CA6140车床法兰盘[831004] 加工工艺及钻4-φ9孔夹具设计[版本4]

辽宁工程技术大学 课 程 设 计 题 目： 法兰盘零件的机械加工工艺规程及工艺装 备设计（钻轴向孔 4） 班 级： 汽 车 05 姓 名： 黄 永 波 指导教师： 冷 岳 峰 完成日期： 2008年 7 月 1日 辽宁工程技术大学课程设计 1 需要 纸，扣扣 414951605 辽宁工程技术大学课程设计 2 一、设计题目 法兰盘零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计（钻轴向孔 4） 二、 原始资料 (1) 被加工零件的零件图 1 张 (2) 生产类型 :中批或大批大量生产 三、上交材料 ( 1 ) 被加工工件的零件图 1 张 (2) 毛坯 图 1 张 (3) 机 械 加 工 工 艺 过 程 综 合 卡 片 ( 参附表 1) 1 张 (4) 与 所 设 计 夹 具 对 应 那 道 工 序 的 工 序 卡 片 1 张 (4) 夹 具 装 配 图 1 张 (5) 夹 具体零 件图 1 张 (6) 课程设计说明书 (5000 8000 字 ) 1 份 四、进度安排 (参考 ) (1) 熟 悉 零 件 , 画 零 件 图 2 天 (2) 选 择 工 艺 方 案 , 确 定 工 艺 路 线 , 填 写 工 艺 过 程 综 合 卡 片 5 天 辽宁工程技术大学课程设计 3 (3) 工 艺 装 备 设 计 ( 画 夹 具 装 配 图 及 夹 具 体 图 ) 9 天 (4) 编 写 说 明 书 3 天 (5) 准 备 及 答 辩 2 天 五、指导教师评语 成 绩： 指导教师 日 期 摘 要 本课程设计主要内容包括法兰盘（ 床）的加工工艺过程设计和钻 49 孔的专用夹具设计，在课程设计过程中完成了零件图、毛坯图、夹具体装配图和夹具体零件图的绘制。 机械制造技术基础课程设计是在我们完成了全部基础课、技术基础课、大部分专业课之后进行的。这是我们对所学各课程的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练。 能够顺利的完成这次课程设计，首先得助于冷岳峰老师的悉心指导，同学们的耐心解答。在设计过程中，缺乏实际辽宁工程技术大学课程设计 4 的生产经验，导致在设计中碰到了许多的问题。但在同学们的帮助下，通过请教老师，翻阅资料、查工具书，解决设计过程中的一个又一个的问题。在此，十分感谢冷岳峰老师的细 心指导，感谢同学们的互相帮助。 he of of of in of to of of of is to is we on of an of is a of 宁工程技术大学课程设计 5 of in of to In of in in of of of to to of of 目录 1零件工艺性分析 . 1 . 1 . 1 . 3 2零件毛 坯的确定 . 3 . 3 . 4 . 4 . 6 定毛坯尺寸 . 8 3 机械加工工艺规程设计 . 9 定工艺路线 . 9 辽宁工程技术大学课程设计 6 位基准的选择 . 9 序顺序的安排 . 9 - 9 切削用量的计算 . 11 孔工步切削用量的计算 . 11 孔工步工步切削用量的计算 . 11 - 9 基本工时的计算 . 12 计算 . 12 助时间 计算 . 12 他时间的计算 . 12 件时间 计算 . 13 订 4- 9 工序卡片 . 13 4 4- 9 孔的专用机床夹具设计 . 13 . 14 . 14 位元件尺寸公差的确定 . 15 . 15 . 16 . 16 . 16 5 方案综合评 价与结论 . 17 6体会与展望 . 17 参考文献 . 19 辽宁工程技术大学课程设计 7 辽宁工程技术大学课程设计 1 1 零件工艺性分析 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。 法兰盘属于盘类零件，材料为 坯制造完成后需进行时效处理，硬度要求为 法兰盘共有三组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下： 以 45 外圆为中心的加工表面，这一组加工表面包括： 45 外圆，右端面及倒角； 45 外圆，过渡圆角； 20 内孔及其左右端倒角。 以 90 和 100 外圆为中心的加工表面，这一组加工表面包括： 90端面， 90 外圆， 90 左右端面，倒角；切槽 3 2； 100 外圆，左端面； 100 外圆右端面，过渡圆角。 以 20 孔为中心的加工表面，这一组加工表面包括： 90 外圆的左右侧面； 46 孔； 4- 9 孔。 它们之间有一定的位置要求，主要是：左端面与 20 孔中心 轴的跳动度为 90 外圆右端面与 20 孔中心轴线的跳动度为 45 的外圆与 20 孔的圆跳动公差为 经过对以上加工表面的分析，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，保辽宁工程技术大学课程设计 2 证它们的位置精度。 表 1 法兰盘技术要求表 加工表面 尺寸及偏差 /差 /精度等级 表面粗糙度 / m 行位公差 /端面 91 90 右端面 41 45 外圆 T6 20 内孔 T8 左端面 91 100 外圆 100 右端面 41 45 面（即 T8 90 左端面 8 90 外圆 90 90 左侧面 34 90 右侧面 24 宁工程技术大学课程设计 3 4 9孔 9 根据老师发给的零件图，审查了零件的结构工艺性，其结构利于机械加工，故对零件结构不做修改。经仔细读图，发现所给的零件图有错误，有的尺寸不清楚，通过与老师沟通，解决以上问题，最后运用机械制图知识更正了零件图，用电子图版绘图，详见零件图。 2 零件毛坯的确定 零件的生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。生产类型一般可分为大量生产、成批 生产和单件生产三种类型，不同的生产类型有着完全不同的工艺特性。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品的年产量。零件的年生产纲领 N 可按下式计算 ( 1 % ) ( 1 % )N Q m a b 其中 N 是零件的生产纲领（件 /年）； Q 产品的年产量（台、辆 /年）； m 每台（辆）产品中该零件的数量（件 /台、辆）； %a 备品率，一般取 2% 3% ； %b 废品率，一般取 ； 根据上式结合题目给定数据，即可算出法兰盘的生产纲领，进而辽宁工程技术大学课程设计 4 确定出其生产类型。 Q =8000 台 /年， m =1 件 /台，取 %a =3%，取 %b =，由公式 (1： 8 0 0 0 1 ( 1 3 % ) ( 1 0 . 5 % ) 8 2 8 1 . 2N 件 /年 )查表 1知，法兰盘为 轻型零件，由此再查表 1知，该法兰盘的生产类型为大批生产。 法兰盘的材料在产品设计时已经确定，在制订零件机械加工工艺规程时，毛坯的选择主要是选定毛坯的制造方法。 用于铸造的材料有灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、合金铸铁、铸钢、有色金属合金等。由于法兰盘选用 为材料，加之零件形态以外圆为主，为了减少加工余量，提高劳动生产率，决定 属模机器造型生产率较高、铸件精度高、表面质量与机械性能均好，使用于大批大量生产。该法兰盘的生产类型为大批生产 ，所以在铸件造型上采用金属模机器造型。 工件上的加工表面往往需要通过粗加工、半精加工、精加工等才能逐步达到质量要求，加工方法的选择一般应根据每个表面的精度要求，先选择能够保证该要求的最终加工方法，然后再选择前面一系列预备工序的加工方法和顺序。通过对法兰盘各加工表面的分析，根据表 1 1择各表面的加工方法，详见表 2。 表 2 各表面加工方法 加工表面 粗糙度要求 加工方法 辽宁工程技术大学课程设计 5 右端面 车 90 右端面 车 精车 45 外圆 车 磨削 20 内孔 绞 左端面 车 精车 100 外圆 车 磨削 100 右端面 车 磨削 45 面（ B 面） 车 磨削 90 左端面 车 磨削 90 外面 车 磨削 90 左侧面 铣 90 右侧面 铣 磨削 4- 9 孔 4 孔 辽宁工程技术大学课程设计 6 6 孔 根据表 1 1 2 2各加工表面的工艺路线、工序（或工步）余量，工序（或工步）尺寸及其公差、表面粗糙度填入表 3 中。 表 3 各工序间加工余量 加工表面 工步名称 工步余量 基本尺寸 公差等级 精度公差 工步偏差 粗糙度 右端面 半精车 1 车 坯 3 44 90 右端面 精车 1 精车 车 坯 3 44 44 45 外圆 磨削（粗磨） 5 精车 车 坯 6 51 20 内孔 绞 0 18 18 坯 实心 - - 宁工程技术大学课程设计 7 左端面 精车 1 精车 车 坯 3 94 94 100外圆 磨削（粗磨） 00 精车 车 坯 6 106 106 100右端面 磨削（精磨） 1 精车 车 坯 3 44 44 45面（即B 面） 磨削（精磨） 5 精车 车 坯 6 51 90 左端面 磨削（精磨） 精车 车 坯 3 11 11 90 外圆 磨削（精磨） 0 精车 宁工程技术大学课程设计 8 粗车 坯 6 96 96 90 左侧面 精铣 4 铣 5 坯 3 37 37 90 右侧面 磨削（精磨） 4 铣 铣 坯 3 27 27 孔 绞 坯 实心 - - 4 孔 绞 坯 实心 - - 6 孔 绞 坯 实心 - - 定毛坯尺寸 根据表 3，得出毛坯尺寸。利用电子图板绘出毛坯图，毛坯尺寸详见毛坯图。 辽宁工程技术大学课程设计 9 3 机械加工工艺规程设计 定工艺路线 工艺路线的拟定包括：定位基准的选择；各表面加工方法的确定；加工阶段的划分；工序集中程度的确定；工序顺序的安排。考虑到实际经验的缺乏，加之时间的限制，主要进行了定位基准的选择、各表面加工方法的确定和工序顺序的安排工作 。 位基准的选择 拟定工艺路线的第一步是选择定位基准，为使所选的定位基准能保证整个机械加工工艺过程顺利进行，通常应先考虑如何选择精基准来加工各个表面，然后考虑如何选择粗基准把作为精基准的表面先加工出来。 法兰盘大多表面是外圆表面，根据表面粗糙度要求和精度要求，先以 45 表面（即 B 面）为粗基准，粗加工右端面和 45 外圆和 90外圆右端面。然后 以 45 外圆为精基准粗加工 45（即 B 面）和左端面，钻 18 孔。粗加工完成后，进一步进行半精加工和精加工等。 序顺序的安排 根据表 2 各加工表面的加工方法和表 3 各工序间加工余量，考虑加工过程中定位基准的选择原则，确定工序顺序。在工序顺序安排中，不仅要考虑机械加工工序，还应考虑热处理和辅助工序，遵循先基准后其他、先粗后精、先主后次、先面后孔的原 则，最终确定的工序顺序详见表 4，以此为依据，填写机械加工工艺过程卡片。 表 4 加工工序 工序 工序名 工序内容 辽宁工程技术大学课程设计 10 1 备料热处理 2 车 粗车右端面至 90 右端面至 90 外圆至 45 外圆至 车 粗车左端面至 100 外圆至 100右端面至 90 左端面至 45 外圆（ 孔 18 4 车 半精车右端面至 90 右端面至 45外圆至 90 外圆至 车 90 右端面至 41，切 3刀槽，切 45 大倒角保长 34，扩孔至 倒角 5 车 半精车左端面至 93、 100 外圆至 100右端面至 90 左端面至 45（ B）外圆至 车左端面至 91，到 倒角（共三处），铰孔至尺寸 6 铣 粗铣、半精铣、精铣 90 侧面 7 钻 钻轴向孔 4 孔，铰孔 8 钻 钻 4 通孔，钻 6 孔深 7，绞孔 9 钳工 去毛刺 辽宁工程技术大学课程设计 11 10 磨 粗磨 100 外圆至 磨 90 磨 45 及两侧至 1 磨 磨 45 外圆及台阶面至尺寸、磨 90 右侧面至尺寸 12 磨 精磨 100 外圆至尺寸，精磨 45（ B）外圆及两侧至尺寸 13 钳工 刻字， B 面抛光 14 检验 检验各尺寸 15 镀铬 100 外圆镀铬 - 9 切削用量的计算 孔工步切削用量的计 算 背吃刀量的确定，取 给量的确定，由表 5取该工步的每转进给量 f=r。切削速度的计算，由表 5工件 材 料 为 铸 铁 、 硬 度 为 187 条 件 选 择 ， 切 削 速 度 v 可取为18m/ 由 公 式 （ 5 1 0 0 0 /n v d 可 求 得 该 工 序 钻 头 转 速n 参照表 4列 立式钻床的主轴转速，取转速 n =680 /再将此转速代入公式（ 5可求出该工序的实际钻削速度 / 1 0 0 0v n d =000= 孔工步工步切削用量的计算 背吃刀量的确定，取 给量的确定，由表 5取该工步的每转进给量 f=r。切削速度的计算，由表 5削速度 v 可取为 2m/公式（ 51 0 0 0 /n v d 可求得该工序钻头转速 n 71 /参照表 4列 立式钻床的主轴转速，取转辽宁工程技术大学课程设计 12 速 n =97 /再将此转速代入公式（ 5可求出该工序的实际钻削速度 / 1 0 0 0v n d =000= - 9 基本工时的计算 本时间 计算 钻孔工步根据表 5钻孔的基本时间可由公式12/ ( ) / f n l l l f n 求 得 。 式 中 l =8 2l =11 c o t ( 1 2 )2 := 8 . 8 c o t 5 4 1 4 . 22 o m m m m ； f =r ；n =680r/ 将 上 述 结 果 代 入 公 式 ， 则 该 工 序 的 基 本 时 间 ( 8 4 . 2 1 ) / ( 0 . 1 / 6 8 0 / m i n ) 0 . 1 9 5 m i n 1 1 . 7m m m m m m m m r r s 。 铰 孔 工 步 ， 根 据 表 5 绞 圆 柱 孔 基 本 时 间 由 公 式12/ ( ) / f n l l l f n 求 得 。 式 中 1l 、 2l 由表 5 15o 、 ) / 2 = ( 9 8 . 8 ) / 2 0 . 1 的条件查得 1l = 2l =15而8l ； f = n = 97 / 将 上 述 结 果 代 入 公 式12/ ( ) / f n l l l f n 中 ， 经 过 计 算 即 可 得 出 该 工 序 的 基 本 时 间 ( 8 0 . 3 7 1 5 )m m m m m m/ ( 0 . 4 9 7 / m i n )m m r0 m i n 3 6 .2 s 。 助时间 计算 根据第五章第二节所述，辅助时间 基本时间 间的关系为( 0 0 ，可取 则各工序的辅助时间分别为：钻孔工步 的 辅 助 时 间 ： = 0 . 1 5 1 1 . 7 1 . 7 5 5 s 铰 孔 工 步 的 辅 助 时 间 ： = 0 . 1 5 3 6 . 2 5 . 4 3 s。 他时间的计算 除了作业时间以外，每道工序的单件时间还包括布置工作的时辽宁工程技术大学课程设计 13 间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于法兰盘的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作的时间 作业时间的 2% 7% ，休息与生理需要时间 作业时间的 2% 4% ，本工件均取 3%，则各工序的其他时间（ ）可按关系式（ 3%+3%） X（ ）计算，分别为：钻孔工步的其他时间：= 6 % ( 1 . 7 5 5 1 1 . 7 ) 0 . 8s s s 铰孔工步的其他时间：= 6 % ( 5 . 4 3 3 6 . 2 ) 2 . 5s s s 。 件时间 计算 钻孔工步 =1 1 . 7 1 . 7 5 5 0 . 8 1 4 . 2 6s s s s 。 铰孔工步 = 3 6 . 2 5 . 4 3 2 . 5 4 4 . 1 3s s s s 。 因此，工序的单件时间 + =1 4 . 2 6 4 4 . 1 3 5 8 . 3 9s s s。由于有四个孔，所以总的时间为 4 4 5 8 . 3 9 2 3 3 . 5 6t s s 。 订 4- 9 工序卡片 在本次课程设计中，我所被指定的工序是加工 4- 9 孔。根据表4、 4- 9 切削用量的计算和基本工时的计算即可制订出该工序的工序卡片，具体内容详见机械加工工序卡片。 4 4- 9 孔的专用机床夹具设计 机床夹具是一种在金属切削机床上实现装夹任务的工艺装备，机床夹具的功用主要是：稳定地保证工件的加工精度；减少辅助工时，提高劳动生产率；扩大机床的使用范围，实现一机多能。 49 孔属于轴向孔，且在圆周分布上是非均布的，所以用常规的夹具（即通用夹具）其生产效率是很低的，同时加工精度也不容易保证。考虑到法辽宁工程技术大学课程设计 14 兰盘零件属于大批量生产，所以应该对其设计专用夹具，以保证加工精度和提高劳动生产率。 本夹具的定 位方案如下图所示，采用短圆柱销和平面定位，同时运用支承板来快速找正工件在夹具体中的位置。 短圆柱销限制的自由度为： , 平 面 限 制 的 自 由 度为： ),支承板限制的自由度为： ,z) 综上，该定位方案限制了工件的 6 个自由度，较好的满足零件加工要求，定位合理。 所谓定位误差，是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。因为对一批工件来 说，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。造成定位误差的原因有：由于定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量，以 b 表示；由于定位副制造误差及其配合间隙所引起的定位误差，称基准位移误辽宁工程技术大学课程设计 15 差，即定位基准的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量，以 j 表示。 d b j 。 分析和计算定位误差的目的，就是为了判断所采用的定位方案能否保证加工要求，以便对不同方案进行分析比较，从而选出最佳定位方案，它是决定定位方案时的一个重要依据。 位元件尺寸公差的确定 夹具的主要定位元件为短圆柱销。所以该短圆柱销的尺寸公差现规定为与本零件在工作时相配的尺寸公差相同，件规定孔在轴线 68周上，左边孔距离轴线 20边孔距离轴线 12知孔位置主 要由夹具体定位误差、夹具体与钻模板的配合误差、钻模板以及夹具体的制造误差组成。 夹具体的制造误差为：对定位孔轴线平行度为： 夹具体与钻模板配合误差，有 故误差不超过允许误差。 钻床夹具的刀具导向 元件为钻套，钻套的作用是确定刀 具相对夹具定位元件的位置，并在 加工中对钻头等孔加工刀具进行引 导，防止刀具在加工中发生偏斜。 由于该孔的加工方法 是先钻孔，后铰孔。所以，采用 快换式钻套，由于法兰盘零件的特殊结构，为了便于装夹工件，所以自行设计辽宁工程技术大学课程设计 16 快换钻套。其结构如 上图所示： 套高度和排屑间隙 钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等因素有关。钻套高度 H 越大，刀具的导向性能越好，但刀具与钻套的摩擦越大，一般取 H=(1)d，孔径小、精度要求高时， H 取较大值。 H=(1)d=(9=(取 H=20 钻套底部与工件间的距离 h 称为排屑间隙， H 值应适当选取， 屑难以自由排出，使加工表面被破坏； h 值太大时，会降低钻套对钻头的导向作用，影响加工精度。加工铸铁时， h=（ ）d；加工钢时， h=()d。由于法兰盘材料为 以其排屑间隙 h=()d=(9=(取 h=5 在加工过程中，工件会受到切削力、惯性力、离心力等外力的作用，为了保证在这些力作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，把工件压紧夹牢在定位元件上。 在该夹具体设计中，由于所选用的定位方案的夹紧力与切削力的方向一致，所需夹紧力较小，所以采用钩形压板（ 组合）式夹紧机构。夹紧力的计算采用 / ( 1 3 / ) L f H 计算，其中的 f 般取 于在进行钻孔工序时，夹紧力作用表面的表面粗糙度较小，所以本设计中选择 =f 在设计夹具进应该注意提高劳动生产率。因此，使用铰链式钻模，一次固定 4 个钻套，在一次装夹中可以加工 4 个孔。本工序是粗加工，辽宁工程技术大学课程设计 17 切削力较大，但是由于钻削重要生 产的轴向力指向定位面，和夹紧力方向相同，所以夹紧力不直接对消切削力。 装夹工件时，先翻开钻模板把工件放在夹具上，由短圆柱销定位，最后用支承板定好位置把钻模板合上，把菱形螺母锁上。这样就可以钻削了。本夹具装配图和零件图，见附图。 5 方案综合评价与结论 本方案采用一面一销定位方式，限制了工件的 5 个自由度，采用支承板确定工件在夹具体中的正确位置和限制工件的旋转自由度。该定位方案限制了工件的 6 个自由度，很好的确定工件在夹具体中的位置，但也可能造成过定位，原因在于，支承板与短圆柱销的安装误差。在钻孔工序前的工序尺寸 保证的情况下，不会产生过定位。综上所述，本次课程设计的基本目的已经达到，较好的反映了零件加工过程