手柄座夹具课程设计课件.docx
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手柄座夹具课程设计课件
手柄座夹具课程设计
任
务
书
专业机械设计与制造
班级
姓名
指导教师
序言
机械制造机床夹具课程设计是机械设计中重要的一环，这次课程设计需要我们全面运用之前所学的知识，也是一次综合性较大的复习，更是一次理论联系实际的训练。
我认为在校完成这样的设计作业很必要，对提高我们的理论知识有一定帮助，让我们了解了学习的重点和方向，也锻炼了我们分析问题、解决问题的能力，也是对我们进入工厂进行的一次适应性训练，为以后的工作打下了良好的基础。
由于自身能力所限，设计有其不足之处或许还有错误，还恳请各位老师给予指出，也使我有进一步的提升。
目录
一零件的分析.............................................................1
1.1零件的作用.........................................................1
1.2零件的工艺分析.....................................................1
1.2.1孔的加工........................................................1
1.2.2面的加工........................................................1
1.2.3槽的加工........................................................1
1.2.4螺纹孔的加工....................................................2
二工艺规程设计...........................................................2
2.1毛坯的制造形式.....................................................2
2.2基面的选择.........................................................2
2.3粗基准的选择.......................................................2
2.4精基准的选择.......................................................3
2.5工艺路线的拟定.....................................................3
2.5.1工艺路线方案一...................................................3
2.5.2工艺路线方案二..................................................4
2.5.3工艺方案的比较与分析............................................4
2.5.4工艺方案的确定..................................................5
2.6毛坯尺寸及其加工余量的确定.........................................5
2.6.1φ45mm圆柱两端面毛坯尺寸及加工余量计算..........................6
2.6.2中心线端面毛坯尺寸及加工余量计算................................6
2.6.3φ14H7mm孔端面毛坯尺寸及加工余量计算............................7
2.7其他尺寸极其加工余量的确定..........................................7
2.8确定各工序切削用量及基本工时........................................9
2.8.1 工序Ⅰ：
粗铣φ45mm圆柱大端面...................................9
2.8.2 工序Ⅱ：
半精铣φ45mm圆柱小端面.................................9
2.8.3工序Ⅲ：
扩，铰φ25H8mm孔........................................10
2.8.4工序Ⅳ：
钻，铰φ10H7孔..........................................10
2.8.5工序Ⅴ：
粗铣φ14mm孔端面........................................11
2.8.6工序Ⅵ：
钻，铰φ14H7mm孔........................................11
2.8.7工序Ⅶ：
钻，攻M10mm螺纹孔.......................................12
2.8.8工序Ⅷ：
钻，铰φ5mm圆锥孔.......................................13
2.8.9工序Ⅹ：
铣槽.....................................................13
2.8.10工序Ⅸ..........................................................14
三专用夹具设计............................................................15
3.1定位方案的确定......................................................15
3.1.1工序要求.........................................................15
3.1.2定位方案设计分析.................................................16
3.1.3确定最佳定位方式.................................................16
3.1.4定位误差分析.....................................................17
3.2定位元件的型号，尺寸和安装方式......................................18
3.2.1支撑面..........................................................18
3.2.2短销............................................................18
3.2.3圆柱销..........................................................18
3.3夹紧方案的确定.....................................................19
3.3.1夹紧装置的设计..................................................19
3.3.2夹具的操作及维护................................................21
四自我小结...............................................................21
五参考文献...............................................................23
1．零件的分析
1.1零件的作用
该零件时CA6140车床操纵部分的组成零件之一，该手柄座的作用就相当于一个连杆。
车床外部手柄的运动是通过CA6140车床手柄座传递到车床内部实现人为对机床的操纵。
手柄与该零件通过φ25mm孔连接，机床内部零件通过φ10mm孔与手柄座连接，即CA6140车床手柄座的作用是实现运动由外部到内部的传递。
1.2零件的工艺分析
CA6140车床手柄座的加工表面分四种，主要是孔的加工，圆柱端面的加工，槽的加工，螺纹孔的加工，各组加工面之间有严格的尺寸位置度要求和一定的表面加工精度要求，特别是孔的加工，几乎都要保证Ra1.6mm的表面粗糙度，因而需精加工，现将主要加工面分述如下：
1.2.1 孔的加工
该零件共有5个孔要加工：
φ45mm是零件的主要加工面，多组面，孔与其有位置尺寸度要求，因而是后续工序的主要精基准面，需精加工且尽早加工出来；φ10mm孔与R13mm有平行度要求，也要精加工；φ14mm是不通孔，特别注意该孔的加工深度；φ5mm圆锥孔虽是小孔，但由于表面粗糙度要求高，仍需精铰。
φ5.5mm油孔是本组成员本次夹具设计的重点工序，它与槽14mm的小端面有7mm的尺寸位置要求，并且其孔的加工精度有R3.2的要求，因此对其也应该要进行精铰。
1.2.2面的加工
该零件共有3个端面要加工：
φ45mm圆柱小端面精度要求较高，同时也是配合φ25mm孔作为后续工序的精基准面，需精加工；φ45mm圆柱大端面以及φ25mm孔端面粗铣既可。
1.2.3槽的加工
该零件仅有2个槽需加工：
φ25mm孔上键槽两侧面粗糙度为Ra1.6mm，需精加工，底面加工精度要求不高，但与R13mm孔上表面有30mm的尺寸要求，而加工键槽时很难以φ45mm上表面为定位基准，因而要特别注意尺寸链的推算，保证加工尺寸要求；深槽要注意加工深度，由于表面粗糙度为Ra6.3mm，半精铣即可。
1.2.4螺纹孔的加工
M10mm螺纹孔的加工，它与R13mm孔和φ25mm孔中心线有30°角度要求，同时中心线与φ45mm圆柱端面有11mm的尺寸位置要求。
由以上分析可知，该零件的加工应先加工φ45mm圆柱两端面，再以端面为基准加工作为后续工序主要精基准的φ25mm孔，进而以该孔为精基准加工出所有的孔，面，槽，螺纹孔等。
二.工艺规划设计
2.1毛坯的制造形式
零件材料为HT200，根据选择毛坯应考虑的因素，该零件体积较小，形状较复杂，外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求，由于零件生产类型为成批，大批生产，而砂型铸造生产成本低，设备简单，故本零件毛坯采用铸砂铸造。
由于零件上孔都较小，且都有严格的表面精度要求，故都不铸出，留待后续机械加工反而经济实用。
2.2基面的选择
基面选择是工艺规划设计中的重要工作之一，基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
2.3粗基准的选择
粗基准选择应为后续加工提供精基准，由于该零件毛坯没有铸孔，故只能以3个主要端面为基准，由于φ45mm小端面表面粗糙度为Ra3.2mm，若直接以大端面为粗基准，恐不能一次达到加工精度，故先以φ45mm小端面为粗基准，粗铣φ45mm大端面，再以φ45mm大端面为基准，精铣小端面，并保证尺寸43mm。
2.4精基准的选择
精基准主要考虑如何保证加工精度和装夹方便，前面已多次提过以 φ25mm孔为第一精基准，φ45mm圆柱小端面作为基准先加工出φ25mm孔，然后作为辅助基准面配合φ25mm孔加工后续工序中的孔，面，槽，螺纹等。
2.5工艺路线的拟定
拟定工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。
工艺路线的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性，以便使生产成本尽量下降。
2.5.1工艺路线方案一
Ⅰ.铣φ45mm圆柱小端面;
Ⅱ.粗铣φ45mm圆柱大端面,保证尺寸43mm;
Ⅲ.扩,铰φ25H8mm孔;
Ⅳ.钻,扩,铰φ10H7mm孔;
Ⅴ.钻,扩,铰φ14H7mm孔;
Ⅵ.钻,攻M10mm螺纹孔;
Ⅶ.插键槽,保证尺寸27.3H11;
Ⅷ.钻,铰φ5mm圆锥孔;
Ⅸ.铣槽,保证尺寸14mm,深度30mm;
Ⅹ.钻,铰φ5.5mm孔;
Ⅺ.去锐边,毛刺;
Ⅻ.终检,入库。
2.5.2工艺路线方案二
Ⅰ.粗铣φ45mm圆柱大端面;
Ⅱ.半精铣φ45mm圆柱小端面,保证尺寸43mm;
Ⅲ.扩,铰φ25H8mm孔;
Ⅳ.粗铣φ14H7mm孔端面;
Ⅴ.钻,扩,铰φ14H7mm孔;
Ⅵ.钻,铰φ5mm圆锥孔,钻,扩,铰φ10H7mm孔;
Ⅶ.钻,攻M10螺纹孔;
Ⅷ.插键槽,保证尺寸27.3H11mm
Ⅸ.铣槽,保证尺寸14mm,深度30mm;
Ⅹ.钻,铰φ5.5mm孔;
Ⅺ.去锐边,毛刺;
Ⅻ.终检,入库。
2.5.3工艺方案的比较与分析
上述两个方案区别在两点:
一是方案一先加工有Ra3.2mm表面精度要求的小端面,再加工大端面,而方案二是先粗铣大端面,再加工小端面;二是方案一将φ5mm圆锥孔和φ10mm孔按部就班顺序加工,而方案二显得更灵活聪明,看出这两个孔的定位方式,夹紧方式相同,故而在一台机床上同时加工出来.另外,方案一没有铣φ14mm小端面,但由于φ14mm孔有严格深度要求,故最好还是粗铣一遍.
两套方案显然方案二更简洁更符合要求,但正如前面所分析的,方案二将φ5mm圆锥孔φ10mm孔的加工合并在一道工中,虽然减少了装夹次数,简化了工艺设计 ,但在一道工序中完成这两个钻孔,由于两孔的加工深度,加工刀具尺寸,加工时产生的轴向力等等都相差较大,且两孔的加工精度要求都较高，显然组合机床不适用。
如果采用摇臂钻床，对于大批量生产，则要频繁更换钻头刀具，大大增加了劳动强度，降低了生产效率，因此，决定还是将两个孔分开加工。
综上所述，零件的最后加工路线如下：
2.5.4工艺方案的确定
Ⅰ.粗铣φ45mm圆柱大端面,以φ45mm圆柱小端面为定位基准;
Ⅱ.半精铣φ45mm圆柱小端面,以φ45mm大端面为定位基准;
Ⅲ.扩,铰φ25H8mm孔,以φ45mm圆柱大端面为定位基准;
Ⅳ.钻,扩,铰φ10H7mm,以φ25H8mm孔和φ45mm圆柱小端面为基准;
Ⅴ.粗铣φ14mm孔端面,利用φ45mm圆柱小端面, φ25H8mm孔和φ10H7mm孔定位,保证尺寸43mm;
Ⅵ.钻,扩,铰φ14H7mm孔,定位与Ⅴ工序相同,保证孔深度25mm;
Ⅶ.钻,攻M10mm螺纹孔,定位与Ⅴ工序相同;
Ⅷ.钻,铰φ5mm圆锥孔,定位与Ⅴ工序相同;
Ⅸ.插键槽,为便于加工,以φ45mm圆柱小端面, φ10H7mm孔和φ14H7mm孔端面定位,同时要保证尺寸27.3H11mm;
Ⅹ.铣槽,定位与Ⅴ工序相同,保证尺寸30mm;
Ⅺ.钻,铰φ5.5mm孔,定位与Ⅴ工序相同;
Ⅻ.去锐边,毛刺,尤其注意φ25H8mm孔表面可能因为钻M10mm螺纹孔以及插槽带来的表面鳞次损伤;
ⅩⅢ.终检,入库。
2.6毛坯尺寸及其加工余量的确定
CA6140车床手柄座零件材料为HT200,毛坯重量约为0.73kg，生产类型为大批生产，采用砂型铸造生产。
毛坯铸造时可以将φ25孔直接铸造出来，由于其余孔均有精度要求，且尺寸小，均不铸出。
故仅确定三个端面的相关尺寸。
查表确定加工余量：
砂型铸造，材料为灰铸铁，机器造型，公差等级为CT8~12,取CT10，加工余量等级E~G,取G.
切削余量：
查表，基本尺寸小于100mm，加工余量为1.4mm；
基本尺寸小于63mm，加工余量为0.7mm。
铸件公差等级：
查表，基本尺寸小于100mm，取3.2mm；
基本尺寸小于63mm，取2.8mm。
2.6.1φ45mm圆柱两端面毛坯尺寸及加工余量计算
根据工序要求，φ45mm圆柱两端面经过两道工序，先粗铣φ45mm圆柱大端面，再粗，精铣φ45mm圆柱小端面，各步余量如下：
粗铣：
由《机械加工工艺手册第一卷》表3.2-23，其余量值规定，对于小端面（≤50mm）为1.0~2.0mm，现取1.8mm。
表3.2-27粗铣平面的厚度偏差（≤30mm）为―0.25~―0.39mm，现取―0.30mm。
精铣：
由《加工工艺手册》表3.2-25，其余量规定值为1.0mm。
故铸造毛坯的基本尺寸为43＋1.2＋1.8＋1.0＝47mm 。
又根据前面铸件尺寸公差标准值，取尺寸公差为2.8mm。
故：
毛坯的名义尺寸：
43＋1.2＋1.8＋1.0＝47mm；
毛坯的最小尺寸：
47－1.4＝45.6mm；
毛坯的最大尺寸：
47＋1.4＝49.8mm；
粗铣大端面后的最大尺寸：
43＋1.0＋1.2＝45.2mm；
粗铣大端面后的最小尺寸：
45.2－0.30＝44.9mm；
粗铣小端面后的最大尺寸：
:
43＋1.0＝44mm；
粗铣小端面后的最小尺寸：
:
44－0.30＝43.7mm。
精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按《加工工艺手册》表5.29，粗铣→精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。
故精铣后尺寸为43.7mm。
2.6.2中心线端面毛坯尺寸及加工余量计算
根据工序要求，φ25H8mm孔中心线距离小端面的毛坯基本尺寸为43＋1.2＝44.2mm，故：
毛坯的名义尺寸：
43＋1.2＝44.2mm；
毛坯的最大尺寸：
44.2＋1.4＝45.6mm；
毛坯的最小尺寸：
44.2－1.4＝42.8mm。
由于φ25H8mm孔有8精度要求，Ra＝1.6mm；
根据《加工工艺手册》表3.2-10，加工该孔的工艺为：
扩→铰
因此查《实用机械加工工艺手册》表3-9得其孔的加工余量为2～5mm，我们取为3mm，故：
扩孔：
φ24.8mm 2Z＝1.8mm（Z为单边加工余量）；
铰孔：
φ25H8mm。
毛坯φ25mm孔的尺寸为：
25-3=22mm
2.6.3φ14H7mm孔端面毛坯尺寸及加工余量计算
根据工序要求，φ14H7mm孔端面仅由粗铣得到，故φ14H7mm孔端面距φ25H8mm孔中心线的毛坯基本尺寸为43＋1.2＝44.2mm，故：
毛坯的名义尺寸：
43＋1.2＝44.2mm；
毛坯的最大尺寸：
44.2＋1.4＝45.6vmm；
毛坯的最小尺寸：
44.2－1.4＝42.8mm。
粗铣后尺寸应于零件图尺寸相同，但由于零件图纸并未给出具体的公差等级，现按前面粗铣平面厚度偏差取－0.28mm。
故粗铣后的尺寸为
mm
其他毛坯尺寸由于零件图纸未做具体的工序尺寸要求，且对后面诸孔，槽的加工影响不大，仅荒铣即可，故不再一一赘述分析。
2.7其他尺寸极其加工余量的确定
其他工序尺寸包括5个孔，2个槽，1个螺纹孔的基本尺寸，现仅分析主要的5个孔的加工余量及尺寸偏差。
5个孔均不铸出，机械加工出来，根据《加工工艺手册》，由于5个孔的表面粗糙度要求均较高，所以都要经过精铰工序，具体工序尺寸和加工余量为：
（1）φ10H7mm孔，Ra＝1.6mm；
根据《加工工艺手册》表3.2-9，加工该孔的工艺为：
钻→粗铰→精铰
钻孔：
φ9.8mm；
粗铰：
φ9.96mm；
精铰：
φ10H7mm。
（2）φ14H7mm孔，Ra＝1.6mm；
根据《加工工艺手册》表3.2-9，加工该孔的工艺为：
钻→扩→粗铰→精铰
钻孔：
φ13.0mm；
扩孔：
φ13.85mm； 2Z＝0.85mm（Z为单边加工余量）；
粗铰：
φ13.95mm；
精铰：
φ14H7mm。
（3）φ5mm圆锥孔，Ra＝1.6mm；
由于零件图纸未给出具体的公差等级，现也按H7公差等级加工，按表3.2-9，加工该孔的工艺为：
钻→精铰
钻孔：
φ4.8mm；
精铰：
φ5H7mm。
（4）φ5.5mm孔，Ra＝3.2mm。
由于也未给出公差等级，现同样按φ5mm圆锥孔加工方式：
钻→精铰
钻孔：
φ4.8mm；
精铰：
φ5.5H7mm。
2.8确定各工序切削用量及基本工时
2.8.1 工序Ⅰ：
粗铣φ45mm圆柱大端面
机床：
X51立式铣床
刀具：
高速钢端铣刀，直径D=50mm，齿数Z=6
根据《加工工艺手册》表2.4-73，取每齿进给量f=0.15mm/Z,根据《切削工艺手册》表3.9，取铣削速度Vc=20m/min。
则fr=f*vc=127.4r/min。
按机床选取铣刀转数n=160r/min，则实际切削速度Vc=25.12m/min.，
工作台每分钟进给量Ｆ＝Ｓ＊Ｚ＊Ｆz=144mm/min，
铣床工作台进给量f=150mm/min，
按《加工工艺手册》表6.2-5，
基本工时t=0.65min。
2.8.2 工序Ⅱ：
半精铣φ45mm圆柱小端面
机床：
X51立式铣床
刀具：
高速钢端铣刀，直径D=50mm，齿数Z=6
（1）粗铣φ45mm小端面
铣削余量Z=1.2mm，
同样查表选取确定f=20m/min，fv=0.15mm/Z，则Vc=127.4r/min，
同样选取vc=160r/min，则f=25.12m/min.，Ｆ＝Ｓ＊Ｚ＊Ｆz=144mm/min，
取vc=150mm/min
基本工时t=0.43min。
（2）半精铣φ45mm小端面
加工余量Z=1.0mm，
查表确定f=20m/min，fv=0.15mm/Z，则Vc==127.4r/min，
选取Vc=160r/min，则f=25.12m/min.， vc=144mm/min，
取vc=100mm/min，
基本工时t=0.65min。
2.8.3工序Ⅲ：
扩，铰φ25H8mm孔
机床：
Z535立式钻床
（1）扩孔φ24.8mm
刀具：
高速钢锥柄标准麻花钻，D=24.8mm
双边余量2Z=1.8mm
由《切削工艺手册》表2.10查的扩孔钻扩孔时进给量f=0.7~0.8mm/r，并由《加工工艺手册》表4.2-16取fz=0.72mm/r ，扩孔钻扩孔时 ，根据《切削工艺手册》表2.15查得f=14m/min，故
f=7~4.7m/min，则fr=89~60r/min，
按机床选取fr=68r/min，则f=5.29m/min.，
基本工时t=1.1min。
（2）铰φ25H8mm孔
刀具：
高速钢锥柄机用铰刀，D=25mm
由《切削工艺手册》表2.24查得f=1.0~1.5mm/r, 并由《加工工艺手册》表4.2-16选取fz=1.22mm/r，取切削深度h=0.15~0.25mm，f=4~8m/min , 则fr=51~102r/min，
按机床选取fr=68r/min，则f=5.34m/min.，
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