机械制造工艺学课程设计CA6140机床法兰盘夹具设计.doc

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1、 工艺装备设计说明书设计题目： CA6140机床法兰盘夹具设计 学院 ： 机械工程学院 专业 ： 机械设计制造及其自动化 班级 ： 08机制六班 学生姓名： 指导教师： 2011年 6 月 23 日绪 论机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。机械制造工业是为现代化建设提供各种机械装备的部门，在国民经济的发展中具有十分重要的地位。机械制造工业的发展规模和水平是反映国民经济实力和科学技术水平的重要标志，因此，

2、我国一贯都把发展机械制造工业作为发展国民经济的战略重点之一。夹具课程设计是强化学生对基本知识和基本技能的理解和掌握,培养学生收集资料和调查研究的能力,一定的方案比较、论证的能力,一定的理论分析与设计运算能力,进一步提高应用计算机绘图的能力以及编写编制能力。机械制造工艺学课程设计是在学完了机械设计制造工艺学、进行了生产实习之后的下一个教学环节。它一方面要求学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力，另外，也为以后作好毕业设计进行一次综合训练和准备。学生通过机械制造工艺学课程设计，应在下述各方面得到锻炼：（1）能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中

3、学到的时间知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。（2）提高结构设计能力。学生通过设计借据（或量具）的训练，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而能保证加工的夹具的能力。（3）学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处，能够做到熟练运用。目 录绪 论 .1第一章 零件的分析 .2 1.1零件的作用 21.2零件的工艺分析 .2第二章 工艺规程设计 .62.1确定毛坯的制造形式 .6 2.3制定工艺路线 .6第三章 夹具设计 .103.1问题的提出 .103.2夹具设计 .10参考文献 .1

4、7致 谢 .18第一章 零件的分析1.1零件的作用题目所给的零件是CA6140车床的法兰盘。主要是用来安装在机床上，起到导向的作用使机床实现进给运动，零件上精度要求较高的两个平面用以装配，4个孔是用于连接其他机构或零件的。该法兰盘用于CA6140车床上，作用于车床变速箱固定在主轴箱上。靠法兰盘定心，法兰盘内孔于主轴的中间轴承外圆相配，外圆于变速箱体孔相配，以保证主轴三个轴承孔同轴，使齿轮正确啮合,并标明刻度实现纵向进给。1.2零件的工艺分析CA6140车床共有八处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：1.以100mm为基准面加工表面这一组加工表面包括： ，的右端面并导角2以端面为基准，车、外

5、圆，并导，和。3.以端面为基准，先用的钻头钻孔，然后再用铰刀铰孔由于孔与有跳动的要求，所以要以端面为基准。4要以孔为基准，精车所有外圆面，使其达到要求。由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。同时保证它们之间的跳动要求和尺寸要求等。5. 确定生产类型。依设计题目可知：Q=10000件/年，m=1件/台；备品率取a%=3%，废品率b%=0.5%.代入公式（11）得：N=10000件/年1件/台(1+3%)(1+0.5%)=10351件/年。由于该零件是车床上的法兰盘，质量为1.4Kg，查表13可知，该法兰盘属于轻型零件，由生产类型与生产纲领的关系从表14，可

6、确定该零件的生产类型为大批生产。6.确定毛坯、绘制毛坯图。7.选择毛坯由于该零件材料是HT200。该灰铸铁具有强度、耐磨性、耐热性均较好；且铸造性能好，根据零件年产量是大批量,而且零件加工的轮廓尺寸不大,在考虑提高生产率保证加工精度后可采用金属模机器造型；它的生产率较高，表面质量与机械性能好等。零件形状并不复杂，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。8.确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量由表210212可知，要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。（1）公差等级。由法兰盘的功用和技术要求，确定该零件的公差为CT11文献1(表21)（

7、2）铸件尺寸公差。依据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT，由文献1表23查得公差相对基本尺寸基本成对称分布。（3）机械加工余量等级。铸造方法按机器造型，且铸件材料为灰铸铁查表25得机械加工余量等级范围为EG级，取F级。9.100mm外圆加工余量、工序尺寸和公差的确定如图所示加工方案，求解各工序尺寸及公差的顺序如下： （1）从图可知P1=D=100mm（2）P2=P1+Z3,其中Z3为磨削余量根据机械加工工艺设计员手册（以下简称文献2）表510确定Z3=0.4mm,则P2=100+0.4.由于P2是在半精车加工中保证的，查机械制造技术基础课程设计指导教程（以下简称文献1）表120知，粗铣加工工序

8、的经济精度等级可达到要求为IT10,因此确定该工序次、尺寸公差等级为IT12,其公差值为0.14mm，P2=100.4mm第二章 工艺规程设计2.1确定毛坯的制造形式零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中承受交变载荷及冲击性载荷不大，零件结构又比较简单，故选择铸件毛坯。2.2基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，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，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。1.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

9、。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，现选取孔外轮廓表面作为粗基准。2.精基准的选择主要应该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，这在以后还要专门计算，此处不再重复。2.3制定工艺路线制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下,可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产

10、成本尽量下降。1.工艺路线方案一工序一 以100mm为粗基准，粗车端面及外圆，并导，选用CA6140机床。工序二 以外圆面为基准，粗车100mm、外圆，并导，和。工序三 以外圆面为基准，钻通孔，先用钻的钻头钻孔，再铰孔达到的尺寸。工序四 导右端面角工序五 以内孔为基准精车左端面和右端面并保证跳动在0.03内,并切槽。工序六 以右端面和外圆面定位,利用两个端面夹紧,铣粗糙度为3.2的外圆左平面。工序七 以刚铣的平面定位,利用两端面夹紧,铣外圆右平面，保证尺寸为24。工序八 以一个铣好的平面定位,再利用另外一个平面夹紧,钻的通孔,再扩孔到孔,保证尺寸为L=7,再铰孔使其达到所要求的精度。工序九 以

11、孔为基准面,利用专用夹具,钻4个孔。工序十 再用磨床磨外圆使其达到所要求的粗糙度。工序十一 检查。2.工艺路线方案二工序一 车端面及外圆，以100mm为粗基准，选用CA6140机床。工序二 以外圆面为基准，粗车100mm、外圆，并导，和。工序三 以外圆面为基准，钻通孔，先用钻的钻头钻孔，再铰孔达到的尺寸。以外圆面为基准，粗车100mm、外圆，并导，和。工序四 以100mm外圆面为基准，并导，和。工序五 以内孔为基准精车100mm左端面和右端面和保证跳动在0.03内,并车槽。工序六 以右端面和一圆面定位,利用两个端面夹紧,先铣粗糙度为3.2的一面。工序七 以刚铣的平面定位,利用两端面夹紧,铣另外

12、一面保证尺寸为24。工序八 以一个铣好的面定位,再利用另外一个面夹紧,钻的通孔,再圹孔到孔,保证尺寸为L=7,再铰孔使其达到所要求的精度。工序九 以孔为基准面,利用专用夹具,钻4个孔。工序十 再用磨床磨外圆使其达到所要求的粗糙度。工序十一 检查。虽然工艺路线二的工序仍然是十一步，但多次加工表面，是精度要求和粗糙度的要求和有跳动的要求，另外表面是多次加工的基准，方案一中在加工其外圆表面的同时进行了导角，工序较为集中，也方便装夹，在一定程度上提高了生产效率。所以选择第一个方案。3最终工艺路线工序一 以100mm为粗基准，粗车端面及外圆，并导，选用CA6140机床。工序二 以外圆面为基准，粗车100

13、mm、外圆，并导，和。工序三 以外圆面为基准，钻通孔，先用钻的钻头钻孔，再铰孔达到的尺寸。工序四 导右端面角工序五 以内孔为基准精车100mm左端面和右端面和保证跳动在0.03内,并切槽。工序六 以右端面和外圆面定位,利用两个端面夹紧,铣粗糙度为3.2的外圆左平面。工序七 以刚铣的平面定位,利用两端面夹紧,铣外圆右平面，保证尺寸为24。工序八 以一个铣好的平面定位,再利用另外一个平面夹紧,钻的通孔,再扩孔到孔,保证尺寸为L=7,再铰孔使其达到所要求的精度。工序九 以孔为基准面,利用专用夹具,钻4个孔。工序十 再用磨床磨外圆使其达到所要求的粗糙度。工序十一 终检第三章 夹具设计3.1问题的提出为

14、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。本次设计加工100mm端面和孔20mm的车床夹具，本夹具将用于CA6140型摇车床，刀具材料为高速钢，在法兰盘的45外圆表面上加工孔。利用本夹具主要用来加工100mm端面和孔20mm，这个孔内表面的粗糙度要求为，在加工前先加工4mm孔，且法兰盘的45h6mm外圆表面和90mm段两侧平面均已经过半精加工。加工20mm孔的整个过程包括钻、扩、铰三步，因此本工序的加工精度容易保证，主要考虑如何定位夹紧以节省操作时间提高生产率。3.2夹具设计定位基准的选择由零件图知，100mm端面对90mm段右侧端面有一定的位置度要求，为了减少定位误差，

15、以90mm段右侧端面为主要定位基准面，以45h6mm外圆表面和90mm段一侧小平面为辅助定位面，共限制个自由度，其中与6H9mm孔轴线同方向的自由度被重复限制，但起到增强定位稳定性的作用，因此这一定位方案可行。2.定位误差分析 夹具的主要定位元件为定位套，该定位套是根据零件定位方案设计的专用件，各定位面加工后对6H9mm孔的轴向位置偏差影响可以忽略不计。钻孔位置主要由钻套钻模板引导，因此孔的位置加工偏差主要由钻套中心位置尺寸偏差决定。查文献4表3-17，普通精度的钻模板上固定的衬套中心位置尺寸的极限偏差取0.05mm0.3mm,因此孔的位置偏差可以保证。3.夹具设计及操作的简要说明如前所述，在

16、设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。夹具体上钻套采用快换形式提高了加工生产效率。同时，在定位和夹紧方面采用的是带有螺栓连接的定位心轴和快速螺旋夹紧机构，该夹紧机构是螺母螺孔内又斜钻了孔，其孔径略大雨螺纹外径。螺母斜向沿着光孔套入螺杆，然后将螺母摆正，使螺母的螺纹与螺杆（即：定位心轴）啮合，再略为拧动螺母，便可夹紧工件。快速旋转夹紧机构同样的提高了加工生产效率。在用定位心轴定位时，采用的是间隙配合心轴，心轴工作部分按基孔制h6、g6或f7制造。此设计在装卸工件时较方便，缩短了加工时的辅助时间。根据该法兰盘结构特点设计的定位套一次限制5个自由度，外加一定位支承板限制2个自由度，即满足定位要求又能增

17、加定位稳定性。夹紧装置使用钩形夹紧螺栓，操作方便。该夹具上设有挡块，可防止零件在加工时发生翻转或者滚动。夹具体也是由定位夹紧需要设计而成，工件的拆装也比较方便，总体上这套夹具方案能够满足生产要求。4.夹具设计任务如图2为100端面加工的工序简图。已知：工件材料为HT200,毛坯为铸造，大批生产规模，所选用的机床为C620-1卧式车床，加工刀具为硬质合金车刀。为100mm端面加工工序设计车床夹具。5. 夹具设计方法和步骤（1）. 夹具类型的确定由设计任务及条件可知工件的外形轮廓尺寸小、重量轻和工序的要求，拟采用安装在机床主轴过度盘上的车夹具。（2）. 定位装置的设计 a.确定定位方案根据工序加工

18、要求和工件的结构特点，拟定以20mm孔和100mm的左端面为主要定位面，其中以孔为定位时可限制工件的两个自由度（,）图4-2，若采用长销定位可消除五个自由度（,，,）。100mm的左端面定位，可限制工件的三个自由度（,）图4-3。采用长销定位和端面定位就产生重复定位，所以确定用短销和端面为定位。定位方案如图4-4所示。 图4-2（消除自由度,） 图4-3（消除自由度,）图 4-4 工序简图（夹紧定位）b.选择定位元件 工件是同时以圆孔和端面组合定位，所以采用带有支撑面的结构，孔定位元件选择短定位销。定位孔与定位销的配合尺寸为20mm（按文献1 表124选取），加100mm的左端面定位限制工件的

19、三个自由度（,），其端面的结构和尺寸按要求确定。c. 定位误差分析计算已知定位是采用圆孔和一平面作为定位基准，定位误差如图4-5图4-5由定位误差=孔为20mm,定位销为20mm。对于要加工的工序尺寸而言，定位基准与工序基准重合。定位误差=由于定位副制造误差引起的定位误差=0.021+0.020=0.041mm则： =+=0.041mm该方案的定位误差小于该工序尺寸制造公差，所以该方案定位合理。6.夹紧装置的设计(1)夹紧机构根据机床夹具的使用特点，力求使夹具的结构简单，操作方便和安全，采用气压装置的夹紧机构。夹具以定位销7和支持板6为定位，采用定位套压板成圆周分布的形式压在工件上。这样使得结

20、构简单、夹紧可靠、夹紧后不是使工件变形并且装夹方便等。夹紧力采用气压缸提供这样夹紧力可靠。当连接杆1向左拉动连接套2和连接盘3时，压紧工件。相反运动时夹爪可以自动张开。 (2)切削力的计算a.车100mm端面的切削力，根据文献【3】表1712车削切削力的计算公式可得F=1002afK F=530afKF=451afKK=KKKKK选取a=2.1mm,f=0.8mm/r,其余参数查文献【3】表17131719可得F=10022.10.81.151.081.01=2200 (N)F=5302.10.81.151.081.01=1169 (N)F=4512.10.81.151.081.01=1075

21、 (N) b.夹紧力的估算。根据特征切削点切削力的方向，计算出各特征切削点夹紧力的大小。如图4-7所示，工件在F的作用下有沿Z轴方向移动的趋势，在F的作用下有沿y轴移动的趋势，此时F的作用力可看作与定位支撑板的增加力。要使工件能静止图4-7切削力的分析夹紧力F的大小应满足 F=1120 (N)按照实际夹紧力的公式F=FKK为安全系数K=KKKKKKK。查文献【3】表17101711可得K=3则实际夹紧力F=11203=3360 (N)由于夹紧力有三个，选用回转式气缸夹具设计手册，满足设计要求首先，夹具与机床连接夹具体通过过渡盘和车床主轴连接，夹具体和过渡盘连接处表面应进行配合磨，这样能保证机床

22、主轴和夹具体的同轴度。其次，夹具操作简要说明安装工件时气压缸通过推动连接杆1向左运动同时带动连接套2和连接盘最后，带动三个钩形压爪同时运动压紧工作，松开时气压缸带动连接杆向右运动压爪可以自动张开，为了使夹具体上的压爪能同时准确地压在工件上以及能准确定位，工件定位的另一端套有导向筒5起到导向作用。图4-8车床夹具图参考文献1 王光斗，王春福主编机床夹具设计手册上海：上海科学技术出版社,20002 赵家齐主编机械制造工艺学课程设计指导书北京：机械工业出版社,20013 孙巳德主编机床夹具图册北京：机械工业出版社,19974 李庆余主编机械制造装备设计北京：机械工业出版社,19955 王先逵主编机械

23、制造工艺学北京：机械工业出版社,20046 HIRAME.GRANT编著夹具非标准夹具装置北京：机械工业出版社，19987 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理.北京：机械工业出版社，20018 濮良贵，纪名刚主编.机械设计.北京：高等教育出版社，20069 赵家齐主编.机械制造工艺学课程设计指导书（第2版）.北京：机械工业出版社，199810 李旦，邵东向，王杰.机床专用夹具图册.哈尔滨工业大学出版社，199811 王启平主编.机床夹具设计. 北京：机械工业出版社,199712 庞志成主编.工业造型设计.上海：上海科学技术出版社,2001致 谢通过本次毕业设计，我不仅系统的复习了所学的专业知识，还提高了自我思考能力与动手能力，培养了严谨认真、注重实践的科学态度，锻炼了从失败中总结教训，积累经验的科学心态。而且发现了自己的许多不足，认识到了知识的重要性，体会出只有不断的充实自己，不断的挑战自己，才能在今后的学习工作生活中获得更多的收获。课程设计研究期间，王新荣老师们给予我许多悉心的指导和帮助，教给我知识的同时也教我为人处世的道理。在这里也非常感谢其他老师和同学们在设计中给我的建议、指导和帮助。 王老师渊博的知识和严谨的治学态度深深打动着我。在此，致以我最诚挚的谢意，王老师您辛苦了！