1、1序言综合模块（机制工艺及夹具）毕业设计是在学完了机械制造技术基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。全套图纸，加 153893706这次毕业设计中，我所选的零件是“CA6140 车床滤油器体” ，完成该零件的机械加工工艺规程的编制及工艺装备的设计，滤油器在车床上是个必不可少的部件，它有着过滤油液及缓冲的作用。因此在加工时，零件的配合
2、部分需进行精加工，保证其配合准确，提高车床的综合性能，又因为被加工零件的结构比较复杂，加工难度大，需进行专用夹具的设计与装配。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望老师多加指教。2一、 零件的分析及生产类型的确定1、 零件的作用“CA6140 车床滤油器体”如图 1 所示。它位于车床主轴箱上3图 1：CA6140 车床滤油器体零件图4面，主要作用是给主轴箱内供油及对油液起冲作用，零件的两段有两孔用于油液的进出，零件的中间有一个 48h6 的外圆柱面，用于与主轴箱以基轴制形式联接。2、零件的工艺分析“CA6140 车床滤油器体”的各表面：（1） 、零件的左端面（用于精基准加工其他表
3、面） ；（2） 、螺栓孔 3- 9（用于联接车床主轴箱，起固定作用） ；（3） 、中心孔 38（用于过滤及缓冲油液） ；（4） 、进出油孔 2- 11（用于联接进出油装备，流通油液） ；（5） 、外圆柱面 48h6（用于与车床主轴箱联接） 。各表面的相互精度要求有：（1） 、外圆柱面 48h6 为基轴制联接，尺寸精度为 IT6；（2） 、其他表面无特殊精度要求，除保证其表面粗糙度外，尺寸精度为 IT14。3、零件的生产类型依设计题目知：Qn=8000 件/年；结合生产实际，备品率 和废品率 可以取为=5%, =0.5%。由此可得，该零件的生产纲领5年件 /842 0.5%)(1 )5(10+)
4、 Qn=NC6140 车床滤油器体的质量为 1.1kg,查表可知其属轻型零件，生产类型为中大批量生产。二、 零件毛坯的设计1、 选择毛坯根据生产纲领可知，CA6140 滤油器体属中大批量生产，零件形状为非全圆柱体，可选零件材料为灰口铸铁，毛坯制造选用铸造毛坯，这样毛坯与成品相似，加工方便，省工省料。为了提高生产率，铸造方法选用砂型铸造，且为机器造型。2、 毛坯尺寸公差与机械加工余量的确定（1） 、求最大轮廓尺寸根据零件图轮廓尺寸，可知，CA6140 滤油器体最大轮廓尺寸为 102mm。（2） 、选取公差等级 CT铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，查表得，公差等级 CT 范围是 812 级，
5、取为 10 级。（3） 、求铸件尺寸公差根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级 CT，查表得，公差带相对与基本尺寸对称分布。6（4） 、求机械加工余量等级铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，查表得，机械加工余量等级范围是 EG 级，取为 F 级。 、（5） 、求 RAM（要求的机械加工余量）对所有的加工表面取同一个数值，由最大轮廓尺寸102mm、机械加工余量等级为 F 级，得 RAM 数值为 1.5mm。3、 确定毛坯尺寸上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度 Ra 1.6m。Ra 1.6 m 的表面，余量要适当增大。分析零件，各加工表面均为 Ra 1.6 m，因此这些表面的毛坯尺寸只需要将
6、零件的尺寸加上余量值即可。零件上孔 3- 9 和进出有口尺寸较小，铸成实心；A 面为单侧加工，则105.3m .6/22CTRMF38 盲孔属内腔加工，根据零件分析， 38 深度为 65 不 变，径向为m7.3 2/6.5.128CTRMAF730 盲孔属内腔，且此孔为非配合孔，用钻床锪出即可，所以 30 盲孔铸成实心。48h6 外圆柱面的加工，即m4.52 2/8.5.18CTRMAF如图 2 所示，由于 38 孔的深度和三角形台阶肩宽度的余量和 A 面余量有关，A 面增量 a=105.3-102=3.3mm;所以 38孔的毛坯深度=65+3.3=68.3mm; 三角形台阶肩宽度=34+3.
7、3=37.3mm。图 2：根据零件尺寸计算的毛坯尺寸8综合上述，确定毛坯加工部分的尺寸，见表 1 所示。表 1：CA6140 车床滤油器体毛坯（铸件）尺寸。单位：mm。项目 A 面 38 径向38 轴向 48 径向三角肩宽 3- 92- 11 30公差等级 CT 10 10 10 10 10 加工面基本尺寸 102 38 65 48 34 铸件尺寸公差 3.6 2.6 同 A 面 2.8 同 A 面 机械加工余量等级 F F 同 A 面 F 同 A 面 RMA 1.5 1.5 同 A 面 1.5 同 A 面 毛坯基本尺寸 105.3 33.7 68.3 52.4 37.3 0 0 04、 设计
8、毛坯图（1） 、确定圆角半径 外圆角半径 r=1mm;内圆角半径 R=1mm;以上所取圆角半径数值能保证各表面的加工余量。（2） 、确定拔模斜度本铸件最大尺寸为 h=105.3mm，属 25500mm 的铸件，所以查表，取拔模斜度为 1：20。（3） 、确定分型面由铸件结构分析，选择左端面作为砂模铸造机器造型的分型面。（4） 、确定毛坯的热处理方式灰铸铁滤油器毛坯铸造后应安排人工时效，温度 ，50进行消除残余应力，从而改善加工性。综合上述，所设计的毛坯图如图 3 所示。9图 3： CA6140 车床滤油器体毛坯10三、 零件的加工工艺设计1、 定位基准的选择本零件是不规则多孔零件体，其左端面是
9、设计基准（亦是装配基准和测量基准） ，为了避免由于基准不重合而产生的误差，应选左端面为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。在加工中还可遵循“互为基准”的原则，重复加工 38 孔和48 外圆柱面，使其中心线重合度较高，减小圆跳动度。2、 零件表面加工方法的选择本零件有平面、内孔、外圆柱面、螺纹等加工，材料为 HT15-33。以公差等级和表面粗糙度要求，参考本指南有关资料，其加工方法选择如下：（1） 、左端面左端面为精基准加工其它表面，表面粗糙度为 Ra1.6 ，加工m方法为先车后磨。（2） 、 38mm 内孔未注公差尺寸，根据 GB1800-79 规定其公差等级按 IT14，表面粗糙度为 Ra6
10、.3 ，由于毛坯上已经铸造出孔留出加工余量，所m以选择先扩孔再铰孔即可达到要求。（3） 、3- 9 孔未注公差尺寸，根据 GB1800-79 规定其公差等级按 IT14，表11面粗糙度为 Ra6.3 ，只需用 9mm 麻花钻直接在其位置钻孔即m可。（4） 、 48 外圆柱面公差等级为 IT6，表面粗糙度为 Ra1.6，加工方法可采用粗车精车精磨。（5） 、进出油孔（2- 11）这两个孔用于联接油管，用于输通油液，密封性需要比较高。连结部分采用螺纹联接。由于毛坯中这两孔是铸为实心，所以此部分的加工为先锪沉头孔，然后在其位置钻 11 孔，接着扩孔到 16 深 18mm，最后攻丝 M18。3、 拟订
11、工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使其零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，在生产纲领中已经确定为成批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，除此之外，应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。滤油器体加工包括各圆柱面、孔及端面的加工。按照先加工基准面及先粗后精的原则，该零件加工可按下述工艺路线进行。（1） 、工艺路线方案一工序 机器砂型铸造毛坯；工序 检验，清砂；工序 热处理；12工序 磨左端面；工序 钻 38 内孔及 3- 9 孔；工序 粗车外圆 48；工序 加工出油口；工序 加工进油口；工序 磨 48 外圆柱面；工序 检验。（2） 、工艺路线方案二工序
12、机器砂型铸造毛坯；工序 检验，清砂；工序 热处理；工序 磨左端面；工序 车 48 外圆柱面；工序 磨 48 外圆柱面；工序 钻 3- 9 孔；工序 铣 30 内孔面；工序 扩、铰 38 孔；工序 38 孔的倒角；工序 锪平 26；工序 加工进油口；工序 加工出油口；13工序 检验。（3）工艺路线方案三工序 机器砂型铸造毛坯；工序 检验毛坯、清砂；工序 热处理；工序 粗车左端面；工序 先锪 30 内孔面，再扩 38 内孔；工序 粗车 48 外圆，切退刀槽；工序 铰 38 内孔，内孔倒角；工序 精车 48 外圆；工序 钻 3- 9 通孔；工序 磨左端面；工序 加工出油孔；工序 加工进油孔；工序 去
13、毛刺；工序 精磨 48 外圆；工序 检验。4、工艺方案的比较与分析上述三个工艺方案的特点在于：方案一，将工序集中，但需要专用机床才能达到加工要求。方案二，工序分散，但工艺按排的14加工达不到精度要求。方案三，也是分散工序，工艺安排合理，能满足用通用机床加工并达到精度的要求，除了选择万能性通用机床加工外，还要设计一些专用夹具，提高加工要求和质量。因此选用第三个方案较合理，具体如下：工序 机器造型砂模铸造毛坯；工序 清砂，检验毛坯各尺寸，不得有砂眼缺陷；工序 热处理，人工时效温度 ，消除残余应力；50工序 夹外圆，粗车左端面；工序 先锪 30 内孔面，再扩 38 内孔；工序 粗车 48 外圆，切退
14、刀槽；工序 铰 38 内孔，内孔倒角；工序 精车 48 外圆；工序 钻 3- 9 通孔；工序 磨左端面；工序 加工出油孔（锪 26 平面，钻 11 孔，扩 16 孔深18mm,攻丝 M18 1.5 深 14mm） ；工序 加工进油孔（锪 26 平面，钻 11 孔，扩 16 孔深18mm,攻丝 M18 1.5 深 12mm） ；工序 用钳工去毛刺；工序 精磨 48 外圆；工序 检验，是否达到要求的精度和粗糙度。15四、 工序设计1、 选择加工设备与工艺装备（1） 、选择机床根据不同的工序选择机床。 工序、属于备坯阶段，不属于切削加工，由专门的 车间负责。 工序粗车左端面，选用卧式车床就能满足要求
15、。本零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，根据工厂内的现有设备一般最常用CA6140 型卧式车床加工。 工序先锪 30 内孔面，再扩 38 内孔，精度要求不高，选用立式钻床进行加工。 工序粗车 48 外圆柱面，在切退刀槽。加工中需要换刀具，刀架最好是换位的，所以选择 CA6140 最经济。 工序铰 38 内孔，内孔倒角，选钻床进行加工。 工序精车 48 外圆，选用 CA6140 进行加工。 工序钻 3- 9 通孔，由于是通孔，刀具进给深度可以不严格控制，16在其位置钻通孔即可。选用立式加工中心，只要在专用夹具上设计好对刀块，然后执行程序就可以加工出 3 个 9 通孔了。 工序 x磨左端面，表面粗
16、糙度 Ra1.6mm，没有要求与中心线的垂直度，所以选用普通的端面磨床即可加工达到要求。 工序、加工进（出）油口孔，选用摇臂钻床进行加工。 工序精磨 48 外圆，公差等级为 IT6，表面粗糙度为 Ra1.6mm，精度要求比较高，所以这里选用外圆磨床进行加工。（2） 、选择夹具工序 选用三爪自定心卡盘。工序、 都选用专用夹具。（3）选择刀具根据不同的工序选择刀具。在车床上加工的工序一般选用硬质合金车刀。切刀槽宜选用高速钢。为提高生产率及经济性，应选用可转位车刀架。在钻床上机加工的工序17麻花钻，锪头钻，倒孔钻等。（4） 选择量具 加工部分的量具工序 卡尺；工序 卡尺；工序 卡尺；工序 卡尺；工序
17、 卡尺；工序 卡尺；工序 卡尺； ；工序 卡尺，螺纹塞规；工序 卡尺，螺纹塞规； 工序 千分尺。 检验部分的量具检查内容 测量工具砂眼、清砂是否干净、裂缝 观察表面及磁力探伤；轴向尺寸 卡尺；外圆径向尺寸 外径千分尺；角度 角度卡尺；孔内径 内径千分尺；检查粗糙度 专用仪器；检查配合表面精度 专用仪器。18综合上述，CA6140 车床滤油器体的工艺过程如表 2 所示。表 2：CA6140 车床滤油器体的工艺过程及设备工序号 工序内容 机床 备注00 机器砂型铸造毛坯 附表 205 检验毛坯、清砂 附表 310 热处理 附表 420 粗车左端面 CA6140 附表 530 先锪 30 内孔面，再
18、扩 38 内孔立式钻床 附表 640 粗车 48 外圆，车退刀槽 CA6140 附表 750 铰 38 内孔，倒角 摇臂钻床 附表 860 精车 48 外圆CA1640 附表 970 钻 3- 9 通孔 立式加工中心 附表 1080 磨左端面 端面磨床 附表 1190 加工出油孔 摇臂钻床 附表 12100 加工进油孔 摇臂钻床 附表 13110 去毛刺 附表 14120 精磨 48 外圆外圆磨床 附表 15130 检验 附表 162、 确定工序尺寸根据各原始资料及制定的零件加工工艺路线，采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工余量，中间工序公差按经济精度选19定，上下偏差按入体原则标注，确定
19、各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：“CA6140 车床滤油器体”零件材料为灰口铸铁，硬度HB207233，毛坯的重量约为 1.1 千克。生产类型为中批或大批，采用机械砂型铸造毛坯。（1）、确定圆柱面的工序尺寸 38， 30， 11，3- 9 由于无特殊加工精度等，在满足其表面粗糙度的条件下直接钻孔或扩孔来完成。外圆柱面 46h6 和 46：46 粗糙度为 Ra6.3,精度等级为 IT14，考虑其长度为 14mm,因为砂型铸造等级为 IT14 左右，能满足加工需求，因此直接铸造成型。48h6 所需精度要求高，需进行粗车精车精磨。精车此时直径余量为 0.9mm，精磨此时直径余量为
20、0.1mm， 剩下的粗车时直径余量为 52.4- 48-0.9=3.4mm，能满足加工要求，考虑 48h6 长度为 40，精度等级为 14，由铸造直接完成。 48h6 的外圆柱面的加工余量表如下。表 3: 48h6 外圆柱面的加工工序尺寸（单位：mm）工序名称 工序双边余量 工序公差 工序基本尺寸 工序尺寸及公差精磨 0.1 IT6(0-0.016) 48016.48精车 0.9 IT7(0-0.025) 48.1 025.粗车 3.4 IT11(0-0.160) 49 16.920毛坯 F(0-3.6) 52.48.1452(2)确定轴向工序尺寸如图 4 所示，图中尺寸均未标注公差，均按毛坯
21、公差等级确定为IT14.图 4：工序轴向尺寸L2 工序尺寸按 L1 的工序尺寸确定。粗车余量为 2.8mm，工序尺寸为 102.5mm，粗糙度精度为 Ra6.3；精磨端面余量为 0.5mm，工序尺寸为 102mm,粗糙度为 Ra1.6。L3 和 L4 由铸造直接完成，L3=40mm,L4=14mm。L6 由 锪 30 孔工序一次加工 ，L6=70mm。L5 由第一次扩 38 孔完成，L5=65mm。综合上述，加工的工序尺寸如表 4 所示。21表 4：各加工工序的工序尺寸工序 工位 工位尺寸I 铸造毛坯 机器砂型铸造毛坯 参见毛坯图所示II 备坯 检验毛坯、清砂 热处理 人工时效 车左端面 粗车
22、左端面 保长 102.5mm先 锪 30 内孔平面锪 30 内孔保长 70.5mm锪 30 内孔，扩 38 内孔再扩 38 内孔 扩内孔至 37，保长 65.5mm粗车 48 外圆 车外圆至 49车 48 外圆和退刀槽车退刀槽 3x1.5mm铰 38 内孔铰内孔至 38，保长 65.5mm铰 38 内孔和倒角内孔倒角 1C精车 48 外圆 精车 48 外圆 精车外圆至 48.1钻 3- 9 通孔钻 3- 9 通孔钻 3- 9 通孔磨左端面 磨左端面 保长 102mm空口锪平 锪平 26钻孔 钻 11 孔深 32mm扩孔 扩孔至 16 孔，深 18mm加工出油口攻丝 攻丝 M18x1.5，深 1
23、4孔口锪平 锪平 26钻孔 钻 11 孔通至下一平面扩孔 扩孔至 16 孔 8mm加工进油口攻丝 攻丝 M18x1.5，深 12XIII 去毛刺 去毛刺 X精磨 48 外圆精磨 48 外圆精磨外圆至 48X检验 检验 223、 数控加工工序加工滤油器体过程中，3- 9 是在立式加工中心上完成的。在加工 3- 9 中，经过专用夹具的对刀块对刀后，执行加工程序即可加工出 3 各 9 孔。在此，为其编写加工程序：（1） 、3 个 9 孔的尺寸如图 5 所示，3 个 9 孔的中心位置分别用 A、B、C 三个点表示。以 38 孔中心线与左端面的交点作为原点建立编程坐标系。由于 A、B、C 三个点都在 6
24、2 圆上并为等分位置，由三角函数计算出三点坐标分别为 A(-26.846,15.5)，B26.846,15.5)，C(0,-31)。图 5：数控加工 3- 9 孔23（2） 编写程序N1 G90 G92 X0 Y0 Z200.N2 S500 M03 M08N3 G00 Z20.N4 G99 G81 X-26.846. Y15.5. Z-36. R3. F60N5 X26.846. Y15.5. N6 G98 X0 Y-31.N7 G80 M09 M05N8 G00 Y0 Z200.N9 M02五、 夹具的设计本夹具是工序 XII 用 11 麻花钻直接钻斜孔的专用夹具，在Z39 摇臂钻床是加工出
25、 11 斜孔（通孔） 。所设计的夹具装配图如附图 3 所示，夹具体零件图如附图 4 所示。有关说明如下：1、工件的定位（1） 、定位方案所加工的 11 孔是一斜孔，本工序加工要求保证的位置精度主要是 11 中心线与 26 沉头孔平面的交点 F 到 A 面的尺寸 94IT14；即 。根据基准重合原则，应选端面 A 为主要定位基准。m435.09该工序钻斜孔时受力不大，但受力不平衡，所以要实现完全定位，24在此可以用“一面两孔”定位原则，已知端面 A 为主要定位基准，然图 6：工件的定位与夹紧后可以再选 38 孔和下面的 9 孔作为定位孔。端面 A 可以限制 3 个自由度， 38 孔与定位销配合可
26、以限制 2 个自由度， 9 孔与定位销配合可限制 1 个自由度，即实现完全定位。（2） 计算定位销尺寸25（a） (b)图 7：定位销38 孔选用圆柱销定位， 9 孔选用菱形销定位。下面只计算定位销的配合尺寸，其余尺寸按标准查表。、确定两销中心距按 IT14 查表，得 9 孔的公差为 0.36mm， 38 孔的公差为0.62mm。取孔的中心偏差等于孔的公差的 1/5，则 9 孔的中心偏差为 ， 38 孔的中心偏差为 。那么两m072.5136. m124.056.孔中心距偏差为 。两孔偏差较大，那么两mLD098.214.07.销中心距的偏差为 。Ld 33、确定圆柱定位销直径尺寸 1d取 m
27、k08.2162、确定菱形销宽度 b 和 B 值如图 7（b）所示的菱形销。查表可得b=4mm ， B=7mm计算菱形销的直径尺寸 2dmDbL 16.09)3.08.(4)(22min d 84.16.min22 取偏差为 g6，查表得 mm21.0305.284.d上述式中的：削边销与孔配合的最小间隙，单位为 mm;min2b削边销的宽度，单位为;26分别为工件上两孔中心距公差和夹具上两销中心距公差，LdD,单位为 mm；工件上削边销定位孔直径，单位为 mm；2削边销直径尺寸，单位为 mm。d2、 夹紧装置入图 8 所示，这是专门设计的夹紧元件。参见夹具装配图，把夹紧元件套入零件的外圆柱面
28、，然后顺时针旋转将套筒的两翼卡入夹具体的契形口中，契形口是按一定角度设计的，可让两翼受力时产生摩擦力而自锁，达到夹紧作用。图 8：契形双翼套筒3、 定位误差分析如图 6 所示。所加工的是 11 斜孔，本工序加工要求保证的位置精度主要是2711 孔中心线与沉头孔平面的交点到左端面 A 的尺寸 。 m435.09由于左端面 A 是主要定位基准，那么定位基准与工序基准重合 ；0jb由于定位副制造误差引起的定位误差是受两定位销影响的；在左端面 A 平面方向移动的定位误差由 38 圆柱销确定，由于圆柱销与 38 孔为过盈配合，所以 。绕端面 A 的垂直线旋转 01jw方向的定位误差由 9 菱形销确定，
29、9 孔的尺寸为 ，菱 m180.9形销为 mm，那么 。由上述得12.039jw382，由三角函数关系换算成mjwjjw31.0.21尺寸方向得 。那么m45.0jw7.，该方案的定位误差小于该工序尺jwjbdw7.寸制造公差 087mm 的 1/3 （ ） ，该定位方案可行。m29.038.4、 对刀装置如装配图所示，由专用夹具的定位与夹紧， 11 变为竖直孔，只要让钻头竖直进给加工就可以了。由于零件是斜着安装到夹具上的，为了方便装卸工件，把钻模板设计成铰链翻开式的。已知生产类型为中大批量生产，而且钻好 11 孔后好要进行扩孔与攻丝，就需要更换刀具，所以选用快换钻套比较合适。5、 夹具体28
30、工件的定位是由夹具体的斜面和两个可换定位销连接起来的。然后通过双翼套筒卡在夹具体的契形口里实现夹紧。通过钻模板连接套筒和夹具体，实现对刀。这样该夹具便有机连接起来，实现了定位、夹紧、对刀等功能。6、 结构特点该夹具结构简单，操作方便。夹紧是通过双翼套筒的契形自锁实现的，而钻模板用铰链翻开式，解决了空间问题，使工件装卸变得方便。本夹具更换钻套后，又可以进行 16 扩孔和 M18X1.5mm 攻丝的工位。六、 设计小结这是我大学期间，在学完全部课程和生产实习之后的又一次实践性学习。经过了 3 个星期努力，我终于完成了任务。在这次毕业设计中，使我懂得了运用学过的知识，把理论融入到实践中。以前在课本中
31、不明白的很多问题，也得到了彻底的解决。这次毕业设计主要是根据要求设计工艺和某道工序的专用夹具。设计工艺与设计夹具，我都是第一次实践，经过老师的指导，我都顺利完成了。在毕业设计中，我懂得了解决问题并不是只有一种方法的道理，要实事求是，要以花钱少办好事为原则，这样才能成为一名优秀的29设计人员。在此，感谢学校和各位老师给了我这个难得的学习机会，我将会更努力地完成我的学业，为校争光！2008 年 12 月 18 日七、 参考文献机械制造技术基础毕业设计指南 主编：宗凯 化学工业出版社机械制造工艺学 主编：陈明 机械工业出版社机械制造技术基础毕业设计指导教程 主编：邹青 机械工业出版社机械设计毕业设计手册 主编：吴宗泽、罗圣国 高等教育出版社
