CA自动车床杠杆工艺研究.docx
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CA自动车床杠杆工艺研究
1．CA1340杠杆加工工艺分析
1.1泵体工艺分析及生产类型确定
1.1.1杠杆的技术要求
杠杆技术要求表
加工表面
尺寸及偏差/mm
公差及精度等级
表面粗糙度Ra/μm
形位公差/mm
杠杆叉头左侧两端面
12
IT9
6.3
杠杆叉头右侧两端面
12
IT9
6.3
Φ20mm孔
Φ20H7
IT7
1.6
Φ8mm锥形孔
Φ8
IT12
12.5
Φ4mm圆柱孔
Φ4
IT12
12.5
杠杆叉轴孔两端面
800-0.2
IT11
3.2
杠杆叉脚槽内侧面
8
IT9
6.3
杠杆叉脚槽内上表面
12
IT9
6.3
M4螺孔
M4
IT7
1.6
Φ6mm孔
Φ6H7
IT7
1.6
∥
0.06
A
Φ8mm孔
Φ8H7
IT7
1.6
∥
0.08
B
1.1.2审查杠杆的工艺性
该零件材料为QT45-5，该材料具有良好的铸造性能、耐磨性、切削加工性能及低的缺口敏感性等。
另外球墨铸铁可通过热处理大大提高其性能。
球墨铸铁工艺简单，一般铸造车间均可生产。
分析零件可知，杠杆叉头和叉轴孔两端面均需要切削加工，并在轴向方向上均高于相邻表面，这样减少了加工面积，又提高了杠杆端面的接触刚度；Φ20mm，Φ6mm孔的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；另外该零件除主要工作表面外，其余表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求；而主要表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量的加工出来。
由此可见，该零件的工艺性较好。
1.1.3．确定杠杆的生产类型
依设计题目知：
N=4500件/年，泵体重量为3.0kg，泵体属轻型零件。
该泵体的生产类型为中批生产。
1.2、确定毛坯，绘制毛坯简图
1.2.1选择毛坯
根据零件材料确定毛坯为铸件，毛坯的拔模斜度为3～5°。
1.2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
已知零件的生产类型为中批生产。
目前，多数铸件采用砂型铸造，其中金属模机器造型生产率较高、铸件精度高、表面质量与机械性能均好，故毛坯的铸造方法选用金属型铸造。
根据表2-5和表2-1查得公差等级为8~10级，即CT8~CT10，机械加工余量等级为D~F级。
选取E级，查表2-4得，加工余量RAM为1.1mm。
由于铸造孔的最小直径为15mm,所以Φ8、Φ6、Φ4的孔都在铸造时铸成实体，用机械加工的方法制造，所以没有加工余量。
计算需加工表面的毛坯余量：
公式R=F+2RMA+CT/2，R=F-2RMA-CT/2
（1）杠杆叉头两端面
R=12+2*1.1+1.6/2=15（mm）
（2）Φ20H7孔内表面
R=20-2*1.1-1.2/2=17.2（mm）
（3）杠杆叉轴孔Φ20H7端面
R=80+2*1.1+3.2/2=83.8（mm）
1.3.工拟订杠杆的工艺路线
1.3.1定位基准的选择
（1）精基准的选择
根据该杠杆的技术要求和装配要求，选择杠杆Φ20H7孔和其左端面为精基准。
零件图上的很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则，杠杆叉轴孔Φ20H7的轴线是设计基准，选用其做精基准定位加工杠杆叉头两端面和孔Φ20H7，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的平行度要求。
选用该叉轴孔Φ20H7左端面作为精基准同样遵循了“基准重合”的原则，因为该杠杆在轴向方向上的尺寸多以该端面做设计基准；另外，由于该杠杆零件强度较差，受力易产生弯曲变形，为了避免在机械加工中产生夹紧变形，根据夹紧力应垂直于主要定位基面，并应作用在刚度较大部位的原则，夹紧力的作用点不能作用在叉杆上。
选用叉轴孔Φ20H7左端面作精基准，夹紧可作用在叉轴孔Φ20H7右端面上，夹紧稳定可靠。
（2）粗基准的选择
作为粗基准的表面应平整，没有飞边或其它表面缺陷，在本题中，选择叉轴孔Φ20H7的外圆面和杠杆叉脚右端面作为粗基准。
采用Φ20H7的外圆面定位加工内孔，可以保证孔的壁厚均匀；采用杠杆叉脚右端面作为粗基准加工叉轴孔Φ20H7的左端面，可以为后序准备好精基准。
1.3.2表面加工方法的确定
根据杠杆图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度,确定各加工表面的加工方法如下表:
加工表面
尺寸及偏差/mm
公差及精度等级
表面粗糙度Ra/μm
加工方案
杠杆叉头左侧两端面
12
IT9
6.3
粗铣
杠杆叉头右侧两端面
12
IT9
6.3
粗铣
Φ20mm孔
Φ20H7
IT7
1.6
粗扩-精扩-铰
Φ8mm锥形孔
Φ8
IT12
12.5
粗铣
Φ4mm圆柱孔
Φ4
IT12
12.5
粗铣
杠杆叉轴孔两端面
800-0.2
IT11
3.2
粗铣-半精铣
杠杆叉脚槽内侧面
8
IT9
6.3
粗铣
杠杆叉脚槽内上表面
12
IT9
6.3
粗铣
M4螺孔
M4
IT7
1.6
钻-攻
Φ6mm孔
Φ6H7
IT7
1.6
钻-粗铰-精铰
Φ8mm孔
Φ8H7
IT7
1.6
钻-粗铰-精铰
1.3.3加工阶段的划分
由于该杠杆加工质量要求较高,所以可将加工阶段划分为粗加工—半精加工—精加工。
在粗加工阶段,先将精基准（杠杆Φ20H7孔和其左端面）准备好,使后续工序都可采用精基准进行加工.保证其他加工表面的加工精度要求，然后粗铣Φ20H7孔右端面、杠杆叉头两侧左右端面、Φ8mm锥形孔、Φ4mm圆柱孔以及杠杆叉脚槽内表面与其上表面；在半精度加工阶段,完成对叉轴孔Φ20H7两端面的铣削；在精加工阶段,完成Φ8mm和Φ6mm孔的精铰.
1.3.4工序的集中与分散
本课题选用工序集中原则来安排杠杆的加工工序，该杠杆的生产类型为中批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；
由于Φ6的孔对叉轴孔Φ20H7轴线有较高的平行度要求和Φ8的孔对Φ6孔轴线也有平行度要求,故选用工序集中,来减少装夹次数,提高加工精度.不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证加工表面之间的相对位置精度要求。
1.3.5工序顺序的安排
一、机械加工工序
（1）先基准后其他首先加工精基准—杠杆Φ20H7孔和其左端面；
（2）先粗后精先安排粗加工工序,后安排精加工工序；
（3）先主后次先进行主要表面——杠杆Φ20H7孔及其左、右
端面，杠杆叉头Φ6mm孔，杠杆叉脚Φ8mm孔，
后加工次要表面——杠杆叉脚槽内、上表面以
及Φ8mm锥形孔、Φ4mm圆柱孔；
（4）先面后孔先加工叉轴孔左端面，再加工叉轴孔Φ20H7；先
加工杠杆叉头左右端面，再加工Φ6H7孔；先铣
杠杆叉脚槽内、上表面，再加工Φ8H7孔；
二、热处理工序:
铸造成型后进行时效处理,来消除残余应力
三、.辅助工序:
粗加工杠杆叉头两端面和杠杆叉脚槽内、上表面后安排校直，去毛刺，清洗，终检工序。
综上所述：
该杠杆工序的安排顺序：
基准加工——主要表面加工——主要表面半精加工和次要表面粗加工——热处理——主要表面精加工。
1.3.6确定工艺路线
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
粗铣叉轴孔Φ20H7两端面
立式铣床X51
端铣刀
游标卡尺
2
半精铣叉轴孔Φ20H7两端面
立式铣床X51
端铣刀
游标卡尺
3
粗扩，精扩，铰孔Φ20H7
四面组合钻床
扩孔钻，绞刀
卡尺、塞规
4
校正杠杆叉头
钳工台
手锤
5
粗铣杠杆叉头左右两端面
立式铣床X51
端铣刀
游标卡尺
6
钻，粗铰，精铰孔Φ6H7
四面组合钻床
钻头复合绞刀
卡尺、塞规
7
校正杠杆叉脚
钳工台
手锤
8
粗铣杠杆叉脚槽内，上表面
立式铣床X51
键槽铣刀
卡规深度游标卡尺、内径千分尺
9
钻，粗铰，精铰孔Φ8H7
四面组合钻床
钻头复合绞刀
卡尺、塞规
10
钻、攻底角M4螺纹孔
立式钻床Z525
麻花钻、细柄机用丝锥
卡尺、塞规
11
钻直径为Φ4的圆柱孔
立式钻床Z525
麻花钻
卡尺、塞规
12
钻直径为Φ8的锥形孔
立式钻床Z525
锪钻
卡尺、塞规
13
去毛刺
钳工台
平锉
14
热处理
淬火机等
15
校正杠杆叉头、脚
钳工台
手锤
16
清洗
清洗机
17
终检
卡尺、塞规、百分表
1.4加工余量、工序尺寸和公差的计算
（1）、工序1和工序2——加工杠杆叉轴孔Φ20H7两端面
第1、2两道工序的加工工艺过程：
（2）以右端面定位，粗铣左端面，保证工序尺寸P1；
（3）以左端面定位，粗铣右端面，保证工序尺寸P2；
（4）以右端面定位，半精铣左端面，保证工序尺寸P3；
（5）以左端面定位，半精铣右端面，保证工序尺寸P4，达到零件的设计尺寸D的要求，D=800-0.2mm。
1）P4=800-0.2mm
2）由图b可知，Z4为半精铣余量，查表2-36确定Z4=1mm,则P3=80+1=80mm,由于工序尺寸P3是在半精铣加工中保证的，查表1-20，半精铣工序的经济加工精度等级可达到表面的最终加工要求——IT11，因此确定该工序尺寸公差为IT11，其公差值为0.22mm,则P3=81+0.11mm。
3）从C所示尺寸链知，P2=P3+Z3，其中Z3为半精铣余量。
同理P2=81+1=82mm,工序尺寸P2是在粗铣加工中保证的，查表1-20知粗铣工序的经济加工精度等级可达到最终加工要求——IT11，因此，确定工序尺寸公差为IT11，其公差值为0.22mm，则P2=82+0.11（mm）。
4）从d图中，P1=P2+Z2，Z2为粗铣余量，经计算可知此面的加工余量为1.9，半精铣余量为1mm,则Z2=1.9-1=0.9mm,P1=82+0.9=82.9mm。
由表1-20确定该粗铣工序的经济加工精度等级为IT12，公差值为0.35mm,则P1=82.9+0.175（mm）。
为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，还要对加工余量进行校核。
1、余量Z4的校核
Z4max=P3max—P4min=（81+0.11）—（80-0.2）=1.31mm。
Z4min=P3min—P4max=（81-0.11）—（80+0）=0.89mm。
2、余量Z3的校核
Z3max=P2max—P3min=（82+0.11）—（81-0.11）=0.22mm；
Z3min=P2min—P3max=（82-0.11）—（81+0.11）=0.78mm；
3、余量Z2的校核
Z2max=P1max—P2min=（82.9+0.175）—（82-0.11）=1.185mm；
Z2min=P1min—P2max=（82.9-0.175）—（82=0.11）=0.615mm；
余量校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。
将工序尺寸按“入体原则”表示：
P4=800-0.2mm。
P3=81.110-0.22mm。
P2=82.110-0.22mm。
P1=83.0750-0..35mm
（5）、工序10钻—攻底角M4螺纹孔的加工余量、工序尺寸和公差的确定
5）工步一——钻孔。
根据表2-39可知，攻螺纹前用麻花钻钻孔，选用普通细牙螺纹直径为3.5mm的麻花钻，螺距为0.5mm。
由表1-20可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为，钻：
IT12。
根据上述结果，再查标准公差数值表可确定该工步的公差值为：
钻：
0.15mm。
6）工步二——攻丝，依据加工要求，在钻完孔之后，选用细柄机用丝锥进行攻丝，完成对螺纹孔的加工。
查表3-38可知，细柄机用丝锥的主要参数：
公称直径：
4.0mm；螺距：
0.70mm。
同理可确定该工序尺寸的加工精度等级为，攻：
IT7。
根据上述结果，再查标准公差数值表可确定该工步的公差值为：
钻：
0.012mm。
7）综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为：
钻：
3.50+0.15mm,攻：
40+0.012mm。
它们的相互关系如图：
8）
加工方向
1.5切削用量、时间定额的计算
1.5.1切削用量的计算
这里只计算需要进行工艺分析的那道工序，工序10钻—攻底角M4螺纹孔。
该工序分两个工步，工步1是钻直径为3.5mm，工步2是攻丝完成对M4螺纹孔的加工。
（1）背吃刀量的选择
1、钻孔取ap=3.5mm。
2、攻螺纹由表2-39可知，M4螺纹孔在加工前底孔直径为3.5mm,因此攻螺纹的背吃刀量ap=4—3.5=0.5mm。
（2）进给量的选择
1、钻孔由表5-22，选取该工步的每转进给量f=0.08mm/r。
2、攻螺纹由于攻螺纹的进给量就是被加工螺纹的螺距，因此f=0.5mm。
（3）切削速度的选择
1、钻孔由表5-22，按工件材料为QT45-5的条件选取，切削速度v可取为10m/min。
由公式（5-1）n=1000v/лa可求得该工序钻头转速n=910r/min,参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=960r/min。
在将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度v=nлd/1000=960*3.14*3.5/1000=10.6m/min。
2、攻螺纹由表5-37查得攻螺纹的切削速度v=5~10n/min,取v=6m/min。
由公式（5-1）n=1000v/лd可求得该工位的主轴转速n=477r/min，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=545r/min。
在将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际切削速度v=nлd/1000=545*3.14*3.5/1000=5.99m/min。
1.5.2时间定额的计算
（1）工序1—钻孔
根据表5-41中钻孔和钻中心孔的基本时间计算公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/（fn）,可求出该工序的基本时间。
这里已知l=6mm。
l2=1mm。
l1=Dcotκ/2+（1~2）=4*cot54°/2+1=2.45mm。
f=0.08mm/r。
n=960r/min。
将上述结果代入公式，则工序的基本时间tj=（6+1+2.45）/（0.08*960）=0.123min=7.38s。
（2）工序2—攻螺纹
根据表5-46用丝锥攻螺纹的基本时间计算公式tj=（l+l1+l2）/（fn）+（l+l1+l2）/（fn0）,可求出该工序的基本时间。
这里知
l=6mm。
l1=（1~3）p=1*0.7=0.7mm。
l2=（2~3）p=2*0.7=1.4mm。
n=545r/min。
n0=272r/min；f=0.5mm。
将上述结果代入公式，则工序的基本时间tj=（6+0.7+1.4）/（0.5*545）+（6+0.7+1.4）/（0.5*272）=5.36s。
2、专用夹具设计
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。
2.1基本定位原理分析
这里讨论6点定位中，6个自由度的消除，以便找出较合适的定位夹紧方案．一个物体在空间可以有6个独立的运动，即沿X、y、Z轴的平移运动，分别记为。
X1、Y1、Z1；绕X、y、Z轴的转动，记为x、y、z，习惯上，把上述6个独立运动称作6个自由度．如果采用一定的约束措施，消除物体的6个自由度，则物体被完全定位．例如讨论长方体工件时，可以在底面布置3个不共线的约束点，在侧面布置2个约束点，在端面布置一个约束点，则底面约束点可以限制X2、Y2、Z23个自由度，侧面约束点限制X1、Z12个自由度，端面约束点限制y。
这个自由度，就完全限制了长方体工件6个自由度．
2.2定位基准的选择
由零件图知道，
孔其设计基准为Ф8端面内端面，为保证设计基准与工艺基准重合，避免产生基准不重合误差，应选择以底面定位的平面结构，但此处M4孔是没有定位公差的，为方便，选择
端面做基准，产生的基准不重合误差在允许范围内，为使M4孔定心，加用一个定位销和削边销，这样，便实现了完全定位。
为提高生产率，缩短辅助时间，采用液动夹紧，即使用液压缸夹紧机构，通过活塞杆的伸出压紧，在定位元件的基础上实现工件的夹紧。
2.3定位误差分析
使用夹具加工工件时，加工表面的位置误差与工件在夹具中的定位的因素密切相关。
为了保证工件的加工精度，必须使工序中各项加工误差的总和小于或者等于该工序规定的公差值，
式中△1……..与机床夹具有关的加工误差；
△w………….与工序中夹具以外其他因素有关的误差
………….工序误差
夹具有关的加工误差△1一般包括工件夹具中的定位误差△b。
工件在加紧时产生的误差。
夹具相对于机床成形运动的位置误差。
夹具想对于刀具的位置误差。
以及夹具产生磨损造成的加工误差等。
为了给加工中其他误差因素能占有更大一些比例，由上式可见，应当尽量减小与夹具有关的误差。
其中除了在夹具的制造，安装，调整，使用中产生的误差外。
在夹具设计时的的正确计算和减小工件在夹具中的定位误差，是必须解决的重要问题之一。
定位误差是工件在夹具中定位时，工序基准（一批零件的）位置在工序尺寸方向或沿加工要求方向上的变动所引起的，因此在夹具设计时，应当尽可能选折工序基准为定位基准并选折精度较高的表面作为定位基准。
一般应使定位误差控制在有关尺寸内或者位置公差的1/3～1/5。
轴承座零件为一面两孔零件，因此它的定位我们主要采用一平面，一定位销和一削边削，定位方式如下图：
图4－5零件加工定位方式
因此夹具的主要定位元件为一平面和一定位销一削边销；
平面的尺寸公差须要保证零件尺寸
，若平面公差太大，若超过0.1，则零件尺寸公差无法保证，因此，平面公差只能比零件公差小，由相关经验，一般取平面公差为零件公差的1/3，所以，取平面公尺寸公差为
；
定位销和削边销是与零件孔
相配合的，通过定位销、削边销与零件孔的配合来确定加工孔的中心，最后达到完全定位。
因此，定位销与其相配合的孔的公差相同，即公差为h7,其尺寸为
。
2.4夹具操作简要说明
（1）、将整个夹具安装在工作台上，使其和工作台，刀具保持正确的位置关系。
（2）、启动液压缸，使活塞杆收进气缸，使压块张开，把零件放在定位元件上正确定位，零件的两孔和定位销、削边销配合。
（3）、启动崖压缸，活塞杆伸出，推动压块压在零件凸台上。
压紧力合适，
（4）、钻孔加工，钻刀通过钻套导向、对刀，加工完后，退出钻刀。
（5）启动液压缸，活塞杆收进气缸，使压块张开，把零件取出，开始加工下一个零件。
2.5夹具使用注意事项、保养及维护
（1）使用前对限位尺寸检查是否还保持正确位置；
（2）如果挡销磨损超差，可以进行打磨修复；如果定位销、定位板超差，可以重新组装，错开磨损部位后继续使用。
（3）使用后需要涂防绣油。
3方案综合评价与结论
在设计夹具时，应注意提高劳动生产率。
为此，首先着眼于机动夹紧，而非手动夹紧，因为这是提高劳动生产率的重要途径，本道工序选用了液动夹紧方式。
本工序切削力较大，为了夹紧元件，势必增大液压缸缸直径，而这样将使整个夹具庞大，因此，有三个措施：
一是提高制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是选择比较理想的扩力机构；三是在可能情况下，适当提高压缩液体压力，以增大推力。
由于本夹具配合面，连接孔较多，因此，夹具的零件对精度比较高，操作时要注意夹具各螺纹是否拧紧；还有就是夹具操作时，要防止定位零件有过大的磨损，若有较大磨损，要注意及时更换，以保证零件加工精度。
夹具上装有对钻套，可以使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀，同时，夹具体上底面有一对定位键，可使夹具工作台上在很好的定位。
本题通过以杠杆Φ20H7孔和其左端面为精基准，运用一面两销来限制工件的6个自由度，在实现中批生产的前提下，采用液压缸来对工件进行夹紧。
满足了该杠杆工件的生产要求。
因此，所设计的工艺路线和所采用的工艺措施均是符合题意的。
4体会与展望
机械制造技术基础课程设计，是在完成生产实习，学完机械制造技术基础和其它专业课程之后进行的。
我们通过该课程设计，将所学的理论与生产实践相结合，得到解决问题和分析问题能力的初步培养。
重点从以下几方面得到了锻炼：
（2）可以让我们具有制定工艺规程的初步能力。
能综合运用机械制造技术基础和其它课程的基本理论和方法，正确的制定一个零件的机械加工工艺规程。
（3）具有设计专用夹具的初步能力，提高了机构设计能力。
（4）通过查阅资料，提高了我们熟练的使用设计手册、参考资料等方面的能力。
（5）通过设计的全过程，让我们懂得了进行工艺设计的程序和方法，培养独立思考和独立工作的能力。
作为机械类的学生，这次课程设计是我们继机械原理课程设计、机械设计课程设计之后的又一重要的设计阶段，我们通过这样的设计，能够增强我们将理论用于实际的本领，对我们的学习意义重大！
5参考文献
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