1、机 械 制 造 技 术 与 装 备 课 程 设 计 说 明 书 设计题目： “ CA6140 车床套 84007”零件的机械加工工艺规程 及 8 孔加工 夹具设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 号： 设 计 者： 指导教师： 日 期 目录 序 言 . 1 一、零件的分析 . 2 1.1 零件的作用 .2 1.2 零件的工艺分析 . 2 二、工艺规程设计 . 3 2.1 确定毛坯的制造方法，初步确定毛坯的形状 . 3 2.2 定位基准的选择 . 3 2.3 制定工艺路线 . 5 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 8 三 、夹具设计 . 21 3.1 问题的提出
2、 . 21 3.2 夹具的设计 . 21 四、设计小结 . 22 五、参考文献 . 24 南昌航空大学科技学院 1 序 言 机械制造技术是 以研究机械加工工艺技术和夹具设计为主技术学科，具有很强的实践性，要求学习过程中应紧密联系生产实践，同时它又具有很强的综合性， 本次课程 设计的课题是 CA6140车床套 加工工艺规程及某一工序 5专用夹具设计，主 要内容如下： 首先，对零件进行分析，主要是零件作用的分析和工艺分析，通过零件分析可以了解零件的基本情况，而工艺分析可以知道零件的加工表面和加工要求。根据零件图提出的加工要求 ，确定毛坯的制造形式和尺寸的确定。 第二步，进行基面的选择，确定加工过程
3、中的粗基准和精基准。根据选好的基准，制订工艺路线，通常制订两种以上的工艺路线，通过工艺方案的比较与分析，再选择可以使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证的一种工序。 第三步，根据已经选定的工序路线，确定每一步的切削用量及基本工时，并选择合适的机床 和刀具。对于粗加工，还要校核机床功率。 最后，设计第 七 道工序 铣距 8 的夹具。先提出设计问题，再选择定位基准，然后开始切削力、夹紧力的计算和定位误差的分析。然后把设计的过程整理为图纸。 通过以上的概述，整个设计基本完成。 课程设计是我们对大学三年的学习的一次深入的综合性的总考核，也是一次理论联系实际的训练，这次设计使我们能
4、综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（ CA6140 车床套 ）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和 方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。因此，它在我们大学生活中占有重要地位。就我个人而言，我也希望通过这次设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性心理，从中锻炼自己分析南昌航空大学科技学院 2 问题，解决问题的能力，对未来的工作发展打下一个良好的基础。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。 一
5、、 零件的分析 1.1 零件的作用 题目所给的零件是 CA6140 车床套，年产量为 5000 件，设其备品率为 4%，机械加工废品率 为 1%，则该零件的年生产纲领为： N=Qn(1+ + )=5000 1 （ 1+0.04+0.01） =5250 件 CA6140 车床套的年产量为 5250 件，根据生产类型和生产纲领的关系可知该产品为大批生产。 CA6140 车床套，它位于车床变速机构中，主要起支撑轴的作用，换档，拨动相关齿轮与不同的齿轮啮合，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的 8H9 孔与操纵机构相连，下方尺寸 5H9处是用于控制齿轮的，通过上方
6、的力拨动下方的齿轮变速。 1.2 零件的工艺分析 CA6140 车床套可分为两组加工表面，它们之间有一定的关联要求和位置要求。 1.以 25H7mm为中心的一组加工表面 这一组加工表面有： 25H7mm孔及其倒角、 45m6mm、 42mm、 70mm外圆柱面、 31mm、 3 0.5mm 槽和孔 7 13mm 孔等。其中， 25H7mm孔和 45m6mm为主要加工表面。 2.以尺寸 90mm为中心的一组加工表面 这一组加工表面包括：两端面、孔 8H9 R5mm、槽 5H9mm 等，其中，孔 8H9 R5mm、槽 5H9mm 主要加工表面。 这两组表面的位置度要求有： 70 mm 外圆内端面对
7、 45 6m mm 外圆柱面的圆跳动为 0.05mm， 45 6m mm 外圆柱面对 25 7H mm 孔圆跳动为 0.03mm， 31 mm 孔内端面对 70 外圆内端面平行度误差为 0.05mm 59H mm 槽中心 线对 25 7H mm 孔 89H mm 孔的对称度误差为 0.15mm。 南昌航空大学科技学院 3 由上面分析可知，加工时应先加工第一组表面，再以第一组加工后表面和一端面为精基准加工另外一组加工面，并保证它们的位置度要求。 二、 工艺规程设计 2.1 确定毛坯的制造方法，初步确定毛坯的形状 零件的材料为 45 钢，考虑到工作床变速箱经常进行变速换档工作及阶梯轴直径相差较大，
8、为了保证零件可靠性提高零件承受载荷及冲击性的能力和减少切削工作量，节约材料和生产成本，决定零 件毛坯采用模锻成型。采用模锻成型既提高零件的工作能力和生产效率，也节约成本，保证加工精度。 由于零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，各孔可不必锻出。毛坯尺寸通过确定加工余量后决定，然后进行毛坯的设计和绘制毛坯图。 2.2 定位基准的选择 定位基准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 粗基准的选择 CA6140 车床套属于轴类
9、零件 ，可选择 45 6m mm 外圆柱面作为粗基准，用三角卡盘卡紧定位，可以消除 , , ,xz xz 四个自由度。 2.2.2 精基准的选择 1、主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复，现选取孔 25H7mm、面和槽 5H9mm为精基准。 2、零件表面加工方法的选择 本零件的加工面有外圆、内孔、端面、台阶面、槽等，材料为 45 钢。参考机械制造工艺设计简明手册（以下简称工艺手 册）表 1.4 6、表 1.4 7、表 1.4 8、表 1.4 14、表 1.4 17 等，其加工方法选择如下： （ 1） 42mm 外圆面 为
10、自由尺寸，其经济精度为 IT11，表面粗糙度为南昌航空大学科技学院 4 Ra6.3，粗车即可，但为了后面工序的加工作为精基准，应对其进行半精车（表1.4 6）。 （ 2） 45m6mm 外圆面 其经济精度为 IT6，表面粗糙度为 Ra1.6，需对其进行精车（表 1.4 6）。 （ 3） 42mm 端面 为未注公差尺寸，表面粗糙度为 Ra6.3，进行粗车即可（表 1.4 8）。 （ 4） A 面 跳动公差为 0.05mm，表面粗糙度为 Ra1.6，需要对其进行精车（表 1.4 8）。 （ 5）底面 表面粗糙度为 Ra3.2，但为了后续加工作为精基准，所以必须对其进行精车（表 1.4 8）。 （
11、6） 70mm外圆面 其公差经济精度为 IT11，表面粗糙度为 Ra6.3，只需对其粗车（表 1.4 8）。 （ 7）槽 3 0.5mm 为未注公差自由自由尺寸，表面粗糙度为 Ra6.3，只需粗车（表 1.4 8）。 （ 8）孔 25H7mm 经济精度等级为 IT7，表面粗糙度为 Ra1.6，毛坯为实心。采用钻孔扩孔粗铰精铰（表 1.4 7）。 （ 9）孔 31mm 为未注公差尺寸，其表面粗糙度为 Ra3.2，可采用扩半精车（表 1.4 6 和表 1.4 7）。 （ 10）孔 31mm 内端面 表面粗糙度为 Ra1.6，与 A 面的平行度为0.05mm，可以采用精车（表 1.4 8）。 （ 1
12、1）尺寸 29mm 台阶面 为未注公差尺寸，表面粗糙度为 Ra6.3，只需对其粗铣（表 1.4 8）。 （ 12）槽 5H9 册 其经济精度为 IT9，表面粗糙度为 Ra3.2，应对其进行粗铣精铣（表 1.4 8）。 （ 13）孔 8H9mm 其经济精度为 IT9，表面粗糙度为 Ra3.2， HRC 淬深2，所以可以采用钻孔精铰孔热处理手工铰（表 1.4 7） （ 14）孔 7 13mm 为未注公差尺寸，表面粗糙度为 Ra6.3，故可以采用钻孔粗铰孔锪孔（表 1.4 7）。 （ 15） R5mm 圆弧面 为未注公差尺寸，表面粗糙度为 Ra6.3，采用扩孔即可（表 1.4 7）。 （ 16）各倒
13、角 可采用车和锪的加工方式。 南昌航空大学科技学院 5 2.3 制定工艺路线 制定工艺路线得出发点 ,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 ,在生产纲领已确定的情况下 ,可以考虑采用通用机床配以专用 工卡具 ,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 1）工艺路线方案 一 工序 1 夹 70mm毛坯外圆，平小端面，打中心孔； 工序 2 小端面用顶针顶紧，车 45mm、 42mm外圆面，倒角； 工序 3 装夹 42mm 外圆面，车 70mm 外圆面至所需尺寸，精车45m6mm 外圆面，切槽 3 X 0.5mm，并保证 A
14、 面，车大端面，倒角；钻、扩、铰孔 25H7mm，倒内外角； 工序 4 扩、铰孔 31mm，精车孔 31mm内端面； 工序 5 铣尺寸 29mm台阶面，保证 尺寸 55mm； 工序 6 钻铰孔 8H9mm，扩 R5mm； 工序 7 洗槽 5H9mm； 工序 8 热处理孔 8H9mm； 工序 9 手工铰 8H9mm； 工序 10 钻孔 7 13mm； 工序 11 去毛刺； 工序 12 清洗； 工序 13 检验； 工序 14 入库。 2）工艺路线方案二 工序 1 夹 70mm毛坯外圆，平小端面，打中心孔； 工序 2 小端面用顶针顶紧，车 45mm、 42mm外圆面，倒角； 工序 3 装夹 42mm
15、 外圆面，车 70mm 外圆面至所需尺寸，精车45m6mm 外圆面，切槽 3 X 0.5mm，并保证 A 面，车大端面，倒角；钻、扩、铰孔 25H7mm，倒内外角； 工序 4 扩、铰孔 31mm，精车孔 31mm内端面； 工序 5 铣尺寸 29mm 台阶面，保证尺寸 55mm，洗槽 5H9mm，钻铰孔南昌航空大学科技学院 6 8H9mm，扩 R5mm； 工序 6 热处理孔 8H9mm； 工序 7 手工铰 8H9mm； 工序 8 钻孔 7 13 mm； 工序 9 去毛刺； 工序 10 清洗； 工序 11 检验； 工序 12 入库。 7）工艺方案的比较与分析 首先，从毛坯的选择方面考虑。由于 CA
16、6140 车床套位于 CA6140 车床的变速机构中，主要作用是支承轴与拨动相关齿轮与不同的齿轮啮合从而进行变速。其操作频繁，故其材料力学性能要求较高。选用棒料毛坯不仅造成材料浪费，而且耗费个工时较长，生产效率降低。更重要的是机械加工得到的零件会造成内部流线被切断，容易形成应力腐蚀，承受拉压交变应力的能力降低。由对生产纲领的分析可知，毛坯采用锻造成型符合大批量生产的特点，也比较符合题目的要求。此外，锻造成型与其他方法相比，也具有一定的优势 :锻造加工生产率高，锻件的形状、尺寸稳定性好，力学性能最佳，韧性高，纤维组织合理，锻件之间性能差别小。 另一方面，选择锻件毛坯可获得较高的粗基准，省去前面的
17、热处理工序，节约材料，提高生产率和经济效益。 工艺路线方案一中，无论是定位还是加工要求，都可以达到设计要求，孔 8H9mm 和槽 5H9mm 的精度和相对位置度也都可以达到保证。此方案中，在加工槽 5H9mm 是以孔 25H7mm 中心线和孔 8H9mm 中心线进行定位的，两孔定位可采用销定位，即可完全定位，也可不完全定位。孔 25H7mm 中心线定位可采用长圆柱销定位，限定 4 个自由度，孔 8H9mm 中心线的定位，若采用圆柱销，则限定两个自由度，此时属于完全定位。若采用削 边销定位，则限定一个自由度，此时属于不完全定位。但是，无论是用两圆柱销定位，还是用一个圆柱销和一个削边销定位，在找正
18、定位时有一定的困难，会耗费一定的辅助时间，且削边销的限定相对方向有要求，其设计的相对要求也比较高。 工艺路线方案二中，孔 8H9mm 和槽 5H9mm 都属于重要加工面，其相对位置精度会影响到零件的使用寿命和工作能力，因此，必须要保证起位置精度。在前面的几套方案中，都是将孔 8H9mm 和槽 5H9mm 的加工分到两道单独的南昌航空大学科技学院 7 加工工序中，并且互为基准。这样，加工次序和装夹就有一定的要求。而此方案中，将两道工 序合并在一道工序内进行加工，这样，既可以减少由于装夹次数引起的定位误差，也更容易满足加工的精度要求。而且，此方案中专用夹具的设计也相对较简单，故可以考虑选用此方案。
19、 8）最终工艺路线方案的确定 由以上对各个方案的对比和分析可知，方案一和方案二都是比较合理的，但是从零件的技术要求和采取的加工方式考虑， 45m6mm 外圆柱面、 A 面、 31mm 内端面的加工，孔 8H9mm、槽 5H9mm 和孔 25H7mm 相对位置的保证， 45m6mm 外圆柱面和 A 面有位置度要求，都必须给予保证。以上各方案中，都是装夹 42mm 外圆 面进行 45m6mm 外圆面和 A 面精加工，在同一道工序中完成，所以，这样可以保证 A 面对 45m6mm 轴心线跳动公差 0.05mm的要求。对于 45m6mm 外圆面和孔 25H7mm 也是在一次装夹中加工出来的，所以， 4
20、5m6mm 外圆面对孔 25H7mm 中心线的 0.03mm 的要求也可以得到保证。孔 31mm 内端面的设计基准是 A 面而且与 A 面也存在着位置度要求。一般说来，应该以 A 面为定位基准加工孔 31mm 内端面，其相关要求是可以得到满足的，然而，在本零件中，若以 A 面定位，其装夹及夹具的设计都相当困难，而且会引起夹具相 对机床误差，这是加工的困难所在。经讨论，解决的方案是：在加工 A 面的同时，也对地面进行加工，切保证底面一 A 面的平行度和尺寸公差。对 A 面和底面进行精车，可达到精度等级 IT6，其公差为 0.008mm。所以， A 面和底面的尺寸可表示为 4.5 004.0004
21、.0- 错误 !未找到引用源。 mm，尺寸67.5 11.004.0 mm 的公差为 0.07mm，其精度等级为 IT8，粗粗糙度 Ra1.6 需精车，故其精度等级可达到 IT6，公差为 0.008mm.显然， 0.008+0.008=0.016mm 错误 !未找到引用源。 0.07mm，符合加工要求。因此，工艺方案中要对底面进行精加工，并保证与 A 面的相关要求，为后续工作准备。这样一来，主要问题出现在孔 8H9mm、槽 5H9mm 的加工上。为保证其位置度要求，方案二中加工孔8H9mm 和槽 5H9mm 的加工集中在一道工序中，这样，对称度 0.15mm 便得以保证。同时，为了保证基准面底
22、面不被破坏，将孔 7 13mm 移至工序之后是合理的。所以，该零件 CA6140 车床套的工艺路线最终选择方案二，其工艺路线如下： 工序 1 平小端面，打中心孔。以 70mm 毛坯外圆面（限定 2 点）及大端面（限定 3 点）为粗基准，选用 C620 1 卧式车床加三爪卡盘； 南昌航空大学科技学院 8 工序 2 车 45mm、 42mm 外圆面，倒角。 42mm 加工至尺寸要求，为下道工序作精基准。定位基准与车床及夹具与工序 1 相同，外加顶针； 工序 3 车 70mm外圆面至所需尺寸，精车 45m6mm外圆面，切槽 3 X 0.5mm，并保证 A 面，粗、精车大端面，倒角；钻、扩、铰孔 25
23、H7mm，倒内外角。以 42mm外圆面（限定 4 点）及锥面（限定 1 点）为精基准，选用 C365L转塔式车床，专用车内孔刀具； 工序 4 扩、车孔 31mm，精车孔 31mm 内端面倒内角。以底面（限定 3点）和孔 25H7mm（限定 2 点）为精基准，选用紧密型车床 C616A 卧式车床并加专用夹具； 工序 5 铣尺寸 29mm 台阶面，保证尺寸 55mm，铣槽 5H9mm，钻铰孔8H9mm，扩 R5mm；以底面（限定 3 点）和 45m6mm 外圆面（限定 2 点）为精基准，选用加工范围较宽的 X52K 立式铣床及专用夹具、专用钻模。 工序 6 热处理孔 8H9mm； 工序 7 手工铰
24、 8H9mm。用手工铰刀； 工序 8 钻孔 7 13 mm。以 45m6mm 外圆面（限 定两点）、 A 面（限定 3 点）及槽 5H9mm（限定 1 点）完全定位，选用 Z525 立式钻床及专用夹具； 工序 9 去毛刺； 工序 10 清洗； 工序 11 检验； 工序 12 入库。 以上工艺过程详见“机械加工工艺过程卡片”和“机械加工工序卡片”。 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 根据上述原始资料及加工工艺，参照实用机械加工工艺手册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：（单位 mm） 加工 表面 工序（或工步）名称 工序（或工步）余量 工序（或工步）基本尺寸 工序（或工步） 经济精 度 工序（或工步）尺寸及其 偏差 表面粗 糙度 （ m ） 公差 等级 公差等级 7mm 孔 铰 2Z 0.2 7 IT9 0.030 7 050.00 Ra=6.3
