CA6140车床法兰盘说明书.doc
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本科毕业设计论文
题目 CA6140车床法兰盘的工艺规程和夹具设计
专业名称机械设计制造及其自动化
学生姓名李建飞
指导教师邓修瑾
毕业时间2014.07.01
设计
论文
毕业任务书
一、题目
CA6140车床法兰盘的工艺规程和夹具设计
二、指导思想和目的要求
毕业设计（论文）是培养学生自学能力、综合应用能力、独立工作能力的重要教学实践环节。
在毕业设计中，学生应独立承担一部分比较完整的工程技术设计任务。
要求学生发挥主观能动性，积极性和创造性，在毕业设计中着重培养独立工作能力和分析解决问题的能力，严谨踏实的工作作风，理论联系实际，以严谨认真的科学态度，进行有创造性的工作，认真、按时完成任务。
三、主要技术指标
1．零件图一张；
2．毛坯图一张；
3．工艺规程一本；
4．工艺装备（夹具1-2套）；
5．说明书一份
四、进度和要求
1．分析并绘制零件图2周
2．绘制毛坯图1周
3．设计工艺路线及编制工艺规程5周
4．设计工艺装备4周
5．编写说明书（论文）2周
五、主要参考书及参考资料
[1]王先逵编著.机械制造工艺学[M].北京：
清华大学出版社，1989
[2]杨叔子.机械加工工艺师手册[M].北京：
机械工业出版社，2001
[3]朱耀祥，蒲林祥.现代夹具手册[M].北京：
机械工业出版社，2010
Ⅰ
学生李建飞指导教师邓修瑾系主任魏生民
摘要
本次毕业设计的题目是 CA6140车床法兰盘的工艺规程和夹具设计，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。
然后，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和量具。
最后，设计钻法兰盘4-Ø9孔的钻床夹具。
设计钻床夹具，首先要仔细分析被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案；在满足加工精度的条件下，合理的进行安装、定位、夹紧；在完成夹具草图后，进一步考虑零件间的连接关系和螺钉、螺母、定位销等的固定方式，设计合理的结构实现各零部件间的相对运动；根据各零件的使用要求，选择相应的材料。
完成钻床夹具的所有设计后，用AutoCAD进行二维图形的绘制，首先画装配图，然后从装配图上拆画零件图，标注相关尺寸及技术要求；再用CATIA画出三维模型图，最后进行论文的撰写、整理、修改完成该毕业设计。
关键词：
机械，法兰盘，加工工艺，夹具设计
II
ABSTRACT
ThesubjectofthisgraduationprojectisthatCA6140latheringflangeprocessingtechnologyrulesandspecial-purposejigofacertainprocessaredesigned,themaincontentisasfollows:
Firstofall,analyse,itismainlyanalysisofthefunctionofthepartandcraftanalysistothepart,throughpartanalysecanfindoutaboutbasicsituationofpart,andcraftanalysemayknowtheprocessingsurfaceofthepartandisitrequiretoprocess.Theprocessingdemandputforwardaccordingtothepartpicture,confirmthemanufactureform.oftheblankandsurenessofthesize.
Thesecondstep,carryonthechoicethebase,confirmthickdatumandprecisedatumintheprocessingcourse.Accordingtothedatumchosen,makethecraftroute,usuallymakethecraftrouteofmorethantwokinds,withanalysingthroughthecomparisonofthecraftscheme,andthenchoosingbeabletomakesuchspecificationrequirementsastheprecisionofgeometryform.sizeofthepartandprecisionofposition,etc.getakindofprocessoftherationalassurances.
Thethirdstep,accordingtothealreadyselectedprocessroute,confirmforeverystepsofcuttingconsumptionandbasicman-hour,choosesuitablelatheandcutter.Toroughmachining,willcheckthepowerofthelathe.
Finally,designthejiggettingintotheholeoftheringflange.Designeddrillingfixture,thefirstcarefulanalysisisthetechnicalrequirementsforprocessingcomponents,fixturedesignusingthebasicprinciplesandmethods.Preparedthefixturedesignscheme;Meettheconditionsofprecision,thenreasonableinstallation,positioning,clamping;Afterthecompletionofdraftfixture,andfurtherconsidertheconnectionrelationbetweenpartsandscrews,nuts,pinsandotherfixedmeans,designingthereasonablestructuretoachieverelativemotionbetweenthevariouscomponents;Requirementsofthevariouscomponents,selecttheappropriatematerials.
Completionofalldrillingfixturedesign,usingtheAutoCADdrawingtwo-dimensionalgraphics,firstdrawassemblydrawing,andthenremovedfromthepartdrawingonthepaintingParts,markingtherelatedtosizeandtechnicalrequirements,finally,writeathesis,organize,edit,completethegraduationproject.
KEYWORDS：
machine,flange,processthecraft,thetongsdesign
III
目录
第1章绪论 7
第2章零件的结构工艺性分析 8
2.1零件的作用 8
2.2零件的工艺性分析 8
第3章工艺规程设计 10
3.1确定毛坯的制造形式 10
3.2基准的选择 10
3.2.1粗基准的选择 10
3.2.2精基准的选择 11
3.3工艺路线的拟定 11
3.3.1选择加工方法 11
3.3.2划分加工阶段 12
3.3.3安排加工顺序 12
3.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 14
3.5确定切削用量及基本工时 18
第4章夹具设计与分析 24
4.1问题的提出 24
4.2夹具设计 24
4.2.1夹具结构和类型的选取 24
4.2.2夹具定位元件的选择 26
4.2.3钻套的设计 27
4.2.4钻模板设计 28
4.2.5夹具体（底座）的设计 29
4.2.6其他装置 30
4.2.7夹紧装置的设计计算 31
4.2.8切削力计算 33
4.2.9机床夹具精度校核 34
4.2.10绘制夹具总图 37
4.2.11拆分夹具零件图 37
第5章全文总结 39
参考文献 40
致谢 41
毕业设计小结 42
VI
31
第1章绪论
法兰盘类零件是在一个类似盘状的金属体的周边开上几个固定用的孔用于连接其它东西，此类零件在机械行业拥有非常重要的地位，其加工质量和精度直接影响一台机器的运作。
因此，进行法兰盘类零件加工工艺的研究，对于整个机械行业而言，有着举足轻重的地位。
在提高工件加工质量的基础上同时提高生产效率是大部分机械零件工艺设计的准则，法兰盘类零件也是如此。
一个合格的零件工艺规程，应该首先要求保证零件设计的尺寸和精度，其次要尽量合理地运用现有的工作条件，尽量减少辅助时间，提高生产效率。
夹具的设计需要注意其精度对被加工工件精度的影响，务必确保使用夹具能够保证设计精度。
本设计均以上述各原则为基准进行。
由于专业知识有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师、同学给予指出。
第2章零件的结构工艺性分析
2.1零件的作用
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。
图2-1CA6140车床法兰盘模型图
2.2零件的工艺性分析
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φ20mm的孔为中心，包括：
φmm的外圆柱面及左右端面，尺寸为φmm的圆柱面，φ90mm的外圆柱面、左右端面及上面的4个φ9mm的透孔，φmm的外圆柱面及上面的φ6mmφ4mm的孔，φ90mm端面上距离中心线分别为34mm和24mm的两个平面。
图2-2CA6140车床法兰盘零件图
零件各表面之间位置精度要求主要是：
（1）φ100mm左端面与φ20mm孔中心轴的跳动度为0.03；
（2）φ90mm右端面与φ20mm孔中心轴线的跳动度为0.03；（3）φ45mm的外圆与φ20mm孔中心轴线的圆跳动公差为0.03。
经过以上对加工表面的分析，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，以此保证它们的位置精度。
第3章工艺规程设计
3.1确定毛坯的制造形式
零件材料为HT200，由于该零件主要承受静压力，因此选用铸件。
并且生产批量给定为中批生产，零件轮廓尺寸不大，毛坯结构比较简单，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，故采用金属模铸造，内孔不铸出，单件浇注。
金属模浇铸有生产率高，单边余量小，结构细密等优点。
这从提高生产率，保证加工精度方面考虑也是应该的。
3.2基准的选择
基准选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。
否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚着，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
因此，定位基面的选择应该在保证加工精度的前提下使定位简单准确，加紧可靠，加工方便，夹具结构简单。
3.2.1粗基准的选择
选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续的工序提供精基准。
选择粗基准的出发点是：
一要考虑如何分配各加工表面的余量：
二要考虑怎样保证不加工面与加工面间的尺寸及相互位置要求。
这两个要求常常是不能兼顾的，但对于一般的回转类零件来说，以外圆作为粗基准是完全合理的。
对本零件而言，由于每个表面都要求加工，为保证各表面都有足够的余量，应选择加工余量最小的面为粗基准（这就是粗基准选择原则里的余量足够原则）现选取φ45外圆柱面和端面作为粗基准。
在车床上用带有子口的三爪卡盘夹住工件，消除工件的六个自由度，达到完全定位。
3.2.2精基准的选择
精基准的选择主要考虑基准重合与统一基准原则。
主要以Φ20mm内孔和Φ100mm外圆左端面为精基准。
当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。
3.3工艺路线的拟定
工艺方案的拟定原则是：
“优质、高产、低耗”。
3.3.1选择加工方法
选择加工方法，要首先考虑主要表面的加工方法，后考虑次要表面的。
要先决定最终加工方法，再决定前面一系列加工方法。
根据对被加工零件加工表面的精度和粗糙度要求，零件的结构和被加工表面的形状、大小等具体条件，选取最经济合理的加工方案。
查《现代制造工艺基础》[1]表1.2、表1.3、表1.4，选择各表面加工方法如下：
表3-1各表面所需加工方法
表面
零件表面粗糙度
加工方法
外圆表面
Ra=0.8
毛坯→粗车→半精车→精车
外圆表面
Ra=1.6
毛坯→粗车→半精车→精车→刻字划线→镀铬
外圆表面
Ra=6.4
毛坯→粗车→半精车→精车
外圆表面
Ra=0.4
毛坯→粗车→半精车→粗磨→精磨→抛光
右端面
Ra=0.4
毛坯→粗车→半精车→粗磨→精磨→抛光
左端面
Ra=0.4
毛坯→粗车→半精车→粗磨→精磨→抛光
左端面
Ra=1.6
毛坯→粗车→半精车→精车
右端面
Ra=1.6
毛坯→粗车→半精车→精车
右端面
Ra=6.3
毛坯→粗车→半精车
内孔
Ra=1.6
毛坯→钻→扩→粗铰→精铰
距中心34mm表面
Ra=3.2
毛坯→粗铣→精铣
距中心24mm表面
Ra=0.4
毛坯→粗铣→精铣→磨
3.3.2划分加工阶段
工艺路线一般可划分为以下几个阶段：
a）粗加工阶段：
主要任务是去除各表面较大量的加工余量，获得较高生产率。
b）半精加工阶段：
为主要表面的精加工作准备。
c）精加工阶段：
保证各主要表面达到图纸规定的质量要求。
d）光整加工阶段：
主要针对精度很高、表面粗糙度值很小，或零件图纸有特殊要求的情况。
考虑到既能使零件的技术要求得以保证，又要使工序集中来提高生产率，将加工过程大致划分为“毛坯→粗加工→半精加工→精加工”几个阶段。
3.3.3安排加工顺序
遵循“先粗后精、先主后次、先基面后其他”的原则，结合已经选择的加工方法和划分的加工阶段，拟定出两套工艺路线方案，并经过分析比较从中选出较佳方案。
（1）工艺路线方案一
工序5铸造毛坯
工序10粗车φ100mm柱体左右端面及外圆
工序15粗车φ45，φ90的外圆，φ45、φ90右端面，φ90的倒角
工序20钻、扩、粗铰、精铰φ20mm孔，车孔左端的倒角
工序25半精车φ90外圆及右端面，车槽3×2，R5的圆角
工序30半精车φ100左右端面及外圆，精车φ100的左端面
工序35粗铣φ90的左端面；粗铣、精铣φ90柱体右侧面
工序40钻4—φ9孔
工序45钻φ4孔，铰φ6孔
工序50磨削φ100的右端面，φ90外圆及左右端面，φ45外圆
工序55磨削φ100与φ90外圆面
工序60B面抛光
工序65划线、刻字
工序70去毛刺
工序75φ100外圆柱面镀铬镀铬
工序80终捡
第4章夹具设计与分析
4.1问题的提出
图4-1钻4—Ø9孔工序图
-——
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，邓老师指定我为45#工序（工序草图4-1）设计一个用于立式钻床或摇臂钻床上的钻模。
为了缩短生产准备周期，降低夹具制造成本，互换性好，节省装夹时间，夹具设计应做到结构简单，装夹方便，多采用标准件等。
本工序所要钻的4个孔相对位置固定，有一定的公差要求。
为了使钻孔的位置精确，提高加工精度，必须对零件进行定位，使之满足使用要求。
由于4个孔均为透孔，因此要求限制除了的5个自由度。
4.2夹具设计
4.2.1夹具结构和类型的选取
钻床类夹具构造主要分为固定模板式钻模，复盖式钻模、翻转式钻模和回转式钻模四种。
其中固定式钻模应用于钻模本身质量较大或钻直径较大平行孔系时；复盖式钻模可卸，工作时可直接复在工件上；用销钉或铰链与夹具体联接。
翻转式钻模主要用于加工不同方向的孔。
回转式钻模图4-3用心轴联接钻模板的复盖式钻模
图4-2用铰链联接钻模板的复盖式钻模
加工沿圆周分布的孔。
本工序采用复盖式钻模较合理，初步设计出两种方案，方案1（图4-2）为用
铰链联接模板的复盖式钻模，方案2（图4-3）为用心轴（即变形的销钉）联接模板的复盖式钻模。
比较两方案可发现，由于要被钻的4个孔所在位置距零件上端面较远，若采用方案1，配合上加长钻套，钻模板很难卸下，且钻套伸出太长，刚性降低，加工误差也会随之增大。
因此选用方案2为夹具结构。
4.2.2夹具定位元件的选择
图4-4销钉定位
定位元件的作用是确定工件在夹具上的正确位置。
如夹具上的圆柱销、菱形销和支承板都是定位元件，通过它们使工件在夹具中占据了正确的位置。
由钻4-φ9孔工序图（图4-1）可知，待加工的4个孔与Φ20孔中心以及φ外圆上两个平面之间有相对位置要求，对Φ100底端面也有垂直度要求，其设计基准为Φ20孔的中心线。
该工序对加工精度要求不是很高，要求限制工件5个自由度。
选择以Φ20内孔和Φ100大端面为组合定位基准，避免基准不重合误差。
其中Φ100端面处以大平面定位，限制、、；Φ20内孔处以短圆柱销定位，限制、；另选用Φ90外圆面上距中心线24mm的平面作为基准定位，限制。
初步设计出两种销钉方案，方案1（图4-3）将钻模板下部分做成一个内腔，其内部有一个平面与距中心线24的平面贴合来实现定位。
方案2（图
4-4）用一块连接板将定位销联接在钻模板本体上，其中连接板以两个螺钉紧固在钻模板边缘。
与方案1相比，方案2结构简单、工艺性好，利于制造，调节方便。
因此，此处定位方式选择方案2。
这样一来，实际限制了工件的6个自由度，实现了完全定位，达到了正确限定工件位置的目的，也符合“六点定位”法则。
4.2.3钻套的设计
a）钻套种类的选择
钻套是钻床上特有的一种元件，用来确定刀具的位置和在加工中引导刀具。
一般有固定钻套、可换钻套、快换钻套三种。
当工件形状或工序的加工条件不适宜采用上述标准钻套时，就要根据具体情况设计特种钻套。
例如：
该工序被加工Ø9孔与Ø45外圆之间距离比较小，需要设计出特种钻套（图4-7）。
b）钻套内径尺寸、公差及配合的选择
钻套内径d应按钻头的引导部分来确定，即钻套内径的基本尺寸，应等于钻头的最大极限尺寸。
该工序选用标准钻头Ø9，直柄麻花钻（图4-5），标准GB/T6135.3-1996.其结构及相关尺寸如下：
图4-6排屑间隙
图4-5标准直柄麻花钻尺寸
钻头最大尺寸为Ø9，切削部分长度为81mm，钻头刚度一般，取钻套内径d=9mm，公差采用F7，采用加长钻套。
c）钻套与工件距离S
钻套与工件表面的距离S的选择主要考虑排屑和引偏量的问题。
间隙过小，排屑不利。
间隙过大，会使引偏量过大，加工误差增大。
据《现代制造工艺基础》147页介绍，加工铸铁等脆性材料时常取间隙为（0.3~0.7）d。
此处取S=6mm。
钻套总高约按H/d=2~2.5取得H=21mm，需要指出，为了有利于钻头的引进，钻套内径进口处做成圆角，为了排屑容易，内径下端也作了倒角，并且在钻套与钻模板配合的地方设计为燕尾槽形式（图4-7（b））。
（a）（b）
图4-7特种钻套
d）钻套的材料
钻套材料一般选择硬度高、耐磨性好的材料。
常用材料为T10A,T12A,CrMn钢或20钢渗碳淬火。
当钻套内径d10mm时常采用CrMn钢。
本工序钻套内径为9mm，材料采用CrMn钢，经热处理后硬度达到HRC60~64。
4.2.4钻模板设计
生产中，钻模板在保证有足够刚度的前提下要尽量减少其重量。
其厚度通常按钻套高来确定，一般取12~30mm。
此处，由于钻套高H=21mm,且加工孔径不是很大，轴向切削力较小，钻模板厚度采用15mm即可保证有足够刚度。
其结构设计见图
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