CA6140车床法兰盘（831004）零件的机械加工工艺规程制订及钻Φ4和Φ6孔的专用夹具设计.docx

序 言 课程设计是我们在学完课程后进行的，是我们对学习的一次深入的综合性的总考核，也是一次理论联系实际的训练，这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，幷结合实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（CA6140车床法兰盘）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。 因此，它在我们大学生活中占有重要地位。就我个人而言，我也希望通过这次设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性心理，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，对未来的工作发展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，恳请各位老师给予指教。1 零 件 的 分 析 1.1零件的作用题目所给定的零件是CA6140车床上的法兰盘。 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。 454545452 技术要求：1.刻字字形高5mm，刻线宽0.3mm，深0.5mm； 2B面抛光； 3. 100mm外圆无光镀珞。 1.2 零件的工艺分析 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为中心 ,包括:两个mm的端面, 尺寸为mm的圆柱面,两个90mm的端面及上面的4个9mm的透孔. mm的外圆柱面及上面的6mm的销孔, 90mm端面上距离中心线分别为34mm和24mm的两个平面. 这组加工表面是以20mm为中心,其余加工面都与它有位置关系,可以先加工它的一个端面,再借助专用夹具以这个端面为定位基准加工另一端面,然后再加工其它加工表面.2 工 艺 规 程 设 计2.1确定毛坯1)选择毛坯 该零件材料为HT200。由于其铸造性能良好，且为中批生产，可选择砂型铸造机器造型。2)毛坯尺寸及公差在后面确定3)设计毛坯图 1.确定圆角半径 为了减少铸件的应力集中，取铸件的圆角半径为R5。 2.确定分模面 由零件的结构特征知，可选过轴线的平面为分模面，采用俩箱造型。 3.确定起模斜度 由于铸件要求加工，按增加壁厚的法确定。查【9】材料成型工艺基础表2.7，取起模斜度为1。 4.确定毛坯的热处理方式 铸件铸造后应安排时效处理，以消除残余的铸造应力，防止在机械加工过程中出现变形情况。2.2基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工品质得到保证，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。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。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。2）精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不在重复。2.3零件表面加工方法的选择本零件的加工面有外圆，孔，端面，槽等，材料为HT200，以公差等级和表面粗糙度要求，参考【3】机械加工工艺手册确定各表面加工方法如下：1） 100mm的左端面：尺寸精度要求不高，表面粗糙度为Ra1.6m，需要粗车，半精车，精车。2） 100mm的外圆柱面：公差等级为IT6，表面粗糙度为Ra0.8m，需要粗车，半精车，精车。3） B面：其中俩端面尺寸精度不高，外圆柱面公差等级为IT9，但表面粗糙度都为Ra0.4，需要粗车，半精车，精车，抛光。4） 90mm右端面：尺寸精度不高，表面粗糙度为Ra1.6m，需要粗车，半精车，精车。5） 90mm外圆柱面：为未注公差，表面粗糙度为Ra0.4m，需要粗车，半精车，磨削。6） mm外圆柱面：公差等级为IT6，表面粗糙度为Ra0.8m，需要粗车，半精车，精车。7） mm端面：尺寸精度不高，表面粗糙度为Ra1.6m，需要粗车。8） 20mm孔：公差等级为IT8，表面粗糙度为Ra1.6m，需要钻孔，粗铰，精铰。9） 距轴线34mm的平面：尺寸精度不高，表面粗糙度为Ra3.2m，需要粗铣，精铣。10） 距轴线24mm的平面：尺寸精度不高，表面粗糙度为Ra0.4m，需要粗铣，精铣，磨削11）4-9mm的孔：为未注尺寸公差，公差等级按IT14，表面粗糙度Ra6.3m，需要钻。12）4mm及6mm孔：4mm孔公差等级按IT14，表面粗糙度为Ra6.3m，6mm孔公差等级为IT9，表面粗糙度为Ra3.2m，需要钻孔，扩孔。2.4制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，并且使生产成本尽量少。因此按照先加工基准面及先粗后精，并考虑经济效果，该零件的加工路线如下：工序 01 以mm端面及外圆柱面定位，粗车100mm端面及外圆柱面，粗车B面，粗车90外圆柱面。选用CA6140卧式车床。工序02 以100mm端面及外圆柱面定位，粗车mm端面及外圆柱面，粗车90mm右端面。选用CA6140卧式车床。 工序 03 以100mm端面及外圆柱面定位，钻20mm孔，并粗铰。工序 04 以20mm孔及100mm端面定位，粗铣，精铣90mm圆柱面上的两个平面。选用X52K立式铣床及专用夹具。工序 05 以mm端面及外圆柱面定位，半精车100mm端面及外圆柱面，半精车B面，半精车90外圆柱面。选用CA6140卧式车床。工序 06 以100mm端面及外圆柱面定位，半精车mm端面，半精车90mm右端面。选用CA6140卧式车床。 工序 07 以mm外圆柱面及90右端面定位，精车100mm端面及外圆柱面，精车B面，倒角。选用CA6140卧式车床。工序 08 以100mm端面及外圆柱面定位，精车mm外圆柱面，精车90mm右端面，倒角，车退刀槽。选用CA6140卧式车床。 工序 09 以100mm端面及外圆柱面定位，精铰20mm孔。选用Z525立式钻床及专用夹具。工序 10 以20mm孔及100mm端面定位，钻4-9mm的孔。选用Z525立式钻床及专用夹具。工序 11 90mm右端面及一个9孔，20mm孔定位，钻4mm孔，扩6mm孔。选用Z525立式钻床及专用夹具。工序 12 以mm端面及外圆柱面定位，磨90mm外圆柱面。选用M1420A磨床。工序 13 以20mm孔及100mm端面定位，磨距轴线24mm的平面。选用M1420A磨床及专用夹具。工序 14 B面抛光。工序 15 划线刻字。工序 16 检查。 以上工艺过程详见“机械加工工艺过程综合卡片”。2.5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200HBS，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，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下：1).mm外圆表面 此外圆表面为IT6级，参照【3】机械加工工艺手册表6-24确定各工序尺寸及加工余量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Ra/m精车外圆0.6450.0170.8半精车外圆1.445.60.0623.2粗车外圆3470.256.3毛坯55022).外圆表面mm 参照【3】机械加工工艺手册表6-24确定各工序尺寸及加工余量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Ra/m精车外圆0.61000.220.8半精车外圆1.410060.0873.2粗车外圆41020.356.3毛坯61062.53)B面中外圆柱面参照 【3】机械加工工艺手册表6-24确定各工序尺寸及加工余量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Ra/m抛光0.2450.60.4精车外圆0.845.20.0390.8半精车外圆1460.0623.2粗车3470.256.3毛坯55024)孔20mm参照【3】机械加工工艺手册表6-25确定各工序尺寸及加工余量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Ra/m精铰0.2200.045201.6粗铰0.819.80.08419.83.2钻孔19190.331912.5毛坯05). mm的端面(1）按照【3】机械加工工艺手册表6-28，铸件重量为2.8kg，mm端面的单边加工余量为2.03.0，取Z=2.0mm，则铸件的偏差为； (2）精车余量：单边为0.4mm（见实用机械加工工艺手册中表3.2-2），精车公差既为零件公差-0.08；(3）半精车余量：单边为0.6mm（见实用机械加工工艺手册中表11-27），半精车公差的加工精度为IT9，因此可以知道本工序的加工公差为-0.12mm；(4）粗车余量：粗车的公差余量（单边）为Z=2.0-0.2-0.6=1.2mm； 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-0.32mm，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；mm端面的尺寸加工余量和工序间余量及公差分布图见下图：由图可以知道：毛坯名义尺寸为：94+2=96（mm）毛坯的最大尺寸：96+0.7=96.7（mm）毛坯的最小尺寸：96-0.8=95.2（mm）粗车后最大尺寸：94+1.2=95.2（mm）粗车后最小尺寸：95.2-0.32=94.88（mm）半精车后最大尺寸：94+0.6=94.6（mm）半精车后最小尺寸：94.6-0.12=94.48（mm）精车后尺寸为94mm加工余量计算表 工序 加工尺寸及公差铸造毛坯粗车半精车精车加工前尺寸最大96.795.294.6最小95.294.8894.48加工后尺寸最大96.795.294.694.04最小95.294.8894.4893.96加工余量21.20.60.2加工公差-0.32-0.12-0.082.6确定切削用量及基本工时切削用量包括背吃刀量，进给量f，和切削速度v。确定顺序是先确定，f，在确定v。我只确定01，02，11工序的切削用量及基本工时。工序 01 1.加工条件工件材料：HT200 b=220MPa 机床：CA6140卧式车床 刀具：采用刀片的材料为YT15，刀杆尺寸16x25mm,=90,=15,=12,=0.5mm2计算切削用量(1) 粗车100mm端面1) 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，=4mm2) 进给量f 根据【3】实用机械加工工艺手册中表2.4-3,当刀杆尺寸为1625 mm，35mm，以及工件直径为100时，f =0.71.0mm/r按CA6140车床进给量取 f =0.9mm/r3) 计算切削速度，按【7】实用切削加工手册表1.27,切削速度的计算公式为(寿命T=60min)(m/min)其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系数见切削手册表1.28,即 =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。所以 x1.44x0.8x1.04x0.81x0.97=158.6(m/min)4)确定机的主轴转速 ns= 504r/min按CA6140机床转速,取=480r/min。所以实际切削速度v=110r/min/。5) 切削工时，按【3】机械加工工艺手册表6.2-1L=40mm , =2mm, =0, =0 tm=0.098(min)(2) 粗车100mm外圆柱面，同时应检验机床功率及进给机构强度1) 切削深度，单边余量Z=2mm,分二次切除，=1。2) 进给量根据机械加工工艺手册取f=0.9mm/r3)计算切削速度132m/min4)确定机床主轴转速 ns= 420r/min 按CA6140机床转速取480r/min 所以实际切削速度= 5) 检验机床功率主切削力按【7】实用切削加工手册表1.29所示公式计算其中2985，1.0，0.65，-0.15， =0.63 =0.61 =29851.00.51500.630.89=1122.4(N) 切削时消耗功率2.81(KW) 由【3】 机械加工工艺手册表7-4中可知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。6) 校验机床进给系统强度已知主切削力1122.4N.径向切削力按【7】实用切削加工手册表1.29所示公式计算其中1940，0.9，0.6，-0.3，=0.59 =0.5 所以 =19401.50.51500.590.5=203(N) 而轴向切削力 其中2880，1.0，0.5，-0.4，=0.34 =1.17 轴向切削力 =28801.50.51500.341.17=442(N) 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F=+(+)=442+0.1(1122.4+203)=442+132.5=574.5N 而机床纵向进给机床可承受的最大纵向力为3530N(见【7】实用切削加工手册表1.30)故机床进给系统可正常工作。7)切削工时t=其中l=10mm =4mm =2mm 所以t=0.1min(3)粗车B面1) 切削深度=4。2) 进给量根据【3】机械加工工艺手册取f=0.9mm/r3) 计算切削速度 其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系数见【7】实用切削加工手册表1.28,即 =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。所以 1.440.81.040.810.97=126m/min4) 确定机的主轴转速 ns= 378r/min按CA6140机床转速取=400r/min。所以实际切削速度=5) 切削工时，按【3】机械加工工艺手册表6.2-1。 t=i ;其中l=30mm t=i=15=1.25(min)(4) 粗车90mm端面1) 切削深度 =1.2mm。2) 进给量 根据【3】机械加工工艺手册取f=0.8mm/r3) 计算切削速度其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系数见【7】实用切削加工手册表1.28,即 =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。所以 1.440.81.040.810.97=122m/min4) 确定机床主轴转速ns= 431r/min按CA6140机床的转速取=480r/min。所以实际切削速度=5) 切削工时，按【3】机械加工工艺手册表6.2-1t=i ;其中l=22.5mm; =4mm; =0mm; t=i=0.07(min)工序 02加工条件：机床：CA6140卧式车床 刀具：采用刀片的材料为YT15，刀杆尺寸1625mm,=90,=15,=12, =0.5mm(1) 粗车mm端面1) 切削深度=1.2mm2) 计算切削速度其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系数见【7】实用切削加工手册表1.28,即 =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。所以 1.440.81.040.810.97=187m/min3) 确定机床主轴转速ns= 553r/min按CA6140机床转速取=600r/min。所以实际切削速度=5) 切削工时，按【3】机械加工工艺手册表6.2-1。t=i ;其中l=25mm; =4mm; =2mm; t=i=x1=0.06(min)(2) 粗车mm外圆柱面1) 切削深度=2.2。2) 进给量 根据【3】机械加工工艺手册取f=0.8mm/r3) 计算切削速度其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系数见【7】实用切削加工手册表1.28,即 =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。所以 1.440.81.040.810.97=89m/min 4) 确定机床主轴转速ns= 753r/min 按CA6140机床取=750r/min。所以实际切削速度= 5) 切削工时，按工艺手册表6.2-1t=i ;其中l=41mm; =4mm; =0mm; t=i=x2=0.09(min)(3) 粗车90mm端面1) 切削深度=1.2。2) 进给量 根据【3】机械加工工艺手册取f=0.8mm/r3) 计算切削速度其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系数见【7】实用切削加工手册表1.28,即 =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。所以 1.440.81.040.810.97=122m/min4) 确定机床主轴转速ns= 431r/min按CA6140机床取=480r/min。所以实际切削速度=5) 切削工时，按【3】机械加工工艺手册表6.2-1t=i ;其中l=22.5mm; =4mm; =0mm; t=i=0.07(min)工序 03 (来自胡刚)(1) 钻18mm孔进给量 f=0.3mm/r。切削工时 t=0.63min。(2) 19.8mm孔进给量 f=0.5mm/r。切削工时 t=0.78min。工序 05 (来自朱利民)(1) 磨B面及90mm外圆柱面进给量 f=20mm。切削深度 =0.0157/st。切削工时 t=2.5min。(2) 磨90mm外圆柱面进给量 f=20mm。切削深度=0.0157/st。切削工时 t=0.55min。工序 09 (来自陈逗)(1)钻4-9mm孔进给量 f=0.13mm/r。切削工时 t=0.44min。工序 11(1)钻4mm孔机床：Z525立式钻床 刀具：根据【3】机械加工工艺手册表10-61选取高速钢麻花钻4.1)进给量 查【3】机械加工工艺手册表28-13，取f=0.13mm/r2)切削速度根据【3】机械加工工艺手册表10-70,及10-66,查得V=2434m/min. 取V=30m/min3)确定机床主轴转速ns= 2388r/min按Z525立式钻床选取=2012r/min。所以实际切削速度=5) 切削工时，按【3】机械加工工艺手册表6.2-1。 t=i ;其中l=13mm; =4mm; =3mm; t= =0.08(min)(2) 扩 6mm孔 刀具：根据【3】机械加工工艺手册表10-61选取直柄机用铰刀6.1) 进给量 查【3】机械加工工艺手册表28-13，取f=0.13mm/r2) 切削速度根据【3】机械加工工艺手册表10-70,及10-66,查得V=2434m/min. 取V=30m/min3) 确定机床主轴转速ns= 1592r/min按Z525立式钻床取=1426r/min。所以实际切削速度 =5) 切削工时，按【3】机械加工工艺手册表6.2-1 t=i ;其中l=7mm; =4mm; =3mm; t= =0.07(min)工序 12 (来自朱利民)(1) 粗铣距中心线34mm的平面进给量 f=0.3mm/齿。切削深度 =5mm。切削工时 t=2.25min。(2) 粗铣距中心线24mm的平面进给量 f=0.3mm/齿。切削深度 =5mm。切削工时 t=6min。(3) 精铣上俩平面进给量 f=0.2mm/齿。切削深度 =1mm。切削工时 t=2.25min。最后，将以上部分工序切削用量，工时定额的计算结果，连同其他加工数据，一幷填入机械加工工艺综合卡片，见所附卡片。3 夹 具 设 计3.1 问题的提出 本夹具主要用来钻4mm孔及扩6mm的孔，此孔的形位公差和表面要求均不高，无特殊要求，且加工此孔时20孔的内表面和90的右端面及上的四个9孔都已加工出来，因此可根据一面俩孔来定位。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。3.2 定位方案的选择1）方案一：以20孔的端面为主要定位基准，另选20孔和90圆柱面上一个9孔为辅助定位基准。2）方案二：以90右端面为主要定位基准，另选20孔和90圆柱面上一个9孔为辅助定位基准。由零件图可知，4mm及6mm的孔主要是与90的右端面有一个尺寸要求，为使定位误差基准为0，应选择90的右端面为主要定位基准，因此，方案二优于方案一。为了降低生产成本和使得夹具简单，本设计选择采用螺纹夹紧的方式。3.3夹具各元件的设计1）确定定位元件 平面的定位采用非标准的定位环。由于俩孔之间没有孔距尺寸及公差，定位销轴和菱形销按各自定位孔的孔径选择，因此，取销轴直径为20，公差为h6，菱形销直径为9，公差为h6。2）确定夹紧机构1.快换垫圈 2.夹紧螺母 针对中批生产的工艺特性，此夹具选用螺旋夹紧机构夹压工件。在定位销轴上直接做出一段螺杆，为了预留排屑空间，螺杆为M10。螺母最大径向尺寸小于定位孔直径。夹紧工件时，先旋进螺母，然后在工件与螺母之间插上快换垫圈，再拧紧螺母夹紧工件。 3）确定夹具体结构（具体夹具体图见附图） 1.为了提高夹具安装精度和减少加工面积，本夹具的安装基面采用俩端接触式，并保证一定的平面精度。 2.为使夹具体有足够的强度和刚度，须在刚度不足部位设加强筋。 3.为使夹具体具有良好的结构工艺性，在必要部位应设置铸造圆角。 4.为使夹具体具有良好的加工工艺性，在夹具体与其它元件连接处要加凸台。3.4切削力及夹紧力计算刀具：高速钢钻头 D=4mm由【8】机械制造工艺设计手册P116 可查得 切削扭矩 M=轴向力 F=切削功率 Pm=2Mn10(kw)式中：C=225.63 x=1.9 y=0.8 C=558.6 x=1 y=0.8 d=4或6 k=0.87 k=0.9f=0.13 n=2012或1426所以当钻4mm孔时有M=0.291(Nm) F=393.15(N) Pm=3.676(kw) 同理扩6孔mm时有 M=0.439(Nm) F=589.73(N) Pm=3.931(kw)如上所述，本设计采用螺旋夹紧机构，即由螺母、垫圈元件组成的夹紧机构。螺旋夹紧机构结构简单、容易制造，而且螺旋夹紧机构的自锁性能好，是手动夹紧中用得最多的一种夹紧机构。根据夹紧状态下螺杆的受力情况和力矩平衡条件 FL= F= 式中F夹紧力(N) F作用力(N) L作用力臂(mm) d螺杆直径 螺纹升角 螺纹处摩擦角. 螺杆端部与工件间的摩擦角. 螺杆端部与工件间的当量摩擦半径(mm)所以有F= =3405.6N显然 F=3405.6N589.73=F故本