CA6140车床手柄座钻扩铰φ14H7mm孔夹具课程设计说明书.doc

CA6140车床手柄座钻扩铰φ14H7mm孔夹具课程设计说明书

一、序言

机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学全部基础课，技术基础课以及大部分专业课之后进行的，这是我们在进行毕业设计之前对所有各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。

本次课程设计内容包括零件的分析，工艺路线的制定，工艺规划设计，某道工序的夹具设计以及该道工序的工序卡，机械加工综合卡片，夹具装配图以及夹具底座零件图的绘制等等。

就我个人而言，希望能通过这次课程设计对未来即将从事的工作进行一次适应性的训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，并学会将所学到的理论知识应用到具体的实际生产问题中来，为以后走向社会打下坚实的基础。

由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请老师批评指正。

二、零件的分析

2.1零件的作用

该零件是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。

2.2零件的工艺分析

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：

2.2.1孔的加工

该零件共有5个孔要加工：φ25H8mm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；φ10H7mm孔与φ25H8mm有平行度要求，也要精加工；φ14H7mm是不通孔，特别注意该孔的加工深度；φ5mm圆锥孔及φ5.5mm孔虽是小孔，但由于表面粗糙度要求高，仍需精铰。

2.2.2面的加工

该零件共有三个端面要加工：φ45mm圆柱小端面精度要求较高，同时也是配合φ25H8mm孔作为后续工序的精基准面，需精加工；φ45mm圆柱大端面以及φ14H7mm孔端面粗铣既可。

2.2.3槽的加工

该零件仅有2个槽需加工：φ25H8mm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φ25H8mm孔上表面有27.3H11mm的尺寸要求，而加工键槽时很难以φ25H8mm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。

2.2.4螺纹孔的加工

M10mm螺纹孔是本组成员本次夹具设计的重点工序，它与φ25H8mm孔和φ10H7mm孔中心线有角度要求，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φ25H8mm孔，进而以该孔为精基准加工出所有的孔、面、槽、螺纹孔等。

三、工艺规划设计

3.1毛坯的制造形式

零件材料为HT15-33，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，故本零件毛坯采用砂型铸造。

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。

3.2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。

3.2.1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。

3.2.2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 φ25H8mm孔为第一精基准，φ45mm圆柱端面作为基准先加工出φ25H8mm孔，然后作为辅助基准面配合φ25H8mm孔加工后续工序中的孔、面、槽、螺纹孔等。

3.3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。

3.3.1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,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27.3H11mm;

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。

3.3.2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,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。

3.3.3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：

3.3.4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.钻,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。

3.4毛坯尺寸及其加工余量的确定

CA6140车床手柄座零件材料为HT15-33,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。

由于所有孔均有精度要求，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。

3.4.1φ45mm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。

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＝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43mm

3.5确定各工序切削用量及基本工时（钻扩铰φ14H7mm孔与钻φ5mm圆锥孔）

3.5.1 工序：钻扩铰φ14H7mm孔，保证孔深度25mm
机床：Z525立式钻床

（1）钻Ø13mm孔
刀具：复合麻花钻，D=13mm
由表5-22， f=0.28mm/r，v=22m/min，n=539r/min，
由表4-9，按机床选取n=545r/min，v=22.25m/min
基本工时t=112.4s，辅助时间t=11.86s

（2）扩孔钻至Ø13.85mm
刀具：直柄扩孔钻
由表5-23， f=0.36mm/r，v=20m/min，n=460r/min，
由表4-9，按机床选取n=545r/min，v=23.7m/min
基本工时t=87.04s，辅助时间t=12.91s

（3）粗铰至Ø13.95mm
刀具：锥柄机用铰刀
由表5-31， f=0.8mm/r，v=4m/min，n=91r/min，
4-9，按机床选取n=97r/min，v=4.25m/min
基本工时t=217.3s，辅助时间t=32.6s

（4）精铰至Ø14mm
刀具：锥柄机用铰刀
由表5-31， f=0.5mm/r，v=5m/min，n=114r/min，
由表4-9，按机床选取n=140r/min，v=6.15m/min
基本工时t=240.9s，辅助时间t=36.14s

3.5.1 工序：钻Ø5mm圆锥孔
机床：Z515台式钻床
（1）钻孔至Ø4.95mm
具：高速麻花钻
由表5-22， f=0.1mm/r，v=16m/min，n=1029r/min，
由表4-9，按机床选取n=1100r/min，v=17.1m/min
基本工时t=7.68s，辅助时间t=1.15s

四、夹具设计

由于生产类型为成批，大批生产，要考虑生产效率，降低劳动强度，保证加工质量，故需设计专用夹具。

4.1定位方案的确定

4.1.1工序要求

本次设计选择工序：钻扩铰φ14H7mm孔，工件以φ25H8mm孔及端面和φ10H7mm孔为定位基准，一面两销实现完全定位，由快速加紧装置直接加紧工件，工件的定位基面为φ25H8mm孔内表面及端面和φ10H7mm孔内表面。
4.1.2定位方案的确定。

图1 φ14H7mm工序简图

如图1所示，为了加工φ14H7mm孔，应限制的自由度有、、、、、。为使定位可靠，加工稳定，我所设计的定位方案如附图A1图纸——手柄座夹具体装配图所示，总共限制了工件的全部6个自由度，属于完全定位。
在该定位方案中，φ45mm圆柱大端面被夹具体上的两块支撑板顶住，限制三个自由度、、，φ25H8mm孔内插入短圆柱销，限制了、，φ10H7mm孔中插入削边销，限制了，这样6个自由度全部被限制。

4.1.3定位误差分析

定位误差是指由于定位不准确引起的某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工误差。对于夹具设计中采用的定位方案，只要可能产生的定位误差小于工件相应尺寸或位置公差的1/3，或满足++≤T,即可认为定位方案符合加工要求。

对于本次设计的夹具，需要保证的尺寸要求：保证螺纹孔轴线距φ45mm圆柱小端面11mm，保证螺纹孔轴线与φ25H8mm和φ10H7mm两孔的中心线成。

对于11mm的要求，由于定位基准也是φ45mm圆柱小端面，故基准不重和误差为0，且由于φ45mm圆柱小端面经过半精铣，表面粗糙度达到Ra3.2mm，故可认为φ45mm圆柱小端面的平面度误差为0，即不存在基准位置度误差，综上所述，只要三个支撑钉的标准尺寸得到保证，是不存在定位误差的。

对于工序要求，定位基准与工序基准同为两孔中心线，故基准不重合误差为0。基准位置误差则取决于两孔直径尺寸公差以及圆度误差，由于两孔的表面精度都达到Ra1.6mm，都经过精铰，故基准位置误差也可以忽略，只要两销的标准尺寸以及相对位置关系得到保证，定位误差也是很小的。

综上所述，该定位方案是符合加工要求的。

4.1.4定位元件的型号和安装方式

4.1.4.1削边销

本设计方案选用固定式定位销，查《课程设计指导教程》，确定削边销为B10×22JB/8014.2-1999标准，

它和定位面板上的φ10mm销孔呈H7/r6mm过盈配合。

4.1.4.2短圆柱销

本设计方案选用固定式定位销，由于加工的M10mm螺纹孔恰好在定位基准φ25H8mm孔内表面上，若采用标准件，势必影响M10mm螺纹孔的加工，因此可专门设计一个长销，该销与定位面板上的销孔呈H7/r6过盈配合。

4.2夹紧方案的确定

4.2.1夹紧装置的设计

夹紧力方向原则：

（1）夹紧力的作用方向不应破坏工件的既定位置；

（2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能小；

（3）夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形最小。

夹紧作用点原则：

（1）夹紧里的作用点应正对夹具定位支撑元件或位于支撑元件所形成的稳定受力区域内，以免工件产生位移和偏转；

（2）夹紧力的作用点应正对工件刚性较好的部位上，以使夹紧变形尽可能少，有时可采用增大工件受力面积或合理分布夹紧点位置等措施来实现；

（3）夹紧力的作用点应尽可能靠近工件的加工表面，以保证夹紧力的稳定性和可靠性，减少工件的夹紧力，防止加工过程中可能产生振动。

根据以上要求，考虑加工零件的特点及定位方式，确定夹紧方式。

本设计方案选用的是螺旋夹紧机构，夹紧方向水平向右，通过螺杆的转动，带动套在螺杆头部的压块轴向向右移动，进而作用在工件φ45mm圆柱大端面上，实现夹紧，具体夹紧装置的布置见A1图纸。这种夹紧方式和夹紧装置简单实用，且对于大批量生产能较快装夹工件，劳动强度较小，成本低，简单可靠。

另外，考虑到工件沿φ25H8mm孔中心线轴向装卸，因此为便于装卸工件，螺杆的轴向行程至少要大于1.5倍的工件宽度（43mm），且螺杆机构应与工件φ25H8mm孔同轴，保证夹紧力作用均匀可靠。

4.2.2切削力及夹紧力的计算

4.2.2.1切削力的计算（仅计算钻M10mm螺纹孔切削力）

刀具为高速钢锥柄麻花钻，直径D=8.5mm，每齿进给量f=0.28mm/r，钻削向力计算公式：
查表确定 代入公式得：
4.2.2.2夹紧力的确定

钻孔和攻螺纹孔的夹紧力相同。本方案采用的螺旋夹紧机构，螺杆端面为平面接触，由《机械制造技术基础课程设计指导教程》中表10-1得夹紧力计算公式：
或 取其中最大值
查表确定==0.2 K=2.8 L=32mm H=43mm 又F=1482.37N
求得=3270.6N和=10374N 所以取后者。

4.2.3夹具的操作及维护

安装工件时，应先将螺杆转动退出足够的行程空间以便于工件安装，然后使工件的φ25H8mm孔穿过短销，使工件底部的φ10H7mm孔穿过削边销，将φ45mm圆柱大端面紧靠在定位板上，这样工件以φ45mm圆柱小端面为定位基准，且成角度倾斜安装，便于立式钻床加工。定位调节好后，转动螺杆，使压块靠紧φ45mm大端面并夹紧工件。加工完成后松开工件，只需反向转动螺杆，退出一定空间，即可取下工件。

夹具在使用中，应注意检查钻套的磨损情况，如果磨损后不能精确保证加工精度，则需要更换钻套。本夹具定位面板是受力部件，夹紧时检查其是否发生受力变形，如有变形，应及时设法修正，才能保证加工精度。为使其变形减小，需要严格控制螺杆的夹紧力。

五、小结

本次课程设计是在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性复习，是一次对我们所学的专业基础知识的掌握情况的重要考察和检验，更是培养我们理论联系实际，分析并解决问题能力的重要内容和阶段。

这次课程设计，自我感觉尚有很多不足和错误，首先，在设计夹具装配件时过于匆忙，没有给指导老师检查就自作主张的往A1图纸上画，直接导致所设计出来的手柄在左手边，不符合工人正常劳作习惯；其次是课程设计前准备工作没做好，在借阅同学的相关资料时没有时间认真琢磨和分析相关信息和数据；最后就是课程设计说明书的编写过于匆忙，时间很紧，很多文字和标准，公式，数据，计算上的错误没有时间一一改正。

关于本次课程设计，个人觉得收获很多，首先是加深了我对工件从最初的毛坯生产到最终的成品之间的整个工艺流程的理解和认识，其次锻炼了我解决实际问题的能力，最后也是最重要的就是培养了我以工程性的思维和眼光去分析，思索，解决实际生产问题的能力。

六、参考文献

1 熊良山等．机械制造技术基础．华中科技大学出版社．2006.1

2 邓文英等．金属工艺学．高等教育出版社．2008.4

3 付风岚等．公差与检测技术．科学出版社．2006.9

4 王先逵等．机械加工工艺手册．机械工业出版社．2007.9

5 陈宏钧．金属切削速算手册．机械工业出版社．2007.9

6 邹青．机械制造技术基础课程设计指导教程．机械工业出版社．2006.7