机械制造技术基础课程设计---设计法兰盘零件机械加工工艺规程及工艺装备

('机械制造技术基础课程设计---设计法兰盘零件机械加工工艺规程及工艺装备西安科技大学高新学院课程设计计算说明书学院课程专业班级姓名学号指导教师日期目录序言..........................................................................................................................................1一、零件的分析........................................................................................................................2（一）零件的作用..............................................................................................................2（二）零件的工艺分析......................................................................................................2二、工艺规程设计....................................................................................................................3（一）确定毛坯的制造形式..............................................................................................3（二）基面的选择..............................................................................................................3（三）制定工艺路线..........................................................................................................31、工艺路线一..........................................................................................................32、工艺路线二..........................................................................................................43、工艺方案的比较与分析......................................................................................5（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坏尺寸的确定......................................................6三、夹具设计...........................................................................................................................10（一）确定机床夹具的结构方案.....................................................................................101.选择定位原件.......................................................................................................102.选择夹紧机构.......................................................................................................103.机床夹具的总体形式...........................................................................................10（二）确定机床夹具.........................................................................................................111.问题的提出...........................................................................................................112.定位基准的选择...................................................................................................113.切削力及夹紧力计算...........................................................................................114.定位误差分析.......................................................................................................125.夹具设计及操作的简要说明...............................................................................12四、总结...................................................................................................................................13五、参考文献...........................................................................................................................141序言机械制造工艺课程设计是在我们基本完成了全部基础课、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。这是我们在进行毕业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加强使用软件及图表资料。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。本说明书主要是CA6140卧式车床上的法兰盘的有关工艺规程的设计说明,由于本身能力水平有限，设计存在许多错误和不足之处，恳请老师给予指正，谢谢。2一.零件的分析（一）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。零件是CA6140卧式车床上的法兰盘，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；外圆上钻有底部为上部为定位孔，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。（二）零件的工艺分析CA6140车床法兰盘共有两组加工的表面。先分述如下：1．以mm孔为精基准的加工表面。这一组加工表面包括：一个的孔及其倒角；一个外圆及其倒角；外圆及其倒角；外圆及其倒角；外圆及其倒角；两端面（分别距离轴为24mm和34mm两端）；左端面和1右端面；通孔。2.以右端面为加工表面。这一组加工表面包括：右端面；左端面；右端面；退刀槽；Φ4和孔。这两组加工表面之间有着一定的位置要求：（1）左端面与轴形位公差0.03mm。右端面与轴形位公差0.03mm。（2）孔轴线与右端面位置公差0.6mm，同时与轴线垂直相交，并且与端洗平面（距离轴线为24mm）垂直。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。二.工艺规程设计(一)确定毛坯的制造形式零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，是大批量，而且零件加工的轮廓尺寸不大,在考虑提高生产率保证加工精度后可采用铸造成型。零件形状并不复杂，而且零件加工的轮廓尺寸不大,因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，内孔不铸出。毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。,在考虑提高生产率保证3加工精度后可采用铸造成型。（二）基面的选择基面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，使生产无法进行。（1）粗基准的选择。对于法兰盘零件而言可归为轴类零件，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相互位置精度较高的不加工表面作粗基准。选择比较平整、平滑、有足够大面积的表面，并且不许有浇、冒口的残迹和飞边。根据这个基准选择原则，现选取右边外圆及的右端面的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用三爪卡盘夹紧外圆可同时削除五个自由度，再以的右端面定位可削除一个自由度。对外圆、、和孔（共两块V形块加紧，限制４个自由度，底面两块支撑板定位面限制1个自由度，使缺少定位，不过是可以靠两个V形块加紧力来约束Ｚ轴的扭转力，然后进行钻削）的加工，这样对于回转体的发兰盘而言是可以保证相关面的标准，确保的圆周度。（2）精基准的选择。以为精基准加工表面。这一组加工表面包括：右端面；左端面；右端面；退刀槽；和孔。因为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，此处不再重复。（三）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，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。1.工艺路线方案一工序1粗车左右端面、左侧面、外圆和左外圆。工序2粗车右Φ45右端面、外圆和右侧面、外圆。工序3扩、粗铰、精铰孔并车孔左端的倒角。工序4半精车左、右端面、左端面，精车左端面、左端面。半精车外圆、、、半精车柱体的过度倒圆角。车柱体上的倒角C1.5。工序5半精车、精车右端面。车槽3×2。倒角C7×45和C1×45。工序6精车右端面、右端面。工序7粗铣、精铣柱体的两侧面。工序8钻孔，铰孔。工序9钻孔。工序10磨削B面，即外圆面、右端面、左端面。工序11磨削外圆面，。工序12磨削突台距离轴线24mm的侧平面。工序13刻字刻线。工序14镀铬。4工序15检测入库。2.工艺路线方案二工序1粗车柱体左端面。工序2粗加工孔：扩中心孔。工序3粗车100柱体右端面、柱体左端面、外圆45、100、，半精车100左、右端面、左端面、外圆45、、100，精车100左端面、左端面，车100柱体的倒角，车45柱体的过度倒圆角。工序4粗车、半精车、精车右端面，车槽3×2，粗车、半精车外圆及倒角。工序5粗铰19.94。精铰20。工序6精车左端面、右端面。工序7粗、精铣上两平面。工序8钻4孔，铰6孔。工序9钻4×9透孔。工序10磨外圆右45、100、。磨B面，即左45外圆面、100右端面、左端面。工序11磨上距轴心24的平面。工序12B面抛光。工序13刻字刻线。工序14100外圆镀铬。工序15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：方案一是先粗加工表面的毛坯，基本按照加工原则来加工的，先粗加工半精加工精加工。给钻孔确定基准，确保孔的行位公差，不过一次性加工好，同时零件要求很高的话，在后面的加工会对它的精度产生影响，并且左端面和91右端面要与轴有一定位置公差，这样很难保证它们的位置的准确性。而方案二是只给钻孔保证底座平面度，不过钻头的下钻时不能准确定位，会影响的位置公差，从而也影响后面加工的左端面和91右端面的端面跳动。不过在方案二中粗钻扩和铰是分开加工，粗铰19.94，精铰20，放在精车左端面、91右端面前面，这样确保左端面和91右端面要与轴有一定位置公差。故综合的方案如下：工序1下料，毛柸材料HT200，尺寸见毛柸图。工序2粗车91mm圆柱面、两45mm圆柱面，掉头车100mm圆柱面，均放余量3mm。工序3钻18孔并扩至19.8。工序4铣零件左右端面切深为3mm。工序5铣91mm突台距离轴线34mm、24mm,均放余量3mm。5工序6调制处理，硬度230HBS。工序7半精车91mm、两45mm圆柱面，掉头车100mm圆，余量1.5mm，并车右端倒角45°。工序8粗铰孔至19.94并精铰至20.工序9精车左端面、右端面。工序10精铣铣零件左右端面切深为3mm，铣Φ91mm突台距离轴线34mm、24mm,并铣91mm左右两端面和100mm右端面，均放余量1.5mm。工序11粗车槽3×2，车100mm右端倒角工序12粗磨右45mm、100mm、91mm。磨B面，即左45外圆面、100mm右端面、91mm左端面，车孔20mm的倒角。工序13钻孔4×9mm、4mm、铰6mm。工序14精磨91mm、右45mm、100mm圆柱面，100mm左端面、91mm右端面和B面。工序15刻字刻线工序16100外圆镀铬工序17检验入库总工艺方案的分析：本方案基本克服了一和二方案的缺点，继承它们的优点。可以做到先粗加工半精加工精加工，粗钻扩和铰是分开加工，粗铰Φ19.94、精铰Φ20，放在精车左端面、右端面前面，这样确保左端面和右端面要与轴有一定位置公差。可以确保加工面精度。（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坏尺寸的确定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.mm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偏差精磨外圆0.2450.017Φ精车外圆0.445.20.039Φ半精车外圆1.445.60.1Φ粗车外圆3470.3Φ毛坯5501.0Φ2.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6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偏差精车外圆0.51000.24Φ半精车外圆1.5100．50.30Φ粗车外圆41020.6Φ毛坯61061.6Φ3.B面Φ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0.6450.6Φ半精车外圆1.445.60.7Φ粗车2471.0Φ毛坯4492.0Φ4.B面中两个端面：工序名称工序余量精车0.2半精车0.8粗车2毛坯35．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精铰0.1200.045Φ20铰孔0.219.90.084Φ19.9扩孔1.719.70.1Φ19.7毛坯1818+0.6Φ186.Φmm外圆7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0.5910.6Φ半精车外圆1.591.50.7Φ粗车4931.0Φ毛坯6972.0Φ7.Φmm的右端面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=3.0mm，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0.017mm；3）半精车余量：单边为0.8mm（见《实用机械加工工艺手册》中表11-27）本工序的加工公差为0.1mm；4）粗车余量：粗车的公差余量（单边）为Z=3.0-0.2-0.8=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0.16mm，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；5)Φmm右端面的尺寸加工余量和工序间余量及公差分布图见下图：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端面0.2940.6半精车端面0.894.20.7粗车2951.0毛坯3972.08.Φmm左端面8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端面0.2910.6半精车端面0.891.20.7粗车2921.0毛坯3940.69.mm右端面：工序名称工序余量精车0.2半精车0．8粗车2毛坯310.mm圆柱面上离mm孔中心线34mm的平面工序名称工序余量半精铣0.7粗铣10.3毛坯1111.mm圆柱面上离mm孔中心线24mm的平面工序名称工序余量精磨0.05精铣0.15半精铣0．7粗铣20.1毛坯21其他尺寸直接铸造得到由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。9三.夹具设计（一）确定机床夹具的结构方案1.选择定位原件根据工序图给出的定位原理方案，按有关标准正确选择定位元件或定位元件的组合。在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标准定位元件增加了夹具零件的互换性，方便机床夹具的维修和维护。此次，根据工件的要求，所选择定位心轴和一个平面来限制工件的自由度。2.选择夹紧机构（1）夹紧力的方向：夹紧力的要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能是工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。（2）夹紧力的作用点：夹紧力的作用点应该选择在定位元件支撑点的作用范围内，以及工件刚度高的位置。确保工件的定位准确、不变形。（3）选择夹紧机构：在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。确定夹紧机构要注意以下几方面的问题：①安全性夹紧机构应具备足够的强度和加紧力，以防止意外伤及夹具操作人员。②手动夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。③夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。④手动夹紧机构应操作灵活、方便。（4）夹紧力的大小：夹紧力的大小一般按静力平衡条件计算，计算出夹紧力为理论夹紧力。为保证工件装夹安全可靠，实际夹紧力应等于理论夹紧力乘以系数K，一般K=1.5~2.5。各种典型夹紧机构的计算方法可参阅《机床夹具手册》。3.机床夹具的总体形式：机床夹具的总体形式一般应根据工件的形状、大小、加工内容及选用机床等因素来确定。（1）选择导向装置：导向装置是夹具保证加工精度的重要装置，如钻孔导向套、镗套、对刀装置、对定装置等，这些装置均已标准化，可按标准选择。（2）确定联接体：联接体是将装置与夹具体联接的工件，设计时主要考虑联接体的刚性，合理布置联接体的位置，给定位元件、加紧机构留出空间。（3）确定夹具体：夹具体一般是设计成平板式（有些夹具体铸造成特殊形状），保证具有足够的刚性。10它用来固定定位元件、加紧机构和联接体，并于机床可靠联接。（二）确定机床夹具为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经过与指导老师协商，决定设计第11道工序—钻、铰4-Φ9孔的夹具。本夹具将用于摇臂钻床，对工件对钻、铰加工，刀具为麻花钻、铰刀。1．问题的提出本夹具主要用来加工4-Φ9孔，此四个孔为螺纹孔，起连接作用，精度要求不高，且加工此孔时，Φ20孔的内表面及其端面都已加工出来，可用来作为此工序的定位面。因此在本道工序，在保证提高劳动生产率，降低劳动强度的同时可以设计选用比较简单的夹具。2．定位基准的选择本设计选用以Φ20孔的内表面和Φ的底端面为主要定位基面，为了降低生产成本，本设计选择采用螺纹夹紧的方式。3．切削力及夹紧力计算由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工，钻削力。由《切削手册》得：钻削力钻削力矩式中：由上式得：如上所述，本设计采用螺旋夹紧机构，即由螺杆、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构。螺旋夹紧机构不光结构简单、容易制造，而且由于缠绕在螺钉表面的螺旋线很长升角又小，所以螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都很大，是手动夹紧中用得最多的一种夹紧机构。根据夹紧状态下螺杆的受力情况和力矩平衡条件FL=11F=式中F——夹紧力(N)F——作用力(N)L——作用力臂(mm)d——螺杆直径α——螺纹升角——螺纹处摩擦角.——螺杆端部与工件间的摩擦角.——螺杆端部与工件间的当量摩擦半径(mm)所以有F===3075.73N显然F=3075.73N>982.7N=F，故本夹具可安全工作。4.定位误差分析夹具的主要定位元件为心轴。心轴尺寸与公差都是选取的标准件，其公差由标准件决定，并且在夹具装配后的技术要求统一磨，心轴的定为表面与夹具体底面平行度误差不超过0.02；心轴选取标准件，夹具体上装心轴的孔的轴线与夹具体底面的垂直度误差不超过0.02。夹具的主要定位元件为心轴限制了两个自由度,心轴一端面限制三个自由度,绕Z轴线旋转方向的自由度无须限制。因零件对形位公差及尺寸公差均要求不高，且各定位件均采用标准件，故定位误差在此可忽略不计。5.夹具设计及操作的简要说明在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。为此，应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。因为这是提高劳动生产率的重要途径。但由于本夹具是应用于摇臂钻床上，本夹具为了提高生产率和降低生产成本，考虑简单、经济、实用,减轻工人劳动强度，采用螺旋夹紧机构。四.总结通过设计，培养了我独立思考问题和解决问题的能力。树立了正确的设计思想，掌握了零件产品设计的基本方法和步骤。通过设计，使我能熟悉地查找和应用有关参考资料、计算图表、手册、图册和规范，熟悉有关国家标准，以完成一个工程技术人员在机械设计方面所必须具备的基础技能训练。同时，我还学会了许多Word的操作知识，CAD的操作能力也得到了很大的提高。在这次设计也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法，让我们更好地理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。同时，也要感谢老师对我的关心和帮助。本设计是在老师的亲切关怀和悉心指导下顺利完成。严谨的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染12和激励着我。在此再向帮助过我的老师和同学致以诚挚的谢意和崇高的敬意。本次课程设计符合设计要求。五参考文献[1]艾兴等编.切削用量简明手册.北京：机械工业出版社，1994.7[2]王绍俊主编.机械制造工艺设计手册.北京:机械工业出版社，1985.11[3]机械加工实用手册编写组编写.机械加工实用手册.北京:机械工业出版社，1997.4[4]张世昌主编.机械制造技术基础.北京：高等教育出版社，2009重印[5]赵家齐主编.机械制造工艺学课程设计指导书.北京：机械工业出版社，2010重印[6]王先逵主编.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社，2010重印',)