法兰盘夹具设计.docx
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法兰盘夹具设计
机械工艺课程设计
法兰盘机械加工工艺过程及夹具设计
学院：
机电工程学院
班级：
07级03班
专业：
机械工程及其自动化
姓名：
代云龙
学号：
40702010325
指导老师：
董友耕
组员：
赵耀刚、郑艳妮、
张凯、刘叶、徐亮
日期：
11.01.11
目录
序言··········································································1
一、任务书····································································2
1.1设计目的和要求······················································2
1.2设计的内容和步骤···················································3
1.3设计说明书的编写内容·················································3
1.4注意事项···························································3
1.5进度安排·····························································4
二、零件分析··································································4
2.1零件的作用·························································4
2.2零件的工艺分析······················································4
三、工艺规程设计·······························································4
3.1确定毛坯的制造形式···················································4
3.2基面的选择··························································5
3.3制定工艺路线·························································5
3.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定·······························7
3.5确定切屑用量及基本工时···············································7
四、夹具设计··································································24
4.1设计要求·····························································24
4.2夹具设计的有关计算·················································24
4.3夹具结构设计及操作简要说明··········································25
总结·········································································26
参考文献····································································26
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。
计算与说明
主要结果
一、任务书
1.1设计的目的和要求
1）目的
CA6140法兰盘零件图如图1-1所示。
按照设计要求设计该零件的加工工艺路线，及其具体参数，并设计其中某道工序的夹具图，并撰写说明书和工序卡。
图1-1CA6140法兰盘零件图
图3-6CA6140法兰盘三维模型
2）要求
零件图1张
机械加工工艺卡片1套
夹具总装图1张
夹具主要零件图3张
课程设计说明书1份
1.2设计的内容和步骤
1）确定生产类型，对零件进行工艺分析，画零件图。
2）确定毛坯种类及制造方法。
3）拟定零件的加工工艺过程，选择各工序的加工设备和工艺装备（刀具、夹具、量具），确定各工序加工余量和工序尺寸，计算各工序的切削用量和时间定额。
4）填写工艺文件。
5）设计某工序的专用夹具，绘制装配总图和主要零件图3张。
6）撰写设计说明书。
1.3设计说明书的编写
内容包括：
1）零件的功用、结构特点、设计基准、主要加工表面、主要技术要求和技术关键；
2）设计条件；
3）选择毛坯的说明；
4）选择工艺基准的说明；
5）各工艺方案的分析、对比与取舍；
6）确定机床和工艺装备的说明；
7）工艺尺寸的计算、加工余量确定；
8）确定切削用量的说明；
9）专用夹具设计方案的确定；
10）夹紧力的计算；
11）定位精度分析；
12）其他需要说明的问题。
1.4注意事项：
1）说明书应边设计边编写，分段完成，最后综合。
2）说明书中应有必要的简图和表格。
3）所引用的公式、数据应注明来源。
4）计算部分应有必要的计算过程。
5）说明书应力求文字通顺、语言简明、图要清晰。
1.5进度安排
1）熟悉零件及各种资料，零件工艺分析，画零件图。
2天
2）工艺设计，填写工序卡片。
6天
3）夹具设计（完成草图、总装配图、零件图）。
7天
4）撰写说明书。
4天
5）答辩。
1天
二、零件的分析
2.1零件的作用
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Φ100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Φ4上部为Φ6定位孔，实现精确定位。
法兰盘中部的通孔则给传递力矩的4×Φ9标明通过，本身没有受到多少力的作用。
2.2零件的工艺分析
CA6140车床法兰盘共有两组加工的表面。
先分述如下：
1．以Φ20mm孔为精基准的加工表面。
这一组加工表面包括：
一个Φ20的孔及其倒角；一个Φ100外圆及其倒角；Φ45外圆及其倒角；Φ90外圆及其倒角；Φ45外圆及其倒角；Φ90两端面（分别距离Φ20轴为24mm和34mm两端）；Φ100左端面和Φ90右端面；4×Φ9通孔。
2.以Φ90右端面为加工表面。
这一组加工表面包括：
Φ100右端面；Φ90左端面；Φ45右端面；3×2退刀槽；Φ4和Φ6孔。
这两组加工表面之间有着一定的位置要求：
（1）Φ100左端面与Φ20轴形位公差0.03mm。
（2）Φ90右端面与Φ20轴形位公差0.03mm。
（3）Φ6孔轴线与Φ90右端面位置公差0.6mm，同时与Φ20轴线垂直相交，并且与Φ90端洗平面（距离Φ20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。
三、工艺规程设计
3.1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加工精度后可采用铸造成型。
3.2基面的选择
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，生产率得宜提高。
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Φ45外圆及Φ90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Φ45外圆可同时削除五个自由度，再以的Φ90右端面定位可削除一个自由度。
对外圆Φ100、Φ45、Φ90和Φ20（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Φ20为精基准加工表面。
这一组加工表面包括：
右Φ100端面；Φ90左端面；Φ45右端面；3×2退刀槽；Φ4和Φ6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。
3.3制定工艺路线
制定工艺路线得出发点，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工卡具，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ⅠΦ100粗车左端面。
粗车Φ90左侧面。
粗车Φ100外圆。
粗车左Φ45外圆。
Φ100粗车右端面。
工序Ⅱ粗车右Φ45右端面。
粗车Φ90右侧面。
粗车右Φ45外圆。
粗车Φ90外圆。
工序Ⅲ钻、扩、粗铰、精铰Φ20孔并车孔左端的倒角。
工序Ⅳ半精车Φ100左、右端面、Φ90左端面，精车Φ100左端面、Φ90左端面。
半精车外圆Φ45、Φ90、Φ100，半精车Φ45柱体的过度倒圆。
车柱体上的倒角C1.5。
工序Ⅴ半精车、精车Φ90右端面。
车槽3×2。
倒角C7×45和C1×45。
工序Ⅵ精车Φ100左端面、Φ90右端面。
工序Ⅶ粗铣、精铣Φ90柱体的两侧面。
工序Ⅷ钻Φ4孔，铰Φ6孔。
工序Ⅸ钻4×Φ9孔。
工序Ⅹ磨削B面，即Φ45外圆面、Φ100右端面、Φ90左端面。
工序Ⅺ磨削外圆面Φ100、Φ90。
工序Ⅻ磨削Φ90突台距离轴线24mm的侧平面。
工序ⅩⅢ刻字刻线。
工序XIV镀铬。
工序XV检测入库。
2.工艺路线方案二
工序Ⅰ粗车Φ100柱体左端面。
工序Ⅱ粗加工Φ20孔：
钻中心孔Φ18，扩孔Φ19.8。
工序Ⅲ粗车Φ100柱体右端面，粗车Φ90柱体左端面，半精车Φ100左、右端面、Φ90左端面，精车Φ100左端面、Φ90左端面，粗车外圆Φ45、Φ100、Φ90，半精车外圆Φ45、Φ90、Φ100、，车Φ100柱体的倒角，车Φ45柱体的过度倒圆。
工序Ⅳ粗车、半精车、精车Φ90右端面，车槽3×2，粗车、半精车外圆外圆及倒角。
工序Ⅴ粗铰Φ19.94。
精铰Φ20。
工序Ⅵ精车Φ100左端面、Φ90右端面。
工序Ⅶ铣Φ90上两平面：
（1）、粗铣两端面。
（2）、精铣两端面。
工序Ⅷ钻Φ4孔，铰Φ6孔。
工序Ⅸ钻4×Φ9透孔。
工序Ⅹ磨右Φ45外圆，外圆Φ100，外圆Φ90。
磨B面，即左Φ45外圆面、Φ100右端面、Φ90左端面。
工序Ⅺ磨Φ90上距轴心24平面
工序ⅫB面抛光
工序XIII刻字刻线
工序XIVΦ100外圆镀铬
工序XV检验入库
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Φ20孔确定基准，确保孔的行位公差，不过一次性加工好Φ20，同时零件Φ20要求很高的，在后面的加工会对它的精度的影响，并且Φ100左端面和Φ90右端面要与Φ20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Φ20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Φ20位置公差，从而也影响后面加工的Φ100左端面和Φ90右端面的端面跳动。
不过在方案二中Φ20粗钻扩和铰是分开加工，粗铰Φ19.94。
2、精铰Φ20，放在精车Φ100左端面、Φ90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。
综合的方案如下：
工序ⅠΦ100粗车左端面。
粗车Φ90左侧面。
粗车Φ100外圆。
粗车左Φ45外圆。
Φ100粗车右端面。
工序Ⅱ粗车右Φ45右端面。
粗车Φ90右侧面。
粗车右Φ45外圆。
粗车Φ90外圆。
工序Ⅲ钻中心孔Φ18。
扩孔Φ19.8
工序Ⅳ半精车Φ100左端面。
半精车Φ90左侧面。
半精车Φ100外圆。
半精车左Φ45外圆。
半精车Φ90外圆并倒角C1.5。
车过渡圆角R5。
半精车Φ100右侧面。
倒角C1.5。
工序Ⅴ半精车右Φ45。
半精车Φ90右侧面。
半精车右Φ45外圆、Φ90右端面。
倒角C7。
切槽3×2。
工序Ⅵ粗铰Φ19.94。
精铰Φ20。
工序Ⅶ精车Φ100左端面。
倒角1×1.5（Φ20）。
精车Φ90右侧面。
倒角1×1.5
工序Ⅷ粗铣Φ90两端面。
精铣两端面。
工序Ⅸ钻Φ4孔，铰Φ6孔。
工序Ⅹ钻4×Φ9透孔。
工序Ⅺ磨外圆Φ100，右Φ45外圆，外圆Φ90。
磨B面，即左Φ45外圆面、Φ100右端面、Φ90左端面。
工序Ⅻ磨Φ90上距轴心24mm平面
工序XIIIB面抛光
工序XIV刻字刻线
工序XV镀铬
工序XVI检验入库。
总工艺方案的分析：
本方案基本克服了一二方案的缺点，继承它们的优点。
可以做到先粗加工=>半精加工=>精加工，Φ20粗钻扩和铰是分开加工，粗铰Φ19.94。
2、精铰Φ20，放在精车Φ100左端面、Φ90右端面前面，这样确保Φ100左端面和Φ90右端面要与Φ20轴有一定位置公差。
可以确保Φ20加工面精度。
3.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定
“CA6140车床法兰盘”；零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛坯重量1.6kg，生产类型大批量，金属型铸造毛坯。
据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1.车Φ100外圆表面加工余量及公差。
查《机械制造工艺设计简明手册》（以下称《工艺手册》）表2.2～2.5，取外圆表面长度余量均为2Z=6mm（均为双边加工）
车削加工余量为：
粗车:
2×2.5mm
半精车:
2×0.3mm
精车:
2×0.2mm
2.车Φ100、Φ90、Φ45端面和Φ90、Φ45外圆表面加工余量：
粗车2×2mm
半精车2×0.3mm
精车:
2×0.2mm
3.钻孔（Φ20）
查《工艺手册》表2.2～2.5，先钻出来直径是18mm,
工序尺寸加工余量：
钻孔18mm
扩孔0.9mm
粗铰孔0.07mm
精铰0.03mm
4.钻孔（Φ9）
一次性加工完成，加工余量为2Z=9mm
5.铣削加工余量：
粗铣：
9mm（离Φ20中心轴为34mm）
精铣：
2mm
粗铣：
18mm（离Φ20中心轴为24mm）
精铣：
3mm
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。
3.5确定切屑用量及基本工时
工序Ⅰ
（一）.粗车Ф100左端面
（1）选择刀具
选用93°偏头端面车刀，参看《机械制造工艺设计简明手册》车床选用C365L转塔式车床，中心高度210mm。
参看《切削用量简明手册》选择车刀几何形状，前刀面形状为平面带倒棱型，前角为10°，后角为6°，主偏角93°,副偏角为10°,刀尖角圆弧半径0.5，刃倾角为－10°。
（2）确定切削用量
a:
确定背吃刀量ap
粗车的余量为2mm。
由于刀杆截面取最大吃刀深度6mm，所以一次走刀完成即ap=2mm。
b:
确定进给量f
查《切削用量简明手册》：
加工材料HT200、工件直径100mm、切削深度ap=2mm，则进给量为0.8~1.2mm/r。
再根据C365L车床及《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－3查取横向进给量取f=0.92mm/r。
c:
选择磨钝标准及耐用度
根据《切削用量简明手册》表1.9，取车刀后刀面最大磨损量为0.8~1.0mm。
焊接车刀耐用度T=60min。
d:
确定切削速度V
根据《切削用量简明手册》表1.11当用YG6硬质合金车刀加工HT200（180~199HBS），ap=2mm，f=0.92mm/r，查出V=1.05m/s。
由于实际情况，在车削过程使用条件的改变，根据《切削用量简明手册》表1.28，查得切削速度的修正系数为：
Ktv=1.0KTv=1.0,Kkv=1.0,Kkrv=0.73,Kmv=（190/HBS）^1.25=1.0,Ksv=0.85,Kkv=1.0。
则修正后的
V`=V×Ktv×Kkv×Kkrv×Kmv×Ksv×KTv（5-1）
=1.05×1.0×1.0×0.73×1.0×0.85×1.0×1.0×60
=44m/min
其中：
Ktv为刀具材料改变时切削速度的修正系数。
KTv为刀具耐用度改变时切削速度的修正系数。
Kkv为切削方式改变时切削速度的修正系数。
Kkrv为车刀主偏角改变时切削速度的修正系数。
Kmv为工件材料的强度和硬度改变时切削速度的修正系数。
Ksv为毛胚表面状态改变时切削速度的修正系数。
则：
n=1000V`/（ЛD）=140r/min（5-2）
按C365L车床转速（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－2）选择与140r/min相近似的机床转速n=136r/min,则实际切削速度V=42.7m/min。
（e）校验机床功率
车削时功率P可由《切削用量简明手册》表1.25查得：
在上述各条件下切削功率P=1.7~2.0KW，取2.0KW。
由于实际车削过程使用条件改变，根据《切削用量简明手册》表1.29-2，切削功率修正系数为：
Kkrfz=0.89,Krofz=Kλsfz=1.0,Krζfz=0.87。
其中：
Kkrfz为主偏角变化时切削力的修整系数。
Krofz为车刀前角变化时切削力的修整系数。
Kλsfz为刃倾角变化时切削力的修整系数。
Krζfz为车刀刀尖圆弧半径变化时切削力的修整系数。
则：
修整后的
P`=P×Kkrfz×Krofz×Kλsfz×Krζfz（5-3）
=1.55KW
根据C365L车床当n=136r/min时，车床主轴允许功率PE=7.36KW。
因P`（f）校验机床进给机构强度
车削时的进给力Ff可由《切削用量手册》查表得Ff=1140N。
由于实际车削过程使用条件的改变，根据《切削用量简明手册》查得车削过程的修正系数：
Kkrf=1.17,Krof=1.0,Kλsf=0.75,则:
Ff=1140×1.17×1.0×0.75=1000N
根据C365L车床说明书（《切削用量简明手册》）,进给机构的进给力Fmax=4100N（横向进给）因Ff综上，此工步的切削用量为：
ap=2mm，f=0.92mm/r,n=136r/min,V=42.7m/min。
（3）计算基本工时：
按《机械制造工艺设计简明手册》表7-1中公式计算：
刀具行程长度
L=（d-d1）/2+L1+L2+L3。
其中：
L1为刀具切入长度。
L2为刀具切出长度。
L3为试切附加长度。
由于车削实际端面d1=0mm,L1=4mm,L2=2mm,L3=0mm，则：
L=（d－d1）/2+L1+L2+L3（5-4）
=（106-0）/2+4+2+0=59mm。
T=L×i/（f×n）（5-5）
=59×1÷（0.92×136）=0.47min（其中i为进给次数。
）
（二）.粗车Ф90左端面
（1）选择刀具：
与粗车Ф100左端面同一把。
（2）确定切削用量
a:
确定背吃刀量ap
粗车的余量为2mm由于刀杆截面取最大吃刀深度为6mm所以一次走刀完成即ap=2mm。
b:
确定进给量f
查《切削用量简明手册》：
加工材料HT200、车刀刀杆尺寸为16×25㎜^2、工件直径90mm、切削深度ap=2mm，则进给量为0.6~0.8mm/r。
再根据C365L车床及《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－3查取横向进给量取f=0.73mm/r。
c:
确定切削速度V：
根据《切削用量简明手册》表1.1
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