1 機(jī) 械 制 造 工 藝 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì) CA6140 法蘭盤的機(jī)械加工 工藝規(guī)程 及鉆 4 9夾具設(shè)計(jì)（年產(chǎn)量 5000 件） 設(shè) 計(jì) 者 指導(dǎo)教師 X X X X 大 學(xué) 2007 年 6 月 26 日 2 XXXX 大學(xué) 機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 題目 :設(shè)計(jì) CA6140法蘭盤的機(jī)械加工工藝規(guī)程及鉆 4 9夾具設(shè)計(jì)（ 零件 年產(chǎn)量 5000件） 內(nèi)容 :1.零件圖 1 張 2.毛坯圖 1 張 3.機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片 3 張 4.機(jī)械加工工序卡片 17 張 5.工序附圖 8 張 6.夾具零件圖 1 張 7.夾具裝配 圖 1 張 8.課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 份 專業(yè)年級(jí) 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 2007 年 6 月 3 序言 機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)是在我們學(xué)完了機(jī)械制造工藝學(xué) 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 機(jī)械制造基礎(chǔ)等專業(yè)基礎(chǔ)課之后進(jìn)行的。這是一次很好的理論聯(lián)系實(shí)際的機(jī)會(huì)，也將為我們明年的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因此，我認(rèn)為這門課在我們的大學(xué)生涯中具有舉足輕重 的地位。 對(duì)我個(gè)人來(lái)講，我將會(huì)抓 住這樣一次難得的機(jī)會(huì)，繼續(xù)鞏固我們已經(jīng)學(xué)過(guò)的機(jī)械制造工藝學(xué)等課程；不斷提高自己的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力；為明年的畢業(yè)設(shè)計(jì)及今后的工作打下良好的基礎(chǔ)。 由于能力水平有限，在設(shè)計(jì)中尚有許多不足之處，懇請(qǐng) 老師給予指教。 4 一、零件的分析 （一）零件的功用 題目所給的是 CA6140 車床法蘭盤零件，該零件位于車床主軸與三爪卡盤之間，用于傳遞轉(zhuǎn)矩，連接車床和三爪卡盤，為車削提供傳遞動(dòng)力。 （二）零件的結(jié)構(gòu) 該零件是由型材鑄件經(jīng)過(guò)多種加 工得到的；由四個(gè)螺孔結(jié)合螺釘來(lái)達(dá)到連接的目的；利用凹槽使得連接更加牢靠；對(duì)各棱角進(jìn)行倒角處理使得接觸更加容易；進(jìn)行拋光、無(wú)光鍍鉻使得零件接觸處達(dá)到粗糙度要求、外觀更加精美。 （三）零件的工作環(huán)境 法蘭盤是車床的必備零件，在高溫中、高轉(zhuǎn)速下工作，一般轉(zhuǎn)速在600r/min 2000r/min 之間；因與車床主軸直接連接，所以法蘭盤的溫度較高，一般溫度為 180攝氏度；因轉(zhuǎn)速較高，故該零件還承受較大的離心力導(dǎo)致該零件自身承受的應(yīng)力很大，所受最大應(yīng)力 400MPa。 為了保證法蘭盤能在高轉(zhuǎn)速下保證平衡，零件各 表面的相互位置精度要求較高，該盤的所有表面都要仔細(xì)加工，均進(jìn)行了粗加工、半精加工、精加工等加工過(guò)程，在進(jìn)行加工時(shí)不能有任何的劃傷和截然的轉(zhuǎn)接部分，以避免應(yīng)力集中。相比而言，盤的直徑比厚度大得多，為使盤具有較高的強(qiáng)度，需要將左右兩個(gè)外圓的做成等強(qiáng)度。因此，它的兩側(cè)通常是由型面組成。由于對(duì)車床精度的要求越來(lái)越高，法蘭盤 5 的厚度越來(lái)越薄，加上直徑較大，中央有通孔，臺(tái)階孔，四周有四個(gè)小孔，所以加工這樣的零件有一定的難度。 （四）零件的工藝分析 由附圖可知，其材料為 HT200。該材料具有較高的強(qiáng)度、耐磨性、耐熱性及 減振性，適應(yīng)于承受較大應(yīng)力、要求耐磨的零件。該零件主要加工 B、 C、 D、 F 等幾個(gè)面以及六個(gè)孔，需要有較高的平行及垂直精度，為此，最好能夠同時(shí)加工出更多的面和孔。在強(qiáng)度設(shè)計(jì)上采用了較低的安全系數(shù)，在選擇材料上也提出了較高的要求，工藝路線安排上、制造方法及裝夾、探傷和檢驗(yàn)都提出了較高的要求，因而盤的使用壽命得到了提高，多采用專用夾具，因而效率較高，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合，因而精度較高。根據(jù)相關(guān)面和孔加工的經(jīng)濟(jì)精度及車床能夠達(dá)到的位置精度可知，上述技術(shù)要求是可以達(dá)到的，零件的結(jié)構(gòu)工藝性也是可行的。 二 工藝規(guī)程的設(shè)計(jì) （一） 確定毛坯的制造形式 在選擇毛坯的時(shí)候，考慮到車床在運(yùn)行中車床進(jìn)行中有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)及停止等多種動(dòng)作，零件在工作過(guò)程中則經(jīng)常承受交變載荷及沖擊性載荷；由于法蘭盤的年產(chǎn)量為 5000 件，已達(dá)到大批量生產(chǎn)的水平，輪廓尺寸不大，綜合考慮應(yīng)次應(yīng)該選擇鑄件，以保證零件工作可靠，最終確定毛坯材料為 HT200。毛坯的鑄造方法是采用的金屬型鑄造，由于中間的通孔需要鑄出，應(yīng)該安放型心。 6 （二）基準(zhǔn)的選擇 加工法蘭盤一般以前后兩個(gè)端面作為軸向定位基準(zhǔn)，以外圓作為徑向定位基準(zhǔn)，因?yàn)楸P類零 件的尺寸較大，精度要求較高，即使使用專用夾具也難以保證相互位置精度要求，故常采用找正的方法來(lái)定位。因?yàn)榉ㄌm盤的位置精度要求較高，而且不能在一次安裝中完全加工各個(gè)需要加工的表面，所以在整個(gè)工藝過(guò)程中需要變換定位基準(zhǔn)，這樣將影響加工精度，采用互為基準(zhǔn)加工精度要求極高的表面，例如，在該零件的加工 45 的外圓中的前后兩個(gè)外圓柱面分別與前后兩個(gè)端面靠在一起，通過(guò)一次安裝加工完成，兩個(gè)外圓柱面的同軸度用同一基準(zhǔn)內(nèi)孔定位來(lái)保證；兩個(gè)端面的平行度用互為基準(zhǔn)的方法來(lái)保證。 角向定位基準(zhǔn)因?qū)蚪Y(jié)構(gòu)的不同而不同，當(dāng)盤上有沿圓均勻 分布的孔時(shí)，可用這些孔作為角向定位基準(zhǔn)，又由于該零件有一個(gè)通孔，可以直接使用該孔作為軸向定位基準(zhǔn)，可以保證法蘭盤在高速定位傳遞扭矩可靠，既要保證二者配合的不會(huì)因?yàn)殡x心作用而產(chǎn)生間隙，又要補(bǔ)償因?yàn)橹圃旌脱b配的定位誤差。 （三）制定工藝路線 工藝過(guò)程的制定關(guān)系到零件的加工質(zhì)量。 由于零件的工作條件、結(jié)構(gòu)形式、尺寸精度各不相同，因而工藝過(guò)程的制定也就有所不同。 由于生產(chǎn)批量為大批量，故采用組合機(jī)床并配以專用家具，并盡量使用工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。如前所述，法蘭盤屬于叫薄的零件，因而在加工過(guò)程中主要應(yīng)考慮如何防止加工中 的變形問(wèn)題。 （ 1） 加工階段的劃分 7 法蘭盤的加工一般分為粗加工、半精加工、精加工、光整加工等四個(gè)加工階段。第一階段粗加工的主要目的是盡快去掉鑄件上的大部分余量；第二階段的半精加工則是為了去掉由于粗加工造成的表面缺陷以及由于鑄造和粗加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力所引起的零件變形；通過(guò)第三階段的精加工應(yīng)得到零件圖紙規(guī)定的尺寸要求；最后通過(guò)光整加工和處理達(dá)到表面粗糙度和質(zhì)量的要求。 （ 2） 工序的集中和分散原則的選擇 當(dāng)加工盤類零件時(shí)，常采用工序集中的原則。這是因?yàn)楣ぜ囟螅徇\(yùn)不容易，定位經(jīng)常需要找正 。采用工序集中可以減少定位次數(shù)，提高 工作的加工精度，尤其是各表面間的相互位置精度，可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省輔助時(shí)間，降低生產(chǎn)成本；但是工序集中要求工人的技術(shù)程度很高，尤其是重要工序，所以應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)姆稚ⅰ?（ 3） 輔助時(shí)間的安排 在該零件的機(jī)械加工過(guò)程中，中間檢驗(yàn)、洗滌、去毛刺、刻字、最終檢驗(yàn)以及入庫(kù)等工序的安排都是在一個(gè)加工階段或在一個(gè)重要工序之后。其中特種檢驗(yàn)工序如超聲波探傷一般應(yīng)在粗加工或半精加工之后進(jìn)行，熒光檢驗(yàn)等最終監(jiān)獄安排在精加工之后進(jìn)行 （ 4） 工藝路線方案一： 工序一 在普通外圓 車床上粗車各端面及 各個(gè) 外圓 工序二 在銑床上銑上 下兩個(gè)平面 C、 D，精銑上平面 D 工序三 精車 各 個(gè)表面 工序四 在鉆床上 鉆 出四個(gè) 孔 9，臺(tái)階孔 8 工序五 進(jìn)行 精鉸 四個(gè)小孔 ，臺(tái)階孔 工序六 100 的左端面刻字 工序七 鉗工去毛刺 ，進(jìn)行最終處理 工序八 入庫(kù) （ 5） 工藝路線方案二： 工序一 鑄造處理、淬火 工序 二 粗車 100 、 左邊 45 、 90 外圓，粗車各端面，粗車90 的倒角， 100 的倒角， 鉆 18 的孔 工序 三 粗車右 45 的外圓，粗車 3 2的槽， 粗車 R5的圓角 擴(kuò) 、 鉸 20 的孔 工序 四 半精車左端 100 ，左右端 4 5 的 外圓以及各端面 ， 32 的槽， R5 的圓角 工序 五 檢驗(yàn) （利用超聲波進(jìn)行探傷） 工序 六 粗銑 C 工序 七 粗 、 精銑 D 面 工序 八 鉆四個(gè) 9 的小孔 工序 九 鉆 、 鉸左面 F 面上的臺(tái)階孔 工序 十 鉗工去毛刺 工序十 粗磨 外圓至 100 .1、 90 .1、 45 .1，精磨外圓至 100 、90 、 45 工序十一 對(duì) B面 進(jìn)行 拋光 工序十二 100 的左端面刻字 9 工序十三 100 的外圓無(wú)光渡鉻 工序十四 熒光 檢驗(yàn) 等 工序十五 入庫(kù) 比較兩種工藝路線方案，可知，兩種加工方案均能夠加工出法蘭盤，但 第二種工藝路線方案中 效率較高，而且位置精度較易保證。工序安排使時(shí)間較為合理，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)重合 ，能夠較好的保證零件加工的表面質(zhì)量和粗糙度。 （四）機(jī)械加工余量 、 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 “ CA6140車床 法蘭盤 ” ；零件材料為 HT200， 淬火 處理，硬度約 200HB，毛坯重量 1.4kg，生產(chǎn)類型 為大批量，金屬型 鑄造毛坯。 據(jù)以上原始資料及加工工藝，分別確定各加 工表面的機(jī)械加工余量 、工序尺寸及毛坯尺寸如下： （ 1） 外圓表面延軸線方向長(zhǎng)度方向的加工余量及公差（ 100、 90、 45 的各個(gè) 端面）。查機(jī)械制造工 藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)（ 備注： 以下稱工藝手冊(cè)），取 100， 90， 45的 端面長(zhǎng)度余量均為 2.0mm（均為雙邊加工） （ 2） 磨 削加工余量為： 粗磨余量 0.5mm， 精 磨余量 0.1mm （ 3） 20 內(nèi)孔，查工藝手冊(cè)，取 20已鑄成孔長(zhǎng)度余量為 2.0mm，即鑄成孔半徑為 11mm。 工序尺寸加工余量：鉆孔 2mm、 擴(kuò)孔 0.125mm 鉸孔 0.035mm （ 4）其他尺寸直接鑄造 到位 由于本設(shè)計(jì)規(guī)定的零件為大批量生產(chǎn)，應(yīng)該采用調(diào)整加工。因此在計(jì) 10 算最大 、 最小加工余量時(shí)應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確認(rèn)。 （五）確定 切削 用量及基本工時(shí) 工序 二 以 45 外圓為粗基準(zhǔn)， 粗車 100 、 左邊 45 、 90 的外圓，粗車各端面，粗車 90 的倒角， 100 的倒角， 鉆 18 的孔加工條件 ： 工件材料： HT200, b =0.16GPa HB=200 左右 ,金屬型 鑄造。 加工要求： 粗車 100 、 左邊 45 、 90 的 外圓，粗車各端面，粗車 90 的倒角， 100 的倒角， 鉆 18 的孔 機(jī)床： CA6140 普通外圓車床， Z525 鉆床 刀具： W18Cr4V 硬質(zhì)合金鋼 車外圓車刀、端面車刀、麻花鉆 ,車 削寬度 ae 40,深度 ap 8,刀具 o 25 、 o 8、 s= 10 、 Kr=60 、Kr =30 ,、 Kr =5 。被吃刀量 ： 因?yàn)榍邢髁枯^小，故可以選擇ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需長(zhǎng)度。 1） 機(jī)床功率為 6.5kw 2） 查切削手冊(cè) f=0.44 0.84mm,選較小量 f=0.44 mm左右 3） 計(jì)算切削速度按切削手冊(cè)， V c=vvzvpmv KyfXaT C 可得 Vc 88mm/s， n=440r/min,Vf=490mm/s。據(jù) CA6140 車床以及 Z525鉆床參數(shù)，選擇 nc=500r/min,Vfc=500mm/s,則實(shí)際切削速度 V c=300.8m/min實(shí)際進(jìn)給量為 f zc=V fc/ncz=500/(100 10)=0.5mm查后刀面最大磨損及 使用 壽命 ,壽命 T=180min 4） 最終確定 ap=1.5mm， nc=500r/min,Vfc=500mm/s， V c=300m/min f z=0.5mm 5） 計(jì)算基本工時(shí) tm L/ Vf E/Ap=0.19min 11 工序三 粗車右 45 外圓、 3 2 的槽、 R5的圓角，擴(kuò)、鉸 20 孔 1. 加工條件 工件材料： HT200, b =0.16GPa HB=190 241,鑄造 加 工要求： 粗車右 45外圓、 3 2 的槽、 R5 的圓角，擴(kuò)、鉸 20孔 機(jī)床： CA6140普通外圓車床， Z525 鉆床 刀具： W18Cr4V 硬質(zhì)合金鋼端車 刀 ，高速剛麻花鉆。 車 削寬度aePcc。故校驗(yàn)合格。最終確定 ap=1.2mm， nc=500r/min,Vfc=500mm/s，V c=69.1m/min， f =0.10mm/r 6）計(jì)算基本工時(shí) tm L/ Vf=0.12min 其余工序分析如上，所得數(shù)據(jù)均已填入相應(yīng)的工序卡中。 三 專用夾具設(shè)計(jì) 為了提高 勞動(dòng) 生產(chǎn)效率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本通常需要設(shè)計(jì)專用夾具 ，我 設(shè)計(jì) 的是該道工序的專用夾具設(shè)計(jì) 鉆 12 四個(gè)小孔的鉆 床夾具。本夾具將用于 Z525 鉆 床，刀具為高速鋼 麻花鉆 ，分別對(duì)工件 四周進(jìn)行加工，以加工出四個(gè)孔 。 工件裝夾方案的確定 工件裝夾方案的確定，首先應(yīng)考慮滿足加工要求。端面 D 面與一 個(gè) 臺(tái)階 孔 、中心孔均有 位置精度要求 ， 可以通過(guò) 其中的 任意一個(gè) 進(jìn)行定位來(lái)保證。 在加工過(guò)程中 ，應(yīng)該對(duì)工件的 6 個(gè)自由度都進(jìn)行限制，在該設(shè)計(jì)中，通過(guò)導(dǎo)柱與 中心孔 20 0+0.045進(jìn)行配合，下端面與夾具表面壓緊來(lái)限制 5 個(gè)自由度，通過(guò)兩個(gè) 菱形 銷來(lái)限制工件繞 Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，這樣，達(dá)到工件的 完全定位， 之所以采用菱形銷而不用圓柱銷是為了避免過(guò)定位。 工件定位方案的確定除了考慮加工要求外，還應(yīng)結(jié)合定位元件的結(jié)構(gòu)及加緊方案實(shí)現(xiàn)的可能性而予以最后確定?？紤]到工件為大批生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)效率，減 輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，宜采用盡可能簡(jiǎn)單的加緊裝置，該設(shè)計(jì)中采用一個(gè)套筒、一根心軸、一個(gè) 銷 與一塊壓板作為壓緊裝置，只需 是套筒和軸配 合好 即可以完成整個(gè)加工工序。在加工完成后，只需松一 下 菱形銷 ，就可以取出工件，較為簡(jiǎn)便。由于該夾緊裝置主要是壓緊工件，限制 Z 方向的自由度，而本工序采用的是 Z525 鉆 床作用在 Z 方向的切削力很小，因而不需要很大的加緊力。 定位基準(zhǔn)的選擇 由零件圖可知， 四個(gè)孔與臺(tái)階 梯孔 、中心 孔 20 0+0.045都有一定的位置精度要求，應(yīng)以 這兩孔的中心線所確定平面為定位基準(zhǔn)，限制三個(gè)自由 度。 為保證工件位置精度加工時(shí)的穩(wěn)定性，又考慮到夾具的盡可能簡(jiǎn)化，選用孔 20 0+0.045、 臺(tái)階 孔中心為第一和第二定位基準(zhǔn)，通過(guò) 心軸 和菱形銷（ 見(jiàn)夾具裝配圖）實(shí)現(xiàn)定位。 定位誤差分析 定位元件尺寸及公差的確定 夾具的主要定位元件為 心軸 和菱形銷 ，心軸 的尺寸與公差現(xiàn)規(guī)定為本零件在工作時(shí)與其相配孔相同，即 20 0+0.045。 切削力及加緊力計(jì)算 刀具：高速 鋼麻花鉆 ，直徑 D=8mm， F=CFapxFfzyaeuF/（ do UF） 水平分力： FH=1.1F=1.1 2893=3182.3（ N） 垂直分力： FV=0.3F=0.3 2893=867.9（ N） 在計(jì)算切削力時(shí)，必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。安全系數(shù) K=K1K2K3K4 其中， K