22孔
钻φ20孔
加工条件：
机床：Z525立时钻床
刀具：麻花钻，其中d=20mm
计算切削用量： =20mm
由《机械加工工艺手册》表15-53，表15-37可知：
f=0.36mm/r
v=0.35m/s
确定主轴转速：
n==334r/min （8）

实际机床选取：
v= （9）
被切削层长度： l=80mm
刀具切入长度：
刀具切出长度：
切削工时：
(10)
扩φ22孔
加工条件：
机床：Z525立时钻床
刀具：扩孔钻，其中d=22mm
计算切削用量：=2mm
由《机械加工工艺手册》表15-53，表15-37可知：
f=0.81mm/r
v=0.14m/s
确定主轴转速：
n==121.5r/min
. 按机床选取：

实际机床选取：
v= （11）
切削工时：
（12）
(4) 拉花键孔
（13）
(5) 铣18mm槽
加工条件：
机床：x62w卧式铣床.
刀具：直齿三面刃铣刀，其中d=80mm,z=18
计算切削用量：=18mm
由《机械加工工艺手册》表15-53，表15-55可知：
af=0.20mm/z
v=0.3m/s
确定主轴转速：
n==71.6r/min （14）
. 按机床选取：

实际机床选取：
v= （15）

切削工时：
(16)

( 6) 钻M8螺纹孔
1) 钻M8螺纹底孔φ6.7孔.
加工条件：
机床：Z525立时钻床
刀具：麻花钻 其中d=6.7mm
计算切削用量：=6.7mm
由《机械加工工艺手册》表15-53，表15-37可知：
f=0.13mm/r
v=0.35m/s
确定主轴转速：
n==998r/min （17）
. 按机床选取：

实际机床选取：
v= （18）
被切削层长度：
l=11mm

刀具切入切出：
l+l2=4mm
切削工时：
(19)

2) 攻丝M8
加工条件：
机床：Z525立时钻床
刀具：机用丝锥，其中d=8mm
切削用量：=1.3mm
由《机械加工工艺手册》表15-53，表15-37可知：
f=1mm/r
v=0.12m/s

确定主轴转速：
n==286r/min （20）
. 按机床选取：

实际机床选取：
v= (21)
刀具切入切出长度：
l1+l2=4mm
被切削层长度： l=11mm
切削工时：
(22)
3专用夹具设计
3.1问题提出
因该零件为批量生产，所以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。
根据任务要求中的设计内容，需要设计钻M8底孔φ6.7、攻丝M8，配钻M5锥孔专用夹具各一套。本夹具将用于Z525立式钻床，刀具为麻花钻，机用丝锥。为达到零件工艺要求，需要对零件进行钻、扩两步工序进行加工。利用本夹具主要是钻M8螺纹底孔φ6.7孔，此孔没有特殊的形位要求,因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动的生产率，降低劳动强度，而精度则不是主要问题。
3.2钻M8底孔φ6.7、攻丝M8，配钻M5锥孔专用夹具设计
3.2.1定位基准的选择
根据零件图及定位基准的选择原则，采用以采用以 孔以及零件左端面来定位。
3.2.2切削力和夹紧力的计算
(23)
查表可得
=42.7、 xf=1.0、 yf=0.7、=0.9
因此
Fz=595N
(24)
查表可得
=0.021、 xM=2.0、 yM=0.8、=0.87
因此扭矩
M=1.6Nm
由夹紧力机构产生的实际夹紧力应满足下式：
P=K×
其余系数 K=K1×K2×K3×K4
K1——基本安全系数 1.3
K2——加工性质系数1.1
K3——刀具钝化系数1.15
K4——断续刀削系数1.2
所以
K=1.3×1.1×1.15×1.2.=1.98
在设计夹夹具时，应该注意劳动生产率。但是考虑到实际夹紧力较小，以及所加工零件的结构特征，决定选用螺旋夹紧机构成，并用滑动压板图2压紧，它具有压紧零件以及方便零件的安装和拆卸。

图2 滑动压板
3.2.3定位元件的设计及定位误差分析
根据夹具方案的设计，采用花键轴图3进行定位，花键轴可固定零件在夹具中的位置。由于所加工的零件对本工序加工的面没有特殊的技术要求，虽然由于定位孔的加工误差以及底面的误差，可能产生所加工的面的平面度、位置度等形位误差，但是在这里是允许的。

图 3 花键轴
3.2.4导向方案及导向元件的设计
由于是钻孔，因此可选用钻套，钻套具有引导刀具以及保证被加工孔的位置精度和提高工艺系统的刚度的作用。标准钻套可分为固定钻套、可换钻套和快换钻套。固定钻套定位精度高，但磨损后不易更换，常用于中小批量生产中。可换钻套磨损后，将螺钉松开便可迅速更换，多用于大批量生产。因此在此选用可换钻套图4。因为钻套必须安装在钻模板才能正确地确定刀具的位置并引导刀具进行加工，保证孔的加工要求和提高生产率，所以钻模板的设计也是非常必要的。图5为钻模板的设计。

图 4 可换钻套

图5 钻模板
3.2.5夹具体的设计
夹具体图6主要用于连接或固定夹具上个元件及装置，使其成为一个整体的基础件。

图6 夹具体
3.2.6夹具装配图效果图
如图7所示为夹具的装配图
图5 装配图

图7 夹具装配效果图
本夹具采用螺旋夹紧机构，通过手动螺旋螺母，用滑动压板及夹紧板，幷通过调节支撑的调节，将毛坯件夹紧，然后由可换钻套将钻头导入，进行带加工孔的钻孔加工。
4结束语
对专用夹具的设计，可以了解机床夹具在切削加工中的作用：可靠地保证工件的加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的给以性能。本夹具在设计过程中设计反应了夹具设计时应注意的问题，如定位精度、夹紧方式、 夹具结构的刚度和强度、结构工艺性等问题。而且运用pro/E软件将每个元件的实体形状及最后的装配效果显现出来。但由于本人缺乏设计经验,个人能力有限,所以本夹具在设计过程中仍然存在许多不足之处不足之处，如对一些参数和元件的选用可能不是非常合理，刀具和量具的选用也不一定精确合理。与实际的加工生产相结合之后，整个设计的加工工艺规程可能会在实际加工操作中有一定的变动三维绘图软件使用不熟练,一些零件的实体效果图形不十分完美。

5谢词
本文从课题选取到方案论证等整个过程都是在导师的全面、悉心指导下完成的，在毕业设计的制作过程中，导师活跃的学术思维、严谨的治学态度、求实的工作作风、诲人不倦的师德风范都给我留下了深刻的印象，为我今后生活、学习、工作树立了榜样。恩师渊博的知识和悉心指导使我受益非浅。同时也非常感谢我的同学给予我的帮助导师的在此深表感谢!
最后，在本文结束之际，向所有为我的论文提出宝贵意见的评阅专家们表示衷心的感谢和崇高的敬意!

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