CA6140车床法兰盘831004工艺规程及夹具设计【钻孔4-Φ9】说明书资料

西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 II 本科毕业设计论文 题 目 CA6140 车床法兰盘的工艺规程和夹具设计 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 指导教师 毕业时间 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 III 摘 要 本次毕业设计的 题目 是 CA6140 车床法兰盘的工艺规程和夹具设 计 ，主要内容如下： 首先，对零件进行分析，主要是零件作用的分析和工艺 性 分析，通过零件分析可以了解零件的基本情况，而工艺分析可以知道零件的加工表面和加工要求。根据零件图提出的加工要求，确定毛坯的制造形式和尺寸。 其次 ，进行基面的选择，确定加工过程中的粗基准和精基准。根据选好的基准，制订工艺路线，通常制订两种以上的工艺路线，通过工艺方案的比较与分析，再选择可以使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证的一种 较佳 工 序路线 。 然后 ，根据已经选定的工序路线，确定每一步的切削用量及基本工时，并选择合适的机床和刀具 和量具。 最后，设计钻法兰盘 4-9 孔的 钻床 夹具。设计钻床夹具，首先要仔细分析被 加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案；在满足加工精度的条件下，合理的进行安装、定位、夹紧；在完成夹具草图后，进一步考虑零件间的连接关系和螺钉、螺母、定位销等的固定方式，设计合理的结构实现各零部件间的相对运动；根据各零件的使用要求，选择相应的材料。 完成钻床夹具的所有设计后，用 AutoCAD 进行二维图形的绘制，首先画装配图，然后从装配图上拆画零件图，标注相关尺寸及技术要求；再用 CATIA 画出三维模型图，最后进行论文的撰写、整 理、修改完成该毕业设计。 关键词 ： 机械 ， 法兰盘 ， 加工工艺 ， 夹具设计 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 III 需要 CAD 图纸，扣扣 414951605 ABSTRACT The subject of this graduation project is that CA6140 lathe ring flange processing technology rules and special-purpose jig of a certain process are designed, the main content is as follows: First of all, analyse , it is mainly analysis of the function of the part and craft analysis to the part , through part analyse can find out about basic situation of part, and craft analyse may know the processing surface of the part and is it require to process. The processing demand put forward according to the part picture, confirm the manufacture form. of the blank and sureness of the size. The second step, carry on the choice the base , confirm thick datum and precise datum in the processing course. According to the datum chosen , make the craft route , usually make the craft route of more than two kinds, with analysing through the comparison of the craft scheme, and then choosing be able to make such specification requirements as the precision of geometry form. size of the part and precision of position ,etc. get a kind of process of the rational assurance s. The third step, according to the already selected process route, confirm for every steps of cutting consumption and basic man-hour , choose suitable lathe and cutter. To rough machining , will check the power of the lathe . Finally , design the jig getting into the hole of the ring flange. Designed drilling fixture, the first careful analysis is the technical requirements for processing components, fixture design using the basic principles and methods.Prepared the fixture design scheme ；Meet the conditions of precision ,then reasonable installation, positioning, clamping；After the completion of draft fixture, and further consider the connection relation between parts and screws, nuts, pins and other fixed means,designing the reasonable structure to achieve relative motion between the various components；Requirements of the various components, select the appropriate materials. Completion of all drilling fixture design, using the AutoCAD drawing two-dimensional graphics,first draw assembly drawing, and then removed from the part drawing on the painting Parts,marking the related to size and technical requirements,finally, write a thesis, organize, edit, complete the graduation project. KEY WORDS： machine, flange, process the craft, the tongs design 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 V 目 录 第 1 章 绪 论 . 7 第 2 章 零件的结构工艺性分析 . 8 2.1 零件的作用 . 8 2.2 零件的工艺性分析 . 8 第 3 章 工艺规程设计 . 10 3.1 确定毛坯的制造形式 . 10 3.2 基准的选择 . 10 3.2.1 粗基准的选择 . 10 3.2.2 精基准的选择 . 11 3.3 工艺路线的拟定 . 11 3.3.1 选择加工方法 . 11 3.3.2 划分加工阶段 . 12 3.3.3 安排加工顺序 . 12 3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 14 3.5 确定切削用量及基本工时 . 18 第 4 章 夹具设计与分析 . 24 4.1 问题的提出 . 24 4.2 夹具设计 . 24 4.2.1 夹具结构和类型的选取 . 24 4.2.2 夹具定位元件的选择 . 26 4.2.3 钻套的设计 . 27 4.2.4 钻模板设计 . 28 4.2.5 夹具体（底座）的设计 . 29 4.2.6 其他装置 . 30 4.2.7 夹紧装置的设计计算 . 31 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 VI 4.2.8 切削力计算 . 33 4.2.9 机床夹具精度校核 . 34 4.2.10 绘制夹具总图 . 37 4.2.11 拆分夹具零件图 . 37 第 5 章 全文总结 . 39 参考文献 . 40 致 谢 . 41 毕业设计小结 . 42 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 7 第 1 章 绪论 法兰盘 类零件 是 在一个类似盘状的金属体的周边开上几个固定用的孔用于连接其它东西， 此类零件 在机械行业拥有非常重要的地位，其加工质量和精度直接影响一台机器的运作。 因此，进行 法兰盘 类零件加工工艺 的 研究，对于整个机械行业而言，有 着举足轻重的地位 。 在 提高工件加工质量的基础上同时提高生产效率是 大部分机械零件 工艺设计的准则， 法兰盘类零件也是如此。 一个合格的零件工艺规程，应该首先要求保证零件设计的尺寸和精度，其次要尽量合理地运用现有的工作条件，尽量减少辅助时间，提高生产效率。夹具的设计需要注意其精度对 被 加工工件精度的影响，务必确保使用夹具能够保证设计精度。本设计 均 以上述各原则为基准进行。 由于 专业知识有 限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师 、 同学 给予指 出 。 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 8 第 2 章 零件的结构工艺性分析 2.1 零件的作用 CA6140 卧式车床上的法兰盘，为盘类零件，用于卧式车床上。车床的变速箱固定在主轴箱上，靠法兰盘定心。法兰盘内孔与主轴的中间轴承外圆相配，外圆与变速箱体孔相配，以保证主轴三个轴承孔同心，使齿轮正确啮合。主要作用是标明刻度，实现纵向进给。 2.2 零件的工艺性分析 法兰盘是一回转体零件 ， 有一组加工表面 ， 这一组加工表面以 20 045.00 mm的孔为中心 ， 包括： 12.034.0100 mm的外圆柱面及左 右 端面 ， 尺寸为 0 017.045 mm 的圆柱面 ， 90mm 的外圆柱面、 左 右端面及上面的 4个 9mm 的透孔， 0 6.045 mm的外圆柱面及上面的 6mm 4mm 的孔 ， 90mm 端面上距离中心线分别为 34mm和 24mm 的两个平面。 图 2-1 CA6140 车床法兰盘模型图 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 9 零件各表面之间位置精度要求主要是： (1) 100mm 左端面与 20mm 孔中心轴的跳动度为 0.03 ； (2) 90mm 右端面与 20mm 孔中心轴线的跳动度为0.03 ； (3) 450 017.0 mm 的外圆与 20mm孔中心轴线的圆跳动公差为 0.03 。 经过以上对加工表面的分析，我们可先选定粗基准，加工出精基准所在的加工表面，然后借助专用夹具对其他加工表面进行加工， 以此 保证它们的位置精度。 图 2-2 CA6140 车床法兰 盘零件图 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 10 第 3 章 工艺规程设计 3.1 确定毛坯的制造形式 零件材料为 HT200，由于该零件 主要承受静压力 ， 因此选用铸件。 并且生产批量给定为 中批生产，零件轮廓尺寸不大 ， 毛坯 结构 比较简单， 因此毛坯形状可以与零件的形状尽量 接近， 故采用金属模铸造 ， 内孔不铸出 ， 单件浇注 。 金属模浇铸有生产率高 ， 单边余量小，结构细密等优点。 这从提高生产率，保证加工精度 方面 考虑也是应该的。 3.2 基准的选择 基 准 选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择 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，更有甚着，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 因此，定位基面的选择应该在保证加工精度的前提下使定位简单准确，加紧可靠，加工方便，夹具结构简单。 3.2.1 粗基准的选择 选择粗基准主要是选择第一道机械加工工 序的定位基准，以便为后续的工序提供精基准。选择粗基准的出发点是：一要考虑如何分配各加工表面的余量：二要考虑怎样保证不加工面与加工面间的尺寸及相互位置要求。这两个要求常常是不能兼顾的，但对于一般的 回转 类零件来说，以外圆作为粗基准是完全合理的。对本零件而言，由于每个表面都要求加工，为保证各表面都有足够的余量，应选择 加工余量最小的面为粗基准（这就是粗基准选择原则里的余量足够原则）现选取 45 外圆柱面和端面作为粗基准。在车床上用带有子口的三爪卡盘夹住工件，消除工件的六个自由度，达到完全定位。 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 11 3.2.2 精基准的选择 精基准的选择主要考虑基准重合与统一基准原则。 主要 以 20mm 内 孔 和100mm 外圆左端面 为精基准。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算 。 3.3 工艺路线的拟定 工艺方案的拟定原则是：“优质、高产、低耗”。 3.3.1 选择加工方法 选择加工方法，要首先考虑主要表面的加工方法，后考虑次要表面的。要先决定最终加工方法，再决定前面一系列加工方法。根据对被加工零件加工表面的精度和粗糙度要求，零件的结构和被加工表面的形状、大小等具体条件，选取最经济合理的加工方案。 查现代制造工艺基础 1表 1.2、表 1.3、表 1.4，选择各表面加工方法如下： 表 面 零件表面粗糙度 加 工 方 法 0 017.045 外圆表面 Ra=0.8 毛坯 粗车 半精车 精车 12.034.0100 外圆表面 Ra=1.6 毛坯 粗车 半精车 精车 刻字划线镀铬 90 外圆表面 Ra=6.4 毛坯 粗车 半精车 精车 0 6.045 外圆表面 Ra=0.4 毛 坯粗车半精车粗磨精磨抛光 12.0 34.0100 右端面 Ra=0.4 毛坯粗车半精车粗磨精磨抛光 90 左端面 Ra=0.4 毛坯粗车半精车粗磨精磨抛光 12.0 34.0100 左端面 Ra=1.6 毛坯 粗车 半精车 精车 90 右端面 Ra=1.6 毛坯 粗车 半精车 精车 表 3-1 各表面所需加工方法 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 12 3.3.2 划分加工阶段 工艺路线一般可划分为 以下几 个阶段： a) 粗加工阶段 ： 主要任务是去除各表面 较大量的加工 余量， 获得较高生产率 。 b) 半精加工阶段 ： 为 主要表面的精加工作 准备。 c) 精加工阶段： 保证各主要表面达到图纸规定的质量要求 。 d) 光整加工阶段：主要针对精度很高、表面粗糙度值很小，或零件图纸有特殊要求的情况。 考虑 到既能 使零件的技术要求 得以 保证， 又要 使工序集中来提高生产率， 将加工过程大致划分为 “ 毛坯 粗加工 半精加工 精加工 ” 几个阶段 。 3.3.3 安排加工顺序 遵循 “ 先粗后精 、 先主后次 、 先基面后其他 ” 的原则，结合已经选择的加工方法和划分的加工阶段，拟定出两套工艺路线方案，并经过分析比较从中选出较佳方案。 （ 1） 工艺路线方案 一 工序 5 铸造毛坯 工序 10 粗车 100mm柱体左右端面及外圆 工序 15 粗车 45， 90 的外圆， 45、 90 右 端面， 90 的倒角 工序 20 钻、扩、粗铰、精铰 20mm孔 ， 车孔左端的倒角 工序 25 半精车 90 外圆及 右 端面，车槽 3 2， R5 的圆角 工序 30 半精车 100 左右端面及外圆，精车 100 的左端面 工序 35 粗铣 90 的左端面；粗铣、精铣 90 柱体右侧面 工序 40 钻 4 9 孔 工序 45 钻 4 孔，铰 6 孔 工序 50 磨削 100 的右端面， 90 外圆及左右端面， 45 外圆 0 017.045 右端 面 Ra=6.3 毛坯 粗车 半精车 0.0450 20 内孔 Ra=1.6 毛坯钻扩粗铰精铰 距中心 34mm 表面 Ra=3.2 毛坯粗铣精铣 距中心 24mm 表面 Ra=0.4 毛坯粗铣精铣磨 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 13 工 序 55 磨削 100 与 90 外圆面 工序 60 B 面抛光 工序 65 划线、刻字 工序 70 去毛刺 工序 75 100 外圆柱面镀铬 镀铬 工序 80 终捡 （ 2） 工艺路线方案 二 工序 5 铸造毛坯 工序 10 粗车 100 左 端面 及 外圆 柱面， 粗车 B面 ， 粗车 90 外圆 柱面， 钻 20 孔 ， 扩 20 孔，粗铰 20 孔， 精铰 20孔 工序 15 粗车 45 右端面 ， 粗车 90 外圆柱面 ， 粗车 45 外圆 端面 工序 20 半精车 100端面 ， 半精车 100外圆柱面 ， 半 精车 B 面 ， 半精车 90 外面柱面 工序 25 半精车 45 端面 ， 半精车 45 外圆柱面 ， 半精车 90右 端面 工序 30 精车 100 右 端面 ， 精车 100 外圆柱面 ， 精车 90外圆柱面 工序 35 精车 45 外圆柱面 ， 精车 90 右 端面 ， 车 20 右 侧 倒角 ， 车 3x2 退刀槽 工序 40 粗铣距中心 34和 24 的平面 ， 精 铣距中心 34和 24 的平面 工序 45 钻 4x 9孔 工序 50 钻 4孔 ， 扩 6孔 工序 55 粗 磨 B面 ， 精磨 B面 工序 60 磨距 中心 24 平面 工序 65 100 柱 面左侧 倒角 ， 车 45过渡圆弧 R5， 90 柱 面右侧 倒角 ， 20 右侧 倒角 工序 70 B面抛光 工序 75 划线、刻字 工序 80 去毛刺 工序 85 100 外圆柱面镀铬 镀铬 工序 90 终捡 （ 3） 工艺方案的比较与分析 上述两种工艺方案的特点在于：方案二考虑以 20 孔为精加工基准，而方案一则是从右端面开始加工到左端面，然后再钻 20 孔，这时则很难保证其圆跳动等精度 要求 。因此选择方案二作为加工工艺路线比较合理。 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 14 3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “法兰盘”零件材料为 HT200，硬度 190HBS，毛坯重量约为 2.8KG，生产类型为中批生产， 采用铸造毛坯。 根据上述原始资料及加工工艺， 参照机械加工工艺手册 2， 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： （单位 mm） 1) 0017.045外圆表面 工序名称 工序余量 工序基本尺寸 工序尺寸的公差 工序尺寸及偏差 精车 0.6 45 0.017 0 017.045 半精车 1.4 45.6 0.039 0 039.06.45 粗车 2 47 0.3 2.01.047 毛坯 4 49 1.0 5.05.049 2) 12.034.0100外圆表面 工序名称 工序余量 工序基本尺寸 工序尺寸的公差 工序尺寸及偏差 精车 0.5 100 0.24 12.034.0100 半精车 1.5 100 5 0.30 0 30.05.100 粗车 2.5 102 0.6 30.030.0102 毛坯 4.5 104.5 1.6 8.0 8.05.104 3) B面 0 6.045 外圆表面 工序名称 工序余量 工序基本尺寸 工序尺寸的公差 工序尺寸及公差 磨 0.6 45 0.6 0 6.045 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 15 半精车 1.4 45.6 0.7 3.04.06.45 粗车 2 47 1.0 5.05.047 毛坯 4 49 2.0 0.10.149 4) B面中两个端面 工序名称 工序余量 精磨 0.1 粗磨 0.8 半精车 1 粗车 1.6 毛坯 3.5 5) 20 045.00孔 工序名称 工序余量 工序基本尺寸 工序尺寸的公差 工序尺寸及公差 精铰 0.1 20 0.045 20 045.00 铰孔 0.2 19.9 0.084 19.9 063.0021.0 扩孔 1.7 19.7 0.1 19.7 1.00 钻孔 18 18 +0.6 18 6.00 毛坯 20 0 6) 90 外圆 工序名称 工序余量 工序基本尺寸 工序尺寸的公差 工序尺寸及公差 精车 0.5 90 0.6 0 6.090 半精车 1.5 90.5 0.7 3.04.05.90 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 16 粗车 2.5 92 1.0 5.05.092 毛坯 4.5 94.5 2.0 0.10.15.94 7) 0017.045的右端面 a. 按照工艺手册表 6-28，铸件重量为 2.8kg， 0017.045端面的单边加工余量为 2.0 3.0，取 Z=3.0mm，铸件的公差按照表 6-28，材质系数取 1M ，复杂系数取 2S ，则铸件的偏差为 7.08.0 ； b. 精车余量：单边为 0.2mm（见实用机械加工工艺手册 6中表 3.2-2），精车公差既为零件公差 0.017mm； c. 半精车余量：单边为 0.8mm（见实用机械加工工艺手册中表 11-27）本工序的加工公差为 0.1mm； d. 粗车余量：粗车的公差余量（单边）为 Z=3.0-0.2-0.8=2mm； 粗车公差：现在规定本工步（粗车）的加工精度为 IT11 级，因此，可以知道本工序的加工公差为 0.16mm，由于毛坯及以后各道工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实就是含义上的加工余量，实际上，加工余量有最大的加工余量及最小加工余量之分； 0 017.045 右端面的尺寸加工余量和工序间余量及公差 分布图见下图： 图 3-1 加工余量和工序尺寸公差示意图 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 17 工序名称 工序余量 工序基本尺寸 工序尺寸的公差 工序尺寸及公差 精车 0.2 94 0.6 0 6.094 半精车 0.8 94.2 0.7 3.0 4.02.94 粗车 2 95 1.0 5.05.095 毛坯 3 97 2.0 0.10.197 8) 12.034.0100左端面 工序名称 工序余量 工序基本尺寸 工序尺寸的公差 工序尺寸及公差 精 车 0.2 91 0.6 0 6.091 半精车 0.8 91.2 0.7 3.04.02.91 粗车 2.5 92 1.0 5.05.092 毛坯 3.5 94.5 0.6 0 6.05.94 9) 90 右端面 工序名称 工序余量 精车 0.1 半精车 0.4 粗车 1.5 毛坯 2 10) 90 圆柱面上 距 045.0020 孔 中心线 34mm 的平面 工序名称 工序余量 半精铣 0.7 粗铣 10.3 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 18 毛坯 11 11) 90 圆柱面上 距 045.0020孔 中心线 24mm 的平面 工序名称 工序余量 精磨 0.05 精铣 0.15 半精铣 0 7 粗铣 20.1 毛坯 21 根据以上数据结果，绘制出毛坯图（图 3-2）： 3.5 确定切削用量及基本工时 确定工序 10 ：粗车 100 端面及外圆柱面，粗车 B 面 ,钻、扩、铰 20 的中心孔的切削用量及基本工 时 : 3.5.1 加工条件 工件材料： HT200 220MPab 图 3-2 毛坯图 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 19 机床： CA6140 卧式车床 刀具：采用刀片材料为 YT15，刀杆尺寸 16x25mm2 , 90=K, 150 , 12=0 , 0.5mm 3.5.2 计算切削用量 (1) 粗车 100mm端面 a) 已知毛坯长度方向的加工余量为 3+0.8-0.7mm,考虑的模铸拔模斜度， 4mmpa b) 进给量 f 根据实用机械加工工艺手册中表 2.4-3,当刀杆尺寸为 2mm 2516 ， 5mm3pa ,以及工件直径为 100 时， f =0.71.0mm/r 按 CA6140 车床说明书（见切削手册）取 f =0.9mm/r c) 计算切削速度，按切削手册 7表 1.27,切削速度的计算公式为 (寿命T=60min) ( m / m i n)vyxpm vc kfaTCvvv (3-1) 其中： 342vC, 15.0vx, 35.0vy， 0.2m 。修正系数 vk 见切削手册表 1.28,即 44.1Mvk , 8.0svk , 04.1kvk , 81.0krvk , 97.0Bvk 。 所以 n)158 . 6( m / m i0. 971. 04x 0. 81xx1. 44x 0. 8 x5.0460 342 35.015.02.0 vxxv c d) 确定机的主轴转速 r / m in504 x1 0 0 6.1581 0 0 0d1 0 0 0ns W cv 按机床说明书 (见工艺手册表 4.2-8),与 504r/min 相近的机床转速为480r/min 及 600r/min。现选取 480r/minwn 。所以实际切削速度 110r/minv 。 切削工时，按工艺手册表 6.2-1。 mm402 20100 L , mm21 l ， 02l ， 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 20 ( m in )09.00 . 9480 240fnlw321 lllt m (2) 粗车 100mm 外圆柱面，同时应检验机床功率及进给机构强度 a) 切削深度，单边余量 Z=2mm,分二次切除。 b) 进给量， 根据机械加工工艺手册取 f=0.9mm/r c) 计算切削速度 m / m i n1 3 2vyxpm vc kfaTCvvv d) 确定机床主轴转速 m in/4 2 0 x1 0 0 1 3 21 0 0 0d1 0 0 0 W rvns c 按机床说明书 (见工艺手册表 4.2-8)与 420r/min 相近的机床转速为480r/min。现选取 480r/min 所以实际切削速度 m in/1501 0 00 4801001 0 00 mdnv sc e) 检验机床功率 主切削力 FC按切削手册表 1.29 所示公式计算 ccFcFcFc FncyxpF kvfaCF c (3-2) 其中 2985cFC， 0.1cFx， 65.0cFy， 15.0cFn，63.0)650600()650( 65.0 Mpnb kF 61.0krk )(4.1 1 2 289.063.05.00.12 9 8 5 65.0 NFc 切削时消耗功率 ）（ KWx xx vFP ccc 81.2106 1504.1122106 44 由实用机械加工工艺手册表 7-4中 CA6140 机床说明书可知， CA6140 主电机功率为 7.5kw.转速为 480r/min 时主轴传递的最大功率为 4.5kw.所以机床功率足够，可以正常加工。 f) 校验机床进给系统强度 已知主切削力 NFc 4.1122 .径向切削力pF按切削手册表 1.29 所示公式计算 ppFFppFp FncyxpFp kvfaCF (3-3) 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 21 其中 1940pFC， 9.0pFx， 6.0pFy， 3.0pFn， 5.0krk 59.0)650220()650( 85.0 FnbMpk 所以 ）（ NFc 2035.059.01505.05.11940 3.06.09.0 而轴向切削力 ffFFffFf FncyxpF kvfaCF f (3-4) 其中 2880fFC， 0.1fFx ， 4.0fFn， 34.06 502 20)6 50( 0.1 ）（FnbMk , 17.1kk 轴向切削力 ）（ NFf 44217.134.01505.05.12882 4.05.0 取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数 =0.1,则切削罗在纵向进给方向对进给机构的作用力为 5 7 4 . 5 N=1 3 2 . 5+4 4 2=2 0 3 )+( 1 1 2 2 . 40 . 1+4 4 2=)+(+=Fp FFF cf 而机床纵向进给机床可承受的最大纵向力为 3530 N(见切削手册表 1.30)故机床进给系统可正常工作。 g)切削工时： fn w 21 lllt (3-5) 其中 mml 10 mm41 l mml 21 所以 m in1.09.04 8 0 2410 t (3)粗车 B 面 a) 切削深度。单边余量 mmZ 22 15055 .分 1次切除 b) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.9mm/r c) 计算切削速度 vyxpmvC kfaT Cvvv （ 3-6） 其中： 342vc , 15.0vx , 35.0vy , m=0.2。 修正系数 vk 见切削手册表 1.28,即 44.1Mvk ， 8.0svk , 04.1kvk , 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 22 81.0krvk , 97.0Bvk 所以 m / m i n12697.081.004.18.044.19.0460 342 35.015.02.0 vcv d) 确定机的主轴转速 m in/378106 1261 0 0 0d1 0 0 0 W rvn cs 按机床说明书 (见工艺手册表 4.2-8),与 378r/min 相近的机床 转速为 400r/min。现选取 wn =400r/min。 所以实际切削速度 m in/1331 0 00 4001061 0 00 mdnv sc e) 切削工时，按工艺手册表 6.2-1。 illfnlt w 21m ；其中 l=30mm ( m in )83.0159.0400 2fnlw21 illt m 工序 45 钻、绞 4X 9mm 透孔 机床： Z525 立式摇臂钻床 刀具： 根据机械加工工艺手册表 10-61 选取高速钢麻花钻 9。 a) 进给量 查机械加工工艺师手册表 28-13， 取 f=0.13mm/r b) 切 削速度 根据机械加工工艺手册表 10-70,及 10-66,查得 V=30m/min。 c) 机床主轴转速 1 0 6 1 r / m in9 301 0 0 0d1 0 0 0nsW cv 按机床说明书 (见工艺手册表 4.2-5),与 1061r/min 相近的机床转速为1012r/min。现选取 wn =1012r/min。 所以实际切削速度 m in/6.281 0 00 1 0 1291 0 00 mdnv sc 切 削工时，按 工 艺手册 表 6.2-1。 ifnlt w 21 llm ； 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 23 其中 8mml ； mm41 l； mml 32 ， 0 .1 1 ( m in )0 .1 31 0 1 2 15fnltw21 llm 由于有四个孔所以切削工时为 0.44min4t m 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 24 第 4 章 夹具设计与分析 4.1 问题的提出 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，邓老师指定我为 45#工序（工序草图 4-1）设计一个用于立式钻床或摇臂钻床上的钻模。为了缩短生产准备周期，降低夹具制造成本，互换性好，节省装夹时间，夹具设计应做到结构简单，装夹方便，多采用标准件等。 本工序所要钻的 4 个孔相对位置固定，有一定的公差要求。为了使钻孔的位置精确，提高加工精度，必须对零件进行定位，使之满足使用要求。由于 4 个孔均为透孔，因此要求限制除了 Z 的 5个自由度。 4.2 夹具设计 4.2.1 夹具结构和类型的选取 钻床类夹具构造主要分为固定模板式钻模，复盖式钻模、翻转式钻模和回转式钻模四种。其中 固定式钻模应用于钻模本身质量较大或钻直径较大平行孔系时；图 4-1 钻 4 9 孔工序图 - 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 25 复盖式钻模可卸，工作时可直接复在工件上 ； 用销钉 或铰链 与夹具体联接。翻转式钻模主要用于加工不同方向的孔。回转式钻模 加工沿圆周分布的孔。 本 工序采用 复盖 式钻模 较合理，初步设计出两种方案，方案 1(图 4-2）为用 图 4-3 用心轴联接钻模板的复盖式钻模 图 4-2 用铰链联接钻模板的复盖式钻模 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 26 铰链联接模板的复盖式钻模，方案 2（图 4-3） 为用心轴（即变形的 销钉）联接模板的复盖式钻模。 比较 两方案可发现，由于要被钻的 4 个孔所在位置距零件上端面较远，若采用方案 1，配合上加长钻套，钻模板很难卸下，且钻套伸出太长，刚性降低，加工误差也会随之增大。因此选用方案 2 为夹具结构。 4.2.2 夹具 定位 元件的选择 定位元件的作用是确定工件在夹具 上的 正确位置。如夹具上的圆柱销、菱形销和支承板都是定位元件，通过它们使工件在夹具中占据了正确的位置。 由 钻4- 9孔工序图（图 4-1）可知，待加工的 4个孔与 20 045.00孔中心以及 06.090外圆上两个平面之间有相对位置要求，对 100 12.034.0 底端面也有垂直度要求，其设计 基准为 20 045.00孔的中心线。该工序对加工精度要求不是很高，要求限制工件 5 个 自由度。 选择以 20 内孔和 100 大端面为组合定位基准，避免基准不重合误差。其中 100 端面处以大平面定位，限制 x 、 y 、 z ； 20 内孔处以短圆柱销定位，限制 x 、 y ；另选用 90 外圆面上距中心线 24mm 的平面作为基准定位，限制 z 。 初步设计出两种销钉方案，方案 1（图 4-3）将钻模板下部分做成一个内腔，其内部有一个平面与距中心线 24 的平面贴合来实现定位。方案2（图 图 4-4 销钉定位 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 27 4-4）用一块连接板将定位销联接在钻模 板本体上，其中连接板以两个螺钉紧固在钻模板边缘。与方案 1相比，方案 2 结构简单、工艺性好，利于制造，调节方便。因此，此处定位方式选择方案 2。 这样一来， 实际限制 了 工件的 6 个自由度，实现 了 完全定位 ， 达到了正确限定工件位置的目的，也符合“六点定位”法则 。 4.2.3 钻套的 设计 a) 钻套种类的选择 钻套是钻床上特有的一种元件，用来确定刀具的位置和在加工中引导刀具。一般有 固定钻套、 可换钻套、 快换钻套三种。当工件形状或工序的加工条件 不适宜采用上述标准钻套时，就要根据具体情况设计特种钻套。例如：该工序被加工 9 孔与 45 外圆之间距离比较小，需要设计出特种钻套（图 4-7）。 b) 钻套内径尺寸、公差及配合的选择 钻套内径 d 应按钻头的引导部分来确定，即钻套内径的基本尺寸，应等于钻头的最大极限尺寸。 该工序选用标准钻头 9，直柄麻花钻 （ 图 4-5） ， 标准 GB/T6135.3-1996.其结构及相关尺寸如下 ： 钻头最大尺寸为 9，切削部分长度为 81mm，钻头刚度 一般 ，取钻套内径 d=9mm，公差采用 F7， 采用 加长钻套 。 c) 钻套与工件距离 S 钻套与工件表面的距离 S 的选择主要考虑 排屑和引偏量的问题。间隙过小，排 屑 不 利。间隙过大，会使引偏量过大，加工误差增大。据 现代制造工艺基础 147 页介绍，加工 铸铁等脆性 材料时常取间隙为 （ 0.30.7） d。此处取 S=6mm。 图 4-6 排屑间隙 图 4-5 标准直柄麻花钻尺寸 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 28 钻套总高 约按 H/d=22.5 取 得 H=21mm， 需要指出， 为了有利于钻头的引进，钻套内径进口处做成圆角，为了排屑容易，内径下端也作了倒角，并且在钻套与钻模板配合的地方设计为燕尾槽形式 （ 图 4-7(b)） 。 d) 钻套的材料 钻套材料一般选择硬度高、耐磨性好的材料。常用材料为 T10A,T12A,CrMn钢或 20 钢渗碳淬火。当钻套内径 d 10mm时常采用 CrMn 钢。本工序钻套内径为 9mm，材料采用 CrMn 钢，经热处理后硬度达到 HRC6064。 4.2.4 钻模板设计 生产中，钻模板在保证有足够刚度的前提下要尽量减少其重量。其厚度通常按钻套高来确定，一般取 1230mm。此处，由于钻套高 H=21mm,且加工孔径不是很大，轴向切削力较小，钻模板厚度采用 15mm 即可保证有足够刚度。其结构设计见图 4-8。 (a) (b) 图 4-7 特种钻套 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 29 4.2.5 夹具体 （底座）的设 计 夹具体是夹具的基座和骨架， 用来安装和固定定位元件 、 夹紧机构和钻模板的实体。具体大小根据整个机构的大小而调整，要保证机构的稳定，所以形位公差有较严格的要求。 因为本工件外形和被加工孔的尺寸都不大，所以没有将夹具体固定。 本钻模中底座属于夹具体，关于底座的设计有两点值得提及，第一：定位面（图 4-9 所示 B 面）的大小一定要比 100 外圆端面小。因为 B 面是零件的一个定位面，若 B 面较大，经 过多个工件的加工之后，在 B 面上会因磨损而留下痕迹，致使零件定位误差加大，甚至产生废品。当然，用三个支撑钉代替大平面图 4-8 钻模板 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 30 来定位也是 可取的。第二：底座的支脚设计为四个而不是三个，这是为了便于发现支脚下面是否粘有切屑等污物，以保证钻模能处于正确位置（防止歪斜时影响加工精度，或折断钻头）。 4.2.6 其他装置 连接板 :连接板（图 4-10） 用于将定位销与钻模板连接起来 ，是在对 4.2.2中所述定位方案 1（图 4-3） 的简化、改进过程中设计出来的。其中连接板以两个螺钉紧固在钻模板边缘，定位销又通过螺母联接在连接板上。方便制造和装配 ，并且螺母、螺钉都选用了标准件，降低了夹具制造成本，符合夹具设计的总原则。 图 4-10 连 接板 图 4-9 底座 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 31 4.2.7 夹 紧装置的设计计算 夹紧装置的作用是将工件夹紧夹牢，保证工件在加工过程中正确位置不变。夹紧装置包括夹紧元件或其组合以及动力源。 a) 夹紧装置的选用 工件是 在 立式钻床上 进行加工，加工力 及 振 动 较大，要求夹紧装置具有足够的强度 。 鉴于该工件较小，批量又不大，并考虑到使夹具结构简单，降低生产成本， 因此， 本设计采用由 螺杆、螺母和开口垫 片 组成了 螺母夹紧机构。其中 螺杆与 定位短销 组 合成一根心轴（图 4-11） ， 使其同时具有定位和加紧作用。定位心轴的右端（即定位短 销 所在端 ,图 4-12 (a)） 用螺母 紧固在底座上，另一端通过螺 母压在钻模板上 进行夹紧 ， 配合上具有快卸功能的开口垫片 (图 4-12 (b)，加工前拧紧螺母，夹紧工件， 以防工件旋转 ，加工后松开螺母不用全部旋出，即可依次取下垫片、钻模板和工件，实现了快速加紧和松夹，提高了生产效率。 (a) (b) 图 4-12 螺母加紧机构 图 4-11 心轴 定位销 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 32 b） 夹紧力的确定 本夹具采用的是螺旋夹紧中的螺母加紧机构。查现代机床夹具设计 11 P125，表 4-23，螺旋夹紧机构夹紧力的计算，摘得表 4-1： 结 构 简 图 螺纹直 径 /mm 螺距 /mm 手柄长度/mm 作用力 /N 夹紧力 /N 8 1.25 50 50 2050 10 1.5 60 50 1970 12 1.75 80 80 3510 16 2 100 100 4140 20 2.5 140 100 4640 10 1.5 120 45 3550 12 1.75 140 70 5380 16 2 190 100 7870 20 2.5 240 100 7950 24 3 310 150 12840 4 0.7 8 10 130 5 0.8 9 15 180 6 1 11 20 240 8 1.25 14 30 340 10 1.5 17 40 450 12 1.75 20.5 45 510 16 2 26 50 540 表 4-1 螺母夹紧力 表 螺母夹紧力西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 33 该设计为“用扳手的六角螺母”，螺纹直径 10mm，螺距 1.5mm，手柄长度 120.mm，作用力 45N，夹紧力 3550N。 c） 力源装置的选用 由于螺旋加紧机构增力比 较大 ，实际上所需原动力很小 。 并且操作简单，因此 采用手动即可。 4.2.8 切削力计算 工件材料：灰铸铁（ HB190) 刀具材料：高速钢 钻削力矩 M： 工 件 材 料 加工方 法 刀具材料 钻削力矩 M 切削力 F 结构钢和铸钢 b =736MPa 钻 高速钢 pKfDM 8.024.30 Pf KDFF 7.0667 扩钻 高速钢 p8.09.08.80 KfDaM p pPf KfaF 7.03.1371 耐热钢（ HB141） 钻 高速钢 pKfDM 7.020.40 Pf KDfF 7.01402 灰铸铁（ HB190） 钻 高速钢 pKfDM 8.021.20 Pf KDfF 8.0419 钻 硬质合金 pKfDM 8.022.10 Pf KfDF 75.02.1412 扩钻 高速钢 PKfDM 8.00.75p2 a83.0 Ppf KfaF 4.02.1231 可锻铸铁（ HB120） 钻 高速钢 PKfDM 8.021.20 Pf KDfF 8.0425 钻 硬质合金 PKfDM 8.02.298.00 Pf KfDF 75.02.1319 铜合金 钻 高速钢 pKfDM 8.022.10 Pf KDfF 8.0309 表 4-2 钻削切削力 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 34 pKfDM 8.0221.0 （ 4-1） 钻削力 F： pKDfF 8.0f 419 （ 4-2） 符号注释： f 每转进给量， mm D 钻头直径， mm Kp 修正系数 Kp=（ HB/150)0.6 （ 4-3） 其中 : D=10mm, f=0.13mm/r, Kp=（ HB/150)0.6=（ 190/150） 0.6=1.15 所以， 钻削力矩 27.415.113.01021.0 8.02 M N m 钻削力 9 4 215.013.0104 1 9 8.0f F N 4.2.9 机床夹具精度校核 该钻模能否确保工件的精度要求，下面将进行有关误差的分析和校核： 工件上被加工的 4 个 9 孔未注公差值，查公差与配合实用手册 ，得基本尺寸 20mm对应的公差为 0.12mm：尺寸 12mm 对应的公差为 0.10mm。 （ 1）影响尺寸 20mm的误差分析。 a）定基误差 定基 ： 由于基准重合，所以定基误差 定基 =0 b）定位误差 定位 ： 本工序定位方式为一孔一面定位。 查现代机床夹具设计 P136，表 4-28，定位误差计算。知： 工件在夹具中的定位误差 定位 ： m i n定位 dD （ 4-3） 图 4-13 定位简图 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 35 其中： min 为定位孔与定位销间的最小间隙。 查得 013.0d ， min =+0.039， 由零件图知 045.0D 所以 0 6 3.00 3 9.00 2 1.00 4 5.0 ）（定位 c）夹紧误差： 在夹紧工件时，定位面接触变形甚小，工件壁部弹性变形可能使被加工孔的轴线在卸下工件后变斜，但其值较小，估计不会大于 0.01mm，可按夹紧=0.01 来估算。 d）安装误差 安装 ： 钻模不需要在钻床上 安装，因此不考虑。 e）调整误差 调整 ： 调整误差可分两项，一项是钻套座孔轴线对定位端面的的距离尺寸（即工件相应尺寸的平均尺寸，此处是 12）公差，其值可取工件相应尺寸公差（ 0.12mm）的 1/3 至 1/5，今按 1/5 取为 0.024mm；另一项是钻套内外圆的同轴度允差，一般取 0.01 至 0.005mm，今取为 0.01mm。这两项之和为 0.058mm。 f）对刀误差 对刀 ： 图 4-14 钻模对刀误差 西北工业大学明德学院本科毕业 设计 论文 36 对刀误差即钻头在加工过程中的偏斜误差。图 4-14 为钻模对刀误差计算简图，刀具与钻套的最大配合间隙 Xmax 会引起刀具的偏斜，将导致加工孔的偏斜量 X2 ： m a x22 XHHSBX （ 4-4） 式中 B： 工件厚度 H： 钻套高度 S： 排 屑空间的高度 工件厚时，按 X2 计算对刀误差： 对刀 =X2； 工件薄时，按 Xmax 计算对刀误差： 对刀 =Xmax。 而该工序中虽然不算深孔，但由于孔所在平面距零件上表面较远，仍视为厚工件情形进行计算。 由零件图知： B=8mm；由前面设计内容知： H=21mm