CA6140车床手柄座及夹具设计毕业设计说明书

机械制造业是国民经济赖以发展的基础,是其他经济部门的生产手段。作为关系着国家和民族长远利益的基础性和战略性产业,它的发展水平是衡量一个国家和地区工业化水平与经济总体实力的标志。机械制造业的生产能力和制造水平，主要取决于机械制造装备的先进程度，换言之，通过提高机械装备的零件精度，从而提高了产品质量和生产水平。

本次设计针对CA6140车床手柄座零件（10 000）件大批量生产设计，首先，了解手柄座的工作方式，CA6140车床手柄座位于车床光杆与手柄连接处，通过传递力矩，实现对机床的操作。其次，分析零件工艺结构，制定工艺规程，从该零件的外形看，此零件形状较不规则，而且需要加工的部位多且位置精度要求较高。因此需要加工一面作为精基准，从而为后面的加工提供保障。再次，由于零件形状不规则，从定位方案考虑其稳定性，将采用两销定位方式同时限制3个自由度，再利用支承板,限制其另外3个自由度，从而使零件的定位稳定可靠。零件的最大尺寸为85.5mm，尺寸较小，夹紧行程也较小。所以夹紧方案采用人工操作，螺纹旋紧方式，这样经济也同样达到夹紧目的。最后，确定优化设计方案使设计更经济实用。

本文针对CA6140车床手柄座工作实际情况，借鉴新的工艺标准，重新设计有关参数。优化制造工艺规程，使得零件的精度耐用度得到提升，便于操作人员的控制，从而提高工作效率和使用寿命。

关键词：CA6140车床手柄座；专用夹具；工艺规程；定位；

Machinery manufacturing industry is based on which the national economy development, is the production of other sectors of the economy. As the relationship between the interests of the state and national long-term fundamental and strategic industry, it is a measure of a country and the development level of regional industrialization level and overall economic strength. Machinery manufacturing production capacity and manufacturing level, mainly depends on the degree of advanced machinery and equipment, in other words, by improving the machinery and equipment parts, precision and improve the product quality and production level.

The design for CA6140 lathe handle seat (10) 000 parts mass production design, first of all, understanding the handle way of working, the handle seat in lathe CA6140 lathe the polished rod and the handle, through the transmission torque, realize to the operation of the machine tool. Second, the analysis part process structures, making procedure, from the appearance of the parts, the part shape is irregular, and need higher machining precision of parts is much and position requirements. So you need to processing side as a benchmark, which provide guarantee for the machining of the behind. Again, due to the irregular shape parts, from the positioning scheme considering its stability, and will use the two pin positioning way limit three degrees of freedom at the same time, the reuse of bearing plate, limit the other three degrees of freedom, so that the parts of the positioning is stable and reliable. Parts of the largest size is 85.5 mm, size small, clamping stroke is small. So the clamping scheme USES the manual operation, threaded way, economy is also able to do the clamping. Finally, determine the optimal design scheme makes the design more economical and practical.

Based on CA6140 lathe handle work actual situation, draw lessons from the new technology standards, to design the parameters. Optimize manufacturing procedures, improved the accuracy of parts and durable degree, is advantageous for the control of operators and to improve the work efficiency and service life.

Keywords:handle CA6140 lathe；special fixture；process planning；Location；

目录

绪论 (5)

1手柄座的工艺分析及生产类型的确定 (6)

1.1手柄座的用途及作用 (6)

1.2手柄座的技术要求设计 (7)

1.3审查手柄座的工艺性分析 (7)

1.3.1孔的加工工艺分析 (7)

1.3.2面的加工工艺分析 (8)

1.3.3槽的加工工艺分析 (8)

1.3.4螺纹孔的加工工艺分析 (9)

1.4确定手柄座生产类型 (9)

2确定毛坯、绘制毛坯简图 (10)

2.1确定毛坯用料 (10)

2.2确定加工余量和毛坯尺寸公差 (10)

2.3绘制毛坯简图 (11)

3制定手柄座工艺路线 (12)

3.1定位基准的选择 (12)

3.1.1 精基准的选 (12)

3.1.2粗基准的选择 (12)

3.2零件表面加工方法的确定 (12)

3.3加工阶段的划分 (13)

3.3.1粗加工阶段 (13)

3.3.2半精加工阶段 (13)

3.3.3精加工阶段 (13)

3.4工序的集中与分散 (14)

3.5工艺路线方案的比较 (14)

3.5.1工艺路线方案I (14)

3.5.2工艺路线方案II (14)

3.5.3工艺方案的比较与分析 (15)

4加工余量、工序尺寸和公差的确定 (17)

4.1工序30：钻—铰—铰 25H7孔的加工余量、工序尺寸和公差的确定 (17)

5切削用量、时间定额的计算 (18)

5．1切削用量的计算 (18)

5.1.1工序10：粗铣手柄座φ45mm小端面 (18)

5.1.2工序20：粗铣半精铣手柄座φ45mm大端面 (18)

5.1.3工序30：钻—扩—铰φ25H7孔 (19)

5.1.4 工序40：粗铣—半精铣槽14mm (21)

5.1.5 工序50：粗铣φ14mm孔端面 (21)

5.1.6工序60: 钻—扩—铰φ10H7孔 (22)

5.1.7工序70: 钻—扩—铰φ14H7孔 (23)

5.1.8工序80：插键槽6H11mm (25)

5.1.9工序90：钻φ5.5mm孔 (25)

5.1.10工序100：钻—攻螺纹孔M10 (25)

5.2时间定额的计算 (26)

5.2.1基本时间的计算 (26)

5.2.2 辅助时间的计算 (31)

5.2.3其他时间的计算 (32)

5.2.4单件时间的计算 (33)

6夹具体的设计 (35)

6.1定位方案设计 (35)

6.1.1工件的定位基准及定位基面 (35)

6.1.2定位元件的选用 (35)

6.2确定定位方式 (35)

6.3定位误差 (36)

6.4定位元件的型号、尺寸和安装方式 (36)

6.5夹紧方案的确定 (37)

6.5.1夹紧装置设计 (37)

6.6绘制夹具总图 (38)

6.7夹紧的操作及维护 (38)

7结论 (40)

辞谢 (41)

参考文献 (42)

引言

机械加工工业是国民经济的基础工业，也是一个国家发展的重要经济来源。在机械零件的加工过程中，机械加工工艺是相当重要的一环。因为机械加工工艺对产品的质量控制起着重要作用，直接影响到产品的生产成本和生产效率，以及价格的高低。所以作为一名机械设计者，应该具备以下基本要求：零件的结构设计基本合理；制定良好的加工工艺路线；在此基础上尽可能优化结构，降低成本，提高生产率

目前国内机械行业的基本情况是，随着工业及汽车制造业的迅速发展，机械设计制造日渐受到人们的广泛关注，已形成一个热门行业。但是我国机械加工行业缺乏技术人员，存在制造周期长、寿命短、供不应求的现状。

从设计结构上看，我们的设计还不够细致，许多细节考虑的欠周到，以至于零件使用受命不长，特别是加工工艺和热处理技术，在这方面与国外的差距更大。从零件材料看，我国的机械加工行业起步时间不长，而国际上产品的材料品种则有很多可供选择。我国虽然也有个别品种诸如高速钢具有较好的质量，但应用较少，主要是国产的钻头、端铣刀等。切削工具难以切削从加工工艺水平看，主要是设备水平不高，专门设备使用的少，加工出来的零件表面精度很难达到国外水平，检测手段落后，装配水平不高，导致容易出现报废或裂痕现象。为了提高企业的设计水平和加工能力，国家推荐适合于机械企业用的CAD/CAM系统。但国内优秀的CAD/CAM 系统很少，只有少数适合应用。而国外购买的虽有强大的三维曲面造型能力、强大的结构有限元分析能力、强大的计算机辅助制造能力、产品数据管理能力等。进入21世纪，发达国家把机械制造工艺装置置于更为优先发展的重要地位，机械制造工艺的基础地位毫不动摇。机械制造工艺位居工业的核心地位，工业发达国家不断加大对机械制造工艺的研发投入，持续加强核心技术创新，增强高技术在机械制造工艺发展的影响力和渗透力，从而凸显了现代机械制造工艺对于推动产业技术升级和国民经济发展的重要性。

设计中包含机床夹具的设计，国内外机床夹具的发展现状分析：国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3-4年就要更新50%-80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10%-20%左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统等新加工技术的应用

在适应机械设备的要求，手柄座的设计要求和技术仍需要不断的更新，本文设计是针对CA6140车床手柄座的工艺规程及夹具设计。本文借鉴新的国内技术标

准。推荐该零件的设计参数，优化零件的机械加工工艺，以此达到提高零件的工作性能及效率。推广改善后的工艺规程，采用较为先进的工艺标准，倡导推广该零件机械制造工艺。

1手柄座工艺分析及生产类型的确定

1.1手柄座的用途及作用

车床手柄座位于车床光杆与手柄连接处，通过传递力矩，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，实现对机床的操作。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，带动齿轴向右移动，通过拨叉使轴套向右移，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，从而对主轴起到制动作用。

图1-1 手柄座三维模型图

1.2手柄座的技术要求设计

表1-1 技术要求

1.3手柄座的工艺性分析

分析零件图可知，手柄座主要结构是孔和面构成。需对多个面多个孔加工，手柄大小两端面和φ714H 孔端面均有要求切削加工，φmm 5.5孔端面、φ710H 孔端面、φ714H 孔端面和φ725H 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端面为圆柱面保证孔的加工精度较困难；另外在轴向方向上的φ725H 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，在一般的普通机床即可满足加工精度的需求，可以在正常生产条件下进行批量生产，采用较经济的方法保质保量地加工出来。同时又可以控制零件的尺寸精度，由此可见该零件的工艺性较好。 1.3.1孔的加工工艺分析

由零件图可知，该零件需要加工5个孔，分别：φ725H 孔大端面是零件的主要加工面，除了此之外，其它的面、孔都有位置度要求。所以可对φ725H 端面进行精加工，因而可作为后续工序加工的主要精准基面。φ710H 孔与φ725H 孔有平行度要求，也需要精加工；φ714H 是盲孔,深度为mm 25，特别注意该孔的加工深度；φmm

5

圆锥孔虽是小孔，但由于表面粗糙度要求高，采用配作。φmm 5.5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面的加工工艺分析

该零件共有3个端面要加工：φmm 45外圆大端面精度要求较高，同时也是配合

φ725H 孔作为后续工序的精基准面，需精加工；φmm 45圆柱小端面、φ725H 孔端面

以及φ714H 孔端面粗铣既可。 1.3.3 槽的加工工艺分析

从零件图可知，手柄座加工2个槽：φ725H 孔上键槽两侧面粗糙度为Ra1.6mm ，需精加工，底面表面粗糙度为Ra3.2，加工精度要求不高,。加工键槽时很难以φmm 45外圆端面为定位基准，因而工序尺寸的计算较复杂；而槽mm 024

.0014+两侧面粗糙度均

为Ra3.2mm ，半精铣即可。 1.3.4 螺纹孔的加工工艺分析

M10mm 螺纹孔的加工，它与φ710H 孔和φ725H 孔连心线有30°角度要求，同时螺纹孔中心线与φmm 45圆柱端面有mm 11的尺寸位置要求。

由以上分析可知，该零件的加工应先加工φmm 45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φ725H 孔，进而以该孔为精基准加工出所有的面，孔，螺纹孔槽等。

1.4确定手柄座生产纲领与生产类型

1、生产纲领

企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。在计划期内应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领。计划期一般定为一年，所以生产纲领一般就是年产量。零件的年产量应计入废品和备品的数量，计算公式：

[1]

N=Qn(1+α+β) N

式中N----零件的年产量，件/年； Q----产品的年产量，台/年； n----每台产品中该零件的数量，件/台；

α----备品率； β----废品率。 2、生产类型

生产类型是企业生产专业化程度的分类。一般分为单件生产、成批生产和大批量生产三种类型，

已知：Q=10000件/年，结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别为3%和0.5%。 所以：

N=10000件/年 （1+3%+0.5%）=10350件/年

手柄座重量为0.73kg，由表1-2知，手柄座为轻型零件；由表1-2知，该手柄座类型为大批生产。[1]

表1-1各种生产类型的划分依据

2确定毛坯、绘制毛坯简图

2.1确定毛坯用料

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。从零件的材料及力学性能分析，手柄座常使用的铸铁，综合考虑应选择：拔模斜度不大于 3，铸造圆角半径为R3～5的铸件毛坯。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。同时也满足生产条件的需要。（数据来源于金属切削手册）

2.2确定加工余量和毛坯尺寸公差（CT）

1、确定加工余量：

本次设计所使用手柄座材料为HT200，采用砂型铸造机器造型和壳型，且为成批量生产。毛坯尺寸公差CT选9级，选择加工加工余量为H级，根据机械加工后铸件的最大轮廓尺寸查得各加工表面加工余量为，如表2-1所示：[3]

表2-1手柄座各加工表面加工余量

2、确定毛坯基本尺寸

表2-2主要毛坯尺寸及公差

2.3绘制毛坯件图

零件毛坯图

图2-1手柄座毛坯图

3 制定手柄座工艺路线

3.1 定位基准的选择 3.1.1 粗基准的选择

在选择粗基准时，考虑的重点是如何保证加工表面有足够的余量及保证不加工表面与加工表面的尺寸、位置符合零件图样设计要求。主要有一下几个原则：[3]

（1）重要表面余量均匀原则

（2）工件表面间相互位置要求原则； （3）余量足够原则； （4）定位可靠性原则； （5）不重复使用原则。

本次设计，该手柄座加工时选用mm 033

.0025+φ孔两端面为粗基准，采用互为基准

的方法进行加工出精基准表面。[5]

3.1.2 精基准的选择

选择精基准时，考虑的重点是如何减少误差，保证加工精度和安装方便。根据该手柄座零件的技术要求和装配要求，选择手柄座mm 033

.0025+φ孔及φmm 45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，遵循了“基准

统一”原则。又轴孔mm 033

.00

25+φ的轴线是设计基准，选用其作为精基准定位加工手

柄座脚上孔mm 015.00

10+φ和孔`14018

.00mm +φ以及其他的孔和表面，实现了设计基准和工艺基准重合，保证了被加工表面的位置度要求及mm 015.00

10+φ孔轴线和mm 033

.0025+φ孔轴线的平行度要求。选用手柄座φmm 45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mm 033

.0025+φ孔

及φmm 45外圆凸台端面作为精基准，夹紧力可作用在手柄座mm 033

.0025+φ孔的大端面

上，夹紧稳定可靠。

3.2 零件表面加工方法的确定

零件加工方法的选择从两个方面进行考虑：1加工经济精度2选择表面加工方法应考虑因素。

根据CA6140手柄座零件图技术要求(包括经济表面粗糙度和经济精度等级、尺寸精度等)选择合理的加工方法。如表3-1所示：

表3-1 技术要求

3.3加工阶段的划分

加工阶段的目的在于保证加工质量和合理使用设备、便于安排热处理工序、便于发现问题以及加工顺序的合理安排。一般必须把零件的整个工艺路线划分成几个阶段：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段、超精密加工阶段。根据CA6140零件图可划分为以下几个加工阶段。

3.3.1 粗加工阶段

粗加工阶段位于工艺路线的最前面，主要任务是切除个加工表面或主要加工表面的大部分余量，并加工出精基准。因此粗加工阶段面临的主要问题是如何获得高的生产率。

因此粗加工要求功率大、刚性好、生产率高、精度要求不高的设备粗加工时，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IT10～IT11，粗糙度为Ra80～100μm。

3.3.2半精加工阶段

半精加工阶段的主要任务是为主要表面的精加工做好准备工作，即达到一定的加工精度，保证适当的加工余量，并完成一些次要表面的加工。

半精加工的公差等级为IT9～IT10。表面粗糙度为Ra10～1.25μm。

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，小的切削余量，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Ra1.0～1.25μm。

3.4工序的集中与分散方案比较

安排了零件各个表面的加工顺序后，就要根据各表面所选用的加工方法的特点、定位基面的选择和转换以及所划分的加工阶段，把各加工表面的各次加工，按工序集中原则和工序分散原则组合成若干工序。要根据生产类型、零件的结构特点和技术要求、机械设备等条件进行综合分析，[1]

本次设计CA6140车床手柄座零件属于大批量生产，综上所述因此采用工序分散。

3.5 工艺路线的拟定与比较

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大批量生产时，即可以采用多刀，多轴或者组合机床，选择专用夹具，采用集中工序原则，来提高质量以及生产率。

3.5.1工艺路线方案I

表3-2 工艺路线I

3.5.2 工艺路线方案II

表3-3 工艺路线II

3.5.3 工艺方案的比较与分析

上述两个方案区别在:方案I ，以手柄座φmm 45圆柱大小两端面互为基准加工两端面；同时实现设计基准和工序基准重合。方案II 先粗铣φmm 45圆柱小端面，再半精铣φmm 45圆柱小端面;使用粗基准加工出精基准，定位精度低，且出现设计基准和工序基准不重合现象。通过比较上述两种工艺方案优缺点，最终采用方案I 作为零件的加工方案最佳。

在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，采用方案I,CA6140手柄座工艺路线及设备,确定加工工艺过程如下表所示。

表3-4 加工工艺过程