机械工程学院-机械设计制造及其自动化-CA6140车床法兰盘的加工工艺及其钻床夹具设计.docx

重庆三峡学院 毕业设计说明书题目 CA6140车床法兰盘的加工工艺及其钻床夹具设计 院 系 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 2015级 学生姓名 徐隆昌 学生学号 201507026114 指导教师 廖京川 职称 高级实验师 完成毕业设计（论文）时间 2019 年 5 月毕 业 设 计 （ 论 文 ） 主 要 内 容 概 述此次毕业设计是CA6140车床法兰盘的工艺及其钻床夹具设计，法兰盘作为车床床上的一个普通零件起着重要的连接和定位作用。此次毕业设计中分为工艺部分和夹具部分的设计，其中工艺部分主要涉及到：相关资料的查阅、零件图的绘制、加工余量的确定、工艺规程的编制、切削用量及工时的确定。工在夹具的设计中：主要包括零件的定位方式，夹紧方式的确定，由于在钻床中所钻的四个孔的位置不是均布，且钻头位置固定，故应当设计一种分度机构使钻孔能顺利进行。 具体而言，工艺部分：法兰盘的材料为HT200。该型灰铸铁具有强度、耐磨性、铸造性等均较好。该零件采用大批量的方式进行生产，且其尺寸较小，在保证其加工精度等级的前提下采用金属模铸件及其造型；生产率较高，表面质量与加工性能良好。为提高加工效率及加工经济性，宜将毛坯铸造成与零件形状相近，加工时，基准选择的正确与否直接关系到零件表面质量的好坏，因此基准选择尤为重要。我选择的是法兰盘的左端面及20的孔作为精基准，这样可以保证加工的准确。 夹具部分，主要是定位方案的确定及分度机构的设计，为了能在钻孔时保证零件的稳定，在钻孔时不产生倾覆，因此必须限制工件的六个自由度，在查阅了相关资料之后，决定采用心轴+平面的定位方式，平面可限制三个自由度即：X,Y,方向的转动，Z方向的移动方，心轴可限制2个自由度即：X,Y方向上转动，但是还不能完全限制6个自由度，因此需采用一个削边销限制一个自由度即：Z方向上的转动，这样就能实现完全定位。分度机构 由于四个孔不是均匀分布，而Z525是固定式的钻床，必须采用分度机构，在查阅机床夹具设计资料后采用分度盘与对定销的结构形式，为了避免一面两销而造成过定位，因此采用削边销，同时为使销子的拔出，考虑做一个杠杆结构，这样就能实现工件钻削加工。目录摘要Abstract一 法兰盘的结构工艺性分析11.1法兰盘的作用11.2法兰盘的技术要求11.3 零件的工艺分析2二 确定毛坯尺寸、加工余量、加工方式和精度等级22.1选择毛坯22.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量等级22.2.1公差等级22.3 加工面的加工方式及加工精度等级3三 拟定工艺路线43.1 选择基准43.1.1选择粗基准43.1.2选择精基准43.2工序集中与分散43.3 制定工艺路线方案53.3.1工序方案的比较及确定6四 加工余量的确定7五 确定切削用量及基本工时95.1 工序95.1.1粗铣Ø100左端面95.2 工序105.2.1 粗车Ø100外圆105.2.2 粗车Ø45左外圆115.2.3 粗车Ø90外圆125.2.4粗车Ø100右端面135.3 工序135.3.1 钻孔至Ø18135.3.2 扩孔至Ø19.8145.3.3粗铰Ø20孔155.4 工序155.4.1粗车Ø90右端面155.4.2粗车右Ø45外圆165.5工序175.5.1粗铣Ø90左侧面175.5.2粗铣Ø90右侧面185.6 工序195.6.1钻4XØ9孔195.7 工序205.7.1半精铣Ø100左端面205.8 工序205.8.1半精车Ø100外圆205.8.2半精车左Ø45外圆表面215.8.3半精车Ø90外圆面225.8.4半精车Ø100右端面235.8.5倒R5圆角235.9 工序245.9.1半精车Ø90右端面245.9.2半精车右Ø45外圆255.9.3精车Ø90右端面255.9.4车斜面265.9.5切3x2退刀槽265.10 工序275.10.1半精铣Ø90右侧面275.10.2半精铣Ø90左侧面285.11 工序295.11.1精铣Ø100端面295.12 工序XIII295.12.1精车Ø100外圆295.13 工序XIV305.13.1钻孔Ø3.9305.13.2 钻孔Ø6315.13.3 粗铰Ø4孔315.13.4粗铰Ø6孔325.14 工序XV335.14.1 粗磨右Ø45外圆335.14.2 粗磨Ø100右端面335.14.3 精磨右Ø45外圆345.14.4 精磨Ø100右端面355.15 工序XVI355.15.1粗磨Ø90外圆面355.15.2精磨Ø90外圆面36六. 夹具设计366.1 问题的提出366.2 夹具的设计376.2.1定位基准的选择376.2.2定位方案的设计376.2.3 夹具体设计376.2.4定位元件设计376.2.5夹紧机构设计386.2.6钻模板设计386.2.7导向元件设计396.2.8分度机构的设计396.3夹具的基本使用方法39总结40致谢41参考文献42CA6140车床法兰盘的加工艺及其钻床夹具设计徐隆昌重庆三峡学院机械工程学院机械设计制造及其自动化2015级 重庆万州 404100 摘要：此次毕业设计是CA6140车床法兰盘的工艺及其钻床夹具设计，法兰盘作为车床上的一个普通零件起着重要的连接和定位作用。此次毕业设计中分为工艺部分和夹具部分的设计，其中工艺部分主要涉及到：相关资料的查阅、零件图的绘制、加工余量的确定、工艺规程的编制、切削用量及工时的确定，在夹具的设计中：主要包括零件的定位方式，夹紧方式的确定，由于在钻床中所钻的四个孔的位置不是均布，且钻头位置固定，故应当设计一种分度机构使钻孔能顺利进行。关键词：法兰盘、加工工艺、夹具设计、分度机构。Flange processing technology and fixture design of the CA6140Xu LongchangMechanical Design, Manufacturing and Automation, School of Mechanical Engineering,Chongqing Three Gorges University, 2015, Wan zhou, Chongqing 404100Abstract: The graduation design is the flange process and the design of the drill chuck of theCA6140. The flange acts as an ordinary part of the machine and plays an important role in connection positioning. The graduation design is divided into the design of the process part and the fixture part. The process part mainly involves: the inspection of relevant data, the drawing of the part drawing, the determination of the machining allowance, the preparation of the process specification, the cutting amount and determination of the working time. In the design of the fixture: mainly includes the positioning method of the parts, the determination of the clamping method. Since the positions of the four holes drilled in the drilling machine are not uniform and the position of the drill bit is fixed, an indexing mechanism should be designed to drill The hole can go smoothly.Keywords: flange、machining process、Fixture design、Indexing agency2019届机械设计制造及其自动化毕业设计说明书一 法兰盘的结构工艺性分析1.1法兰盘的作用在CA6140车床上它的主要作用定心，使齿轮正确啮合，达到准确传递运动的目的，继而实现纵向进给，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；外圆上钻定位孔，以实现精确定位。图1 法兰盘零件1.2法兰盘的技术要求表1-1法兰盘的技术要求加工表面尺寸及偏差（mm）公差及精度等级表面粗糙度(m)形位公差（mm）外圆IT8Ra0.8法兰盘左端面IT8Ra1.60.03A外圆IT6Ra0.4外圆IT8Ra0.8外圆IT6Ra0.4右端面IT8Ra1.60.03A孔IT8Ra1.6右端面IT6Ra0.4右侧面IT6Ra3.2左侧面IT8Ra3.2孔IT9Ra1.6孔IT9Ra1.61.3 零件的工艺分析分析零件图可知：加工表面仅为12个。对于4个的孔由于采用非均匀分布所以应当采用专用夹具进行装夹固定。法兰盘的左端面及法兰盘的右端面对于轴线的圆跳动为0.03mm。在加工精度要求较高的表面应当采用磨削的加工方式，其余表面只需采用车、铣、钻等加工方式，加工经济性较好适于大批量加工。二 确定毛坯尺寸、加工余量、加工方式和精度等级2.1选择毛坯法兰盘的材料为HT200。该型灰铸铁具有强度、耐磨性、铸造性等均较好。该零件采用大批量的方式进行生产，且其尺寸较小。文献1可知：在保证其加工精度等级的前提下采用金属模铸件及其造型；生产率较高，表面质量与加工性能良好。为提高加工效率及加工经济性，宜将毛坯铸造成与零件形状相近，内孔不用直接铸出。2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量等级2.2.1公差等级由技术要求可得，由参考文献6表3-2 成批和大量生产铸件的尺寸公差等级确定它的零件公差为CT112.2.3加工余量等级由参考文献6表3-3知加工余量等级范围为E-G级，现取加工余量等级为G级，G级为较高的等级。由参考文献2表3-12 可得：毛坯的单侧加工余量为4mm双侧加工的余量为3mm。图2 法兰盘毛坯2.3 加工面的加工方式及加工精度等级加工面的加工方式及加工精度等级由参考文献5表14-8 ，综合参考文献3确定。 表2-1 加工面的加工方式及加工精度等级被加工表面加工方法加工精度（IT)表面粗糙度Ra值/m外圆粗车半精车精车IT12IT10IT8Ra12.5Ra3.2Ra0.8法兰盘左端面粗铣半精铣精铣IT12IT10IT8Ra12.5Ra3.2Ra1.6外圆粗车半精车粗磨精磨IT12IT10IT8IT6Ra12.5Ra3.2Ra1.6Ra0.4外圆粗车半精车精车IT12IT10IT8Ra12.5Ra3.2Ra0.8外圆粗车半精车粗磨精磨IT12IT10IT8IT6Ra12.5Ra3.2Ra1.6Ra0.4右端面粗车半精车精车IT12IT10IT8Ra12.5Ra3.2Ra1.6孔钻孔扩孔粗铰IT12IT10IT8Ra12.5Ra3.2Ra1.6右端面粗车半精车粗磨精磨IT12IT10IT8IT6Ra12.5Ra3.2Ra1.6Ra0.4右侧面粗铣半精铣IT12IT10Ra12.5Ra3.2左侧面粗铣半精铣IT12IT10Ra12.5Ra3.2孔钻孔铰孔IT12IT8Ra12.5Ra1.6孔钻孔铰孔IT12IT8Ra12.5Ra1.6三拟定工艺路线3.1 选择基准3.1.1选择粗基准 选择的正确与否直接关系到了加工质量的好坏，对于此零件选择其外圆为粗基准是合理的，且由零件图分析可得其表面平整无其他缺陷，所以对于法兰来说粗基准为外圆是合理的。3.1.2选择精基准由零件图可知选择孔和左端面作为精基准。很多面都可以此作为加工基准遵循了基准统一的原则。用作为精基准可以保证两个端面圆跳动误差，且该零件在轴向上的尺寸多以该端面作为设计基准，且在加工时夹紧稳定可靠，装夹夹方便不易变形。3.2工序集中与分散 该法兰盘的加工质量要求比较高，在加工时应当尽可能保证工序集中：在一次装夹中就能加工出较多的表面以减少加工次数的增多对于零件性能的不利影响。同时也因先完成粗加工后再进行精加工，从而确保精度。3.3 制定工艺路线方案方案一如表： 表3-1方案一工序 退火处理工序 以为为定位基准粗铣左端面。工序 以外圆为基准粗车、外圆及右端面工序 以外圆为基准钻、扩、铰孔工序 以外圆为基准粗车右端面，外圆工序 以外圆为基准粗铣左、右侧面工序 以为基准钻4X孔工序 以外圆为基准半精铣左端面工序 以外圆为基准半精车、外圆及右端面，倒R5圆角工序 以外圆为基准半精车右端面、外圆并精车右外圆车斜面，切3x2退刀槽工序 以外圆为基准半精铣左右侧面工序 以为基准精铣左端面工序XIII 以外圆为基准精车外圆工序XIV 以为基准钻、铰、工序XV 以端面为基准磨削右端面、外圆工序XVI 以端面为基准磨削右端面工序XVII B面抛光工序XVIII 去毛刺、检测、入库方案二如表所示表3-2 方案二工序 退火工序 以为为定位基准粗铣左端面工序 以外圆为基准钻、扩、铰孔工序 以外圆为基准粗车、外圆及右端面工序 以外圆为基准半精铣左端面工序 以外圆为基准半精车、外圆及右端面工序 以为基准精铣左端面工序 以精车外圆外圆工序 以外圆为基准粗车右端面、外圆工序 以外圆为基准粗铣左、右侧面工序 以外圆为基准半精车右端面、外圆并精车右端面工序 以外圆为基准半精铣左右侧面工序XIII 以为基准钻、铰、孔、工序XIV 以为基准钻4X孔工序XV 以为基准磨削右端面、外圆工序XVI 以为基准磨削右端面工序XVII B面抛光工序XVIII 去毛刺、检测、入库3.3.1工序方案的比较及确定 对于方案一来说，采用那样的工序设置主要是考虑了：工序的集中，减少装夹次数，按照了先粗加工后精加工的基本路线设置的，这样保证了加工的精度等级及相关的尺寸要求，更加合理；相比方案一， 方案二虽然也遵循了先粗后精的顺序，但是它只是单面的先粗后精，在加工另外一面时就可能会以精基准来加工粗基准，这时就可能会因装夹而刮蹭以加工完成的表面 综上而言：方案一刚好是定位基准和设计基准重合所以选择方案一会更加合理。四 加工余量的确定 综合参考文献2、参考文献3、参考文献4，采用查表法的方式来确定，如下表所示表4-1加工余量及工序尺寸加工表面加工方式加工余量(mm）加工精度等级工序尺寸外圆铸件毛坯粗车半精车精车双边64.41.20.4CT11IT12IT10IT8法兰盘左端面铸件毛坯粗铣半精铣精铣421.40.6CT11IT12IT10IT8外圆铸件毛坯粗车半精车粗磨精磨双边641.70.20.1CT11IT12IT10IT8IT6外圆铸件毛坯粗车半精车精车双边641.60.4CT11IT12IT10IT8外圆铸件毛坯粗车半精车粗磨精磨双边64.41.20.30.1CT11IT12IT10IT8IT6右端面铸件毛坯粗车半精车精车42.610.4CT11IT12IT10IT8孔铸件毛坯钻孔扩孔粗铰1819.820CT11IT12IT10IT8右端面铸件毛坯粗车半精车粗磨精磨42.610.30.1CT11IT12IT10IT8IT6右侧面铸件毛坯粗铣半精铣431CT11IT12IT10左侧面铸件毛坯粗铣半精铣431CT1IT12IT10孔铸件毛坯钻孔铰孔5.86CT11IT12IT8孔铸件毛坯钻孔铰孔3.94CT11IT12IT8五 确定切削用量及基本工时5.1 工序5.1.1粗铣Ø100左端面（1）选择刀具：由切削用量简明手册（以下简称手册） 表1.2可选择YG6，由手册表3.1 根据铣削宽度120mm，选择=125mm，且由手册表3.16选择标准齿数Z=12齿（2）选择铣刀的几何形状：其几何形状可由手册表3.1 可得：当时可选择：（3）切削用量1）取背吃刀量=2mm2）根据手册表3.5 知YG6的进给量=0.14-0.18mm/r，同时XA5032立式铣床的参数可得铣床的实际进给量=0.18mm/r，它的正确与否依然需要检验。3）由切削手册表3.16 查得铣削速度：当=125mm,Z=12,3.5mm，0.18mm/r时：98m/min,=250r/min,=471mm/min，各项修正系数1.0，0.89。98×0.89×1.0m/min=87.22m/min （5.1）250×0.89×1.0r/min=222.5r/min （5.2）471×0.89×1.0mm/min=419.19mm/min （5.3）由手册表3.30 XA5032立式铣床的参数说明可选择：235r/min,=475r/min。故实际值为： =92.23m/min （5.4）=0.17mm/z （5.5） 4）检验机床功率：根据手册表 3.24得功率近似为：=3.3kw，而机床允许的功率为：=7.5×0.75kw=5.63kw即铣削用量合理：（4）计算基本工时： （5.6）式中：，=106mm，可由手册表3.26得=40mm故 =0.30min5.2 工序 5.2.1 粗车Ø100外圆（1)选择刀具：刀杆B×H=16mm25mm,厚度为4.5mm，由手册表1.2可得：粗车不带外皮的铸件毛坯，可选择YG6，刀具的角度的大小十分影响加工质量，其具体数值可由手册表1.3选择：卷屑槽尺寸为：（2）选择切削用量 1）因余量不大，一次走刀：2.2mm2）由手册表1.4 可得：刀杆尺寸为16mm×25mm；时，进给量f=0.8-1.2mm/r,选择：纵车f=1.02mm/r。由车床参数可知：最大进给力=3528N,由手册表1.23 可知：进给力为1140N，修正系数由表1.22 。故实际：=11401.00.751.0=855N即所选用量可用。3） 由手册表1.11 取切削速度=50m/min，由手册表1.28可得因加工方式不同引起的速度的修正系数 为;，故 m/min （5.7） 150.22r/min （5.8）由车床参数选择160r/min，故实际速度 m/min=53.25m/min （5.9）4）校正机床功率：由切削用量手册知：=2.4kw ，由手册表1.29-2 可得切削功率的修正系数：1.0，。故实际功率：kw由车床参数知：当n=160r/min时，功率为5.9kw。，合理故： （3）计算工时： （5.10） 式中：，=13mm，可由手册表1.26 得=3.5mm，则L=13+3.5mm=16.5mm。故 5.2.2 粗车Ø45左外圆（1）选择刀具:因在同一机床上使用的同一把刀具，刀具参数、几何角度，前面已经给出。（2）选择切削用量1）所需余量较小，故 2）由手册表1.4 可得：进给量f=0.6-0.8mm/r。纵车选择f=0.66mm/r3）由手册表1.11车削速度=63m/min，速度修正系数由手册表1.28查得： ，故 =63m/min （5.11） （5.12）由车床参数选择： (5.13） 4）检验机床功率：切削时的功率可由表查出，由手册表1.25 ：灰铸铁HBS160-245HBS、/r、切削速度70m/min可得=2.4kw，由车床说明书可得：当=400r/min，主轴允许功率为5.9kw,故车削用量合适故： （3）计算工时： （5.14）式中：，=33mm，可由手册表1.26可得=3.5mm，则L=33+3.5=36.5mm故： 5.2.3 粗车Ø90外圆（1）选择刀具:因在同一机床上使用的同一把刀具，刀具参数、几何角度，前面已经给出。（2）选择切削用量1）由于余量较小，故： 2）由手册1.4可选择：进给量f=0.81.2mm/r，由车床参数可选择f=0.96mm/r3）由手册表1.11可得：取切削速度=57m/min。由手册表1.28得修正系数：，。故 m/min （5.15） =189.09r/min （5.16）由车床参数可以选择：=200r/min，故实际值为=60.29m/min （5.17）4）检验机床功率：由手册表1.25 可得：=2.4kw，表1.29-2 可得切削功率的修正系数：1.0，。故实际切削时的机床功率： kw （5.18）由车床参数可得：当=200r/min时，功率为5.9kw，合理。故 （3）计算工时 （5.19）式中：，=13mm，可由手册表1.26=3.5mm，则L=13+3.5=16.5mm故： 5.2.4粗车Ø100右端面（1）选择刀具:端面车刀，刀杆16×25mm厚度4.5mm，角度为：（2）选择切削用量1）余量较小，故：2）进给量f：由手册表1.4 在粗车铸铁，时，f=0.8-1.2mm/r。可选：横车f=0.79mm/r3）切削速度：由手册表1.11 取=57m/min。由表1.28 车削过程使用条件改变系数可知：故 （5.20） （5.21）由车床参数选择=160r/min，则实际速度 =50.94m/min (5.22)（3）计算工时 (5.23)式中：，=54.4mm，由手册可得=3mm。则L=54.4+3=57.4mm.故 5.3 工序 5.3.1 钻孔至Ø18（1）选择钻头：麻花钻头，=18mm（2） 钻头的几何形状：由手册表2.1 、表2.2具体角度为：=。（3）选择切削用量1）由手册表2.7 取进给量f=0.43-0.53mm/r。根据Z525钻床参数选择f=0.48mm/r，由手册表2.19：当，21mm时，,可得修正故 （5.24）由机床参数说明可得最大轴向力,=8830,故可用。2）由手册表2.15 ：当灰铸铁HBS为200-217、进给量0.53mm/r、修磨双锥及横刃、时，取切削速度=16m/min。系数由表2.31 得修正系数：=1.0，。故 （5.25） =226.47r/min （5.26）由机床参数选择=272r/min，故实际 （4）计算工时： （5.27)式中：，=91mm，可由手册表2.29知双磨锥法：=10mm，L=91+10=101mm。故 5.3.2 扩孔至Ø19.8（1）选择钻头：高速钢扩孔钻（2）钻头几何形状：由手册表2.1 ，2.5知修磨横刃。（3）选择切削用量 1）由手册表2.10高知：为15-20mm、灰铸铁HBS>200时进给量f=0.7-0.8mm/r，由钻床参数可选择f=0.81mm/r2）由手册表2.15知：灰铸铁HBS200-217、f0.95mm/r、修磨双锥及横刃、时取切削速度=12m/min，修正系数=0.88，。故 （5.28） （5.29）由机床参数取=195r/min，则实际速度 （5.30）4） 检验机床扭矩及功率：由手册表2.21知：取=88.29n.m修正系数M=88.29n.m，由钻床说明书知：n.m，<；由手册表2.23 知：=1.3kw，由机床说明书知：，<故所选可用。（4）计算工时 （5.31）式中：，=91mm，可由手册表2.29 知双磨锥法：=10mm，L=91+10=101mm。故 5.3.3粗铰Ø20孔（1）选择钻头：选择高速钢铰刀，=20mm，手册表2.6知：，（2）由手册表2.10 知：铰刀直径，灰铸铁HBS>170，进给量1.0-2.0mm/r，由Z525钻床参数可选择f=0.81mm/r（3）由手册表2.24：取8m/min，由表2.12得系数故 （5.32） （5.33）由Z525钻床参数可取，故实际速度 （5.34） （4）计算工时 （5.35）式中：，=91mm，可由手册表2.29 知：=8mm，L=91+18=99mm故 5.4 工序 5.4.1粗车Ø90右端面(1） 选择刀具：采用同一把端面车刀，具体角度已经给出（2） 选择切削用量1） 余量不大，故12-9.4=2.6mm2） 由手册表1.4知进给量f=0.8-1.2mm/r,选择f=0.86mm/r3）由手册表1.11 取=57m/min修正系数1.0=1.0故 (5.36） （5.37）由可选择=160r/min，实际值 =45.41m/min （5.38）4）校验功率：由于手册表1.25知：灰铸铁HBS160-245HBS、2.8mm、可得=2kw由表1.29-2可得系数：。实际功率： （5.39）由车床参数知：当车床功率，即所选用量合理。故：（3)计算工时 （5.40）式中：，=19.7mm，可由手册表1.26知=3.5mm，则L=19.7+3.5mm=23.2mm。故 5.4.2粗车右Ø45外圆（1） 选择刀具：同一把外圆车刀（2） 选择切削用量1）余量较小一次走刀故 2）由手册表1.4知：在粗车铸铁、时，f=0.6-0.8mm/r,选择f=0.66mm/r 3）由手册表1.11 知：当、取=63m/min、由表1.28系数：、1.0、=1.0、故 （5.41） （5.42）由车床参赛选=400r/min，故实际值 （5.43）故 （3）计算工时 （5.44）式中：，=38.4mm，可由手册表1.26 可得=3.5mm，则L=38.4+3.5mm=41.9mm。故 5.5工序 5.5.1粗铣Ø90左侧面（1）选择刀具：由手册表1.2 可选择YG6，=80mm，Z=10：可由表3.2 ：当：（2）选择切削用量1）粗铣时余量不大故=3mm2）手册表3.5 知：YG6的进给量=0.14-0.18mm/z，由手册表3.16实际取=0.13mm/z。3)手册表3.16得：当=80mm,Z=10,3.5mm，每齿进给0.13mm/z时：110m/min,=439r/min,=492mm/min，各项修正系数1.0，0.89。110×0.89×1.0m/min=97.90m/min （5.45）439×0.89×1.0r/min=390.71r/min （5.46）492×0.89×1.0mm/min=437.88mm/m