CA6140后托架设计说明书

设计说明设计要求：CA6140车床后托架，年产量为5000件（大批生产）。设计任务：设计后托架加工工艺规程，并对指定工序进行夹具设计。设计内容：1.对零件进行工艺分析；2.确定毛坯制造方式，绘制毛坯简图；3.制定零件的机械加工工艺路线，填写机械加工工艺过程卡；4.对指定工序，选择机床及夹、量、刀具，确定加工余量及工序间尺寸与公差，确定切削用量，填写工艺工程卡；5.对指定工序进行机床夹具设计计算和结构设计，画夹具装配图；6.对夹具的一个零件设计零件图；7.编写设计说明书。课程设计题目制定CA6140车床后托架的加工工艺，设计后托架的2-10锥孔底孔和2-13孔及其2-20 沉孔的钻床夹具设计说明书1 CA6140车床后托架的零件分析1.1后托架的结构和作用 后托架在CA6140车床床身尾部，三个孔分别装丝杆、光杆、操作杆，起支撑作用和固定作用，是CA6140机床的一个重要零件。其零件尺寸较小，结构形状不是很复杂，侧面三杆孔精度要求较高。侧面三杆孔的粗糙度要求的Ra1.6，所以要求精加工。其三杆孔的中心线和底平面有平面度的公差要求。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各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。1.2后托架的技术要求表面尺寸偏差（mm）公差及精度等级表面粗糙度Ra（m） 形位公差后托架底面120x600.14IT111.640孔4000.0250.025IT71.630.2孔30.20+0.20.2IT121.625.5孔25.50+0.30.3IT131.640孔中的油槽3Rz50三杆孔相邻两孔中心距离630.05IT10三杆孔圆心与底平面的距离350.07IT116和M6孔6Rz5013、220阶梯孔132-206.3Rz50210装配锥孔2-101.62132136.3锪平426.3主要有四组加工：底平面铣加工、三杆孔、固定螺钉孔和定位销底孔、以及6和M6孔的加工。1.3 审查后托架的工艺性分析零件图知，底平面轴向方向铣削了一个低槽，减少了加工平面，又使底平面的加工精度更容易得到；底平面平面度要求可防止加工过程中钻头钻偏，保证了三杆孔的位置精度；同时三杆孔轴线相对平面A和轴线B的平行度要求也提高了孔系的装配精度和形位精度。另外，该零件除主要定位和工作表面外，企业表面加工精度均较低，不需在机床上进行加工，铸造出来的工件精度已达到其要求；而主要工作表面虽然加工精度较高，也可在正常生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。1.4确定后托架的生产类型Q=5000台/年，m=1件/台，a%=3%和b%=0.5%N=Qm（1+a%）（1+b%）=5175.75件后托架重量为3.05kg，属于轻型零件，生产类型为大批生产。2 CA6140车床后托架的工艺规程设计2.1 确定毛坯、绘制毛坯简图2.1.1选择毛坯零件材料为灰铸铁，硬度为HT200，考虑到机床在工作过程中不经常加速，承受交变载荷以及冲击载荷较小，因此应该选用金属模机械砂型铸造，又因为是批量生产，而且零件的尺寸不大，故可以用铸造，这样既可以保证工作的可靠性又提高了劳动生产率。2.1.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量由参考文献1表2-12-5可知，要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。1、 公差等级由后托架的功用和技术要求，确定该零件的公差等级CT为810,选10级。2、 铸件重量已知机械加工后托架的重量为3.05kg,由此可初估计机械加工前铸件毛坯的重量为4.5kg。3、 零件表面粗糙度由零件图可知，该后托架各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6um。根据上述因素，可查表确定该铸件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于下表中。表2-1 后托架毛坯尺寸公差及机械加工余量铸件重量/kg公差等级CT4.510项目/mm机械加工余量/mm尺寸公差/mm备注底面A与三孔中心 距离3521.3表2-3、2-42.1.3绘制后托架铸造毛坯图由确定后的毛坯基本尺寸和尺寸公差画出毛坯简图，所有孔系都为不铸出孔。如文件袋附图所示。2.2拟定后托架的工艺路线2.2.1定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。（1） 精基准的选择 从CA6140机床后托架零件图分析可知，底面A为设计基准，选其为精基准可以实现设计基准重合，遵循“基准统一”原则。（2） 粗基准的选择因为零件毛坯是金属模铸造成型，铸造精度较高，所以选择侧面孔40、30.2底面作为粗基准加工底面A，可以为后续工序准备好精基准。2.2.2 表面加工方法的确定根据后托架零件图上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定工件各表面的加工方法，如下表所示。表3-1加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra加工方案备注A端面IT111.6粗铣-精铣参考文献1 查表 1-7 1-8 2-13Rz50、6.3钻-锪2-101.6钻-铰40mmIT71.6钻、扩、粗铰、精铰30.2IT121.6钻、粗铰、精铰25.5IT131.6钻、粗铰、精铰2-20沉孔Rz50、6.3钻、锪钻13沉孔Rz50钻、锪钻R22端面6.3锪6长孔IT12Rz50钻6螺纹孔钻-攻螺纹2.2.3加工阶段的划分该后托架加工工质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。在粗加工阶段，先将精基准加工好，使后续工序可采用其作精基准定位加工，保证加工精度。在半精加工阶段，完成孔的钻、扩和铰加工。在精加工阶段，保证各加工表面的加工精度和表面粗糙度。2.2.4工序原则的选择选用工序集中原则安排后托架的加工工序，该零件的生产类型为大批量生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且可使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅肋时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面的相对位置度要求。2.2.5工序顺序的安排机械加工工序（1）遵循“先基准后其他”原则，先加工精基准后托架的底面。（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。（3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面三个孔，后加工次要表面。（4）遵循“先面后孔”原则，先加工后托架底面，后加工孔。2.2.6确定工艺路线工序1：粗、精铣底面A工序2：钻、扩、粗铰、精铰三杆孔工序3：铣40油槽工序4：锪R22端面工序5：钻孔2-13、10工序6：锪孔13、2-20工序7：钻6、M6螺孔工序8：攻M6螺纹工序9：倒角、去毛刺工序10：检验2.3机床设备及工艺装备的选择2.3.1机床设备的选择查阅参考文献2机械加工工艺手册可得：立式铣床，主要用于铣削加工；摇臂钻床Z35，可用于钻、扩、铰及攻丝。2.3.2工艺装备的选择查资料2机械加工工艺手册可得：1. 刀具：高速钢套式面铣刀，直柄麻花钻、直柄短麻花钻、直柄长麻花钻、带导柱直柄平底锪钻2. 其他设备的选用夹具：夹具采用专用的铣、钻、夹具量具选用：塞规，螺纹塞规、多用游标卡尺、内径千分尺辅助设备：锉刀、钳子等2.4加工余量、工序尺寸和公差的确定1 、210的加工余量、工序尺寸和公差的确定查参考文献1表2-28可得，10孔的精铰余量Z=0.04mm；粗铰余量Z=0.08mm；钻孔余量Z=9.8mm。查表1-20可确定各工序尺寸的加工精度等级为，精铰：IT7；粗铰：IT9；钻孔：IT12。根据结果，再查表知每个工步的公差值分别为，精铰：0.015mm；粗铰：0.036；钻：0.15mm。综上所述，加工10孔的工序尺寸及公差分别为，精铰：100+0.015mm；粗铰：9.960+0.036mm；钻孔：9.80+0.15mm2.5后托架切削用量和时间定额的计算一、切削用量的计算2.5.1粗、精铣A底面的切削用量计算工步1：粗铣底面A1) 背吃刀量的确定 取2) 进给量的确定 由由参考文献1表5-7，按机床功率为<=5kw,工件-夹具系统刚度为中等条件选取，该工步的每齿进给量取为0.15mm/z3) 铣削速度的计算 由表5-9按镶齿铣刀、的条件选取，铣削速度可取为40m/min，由公式可求得该工步铣刀转速n=159.15r/min，参照由参考文献1表4-15所列X51型立式铣床的主轴转速，取转速n=160r/min。再将此转速代入公式，可求出该工序的实际切削速度v=40.21m/min。工步2：精铣底面A1) 背吃刀量的确定 取2) 进给量的确定 参考由参考文献1表5-8表面粗糙度的条件选取，该工步的每转进给量取为0.3mm/r铣削速度的计算 由参考文献1表5-9按镶齿铣刀、，的条件选取，铣削速度可取为，由公式可求得该工步铣刀转速n=279.32r/min，参照参考文献1表4-15所列X51型立式铣床的主轴转速，取转速。再将此转速代入公式，可求出该工序的实际切削速度2.5.2钻孔9.8、2-13的切削用量计算工步1：钻孔9.81）背吃刀量的确定 取ap=4.9mm。2）进给量的确定 由参考文献1表5-22，选取该工步的每转进给量0.15mm/r。3）切削速度的的计算 由表5-22按工件材料为铸铁HT200，取20m/min，由公式可求得该工步钻头转速n=649.61r/min。由表4-6所列摇臂钻床Z35主轴转速范围，取转速n=670r/min，再由公式，可求出实际速度v=20.63m/min工步2：钻孔131） 背吃刀量的确定 取ap=6.5mm。2）进给量的确定 由参考文献1表5-22，选取该工步的每转进给量0.25mm/r。3）切削速度的的计算 由表5-22按工件材料为铸铁HT200，取20m/min，由公式可求得该工步钻头转速n=489.71r/min。由表4-6所列摇臂钻床Z35主轴转速范围，取转速n=530r/min，再由公式，可求出实际速度v=21.65m/min2.5.3锪13、2-20孔工步一：锪13孔1）背吃刀量的确定 取ap=1.6mm。2）进给量的确定 由参考文献1表5-22，选取该工步的每转进给量0.32mm/r。3）切削速度的的计算 由表5-22按工件材料为铸铁HT200，取20m/min，由公式可求得该工步钻头转速n=489.70r/min。由表4-6所列摇臂钻床Z35主轴转速范围，取转速n=420r/min，再由公式，可求出实际速度v=17.15m/min工步二：锪2-20孔1）背吃刀量的确定 取ap=3.5mm。2）进给量的确定 由参考文献1表5-22，选取该工步的每转进给量0.4mm/r。3）切削速度的的计算 由表5-22按工件材料为铸铁HT200，取20m/min，由公式可求得该工步钻头转速n=318.47r/min。由表4-6所列摇臂钻床Z35主轴转速范围，取转速n=335r/min，再由公式，可求出实际速度v=21.05m/min2.5.4铰2-10装配孔工步一：粗铰2-101）背吃刀量的确定 取ap=0.08mm。2）进给量的确定 由参考文献1表5-31，选取该工步的每转进给量0.4mm/r。3）切削速度的的计算 取5m/min，由公式可求得该工步钻头转速n=159.79r/min。由表4-6所列摇臂钻床Z35主轴转速范围，取转速n=170r/min，再由公式，可求出实际速度v=5.32m/min工步二：精铰2-101）背吃刀量的确定 取ap=0.02mm。2）进给量的确定 由参考文献1表5-31，选取该工步的每转进给量0.32mm/r。3）切削速度的的计算 取5m/min，由公式可求得该工步钻头转速n=159.15r/min。由表4-6所列摇臂钻床Z35主轴转速范围，取转速n=170r/min，再由公式，可求出实际速度v=5.34m/min二、时间定额的计算2.5.5钻2-10、2-13的基本时间计算对10孔，由参考文献1表5-41，钻孔的基本时间可由公式求得，其中l=65mm， l2取2mm， =4.94mm。由公式可求得tj1=42.95s，另一10孔，tj2=14.89s对13孔，由参考文献1表5-41，钻孔的基本时间可由公式求得，其中l=65mm， l2取2mm， =5.91mm。由公式可求得tj3=33.02s，另一13孔，tj4=11.73s。该工序tj=tj1+tj2+tj3+tj4=42.95s+33.02s+14.89s+11.73s=102.59s2.5.6锪13、2-20孔锪13孔：tj=l+l1fn=18.75s锪2-20孔，tj=l+l1fn=6.27s 6.27sX2=12.54s该工序tj=18.75s+12.54s=31.29s2.5.7 铰锥孔2-10粗铰2-10 查表5-42，取l1=0.19mm，l2=13mm；l=20，f=0.4mm/r，n=170r/min，求得tj1=29.29s tj=2tj1=58.57s。精铰2-10 查表5-42，取l1=0.19mm，l2=13mm；l=20，f=0.32mm/r，n=170r/min，求得tj1=36.61s tj=2tj1=73.21s。2.5.8辅助时间的计算辅助时间与基本时间之间的关系为，本设计取，则各工序的辅助时间分别为：工序1的辅助时间：tf=0.15tj=0.15102.59s=15.39s工序2的辅助时间：tf=0.15tj=0.1531.29s=4.69s工序3的辅助时间：粗铰：tf=0.15tj=0.1558.57s=8.79s精铰：tf=0.15tj=0.1573.21s=10.98s2.5.9其他时间的计算除了作业时间以外，每道工序的单件时间还包括布置工作场地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于本设计中后托架的生产类型为大批量生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作场地时间是作业时间的，休息与生理需要时间是作业时间的，本设计中均取为则各工序的其他时间可按关系式计算，它们分别为：工序1的其他时间：tb+tx=6%15.39s+10.59s=7.08s工序2的其他时间：tb+tx=6%4.69s+31.29s=2.16stb+tx=6%8.79s+58.57s=4.04stb+tx=6%10.98s+73.21s=5.05s2.5.10 单件时间tdj的计算工序1:tdj=102.59s+15.39s+7.08s=125.06s工序2：tdj=:31.29s+4.69s+2.16s=38.14s工序3：粗铰：tdj1=58.57s+8.79s+4.04s=71.4s精铰：tdj2=73.21s+10.98s+5.05s=89.24stdj=71.4s+89.24s=160.64s3.专用夹具设计3.1夹具设计任务已知：工件材料为HT200，毛胚为金属模铸件，所用机床为Z35摇臂钻床，成批生产规模。要求为该工序设计一钻床夹具。3.2确定夹具的结构方案（1）确定定位元件 本夹具用于在摇臂钻床上加工后托架的2-10锥孔底孔和2-13孔及其2-20 沉孔。工件以底面、侧面和顶端为定位基准，在支承扳和支承钉上实现完全定位（2）确定导向装置 本工序要求对213mm、210mm孔进行钻孔加工。为了保证孔的位置精度，提高刚度，减少刀具的变形，确保孔的加工精度，故采用钻孔的导向装置。又属大批量生产，则选用可换钻套作为钻孔的导向装置。（3）确定夹紧机构 针对工件特征，选用螺旋夹紧机构，如图7-4。该螺旋夹紧机构中螺杆头部通过活动压块与工件表面接触，拧紧螺杆时，压块不随螺杆转动，故不会带动工件。用压块压工，由于承压面积大，故不会压坏工件。总结此次课程设计，使自己扎实的掌握了有关本专业方面的知识。在设计过程中虽然遇到了一些问题，但通过思考、询问，终于做完了课程设计，也暴露出了自身专业知识欠缺和经验不足。通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。同时，也感谢辅导老师对我的帮助和指导。参考文献1 邹青主编.机械制造技术基础课程设计指导教程.北京：机械工业出版社，2004.8 2于俊一、邹青主编.机械制造技术基础.北京：机械工业出版社，2009.23关慧贞、冯辛安主编.机械制造装备设计.北京：机械工业出版社，2009.11- 17 -