1、 基于 solidworks 的 CA6140 后托架镗孔夹具设计 第 1 页 共 28 页 基于 solidworks 的 CA6140 机床后托架加工工艺及镗孔夹具设计 作者： xxx 指导老师： xxx xxxx 大学工学院 11 机制 x 班 合肥 230036 下载须知： 本文档是独立自主完成的毕业设计，只可用于学习交流，不可用于商业活动。另外：有需要电子档的同学可以加我 2353118036，我保留着毕设的全套资料，旨在互相帮助，共同进步，建设社会主义和谐社会 。摘要 ： 机床夹具是机械制造业中不可或缺的重要工艺装备，可以保证机械加工质量、提高生产效率、降低生产成本、减轻劳动强度、
2、实现生产自 动化，使用专用夹具还可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多用，所以，机床夹具在机械加工中发挥着重要的作用，大量专用机床夹具的采用为大批量生产提供了必要的条件。 本文对 CA6140 机床后托架 进行了结构和工艺分析，制定了工件的制造工艺方案和机械加工 工艺规程。确定 了 工艺工程中各工序的所需的工步，加工该工序的机床及刀具及量具，还 有 该工序的 切削用量 和 时间定额。并基于 solidworks 设计了侧面三孔的专用镗孔夹具，绘制出 CA6140 机床后托架 镗孔专用夹具三维装配图。 关键词 ： 后托架 机床夹具 加 工工艺 定位基准 solidworks 1 引
3、言 1.1 机械加工工艺的现状与发展 从国内外机械制造工艺的技术水平来看发展较迅速，出现了很多新型的加工工艺 技术。如制造自动化： (1)在形式方面，制造自动化有三个方面的含义：代替人的体力劳动；代替或辅助人的脑力劳动；制造系统中人机及整个系统的协调、管理、控制和优化。 基于 solidworks 的 CA6140 后托架镗孔夹具设计 第 2 页 共 28 页 (2)在功能方面，制造自动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是制造自动化功能目标体系的一部分。制造自动化的功能目标是多方面的，已形成一个有机体系。 (3)在范围方面，制造自动化不仅涉及到 具体生产制造过程，而是涉及产品生命周期所有过程。
4、近年来，机械制造工艺有着飞速的发展。比如，应用人工智能选择零件的工艺规程。因为特种加工的微观物理过程非常复杂，往往涉及电磁场、热力学、流体力学、电化学等诸多领域，其加工机理的理论研究极其困难，通常很难用简单的解析式来表达。近年来，虽然各国学者采用各种理论对不同的特种加工技术进行了深入的研究，并取得了卓越的理论成就，但离定量的实际应用尚有一定的距离。然而釆用每一种特种加工方法所获得的加工精度和表面质量与加工条件参数间都有其规律。因此，目前常采用研究传统切削加工 机理的实验统计方法来了解特种加工的工艺规律，以便实际应用，但还缺乏系统性 1。 受其限制，目前特种加工的工艺参数只能凭经验选取，还难以实
5、现最优化和自动化，例如 :电火花成形电极的沉入式加工工艺，它在占电火花成形机床总数 95%以上的非数控电火花成形加工机床和较大尺寸的模具型腔加工中得到广泛应用。虽然已有学者对其 CAD、 CAPP 和 CAM 原理幵展了一些研究，并取得了一些成果，但由于工艺数据的缺乏，仍未有成熟的商品化的 CAD/CAM 系统问世。通常只能采用手工的方法或部分借助于 CAD 造型、部分生成复杂电极的三维型面数 据。随着模糊数学、神经元网络及专家系统等多种人工智能技术的成熟发展，人们开始尝试利用这一技术来建立加工效果和加工条件之间的定量化的精度、效率、经济性等实验模型，并得到了初步的成果。因此，通过实验建模，将
6、典型加工实例和加工经验作为知识存储起来，建立描述特种加工工艺规律的可扩展性开放系统的条件己经成熟。并为进一步开展特种加工加工工艺过程的计算机模拟，应用人工智能选择零件的工艺规程和虚拟加工奠定 基础 2。 1.2 CA6140 机床后托架 夹具设计任务分析 为了能具体确切的说明过程，使工件能按照零件图的技术要求加 工出来，就得制定复杂的机械加工工艺规程来作为生产的指导性技术文件，学习研究制定机械加工工艺规程 并基于 solidworks 设计绘制专用夹具 就是本课题研究目的 。 (1)我们必须仔细了解后托架零件结构，认真分析其零件图，培养我们独立识图能力，增强我们对零件图的认识和了解，通过对 夹
7、具 零件 的绘制 ，增强我们的solidworks 建模 能力和 AutoCAD 绘图 能力。 (2)制订工艺规程、确定加工余量、工艺尺寸计算、工时定额计算、定位误差 分析等。在整个设计中也是非常重要的，通过这些设计，不仅让我们更为全面地了解零件的加工过 程、加工尺寸的确定，而且让我们知道工艺路线和加工余量的确定 ,必须与工厂实际的机床相适应。这对以前学习过的知识的复习，也是以后工作的一个铺垫。 基于 solidworks 的 CA6140 后托架镗孔夹具设计 第 3 页 共 28 页 (3)在这个设计过程中，我们还必须考虑工件的安装和夹紧 .安装的正确与否直接影响工件加工精度，安装是否方便和
8、迅速，又会影响辅助时间的长短，从而影响生产率，夹具是加工工件时，为完成某道工序，用来正确迅速安装工件的装置 .它对保证加工精度、提高生产率和减轻工韧动量有很大作用。这是整个设计的重点，也是一个难 点。 2 CA6140 机床后托架 加工工艺的制订 2.1 CA6140 机床后托架 的工艺分析 2.1.1 CA6140 机床后托架 的用途 后托架在 CA6140 车床床身的尾部，三个孔分别装丝杠、光杆、转向开关，作用是加强固定； 在 40mm 和 30mm 之间的孔为毛 隙 孔，其作用为导通油路，旁路的螺纹孔用来连接油盖；正面的四个孔将后托架固定在车床尾部。 2.1.2 CA6140 机床后托架
9、 的技术要 求 基于 solidworks 的 CA6140 后托架镗孔夹具设计 第 4 页 共 28 页 机床后托架零件图 由零件图可知， CA6140 机床后托架 的主要加工要求是加工孔和底平面，其特点和技术要求如下： 底平面为主要加工表面，底面采用铣削加工，其底面粗糙度要求为 Ra1.6 ，平面度要求是 0.03； 侧面三个孔，分别是 40mm、 30.2mm、 25.5mm，内表面粗糙度要求是 Ra1.6，加工精等级分别为 IT7、 IT7 以及 IT7 IT8，且以底平面为基准，要求平行度为 100：0.07； 孔 25.5mm 一侧面锪平 42，表面粗糙度要求是 Ra6.3； 顶面
10、的四个孔，分别是 213 和 220 为一组的阶梯孔这组孔的表面粗糙度要求是 Rz50， Ra6.3，以及 210 的装配绞孔 ，其中 13 的孔的表面粗糙度要求是Ra1.6； 其余未注要求表面为不去除材料。 2.1.3 CA6140 机床后托架 的工艺性 CA6140 机床后托架 的是 CA6140 车 床的一个重要零件 ,因为其零件尺寸较小，结构形状也不是很复杂，但侧面三杠孔和底面的精度要求较高，此外还有顶面的 四孔要求加工，但是对精度要求不是很高。后托架上的底面和侧面三杠孔的粗糙度要求都是Ra1.6，所以都要求精加工。其三杠孔的中心线和底平面有平面度的公差要求等。因为其尺寸精度、几何形状
11、精度和相互位置精度，以及各表面的表 面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它的加工是非常关键和重要的。 2.2 确定毛坯 种类和制造方法 2.2.1 材料的工艺性能 基于 solidworks 的 CA6140 后托架镗孔夹具设计 第 5 页 共 28 页 CA6140 机床后托架 的材料是灰铸铁（ HT150），灰铸铁属于脆性材料，抗拉强度和弹性模量均比钢低，塑性和韧性接近零，硬度 HB 为 150 200。 因为灰铸铁的显微组织有金属基体（珠光体）和片状石墨组成，石墨的强度、硬度、塑性极低，对金属基体起着割裂的作用，减少了承载的有效面积，石墨的尖角处还会引起应力集
12、中。因此，使石墨片得到细化，并改善石墨片的分布，可提高铸铁的性能。可采用石墨化退火，来消除铸铁表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织（有大量的渗碳体出现），以便于切 削加工。 2.2.2 毛坯的结构工艺要求 CA6140 机床后托架 的材料是灰铸铁，生产类型为中批量生产，故采用铸造毛坯。其结构工艺要求： 铸件的壁厚应合适、均匀、不得有突然变化； 铸造圆角要适当，不得有尖角； 铸件结构要尽量简化，并要有合理的起模斜度，以减少分型面、芯子便于起模； 加强筋的厚度和分布要合理，以免冷却是铸件变形或产生裂纹。 2.3 拟定工艺路线 2.3.1 定位基准的选择 定位基准的选择在最初的工序中是铸造、锻造或
13、轧制等得到的表面，这种未经加工的基准称为粗基准。用粗基准定位加工出光洁的表面 以后，就应该用加工过的表面做以后工序的定位表面。加工过的基准称为精基准。为了便于装夹和易于获得所需的加工精度，在工件上特意作出的定位表面称为辅助基准。 粗基准的选择 : （ 1）保证相互位置要求原则 如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，应以不加工表面作为粗基准。如果在工件上有很多不需加工的表面，则应以其中与加工面的位置精度要求较高的表面作为粗基准。 （ 2) 保证加工表面加工余量合理分配的原则 如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面作为粗基准。 （ 3）便于工件装夹的原则 选作粗
14、基准时，必须考虑定位准确，夹紧可靠以及夹具结构简单、操作方便等问题。为了保证定位准确，夹紧可靠，要求选用粗基准尽可能平整、光洁和有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其他缺陷 。 （ 4）基准一般不得重复使用的原则 如果能使用精基准定位，则粗基准一般不应被重复使用。这是因为若毛坯的定位面很粗糙，在两次装夹中使用同一粗基准，就会造成相当大的定位误差。 选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合图纸要求。 基于 solidworks 的 CA6140 后托架镗孔夹具设计 第 6 页 共 28 页 要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平
15、面之间的位置，能保证 CA6140 机床后托架 在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从 CA6140 机床后托架 零件图分析可知，选择侧面三孔作为 CA6140 机床后托架 加工粗基准。 精基准的选择原則 （ 1）基准重合原则 应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准，以免产生基准不重合误差，增大加工难度。 （ 2）同一基准原则 当工件以某一精基准定位，可以较方便地加工大多数其他表面，则应尽早地把这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后工序以它为精基准加工其他表面。采用统一基准原则，可以减少工件搬动和翻转次数，在自 动化生产中有广泛的应用。 （ 3）自为基准原则 旨在减小表面粗糙度，减
16、小加工余量和保证加工余量均匀的工序，常以加工面本身为基准进行加工。 （ 4）互为基准原则 某些位置度要求很高的表面，常采用互为基准反复加工的办法来达到位置度要求。 （ 5）便于装夹原则 所选的精度基准，应能保证定位准确、可靠，夹紧机构简单，操作方便。 选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方便。 从 CA6140 机床后托架 零件图分析可知，它的底平面与侧面三孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用 一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于两侧面，因为是非
17、加工表面，所以也可以用与顶平面的四孔的加工基准。 2.3.2 表面加工方法的选择 工件上的加工表面往往需要通过粗加工、半精加工、精加工等才能够逐步达到质量要求。加工方法的选择一般应根据每个表面的精度要求，先选择能够保证该加工要求的最终加工方法，然后再选择前面一系列预备工序的加工办法和顺序。 平面的加工 由参考文献 3 机械加工工艺手册 表 1-11 确定，底面 平面的加工方案应选择：粗铣 精铣，粗糙度为 6.3 1.6 ，一般未淬硬的平面，加工经济精度等级为： IT7IT9。 侧面孔的加工 由参考文献 3 机械加工工艺手册 表 1-10确定 ，侧孔的加工 方案选择 ：粗镗 半 精镗 精镗，粗糙
18、度为 1.6 0.8，毛坯有铸出孔或锻出孔，加工精度等级为：IT7 IT9。 基于 solidworks 的 CA6140 后托架镗孔夹具设计 第 7 页 共 28 页 顶面的四个孔的加工 因为孔的表面粗糙度的要求都不高，是 Rz50，所以我们采用一次钻孔的加工方法，2 13 的孔选择的加工方法是钻，因为 2 20 的孔和 2 13 是一组阶梯孔，所以可以在已经钻了 2 13的孔基础上再锪孔钻锪到 2 20，而另一组 2 10 和 2 13是一组锥孔，其 表面粗糙度的要求是 Ra1.6，所以 加工的方法是钻 扩 铰。 2.3.3 加工工艺方案 对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准
19、。 CA6140 机床后托架 的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。 在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订 两个加工工艺路线方案。 加工工艺路线 方案 工序号 方案 方案 工序内容 定位基准 工序内容 定位基准 01 粗、精铣底平面 A 侧面和外圆 粗、精铣底平面 A 侧面和外圆 02 粗镗孔： 40、 30.2、 25.5 底面和侧面 钻孔： 2 10、 2 13 底面和侧面 03 半精镗孔： 40、
20、30.2、 25.5 底面和侧面 锪钻孔： 2 20 底面和侧面 04 精镗孔： 40、 30.2、 25.5 底面和侧面 扩孔： 2 10 底面和侧面 05 粗铣油槽 底面和侧面 精绞锥孔： 10 底面和侧面 06 锪平面： 42 底面和侧面 粗镗孔： 40、 30.2、 25.5 底面和侧面 07 钻孔： 2 10、 2 13 底面和侧面 半精镗孔： 40、 30.2、 25.5 底面和侧面 08 锪钻孔： 2 20 底面和侧面 精镗孔： 40、 30.2、 25.5 底面和侧面 09 扩孔： 2 10 底面和侧面 粗铣油槽 底面和侧面 基于 solidworks 的 CA6140 后托架
21、镗孔夹具设计 第 8 页 共 28 页 10 精绞锥孔： 10 底面和侧面 锪平面： 42 底面和侧面 11 钻孔： 6、 M6 底面和孔 25.5 钻孔： 6、 M6 底面和孔 25.5 12 攻螺纹 M6 底面和孔 25.5 攻螺纹 M6 底面和孔 25.5 13 倒角、去毛刺 倒角、去毛刺 14 检查入库 检查入库 2.3.4 工艺方案的比较与分析 上面两种方案都是以侧面和外圆面为粗基准，先加工底平面 A，然后再以加工后的底平面 A 面为精基准加工孔，这样做满足零件加工先面后孔的加工要求； 方案先加工有严格形位要求和配合精度 的 40mm、 30.2mm、 25.5mm 孔，再加工其他孔
22、；方案先加工繁琐小而杂的孔，最后才加工有严格形位要求和配合精度的 40mm、 30.2mm、 25.5mm 孔；两相比较方案二更能够保证孔的位置要求 35 0.07mm和 63 0.05，以及 40mm、 30.2mm、 25.5mm 孔与 A 面的平行度，更 好的减少加工误差，更能保证位置精度和配合精度。 由 以上分析：方案为合理、经济的加工工艺路线方案。具体工艺过程如下 ： CA6140 机床后托架加工工序流程 零件名称 材料 CA6140 机床后托架 HT150 工序号 工序名称及内容 机床名称和型号 工装夹具 量具 01 金属型铸造 02 除去浇冒口，锋边及型砂 03 退火处 理 04
23、 检查毛坯 05 粗、精铣底平面 A 双立轴圆工作台铣床X25K 底平面铣夹具 （ 0 200） 0.02mm游标卡尺、百分表 06 粗镗孔： 40、 30.2、 25.5 卧式镗床 TX611A 侧面孔镗孔夹具 （ 0 200） 0.02mm游标卡尺 07 半精镗孔： 40、 30.2、 25.5 卧式镗床 TX611A 侧面孔镗孔夹具 （ 0 200） 0.02mm游标卡尺、百分表 基于 solidworks 的 CA6140 后托架镗孔夹具设计 第 9 页 共 28 页 08 精镗孔： 40、 30.2、 25.5 卧式镗床 TX611A 侧面孔镗孔夹具 （ 0 200） 0.02mm游
24、标卡尺、百分表 09 粗铣油槽 双立轴圆工作台铣床X25K 侧面孔铣夹具 10 钻孔： 2 10、 2 13 立式钻床 Z525 顶面钻孔夹具 （ 0 200） 0.02mm游标卡尺 11 锪钻孔： 2 20 立式钻床 Z525 顶面钻孔夹具 （ 0 200） 0.02mm游标卡尺、百分表 12 扩孔： 2 10 立式钻床 Z525 顶面钻孔夹具 （ 0 200） 0.02mm游标卡尺 13 精绞锥孔： 10 立式钻床 Z525 顶面钻孔夹具 （ 0 200） 0.02mm游标卡尺、百分表 14 去毛 刺 台虎钳 15 钻孔： 6、 M6 立式钻床 Z525 侧面钻孔夹具 （ 0 200） 0
25、.02mm游标卡尺 16 攻螺纹 M6 组合攻丝机 侧面钻孔夹具 17 倒角、去毛刺 台虎钳 18 检查入库 2.4 确定毛坯尺寸、绘制毛坯简图 零件为大批量生产， 采用精度较高的金属型铸造，查参考文献 4 机械制造技术基础课程设计指导教程 表 2 1知毛坯 加工余量等级为 E，由表 2 3知毛坯尺寸等级为 CT8。 2.4.1 机械加工余量和工序尺寸的确定 底平面 A加工余量 与工序尺寸 计算 根据工序设 计要求，底平面加工方案为粗铣 精铣 。 粗铣 加工 ：由参考文献 5 机械加工余量与公差手册 表 2 24 查得其 余量值规定为 2.0 2.7，现 取 2.5；由 表 2 27 知 粗铣
26、平面的精度等级为 IT12 IT13，厚度偏差为 -0.21 -0.33 。 精铣 加工 ： 由 参考文献 5机械加工余量与公差手册 表 2 25 查得 其余量值规定为 1.0；由表 2 27 知精 铣平面的精度等级为 IT8 IT9。 底平面与侧面孔 40、 30.2、 25.5 中心线的的尺寸为 35 0.07,粗、精铣 底平面各 工序基本尺寸 为： 精铣 ： 35 0.07mm 粗铣： mm 毛坯尺寸： 38.5 0.55mm 侧面三孔的 加工余量 与工序尺寸 计算 基于 solidworks 的 CA6140 后托架镗孔夹具设计 第 10 页 共 28 页 毛坯预先铸造出侧面三个孔，
27、根据工序设计要求，侧面三个孔的加工方案为粗镗 半精镗 精镗。由 参考文献 5机械加工余量与公差手册 表 2 22 查得 各工序尺寸为 ： 孔 40mm： 粗 镗基本尺寸： d1=38.0mm 工序精度等级 IT12，尺寸偏差为 0.25mm； 半精镗 基本尺寸： d2=39.7mm， 工序精度等级 IT10，尺寸偏差为 0.1mm； 精镗 基本尺寸 ： d3=40mm: ， 工序精度等级 IT7，尺寸偏差为 0.025mm； 各工序的加工余量分别为： 精镗： Z 精 =（ 40 39.7） mm=0.3mm； 半精镗： Z 半精 =（ 39.7 38） mm=1.7mm； 粗镗： Z 粗 =（
28、 4 0.3 1.7） mm=2mm； 各工序尺寸为： 精镗： mm 半精镗： mm 粗镗： mm 毛坯尺寸： 36 0.45mm 孔 30.2mm： 粗 镗基本尺寸： d1=28.2mm 工序精度等 级 IT12，尺寸偏差为 0.21mm； 半精镗基本尺寸： d2=29.8mm，工序精度等级 IT10，尺寸偏差为 0.084mm； 精镗基本尺寸： d3=30.2mm: ，工序精度等级 IT7，尺寸偏差为 0.021mm； 各工序的加工余量分别为： 精镗： Z 精 =（ 30.2 29.8） mm=0.4mm； 半精镗： Z 半精 =（ 29.8 28.2） mm=1.6mm； 粗镗： Z 粗
29、 =（ 4 0.4 1.6） mm=2mm； 各工序尺寸为： 精镗： mm 半精镗： mm 粗镗： mm 毛坯尺寸： 26.2 0.45mm 孔 25.5mm： 粗 镗基本尺寸： d1=23.5.mm， 工序精度等级 IT12，尺寸偏差为 0.21mm； 半精镗基本尺寸： d2=25.0mm， 工序精度等级 IT10，尺寸偏差为 0.084mm； 精镗基本尺寸： d3=25.5mm，工序精度等级 IT7，尺寸偏差为 0.021mm； 各工序的加工余量分别为： 精镗： Z 精 =（ 25.5 25） mm=0.5mm； 半精镗： Z 半精 =（ 25 23.5） mm=1.5mm； 粗镗： Z 粗 =（ 4 0.5 1.5） mm=2mm； 各工序尺寸为： 精镗： mm 半精镗： mm 粗镗： mm 毛坯尺寸：
