关 键 词：

CA6140 车床 831004 法兰盘 夹具 设计 加工 工艺 装备 proe 三维 动画 仿真 非标 CAD

资源描述：

CA6140车床831004法兰盘的钻4xφ9孔夹具设计及加工工艺装备含proe三维、动画仿真及非标6张CAD图,CA6140,车床,831004,法兰盘,夹具,设计,加工,工艺,装备,proe,三维,动画,仿真,非标,CAD

内容简介：

法兰盘钻4x9孔夹具设计摘 要首先，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。在本次为期两周的法兰盘零件夹具课程设计中我接触并完成了零件工艺性分析，工艺的设计，包括工艺路线的确定和工序尺寸，加工余量的计算，确定总体方案，定位原理分析和计算，夹紧力的计算和夹紧装置的设计。课程设计中我们针对法兰盘零件制定了两种加工工艺路线，并对其进行了计算得出选择一种最优的方案。对于夹具设计部分我们也制定了两套整体方案及定位方案，通过比较选择最合理的方案，并最终用CAD画出其装配图和夹具零件图。关键词：机械，法兰盘，加工工艺，夹具设计目录摘 要I前言1第1章 法兰盘零件工艺分析21.1 法兰盘零件的作用与结构21.1.1 法兰盘零件的作用21.1.2 法兰盘零件的结构特点21.1.3 法兰盘零件的结构工艺性31.2 法兰盘零件关键表面技术要求31.2.1 法兰盘零件B面技术要求31.2.2 45右端面技术要求31.2.3 中心轴孔的技术要求3第2章 法兰盘零件工艺设计42.1 法兰盘零件生产类型的确定42.2 法兰盘零件毛坯的选择与毛坯图说明42.2.1法兰盘支座零件毛坯图42.2.2确定毛坯的制造形式52.2.3定位基准的选择52.3法兰盘工艺路线的确定62.3.1工艺方案的拟定62.3.2工艺方案的比较与分析82.3.3工艺方案的确定92.3.4加工设备与工艺装备的选择10第3章 法兰盘夹具设计11设计心得17参考文献17附 录 钻4x4孔夹具三维图17II前言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。法兰盘的加工工艺规程及其钻4x9孔夹具设计的夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排,工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评。 第1章 法兰盘零件工艺分析1.1 法兰盘零件的作用与结构1.1.1 法兰盘零件的作用CA6140卧室车床上的法兰盘，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。图1.1 法兰盘1.1.2 法兰盘零件的结构特点法兰盘主要作用是标明刻度,实现纵向进给。该零件上主要加工面为mm的外圆柱面,45左右端面，20中心轴孔的加工。零件的中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。外圆上部钻有9mm的定位孔,实现精确定位。法兰盘中部的通孔则给传递力矩的标明通过,本身没有受到多少力的作用。1.1.3 法兰盘零件的结构工艺性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20mm的孔为中心，包括：mm的外圆柱面及左右端面，尺寸为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，mm的外圆柱面及上面的6mm的销孔，的圆柱面上有个距离右端面12mm的3斜孔，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精准加工另一端面，然后再加工表面。1.2 法兰盘零件关键表面技术要求1.2.1 法兰盘零件B面技术要求B面为重要配合面，为保证配合精度，所以该面要求精加工、抛光。因此，先粗车、粗铣B面，再半精车、精车B面，最后抛光，以保证B面精度为7级、表面粗糙度为0.4。1.2.2 45右端面技术要求45左右端面法兰盘内孔与主轴的中间轴承外圆相配，所以左右两端面有0.03的跳动度要求。1.2.3 中心轴孔的技术要求中心轴孔与其他零件配合时要内套轴，为保证配合精度，该孔的精度等级为9级，表面粗糙度为1.6。第2章 法兰盘零件工艺设计2.1 法兰盘零件生产类型的确定 （2.1）依设计题目知：Q=4000件，n=1件/台；结合生产实际，备品率a和废品率b都为4%，带入公式得该零件的生产纲领：N=40001（1+4%+4%）=4200 查表可知，该零件生产类型为中批生产。2.2 法兰盘零件毛坯的选择与毛坯图说明2.2.1法兰盘支座零件毛坯图零件毛坯图如图2.1所示。图2.1 法兰盘毛坯图图2.2 法兰盘零件图2.2.2确定毛坯的制造形式由零件图可知，其材料为HT200，该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。因此确定毛坯为铸件，毛坯的铸造方法选用砂型机器造型，零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，内孔不铸处，此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理。零件上主要加工面为B面，左右两端面，4x9孔，3斜孔，6油孔，的圆柱面以及20mm的孔。其中20mm孔的尺寸精度以及左右端面相对于20mm孔轴线的垂直度及左右端面的尺寸精度，直接影响到法兰盘零件的精度。因此，需要先以的圆柱右端面为粗基准加工法兰盘mm左端面及外圆柱面，再以mm左端面为精基准加工剩下的端面和外圆柱面，最后加工20mm的孔为定位基准，以保证孔轴相对下端面的位置精度。由参考文献9中有关孔的加工的经济精度机床能达到的位置精度可知，上述要求是可以达到的零件结构的工艺也是可行的。根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的类型为大批量生产，故毛坯的铸造方法用砂型机器造型。此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理。由参考文献9查得该种铸造公差等级为CT1011，加工余量等级MA选择H级。2.2.3定位基准的选择在机械加工过程中，定位基准的选择合理与否决定零件质量的好坏，对能否保证零件的尺寸精度和相互位置精度要求，以及对零件各表面间的加工顺序安排都有很大影响，当用夹具安装工件时，定位基准的选择还会影响到夹具结构的复杂程度。因此，定位基准的选择是一个很重要的工艺问题。定位基准有粗基准和精基准之分。零件开始加工时，所有的面均为加工，只能以毛坯面作定位基准，这种以毛坯面为定位基准的，称为粗基准；以后的加工，必须以加工过的表面做定位基准，以加工过的表面作为定位基准的称为精基准。（1）粗基准的选择选择零件的重要面和重要孔做基准。在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀，此外，还要保证定位夹紧的可靠性，装夹的方便性，减少辅助时间，所以粗基准为右端面。（2）精基准的选择法兰盘的20mm的孔既是装配基准又是设计基准，用它作为精基准，能使加工遵循基准重合的原则。mm的外圆柱面、90mm外圆柱面和外圆柱面都采用20mm的孔做基准，这使得工艺路线又遵循“基准统一”的原则，当设计基准与定位基础不重合时，应该进行尺寸换算。2.3法兰盘工艺路线的确定2.3.1工艺方案的拟定制定工艺路线时，必须充分考虑采用确保产品质量，并以最经济的办法达到所要求的生产纲领的必要措施，即应该做到：技术上先进，经济上合理，并有良好、安全的劳动条件。工艺路线方案一：工序1：铸造工序2：时效工序3：粗车100左端面以及外圆柱面工序4：钻、扩、粗铰20孔工序5：粗车100右端面，粗车45圆角及外圆柱面，粗车90左端面、外圆柱面、右端面，粗车45h6右端面、外圆柱面工序6：粗铣右端面，粗铣左端面（90圆柱）工序7：半精车100左端面以及外圆柱面，车100、90外圆柱面上的倒角，车20孔的左端倒角工序8：半精车100右端面，半精车45圆角以及外圆柱面，半精车90左端面、外圆柱面、右端面，半精车45h6外圆柱面、右端面，车3*2退刀槽，45h6圆柱两端的倒角，车20孔右端倒角工序9：钻4*9孔工序10：钻4孔，铰6孔工序11：钻3斜孔工序12：精车100左端面及外圆柱面工序13：精铰20孔工序14：精车100右端面，45过度圆角以及外圆柱面，精车90左端面、外圆柱面、右端面，精车45h6外圆柱面工序15：精铣右平面，精铣左平面（90圆柱）工序16：磨削100外圆柱面、45h6外圆柱面、90外圆面工序17：精磨90圆柱右平面（离中心线24mm的平面）工序18：抛光B面工序19：去毛刺工序20：刻线刻字工序21：镀铭工序22：检测入库工艺路线方案二：工序1：铸造工序2：时效工序3：粗铣20孔两端面工序4：钻、粗铰孔20工序5：粗铣90外圆柱面上平行于轴线的两个平面工序6：精铣20孔两端的端面 工序7：精绞20的孔工序8：粗车45、90、100的外圆，粗车B面与90的右端面工序9：半精车45、90、 100的外圆，半精车B面与90的端面，对100、90、45的圆柱面倒角，倒45两端的圆角，车3*2退刀槽，车20内孔两端的倒角工序10：精车100外圆面，精车B面，精车90的右端面，精车45的圆柱面 工序11：精铣90外圆柱面上平行于轴线的两个平面工序12：钻4-9孔工序13：钻4孔，铰6的孔工序14：磨45、100的外圆工序15：磨90外圆柱面上距离轴线24mm的平面工序16：磨B面工序17：刻字划线工序18：镀铬工序19：检测入库2.3.2工艺方案的比较与分析上述前两个工艺方案的特点在于：两个加工方案都是按先加工面再加工孔的原则进行加工的。方案一用车削的方法加工法兰盘外圆柱面及端面，方案二采用同时铣削加工两个端面，可以提高效率，方案二的效率虽高但精度不能保证，应把保证精度放在首位，故选用方案一车削。且把钻20孔放的相对靠前，这样做为后面工序的加工提供了定位基准，节约了夹具设计的时间，提高了生产效率，而且不破坏重要加工表面。方案一中，粗铣90两端面放在粗加工部分，避免加工出的表面在后续加工遭到破坏，影响工件整体精度，相对而言，方案一更合理；其外，方案一，把20孔左右两端面分开来加工，不会破坏左右其中一个后加工的端面，因此，相对而言，选用方案一是更合理。2.3.3工艺方案的确定最后确定工艺方案如下：工序1：铸造工序2：时效工序3：粗车100左端面以及外圆柱面工序4：钻、扩、粗铰20孔工序5：粗车100右端面，粗车45圆角及外圆柱面，粗车90左端面、外圆柱面、右端面，粗车45h6右端面、外圆柱面工序6：粗铣右端面，粗铣左端面（90圆柱）工序7：半精车100左端面以及外圆柱面，车100、90外圆柱面上的倒角，车20孔的左端倒角工序8：半精车100右端面，半精车45圆角以及外圆柱面，半精车90左端面、外圆柱面、右端面，半精车45h6外圆柱面、右端面，车3*2退刀槽，45h6圆柱两端的倒角，车20孔右端倒角工序9：钻4*9孔工序10：钻4孔，铰6孔工序11：钻3斜孔工序12：精车100左端面及外圆柱面工序13：精铰20孔工序14：精车100右端面，45圆角以及外圆柱面，精车90左端面、外圆柱面、右端面，精车45h6外圆柱面工序15：精铣右平面，精铣左平面（90圆柱）工序16：磨削100外圆柱面、45h6外圆柱面、90外圆面工序17：精磨90圆柱右平面（离中心线24mm的平面）工序18：抛光B面工序19：去毛刺工序20：刻线刻字工序21：镀铭工序22：检测入库2.3.4加工设备与工艺装备的选择由于生产类型为中批量生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床。其生产方式为通用机床加专用夹具为主，辅 以少量专用机床的流水生产线。工件在各机床上的装卸及各机床的传送均由人工完成。(1)粗车法兰盘外表面，选择CA6140车床，用三抓卡盘加紧。(2)钻、扩孔、粗铰20mm孔选择组合机床，专用钻头、扩孔刀和铰孔刀，百分表。(3)粗铣90mm两端面选择X61W万能铣床，专用铣夹具，百分表。(4)半精加工法兰盘外表面，选择X52K立式升降台铣床和专用夹具。(5)钻4x9、钻4孔、铰6孔、钻3斜孔，选择组合机床，专用钻夹具。(6)精加工法90外圆两端面选择X62W万能铣床，专用夹具。(7)磨削法兰盘外表面选择FCGS-4080CNC磨床，专用夹具。(8)抛光B面采用抛光机，专用夹具。第3章 法兰盘夹具设计3.1 钻4x9孔夹具设计3.1.1 总体方案设计（1）方案1从底座下方用定位销穿过零件20通孔下方并用螺纹来锁紧，使得钻孔时不会脱离夹具台。上方用螺纹杆连接夹紧板压紧零件，使得零件可以压紧在夹具台上。用可以移动滑块对齐和固定100左端面方向，使得钻孔定位不会出现偏离。 图3.1 钻2孔夹具整体方案1（2）方案2这道工序所加工油孔2，从底座放入芯轴并从20通孔中穿过，两端拧紧，以此是的零件固定在夹具台上。用连接板连接定位销和钻模板，以此对其和固定固定上100左端面方向。图3.2 钻2孔夹具整体方案2方案1中钻模板采用的是翻盖式设计，使得加工时易于更换零件。零件对齐和固定是采用的是滑块结构，使得孔定位误差较小。方案2中，零件用芯轴穿过，对轴的精度要求过高，而且加工时轴易于磨损和弯曲，须经常跟换芯轴，成本过高。钻模板采用的是覆盖式，不易于零件的更换。综上所述，根据操作难易程度，夹具设计制造成本以及精度考虑，选择整体方案1。3.1.2 定位分析及误差计算（1）定位分析：方案1：在法兰盘底端100圆面底部采用凸台定位，夹具体上的凸台可以限制3个自由度。90圆面的右端面用滑块顶住对齐，可以限制1个自由度，20中心孔底部用短圆柱销可以限制2个自由度。这样限制6个自由度，从而达到完全定位。图3.3 定位原理及误差分析方案1方案2：此方案这道工序所加工在100端面上。平台可以限制1个自由度，45左端面可以限制1个自由度，长轴可以限制4个自由度，从而达到完全定位。图3.4 定位原理及误差分析方案2方案2中，夹具对芯轴精度要求过高，加工零件更换也比较麻烦，且在平台上钻孔对夹具固定、夹紧要求过高。方案1中采用短销固定，要求先对与芯轴较小，加工时易于更换零件。底部用面定位易于放置、加工零件。因此选择成本较低，操作较方便的方案1。（2）误差分析：定位误差：本工序定位方式为一孔一面定位。由文献1P136，表4-28，定位误差计算。知：工件在夹具中的定位误差： （3.1）其中：为定位孔与定位销间的最小间隙。查得 ， =+0.039，由零件图知 所以 3.1.3 夹紧机构设计与夹紧力计算（1）夹紧机构设计在夹紧方案的设计中，根据工件的形状，采用螺旋拧紧方式，同时可将夹紧装置的位置定于工件100底端圆柱面两侧。(2) 夹紧力计算切削力计算： 刀具：直柄麻花钻，9mm 确定夹紧方式和设计夹紧机构9mm孔中的中心轴承受钻孔时的切削扭矩。在钻9mm孔时，由于孔径较小，切削扭矩和轴向力较小，并且轴向力可以使工件夹紧，因此，在确定夹紧方式时就可以不考虑轴向切削力的影响，即可以不施加夹紧力来克服轴向切削力。但由于切削扭矩会使工件产生旋转，因此需要对工件施加向下压的夹紧力来克服切削扭矩。为便于操作和提高机构效率，采用快速螺旋卡紧机构进行卡紧，其力的作用点落在靠近加工孔的9mm孔所在的面上 计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。本工序在钻削加工过程中的切削力可以分解为切削扭矩和轴向切削力，因轴向切削力的作用方向与夹具的夹紧方向相同，有助于工件的夹紧，因此，在计算夹紧力时可以不计算轴向切削力。而为保证夹紧可靠，应将理论夹紧力乘上安全系数作为工件加工时所需要的夹紧力，即： (3.2) 其中，由文献1表1-2-1得：、1.15、，所以，= 2.691。由文献1表1-2-7得 (3.3) 由文献1表1-2-8得：由于钻头的直径为d = 9mm，所以，(N mm)。因此，实际所需要的夹紧力为：(N mm)。夹紧机构采用螺旋机构，机构的传动效率为，螺纹部位产生的夹紧力为： (3.4)由文献1表1-2-20，得： = 6.22mm，查表1-2-21，得：= 3.675mm，查表1-2-22，得，。 = 2810(N)则作用在转动压板上的夹紧力为： (3.5) 由公式得：在工件上的夹紧力作用点到钻头在工件上加工时作用点的距离为41mm。因此，夹紧力产生的扭矩为： 41=8501.76(N mm)。 (3.6)因，故该机构能满足钻孔加工要求。3.1.4 对刀及导引装置设计在导向装置设计中如（如图所示），为保证夹具体的持久耐用性，采用的可换钻套，当钻套加工磨损后，可通过更换钻套，使夹具体寿命更长，且保证钻孔位置。图3.5 对刀装置钻套设计3.1.5 夹紧操作说明夹具使用在Z3025翻转式钻床，加工法兰盘45端面上的4x9的孔。螺纹圆柱销和六角头螺栓连接在底座上，构成定位，使得工件在加工时不会有X和Y轴方向上的移动。用压紧板、双头螺柱，螺母和垫圈组成压紧装置，使其起到压紧工件作用。首先将底座支架放好，然后将螺纹圆柱销与油阀座的通孔配合好，再将工件底部孔通过圆柱销，套在底座上。旋转六角头螺栓推动滑块，使得45左端面与滑块接触对齐平面。再将压紧板转到100底端圆面上，向下拧动螺母使工件夹紧，至此工件在夹具内已完全定好位。设计心得 （1）在本次为期两周的法兰盘零件夹具课程设计中我接触并完成了零件工艺性分析，工艺的设计，包括工艺路线的确定和工序尺寸，加工余量的计算，以及钻孔直径为9mm孔夹具的设计，其中包括确定总体方案，定位原理分析和计算，夹紧力的计算和夹紧装置的设计。（2）课程设计中我们针对法兰盘零件制定了两种加工工艺路线，并对其进行了计算得出选择一种最优的方案。对于夹具设计部分我也制定了两套整体方案及定位方案，通过比较选择最合理的方案，并最终用CAD画出其装配图和夹具零件图。（3）通过这次设计我能独立分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂零件的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计的方案，完成夹具结构设计的能力，培养了我熟悉运用有关手册，规范，图表的能力，同时也进一步培养了我的识图，制图和编写文件的基本技能。参考文献1卢秉恒机械制造技术基础M 北京：机械工业出版社，19992 刘丽娟机床夹具设计中的一面二销定位J润滑与密封，2003(3)1071083 王凤岐，许红静计算机辅助夹具设计 J航空制造技术，2003(11)38404 赵家齐机械制造工艺学课程设计指导书M北京：机械工业出版社，19975 顾崇衔等机械制造工艺学M西安：陕西科学技术出版社，19906 王启平机床夹具设计M哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1996 7 王小华机床夹具图册M北京：机械工业出版社，1992 8 周振宝机床夹具精度的分析J机床与液压，2004(2)1371389 何铭新，钱可强机械制图M北京：高等教育出版社，2010 10 李益民机械制造工艺设计简明手册M北京：机械工业出版社，1993附 录 钻4x4孔夹具三维图从底座下方用定位销穿过零件20通孔下方并用螺纹来锁紧，使得钻孔时不会脱离夹具台。上方用螺纹杆连接夹紧板压紧零件，使得零件可以压紧在夹具台上。用可以移动滑块对齐和固定100左端面方向，使得钻孔定位不会出现偏离。图 .1 钻4x9孔夹具三维图18鉴定表姓名学号专业班级设计题目法兰盘钻4x9孔夹具设计指导教师课程设计评分表（互评占15%，答辩占25%，指导教师评分占60%）学生自评互评教师评阅（60%）答辩(25%)分数总和自评部分5%互评部分10%工作量1工艺部分0.5夹具部分1.5图纸质量1.5效果或动画0.54.34.4 标准评判结果按“分数总和”分为五级：优(4.5)、良(4)、中(3.5)、及格(3)、不及格(3)（其中，依据每组组长的工作情况，可在总评分上加分0.0-0.3分）答辩提问及回答：1、设计夹具的定位原理？ 答：在法兰盘底端100圆面底部采用凸台定位，夹具体上的凸台可以限制3个自由度。90圆面的右端面用滑块顶住对齐，可以限制1个自由度，20中心孔底部用短圆柱销可以限制2个自由度。这样限制6个自由度，从而达到完全定位2、中心短销如何定位？ 答：在底座