车床法兰盘CA6140零件加工工艺规程及工装夹具设计.docx

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车床法兰盘CA6140零件加工工艺规程及工装夹具设计

目录

第一章机械加工工艺规程的制定

一.零件的分析··················································3

1.零件的用途················································3

2.零件的结构················································3

3.确定零件的生产纲领········································3

4.零件的工艺分析············································3

4.1CA6140车床法兰盘共有两处加工表面······················3

4.2加工表面间有一定位置要求······························4

二.工艺规程的设计·············································4

1.确定毛坯的制造形式········································4

2.定位基准的选择············································4

2.1粗基准的选择··········································4

2.2精基准的选择··········································5

3.表面加工方法的选择·······································5

4.制定工艺路线·············································6

4.1工艺路线方案··········································6

4.2机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定················8

4.3确定切削用量及基本用时································12

第二章钻床夹具设计

1.问题的提出···············································18

2.夹具设计················································18

2.1定位基准及定位元件的选择·····························18

2.2夹紧机构设计·········································18

2.3对定元件的选择·······································19

2.4零件加工误差的分析···································20

总结·······················································21

参考文献························································21

题目:

CA6140法兰盘零件加工工艺规程及工装夹具设计

设计内容：

1.零件图1张

2.毛坯图1张

3.机械加工工艺规程1套（含工艺路线卡和工序卡）

4.工艺装备结构设计1套（含装配图和若干零件图）

5.课程设计说明书1份（不少于5000字）

设计要求：

1.按大批生产、通用加工装备设计。

2.同一课题组为3-4人，要求分工明确，同时也要有合作精神。

3.每人要独立完成一份课程设计说明书及至少画一张图纸。

专业：

机械设计制造及其自动化指导教师：

班级：

姓名:

同组学生名单：

本人分工：

产品零件图：

参与√绘制；毛坯图：

参与√绘制；

工艺：

参与编制√；夹具装配图：

参与设计√；

夹具零件图：

参与设计√；设计说明书：

参与编写√。

课题发给日期：

2013.5.30课题完成日期：

2013.7.12

摘要

法兰盘只是一个统称，通常是指在一个类似盘状的金属体的周边开上几个固定用的孔用于连接其它东西。

法兰联接在机械上应用很广泛，所以样子也千奇百怪的。

本文主要是针对CA6140车床法兰盘的加工工艺以及主要孔的工艺装备设计进行论述。

通过本文可以了解该法兰盘的构造和它的整个加工过程以及各注意事项，同时可以从侧面了解到针对于4Xφ9孔的专用钻床夹具的整个设计流程。

从各组件的选择到加工参数的确定反映了目前该零件的市场价值以及发展前景。

关键词法兰盘工艺装备专用夹具钻套

第一章机械加工工艺规程的制定

一.零件的分析

1.零件的用途

CA6140车床法兰盘为盘类零件，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。

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；φ45外圆上钻有底部为φ4，上部为φ6的定位孔，实现精确定位。

法兰盘中部的φ20通孔则给传递力矩的轴通过，本身只承受很小的作用力。

2.零件的结构

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。

3.确定零件的生产纲领

零件的生产纲领为大批量生产。

4.零件的工艺分析

4.1CA6140车床法兰盘共有两处加工表面

1）以φ45外圆为中心的加工表面

这一组加工表面包括：

φ100

，φ90，φ45

的外轮廓，φ100

左右端面和φ90左端面及其倒角，φ45

的过渡圆角，φ20

的中心孔及其左端倒角。

2）以φ20为中心的加工表面

这一组加工表面包括：

φ90右端面及其两个侧面，同轴的φ4和φ6

孔，φ45

的外轮廓及其右端倒角，3×2的切槽，φ20

中心孔的右端倒角，φ45

的右端面。

为了保证零件主要表面粗糙度的要求，避免加工时由于切削量较大引起工件变形或可能划伤已加工表面，故整个工艺过程分为粗加工和精加工。

整个加工过程中，无论是粗加工阶段还是精加工阶段，都应该遵循“先面后孔”的加工原则，在加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为精基准加工其他组表面。

4.2加工表面间有一定位置要求

1）φ100

左端面对φ20中心孔轴线的圆跳动度为0.03。

2）φ90右端面对φ20中心孔轴线的圆跳动度为0.03。

3）φ45

的外圆对φ20中心孔轴线的圆跳动度为0.03。

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.工艺规程的设计

1.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有正转、反转、启动及停止等多种动作，零件在工作过程中经常承受交变载荷及冲击性载荷；由于法兰盘的年产量已达到中大批量生产的水平，轮廓尺寸不大，在考虑提高生产率和保证加工精度后，毛坯的铸造方法采用铸造成型。

为了保证零件工作的可靠，最终确定毛坯材料为HT200。

零件的形状并不复杂，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。

2.定位基准的选择

基准的选择是工艺规程设计中的很重要的工作之一。

基准选择的正确合理，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，更严重的还会造成零件成批报废，使生产无法正常进行。

2.1粗基准的选择

因为法兰盘可归为轴类零件，按照“保证加工表面加工余量合理分配的原则和便于工件装夹的原则”的粗基准选择原则，故对于本零件以法兰盘右端φ45的外圆和φ90的右端面作为粗基准，利用三爪卡盘夹紧φ45外圆，再以φ90的右端面定位可同时削除五个自由度，而零件在绕中心轴线旋转方向的自由度没有要求，可以不用限制。

2.2精基准的选择

精基准就是以加工过的表面进行定位的基准，故以中心孔φ20为精基准加工表面。

选择精基准的时候主要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，同时要保证加工精度且使工件装夹得方便、准确、可靠。

因此要遵循以下几个原则：

1）基准重合原则；

2）基准统一原则；

3）互为基准原则；

4）自为基准原则。

考虑以上原则和零件的尺寸和加工要求，选用φ20的中心孔和φ100的左端面作为精基准，来限制零件的自由度，进行其他表面的加工。

3.表面加工方法的选择

本零件的加工面有外圆轮廓、内孔、端面、侧面、车槽、圆角、倒角等，材料为HT200。

参考《机械制造工艺设计简明手册》表1.4—6、表1.4—7、表1.4—8等，其加工方法选择如下：

1）Φ100外圆面：

公差等级为IT7，表面粗糙度为0.8，采用粗车→半精车→磨削的加工方法，倒角用车刀加工。

2）Φ100突台左端面：

公差等级为IT7，表面粗糙度为1.6，采用的加工方法为粗车→半精车→精车。

3）Φ100突台右端面：

公差等级为IT8，表面粗糙度为0.4，采用的加工方法为粗车→半精车→磨削。

4）Φ45外圆面：

公差等级为IT6，表面粗糙度为0.4，采用粗车→半精车→磨削的加工方法，圆角用车刀加工。

5）Φ90外圆：

公差等级为IT6，表面粗糙度为0.4，采用粗车→半精车→磨削的加工方法，倒角用车刀加工。

6）Φ90突台右端面：

公差等级为IT7，表面粗糙度为1.6，采用的加工方法为粗车→半精车→精车。

7）Φ90突台左端面：

公差等级为IT8，表面粗糙度为0.4，采用的加工方法为粗车→半精车→磨削。

8）Φ90突台距离轴线34mm的被铣平面:

公差等级为IT8，表面粗糙度为3.2，采用的加工方法为粗铣→精铣。

9）Φ90突台距离轴线24mm的被铣平面:

公差等级为IT7，表面粗糙度为0.4，采用的加工方法为粗铣→精铣→磨削。

10）槽3×2：

公差等级为IT11，表面粗糙度为12.5，采用的加工方法为粗车。

11）Φ45外圆面：

公差等级为IT7，表面粗糙度为0.8，采用粗车→半精车→磨削的加工方法，倒角用车刀加工。

12）Φ45右端面：

公差等级为IT11，表面粗糙度为12.5，采用的加工方法为粗车。

13）φ20内孔：

公差等级为IT8,表面粗糙度为1.6，采用钻→扩→铰的加工方法，倒角用车刀加工。

14）Φ4的孔：

公差等级为IT11，表面粗糙度为12.5，采用的加工方法为钻。

15）Φ6的孔：

公差等级为IT10，表面粗糙度为3.2，采用的加工方法为钻→铰。

16）4XΦ9孔：

公差等级为IT11，表面粗糙度为12.5，采用的加工方法为钻。

4.制定工艺路线

制定工艺路线应该使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。

在生产纲领已经确定为中大批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

同时应当考虑经济效果，以便降低生产成本。

4.1工艺路线方案

（1）方案一：

工序1零件毛坯铸造成型。

工序2人工时效。

工序3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4Φ100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5钻、扩、铰Φ20孔并车孔左端的倒角。

工序6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Φ100柱体上的倒角C1.5。

工序7半精车、精车Φ90右端面。

车槽3×2。

倒角C6×45和C1×45。

工序8精车Φ100左端面、Φ90右端面

工序9粗铣、精铣Φ90柱体的两侧面。

工序10钻Φ4孔，铰Φ6孔。

工序11钻4XΦ90孔。

工序12磨削B面，即外圆面、Φ100Φ90右端面、Φ90左端面。

工序13磨削外圆面Φ100，Φ90。

工序14磨削突台距离轴线24mm的侧平面。

工序15刻字刻线。

工序16镀铬。

工序17检测入库。

（2）方案二：

工序1零件毛坯铸造成型。

工序2人工时效，热处理。

工序3粗车Φ100左右两端面及外圆柱面、Φ90的左端面及外圆柱面、左Φ45外圆柱面。

工序4钻、扩、粗Φ20孔至图样尺寸。

工序5粗车、半精车、精车Φ90右端面，粗车、半精车右Φ45外圆柱面，车槽3×2，粗车右Φ45右端面及倒角，车Φ20孔右端的倒角。

工序6半精车Φ45、Φ90、Φ100外圆柱面、Φ100左右两端面、Φ90左端面，车Φ100和Φ90柱体的倒角，车Φ45柱体的过度倒圆，精车Φ100左端面，车Φ20孔左端的倒角。

工序7粗铣、精铣Φ90柱体的两侧面。

工序8钻Φ4的孔，铰Φ6的孔。

工序9钻4XΦ9的孔。

工序10钳工去毛刺。

工序11磨削Φ100、Φ90、右Φ45外圆柱面。

工序12磨削Φ90突台距离轴线24mm的侧面。

工序13抛光B面，即Φ45外圆面、Φ100右端面、Φ90左端面。

工序14Φ100外圆刻字、刻线。

工序15Φ100外圆无光镀铬。

工序16检测入库。

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，即先粗加工

半精加工

精加工。

在钻Φ20的中心孔时确定了基准，确保孔的形位公差，不过加工孔Φ20的顺序有一定的影响，同时因为零件有几个面与Φ20有圆跳动的要求，并且在后面的加工会对它的精度的产生影响，，这样很难保证它们的位置的准确性。

而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。

4.2机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“法兰盘”零件材料为HT200，硬度180-199HBS，毛坯重量约为2kg，生产类型为大批量生产，毛坯采用铸造。

根据上述原始资料加工工艺，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（单位都为mm）：

1）Φ100外圆表面

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

精车外圆

0.5

100

0.24

Φ

半精车外圆

1.5

100．5

0.30

Φ

粗车外圆

4

102

0.6

Φ

毛坯

6

106

1.6

Φ

2）φ45右外圆表面

此外圆表面公差等级为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

0.2

45

0.017

Φ

精车外圆

0.4

45.2

0.039

Φ

半精车外圆

1.4

45.6

0.1

Φ

粗车外圆

3

47

0.3

Φ

毛坯

5

50

1.0

Φ

3）Φ90外圆表面

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

0.5

90

0.6

Φ

半精车外圆

1.5

90.5

0.7

Φ

粗车

4

92

1.0

Φ

毛坯

6

96

2.0

Φ

4）Φ45外圆表面

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

0.6

45

0.6

Φ

半精车外圆

1.4

45.6

0.7

Φ

粗车

2

47

1.0

Φ

毛坯

4

49

2.0

Φ

5）Φ100左端面

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

精车端面

0.2

91

0.6

半精车端面

0.8

91.2

0.7

粗车

2

92

1.0

毛坯

3

94

0.6

6）Φ100的右端面和Φ90的左端面

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

精车

0.2

半精车

0.8

粗车

2

毛坯

3

7）Φ90右端面：

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

精车

0.2

半精车

0．8

粗车

2

毛坯

3

8.）Φ90圆柱面上离Φ20孔中心线34mm的平面

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

半精铣

0.7

粗铣

10.3

毛坯

11

9）Φ90圆柱面上离Φ20孔中心线24mm的平面

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

精磨

0.05

精铣

0.15

半精铣

0．7

粗铣

20.1

毛坯

21

10）右Φ45的右端面

a）按照《工艺手册》表6-28，铸件重量为2kg，Φ

mm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

；

b）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；

c）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；

d）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。

11）孔Φ20

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

0.1

20

0.045

Φ20

铰孔

0.2

19.9

0.084

Φ19.9

扩孔

1.7

19.7

0.1

Φ19.7

钻孔

18

18

+0.6

Φ18

毛坯

20

0

4.3确定切削用量及基本用时

工序3

粗车Φ100左右两端面及外圆柱面、Φ90的左端面及外圆柱面、左Φ45外圆柱面。

1）粗车Ф100左端面

（1）选择刀具：

选用45°偏头端面车刀。

（2）确定切削用量：

ap=2mm，f=0.92mm/r，n=136r/min，V=42.7m/min。

（3）计算基本工时：

T=0.47min。

2）粗车100右端面

（1）选择刀具：

与粗车Ф100左端面同一把。

（2）确定切削用量：

ap=2mm，f=0.92mm/r,n=136r/min,V=42.7m/min。

（3）计算基本工时：

T=31.5×1÷（0.92×136）=0.252min。

3）粗车Φ100外圆柱面

（1）选择刀具：

90°焊接式直头外圆车刀。

（2）确定切削用量：

a=2.5mm，f=0.92mm/r,n=183r/min,V=57.5m/min。

（3）计算基本工时：

T=（12+3+3+0）×1/（0.92×183）=0.107min。

4）粗车

外圆左端面

（1）选择刀具：

与粗车Ф100左端面同一把。

（2）确定切削用量：

ap=2mm，f=0.73mm/r,n=136r/min,V=38.4m/min。

（3）计算基本工时：

T=26.5×1÷（0.73×136）=0.267min。

5）粗车

外圆柱面

（1）选择刀具：

与粗车Ф100外圆同一把。

（2）确定切削用量：

a=2.0mm，f=0.76mm/r,n=183r/min,V=51.7m/min。

（3）计算基本工时：

T=（9+3+3+0）×1/（0.76×183）=0.108min。

6）粗车45外圆柱面

（1）选择刀具：

与粗车Ф100外圆同一把。

（2）确定切削用量：

ap=2mm,f=0.41mm/r,n=322r/min,V=45.5m/min。

（3）计算工时：

T=（30+5+5+0）/（0.41×322）=0.303min.

工序4

钻、扩、铰Φ20孔至图样尺寸并车孔左端的倒角。

1）钻Φ18孔

（1）刀具选择：

选用Φ18高速钢锥柄标准麻花钻。

（2）切削用量选择：

f=0.76mm/r，n=322r/m,V=18m/min。

（3）计算基本工时：

T=（L+L1+L2）/（f×n）=（91+11+0）/（0.76×322）=0.42min。

2）扩Φ19.8孔

（1）刀具选择：

选用Φ19.8高速钢锥柄扩孔钻。

（2）切削用量选择：

f=0.92mm/r，n=136r/m,V=8.5m/min。

（3）计算基本工时：

T=（L+L1+L2）/（f×n）=（91+14+2）/（0.92×136）=0.86min。

4）铰Φ20

（1）刀具选择：

Φ20高速钢锥柄机用铰刀。

（2）确定切削用量：

ap=0.03，n=132r/mmin，f=1.24，VC=8.29r/min。

（3）计算基本工时：

T=（L+L1+L2）/（f*n）=（91+14+2）/（1.24*132）=0.65min

工序5

粗车、半精车、精车Φ90右端面，粗车槽3×2，粗车、半精车右Φ45外圆柱面，粗车右Φ45右端面及倒角，车Φ20孔右端倒角。

1）粗车Φ90右端面

（1）选择刀具：

与粗车Ф100左端面同一把。

（2）确定切削用量：

a）确定切削用量：

ap=4.2mm，f=0.73mm/r，Vc=43.93m/min，n=136r/min。

（3）计算基本工时：

T=0.267min。

2）半精车Φ90右端面

（1）选择刀具：

选用45°偏头端面车刀。

（2）确定切削用量：

a=0.3mm，f=0.24mm/r,n=322r/min,V=91.0m/min。

（3）计算基本工时：

T=26.5×1/（0.24×322）=0.34min。

3）精车Φ90右端面

（1）刀具选择：

与半精车Ф100左端面同一把。

（2）确定切削用量：

a=0.16mm，f=0.23mm/r,n=322r/min,V=91m/min。

（3）计算基本工时：

T=26.5×1÷（0.23×322）=0.358min。

4）车3×2退刀槽

（1）选择刀具：

选择90°切槽刀

（2）确定切削用量：

ap=3.6mm,f=0.41mm/r,n=322r/min,V=45.52m/min.

（3）计算基本工时：

T=[（45-41）/2+4+0+0]/（0.41×322）=0.045min

5）粗车Φ45