K243-法兰盘工艺及铣夹具设计【最大直径120】
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最大直径120
K243
法兰盘
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夹具
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120
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设计说明书题目：法兰盘的工艺规程及铣夹具设计摘 要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。法兰盘加工工艺规程及其钻孔夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。ABSTRCTThis design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge.The reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement.Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error目 录ABSTRCT3绪论1第一章 零件的分析21.1 零件的作用21.2零件的工艺分析2第二章 毛坯的确定42.1确定毛坯的制造形式42.2毛坯形状及尺寸4第三章 拟定加工工艺路线53.1 基准的选择53.1.2粗基准选择53.1.2 精基准的选择53.2 制定工艺路线6第四章 零件加工工序设计84.1 铸造84.2 热处理84.3 车左右端面84.4 粗车、半精车70外圆84.5 车120的的端面及外圆94.6钻3-11孔104.12铣R30圆弧10第五章 夹具设计125.1 工件加工工艺的分析135.2定位基准的选择135.3 工件定位方案的确定145.4 切削力与夹紧力的计算165.5 夹具体整体设计175.6 定位误差分析185.7 夹具设计及操作简要说明19总 结20致 谢21参 考 文 献22绪论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孔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课程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，敬请老师们批评指正。第一章 零件的分析 1.1 零件的作用法兰盘应用广泛，是非常重要的机械零件之一。法兰盘的一般作用是：（a）轴承外圈的轴向定位；（b）防尘和密封，除本身可以防尘和密封外，也常和密封件配合以达到密封的作用；（c）位于车床电动机和主轴箱之间的法兰盘，主要起传递扭矩和缓冲吸震的作用，使主轴箱的转动平稳。因此该零件应具有足够的强度、钢度耐磨性和韧性，以适应法兰盘的工作条件。该零件的主要工作表面为左右端面以及左端面的外圆表面，在设计工艺规程时必须重点考虑。法兰盘加工工艺的可行性与合理性直接影响零件的质量、生产成本、使用性能和寿命等。1.2零件的工艺分析该法兰盘结构简单，形状普通，属一般的盘盖类零件。主要加工表面有法兰盘左、右端面，方形端面，要求其端面跳动度相对中心轴线满足0.04mm，其次就是60孔,30孔及3-11孔的加工端面为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；另外11孔的加工表面虽然在圆周上，但通过专用的夹具和钻套能够保证其加工工艺要求。该零件除主要加工表面外，其余的表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求。由此可见，该零件的加工工艺性较好。该法兰盘形状的普通、结构简单，属典型的圆盘类零件，主要实现轴承轴向定位的功能，必须满足法兰盘的位置度要求，即垂直度和同轴度的要求，因此加工精度要求较高；法兰盘在工作中需承受载荷，为增加其耐磨性，对法兰盘要求时效处理。第二章 毛坯的确定2.1确定毛坯的制造形式由于该零件的结构比较简单，在工作工程中不会受很大的力。由于该法兰盘在工作过程中要承受冲击载荷，为增强其强度和冲击韧度，和较好的组织，毛坯选用铸件，该法兰盘的轮廓尺寸不大，为提高生产率和铸件精度，采用机器造型方法铸造毛坯，选择HT150。HT150灰铸铁具有良好的铸造性、减震性、耐磨性和切削加工性能，适合铸造该法兰盘零件。2.2毛坯形状及尺寸毛坯的形状及尺寸毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状、结构、尺寸及加工余量等因素确定的，并尽量与零件相接近，以达到减少机械加工的劳动量，力求达到少或无切削加工。但是，由于现有毛坯制造技术及成本的限制，以及产品零件的加工精度和表面质量要求愈来愈来高，所以，毛坯的某些表面仍需留有一定的加工余量，以便通过机械加工达到零件的技术要求。毛坯尺寸与零件图样上的尺寸之差称为毛坯余量。铸件公称尺寸所允许的最大尺寸和最小尺寸之差称为铸件尺寸公差。毛坯余量与毛坯的尺寸、部位及形状有关。 第三章 拟定加工工艺路线3.1 基准的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会问题百出。3.1.2粗基准选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。（4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。先选取外圆和端面为定位基准，利用V型块为定位元件。3.1.2 精基准的选择精基准的选择应满足以下原则：1)为了保证零件各个加工面都能分配到足够的加工余量，应选加工余量最小的面为粗基准。2)为了保证零件上加工面与不加工面的相对位置要求，应选不加工面为粗基准。当零件上有几个加工面，应选与加工面的相对位置要求高的不加工面为粗基准。3)为了保证零件上重要表面加工余量均匀，应选重要表面为粗基准。零件上有些重要工作表面，精度很高，为了达到加工精度要求，在粗加工时就应使其加工余量尽量均匀。4)为了使定位稳定、可靠，应选毛坯尺寸和位置比较可靠、平整光洁面作粗基准。作为粗基准的面应无锻造飞边和铸造浇冒口、分型面及毛刺等缺陷，用夹具装夹时，还应使夹具结构简单，操作方便。5)粗基准应尽量避免重复使用，特别是在同一尺寸方向上只允许装夹使用一次。因粗基准是毛面，表面粗糙、形状误差大，如果二次装夹使用同一粗基准，两次装夹中加工出的表面就会产生较大的相互位置误差。以25孔为定位精基准，加工其它表面及孔。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。3.2 制定工艺路线制订工艺路线的出发点，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。通过仔细考虑零件的技术要求后，制定以下两种工艺方案：方案一1铸造铸造2时效时效处理3车粗车左端60端面，内孔 退刀槽4车粗车右端端面 70 外圆退刀槽，30内孔5钻钻3-11孔锪孔186车精车30H7内孔和60H11内孔7车精车70k6外圆 120右端面8铣铣R30圆弧9去毛刺10清洗11终检方案二1铸造铸造2时效时效处理3钻钻3-11孔锪孔184车粗车左端60端面，内孔 退刀槽5车粗车右端端面 70 外圆退刀槽，30内孔6车精车30H7内孔和60H11内孔7车精车70k6外圆 120右端面8铣铣R30圆弧9去毛刺10清洗11终检工艺方案一和方案二的区别在于方案二先钻孔再铣端面，违背了先面后孔的原则，后方案一先面后孔，先大孔后小孔，遵循了安排工艺的基本原则，同时铣面后先钻11的孔，这样可以利用11的孔作为定位基准，更好地保证了工件的加工精度，综合考虑我们选择方案一具体的工艺路线如下：1铸造铸造2时效时效处理3车粗车左端60端面，内孔 退刀槽4车粗车右端端面 70 外圆退刀槽，30内孔5钻钻3-11孔锪孔186车精车30H7内孔和60H11内孔7车精车70k6外圆 120右端面8铣铣R30圆弧9去毛刺10清洗11终检第四章 零件加工工序设计4.1 铸造4.2 热处理4.3 车左右端面1. 选择刀具刀具选取车刀，刀片采用YG8,，。2. 决定车削用量1） 决定车削深度 因为加工余量2mm，分两次切除2） 决定每次进给量及切削速度 根据CA6140型车床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取375当375r/min时按机床标准选取3） 计算工时切削工时：，则机动工时为4.4 粗车、半精车70外圆1) 切削深度 单边余量为Z=2mm 2) 进给量 根据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。修正系数见切削手册表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= 377r/min与377r/min相近的机床转速为375r/min。现选取=375r/min。所以实际切削速度= 5) 切削工时， t=i ;其中l=7mm; =4mm; =0mm; t=i=x2=0.074(min)4.5 车120的的端面及外圆1) 切削深度 单边余量为Z=2mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取f=0.8mm/r3) 计算切削速度其中：=104, =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 1.440.81.040.810.97=30m/min 4) 确定机床主轴转速ns= 382r/min与382r/min相近的机床转速为400r/min。现选取=400r/min。所以实际切削速度= 5) 切削工时， t=i ;其中l=19mm; =4mm; =0mm; t=i=0.059(min)4.6钻3-11孔机床：Z525立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表10-61选取高速钢麻花钻111)进给量 取f=0.13mm/r2)切削速度V=1220m/min. 取V=15m/min3)确定机床主轴转速ns= 682r/min与682r/min相近的机床转速为700r/min。现选取=700r/min。所以实际切削速度=5) 切削工时，按工艺手册表6.2-1。t=i ;其中l=10mm; =4mm; =3mm;t=2x（） =2x（）=0.0234(min)4.12铣R30圆弧1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用YG8,，。2. 决定铣削用量1） 决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成2） 决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取750当750r/min时按机床标准选取3） 计算工时切削工时：，则机动工时为第五章 夹具设计不规则结构的零件加工，不方便用普通标准的夹具来装夹，也保证不了加工精度和行位公差。为保证加工质量，提高生产率，在普通夹具不适用的情况下需要专用非标准的夹具。本章设计的是铣半圆弧夹具设计，进行定位分析，本夹具用于专用夹具，刀具为立铣刀。在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）的装置，称为夹具。它是用来固定加工对象，使之占有正确位置，接受施工或检测的装置。在机械加工过程中，为了保证加工精度，首先要使工件在机床上占有正确的位置，确定工件在机床上或夹具中占有正确的位置的过程，称为工件的定位。定位后将其固定，使其在加工过程中始终保持定位位置不变的操作称为夹紧。工件在机床或夹具上定位、夹紧的过程称为工件的装夹。用以装夹工件的装置称为机床夹具，简称夹具。夹具是机械加工中的一种工艺装备，它在生产中起的作用很大，所以在机械加工中的应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用：1. 保证工件的加工精度由于采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，所以在机械加工中，可以保证工件各个表面的相互位置精度，使其不受或不受各种主观因素的影响，容易获得较高的加工精度，并使一批工件的精度稳定。2. 提高劳动生产率和降低加工成本采用夹具使工件装夹方便，免去工件逐个找正对刀所花费的时间，因此可以缩短辅助时间。另外，采用夹具装夹或，产品质量稳定，对操作工人的技术水平的要求可以降低，有利于提高生产率和降低成本。3. 扩大机床工艺范围和改变机床用途使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。这是在生产条件有限的也器中常用的一种技术改造措施。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗摸夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工，一充分发挥通用机床的作用。4. 改善劳动条件和保证生产安全使用专用机床夹具可减轻工人的劳动强度、改善劳动条件，保证安全生产。5.1 工件加工工艺的分析1.零件加工面的技术要求：a.未注明铸造圆角R3-5b.线性未注公差为GB/T1804-m 2.加工手段分析方形端面一般用刨、铣、两种加工方法。本论文选用铣削的方法加工。粗铣可以使表面粗糙度达到12.5m，经过精铣使Ra为6.3m。5.2定位基准的选择基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。根据基准的不同功能，基准分为设计基准和工艺基准两大类。1. 设计基准 在零件图样上所采用的基准，称为设计基准。2. 工艺基准零件在工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同，又分为装配基准、测量基准、工序基准和定位基准。（1）装配基准装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准，称为装配基准。（2）测量基准测量时用以检验已加工表面尺寸几 位置的基准，称为测量基准。（3）工序基准在加工工序中，用以确定本工序被加工表面家工后的尺寸、形状及位置的基准，称为工序基准。（4）定位基准工件定位时所采用的基准，称为定位基准。需要说明的是，作为基准的点、线、面在工件上并不一定具体存在。如轴心线、对称面等，它们是由某些具体表面来体现的。用以体现基准的表面称为定位基准。我们采用30孔及其端面为定位基准，采用心轴定位，一个端面限制3个自由度，一个心轴限制2个自由度，一个削边销限制1个自由度，这样空间的六个自由度就限制完全了。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用开口垫圈作为夹紧机构。5.3 工件定位方案的确定工件装夹在机床上必须使工件相对于刀具和机床处于正确的加工位置，它包括工件在夹具的定位、夹具在机床上的安装以及夹具相对于刀具和整个工艺系统的调整等工作过程。在使用夹具的情况下，就要使机床、刀具、夹具和工件之间保持正确的加工位置。显然，工件的定位是其中极为重要的一个环节。1. 六点定位原则定位，就是限制自由度。通常是用一个支承点限制工件的一个自由度，用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是工件定位的“六点定位原则” 。2. 工件定位中可能出现的集中情况（1）完全定位六个支承点限制了工件的全部自由度，称为完全定位。（2）不完全定位根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位，称为不完全定位。（3）欠定位根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有被限制的定位，称为欠定位。器定位无法保证加工要求，所以是决不允许的。（4）过定位夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几个自由度的现象，称为过定位。过定位中常会出现干涉现象。如果要使零件自由体在空间有一个确定的位置，就必须设置相应的六个约束，分别限制刚体的六个运动自由度。如果工件的六个自由度都加以限制了，工件在空间的位置也就完全被确定下来了。本次夹具设计的是半轴和削边销定位，限制空间的六个自由度，同时采用开口垫圈夹紧工件即可满足要求。定位方案如下图：155.4 切削力与夹紧力的计算（1）刀具： 采用端铣刀 31mm z=24机床： x51立式铣床 由3 所列公式 得 查表 9.48 得其中： 修正系数 z=24 代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=其中：为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1 所以 （2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=12mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s=3.54 取s=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力5.5 夹具体整体设计1材料的选择夹具的材料选择依据经济性原则9。夹具体选HT200，主要零件需要热处理。夹具体：选用HT200采用铸造加工，经过时效处理。B型固定式定位销 B14f7%x14：选用T8定位心轴：选用T8A,淬火 HRC55-60.六角螺母-C级 M12，选用钢内六角圆柱头螺钉 M5X20：选用钢螺纹圆柱销 6X20，选用35钢开口垫圈：选用45螺母：45号钢，淬火-回火 HRC40详见夹具装配图标题栏零件明细材料表。标准件均采用不锈钢材料。2. 夹具装配图及夹具体零件图 详见附件夹具装配图及夹具体零件图纸。 5.6 定位误差分析(1)移动时基准位移误差 （式5-5）式中： 半轴孔的最大偏差 半轴孔的最小偏差 半轴定位孔与定位销最小配合间隙代入（式5-5）得： = = (2) 转角误差 （式5-6）式中： 半轴孔的最大偏差 半轴孔的最小偏差 半轴定位孔与定位销最小配合间隙 削边销孔的最大偏差 削边销孔的最小偏差 削边销定位孔与定位销最小配合间隙其中： 则代入（式5-6）得：则： 经检验合格5.7 夹具设计及操作简要说明采用半轴和削边销定位，采用开口垫圈和螺母组成的快速夹紧装置，即可指定可靠的卡紧力。同时我们采用对刀块，导向铣刀，保证导向的精度，这样就大大的提高了生产效率，适合于大批量生产。总 结这次设计是大学学习中最重要的一门科目，它要求我们把大学里学到的所有知识系统的组织起来，进行理论联系实际的总体考虑，需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结合起来。同时也培养了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。所以在设计中既了解了基本概念、基本理论，又注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实践相结合，来完成本次设计。这次设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,更是在学完大学所学的所有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次毕业设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、加工方式的选取、刀具选择、量具选择等； 也培养了自己综合运用设计与工艺等方面的知识； 以及自己独
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