机械制造课程设计.docx

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《机械制造工艺学课程设计》
设计计算说明书

设计题目：法兰盘机械加工工艺规程制订

二级学院：
机电工程学院
年级专业：

学 号：

学生姓名：

指导教师：

教师职称：

精品资料
目 录
设计总说明 ...........................................................................................................................2
1 零件的工艺分析与生产类型的确定 ..................................................................3
1.1法兰盘的用途 ....................................................................................................3
1.2法兰盘的技术要求 ...........................................................................................3
1.3审查法兰盘的工艺性 .......................................................................................4
1.4确定法兰盘的生产类型 ...................................................................................4

2 确定毛坯、绘制毛坯简图 ....................................................................................... 5
2.1确定毛坯 .............................................................................................................. 5
2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 ........................................................5
2.3绘制法兰盘铸造毛坯简图 ...............................................................................6

3 拟定零件工艺路线 .................................................................................................... 6
3.1定位基准的选择 .................................................................................................6
3.2表面加工方法的确定 ........................................................................................7
3.3加工阶段的划分 .................................................................................................8
3.4工序的集中与分散 .............................................................................................8
3.5工序顺序的安排 ................................................................................................ 8
3.6确定工艺路线 ..................................................................................................... 9
4 机床设备及工艺装备的选用 ..................................................................................12
4.1机床设备的选用 ................................................................................................12
4.2工艺装备的选用 ................................................................................................12
5 加工余量、工序尺寸和公差的确定 .....................................................................12
5.1工序十中4和的尺寸计算 ..............................................................................12
5.2加工余量的确定 .................................................................................................12
6 切削用量、时间定额的计算 ...................................................................................12
6.1切削用量的计算 .................................................................................................12
7 夹具设计 ........................................................................................................................15
7.1夹具设计 ...............................................................................................................15
7.1.1定位基准的选择 .........................................................................................15
7.1.2切削力及夹紧力计算 ................................................................................15
7.1.3定位误差分析 ..............................................................................................17
7.1.4夹具设计及操作的简要说明 ..................................................................17
设计心得 ..........................................................................................................................18
参考文献 ..........................................................................................................................19

设计总说明
机械制造技术基础课程设计是教学过程中的重要组成部分。是在理论课程学习结束后，所进行的实践性环节。并为毕业设计打下良好的基础。通过这次课程设计我们不仅可以提高对知识的综合运用,而且还学会了如何设计夹紧机构。
法兰盘的加工质量将直接影响其性能和使用寿命。本次设计旨在提高CA6140车床，法兰盘的加工质量和加工效率我们首先对法兰盘的结构特征和工艺规程进行了仔细的分析,然后确定了一套合理的加工方案。加工方案要求简单，操作方便，并能保证零件的加工质量。
此外，为了提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量，需设计专用夹具，本次设计选择了钻φ4和φ6孔的专用夹具设计，以满足加工过程的需要。

关键词法兰盘工艺规程夹具设计

课程设计题目
1 零件的工艺分析与生产类型的确定
1.1 法兰盘的用途
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。主要作用是标明刻度，实现纵向进给。
零件：Ø100的外圆上标有刻度线，用来对齐调节刻度盘上的刻度值，从而能够直接读出调整的数值，外圆上钻定位孔，实现精确定位。法兰盘中部的通孔则给传递力矩的主轴通过，本身没有受到多少力的作用。法兰盘零件图如图1-1所示。

图1-1 法兰盘
1.2 法兰盘的技术要求
法兰盘的技术要求如表1-1所示。
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Ra
µm
形位公差/mm
大法兰端左边面
91
IT13
1.6

大法兰端右边面
82
IT13
0.4

小法兰端左边面
49
IT11
0.4

小法兰端右边面
41
IT11
1.6

IT11
0.8

IT13
6.4

IT16
0.8

IT14
0.4

IT8
1.6

IT9
3.2

1.3审查法兰盘的工艺性
根据法兰盘的零件图可知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Ø90、Ø100、Ø45和Ø20等几个面以及4个Ø9孔和侧面的一个阶梯孔。Ø90和Ø45对A面较高的平行及垂直精度，因此最好以A面为精加工基准,这在车床加工中就可以得到保证。为了保证精度的要求4XØ9的孔最好能在一次加工中全部加工出来。Ø90两端的尺寸大小为34㎜和24㎜的平面没有精度要求这在铣床上通过半精加工是完全可以实现的。槽3×2未注公差等级采用粗车的方法可以实现。我们在工艺路线安排上、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,且采用专用夹具,因而生产效率较高,采用设计基准与工序基准重合,得到较高的精度。
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。

1.4 确定法兰盘的生产类型
设计题目给定的零件是CA6140车床法兰盘零件号831004零件该零件年产量为4000件设其备品率a%为4%机械加工废品率b%为0.7%则该零件的年生产纲领为N=Q m(1+ a% )(1+ b%) = 4000×1(1+ 4%)(1+ 0.7%)=4189件/年。法兰盘的年产量为4189件,法兰盘重量为1.4kg,查表可知该产品为中批生产。

2 确定毛坯、绘制毛坯简图
2.1 确定毛坯
由于法兰盘在工作过程中要承受较大的应力和较高的温度且要求有较高的耐磨性,结合经济性的原则毛坯优先选用HT200材料。从附图可以知该法兰盘的质量仅为1.4㎏且生产类型属于中批生产,为提高生产效率和经济性,毛坯的铸造方法采用的砂型铸造由于中间通孔是通过钻铰加工故不用安放型芯。
2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》以下简称《指导教程》中的表2-1和表2-5,由法兰盘的功用、技术要求可知。可以确定零件所用材料灰铸铁HT200中批量生产的砂型铸造的公差等级为11~14。
再根据机械加工后法兰盘的重量为1.4㎏由此可初步估计机械加工前铸件的毛坯的重量为2㎏。由表1可知铸件的公差等级为11~14在这里取12。查表2-3可得到如下的铸件尺寸 。
基本尺寸Ø100为6㎜
基本尺寸Ø90为6㎜
基本尺寸Ø45为5.6㎜
基本尺寸91为6㎜
基本尺寸9为4.2㎜
基本尺寸8为4.2㎜
由于Ø20、Ø4、Ø6和Ø9是由后来的钻削加工直接得到，槽3x2都是后来的车削加工直接得到的Ø90两侧的基本尺寸为34和24的两个平面由铣床加工直接得到，因此在用砂型铸造的时候它们都不用铸出。故在这里它们的铸件尺寸公差不用求出来。因此可确定该铸件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于下表中：

铸件的尺寸公差和机械加工余量
项目
基本尺寸/mm
加工余量/m
毛胚的基本尺寸/mm
法兰盘Ø100外圆
Ø100
7
Ø107
法兰盘左端面
91
7
98
法兰盘右端面
91
7
98
法兰盘Ø90外圆
Ø90
7
Ø97
Ø100右端面
9
6.1
15.1
Ø90左端面
8
6.1
14.1
Ø90右端面
8
6.1
14.1
右端Ø45外圆
Ø45
6.8
Ø51.8
中间Ø45外圆
Ø45
6.8
Ø51.8

2.3 绘制法兰盘铸造毛坯简图
镜前面设计计算，可得本法兰盘的毛胚图。如图2-1所示：

图2-1.法兰盘毛胚图
3.拟定零件工艺路线
3.1 定位基准的选择
定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。
精基准的选择
根据该法兰盘零件的技术要求的装配要求，选择法兰盘的轴孔作为精加工的基准，因为法兰盘的左端、Ø90外圆的右端和外圆对的孔内表面都有跳动形位误差的要求，它们的表面都要采用内表面作为基准进行加工，选择内表面作为精基准加工即满足了“基准统一”的原则。同时，法兰盘的的轴线也是设计基准，选用其作为精基准定位加工法兰盘的Ø100、Ø90和Ø45外圆，实现了设计基准和工艺基准重合的，保证了被加工表面的垂直度要求符合了“基准重合”的原则。选用法兰盘Ø90的右端平面作为精基准加工Ø90的左端平面和Ø100的右端平面，因为设计时这两个尺寸也是以90的右端平面作为基准，实现了设计基准和工艺基准重合的，也符合了“基准重合”的原则。在铣Ø90两侧面的时候，可以先铣离轴线为24㎜的平面，再以24㎜的平面作为精基准加工离轴线为34㎜的平面，这样互为精基准加工，满足了“互为基准的”的原则。有些尺寸，例如和槽3X2，它们的设计基准
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。
‚粗基准的选择
对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。 但对于本零件来说，应尽可能选择不加工表面为粗基准。按照有关粗基准的选择原则，即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准，根据这个基准选择原则，现选取孔右端外轮廓表面和Ф90的右端面作为粗基准，利用三爪卡盘夹紧Ф45外圆可同时削除五个自由度，再以Ф90的右端面定位可削除自由度。
3.2 表面加工方法的确定
根据法兰盘零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度确定加工工件各表面的
加工方法如下表所示：
加工表面
公差及精度等级
表面粗糙度Ra/µm
加工方案
法兰盘Ф100外圆
IT11
0.8
粗车→半精车→磨削
Ф100右端面
IT13
0.4
粗车→半精车→磨削
法兰盘左端面
IT13
1.6
粗车→半精车→精车
法兰盘右端面
IT13

粗车
法兰盘Ф90外圆
IT13
6.4
粗车→半精车
Ф90左端面
IT11
0.4
粗车→半精车→磨削
Ф90右端面
IT11
1.6
粗车→半精车→精车
Ф90左侧面
IT10
3.2
粗铣→半精铣
Ф90右侧面
IT10
0.4
粗车→半精铣→磨削
右端Ф45外圆
IT6
0.8
粗车→半精车→磨削
左端Ф45外圆
IT14
0.4
粗车→半精车→磨削
Ф20内孔
IT8
1.6
钻→扩→粗铰→精铰
Ф6孔
IT9
3.2
钻→铰
Ф4孔
IT13
6.3
钻
4×Ф9透孔
IT13
3.2
钻
槽3×2
IT13

粗车
3.3 加工阶段的划分
该法兰盘的加工质量要求较高可将加工阶段划分成粗加工、半精加工、 精加工阶段和磨削加工。
在精加工阶段首先将精基准（的孔和Ф90的右端平面准备好使后续工序都可采用精定位加工保证其他加工表面的精度要求然后粗车法兰盘的右端面、Ф9右端面、槽3x2、精铣Ф90左侧面和Ф90右侧面、钻Ф20内孔。最后才钻Ф4孔、Ф6孔、Ф9孔、铰Ф6孔在精加工阶段进行磨削Ф100外圆、Ф100右端面、法兰盘左端面，Ф 90左端面、Ф90右侧面、Ф45外圆完成整个工序的加工。
3.4 工序的集中与分散
选用工序集中原则安排法兰盘的加工工序。由于该法兰盘的生产类型为中批生产，可以采用普通机床进行加工，但夹具都采用专用的夹具进行装夹，以提高生产率。而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。例如表面的跳动位置误差。
3.5 工序顺序的安排
⑴机械加工工序
①遵循“先基准后其他”的原则首先加工精基准——法兰盘的Ф45外圆和Ф90的右端平面。
②遵循“先粗后精”的原则先安排粗加工工序后安排精加工工序。
③遵循“先主后次”的原则先加工主要表面——法兰盘的左端面和Ф20内孔，后加工次要表面——Ф4孔、Ф6孔、Ф9孔和槽3x2。
④遵循“先面后孔”原则先加工法兰盘Ф45外面和法兰盘的左端面，再钻Ф20内孔
最后钻Ф4、Ф6、Ф9孔。
⑵辅助工序
机械加工完成后，还要对Ф100右端平面、外圆和Ф90左端平面进行抛光处理；还要对外圆进行无光镀铬处理。
综上所述，该法兰盘工序的安排顺序为，基准加工——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 确定工艺路线
1.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
2.工艺路线方案二
工序一 粗车φ100、左边φ45、φ90外圆粗车各端面粗车φ90的倒角 φ100
的倒角
工序二 粗车右φ45的外圆粗车3×2的槽粗车R5的圆角
工序三 半精车左端φ100，左右端φ45的外圆以及各端面3×2的槽R5的角
工序四 钻、扩、粗铰、精绞φ20的孔.
工序五 检验利用超声波进行探伤
工序六 粗铣C.D面
工序七 半精铣C.D面
工序八 精铣D面
工序九 钻四个φ9的小孔
工序十 钻、铰左面F面上的台阶孔
工序十一 钳工去毛刺
工序十二 粗磨外圆至φ100.1、φ90.1、φ45.1精磨外圆至φ100、φ90、 φ45
工序十三 对B面进行抛光
工序十四 φ100的左端面刻字
工序十五 φ100的外圆无光渡铬
工序十六 荧光检验等
工序十七 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。
最终的工艺路线
在综合以上各种工序的情况下得到的最终工艺路线如表4所示

表4 法兰盘工艺路线及设备、工装的选用
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
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
CA6140机床
车刀
游标卡尺
2
粗车右φ45、外圆、3×2的槽R5的圆角
CA6140机床
车刀
游标卡尺
3
半精车右端φ100，左右端φ100，左右端φ45的外圆以及各端面，3×2的槽，R5的圆角
CA6140车床
车刀
游标卡尺
4
以φ20孔上端面为基准，钻、扩、铰、精铰φ20孔，孔的精度达到IT17
立式钻床Z525
麻花钻
游标卡尺
5
检验

塞规、百分表
6
粗铣C、D面
卧式铣床X61
铣刀
游标卡尺
7
半精铣C、D面
卧式铣床X61
铣刀

8
精铣D面
卧式铣床X61
铣刀

9
钻四个φ9的小孔
立式钻床Z525
麻花钻

10
钻、铰左面F面的台阶孔
立式钻床Z525
麻花钻、铰刀

11
钳工去毛刺
钳工台
平锉

12
粗磨外圆至φ100.1、φ90.1φ45.1，精车至φ100、φ90、φ45
外圆磨床

13
对B面进行抛光

14
φ100的左端面刻字

15
φ100的外圆无光度鉻

16
荧光检验等

17
入库

4 机床设备及工艺装备的选用
4.1 机床设备的选用
在中批生产条件下，选用通用机床比较合理些。所选用的通用设备应提出机床型号。如卧式铣床X61。
4.2 工艺装备的选用
工艺装备主要包括刀具、夹具和量具。在工艺卡片中应简要写出它们的名称如“钻头”、“百分表”、“车床夹具”等。
本次法兰盘的生产类型为中批生产为了提高生产效率所选用的夹具均为专用夹具。
5 加工余量、工序尺寸和公差的确定
由于这次课程设计采用分组的形式，我们这组主要是对法兰盘进行加工，分配给我的任务是，对工序十中先钻φ4孔再铰φ6孔。
5.1 工序十中φ4和的尺寸计算
钻孔Ø4的深度为7mm，再铰孔，其深度同样为7mm，查表得公差等级为IT9由粗糙度Ra=3.2,从《机械制造技术基础课程设计指导教程》中查表1-7得加工方案为：钻→铰。
5.2 加工余量的确定
由表2-28得使用麻花钻加工Ø4孔时加工余量为0.1mm扩孔时加工余量为0.1mm。

6 切削用量、时间定额的计算
6.1 切削用量的计算
6.1.1加工条件：工件材料HT200=0.18GPa HB=200 金属铸造
6.1.2加工要求钻孔Ø4、孔台阶孔
机床立式钻床Z525
6.1.3刀具直柄麻花钻H—4GB/T 6153.3-1996
直柄短麻花钻H—6GB/T6135.2-1996
铰刀6GB—1132-1984
机床功率2.8KW
6.1.4钻孔Ø4
6.1.4.1查表5-22 f=0.07~0.12mm 取f=0.1mm v=16~24m/min 取v=18m/min

6.1.4.2 校验机床功率切削力
6.1.4.3切削工时

6.1.5钻Ø6孔
6.1.5.2查表5-22取f=0.1mm v=18m/min

6.1.5.3功率校验与2）相同，得出符合所选功率 符合所选的功率
6.1.5.4切削工时

6.1.6铰Ø6孔.
查表5-31 v=2-6(m/min)取v=2m/min f=0.3~0.50mm/r,取f=0.30r/min

校验后得实际消耗功率。符合要求
切削工时 查表5-425-41

故切削总工时
总=0.13+0.11+0.31=0.55min
其余工序分析所得数据均已填入相应的工序卡中

7夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。我负责的是设计该第十道工序的专用夹具设计—钻Φ 4mm孔，再扩Φ 6mm深为 7mm孔的钻床夹具。
本夹具将用于 Z525钻床，刀具为直柄麻花钻 H—4GB/T 6153.3-1996，直柄短麻花钻 H—6GB/T6135.2-1996铰刀 6GB—1132-1984，分别对工件的台阶孔进行加工。

7.1 夹具设计

7.1.1 定位基准的选择

由零件图可知，Φ 4mm及Φ 6mm的孔时，工件以外圆表面及 Ø90 右端面和平面为定位基准，在 V 形块 1 和挡销 2、3 上实现完全定位。

7.1.2 切削力及夹紧力计算

刀具，直柄麻花钻 D=Φ 4mm

由《机械制造工艺设计手册》P116 可查得

切削扭矩

轴向力
切削功率 Pm=2π M·n·10 (kw)
式中：

=225.63
=1.9
=0.8
=558.6

所以当钻Φ 4mm孔时有

M=225.63x4x1.9x0.13 x0.87x10 =0.291(N·m)
F=558.60x4x1x0.13 x0.9=393.15(N)
Pm=2π x0.291x2012x10=3.676(KM)

同理扩Φ 6孔 mm时有

M=225.63x4x1.9x0.13 x0.87x10=0.291(N·m)
F=558.60x4x1x0.13 x0.9=393.15(N)
Pm=2π x0.291x2012x10=3.931(km)

由于 V形块和挡销的作用下工件无法转动, 因此只需算出横向的夹紧力能否满足要
求。

式中—工件与压板间的摩擦系数，取 0.2；
—工件与 V形块间的轴向摩擦系数，取 0.2；
安全系数 K取 3；
=3×589.73×sin50°/(0.2×sin50°+0.2)= 3836.92N

因此 F =3836.92N>F
故本夹具可安全工作。

7.1.3 定位误差分析
夹具的主要定位元件为 V形块和挡销。V形块的尺寸与公差都是选取的标准件，其公差由标准件决定，并且在夹具装配后的技术要求统一磨，V 形块定为表面与夹具体底面平行度误差不超过 0.01，定位销选取标准件，夹具体上装定位销销孔的轴线与夹具体底面的，垂直度误差不超过 0.01。夹具的主要定位元件为两个挡销限制了两个自由度,V 形块限制四个自由度,工件的六个自由度完全被限制。因零件对形位公差及尺寸公差均要求不高，且各定位件均采用标准件，故定位误差在此可忽略。
7.1.4 夹具设计及操作的简要说明
如前所述，在设计夹具时，从该零件的生产规模来看属于中批量生产，从保证产品的质量和考虑尽量提高生产效率的问题来考虑，为此，应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。这里采用气动夹紧装置比较高效和省力。而且这是提高劳动生产率的重要途径之一。
精品资料
设计心得
夹具课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，我组三名同学在老师的指导下，取得了可喜的成绩，课程设计作为《机械制造技术基础》课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。本次课程设计主要经历了两个阶段，第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段
是专用夹具设计。第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识，夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。
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。

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参考文献

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李大磊 王栋 《机械制造工艺学课程设计指导书》机械工艺出版社2016.6
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乐兑谦 《金属切削刀具》北京:机械工业出版社.2008
王栋等 《 机械制制造工艺学课程设计指导书》机械工业出版社. 2011.
陈家芳 《实用金属切削加工工艺手册（第3版）》机械工业出版社.2011.
傅水根 《机械制造工艺学基础》清华大学出版社.2011.
王晶 《第四届全国大学生机械创新设计大赛决赛作品选集》北京高等教育出版社.2011.
秦大同 《谢里阳.现代机械设计手册》第三卷.化学工业出版社[M] .2011.
孙志礼 《机械设计[M] 》东北大学出版.2011.
马义荣 《工程制图及CAD.北京》机械工业出版社，2011.
徐茂功 《公差配合与技术测量.》北京：机械工业出版社.2013.

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