设计CA6140法兰盘的机械加工工艺设计毕业设计.docx

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设计CA6140法兰盘的机械加工工艺设计毕业设计

机械制造工艺学

课程设计说明书

设计题目设计CA6140法兰盘的机械加工工艺规程

及钻4－Φ9夹具设计（年产量5000件）

设计者

指导教师

XXXX大学

2016年6月26日

XXXX大学

机械制造工艺学课程设计任务书

题目:

设计CA6140法兰盘的机械加工工艺规程及钻4－Φ9夹具设计（零件年产量5000件）

内容:

1.零件图1张

2.毛坯图1张

3.机械加工工艺过程卡片3张

4.机械加工工序卡片17张

5.工序附图8张

6.夹具零件图1张

7.夹具装配图1张

8.课程设计说明书1份

专业年级

学生

指导教师

2016年6月

序言

机械制造工艺学课程设计是在我们学完了《机械制造工艺学<含夹具设计>》《机械设计基础<零件及原理>》《机械制造基础》等专业基础课之后进行的。

这是一次很好的理论联系实际的机会，也将为我们明年的毕业设计打下坚实的基础，因此，我认为这门课在我们的大学生涯中具有举足轻重的地位。

对我个人来讲，我将会抓住这样一次难得的机会，继续巩固我们已经学过的《机械制造工艺学》等课程；不断提高自己的发现问题，分析问题，解决问题的能力；为明年的毕业设计及今后的工作打下良好的基础。

由于能力水平有限，在设计中尚有许多不足之处，恳请老师给予指教。

一、零件的分析

（一）．零件的功用

题目所给的是CA6140车床法兰盘零件，该零件位于车床主轴与三爪卡盘之间，用于传递转矩，连接车床和三爪卡盘，为车削提供传递动力。

（二）．零件的结构

该零件是由型材铸件经过多种加工得到的；由四个螺孔结合螺钉来达到连接的目的；利用凹槽使得连接更加牢靠；对各棱角进行倒角处理使得接触更加容易；进行抛光、无光镀铬使得零件接触处达到粗糙度要求、外观更加精美。

（三）．零件的工作环境

法兰盘是车床的必备零件，在高温中、高转速下工作，一般转速在600r/min∽2000r/min之间；因与车床主轴直接连接，所以法兰盘的温度较高，一般温度为180摄氏度；因转速较高，故该零件还承受较大的离心力导致该零件自身承受的应力很大，所受最大应力400MPa。

为了保证法兰盘能在高转速下保证平衡，零件各表面的相互位置精度要求较高，该盘的所有表面都要仔细加工，均进行了粗加工、半精加工、精加工等加工过程，在进行加工时不能有任何的划伤和截然的转接部分，以避免应力集中。

相比而言，盘的直径比厚度大得多，，为使盘具有较高的强度，需要将左右两个外圆的做成等强度。

因此，它的两侧通常是由型面组成。

由于对车床精度的要求越来越高，法兰盘的厚度越来越薄，加上直径较大，中央有通孔，台阶孔，四周有四个小孔，所以加工这样的零件有一定的难度。

（四）．零件的工艺分析

由附图可知，其材料为HT200。

该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适应于承受较大应力、要求耐磨的零件。

该零件主要加工B、C、D、F等几个面以及六个孔，需要有较高的平行及垂直精度，为此，最好能够同时加工出更多的面和孔。

在强度设计上采用了较低的安全系数，在选择材料上也提出了较高的要求，工艺路线安排上、制造方法及装夹、探伤和检验都提出了较高的要求，因而盘的使用寿命得到了提高，多采用专用夹具，因而效率较高，设计基准与工序基准重合，因而精度较高。

根据相关面和孔加工的经济精度及车床能够达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。

二．工艺规程的设计

（一）确定毛坯的制造形式

在选择毛坯的时候，考虑到车床在运行中车床进行中有正转、反转、启动及停止等多种动作，零件在工作过程中则经常承受交变载荷及冲击性载荷；由于法兰盘的年产量为5000件，已达到大批量生产的水平，轮廓尺寸不大，综合考虑应次应该选择铸件，以保证零件工作可靠，最终确定毛坯材料为HT200。

毛坯的铸造方法是采用的金属型铸造，由于中间的通孔需要铸出，应该安放型心。

（二）基准的选择

加工法兰盘一般以前后两个端面作为轴向定位基准，以外圆作为径向定位基准，因为盘类零件的尺寸较大，精度要求较高，即使使用专用夹具也难以保证相互位置精度要求，故常采用找正的方法来定位。

因为法兰盘的位置精度要求较高，而且不能在一次安装中完全加工各个需要加工的表面，所以在整个工艺过程中需要变换定位基准，这样将影响加工精度，采用互为基准加工精度要求极高的表面，例如，在该零件的加工Φ45的外圆中的前后两个外圆柱面分别与前后两个端面靠在一起，通过一次安装加工完成，两个外圆柱面的同轴度用同一基准内孔定位来保证；两个端面的平行度用互为基准的方法来保证。

角向定位基准因导向结构的不同而不同，当盘上有沿圆均匀分布的孔时，可用这些孔作为角向定位基准，又由于该零件有一个通孔，可以直接使用该孔作为轴向定位基准，可以保证法兰盘在高速定位传递扭矩可靠，既要保证二者配合的不会因为离心作用而产生间隙，又要补偿因为制造和装配的定位误差。

（三）．制定工艺路线

工艺过程的制定关系到零件的加工质量。

由于零件的工作条件、结构形式、尺寸精度各不相同，因而工艺过程的制定也就有所不同。

由于生产批量为大批量，故采用组合机床并配以专用家具，并尽量使用工序集中来提高生产率。

如前所述，法兰盘属于叫薄的零件，因而在加工过程中主要应考虑如何防止加工中的变形问题。

（1）加工阶段的划分

法兰盘的加工一般分为粗加工、半精加工、精加工、光整加工等四个加工阶段。

第一阶段粗加工的主要目的是尽快去掉铸件上的大部分余量；第二阶段的半精加工则是为了去掉由于粗加工造成的表面缺陷以及由于铸造和粗加工产生的内应力所引起的零件变形；通过第三阶段的精加工应得到零件图纸规定的尺寸要求；最后通过光整加工和处理达到表面粗糙度和质量的要求。

（2）工序的集中和分散原则的选择

当加工盘类零件时，常采用工序集中的原则。

这是因为工件重而大，搬运不容易，定位经常需要找正。

采用工序集中可以减少定位次数，提高工作的加工精度，尤其是各表面间的相互位置精度，可以减轻工人的劳动强度，节省辅助时间，降低生产成本；但是工序集中要求工人的技术程度很高，尤其是重要工序，所以应当适当的分散。

（3）辅助时间的安排

在该零件的机械加工过程中，中间检验、洗涤、去毛刺、刻字、最终检验以及入库等工序的安排都是在一个加工阶段或在一个重要工序之后。

其中特种检验工序如超声波探伤一般应在粗加工或半精加工之后进行，荧光检验等最终监狱安排在精加工之后进行

（4）工艺路线方案一：

工序一在普通外圆车床上粗车各端面及各个外圆

工序二在铣床上铣上下两个平面C、D，精铣上平面D

工序三精车各个表面

工序四在钻床上钻出四个孔φ9，台阶孔

工序五进行精铰四个小孔，台阶孔

工序六φ100的左端面刻字

工序七钳工去毛刺，进行最终处理

工序八入库

（5）工艺路线方案二：

工序一铸造处理、淬火

工序二  粗车φ100、左边φ45、φ90外圆，粗车各端面，粗车φ90的倒角，φ100的倒角，钻φ18的孔

工序三  粗车右φ45的外圆，粗车3×2的槽，粗车R5的圆角

扩、铰φ20的孔

工序四  半精车左端φ100，左右端φ45的外圆以及各端面，3×2的槽，R5的圆角

工序五  检验（利用超声波进行探伤）

工序六  粗铣C

工序七  粗、精铣D面

工序八  钻四个φ9的小孔

工序九  钻、铰左面F面上的台阶孔

工序十  钳工去毛刺

工序十  粗磨外圆至φ100.1、φ90.1、φ45.1，精磨外圆至φ100、φ90、φ45

工序十一  对B面进行抛光

工序十二 φ100的左端面刻字

工序十三  φ100的外圆无光渡铬

工序十四  荧光检验等

工序十五  入库

比较两种工艺路线方案，可知，两种加工方案均能够加工出法兰盘，但第二种工艺路线方案中效率较高，而且位置精度较易保证。

工序安排使时间较为合理，设计基准和工艺基准重合，能够较好的保证零件加工的表面质量和粗糙度。

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“CA6140车床法兰盘”；零件材料为HT200，淬火处理，硬度约200HB，毛坯重量1.4kg，生产类型为大批量，金属型铸造毛坯。

据以上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如下：

（1）外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（φ100、φ90、φ45的各个端面）。

查《机械制造工艺设计简明手册》（备注：

以下称《工艺手册》），取φ100，φ90，φ45的端面长度余量均为2.0mm（均为双边加工）

（2）磨削加工余量为：

粗磨余量0.5mm，精磨余量0.1mm

（3）φ20内孔，查《工艺手册》，取φ20已铸成孔长度余量为2.0mm，即铸成孔半径为11mm。

工序尺寸加工余量：

钻孔2mm、扩孔0.125mm

铰孔0.035mm

（4）其他尺寸直接铸造到位

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。

（五）确定切削用量及基本工时

工序二以φ45外圆为粗基准， 粗车φ100、左边φ45、φ90的外圆，粗车各端面，粗车φ90的倒角，φ100的倒角，钻φ18的孔加工条件：

工件材料：

HT200,σb=0.16GPaHB=200左右,金属型铸造。

加工要求：

粗车φ100、左边φ45、φ90的外圆，粗车各端面，粗车φ90的倒角，φ100的倒角，钻φ18的孔

机床：

CA6140普通外圆车床，Z525钻床

刀具：

W18Cr4V硬质合金钢车外圆车刀、端面车刀、麻花钻,车削宽度ae≤40,深度ap≤8,刀具γo＝25°、αo＝8、λs=－10°、Kr=60°、Krε=30°,、Kr’=5°。

被吃刀量：

因为切削量较小，故可以选择ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需长度。

1）机床功率为6.5kw

2）查《切削手册》f=0.44∽0.84mm,选较小量f=0.44mm左右

3）计算切削速度按《切削手册》，Vc=

可得

Vc＝88mm/s，n=440r/min,Vf=490mm/s。

据CA6140车床以及Z525钻床参数，选择nc=500r/min,Vfc=500mm/s,则实际切削速度Vc=300.8m/min实际进给量为fzc=Vfc/ncz=500/（100×10）=0.5mm查后刀面最大磨损及使用寿命,寿命T=180min

4）最终确定ap=1.5mm，nc=500r/min,Vfc=500mm/s，Vc=300m/min

fz=0.5mm

5）计算基本工时tm＝L/Vf×E/Ap=0.19min

工序三粗车右Φ45外圆、3×2的槽、R5的圆角，扩、铰Φ20孔

1.加工条件

工件材料：

HT200,σb=0.16GPaHB=190∽241,铸造

加工要求：

粗车右Φ45外圆、3×2的槽、R5的圆角，扩、铰Φ20孔

机床：

CA6140普通外圆车床，Z525钻床

刀具：

W18Cr4V硬质合金钢端车刀，高速刚麻花钻。

车削宽度ae<=60,深度ap<=41）因为切削量较小，故可以选择ap=1.2mm

2）进给量f机床功率为7.5kw。

查《切削手册》f=0.34mm∽0.84mm选较小量f=0.4mm

3）查后刀面最大磨损及寿命查《切削手册》表3.8，寿命T=180min

4）计算切削速度按《切削手册》，查得Vc＝102mm/s，n=479r/min,Vf=490mm/s据CA6140车床以及Z525钻床参数，选择nc=489r/min,Vfc=489mm/s,则实际切削速度Vc=3.14×45×489/1000=69.1m/min,实际进给量为fc=Vfc/ncz=489/（489×10）=0.10mm/r

5）校验机床功率查《切削手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。

故校验合格。

最终确定ap=1.2mm，nc=500r/min,Vfc=500mm/s，Vc=69.1m/min，f=0.10mm/r

6）计算基本工时tm＝L/Vf=0.12min

其余工序分析如上，所得数据均已填入相应的工序卡中。

三专用夹具设计

为了提高劳动生产效率，保证加工质量，降低劳动强度和生产成本通常需要设计专用夹具，我设计的是该道工序的专用夹具设计—钻四个小孔的钻床夹具。

本夹具将用于Z525钻床，刀具为高速钢麻花钻，分别对工件四周进行加工，以加工出四个孔。

工件装夹方案的确定

工件装夹方案的确定，首先应考虑满足加工要求。

端面D面与一个台阶孔、中心孔均有位置精度要求，可以通过其中的任意一个进行定位来保证。

在加工过程中，应该对工件的6个自由度都进行限制，在该设计中，通过导柱与中心孔ф200+0.045进行配合，下端面与夹具表面压紧来限制5个自由度，通过两个菱形销来限制工件绕Z轴转动的自由度，这样，达到工件的完全定位，之所以采用菱形销而不用圆柱销是为了避免过定位。

工件定位方案的确定除了考虑加工要求外，还应结合定位元件的结构及加紧方案实现的可能性而予以最后确定。

考虑到工件为大批生产，为提高生产效率，减轻工人劳动强度，宜采用尽可能简单的加紧装置，该设计中采用一个套筒、一根心轴、一个销与一块压板作为压紧装置，只需是套筒和轴配合好即可以完成整个加工工序。

在加工完成后，只需松一下菱形销，就可以取出工件，较为简便。

由于该夹紧装置主要是压紧工件，限制Z方向的自由度，而本工序采用的是Z525钻床作用在Z方向的切削力很小，因而不需要很大的加紧力。

定位基准的选择

由零件图可知，四个孔与台阶梯孔、中心孔ф200+0.045都有一定的位置精度要求，应以这两孔的中心线所确定平面为定位基准，限制三个自由度。

为保证工件位置精度加工时的稳定性，又考虑到夹具的尽可能简化，选用孔ф200+0.045、台阶孔中心为第一和第二定位基准，通过心轴和菱形销（见夹具装配图）实现定位。

定位误差分析

定位元件尺寸及公差的确定

夹具的主要定位元件为心轴和菱形销，心轴的尺寸与公差现规定为本零件在工作时与其相配孔相同，即ф200+0.045。

切削力及加紧力计算

刀具：

高速钢麻花钻，直径D=8mm，F=CFapxFfzyaeuF/（doUF）

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）

在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。

安全系数K=K1K2K3K4

其中，K1为基本安全系数1.5；K2为加工性质系数1.1；K3为刀具钝化系数1.1；K4为断续切削系数1.1；所以，切削力F实KFH=1.5*1.1*1.1*1.1*2833=5656（N）

其它元件的选择与设计

夹具的设计除了考虑工件的定位和加紧之外，还要考虑夹具如何在机床上定位，以及加工中的辅助装置等。

在本工序中，四个小孔互成90°，为了避免多次装夹造成的定位误差，也为了提高劳动生产率，降低劳动强度，将采用一次性加工四个孔对于夹具来说，设计中的一个重要方面就是要考虑如何将夹具与机床工作台进行连接和固定，设计的关键就是既要保证连接的可靠性又要考虑到装、卸的方便。

在使用本夹具时,按照以下步骤进行:

将铣床工作台中的心柱分别移入夹具底座的四个缺口中,靠紧用螺母拧紧逆时针旋转两个手柄松开定位装置转动夹具定位装置转出螺母拿出压紧块装入工件顺时针旋转两个手柄压紧定位装置放入压紧块拧紧螺母，另外在使用夹具时，要定期对这几个部分进行润滑，注意同时加工四个小孔（脂润滑）。

夹具零件图及装配图如下：

参考文献

《机械制造工艺学课程设计指导书》（第2版）机械工业出版社

《机械制造工艺学》《机械设计手册》机械工业出版社

《机械加工工艺装备设计手册》机械工业出版社

心得体会：

通过两个星期的紧张学习，体会到了很多东西：

“纸上得来终觉浅，绝知此市事要躬行”，这样的学习，让我意识到了很多的不足，必将对我产生重大而深远的影响。

感谢这样一们课程设计！