工艺夹具毕业设计8CA6140车床法兰盘工艺流程设计及钻孔夹具设计

1 机 械 制 造 工 艺 学 课 程 设 计 说 明 书 设计题目 设计 CA6140 法兰盘的机械加工 工艺规程 及钻 4 9夹具设计（年产量 5000 件） 设 计 者 指导教师 X X X X 大 学 2007 年 6 月 26 日 2 XXXX 大学 机械制造工艺学课程设计任务书 题目 :设计 CA6140法兰盘的机械加工工艺规程及钻 4 9夹具设计（ 零件 年产量 5000件） 内容 :1.零件图 1 张 2.毛坯图 1 张 3.机械加工工艺过程卡片 3 张 4.机械加工工序卡片 17 张 5.工序附图 8 张 6.夹具零件图 1 张 7.夹具装配 图 1 张 8.课程设计说明书 1 份 专业年级 学 生 指导教师 2007 年 6 月 3 序言 机械制造工艺学课程设计是在我们学完了机械制造工艺学 机械设计基础 机械制造基础等专业基础课之后进行的。这是一次很好的理论联系实际的机会，也将为我们明年的毕业设计打下坚实的基础，因此，我认为这门课在我们的大学生涯中具有举足轻重 的地位。 对我个人来讲，我将会抓 住这样一次难得的机会，继续巩固我们已经学过的机械制造工艺学等课程；不断提高自己的发现问题，分析问题，解决问题的能力；为明年的毕业设计及今后的工作打下良好的基础。 由于能力水平有限，在设计中尚有许多不足之处，恳请 老师给予指教。 4 一、零件的分析 （一）零件的功用 题目所给的是 CA6140 车床法兰盘零件，该零件位于车床主轴与三爪卡盘之间，用于传递转矩，连接车床和三爪卡盘，为车削提供传递动力。 （二）零件的结构 该零件是由型材铸件经过多种加 工得到的；由四个螺孔结合螺钉来达到连接的目的；利用凹槽使得连接更加牢靠；对各棱角进行倒角处理使得接触更加容易；进行抛光、无光镀铬使得零件接触处达到粗糙度要求、外观更加精美。 （三）零件的工作环境 法兰盘是车床的必备零件，在高温中、高转速下工作，一般转速在600r/min 2000r/min 之间；因与车床主轴直接连接，所以法兰盘的温度较高，一般温度为 180摄氏度；因转速较高，故该零件还承受较大的离心力导致该零件自身承受的应力很大，所受最大应力 400MPa。 为了保证法兰盘能在高转速下保证平衡，零件各 表面的相互位置精度要求较高，该盘的所有表面都要仔细加工，均进行了粗加工、半精加工、精加工等加工过程，在进行加工时不能有任何的划伤和截然的转接部分，以避免应力集中。相比而言，盘的直径比厚度大得多，为使盘具有较高的强度，需要将左右两个外圆的做成等强度。因此，它的两侧通常是由型面组成。由于对车床精度的要求越来越高，法兰盘 5 的厚度越来越薄，加上直径较大，中央有通孔，台阶孔，四周有四个小孔，所以加工这样的零件有一定的难度。 （四）零件的工艺分析 由附图可知，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，适应于承受较大应力、要求耐磨的零件。该零件主要加工 B、 C、 D、 F 等几个面以及六个孔，需要有较高的平行及垂直精度，为此，最好能够同时加工出更多的面和孔。在强度设计上采用了较低的安全系数，在选择材料上也提出了较高的要求，工艺路线安排上、制造方法及装夹、探伤和检验都提出了较高的要求，因而盘的使用寿命得到了提高，多采用专用夹具，因而效率较高，设计基准与工序基准重合，因而精度较高。根据相关面和孔加工的经济精度及车床能够达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。 二 工艺规程的设计 （一） 确定毛坯的制造形式 在选择毛坯的时候，考虑到车床在运行中车床进行中有正转、反转、启动及停止等多种动作，零件在工作过程中则经常承受交变载荷及冲击性载荷；由于法兰盘的年产量为 5000 件，已达到大批量生产的水平，轮廓尺寸不大，综合考虑应次应该选择铸件，以保证零件工作可靠，最终确定毛坯材料为 HT200。毛坯的铸造方法是采用的金属型铸造，由于中间的通孔需要铸出，应该安放型心。 6 （二）基准的选择 加工法兰盘一般以前后两个端面作为轴向定位基准，以外圆作为径向定位基准，因为盘类零 件的尺寸较大，精度要求较高，即使使用专用夹具也难以保证相互位置精度要求，故常采用找正的方法来定位。因为法兰盘的位置精度要求较高，而且不能在一次安装中完全加工各个需要加工的表面，所以在整个工艺过程中需要变换定位基准，这样将影响加工精度，采用互为基准加工精度要求极高的表面，例如，在该零件的加工 45 的外圆中的前后两个外圆柱面分别与前后两个端面靠在一起，通过一次安装加工完成，两个外圆柱面的同轴度用同一基准内孔定位来保证；两个端面的平行度用互为基准的方法来保证。 角向定位基准因导向结构的不同而不同，当盘上有沿圆均匀 分布的孔时，可用这些孔作为角向定位基准，又由于该零件有一个通孔，可以直接使用该孔作为轴向定位基准，可以保证法兰盘在高速定位传递扭矩可靠，既要保证二者配合的不会因为离心作用而产生间隙，又要补偿因为制造和装配的定位误差。 （三）制定工艺路线 工艺过程的制定关系到零件的加工质量。 由于零件的工作条件、结构形式、尺寸精度各不相同，因而工艺过程的制定也就有所不同。 由于生产批量为大批量，故采用组合机床并配以专用家具，并尽量使用工序集中来提高生产率。如前所述，法兰盘属于叫薄的零件，因而在加工过程中主要应考虑如何防止加工中 的变形问题。 （ 1） 加工阶段的划分 7 法兰盘的加工一般分为粗加工、半精加工、精加工、光整加工等四个加工阶段。第一阶段粗加工的主要目的是尽快去掉铸件上的大部分余量；第二阶段的半精加工则是为了去掉由于粗加工造成的表面缺陷以及由于铸造和粗加工产生的内应力所引起的零件变形；通过第三阶段的精加工应得到零件图纸规定的尺寸要求；最后通过光整加工和处理达到表面粗糙度和质量的要求。 （ 2） 工序的集中和分散原则的选择 当加工盘类零件时，常采用工序集中的原则。这是因为工件重而大，搬运不容易，定位经常需要找正 。采用工序集中可以减少定位次数，提高 工作的加工精度，尤其是各表面间的相互位置精度，可以减轻工人的劳动强度，节省辅助时间，降低生产成本；但是工序集中要求工人的技术程度很高，尤其是重要工序，所以应当适当的分散。 （ 3） 辅助时间的安排 在该零件的机械加工过程中，中间检验、洗涤、去毛刺、刻字、最终检验以及入库等工序的安排都是在一个加工阶段或在一个重要工序之后。其中特种检验工序如超声波探伤一般应在粗加工或半精加工之后进行，荧光检验等最终监狱安排在精加工之后进行 （ 4） 工艺路线方案一： 工序一 在普通外圆 车床上粗车各端面及 各个 外圆 工序二 在铣床上铣上 下两个平面 C、 D，精铣上平面 D 工序三 精车 各 个表面 工序四 在钻床上 钻 出四个 孔 9，台阶孔 8 工序五 进行 精铰 四个小孔 ，台阶孔 工序六 100 的左端面刻字 工序七 钳工去毛刺 ，进行最终处理 工序八 入库 （ 5） 工艺路线方案二： 工序一 铸造处理、淬火 工序 二 粗车 100 、 左边 45 、 90 外圆，粗车各端面，粗车90 的倒角， 100 的倒角， 钻 18 的孔 工序 三 粗车右 45 的外圆，粗车 3 2的槽， 粗车 R5的圆角 扩 、 铰 20 的孔 工序 四 半精车左端 100 ，左右端 4 5 的 外圆以及各端面 ， 32 的槽， R5 的圆角 工序 五 检验 （利用超声波进行探伤） 工序 六 粗铣 C 工序 七 粗 、 精铣 D 面 工序 八 钻四个 9 的小孔 工序 九 钻 、 铰左面 F 面上的台阶孔 工序 十 钳工去毛刺 工序十 粗磨 外圆至 100 .1、 90 .1、 45 .1，精磨外圆至 100 、90 、 45 工序十一 对 B面 进行 抛光 工序十二 100 的左端面刻字 9 工序十三 100 的外圆无光渡铬 工序十四 荧光 检验 等 工序十五 入库 比较两种工艺路线方案，可知，两种加工方案均能够加工出法兰盘，但 第二种工艺路线方案中 效率较高，而且位置精度较易保证。工序安排使时间较为合理，设计基准和工艺基准重合 ，能够较好的保证零件加工的表面质量和粗糙度。 （四）机械加工余量 、 工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “ CA6140车床 法兰盘 ” ；零件材料为 HT200， 淬火 处理，硬度约 200HB，毛坯重量 1.4kg，生产类型 为大批量，金属型 铸造毛坯。 据以上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如下： （ 1） 外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（ 100、 90、 45 的各个 端面）。查机械制造工 艺设计简明手册（ 备注： 以下称工艺手册），取 100， 90， 45的 端面长度余量均为 2.0mm（均为双边加工） （ 2） 磨 削加工余量为： 粗磨余量 0.5mm， 精 磨余量 0.1mm （ 3） 20 内孔，查工艺手册，取 20已铸成孔长度余量为 2.0mm，即铸成孔半径为 11mm。 工序尺寸加工余量：钻孔 2mm、 扩孔 0.125mm 铰孔 0.035mm （ 4）其他尺寸直接铸造 到位 由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。因此在计 10 算最大 、 最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。 （五）确定 切削 用量及基本工时 工序 二 以 45 外圆为粗基准， 粗车 100 、 左边 45 、 90 的外圆，粗车各端面，粗车 90 的倒角， 100 的倒角， 钻 18 的孔加工条件 ： 工件材料： HT200, b =0.16GPa HB=200 左右 ,金属型 铸造。 加工要求： 粗车 100 、 左边 45 、 90 的 外圆，粗车各端面，粗车 90 的倒角， 100 的倒角， 钻 18 的孔 机床： CA6140 普通外圆车床， Z525 钻床 刀具： W18Cr4V 硬质合金钢 车外圆车刀、端面车刀、麻花钻 ,车 削宽度 ae 40,深度 ap 8,刀具 o 25 、 o 8、 s= 10 、 Kr=60 、Kr =30 ,、 Kr =5 。被吃刀量 ： 因为切削量较小，故可以选择ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需长度。 1） 机床功率为 6.5kw 2） 查切削手册 f=0.44 0.84mm,选较小量 f=0.44 mm左右 3） 计算切削速度按切削手册， V c=vvzvpmv KyfXaT C 可得 Vc 88mm/s， n=440r/min,Vf=490mm/s。据 CA6140 车床以及 Z525钻床参数，选择 nc=500r/min,Vfc=500mm/s,则实际切削速度 V c=300.8m/min实际进给量为 f zc=V fc/ncz=500/(100 10)=0.5mm查后刀面最大磨损及 使用 寿命 ,寿命 T=180min 4） 最终确定 ap=1.5mm， nc=500r/min,Vfc=500mm/s， V c=300m/min f z=0.5mm 5） 计算基本工时 tm L/ Vf E/Ap=0.19min 11 工序三 粗车右 45 外圆、 3 2 的槽、 R5的圆角，扩、铰 20 孔 1. 加工条件 工件材料： HT200, b =0.16GPa HB=190 241,铸造 加 工要求： 粗车右 45外圆、 3 2 的槽、 R5 的圆角，扩、铰 20孔 机床： CA6140普通外圆车床， Z525 钻床 刀具： W18Cr4V 硬质合金钢端车 刀 ，高速刚麻花钻。 车 削宽度aePcc。故校验合格。最终确定 ap=1.2mm， nc=500r/min,Vfc=500mm/s，V c=69.1m/min， f =0.10mm/r 6）计算基本工时 tm L/ Vf=0.12min 其余工序分析如上，所得数据均已填入相应的工序卡中。 三 专用夹具设计 为了提高 劳动 生产效率，保证加工质量，降低劳动强度和生产成本通常需要设计专用夹具 ，我 设计 的是该道工序的专用夹具设计 钻 12 四个小孔的钻 床夹具。本夹具将用于 Z525 钻 床，刀具为高速钢 麻花钻 ，分别对工件 四周进行加工，以加工出四个孔 。 工件装夹方案的确定 工件装夹方案的确定，首先应考虑满足加工要求。端面 D 面与一 个 台阶 孔 、中心孔均有 位置精度要求 ， 可以通过 其中的 任意一个 进行定位来保证。 在加工过程中 ，应该对工件的 6 个自由度都进行限制，在该设计中，通过导柱与 中心孔 20 0+0.045进行配合，下端面与夹具表面压紧来限制 5 个自由度，通过两个 菱形 销来限制工件绕 Z轴转动的自由度，这样，达到工件的 完全定位， 之所以采用菱形销而不用圆柱销是为了避免过定位。 工件定位方案的确定除了考虑加工要求外，还应结合定位元件的结构及加紧方案实现的可能性而予以最后确定。考虑到工件为大批生产，为提高生产效率，减 轻工人劳动强度，宜采用尽可能简单的加紧装置，该设计中采用一个套筒、一根心轴、一个 销 与一块压板作为压紧装置，只需 是套筒和轴配 合好 即可以完成整个加工工序。在加工完成后，只需松一 下 菱形销 ，就可以取出工件，较为简便。由于该夹紧装置主要是压紧工件，限制 Z 方向的自由度，而本工序采用的是 Z525 钻 床作用在 Z 方向的切削力很小，因而不需要很大的加紧力。 定位基准的选择 由零件图可知， 四个孔与台阶 梯孔 、中心 孔 20 0+0.045都有一定的位置精度要求，应以 这两孔的中心线所确定平面为定位基准，限制三个自由 度。 为保证工件位置精度加工时的稳定性，又考虑到夹具的尽可能简化，选用孔 20 0+0.045、 台阶 孔中心为第一和第二定位基准，通过 心轴 和菱形销（ 见夹具装配图）实现定位。 定位误差分析 定位元件尺寸及公差的确定 夹具的主要定位元件为 心轴 和菱形销 ，心轴 的尺寸与公差现规定为本零件在工作时与其相配孔相同，即 20 0+0.045。 切削力及加紧力计算 刀具：高速 钢麻花钻 ，直径 D=8mm， F=CFapxFfzyaeuF/（ do UF） 水平分力： FH=1.1F=1.1 2893=3182.3（ N） 垂直分力： FV=0.3F=0.3 2893=867.9（ N） 在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数 K=K1K2K3K4 其中， K