CA6140车床手柄轴的夹具设计.docx
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CA6140车床手柄轴的夹具设计
1零件的分析
1.1零件的作用
题目所既定的零件为输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使主轴获得旋转的动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。
1.2零件的工艺分析
从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单，其主要加工的面有φ16、φ20的外圆柱面，一个锥面凸台,一个M10的螺纹孔，图中所给的尺寸精度高，大部分是IT6级；粗糙度方面表现在键槽两侧面、φ20圆柱表面为Ra1.6,φ16外圆柱面为Ra1.6,锥面凸台及端面为Ra0.8,φ15.7键槽为Ra3.2，其余为Ra6.3。
要求不高，位置要求较严格，表现在φ40的右端面、φ20圆柱面。
热处理方面需要调质处理，到200HBS，保持均匀。
通过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。
1.3零件的生产类型
由设计题目知：
中批量生产
2选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图
2.1选择毛坯
毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。
毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：
1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。
根据零件的材料为45号钢，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而锻件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件，所以使用锻件。
2.2.确定机械加工余量,毛坯尺寸和公差
钢质模锻件的公差及机械加工余量按GB/T12362-2003确定。
要确定毛坯的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等级。
（2）锻件质量通过计算可知零件成品质量为0.36kg，估算为=0.478kg
（3）锻件形状复杂系数S
S=/=0.85/1.203=0.397
该零件为圆形，假设其最大直径为φ44mm，长126mm，则由公式（5-4）、公式（5-5）得=/4×4×4×12.2×7.85×=1.203kg
由于0.5655介于0.32与0.63之间，故零件形状复杂系数S属等级
（4）锻件材质系数为
（5）零件表面粗糙度由零件图知除锥面及右端面=0.8以外其余各加工表面为1.6.。
2.3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，由此差得单边余量在厚度方向加工余量为1.5～2.0mm，水平方向亦为1.5～2.0mm，即锻件各外径的单面余量为1.5～2.0mm，各轴向的单面余量亦为1.5～2.0mm。
2.4确定毛坯尺寸
上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度1.6的表面，余量要适当增大。
分析本零件，除锥面和右端面为0.8以外，其余各加工表面为1.6，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值即可（当表面只粗加工时，可取所查数据中较小的值。
当表面需经粗加工和半精加工时，可取其较大值）。
综上所述，确定毛坯尺寸见表1
表1手柄轴毛坯（锻件）尺寸
零件尺寸
单面加工余量
锻件尺寸
Φ
2
24
φ40
2
44
122
2
126
102
2
104
2.5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中查得。
本零件毛坯尺寸允许偏差件表2
表2手柄轴毛坯（锻件）尺寸允许公差
锻件尺寸
偏差
根据
φ24
表5-7
φ44
106
表5-6
126
2.6设计毛坯图
确定圆角半径
锻件的外圆半径按表5-12确定。
H=20t=20t/H=1R=5
3基准的选择
3.1选择基准
工件在加工第一道或最初几道工序时，一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用φ40外圆柱面作为粗基准来加工φ16、φ20外圆柱面和左端面。
以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则，在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，φ20的外圆柱面和左端面作为定位基准，这个基准就是精基准。
在选精基准时采用有基准重合，基准统一。
这样定位比较简单可靠，为以后加工重要表面做好准备。
3.2零件表面加工方法的选择
市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，译稿工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。
由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。
同样在该零件的加工方法的选择中，我们考虑了工件的具体情况，一般我们按加工顺序来阐述加工方案：
查表（5-14）
表3加工方法
加工表面
表面粗糙度
公差/精度等级
加工方法
Φ20圆柱表面
Ra1.6
IT6
粗车-半精车-精车
Φ16外圆柱面
Ra1.6
IT6
粗车-半精车-精车
Φ15.2槽
Ra6.3
IT11
粗车
Φ15.7槽
Ra3.2
IT8
粗车-半精车
左端
Ra6.3
粗车
右端锥面
Ra0.8
IT6
粗车-半精车-磨削-抛光镀铬
右端面
Ra0.8
IT6
粗车-半精车-磨削-抛光镀铬
Φ14孔
Ra3.2
自由公差
钻孔-丝锥攻螺纹
键槽
Ra3.2
IT9
粗铣-精铣
倒角
Ra6.3
3.3制定工艺路线
1.工序的安排
（1）加工阶段的划分
当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。
①粗加工阶段：
其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工φ20、φ16圆柱表面及锥面。
②半精加工阶段：
其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如φ20、φ16外圆柱面。
③精加工阶段：
其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。
如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。
（2）基面先行原则
该零件进行加工时，要将左端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和φ20外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。
（3）先粗后精
即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。
（4）先面后孔
对该零件应该先加工平面，后加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于CA6140车床手柄轴来讲先加工φ20、φ16外圆柱面，做为定位基准再来加工其余面。
2.工序划分的确定
工序集中与工序分散：
工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利用采用高生产率的机床。
工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。
综上所述：
考虑到工件是大批量生产的情况，采用工序集中
辅助工序的安排：
辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除锈，退磁，检验等。
3.热处理工序的安排
热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件CA6140车床手柄轴材料为45钢，在加工过程中预备热是消除零件的内应力，在毛坯锻造之后。
最终热处理在半精车之后精车之前，按规范在840℃温度中保持30分钟释放应力。
4.确定加工工艺路线
根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以确定加工工艺路线，具体方案如下：
方案一
1备料锻造毛坯
2热处理退火（消除内应力）
3普车粗、精车左端面，钻中心孔
4普车粗车个圆柱面留半精车、精车余量
5普车粗车φ15.2、φ15.7槽
6热处理调质
7数控车半精车φ15.7槽，倒角
8数控车粗、精车右端面及圆锥凸台
9数控车倒角
10磨磨削右端面及圆锥凸台、面
11抛抛光右端面及锥面
12钻床钻孔φ8
13绞丝锥攻螺纹M10
14镗镗孔φ14
15铣铣键槽
16去毛刺
17检验
方案二
1备料锻造毛坯
2热处理退火（消除内应力）
3粗车粗车左端面和钻中心孔，凸台面及，的圆柱，
4粗车切四个槽
5粗车粗车圆柱及右端面
6半精、车精车半精车，精车左边各圆柱面，倒角
7半精车半精车右端面及圆锥面，倒圆角
8磨削磨削右端面及圆锥面
9铣键槽铣两键槽514
10钻孔钻，的两盲孔
11攻螺纹用丝锥攻M10的内螺纹
12热处理调质
13抛光镀铬抛光镀铬右端面及圆锥面
14去毛刺去除毛刺
15终检按零件图样要求全面检查
从零件本身来考虑，由于轴类零件在切削加工时易产生弯曲变形，如采用工序分散，在加工时零件的位置精度无法保证，为了同时保证零件图示的圆跳动要求，所以采用工序集中。
选择方案二。
4工序设计
4.1选择加工设备与工艺设备
1.机床的选择
（1）工序3、4、5是粗车，各工序的工步数不多，零件的外廓尺寸不大，精度要求不高，采用CA6140普通卧式车床即可[表5-55]。
（2）工序6精车精度要求比较高，表面粗糙度小，需选用较精密的车床，因此用C616A卧式车床[表5-55]。
（3）工序7加工的是圆锥面，加工难度较大，所以用数控车床CK6108A卧式。
（4）工序8磨削圆锥面及右端面，加工精度比较高，所以选择磨床MQ1350。
（5）工序9铣键槽，加工精度比较低，选用X62卧式铣床。
（6）工序10、11钻孔和攻螺纹选用Z3025摇臂钻床。
2.刀具的选择
由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是数控加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。
由于零件CA6140车床输出轴材料为45钢，推荐用硬质合金中的YT15类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而YT类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工45钢这种材料时采用硬质合金的刀具。
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