CA6140车床手柄轴设计 - 图文

目 录

一、零件分析..............................2

1、零件的作用..............................2 2、零件的工艺分析概述......................2 3、零件的工艺分析..........................2

二、确定毛坯尺寸，设计毛坯图.........3

1、确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差........3 2、确定机械加工余量........................4 3、确定毛坯尺寸............................4 4、确定毛坯尺寸公差........................4 5、设计毛坯图..............................5

三、基准的选择.......................5

1、选择基准................................5 2、制定工艺路线............................5

四、工序设定.........................7

1、机床的选择..............................8 2、刀具的选择..............................8 3、量具的选择..............................8

五、夹具设计……………………………….8 六、零件主要工作部分的数控加工程序代码........9 七、参考文献........................

设计“CA6140手柄轴”零件图（如下图）机械加工工艺规程。年产10000件。

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一、零件的分析

1.零件的作用

题目所既定的零件为输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使主轴获得旋转的动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。

2.零件的工艺分析概述

从零件图上看，该零件结构比较简单，其主要加工的面有φ16、φ20的外圆柱面，一个锥面凸台,一个M10的螺纹孔，图中所给的尺寸精度高，大部分是IT6级；粗糙度方面表现在键槽两侧面、φ20圆柱表面为Ra1.6?m, φ16外圆柱面为Ra1.6?m,锥面凸台及端面为Ra0.8?m, φ15.7键槽为Ra3.2?m，其余为Ra6.3?m。要求不高，位置要求较严格，表现在φ40的右端面、φ20圆柱面。热处理方面需要调质处理，到200HBS，保持均匀。 通过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。

3、零件的工艺分析

3.1确定毛坯的制造形式

毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产中占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。

毛坯种类的选择决定于零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。根据零件的材料为45号钢，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而锻件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件，所以使用锻件。

3.2零件的生产类型

由设计题目知：大批量生产

二、确定毛坯尺寸，设计毛坯图

1.确定机械加工余量,毛坯尺寸和公差

钢质模锻件的公差及机械加工余量按GB/T 12362-2003确定。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）锻件公差等级 由该零件的功用和技术要求，确定其锻件公差等级为普通等级。

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（2）锻件质量mf 通过计算可知零件成品质量为0.36kg，估算为mf=0.478kg （3）锻件形状复杂系数S

S=mf/mn=0.478/1.203=0.397

（该零件为圆形，假设其最大直径为φ44mm，长126mm，则由公式（5-4）、公式（5-5）得 mn=?/4×4×4×12.2×7.85×10=1.203kg）

由于0.397介于0.32与0.63之间，故零件形状复杂系数S属S2等级 （4）锻件材质系数M为M1

（5）零件表面粗糙度 由零件图知除锥面及右端面Ra=0.8?m以外其余各加工表面为

6Ra?1.6?m。

2.确定机械加工余量

根据锻件质量、零件表面粗糙度、形状复杂系数查表2-13，由此差得单边余量在厚度方向加工余量为1.5～2.0mm， 水平方向亦为1.5～2.0mm，即锻件各外径的单面余量为1.5～2.0mm，各轴向的单面余量亦为1.5～2.0mm。

3.确定毛坯尺寸

上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra?1.6?m的表面，余量要适当增大。 分析本零件，除锥面和右端面为Ra0.8?m以外，其余各加工表面为Ra?1.6?m，因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查的余量值即可（当表面只粗加工时，可取所查数据中较小的值。当表面需经粗加工和半精加工时，可取其较大值）。

综上所述，确定毛坯尺寸见表1

表1手柄轴毛坯（锻件）尺寸

零件尺寸 Φ20?0.02 φ40 122 102 ?0.007单面加工余量 2 2 2 2 锻件尺寸 24 44 126 104 3

4.确定毛坯尺寸公差

毛坯尺寸公差根据锻件质量、材质系数、形状复杂系数从表5-6、表5-7中查得。本零件毛坯尺寸允许偏差见表2

表2手柄轴毛坯（锻件）尺寸允许公差

锻件尺寸 φ24 φ44 104 126 偏差 ?1.0?0.4根据 表5-7 表5-6 ?1.2?0.4?1.2?0.6?1.4?0.65.设计毛坯图

确定圆角半径 锻件的外圆半径按表5-12确定。 H=20 t=20 t/H=1 R=3

三、基准的选择

1.选择基准

工件在加工第一道或最初几道工序时，一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用φ40外圆柱面作为粗基准来加工φ16、φ20外圆柱面和左端面。以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则，在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，

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φ20的外圆柱面和左端面作为定位基准，这个基准就是精基准。在选精基准时采用有基准重合，基准统一。这样定位比较简单可靠，为以后加工重要表面做好准备。

2.制定工艺路线，选择加工方法

2. 1零件表面加工方法的选择:

市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，提高工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。同样在该零件的加工方法的选择中，我们考虑了工件的具体情况，一般我们按加工顺序来阐述加工方案：查表（6-6）~（6-8）（《机械制造技术》）。

2.2加工顺序的安排 (1)工序的安排

1、加工阶段的划分

当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。

①粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工φ20、φ16圆柱表面及锥面。

②半精加工阶段：其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如φ20、φ16外圆柱面。

③精加工阶段：其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。

2、基面先行原则

该零件进行加工时，要将左端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和φ20外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。 3、先粗后精

即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切

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掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。 4、先面后孔

对该零件应该先加工平面，后加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于CA6140车床手柄轴来讲先加工φ20、φ16外圆柱面，做为定位基准再来加工其余面。

（1）工序划分的确定

工序集中与工序分散：工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利用采用高生产率的机床。工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。

综上所述：考虑到工件是大批量生产的情况，采用工序集中。

辅助工序的安排：辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除锈，退磁，检验等。 （2）热处理工序的安排

热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件CA6140车床手柄轴材料为45钢，在加工过程中预备热是消除零件的内应力，在毛坯锻造之后。最终热处理在半精车之后精车之前，按规范在840℃温度中保持30分钟释放应力。

（3）拟定加工工艺路线

根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以确定加工工艺路线，具体方案如下：

方案一

1 备料

锻造毛坯

7 数控车 半精车φ15.7槽，倒角 8 数控车 粗、精车右端面及圆锥凸台 9 数控车 倒角 10 磨 11 抛

粗车φ15.2、φ15.7槽

12 钻床 13 绞

磨削右端面及圆锥凸台 、面 抛光右端面及锥面 钻孔φ8 丝锥攻螺纹M10

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2 热处理 退火（消除内应力） 3 普车 4 普车 余量 5 普车

粗、精车左端面，钻中心孔 粗车个圆柱面留半精车、精车

6 热处理 调质

14 镗 15 铣

镗孔φ14 铣键槽

16 去毛刺 17 终检

按零件图样要求全面检查

方案二

1 备料 锻造毛坯

2 热处理 退火（消除内应力）

3 粗车 左端面、凸台面和钻中心孔 4 粗车 5 粗车 6 粗车

?16mm，?20mm 的圆柱面

切四个槽

粗车?40mm圆柱面及右端面

7 半精车 柱面?16mm，?20mm

8 精车 精车圆柱面?16mm，?20mm并倒角

9 半精车 10 磨削 11 铣键槽 12 钻孔 13 14 15 16 17

半精车右端面及圆锥面，倒圆角 磨削右端面及圆锥面 铣两键槽5?14mm 钻?14mm，?8mm两盲孔 用丝锥攻M10的内螺纹 调质

抛光镀铬右端面及圆锥面 去除毛刺

按零件图样要求全面检查

攻螺纹 热处理 抛光镀铬 去毛刺 终检

从零件本身来考虑，由于轴类零件在切削加工时易产生弯曲变形，如采用工序分散，在加工时零件的位置精度无法保证，为了同时保证零件图示的圆跳动要求，所以采用工序集中的方案二。

四、工序设定（选方案二）

确定刀具走刀路线主要是提高生产效率，正确的加工工艺程序，在确定走刀路线时主要考虑以下几个方面：

1、应能保证零件的加工精度和表面粗糙度

2、应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率 3、应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。

具体加工路线见走刀路线图。

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机床的选择

1、工序3、4、5是粗车，各工序的工步数不多，零件的外廓尺寸不大，精度要求不高，采用CA6140普通卧式车床即可，[表5-55]。

2、工序6精车半精车，精度要求比较高，表面粗糙度小，需选用较精密的车床，因此用C616A卧式车床，[表5-55]。

3、工序7加工的是圆锥面，加工难度较大，所以用数控车床CK6108A卧式。 4、工序8磨削圆锥面及右端面，加工精度比较高，所以选择磨床MQ1350。 5、工序9铣键槽，加工精度比较低，选用X62卧式铣床，表[5-74]。 6、工序10、11钻孔和攻螺纹选用Z3025摇臂钻床。

刀具的选择

由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是数控加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。由于CA6140车床输出轴材料为45钢，选择使用硬质合金中的YT15类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而YT类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工45钢这种材料时采用硬质合金的刀具。

1粗车外圆用YT5，半精车，精车选用YT15。为提高生产率和经济性可选用可转位车刀。切槽刀可选用高速钢[GB5343.1-1995]。

2铣刀选用直柄立铣刀[GB/T6117.1-1996]。 3攻螺纹选择直径为10mm的丝锥[GB3464-83]。 4钻头直柄麻花钻[GB1436-85]。

5砂轮选择PSA400?100?127A80M5B35[表3.2-6]。

量具的选择

根据本零件的尺寸和公差外圆加工面所选用的量具为游标卡尺和千分尺。内圆和孔测量也用千分尺。

加工余量，工序尺寸，及其公差的确定

根据各资料及制定的零件加工工艺路线，采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工

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余量，中间工序公差按经济精度选定，上下偏差按入体原则标注，确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸

五、夹具设计

工件在加工第一道或最初几道工序时，一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用φ40外圆柱面作为粗基准来加工φ16、φ20外圆柱面和左端面。以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则，在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，φ20的外圆柱面和左端面作为定位基准，这个基准就是精基准。在选精基准时采用有基准重合，基准统一

六、 零件主要部分的加工程序代码

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七、主要参考资料

1．《机械制造技术基础》机械工业出版社，主编：卢秉恒,1999.10 2．《机械制造技术》机械工业出版社，主编：吉卫喜，2001.5 3．《金属切削原理与刀具》机械工业出版社，主编：陆剑中 4．《机械制造工艺学》机械工业出版社，主编：王先逵

5．《金属切削原理》（第2版）机械工业出版社，主编：陈日曜，1993 6．《机床夹具设计》西安交通大学出版社，主编：龚定安1992 7．《金属切削机床概论》机械工业出版社，主编：贾亚洲，1994

8．《机械工程及自动化简明手册》（上）机械工业出版社（主编：叶伟昌）9．《机械制造工艺学课程设计简明手册》华中工学院 10．《金属机械加工工艺人员手册》上海科学技术出版社

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七、主要参考资料

1．《机械制造技术基础》机械工业出版社，主编：卢秉恒,1999.10 2．《机械制造技术》机械工业出版社，主编：吉卫喜，2001.5 3．《金属切削原理与刀具》机械工业出版社，主编：陆剑中 4．《机械制造工艺学》机械工业出版社，主编：王先逵

5．《金属切削原理》（第2版）机械工业出版社，主编：陈日曜，1993 6．《机床夹具设计》西安交通大学出版社，主编：龚定安1992 7．《金属切削机床概论》机械工业出版社，主编：贾亚洲，1994

8．《机械工程及自动化简明手册》（上）机械工业出版社（主编：叶伟昌）9．《机械制造工艺学课程设计简明手册》华中工学院 10．《金属机械加工工艺人员手册》上海科学技术出版社

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