发法兰盘零件的机械加工工艺规程及夹具设计doc.docx
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发法兰盘零件的机械加工工艺规程及夹具设计doc
机械制造技术基础
课程设计说明书
设计题目：
法兰盘零件的机械加工工艺规程及夹具设计
设计者：
2012年9月13日
长春理工大学
机械制造技术基础课程设计任务书
题目：
发法兰盘零件的机械加工工艺规程及夹具设计
内容：
1、零件图
1张
2、毛坯图
1张
3、机械加工过程卡
1张
机械加工工序卡
10张
4、夹具结构设计装配图
1张
5、夹具结构设计零件图
1张
6、课程设计说明书
1份
班
级：
学
生：
2012年9月13日
摘要
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，设计第三道工序—钻法兰盘孔的夹具。
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。
关键词机械；加工工艺；夹具设计
序言错误!
未定义书签。
1零件的分析错误!
未定义书签。
零件的作用错误!
未定义书签。
零件的工艺分析错误!
未定义书签。
2工艺规程设计错误!
未定义书签。
确定毛坯的制造形式错误!
未定义书签。
基面的选择错误!
未定义书签。
制定工艺路线错误!
未定义书签。
机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定错误!
未定义书签。
确定切削用量及基本工时错误!
未定义书签。
3夹具设计30
问题的提出30
夹具设计30
参考文献33
致谢34
序言
通过本次课程设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，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。
希望通可以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，在未来的学习生活中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，加强对专业知识的认识及掌握，对未来的工作发展，确立良好的基础。
1零件的分析
零件的作用
题目所给定的零件是CA6140车床上的法兰盘（见附图1），法兰盘起联接作用是车床上的重要零件。
零件的工艺分析
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Φ2000.045为中心,包括:
两个Φ10000..1234mm的端面,尺寸为Φ4500.017mm的圆柱面,两个Φ90mm
的端面及上面的4个Φ9mm的透孔.Φ4500.6mm的外圆柱面及上面的Φ6mm的
销孔,Φ90mm端面上距离中心线分别为34mm和24mm的两个平面.
这组加工表面是以Φ2000.045mm为中心,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,然后再加工其它加工表面.
2工艺规程设计
确定毛坯的制造形式
零件材料为HT200，采用大批大量生产方式，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。
基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择得正确与合理，
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。
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，但对于一般的轴类零件来说，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Φ
45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。
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，这在以后还要专门计算，此处不在重复。
制定工艺路线
制定工艺路线的出发点，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。
在生产纲领一确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。
除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
一.工艺路线方案一
工序1粗铣Φ20孔两端面
工序2钻、粗铰孔Φ20
工序3粗铣Φ90外圆柱面上平行于轴线的两个平面工序4精铣Φ20孔两端的端面
工序5精绞Φ20的孔
工序6粗车Φ45、Φ90、Φ100的外圆，粗车B面与Φ90的右端面
工序7半精车Φ45、Φ90、Φ100的外圆，半精车B面与Φ90的端面，对Φ100、Φ90、Φ45的圆柱面倒角，倒Φ45两端的过度圆弧，车退刀槽，车Φ20内孔两端的倒角
工序8精车Φ100外圆面，精车B面，精车Φ90的右端面，精车Φ45的圆柱面工序9精铣Φ90外圆柱面上平行于轴线的两个平面
工序10
钻4-Φ9透孔
工序11
钻Φ4孔，钻铰Φ6的销孔
工序12
磨Φ45、Φ100的外圆
工序13
磨Φ90外圆柱面上距离轴线24mm的平面
工序14
磨B面
工序15
刻字划线
工序16
Φ100外圆无光镀铬
工序17
检查入库
二.工艺方案二
工序1粗车Φ100mm端面，粗车Φ100mm外圆柱面，粗车B面，粗车Φ90
的外圆柱面
工序2粗车Φ45端面及外圆柱面
工序3钻粗绞Φ20的内孔
工序4半精车Φ100的端面及外圆面，半精车B面，半精车Φ90的外圆柱面，
对Φ100、Φ90的外圆柱面进行倒角，车Φ45两端的过渡圆弧，车Φ20孔的左
端倒角
工序5半精车Φ45的端面及外圆柱面，车Φ20孔的右端倒角，车Φ45的倒角，
车3*2的退刀槽
工序6精车Φ100的端面及外圆面，精车B面
工序7精车Φ45端面及外圆柱面
工序8精绞Φ20的孔
工序9钻4—Φ9透孔
工序10钻Φ4孔，钻绞Φ6孔
工序11铣Φ90圆柱面上的两个平面
工序12磨B面
工序13磨Φ90外圆柱面上距离轴线24mm的平面
工序14划线刻字
工序15Φ100外圆无光镀铬
工序16检查
三.工艺方案的比较与分析
上述两个方案的特点在于：
方案一采用同时铣削加工两个端面，可以提高效率，而方案二采用车削端面，可以保证精度，方案一的效率虽高但精度不能保证，应把保证精度放在首位，故选用方案二车削两端面。
由于各端面及外圆柱面
都与Φ20轴线有公差保证，所以加工各端面及外圆柱面时应尽量选用
Φ20孔为
定位基准。
经过比较修改后的具体工艺过程如下:
工序1
粗车Φ100端面及外圆柱面,粗车B面，粗车Φ90的外圆柱面
工序2
粗车Φ45端面及外圆柱面，粗车Φ90的端面
工序3
钻、扩、粗铰Φ20的孔
工序4
钻Φ4孔，再钻Φ6孔
工序5
半精车Φ100的端面及外圆柱面，半精车
B面，半精车Φ90的外圆柱
面，车Φ100、Φ90的倒角，车Φ45两端过渡圆弧，车Φ20孔的左端倒角
工序6
半精车Φ45的端面及外圆柱面，半精车Φ
90的端面，车3*2
退刀槽，
车Φ45的倒角，车Φ20内孔的右端倒角
工序7
精车Φ100的端面及外圆，精车B面
工序8
精车Φ45的外圆，精车Φ90的端面
工序9
精绞Φ20的孔
工序10
磨Φ100、Φ45的外圆柱面
工序11
钻4—Φ9透孔
工序12
铣Φ90mm圆柱面上的两个平面
工序13
磨B面
工序14
磨Φ90mm外圆柱面上距离轴线24mm的平面
工序15划线刻字
工序16Φ100mm外圆无光镀铬
工序17检查
以上加工方案大致看来还是合理的.但通过仔细考虑零件的技术要求以及可能采取的加工手段之后,就会发现仍有问题,主要表现在工序Ⅳ钻Φ4mm孔，再钻
1.03
Φ60mm孔由于在设计夹用夹具时要以Φ90mm圆柱面上的一个平面来定位,
所以应把铣Φ90mm圆柱面上的两个平面这一道工序放在钻Φ
4孔，再钻Φ
0.03
60
mm孔工序前.并且工序Ⅲ与工序Ⅴ序可并为一个工序,否则就有点繁琐.
因此最后确定的加工工艺路线如下：
工序
1
粗车Φ100左端面
工序
2
粗车，半精车，精车Φ20的孔
工序
3
钻、扩、精铰Φ20的孔
工序
4
粗车、半精车Φ100的端面及外圆柱面，粗车、半精车
B面，粗车、半
精车Φ90的外圆柱面.粗车、半精车Φ90的端面,粗车、半精车Φ45外圆柱面及端面
工序5
车Φ100圆柱倒角,车Φ90圆柱倒角，车3*2退刀槽，车Φ45过渡圆弧，
车Φ20内孔的右端倒角
工序6
粗铣Φ90mm圆柱面上的两个平面
工序7
精铣Φ90mm圆柱面上的两个平面
工序8
钻4—Φ9透孔
工序9
钻Φ6孔,扩Φ4孔
工序10
去毛刺
工序11
磨B面,磨Φ90mm外圆柱面上距离轴线24mm的平面
工序12
磨Φ100、Φ45的外圆柱面
工序13
抛光
工序14
划线刻字
工序15
Φ100外圆无光镀铬
工序16
检查
以上工艺过程详见“机械加工工艺过程综合卡片”。
机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“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.Φ4500.017mm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
半精车外圆
粗车外圆
3
47
+
毛坯
5
50
2.外圆表面Φ10000
..
3412mm
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
半精车外圆
100．6
粗车外圆
4
102
毛坯
6
106
3．B面中外圆柱面
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
精磨外圆
45
粗磨外圆
半精车外圆
1
46
粗车
2
47
毛坯
60
106
1
4．孔Φ2000.045mm
参照《实用机械加工工艺手册》确定各工序尺寸及加工余量
工序尺寸及公差
Φ45.600.1
Φ4700..12
Φ5000..55
工序尺寸及公差
Φ10600..88
工序尺寸及公差
Φ4500..1234
Φ1
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
20
+
Φ200
0.045
半精车
+
Φ
粗车
18
+
Φ
毛坯
10
5.Φ4500.017mm的端面
1）按照《工艺手册》表6-28，铸件重量为2.8kg，Φ4500.017mm端面的单边加工
余量为～，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00..78；
2）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；3）粗车余量：
粗车的公差余量（单边）为Z=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；
毛坯名义尺寸为：
94+2=96（mm）
毛坯的最大尺寸：
96+=（mm）
毛坯的最小尺寸：
=（mm）
粗车后最大尺寸：
94+=（mm）
粗车后最小尺寸：
（mm）
半精车后最大尺寸：
94+=（mm）
半精车后最小尺寸：
（mm）
加工余量计算表
工
序
铸造毛坯
粗车
半精车
加工尺寸
及公差
加工前尺
最大
寸
最小
加工后尺
最大
寸
最小
加工余量
2
加工公差
法兰盘的铸件毛坯图见附图
确定切削用量及基本工时
工序1
1.加工条件
粗车Φ100端面
工件材料：
HT200δb=220MPa模铸
加工要求：
车削Φ100mm端面及外圆柱面，粗车
机床：
CA6140卧式车床
B面
刀具：
采用刀片的材料为
YT15，刀杆尺寸
16x25mm,
=90,
0=15,
0=12,
=0.5mm
2．计算切削用量
（1）粗车Φ100mm端面
+0..8
1）已知毛坯长度方向的加工余量为3-0。
7mm,考虑的模铸拔模斜度，ap=4mm
2）进给量f根据《实用机械加工工艺手册》中表,当刀杆尺寸为16×25mm
ap>3~5mm,以及工件直径为100时，f=~1.0mm/r
按CA6140车床说明书（见切削手册）取f=0.9mm/r
3）计算切削速度，按《切削手册》表,切削速度的计算公式为（寿命T=60min）
vc
Cv
kv（m/min）
Tmapxvf
yv
其中：
Cv=342,
xv=,
yv=,
m=。
修正系数kv见《切削手册》表,即
kMv=,
ksv=,kkv=,
kkrv=,
kBv=。
所以
vc
342
确定机的主轴转速
0.2
0.15
60
x4
0.35v
x0.5
ns=
1000vc=
1000
158.6
504r/min
πdW
πx100
按机床说明书（见《工艺手册》表,与504r/min相近的机床转速为480r/min及
600r/min。
现选取nw=480r/min。
所以实际切削速度v=110r/min/。
5）切削工时，按《工艺手册》表
L=10020=40mm,l1=2mm,l
2=0,l3=0
2
ll1l
2l3
40
2
tm=
=
=（min）
nwf
480
0.9
工序2粗车、半精车Φ20的孔,精车Φ20的孔
（1）粗车Φ18mm孔机床：
车床
1）进给量根据《切削手册》表10-66,当铸铁≤HB200时，D=Φ18时，取
f=
2）切削速度根据《机械加工工艺手册》表10-70,及10-66,查得
V=35m/min.
3）确定机床主轴转速
ns=
1000vc
=
100035
min
πdW
π18
按机床说明书（见《工艺手册》表,与min相近的机床转速为555r/min。
现选取
nw=555r/min。
所以实际切削速度
π18555
vc==31.4m/min
1000
4）削工时，按《工艺手册》表。
tm=ll1l2i;其中l=91mm;
l1=10mm;l2=4mm;
nwf
ll1l2
105
tm=
=
=（min）
nwf
555
0.3
（2）Φ孔
根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻同样尺寸的实心孔时的进给量与切削速度之关系为
f（1.2~1.8）f钻
v（1~1）v钻
23
式中的f钻、v钻——加工实心孔进的切削用量.
现已知
f钻=r（《切削手册》）表
v钻=min（《切削手册》）表
1）给量取f=×=r按机床选取r
2）削速度v=×=min.
3）定机床主轴转速
ns=1000vc=
100016.9
min
πd
π19.8
W
按机床说明书（见《工艺手册》表,与min相近的机床转速为275r/min。
现选取
nw=275r/min。
所以实际切削速度
vc=
=π19.8275
17.4m/min
1000
5）削工时，按《工艺手册》表。
tm=l
l1l2i;其中l=91mm;l1=10mm;l2=4mm;
nwf
（3）精车至ΦΦ2000.045mm
1）进给量取f=
2）削速度按切削手册选取v=×=min.
3）定机床主轴转速
ns=
1000vc=
100019.3
min
πd
π20
W
按机床说明书（见《工艺手册》表,与min相近的机床转速为275r/min。
现选取
nw=275r/min。
所以实际切削速度
vc=
=π20275
17.2m/min
1000
4）工时，按《工艺手册》表。
tm=ll1l2i;其中l=91mm;
l1=7mm;
l2=3mm;
nwf
tm
=l
l1
l2=
101
=（min）
nwf
2750.5
tm=ll1l2=
=（min）
nwf
工序3粗车、半精车Φ100的端面及外圆柱面，粗车、半精车B面，粗车、半精车Φ90的外圆柱面.粗车、半精车Φ90的端面,粗车、半精车Φ45外圆柱面及端面
（1）粗车Φ100mm外圆柱面，同时应检验机床功率及进给机构强度
1）切削深度，单边余量Z=2mm,分二次切除。
2）进给量，根据《机械加工工艺手册》取f=r
3）计算切削速度
vc
Cv
yvkv＝132m/min
T
mxv
f
ap
4）确定机床主轴转速
1000vc
1000
132
420r/min
ns=
=
πd
πx100
W
按机床说明书（见《工艺手册》表与420r/min相近的机床转速为480r/min
现选取480r/min
所以实际切削速度
vc=
=
5）检验机床功率主切削力按《切削手册》表所示公式计算
＝
其中＝2985，＝，＝，＝，
===
=
=切削时消耗功率＝＝＝
（KW）
由《实用机械加工工艺手册》表7-4中CA6140机床说明书可知，CA6140主电机功率为.转速为480r/min时主轴传递的最大功率为.所以机床功率足够，可以正常加工。
6）校验机床进给系统强度已知主切削力＝.径向切削力按《切削手册》
表所示公式计算
＝
其中＝1940，＝，＝，＝，
===
=
所以
=
而轴向切削力
＝
其中
＝2880，
＝，
＝，
＝，
=
=
=
=
轴向切削力=取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数μ=,
则切削罗在纵向进给方向对进给机构的作用力为F=+μ
（+）=442++203）=44
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