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1、西南大学育才学院2013届机械设计制造及其自动化专业本科毕业设计 本科毕业论文（设计）题 目 手柄座机械加工工艺规程及夹具设计 学 院 理工学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 学 号 姓 名 指 导 教 师 成 绩 2014 年 4 月 25 日2第 页 共 17 页 目 录摘要.1关键词.1Abstract.1Key words.10 引言21 零件的分析21.1 零件的作用分析21.2 零件主要结构及技术要求分析32 机械加工工艺规程设计32.1毛坯的选择32.2 定位基准选择42.3工艺路线拟定4 2.4零件工序顺序表4 2.5工序尺寸计算5 2.6切削加工基本时间计算63 专
2、用夹具设计83.1 使用夹具工序的工艺要求分析83.2 夹紧类型选择83.3 定位基准及定位元件的选择83.4夹紧机构及夹紧元件选择83.5 计算压紧力的大小83.6 定位误差分析104 结束语11参考文献12致 谢13附件清单13手柄座机械加工工艺规程及夹具设计摘要：本设计的零件为CA6140车床手柄座，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。本设计首先对手柄座的结构和技术要求进行分析，然后制定其工艺路线。通过机械加工余量和工序尺寸及毛坯尺寸的计算，设计出手柄座的机械加工工艺规程，并且设计了在钻床上加工手柄座的螺纹孔所用的专用夹具。在机械加工工艺规
3、程设计中进行了以下工作：选择毛坯形式为铸件，选择粗基准和精基准，制定工艺路线，安排加工顺序，计算一个工序的工序尺寸及公差，计算切削加工基本时间。在夹具设计中进行了以下工作：选择定位基准和定位元件，选择夹紧机构及夹紧元件，并对切削力和夹紧力进行了计算。关键词：手柄座 机械加工 工艺规程设计 专用夹具设计 Abstract: The design of parts for the CA6140 lathe handle seat, located in the lathe operation mechanism, can simultaneously control the clutch and
4、brake, which is also the spindle drive, stop, reverse and brake. This design to handle the first analyzed the structure and technical requirements, and then make the process route. Through the calculation of mechanical machining allowance and size of blank size, design machining process handle seat,
5、 and special fixture design in milling machining screw hole of the handle seat.In the machining process planning for the following work: select the blank forms for castings, selection and benchmark crude benchmarks, the development of process routes, arranges the processing sequence, calculating a p
6、rocess dimension and tolerance, calculation of cutting the basic time. In fixture design for the following work : the choice of location datum and locating element, choose the clamping mechanism and the clamping element, and the cutting force and clamping force were calculated. Key words: The handle
7、 seat， Machine manufacturing， Process planning， Special fixture design0 引言 机械加工工艺和夹具结构设计在加深我们对课程基本理论和加强对解决工程实际问题能力的培养方面发挥着极其重要的作用。CA6140车床手柄座机械加工工艺规程及夹具设计能很好的综合考查我们大学四年来所学的机械理论知识。机械加工工艺是工装设计、制造和确定零件加工方法与加工路线的主要依据，它对组织生产、保证产品质量、提高劳动生产率、降低成本、缩短生产周期以及改善劳动条件等都有直接的影响，因此是生产中的关键工作。利用夹具可以更好的保证加工质量，机床夹具的首要任务
8、是保证加工精度，特别是保证被加工工件是加工面与定位面以及被加工表面相互之间的位置精度，提高生产率，降低成本，使用夹具后可以减少划线、找正等付诸时间，且容易实现多工位加工。在机床上使用夹具可使加工变得更为方便，并可扩大机床工艺范围。减轻工人劳动强度，保证生产安全。本设计中零件的生产类型为成批生产，年生产纲领为10000件/年。设计任务为：采用CAD绘制手柄座零件图、手柄座毛坯图、夹具装配图、夹具体零件图、夹具零件图各一张，编制一份完整的机械加工工艺过程卡，编制一份完整的机械加工工序卡，编写设计说明书一份。1 零件的分析1.1 零件的结构分析CA6140车床的手柄座。它位于车床操作机构中，可同时操
9、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。1.2 零件主要技术要求分析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：1.2.1以为中心的加工表面
10、这一组的加工表面有的孔，以及上下端面，下端面为的圆柱端面；孔壁上有距下端面11mm、与孔中心轴所在前视面呈角的螺纹孔，尺寸为M10-7H，另外还有一个尺寸为6H9的槽，表面粗糙度为6.3，孔与槽的总宽度为27.3H11。1.2.2以为中心的加工表面该组的加工表面有的螺纹孔(有位置要求)，粗糙度为1.6，加工时测量深度为25mm，钻孔深度为28mm。上孔壁有一个配铰的锥销通孔，该通孔有位置要求。1.2.3以为中心的加工表面本组的加工表面有的孔(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mm。，孔除了有位置要求以外还有平行度的形状公差要求(与孔壁之间的平行度公差为100：)1
11、.2.4以为中心的加工表面这组的加工表面有的孔，该孔通至上的槽，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。2 机械加工工艺规程设计2.1毛坯的选择手柄座的材料为HT200，它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。由于零件年产量为10000件，年产类型为成批生产，而且零件的外形不规则，轮廓尺寸不大，采用铸造成形比较合适，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，故我选择铸件作毛坯。2.2 定位基准选择定位选择是机械加工工艺规程设计中的重要工作之一。定位选择得正确与合理
12、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，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。2.2.1 粗基面的选择对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。依照粗基准的选择原则，而对有若干个不加工表面的工件，则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。根据这个基准选择原则，现选取孔的前端面作为粗基准，利用一快支撑板支承前端面作定位面，限制3个不定度，再以孔的后端面部分定位,然后进行铣削。2.2.2 精基面的选择 选择已铣削过的孔后端面作为第一个精基准加工孔。然后用孔和后端面作为第二组精基准。2.3工艺路线拟定扩、铰孔 粗、精铣孔后端面 退火铸
13、造毛坯 钻、扩、铰孔 铣长臂槽拉键槽 钻、扩、铰孔 去毛刺锐边钻圆锥孔直孔钻槽底孔钻、攻M10螺纹孔 最终检验 图2-1 工艺路线图2.4零件工序顺序表 表2-1 手柄座工序顺序安排表工序号工序内容定位基准设备工序铸造毛胚工序退火工序粗、精铣孔后端面孔前端面铣床工序扩、铰孔孔后端面钻床工序钻、扩、铰孔孔前端面钻床工序拉键槽孔铣床工序铣长臂槽孔前后端面铣床工序钻、扩、铰孔孔前后端面钻床工序钻、攻M10螺纹孔孔和孔钻床工序钻槽底孔孔和孔的前后面钻床工序钻圆锥孔直孔孔前端面钻床工序去毛刺锐边工序最终检查2.5 工序尺寸计算“手柄座”零件材料为铸铁，硬度为HBS6587，毛坯的重量0.73Kg，生产类
14、型为成批生产，采用手工砂型铸造毛坯。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：2.5.1 孔各工步的工步尺寸计算表2-1 孔各工步的工步尺寸计算工序名称工序间余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度/m精铰0.20.039Ra1.2525+0.039粗铰0.80.062Ra1025-0.2=24.8+0.062扩孔40.16Ra2024.8-0.8=24+0.016毛坯孔224-4=20+22.5.2 孔轴向位置工序尺寸计算从零件图上可知，孔的轴向位置尺寸为16，该尺寸的设计基准为孔的前端面，而
15、加工孔后要以孔的后端面定位，这样就出现了定位基准与设计不重合，所以要进行尺寸计算。有关尺寸组成如下尺寸链图：图2-1 尺寸链 在此尺寸链中，L2是封闭环，L1是减环，L3是增环。L2=16，L3=43。L1为钻铰孔的轴向定位尺寸，按未标注公差尺寸取经济精度等级为IT14.查标准公差数值表得：TL2=0.52，按双向对称偏差分布，得L2=16+0.26。对于尺寸L3的公差等级取IT12，查标准公差数值表得TL3=0.25，按双向对称偏差分布，得L3=43+0.125.现在要通过解算尺寸链， L3=L1+L2 ESL3=ESL1+ESL2 EIL3=EIL1+EIL2求出L1的基本尺寸和上下偏差：
16、L1=27+0.1352.6 切削加工基本时间计算根据切削用量手册，确定工序的切削用量及基本工时：钻、扩、铰孔。1）扩孔：由根据表2.10得扩孔钻扩孔时的进给量，并由根据表4.216取，扩孔钻扩孔时的切削速度。由根据表2.15得，故：按机床选取基本工时：2）粗铰： 选择高速钢锥柄机用铰刀（根据表3.117）， 由根据表2.24得， 由根据表4.216得， 按机床选取，则： 基本工时：3）精铰孔： 选择高速钢锥柄机用铰刀（根据表3.117）， 由根据表2.24得， 由根据表4.216得， 按机床选取，则：基本工时：3 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。
17、经过与指导老师协商，决定设计第道工序M10mm螺纹孔钻床夹具。本夹具将用于立式钻床。3.1 使用夹具工序的工艺要求分析本夹具主要用来钻M10螺纹孔的底孔，该工序要求M10mm螺纹孔轴线与mm和mm两孔中心线所在平面成夹角，同时螺纹孔轴线距孔小端面11mm。夹具设计应首先满足这些要求，并保证生产效率，还应考虑夹具体制造工艺性和生产经济性，加工过程中夹具的操作应方便，定位夹紧稳定可靠，夹具体应具有较好的刚性。3.2 夹具类型选择我选择设计一套固定式钻模，采用气缸推动压板直接夹紧工件。3.3 定位基准及定位元件的选择工件以孔及端面和孔为定位基准，用“一面两孔”定位，使工件实现完全定位，孔及端面用带台
18、阶的圆柱定位销定位，孔用菱形销定位。3.4 夹紧机构及夹紧元件选择此夹具采用气动夹紧方式，夹紧元件为压板，采用双作用活塞式气缸作为动力源。3.5 计算夹紧力的大小根据钻孔时的切削用量计算夹紧力，分析如下：刀具：高速钢锥柄麻花钻 根据表2.32可查得：轴向力计算公式为根据查表2.7可得=0.3mm/r其中：， =1356.6（N）根据表2.32可查得扭矩的计算公式为：其中：，=8.5，=2.0，=0.3,（N/m）图3-1 夹紧力受力分析图由的摩擦力矩与平衡，分析得=0.00602(m)因为 ，所以根据得气缸产生作用力Q公式为： 计算得根据查表10-44得，取气缸的规格为；75703.6 定位误
19、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：保证螺纹孔轴线距孔圆柱小端面为11mm，保证螺纹孔轴线与25H8mm和10H7mm两孔的中心线平面成。对于尺寸11mm而言，由于定位基准也是孔的小端面，故基准不重和误差为0，且由于孔圆柱小端面经过粗铣，表面粗糙度达到Ra3.2，故可认为孔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，M10螺纹孔的位置尺寸11完全能够保证。图3-2 一面
20、两孔定位时，定位基准的位置和角度误差根据查得，本次定位为“一面两孔”定位，计算转角误差综上所述，该定位方案是符合加工要求的。4 结束语从这次CA6140车床手柄座的机械加工工艺规程及夹具设计中，我学到了很多知识，巩固了工艺和夹具的相关知识，比如说作为一个工艺人员，完成一个零件的工艺加工，从制造毛坯开始，每个步骤都必须有根有据，在满足零件的设计要求时，选择合适的材料和加工方式，以便于达到最好的经济效益。在工艺规程设计的过程中，各种标准都要严格按照国家标准和国际标准，查阅大量资料，不断向老师和同学请教方法。在夹具设计的过程中，不仅要考虑定位的完全和准确，而且要考虑定位误差是否满足设计的要求。认真做
21、完这次设计后，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，其次锻炼了我应用掌握的理论只是去分析，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。参考文献 1 李益民.机械制造工艺设计简明手册M.北京：机械工业出版社，1993：33-125. 2 王先逵.机械制造工艺学M.第2版.北京:机械工业出版社,2006：148-151. 3 邹青、呼咏.机械制造技术基础课程设计指导教程M.第二版.北京：机械工业出版 社，2011：3-15. 4 王启平.机床夹具设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005：64-7
22、9. 5 艾兴、肖诗纲.切削用量简明手册M.第三版.北京：机械工业出版社，2002：55-59. 6 赵家齐. 机械制造工艺学课程设计指导书M.北京：机械工业出版社,2000：12-29. 7 吴宗泽.机械设计课程设计手册M.北京：机械工业出版社，1992年. 8 王伯平.互换性与测量技术基础M.第三版.北京：机械工业出版社，2008年：8-45.致 谢在此感谢我的指导老师，在他们的悉心指导下，让我顺利地完成了毕业设计的任务。在此设计中，我运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算、以及夹具设计等方面的知识。通过此次设计，使我更加熟练掌握了零件的加工过程分析以及零件图、毛坯图的绘
23、制、工艺文件的编制。熟练查阅相关手册、选择使用工艺装备等等。没有老师们的帮助，我难以完成毕业设计任务。在次设计中，我不仅学会了一些基本技能，而且我更学会了老师严谨的治学态度、平易谦和的为人态度和博学创新的思维，也学会了研究问题的思路和方法。再次感谢指导老师。最后，感谢所有老师对我的淳淳教导，感谢学院四年来给予我良好的教育，感谢老师和同学四年来给予我无私的帮助，感谢父母这么多年对我的培养和鼓励，使我顺利地完成学业。附件清单1. 附件1：毕业设计任务书2. 附件2：手柄座零件图3. 附件3：手柄座毛坯图4. 附件4：手柄座工艺规程（包括工艺过程卡和工序卡）5. 夹具设计图（夹具装配图、夹具零件图、夹具体零件图）第 14 页 共 14页