机械制造工艺学课程设计

PAGE目录第1章、零件的分析 11.1零件的作用 11.2零件的工艺分析 1第2章、工艺规程设计 22.1确定毛坯制造方法，初步确定毛坯形状 22.2基准的选择 22.2.1粗基准的选择 22.2.2精基准的选择 22.3工件表面加工方法的选择 32.4制定工艺路线 42.4.1工艺路线方案一 42.4.2工艺路线方案二 52.4.3工艺方案的比较与分析 62.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 62.6确定切削用量及基本工时： 11第3章、夹具设计 163.1问题的提出 163.2夹具设计 173.2.1定位基准选择 173.2.2切削力及夹紧力计算 173.2.3定位误差分析 173.2.4钻床夹具的装配图见附图 17参考文献 18致谢 19PAGE3第1章、零件的分析1.1零件的作用题目给的零件是CA6140卧式车床上的法兰盘，它位于车床丝杆的末端，主要作用是标明刻度，实现纵向进给。零件的φ100外圆上标有刻度线，用来对齐调节刻度盘上的刻度值，从而能够直接读出所调整的数值；外圆上钻有底部为φ4mm上部为φ6mm的定位孔，实现精确定位。法兰盘中部的通孔则给传递力矩的标明通过，本身没有受到多少力的作用。1.2零件的工艺分析法兰盘的加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下：a.以mm外圆为初基准的加工表面b.以mm孔为中心的加工表面它们之间有一定的位置要求，主要是：（一）mm左端面与孔mm中心的轴向跳动度为0.03；（二）φ90mm右端面与孔mm中心的轴向跳动度为0.03；（三）mm外圆与孔mm中心的径向圆跳动为0.03mm;经过以上加工表面的分析，我们可选定mm外圆为粗基准，加工出精基准孔mm所在的加工表面，然后借助专用夹具对其他加工表面进行加工，保证它们的位置精度。（四）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%，废品率取b%=0.5%，代入（公式1—1）：N=Qn(1+a)(1+b)得N=10000件/年*（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1—3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1—4可确定该零件的生产类型为大批生产。第2章、工艺规程设计2.1确定毛坯制造方法，初步确定毛坯形状零件材料是HT200。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铸造成型的金属型铸造。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。2.2基准的选择基面的选择是工艺规程设计中重要的工作之一。定位选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得宜提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正进行。2.2.1粗基准的选择因为法兰盘可归为轴类零件，按照“保证不加工表面与加工表面相互精度原则”的粗基准选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时则应与这些加工表面要求相对精度较高的不加工表面作为粗基准），所以对于本零件可以先以法兰盘右端mm的外圆及φ90mm的右端面作为粗基准，利用三爪卡盘夹紧mm外圆可同时消除四个自由度，再以φ90mm的右端面定位可限制两个自由度。2.2.2精基准的选择主要就考虑基准重合问题,当设计基准与定位基准不重合时，应该进行尺寸换算。这在以后还要专门计算，此处不再计算。2.3工件表面加工方法的选择本零件的加工面有个圆、内孔、端面、车槽等，材料为HT200。参考《机械制造工艺设计简明手册》表1.4—6、表1.4—7、表1.4—8《实用机械加工工艺手册》表3-5、表3-6、表3-8、表3-31等，其加工方法选择如下：一、mm外圆面：公差等级为IT6~IT8，表面粗糙度为0.8,采用粗车→半精车→磨削的加工方法。二、mm内孔：公差等级为IT7~IT8，表面粗糙度为1.6，采用钻→扩→铰→精铰的加工方法，倒角用车刀加工。三、mm外圆面：公差等级为IT6~IT7，表面粗糙度为0.4，采用粗车→半精车→磨削的加工方法。四、φ90mm外圆：公差等级为IT8~IT10，表面粗糙度为6.4，采用的加工方法为粗车→半精车。五、mm外圆面：公差等级为IT6~IT7，表面粗糙度为0.8，采用粗车→半精车→粗磨→精磨的加工方法。六、右端面：未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT8~IT11，表面粗糙度为6.3，采用的加工方法为粗车。七、φ90mm突台右端面：未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为1.6，采用的加工方法为粗车→半精车→精车。八、φ90mm突台左端面：未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为0.4，采用的加工方法为粗车→半精车→磨削。九、mm突台左端面：未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为1.6，采用的加工方法为粗车→半精车→精车。十、槽3×2：未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为6.3，采用的加工方法为粗车。十一、mm突台右端面：未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为0.4，采用的加工方法为粗车→半精车→磨削。十二、φ90mm突台距离轴线34mm的被铣平面:未注公差等级,根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为3.2，采用的加工方法为粗铣→精铣.十三、φ90mm突台距离轴线24mm的被铣平面:未注公差等级,根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为0.4，采用的加工方法为粗铣→精铣→磨削.十四、4—9孔：未注公差等级,根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为6.3，采用的加工方法为钻削。十五、φ4mm的孔：未注公差等级,根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为6.3，采用的加工方法为钻削。十六、φ6mm的孔：未注公差等级,根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为3.2，采用的加工方法为钻→铰。2.4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大批生产的条件下，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。还有，应当考虑经济效果，以便降低生产成本。2.4.1工艺路线方案一(一)工序Ⅰ粗车mm柱体左端面。(二)工序Ⅱ钻、扩、mm粗铰、精铰mm孔至图样尺寸并车孔左端的倒角。(三)工序Ⅲ粗车mm柱体右端面，粗车φ90mm柱体左端面，车mm柱体的过度倒圆，粗车外圆mm、mm、φ90mm，半精车外圆mm、、φ90mm，车mm柱体的倒角。(四)工序Ⅳ粗车、半精车、精车φ90mm右端面，车槽3×2，粗车、半精车mm外圆并在孔mm右端倒角。(五)工序Ⅴ半精车mm左、右端面、φ90mm左端面，精车mm左右端面、φ90mm左端面。(六)工序Ⅵ精车φ90mm右端面(七)工序Ⅶ粗铣、精铣φ90mm柱体的两侧面。(八)工序Ⅷ钻φ4mm孔，铰φ6mm孔。(九)工序Ⅸ钻4—φ9孔。(十)工序Ⅹ磨削B面，即mm外圆面、mm右端面、φ90mm左端面。(十一)工序Ⅺ磨削外圆面mm、φ90mm。(十二)工序Ⅻ磨削φ90mm突台距离轴线24mm(十三)工序ⅩⅢ刻字刻线。(十四)工序XIV镀铬。（十五）工序ⅩⅤ检测入库。2.4.2工艺路线方案二(一)工序Ⅰ车柱体的右端面，粗车φ90mm右端面，车槽3×2，粗车、半精车外圆mm，车右端倒角。(二)工序Ⅱ粗车mm柱体左、右端面，粗车φ90mm柱体左端面，半精车mm左、右端面、φ90mm左端面，粗车外圆mm、mm、φ90mm，半精车外圆mm、mm、φ90mm，车100柱体的倒角，车mm柱体的过度倒圆。(三)工序Ⅲ精车100左端面，φ90mm右端面。(四)工序Ⅳ钻、扩、粗铰、精铰孔20mm至图样尺寸并车孔左端的倒角。(五)工序Ⅴ粗铣、精铣φ90mm柱体的两侧面。(六)工序Ⅵ钻φ4孔，铰φ6孔。(七)工序Ⅶ钻4—φ9孔。(八)工序Ⅷ磨削外圆面mm，φ90mm。(九)工序Ⅸ磨削B面，即mm外圆面mm右端面、φ90mm左端面。(十)工序Ⅹ刻字刻线。(十一)工序Ⅺ镀铬。(十二)工序Ⅻ检测入库。2.4.3工艺方案的比较与分析上述两种工艺方案的特点在于：方案一是从左端面加工到右侧，以mm的外圆作-为粗基准加工左端面及mm的孔又以孔为精基准加工，而方案二则是从右端面开始加工到左端面，然后再钻孔mm，这时则很难保证其圆跳动的误差精度等。因此决定选择方案一作为加工工艺路线比较合理。2.5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HT200，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，工序及毛坯尺寸如下：“法兰盘”零件材料为HT200，硬度190HBS，毛坯重量约为2.8KG，生产类型为中批生产，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外圆表面此外圆表面为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偏差精磨外圆0.2450.017Φ精车外圆0.445.20.039Φ半精车外圆1.445.60.1Φ粗车外圆3470.3Φ毛坯5501.0Φ2.外圆表面Φmm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偏差精车外圆0.51000.24Φ半精车外圆1.5100．50.30Φ粗车外圆41020.6Φ毛坯61061.6Φ3．B面Φ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0.6450.6Φ半精车外圆1.445.60.7Φ粗车2471.0Φ毛坯4492.0Φ4、B面中两个端面：工序名称工序余量精车0.2半精车0.8粗车2毛坯35．孔Φ20mm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铰0.1200.045Φ20铰孔0.219.90.084Φ19.9扩孔1.719.70.1Φ19.7钻孔1818+0.6Φ18毛坯2006.Φmm外圆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0.5900.6Φ半精车外圆1.590.50.7Φ粗车4921.0Φ毛坯6962.0Φ7.Φmm的右端面1）按照《工艺手册》表6-28，铸件重量为2.8kg，Φmm端面的单边加工余量为2.0～3.0，取Z=3.0mm，铸件的公差按照表6-28，材质系数取，复杂系数取，则铸件的偏差为；2）精车余量：单边为0.2mm（见《实用机械加工工艺手册》中表3.2-2），精车公差既为零件公差0.017mm；3）半精车余量：单边为0.8mm（见《实用机械加工工艺手册》中表11-27）本工序的加工公差为0.1mm4）粗车余量：粗车的公差余量（单边）为Z=3.0-0.2-0.8=2mm；粗车公差：现在规定本工步（粗车）的加工精度为IT11级，因此，可以知道本工序的加工公差为0.16mm，由于毛坯及以后各道工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实就是含义上的加工余量，实际上，加工余量有最大的加工余量及最小加工余量之分；Φmm右端面的尺寸加工余量和工序间余量及公差分布图见下图：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端面0.2940.6半精车端面0.894.20.7粗车2951.0毛坯3972.08.Φmm左端面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端面0.2910.6半精车端面0.891.20.7粗车2921.0毛坯3940.69、mm右端面：工序名称工序余量精车0.2半精车0．8粗车2毛坯310、mm圆柱面上离mm孔中心线34mm的平面工序名称工序余量半精铣0.7粗铣10.3毛坯1111、mm圆柱面上离mm孔中心线24mm的平面工序名称工序余量精磨0.05精铣0.15半精铣0．7粗铣20.1毛坯212.6确定切削用量及基本工时：一．工序Ⅰ粗车100左端面（1）选择刀具选用93偏头端面车刀，参看《机械制造工艺设计简明手册》车床选用C365L转塔式车床，中心高度210mm。选择车刀几何形状，前刀面形状为平面带倒棱型，前角为10°，后角8°，主偏角93°，副偏角10°，刀尖圆弧半径0.5mm,刃倾角-10°。（2）确定切削用量（a)确定背吃刀量ap(即切深a)粗车的余量为4.5mm由于刀杆截面取最大吃刀深度为6mm所以一次走刀完成即ap=4.5mm。（b)确定进给量查《切削用量简明手册》：加工材料HT200、车刀刀杆尺寸为16*25、工件直径100mm、切削深度a=4.5mm，则进给量为0.7-1.0。再根据C365L车床及《机械制造工艺设计手册》表3-13查取横向进给量取f=0.73mm/r。(c)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0.8-1.0。焊接车刀耐用度T=60mm。(d)确定切削速度V根据《切削用量简明手册》表1.11当用YG6硬质合金车刀加工HT2（182-199HBS），a=4.5mm，f=0.73mm/r，查出V=1.05m/s。由于实际情况，在车削过程使用条件的改变，根据《切削用量简明手册》表1.28，查得切削速度的修正系数为KTv=1.0,Ktv=1.0,Kkrv=0.73,Kmv=(190/HBS)1.25=1.0,Ksv=0.85，Kkv=1.0。则V=V*KTv*Ktv*Kkrv*Kmv*Ksv*Kkv=1.05*60*1.0*1.0*0.73*1.0*0.85*1.0=44m/min,n=140r/min按C365L车床转速（《机械制造工艺设计手册》表4.1－1）选择与140r/min相近似的机床转速n=136r/min,则实际切削速度V=42.7m/min。(e)校验机床功率车削时功率P可由《切削用量简明手册》表1.25查得：在上述各条件下切削功率P=1.7-2.0，取2.0。由于实际车削过程使用条件改变，根据《切削用量简明手册》表1.29-2，切削功率修正系数为：Kkrpc=KkrFc=0.89,Kropc=KroFc=1.0。则：P=P×Kkrpc×Krop=1.87KW根据C365L车床当n=136r/min时，车床主轴允许功率PE=7.36KW。因P<PE，故所选的切削用量可在C365L上加工。（f）校验机床进给机构强度车削时的进给力Ff可由《切削用量手册》查表得Ff=1140N。由于实际车削过程使用条件的改变，根据《切削用量简明手册》查得车削过程的修正系数：Kkrf=1.17,Krof=1.0,K=0.75,则Ff=1140*1.17*1.0*0.75=1000N根据C365L车床说明书(《切削用量简明手册》),进给机构的进给力Fmax=4100N(横向进给)因Ff<Fmax，，所选的f=0.73进给量可用。综上，此工步的切削用量为：a=4.5mm，f=0.73,n=136r/min,V=42.7m/min。（3）计算基本工时：按《机械制造工艺设计简明手册》公式计算：L=L0+L1+L2+L3,由于车削实际端面d0=0,L1=4,L2=2,L3=5，则L=100/2+4+2+5=61mm.T==L*i/(f*n)=61×1/(0.73×136)=0.61min二工序Ⅱ(一)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=0.70-0.86mm/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=0.33m/s=19.8m/minn=1000V/(pD)=1000×19.8/3.14×18=350r/min按机床选取n=322r/m,故V=pDn/1000=3.14×18×322/1000=18m/min(3)计算基本工时：T=（L+L1+L2）/(f×n)=(91+11+0)/(0.76×322)=0.42min。其中L=91，L1=（D/2）×cotKr+2=11,L2=0(二)扩19.8孔（1）刀具选择：选用F19.8高速钢锥柄扩孔钻。（2）确定切削用量：（3）切削用量选择：查《切削用量简明手册》得：f=0.90-1.1mm/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：VC=（1/2-1/3）VC查《切削用量简明手册》取VC=0.29m/s=17.4m/minVC=（1/2-1/3）VC=5.8-8.7m/minn=1000VC/D=1000×(5.8-8.7)/(3.14×18)=93-140r/min按机床选取n=136r/m,故V=pDn/1000=3.14×19.8×136/1000=8.5m/min(4)计算基本工时：T=（L+L1+L2）/(f×n)=(91+14+2)/(0.92×136)=0.86min。其中L=91，L1=14,L2=2(三)粗铰19.94（1）刀具选择：19.94高速钢锥柄铰刀。后刀面磨钝标准为0.4-0.6，耐用度T=60min（2）确定切削用量：背吃刀量asp=0.07查《切削用量简明手册》得：f=1.0-2.0mm/r，取f=1.68mm/r。计算切削速度，其中CV=15.6,ZV=0.2,XV=0.1,YV=0.5,m=0.3,KV=(190/HB)0.125=1,则：V=15.6×(19.94)0.2/[601－0.3×36000.3×(0.07)0.1×(1.68)0.5]=0.14m/s=8.4m/minn=1000×V/(d)=1000×8.4/(3.14×19.94)=134r/min按机床选取n=132r/minV=pdn/1000=3.14×132×19.94/1000=8.26m/min(3)计算基本工时：T=（L+L1+L2）/(f×n)=(91+14+2)/(1.68×132)=0.48min。其中L=91，L1=14,L2=2(四)精铰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asp=0.03。切削速度与粗铰，故n=132r/mmin。由《切削用量简明手册》f=1.0-2.0mm/r,取f=1.24VC=pdn/1000=3.14×132×20／1000＝8.29r/min(3)计算基本工时：T=(L+L1+L2)/(f*n)=(91+14+2)/(1.24*132)=0.65min其中L=91,L1=14,L2=2(五)倒角（内孔左侧）（１）刀具选择：用粗车100外圆左端面的端面车刀。（２）确定切削用量：背吃刀量asp=1.0mm,手动一次走刀。V＝30，n＝1000V/(pd)＝1000*30/(3.14*20）=477.7r/min由机床说明书，n＝430r/min,VC=pdn/1000=3.14*430*20/1000=27m/min第3章、夹具设计3.1问题的提出为了提高劳动生产，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。定位误差分析：1.定位元件尺寸及公差的确定：夹具的主要定位元件为一平面一短销，该定位短销的尺寸与公差规定和本零件在工作时的尺寸与公差配合，即2.由于存在两平面配合，由于零件的表面粗糙度为，因此需要与配合平面有一粗