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机械制造装备设计课程设计说明书
机械制造装备设计课程设计说明书
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制造技术课程设计
题目CA6140车床手柄座机械加工工艺
及加工Φ10H7孔夹具设计
班级机制1002班学号20102712
姓名赵言科指导教师吕宝君
日期2013年12月20日
机电工程学院
制造技术课程设计任务书
设计题目：
CA6140车床手柄座机械加工工艺及加工Φ10H7孔夹具设计
设计内容（需明确列出研究的问题）：
设计CA6140车床手柄座机械加工工艺及加工Φ10H7孔夹具，生产类型为中等批量。
具体内容包括：
1、毛坯设计——画出毛坯工艺简图；
2、机械加工工艺设计——制订出零件的机械加工工艺规程；
3、夹具设计——完成指定工序（Φ10H7孔加工工序）的夹具结构设计。
4、说明书——对工艺设计及夹具设计的详细说明。
资料、数据、技术水平等方面的要求：
1、毛坯设计
正确确定毛坯类型、加工余量、余块、分型面或分模面、浇注位置、拔模斜度、收缩率、尺寸及型芯尺寸等，并正确绘制毛坯工艺简图。
2、工艺设计
（1）能正确选择定位基准；
（2）能根据工件各加工表面的技术要求和规定的生产条件合理选择表面加工方案，并拟定出工艺路线；
（3）能运用查表的方法确定各表面加工余量及切削用量；
（4）能正确确定工序尺寸及公差；
（5）能正确选择刀具、量具和机床等工艺装备；
（6）能运用规定的符号正确绘制工序图，正确标注各项技术要求。
3、夹具设计
（1）能够正确选择和设计定位元件、夹紧元件及夹紧装置；
（2）能够正确进行定位误差的分析计算；
（3）能够正确计算夹紧力，合理布置夹紧力的作用位置及方向；
（4）能够按照制图标准运用必要的视图完整地表达夹具结构；
（5）能够完整、正确地标注夹具装配图尺寸及技术要求。
4、说明书
（1）内容要完整、充实，文字叙述条理清楚，重点突出；
（2）各项分析计算完整、正确。
2.3毛坯的分型面、浇注位置、拔模斜度4
2.4毛坯的收缩率、型芯尺寸4
2.5毛坯的尺寸5
2.6毛坯的尺寸公差5
4.2φ14H7mm孔端面毛坯尺寸及加工余量计算10
4.3其他尺寸及其加工余量的确定11
6.2夹紧方案25
6.5平行度误差27
此页是为了满足页码设置的需要
设计说明
本次设计是CA6140车床手柄座，针对手柄座的结构特征、用途以及其工艺规程的分析，然后确定合理的加工方案，加工方案要求简单，并能保证加工质量。
由于手柄座各表面的精度要求比较高，所以在加工一些主要平面时都要先粗铣然后半精铣，加工一些孔时要进行钻、粗铰然后还要进行精铰工序，因为手柄座的加工质量将直接影响其性能和使用寿命，所以每一道工序都必须要达到其加工要求。
此外，本设计的生产类型是中等批量生产，为了提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量，需设计专用夹具，课程设计要求是设计加工CA6140车床手柄座φ10H7孔工序的夹具。
（一）机械加工工艺规程设计
第1章手柄座的工艺分析及生产类型的确定
1.1手柄座的用途
该零件是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。
其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。
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，使主轴制动。
1.2手柄座的技术要求
表1-1手柄座零件技术要求表
加工表面
尺寸偏差（mm）
公差及精度等级
表面粗糙度值RA（m）
形位公差（mm）
圆柱左右两端面
43
IT12
左端面（凸台端面）3.2
孔
IT8
1.6
孔
IT7
1.6
孔
IT7
1.6
圆锥孔
IT7
1.6
孔
IT8
12.5
螺纹孔
IT7
3.2
键槽
IT10
侧面1.6、底面6.3
槽
IT11
6.3
孔端面
距
孔轴线43mm
IT12
6.3
1.3手柄座的工艺性检测
分析零件图可知，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。
手柄座左右两端面和
孔端面均有要求切削加工，
孔端面、
孔端面、
孔端面和
孔凸台端面均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度，而螺纹孔M10和圆锥孔
的端面均为圆柱面保证孔的加工精度较困难；另外在轴向方向上的
孔凸台端面作为定位基准加工要求较其他端面高。
主要工作表面虽然加工精度也相对较高，但也可以在正常生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。
由此可见该零件的工艺性较好。
1.3.1孔的加工
该零件共有5个孔要加工：
φ45mm外圆凸台端面（
孔凸台端面）是零件的主要加工面，其他的面、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，需精加工出来；φ10mm孔与
孔有平行度要求，也需要精加工；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油孔表面粗糙度有Ra12.5。
1.3.2面的加工
该零件共有4个端面要加工：
φ45mm外圆凸台端面精度要求较高，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、φ25mm孔端面以及φ14mm孔端面粗铣既可。
1.3.3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，加工键槽时很难以φ45mm外圆端面为定位基准，,因而要特别注意尺寸链的推算,保证加工尺寸要求，因而工序尺寸的计算较复杂；而槽14mm两侧面粗糙度均为Ra6.3mm，半精铣即可。
1.3.4螺纹孔的加工
M10mm螺纹孔的加工，它与φ10mm孔和φ25mm孔连心线有30°角度要求，同时螺纹孔中心线与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。
1.4确定手柄座生产类型
手柄座重量为0.73kg，由参考文献【1】表1-3知，手柄座为轻型零件；由参考文献【1】表1-4知，该手柄座类型为中批生产。
第2章确定毛坯、绘制毛坯简图
2.1毛坯的材料
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,工作过程中不经常变动，受力不大，形状较复杂,外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求,零件生产类型为中批生产,而砂型铸造生产成本低,设备简单,采用砂型铸造。
2.2毛坯的加工余量、余块
查表确定加工余量:
由参考文献【1】表2-4查得每侧加工余量数值为1.4mm；故取凸台端面的毛坯总加工余量为：
1.4mm。
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。
粗铣余量：
1.4mm。
Φ45外圆凸台端面毛坯加工总余量为：
1.4mm。
半精铣余量：
1.0mm；
粗铣余量：
0.4mm；
手柄座大端面毛坯加工总余量为：
1.4mm。
粗铣余量：
0.4mm。
2.3毛坯的分型面、浇注位置、拔模斜度
选择左视图上平面为分模面，分模线为直线，为直分模线。
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。
由于该手柄座在毛坯选用铸件，为提高生产率和铸件精度，毛坯的拔模斜度为
，铸造圆角半径为R3~5。
2.4毛坯的收缩率、型芯尺寸
经查资料可知，材料的收缩率为1%。
2.5毛坯的尺寸
毛胚草图
CA6140车床手柄座零件材料为HT200,毛坯重量约为0.73kg,生产类型为大中批生产。
由于所有孔均有精度要求,且尺寸小,均不铸出。
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:
毛坯的最小尺寸:
47-1.4=45.6mm;
毛坯的最大尺寸:
47+1.4=48.4mm;
2.6毛坯的尺寸公差
毛坯总余量的确定：
由参考文献【1】表2-1和2-5，对于大中批量生产砂型机器造型，取尺寸公差等级为10级，加工余量等级为G级；
第3章拟定手柄座工艺路线
3.1定位基准的选择
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,会造成零件大批报废,使生产无法正常进行。
3.1.1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,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。
根据该手柄座零件的技术要求，选择手柄座
孔及
外圆凸台端面作为精基准零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工，遵循了“基准统一”原则。
又轴孔
的轴线是设计基准，选用其作为精基准定位加工手柄座脚上孔
和孔
以及其他的孔和表面，实现了设计基准和工艺基准重合，保证了被加工表面的位置度要求及
孔轴线和
孔轴线的平行度要求。
选用手柄座
外圆凸台端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”原则，因为该手柄座上的尺寸多以该端面作为设计基准。
选用
孔及
外圆凸台端面作为精基准，夹紧力可作用在手柄座
孔的大端面上，夹紧稳定可靠。
3.1.2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,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。
作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。
该手柄座加工时选用
孔两端面采用互为基准的方法进行加工出精基准表面。
3.2表面加工方法的确定
根据手柄座零件图上各加工尺寸精度和表面粗糙度，确定加工零件各表面的加工方法，如表3-1所示。
表3-1零件表面的加工方法
加工表面
公差及精度等级
表面粗糙度值RA（m）
加工方案
参考文献【1】表1-8
凸台端面
IT11
3.2
粗铣—半精铣
参考文献【1】表1-8
孔大端面
IT12
12.5
粗铣
参考文献【1】表1-8
孔
IT8
1.6
钻—粗铰—精铰
参考文献【1】表1-7
孔
IT7
1.6
钻—粗铰—精铰
参考文献【1】表1-7
孔
IT7
1.6
钻—粗铰—精铰
参考文献【1】表1-7
圆锥孔
IT7
1.6
钻—铰
参考文献【1】表1-9
孔
IT8
3.2
钻—粗铰—精铰
参考文献【1】表1-7
螺纹孔
IT7
3.2
钻—攻螺纹
参考文献【1】表1-10
键槽
IT10
1.6
拉
参考文献【1】表1-7
孔端面
IT12
12.5
粗铣
参考文献【1】表1-8
槽14mm
IT11
6.3
粗铣—半精铣
参考文献【1】表1-8
3.3加工阶段的划分
3.3.1粗加工阶段
粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。
可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。
一般粗加工的公差等级为IT11~IT12。
粗糙度为Ra80~100μm。
3.3.2半精加工阶段
半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。
半精加工的公差等级为IT9~IT10。
表面粗糙度为Ra10~1.25μm。
3.3.3精加工阶段
精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。
精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度．精加工的加工精度一般为IT6~IT7，表面粗糙度为Ra10~1.25μm。
3.4工艺方案的确定
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。
3.4.1工艺路线
1）粗铣手柄座φ45mm圆柱左右两端面;
2）半精铣φ45mm圆柱凸台端面,保证尺寸43mm;
3）钻—粗铰—精铰φ25H8mm孔;
4）拉键槽,保证尺寸27.3H11;
5）钻—粗铰—精铰φ10H7mm孔;
6）铣槽,保证尺寸14mm,深度43mm;
7）粗铣φ14H7mm孔端面，保证尺寸43mm；
8）钻—粗铰—精铰φ14H7mm孔;
9）钻—攻M10mm螺纹孔;
10）钻—铰φ5mm圆锥孔;
11）钻—铰φ5.5mm孔;
3.4.2工艺路线及设备
表3-2手柄座工艺路线及设备，工装的选用
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
粗铣φ45mm圆柱两端面;
立式铣床X51
高速钢套式面铣刀
游标卡尺
2
半精铣φ45mm圆柱小端面
立式铣床X51
高速钢套式面铣刀
游标卡尺
3
钻,倒角，粗铰，精铰φ25mm孔
摇臂钻床Z37
硬质合金锥柄麻花钻、铰刀
游标卡尺、内径千分尺、塞规
4
拉键槽
拉床
拉刀
游标卡尺
5
钻,倒角，粗铰,精铰φ10mm孔
立式钻床Z525
复合麻花钻、铰刀
游标卡尺、内径千分尺、塞规
6
粗、精铣槽14mm
卧式铣床X62
高速钢镶齿三面刃铣刀
游标卡尺、塞规
7
粗铣
14mm孔端面
立式铣床X51
高速钢套式面铣刀
游标卡尺
8
钻,倒角，粗铰，精铰φ14mm孔
立式钻床Z525
复合麻花钻、铰刀
游标卡尺、内径千分尺、塞规
9
钻,倒角，攻M10mm螺纹孔
摇臂钻床Z37
莫氏锥柄阶梯麻花钻、丝锥
卡尺螺纹塞规
10
钻，铰φ5mm圆锥孔
立式钻床Z525
麻花钻、锥柄机用1：
50锥度销子铰刀
内径千分尺、塞规
11
钻,倒角，铰φ5.5mm孔
立式钻床Z525
麻花钻、铰刀
内径千分尺、塞规
第4章加工余量、工序尺寸和公差的确定
4.1φ45mm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。
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43.2mm
4.2φ14H7mm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,按前面粗铣平面厚度偏差取-0.28mm。
4.3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）φ25H8mm孔,Ra=1.6mm;
根据《加工工艺手册》表3.2-10,加工该孔的工艺为:
钻→扩→铰
钻孔:
φ23mm;
扩孔:
φ24.8mm2Z=1.8mm（Z为单边加工余量）;
铰孔:
φ25H8mm。
（2）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。
（3）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。
（4）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。
（5）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。
由参考文献【1】表2-28可查得，精铰余量Z精铰=0.05mm；粗铰余量Z粗铰=0.95mm；钻孔余量Z钻=13.0mm。
参考文献【1】表1-20可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为，精铰：
IT7；粗铰：
IT10；钻：
IT12。
根据上述结果，再标准公差数值表可确定各工步的公差分别为，精铰：
0.018mm；粗铰：
0.070mm；钻：
0.180mm。
综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，精铰：
；粗铰：
；钻：
，
图4-1钻—粗铰—精铰
14mm孔的加工余量、工序尺寸和公差相互关系图
第5章切削用量的计算
5．1切削用量的分析
5.1.1工序1：
粗铣手柄座左右两端面
该工序分为两个工步，工步1是以如图5-1所示B面定位，粗铣A面；工步2是以如图5-1所示A面定位，粗铣B面。
这两个工步是在同一台机床上经一次走刀加工完成的，它们所选用的切削速度v和进给量f是一样的，而背吃刀量ap不同。
图5-1
（1）背吃刀量的确定工步1的背吃刀量ap1取值为A面的毛坯总余量减去工序2的余量，即ap1=0.4mm；而工步2的背吃刀量取值为ap2=1.4mm。
（2）进给量的确定由参考文献【1】表5-7机床功率5kw，工件—夹具系统刚度为中等条件选取该工序的每齿进给量fz=0.15～0.3mm/z，则每分钟进给量为：
fMz=fzzn=（0.15~0.3）10160mm/min=240~480mm/min
参照参考文献【1】表4-16所列x51型立式铣床的横向进给量取:
fMz=320mm/min。
（3）切削速度的计算由参考文献【1】表5-9按镶齿铣刀，d/z=80/10的条件选取切削速度v=40m/min。
由参考文献【1】公式（5-1）,可求得该工序铣刀转速为:
n=1000v/d=100040/（80）r/min=159r/min
参照参考文献【1】表4-15所列x51型立式铣床的主轴转速取转速n=160r/min。
再将此转速代入参考文献【1】公式（5-1），可求出该工序的实际铣削速度：
v=nd/1000=16080/1000（m/min）=40.19m/min
5.1.2工序2：
半精铣手柄座左端面A（
45mm外圆凸台端面）
（1）背吃刀量的确定ap=1.4mm。
图5-2
（2）进给量的确定由参考文献【2】表2.1-73按表面粗糙度Ra3.2m的条件选取该工序的每转进给量f=0.5～1.2mm/r，则每分钟进给量为：
fMz=fzzn=fn=（0.5~1.2）10210mm/min=105~252mm/min
参照参考文献【1】表4-16所列x51型立式铣床的纵向进给量取：
fMz=105mm/min。
（3）切削速度的计算由参考文献【2】表2.1-77中公式：
可计算得切削速度。
式中，d0为刀具尺寸（mm）；ap背吃刀量（mm）；af为每齿进给量（mm/r）；aw为切削深度（mm）；z为齿数。
由参考文献【2】表2.1-76查得：
刀具寿命T=180min；
由参考文献【3】表2.1-77查得：
Cv=23；qv=0.2；m=0.15；xv=0.1；yv=0.4；uv=0.1；pv=0.1；kv=1。
计算得切削速度为：
v=50.47m/min。
由参考文献【1】公式（5-1）,可求得该工序铣刀转速为:
n=1000v/d=100050.47/（80）r/min=200r/min
参照参考文献【1】表4-15所列x51型立式铣床的主轴转速取转速n=210r/min。
再将此转速代入参考文献【1】公式（5-1），可求出该工序的实际铣削速度：
v=nd/1000=21080/1000（m/min）=52.75m/min
5.1.3工序3：
钻—粗铰—精铰
25mm孔
（1）钻孔工步
图5-3
1）背吃刀量的确定取ap=24.5mm。
2）进给量的确定由参考文献【3】表3.4-2选取该工步的每转进给量f=0.35～0.5mm/r；参照参考文献【1】表4-7所列z37型摇臂钻床的主轴
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