机械制造技术课程设计-法兰盘加工工艺及其钻7-Φ9孔的夹具设计【全套图纸】 .doc

机械制造技术课程设计说明书设计题目：设计法兰盘零件的加工工艺 及钻7-9孔的钻床夹具 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 09-3 摘 要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。法兰盘的加工工艺规程及其夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。全套图纸，加153893706目 录一、序言11.1 夹具的现状及生产对其提出新的要求11.2 现代夹具的发展方向2二、零件的分析42.1零件的作用42.2零件的工艺分析4三、工艺规程设计53.1 确定毛坯的制造形式53.2 基面的选择53.3 制定工艺路线63.4 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定93.5 确定切削用量及基本尺寸10四、夹具设计234.1问题的提出234.2定位基准的选择234.3切削力及夹紧力计算244.4定位误差分析244.5夹具设计及操作简要说明25总结28致谢29参考文献3030一、 序 言夹具最早出现在1787年，至今经历了三个发展阶段。第一阶段表现为夹具与人的结合。在工业发展初期。机械制造的精度较低，机械产品工件的制造质量主要依赖劳动者个人的经验和手艺，而夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工具；第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展，夹具的门类才逐步发展齐全。夹具的定位、夹紧、导向（或对刀）元件的结构也日趋完善，逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一；第三阶段，即近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高，夹具在系统中占据相当重要的地位。这一阶段的主要特征表现为夹具与机床的紧密结合。1.1夹具的现状及生产对其提出新的要求现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈竞争，企业中多品种生产的工件已占工件种类数的85%左右。然而目前，一般企业习惯与采用传统的专用夹具，在一个具有大批量生产的能力工厂中约拥有1300015000套专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约隔4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量只有15%左右，特别最近年来柔性制造系统（fms）、数控机床（nc），加工中心（mc）和成组加工（gt）等新技术被应用和推广，使中小批生产的生产率逐步趋近于大批量生产的水平。综上所述，现代生产对夹具提出了如下新的要求：1. 能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期2. 能装夹一组相似性特征的工件3. 适用于精密加工的高精度的机床4. 适用于各种现代化制造技术的新型技术5. 采用液压汞站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率1.2现代夹具的发展方向现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面：1. 精密化随着机械产品精度的日益提高，势必也相应提高对其精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度可达正负0.1，用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5um，又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆读可达0.20.5um。2. 高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的机动时的和辅助时的，以提高劳动生产率，减少工人劳动强度，常见的高效化夹具有：自动化夹具、告诉化夹具、具有夹紧动力模块的夹具等。例如使用电动虎钳装夹工件，可使工件效率比普通虎钳提高了5倍左右；而高速卡盘则可保证卡爪在转速9000r/min的条件下能正常夹紧工件，使切削速度大幅度提高。3. 柔性化夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是通过调组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等，具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块夹具、数控夹具等，在较长时间内，夹具的柔性化趋向将是夹具发展的主要方向。4. 标准化夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面，在制造典型夹具，结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和不见的形成：舍弃一些功能低劣的结构，通用化方法包括：夹具、部件、元件、毛呸和材料的通用化夹具的标准化阶段是通用化的深入并为工作图的审查创造了良好的条件。目前，我国已有夹具零件、部件的国家标准：gb21482249-80，gb22622269-80以及通用夹具标准，组合夹具标准等。夹具的标准化也是夹具柔性化高效化的基础，作为发展趋势，这类夹具的标准化，有利于夹具的专业化生产和有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。二、 零 件 的 分 析2.1零件的作用 题目所给定的零件是法兰盘， 法兰盘起联接作用是车床上的重要零件。零件上精度要求较高的两个平面用以装配。2.2零件的工艺分析 法兰盘是一回转体零件,有一组加工表面,这一组加工表面以38，50，62为中心 ,包括:两个左右端面,端面上面的7-9和7-15的阶梯孔. 和m12孔和斜孔6孔, 以及退刀槽。 这组加工表面是以右端面为中心,其余加工面都与它有位置关系,可以先加工它的一个端面,再借助专用夹具以这个端面为定位基准加工另一端面,然后再加工其它加工表面. 三、 工 艺 规 程 设 计3.1确定毛坯的制造形式零件材料为ht150，由于零件年产量为20000件，已达到大批生产的水平，而且零件轮廓尺寸不大，故采用金属模铸造。这从提高生产率，保证加工精度上考虑也是应该的。3.2基面的选择3.2.1 粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。（4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。3.2.2 精基准的选择精基准的选择应满足以下原则：（1）“基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。（2）“基准统一”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。（3）“自为基准”原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。（4）“互为基准”原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。（5）所选的精基准 应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。3.3制定工艺路线制定工艺路线的出发点，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。在生产纲领一确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。1、.工艺路线方案一：1铸造铸造2时效处理时效处理3车粗车左端面和外圆4车粗车右端面和外圆5车粗车中心各孔6车车3x1的退刀槽7车精车各外圆和端面8车车内孔退刀槽3x29车精车内孔10钻钻7-9阶梯孔11钻钻m12螺纹孔12钻钻斜孔613检验检验14入库入库2 、工艺方案二：1铸造铸造2时效处理时效处理3车车左端面和外圆4车车右端面和外圆5车粗车中心各孔6车车3x1的退刀槽7车车内孔退刀槽3x28车精车内孔9钻钻7-9阶梯孔10钻钻m12螺纹孔11钻钻斜孔612检验检验13入库入库3、工艺方案的比较与分析： 上述两个方案的特点在于：方案一采用粗精加工端面和外圆可以提高加工精度，而方案二直接车端面和外圆，效率虽高但精度不能保证，应把保证精度放在首位，故选用方案一。因此最后确定的加工工艺路线如下： 1铸造铸造2时效处理时效处理3车粗车左端面和外圆4车粗车右端面和外圆5车粗车中心各孔6车车3x1的退刀槽7车精车各外圆和端面8车车内孔退刀槽3x29车精车内孔10钻钻7-9阶梯孔11钻钻m12螺纹孔12钻钻斜孔613检验检验14入库入库3.4机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定法兰盘零件材料为ht150，硬度200hbs，毛坯重量约为1.4kg，生产类型为大批生产，采用铸造毛坯。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸下：1.mm外圆表面外圆表面为it6级，参照实用机械加工工艺手册确定各工序尺寸及加工余量工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差精车外圆150h6粗车外圆351毛坯4542.外圆表面mm参照实用机械加工工艺手册确定各工序尺寸及加工余量工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸及公差精车外圆185粗车外圆386毛坯4893中心孔38，50，62参照实用机械加工工艺手册确定各工序尺寸及加工余量工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸及公差精车孔13838粗车孔33939毛坯44240工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸及公差精车孔15050粗车孔35151毛坯45454工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差精车孔162k762粗车孔36363毛坯466663.5确定切削用量及基本工时 工序3： 粗车左端面和外圆工件材料：ht15-33 b=220mpa 模铸加工要求：车左端面和外圆机床：ca6140卧式车床 刀具：采用刀片的材料为yt15，刀杆尺寸16x25mm,=90,=15,=12,=0.5mm1) 已知毛坯长度方向的加工余量为3+0.8 -0。7mm,考虑的模铸拔模斜度，=4mm2) 进给量f 根据实用机械加工工艺手册中表2.4-3,当刀杆尺寸为1625 mm35mm,以及工件直径为100时，f =0.71.0mm/r按ca6140车床说明书（见切削手册）取 f =0.9mm/r3) 计算切削速度，按切削手册表1.27,切削速度的计算公式为(寿命t=60min) (m/min)其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系数见切削手册表1.28,即=1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。所以 x1.44x0.8x1.04x0.81x0.97=158.6(m/min)4)确定机的主轴转速 ns= 1010r/min按机床说明书(见工艺手册表4.2-8),与1010r/min相近的机床转速为1050r/min及1200r/min。现选取=1050r/min。所以实际切削速度v=170r/min。5) 切削工时，按工艺手册表6.2-1l=40mm , =2mm, =0, =0 tm=0.098(min)工序 4：粗车右端面和外圆机床：ca6140卧式车床 刀具：采用刀片的材料为yt15，刀杆尺寸1625mm,=90,=15,=12,=0.5mm1) 切削深度。单边余量z=2mm2) 计算切削速度其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。 =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。所以 1.440.81.040.810.97=187m/min3) 确定机床主轴转速ns= 700r/min与700r/min相近的机床转速为750r/min。现选取=750r/min。所以实际切削速度=4) 切削工时，按工艺手册表6.2-1。t=i ;其中l=25mm; =4mm; =2mm; t=i=x1=0.06(min)工序7：精车各外圆和端面精车左端外圆1) 切削深度 单边余量为z=0.7mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取f=0.2mm/r3) 计算切削速度其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。即 =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。所以 1.440.81.040.810.97=96m/min4) 确定机床主轴转速 ns= 578r/min与578r/min相近的机床转速为600r/min。现选取=600r/min。所以实际切削速度=5)切削工时，按工艺手册表6.2-1。t=i ;其中l=41mm; =4mm; =0mm; t=i=0.37(min)精车左端面1) 切削深度 单边余量为z=0.5mm 一次切除。2) 进给量 根据机械加工工艺手册取f=0.2mm/r3) 计算切削速度：其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。 =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。所以 1.440.81.040.810.97=134m/min4)确定机床主轴转速ns= 458r/min与458r/min相近的机床转速为480r/min。现选取=480r/min。所以实际切削速度=5) 切削工时，按工艺手册表6.2-1t=i ;其中l=22.5mm; =4mm; =0mm; t=i=0.28(min)精车右端面：1) 切削深度，单边余量为z=0.5mm 一次切除。2) 进给量，根据机械加工工艺手册取f=0.9mm/r3)计算切削速度132m/min4)确定机床主轴转速 ns= 420r/min 与420r/min相近的机床转速为480r/min现选取480r/min 所以实际切削速度= 5) 检验机床功率其中2985，1.0，0.65，-0.15， =0.63 =0.61 =29851.00.51500.630.89=1122.4(n) 切削时消耗功率2.81(kw) ca6140主电机功率为7.5kw.转速为480r/min时主轴传递的最大功率为4.5kw.所以机床功率足够，可以正常加工。6) 校验机床进给系统强度已知主切削力1122.4n.径向切削力其中1940，0.9，0.6，-0.3，=0.59=0.5 所以 =19401.50.51500.590.5=203(n) 而轴向切削力 其中2880，1.0，0.5，-0.4，=0.34 =1.17 轴向切削力 =28801.50.51500.341.17=442(n) 取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数=0.1,则切削罗在纵向进给方向对进给机构的作用力为f=+ (+)=442+0.1(1122.4+203)=442+132.5=574.5n 而机床纵向进给机床可承受的最大纵向力为3530n(见切削手册表1.30)故机床进给系统可正常工作。进给量f 根据实用机械加工工艺手册表2.4-2.取f0.2mm/r机床主轴转速480r/min所以切削工时tm=0.44（min）精车右端外圆粗精加工的切削用量除了进给量和切削深度外都相同，故其余在此省略进给量f 根据机械加工工艺手册表2.4-2 取f=0.2mm/r 主轴转速 n=480r/min 所以切削工时t=0.33 min工序9：精车各内孔1) 切削深度 单边余量为z=0.5mm 2) 进给量根据机械加工工艺手册取f=0.2mm/r3) 计算切削速度其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。即 =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。所以 1.440.81.040.810.97=187m/min4) 确定机床主轴转速ns= 553r/min与553r/min相近的机床转速为600r/min。现选取=600r/min。所以实际切削速度 = (1)精车38内孔粗精加工的切削用量除了进给量和切削深度外其它都相同，故在此省略。.取f0.5mm/r机床主轴转速480r/min所以切削工时tm=0.44（min）(2)精车50内孔粗精加工的切削用量除了进给量和切削深度外都相同，故其余在此省略进给量f 根据机械加工工艺手册表2.4-2 取f=0.2mm/r 主轴转速 n=480r/min 所以切削工时t=0.17min (3)精车62内孔5) 切削工时，按工艺手册表6.2-1t=i ;其中l=25mm; =4mm; =2mm; t=i=1=0.26(min)工序10 钻7-9孔机床：z525立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表10-61选取高速钢麻花钻9.1) 给量 查机械加工工艺师手册表28-13，取f=0.13mm/r2) 削速度根据机械加工工艺手册表10-70,及10-66,查得v=30m/min.3) 定机床主轴转速ns= 1061r/min,与1061r/min相近的机床转速为1020r/min。现选取=1020r/min。所以实际切削速度=5) 削工时，按工艺手册表6.2-1。 t=i ;其中l=8mm; =4mm; =3mm; t= =0.11(min)工序11：锪孔7-15孔根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻同样尺寸的实心孔时的进给量与切削速度之关系为 式中的、加工实心孔进的切削用量. 现已知 =0.36mm/r (切削手册)表2.7 =42.25m/min (切削手册)表2.131) 给量 取f=1.50.36=0.51mm/r 按机床选取0.5mm/r2) 削速度v=0.442.25=16.9m/min. 3) 定机床主轴转速ns= 358.5r/min与358.5r/min相近的机床转速为375r/min。现选取=375r/min。4) 所以实际切削速度=5) 削工时，按工艺手册表6.2-1。t=i ;其中l=91mm; =10mm; =4mm; t= =0.78(min)工序12：钻底孔，攻螺纹m12mm （1）钻底孔选用高速钢锥柄麻花钻（工艺表3.16） 由切削表2.7和工艺表4.216查得 （切削表2.15） 按机床选取 基本工时： min （2）攻螺纹m12mm： 选择m12mm高速钢机用丝锥 等于工件螺纹的螺距，即 按机床选取 基本工时： 工序13： 钻斜孔6的孔刀具：根据机械加工工艺手册表10-61选取高速钢麻花钻6.1) 进给量 查机械加工工艺师手册表28-13，取f=0.13mm/r2) 切削速度v=2434m/min. 取v=30m/min3) 确定机床主轴转速ns= 1592r/min与1592r/min相近的机床转速为1592r/min。现选取=1426r/min。所以实际切削速度=5) 切削工时，按工艺手册表6.2-1 t=i ;其中l=7mm; =4mm; =3mm; t= =0.07(min)四、 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。由指导老师的分配，决定设计第10道工序钻7-9孔。4.1 问题的提出 本夹具主要用于钻7-9孔，精度要求不高，为此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不予考虑。因为m12螺纹孔和62k7中心孔有垂直度要求，因此我们要以已加工的62k7孔为定位基准。采用盖板式钻模板加工，用固定套定位，另外用一挡销，即可实现完全定位。4.2 定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。62的孔已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的62孔和其端面作为定位基准，来设计本道工序的夹具，以两销和已加工好的62孔及其端面作为定位夹具。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。4.3切削力和夹紧力的计算由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工，钻削力。由切削手册得：钻削力 式（5-2）钻削力矩 式（5-3）式中： 代入公式（5-2）和（5-3）得 本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧立计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。4.4定位误差分析本工序选用的工件以圆孔在定位销上定位，定位销为水平放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。在重力作用下定位副只存在单边间隙，即工件始终以孔壁与心轴上母线接触，故此时的径向基准位移误差仅存在z轴方向，且向下，见下图。式中 定位副间的最小配合间隙（mm）； 工件圆孔直径公差（mm）； 定位销外圆直径公差（mm）。定位销水平放置时定位分析图4.5 夹具设计及操作简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为钻床夹具选择了螺母夹紧方式。我们采用盖板式钻模板，本工序为钻切削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序