后托架夹具设计.docx

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后托架夹具设计

一、零件的用途

题目所给的零件是CA6140车床后托架。

后拖架是在加工超出床身长度的细长杆零件时，用来支撑工件的机床附件，通常半自动机床使用较多，主要起支撑作用和固定作用。

二、零件的工艺分析

CA6140车床后拖共有三组加工表面，他们相互之间有一定的位置要求。

现分析如下：

1、加工φ40孔

2、加工φ30.2孔

3、加工φ25.5孔

这三组加工圆孔之间有着一定的位置要求，主要是：

（1）φ40孔与底面的平行度公差为100：

0.07。

（2）Φ30.2孔与底面的平行度公差为100：

0.07,相对于φ40孔的平行度公差为100：

0.08。

（3）Φ25.5孔与底面的平行度公差为100：

0.07,相对于φ40孔的平行度公差为100：

0.08

三、确定毛坯的制造形式

零件材料为HT200，采用铸造。

由于零件年产量为5000件，已达大批量生产水平，故采用铸造精度较高的金属型铸造。

四、基面的选择

基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。

基面的选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。

否则，加工工艺过程中会问题百出，甚至还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

（1）粗基准的选择

因本零件毛坯是金属模铸造成型，铸件精度较高，所以选择底面作为粗基准加工三个孔。

再加底面的三个支撑钉一共限制六自由度，达到完全定位。

（2）精基准的选择

主要应该考虑基准重合的问题。

当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，在此不在重复。

五、制定工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等级等技术要求能得到合理的保证。

在生产纲领已确定为大批生产的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

工艺路线方案：

工序Ⅰ：

铣面A长为120mm

工序Ⅱ：

磨消A面

工序Ⅲ：

锪平，保证Ra=6.3

工序Ⅳ：

钻φ13的孔，锪φ20孔到12mm

工序Ⅴ：

钻2-φ9.8的孔，粗铰2-φ9。

96的孔，精铰2-φ10的孔，锪2-φ13的孔到40

工序Ⅵ：

钻φ25的孔，φ28的孔，扩φ39，钻φ28，钻φ24的孔

工序Ⅶ：

粗镗φ39.5,精镗φ39.8，粗镗φ29.5,精镗φ30,粗镗φ25,精镗φ25.3

工序Ⅷ：

磨孔φ40，φ30.2，φ25.5的孔

工序Ⅸ：

钻φ6的孔，φ5.1的孔，攻M6的螺纹

工序Ⅹ：

检查

以上工艺过程祥见“机械加工工艺卡片”。

六、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

零件材料为HT200，硬度170~220HBS，毛坯重量为3.05kg。

生产类型为大批生产，采用金属模铸造毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1、铣底面A为120mm方向的加工余量及公差

查《机械加工工艺手册》（以下简称《工艺手册》）表3.1-24，成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公差等级CT分为5~7级，选用5级。

查表3.1-21，得铸件尺寸公差为0.82mm

查表3.1-27，得此铸件机械加工余量等级为5~7级，选用5级

查表3.1-26，得加工余量值为2.5mm

2、孔（φ40mm、φ30.2mm、φ25.5mm）

①如孔尺寸为，参照《工艺孔的加工余量分配手册》表3.2-10，确定

钻孔：

φ38mm

扩孔：

φ39mm

粗镗：

φ39.5mm

精镗：

φ39.8mm

磨：

φ40mm

②如孔尺寸为，参照《工艺孔的加工余量分配手册》表3.2-10，确定

钻孔：

φ28mm

粗镗：

φ29.6mm

精镗：

φ30mm

磨：

φ30.2mm

③如孔尺寸为，参照《工艺孔的加工余量分配手册》表3.2-10，确定

钻孔：

24mm

粗镗：

φ24.9mm

精镗：

φ25.3mm

磨：

φ25.5mm

3、底面A长为120X18的加工余量

①按照《工艺手册》表3.1-21，铸件的尺寸偏差为±0.41mm

②精铣余量：

查《工艺手册》表3.2-25，取0.1mm，因为该方向上有尺寸精度要求，表面粗糙度Ra1.6μm，所以规定本工序精铣的加工精度为IT6级，精铣公差即零件公差为0.54mm

③粗铣余量：

Z=2.0-0.1=1.9mm

粗铣公差：

本工序粗铣的加工精度取IT12级，因此粗铣的加工公差为-0.35（入体方向）

由于毛坯及以后各道工序（或工序）的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。

实际上，加工余量有最大加工余量和最小余量之分。

由于本设计规定的零件为大批生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法加工方式予以确定。

毛坯名义尺寸：

120+2*2=124mm

毛坯最大尺寸：

124+0.55=124.55mm

毛坯最小尺寸：

124-0.55=123.45mm

粗铣后最大尺寸：

120+0.35=120.35mm

粗铣后最小尺寸：

120.35-0.035=120.315mm

磨后最小尺寸：

120.315-0.1=120.215mm

七、确定切削用量及基本工时

工序Ⅰ：

粗精铣底端面A

1、粗铣底端面

①进给量

查《工艺手册》表9.4-1粗铣每齿进给量af为0.2~0.3mm/z取0.125mm/z,此工序采用φ40硬质合金面铣刀，查表9.2-2得齿数为2

所以进给量f=afz=0.125X2=0.25mm/r

②铣削速度

按《工艺手册》表9.4-8，铣削速度的计算公式

其中cv=23、qv=0.2、m=0.15、pv=0.1，修正系数kv（见《工艺手册》表9.4-11）即：

kmv=0.88、kmpm=1.11、k0v=1.1

所以：

v=90（m/min）

③主轴转速

n=1000V/πID=1000X90/3.14X40=800（r/min）

④切削工时

查《工艺手册》表9.4-31，切削工时计算公式：

其中l1=0.5d0+（0.5-1）=21

l2=1~2取2

vf=af*z*n=0.15X4X174=104.4

所以：

tm=0.67（min）

2、精铣底端面

①进给量

根据《工艺手册》表9.4-1，精铣每转进给量f=0.15mm/r

②铣削速度

其中cv=23、qv=0.2、m=0.15、pv=0.1，修正系数kv（见《工艺手册》表9.4-11）即：

kmv=0.88、kmpm=1.11、k0v=1.1、ks=0.8

所以：

V=60（m/min）

③主轴转速

n=1000vc/πdw=130（r/min）

④切削工时

其中l1=0.5d0+（0.5-1）=21

l2=1~2取2

vf=f*n=1.0X130=130

所以：

tm=0.54（min）

工序Ⅱ：

磨削A面

①进给量

查《工艺手册》表3-106，得f=0.05mm/z

②铣削速度

查《工艺手册》表3-110,得V=0.048m/min

③主轴转速

查《工艺手册》表4-13,得N=1500r/min

工序Ⅲ：

钻、扩φ40、φ30.2、φ25.5孔

1、钻孔φ38mm

①进给量

查《工艺手册》表10.4，得f为0.56~0.76mm/r取0.64mm/r

②铣削速度

根据《工艺手册》表10.4-9，钻、铰孔的切削速度公式：

其中cv=9.4、zv=0.25、yv=0.4、xv=0、m=0.125、T=75

所以：

vc=72（m/min）

③主轴转速

n=1000vc/πdw=1000X12.89/3.14X21.5=191（r/min）

④切削工时

根据《工艺手册》表10.4-43查得钻、铰孔时加工机动时间计算公式：

其中lf=（dw/2）+3=13.75

l1=2~4取3

所以：

tm=0.55（min）

2、扩孔φ39mm

①进给量

查《工艺手册》表10.4-7，得f=1.3~1.6mm/r取1.4mm/r

②铣削速度

其中cv=15.6、zv=0.2、yv=0.5、xv=0.1、m=0.3、T=120

所以：

vc=28.8（m/min）

③主轴转速

n=1000vc/πdw=1000X3.77/3.14X22=55（r/min）

④切削工时

其中lf=（d-dw/2）+3=3.25

l1=10~45取30

所以：

tm=2.21（min）

3、钻φ28mm

①进给量

查《工艺手册》表10.4-1，得f=0.56~0.76mm/r取0.60mm/r

②铣削速度

其中cv=9.4、zv=0.25、yv=0.4、xv=0、m=0.125、T=75

所以：

vc=64.8（m/min）

③主轴转速

n=1000vc/πdw=1000X12.89/3.14X21.5=191（r/min）

④切削工时

其中lf=（dw/2）+3=13.75

l1=2~4取3

所以：

tm=0.5（min）

4、钻φ24mm

①进给量

查《工艺手册》表10.4-1,得f为0.46~0.66mm/r取0.54mm/r

②铣削速度

根据《工艺手册》表10.4-9，钻、铰孔的切削速度公式：

其中cv=9.4、zv=0.25、yv=0.4、xv=0、m=0.125、T=75

所以：

vc=64.8（m/min）

③主轴转速

n=1000vc/πdw=1000X12.89/3.14X21.5=191（r/min）

④切削工时

其中lf=（dw/2）+3=13.75

l1=2~4取3

所以：

tm=0.56（min）

工序Ⅳ：

粗、精镗φ40mm、φ30.2mm、φ25.5mm

1、粗镗φ39.5mm

①进给量

查《工艺手册》表8.4-1，得f为0.14~0.35mm/r取0.25mm/r

②铣削速度

其中cv=158、yv=0.4、xv=0.15、m=0.2、T=60

所以：

vc=20（m/min）

③主轴转速

n=1000vc/πdw=1000X83.6/3.14X22=1210（r/min）

④切削工时

其中

l2=0~3取2

所以：

t=0.44（min）

2、精镗φ39.8mm

①进给量

查《工艺手册》表8.4-1，得f为0.10~0.25mm/r取0.12mm/r

②铣削速度

其中cv=158、yv=0.4、xv=0.15、m=0.2、T=60

所以：

vc=12（m/min）

③主轴转速

n=1000vc/πdw=1000X83.6/3.14X22=1210（r/min）

④切削工时

其中

l2=0~3取2

所以：

t=0.62（min）

3、粗镗φ29.6mm

①进给量

查《工艺手册》表8.4-1，得f为0.10~0.35mm/r取0.12mm/r

②铣削速度

其中cv=158、yv=0.4、xv=0.15、m=0.2、T=60

所以：

vc=12（m/min）

③主轴转速

n=1000vc/πdw=1000X83.6/3.14X22=1210（r/min）

④切削工时

其中

l2=0~3取2

所以：

t=0.62（min）

4、精镗φ30mm

①进给量

查《工艺手册》表8.4-1，得f为0.10~0.25mm/r取0.12mm/r

②铣削速度

其中cv=158、yv=0.4、xv=0.15、m=0.2、T=60

所以：

vc=12（m/min）

③主轴转速

n=1000vc/πdw=1000X83.6/3.14X22=1210（r/min）

④切削工时

其中

l2=0~3取2

所以：

t=0.62（min）

5、粗镗φ24.9mm

①进给量

查《工艺手册》表8.4-1，得f为0.10~0.35mm/r取0.12mm/r

②铣削速度

其中cv=158、yv=0.4、xv=0.15、m=0.2、T=60

所以：

vc=20（m/min）

③主轴转速

n=1000vc/πdw=1000X83.6/3.14X22=1210（r/min）

④切削工时

其中

l2=0~3取2

所以：

t=0.44（min）

6、精镗φ25.3mm

①进给量

查《工艺手册》表8.4-1，得f为0.10~0.25mm/r取0.12mm/r

②铣削速度

其中cv=158、yv=0.4、xv=0.15、m=0.2、T=60

所以：

vc=12（m/min）

③主轴转速

n=1000vc/πdw=1000X83.6/3.14X22=1210（r/min）

④切削工时

其中

l2=0~3取2

所以：

t=0.62（min）

工序Ⅴ：

磨孔φ40mm、φ30.2mm、φ25.5mm

1、磨孔φ40mm

①进给量

查《工艺手册》表3-101和3-110，得f为0.04mm/r

②铣削速度

其中cv=158、yv=0.4、xv=0.15、m=0.2、T=60

所以：

vc=12（m/min）

③主轴转速

n=1000vc/πdw=1000X83.6/3.14X22=1210（r/min）

④切削工时

其中

l2=0~3取2

所以：

t=6.25（min）

2、磨孔φ30mm

①进给量

查《工艺手册》表3-101和3-110，得f为0.04mm/r

②铣削速度

其中cv=158、yv=0.4、xv=0.15、m=0.2、T=60

所以：

vc=18（m/min）

③主轴转速

n=1000vc/πdw=1000X83.6/3.14X22=1210（r/min）

④切削工时

其中

l2=0~3取2

所以：

t=3.57（min）

3、磨孔φ25.5mm

①进给量

查《工艺手册》表3-101和3-110，得f为0.04mm/r

②铣削速度

其中cv=158、yv=0.4、xv=0.15、m=0.2、T=60

所以：

vc=20（m/min）

③主轴转速

n=1000vc/πdw=1000X83.6/3.14X22=1210（r/min）

④切削工时

其中

l2=0~3取2

所以：

t=3.57（min）

工序Ⅵ：

钻φ6、φ5.1的孔

1、钻φ6mm的孔

①进给量

查《工艺手册》表10.4-1，得f为0.16~0.26mm/r取0.22mm/r

②铣削速度

其中cv=9.4、zv=0.25、yv=0.4、xv=0、m=0.125、T=75

所以：

vc=100（m/min）

③主轴转速

n=1000vc/πdw=1000X83.6/3.14X22=1210（r/min）

④切削工时

其中lf=（dw/2）+3=13.75

l1=2~4取3

所以：

tm=2.37（min）

2、钻φ5.1mm的孔

①进给量

根据《工艺手册》表9.4-1精铣每转进给量f=0.18mm/r

②铣削速度

其中cv=23、qv=0.2、m=0.15、pv=0.1，修正系数kv（见《工艺手册》表9.4-11）即：

kmv=0.88、kmpm=1.11、k0v=1.1、ks=0.8

所以：

v=100（m/min）

③主轴转速

n=1000vc/πdw=1000X83.6/3.14X22=1210（r/min）

④切削工时

其中l1=0.5d0+（0.5-1）=21

l2=1~2取2

vf=f*n=0.15X130=130

所以：

tm=3.33（min）

工序Ⅶ：

攻M6螺纹

①进给量

根据《工艺手册》表9.4-1精铣每转进给量f=0.15mm/r

②切削速度

其中cv=23、qv=0.2、m=0.15、pv=0.1，修正系数kv（见《工艺手册》表9.4-11）即：

kmv=0.88、kmpm=1.11、k0v=1.1、ks=0.8

所以：

v=4.8（m/min）

③主轴转速

n=1000vc/πdw=1000X83.6/3.14X22=1210（r/min）

④切削工时

其中

l2=0~3取2

所以：

t=3.57（min）

工序Ⅷ：

检查

最后，将以上各工序切削用量、额定工时的计算结果，连同其它加工数据，一并填入机械加工工序卡片。

夹具设计

夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。

在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。

正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。

同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。

1、设计要求

设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。

本夹具主要用来对φ40、φ30.2及φ25.5孔进行加工，三组孔尺寸精度要求为IT7，表面粗糙度Ra1.6μm，钻、镗、磨就足以满足其精度。

所以设计时要在满足精度的前提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。

2、夹具设计

1、定位基准的选择

本夹具用于在摇臂钻床上加工后托架的三杆孔，工件以底平面限制三个自由度、侧面和盖板平面为定位基准。

为了缩短辅助时间，采用螺旋夹紧机构。

2、切削力及夹紧力的计算

刀具：

硬质合金刀具，φ24mm，Z=4mm

①切削力

查《机床夹具设计手册》表1-2-9,得铣削力计算公式：

式中P───钻削力

t───钻削深度，72mm

Sz───每齿进给量，0.15mm

D───钻刀直径，24mm

B───钻削宽度，1.5mm

Z───钻刀齿数，4

所以：

P=490X241.0X0.150.74X24-1.0X1.50.9X4

=856（N）

②夹紧力

查《机床夹具设计手册》表1-2-11,查得工件以孔定位时所需夹紧力计算公式：

式中Q───夹紧力

K───安全系数

D───工件与支撑面接触的最大长度，120mm

u1───工件与支撑面之间的摩擦系数，0.2

u2───工件与夹紧元件之间的摩擦系数，0.16

D1───压板直径，36mm

D2───支撑面直径，50mm

d───支撑钉的直径，20mm

安全系数K=K0K1K2K3K4K5K6

其中K0───基本安全系数，1.2

K1───加工性质，1.2

K2───刀具钝化程度，1.3

K3───切削特点，1.0

K4───夹紧力的稳定性，1.3

K5───手动夹紧时的手柄位置，1.0

K6───仅有力矩时工件回转时工件与支撑面接触的情况，1.0

所以：

K=1.2X1.2X1.3X1.0X1.3X1.0X1.0=2.4336

则所需夹紧力Q=4436（N）

查《机床夹具手册》表1-2-26，查得螺旋夹紧机构夹紧力的计算公式：

式中WQ───产生的夹紧力

MK───实际所需夹紧力，4436N

r1───螺杆端部与工件间的当量摩擦半径，0

───螺杆端部与工件间的摩擦角，

a───螺纹升角，00471

r2───螺纹中径一半，11.675

───螺旋副当量摩擦角，80321

───除夹紧机构之外的效率，0.85~0.95

WQ=

计算得出WQ=6989N大于所需夹紧力4436N，故本夹具可安全工作。

3、定位误差的分析

①零件图样上规定φ40mm与其位置公差0.10的转角公差为750，故要求φ30mm的公差小于750，则符合要求。

②零件图样上规定φ30.2mm与其位置公差0.10的转角公差为1000，故要求φ25.5mm的公差小于1000，则符合要求。

③零件图样上有φ40mm的孔以A面为基准的平行度要求为100：

0.07，则为35mm时为0.0245,与其要求公差为0.014,则符合要求。

④零件图样上有φ30.2mm，以A、B为基准的平行度要求分别为100：

0.07和100:

0.08,算得结果分别为：

0.024和0.028，也是符合要求。