法兰盘工艺规程说明书.doc

燕山大学课程设计说明书燕山大学课 程 设 计 说 明 书题目： “法兰盘”机械加工工艺规程及“车小端”专用夹具设计学院（系）：机械工程学院机制系年级专业： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 目 录第1章 零件的分析21.1 零件的功用及结构分析21.2 零件的工艺分析2第2章 法兰盘零件机械加工工艺规程设计42.1 毛坯的选择42.2 基准的选择42.3 工艺路线的拟定4 2.3.1表面加工方法及加工方案的确定 2.3.2加工顺序的确定 2.4 加工余量、工序尺寸及其公差的确定62.5 切削用量及工时定额的确定9第3章 法兰盘车小端工序夹具设计133.1 任务的提出133.2 定位方案及定位装置的设计计算13 3.2.1定位方案的确定 3.2.2定位元件及装置设计 3.2.3定位误差的分析计算3.3 对刀或导引元件（装置）设计143.4 夹紧方案及装置的设计计算15 3.4.1夹紧方案的确定 3.4.2夹紧力大小的分析计算 3.4.3夹紧机构及装置设计3.5 连接元件及夹具体设计163.6 夹具操作及维护简要说明16第4章 法兰盘车小端工序夹具虚拟装配174.1夹具主要零件虚拟创建174.2虚拟装配方法、顺序及零件约束确定174.3夹具组件虚拟装配及其分解18参考文献20附录 机械加工工艺过程卡片21附录 机械加工工序卡片24结束语26第1章 零件的分析1.1 零件的功用及结构分析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。 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.第二章 法兰盘零件机械加工工艺规程设计2.1 毛坯的选择1选择毛坯该零件材料为HT200。由于其铸造性能良好，且为批量生产，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)确定圆角半径以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，采用两箱造型。(3)确定起模斜度由于铸件要求加工，按增加壁厚的法确定。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 基准的选择基准选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。1.粗基准的选择粗基准选择一般的原则：(1)保证相互位置要求的原则；(2)保证加工表面加工余量合理分配的原则；(3)便于装夹的原则；(4)粗基准一般不得重复的原则。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。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.精基准的选择选择精基准的原则：（1）基准重合原则 ；（2）统一基准原则；（3）互为基准原则；（4）自为基准原则 ；（5）便于装夹原则。选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方便。2.3 工艺路线的拟定2.3.1 表面加工方法及加工方案的确定法兰盘的加工面有外圆、孔、端面等，材料为HT200，以公差等级和表面粗糙度要求，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IT11面粗糙度为Ra0.8m，需要粗车，半精车，无光镀铬3.B面：其中两端面尺寸精度不高，外圆柱面公差等级为IT13，表面粗糙度都为Ra0.4，需要粗车，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，精车。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，磨削。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，扩孔，铰孔。9.距轴线34mm和24mm的两平面：尺寸精度不高，表面粗糙度为Ra3.2m，需要粗铣，精铣。10.49mm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。11.4mm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。232 加工顺序的确定制定工艺路线的出发点，应当是使零件的尺寸精度及位置精度等技术要求能够妥善的得到保证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以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效率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。现确定法兰盘的工艺路线如下：工序：.粗车100mm端面、外圆柱面，钻、扩、铰20mm孔 .粗车小端面、45mm外圆、90mm右端面及外圆 . 粗车B面 . 半精车100mm端面、外圆、倒角 . 半精车45mm外圆、90mm右端面及外圆、倒角车退刀槽 . 粗铣、半精铣、精铣90mm圆柱面上的两个平面 . 精车100mm端面 . 精车90mm右端面及外圆. 钻49mm孔 . 钻4mm孔、扩6mm孔 . 100mm外圆柱面无光镀铬 . 100mm端面刻字、外圆刻线 X.磨45mm外圆柱面 XIV. B面抛光 XV. 检查（详见机械加工工艺过程卡）2.4 加工余量、工序尺寸及公差的确定“法兰盘”零件材料为HT200，硬度200HBS，毛坯重量约为1.4KG,批量生产，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.外圆表1 外圆加工工序尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸的确定工序名称工序间余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序基本尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度/mm无光镀铬0.03Ra0.8100半精车1.1IT11Ra3.2100.03粗车4.87Ra12.5101.13毛坯21062.外圆表2 外圆加工工序尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸的确定工序名称工序间余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序基本尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度/mm磨削0.3Ra0.845半精车1.1Ra3.245.3精车3.6Ra12.546.4毛坯2503.B面外圆表3 B面外圆加工工序尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸的确定工序名称工序间余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序基本尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度/mm抛光0.2Ra0.445粗车4.8Ra12.545.2毛坯2504.孔表4 孔加工工序尺寸、公差、表面粗糙度的确定工序名称工序间余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序基本尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度/mm铰0.1Ra1.620扩0.9Ra3.219.9钻Ra10195.毛皮总长度尺寸的确定：其总长度与零件左、右端面的加工次数、切削深度有关，大端100mm大端有粗车、半精车、精车，右端有粗车、半精车，所以大端毛坯加工余量留3mm，小端加工余量留2mm,毛坯总长度尺寸为L=91+3+2=96mm2.5 切削用量及工时定额的确定在此，确定有三步工序的切削用量和工时定额（1）02工序切削用量刀具选择为高速钢90端面车刀、75外圆车刀根据机械及工工艺手册表1.1-46、表1.1-47可查得小端加工参数：（a）粗车50mm外圆：切削深度=3mm ,进给量取f=0.6mm/r 切削速度=20m/min可计算的CA6140的机床主轴速度为ns= 127.38r/min根据机械制造工艺设计简明手册表4.2-8选择机床主轴速度为125r/min从而计算的切削速度=19.63m/min（b）粗车50mm端面：切削深度=4mm ,进给量取f=0.3mm/r 切削速度=20m/min可计算的CA6140的机床主轴速度为ns= 127.38r/min根据机械制造工艺设计简明手册表4.2-8选择机床主轴速度为125r/min从而计算的切削速度=19.63m/min（c）粗车96mm外圆：切削深度=3mm ,进给量取f=1.0mm/r 切削速度=20m/min可计算的CA6140的机床主轴速度为ns= 66.35r/min根据机械制造工艺设计简明手册表4.2-8选择机床主轴速度为63r/min从而计算的切削速度=18.99m/min（d）粗车96mm端面：切削深度=4mm ,进给量取f=0.3mm/r 切削速度=20m/min可计算的CA6140的机床主轴速度为ns= 66.35r/min根据机械制造工艺设计简明手册表4.2-8选择机床主轴速度为63r/min从而计算的切削速度=18.99m/min(2)02工序工时定额计算: 根据机械制造工艺设计简明手册表6.2-1(a)粗车50mm端面机动时间T =L= = = = 代入数据得T=0.84min(b)粗车50mm外圆机动时间T = = = =代入数据得T=0.69min(c)粗车96mm端面机动时间T =L= = = = 代入数据得T=1.56min(d)粗车96mm外圆机动时间T = = = =代入数据得T=0.39min(3)06工序切削用量：切削用量包括背吃刀量，和切削速度v。确定顺序是先确定，再确定v。确定使用两面三刃盘状面铣刀，铣刀的直径为100mm，根据=8mm 得v=22mm =0.20mm齿 =6mm 根据铣削速度公式初步得n=1168rmin 查制造工艺设计简明手册得机床转速为n=1120rmin 算得v=21.1mmmin(4)06工序工时的确定： 根据工时定额公式确定=时 =0.5(100-)+(13)= =13 =0.05112012=672mm则 =(5)10工序切削用量：刀具选用高速钢复合钻头，直径d=4mm。钻一个通孔。使用切削液。（a）确定进给量由于孔径和深度都较小，宜采用手动进给。（b）选择钻头磨钝标准及耐用度根据切削用量简明手册第二部分表2.12，钻头后刀面最大磨损量取为0.8mm；耐用度T=15min。（c）确定切削速度v根据切削用量简明手册表2.7，暂定进给量f=0.13mm/r.由表2.15，可查得v=17m/min主轴转速n=由机械制造工艺设计简明手册表4.2-15确定立式钻床Z525实际转速为=1360r/min。实际切削速度(6)10工序工时的确定：由机械制造工艺设计简明手册表6.2-5得6.2s=0.103min第3章 法兰盘I车小端工序夹具设计3.1 任务的提出通过对大三学期互换性与测量技术基础和大四上学期金属切削原理与刀具、机械制造工艺学以及早期的机械设计、机械原理等基础学科的学习和认识，为了加强同学对这些基础专业知识的掌握和运用于实践的能力，开设零件机械加工工艺规程和某工序专用卡具的设计，提高同学解决专业问题的能力和水平，加强其专业素养，深化专业知识，特此提出此任务。3.2 定位方案及定位装置的设计计算 3.2.1定位方案的确定根据工件的形状和工艺要求，由于工艺要求，且零件图中是以中心孔20mm为尺寸基准，根据尺寸基准与定位基准、设计基准统一的原则，因此不能使用三爪卡盘。其次，中心孔的精度也很高，所以，初步设想以中心孔定位，查看机械制造工艺学表1-7典型定位元件的定位分可知，在车法兰盘I小端时应该采取大端面和短定位销的方式。其定位表达方式如下：有分析知，法兰盘左端加一大平面可限制工件三个自由度，分别为：X方向的移动、绕Y轴的转动、绕Z轴的转动。由与中心孔同轴的短销可限制工件两个自由度，分别为：Y方向的移动、Z方向移动。由此可知，此定位方式可限制工件五个自由度，且根据加工要求和特点，需要限制五个自由度，可知此方案不属于欠定位，因此，由原理上可知，由短销大平面组合定位方案是可行的。实际中，工件可绕X轴转动，但从承受夹紧力、切削力、加工调整方便等角度考虑，可以多限制一个自由度，这是合理且必要的，因此，在本方案中，加了一个方向向左的夹紧力来限制绕X轴转动的附加自由度。3.2.2定位元件及装置设计在法兰盘I车小端的定位方案，采取的是大平面和短定位销来定位，因此，其定位元件短销、大平面二元件组合。为保证中心孔的位置精度，短销和大平面通过过盈配合连接，根据销的尺寸参数，参照机床专用管卡具设计手册，选用开口销。大平面选为圆形，根据工件毛坯尺寸适当选取其直径。 3.2.3定位误差的分析计算项目设计为孔和销之间的定位，其定位误差主要是孔的偏差和销的偏差，当工件孔径为最大，定位销直径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量均为孔与销的最大间隙，孔公差上偏差为0.045mm，中心定位销的为f7级，偏差均为为-0.041mm，所以无论工序尺寸如何，孔销间隙配合的定位误差为：3.3 夹紧方案及装置的设计计算3.3.1夹紧方案的确定本项目中，法兰盘I车小端根据定位方案为短销和大平面定位，可确定其五个自由度，根据加工要求知，只需通过夹紧来达到使工件不能绕X轴转动即可，因此可利用盘的106mm的端面摩擦力来平衡其转动。因此，在106mm右端施加一向左的夹紧力。 3.3.2夹紧力大小的分析计算由机械加工工艺手册表1.1-57知其中 通过计算得， 夹紧力主要用来平衡端面及外圆切削时的转矩夹紧力F满足公式： 所需夹紧力F=4906.53N3.3.3夹紧机构及装置设计一般情况下，对于回转体零件的端面和外圆柱面的车削加工采用三爪卡盘来夹紧，题目所给零件图的尺寸基准是20mm孔，根据尺寸基准与定位基准、设计基准统一的原则，不能用三爪卡盘夹紧，且三爪卡盘也会因其是定位元件而导致过定位，因此可通过改装三爪卡盘，通过爪的张合来夹紧、拆卸工件毛坯，且因为在加工时工件随主轴一起做高速旋转运动，为使结构稳定和保证夹紧力使用一组包含三个卡爪来夹紧。3.4 连接元件及夹具体设计因为该零件为大批大量生产，通过综合考虑加工效率、加工成本、生产率等多因素，夹紧机构可采用液压传动来实现，液压传动的效率高，快速，稳定，操作简单方便。初步设计通过液压缸来提供动力，且通过活塞杆的往复运动来控制三个卡爪的张开和闭合，由于卡爪需要支撑件来提供支点来实现其绕该点的转动来夹紧、拆卸工件，因此在大平面前板上增加三个均布支撑件，其与卡爪通过螺杆和销来连接。活塞杆跟卡爪的连接问题，根据机械原理的基础知识，可使用一锥形回转滑块机构通过其与卡爪的高副连接，来传递动力，实现所需的运动轨迹。其各件间的连接示意图如下所示：图 1为液压缸，2为活塞杆，3为卡爪，4为定位大平面，5为短销，6为锥形滑块3.5 夹具操作及维护简要说明首先将工件孔装入短销，并于大平面右端顶紧，然后启动液压传动系统开关，当活塞杆向右移动，卡爪以大平面支点为中心逆时针转动，卡爪张开，可拆卸工件，当活塞杆向左移动，卡爪以大平面支点为中心顺时针转动，卡爪闭合，可夹紧工件，当工件加工完毕后，将传动系统开关断开。对于液压系统要注意密封，防止油液的外泄，影响加工精度，为避免外界坏境中粉尘颗粒的磨损对滑块的影响，从而影响卡爪的开合程度从而导致工件的加工精度，应尽量将其与外界隔开，使用壳体隔断。第4章 法兰盘I车小端工序夹具虚拟装配随着科技的发展，为了更好地在制造出实体之前表达和展示夹具体的装配过程和工作过程，以更好改变设计方案，采用虚拟装配和虚拟夹具体的工作过程，我们采用了pro-e进行了虚拟装配和夹具体工作过程模拟，从而更明显的显示出夹具设计的是否合理。在此基础上做出更好地改变。这样做既可以减小产品的更新周期，又可以使设计变得简单，表达的更好。4.1夹具主要零件虚拟创建该夹具体主要的零件有支撑板，压板，机床主轴，内六角螺钉等等，其利用Pro/E虚拟 创建零件过程如下所示：1、压板：主要利用可变剖面扫描命令扫面压板的基本结构，在可变剖面扫描之前需要利用草绘命令创建出扫描曲线以及截面，从而实现混合扫描。该零件的特殊之处在于，利用了可变剖面扫描高级命令。这样就可以体现了Pro/E参数化设计的优越性2、支撑板：首先利用拉伸命令，拉伸出钻模板的基本结构，然后利用孔命令，在基本结构的创建通孔，这里体现里孔命令创建孔的快速方便性。3、机床主轴：机床主轴是以典型的回转类零件，在Pro/E中，创建回转类零件主要利用旋转命令，尤其是典型的回转类零件，可能只利用一次旋转命令就可以创建出，当然，结构复杂的回转类零件截面的草绘比较麻烦。4、内六角螺钉：主要利用旋转命令和拉伸命令创建。通过这次利用Pro/E虚拟创建零件，体会到了Pro/E功能强大，在利用其虚拟创建零件过程中如何合理选择命令，会使零件的虚拟创建大大的简单。4.2虚拟装配方法、顺序及零件约束确定利用Pro/E还可以进行虚拟装配，从而可以检验出方案的不合理性，进而提出更加合理的方案。在Pro/E中，虚拟装配主要是靠各种约束实现各个零件的相对位置关系，主要的约束有对齐、配对、插入、相切、线上点，面上点、坐标、固定以及缺省等。利用这些命令来 保证各个零件的相对位置关系。在虚拟装配过程中，零件的装配顺序有一定的要求，一般是遵循零件的实际装配顺序，在该夹具中，首先装配 夹具体的主体结构，在后在主体结构中安装各种附属结构；零件约束确定主要由零件的接触和空间位置关系选定。 夹具虚拟装配图，以及装配过程如上图所示。4.3夹具组件虚拟装配及其分解1)夹具的虚拟装配图如下图2)夹具的虚拟装配分解图如下图所示：参考文献1 王先奎.机械加工工艺手册（第二版）.机械工业出版社,2006.122机床夹具设计手册.上海科学技术出版社3王先奎.机械制造工艺学（第二版）.机械工业出版社,2006.14邵晓荣 曲恩.互换性与测量技术基础.中国标准出版社,20075陆剑中 孙家宁.金属切削原理与刀具（第4版）.机械工业出版社,2005.16安子军.机械原理.国防工业出版社,2009.827附录 机械加工工艺过程卡片燕山大学机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共 页第 页材料牌号毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯件数每台件数备注序号工序名称工序内容车间工段设备工艺装备工时(分钟)夹具刀具量具准终单件01车、钻粗车100mm端面、外圆柱面，钻、扩、精铰20mm孔CA6140车床三爪卡盘；90端面车刀、75外圆车刀；19硬质合金锥柄麻花钻、机用铰刀；游标卡尺02车粗车45mm小端面、45mm外圆、90mm右端面及外圆CA6140车床专用卡具；90端面车刀；游标卡尺03车粗车B面CA6140车床三爪卡盘；90端面车刀，75外圆车刀；游标卡尺04车半精车100mm端面、外圆;倒角CA6140车床三爪卡盘；90端面车刀，75外圆车刀；游标卡尺05车半精车45mm外圆、90mm右端面及外圆，倒角，退刀槽CA6140车床专用卡具；90端面车刀，75外圆车刀；游标