機械制造工藝學課程設計CA6140車床法蘭盤工藝流程設計及鉆孔夾具設計

1、機 械 制 造 工 藝 學課 程 設 計 說 明 書設計題目 設計ca6140法蘭盤的機械加工工藝規(guī)程及鉆49夾具設計（年產量5000件）設 計 者指導教師x x x x大 學2007 年 6 月 26 日xxxx大學機械制造工藝學課程設計任務書題目:設計ca6140法蘭盤的機械加工工藝規(guī)程及鉆49夾具設計（零件年產量5000件）內容:1.零件圖 1 張 2.毛坯圖 1 張 3.機械加工工藝過程卡片 3 張 4.機械加工工序卡片 17 張 5.工序附圖 8 張 6.夾具零件圖 1 張 7.夾具裝配圖 1 張 8.課程設計說明書 1 份 專業(yè)年級 學 生 指導教師 2007 年 6 月序言機械制

2、造工藝學課程設計是在我們學完了機械制造工藝學機械設計基礎機械制造基礎等專業(yè)基礎課之后進行的。這是一次很好的理論聯(lián)系實際的機會，也將為我們明年的畢業(yè)設計打下堅實的基礎，因此，我認為這門課在我們的大學生涯中具有舉足輕重的地位。對我個人來講，我將會抓住這樣一次難得的機會，繼續(xù)鞏固我們已經學過的機械制造工藝學等課程；不斷提高自己的發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題的能力；為明年的畢業(yè)設計及今后的工作打下良好的基礎。由于能力水平有限，在設計中尚有許多不足之處，懇請老師給予指教。 一、零件的分析（一）零件的功用題目所給的是ca6140車床法蘭盤零件，該零件位于車床主軸與三爪卡盤之間，用于傳遞轉矩，連接車床和三爪

3、卡盤，為車削提供傳遞動力。（二）零件的結構該零件是由型材鑄件經過多種加工得到的；由四個螺孔結合螺釘來達到連接的目的；利用凹槽使得連接更加牢靠；對各棱角進行倒角處理使得接觸更加容易；進行拋光、無光鍍鉻使得零件接觸處達到粗糙度要求、外觀更加精美。 （三）零件的工作環(huán)境法蘭盤是車床的必備零件，在高溫中、高轉速下工作，一般轉速在600r/min2000r/min之間；因與車床主軸直接連接，所以法蘭盤的溫度較高，一般溫度為180攝氏度；因轉速較高，故該零件還承受較大的離心力導致該零件自身承受的應力很大，所受最大應力400mpa。為了保證法蘭盤能在高轉速下保證平衡，零件各表面的相互位置精度要求較高，該盤的

4、所有表面都要仔細加工，均進行了粗加工、半精加工、精加工等加工過程，在進行加工時不能有任何的劃傷和截然的轉接部分，以避免應力集中。相比而言，盤的直徑比厚度大得多，為使盤具有較高的強度，需要將左右兩個外圓的做成等強度。因此，它的兩側通常是由型面組成。由于對車床精度的要求越來越高，法蘭盤的厚度越來越薄，加上直徑較大，中央有通孔，臺階孔，四周有四個小孔，所以加工這樣的零件有一定的難度。（四）零件的工藝分析由附圖可知，其材料為ht200。該材料具有較高的強度、耐磨性、耐熱性及減振性，適應于承受較大應力、要求耐磨的零件。該零件主要加工b、c、d、f等幾個面以及六個孔，需要有較高的平行及垂直精度，為此，最好

5、能夠同時加工出更多的面和孔。在強度設計上采用了較低的安全系數，在選擇材料上也提出了較高的要求，工藝路線安排上、制造方法及裝夾、探傷和檢驗都提出了較高的要求，因而盤的使用壽命得到了提高，多采用專用夾具，因而效率較高，設計基準與工序基準重合，因而精度較高。根據相關面和孔加工的經濟精度及車床能夠達到的位置精度可知，上述技術要求是可以達到的，零件的結構工藝性也是可行的。 二工藝規(guī)程的設計（一）確定毛坯的制造形式在選擇毛坯的時候，考慮到車床在運行中車床進行中有正轉、反轉、啟動及停止等多種動作，零件在工作過程中則經常承受交變載荷及沖擊性載荷；由于法蘭盤的年產量為5000件，已達到大批量生產的水平，輪廓尺寸

6、不大，綜合考慮應次應該選擇鑄件，以保證零件工作可靠，最終確定毛坯材料為ht200。毛坯的鑄造方法是采用的金屬型鑄造，由于中間的通孔需要鑄出，應該安放型心。（二）基準的選擇加工法蘭盤一般以前后兩個端面作為軸向定位基準，以外圓作為徑向定位基準，因為盤類零件的尺寸較大，精度要求較高，即使使用專用夾具也難以保證相互位置精度要求，故常采用找正的方法來定位。因為法蘭盤的位置精度要求較高，而且不能在一次安裝中完全加工各個需要加工的表面，所以在整個工藝過程中需要變換定位基準，這樣將影響加工精度，采用互為基準加工精度要求極高的表面，例如，在該零件的加工45的外圓中的前后兩個外圓柱面分別與前后兩個端面靠在一起，通

7、過一次安裝加工完成，兩個外圓柱面的同軸度用同一基準內孔定位來保證；兩個端面的平行度用互為基準的方法來保證。角向定位基準因導向結構的不同而不同，當盤上有沿圓均勻分布的孔時，可用這些孔作為角向定位基準，又由于該零件有一個通孔，可以直接使用該孔作為軸向定位基準，可以保證法蘭盤在高速定位傳遞扭矩可靠，既要保證二者配合的不會因為離心作用而產生間隙，又要補償因為制造和裝配的定位誤差。（三）制定工藝路線工藝過程的制定關系到零件的加工質量。由于零件的工作條件、結構形式、尺寸精度各不相同，因而工藝過程的制定也就有所不同。由于生產批量為大批量，故采用組合機床并配以專用家具，并盡量使用工序集中來提高生產率。如前所述

8、，法蘭盤屬于叫薄的零件，因而在加工過程中主要應考慮如何防止加工中的變形問題。（1） 加工階段的劃分法蘭盤的加工一般分為粗加工、半精加工、精加工、光整加工等四個加工階段。第一階段粗加工的主要目的是盡快去掉鑄件上的大部分余量；第二階段的半精加工則是為了去掉由于粗加工造成的表面缺陷以及由于鑄造和粗加工產生的內應力所引起的零件變形；通過第三階段的精加工應得到零件圖紙規(guī)定的尺寸要求；最后通過光整加工和處理達到表面粗糙度和質量的要求。（2） 工序的集中和分散原則的選擇當加工盤類零件時，常采用工序集中的原則。這是因為工件重而大，搬運不容易，定位經常需要找正。采用工序集中可以減少定位次數，提高工作的加工精度，

9、尤其是各表面間的相互位置精度，可以減輕工人的勞動強度，節(jié)省輔助時間，降低生產成本；但是工序集中要求工人的技術程度很高，尤其是重要工序，所以應當適當的分散。（3） 輔助時間的安排在該零件的機械加工過程中，中間檢驗、洗滌、去毛刺、刻字、最終檢驗以及入庫等工序的安排都是在一個加工階段或在一個重要工序之后。其中特種檢驗工序如超聲波探傷一般應在粗加工或半精加工之后進行，熒光檢驗等最終監(jiān)獄安排在精加工之后進行（4）工藝路線方案一：工序一 在普通外圓車床上粗車各端面及各個外圓工序二 在銑床上銑上下兩個平面c、d，精銑上平面d工序三 精車各個表面工序四 在鉆床上鉆出四個孔9，臺階孔工序五 進行精鉸四個小孔，臺

10、階孔工序六 100的左端面刻字工序七 鉗工去毛刺，進行最終處理工序八 入庫（5）工藝路線方案二：工序一 鑄造處理、淬火工序二粗車100、左邊45、90外圓，粗車各端面，粗車90的倒角，100的倒角，鉆18的孔工序三粗車右45的外圓，粗車32的槽，粗車r5的圓角 擴、鉸20的孔工序四半精車左端100，左右端45的外圓以及各端面，32的槽，r5的圓角工序五檢驗（利用超聲波進行探傷）工序六粗銑c工序七粗、精銑d面工序八鉆四個9的小孔工序九鉆、鉸左面f面上的臺階孔工序十鉗工去毛刺工序十粗磨外圓至100.1、90.1、45.1，精磨外圓至100、90、45工序十一對b面進行拋光工序十二 100的左端面刻

11、字工序十三100的外圓無光渡鉻工序十四 熒光檢驗等工序十五 入庫比較兩種工藝路線方案，可知，兩種加工方案均能夠加工出法蘭盤，但第二種工藝路線方案中效率較高，而且位置精度較易保證。工序安排使時間較為合理，設計基準和工藝基準重合，能夠較好的保證零件加工的表面質量和粗糙度。（四）機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定“ca6140車床法蘭盤”；零件材料為ht200，淬火處理，硬度約200hb，毛坯重量1.4kg，生產類型為大批量，金屬型鑄造毛坯。據以上原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：（1）外圓表面延軸線方向長度方向的加工余量及公差（100、90、45的各

12、個端面）。查機械制造工藝設計簡明手冊（備注：以下稱工藝手冊），取100，90，45的端面長度余量均為2.0mm（均為雙邊加工）（2）磨削加工余量為：粗磨余量 0.5mm，精磨余量0.1mm（3）20內孔，查工藝手冊，取20已鑄成孔長度余量為2.0mm，即鑄成孔半徑為11mm。工序尺寸加工余量：鉆孔 2mm、擴孔 0.125mm鉸孔 0.035mm（4）其他尺寸直接鑄造到位由于本設計規(guī)定的零件為大批量生產，應該采用調整加工。因此在計算最大、最小加工余量時應按調整法加工方式予以確認。（五）確定切削用量及基本工時工序二 以45外圓為粗基準，粗車100、左邊45、90的外圓，粗車各端面，粗車90的倒角

13、，100的倒角，鉆18的孔加工條件：工件材料：ht200,b =0.16gpa hb=200左右,金屬型鑄造。加工要求：粗車100、左邊45、90的外圓，粗車各端面，粗車90的倒角，100的倒角，鉆18的孔機床：ca6140普通外圓車床，z525鉆床刀具：w18cr4v硬質合金鋼車外圓車刀、端面車刀、麻花鉆,車削寬度ae40,深度ap8,刀具o25、o8、s=10、kr=60、kr=30,、kr=5。被吃刀量：因為切削量較小，故可以選擇ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需長度。1） 機床功率為6.5kw2） 查切削手冊f=0.440.84mm,選較小量f=0.44 mm左右3） 計算切削速度

14、按切削手冊，v c= 可得vc88mm/s，n=440r/min,vf=490mm/s。據ca6140車床以及z525鉆床參數，選擇nc=500r/min,vfc=500mm/s,則實際切削速度v c=300.8m/min實際進給量為f zc=v fc/ncz=500/(10010)=0.5mm查后刀面最大磨損及使用壽命,壽命t=180min4） 最終確定 ap=1.5mm，nc=500r/min,vfc=500mm/s，v c=300m/minf z=0.5mm5） 計算基本工時tml/ vfe/ap=0.19min工序三 粗車右45外圓、32的槽、r5的圓角，擴、鉸20孔 1. 加工條件工

15、件材料：ht200,b =0.16gpa hb=190241,鑄造加工要求：粗車右45外圓、32的槽、r5的圓角，擴、鉸20孔機床： ca6140普通外圓車床，z525鉆床刀具： w18cr4v硬質合金鋼端車刀，高速剛麻花鉆。車削寬度ae=60,深度appcc。故校驗合格。最終確定 ap=1.2mm，nc=500r/min,vfc=500mm/s，v c=69.1m/min，f =0.10mm/r6）計算基本工時tml/ vf=0.12min其余工序分析如上，所得數據均已填入相應的工序卡中。三 專用夾具設計為了提高勞動生產效率，保證加工質量，降低勞動強度和生產成本通常需要設計專用夾具，我設計的

16、是該道工序的專用夾具設計鉆四個小孔的鉆床夾具。本夾具將用于z525鉆床，刀具為高速鋼麻花鉆，分別對工件四周進行加工，以加工出四個孔。工件裝夾方案的確定工件裝夾方案的確定，首先應考慮滿足加工要求。端面d面與一個臺階孔、中心孔均有位置精度要求，可以通過其中的任意一個進行定位來保證。 在加工過程中，應該對工件的6個自由度都進行限制，在該設計中，通過導柱與中心孔20 0+0.045進行配合，下端面與夾具表面壓緊來限制5個自由度，通過兩個菱形銷來限制工件繞z軸轉動的自由度，這樣，達到工件的完全定位，之所以采用菱形銷而不用圓柱銷是為了避免過定位。工件定位方案的確定除了考慮加工要求外，還應結合定位元件的結構

17、及加緊方案實現(xiàn)的可能性而予以最后確定?？紤]到工件為大批生產，為提高生產效率，減輕工人勞動強度，宜采用盡可能簡單的加緊裝置，該設計中采用一個套筒、一根心軸、一個銷與一塊壓板作為壓緊裝置，只需是套筒和軸配合好即可以完成整個加工工序。在加工完成后，只需松一下菱形銷，就可以取出工件，較為簡便。由于該夾緊裝置主要是壓緊工件，限制z方向的自由度，而本工序采用的是z525鉆床作用在z方向的切削力很小，因而不需要很大的加緊力。定位基準的選擇由零件圖可知，四個孔與臺階梯孔、中心孔20 0+0.045都有一定的位置精度要求，應以這兩孔的中心線所確定平面為定位基準，限制三個自由度。為保證工件位置精度加工時的穩(wěn)定性，

18、又考慮到夾具的盡可能簡化，選用孔20 0+0.045、臺階孔中心為第一和第二定位基準，通過心軸和菱形銷（見夾具裝配圖）實現(xiàn)定位。定位誤差分析定位元件尺寸及公差的確定夾具的主要定位元件為心軸和菱形銷，心軸的尺寸與公差現(xiàn)規(guī)定為本零件在工作時與其相配孔相同，即20 0+0.045。切削力及加緊力計算刀具：高速鋼麻花鉆，直徑d=8mm， f=cfapxffzyaeuf/（do uf）水平分力：fh=1.1f=1.12893=3182.3（n）垂直分力：fv=0.3f=0.32893=867.9（n）在計算切削力時，必須把安全系數考慮在內。安全系數k=k1k2k3k4其中，k1為基本安全系數1.5； k

19、2為加工性質系數1.1；k3為刀具鈍化系數1.1； k4為斷續(xù)切削系數1.1；所以，切削力f實kfh=1.5*1.1*1.1*1.1*2833=5656（n）其它元件的選擇與設計夾具的設計除了考慮工件的定位和加緊之外，還要考慮夾具如何在機床上定位，以及加工中的輔助裝置等。在本工序中，四個小孔互成90，為了避免多次裝夾造成的定位誤差，也為了提高勞動生產率，降低勞動強度，將采用一次性加工四個孔對于夾具來說，設計中的一個重要方面就是要考慮如何將夾具與機床工作臺進行連接和固定，設計的關鍵就是既要保證連接的可靠性又要考慮到裝、卸的方便。在使用本夾具時,按照以下步驟進行:將銑床工作臺中的心柱分別移入夾具底