法兰盘加工工艺及加工4-.doc
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课程设计Ⅲ任务书
班级：
机自087学号：
0815014222姓名：
题目：
法兰盘加工工艺及加工4-¢9孔的工装设计
要求：
生产纲领5000件/年，工艺装备采用通用机床与通用刀具及专用夹具。
时间：
2011年11月日至2011年12月日共6周
具体任务：
①绘制零件图（A3）；
②确定加工工艺路线并进行工序设计，填写工艺文件1套；
③绘制毛坯图（A3）；
④绘制钻4-Φ9孔的夹具装配图；
⑤测绘夹具零件图1～3张；
⑥编写设计说明书（不少于1万字）。
学生：
（签名）
日期：
指导教师：
机自教研室
2011年11月
目录
序言 1
1零件的分析 2
1.1零件的作用 2
1.2零件的工艺分析 2
2工艺规程设计 3
2.1确定毛坯的制造形式 3
2.2基面的选择 3
2.3制定工艺路线 4
2.4机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 7
2.5确定切削用量及基本工时 10
3夹具设计 32
3.1问题的提出 32
3.2夹具设计 32
参考文献 36
致谢 37
序言
机械制造工艺课程设计是在我们完成了全部基础课、技术基础课、大部分专业课以及参加了生产实习之后进行的。
这是我们在进行课程设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
通过本次课程设计，应该得到下述各方面的锻炼：
1、能熟练运用机械制造工艺设计中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。
2、提高结构设计的能力。
通过设计夹具的训练，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而且能保证加工质量的夹具的能力。
3、学会使用手册及图表资料。
掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处、能够做到熟练运用。
就我个人而言，通过这次设计，基本上掌握了零件机械加工工艺规程的设计，机床专用夹具等工艺装备的设计等。
并学会了使用和查阅各种设计资料、手册、和国家标准等。
最重要的是综合运用所学理论知识，解决现代实际工艺设计问题，巩固和加深了所学到的东西。
并在设计过程中，学到了很多课堂上没有学到的东西。
大学四年的学习即将结束，在我们即将踏入社会之前，通过课程设计来检查和考验我们在这几年中的所学，同时对于我们自身来说，这次课程设计很贴切地把一些实践性的东西引入我们的设计中和平时所学的理论知识相关联。
为我们无论是在将来的工作或者是继续学习的过程中打下一个坚实的基础。
我们设计的过程中会遇到一些技术和专业知识其它方面的问题，再加上我们对知识掌握的程度，所以设计中我们的设计会有一些不足之处,为了共同提高今后设计的质量，希望在考核的过程中得到指导老师的谅解。
1零件的分析
1.1零件的作用
课程设计所给的是CW6140车床法兰盘，为盘类零件，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。
如下图：
（图1）
1.2零件的工艺分析
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Φ20为中心,包括:
两个Φmm的端面,尺寸为Φmm的圆柱面,两个Φ90mm的端面及上面的4个Φ9mm的透孔.Φmm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Φ20mm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
2.1确定毛坯的制造形式
零件材料为HT200，由于零件年产量为5000件，已达到中批生产的水平，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对铸造，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。
2.2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，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
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。
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。
2.3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16Φ100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Φ90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Φ6mm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Φ4孔，再钻Φ6mm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、粗绞Φ20的孔
工序4粗铣Φ90圆柱面上的两个平面
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外圆柱面上的倒角，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Φ90的端面，车3*2退刀槽，车Φ45圆柱面两端的倒角，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精铣Φ90圆柱面上的两个平面
工序11钻、绞4-Φ9的孔
工序12钻Φ4孔，钻、绞Φ6孔
工序13磨Φ100、Φ45的外圆柱面
工序14磨B面
工序15磨Φ90外圆柱面上距离轴线24mm的平面
工序16刻线刻字
工序17镀铬
工序18检测入库
以上工艺过程详见“机械加工工艺过程综合卡片”。
2.4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.Φmm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
0.6
45
0.017
Φ
半精车外圆
1.4
45.6
0.1
Φ
粗车外圆
3
47
+0.3
Φ
毛坯
5
50
0.5
Φ
2.外圆表面Φmm
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
0.6
100
-0。
46
Φ
半精车外圆
1.4
100．6
粗车外圆
4
102
毛坯
6
106
0.8
Φ
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
工序尺寸及公差
精磨外圆
0.2
45
-0.6
Φ
粗磨外圆
0.8
45.2
半精车外圆
1
46
粗车
2
47
毛坯
60
106
1
Φ1
4．孔Φ20mm
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
0.2
20
+0.045
Φ20
扩孔
0.9
19.8
+0.1
Φ19.8
钻孔
9
18
+0.6
Φ18
毛坯
10
5.Φmm的端面
1）按照《工艺手册》表6-28，铸件重量为2.8kg，Φmm端面的单边加工余量为2.0～3.0，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；
Φmm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
96.7
95.2
94.6
最小
95.2
94.88
94.48
加工后尺寸
最大
96.7
95.2
94.6
94.04
最小
95.2
94.88
94.48
93.96
加工余量
2
1.2
0.6
0.2
加工公差
-0.32
-0.12
-0.08
法兰盘的铸件毛坯图见附图
2.5确定切削用量及基本工时
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
1.加工条件
工件材料：
HT200δb=220MPa模铸
加工要求：
车削Φ100mm端面及外圆柱面，粗车B面
机床：
CA6140卧式车床
刀具：
采用刀片的材料为YT15，刀杆尺寸16x25mm,=90,=15,=12,
=0.5mm
2．计算切削用量
（1）粗车Φ100mm端面
1）已知毛坯长度方向的加工余量为3+0..8-0。
7mm,考虑的模铸拔模斜度，=4mm
2）进给量f根据《实用机械加工工艺手册》中表2.4-3,当刀杆尺寸为16×25mm
>3~5mm,以及工件直径为100时，f=0.7~1.0mm/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1.27,切削速度的计算公式为（寿命T=60min）
（m/min）
其中：
=342,=0.15,=0.35,m=0.2。
修正系数见《切削手册》表1.28,即
=1.44,=0.8,=1.04,=0.81,=0.97。
所以x1.44x0.8x1.04x0.81x0.97=158.6（m/min）
4）确定机的主轴转速
ns==504r/min
按机床说明书（见《工艺手册》表4.2-8）,与504r/min相近的机床转速为480r/min及600r/min。
现选取=480r/min。
所以实际切削速度v=110r/min/。
5）切削工时，按《工艺手册》表6.2-1
L==40mm,=2mm,=0,=0
tm===0.098（min）
（2）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=0.9mm/r
3）计算切削速度 ＝132m/min
4）确定机床主轴转速
ns==420r/min
按机床说明书（见《工艺手册》表4.2-8）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 ==
5）检验机床功率 主切削力按《切削手册》表1.29所示公式计算
＝
其中 ＝2985，＝1.0，＝0.65，＝-0.15，
===0.63
=0.61
=29851.00.51500.630.89=1122.4（N）
切削时消耗功率＝＝＝2.81（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7.5kw.转速为480r/min时主轴传递的最大功率为4.5kw.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＝1122.4N.径向切削力按《切削手册》表1.29所示公式计算
＝
其中 ＝1940，＝0.9，＝0.6，＝-0.3，
===0.59
=0.5
所以=19401.50.51500.590.5=203（N）
而轴向切削力＝
其中 ＝2880，＝1.0，＝0.5，＝-0.4，
===0.34
=1.17
轴向切削力=28801.50.51500.341.17=442（N）
取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数μ=0.1,则切削罗在纵向进给方向对进给机构的作用力为F=+μ（+）=442+0.1（1122.4+203）=442+132.5=574.5N
而机床纵向进给机床可承受的最大纵向力为3530N（见《切削手册》表1.30）故机床进给系统可正常工作。
7）切削工时 t=
其中l=10mm =4mm=2mm
所以 t=＝0.1min
（3）粗车B面
1）切削深度。
单边余量Z==30mm.分15次切除
2）进给量 根据《机械加工工艺手册》取f=0.9mm/r
3）计算切削速度
其中：
=342,=0.15,=0.35,m=0.2。
修正系数见《切削手册》表1.28,即
=1.44,=0.8,=1.04,=0.81,=0.97。
所以1.440.81.040.810.97=126m/min
4）确定机的主轴转速
ns==378r/min
按机床说明书（见《工艺手册》表4.2-8）,与378r/min相近的机床转速为400r/min。
现选取=400r/min。
所以实际切削速度==
5）切削工时，按《工艺手册》表6.2-1。
t=i;其中l=30mm
t=i=15=1.25（min）
工序2粗车Φ45端面及外圆柱面，粗车Φ90的端面
机床：
CA6140卧式车床
刀具：
采用刀片的材料为YT15，刀杆尺寸1625mm,=90,=15,
=12,=0.5mm
（1）粗车Φmm端面
1）切削深度。
单边余量Z=1.2mm
2）计算切削速度
其中：
=342,=0.15,=0.35,m=0.2。
修正系数见《切削手册》表1.28,即
=1.44,=0.8,=1.04,=0.81,=0.97。
所以1.440.81.040.810.97=187m/min
3）确定机床主轴转速
ns==553r/min
按机床说明书（见《工艺手册》表4.2-8）,与553r/min相近的机床转速为600r/min。
现选取=600r/min。
所以实际切削速度==
5）切削工时，按《工艺手册》表6.2-1。
t=i;其中l=25mm;=4mm;=2mm;
t=i=x1=0.06（min）
（2）粗车Φmm外圆柱面
1）切削深度单边余量为Z=2.2mm分两次切除。
2）进给量根据《机械加工工艺手册》取f=0.8mm/r
3）计算切削速度
其中：
=342,=0.15,=0.35,m=0.2。
修正系数见《切削手册》表1.28,即
=1.44,=0.8,=1.04,=0.81,=0.97。
所以1.440.81.040.810.97=89m/min
4）确定机床主轴转速
ns==753r/min
按机床说明书（见《工艺手册》表4.2-8）,与753r/min相近的机床转速为750r/min。
现选取=750r/min。
所以实际切削速度==
5）切削工时，按《工艺手册》表6.2-1
t=i;其中l=41mm;=4mm;=0mm;
t=i=x2=0.09（min）
（3）粗车Φ90mm端面
1）切削深度单边余量为Z=1.2mm一次切除。
2）进给量根据《机械加工工艺手册》取f=0.8mm/r
3）计算切削速度
其中：
=342,=0.15,=0.35,m=0.2。
修正系数见《切削手册》表1.28,即
=1.44,=0.8,=1.04,=0.81,=0.97。
所以1.440.81.040.810.97=122m/min
4）确定机床主轴转速
ns==431r/min
按机床说明书（见《工艺手册》表4.2-8）,与431r/min相近的机床转速为480r/min。
现选取=480r/min。
所以实际切削速度==
5）切削工时，按《工艺手册》表6.2-1
t=i;其中l==22
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