2055 CA6140车床手柄φ14H7孔钻床夹具设计 - 图文

CA6140车床手柄Φ14H7孔钻床夹具设计

（一） 机械加工工艺规程设计

第一章 手柄座的工艺分析及生产类型的确定

1．1 手柄座的用途

其余7圆锥孔配铰?1.6

图1 CA6140车床手柄座零件图

题目所给的零件是CA6140车床的手柄座。它位于车床操作机构中，可同时操纵离合器和制动器，即同时控制主轴的开、停、换向和制动。操作过程如下：当手把控制手柄座向上扳动时，车床内部的拉杆往外移，则齿扇向顺时针方向转动，带动齿条轴往右移动，通过拨叉使滑套向右移，压下羊角形摆块的右角，从而使推拉杆向左移动，于是左离合器接合，主轴正转；同理，当手把控制手柄座向下扳动时，推拉杆右

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移，右离合器接合，主轴反转。当手把在中间位置时，推拉杆处于中间位置，左、右离合器均不接合，主轴的传动断开，此时齿条轴上的凸起部分正压在制动器杠杆的下端，制动带被拉紧，使主铀制动。

1.2 手柄座的技术要求

表1-1手柄座零件技术要求表

加工表面 尺寸偏差 （mm） 43 ?0.033?250 ?0.018?140 公差以及 精度等级 IT12 IT8 IT7 IT7 IT7 IT8 IT7 IT10 IT11 IT12 粗糙度 Ra（?m） 形位公差 （mm） ?45mm圆柱两端面 ?25mm孔 ?14mm孔 ?10mm孔 ?5mm圆锥孔 ?5.5mm孔 M10螺纹孔 键槽 槽14mm 凸台端面3.2 1.6 1.6 1.6 1.6 3.2 3.2 侧面1.6 底面6.3 6.3 6.3 ?0.015?100 ?5 ?5.5 ?0.0360 ?0.23140 ?14mm孔 端面 距?25mm孔 轴线43mm 1.3 审查手柄座的工艺性

?5.5mm分析零件图可知，手柄座左右两端面和?14mm孔端面均有要求切削加工，孔端面、?10mm孔端面、?14mm孔端面和?25mm孔凸台端面均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度，而螺纹孔M10和圆锥孔?5mm的端面均为圆柱面保证孔的加工精度较困难；另外在轴向方向上的?25mm孔凸台端面作为定位基准加工要求较其他端面高。主要工作表面虽然加工精度也相对较高，但也可以在正常生产条件下，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

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好。

现将主要加工面分述如下： 1.3.1 孔的加工

该零件共有5个孔要加工：φ45mm外圆凸台端面（?25mm孔凸台端面）是零件的主要加工面，其他的面、孔与其有位置尺寸度要求，因而是后续工序的主要精基准面，需精加工出来；φ10mm孔与?25mm孔有平行度要求，也需要精加工；φ14mm是不通孔，特别注意该孔的加工深度；φ5mm圆锥孔虽是小孔，但由于表面粗糙度要求高，仍需精铰。φ5.5mm油孔表面粗糙度有Ra3.2μm的要求，因此对其也应该要进行精铰。 1.3.2 面的加工

该零件共有4个端面要加工：φ45mm外圆凸台端面精度要求较高，同时也是配合φ25mm孔作为后续工序的精基准面，需精加工；φ45mm圆柱大端面、φ25mm孔端面以及φ14mm孔端面粗铣既可。 1.3.3 槽的加工

该零件仅有2个槽需加工：φ25mm孔上键槽两侧面粗糙度为Ra1.6mm，需精加工，底面加工精度要求不高，加工键槽时很难以φ45mm外圆端面为定位基准，因而工序尺寸的计算较复杂；而槽14mm两侧面粗糙度均为Ra6.3mm，半精铣即可。 1.3.4 螺纹孔的加工

M10mm螺纹孔的加工，它与φ10mm孔和φ25mm孔连心线有30°角度要求，同时螺纹孔中心线与φ45mm圆柱端面有11mm的尺寸位置要求。

由以上分析可知，该零件的加工应先加工φ45mm圆柱两端面，再以端面为基准加工作为后续工序主要精基准的φ25mm孔，进而以该孔为精基准加工出所有的孔，面，槽，螺纹孔等。

第二章 确定生产类型和毛坯的制造形式

2.1 确定手柄座生产类型

依设计题目知：Q=5000件/年，结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别为8%

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和2%。

所以：N=5000件/年?（1+8%）?（1+2%）=5500件/年

手柄座重量为0.73kg，由参考文献【1】表1-3知，手柄座为轻型零件；由参考文献【1】表1-4知，该手柄座类型为大批生产。 2.2 确定毛坯的制造形式

零件材料为HT15-33，根据选择毛坯应考虑的因素，该零件体积较小，形状较复杂，外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求，由于零件生产类型为成批，大批生产，而砂型铸造生产成本低，设备简单，故本零件毛坯采用砂型铸造。

由于零件上孔都较小，且都有严格的表面精度要求，故都不铸出，留待后续机械加工反而经济实用。

由于该手柄座在工作过程中不经常变动，受力不大，毛坯选用铸件，该手柄座轮廓尺寸不大，且生产类型为大批生产，为提高生产率和铸件精度，宜采用机器造型铸造，而且还要保证造型铸造毛坯的拔模斜度不大于2°，铸造圆角半径为R3~5。

第三章 拟定手柄座工艺路线

3.1 定位基准的选择

定位基准分为粗基准和精基准的选择 3.1.1 精基准的选择

?0.033根据该手柄座零件的技术要求和装配要求，选择手柄座?250mm孔及?45mm外圆凸台端面作为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工，遵循

?0.033了“基准统一”原则。又因为轴孔?250mm的轴线是设计基准，选用其作为精基准定?0.015?0.018位加工手柄座脚上孔?100实现了设计基mm和孔?140mm以及其他的孔和表面，?0.015准和工艺基准重合，保证了被加工表面的位置度要求及?100mm孔轴线和?0.033?250mm孔轴线的平行度要求。选用手柄座?45mm外圆凸台端面作为精基准同样

是遵循了“基准重合”原则，因为该手柄座上的尺寸多以该端面作为设计基准。选用

?0.033?250mm孔及?45mm外圆凸台端面作为精基准，夹紧力可作用在手柄座?0.033?250mm孔的大端面上，夹紧稳定可靠。

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3.1.2 粗基准的选择

粗基准选择应为后续加工提供精基准，由于该零件毛坯没有铸孔，故只能以3个主要端面为基准，由于φ45mm小端面表面粗糙度为Ra3.2mm，若直接以大端面为粗基准，恐不能一次达到加工精度，故先以φ45mm小端面为粗基准，粗铣φ45mm大端面，再以φ45mm大端面为基准，精铣小端面，并保证尺寸43mm。 3.2 表面加工方法的确定

根据手柄座零件图上各加工尺寸精度和表面粗糙度，确定加工零件各表面的加工方法，如表3-1所示。

表3-1零件表面的加工方法

加工表面 φ45mm 大端面 φ45mm 小端面 φ25H8mm孔 φ10H7mm孔 φ14H7mm孔 M10mm螺纹孔 键槽 铣键槽 φ5.5mm孔 精度 IT7～8 IT7 IT8 IT8 IT7 IT9 IT8～11 IT7～8 粗糙度 3.2 3.2 1.6 1.6 1.6 1.6 6.3 3.2 可选加工方法 粗刨→精刨 粗铣 粗刨→精刨 粗铣→半精铣 粗镗→半粗镗→拉 钻→扩→铰 粗镗→半粗镗→拉 钻→粗铰→精铰 粗镗→半粗镗→拉 钻→粗铰→精铰 钻→攻 粗铣→精铣 粗刨→半精刨 粗铣 钻→粗铰→精铰 钻→精铰 确定加工方法 粗铣 粗铣→半精铣 钻→扩→铰 钻→粗铰→精铰 钻→粗铰→精铰 钻→攻 粗铣→精铣 粗铣 钻→精铰 3.3 加工阶段的划分

零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段： 3.3.1 粗加工阶段

粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并

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为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。

粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为IT11~IT12。粗糙度为Ra80~100μm。 3.3.2 半精加工阶段

半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为IT9~IT10。表面粗糙度为Ra10~12.5μm。 3.3.3 精加工阶段

精加工阶段切除剩余的少量加工余量，主要目的是保证零件的形状位置几精度，尺寸精度及表面粗糙度，使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后，可防止或减少工件精加工表面损伤。

精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度．精加工的加工精度一般为IT6~IT7，表面粗糙度为 Ra1~1.25μm。 3.4 工艺路线方案的拟定与比较

拟定工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。工艺路线的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性，以便使生产成本尽量下降。

3.4.1 工艺路线方案一

1）粗铣手柄座φ45mm圆柱左右两端面；

2）半精铣φ45mm圆柱凸台端面，保证尺寸43mm； 3）钻—粗铰—精铰φ25H8mm孔； 4）拉键槽，保证尺寸27.3H11； 5）钻—粗铰—精铰φ10H7mm孔； 6）铣槽，保证尺寸14mm，深度43mm；

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7）粗铣φ14H7mm孔端面，保证尺寸43mm； 8）钻—粗铰—精铰φ14H7mm孔； 9）钻—攻M10mm螺纹孔； 10）钻—铰φ5mm圆锥孔； 11）钻—铰φ5.5mm孔； 12）去锐边，毛刺； 13）清洗； 14）终检，入库； 3.4.2 工艺路线方案二

1）粗铣手柄座φ45mm圆大端面；

2）粗铣—半精铣φ45mm圆柱小端面，保证尺寸43mm； 3）钻—粗铰—精铰φ25H8mm孔； 4）钻—粗铰—精铰φ10H7mm孔； 5）钻—粗铰—精铰φ14H7mm孔；

6）粗铣—半精铣槽保证尺寸14mm，深度43mm； 7）拉键槽，保证尺寸27.3H11mm； 8）钻—攻M10螺纹孔； 9）钻—铰φ5.5mm孔； 10）钻—铰φ5mm圆锥孔； 11）去锐边，毛刺； 12）清洗； 13）终检，入库； 3.4.3 工艺方案的比较与分析

上述两个方案区别在:一是方案一以手柄座φ45mm圆柱左右两端面互为基准加工两端面；方案二先粗铣φ45mm圆柱大端面，再粗铣—半精铣φ45mm圆柱小端面；二是方案二没有铣φ14mm孔端面，但由于φ14mm孔有严格深度要求，故最好还是粗铣一遍。

在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，选取工艺方案一。 手柄座工艺路线及设备，工装的选用如下表3-2：

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表3-2手柄座工艺路线及设备，工装的选用

工序号 工序名称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 机床设备 刀具 高速钢套式面铣刀 高速钢套式面铣刀 量具 游标卡尺 游标卡尺 粗铣φ45mm圆柱两端面； 立式铣床X51 精铣φ45mm圆柱小端面 立式铣床X51 钻，倒角，粗铰，精铰摇臂钻床Z37 φ25mm孔 拉键槽 拉床 硬质合金锥柄麻花游标卡尺、内径钻、铰刀 千分尺、塞规 拉刀 复合麻花钻、铰刀 游标卡尺 游标卡尺、内径千分尺、塞规 钻，倒角，粗铰 ，精铰立式钻床Z525 φ10mm孔 粗、精铣槽14mm 粗铣?14mm孔端面 卧式铣床X62 立式铣床X51 高速钢镶齿三面刃游标卡尺、塞规 铣刀 高速钢套式面铣刀 复合麻花钻、铰刀 游标卡尺 游标卡尺、内径千分尺、塞规 钻 ，倒角，粗铰，精铰立式钻床Z525 φ14mm孔 钻，倒角，攻M10mm螺纹摇臂钻床Z37 孔 钻，铰φ5mm圆锥孔 钻，倒角，铰φ5.5mm孔 去锐边，毛刺 终检 立式钻床Z525 立式钻床Z525 钳工台 莫氏锥柄阶梯麻花卡尺 螺纹塞规 钻、丝锥 麻花钻、锥柄机用1：内径千分尺、塞50锥度销子铰刀 规 麻花钻、铰刀 平锉 内径千分尺、塞规 游标卡尺、内径千分尺、塞规、螺纹塞规 第四章 机械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸的确定

4．1 查表确定加工余量

CA6140车床手柄座零件材料为HT15-33，毛坯重量约为0.73kg，生产类型为大批生产，采用砂型铸造生产。由于所有孔均有精度要求，且尺寸小，均不铸出。故仅确定三个端面的相关尺寸。

砂型铸造，材料为灰铸铁，机器造型，公差等级为CT8~12，取CT10，加工余量

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等级E~G，取G

切削余量：查表， 基本尺寸小于100mm，加工余量为1.4mm；基本尺寸小于63mm，加工余量为0.7mm。

铸件公差等级：查表，基本尺寸小于100mm，取3.2mm；基本尺寸小于63mm，取2.8mm。

4.2 ?45圆柱两端面毛坯尺寸及加工余量确定

根据工序要求，φ45mm圆柱两端面经过两道工序，先粗铣φ45mm圆柱大端面，再粗，精铣φ45mm圆柱小端面，各步余量如下：

粗铣：由《机械加工工艺手册第一卷》表3.2-23，其余量值规定，对于小端面（≤50mm）为1.0~2.0mm，现取1.6mm。表3.2-27粗铣平面的厚度偏差（≤30mm）为―0.25~―0.39mm，现取―0.30mm。

精铣：由《加工工艺手册》表3.2-25，其余量规定值为1.0mm。

故铸造毛坯的基本尺寸为43＋1.2＋1.8＋1.0＝47mm 。又根据前面铸件尺寸公差标准值，取尺寸公差为2.8mm。故：

毛坯的名义尺寸：43＋1.2＋1.6＋1.0＝46.8mm； 毛坯的最小尺寸：46.8－1.4＝45.4mm； 毛坯的最大尺寸：46.8＋1.4＝48.2mm；

粗铣大端面后的最大尺寸：43＋1.0＋1.2＝45.2mm； 粗铣大端面后的最小尺寸：45.2－0.30＝44.9mm； 粗铣小端面后的最大尺寸：:43＋1.0＝44mm； 粗铣小端面后的最小尺寸：:44－0.30＝43.7mm。

精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按《加工工艺手册》表5.29，粗铣→精铣所能达到的经济精度取IT8=0.039，按入体原则取值。故精铣后尺寸为430?0.039mm。 4.3 ?14H7孔端面毛坯尺寸及加工余量计算

根据工序要求，φ14H7mm孔端面仅由粗铣得到，故φ14H7mm孔端面距φ25H8mm孔中心线的毛坯基本尺寸为43＋1.2＝44.2mm，故：

毛坯的名义尺寸：43＋1.2＝44.2mm； 毛坯的最大尺寸：44.2＋1.4＝45.6mm；

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毛坯的最小尺寸：44.2－1.4＝42.8mm。

粗铣后尺寸应于零件图尺寸相同，但由于零件图纸并未给出具体的公差等级，现按前面粗铣平面厚度偏差取－0.28mm。故粗铣后的尺寸为43mm

其他毛坯尺寸由于零件图纸未做具体的工序尺寸要求，且对后面诸孔，槽的加工影响不大，仅粗铣即可。

4.4 钻—粗铰—精铰?14mm孔的加工余量、工序尺寸和公差的确定

由参考文献【1】表2-28可查得，精铰余量Z精铰=0.05mm；粗铰余量Z粗铰=0.95mm；钻孔余量Z钻=13.0mm。参考文献【1】表1-20可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为，精铰：IT7；粗铰：IT10；钻：IT12。根据上述结果，再标准公差数值表可确定各工步的公差分别为，精铰：0.018mm；粗铰：0.070mm；钻：0.180mm。

?0.018综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，精铰：?140mm；粗铰：

?0.070?0.180?13.950mm；钻：?130mm，它们的相互关系如图4-1所示。

图2钻—粗铰—精铰?14mm孔的加工余量、工序尺寸和公差相互关系图

4.5 其他尺寸及其加工余量的确定

其他工序尺寸包括4个孔，2个槽，1个螺纹孔的基本尺寸，现仅分析主要的5个孔的加工余量及尺寸偏差。

5个孔均不铸出，机械加工出来，根据《加工工艺手册》，由于5个孔的表面粗糙度要求均较高，所以都要经过精铰工序，具体工序尺寸和加工余量为：

（1）φ25H8mm孔，Ra＝1.6mm；

根据《加工工艺手册》表3.2-10，加工该孔的工艺为：

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钻→扩→铰 钻孔：φ23mm；

扩孔：φ24.8mm 2Z＝1.8mm（Z为单边加工余量）； 铰孔：φ25H8mm。

（2）φ10H7mm孔，Ra＝1.6mm；

根据《加工工艺手册》表3.2-9，加工该孔的工艺为： 钻→粗铰→精铰 钻孔：φ9.8mm； 粗铰：φ9.96mm； 精铰：φ10H7mm。

（3）φ5mm圆锥孔，Ra＝1.6mm；

由于零件图纸未给出具体的公差等级，现也按H7公差等级加工，按表3.2-9，加工该孔的工艺为：

钻→精铰 钻孔：φ4.8mm； 精铰：φ5H7mm。

（4）φ5.5mm孔，Ra＝3.2mm

由于也未给出公差等级，现同样按φ5mm圆锥孔加工方式：钻→精铰

钻孔：φ4.8mm；

精铰：φ5.5H7mm。

第五章 切削用量、时间定额的计算

5．1 确定各工序切削用量及基本工时 5.1.1 工序I：粗铣?45mm圆柱大端面

机床：X51立式铣床

刀具：高速钢端铣刀，直径D=50mm，齿数Z=6

根据《加工工艺手册》表2.4-73，取每齿进给量f Z=0.15mm/Z，根据《切削工艺手册》表3.9，取铣削速度v=20m/min。则车床主轴转速n主=1000v/?d=127.4r/min，按机床选取铣刀转速n=160r/min，则实际切削速度v实=25.12m/min.工作台每分钟进给量f m = f Z×Z×n=144mm/min，则取铣床工作台进给量f m=150mm/min，按《加工工

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艺手册》表6.2-5，基本工时t=0.65min。

5.1.2 工序II：粗铣、半精铣?45mm圆柱小端面

机床：X51立式铣床

刀具：高速钢端铣刀，直径D=50mm，齿数Z=6 （1）粗铣φ45mm小端面，铣削余量Z=1.2mm，

同样查表选取确定切削速度v=20m/min，进给量fz=0.15mm/Z，则车床主轴转速n主=127.4r/min，

同样选取机床铣刀转数n=160r/min，则实际切削速度v实=25.12m/min.，工作台每分钟进给量fm=144mm/min，铣床工作台进给量fm =150mm/min，则 基本工时间t=0.43min。

（2）半精铣φ45mm小端面，加工余量Z=1.0mm，

同样查表确定切削速度v=20m/min，进给量fz=0.15mm/Z，则车床主轴转速n主=127.4r/min，

同样选取机床铣刀转数=160r/min，则实际切削速度=25.12m/min，工作台每分钟进给量 f =144mm/min，铣床工作台进给量f=100mm/min，则基本工时t=0.65min。 5.1.3 工序III： 钻—粗铰—精铰?25H8mm孔。

机床：Z37摇臂钻床 （1）扩孔φ24.8mm

刀具：高速钢锥柄标准麻花钻，D=24.8mm 双边余量2Z=1.8mm

由《切削工艺手册》表2.10查的扩孔钻扩孔时进给量f=0.7~0.8mm/r，并由《加工工艺手册》表4.2-16取fz=0.72mm/r ，扩孔钻扩孔时 ，根据《切削工艺手册》表2.15查得f=14m/min，故

f=7~4.7m/min，则fr=89~60r/min，

按机床选取fr=68r/min，则f=5.29m/min.， 基本工时t=1.1min。 （2）铰φ25H8mm孔

刀具：高速钢锥柄机用铰刀，D=25mm

由《切削工艺手册》表2.24查得f=1.0~1.5mm/r， 并由《加工工艺手册》表4.2-16选取fz=1.22mm/r，取切削深度h=0.15~0.25mm，f=4~8m/min ， 则fr=51~102r/min，

按机床选取fr=68r/min，则f=5.34m/min.， 基本工时t=0.65min。

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5.1.4 工序IV：钻，铰?10H7mm孔

机床：Z525立式钻床 （1）钻φ10mm孔

刀具：高速钢锥柄麻花钻，D=9.8mm

由《切削工艺手册》表2.7查得fz=0.17mm/r，由表2.15取vc=23m/min，则fr=747.4r/min

按机床选取n=960r/min，则vc=29.54m/min.， 基本工时t=0.31min。 （2）粗铰φ9.96mm孔

刀具：高速钢锥柄机用铰刀，D=9.96mm

由《切削工艺手册》表2.24查得fz=0.17mm/r，根据表2.15取f=6m/min，则fr=191.85r/min

按机床选取fr=195r/min，则f=6.1m/min.， 基本工时t=0.19min。 （3）精铰φ10H7孔

刀具：高速钢锥柄机用铰刀，D=10mm

由《切削工艺手册》表2.24查得fz=0.8mm/r，根据表2.15取f=6m/min，则fr=191.85r/min，

按机床选取fr=195r/min，则f=6.1m/min.， 基本工时t=0.31min。 5.1.5 工序V：铣键槽

机床：X62卧式铣床

刀具：高速钢圆柱形铣刀，D=13mm，Z=6

（1）第一次走刀

根据《加工工艺手册》表2.4-73，取fz=0.2mm/Z，根据《切削工艺手册》表3.9，

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铣削速度vc=15m/min。则fr=367.5r/min。

按机床选取fr=375r/min，则f=15.31m/min.，vc =56.25mm/min， 基本工时t=0.94min （1）第二次走刀

切削用量与第一次走刀完全相同，fz=0.2mm/Z，=56.25mm/min

基本工时t=0.94min。

5.1.6 工序VI: 钻—粗铰—精铰?14H7mm孔

机床：Z525立式钻床 （1）钻孔φ13mm

刀具：高速钢锥柄麻花钻，D=13mm

由《切削工艺手册》表2.7查得fz=0.36mm/r，由表2.15取f=14m/min， 则fr=343r/min，

按机床选取fr=272r/min，则f=11.10m/min.，

f=15.31m/min，vc

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基本工时t=0.36min。 （2）粗铰φ13.95mm孔

刀具：高速钢锥柄机用铰刀，D=13.95mm

由《切削工艺手册》表2.24查得f=0.5~1.0mm/r， 并由《加工工艺手册》表4.2-16取fz=0.81mm/r，v =4~8m/min ， 则fr=91~182r/min，

按机床选取fr=140r/min，则f=6.13m/min.， 基本工时t=0.31min。 （3）精铣φ14H7mm孔 刀具：高速钢锥柄机用铰刀

由《切削工艺手册》表2.24查得f=0.5~1.0mm/r， 并由《加工工艺手册》表4.2-16取fz=0.62mm/r，v =4~8m/min ， 则f=91~182r/min，

按机床选取fr=140r/min，则f=6.15m/min.， 基本工时t=0.40min。 5.1.7 工序VII：钻，攻M10螺纹孔

机床：Z525立式钻床 （1）钻φ8.5mm孔

刀具：高速钢锥柄麻花钻，D=8.5mm

由《切削工艺手册》表2.7查得f=0.28mm/r，由表2.15取切削速度v=16m/min，则主轴转速n=600r/min，按机床选取主轴转速n=545r/min，则切削速度v=14.55m/min，则 基本工时t==0.10min。

（2）攻螺纹M10mm 刀具：高速钢锥柄机用丝锥

等于工件螺纹螺距p，即f=1.25mm/r，由《切削工艺手册》取切削速度v=7.5 m/min，则主轴转速n=298r/min，按机床选取主轴转速n=272r/min，则切削速度v=6.8m/min，则基本工时t=0.05min。

5.1.8 工序IX: 钻—粗铰—精铰?5.5mm孔

（1）钻φ4.8mm孔

刀具：高速钢锥柄麻花钻，D=4.8mm 由《切削工艺手册》表2.7查得： 选择?4.8mm的高速钢锥柄麻花钻

f机?0.10mm/r

15

Vc查?20m/min

1000Vc查1000?20n查???1326(r/min)

??d0??4.8按机床选取

n机?1360r/min?

Vc机??d0n机1000t???4.8?13601000?20.5(m/min)

基本工时：

5.2?3?2?0.075(min)1360?0.1

⑵铰?5.5mm孔： 选择?5.5mm的铰刀

f机?0.6mm/rn查?

1000Vc查1000?6??347.42(r/min)

??d0??5.5按机床选取

Vc机?n机?392r/min

?d0n机1000???5.5?3921000?6.77(m/min)

基本工时： t?

5.2?3?2?0.043min

392?0.6

16

（二） 专用夹具的设计

第六章 夹具体的设计

由于生产类型为成批，大量生产，要考虑生产效率，降低劳动强度，保证加工质量，故需设计专用夹具。 6．1 定位方案设计

6.1.1 工件的定位基准及定位基面

Q

图3 钻?14H7孔工序示意图

在设计任务书中，本夹具用于在钻床上加工CA6140车床手柄座的?14H7孔，工件以?25H8孔及端面、?10H7孔作为定位基准，在一面两销上实现完全定位，由气缸推动压块直接夹紧工件。工件的定位基面为?25H8孔内表面及端面、?10H7孔内表面。

6.1.2 定位方案选取与比较

为了加工φ14H7孔，必须使其完全定位。因此初步的设计方案如下，首先必须明确其加工时应如图2所示，这样垂直竖立放置，便于立式钻床加工。那么要使其完全定位，可以采用:

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a: 一面两销定位，以φ25H8mm和φ10H7mm两孔为定位基准就可以满足其要求。 b: 一面加圆柱销和半“V”形块定位，以φ25H8mm为定位基准，再在φ25外圆表面用“V”形块定位。

比较以上两个方案，明显a方案要好得多，因φ25H8mm和φ10H7mm两孔的中心线在同一直线上，所以只要将其两销定在同一平面同一直线上，就可以很快的将其定位（如图垂直放置）；而b方案和a方案不同点在于用的是“V”型快定位，要使零件很快垂直放置定位很难，并且需要量具对其精确测量，增加了工时。因此，选择一面两销定位最佳！

如上图所示，一面限制的自由度有3个，一个销钉限制一个自由度，两个一起再限制一个自由度；为使定位可靠，加工稳定，我所设计的定位方案如附图A1图纸——手柄座夹具体装配图所示，总共限制了工件的全部6个自由度，属于完全定位。

在该定位方案中，φ45mm圆柱小端面被夹具体上的一个支撑面顶住，限制了x轴的移动，y轴的旋转，z轴的旋转三个移动自由度。φ25H8mm孔内插入短销，限制了y轴的移动，z轴的移动，φ10H7mm孔中插入菱形销，限制了x轴的旋转，这样6个自由度全部被限制。定位面板如附图A1图纸——手柄座夹具体装配图所示。 6.1.3 定位元件的选用与计算

1）?25H8孔用一个固定式短圆柱销定位限制二个自由度。

本设计方案选用固定式定位销，由于加工的φ14H7mm盲孔恰好在定位基准φ25H8mm孔内表面上，若采用标准件，势必影响φ14H7mm孔的加工，因此可专门设计一个短圆柱销，其尺寸如零件图所示（见附录）：

销与φ25H8mm孔内表面为H8/g7间隙配合，既保证了短销定位，又方便了装夹工件。该销与定位面板上的φ15mm销孔呈S7/g6过盈配合。

2）?25H8孔端面用一个平面定位限制三个自由度。

所以选用一个固定支承板来定位φ25孔的端面，因为夹紧工件时产生的力比较大，即我选用45号钢作为支撑板材料，因为支撑板要让短圆柱销穿出所以我设计的支承圆板孔隙为15mm，其与圆柱销产生过盈配合才能更好的使支撑板起到轻微效果，

0.010所以我确定其公差等级为S7，通过查互换性与测量技术可得到孔隙为φ15??0.028

因为夹紧定位时会产生较大的力，所以我取了板的厚度为5mm。 具体尺寸见零件图。

3）?10H7孔用一个固定式菱形销定位限制一个自由度。

本设计方案选用固定式定位销，查《机床夹具设计手册》，确定削边销为

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B10X22GB2203—80标准，其相关尺寸如零件图所示（见附录）。

它和定位面板上的φ10mm销孔呈P7/h6过盈配合，与工件上φ10mm孔呈H7/h6间隙配合。

在实际生产中，由于菱形销的尺寸已标准化啊，因而常按下面步骤进行两销设计： a 确定两销中心距尺寸及公差 取两孔中心距的基本尺寸为两销中心距的基本尺寸；其公差取工件孔中心距公差的1/5~1/3，取1/4。即令：TLX=1/4TLK

由零件图可取两销中心距为50

7?0.02?0.02，TLK=0.16，TLX=0.04

b 确定圆柱销直径及其公差 取相应孔的最小直径作为圆柱销直径的基本尺寸，其公差一般为g或f，选g

67即通过查表及零件图可选取短圆柱销直径尺寸为25

?0.007?0.028

c 确定菱形销宽度，其直径及其公差 首先查机械制造工艺学表6-1选取菱形销宽度b；然后按公式b=合孔的最小直径，△

TLKD2?2min（其中b 菱形销宽度，D2工件上与菱形销配

?TLX??1min2min1min和△

分别为孔1和销1孔2和销2的最小间隙，TLX和

TLK分别为两孔中心距和两销中心距的公差）计算菱形销与其配合孔的最小间隙△

2min；再计算菱形销直径的基本尺寸：d2= D2-△

2min；最后按h6或h7确定菱形销

的直径公差。

即可取b=4，d=10，B=8， b1=3 再按上述公式求得△

2min=

TLK?TLX??1min0.16?0.04?0.009*4=0.0764 b=

10D20.076最后按h6确定菱形销直径的公差为0.009mm。最后得到d2=10??0.085

6．2 定位误差分析

定位误差是指由于定位不准确引起的某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工误差。对于夹具设计中采用的定位方案，，一般定位误差控制在工件公差的1/3—1/5，即可认为定位方案符合加工要求。

对于本次设计的夹具，需要保证的尺寸要求：保证盲孔φ14H7mm的深度距端28mm，检查长度为25mm的要求。定位基准是φ45mm圆柱小端面和Ф25H8孔、Ф10H7孔，由一面两销实现完全定位。由于φ45mm圆柱小端面经过半精铣，表面粗糙度达

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到Ra3.2μm，故可认为φ45mm圆柱小端面的平面度误差为0，即可认为不存在基准位置度误差；而两定位销是水平放置，由于工件自重作用，工件定位孔与定位销上母线接触，在这垂直方向上的定位误差非常小，而加工盲孔φ14H7mm深度尺寸要求并不严格，综上所述，只要支撑面的标准尺寸得到保证，是不存在定位误差的。 6．3 导向装置的设计 6.3.1 钻套的设计

由于该夹具用于一个孔经钻、粗铰、精铰三个工步加工的工序，所以选择快换钻套，快换钻套已标准化。 6.3.2 钻套高度和排屑间隙

由参考文献《机械制造工艺学》查得： 钻套高度：H?(1~2.5)d 排屑间隙：h?(0.3~1.2)d

式中，d为所加工孔径，排屑间隙系数选取0.5。 所以：H?(1~2.5)d?(1~2.5)?14mm?14~35mm h?0.5d?0.8?14mm?11.2mm 取12mm

根据快换钻套(JB/T8045.3-1999)，基本尺寸d??14mm选取钻套高度H?30mm 6.3.3 钻模的设计

钻模根据其结构特点可分为固定式钻模，回转式钻模，翻转式钻模，盖板式钻模和滑注式钻模。

（1）固定式钻模在加工中相对于工件位置保持不变。这类钻模多在立式钻床，摇臂钻床和多轴钻床上使用。

（2）回转式钻模是夹具具有分度装置，由于加工精度比较高，所以成本比较大，我不选用这种。

（3）盖板式钻模的特点是没有夹具体，多用于加工大型工件上的小孔，我们这里所要钻的不是什么小孔，所以也不选。

（4）滑注式钻模是一种具有升降模板的通用可调钻模，而且上升到一定高度时或压紧工件应能自锁。

综合这几种钻模，我本着简单实用方便的原则选用了固定式钻模，且固定式钻模

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跟我设计的夹具体用螺钉联接。

为了减少钻套与钻头的配合间隙过大，钻孔和铰孔时刀具发生位移或倾斜，所以我们应该适当减少刀具与钻套的配合间隙，如用标准钻头不能满足这一要求时，可以采用带有后引导的专用钻头，我取它们得配合间隙为H7/g6。

根据查机床夹具设计手册可知可换钻套与衬套之间的配合间隙一般是按H7/g6的配合公差。

而且目前钻模都已经标准化，具体尺寸见我的部件图。 6.4 夹紧装置设计 6.4.1 夹紧装置选用原则

夹紧力方向原则：

⑴夹紧力的作用方向不应破坏工件的既定位置； ⑵夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能小； ⑶夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形最小。 夹紧作用点原则：

⑴夹紧里的作用点应正对夹具定位支撑元件或位于支撑元件所形成的稳定受力区域内，以免工件产生位移和偏转；

⑵夹紧力的作用点应正对工件刚性较好的部位上，以使夹紧变形尽可能少，有时可采用增大工件受力面积或合理分布夹紧点位置等措施来实现；

⑶夹紧力的作用点应尽可能靠近工件的加工表面，以保证夹紧力的稳定性和可靠性，减少工件的夹紧力，防止加工过程中可能产生振动。

所以我设计的可能夹紧方案有:

方案一：用压块来夹紧工件，通过螺栓拧紧，让压块来夹紧工件，由于工件φ25孔的端面已经加工过，所以用压块的话可能会影响其粗糙度，并且手动螺栓夹紧很费力，而且力度不好控制。

方案二:用三角卡盘夹紧工件，由于我们知道CA6140车床手柄座形状比较特殊，所以卡盘夹紧的话作用点选取不大方便。

方案三:选用气压缸装置夹紧，导气管前连上浮动支撑再加上压块夹紧工件。 三个方案进行比较明显方案三更可行，因为该手柄是大批大量生产，所以如果要机械夹紧的话会很费力，浪费人工，所以选用气压夹紧方便省力，且中间加了一个浮动支撑，这样有利于更好的定位，也避免了压块压伤工件的情况产生。

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6.4.2 气压夹紧装置简介 气压传动夹紧优点：

（1）传力介质是空气，空气是大气中取之不竭用之不尽的，无成本费用及供应上的困难；同时用过的空气可以直接放入外界，无污染问题。

（2）压缩空气在管道中流动的压力损失小，因此，便于几种供应和实现远程距离操纵，以提高自动化速度

（3）动作迅速，反应灵敏。因此可达到快速夹紧，方便操作。 （4）结构简单，维护方便。与液压传动相比指点更为突出 （5）夹紧牢固，使用安全

（6）原件易于标准化和规格化。因此可以缩短工艺装备的制造周期和有利于降低成本。

气压传动夹紧缺点：

（1）与手动夹紧装置相比，结构要复杂的多，受到生产批量与工厂条件的限制，而且要有压缩空气站，设备费用较高。

（2）由于压缩空气的工作压力一般为4-5公斤力/平方厘米，因此，要达到响应的夹紧力，就要有足够大的活塞面积和一定尺寸的扩力机，所占的空间比较大。

（3）空气有压缩性，夹紧的刚度不够高，故应设置自锁装置。

（4）压缩空气流速大，通一管道出来的压缩空气在不同时间内空气压力也不尽相同，因此要有调速装置和稳压装置。

（5）气压传动夹紧装置一般包括控制装置，能量转换装置和执行机构三部分。 针对大批大量生产的工艺特征，从保证产品的质量和考虑尽量提高生产效率的问题来考虑，为此，应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。这里采用气缸联动夹紧装置比较高效和省力。而且这是提高劳动生产率的重要途径之一，故夹具选用了气缸推动压块夹紧工件 6.4.3 动力源的设计

动力源是整个夹具系统中的提供夹紧力的机构，是夹具机构中不能缺乏的部件。动力源的能否提供合适的夹紧力是夹具工作效率和质量的一大影响因素。因此，很有必要对动力源进行精密的计算和设计，以及参照国家标准或者机械标准进行严格的选择。那么，下面就对动力源进行设计和分析。

我选用的是固定式气缸，目前这种气缸在我们国家都已经标准化了，常用的又耳座式，凸缘式，和摆动式三种。

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不同的气缸，有不同的固定连接方式。耳座式气缸则采用耳座固定，凸缘式气缸采用凸缘固定，而摆动式气缸则用铰链来固定

在这里我就选用耳座式，因为其比较简单方便。用四个螺栓固定在夹具体构架上就可以。

设计气缸时，有关参数按照下面的原则确定 1，壁厚的选择

可按机床夹具设计表5-1选择，通过查表 由于生产的是大批大量工件，所以为了增加其使用寿命气缸材料选用20钢无缝钢管，则壁厚5mm

2，缸体直径的选择

一般气缸正常的工作条件是:周围介质温度为-35～+80℃；工作压力为4～6公斤力/厘米。在选择气缸直径D时可以根据下式来确定

D=

24KP

??p

其中：P为工作所需的推力 K为放大系数，一般K=1.15

P为气体工作压力，一般为4～6公斤力/厘米2

查机床夹具设计手册表5-1，可得到：汽缸的内径D为Ф100，活塞杆的直径d为Ф32.在这个装置中，拉力为1057.5 N，推力为 1178.1 N。在计算活塞行程时，用于夹紧机构的气动装置，其气缸行程应该按计算所需的行程增加10～20 mm.。其它的相关尺寸是按经验所给出的，一般都能满足要求。

图4 气缸零件图

根据气缸的零件图以及相应的资料选择合理的活塞杆，换而言之，活塞杆的选用

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是根据气缸的选择来的。二者的选择都可以参照资料，选择标准的值。

能选用标准件的时候就尽量选用标准件，这不仅可以提高工件生产的效率，还可以拥有一定的经济性。

图5 活塞杆零件图

6. 5 夹具体构架的设计

由于夹具体上的其他需要零件都已经设计好，剩下的就是夹具体的一个大构架设计，因为上面要放一个气缸，还有钻模，所以经过琢磨我把夹具体构架设计成如零件图所示那样，将其刚放在构架尾部，并用四个螺栓连接固定，钻模使用四个螺钉拧紧放在构架上面，构架本体采用HT150，由于模型比较简单，所以我采用铸造方法成型。 因为钻孔时候产生的力比较大所以我有设计了一个加强筋，加强筋作用有

1、在不加大制品壁厚的条件下，增强制品的强度和刚性，以节约材料用量，减轻重量，降低成本。

2、可克服制品因壁厚差别带来的应力不均所造成的制品歪扭变形。 加强筋材料采用碳素结构钢，具体尺寸见构架零件图。

夹具体构架上的螺钉全部采用标准件，用一个M18，四个M15，三个M8。

机架上的所有零件尺寸详见我的零件图。

第七章 夹具的操作与维护

装夹工件时应先将螺杆转动退出足够的行程空间以便于工件安装，然后使工件的φ25H8mm孔穿过短销，使工件底部的φ10H7mm孔穿过削边销，将φ45mm圆柱小端面紧靠在定位板上，这样工件以φ45mm圆柱小端面为定位基准，且垂直安装，便于立式钻床加工。定位调节好后，调动气压装置，使压块靠紧φ45mm大端面并夹紧工件。加工完成后松开工件，调动气压装置，退出一定空间，即可取下工件。

夹具在使用中，应注意检查钻套的磨损情况，如果磨损后不能精确保证加工精度，则需要更换钻套。本夹具定位面板是受力部件，夹紧时检查其是否发生受力变形，如有变形，应及时设法修正，才能保证加工精度。而且需要严格气压装置的夹紧力。

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总 结

本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。

由附图可知，零件材料为HT15-33。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适应于承受较大应力、要求耐磨的零件。该零件主要的加工面以及六个孔的表面粗糙度有严格的要求，因此我们选用几个工序对它进行加工来保证它的质量要求。在加工过程中都是采用专用夹具，因而效率较高，设计基准与工序基准重合，因而精度较高。根据相关面和孔加工的经济精度及机床能够达到的精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是较好的。

这次课程设计，自我感觉尚有很多不足和错误，但是我觉得收获很多，首先是加深了我对工件从最初的毛坯生产到最终的成品之间的整个工艺流程的理解和认识，其次锻炼了我应用掌握的理论只是去分析，解决实际问题的能力，最后也是最重要的就是培养了我以工程性的思维和眼光去分析，思索，解决实际生产问题的能力。

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参考文献

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[9] 陈于萍.互换性与测量技术基础（第二版）.北京：机械工业出版社.2005.10 [10] 严霖元.机械制造基础.北京：中国农业出版社.2004.3

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致谢

大学的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而我的人生却只是个逗号，我将面对又一次征程的开始。大学几年的求学生涯在师长，亲友的大力支持下走的辛苦却也收获满囊。

从论文题目的选定到论文写作的指导，历时将近两个月的时间。本次设计不仅检验了我大学四年来知识积累的程度，而且丰富了我在实际设计中经验的累积，更是对我设计思想的一次全面升华。在论文的写作的过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。在这里我要感谢我的指导老师——曾一凡老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查资料的时候，图书馆老师也给我提了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢！

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