机械制造技术课程设计说明书知识交流

序言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。 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后工作打下一个良好的基础。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导法兰盘的工艺分析及生产类型的确定1.1法兰盘的用途题目所给定的零件是 CA6140车床上的法兰盘，法兰盘起联接作用是车床上重要的零件。1.2法兰盘的技术要求表1-1法兰盘的技术要求加工表面尺寸及偏差公差及精度等级表面粗糙度Ra形位公差/mmmmμm?100外圆左端91IT71.6面?100外圆右端82IT70.4面?90外圆左端49IT70.4面?90外圆右端41IT71.6面100外圆10000..1234IT60.890外圆90IT106.4右端45外圆4500.017IT60.8左端45外圆4500.6IT60.420孔2000.045IT81.6续表1-16孔 600.03 IT9 3.21.3法兰盘的工艺性分析法兰盘是一回转体零件，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。该零件有一组加工表面，以2000.045mm为中心，主要加工10000..3412的两个端面、4500.6的圆柱面及上面的6mm的销孔，两个90mm的端面及端面上4个9的通孔。90两端的尺寸大小为34㎜和24㎜的平面尺寸4500.017mm的圆柱面。这组加工表面是以 2000.045mm为中心，其余加工表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，然后再加工其他加工表面。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）零件，该零件年产量为5000件大批生产，设其备品率a%为3%，机械加工废品率b%为0.5%，则该零件的年生产纲领为：N=Qm(1+a%)(1+b%)=5000×1(1+3%)(1+0.5%)=5175（1-1）件/年。法兰盘的年产量为5175件，查表1-5可知该产品为轻型零件。２ 确定毛坯、绘制毛坯简图2.1毛坯的选择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为轻型零件且生产类型属于大批生产，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毛坯的尺寸公差和机械加工余量据《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P27的表2－1和P28的表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大批量生产的砂型铸造的公差等级为8~12。由表2-1可知铸件的公差等级为8~12，在这里取CT12。机械加工余量等级F。由于20、4、6和9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，90两侧的基本尺寸为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：R=F+2*RMA+CT/2（2-1）。表2-1毛坯的基本尺寸项目基本尺寸／㎜加工余量／㎜毛坯的基本尺寸／㎜法兰盘100外圆1001108法兰盘100左端面91199法兰盘90外圆90198100外圆厚度90.51690外圆厚度80.515右端45外圆450.552中间45外圆450.5522.3设计毛坯图1）确定圆角半径为了减少铸件的应力集中，取铸件的圆角半径为R5。2）确定分模面由零件的结构特征知，可选过轴线的平面为分模面，采用两箱制造3）确定起模斜度由于铸件要求加工，按增加壁厚的方法确定，查《材料成型工艺基础表》 ，起模斜度取1确定毛坯的热处理方式铸件铸造后应安排时效处理，以消除残余的铸造应力，防止在机械加工过程中出现变形的情况。2.4法兰盘铸造毛坯简图图2-1毛坯简图３拟定法兰盘工艺路线为使所选的的定位基准能保证整个机械加工工艺过程顺利进行， 通常应先考虑如何选择精基准来加工各个表面，然后考虑如何选择粗基准把作为精基准的表面先加工出来。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。3.11精基准的选择根据精基准的选择原则，选择法兰盘的轴孔2000.045作为精加工的基准，因为法兰盘的左端、90外圆的右端和4500.017外圆对2000.045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2000.045内表面作为基准进行加工，选择2000.045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2000.045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 100、 90和 45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。 (2)选用法兰盘 90的右端平面作为精基准加工

90的左端平面和

100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。

(3)在铣

90两侧面的时候，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 28 0.3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。3.12粗基准的选择根据精基准的选择原则,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4500.017外轮廓表面和90的右端面作为粗基准，利用三爪卡盘夹紧 45外圆可同时削除五个自由度，再以 90的右端面定位可削除自由度。3.2表面加工方法的确定3-1表面加工方法的确定加工表面经济精度表面粗糙度Ra/m加工方案100外圆面IT60.8粗车—半精车—精车100左端面IT71.6粗车—半精车—精车续表3-1IT70.4粗车—半精车—磨削100右端面—抛光450IT60.4粗车—半精车—磨削0.6外圆面—抛光90外圆面IT106.4粗车—半精车90左端面IT70.4粗车—半精车—磨削—抛光90右端面IT71.6粗车—半精车—精车450IT60.8粗车—半精车—精车0.017外圆面45右端面IT106.3粗车20内孔IT81.6钻—扩—粗铰—精铰槽3×2IT106.3粗车—半精车90外圆面距轴线IT83.2粗铣—精铣34mm被铣平面90外圆面距轴线IT60.4粗铣—精铣—磨削24mm被铣平面4-9孔IT106.3钻—铰4的孔IT126.3钻6的孔IT83.2钻—铰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、精加工阶段和光整加工阶段（1）在粗加工阶段，首先将精基准（2000.045的孔和90的右端平面）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗车100外圆面、100左端面、100右端面、4500.6外圆面、90外圆面、90左端面、90右端面、4500.017外圆面、4500.017外圆、面槽3×2，粗铣90外圆面距轴线34mm被铣平面、90外圆面距轴线24mm被铣平面, 钻、扩、粗铰 20孔。在半精加工阶段,（2）半精车 100外圆面槽、100左端面、100右端面、4500.6外圆面、90外圆面、90左端面、90右端面、4500.017外圆、面槽3×2.（3）在精加工阶段,精车100外圆面、100左端面、90右端面、4500.017外圆面,精铣 90外圆面距轴线34mm被铣平面、90外圆面距轴线24mm被铣平面,磨削、100右端面、0450.6外圆面、90左端面、90外圆面距轴线24mm被铣平面，钻4孔、6孔、9孔、铰9孔、6孔.（4）在光整加工阶段，抛光100右端面、4500.6外圆面、90左端面。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大批生产， 可以采用万能、通用机床进行加工，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（１）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 45的外圆和 90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 20内孔，后加工次要表面—— 4孔、 6孔、 9孔和槽3x2。④遵循“先面后孔”原则，先加工法兰盘 45外面和法兰盘的左端面，再钻 20内孔，最后钻 4孔、 6孔、 9孔。（２）辅助工序机械加工完成后，还要对100右端平面、4500.6外圆和90左端平面进行抛光处理；还要对10000..1234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——主要表面精加工及光整加工3.6确定工艺路线以下是简短的工艺过程，详细的工艺过程见“机械加工工艺过程卡片” 。工序1：粗车 100端面及外圆面，粗车 B面，粗车 90外圆面；工序2：钻、扩、粗铰 20孔；工序3：粗车 45右端面及外圆面，粗车 90右端面；工序4:：粗铣 90外圆面上的两个平面；工序5：半精车 100端面及外圆面，半精车 B面，半精车 90外圆面，车 100、 90外圆面上的倒角，车 45外圆面两端的过渡圆弧，车 20内孔的左倒角；工序6：半精车 45外圆面，半精车 90右端面，车3×2退刀槽，车 45外圆面两端的倒角，车 20内孔的右倒角；工序7：精车 100端面及外圆面，精车 B面；工序8：精铰 20内孔；工序9：精车 45外圆面，精车 90右端面；工序10：精铣 90外圆面上的两个平面；工序11：钻、铰4- 9孔；工序12：钻 4孔，钻、铰 6孔；工序13：磨B面；工序14：磨 90外圆面距轴线 24mm平面；工序15：刻线刻字；工序16：B面抛光；工序17： 100外圆无光镀铬；工序18：检验入库；４加工余量、工序尺寸公差的确定和尺寸链的计算4.1机械加工余量，工序尺寸及尺寸链的计算工序十二——钻 4孔，钻、铰 6孔；（1）加工余量、工序尺寸公差的确定查表2-20查得钻 4孔钻孔余量Z1=3.9mm,钻

6孔余量

Z2=5.8,

铰

6孔余量Z3=6。查表1-10可知钻孔为IT10，铰孔为查表2-30可确定名工步的公差值为钻

IT94孔0.12mm,

钻

6孔为

0．12mm铰6孔为0．03mm.综上所述，该工序各工步的工序及公差分别为：钻4孔d1=3.900.12,钻6孔d2=5.800.12,铰6孔d3=600.03图4-1钻 4孔，钻铰 6孔加工示意图（2）尺寸链的计算图4-2 尺寸链A01=d4-d1=28-1.95=26.05ES1=.3-0=0.3EI1=-0.3-0.12=-0.42所以A01=26.050.03.42A02=d4-d2=28-2.9=25.1ES1=0.3-0=0.3 EI1=-0.3-0.12=-0.42所以A02=25.10.03.42A03=d4-d3=28-3=25ES1=.3-0=0.3 EI1=-0.3-0.03=-0.33所以A03=250.03.334.2切削用量及基本工时工序十二——钻-铰 4-Φ6mm孔工步一：钻孔 41.加工条件：工件材料：HT200,σb=0.16GPaHBS=200左右,铸造加工要求：钻-铰4-Φ6mm孔经过查找资料可选定加工机床Z525立式钻床，刀具用高速钢锥柄标准麻花钻查《指导书》P85表4-8可知，机床功率为P=2.8kw1）查指导书P85表4-10f=0.1~0.81mm表5-22f=0.07~0.12取f=0.1mm,查指导书P107表5-22v=16~24m/min取v=18m/minns1=1000v/1000181433.1r/min.（4-1），查指导书P86表4-9对照Z525立式d14钻床的主轴转速系列，取n=1360r/min则实际切削速度vnd113603.14417.08m/min（4-2）1=10001000（2）校验机床功率，切削力0.8kp=41948273.86N（4-3）Ff1=419Df0.11.031切削时消耗功率Pf1Ff1v273.86170.078KWp（4-4），符合条件601000601000（3）查指导书P117表5-45可得切削工时l14mm,l=14mm，由于l2=（1~4）mm，故取l2=2mm,l1l2l42140.146min8.8s（4-5）tj1nf13600.1工步二：钻Φ6孔1）查指导书P107表5-22和P85表4-10，取f=0.1mmv=m/minN=1000v100018955.4r/mind23.146查指导书P86表4-9对照Z525立式钻床的主轴转速系列n=960r/min实际切削速度v2nd29603.14618.09m/min10001000（2）功率校验与2）相同，得出Pf2P。符合所选功率（3）查指导书P117表5-45可得切削工时切削工时l14mm,l20mm,l7mmtj2l1l2l407nf9606.88s0.1工步三：铰Φ6孔.(1)查指导书P111表5-31（高速钢铰刀铰锥孔的切削用量）得：v=8-10(m/min)，取v=8m/min，f=0.08-0.10mm/r,取f=0.1r/minn=1000v10008424.6/min,查指导书P86表4-9对照Z525立式钻床的主轴转d23.146r速系列，取n=392r/minv3nd23923.146100010007.39m/min（2）校验后得，实际消耗功率Pf3P。符合要求（3)切削工时l10.2(1~2)2l20l7ll1l272078stj3fn0.113.392辅助时间tf与基本时间tj之间的关系为tf（0.15~0.2）tj，本次中取用tf0.15tj，则各工序的辅助时间分别为：工序十工步1的辅助时间：tf10.158.8s1.32s；工序十工步2的辅助时间：tf20.156.88s1.03；工序十工步3的辅助时间：tf30.1513.78s2.07s其他时间的计算t其他（t辅助t基本）0.9（4-6）可得：工序十工步1的其他时间：t其他1（t工序十工步2的其他时间：t其他2（t

f1tj1）0.09(8.81.32)0.090.911s；（4-7）f2tj2）0.09(6.881.03)0.090.712s；工序十工步3的其他时间：t其他3（tf3tj3）0.09(13.782.07)0.091.43s所以t其他8.206.7520.49335.433s故切削总工时为t总tj1tj2tj3tf1tf2tf3t其他=36.93s注：其余工序分析所得数据均已填入相应的工序卡中５夹具的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。本夹具将用于Z525立式钻床，采用了卡爪夹紧方式。5.1问题的提出本夹具主要用来加工 4孔和 600.03孔。由于这个夹具体的设计是以 4500.6外圆和 90右端面和距轴线34mm的平面为定位基准，故可以满足加工的要求。因此，在本道工序加工时，主要应该考虑如何提高劳动生产效率和夹具速度，降低劳动强度。5.2夹具设计的有关计算为了缩短辅助时间，本次设计中采用夹紧由气缸拉动 2个卡爪来实现。1）切屑力及夹紧力的计算刀具：直柄麻花钻D=Φ4mm由《机械制造工艺设计手册》可查得切削扭矩M=Cmd0xmfymkm103(N·m)（5-1）轴向力F=CFd0xFfyFkF(N)（5-2）3切削功率 Pm=2πM·n·10 (kw)（5-3）式中：Cm=225.63xm=1.9ym=0.8CF=558.6xF=1yF=0.8d0=4或6k(HB)0.8m=190=0.87kF=0.9f=0.13n=2012 或1426所以当钻Φ4mm孔时有M=225.63x4x1.9x0.130.8x0.87x103=0.291(N·m)F=558.60x4x1x0.130.8x0.9=393.15(N)Pm=2πx0.291x2012x103=3.676(kw)同理扩Φ6孔mm时有M=225.63x6x1.9x0.130.8x0.87x103=0.439(N·m)0.8F=558.60x6x1x0.13 x0.9=589.73(N)3Pm=2 πx0.439x1426x10 =3.931(kw)如上所述，本设计采用卡爪夹紧机构，工件以外圆定位。根据夹紧状态下工件的受力情况和力矩平衡条件KFsinaFJ2（5-4）f3sinaf42F——作用力(N)FJ——夹紧力(N)a——V形块夹角f3——工件与卡爪的轴向摩擦因数f4——工件与V形块的轴向摩擦因数KFsina2sin362500所以有FJ2Na0.5sin360.43818.33f3sinf42显然 FJ=3818.33N>589.73=F故本夹具可安全工作（2）定位误差分析夹具的主要定位元件为 V形块限制了4个自由度， 90右端面限制1个自由度和距轴线34mm的平面为一个自由度,达到了完全定位,又因零件对形位公差及尺寸公差均要求不高.故定位误差在此可忽略。5.3夹具结构设计及操作简要说明综上，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。为此，应该考虑机动夹紧而不采用手动夹紧。因为这是提高劳动生产率的重要途径， 所以Z52