手柄座零件的机械加工工艺规程及夹具设计

绪论
本次设计是在我们学完了相关的基础课、技术基础课及大部分专业课之后进行的这是我们在毕业设计之前的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练。

因此它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。

在学完机械制造工艺学的基础上进行这样的设计和练习，我觉得是很有必要的，它对我们的理论提高有了一定启发，让我们知道了学习的重点和怎么根据具体的情况设计出可行的夹具。

也让我提高了分析问题、解决问题的能力，为以后的进一步发展打下了良好的基础。

1 设计手柄座零件的机械加工工艺规程
1.1
此套设计有全套CAD 图和卡片，有意者请
联系我索取522192623@
零件工艺性分析 1.1.1 手柄座的作用
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。

1.1.2 手柄座的技术要求
根据手柄座的零件图纸将该手柄座的全部技术要求列于表中。

加工表面 尺寸及偏差（mm ） 公差及精度等级 表面粗糙度Ra(um)
形位公差
Φ25孔 250
033
.0 IT8 3.2
Φ5.5孔 5.5 IT13 12.5 槽左表面
IT13
12.5
槽上表面 14
024.0+
IT8 12.5
槽下表面 140
24.0+
IT8 12.5
Φ45圆柱
45
IT13 6.3 Φ10孔 100
015.0+
IT7 3.2
Φ14孔 140
018.0+
IT7 3.2
槽内表面 14
24.0+
IT8 12.5
键槽 6
03.0+
IT5 1 2.5
Φ5锥销通
孔 5 IT13 3.2 R13外圆 13 IT8 0.8 M10螺纹孔
10
IT7
12.5
1.1.3 审查手柄座的工艺性
手柄座的加工共有两组加工表面，它们相互之间有一定的要求。

现分述如下：
（1）以工件的上下表面为中心加工孔和槽。

钻Φ10H7的孔，钻Φ14H7的孔，钻Φ5.5 mm 的孔，铣14mm*43mm 的槽，钻Φ5mm ，钻M10H7并配加钳工加工。

其中主要加工孔Φ10H7。

（2）以Φ25 mm 的孔为中心加工表面和孔。

铣上下表面，钻Φ10H7，钻Φ14H7的孔，钻Φ5.5 mm 的孔，钻Φ5mm ，钻M10H7并配加钳工加工。

有以上的分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于主要能够夹具加工另一组表面，并保证它们的精度。

1.1.4 确定手柄座的生产类型
由课程设计题目要求，该手柄座的生产类型为中批或大批生产。

1.2 机械加工工艺规程设计
1.2.1 选择毛坯
由零件要求可知，零件的材料为ZG230-450，考虑到本零件在具体工作的受力情况，手柄座在使用过程中不经常的变动，它的只起支撑的作用，受到的冲击不是很大，只是在纵向上受到很大的压力。

在加工过程中的精度保证很重要，它对工件的定位有一定的保证作用，
我们选择砂型机器造型及壳型铸造，足以满足要求，又因为零件是中批或大批量生产，所以选择砂型铸造是提高效率节省成本的最佳方法。

1.2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
由《机械加工工艺手册》表 2.3-5，确定此铸造毛坯的尺寸公差和机械加工余量如下表所示：
项目/mm 机械加工余量/mm 尺寸公差
/mm
备注
φ25孔双侧加工1.0 1.2 表2.5-5 表2.3-6
上下面高度
43 单侧加工0.7 1.4
表2.5-5
表2.3-6
R13外圆单侧加工0.2 1.1 表2.5-5 表2.3-6
φ45轴 1.6 表2.5-5 表2.3-6
1.2.3 毛坯设计
1.2.3.1 确定圆角半径铸造圆角为3—5mm.。

1.2.3.2 确定拔模斜度拔模斜度为：5°。

1.2.3.3 确定分模位置
选择在左视图中中心平面为分模面，分模线为直线，属平直分模线。

1.2.4 绘制闸板铸造毛坯简图
由表2-1所得结果，绘制毛坯简图如下所示：
图3-1 闸板铸造毛坯简图
1.3 拟定手柄座工艺路线
1.3.1 定位基准的选择
基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。

基面的选择正确与否，可以是加工质量的到保证，生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，零件的大批量的报废，使用无法进行，难以在工期内完成加工任务。

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。

1.3.1.1 精基准的选择
考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，主要考虑的是基准的中和问题。

当设计与工序的基准不重合时，因该进行尺寸换算。

1.3.1.2 粗基准的选择
对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。

而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。

对于一般的箱体零件而言，以外表面作为粗基准是合理的。

但对于零件来说Φ25 mm作为粗基准，则可造成钻孔的垂直度和轴的平行度不能保证。

对箱体零件应以相关的表面作为粗基准，现选取零件的上下表面互为基准，再利用四爪卡盘卡住车Φ25 mm。

利用内孔Φ25 mm及键槽定位进行钻Φ10mm，在Φ25 mm中以长心轴、键槽及零件的下表面进行自由定位，达到完全定位。

1.3.2 表面加工方法的确定
加工表面尺寸精度等
级
表面粗糙度
Ra/um
加工方案备注
底面
IT13 6.3 粗铣
表
1-8
Φ25孔IT8 3.2 精车-半精车表1-8
键槽各面IT11 12.5 粗铣表1-8
槽上下表面IT8 12.5 粗铣表1-8
Φ10孔IT7 3.2 钻-铰表1-8
Φ5.5孔IT13 12.5 钻表1-8
Φ14孔IT7 3.2 钻-铰表1-7
Φ5孔IT13 3.2 钻-铰表1-8
M10螺纹孔IT7 12.5 攻螺纹表
1-8
R13外圆IT8 0.8 粗磨表1-8
1.3.3 加工阶段的划分
可将加工阶段划分成粗加工，半精加工和精加工几个阶段。

，
在粗加工阶段。

首先将精基准准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；
1.3.4 工序的集中与分散
选用工序集中原则，生产类型为大批或者中批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于与一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求。

1.3.5 工序顺序的安排
1.3.5.1 机械加工工序
1.3.5.1.1 遵循“先基准后其他”原则
1.3.5.1.2 遵循“先粗后精”原则
1.3.5.1.3 遵循“先主后次”原则，先加工主要表面，后加工次要表面。

1.3.5.1.4 遵循“先面后孔”
1.3.6 确定工艺路线
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表列出了闸板的工艺路线。

工序号工序名称机床装备刀具量具
1 粗铣下表面卧式铣床
X63
端铣刀游标卡尺
2 粗、精车
Φ25H8 mm
立式车床
C620
内圆车刀游标卡尺
3 插键槽6H9卧式铣床键槽铣刀游标卡尺
X63
4 铣槽14*43 mm
立式钻床Z525
槽铣刀 游标卡尺 5 钻、拉孔Φ10H7
立式钻床Z525
麻花钻、拉刀 游标卡尺 6 钻孔Φ5.5 mm 立式钻床Z525
麻花钻 游标卡尺 7 钻、扩Φ14H7
立式钻床Z525
麻花钻、扩钻 游标卡尺 8 钻、钳Φ5 mm 、M10--7H 立式钻床Z525
麻花钻 游标卡尺 9 粗磨R13外圆
万能外圆磨床 砂轮 游标卡尺 10 去毛刺
11 清洗 清洗机 12
终检
1.4 工序尺寸（工序9）
由零件图及查表可得，此工序的工序尺寸为13mm ，加工精度等级为IT8。

1.5 切削用量、时间定额的计算。

（工序9） 1.5.1切削用量的计算
由于定位基准是孔的轴线，固为保证最小尺寸
1l =50mm+13mm=63mm,z=0.2mm 为磨削余量,则加工前的尺寸
2l =63mm+0.2mm=63.2m m 。

1.5.1.1 背吃刀量的确定
由于是一次加工完成，固背吃刀量即为磨削的加工余量即
p
a =z=0.2mm 。

1.5.1.2 进给量的确定
由《课程设计指导书》表5-35查得，取f=0.033mm/r 。

1.5.1.3 磨削速度的计算 由表5-35，取v=16.67m/min 。

1.5.2 时间定额的计算
1.5.
2.1.作业时间的计算
采用砂轮断面粗麽的方法工件的
则，磨削R13端面的作业基本时间可由该公式来计算
Tj=
2
)
*
/
*
2(
1
*
*)
(*
14
.3d
r
v
w
y
d
a
r-
+
-
=3.14*（13-0.2+8）*0.98/[1000*
2
)
16
*
13
/
67
.
16
*
2(
1-/60]
=38.15s
a----磨削的加工余量，在这里一次走刀
v----工件的运动速度
y----磨床的机械效率
w----砂轮的转速
d-----砂轮的直径
r-----工件的半径
1.5.
2.2.辅助时间Tf的计算:
辅助时间一般为作业时间的0.15~0.2左右，在这里取值0.2.
所以，Tf=0.2*38.15=7.63s
1.5.
2.
3.布置工作时间的计算
布置工作时间一般可以由经验得知为工作时间的0.02~0.07倍，在这里取0.5
Tb=0.5*38.15=19.1s
1.5.
2.4.准备于终结时间
（1）.准备时间，因为在工件的生产方式是大批量生产方式，所以，准备时间分配大每个工件上的部分可以忽略不计
（2）.终结时间T为各部分时间的总和
即：T=Tj+Tf+Tb+Tz=38.15+7.63+19.1+0=64.88
2.相关工序夹具的设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。

根据老师给定的题目，设计工序9。

2.1 定位方案
工件以下端面面及R13轴线为定位基准，采用支撑板、定位销组成定位方案，其中定位销限制工件的两个转动和两个平动4个自由度，支撑板限制工件的一个平动和一个转动两个自由度。

这些定位装置可以保证对零件六个自由度的限制，工件在夹具中定位，若六个自由度都被限制时，称为完全定位。

2.2 定位误差分析
零件的工序尺寸用定位销定位，选工件的定位基准和工序基准都在圆形截面的圆心上。

由于基准重合，不存在基准不重合误差b ∆。

基准移
位误差
2sin
2α
δ
d
j =
∆=0.02mm
2.3 夹紧机构
根据生产要求，选用气动压板夹紧机构进行夹紧，利用压板直接夹紧工件。

使用气动夹紧装置，适应工件的大批量生产要求，并有效的提高了工作效率。

确定夹紧力的基本原则，夹紧力包括大小，方向和作用点三个要素，它们的确定是夹紧机构设计中首先要解决的问题。

应依据工件的结构特点，加工要求并结合工件加工中的受力状况及定位元件的结构和布置方式等中和考虑。

1，夹紧力方向的选择
夹紧力的方向与工件定位基准所处的位置，以及工件所受外力的作用方向等有关。

选择时注意，应垂直于主要定位基准面。

以保证工件夹紧的稳定性，最好与切削力和工件重力的方向一致，这样所需夹
紧力最小，应尽量与工件刚度最大的方向一致，以减少变形。

2，夹紧力作用点的选择
夹紧力作用点的选择对夹紧的稳定性和工件变形有很大的影响。

选择时注意：应落在支撑元件上或几个支撑元件所形成的支承面内，应落在工件刚度好的部位上，应尽量靠近加工面。

3，夹紧力的计算
（1）选择气动夹紧装置的气缸
选择气缸类型为QGB 无缓冲的普通气缸（查《机械加工工艺装备设计手册》表3-196），缸径为40mm,工作压力为0.4Mpa,周围介质温度为-10 ~+80摄氏度，输出力（在压力为0.4Mpa 时）。

推力为50daN ，拉力为42daN 。

行程范围为40~300mm 。

（2）数值计算 夹紧力：2221()44O O O D D D W P P D ππη==
O D : 工作缸活塞直径
P ：工作缸气压力
D ： 动力源气缸活塞直径
1D ： 动力源气缸活塞杆外径（活塞杆直径为0.25D ~0.2D ）
O P ：动力源气缸压力为0.4Mpa
η： 当D 小于100mm 时，取η=0.65 ~0.80，这里D=40mm ，取η=0.80 O D = 30mm ，1D =0.25D =10mm 。

经计算： 夹紧力：2221()44O O O D D D W P P D ππη== 代入数值得到：22230.030.04()0.40.80 3.610440.01O D W P ππ-==⨯≈⨯2Mpa m •
2.4 对刀装置
采用直角对刀块及平塞尺对刀。

2.5 夹具与机床联接元件
采用四个标准定为键，每两个定位键用螺钉固定在夹具体底面同一条直线位置上，用于确定铣床夹具相对于机床进给方向的正确位置。

要保证定位键的宽度与机床工作台T 型槽相匹配的要求。

定位键
可以承受一定的铣削扭矩，减轻夹紧螺栓、夹具体与机床的负荷，加强夹具加工过程的稳定性。

夹具体上设置四个坐耳，夹具在机床工作台上定位后，用T形螺栓和螺母及垫片把夹具与机床固定夹紧。

2.6 夹具体
夹具体一般是夹具上最大和最复杂的基础元件，在夹具体上，要安放组成该夹具所需要的各种元件，机构，装置，并且还要考虑便于装卸工件以及在机床上的固定。

因此夹具体的形状和尺寸应满足一定的要求，它主要取决与工件的外廓尺寸和各类元件与装置的布置情况以及加工性质等。

所以在专用夹具中，夹具体的形状和尺寸很多是非标准的。

夹具体设计时应满足一下基本要求：
1 有足够的强度和刚度
2 减轻重量，便于操作
3 安放稳定，可靠
4 尺寸稳定，有一定的精度
5 结构稳定，工艺性好
6 排屑方便
7 使用安全
2.7 方案综合评价和总结
该夹具结构简单，操作方便。

采用气动夹紧装置，使工件的夹紧与卸下过程更为方便快捷。

夹具上装有直角对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。

工作过程为气动夹紧装置为夹紧机构提供动力源，夹紧机构控制夹紧元件，夹紧元件直接与工件接触并对工件进行夹紧。

对工件的夹紧可通过控制气动夹紧装置来完成，实现了工件的夹紧与卸下的自动化，这样有效的提高生产效率。

3 设计体会
在学完《机械制造工艺学》之后，我们经过了为期3个星期的课程设计。

本次课程设计的任务是根据加工工件设计夹具，我设计的零件是手柄座，相对于其他组同学设计的夹具要容易，但我并没有因为它的容易而放弃学习更多的机会，我在设计完自己的夹具同时，和其他的同学一起探讨更好的设计方法。

并了解了其他相关工件的设计，在分析的过程中，让我更深刻地了解了工艺对我们学习的重要性，同时也发现了自己的很多不足。

一、仅仅了解书本上的东西是远远不够的，只有在结合自己的实际情况，运用于实践，这样才能更深地了解和学习好知识。

二、工艺是一个很细致的工作，我们要在工作中不断的积累经验，学会用自己的知识解决实际问题。

三、觉得自己学到的知识太有限，知识面太窄，以后还有待加强训练和实践。

四、同时我们要不断地向别人学习，尤其要多想老师请教，他们可以让我们少走很多的弯路，同时也让我们知道很多优秀的设计方法和与众不同的设计理恋。

五、创新设计是我们未来生存的法宝，所以从现在开始一定要有意识的锻炼和培养自己在这方面能力。

由于本人的知识水平有限，错误之处在所难免，希望各位老师及专业人士给予批评指正！
参考文献
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