CA6140车床杠杆的加工工艺及夹具设计

优秀设计
机械制造技术基础
课程设计说明书
设计题目：制定CA6140车床杠杆的加工工艺，
设计钻φ25的钻床夹具
设计者：
指导教师：
机械设计制造及其自动化系
20**年11月10日
目录
序言………………………………………………………第 2 页零件分析………………………………………………………第 2 页（一）零件的工艺分析………………………………………………第 2 页（二）零件的作用.............................................................................. 第 2 页工艺规程设计…………………………………………………….. 第 3 页（一）确定毛坯的制造形式………………………………………….. 第 3 页（二）基准面的选择………………………………………………... 第 3 页（三）制定工艺路线………………………………………………... 第 3 页（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定………………………第 4 页（五）确定切削用量及基本工时………………………………………第 6 页夹具设计………………………………………………………第13 页（一）问题提出……………………………………………………. 第13 页（二）夹具设计……………………………………………………. 第13 页
1、切削力及夹紧力的计算……………………………………..第13 页
2、夹紧力的计算……………………………………………..第14 页
3、定位误差的分析 (15)
设计小结...............................................................第16 页参考文献 (16)
序言
机械制造技术基础课程设计是我们在学完了大学的全部基础课，专业基础课以及专业课后进行的。

这是我们在进行毕业设计之前对所学的各科课程一次深入的综合性总复习，也是一次理论联系实际的训练。

因此，他在我们的大学四年生活中占有重要的地位。

就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进一步适应性的训练，希望自己在设计中能锻炼自己的分析问题、解决问题、查资料的能力，为以后的工作打下良好的基础。

由于能力有限，设计尚有很多不足之处，希望各位老师给予指导。

一、 零件的分析
（一） 零件的作用：
题目所给的零件是CA6140车床的杠杆。

它位于厢体内部：主要作用是传递纽距，帮助改变机床工作台的运动方向。

零件主体成36º角，在主视和右视两方
向均有8mm 的筋板支撑，两件中部有0220025。

+φ的孔，端面和左视平面分别有M6和φ12.71.00+的螺纹孔和沉头孔.中间孔上方A 视图方向有M8螺纹孔,所有技术要
求都是为了机床总体装配.
(二)零件的工艺分析：
本零件可从零件图中可知,它有三组加工面,而有位置要求,还有四组孔,也有位置和精度要求。

1、零件件底面，它是毛坯铸造出来之后等待加工的第一个面，此面将作为初基准，表面粗糙度为3.2。

根据表面粗糙度要求我们采取粗铣、半精铣的加工方式，即节省时间又能达到技术要求。

2、加工中间孔，它是以底面为粗基准而加工的，它将作为精基准以完成以后的加工，为达到题目要求我们采取钻、扩、半精铰、精铰的工序过程。

最终完
成0210025。

+φ。

3、以中间孔为基准加工60—45的平面，此面表面粗糙度为6.3。

采用粗铣即达到要求。

4、端面加工与底面加工相同，即采取粗铣、半精铣，两步工序能达到要求。

5、钻φ12.71
.00+孔，此孔将用钢球检查，我根据偏差范围选择粗钻的方法加
工，即能满足要求。

6、加工M8螺纹孔，由《机械加工工艺手册》查知底孔为φ6.7，又因为本孔是沉头螺纹孔，考虑到工艺要求我们采取钻、锪、攻丝三步工序。

7、加工M6螺纹孔，由《机械加工工艺手册》查知底孔为φ5.2，又因为本孔用加工120°倒角，采用钻、倒交、攻丝三步工序。

在加工的适当工艺过程中
我们对产品进行质量检查，以满足工艺要求。

由以上工艺过成的完成，本零件也按要求加工完成。

二、工艺规程设计
（一）确定毛坯的制造形式。

由零件要求可知，零件的材料为HT200，考虑到本零件在具体工作的受力情况，我们选择砂型铸造，足以满足要求，又因为零件是中批量生产，所以选择砂型铸造是提高效率节省成本的最佳方法。

（二） 基准面的选择
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。

粗基准的选择对于本杠杆来说是至关重要的，对于一般零件而言，应以出加工的表面为粗基准，本零件正好符合要求，对于精基准而言，主要应考虑到基准重合的问题，当设计基准与工艺基准不重合时，应该进行尺寸换算，本题目我们
以021
0025。

+φ的孔为精基准，基本满足要求。

（三） 制定工艺路线
制定工艺路线的出发点，是应该使两件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到妥善保证，在生产纲领一确定成批生产的情况下，我们尽量集中工序，除此之外我们还应该考虑经济效益，工艺简单工序集中，尽量降低成本。

工艺路线方案： 工序：1/、铸造； 2/、时效处理；
3/、精铣、半精铣底面；
4/、钻、扩、半精铰022
0025。

+φ孔；
5/、检验；
6/、粗铣60—45平面；
7/、粗铣、半精铣端面；
8/、钻φ12.71
.00+孔；
9/、钻M8底孔φ6.7、锪φ14孔、攻丝M8； 10/、钻M6底孔φ5.2、倒角120°、攻丝M6； 11/、检验。

（四） 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“杠杆”零件的材料为HT200，硬度HB170—200，毛坯重量约为1kg,生产类型为
成批量生产，采用砂型铸造，13级精度以下。

（批量生产）
根据上述原始资料及加工工艺，分别对个加工表面的机械加工余量、工艺尺
寸及毛坯尺寸确定如下：
1、 零件底面：
此地面是粗基准，是最先加工的表面，由《机械加工工艺设计实用手册》表6-92及公式（6-16）计算底面加工余量。

e=C 15.02.0max A A
式中 e ——余量值；
A
max
——铸件的最大尺寸；
A ——加工表面最大尺寸； C ——系数；
e=0.55×⨯2.015015.090
=2.5mm
满足《机械加工工艺设计实用手册》表6-93的要求。

2、 端面和60—45面：
因为端面和60—45面表面粗糙度要求不高，根据《切削用量手册》定余量e ，
e=1.5
满足《机械加工工艺设计实用手册》表6-93的要求。

3、中间022
0025。

+φ孔
毛坯为实心，不冲出孔，孔精度为IT7—IT8之间，根据《机械加工工艺设计实用手册》确定尺寸和余量。

钻孔：φ23
扩孔：φ24.8 e=1.8mm 粗铰：φ24.94 e=0.14mm
精铰：φ022
.0025+ e=0.06mm
4、M8螺纹孔
毛坯为实心，不冲出孔，根据《机械制造工艺手册》查知M8底孔为6.7为零件满足要求确定尺寸余量如下。

钻M8底孔φ6.7；
锪φ14孔； e= 7.4mm 攻丝M8； e= 1.3mm 5、M6螺纹孔
毛坯为实心，不冲出孔，根据《机械制造工艺手册》查知M6底孔为5.2为零件满足要求确定尺寸余量如下。

钻M6底孔φ5.2； 倒角120°；
攻丝M6； e=0.8mm
6、钻φ12.71.00+孔
毛坯为实心，不冲出孔，因为此孔用φ12.7的钢球检查，并且要求尺寸范围
为φ12.71
.00+，根据《机械加工工艺设计实用手册》确定加工方法。

钻φ12.71
.00+孔。

（五） 确定切削用量及基本工时 1、工序Ⅲ：铣削底面 （1）、粗铣
a/加工条件：机床：T616卧式铣镗床
刀具：莫压锥柄立铣刀GB1106-85
其中d=80mm, L=82mm , l=22mm b/计算切削用量：p a =1mm 由《切削用量手册》表9.4-2可知：
f=r mm z a f /32.0408.0=⨯=⨯
由《切削用量手册》表9.4-8可知：
29=v c 45.0=v q 1.0=v x 5.0=v y 5.0=v μ 1.0=v p 33.0=m
由《切削用量手册》表9.4-7可知： T=150
V=
v
v y x
p M V
f
a T C v k =13m/min
=0.22m/s
确定主轴转速： n=
100d v
π=7r/s=420r/min 按机床选取： s r r n w /17.6min /370== 实际机床选取： v=
s m n /194.01000
=πα
切削工时： s f
n l l l t w m 6.892
1=+++= （2）半精铣：
p a =0.7mm
由《切削用量手册》表9.4-2可知：
f=r mm /32.0
由《切削用量手册》表9.4-8可知：
29=v c 45.0=v q 1.0=v x 5.0=v y
5.0=v μ 1.0=v p 33.0=m
由《切削用量手册》表9.4-7可知： T=100
V=
v
v y x
p M V
f
a T C v k =13m/min
=0.23m/s
按机床选取： s r r n w /17.6min /370==
实际机床选取： v=
s m n /194.01000
=πα
切削工时： s f
n l l l t w m .892
1=+++=
T=89.6s+89s=176.8s=0.56min
2、工序Ⅳ：钻022
0025。

+φ孔
（1）、钻φ23孔
由《机械加工工艺实用手册》表15-34 f=0.35mm/r 由《机械加工工艺实用手册》表15-37
v=0.35m/s=21m/min
w
s d v n π1000=
=2314.335
.01000⨯⨯=4.85r/s(290r/min) 按机床选取： s r r n /67.4min /280==ω ∴ s m n d v /34.01000
67
.42314.31000
=⨯⨯=
=
ω
ωπ实际
切入 mm l 101= 切出 mm l 22= l=30mm s f n l l l t m 2535
.085.42
1030211=⨯++=++=ω （2）、扩φ24.8孔
由《机械加工工艺实用手册》表15-41 f=1.0mm/r
由《机械加工工艺实用手册》表15-37
v=24.3m/min=0.39m/s
w
s d v n π1000=
=8.2414.339
.01000⨯⨯=5r/s(300r/min) 按机床选取： s r r n /17.5min /310==ω ∴s m n d v /40.01000
17
.58.2414.31000
=⨯⨯=
=
ω
ωπ实际
mm l l 1021≈+ l=30mm
s f n l l l t m 81
17.510
30212=⨯+=++=
ω （3）、粗铰φ24.94孔 精铰φ022
.0025+孔
由经验可知：工时可以忽略。

∴min 55.03321==+=s t t T m m
3、工序Ⅵ：粗铣60—45平面 a/加工条件：机床：T616卧式铣镗床
刀具：莫压锥柄立铣刀GB1106-85
其中d=80mm, L=82mm , l=22mm b/计算切削用量：p a =3mm 由《切削用量手册》表9.4-2可知：
f=r mm z a f /32.0408.0=⨯=⨯
由《切削用量手册》表9.4-8可知：
29=v c 45.0=v q 1.0=v x 5.0=v y 5.0=v μ 1.0=v p 33.0=m
由《切削用量手册》表9.4-7可知： T=150
V=
v
v
y x p M V
f
a T C v k =13m/min
=0.22m/s
确定主轴转速： n=
100d v
π=7r/s=420r/min 按机床选取： s r r n w /17.6min /370== 实际机床选取： v=
s m n /194.01000
=πα
切削工时： s f
n l l l t w m 8.26832
1=+++⨯
== 4、工序Ⅶ：粗铣、半精铣端面 （1）、粗铣
计算切削用量：p a =1mm 由《切削用量手册》表9.4-2可知：
f=r mm f a f /24.0406.0=⨯=⨯
由《切削用量手册》表9.4-8可知：
29=v c 1.0=v x 5.0=v y 33.0=m 由《切削用量手册》表9.4-7可知： T=60
V=
v
v y x
p M V
f
a T C v k =15.3m/min
=0.26m/s
确定主轴转速： n=
100d v
π=8.28r/s=496.8r/min 按机床选取： s r r n w /17.9min /550== 实际机床选取： v=
s m n /29.01000
=πα
切削工时： s f
n l l l t w m 8.162
1=+++=
（2）、半精铣：
p a =0.5mm
由《切削用量手册》表9.4-2可知：
f=r mm /24.0
由《切削用量手册》表9.4-8可知：
29=v c 1.0=v x 5.0=v y 33.0=m 由《切削用量手册》表9.4-7可知： T=60
V=
v
v y x
p M V
f
a T C v k =17.1m/min
=0.29m/s
按机床选取： s r r n w /17.9min /550==
实际机床选取： v=
s m n /29.01000
=πα
切削工时： s f
n l l l t w m .8.162
1=+++=
T=16.8s+16.8s=176.8s=0.56min
5、工序Ⅷ：钻φ12.71
.00+孔
由《机械加工工艺实用手册》表15-33 f=0.40mm/r 由《机械加工工艺实用手册》表15-37
v=0.35m/s=21m/min
w
s d v n π1000=
=7.1214.335
.01000⨯⨯=8.87r/s=526r/min 按机床选取： s r r n /33.8min /500==ω ∴ s m n d v /33.01000
33
.87.1214.31000
=⨯⨯=
=
ω
ωπ实际
切入 mm l 101= 切出 mm l 22= l=30mm 计算工时 min 05.0340
.033.87
.631=≈⨯+=+=
s f n l l t m ω
（1）、钻M8底孔φ6.7
由《机械加工工艺实用手册》表15-41 f=0.40mm/r 由《机械加工工艺实用手册》表10.4-9
v=0.195m/s
w
s d v n π1000=
=7.614.3195
.01000⨯⨯=7.76r/s=465.8r/min 按机床选取： s r r n /33.8min /500==ω ∴ s m n d v /195.01000
76
.77.614.31000
=⨯⨯=
=
ω
ωπ实际
mm l l 1021≈+ l=28mm 计算工时: s f n l l l t m 1240
.033.81028211≈⨯+=++=ω （2）、锪φ14孔 锪孔时间短可忽略不记. （3）、攻丝M8
由《机械加工工艺实用手册》表3-38 f=0.2mm/r 由《机械加工工艺实用手册》表3-38
v=0.35m/s
w
s d v n π1000=
=814.335
.01000⨯⨯=8.78r/s=526r/min 按机床选取： s r r n /33.8min /500==ω ∴ s m n d v /366.01000
33
.8814.31000
=⨯⨯=
=
ω
ωπ实际
mm l l 1021≈+ l=25mm 计算工时: s f n l l l t m 4210
.033.810
25212≈⨯+=++=
ω T=12s+42s=54s=0.9min
（1）、钻M6底孔φ5.2
由《机械加工工艺实用手册》表15-41 f=0.30mm/r 由《机械加工工艺实用手册》表10.4-9
v=0.161m/s
w
s d v n π1000=
=2.514.3161
.01000⨯⨯=9.86r/s=591.6r/min 按机床选取： s r r n /83.11min /710==ω ∴ s m n d v /193.01000
83
.112.514.31000
=⨯⨯=
=
ω
ωπ实际
对于孔1：mm l l l 2510151211=+=++ 对于孔2：mm l l l 3510252221=+=++ 记算工时 ：
min 28.01730
.083.1135
30.083.1125222112111=≈⨯+⨯=+++++=
s f n l l l f n l l l t m ωω （2）、倒角120°
倒角的工时可以忽略不记。

（3）、攻丝M6
由《机械加工工艺实用手册》表16.2-4
min /7.272/5.4113002.58.645..09..02..100r s m k p
T d c v v y m v
v ==⨯⨯⨯=⨯=τ
w
s d v n π1000=
=2.514.35.41000⨯⨯=238.8r/s=14331r/min 攻通孔螺纹: )11(1121n n p l l t m +∆++= 攻不通孔螺纹: )11(1
122n n p l l t m ++=
记算工时 ： s t t t m m m 1.022212≈+= T=0.28+0.1=0.38min=22.8s
式中:
l —— 工件的螺纹长度; 1l —— 丝锥切削锥长度； n —— 攻丝时的转速； 1n —— 丝锥退出时的转速； P —— 工件的转速；值为1mm.
∆ —— 攻螺纹时的超切量，取∆=（2~3）p ；
三、 夹 具 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。

(一)、问题提出：
经过和指导教师的协商，我决定设计第Ⅳ道工序——0220025。

+φ孔的夹具设计，
本夹具将用于Z3025立式钻床。

刀具为φ25高速钢钻头，为达到零件工艺要求，对零件进行钻、扩、半精铰三步工序加工。

（二）、 夹具设计：
1、切削力及夹紧力的计算：
由文献《金属切削机床设计手册》表3-54 工件的材料为灰铸铁，其切削力
p
x K DS p 8.07.42= （kgf ）
切削力矩
P K S D M 8
.0221= （kgf ） 其中：D 为钻头直径（mm ） S 为每转进给量 （mm/r ）
p
K 为修正系数
由文献表《金属切削机床设计手册》表3-55，
p K =8
.0190⎪⎭⎫ ⎝⎛HB =8
.0190220⎪⎭⎫
⎝
⎛=1.124
124
.125.057.428.0⨯⨯⨯=x P =79.16 kgf =791.3N
P K S D M 8.0221==124.125.05218.02⨯⨯⨯
=194.66kfg.mm=1946.6N.mm
2、夹紧力的计算：
为了防止工件在切削力的作用下平移所需的夹紧力：
2101)(f f P P K Q +-=
由文献《金属切削机床设计手册》表3-21查得（kgf ） 其中： 1f 为夹紧元件与工件之间的磨擦系数 2f 为工件与支撑面间的摩擦系数
0P 为定位销承受的部分切削力，对精度机床B=0
由文献《金属切削机床设计手册》表3-19可知：
1f =0.4，2f =0.2 6543210K K K K K K K K =
取基本安全系数0K =1.5 加工状态系数1K =1. 刀具钝化系数2K =1.10 切削特点系数3K =1.0 夹紧动力稳定系数4K =1.2 手动夹紧时手柄位置系数5K =1.2 支撑面接触情况系数6K =1.3
∴6543210K K K K K K K K ==4.6 取K=4 ∴
2101)(f f P P K Q +-=
=2.04.06
.7914+⨯=527.7kgf=5277N
由文献《金属切削机床设计手册》表3-24选
d=16mm P=2mm L=190mm 1P =8kgf 0d =12mm Q=626kgf Φ=10° f=0.178 1f =0.2 β=120°
表由文献《金属切削机床设计手册》表3-22 选
τ=31
0d =4mm
tan ψ=r nP π2=4221⨯⨯π=π41
∴ψ=4.55°
∴M=Q[r.tan(ψ+Φ)+ τ
1
f ]=1150.7
kgf.mm=11507N.mm
而实际上的夹紧扭矩M=L 1P =1520kgf 远大于所需的夹紧扭矩，即工作是可靠的
3、定位误差的分析：
以杠杆底平面定位，孔的尺寸公差由文献《金属切削机床设计手册》表7-12可得，
公差等级为8级053.0020.023++φ ，故其表面的公差应为053
.0020.015++mm
设计小结
通过本次设计过程，我对机械制造技术基础，机械制造装备设计和大部分专
业课知识进行了复习，加深了对专业课知识的认识，同样了解到了自己在知识实际运用方面的不足。

在设计中，我通过查寻各种资料，结合所学知识，在老师的指导下掌握了夹具设计的过程方法，更加深该了机械行业需要严谨态度的认识。

本次设计对以后的专业课设计，毕业设计都起到了很大的作用，同样为以后工作打下了基础。

参考文献
（一）：《机械制造工艺设计简明手册》主编：李益民机械工业出版社（二）：《机械制造工艺学课程设计指导书》主编：赵家齐机械工业出版社（三）：《机械加工工业手册》机械工业出版社
（四）：《金属切削机床设计手册》机械工业出版社
（五）：《机械加工工艺设计实用手册》主编：张耀霍机械工业出版社（六）：《机床夹具设计主编》主编：徐发仁重庆大学出版社
（七）：《机械设计课程设计》主编：潘承怡哈尔滨理工大学
附件图纸
夹具体
夹具装配图。