后托架

CA6140机床后托架加工工艺及夹具设计

摘要：在生产过程中，使生产对象(原材料，毛坏，零什或总成等)的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程，如毛坯制造，机械加工，热处理，装配等部称之为工艺艺过程。在制定工艺过程中，要确定各工序的安装上位和该工序需．要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走川长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。CA6140车床后托架的加工工艺及夹具设计为本课题的研究内容，因此研究查阅大量的资料，首先明白机械加工工艺过程就是用刨削的方法改变毛坯的形状、尺寸和材料的物理机械性质成为具有所需要的定位精度、粗糙度等的零件。为了能具体确切的说明过程，使工件能按照零件加工的技术要求加工出来，就得制定复杂的机械加工工艺规程来作为生产技术文件，学习研究制定机械加工工艺规程的意义与作用就足本课题研究目的。

此外，CA6140车床后托架的工艺舰程研究途径应该体现质量、生产率和绎济性的统一，达到经济合理及可行的最优力案。 关键词：工序：工艺；工步；加工余量；定位方案

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目 录

1前言 ． ． I

2 CA6140机床后托架加工工艺 2

2 1 CA6140机床后托架的工艺分析 ． ．2 2 2 CA6140机床后托架的工艺要求及工及分析 ．2 2 2 l CA6140机床后托架的技术要求 ． 3 2 3加工工艺过程 ． ． ．． 3

2 4确定各表面加工方案．．． ． ． ． ．．．3

2．4 l在选择各表面及孔的加工方法时，要综合考虑以下因素． ． ．4 2 4．2平面的加工 ．．．． ．． ．．4 2．4．3孔的加工方案．．．． ．． ．．． ．4 2 j确定定位基准 ．． ． ． ． ， ． 5 2 5．1粗基准的选择 ． ． ．5 2 j 2精基准选择的原则 6

2 6工艺路线的拟订 ． ． 6 2 6 1_[=序的合理组合 ．． ． 6 2 6 2工序的集中与分散． ． ． 7 2 6 3加1二阶段的划分．． ． ． 8 2 6 4加工工艺路线方案的比较 9

2 7 CA6140机床后托架的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定． 12 2 7 1毛坯的结构1=艺要求． ．．． ． ． 12 2 7 2 CA6140机床后托架的偏差计算 l2

2 8确定切削用量及基本工时(机动时恻) 16

2 8 1工序l：孝且、精铣底面．． ． ． ．． l6

2 8 2工序2羊且、半精、精镗CA6140侧面三杠孔 ． ． 18 2 8 3工序3：钻顶面四孔． ． ． 24 2 8 4 L序d：钻侧面两孔．． ． 28 2 9时问定额计算及生产安排．． 30 2 9 1粗、精铣底面 ．． ．． 30 2 9 2镗侧面三杠孔 ．． ．．．． ． 31 2 9 3钻顶面的孔 ．． ．． ． ．32 3专用夹具设计 ．． 34

3 1铣平面夹具设计 ．．． ． ． ．34 3 1 1研究原始质料 ． 34

3 1 2定位基准的选择 ． ． ． 34 3 1 3切削力及夹紧分析计算． ． ．34 3 1 4误差分析与计算． ． ． 36 3 1 5央具设计及操作的简要说明 ． 36 3 2镗孔夹具设计 ． ． ． 36 3 2 1研究原始质料 ． ．． ． 36 3 2 2定位基准的选择． 37

3 2 3切削力及央紧力的计算 ． 37

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3-2 4误差分析与计算 ． 30 3 3钻顶而四孔央具设计 ． ． 39 3 3 1研究原始质料 39 3 3 2定位基准的选择， 40 3 3 3切削力及必紧力的计算 40 3 3 4误差分析与计算 ．． 41

3 3 5央具改计及操作的简要说明． ． 4结论 ． ． ． ．41 参考文献 ． ． ．．． ．4l 致 谢 ．．． ．．． ． ． 41 附 录 ． ． ．． ． 41

．41 ．

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1前言

一个好的结构小但要应该达到设计要求，并且要有好的机械加工工艺性，也 就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量。而设计和工艺是密 切相关的，又是榭辅相成的。设计者要考虑加工工艺艺问题。工艺师要考虑如何从

丁艺上保证设计的要求。CA6140机床后托架的是CA6l40机床上的一个重要零件，

它的加工是非常关键和重要的。对于火具的设计，为了提高劳动生产率，保证加 工质量，降低劳动强度。在加工CA6140机床后托架零件时，需要设计专用夹具。

在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加上该工序 的机车及机床的进给量，剀削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具 及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工 作地服务时间。CA6140车床后托架的加工上艺及夹具设计为本课题的研究内容，

夹具是机械加工不可缺少的部件，杠机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、 环保方向发展的带动下，夹具技术朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济

的方向发展。对此研究查阅的大量的资料，首先明白机械加工工艺过程就是用切 削的方法改变毛坯的形状、尺寸和材料的物理机械性质成为具有所需要的一定精 度、粗糙度等的零件。为了能具体确切的说明过程，使工件能按照零件图的技术 要求加工出来，就得制定复杂的机械加工工艺规程来作为牛产的指导性技术文 件，工件在夹具中的定位精度，主要与定位基准是否与工序基准晕合、定位基准 与定位元件的配合状况等因素有关，可提高夹具的制造精度，减少配合间隙，就 能提高央具在机床上的定位精度，夹具中出现过定位时，可通过撤消多余定位工‘

件，使多余定位元件失去重复自由度的能力，增加过定位元件与定位基准的 配合间隙等办法来解决。学习研究制定机械加工艺规程的意义与作用就是本课 题研究目的。

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2 CA6140机床后托架加工工艺 2 1 CA6140机床后托架的工艺分析

CA6140机床后托架的是CA6140机床的一个重要零件，因为其零件尺寸较小，

结构形状也不是很复杂，但侧而三杠孔和底面的精度要求较高，此外还有顶面的四孔要求加工，但是对精度要求不是很高。后托架上的底面和侧面二杠孔的粗糙 度要求都足Ral 6，所以都要求精加工。其三杠孔的中心线和底平面有平面度的 公差要求等。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表 面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它的加 工是非常关键和必要的。

2 2 cA61 40机床后托架的工艺要求及工艺分析

圈2 l CA6140机床后托架零件图

该结构不但要应该达到设计要求，而且要柯好的机械加工工艺性，也就是要

有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。

而设计和工艺是密切相关的，又足相辅相成的。设计时要考虑加工工艺问题。工

艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。

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2 2．1 CA6140机床后托架的技术要求

其3D3-有3组加丁。底面、侧而--TL、顶面的四个孔、以及左视图上的两个 孔。

a)以底面为上要加工的表面，有底面的铣加工，其底面的粗糙度要求是

Ra=1 6，平面度公差要求是0 03。

b)另组加工是侧面的三孔，分别为Ф2500.03 Ф3000.02，Ф4000.025，其表面粗

糙度要求Ra=1 6要求的精度等级分别是IT=8，IT=7，IT=7。

c)以顶面为住加工面的四个孔，分别是以和Ф20为组的阶梯宅，这组孔的

表面粗糙度要求是Rz50，Ra=6．3，以及以Ф13和Ф10的阶梯孔，其中Ф10是装

配铰孔，其中一13孔的表面粗糙度要求是Rz50，Ra=6．3，和Фl0是装配铰孔的表

面粗糙度的要求是Ra=6．3。

d)CA6140机床后托架毛坯的选择金属行浇铸，因为生产率很高，所以可以 免去每次造型。

单边余量一般在1到3mm，结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积

较小。因为CA6140机床后托架的重量只有3.05kg，而年产量是5000件，由（7）

《机械加工工艺手册》表2．1.3可知是中批量生产

2 3加工工艺过程

由以上分析可知。该箱体零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保

证平面的精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于CA6140机床后托

架来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。

由上面的一些技术条件分折得知：CA6140后托架的尺寸精度，形状机关度

以及位置机精度要求都很高，就给加工带来了困难，必须重视。 2 4确定各表面加工方案

一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就

是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时是加工的劳动量

最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对丁我们设计CA6140机床

后托架的加工工艺来说，应选择能够满足孔系加T精度要求的加_工工艺方法及设备

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除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精

度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。 2.4.1在选择各表面及孔的加工方法时，要综合考虑以下因素 A)要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选

择加工方法及分几次加工。

B）根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批

量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工，在

小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。

C）要考虑被加工材料的性质，例如，淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色

金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。 D）要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设

备，推广新技术，提高工艺水平。

e)此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工 件形状和重量等。

选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法。再

选择前面各工序的加工方法，如加工某一轴的主要外圆面，要求公差为IT6，表

面粗糙度为Ra0.63 u m，并要求淬硬时，其最终工序选用精度，前面准备工

序可为租车——半精车——淬火——粗磨。 2.4.2平面的加工

由参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.1-12可以确定，底面的加工方案

为底平面：粗铣——精铣（IT7 - IT9），粗糙度为6.3～0.8，一般不淬硬的平面，

精铣的粗糙度可以较小。

2.4.3孔的加工方案

a)由参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.1-11确定，以为孔的表面粗糙度

为1.6，则选侧孔（Φ25.500.03，Φ3000.02 Φ4000.025）的加工顺序为：粗镗——精镗。

B）而顶面的四个孔采取的加工方法分别是：

因为孔的表面粗糙度的要求都不高，是Rz50，所以我们采用一次钻孔的加工方

法，Φ13的孔选择的加工方法是钻，因为Φ20的孔和Φ13是一组阶梯孔，所以可

以在已经钻了Φ13的孔基础上再锪孔钻锪到Φ20，而另一组Φ13和Φ10也是一组阶

梯的孔，不同的是Φ10的孔是锥孔，起表面粗糙度的要求是Ra=1.6，所以全加

工的方法是钻——扩——铰。 2.5确定定位基准 2.5.1粗基准的选择

选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工

表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。 粗基准选择应当满足以下要求：

a）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工

面与不加工面

的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其

中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形 对称、少装夹等。

b)选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是

其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的

底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，

使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。

c)应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工 余量。

d)应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗墓准，以保证定位准

确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初 加工。

e)粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规

则的。多次

使用难以保证表面间的位置精度。

要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证CA6140机床

后托架在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从CA6140机床后托架

零件图分析可知，选择侧面三孔作为CA6140机床后托架加工粗基准。

2.5.2精基准选择的原则

a)基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位

基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。

b)基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各

表面问的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较

统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基

准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而

且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。 c)互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可

以互为基准反复

加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿

面，这样能保证齿面余量均匀。

自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表

面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉

孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。

此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固

可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。 要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证CA6140机床

后托架在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从CA6140机床后托架

零件图分析可知，它昀底平面与侧面三孔平行而且占有的面积较大，适于作精基

准使用。但用一个平面定位仅仅能工件的三个自由度，如果使用典型的一面

两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要

求。至于两侧面，因为是非加工表面，所以也可以用与顶平面的四孔的加工基准。

选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。

2.6工艺路线的拟订

对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。CA6140机床后

托架的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。

后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。 9 a)工序分散原则

工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机

床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。

但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。

b)工序集中原则

工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了‘操作工人数

和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些

表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提

高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生

产准备工作量大。

一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由

于不采用专用设备，工序集中程序受到。结构简单的专用机床和工夹具组织

流水线生产。

加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在80-90'c的含0.4%-1.1%

苏打及0. 25%-0. 5%亚钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零

件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于200mg。 2.6.2工序的集中与分散

制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工摩集中或工序分散是其两个不

同的原则。所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。

a)工序集中的特点

工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生

产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面

间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生

产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准

备工作量大。 b)工序分散的特点

工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机

床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。

但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。

工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体

情况进行综合分析决定采用那一种原则。

一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由

于不采用专用设备，工序集中程序受到。结构简单的专用机床和工央具组织

流水线生产。

由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突

出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，

从而可取的良好的经济效果。 2.6.3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：

a）粗加工阶段

粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属，为以后的精加工创造较好的条

件，并为半精加工，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Ra80～100 u m。 b)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。表面粗糙庋为Ra10～1.25

U m。

c)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Ra10～1.25um。

d)光整加工阶段 对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精改善很少。一般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为】T5～IT6，表面粗糙度为Ral.25～0.32 u m。

此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的

不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。

但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中，对于刚性好，精度

要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，

在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精

加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工

或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很

准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。 2.6.4加工工艺路线方案的比较

在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生

产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产

成本，拟订两个加工工艺路线方案。见下表：

表2-1加工工艺路线方案比较表 工序号 方案I 方案I： 工序内容 定位基准 工序内容 010 粗铣底平面A 侧面和外圆 粗、精铣底平 面A 020 精铣底平面A 侧面和外圆 粗镗孔：Φ40 040 定位基准 侧面和外圆 底面和侧面 Φ30.2 Φ25.5 半精镗孔：Φ40、 底面和侧面 Φ30.2、 Φ25.5 庇面和侧面 钻、扩孔：Φ40 Φ30.2. Φ25.5

050 060 070 080 090 1 10 120 130 140 150 160 160 170

底面和侧面 底面和侧面 粗铰孔：Φ40、 Φ30.2. Φ25.5 侧面和两孔 精铰孔：以Φ40、 Φ30.2. Φ25.5 粗铣油槽 底面和侧面 精镗孔：Φ40、 Φ30.2. Φ25.5 粗铣油槽 底面和侧面 底面和侧面 钻：Φ10、Φ13 底面和测 扩孔Φ13 面 精铰锥孔： 底面和测面 Φ10 锪钻孔：Φ10、 去毛刺 底面和测面 底面和侧面 锪钻孔：Φ42 底面和侧面 钻：Φ10、Φ 13 底面和侧面 扩孔函13 精铰锥孔： Φ10 底面和侧面 底面和侧面 锪钻孔：Φ10、 Φ13 底面和孔 钻：M6、Φ6 Φ25.5 攻螺纹M6 锪平面 倒角去毛刺 检验 底面和孔 Φ25.5 底面和孔 钻：M6、Φ6 攻螺纹M6 锪平面 倒角去毛刺 检验 底面和孔

a)方案II在120工序中按排倒角去毛刺，这不仅避免划伤工人的手，

而且给

以后的定位及装配得到可靠的保证。

b)方案II在010工序中先安排铣底平面，主要是因为底平面是以后

工序的主

要定位面之一，为提高定位精度。 c)方案II符合粗精加工分开原则。

由以上分析：方案II为合理、经济的加工工艺路线方案。