CA6140車床法蘭盤[831004] 加工工藝及鉆φ4 φ6階梯孔夾具設計-氣動夾具[版本7]

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的分析，然后確定了一套合理的加工方案，加工方案要求簡單，操作方便，并能保證 零件的加工質量。 此外，為了提高勞動生產率，降低勞動強度，保證加工質量，需設計專用夾具， 本次設計選擇了鉆 4 和 6 孔的專用夾具設計，以滿足加工過程的需要。 關鍵詞：法蘭盤；工藝規(guī)程；夾具設計 廣東海洋大學本科生課程設計 1 課程設計題目 機械設計制造及其自動化專業(yè)，200611411116， 指導教師： 1 零件的工藝分析與生產類型的確定 1.1 法蘭盤的用途 CA6140 臥式車床上的法蘭盤，為盤類零件，用于臥式車床上。車床的變速箱固定 在主軸箱上，靠法蘭盤定心。法蘭盤內孔與主軸的中間軸承外圓相配，外圓與變速箱 體孔相配，以保證主軸三個軸承孔同心，使齒輪正確嚙合。主要作用是標明刻度，實 現縱向進給。 零件 100 的外圓上標有刻度線，用來對齊調節(jié)刻度盤上的刻度值，從而能夠直接讀出所調整 的數值；外圓上鉆定位孔，實現精確定位。法蘭盤中部的通孔則給傳遞力矩的主軸通過，本身沒有 受到多少力的作用。法蘭盤零件圖如圖 1-1 所示。 圖 1-1 法蘭盤 1.2 法蘭盤的技術要求 法蘭盤的技術要求如表 1-1 所示。 表 1-1 法蘭盤的技術要求 加工表面 尺寸及偏差 mm 公差及精度等級 表面粗糙度 Ra m 形位公差/mm 大法蘭端左面 91 IT13 1.6 大法蘭端右面 82 IT13 0.4 小法蘭端左面 49 IT11 0.4 小法蘭端右面 41 IT11 1.6 廣東海洋大學本科生課程設計 2 100 外圓 100-0.12-0.34 IT11 0.8 90 外圓 90 IT13 6.4 右端 45 外圓 45 00.017 IT6 0.8 左端 45 外圓 45 00.6 IT14 0.4 20 孔 20+0.0450 IT8 1.6 6 孔 6+0.030 IT9 3.2 1.3 審查法蘭盤的工藝性 根據法蘭盤的零件圖可知，其材料為 HT200。該材料具有較高的強度、耐磨性、耐 熱性及減振性，適應于承受較大應力、要求耐磨的零件。 該零件主要加工 90、100、45 和 20 等幾個面以及 4 個 9 孔和側面的一個階梯 孔。90 和 45 對面較高的平行及垂直精度，因此最好以面為精加工基準，這在車 床加工中就可以得到保證。為了保證精度的要求，4X 9 的孔最好能在一次加工中全部 加工出來。90 兩端的尺寸大小為 34和 24的平面沒有精度要求，這在銑床上通過 半精加工是完全可以實現的。槽 32 未注公差等級，采用粗車的方法可以實現。我們 在工藝路線安排上、制造方法及裝夾、探傷和檢驗都提出了較高的要求，因而盤的使 用壽命得到了提高，且采用專用夾具，因而生產效率較高。采用設計基準與工序基準 重合，得到較高的精度。 根據相關面和孔加工的經濟精度及車床能夠達到的位置精度可知，上述技術要求是 可以達到的，零件的結構工藝性也是可行的。 1.4 確定法蘭盤的生產類型 設計題目給定的零件是 CA6140 車床法蘭盤（零件號 831004）零件，該零件年產量 為 4000 件，設其備品率 a%為 4%，機械加工廢品率 b%為 0.7%，則該零件的年生產綱 領為：N=Q m(1+ a% )(1+ b%) = 40001(1+ 4%)(1+ 0.7%)=4189 件/ 年。法蘭盤的年產 量為 4189 件，法蘭盤重量為 1.4kg，查表可知該產品為中批生產。 2 確定毛坯、繪制毛坯簡圖 2.1 確定毛坯 由于法蘭盤在工作過程中要承受較大的應力和較高的溫度，且要求有較高的耐磨 性，結合經濟性的原則，毛坯優(yōu)先選用 HT200 材料。從附圖可以知該法蘭盤的質量僅 為 1.4，且生產類型屬于中批生產，為提高生產效率和經濟性，毛坯的鑄造方法采用 的砂型鑄造，由于中間通孔是通過鉆鉸加工，故不用安放型芯。 2.2 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量 根據機械制造技術基礎課程設計指導教程 （以下簡稱指導教程 ）中的表 21 和表 25，由法蘭盤的功用、技術要求可知，可以確定零件所用材料灰鑄鐵 廣東海洋大學本科生課程設計 3 HT200 中批量生產的砂型鑄造的公差等級為 1114。 再根據機械加工后法蘭盤的重量為 1.4，由此可初步估計機械加工前鑄件的毛坯 的重量為 2。由表 1 可知鑄件的公差等級為 1114，在這里取 12。查表 23 可得到 如下的鑄件尺寸 基本尺寸 100 為 6 基本尺寸 90 為 6 基本尺寸 45 為 5.6 基本尺寸 91 為 6 基本尺寸 9 為 4.2 基本尺寸 8 為 4.2 由于 20、4、6 和 9 是由后來的鉆削加工直接得到，槽 3x2 都是后來的車削加 工直接得到的，90 兩側的基本尺寸為 34 和 24 的兩個平面由銑床加工直接得到，因此 在用砂型鑄造的時候它們都不用鑄出。故在這里它們的鑄件尺寸公差不用求出來。因 此可確定該鑄件的尺寸公差和機械加工余量，所得結果列于下表中： 鑄件的尺寸公差和機械加工余量 項目 基本尺寸 加工余量 毛坯的基本尺寸 法蘭盤 100 外圓 100 7 107 法蘭盤左端面 91 7 98 法蘭盤右端面 91 7 98 法蘭盤 90 外圓 90 7 97 100 右端面 9 6.1 15.1 90 左端面 8 6.1 14.1 90 右端面 8 6.1 14.1 右端 45 外圓 45 6.8 51.8 中間 45 外圓 45 6.8 51.8 廣東海洋大學本科生課程設計 4 2.3 繪制法蘭盤鑄造毛坯簡圖 3 擬定零件工藝路線 3.1 定位基準的選擇 定位基準有粗基準和精基準之分，通常先確定精基準，然后再確定粗基準。 精基準的選擇 根據該法蘭盤零件的技術要求的裝配要求，選擇法蘭盤的軸孔 作為精加20 +0.0450 工的基準，因為法蘭盤的左端、 90 外圓的右端和 外圓對 的孔內表 45 00.01720+0.0450 面都有跳動形位誤差的要求，它們的表面都要采用 內表面作為基準進行加工，20 +0.0450 選擇 內表面作為精基準加工即滿足了“ 基準統(tǒng)一”的原則。同時，法蘭盤的20 +0.0450 的軸線也是設計基準，選用其作為精基準定位加工法蘭盤的 100、 90 和20 +0.0450 45 外圓，實現了設計基準和工藝基準重合的，保證了被加工表面的垂直度要求，符 合了“基準重合”的原則。選用法蘭盤 90 的右端平面作為精基準加工 90 的左端平面 和 100 的右端平面，因為設計時這兩個尺寸也是以 90 的右端平面作為基準，實現了 設計基準和工藝基準重合的，也符合了“基準重合”的原則。在銑 90 兩側面的時候， 可以先銑離軸線為 24的平面，再以 24的平面作為精基準加工離軸線為 34的平面， 這樣互為精基準加工，滿足了“互為基準的”的原則。有些尺寸，例如 0.3 和槽28 + 3X2，它們的設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算，這在以后還要專門計 算，此處不再重復。 粗基準的選擇 廣東海洋大學本科生課程設計 5 對于一般的軸類零件而言，以外圓作為粗基準是完全合理的。 但對于本零件來 說，應盡可能選擇不加工表面為粗基準。按照有關粗基準的選擇原則（即當零件有不 加工表面時，應以這些不加工表面作粗基準，若零件有若干個不加工表面時，則應以 與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準）根據這個基準選擇原則， 現選取孔右端 外輪廓表面和 90 的右端面作為粗基準，利用三爪卡盤夾緊45 00.017 45 外圓可同時削除五個自由度，再以 90 的右端面定位可削除自由度。 3.2 表面加工方法的確定 根據法蘭盤零件圖上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，確定加工工件各表面的 加工方法如下表所示： 加工表面 公差及精度等級 表面粗糙度 Ra/m 加工方案 法蘭盤 100 外圓 IT11 0.8 粗車半精車磨削 100 右端面 IT13 0.4 粗車半精車磨削 法蘭盤左端面 IT13 1.6 粗車半精車精車 法蘭盤右端面 IT13 粗車 法蘭盤 90 外圓 IT13 6.4 粗車半精車 90 左端面 IT11 0.4 粗車半精車磨削 90 右端面 IT11 1.6 粗車半精車精車 90 左側面 IT10 3.2 粗銑半精銑 90 右側面 IT10 0.4 粗銑半精銑磨削 右端 45 外圓 IT6 0.8 粗車半精車磨削 中間 45 外圓 IT14 0.4 粗車半精車磨削 20 內孔 IT8 1.6 鉆擴粗鉸精鉸 6 孔 IT9 3.2 鉆鉸 4 孔 IT13 6.3 鉆 4x 9 透孔 IT13 6.3 鉆 槽 3x2 IT13 粗車 3.3 加工階段的劃分 該法蘭盤的加工質量要求較高，可將加工階段劃分成粗加工、半精加工、 精加工階段和磨削加工。 在精加工階段，首先將精基準（ 的孔和 90 的右端平面）準備好，使后20 +0.0450 續(xù)工序都可采用精定位加工，保證其他加工表面的精度要求；然后粗車法蘭盤的右端 面、 90 右端面、槽 3x2、精銑 90 左側面和 90 右側面、鉆 20 內孔。最后才鉆 4 孔、 廣東海洋大學本科生課程設計 6 6 孔、 9 孔、鉸 6 孔；在精加工階段，進行磨削 100 外圓、 100 右端面、法蘭盤 左端面、 90 左端面、 90 右側面、 45 外圓，完成整個工序的加工。 3.4 工序的集中與分散 選用工序集中原則安排法蘭盤的加工工序。由于該法蘭盤的生產類型為中批生產， 可以采用普通機床進行加工，但夾具都采用專用的夾具進行裝夾，以提高生產率；而 且運用工序集中原則使工件的裝夾次數少，不但可以縮短輔助時間，而且由于在一次 裝夾中加工了許多表面，有利于保證各加工表面之間的相對位置精度要求，例如表面 的跳動位置誤差。 3.5 工序順序的安排 機械加工工序 遵循“先基準后其他”的原則，首先加工精基準法蘭盤的 45 外圓和 90 的右 端平面。 遵循“先粗后精”的原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 遵循“先主后次”的原則，先加工主要表面法蘭盤的左端面和 20 內孔，后加 工次要表面 4 孔、 6 孔、 9 孔和槽 3x2。 遵循“先面后孔”原則，先加工法蘭盤 45 外面和法蘭盤的左端面，再鉆 20 內孔， 最后鉆 4、 6、 9 孔。 輔助工序 機械加工完成后，還要對 100 右端平面、 外圓和 90 左端平面進行拋光處 45 00.6 理；還要對 外圓進行無光鍍鉻處理。100 0.120.34 綜上所述，該法蘭盤工序的安排順序為：基準加工主要表面粗加工及一些表面 余量大的表面粗加工主要表面半精加工及次要表面加工主要表面精加工及磨 削加工 3.6 確定工藝路線 1.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外圓 工序二 在銑床上銑上下兩個平面 C、D，精銑上平面 D 工序三 精車各個表面 工序四 在鉆床上鉆出四個孔 9，臺階孔 工序五 進行精鉸四個小孔，臺階孔 工序六 100 的左端面刻字 工序七 鉗工去毛刺，進行最終處理 廣東海洋大學本科生課程設計 7 工序八 入庫 2.工藝路線方案二： 工序一 粗車 100、左邊 45、90 外圓，粗車各端面，粗車 90 的倒角， 100 的倒角 工序二 粗車右 45 的外圓，粗車 32 的槽，粗車 R5 的圓角 工序三 半精車左端 100，左右端 45 的外圓以及各端面，32 的槽，R5 的圓 角 工序四 鉆、擴、粗鉸、精絞 20 的孔. 工序五 檢驗（利用超聲波進行探傷） 工序六 粗銑 C.D 面 工序七 半精銑 C.D 面 工序八 精銑 D 面 工序九 鉆四個 9 的小孔 工序十 鉆、鉸左面 F 面上的臺階孔 工序十一 鉗工去毛刺 工序十二 粗磨外圓至 100.1、90.1、45.1，精磨外圓至 100、90、 45 工序十三 對 B 面進行拋光 工序十四 100 的左端面刻字 工序十五 100 的外圓無光渡鉻 工序十六 熒光檢驗等 工序十七 入庫 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。工序安排使時間較為合理，設計基準和 工藝基準重合，能夠較好的保證零件加工的表面質量和粗糙度。 最終的工藝路線 在綜合以上各種工序的情況下，得到的最終工藝路線如表 4 所示： 表 4 法蘭盤工藝路線及設備、工裝的選用 工序號 工序名稱 機床設備 刀具 量具 1 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 CA6140 機床 車刀 游標卡尺 2 粗車右 45 外圓、32 的槽、 R5 的圓角 CA6140 機床 車刀 游標卡尺 廣東海洋大學本科生課程設計 8 3 半精車左端 100，左右端 45 的外圓以及各端面， 32 的槽，R5 的圓角 CA6140 車床 車刀 游標卡尺 4 以 20 孔上端面為精基準， 鉆、擴、鉸、精鉸 20 孔,孔 的精度達到 IT7 立式鉆床 525 麻花鉆 游標卡尺 5 檢驗 塞規(guī)、百 分表等 6 粗銑 C、D 面 臥式銑床 X61 銑刀 游標卡尺 7 半精銑 C.D 面 臥式銑床 X61 銑刀 8 精銑 D 面 臥式銑床 X61 銑刀 9 鉆四個 9 的小孔 立式鉆床 Z525 麻花鉆 10 鉆、鉸左面 F 面的臺階孔 立式鉆床 Z525 麻花鉆、鉸刀 11 鉗工去毛刺 鉗工臺 平銼 12 粗磨外圓至 100.1、90.1、45.1， 精磨外圓至 100、90、45 外圓磨床 13 對 B 面進行拋光 14 100 的左端面刻字 15 100 的外圓無光渡鉻 16 熒光檢驗等 17 入庫 4 機床設備及工藝裝備的選用 4.1 機床設備的選用 在中批生產條件下，選用通用機床比較合理些。所選用的通用設備應提出機床型 號，如：臥式銑床 X61。 4.2 工藝裝備的選用 工藝裝備主要包括刀具、夾具和量具。在工藝卡片中應簡要寫出它們的名稱，如 “鉆頭” 、 “百分表” 、 “車床夾具”等。 本次法蘭盤的生產類型為中批生產，為了提高生產效率，所選用的夾具均為專用夾 具。 廣東海洋大學本科生課程設計 9 5 加工余量、工序尺寸和公差的確定 由于這次課程設計采用分組的形式，我們這組主要是對法蘭盤進行加工，分配給 我的任務是：對工序十中先鉆 4 孔再鉸 6 孔。 5.1 工序十中 4 和 的尺寸計算 6 +0.030 鉆孔 4 的深度為 7mm，再鉸孔 ，其深度同樣為 7mm，查表得公差等級為6 +0.030 IT9，由粗糙度 Ra=3.2,從機械制造技術基礎課程設計指導教程中查表 1-7 得加工 方案為：鉆鉸。 5.2 加工余量的確定 由表 2-28 得使用麻花鉆加工 4 孔時加工余量為 0.1mm，擴孔 時加工余量為6 +0.030 0.1mm。 6 切削用量、時間定額的計算 6.1 切削用量的計算 6.1.1 加工條件：工件材料 HT200 b=0.18GPa HB=200 金屬鑄造 6.1.2 加工要求：鉆孔 4、孔 60+0。03 臺階孔 機床：立式鉆床 Z525 6.1.3 刀具：直柄麻花鉆 H4GB/T 6153.3-1996 直柄短麻花鉆 H6GB/T6135.2-1996 鉸刀 6GB1132-1984 機床功率 2.8KW 6.1.4 鉆孔 4 6.1.4.1 查表 5-22 f=0.070.12mm 取 f=0.1mm v=1624m/min 取 v=18m/min ns=1000v/ ，取 n=1360r/min.min/2.1380rd 則實際切削速度 v= in/17046n 6.1.4.2 校驗機床功率，切削力 F =419Df k =419f8.0p N86.23.148 切削時消耗功率 P = ，符合條件f pKWvFf 07.0176 6.1.4.3 切削工時 41l2l5.l 廣東海洋大學本科生課程設計 10 min13.013652421 nflltj 6.1.5 鉆 孔 6.1.5.2 查表 5-22，取 f=0.1mm v=18m/min N= 參照表 4-9 n=960r/min 4.9561.380dv 實際切削速度 min/1.8106.3dn 6.1.5.3 功率校驗與 2）相同，得出 p 符合所選功率t 6.1.5.4 切削工時 =7 41lll min1.0967212nfltj 6.1.6 鉸 孔. 查表 5-31 v=2-6(m/min)，取 v=2m/min f=0.30.50mm/r,取 f=0.30r/min n= ,取 n=140r/min in/1064.3210rdvmi/.n 校驗后得，實際消耗功率 P P。符合要求f 切削工時 查表 5-42，5-41 2)1(.01l 0l7lmin31.9.73fnltj 故切削總工時 =0.13+0.11+0.31=0.55min321jjjtt總 其余工序分析所得數據均已填入相應的工序卡中 7 夾具設計 為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。我負責 的是設計該第十道工序的專用夾具設計鉆 4mm 孔，再擴 6mm 深為 7mm 孔的鉆床夾 具。本夾具將用于 Z525 鉆床，刀具為直柄麻花鉆 H4GB/T 6153.3-1996，直柄短麻花 鉆 H6GB/T6135.2-1996 鉸刀 6GB1132-1984，分別對工件的臺階孔進行加工。 廣東海洋大學本科生課程設計 11 7.1 夾具設計 7.1.1 定位基準的選擇 由零件圖可知，4mm 及 6mm 的孔時，工件以 外圓表面及 90 右端面和平面45 00.6 為定位基準，在 V 形塊 1 和擋銷 2、3 上實現完全定位。 7.1.2 切削力及夾緊力計算 刀具：直柄麻花鉆 D=4mm 由機械制造工藝設計手冊P 可查得 16 切削扭矩 M= )(0 30mNkfxdCym 軸向力 F= FF 切削功率 Pm=2Mn10 (kw)3 式中： C =225.63m x =1.9 y =0.8 m C =558.6F x =1 y =0.8 F d =4 或 6 0 k = =0.87 m 8.0)19(HB k =0.9F f=0.13 n=2012 或 1426 所以當鉆 4mm 孔時有 M=225.63x4x1.9x0.13 x0.87x10 =0.291(Nm)8.03 廣東海洋大學本科生課程設計 12 F=558.60 x4x1x0.13 x0.9=393.15(N)8.0 Pm=2x0.291x2012x10 =3.676(kw) 3 同理擴 6 孔 mm 時有 M=225.63x6x1.9x0.13 x0.87x10 =0.439(Nm)8.03 F=558.60 x6x1x0.13 x0.9=589.73(N). Pm=2x0.439x1426x10 =3.931(kw)3 由于 V 形塊和擋銷的作用下工件無法轉動，因此只需算出橫向的夾緊力能否滿足要 求。 根據夾緊狀態(tài)下 V 形塊的受力情況和力矩平衡條件 FJ=KFsin(a/2)/(f3sin(a/2)+f4) 式中 f3工件與壓板間的摩擦系數，取 0.2； f4工件與 V 形塊間的軸向摩擦系數，取 0.2； 安全系數 K 取 3； a =100 FJ=3589.73sin50/(0.2sin50+0.2)= 3836.92N 因此 FJ=3836.92NF 故本夾具可安全工作。 7.1.3 定位誤差分析 夾具的主要定位元件為 V 形塊和擋銷。V 形塊的尺寸與公差都是選取的標準件，其 公差由標準件決定，并且在夾具裝配后的技術要求統(tǒng)一磨，V 形塊定為表面與夾具體 底面平行度誤差不超過 0.01；定位銷選取標準件，夾具體上裝定位銷銷孔的軸線與夾 具體底面的 垂直度誤差不超過 0.01。 夾具的主要定位元件為兩個擋銷限制了兩個自由度,V 形塊限制四個自由度,工件的 六個自由度完全被限制。因零件對形位公差及尺寸公差均要求不高，且各定位件均采 用標準件，故定位誤差在此可忽略。 7.1.4 夾具設計及操作的簡要說明 如前所述，在設計夾具時，從該零件的生產規(guī)模來看屬于中批量生產，從保證產 品的質量和考慮盡量提高生產效率的問題來考慮，為此，應首先著眼于機動夾緊而不 采用手動夾緊。這里采用氣動夾緊裝置比較高效和省力。而且這是提高勞動生產率的 重要途徑之一。 廣東海洋大學本科生課程設計 13 設計總結 夾具課程設計已經接近尾聲，回顧整個過程，我組三名同學在老師的指導下，取 得了可喜的成績，課程設計作為機械制造技術基礎課程的重要環(huán)節(jié)，使理論與實 踐更加接近，加深了理論知識的理解，強化了生產實習中的感性認識。 本次課程設計主要經歷了兩個階段：第一階段是機械加工工藝規(guī)程設計，第二階 段是專用夾具設計。第一階段我們運用了基準選擇、切削用量選擇計算、機床選用、 時間定額計算等方面的知識；夾具設計的階段運用了工件定位、夾緊機構及零件結構 設計等方面的知識。 由附圖可知，其材料為 HT200。該材料具有較高的強度、耐磨性、耐熱性及減振性， 適應于承受較大應力、要求耐磨的零件。該零件主要加工個面以及六個孔，需要有較高 的平行及垂直精度，為此，最好能夠同時加工出更多的面和孔。在強度設計上采用了較 低的安全系數，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，設計基準與工序基準重合，因而精度較高。根據相關面和孔加工的經濟精 度及車床能夠達到的位置精度可知，上述技術要求是可以達到的，零件的結構工藝性也 是可行的。 廣東海洋大學本科生課程設計 14 參考文獻 15 參考文獻 1、駿一，鄒青. 機械制造技術基礎.北京：機械工業(yè)出版社，2004 2、鄒青.機械制造技術基礎課程設計指導教程.北京：機械工業(yè)出版社，2004 3、趙家齊.機械制造工藝學課程設計指導書.北京：機械工業(yè)出版社，2000 4、李益民.機械制造工藝設計簡明手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1994 5、艾興，肖詩剛主編. 切削用量簡明手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2000 6、吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊.北京：高等教育出版社，2006