CA6140車床法蘭盤[831004]加工工藝及車Φ45外圓面的夾具設計

CA6140車床法蘭盤[831004]加工工藝及車Φ45外圓面的夾具設計,831004,ca6140,車床,法蘭盤,加工,工藝,45,外圓面,夾具,設計 序 言 機械制造工藝學課程設計是我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的.這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習,也是一次理論聯(lián)系實際的訓練,因此,它在我們四年的大學生活中占有重要的地位。 就我個人而言，我希望能通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后畢業(yè)設計打下一個良好的基礎。 由于能力所限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指導。 一、零件的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定 1零 件 的 分 析 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(nèi)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(xiàn)縱向進給。零件的Φ100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(shù)值；外圓上鉆有底部為Φ4 mm上部為Φ6的定位孔，實現(xiàn)精確定位。法蘭盤中部Φ20的通孔則給傳遞力矩的標明通過，本身沒有受到多少力的作用。 2 零件的工藝分析 CA6140車床法蘭盤屬于盤套類回轉零件，它的所有表面都需要加工，其主要加工面是外圓面、端面及兩平面，它們有一定的粗糙度要求?，F(xiàn)分述如下： 1.Φ100外圓表面及端面，端面所要保證相對于軸線的圓跳動為0.03mm，外圓表面的粗糙度為6.3μm，端面1.6μm和0.4μm。 2.Φ90外圓表面、端面及兩平面，端面粗糙度為0.4μm和1.6μm，一個端面相 對于軸線的圓跳動為0.03 mm，兩平面的粗糙度為3.2μm 和0.4μm。 3.Φ45外圓表面及Φ45外圓表面上的退刀槽，φ45外圓表面上的R5圓弧面，。 4.Φ20內(nèi)孔粗糙度要求為1.6μm。 5.Φ45上的銷孔Φ4和Φ6,粗糙度為6.3μm，3.2μm。 由上面的分析可知，對于圓跳動而言，可以先加工孔，然后以孔定位，加工端面，保證它們之間的位置精度。由先面后孔原則，先粗車端面，然后加工孔到尺寸要求，再以孔定位加工各個表面。 3.計算生產(chǎn)綱領、確定生產(chǎn)類型 設計題目給定的零件是CA6140車床法蘭盤零件，該零件年產(chǎn)量為4000件，設其備品率4%，機械加工廢品率 為1%，則該零件的年生產(chǎn)綱領為： N=4000×1(1+4%+1%)=4200(件/年) 法蘭盤的年產(chǎn)量為4200件，質量為1.4Kg，查《課程設計指南》表2——1可知該產(chǎn)品為中批生產(chǎn)。 二、選擇毛坯，確定毛坯尺寸，設計毛坯圖 1、選擇毛坯 零件材料是HT200。零件年產(chǎn)量是中批量,而且零件加工的輪廓尺寸不大,在考慮提高生產(chǎn)率保證加工精度后可采用金屬鑄造。零件形狀并不復雜，因此毛坯形狀可以與零件的形狀盡量接近，內(nèi)孔鑄出。毛坯尺寸通過確定加工余量后再決定。?這從提高生產(chǎn)率，保證加工精度上考慮也是應該的。 2、確定機械加工余量 由《課程設計指南》表5—5，查得金屬型鑄造的要求機械加工余量等級為D-F。 查《課程設計指南》表5—4，根據(jù)該零件的最大尺寸為100mm，要求機械加工余量等級為D-F，取機械加工余量為1mm。 確定毛坯鑄件的公差等級 由《課程設計指南》表5—1，該零件為灰鑄鐵，金屬型鑄造，得公差等級CT為8--10。查表5-3，查得鑄件公差等級為1.6--3.2。 確定毛坯尺寸 上面查得適用于機械加工表面粗糙度Ra≥1.6μm。Ra＜1.6μm的表面，余量要適量增大。 分析本零件，除要拋光的表面Ra=0.8μ，其余各表面Ra≥1.6μ，因此這些便面的毛坯尺寸只需將零件的尺寸加上查得的余量和公差即可（由于有的表面只需粗加工，這時可取表中的較小值。當要粗加工和半精加工時，可取大值）。由公式，單邊加工時：R=F+RMA+CT/2;雙側加工或外圓面時：R=R=F+2RMA+CT/2;內(nèi)腔加工時：R=F-2RMA-CT/2。（R-毛坯尺寸，F(xiàn)-基本尺寸，RMA-機械加工余量，CT-公差等級） 綜上所述，確定毛坯尺寸見表1。 零件尺寸 單面加工余量 鑄件尺寸 零件尺寸 單面加工余量 鑄件尺寸 Φ 3 Φ106 8 1.5 11 Φ45 2.5 Φ50 9 1.5 12 Φ90 2.5 Φ95 36 1 34 Φ20 2 Φ16 26 1 24 91 2.5 95 表1 毛坯尺寸 3、設計毛坯尺寸圖 1) 確定鑄造圓角 對于金屬型鑄造鑄件一般統(tǒng)一用R3、R5。查《金屬加工工藝及工裝設計》表1-16，最小鑄造圓角為R2。 2) 確定鑄造斜度 查《金屬加工工藝及工裝設計》表1-15，取鑄造圓角為 1.14°。 由上畫出毛坯圖(見附圖1) 三、選擇加工方法，制定工藝路線 1、定位基準選擇 1） 粗基準的選擇 選擇粗基準主要是選擇第一道機械加工工序的定位基準，以便為后續(xù)的工序提供精基準。選擇粗基準的出發(fā)點是：一要考慮如何分配各加工表面的余量：二要考慮怎樣保證不加工面與加工面間的尺寸及相互位置要求。這兩個要求常常是不能兼顧的，但對于一般的軸類零件來說，以外圓作為粗基準是完全合理的。對本零件而言，由于每個表面都要求加工，為保證各表面都有足夠的余量，應選加工余量最小的面為粗基準（這就是粗基準選擇原則里的余量足夠原則）。 現(xiàn)選取φ45外圓面和φ90左端面為粗基準。利用三爪卡盤卡住φ45外圓面并靠住φ90左端面，消除5個自由度，達到部分定位。這里不需要完全定位。2） 精基準的選擇 2） 精基準的選擇。 主要原則有：①基準重合原則；②基準統(tǒng)一原則；③自為基準原則；④互為基準原則。 這里應該主要考慮基準重合的問題。當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。 2、零件表面加工方法的選擇 本零件的加工面有個圓、內(nèi)孔、端面、車槽等，材料為HT200。參考《設計指南》表5—14、表5—15、表5—16等，其加工方法選擇如下： 一．Φ 外圓面：公差等級為IT11，表面粗糙度為6.3μm , 采用粗車加工方法。 二． Φ20內(nèi)孔：公差等級為IT8~IT9，表面粗糙度為1.6μm ，采用擴→鉸→鉸的加工方法，倒角用車刀加工。 三．Φ 外圓面：公差等級為IT13~IT14，表面粗糙度為0.4μm ，采用粗車→拋光的加工方法。 四． Φ90外圓：未注公差等級，根據(jù)GB1800—79規(guī)定公差為IT13，表面粗糙度為0.4μm ，采用的加工方法為粗車→拋光 五．Φ外圓面：公差等級為IT6~IT7，表面粗糙度為o.8μm ，采用粗車→半精車→磨削的加工方法。 六．右端面：未注公差等級，根據(jù)GB1800—79規(guī)定公差為IT13，表面粗糙度為 ，采用的加工方法為粗車。 七．Φ 90突臺右端面：未注公差等級，根據(jù)GB1800—79規(guī)定公差為IT13，表面粗糙度為1.6μm ，采用的加工方法為粗車→半精車→精車。 八． Φ90突臺左端面：未注公差等級，根據(jù)GB1800—79規(guī)定公差為IT13，表面粗糙度為 0.4μm ，采用的加工方法為粗車→拋光。 九．Φ 100突臺左端面：未注公差等級，根據(jù)GB1800—79規(guī)定公差為IT13，表面粗糙度為 1.6μm ，采用的加工方法為粗車→半精車→精車。 十．槽3×2：未注公差等級，根據(jù)GB1800—79規(guī)定公差為IT13，表面粗糙度為6.3μm ，采用的加工方法為粗車。 十一. Φ100突臺右端面：未注公差等級，根據(jù)GB1800—79規(guī)定公差為IT13，表面粗糙度為0.4μm ，采用的加工方法為粗車→拋光。 十二. Φ90突臺距離軸線34mm的被銑平面:未注公差等級,根據(jù)GB1800—79規(guī)定公差為IT13，表面粗糙度為3.2μm ，采用的加工方法為粗銑→精銑. 十三. Φ90突臺距離軸線24mm的被銑平面:未注公差等級,根據(jù)GB1800—79規(guī)定公差為IT13，表面粗糙度為0.4μm ，采用的加工方法為粗銑→拋光。 十四.4* Φ9孔：未注公差等級,根據(jù)GB1800—79規(guī)定公差為IT13，表面粗糙度為6.3μm ，采用的加工方法為鉆削。 十五. Φ4的孔：未注公差等級,根據(jù)GB1800—79規(guī)定公差為IT13，表面粗糙度為6.3μm ，采用的加工方法為鉆削。 十六.Φ 6的孔：未注公差等級,根據(jù)GB1800—79規(guī)定公差為IT13，表面粗糙度為1.6μm ，采用的加工方法為擴→鉸。 3、制訂工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領一確定為中批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性的機床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 1.工藝路線方案一 工序1 擴、粗絞Φ20的孔 工序2 粗車Φ100端面及外圓柱面，粗車B面，粗車Φ90的外圓柱面 工序3 粗車Φ45端面及外圓柱面，粗車Φ90的端面 工序4 粗銑Φ90圓柱面上的兩個平面 工序5 半精車Φ100的端面及外圓柱面，半精車B面，半精車Φ90的外圓柱面，車Φ100、Φ90外圓柱面上的倒角，車Φ45兩端過渡圓弧，車Φ20孔的左端內(nèi)倒角 工序6 半精車Φ45的端面及外圓柱面，半精車Φ90的端面，車3*2退刀槽，車Φ45圓柱面兩端的倒角，車Φ20 內(nèi)孔的右端倒角。 工序7 精車Φ100的端面及外圓，精車B面 工序8 精車Φ45外圓，精車Φ90端面 工序9 精銑Φ90圓柱面上的兩個平面 工序10　鉆、絞 4-Φ9的孔 工序11 鉆Φ4孔，擴、絞Φ6孔 工序12 磨Φ100、Φ45的外圓柱面 工序13 去除全部毛刺 工序14 B面拋光 工序15 刻線刻字 工序16 鍍鉻 工序17　 檢驗、入庫 2.工藝路線方案二 工序1 粗車Φ100兩端面和外圓，粗車Φ90左端面和外圓，車外圓面Φ45。 工序2 擴、絞Φ20的孔。 工序3 粗車Φ45端面及外圓柱面，粗車Φ90的右端面。 工序4 半精車、精車Φ100左端面，車Φ90，Φ100的倒角，車孔Φ20的左端倒角，車Φ45兩端的過度圓弧R5。 工序5 半精車、精車Φ90右端面，半精車Φ45外圓面，車3*2退刀槽，車Φ 45圓柱面兩端的倒角，車Φ20 內(nèi)孔的右端倒角。 工序6 磨削Φ45外圓面。 工序7 粗銑、精銑Φ90面上離中心線34mm的平面，粗銑離中心線24mm的平面。 工序8 鉆孔4×Φ9透孔。 工序9 鉆Φ4孔，擴、絞Φ6孔。 工序10 去除全部毛刺 工序11 B面拋光，Φ90外圓面拋光，Φ90上離中心線24mm的平面拋光。 工序12　φ100的左端面刻字 工序13 φ100的外圓無光渡鉻 工序14 檢驗，入庫 3.工藝方案的比較與分析 上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先加工Φ20內(nèi)孔，然后以孔定位，加工端面，保證它們之間的位置精度。方案二則先是先粗車端面，然后加工孔到尺寸要求，再以孔定位加工各個表面。跟據(jù)先面后孔的原則，應車端面。而且有幾個面精度要求不高，只需粗車就可達到要求，而方案一過多的加工了這些面。綜上分析，選擇方案二為加工方案。 四、工序設計 1.選擇加工設備與工藝裝備 （1）選擇機床 根據(jù)不同的工序選擇機床。 ①工序1、3.、4、5是粗車、半精車和精車，本零件外輪廓尺寸不大，精度要求不高，故選用最常用的臥式車床CA6140。 ②工序2、8、9 為擴、鉸孔以及鉆孔，選用立式鉆床Z525。 ③工序6為磨削外圓，選用磨床M1420。 ④工序7為銑平面，選用X62型銑床。 （2）選用夾具 本零件除了車端面用三爪卡盤定心夾緊，其他各工序使用專用夾具。 （3）選擇刀具 根據(jù)不同的工序選擇刀具在車床上加工的工序，一般都選用硬質合金車刀。加工硬質零件采用YT類硬質合金，粗加工用YT5，半精加工用YT15，精加工用YT30.切槽刀宜用高速鋼。銑刀根據(jù)《機械加工工藝手冊》表10-64選用硬質合金三面刃銑刀YT15. 銑刀壽命T=180min,D/Z=100/10,B=40。鉆孔 ，根據(jù)《機械加工工藝手冊》表10-61選取高速錐柄標準麻花鉆，高速錐柄擴孔鉆，高速錐柄鉸刀。 （4）選擇量具 本零件為中批量生產(chǎn)，一般盡可能采用通用量具，根據(jù)表面精度、尺寸和形狀等要求，參考有關手冊資料，選擇量具如下。 ①選擇各外圓加工面得量具。本零件各外圓加工面得量具見表2 表2 工序 加工面尺寸 尺寸公差 量具 1 Φ100 0.56 讀數(shù)值為0.02、測量范圍0~150游標卡尺（《設計指南》表5-108） Φ45 0.6 Φ90 0.54 3 Φ46.5 0.39 5 Φ45.3 0.1 讀數(shù)值為0.01、測量范圍25~50外徑千分尺（《設計指南》表5-108） 6 Φ45 0.017 ②選擇加工孔的量具，見表3 表 3 工序 加工尺寸 尺寸公差 量具 2 Φ19.8 0.54 讀數(shù)值為0.05、測量范圍0~150游標卡尺（《設計指南》表5-108） Φ20 0.045 讀數(shù)值為0.01、測量范圍5~30內(nèi)徑千分尺（《設計指南》表5-108） 8 Φ9 0.54 9 Φ4 0.54 讀數(shù)值為0.05、測量范圍0~150游標卡尺（《設計指南》表5-108） Φ6 0.03 讀數(shù)值為0.01、測量范圍5~30內(nèi)徑千分尺（《設計指南》表5-108） ③選擇加工軸向尺寸所用的量具 由于該零件的軸向精度不高，均選用讀數(shù)值為0.02、測量范圍0~150游標卡尺（《設計指南》表5-108） 2、確定工序尺寸 確定圓柱面得工序尺寸 本零件各圓柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度見表4。 表4 加工表面 工序雙邊余量 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗 半精 精 粗 半精 精 粗 半精 精 6 Ra6.3 4.9 0.1 Ra6.3 a0.4 90 4.9 0.1 90.1 Ra6.3 0.4 3.5 1.2 0.3 Ra6.3 3.2 0.8 20 19.8 20 20 3.2 1.6 五、確定切削用量及基本工時 切削用量包括背切刀量、進給量f和切削速度v。確定順序是先確定、f，再確定v。 由于本人設計的是工序5的專用夾具，故詳細列出切削用量的計算機工時的確定。 工序5 半精車Φ45外圓面，半精車、精車Φ90右端面，車3*2退刀槽，車Φ 45圓柱面兩端的倒角，車Φ20 內(nèi)孔的右端倒角。 （1）切削用量 本工序為精車。已知工件材料為HT200， δb=220MPa，鑄件；機床為CA6140臥式車床，工件裝在專用夾具。 1、半精車Φ45mm外圓面 1) 已知加工余量為1.2mm，則=1.2/2=0.6mm。 2) 進給量f 根據(jù)《設計指南》中表5-114,當?shù)稐U尺寸為16×25 mm ≤3~5mm,以及工件直徑為45時，f =0.4~0.5mm/r 按CA6140車床說明書（見《設計指南》中表5-57）取 f =0.48mm/r 3) 計算切削速度，按《設計指南》中表2-8,切削速度的計算公式為(壽命T=60min) (m/min) 其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系數(shù)見《設計指南》中表2-9---表2-11,即 =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。 得 x1.44x0.8x1.04x0.81x0.97=198(m/min) 4)確定機的主軸轉速 ns== 630r/min 按機床說明書(見《設計指南》中表5-56),與630r/min相近的機床轉速為560r/min及710r/min?，F(xiàn)選取=710r/min。 所以實際切削速度v=223r/min。 5) 切削工時，按《設計指南》中表2-24， 　t=　，l=41mm，=2mm，=0, =0，f=0.48mm/r,n=710r/min,i=1 的 ==0.126min 6) 檢驗機床功率　主切削力按《設計指南》中表2-10所示公式計算 　　　　　　　　?。? 　　　　　其中?。?00，＝1.0，＝0.75，＝0， ===1.12 =0.61 =9000.60.48^0.75198^00.61=190(N) 切削時消耗功率＝＝＝0.475(KW) 由《設計指南》中表5-59,CA6140機床說明書可知，CA6140主電機功率為7.5kw.轉速為710r/min時,主軸傳遞的最大功率為7kw.所以機床功率足夠，可以正常加工。 2. 半精車、精車Φ90右端面。 1） 采用車外圓的刀具加工這些表面。加工余量均可一次走刀切除，半精車時，=1mm，精車時，=0.5mm。選擇f=0.41mm/r。主軸轉速與車外圓時相同。 2） 確定工時 按《設計指南》中表2-24， L==22.5mm , =2mm, =0, =0 ===0.084(min) ===0.084(min) 3.車3*2退刀槽，車Φ45圓柱面兩端的倒角，車Φ20 內(nèi)孔的右端倒角 1) 采用切槽刀，一次完成加工。f為手動進給，主軸轉速與車外圓時相同。 2） 確定工時 根據(jù)手動的進給量而定 綜上得該工序的切削用量及基本工時見表5 表5 工步 /mm F/mm/r /min 半精車Φ45mm外圓面 0.6 0.48 0.126 半精車Φ90右端面 1 0.41 0.084 精車Φ90右端面 0.5 0.41 0.084 車3*2退刀槽 手動 車Φ45圓柱面兩端的倒角 手動 車Φ20 內(nèi)孔的右端倒角 手動 　　　　　　　　 　六、夾具設計 本夾具是工序5的專用夾具，該工序半精車、精車Φ90右端面，半精車Φ45外圓面，車3*2退刀槽，車Φ 45圓柱面兩端的倒角，車Φ20 內(nèi)孔的右端倒角。車外圓面得設計基準為Φ20內(nèi)孔，車端面的基準為Φ100的大端面。 1、 定位方案 工件以Φ20內(nèi)孔和大端面為基準，內(nèi)孔用定位銷定位，平面用兩塊條形支撐板定位，總共限制5個自由度。由于周向無位置要求，故改自由度不必限制。 2、 夾緊裝置 根據(jù)生產(chǎn)率要求，運用手動夾緊可以滿足要求。采用鉤型壓板，通過擰緊螺母對壓板同時加緊工件。壓板夾緊力主要作用是防止工件在車削力作用下的傾覆和振動，受動螺旋夾緊是可靠的，，可免去夾緊力計算。 3、夾具與機床連接元件 采用與所選的機床的主軸相配合的錐柄與機床連接 4、使用說明 安裝工件時，將螺栓松開，將工件放在支承板上，并用定位銷定位，然后擰緊螺母，便可以將工件安裝完畢。 5、結構特點 該夾具結構簡單，操作方便，能夠快速準確地將零件裝夾完畢，有利于提高生產(chǎn)效率。 6、夾緊力計算 由夾緊方案可知，夾緊力與切削力垂直 主切削力按《設計指南》中表2-10所示公式計算 　　?。? 其中　＝900，＝1.0，＝0.75，＝0， ===1.12 =0.61 =9000.60.48^0.75198^00.61=190(N) 由《設計指南》表3-6查得 K=1.8 L=41 f1=0.1 H=91 可得Fj=230N 可知螺栓夾緊機構完全可以達到要求 7 定位誤差分析 由于定位基準與設計基準一致，故無基準不重合誤差。 由于設計定位銷與內(nèi)孔的配合是間隙配合，查考《設計指南》表3-2公式以及設計的配合公差得 △D=δD+δd+△min=0.021+0.011+（0.007-0）=0.039mm 銷和主軸的設計圓跳動公差為0.01mm。 所以，定位公差=0.039+0.01=0.049mm 達到設計要求。 七、設計小結 隨著程設計接近了尾聲。經(jīng)過2周的奮戰(zhàn)我的課程設計終于完成了。在沒有做課程設計以前覺得課程設計只是對這幾年來所學知識的單純總結，但是通過這次做課程設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。 設計中我選擇的課題是CA6140的法蘭盤，起初剛拿到課題的時候有點盲目，不知道從何入手。但經(jīng)過分析和老師的指導，開始有了大體的思路，初步確定了設計方案，當然，其中也走了不少彎路。 通過這次課程設計，我有如下幾方面的感觸： 首先，在這次課程設計中，比較系統(tǒng)的復習了以前所學習的所有關于機械設計，機械原理，機械制圖以及相關制圖軟件操作的知識，并加強了綜合設計以及解決實際問題的能力。 其次，通過此次課程設計，把自己所學習的知識運用到實際中解決實際生產(chǎn)中的問題，增強了我的理論聯(lián)系實際的觀念，提高了自己理論聯(lián)系實際的能力。 最后，在課程設計過程中我體會到工程設計人員一定要嚴謹，一步一步做下來，腳踏實地，才能避免走彎路，設計出合格的產(chǎn)品。 八、參考文獻 1. 崇凱 主編 機械制造技術基礎課程設計指南 化學工業(yè)出版社 2006 2. 李益明 主編 機械制造工藝設計簡明手冊 機械工業(yè)出版社 1993 3. 魯屏宇 主編 工程圖學 機械工業(yè)出版社 2005 4. 馮辛安 主編 機械制造裝備設計（第2版）機械工業(yè)出版社 2005 5. 黃如林 汪群 主編 金屬加工工藝及工裝設計 化學工業(yè)出版社 2006 6. 白婕靜 萬宏強 主編 機械制造工程學課程設計 兵器工業(yè)出版社 2008 7. 劉登平 主編 機械制造工藝及機床夾具設計 北京理工大學出版社 2008 8. 王小華 主編 機床夾具圖冊 機械工業(yè)出版社 1992 18