法兰盘夹具设计

目录一、序言2二、零件分析21零件的作用22零件的工艺分析2三、工艺规程设计31确定毛坯的制造形式32基面的选择33制定工艺路线34毛坯尺寸的确定与机械加工余量55确定各道工序的切削用量及基本工时5四、夹具的设计151问题的提出152夹具设计15五、三维建模.16五、设计总结21六、参考文献22一、序言机械制造装备课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课、大部分专业课以及参加了生产实习之后进行的。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，它在我的大学生活中占有重要的地位。通过本次课程设计，应该得到下述各方面的锻炼：1、能熟练运用机械制造课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，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、 提高结构设计的能力。通过设计夹具的训练，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而且能保证加工质量的夹具的能力。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。此次设计的是CA6140车床法兰盘及夹具设计。首先，对工件进行分析得出工艺路线；再着重进行夹具的设计，其中包括定位的设计、夹紧力的设计，夹紧和定位原件的选择。由于能力所限，设计尚存在许多不足之处，恳请老师予以指教。二、零件分析1、零件的作用题目所给的零件是法兰盘，为盘类零件，用于卧式车床上。车床的变速箱固定在主轴箱上，靠该法兰盘定心。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。2、零件的工艺分析法兰盘零件，要求钻孔6和4，保证尺寸，进行夹具设计，生产批量为中批量生产。以零件心轴和一端面定位，夹紧另外一端面。用快换钻套保证孔6和4的位置，即尺寸。三、工艺规程设计1、确定毛坯的制造形式零件材料是HT200。零件年产量是中批量,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铸造成型，采用方法为砂模机器造型。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。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）粗基准的选择按照有关粗基准的选择原则（如果必须首先保证工件上欲加工表面与不加工表面之间的位置要求，则应以不加工表面为粗基准），现选择45外表面B为粗基准，利用三爪自定心卡盘加持最右端外圆45，并且使卡盘端面紧靠右端面，这样可以消除所有六个自由度，达到完全定位。（2）精基准的选择。主要应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。3、制定工艺路线制定工艺路线应该使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为中批生量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以志用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。还应当考虑经济效果，以便降低生产成本。（1） 工艺路线方案一工序1粗车 100mm柱体左右端面及外圆外圆留有余量。以右端45 mm为粗基准。工序2钻、扩、粗铰、精铰 20mm孔至图样尺寸并车孔左端的倒角。工序3粗车45，90的外圆，粗车各端面，粗车90的倒角，粗车3x2的槽，R5的圆角。以20为精基准。工序4半精车90外圆及各端面，车槽32，R5的圆角。工序5半精车100左右端面及外圆，精车100的左端面。工序6粗铣90的左端面；粗铣、精铣 90柱体右侧面。工序7钻 49孔。工序8钻4孔，铰 6孔。工序9磨削100的右端面，90外圆及左右端面，45外圆。工序10磨削外圆面 100， 90 。工序11刻字刻线。工序12镀铬。工序13检测入库。(2 )工艺路线方案二工序1钻、扩、铰20的孔，以右端45的外圆为粗基准。工序2粗车100外圆，B面，90外圆及右侧面，3x2槽，45外圆。粗车零件左右端面工序3粗车零件左右端面，并倒20孔的倒角，以及零件右端45度倒角。工序4半精车100外圆，90外圆。工序5半精车零件左端面。工序6精车100外圆，并倒100，90的倒角。工序7精车零件右端面。工序8粗铣90的左端面；粗铣、精铣 90柱体右侧面。工序9 钻 49孔。工序10钻4孔，铰 6孔。工序11磨削90外圆及右侧45外圆。工序12抛光B面。工序13刻字画线。工序14镀铬。工序15检测入库。(3)工艺方案的比较与分析上述两种工艺方案的特点在于：方案二考虑以20孔为精加工基准，而方案一则是从右端面开始加工到左端面，然后再钻孔 20mm，这时则很难保证其圆跳动的误差精度等。因此决定选择方案二作为加工工艺路线比较合理。4、毛坯尺寸的确定与机械加工余量由于本零件材料为灰铸铁，由工艺手册得，毛坯为双侧加工，MA为G，加工精度为8到10级，这里选取9级。则，由机械制造工艺设计简明手册表2.2-4得：零件沿轴线方向的加工余量为：2x2.5mm=5mm100径向加工余量为6mm，轴向加工余量为2x2.5mm=5mm90径向加工余量为2x2.5mm=5mm，轴向加工余量为2x2.5mm=5mm45径向加工余量为2x2.5mm=5mm由机械零件工艺性手册表：2-64得：100，90柱体圆角为：R=2mm；右端45的圆角为：R=4mm； 5、确定各道工序的切削用量及基本工时工序1 ：钻，扩，铰20孔加工条件：工件材料：HT200 硬度170241HB，取190HB，机器砂型铸造。加工要求：钻，扩，铰20孔机床：Z3040型摇臂钻床(1)钻 18孔1）刀具选择：查机械制造工艺设计简明手册选用 18高速钢锥柄标准花钻。2）切削用量选择：查切削用量手册得：f=0.700.86mm/r,再由机械制造工艺设计简明手册C365L车床进给量取f =0.76mm/r。查切削用量简明手册取V =13m/min，=230r/min，按机床选取n =238r/m,故=18m/min。3)计算基本工时：T=（L+L1+L2）/(fn)=0.66min。(2)扩19.8 孔1）刀具选择：选用 19.8高速钢锥柄扩孔钻。2）确定切削用量：查切削用量简明手册得：f=0.901.1mm/r,再由机械制造工艺设计简明手册C365L车床进给量取f =0.92mm/r。扩孔时的切削速度，由现代机械制造工艺流程设计实训教程得公式：扩=（1/21/3）钻 查切削用量简明手册取VC =0.29m/s=17.4m/min，Vc=（1/21/3）VC =5.88.7m/min，=93140r/min，按机床选取n =136r/m,故=8.5m/min 。 3)计算基本工时：T=（L+L1+L2）/(fn)=(91+14+2)/(0.92136)=0.86min。其中L=91，L1=14,L2=2。(3)铰20 1）刀具选择：20高速钢锥柄机用铰刀2）确定切削用量：背吃刀量ap=0.12。由切削用量简明手册表2.11 f=1.32.5mm/r,取f=1.68由切削用量简明手册表2.30得 =7.9m/min，=125.8 r/min按机床选取 =136 r/min。所以实际切削速度=8.54m/min。3)计算基本工时：T=(L+L1+L2)/(f*n) =0.44min工序2 ：粗车100外圆、车B面，车90外圆及右侧面、3x2槽、45外圆。加工条件：机床选择：CA6140车床刀具1：刀片材料YG6，刀杆尺寸BxH=16x25mm， 刀具2：刀片材料为高速钢，成型车刀，刀杆尺寸30x45刀具3：刀片才；材料高速钢，切断车刀，刀杆尺寸16x25（1）粗车100外圆 1）选择刀具：选择刀具11)确定背吃刀量a 粗车的余量为1.5mm，一次走刀完成，即a =1.5mm。2)确定进给量：查切削用量简明手册：加工材料HT200、工件直径100mm、切削深度a =1.5mm，则进给量为0.60.9 mm/r。再根据CA6140车床说明书，取横向进给量取f =0.86mm/r。选择磨钝标准及耐用度：根据切削用量简明手册表1.9，取车刀后面最大磨损量为0.81.0。焊接车刀耐用度T=60mm。3)确定切削速度V ：根据切削用量简明手册=57.46 m/min，=172 r/min。按CA6140车床转速（机械制造工艺设计简明手册表4.28）选择与172r/min相近似的机床转速n =200r/min,则实际切削速度V = 66.6m/min。4）计算基本工时：按机械制造工艺设计简明手册公式计算：T=0.149min。（2）粗车 90外圆 1）选择刀具：用刀具22）确定背吃刀量：粗车外圆ap=1.1mm。3)确定进给量：由切削用量简明手册HT200，刀杆尺寸16 x25，,工件直径为90mm，则f=0.60.9 mm/r。再根据CA6140车床说明书，取横向进给量取f =0.86mm/r。由切削用量简明手册表1.9查取后刀面磨损最大限度为0.81.0，焊接耐用度T=60mm。4)确定切削速度Vc：根据切削用量简明手册表1.27，=44 m/min=147.6 r/min，按CA6140车床转速 选择与157.5r/min相近似的机床转速n =160r/min,则实际切削速度V =47.728 m/min。5)计算基本工时：T=（L+L1+L2+L3）i/(fn)=0.153min。(3)粗车45 外圆 选择刀具11）确定切削深度：粗车外圆，一次走刀，则ap=1.1mm。2)确定进给量：由切削用量手册，HT200，刀杆尺寸16x 25，ap=1.1,工件直径为45mm，则f=0.40.5mm/r。再由简明手册表4.23查取f =0.45mm/r。 3)确定切削速度Vc：根据切削用量手册表1.27查取：=62.7 m/min。=399 r/min按CA6140车床说明书，选择与399r/min相近似的机床转速n =400r/min,则实际切削速度V = 62.8m/min。4)计算基本工时：T=（L+L1+L2+L3）i/(fn) =0.286min。(4)成型车刀加工B面1）确定切削深度：一次走刀，则ap=2.5mm。T=120min2)确定进给量：f=0.0350.070mm/r。取f =0.050mm/r。3)确定切削速度Vc：根据切削用量手册表1.27查取：=40.602 m/min=121.987 r/min，按CA6140车床说明书，选择与121.987r/min相近似的机床转速n =125r/min,则实际切削速度V =41.605m/min。4)计算基本工时：T=（L+L1+L2+L3）i/(fn) =11.04min。(5)车90右端面及3x2槽1)确定切削深度：一次走刀，则ap=2.5mm。2)确定进给量：由切削用量手册表1.4，f=0.60.9mm/r。根据CA6140机床说明书（见工艺手册表1.31）取f=0.86 mm/r。3)确定切削速度Vc：根据切削用量手册表1.27查取：=13.965 m/min，=46.815 r/min。按CA6140车床说明书，选择与46.815r/min相近似的机床转速n =50r/min,则实际切削速度。V = 15.072m/min。4)计算基本工时：T=（L+L1+L2+L3）i/(fn) =1.419min。工序3粗车零件左右端面，并倒20孔的倒角，零件右端45度倒角加工条件：机床选择：CA6140车床刀具1：刀片材料YG6，刀杆尺寸BxH=16x25mm， (1)粗车零件左端面，即粗车 100左端面1）确定切削用量ap =1.1mm。2)确定进给量：查切削用量简明手册：取进给量为0.60.9 mm/r。再根据CA6140车床说明书（见机械制造工艺设计简明手册表1.31查取）进给量取f =0.86mm/r。根据切削用量简明手册表1.9，取车刀后面最大磨损量为0.81.0。焊接车刀耐用度T=60mm。3)确定切削速度Vc ：根据切削用量简明手册表1.27=49.56 m/min=149 r/min。按CA6140说明书，选择与149r/min相近似的机床转速n =160r/min,则实际切削速度V =53m/min。4）计算基本工时：按机械制造工艺设计简明手册公式计算：T= 0.385min。(2)粗车零件右端面1）确定切削用量ap =2.5mm。2)确定进给量：查切削用量简明手册：取进给量为0.40.5 mm/r。再根据CA6140车床说明书（见机械制造工艺设计简明手册表1.31查取）进给量取f =0.45mm/r。根据切削用量简明手册，取车刀后面最大磨损量为0.81.0。焊接车刀耐用度T=60mm。3)确定切削速度V ：根据切削用量简明手册表1.27=14 m/min=89r/min按CA6140说明书，选择与89r/min相近似的机床转速n =100r/min,则实际切削速度V =15.7m/min。4）计算基本工时：按机械制造工艺设计简明手册公式计算：T= 0.674min工序4半精车100外圆、B面，90外圆、45外圆机床选择：CA6140车床刀具1：刀片材料YG6，刀杆尺寸BxH=16x25mm， 刀尖圆弧半径0.5mm。(1)半精车100外圆 用刀具11)确定背吃刀量：半车的余量为0.9mm，一次走刀完成，即a =0.9mm。2)确定进给量：查切削用量简明手册表1.6：加工材料HT200、工件直径100mm、切削深度a =0.9mm，表面粗糙度为6.3，刀尖圆弧半径0.5mm，则进给量为0.250.40 mm/r。再根据CA6140车床说明书，取横向进给量取f =0.30mm/r。车刀耐用度T=60mm。3)确定切削速度Vc ：根据切削用量简明手册表1.27=103.071 m/min=309.971 r/min。按CA6140车床转速（机械制造工艺设计简明手册表4.28）选择与309.871r/min相近似的机床转速n =320r/min,则实际切削速度V = 106.509m/min。4）计算基本工时：按机械制造工艺设计简明手册公式计算：T=0.2.6min(2)半精车 90外圆 选择刀具：用刀具1。1）确定背吃刀量： 半精车外圆ap=1.4mm。2) 确定进给量：由切削用量简明手册表1.6，HT200，刀杆尺寸16 x25，表面粗糙度为6.3，刀尖圆弧半径0.5mm,工件直径为90mm，则f=0.250.40 mm/r。再根据CA6140车床说明书，取横向进给量取f =0.30mm/r，车刀耐用度T=60mm。3)确定切削速度Vc：根据切削用量简明手册表1.27，=103.071m/min=353.719 r/min。按CA6140车床转速 选择与353.719r/min相近似的机床转速n =400r/min,则实际切削速度V =116.557 m/min。4)计算基本工时：T=（L+L1+L2+L3）i/(fn)=0.115min。(3)半精车45 外圆 选择刀具11）确定切削深度：粗车外圆，一次走刀，则ap=1.4mm。2)确定进给量：由切削用量手册，HT200，刀杆尺寸16x 25，ap=1.1,工件直径为45mm，表面粗糙度为6.3，刀尖圆弧半径0.5mm，则f=0.250.40mm/r。再由简明手册表4.23查取f =0.30mm/r。 3)确定切削速度V：根据切削用量手册表1.27查取：=103.071 m/min=686.719r/min按CA6140车床说明书，选择与686.719r/min相近似的机床转速n =710r/min,则实际切削速度V = 107.457m/min。4)计算基本工时：T=（L+L1+L2+L3）i/(fn) =0.246min。工序5 半精车零件左端面，即100左端面加工条件：机床选择：CA6140车床刀具1：刀片材料YG6，刀杆尺寸BxH=16x25mm， 刀尖圆弧半径0.5mm。(1) 半精车100左端面1)确定背吃刀量：半精车的余量为0.9mm，一次走刀完成，即a =0.9mm。2)确定进给量：查切削用量简明手册表1.6：加工材料HT200、工件直径100mm、切削深度a =0.9mm，表面粗糙度为6.3，刀尖圆弧半径0.5mm，则进给量为0.250.40 mm/r。再根据CA6140车床说明书，取横向进给量取f =0.30mm/r。车刀耐用度T=60mm。3)确定切削速度V ：根据切削用量简明手册表1.27，=103.071 m/min。=316.235 r/min。按CA6140车床转速（机械制造工艺设计简明手册表4.28）选择与316.235r/min相近似的机床转速n =320r/min,则实际切削速度V = 106.509m/min。4）计算基本工时：按机械制造工艺设计简明手册公式计算：T=1.158min。工序6 精车100外圆，并倒90，100的倒角1)确定背吃刀量a； 半车的余量为0.5mm，一次走刀完成，即a =0.5mm。2)确定进给量：查切削用量简明手册表1.6：加工材料HT200、工件直径100mm、切削深度a =0.5mm，表面粗糙度为1.6，刀尖圆弧半径0.5mm，则进给量为0.100.15 mm/r。再根据CA6140车床说明书，取横向进给量取f =0.12mm/r。车刀耐用度T=60mm。3)确定切削速度V ：根据切削用量简明手册表1.27，=142.020 m/min=452.292 r/min按CA6140车床转速（机械制造工艺设计简明手册表4.28）选择与452.292r/min相近似的机床转速n =450r/min,则实际切削速度V = 141.3m/min。4）计算基本工时：按机械制造工艺设计简明手册公式计算：T=0.315min。工序7精车零件左端面，即100左端面1)确定背吃刀量：半车的余量为0.5mm，一次走刀完成，即a =0.5mm。2)确定进给量：查切削用量简明手册表1.6：加工材料HT200、工件直径100mm、切削深度a =0.5mm，表面粗糙度为1.6，刀尖圆弧半径0.5mm，则进给量为0.100.15 mm/r。再根据CA6140车床说明书，取横向进给量取f =0.12mm/r。车刀耐用度T=60mm。3)确定切削速度V： 根据切削用量简明手册表1.27，=142.020 m/min，=452.292 r/min按CA6140车床转速（机械制造工艺设计简明手册表4.28）选择与452.292r/min相近似的机床转速n =450r/min,则实际切削速度V = 141.3m/min。4）计算基本工时：按机械制造工艺设计简明手册公式计算：T=2.00min。工序8粗铣90左右侧面，精铣90右侧面加工条件：机床的选择：X62W，功率7.5KW，装夹系统刚性好；刀具的选择：铣刀材料为YG6，由ap=8，ae=1121mm，根据工艺手册表3.128，铣刀选择为80110mm；由切削手册表6-7选择刀具如下：粗铣刀为粗齿圆柱形铣刀，Z=10；精铣刀为细齿圆柱形铣刀，Z=14，圆柱铣刀寿命为180min。(1)粗铣左侧面，粗铣刀具1）切削用量：ap=8，ae=11mm ，一次完成2）确定进给量： 由切削手册表3.5当机床X62W功率为5-10KW,采用YG6硬质合金材料加工铸铁取=0.14-0.24mm/z,取=0.24mm/z。3）确定切削速度Vc： 由切削手册表3,27，=119.619m/min=380.952r/min根据X61W机床说明书(见切削手册表4.2-39)取主轴转速n =475r/min.则实际切削速度为Vc =149.15m/min当n =475r/min时,工作台为每分钟进给量是进给速度fm=fzzn机=0.2410475=1140mm/min.，X62W机床说明书(见切削手册表3.23)取fm=950mm/min4）计算基本工时：T=(L+L1)/fm=(38+5)/950=0.0453 min。(2) 粗铣右侧面，粗铣刀具1）切削用量：ap=8，ae=10mm，俩次完成。2）确定进给量： 由切削手册表3.5当机床X62W功率为5-10KW,采用YG6硬质合金材料加工铸铁取=0.14-0.24mm/z,取=0.24mm/z。3)确定切削速度Vc ：由切削手册表3,27，=160.952m/min=512.586r/min，根据X61W机床说明书(见切削手册表4.2-39)取主轴转速n =600r/min.则实际切削速度为Vc =188.4m/min，当n =600r/min时,工作台为每分钟进给量是进给速度fm=fzzn机=0.2410600=1440mm/min.，X62W机床说明书(见切削手册表3.23)取fm=950mm/min。4）计算基本工时：T=(L+L1)/fm=(48.2+5+38)/950=0.096 min。(3)精铣右侧面 精铣刀具1）切削用量： ap=8，ae=1mm ，一次完成2）确定进给量： 由切削手册表3.5当机床X62W功率为5-10KW,采用YG6硬质合金材料加工铸铁取=0.14-0.24mm/z,取=0.24mm/z。3）确定切削速度Vc: 由切削手册表3,27,=404.312m/min,=1287.618r/min根据X61W机床说明书(见切削手册表4.2-39)取主轴转速n =1180r/min.则实际切削速度为Vc 370.52m/min，当n =1180r/min时,工作台为每分钟进给量是进给速度fm=fzzn机=0.24141180=2832mm/min.，X62W机床说明书(见切削手册表3.23)取fm=1180mm/min。4）计算基本工时：T=(L+L1)/fm=(48.2+5)/1180=0.0451min。工序9钻49孔1)刀具选择：选用9高速钢,锥柄标准麻花钻。选用Z525型摇臂钻床。2）确定切削用量：4个孔共走四次刀。由切削用量手册f=0.470.57mm/r,由钻床取 f =0.40mm/r.由切削用量手册，取V查=0.36m/s=21.6m/min，则n=764.331 r/min由钻床说明书，取n机=850r/min,故 。3）计算基本工时：其中L1=8，L2=0，L=84，T= 4x0.047min=0.188min。工序10钻 4mm孔，铰6mm孔机床选择：选用Z525型摇臂钻床。(1)钻 4mm孔1)刀具选择：由工艺手册选用 高速钢锥柄标准花钻。2)确定切削用量：查切削用量手册f=0.180.22mm/r,由钻床取f=0.22mm/r.由切削用量手册取V =0.46m/s=27.6m/min=197r/m，由Z525钻床取n =1700r/min.，故Vc=21m/min。3)基本工时：L1=10，L2=0，L=12.5，T= 0.07min。(2)铰 6孔1）刀具选择：6高速钢锥柄机用铰刀，刀具磨钝标准为0.40.6,耐用度T=60min。2）确定切削用量：加工余量为2mm,故背吃刀量asp=1mm。查切削用量手册f=0.270.33mm/r，由工艺手册f=0.26mm/r。(3)确定切削速度：计算切削速度 ，其中KV=1，CV=15.6,ZV=0.2,XV=0.1,YV=0.5,m=0.3，V = 0.21m/s=12.8m/min，n = 679r/min，取n =670，V =8.415 m/min。3）基本工时：其中L1=10，L2=2，L=7，T= 0.109min。工序11 磨削90外圆以及零件右端45外圆 1)选择砂轮：WA46KV6P350x40x12。2)切削用量的选择：砂轮转速n砂=1500 r/min，v砂=27.5m/s。轴向进给量fa=0.5B=20mm，工件速度Vw=10m/min，径向进给量fr=0.015mm/（双行程）3)切削工时：加工90外圆 =0.819min，加工45外圆=1.606min。工序12抛光B面工序13刻线、刻字工序14镀铬工序15检测入库四、夹具的设计1问题的提出本夹具用来钻4和6的孔，有一定的公差要求，但同时应考虑提高生产率；因此设计时，对本夹具有一定的形位要求，还应装夹方便。本夹具使用在Z525型摇臂钻床上，选用螺旋夹紧。2、夹具设计(1)定位和夹紧方案的选择：由法兰盘零件的特征，采用一销一端面的定位方式，因此用一心轴和一端面的方式定位法兰盘，经过定位后的法兰盘已经限制了五个自由度，在零件的100平面用螺旋夹紧方式夹紧。（2）切削力及夹紧力计算1) 切削力的计算：轴向力：。其中： 则：扭矩: ，其中： 则：2）夹紧力的计算：由机床夹具设计手册表1-2-20，查得：当D=32，d=8，e=1.7，型，得夹紧力为=3680（N）3）切削力与夹紧力比较由夹具结构知，轴向力与夹紧力垂直，欲使夹具安全工作，夹紧力产生的摩擦力必须大于轴向力。一般钢铁接触面的摩擦系数为：0.10.15。此处取小值0.1。则F总=2f=2368=736449.238所以安全。由于钻头直径为4，所以产生的扭矩非常小，夹具可安全工作。五、三维建模4.1夹具体三维建模的最后效果4.2钻模板三维建模的最后效果4.3定位套三维建模的最后效果4.4加长快换钻套三维建模的最后效果4.5支承钉三维建模的最后效果4.6六角螺杆三维建模的最后效果4.7夹具总装备三维建模的最后效果4.8夹具总装备爆炸后三维建模的最后效果