CA6140车床法兰盘零件的机械加工工艺规程及夹具设计VIP

机械制造技术课程设计说明书 设计题目： CA6140 车床法兰盘 零件的 机械加工工艺规程及夹具设计 学生： 学号： 班级： 指导教师： 工程学院机械系 2013 年 7 月 12 日 目 录 目目 录录 设计总说明 .I 1 零件的工艺分析及生产类型的确定.1 1.1 零件的用途.1 1.2 技术要求.1 1.3 零件的生产类型.2 2 确定毛坯、绘制毛坯简图.2 2.1 选择毛坯.2 2.2 毛坯尺寸公差与机械加工余量的确定.2 3 选择加工方法制定工艺路线.3 3.1 定位基准的选择.3 3.2 各表面加工方案的确定.3 3.3 加工阶段的划分.4 3.4 制订工艺路线.4 4 确定加工余量和工序尺寸.5 5 确定切削用量及时间定额.6 5.1 粗、精铣 90 圆柱面上的两个平面.6 5.1.1 粗铣距中心线 34mm 的平面.6 5.1.2 粗铣距中心线 24mm 的平面.8 5.1.3 半精铣距中心线 34mm 的平面.8 5.1.4 精铣距中心线 24mm 的平面.9 5.2 磨 90 外圆柱面上距离轴线 24mm 的平面.9 6 夹具的设计.10 6.1 问题的提出.10 6.2 夹具设计.11 6.2.1 定位基准的选择.11 6.2.2 切削力及夹紧力的计算.11 6.2.3 定位误差分析.12 总 结.12 鸣谢 .12 参考文献.12 设计总说明 I 设计总说明 设计题目的零件是 CA6140 车床的法兰盘，年产量为 50000 件，备品率为 3%，废品率 为 2%。 设计步骤，明确设计任务， 阅读设计任务书和指导书，收集、借阅有关资料、手册。 对零件进行工艺分析，画出零件图；确定毛坯的制造方式，绘制毛坯简图。制定机械 加工工艺路线，选择定位基准。选择机床及工、夹、量、刃具，确定加工余量及工序 间尺寸与公差，确定切削用量。画出毛坯图，填写工艺过程卡，填写工序卡。 确定夹具设计方案，选择定位元件，计算所需夹紧力，选择夹紧方案。绘制夹具装 配图。绘制夹具零件图。 关键词：（法兰盘；夹具体设计） 附 录 2 课程设计题目 CA6140 车床法兰盘零件的 机械加工工艺规程及夹具设计 专业：机械设计制造及其自动化 学号：201011411514 姓名：李观裕 班级：机电 1104 指导教师：温坚 课程设计说明书 序言 机械制造技术基础课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大 部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综 合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占 有重要的地位。 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应 性的训练，希望在设计中能锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为自己今后参加的 工作打下一个良好的基础。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，希望老师给予指教。 1 零件的工艺分析及生产类型的确定 1.1 零件的用途 题目给的零件是 CA6140 卧式车床上的法兰盘，它位于车床丝杆的末端，主要作用是 标明刻度，实现纵向进给。零件的 100 外圆上标有刻度线，用来对齐调节刻度盘上 的刻度值，从而能够直接读出所调整的数值；外圆上钻有底部为 4 上部为 6 的定 位孔，实现精确定位。法兰盘中部的 20 通孔则给传递力矩的 4X9 标明通过，本身 没有受到多少力的作用。 1.2 技术要求 通过对该零件图的重新绘制，知原图样的视图正确、尺寸、公差及技术要求齐全。 该零件属盘套类回转体零件，它的所有表面都需切削加工。B 面需抛光处理，表面粗 糙度值为 0.8 的外圆表面和表面粗糙度值为 1.6 的端面需精车， 20 需精铰，6 孔需 粗铰。其它表面粗糙度要求不高的外表面均可由半精车获得。外圆为 100 的左端面、 外圆为 90 的右端面和右 45 的外圆面有圆跳动要求，外圆为 90 的端面上有四个 9 的孔且非对称分布。该零件除主要加工表面外，其余的表面加工精度一般，不需要高 精度机床加工，通过车削、铣削、钻床的精加工能达到加工要求。 综上所述，该法兰盘的各项技术要求制订较合理，工艺性较高，符合该零件在机床 中的作用。 1.3 零件的生产类型 从设计题目知，Q=50000 件/年，m=1 件/台；结合生产实际，备品率和废品率分别为 a%=3%和 b%=2%，代入公式得 N=Qm(1+a%)(1+b%)=52530 件/年。 附 录 3 根据法兰盘的质量查1表 1-4 知，该零件属轻型零件；再由1表 1-5 知，该零件 的生产类型为大量生产。 2 确定毛坯、绘制毛坯简图 2.1 选择毛坯 由于该零件材料为 HT200 年生产量为 50000 件属大量生产，所以选该零件毛坯为铸 件，并选择机器造型。 2.2 毛坯尺寸公差与机械加工余量的确定 1）求最大轮廓尺寸 根据零件图计算轮廓尺寸，长 91mm，宽 100mm，高 100mm，故 最大轮廓尺寸为 100mm。 2）选取公差等级 CT 由1表 2-1 铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁得公差 等级 CT 范围为 812 级，取为 11 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，由1表 2-3 查得， 公差带相对于基本尺寸对称分布。 4）求机械加工余量等级 由1表 2-5，铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁， 得机械加工余量等级范围 EG 级，取为 F 级。 5）取 RMA 对所有加工表面取同一个值，由1表 5-4 查最大轮廓尺寸为 100mm、 机械加工余量等级为 F 级，得 RMA 数值为 1mm。 6）求毛坯基本尺寸 20 孔较小，铸成实心；A 面 B 面属双侧加工，应由1（5- 2）式求出，即： 总轴向尺寸 R=F+2RMA+CT/2=91+2X1+4.4/2=95.2mm 100 外圆 R=F+2RMA+CT/2=100+2X1+4.4/2=104.2mm 45 外圆 R=F+2RMA+CT/2=45+2X1+4/2=49mm 90 外圆 R=F+2RMA+CT/2=90+2X1+4.4/2=94.2mm 法兰盘毛坯（铸件）尺寸 /mm 零件尺寸 双边加 工余量 铸件尺 寸 零件尺寸 单面加工 余量 铸件 尺寸 100 0.12 0.342.1104.291 3.2 及 1.8 96 45 0 0.624941 2 及 2 41 90 2.194.241 2 及 1.8 42.8 45 0 0.0172498 2 及 2 12 3 选择加工方法制定工艺路线 3.1 定位基准的选择 定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后确定粗基准。 1）精基准的选择 根据该法兰盘零件的技术要求，选择法兰盘 45 外圆面和 20 孔作为精基准，零件上 附 录 4 的很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，即遵循“基准统一”原则。 20 孔的 轴线是设计基准，选用其作精基准定位法兰盘两端面，实现了设计基准和工艺基准的 重合，保证了被加工表面的端面跳动度要求。选用法兰盘右端面作为精基准同样是遵 循了“基准重合”原则，因为该法兰盘在轴向方向上的尺寸多以该外圆面作设计基准。 2）粗基准的选择 作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他欠缺。这里选择法兰盘右端面和 右 45 外圆面作为粗基准。采用 45 外圆面定位加工内孔可保证孔的壁厚均匀；采用法 兰盘右端面作为粗基准加工左端面，可以为后续工序准备好精基准。 3.2 各表面加工方案的确定 根据法兰盘零件图上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工工件各表面 的加工方法，如下表所示： 加工面加工方法 公差等 级 表面 粗糙度 外圆 100 0.12 0.34 粗车半精车磨削 IT110.8 外圆 45 0 0.6 粗车半精车抛光 IT140.4 90 外圆 粗车半精车 IT106.3 外圆 45 0 0.017 粗车半精车精车磨削 IT60.8 左端面 100 0.12 0.34 粗车半精车精车 1.6 右端面 45 0 0.017 粗车 6.3 90 右端面 粗车半精车精车 1.6 100 0.12 0.34右端面 粗车半精车抛光 0.4 90 左端面 粗车半精车抛光 0.4 距中心 24mm 面粗铣精铣精磨 0.4 距中心 34mm 面粗铣半精铣 3.2 孔20 + 0.045 0 钻扩粗铰精铰 IT81.6 孔 4 钻 IT126.3 孔 6 钻铰 IT93.2 孔 9 钻铰 IT106.3 槽 3X2粗车 IT136.3 3.3 加工阶段的划分 该法兰盘加工质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工、半精加工和精加工三个 阶段。 附 录 5 3.4 制订工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要 求能得到合理的保证，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专 用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使 生产成本尽量下降。 1）工艺路线方案一 工序 1.以外圆定位，粗车柱体左端面、外圆，粗车 B 面。 45 0 0.017 100 0.12 0.34 工序 2.以粗车后的外圆定位，粗车右柱体右端面、外圆，90 100 0.12 0.34 45 0 0.017 外圆及右端面。 工序 3.以粗车后的外圆定位，钻，扩，粗铰，精铰孔至图纸要 45 0 0.017 20 + 0.045 0 求，并倒孔 20 左端面倒角。 工序 4.以定位，粗加工右端面及倒角 1.5X45 ，外圆， 20 + 0.045 0 100 0.12 0.34 45 0 0.6 90 左右端面及外圆，圆角 R5，切槽 32。 工序 5.半精车外圆左右端面，外圆， 90 外圆及左右端面。 100 0.12 0.34 45 0 0.017 工序 6.精车左端面和 90 右端面。 100 0.12 0.34 工序 7.粗铣距中心线 34mm 的面。 工序 8.粗铣距中心线 24mm 的面。 工序 9.半精铣距中心线 34mm 的面。 工序 10.精铣距中心线 24mm 的面。 工序 11.钻，铰孔 9。 工序 12.钻孔 4 和 6，铰 6。 。 工序 13.抛光 B 面和距中心线 24mm 的面。 工序 14.去毛刺。 工序 15.刻线。 工序 16.镀铬。 工序 17.检验入库。 2）工艺路线方案二 工序.钻，扩孔 ，倒角 工序.粗车、半精车两孔 端面。 工序.粗车、半车镗 外轮廓，倒角。 工序.粗车、半精车 外轮廓，倒角。 工序.粗车。半精车左 圆柱侧面、 工序.粗车、半精车右 圆柱侧面。 工序.粗磨 圆柱侧面。 工序.钻四个 的孔。 工序.钻 、扩铰孔 。 工序. 粗车、半精磨、精磨 圆柱侧面。 附 录 6 工序.将面抛光。 工序.外圆刻字。 工序.无光镀铬。 工序.检验入库。 比较选择方案一， 4 确定加工余量和工序尺寸 工序双边余量工序尺寸及公差表面粗糙度/ m 加工 面 粗半精抛光粗半精抛光粗半精抛光 45 0 0.6 21.50 47 0 0.25 45 0 0.1 45 0 0.10 102.50.4 90 2.71.5 91.5 0 0.35 90 0 0.14 106.3 加工面粗半精磨削粗半精磨削粗半精磨削 45 0 0.017 2.11.50.4 47 0 0.25 45.5 0 0.1 45 0 0.017 102.50.8 100 0.12 0.34 2.31.50.4 101.9 0 0.35100.4 0 0.14100 0.12 0.34 102.50.8 工序双边余量工序尺寸及公差 表面粗糙度/ m 加工孔 钻扩 粗 铰 精铰钻扩粗铰精铰钻扩 粗 铰 精 铰 20 + 0.045 021.80.10.06 18 + 0.21 0 19.8 + 0.13 0 19.94 + 0.082 20 + 0.033 012.56.31.60.8 6 5.86 5.8 + 0.12 0 6 + 0.03 012.53.2 4 4 4 + 0.12 012.5 9 8.40.6 8.4 + 0.12 012.56.3 工序加工余量 加工表面 粗车半精车精车抛光 总加工余量 100 左端面 20.80.2 3 100 右端面 20.80.20.13.1 90 左端面 20.80.20.13.1 90 右端面 20.80.2 3 45 右端面 1.20.8 2 工序加工余量 加工表面 粗铣半精铣精铣精磨 总加工余量 附 录 7 距中心 24mm 面 20.1 0.70.221 距中心 34mm 面 10.30.7 11 5 确定切削用量及时间定额 5.1 粗、精铣 90 圆柱面上的两个平面 5.1.1 粗铣距中心线 34mm 的平面 5.1.1.1 选用 X51 立式铣床，使用专用夹具 5.1.1.2 刀具选择 本工序粗铣所选刀具为高速钢镶齿三面刃铣刀。铣刀直径 d=80mm，宽度 L=20mm，齿数 Z=10。根据表 5-143 选择铣刀基本形状，由于被加工材料为 HT200，故选前角=10 ， 0 后角=16 （周齿） ， 0 5.1.1.3 切削用量确定 已知切削宽度=8mm，铣削深度=20mm。确定每齿进给量 根据课程设计指导教 z f 程表 4-15 X51 立式铣床功率为 4.5KW，工艺系统为中等，查得每齿进给量 0.150.3mm/z，现取=0.25mm/z。 z f z f 选择铣刀磨钝标准及耐用度。根据表 5-148，铣刀刀齿后刀面最大磨损 量为 1.5mm 铣刀直径为 80mm，耐用度 T=180min。 确定切削速度和工作台每分钟进给量根据机械设计手册表 9- z M f 65 公式计算； v vvvv q v v xyupm pze C d vk T afaz 式中，=47、=0.2、=0.1、=0.4、=0.5、=0.1、=0.15、=180min、 v C v q v x v y v u v P mT =20mm、=0.25mm/z、=8mm、=10、=80mm、=1.0 p a z f e a zd v k =18.8m/min 0.2 0.150.10.40.10.1 47 80 1 180200.25810 v 74.8r/min 1000 18.8 80 n 根据 X51 立式铣床工作台进给表（表 4-16）选择 n=80r/min 则实际切削速度为 v=20.1m/s，工作台每秒进给量为 150mm/min 0.25 10 60 z M f 根据 X51 立式铣床工作台进给表（5-73）选择=150mm/min。 z M f 附 录 8 5.1.1.4 时间定额的确定 基本时间 根据表 4-17 圆柱铣刀铣平面基本时间为 式中，、 76l 1 ()2 ee la da8 e amm 80dmm1 26lymm 、 150/ min z M fmm 1i S 76264 6034.8 150 j t 辅助时间： s 15%5.22 fj tt 布置工作地时间：S 5%()2 bjf ttt 休息和生理需要时间： 2%()0.8 xjf ttt 所以42.82 S xfj Tttt 总 5.1.2 粗铣距中心线 24mm 的平面 基本时间 12 z M lll Ti f 式中， 、 59l 1 ()2 ee la da8 e amm 80dmm1 26lmm 、 150/ min z M fmm 1i S 59264 6041.6 150 j t 辅助时间： s 15%6.24 fj tt 布置工作地时间：S 5%()1 bjf ttt 休息和生理需要时间： 2%()2.4 xjf ttt 所以51.06 S xfj Tttt 总 5.1.3 半精铣距中心线 34mm 的平面 定额时间的确定 12 z M lll Ti f 附 录 9 半精铣时每转进给量、 1.0/ z fmm r1.0 8080/ min z M fmm 基本时间 12 z M lll Ti f 式中， =59、 l 1 ()2 ee la da8 e amm 80dmm1 26lmm 、 78/ min z M fmm 1i S 59262 6065.5 80 j t 辅助时间： s 15%9.8 fj tt 布置工作地时间：S 5%()3.8 bjf ttt 休息和生理需要时间： 2%()1.5 xjf ttt 所以80.4 S xfj Tttt 总 5.1.4 精铣距中心线 24mm 的平面 5.1.4.1 定额时间的确定 精铣时每转进给量、 0.7/ z fmm r0.7 8056/ min z M fmm 12 z M lll Ti f 式中， =76、 l 1 ()2 ee la da8 e amm 80dmm 、 1 26lmm56/ min z M fmm 1i S 76262 60111.4 56 j t 辅助时间： s 15%16.71 fj tt 布置工作地时间：S 5%()6.43 bjf ttt 休息和生理需要时间： 2%()2.56 xjf ttt 所以137.07 S xfj Tttt 总 附 录 10 5.2 磨 90 外圆柱面上距离轴线 24mm 的平面 5.2.1 切削用量的确定 选用机床 卧轴矩台平面磨床 M7120A，功率 P=2.8KW (1)选择砂轮 由指导手册表 4-24 得砂轮转速 n=1500r/min，其尺寸为 350 x40 x127 见 砂 机械加工工艺手册第三章各表中，可选择砂轮的标尺代号为 查工艺手册表 3.2-1、3.2-2、3.2-5、3.2-6、3.2-7 得： 砂轮标志代号：350 x40 x127PAL5 v35 (2)确定砂轮速度 查实用机械加工工艺手册表 11-184 得：22-25m/min (3)工件速度 查实用机械加工工艺手册表 11-185 得：工作台单行程纵向进给量 10- 20mm/st，取 15mm/st。 (4)轴向进给速度 （即磨削进给量 f） 查实用机械加工工艺手册表 11-185 为 10m/min。 (5)径向进给量 （磨削深度） 加工余量 0.2mm，磨削深度，走刀次数约 7 次 0.029/ p amm st 5.2.2 定额时间的确定 （6）基本时间 ra b fvf kDbZ t 1000 2 式中 D-被加工直径 b-加工宽度 Z -单边加工余量 b K-系数 V-工作台移动速度 -工作台往返一次砂轮轴向进给量 a f -工作台往返一次砂轮径向进给量 a f 0.2(min)=12S 290 8 0.1 1.4 1000 10 12.5 2 0.0157 j t 辅助时间： s 15%1.7 fj tt 布置工作地时间：S 5%()0.68 bjf ttt 休息和生理需要时间： 2%()0.36 xjf ttt 所以14.74 S xfj Tttt 总 附 录 11 6 夹具的设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经杨老 师指定，决定设计第 10 道工序铣距零件中心线分别为 24mm 和 34mm 的两平面的夹具。 本夹具将用于组合机床，对工件对铣加工，刀具为镶齿三面刃铣刀。 6.1 问题的提出 本夹具主要用来夹紧距中心线 24mm 和 34mm 的两平面，此平面的形位公差和表面要求 均较高，无特殊要求，且加工此平面时 mm 轴的外端面及 20孔的内表 0.12 0.34 100 045 . 0 0 面都已加工出来，可用来作为此工序的定位面。因此在本道工序，在保证提高劳动生 产率，降低劳动强度的同时可以设计选用比较简单的夹具。 6.2 夹具设计 6.2.1 定位基准的选择 本设计选用以 20孔的内表面和 的底端面为主要定位基面，另选用 045 . 0 0 0.12 0.34 100 100mm 的上端面作为辅助定位基准。 6.2.2 切削力及夹紧力的计算 刀具：镶齿三面刃铣刀 d=80mm 由机械制造工艺设计手册P 可查得 116 铣削扭矩 M C F d =C 2 FcFcFc XYZ pcFc afvK 切向力 C F F=C FcFcFc XYZ pcFc afvK 切削功率 Pm=2Mn10(kw) 3 式中：C =558.6 x =1 y =0.8 F 5 P a FFZ0 d =80 k =0.9 f=0.13 n=80 0 F 所以当铣距中心轴线 24mm 和 34mm 面时有： =19.65(Nm) 10.803 M= 80/2 x558.5x5 x0.13xx0.9x10 c v =491.35(N) 10.80 F=55