机械制造工艺学课程设计法兰盘831004机械加工工艺及钻Ф20mm通孔专用夹具设计（全套图纸）.doc

第1章 工件的简要分析全套图纸，加1538937061.1工件的用途 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。1.2工件的工艺性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20mm的孔为中心 ,包括：mm的外圆柱面及左端面, 尺寸为mm的圆柱面,90mm的外圆柱面、右端面及上面的4个9mm的透孔， mm的外圆柱面及上面的6mm，4mm的孔, 90mm端面上距离中心线分别为34mm和24mm的两个平面。并且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,然后再加工孔到尺寸要求，再以孔定位加工各个表面。图1.2.1 以20为内孔中心的加工表面第二章 确定毛坯2.1 毛坯材料由零件材料HT200,确定毛坯为铸件，由于该零件是中批生产，而且零件轮廓尺寸不大，故采用金属模铸造，法兰盘因毛坯比较简单，采用铸造毛坯时一般是成队铸造，再进行机械加工。这从提高生产率，保证加工精度上考虑也是应该的。由年产量为6000件，可知达到大批量生产标准，且零件的尺寸比较小，所以采用砂型机器铸造，同时铸件尺寸公差等级为CT10，选取铸件错箱值为1.0 mm。2.2确定毛坯技术要求1）铸件不应有裂痕、砂眼和局部缩松、气孔和夹渣等缺陷。铸件表面应清除毛刺，结瘤和粘砂等。2）正火处理硬度170190HBS，以消除内应力，改善切削加工性能。3）未注圆角为R3R4mm。4）起模斜度为30°。2.3 铸件机械加工余量确定与毛坯图据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：法兰盘零件材料为HT200，硬度200HBS，毛坯重量约为2.8KG，生产类型为中批生产，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.mm外圆表面此外圆表面为IT6级，参照实用机械加工工艺手册确定各工序尺寸及加工余量工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差精车外圆0.6450.017半精车外圆1.445.60.1粗车外圆347+0.3毛坯5500.52.外圆表面mm参照实用机械加工工艺手册确定各工序尺寸及加工余量工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差精车外圆0.6100-0。46半精车外圆1.41006粗车外圆4102毛坯61060.83车45mm外圆柱面参照实用机械加工工艺手册确定各工序尺寸及加工余量工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差精磨外圆0.245-0.6粗磨外圆0.845.2半精车外圆146粗车247毛坯60106114加工孔20mm参照实用机械加工工艺手册确定各工序尺寸及加工余量工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差铰孔0.220+0.04520扩孔0.919.8+0.119.8钻孔918+0.618毛坯105. mm的端面1）按照加工工艺手册表6-28，铸件重量为2.8kg，mm端面的单边加工余量为2.03.0，取Z=2.0mm，铸件的公差按照表6-28，材质系数取，复杂系数取，则铸件的偏差为； 2）精车余量：单边为0.2mm（见实用机械加工工艺手册中表3.2-2），精车公差既为零件公差-0.08；3）半精车余量：单边为0.6mm（见实用机械加工工艺手册中表11-27），半精车公差的加工精度为IT9，因此可以知道本工序的加工公差为-0.12mm；4）粗车余量：粗车的公差余量（单边）为Z=2.0-0.2-0.6=1.2mm； 粗车公差：现在规定本工步（粗车）的加工精度为IT11级，因此，可以知道本工序的加工公差为-0.32mm，由于毛坯及以后各道工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实就是含义上的加工余量，实际上，加工余量有最大的加工余量及最小加工余量之分；mm端面的尺寸加工余量和工序间余量及公差分布图见下图：由图可以知道：毛坯名义尺寸为：94+2=96（mm）毛坯的最大尺寸：96+0.7=96.7（mm）毛坯的最小尺寸：96-0.8=95.2（mm）粗车后最大尺寸：94+1.2=95.2（mm）粗车后最小尺寸：95.2-0.32=94.88（mm）半精车后最大尺寸：94+0.6=94.6（mm）半精车后最小尺寸：94.6-0.12=94.48（mm）精车后尺寸为94mm加工余量计算表 工序 加工尺寸及公差铸造毛坯粗车半精车精车加工前尺寸最大96.795.294.6最小95.294.8894.48加工后尺寸最大96.795.294.694.04最小95.294.8894.4893.96加工余量21.20.60.2加工公差-0.32-0.12-0.08因此可以确定毛坯的尺寸（毛坯图如下图） 第三章 基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的最重要的工作之一。基面如果选择的正确、合理，可以很大程度上保证加工质量，使得生产率得到提高。否则，会使得加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使得生产活动无法正常进行。3.1粗基准的选择对于加工零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工 对于加工零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取45孔的外轮廓表面作为粗基准。在车床上用三角卡盘夹紧工件，限制它的六个自由度，达到完全定位。3.2精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。第四章 制定工艺路线制定工艺路线的发点,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,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。4.1加工阶段的划分由于工件加工精度要求不高，所以可以不分加工阶段，一个加工阶段可以完成；且由于工件的精度要求不太高，所以可以把焊工艺放置到最后，影响不太大。4.2工序的集中与分散此处已删除 第五章 确定切削用量和基本工时 （时间有限：只计算了第一道工序和第二道工序（我所设计的夹具加工工序）工序一 ：以外圆为粗基准，粗车外圆及其右端面。1. 加工条件工件材料：HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：粗车外圆，尺寸保证到。机床：CA6140车床。刀具：YT5确定加工时间：工序：确定加工时间 由于余量为8mm，因此分二次切削，吃刀深度为=4mm 查切削用量简明手册，进给量f=0.4mm/r （表1.4）计算切削速度，耐用度t=45min=161m/min (2.70m/s)确定机床主轴转速：=15.72r/s (935r/min)按机床取=900r/min=15r/s实际切削速度为v=15r/s 车外圆时= (0.26min)车端面时工序II：通过钻孔加工20mm的工序时间计算（部分公式来自机械加工去除材料分析查切削用量简明手册，进给量f=0.36mm/rd取16mm时v=14m/min 根据机械加工去除材料分析中的钻床系列，可考虑选择，故取 钻、扩孔时= =2.65min铰孔时， ， 取 由上可知，钻孔所需时间大约为1.9min。（不包含绞孔等精加工操作）第六章 确定夹具结构设计6.1设计定位方案本设计是工序钻20mm内孔的专用夹具。这一套夹具使用立式钻床进行加工。 1.定位方案一如图2.1-1所示： 在夹具定位方案一图中，其定位方式采用三点一面定位，利用一个V形块一个挡板共同限制4个自由度，再利用底端端平面限制1个自由度，从而限制了5个自由度，从而达到了工件加工所需的定位要求，再利用夹紧装置，从而实现零件的完全定位。 图2.1-12.定位方案二如图2.1-2：图2.1-2在夹具方案二图中，我们可以看到，利用两个端面限制3个自由度；再利用底面限制了一个自由度，达到了零件加工所需的必须定位要求，再利用夹紧装置，从而实现零件的完全定位。6.2夹具设计定位方案的比较与分析此处已删除将利用三个弯头压板将工件紧扣在底端面的凸台上，夹紧装置的支撑不会再钻孔过程中产生扭矩， 因此不会影响加工的平行度精度，同时夹紧强度大，易于装卸。 6.4 夹具设计采用的导向装置在导向装置的设计中（如图2.4所示），为保证夹具体的持久耐用性，采用的是可换钻套,当钻套加工磨损后，可以通过拆卸左侧的螺钉，再更换钻套，使夹具体寿命更长，且保证钻孔的位置。图 图 6.4 可换钻套剖视6.5夹具体的优化设计与经济性夹具体在安装过程中，为了实现便于安装，夹具体采用了翻板式结构，与固定式钻模相比更加方便易于操作，同时，在翻版左侧设置支撑体（如图2.11-1所示），使安装时人员能够利用支撑件方便对法兰盘的快速安装，翻版盖采用支撑板与两边定位配合（如图2.11-1所示），相比老式运用螺钉与夹具体配合的方式，加工人员能够更加快捷方便的装夹，节约时间。 夹具在经济性分析情况下，大幅度提高单机设备的通过能力，提高产品质量。现场同类设备由于工装的差异影响了设备本身较宽的工艺通过能力，通用工装使现场整体的设备通过能力得到提高，有利于均衡生产，提高了工艺质量和产品质量。提高现场应变能力和单一品种的加工能力，在加工20mm孔的同时，同时设置排屑通孔，从而使加工后的铁屑能排除来，这样更有利于物流顺畅和均衡生产，使操作更加多元化。（如图2.11.2所示）图2.11.1支撑体示意图 图2.11.2排屑孔示意图第七章 夹具关键点设计计算与校核7.1计算切削用量,决定切削速度v和工作台每分钟进给量F钻20孔，一、钻20孔f=0.025mm/r（查切削用量简明手册P59表2.18）V=18m/min（查切削用量简明手册P59表2.18）=1146.5r/min按机床说明，取=1500r/min故实际切削速度：V=23.55m/min7.2钻头磨钝标准耐用度情况查<<机械制造技术基础课程设计指南>>表5-130知,钻头的磨钝限度为0.5-0.8.7.3 切削时间钻孔工时：T1=3min总时间大约为3分钟7.4定位误差的分析如图2.9所示：根据设计基准的要求，中心轴线至钻孔轴线位置保持夹具侧面保证123.6mm，其误差由于定位副间存在径向间隙，因此必将产生径向基准位移误差。不过这时的径向定位误差不再只是单向的了，而是在水平面内任意方向上都有可能发生，其最大值也比心轴水平放置时大一倍，同时采用定位销定位。 图7.4 定位误差分析图根据公式，容易分析出，误差值等于正负配合上下偏差值的绝对值。 7.5夹紧元件强度校核2.10受力分析（如图2.10所示）：当压紧工件时，由于螺栓垂直放置，将受夹紧力作用产生拉应力。 拉应力为：由第四强度理论，可知螺栓预紧状态下的计算应力：选用螺柱材料为45钢，屈服强度为=450，取安全系数n=2.1则许用挤压应力Fj1 Fj2图2.10 7.6 操作说明由零件图可知，一个定位孔一个与20mm孔同轴,通过V型块与挡板定位，在与100mm的底座面垂直，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求。为了保证所钻的孔与底面垂直,根据基准重合、基准统一原则,在选择两定位孔的加工定位基准时，应尽量选择同一定位基准,即粗车、半精车的底端面。因此加工定位孔的定位基准应选择45mm外圆端面为主要定位基面以限制工件的四个自由度，以100mm的底端面限制工件的一个自由度，用三个压板定位限制工件的另一个自由度。附：夹具设计三视图2-1 装配主视图图2-2 装配俯视图 图2-3 装配左视图第八章 设计心得体会 时间飞逝，为期近三周的夹具课程设计终于结束了。我们在整个过程中，一组成员相互配合、一起。努力地将设计尽早赶完。在过程中，我懂得了，怎样去锻炼我们的实践面和对理论面的理解和消化，要明白怎样去讲我们的专业知识与课程设计联系起来。我的大作业就为我们提供了良好的实践平台。为了让自己的设计搞好。我查了大量的关于机械方面的资料。一次次翻阅手册让自己的设计更加标准化（包括夹具设计手册、切屑用量简明手册、机械设计手册等）。我想在平时搞什么设计的时候我们就像一个个空想家，仅凭自己的想象在做啊、算啊，而没有吧设计手册放在手上，抛开了实际与经典。搞出来的却是有点不切合实际的，所以我们做设计一切要从实际出发，从手册出发，这样才会有所收获。对于夹具设计，主要是解决零件定位问题和夹紧问题，而零件定位夹紧是比较灵活的，方案比较多，需要我们对加工零件进行认真的分析，选择出比较成熟的方案。在整个夹具课程设计的过程中，我们遇到了很多的问题，才发现自己学习的不到位。也了解到书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，在设计中才发现，有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维，实践才是检验真理的唯一标准！在很多方面，我都是完成一部分工作后，就去请教老师，以免触犯原则性和原理性的问题，但由于时间有限（我还是去问了张老师三四次），感谢张老师给予了我们很多建设性的意见。这次设计中要求用到制图软件，使我们对AutoCAD又重新熟悉了一遍。记得CAD还是大一时候学的，刚开始画的时候基本上都不记得了，于是我又把书拿出来重新看了一遍，在一边画图一边熟悉软件中，我的作图速度越来越快。这样带着问题来学，我发现效率很高（也用到了一些以前没用到过的指令（是在我们寝室CAD高手袁同学教的）。这次夹具的课程设计为我们提供了一个理论联系实际的平台。将培养我们在以后的设计中能更加快速，更加完善地完成任务的能力，思考问题也会更加全面。这对一个设计人员来说，是一个很重要的因素和能力。同时，经过这次设计，我们也能更加清楚地知道自己哪些方面存在不足，以使自己在缺陷的地方多多努力，完善自我。更重要的是发现了查手册远比自己空想来的快，所涉及的零部件使用起来不仅是标准零件，而且对零件的总体布局，图纸的分配有一个更加规范的提前认识，所设计的夹具也更加准确，更加合理。第4章 参考文献1 吴宗泽，罗圣国. 机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社，2006.5：39-56.2 李洪.机械加工工艺手册. 北京：北京出版社，1990:6-11-6-89.3 杨黎明.机床夹具设计手册.北京：国防工业出版社，1996:323-456.4 任青剑，贺敬宏.机械零件课程设计.西安：陕西科学技术出版社,2003：66-935 郑修本,冯冠大.机械制造工艺学. 北京：机械工业出版社，1991:51-596 张耀宸.机械加工工艺设计实用手册. 北京：航空工业出版社，1993：853-927.7 艾兴,肖诗纲.切削用量手册.北京：机械工业出版社，1995：74-86.8 侯珍秀. 机械系统设计. 哈尔滨工业大学出版社，2003.9 张世昌,李旦,高航.机械制造技术基础.北京：高等教育出版社，2001：204-26010朱冬梅，胥北澜.画法几何及机械制图.北京：高等教育出版社，2000.12:198-222长沙学院机械加工工艺过程卡片产 品 型 号零 件 图 号产 品 名 称液压泵零 件 名 称液压泵盖材料牌号ZL106毛坯种类铸 件毛坯尺寸135×126×50.7每坯件数1每台件数1工序号工 序 内 容加 工车 间设 备夹 具刀 具量 具单件工时(min)名 称型 号名 称代 号名 称规 格名 称规 格1粗车100mm底端面机加车间车床CA6140标准夹具车刀卡板2钻孔扩孔20mm机加车间钻床Z550专用夹具钻头游标卡尺01253粗车、外圆，并导，和机加车间车床CA6140标准夹具车刀游标卡尺01254倒角，和机加车间车床CA6140标准夹具车刀游标卡尺01255精车左端面右端面车槽机加车间车床CA6140专用夹具车刀 游标卡尺01256铣粗糙度为3.2的一面机加车间铣床X63专用夹具铣刀 游标卡尺01257 铣另外一面保证尺寸为24机加车间铣床X63专用夹具铣刀 游标卡尺01258钻的通孔,再圹孔到孔,保证尺寸为L=7机加车间钻床Z550专用夹具钻头 游标卡尺01259钻4个孔。机加车间钻床Z550专用夹具铣刀 游标卡尺012510磨床磨外圆机加车间磨床标准夹具砂轮 游标卡尺012511去毛刺，焊缝机加车间C620-1虎钳内径百分表183512按零件图样要求全面检查检查处设计者唐文彪指导教师张志强 老师共 1页第 1 页长沙学院机械加工工序卡片产品型号零件图号工 序 号6产品名称CA6140车床零件名称法兰盘工序名称钻通孔20材料毛坯种类同时加工件数牌号硬度铸 件1ZL10690-140加工车间切 削 液设 备机加车间无名 称型 号夹具名称及 编 号辅助工具钻床 Z550立式专用夹具更改内容工步号工 步 内 容刀 具量 具走刀长度（mm）单边余量（mm）走刀次数切削深度进给量（nn/r或mm/min）主轴转速（r/min）切削速度（m/min）基本时间（min）1钻通孔16mm直柄麻花钻游标高度尺91250181.001000.432绞孔至20mm直柄麻花钻卡板9122.5120.51100.6设计者 唐文彪指导教师张志强老师共1页第1页