完整版CA6140车床法兰盘加工工艺规程及夹具设计毕业设计.docx
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完整版CA6140车床法兰盘加工工艺规程及夹具设计毕业设计
CA6140车床法兰盘加工工艺规程及夹具设计
王二
专业名称：
机械工程及自动化
指导教师：
张三讲师
摘要
本毕业设计论文详细介绍了CA6140车床法兰盘加工工艺规程及夹具设计的全过程。
论文主要内容分为两大部分：
第一部分是车床法兰盘加工工艺的设计，主要包括零件的工艺性分析、毛坯的选择、定位基准的选择、机械加工工艺路线的确定；第二部分是第8号工序夹具的设计，主要包括设计任务的分析、定位方案的确定、定位误差的分析，切削力、夹紧力的计算，夹紧方案以及夹具体部分结构形式的设计，最后通过前面的设计方案画出各零件图和装配图。
其中专用夹具的设计是本次毕业设计的重点。
本夹具满足工件的加工精度要求，性能良好、操作简便安全、结构工艺性好，提高了生产率，降低了劳动成本。
关键词：
法兰盘机械加工工艺夹具设计
Abstract
ThisthesisintroducestheCA6140latheflangemachiningprocessplanningandfixturedesignprocess.
Themaincontentofthisthesisisdividedintotwoparts:
thefirstpartisthedesignofprocessinglatheflange,determinethemainpartsoftheprocessanalysis,includingthechoiceofblank,localizationdatumchoice,machiningprocess;thesecondpartisthedesignofNo.eighthworkingprocedurejig,mainlyincludingthedesigntaskanalysis,positioningscheme,thepositionerroranalysis,thecalculationofcuttingforce,clampingforce,clampingschemeanddesignspecificfolderstructure,finally,thedesignschemetodrawthepartdrawingandassemblydrawing.Thedesignofspecialfixtureisthefocusofthisgraduationdesign.
Thefixturesatisfytherequirementsofmachiningaccuracy,goodperformance,simpleandsafeoperation,goodstructuretechnology,improveproductivity,reducelaborcosts.
.
Keywords:
Flangeplate,Mechanical,Processingtechnic,Gripdesign
前言
专用夹具是指在制造加工过程中使工件定位和夹紧保证加工精度的特殊工具。
众所周知，夹具是提供支撑和夹紧工件的工艺设备。
夹具能消除制造过程中由于个体标注、定位和频繁检查引起的误差，使工件质量保持基本一致，从而提高生产效率，提高产品质量。
由于这些不可替代的功能和优势，夹具广泛运用于工厂的实际生产。
夹具设计的是否合理，直接影响工件的质量、产量和加工成本。
只有正确应用夹具设计的基本原理和知识，熟练掌握夹具的设计方法，才能设计出合理的夹具。
一个优良的夹具必须满足下列基本要求：
保证工件的加工精度，提高生产率、降低成本、提高经济性，操作方便、省力和安全，便于排屑，结构工艺性要好等。
毕业设计是我们在学完大学的全部课程后进行的，是对我们大学四年年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，独立地分析和解决实际问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（CA6140车床法兰盘）的加工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综合实践机会。
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综合训练，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。
1零件的分析
1.1零件结构功用分析
法兰盘是可用于连接其他零件或可用于增加其他零件强度的一种零件。
本法兰盘是回转面和平面的结合，内部由阶梯孔和螺纹孔组成，其要求有较高的耐磨性，较高的强度和回转稳定性。
1.2零件技术条件分析
1.法兰盘本身精度：
外圆φ800-0.019尺寸公差等级IT11，表面粗糙度Ra为1.6μm，φ52-0.01-0.029尺寸公差等级为IT6，表面粗糙度Ra为1.6μm，φ1200-0.22尺寸公差等级IT14，表面粗糙度Ra为3.2μm，内孔φ62公差等级为IT7，φ36+0.0250尺寸公差等级IT6，φ65表面粗糙度Ra为1.6μm，距离φ36+0.0250为34.5-0.30-0.80的平面公差等级IT13。
2.位置精度，内孔φ62相对于基准面A、B的跳动量要求为0.04。
3.加工此零件时，应尽量统一定位基准，减少装夹次数，这样有利于保证零件的加工精度。
1.3零件结构工艺性分析
此法兰盘是由回转面和平面组成，由零件图可知，该零件结构较为简单，但零件精度要求高，零件选用材料HT150，该材料用于强度要求不高的一般铸件，不用人工时效，有良好的减振性，铸造性能好。
对法兰盘的基本要求是高强度、高韧性、高耐磨性和回转平稳性，因而安排法兰盘加工过程应考虑到这些特点。
1.4毛坯类型
1、根据零件材料HT150确定毛坯为铸件，由于要加工与φ36的孔中心线距离分别为54和34.5的两平面，若毛坯外型铸成φ120的外圆，材料浪费太严重，因此将两平面直接铸出。
且3-φ11和3-φ16.5的内孔不铸出，均在钻床上钻出后加工。
2.由于本零件要求生产批量为中批量生产，而且零件加工的轮廓尺寸不大，毛坯铸造方法选用金属型铸造（查机械制造工艺学资料表3.3-3.4），铸造的毛坯尺寸公差等级为8级（查机械加工工艺手册表3.1-24），选择错型值为0.7（查机械加工工艺手册表3.1-23）。
1.5毛坯余量确定
对于批量生产的铸件加工余量（查机床夹具课程设计指导手册P38表2-11），初步将本零件的加工余量定为5mm，毛坯尺寸偏差由表3.1-21查得为1.8。
（机械加工工艺手册）
1.6基准的选择
基准选择得正确与合理，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，甚至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：
要考虑如何分配各加工表面的余量；
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；
定位可靠，便于装夹；
粗基准一般不应被重复使用。
2、精基准的选择：
基准重合原则；
基准统一原则；
自为基准原则；
互为基准原则；
定位可靠，便于装夹。
2机加工工艺路线确定
2.1加工方法分析确定
该零件是法兰盘，中批量生产。
由于此零件较为简单，但精度要求较高，为保证加工精度和表面粗糙度的要求，应尽量减少装夹次数，统一定位基准，由于该法兰盘是由回转面和平面组成，根据具体需要初步确定的加工方法有车、铣、磨、镗、钻等。
2.2加工顺序的安排
本着先粗后精、先主后次、基准先行、先面后孔的原则安排加工顺序，逐步提高加工精度，先以外圆φ800-0.019为粗基准粗车φ52-0.01-0.029的外圆、长度方向为15的右端面、长度方向为60的右端面和φ120的外圆，调头装夹以φ52-0.01-0.029的外圆、长度方向为15的右端面为基准粗车φ800-0.019的外圆、长度方向为60的左端面和长度方向为15的左端面，再以粗车后的外圆φ800-0.019为精基准半精车φ52-0.01-0.029的外圆、和φ1200-0.22的外圆粗镗，半精镗φ36+0.0250的内孔，以φ52-0.01-0.029的外圆、长度方向为15的右端面为基准粗镗φ62.4、φ62、φ65、及4X0.5的槽、φ58的内孔，继续半精镗φ65、φ62、及4X0.5的槽，车出M64X1.5的螺纹，以外圆φ800-0.019为基准粗铣长度为54的左端面和长度为34.5的两平面，以φ36+0.0250的内孔、φ62.4内孔和长度为60的右端面及34.5的平面定位钻3-φ11和3-φ16.5的孔，然后扩3-φ16.5的孔，然后在继续钻出φ18和φ4的孔，磨φ800-0.019的外圆和长度为60和15的左端面，磨φ52-0.01-0.029的外圆、长度方向为15的右端面并切出3X0.5的槽然后倒角，以φ52-0.01-0.029的外圆、长度方向为15的右端面为基准精镗φ62的孔，以φ800-0.019的外圆为基准精镗φ36+0.0250的内孔，然后用浮动镗刀块精镗φ36+0.0250的内孔并加工出6X6的半圆槽。
2.3定位基准选择
先以φ800-0.019为基准加工φ52-0.01-0.029的外圆、长度方向为15的右端面和φ1200-0.22的外圆，再以φ52-0.01-0.029的外圆、长度方向为15的右端面为基准加工左端部分，再以外圆定位加工内孔和螺纹，以φ36+0.0250的内孔、6X6的半圆槽和长度为60的右端面定位钻孔、扩孔。
2.4加工阶段的划分说明
加工阶段分为：
粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段。
2.5主要加工工序简图
1、铸铸造、清理
2、热处理正火
3、粗车φ52-0.01-0.029的外圆、长度方向为15的右端面、长度为60的右端面、φ1200-0.22的外圆
4、粗车φ800-0.019的外圆、长度方向为60的左端面和长度方向为15的左端面
图1.2工序图
5、半精车φ52-0.01-0.029的外圆和φ1200-0.22的外圆、粗镗φ36+0.0250的内孔、半精镗φ36+0.0250的内孔
6、粗镗φ62.4、φ62、φ65、及4X0.5的槽、φ58的内孔、半精镗φ65、φ62及4X0.5的槽、车出M64X1.5的螺纹
7、粗铣长度为54的左端面和长度为34.5的两平面
8、钻3-φ11的孔、扩3-φ16.5的孔
9、钻出φ18和φ4的孔
10、热处理：
退火
11、去毛刺（在所有侧面去除机械加工所留下的毛刺）
12、清洗吹净
在乳化液中清洗法兰盘，保证没有铁削、油污和其他赃物，清洗时间不少于3min，清洗的同时通入压缩空气以提高清洗效果，清洗后用压缩空气吹净零件，并用擦布擦净表面。
13、检验
14、表面淬火
15、磨φ800-0.019的外圆和长度为60和15的左端面、磨φ52-0.01-0.029的外圆、长度方向为15的右端面并切出3X0.5的槽然后倒角
图1.8工序图
16、精镗φ62的孔
图1.9工序图
17、精镗φ36+0.0250的内孔
图1.10工序图
18、用浮动镗刀块精镗φ36+0.0250的内孔并加工出6X6的半圆槽
图1.11工序图
19、去毛刺吹净
20、检验
2.6工序尺寸及其公差确定
φ52-0.01-0.029
表1.1工序尺寸、公差、工序余量及基本尺寸的确定
工艺路线
基本尺寸
工序余量
工序精度
工序尺寸
铸
φ57
1.8
φ571.8
粗车
φ54.2
2.8
IT13
φ54.20-0.46
半精车
φ52.4
1.8
IT11
φ52.40-0.19
磨削
φ52
0.4
IT6
φ52-0.01-0.029
φ800-0.019
表1.2工序尺寸、公差、工序余量及基本尺寸的确定
工艺路线
基本尺寸
工序余量
工序精度
工序尺寸
铸
φ85
1.8
φ851.8
粗车
φ82.3
2.7
IT13
φ82.30-0.54
半精车
φ80.5
1.8
IT11
φ80.50-0.22
磨削
φ80
0.5
IT6
φ800-0.019
φ1200-0.22
表1.3工序尺寸、公差、工序余量及基本尺寸的确定
工艺路线
基本尺寸
工序余量
工序精度
工序尺寸
铸
φ125
1.8
φ1251.8
粗车
φ121.8
3.2
IT13
φ121.80-0.63
半精车
φ120
1.8
IT11
φ1200-0.22
φ62
表1.4工序尺寸、公差、工序余量及基本尺寸的确定
工艺路线
基本尺寸
工序余量
工序精度
工序尺寸
铸
φ57
1.8
φ571.8
粗镗
φ60
3
IT11
φ60+0.190
半精镗
φ61.5
1.5
IT9
φ61.5+0.0740
精镗
φ62
0.5
IT8
φ62
φ65
表1.5工序尺寸、公差、工序余量及基本尺寸的确定
工艺路线
工序余量
工序尺寸
铸
φ57
粗镗
7
φ64
半精镗
1
φ65
φ62.4
表1.6工序尺寸、公差、工序余量及基本尺寸的确定
工艺路线
工序余量
工序尺寸
铸
φ57
粗镗
5.4
φ62.4
φ36+0.0250
表1.7工序尺寸、公差、工序余量及基本尺寸的确定
工艺路线
基本尺寸
工序余量
工序精度
工序尺寸
铸
φ31
1.8
φ311.8
粗镗
φ33.1
2.1
IT11
φ33.1+0.160
半精镗
φ34.6
1.5
IT10
φ34.6+0.10
精镗
φ35.6
1
IT8
φ35.6+0.0390
浮动镗刀块精镗
φ36
0.4
IT7
φ36+0.0250
15
表1.8工序尺寸、公差、工序余量及基本尺寸的确定
工艺路线
工序余量
工序尺寸
铸
20
粗车
4.5
15.5
磨削
0.5
15
60
表1.9工序尺寸、公差、工序余量及基本尺寸的确定
工艺路线
工序余量
工序尺寸
铸
65
粗车
4.6
60.4
磨削
0.4
60
φ11
表1.10工序尺寸、公差、工序余量及基本尺寸的确定
工艺路线
工序余量
工序尺寸
钻
11
φ11
φ16.5
表1.11工序尺寸、公差、工序余量及基本尺寸的确定
工艺路线
工序余量
工序尺寸
钻
11
φ11
扩
5.5
φ16.5
φ18
表1.12工序尺寸、公差、工序余量及基本尺寸的确定
工艺路线
工序余量
工序尺寸
钻
18
φ18
φ4
表1.13工序尺寸、公差、工序余量及基本尺寸的确定
工艺路线
工序余量
工序尺寸
钻
4
φ4
2.7设备及其工艺装备确定
所用的设备有：
CA6140、立式铣床、摇臂钻床、清洗机、检验台、外圆磨床。
夹具有：
三爪卡盘、虎钳、钻直孔专用夹具、钻斜孔专用夹具、磨床专用夹具。
刀具有：
90度车刀、车用镗刀、铣刀、φ11、φ4、φ18、φ16.5钻头、砂轮、切断刀。
量具有：
千分尺、游标卡尺、专用卡规、专用通规、止规。
3夹具的设计
3.1机床夹具的概述
3.1.1机床夹具的概念
各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备，称为机床夹具。
3.1.2机床夹具的组成
1、定位元件。
定位元件的作用是是工件在夹具中占据正确的位置。
2、夹紧装置 。
夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力（切削力等）作用时不离开已经占据的正确位置。
3、对刀或导向装置。
对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置。
4、连接元件。
连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。
5、夹具体。
夹具体是机床夹具的基础件，通过它将夹具的所有元件连接成一个整体。
6、其他元件或装置。
它们是指夹具中因特殊需要而设置的装置或元件。
3.1.3机床夹具的分类
机床夹具的种类很多，形状千差万别，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。
⑴按夹具的使用特点分类
①通用夹具。
通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。
例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。
这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。
其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。
其缺点是夹具的加工精度不高，较难装夹形状复杂的工件。
②专用夹具。
专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。
其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。
当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。
只适用于产品固定且批量较大的生产中。
③可调夹具。
其特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。
用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。
通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广一些。
可调夹具在多品种、小批量生产中得到广泛的应用。
④组合夹具。
组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制好的标准元件和部件组装而成的夹具。
由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。
⑤拼装夹具。
拼装夹具是一种在自动线上使用的夹具。
该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。
此类夹具更适合在数控机床上使用。
⑵按使用的机床分类。
由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。
按所使用的机床不同，夹具又可分为：
车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。
⑶按夹紧的动力源分类。
根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为：
手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。
3.1.4机床夹具的作用
1、保证加工精度，稳定加工质量。
用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的安装位置均已确定，因而工件在加工过程中的位置精度不会受到各种主观因素以及操作者技术水平的影响，可使一批工件的加工精度趋于一致，加工质量稳定。
2、缩短辅助时间，提高劳动生产率。
使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著的减少辅助工时；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切削用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装加工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，有效的提高劳动生产率。
3、扩大机床的使用范围，实现“一机多能”。
在批量不大、工件种类和规格较多，机床类型有限的生产条件下，可以通过设计机床夹具，改变机床的工艺范围，实现“一机多能”。
例如，在普通铣床上安装专用夹具铣削成形表面；在车床的溜板上或在摇臂钻床上安装镗模可以加工箱体孔系等。
4、改善工人的劳动条件，降低生产成本。
在批量生产中使用夹具后，工件的装卸比较方便、省力、安全，采用扩力机构、气动夹紧，都能改善工人的劳动条件。
又由于劳动生产率提高，使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显的降低了生产成本。
夹具制造成本分摊在一批工件上，每个工件增加的成本是极少的，远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本。
工件批量越大，使用夹具所产生的经济效益就越显著。
3.1.5夹具设计的基本要求
1、保证工件的加工精度。
2、提高生产效率，降低成本。
3、工艺性能好。
4、使用性能好。
5、经济性好。
3.1.6现代机床夹具的发展方向
1、标准化。
机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。
目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：
以及各类通用夹具、组合夹具标准等。
机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。
2、精密化。
随着机械产品精密度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精密度要求。
精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。
3、高效化。
高效化：
高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。
常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。
例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000rmin的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。
4、柔性化。
机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。
工艺的可变因素主要有：
工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。
具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：
组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。
为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。
3.2设计要求的分析
由第8号工序图可知此工序的加工精度要求不高，具体加工要求如下：
钻3-φ11孔，深度为15.5，并扩3-φ16.5孔，深度为10.25，无其它技术要求，该工序在摇臂钻床上加工，零件属中批量生
产。
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要为该工序设计专用夹具。
3.3定位方案的确定
根据该工件的加工要求可知该工序必须限制工件五个自由度，即x移动、y移动、x转动、y转动、z转动，但为了方便的控制刀具的走刀位置，还应限制z移动一个自由度，因而工件的六个自由度都被限制，由分析可知要使定位基准与设计基准重合。
选以φ36+0.0250的内孔和长度为60的右端面及长度为34.5的平面为定位基准。
（见图1.12工序图）
3.3.1定位元件的确定
1、选择定位元件
由于本工序以φ36+0.0250的内孔和长度为60的右端面及长度为34.5的平面为定位基准，所以夹具上相应的定位元件选为两个平面和
一个定位销。
2、确定定位元件的尺寸、极限偏差
本工序的加工精度要求不高，由于其定
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