CA6140车床手柄座加工工艺规程及夹具设计方案.docx
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CA6140车床手柄座加工工艺规程及夹具设计方案
1序言.
.......................................................................
3
1.1
设计目的..............................................................
3
1.2
设计意义..............................................................
3
1.3
现状分析..............................................................
3
1.4
发展前景..............................................................
4
2零件的分析.
.................................................................
5
2.1
零件的作用............................................................
5
2.2
零件的工艺分析........................................................
5
3
工艺规程设计................................................................
6
3.1
确定毛坯的制造形式.....................................................
6
3.2
基面的选择............................................................
6
3.2.1
粗基准的选择.....................................................
6
3.2.2
精基准的选择.....................................................
7
3.3
制定工艺路线..........................................................
7
3.4
机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定................................
9
3.5
确定切削用量及基本工时...............................................
12
4
夹具设计...................................................................
24
4.1
问题的提出...........................................................
24
4.2
夹具设计.............................................................
24
4.2.1
定位基准的选择和定位元件及其他元件设计选择......................
24
4.2.2
切削力、夹紧力计算，夹紧装置的设计与选择........................
25
4.2.3
定位误差分析....................................................
26
4.2.4
夹具设计及操作的简要说明........................................
27
总结.........................................................................
28
致谢.........................................................................
29
参考文献.....................................................................
30
附图.........................................................................
32
-1-
CA6140车床手柄座工艺规程及夹具设计
摘要：
本次设计内容涉及了机械加工工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合等多方面的知
识。
此次我设计的CA6140车床手柄座工艺规程及夹具设计包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用
夹具的设计三部分。
在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选
择好零件的加工基准，关键是决定出各个工序的工艺设备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择
设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部
件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。
关键词：
工艺、手柄座、切削用量、夹紧、定位。
-2-
1序言
1.1设计目的
毕业之前进行这次设计是为了给我们将要毕业的大学生一次进一步学习和锻炼的机会，在整个毕业设计中提高了我们的设计能力，具体设计目的如下：
（1）培养我们解决机械加工工艺问题的能力
（2）进一步培养我们识图、制图、运用和编写技术文件等基本技能（3）培养我们熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力
1.2设计意义
我设计的课题是CA6140车床手柄座的工艺规程及夹具设计，设计的意义就在于，在设计过程中了解该零件存在的问题，找出解决这些问题的方法，通过自己的设计对该零件的结构进行进一步改进，以达到改善零件工作性能，提高零件工作效率的目的。
对夹具创新设计的研究，对国内机械制造有着重要意义：
（1）保证加工精度
采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高且稳定。
（2）提高生产率、降低成本
用夹具装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地减少了辅助工时；用夹具装夹工件提高了工件的刚性，因此可加大切削用量；可以使用多件、多工位夹具装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。
另外，采用夹具后，产品质量稳定，废品率下降，可以安排技术等级较低的工人，明显地降低了生产成本。
（3）扩大机床的工艺范围
使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。
例如，在
车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工；通过专用夹具还可将
车床改为拉床使用，以充分发挥通用机床的作用。
（4）减轻工人的劳动强度
用夹具装夹工件方便、快速，当采用气动、液压等夹紧装置时，可减轻工人的劳动强度。
1.3现状分析
手柄座已经广泛被用到各个技术领域，它的存在使机床的操作很方便，大大提高了工业领域生产的效率，随着技术的不断进步，生产都向着自动化、专业化和大批量化的方向发展。
这就要求企业提高生产率，提高利用率。
减少浪费，降低成本。
现阶段国内手柄座的设计和
制造还存在一些问题，设计水平不是很高，在零件的加工技术方面，国内技术水平还不及西方发达国家那么先进，这些问题急需得到解决。
设计中包含机床夹具的设计，国内外机床夹具的发展现状分析：
国际生产研究协会的统
计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。
现代生产要求
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企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。
然而，一般企业都仍习惯
于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3-4年就要更新50%-80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10%-20%左右。
特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：
（1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；
（2）能装夹一组具有相似性特征的工件；
（3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；
（4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；
（5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；
（6）提高机床夹具的标准化程度。
1.4发展前景
机床夹具是机械加工不可缺少的部件，机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环
保方向发展，在其带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向研究。
（1）高精化：
高精机床加工精度提高，降低定位误差，提高加工精度对夹具制造精度
要求，机床夹具精度已提高到微米级，世界知名夹具制造公司都是精密机械制造企业。
诚然，适应不同行业需求和经济性，夹具有不同型号，以及不同档次精度标准供选择。
（2）高效化：
提高机床生产效率，双面、四面和多件装夹夹具产品越来越多。
减少工件安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，
快速夹紧功能部件不断推陈出新。
新型电控永磁夹具，夹紧和松开工件只需1-2秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。
（3）模块、组合化：
夹具元件模块化是实现组合化的基础。
利用模块化设计系列化、
标准化夹具元件，快速组装成各种夹具已成为夹具技术开发基点。
省工、省时，节材、节能，体现各种先进夹具系统创新之中。
模块化设计为夹具计算机辅助设计与组装打下了基础，应
用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。
（4）通用、经济化：
夹具通用性直接影响其经济性。
采用模块、组合式夹具系统，一
次性投资比较大，夹具系统可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。
德国戴美乐公司孔系列组合焊接夹具，
仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样焊接夹具。
元件功能强，使夹具通用性好，元件少而精，配套费用低，经济实用，很有推广应用价值。
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2零件的分析
2.1零件的作用
图2-1CA6140车床手柄座零件图（CA6140lathehandleseatdetaildrawings）
题目所给的零件是CA6140车床的手柄座。
它位于车床操作机构中，可同时操纵离合器和制动器，即同时控制主轴的开、停、换向和制动。
操作过程如下：
当手把控制手柄座向上扳动时，车床内部的拉杆往外移，则齿扇向顺时针方向转动，带动齿条轴往右移动，通过拨叉使滑套向右移，压下羊角形摆块的右角，从而使推拉杆向左移动，于是左离合器接合，主轴正转；同理，当手把控制手柄座向下扳动时，推拉杆右移，右离合器接合，主轴反转。
当手把在中间位置时，推拉杆处于中间位置，左、右离合器均不接合，主轴的传动断开，此时齿条轴上的凸起部分正压在制动器杠杆的下端，制动带被拉紧，使主铀制动。
手柄与该零件
通过25mm孔连接，机床内部零件通过10mm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。
2.2零件的工艺分析
CA6140车床手柄座有多处加工表面，其间有一定位置要求,分述如下：
1．以25H8为中心的加工表面
这一组的加工表面有25H8的孔，以及上下端面，下端面为45的圆柱端面；孔壁上有
距下端面11mm、与25H8孔中心轴所在前视面呈30角的螺纹孔，尺寸为M10，另外还有一个尺寸为6H9mm的键槽，孔与键槽的总宽度为27.3H10mm。
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2．以14H7为中心的加工表面
该组的加工表面有
14H7的孔（有位置要求），加工时测量深度为
25mm，钻孔深度为
28mm。
上孔壁有一个
5配铰的锥销通孔，该通孔有位置要求。
以及
14H7孔的端面。
3．以10H7为中心的加工表面
本组的加工表面有10H7的孔（两个），及其两个内端面（对称），两端面均有位置要求，
端面之间的距离为140
0.23
mm，孔除了有位置要求以外还有平行度的形状公差要求
（与25H8
孔壁之间的平行度公差为
0.2）
4．以5.5为中心的加工表面
这组的加工表面有5.5的孔，该孔通至25H8上的槽，并有位置要求。
由上面的分析可知，加工时应先加工完一组表面，再以这组加工后的表面为基准加工另外一组。
3工艺规程设计
3.1确定毛坯的制造形式
选择毛坯应考虑的因素有：
零件的力学性能要求、零件的结构形状和外廓尺寸、生产纲领和批量、现场生产条件和发展等。
我此次设计的CA6140车床手柄座零件的材料为HT15—33，重量为0.73kg。
手柄座在使用过程中不经常的变动，它只起支撑的作用，受到的冲击不是很大，只是在纵向上受到很
大的压力。
在加工过程中的精度保证很重要，它对工件的定位有一定的保证作用。
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请求，由于零件生产类型为大批量生产，而砂型铸造生产成本低，设备简略，故本零件毛坯采用砂型铸造。
由于零件上孔都较小，且都有严格的表面精度请求，故都不铸出，留后续机械加工反而经济实用。
3.2基面的选择
基面选择是工艺设计中的重要工作之一。
基面选择正确与合理，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，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
3.2.1粗基准的选择
对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。
而对有若干个不加工表面的工件，则
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应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。
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，粗、半精铣小端面，并保证尺寸43mm。
3.2.2精基准的选择
主要考虑基准重合的问题，用设计基准作为定位基准，实现“基准重合”，以免产生基准不重合误差。
有多种方案可供选择时应选择定位准确、稳定、夹紧可靠，可使夹具结构简
单的表面作为精基准。
当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。
3.3制定工艺路线
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。
制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。
除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
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.钻、扩、铰φ25H8mm孔;
Ⅳ.钻、粗铰、精铰φ10H7mm孔;
Ⅴ.钻、粗铰、精铰φ14H7mm孔;
Ⅵ.钻、攻M10mm螺纹孔;
Ⅶ.拉键槽6H9mm,保证尺寸27.3H10mm;
Ⅷ.钻、铰φ5mm圆锥孔;
Ⅸ.铣1443mm槽,保证尺寸14mm,深度43mm;
Ⅹ.钻、铰φ5.5mm孔;
Ⅺ.去锐边、毛刺;
Ⅻ.终检,入库。
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.钻、扩、铰φ25H8mm孔;
Ⅳ.粗铣φ14H7mm孔端面;
Ⅴ.钻、粗铰、精铰φ14H7mm孔;
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Ⅵ.钻、铰φ5mm圆锥孔,钻、粗铰、精铰φ10H7mm孔;Ⅶ.钻、攻M10螺纹孔;
Ⅷ.拉键槽6H9mm,保证尺寸27.3H10mm
Ⅸ.铣1443mm槽,保证尺寸14mm,深度43mm;
Ⅹ.钻、铰φ5.5mm孔;
Ⅺ.去锐边、毛刺;
Ⅻ.终检,入库。
3、工艺方案的比较与分析
上述两个方案差别在两点:
一是方案一先加工有Ra3.2mm表面精度请求的小端面,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孔按部就班次序加工,而方案二显得更机动聪慧,看出这两个孔的定位方法,夹紧方法雷同,故而在一台机床上同时加工出来.另外,方案一没有铣φ14mm孔端面,但由于φ14mm孔有严格深度请求,故最好还是粗铣一遍。
两套方案显然方案二更简洁更契合请求,但正如前面所分析的,方案二将φ5mm圆锥孔和φ10mm孔的加工合并在一道工序中,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,且两孔的加工精度请求都较高，显然组合机床不实用。
如果采用摇臂钻床，对于大批
量生产，则要频繁调换钻头刀具，大大增长了劳动强度，降低了生产效率，因此，决定还是将两个孔离开加工。
综上所述，零件的最后加工路线如下：
4、工艺方案的断定
Ⅰ.粗铣φ45mm圆柱大端面,以φ45mm圆柱小端面为定位基准;
Ⅱ.粗铣、半精铣φ45mm圆柱小端面,以φ45mm大端面为定位基准;Ⅲ.钻、扩、铰φ25H8mm孔,以φ45mm圆柱大端面为定位基准;
Ⅳ.钻、粗铰、精铰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、粗铰、精铰φ14H7mm孔,定位与Ⅴ工序雷同,保证孔深度25mm;Ⅶ.钻、攻M10mm螺纹孔,定位与Ⅴ工序雷同;
Ⅷ.钻、铰φ5mm圆锥孔,定位与Ⅴ工序雷同;
Ⅸ.拉键槽6H9mm,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27.3H10mm;
Ⅹ.铣1443mm槽,定位与Ⅴ工序雷同,保证尺寸43mm;
Ⅺ.钻,铰φ5.5mm孔,定位与Ⅴ工序雷同;
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。
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3.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“手柄座”零件材料为铸铁HT15-33，硬度为HBS165～187，毛坯的重量约为1Kg，生产类型为大批量生产，采用砂型铸造。
相关数据参见零件图。
据以上原始资料及加工路线，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
由于所有孔均有精度请求，且尺寸小，均不铸出。
故仅断定三个端面的相干尺寸。
查表断定加工余量：
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[4]表2—4，基础尺寸小于100mm，加工余量为1.4mm；基础尺寸小于63mm，
加工余量为0.7mm。
铸件公差等级：
查[4],2—3表，基础尺寸小于100mm，取3.2mm；基础尺寸小于63mm，
取2.8mm。
1、φ45mm圆柱两端面毛坯尺寸及加工余量
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、半精铣φ45mm圆柱小端面，各步余量如下：
粗铣：
查[3]表5-45，其余量值规定，对于小端面（≤50mm）为1.0～2.0mm，现取1.8mm。
表5-49粗铣平面的厚度偏差（≤30mm）为—0.25～—0.39mm，现取—0.30mm。
半精铣：
由[3]表5-47，其余量规定值为1.0mm。
故铸造毛坯的基础尺寸为
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＝48.4mm；
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雷同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按[1]
表5.29，粗铣→精铣所能达到的经济精度取IT8=0.039,
按入体原则取值,故精铣后尺寸为
43-0.039=42.961mm。
2、φ14H7mm孔端面毛坯尺寸及加工余量
根据工序请求，φ14H7mm孔端面仅由粗铣得到，故
φ14H7mm孔端面距φ25H8mm孔中
心线的毛坯基础尺寸为
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。
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粗铣后尺寸应于零件图尺寸雷同，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43.92mm。
其他毛坯尺寸由于零件图纸未做具体的工序尺寸请求，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。
3、其他尺寸及其加工余量的断定
其他工序尺寸包含5个孔，2个槽，1个螺纹孔的基础尺寸，现仅分
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