法兰盘的加工工艺设计及编程.docx

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法兰盘的加工工艺设计及编程

西南科技大学

毕业设计

题目：

法兰盘的加工工艺设计及编程

专业：

机电一体化班级：

08机电43学号：

081245

学生姓名：

丁明

导师姓名：

刘德齐

完成日期：

2011-12-20

序言

工艺学是以研究机械加工工艺技术和夹具设计为主技术学科，具有很强的实践性，要求学习过程中应紧密联系生产实践，同时它又具有很强的综合性，

本次课程设计的课题是CA6140车床法兰盘加工工艺规程及某一工序专用夹具设计，主要内容如下：

首先，对零件进行分析，主要是零件作用的分析和工艺分析，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的确定。

第二步，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工序。

第三步，根据已经选定的工序路线，确定每一步的切削用量及基本工时，并选择合适的机床和刀具。

对于粗加工，还要校核机床功率。

最后，设计第七道工序—铣距Φ90mm中心线24mm和34mm两侧平面的夹具。

先提出设计问题，再选择定位基准，然后开始切削力、夹紧力的计算和定位误差的分析。

然后把设计的过程整理为图纸。

通过以上的概述，整个设计基本完成。

课程设计是我们对大学三年的学习的一次深入的综合性的总考核，也是一次理论联系实际的训练，这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（CA6140车床法兰盘）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。

因此，它在我们大学生活中占有重要地位。

就我个人而言，我也希望通过这次设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性心理，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，对未来的工作发展打下一个良好的基础。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。

一、课题介绍

1、课题的作用

2、课题的任务

二、车工法兰盘结构分析

1、零件结构工艺性分析

2、精度尺寸分析

三、毛坯的选择

1.毛坯的选用

2.毛坯的形状尺寸的确定

四、定位基准和装夹方式的确定

1.粗基准的选择

2.精基准的选择

3.工件的定位误差

4.装夹方式的确定

五、工艺路线的拟定

1.选择表面加工方法

2.加工阶段划分和工序集中的程度

3.工序顺序安排

六、工序内容设计

1.机床的选择

2.加工余量和工序尺寸的确定

3.切削用量和工时定额的确定

4.量具的选用

5.夹具的选用

七、热处理工艺内容和要求

1.热处理的工艺内容

2.热处理的工艺要求

八、谢辞

九、参考文献

一、课题介绍

1、课题的作用

题目所给定的零件是CA6140车床上的法兰盘，主要是用来安装在机床上，起到导向的作用使机床实现进给运动，零件上精度要求较高的两个平面用以装配，4个孔是用于连接其他机构或零件的。

它位于车床丝杆的末端，主要作用是标明刻度，实现纵向进给。

零件的φ100mm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；外圆上钻有底部为φ20mm上部为φ20mm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。

该零件年产量为4000件，设其备品率α为4%，机械加工废品率β为1%，则该零件的年生产纲领为：

N=Qn（1+α+β）=4000×1（1+4%+1%）=4200（件/年），查表可知该产品为中批生产。

2课题的任务

主要目地：

巩固扩大课堂所学的专业理论知识，理论联系实际，丰富实际知识，通晓机械制造生产的全过程，对其工艺，工装及设备建立深刻的感性认识，为进一步深化工作学习专业课打好基础。

深入分析机械制造工艺过程的拟定，树立结构工艺性概念，培养我们运用理论知识分析，解决实际生产问题的能力。

零件结构工艺性设计的基本原则，指出机械零件结构工艺性设计是一个涉及诸多因素的综合性问题，它与所选的制造机械零件材料的性能，制造工艺过程，生产的现场条件，生产批量用经济性等因素有关，零件工艺尤其应考虑整个生产工艺过程的合理性。

指出零件的结构应与生产工艺过程相适应，与零件加工工艺路线相适应。

二、车工法兰盘结构分析

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、零件的结构工艺性分析

题目给的零件是CM6150床上的法兰盘，卧式车床上的法兰盘，它位于车床丝杆的末端，外圆上钻有Ø16㎜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。

该零件为连接性的法兰盘的盘状体，其外形尺寸为Ø250㎜×35㎜，属于小型盘状体零件，结构简单，孔多刚性较好。

其主要加工面和加工要求如下：

①三组孔系

三组孔系中有一组孔系用于连接，一组孔系为锥性孔，另外一组销孔系用于定位。

都具有较高的尺寸精度IT13，锥孔的表面粗糙度为Ra0.4

。

②端面B

端面B是与其他相关部件联结的结合面，表面粗糙度为Ra0.8

，下端面中的台阶面与B面平行，公差为0.02。

③基准A

在法兰盘的锥孔上端垂直于外圆的面作为定位的基准面A，它是该零件的装配基准。

为了保证连接的准确性，要求A面与B面垂直，其垂直度误差为0.02，与下端面Ø210的同轴度为0.02。

④其他表面

除了上述主要表面外，还有与B面同端平行的端面，以及在另一个端面与B面平行的端面，以及Ø170.Ø210.Ø250的外圆表面，及Ø100的内圆表面。

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，保证它们的位置精度。

该零件的结构简单，工艺性较好。

2、尺寸精度分析

尺寸精度：

零件内.外形尺寸均未标注公差，属自由尺寸，可按IT13确定工件尺寸公差，经查公差表，各尺寸公差分别为：

零件外形：

250

170

35

1.5

零件内形：

100

16

13

20

14.5

孔心距：

130

三、毛坯的选择

1、毛坯的选用

该零件材料为45#中碳钢，毛坯为锻料。

在小批量生产类型下，考虑到零件结构比较简单，锻件组织细密，强度、硬度和冲击韧性高用于力学性能要求较高件，精度较低，锻孔的余量较大而不均匀。

45#钢的强度较高，塑性和韧性较好，可加工性较好。

2、毛坯的形状尺寸的确定

法兰盘的最大直径为Ø250㎜，经粗车-精车-内外圆磨可完成加工，若单边粗车余量为2～3㎜，单边精车余量Ø103孔和锥孔为0.4～0.5㎜，Ra0.8外圆余量为0.5～0.6㎜，Ra0.8台阶面和端面余量为0.2～0.3㎜，所以选用Ø258×44㎜和中心孔Ø95㎜的锻件。

四、定位基准和装夹方式的确定

定位的选择是工艺规程设计中重要的工作之一。

定位选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得宜提高。

否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正进行。

1、粗基准的选择

因为法兰盘可归为轴类零件，按照“保证不加工表面与加工表面相互精度原则”的粗基准选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时则应与这些加工表面要求相对精度较高的不加工表面作为粗基准），所以对于本零件可以先以法兰盘右端Ø250的外圆及Ø170的上端面作为粗基准，利用三爪卡盘夹紧Ø250外圆可同时削除五个自由度，再以Ø170的上端面定位可削除自由度。

2、精基准的选择

选择精基准时，主要应考虑保证加工精度和安装方便可靠。

所以我们主要就考虑基准重合问题。

由于此类零件为轴类零件，所以该零件的设计基准为此零件的中轴线，由图可知此零件的定位基准为锥孔上端垂直于外圆的面作为定位的基准面A，所以设计基准与定位基准不重合，应该进行尺寸换算。

这在以后还要专门计算，此处不再计算。

3.工件的定位误差

显然，因定位基准与工序基准不重合所产生的误差，称为基准不重合误差。

其大小等于定位基准与工序基准之间的尺寸公差，用

B表示。

所以

B=0-（-0.019）=0.019㎜。

4、装夹方式的确定

在成批生产中，工件加工时应广泛采用夹具装夹，但因为毛坯精度较低，粗加工可以部分采用画线找正装夹，心轴式的装夹方法，并采用的三角卡盘作为夹具。

五、工艺路线的拟定

1、选择表面加工方法

本零件的加工面有个圆、内孔、端面、等，材料为45#钢。

参考《机械制造工艺设计简明手册》表1.4—6、表1.4—7、表1.4—8等，其加工方法选择如下：

一．Ø250外圆面：

未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为Ra3.2

采用粗车→半精车→磨削的加工方法，倒角用车刀加工。

二．Ø100内孔：

未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为Ra3.2

，采用扩→铰→精铰的加工方法，倒角用车刀加工。

三．Ø106.373锥孔：

公差等级为IT6，表面粗糙度为Ra0.4

，采用扩→铰→精铰的加工方法，锥角用车刀加工。

四．Ø170外圆：

未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为Ra3.2

，采用的加工方法为粗车—半精车—磨削。

五．Ø210外圆面：

未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为Ra0.8

，采用粗车→半精车→磨削的加工方法，倒角用车刀加工。

六．右端面：

未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为Ra3.2

，采用的加工方法为粗车—半精车—磨削。

七．左端面：

未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为Ra0.8

，采用的加工方法为粗车—半精车—磨削，倒角用车刀加工。

八．Ø170突台右端面：

未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为Ra0.8

，采用的加工方法为粗车→半精车→精车。

九.Ø210突台左端面：

未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为Ra3.2

，采用的加工方法为粗车→半精车→磨削。

十.Ø13孔：

未注公差等级,根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为Ra3.2

，采用的加工方法为钻削。

十一.Ø20的孔：

未注公差等级,根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为Ra3.2

，采用的加工方法为钻→铰

十二.Ø16的孔：

未注公差等级,根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为Ra3.2

，采用的加工方法为钻→铰，倒角用车刀加工。

2、加工阶段划分和工序集中的程度

该件要求较高，刚性强度较好，加工应划分为粗加工.半精加工和精加工三个阶段，平面和孔交替反复加工，逐步提高精度。

孔系要求较高，三孔系宜集中在一道工序一次装夹下加工出来，其他表面加工也应当适当集中。

3、工序顺序安排

制定工艺路线应该使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。

根据“先基面，后其他”的原则，在工艺过程的开始先将上述定位基准面加工出来。

根据“先面后孔”的原则，在每个加工阶段均先加工平面，在加工孔。

因为平面加工是系统刚性较好，精加工阶段可以不再加工平面。

最后适当安排次要表面的加工和热处理.检验等工序。

1、工艺路线方案一

（一）工序Ⅰ粗车Ø250㎜圆柱体左端面。

（二）工序Ⅱ钻、扩、粗铰、精铰4×Ø16mm孔至图样尺寸并车孔的倒角。

（三）工序Ⅲ粗车Ø250㎜柱体右端面.，粗车Ø210㎜柱体左端面，半精车Ø250㎜左、右端面、Ø210㎜左端面.，精车Ø250㎜左端面、Ø210㎜左端面，粗车外圆Ø250㎜.Ø210㎜.Ø170㎜，半精车外圆Ø250㎜.Ø210㎜.Ø170㎜、，车Ø250㎜柱体的倒角，车Ø210的倒圆。

（四）工序Ⅳ粗车、半精车、精车Ø170㎜右端面，车沉孔3×Ø13㎜，粗车、半精车外圆Ø170㎜外圆。

（五）工序Ⅴ精车Ø250㎜左端面、Ø170㎜右端面

（六）工序

粗车孔Ø100㎜.锥孔Ø106.373㎜

（七）工序

半精车孔Ø100㎜.锥孔Ø106.373㎜

（八）工序

精车孔Ø100㎜.锥孔Ø106.373㎜

（九）工序

磨削孔Ø100㎜.锥孔Ø106.373㎜的内圆表面。

（十）工序

磨削B面，即端面、Ø250㎜左、右端面、Ø210㎜左端面.170㎜柱体右端面，磨削外圆面Ø250㎜.Ø210㎜.Ø170㎜。

（十一）工序

检验入库。

2、工艺路线方案二

（一）工序Ⅰ车柱体的Ø250㎜右端面，粗车Ø170㎜右端面，车沉孔3×Ø13，粗车、半精车Ø250㎜外圆，车Ø170㎜右端倒角。

（二）工序Ⅱ粗车Ø250㎜柱体左、右端面，粗车Ø210㎜柱体左端面，半精车Ø250㎜左、右端面、Ø210㎜左端面，粗车外圆Ø250㎜.Ø210㎜.Ø170㎜，半精车外圆Ø250㎜.Ø210㎜.Ø170㎜，车Ø250㎜柱体的倒角，车Ø210㎜倒圆。

（三）工序Ⅲ精车Ø250㎜左端面，Ø170㎜右端面。

（四）工序Ⅳ钻、扩、粗铰、精铰孔4×Ø16mm至图样尺寸并车孔的倒角。

（五）工序Ⅴ粗车孔Ø100㎜.锥孔Ø106.373㎜

（六）工序Ⅵ半精车Ø100㎜.锥孔Ø106.373㎜

（七）工序Ⅶ精车孔Ø100㎜.锥孔Ø106.373㎜

（八）工序Ⅷ磨削孔Ø100㎜.锥孔Ø106.373㎜的内圆表面。

（九）工序Ⅸ磨削B面，即端面、Ø250㎜左、右端面、Ø210㎜左端面.170㎜柱体右端面，磨削外圆面Ø250㎜.Ø210㎜.Ø170㎜。

（十二）工序Ⅻ检测入库。

3、工艺方案的比较与分析

上述两种工艺方案的特点在于：

方案一是从左端面加工到右侧，以Ø250㎜的外圆作为粗基准加工左端面及锥孔Ø106.373㎜的孔又以孔为精基准加工，而方案二则是从右端面开始加工到左端面，然后再钻孔Ø106.373㎜，这时则很难保证其圆跳动的误差精度等。

因此决定选择方案一作为加工工艺路线比较合理。

最后拟定的工艺路线见下表：

序号

工序名称

工序内容

定位基准

1

锻料

2

热处理

焖火。

3

车工

粗车，按39㎜定长度，Ø100内孔.Ø250外圆留加工量2-3㎜。

4

热处理

人工时效。

5

车工

各部Ø100孔和锥孔留磨量0.4-0.5㎜，Ra0.8外圆磨量0.5-0.6㎜，Ra0.8台阶面和端面留磨量0.2-0.3㎜，外圆对内孔同心度0.15，车好倒角和空刀。

6

钻工

用钻模钻好3×Ø13孔及沉孔；钻好丝底孔并攻丝，用1/4“标准英制丝锥。

7

钳工

孔口去毛刺。

8

热处理

淬火，孔变形小于0.15。

9

氧化

10

内圆磨

磨好Ø100孔，尺寸按Ø100

加工（作外圆定位基准，用直杆心棒定位）；磨好Ø106.373锥孔，达技术要求条件4要求；磨好Ra0.8（B基准）端面，垂直度达要求。

两孔一次装夹磨出，同心度0.007㎜。

11

外圆磨

磨好Ra0.8外圆和Ra0.8台阶面，外圆对基准孔同心度0.01㎜，台阶面对孔跳动小于0.01。

12

钳工

去毛刺。

13

检验

按图

六、工序内容设计

1、机床的选择

根据小批量生产类型的工艺特性，选择通用机床和部分专用夹具来加工，因为被加工零件属于盘类零件的回转表面体，且生产类型为小批生产。

所以选用CA4140型卧式车床。

2、加工余量和工序尺寸的确定

Z

=7㎜

Z

=2z=4㎜

Z

=2z=4㎜

粗车左端面尺寸=44㎜-3.5㎜=40.5㎜

粗车右端面尺寸=39.5㎜-2.1㎜=38.4㎜

半精车左端面尺寸=38.4㎜-0.7㎜=37.7㎜

半精车右端面尺寸=37.7㎜-1.1㎜=36.6㎜

精车左端面尺寸=36.6㎜-0.8㎜=35.8㎜

精车右端面尺寸=35.8㎜-0.8㎜=35㎜

粗车外圆面尺寸=258㎜-2×2.1㎜=253.8㎜

半精车外圆面尺寸=253.8㎜-2×1.1㎜=251.6㎜

精车外圆面尺寸=251.6㎜-2×0.8㎜=250㎜

粗车内圆面尺寸=95㎜+2×2.1㎜=99.2㎜

半精车内圆面尺寸=99.2㎜+2×1.1㎜101.4㎜

精车内圆面尺寸=101.4㎜+2×0.8㎜=103㎜

3、切削用量和工时定额的确定

一．工序Ⅰ

粗车Ø250㎜圆柱体左端面

（1）选择刀具

选用93偏头端面车刀，参看《机械制造工艺设计简明手册》车床选用CA4140转塔式车床，中心高度210mm。

选择车刀几何形状，前刀面形状为平面带倒棱型，前角=10，后角=8，主偏角93。

副偏角k=10,刀尖角圆弧半径0.5，刃倾角=－10。

（2）确定切削用量

（a）确定背吃刀量a（即切深a）

粗车的余量为3.5mm由于刀杆截面取最大吃刀深度为6mm所以二次走刀完成即a=3.5mm。

（b）确定进给量

查《切削用量简明手册》：

加工材料45#钢、车刀刀杆尺寸为16、工件直径Ø250㎜、切削深度a=4.5mm，则进给量为0.7～1.0。

再根据CA4140车床及《机械制造工艺设计简明手册》表4－2－3查取横向进给量取f=0.73mm/r。

（c）选择磨钝标准及耐用度

根据《切削用量简明手册》表1.9，取车刀后面最大磨损量为0.8～1.0。

焊接车刀耐用度T=60mm。

（d）确定切削速度V

根据《切削用量简明手册》表1.11当用YG6硬质合金车刀加工HT200（182~199HBS），a=4mm，f=0.73mm/r，查出V=1.05m/s。

由于实际情况，在车削过程使用条件的改变，根据《切削用量简明手册》表1.28，查得切削速度的修正系为：

K=1.0,K=1.0,K=0.73,K=（190/HBS）1.25=1.0,KSV=0.85,Kkv=1.0。

则

V=V×K×K×K×K×KSV×K

=1.05×60×1.0×1.0×0.73×1.0×0.85×1.0

=44m/min

n=140r/min

按CA4140车床转速（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－2）选择与140r/min相近似的机床转速n=136r/min,则实际切削速度V=42.7m/min。

（e）校验机床功率

车削时功率P可由《切削用量简明手册》表1.25查得：

在上述各条件下切削功率P=1.7~2.0，取2.0。

由于实际车削过程使用条件改变，根据《切削用量简明手册》表1.29-2，切削功率修正系数为：

Kkrpc=KkrFc=0.89,Kropc=KroFc=1.0。

则：

P=P×Kkrpc×Krop=1.87KW

根据CA4140车床当n=136r/min时，车床主轴允许功率PE=7.36KW。

因P

（f）校验机床进给机构强度

车削时的进给力Ff可由《切削用量手册》查表得Ff=1140N。

由于实际车削过程使用条件的改变，根据《切削用量简明手册》查得车削过程的修正系数：

Kkrf=1.17,Krof=1.0,K=0.75,则

Ff=1140×1.17×1.0×0.75=1000N

根据CA4140车床说明书（《切削用量简明手册》）,进给机构的进给力Fmax=4100N（横向进给）因Ff

综上，此工步的切削用量为：

a=4mm，f=0.73,n=136r/min,

V=42.7m/min。

（3）计算基本工时：

按《机械制造工艺设计简明手册》公式计算：

L=+L1+L2+L3,由于车削实际端面d1=0,L1=4,L2=2,L3=0，则

L=250÷2+4+2+0=131mm.

T==2×131×1÷（0.73×136）=2.64min

二工序Ⅱ

（一）钻4×Ø16mm孔

（1）刀具选择：

查《机械制造工艺设计简明手册》选用16mm高速钢锥柄标准花钻。

（2）切削用量选择：

查《切削用量手册》得：

f=0.70~0.86mm/r,再由《机械制造工艺设计简明手册》CA4140车床进给量取f=0.76mm/r。

查《切削用量简明手册》取V=0.33m/s=19.8m/min

n=1000V/D=1000×19.8/3.14×18=350r/min

按机床选取n=322r/m,故V=Dn/1000=3.14×18×322/1000=18m/min

（3）计算基本工时：

T=（L+L1+L2）/（f×n）=（91+11+0）/（0.76×322）=0.42min。

其中L=91，L1=（D/2）×cotKr+2=11,L2=0

（二）扩4×Ø16mm孔

（1）刀具选择：

选用16mm高速钢锥柄扩孔钻。

（2）确定切削用量：

（2）切削用量选择：

查《切削用量简明手册》得：

f=0.90~1.1mm/r,再由《机械制造工艺设计简明手册》CA4140车床进给量取f=0.92mm/r。

扩孔时的切削速度，由《现代机械制造工艺流程设计实训教程》得公式：

VC=（1/2~1/3）VC

查《切削用量简明手册》取VC=0.29m/s=17.4m/min

VC=（1/2~1/3）VC=5.8~8.7m/min

n=1000VC/D=1000×（5.8~8.7）/（3.14×18）=93~140r/min

按机床选取n=136r/m,故V=Dn/1000=3.14×16×136/1000=6.832m/min

（3）计算基本工时：

T=（L+L1+L2）/（f×n）=（91+14+2）/（0.92×136）=0.86min。

其中L=91，L1=14,L2=2

（三）粗铰4×Ø16mm

（1）刀具选择：

16mm高速钢锥柄铰刀。

后刀面磨钝标准为0。

4~0。

6，耐用度T=60min

（2）确定切削用量：

背吃刀量asp=0.07

查《切削用量简明手册》得：

f=1.0~2.0mm/r，取f=1.68mm/r。

计算切削V=CVdoZvKV/（601mTmapXvfYv）,其中CV=15.6,ZV=0.2,XV=0.1,YV=0.5,m=0.3,KV=（190/HB）0.125=1,则：

V=15.6×（16）0.2/[601－0.3×36000.3×（0.07）0.1×（1.68）0.5]

=0.092m/s=5.57m/min

n=1000×V/（d）=1000×8.4/（3.14×16）=167r/min

按机床选取n=167r/min

V=