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1、摘 要本设计是CA6140杠杆零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。CA6140杠杆零件的主要加工表面是平面及孔。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔的加工精度容易。因此，本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔的加工精度。基准的选择以杠杆外圆面作为粗基准，以孔及其下表面作为精基准。先将底面加工出来，然后作为定位基准，在以底面作为精基准加工孔。整个加工过程选用组合机床。在夹具方面选用专用夹具。考虑到零件的结构尺寸简单，夹紧方式多采用手动夹紧，夹紧简单，机构设计简单，且能满足设计要求。关键词：杠杆零件；加工工艺；夹具；定位；夹具1 绪论1.1 课程
2、设计的目的和要求（1） 学会运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在课程实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量，学会能够获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而能保证加工质量的夹具，使所学的理论知识能密切结合实际。培养同学分析问题和解决问题的能力，以巩固所学的理论知识。（2） 在设计过程中，需要综合运用以前学过的各类课程有关知识（如数学、物理工程力学、机械原理、机械零件等、切削原理、公差与技术测量、金属工艺学、金属切削刀具、金属切削机床、机械制造工艺学等）来分析解决夹具设计问题。因而在培养综合运用所学知识来分析解
3、决本专业实际问题方面，也能得到锻炼。（3） 学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处，能够做到熟练运用。（4） 通过设计作业，培养结构设计能力。2 杠杆加工工艺规程设计2.1 零件的分析2.1.1 零件的作用 题目给出的零件是CA6140的杠杆。它的主要的作用是用来支承、固定的。要求零件的配合要符合要求。2.1.2 零件的工艺分析 零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，为此以下是杠杆需要加工表面以及加工表面的位置要求。现分析如下：（1）加工表面杠杆底面、孔、14阶梯孔及M8螺纹孔、锥孔及锥孔平台、2M6螺纹孔及倒角和2M6螺纹孔端面
4、。其中，主要加工表面为杠杆底面、孔（2） 主要基准1） 以45外圆面为基准的加工表面杠杆底面、孔2） 以的孔为中心的加工表面14阶梯孔及M8螺纹孔、锥孔及锥孔平台、2M6螺纹孔及倒角和2M6螺纹孔端面。由以上分析可知，对于加工面而言，先加工杠杆底面，再加工孔，进而加工其他加工面，并保证他们之间的位置要求。2.2 工艺规程设计2.2.1 确定毛坯的制造形式由零件的要求可知，零件的材料HT200，零件的轮廓尺寸不大，技术要求到达表面无夹渣、气孔等铸造缺陷，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造，便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。2.2.2 基面的选择基面
5、的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高，否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。2.2.3 粗基准的选择对于本零件而言，按照粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时，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为粗基准）。现选取零件的不加工表面加强肋所在的肩台的表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，以3个支撑钉定位作为主要定位基面以限制工件z轴的移动、x轴的转动、y轴的转动三个自由度，而其他三个自由度可以不用限制，通过
6、夹紧装置，便能加工底面。2.2.3 精基准的选择 主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹。2.2.4 制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产效率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。工序1：粗精铣孔下表面。保证表面粗糙度是3.2，选用立式升降台铣床X52K工序2：钻扩铰孔。以45外圆面和下表面为定位基准，保证表面粗糙度为1.6，选用立式钻床Z535及专用夹具加工。工序3：粗精铣锥孔平台。以孔作为定位基准，选用选用立
7、式升降台铣床X52K及专用夹具。工序4：钻锥孔。选用立式钻床Z535及专用夹具加工，以孔作为定位基准。工序5：加工M8螺纹孔，锪钻14阶梯孔。以孔作为定位基准。工序6：粗精铣2-M6上端面。工序7：钻2-M6螺纹底孔孔。以孔作为定位基准，选用选用立式升降台铣床X52K及专用夹具。工序8：攻螺纹孔2-M6及M8。工序9：检查。2.2.5 钻扩铰25孔工序的加工余量和工序尺寸的确定 孔的直径为25mm，公差接近H7，表面粗糙度1.6m。加工机床为Z535立式钻床，加工工序为钻、扩、铰,参照机械制造工艺设计简明手册确定工序尺寸及加工余量为： 钻孔： 扩孔： 2Z=1.8mm 铰孔： 2Z=0.2mm
8、3 夹具结构方案确定为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用的夹具。根据任务要求中的设计内容，需要设计加工工艺孔25mm夹具，加工工艺孔的夹具将用于立式Z535组合钻床，刀具分别为麻花钻、扩孔钻、铰刀对工件上的工艺孔进行加工。3.1 问题的提出 本夹具主要用来加工工艺孔25mm，这个工艺孔有尺寸精度要求为+0.023，表面粗糙度要求为。因此再本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。3.2 夹具设计3.2.1 定位基准的选择 由零件图可知，工艺孔位于零件中心偏左，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与底面垂直。为了
9、保证所钻、扩、铰的孔与底面垂直并保证工艺孔能在后续的孔系加工工序中使各重要支承孔的加工余量均匀，由基准重合原则，选择设计基准底面作为其定位基准，为了保证25mm孔与45mm外轮廓有良好的同轴度且更好的定位，也选用45外圆面作为定位基准。用短V型块定位限制x轴的移动、y的移动2个自由度，再以25下表面加支撑板定位作为主要定位基面以限制工件的z轴的移动、x轴的转动、y轴的转动3个自由度。工件采用不完全定位可满足加工要求，z轴的移动为附加自由度。 为了提高加工效率，根据工序要求先采用标准高速钢麻花钻刀具对工艺孔25进行钻削加工；然后采用标准高速钢扩孔钻对其进行扩孔加工；最后采用标准高速铰刀对工艺孔2
10、5进行铰孔加工。准备采用手动夹紧方式夹紧。3.2.2 切削力及夹紧力计算 由于本道工序主要完成工艺孔的钻、扩、铰加工，而钻削力远远大于扩和铰的切削力。因此切削力应以钻削力为准。刀具：高速钢麻花钻，由机床夹具设计手册可得钻削力 钻削力矩 其中：求得： 因为当其他切削力较小或者没有时，仅需较小的夹紧力来防止工件在加工过程中产生振动和转动，工件主要通过压块的压紧夹紧机构夹紧，该机构主要靠压紧螺钉夹紧，属于普通螺旋夹紧。 水平分力： 垂直分力：为保障夹紧可靠，必须把安全系数考虑在内，安全系数其中：K0为基本安全系数1.5 k1加工性质系数1.2 k2刀具钝化程度1.1K3为切削特点1.1 k4夹紧力的
11、稳定性1.3 k5手动加紧的手柄位置1.0K6支撑面的情况1.0所以，由机床夹具设计手册可查的，一个螺栓加紧机构，螺纹直径M12可以满足螺母夹紧力为5380，故为了满足的要求，则需要两个螺旋夹紧机构。3.2.3 夹紧元件及动力装置确定由于杠杆的生产量很大，采用手动夹紧的夹具结构简单，在生产中的应用也比较广泛。因此本道工序夹具的夹紧动力装置采用手动夹紧。采用手动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。本道工序夹具的夹紧元件选用螺旋夹紧，旋紧螺钉使其产生的力通过压块将工件压紧。采用的移动压板的好处就是加工完成后，可以将压板松开，然后退后一定距离把工件取出，结构如图所示。 图1 压板3.2.4 钻套、衬套
12、、钻模板及夹具体设计 工艺孔的加工需钻、扩、铰三次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔25mm分钻、扩、铰三个工步完成加工。钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔23mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔24.8mm标准高速钢扩孔钻；铰孔mm标准高速铰刀。根据机床夹具设计手册表2-1-47可查得钻套孔径结构尺寸如图1及表1所示。图1 钻套表1 铰工艺孔钻套结构参数如下表dHD公称尺寸公差232535+0.025+0.0095246125.5212132.555衬套选用固定衬套其结构如图2所示。图2 衬套衬套选用固定衬套其结构参
13、数如表2所示。表2 固定衬套的结构尺寸dHDC公称尺寸允差公称尺寸允差35+0.041+0.0202542+0.033+0.01713根据机械夹具设计手册表2-1-27固定V型块的结构及主要尺寸如图3及表3所示。图3 V型块表3 V型块的主要尺寸NDBHLllAA1dd1d2hbr42455216682014262210111810121.5注：尺寸T按公式计算：T=L+0.707D-0.5N钻模板选用固定式钻模板，工件以底面及45外圆面分别靠在夹具支架的定位块及V型块上定位，用压紧螺钉将压块作用在工件上使工件夹紧。夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这些主要元件设计
14、好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构见夹具装配图。3.2.5 定位精度分析利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统。它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。由工序简图可知，本道工序由于工序基准与加工基准重合，又采用低面为主要定位基面，故定位误差很小可以忽略不计。本道工序加工中主要保证工艺孔尺寸mm及表面粗糙度。3.2.6 夹具设计及操作的简要说明 装卸工件时，先将工件放在定位块上；再把工件向固定V形块靠拢，用带光面压块的压紧螺钉将工件夹紧；然后加工工件。当工件加工完后，将带光面压块的压紧螺钉松开，取出工件。夹具上装有钻模，可使得夹具在一批零件的加工之前很好的对刀。 钻、扩、铰25孔的夹具如夹具装配图所示。3.2.7 设计中的优缺点 本设计中，夹具结构简单，容易装配，定位方便，采用快换钻套实现钻扩铰钻套的快换，加紧机构不复杂，比较普遍，而从另外一个方面来说，夹紧机构要通过手动来装卸工件，一定程度上影响生产效率，V型快的装配误差会引起定位误差，结构工艺性较差，排削不是很好，总之，夹具体仍待改善。4
