机械制造技术课程设计-法兰盘831004加工工艺及钻4-φ9孔夹具设计

机床夹具设计说明书“法兰盘(CA6140车床)”零件“钻4-Φ9孔”工序的夹具设计全套图纸加V信153893706或扣3346389411姓名：学号：班级：指导教师：学院：2021年11月目录一、工序设计 31.选择加工设备与工艺装备 32.确定工序尺寸 6二、切削用量、工时定额的计算 8工序7（半精车φ450-0.017端面外圆柱面、φ90右端面和外圆柱面） 8工序8（半精车φ100左端面、φ100外圆柱面、B面） 11工序11（钻φ9孔） 14三、夹具总体设计 151.定位方案 152.夹紧机构 163.对刀装置/导向装置 174.夹具与机床连接元件 185.夹具体 186.使用说明 197.结构特点 198.夹具中标准件清单 199.夹具装配总图 19四、设计总结 20五、参考文献 20六、心得体会 21一、工序设计1.选择加工设备与工艺装备（1）选择机床选择机床时,应注意以下几个基本原则：1.机床的加工尺寸范围应与工件的外形尺寸相适应。2.机床的精度应与工序要求的精度相适应。3.机床的生产率应与工件的生产类型相适应。如果工件尺寸太大、精度要求过高，没有适当的设备可供选择时，应考虑机床改装或设计专用机床。根据以上原则，选择机床如下：1.工序3、4是粗车。是对外圆表面、端面及倒角等的粗加工，故选择车床来加工，且本零件外轮廓尺寸不大，CA6140型卧式车床即可满足要求（表5-62）。2.工序5是钻。该道工序是对毛坯上φ20的内孔的粗加工，零件尺寸不大，为回转体零件，可在车床上进行加工，CA6140卧式车床可满足要求。3.工序6是粗铣。是对距轴线24mm、34mm的平面进行粗加工，此平面并非端平面，可选择铣床进行加工。X62可满足设计要求（表5-81）。4.工序7、8是半精车。此两道工序是对外圆表面及端面的半精加工，依旧选择车床进行加工，CA6140型卧式车床即可满足要求（表5-62）。5.工序9是扩、铰。是对φ20内孔的半精加工及精加工，使其达到要求的加工精度，为后续加工提供精基准。由于零件尺寸不大，为回转体零件，可在车床上进行扩、铰，CA6140卧式车床可满足其加工要求。6.工序10是半精铣。是对距轴线24mm、34mm的平面进行半精加工，此平面并非端平面，可选择铣床进行加工。X62可满足设计要求（表5-81）。7.工序11是钻。该工序是钻φ90端面上的4-φ9的孔，可在摇臂钻床Z3040上进行加工（表5-69）。8.工序12也是钻。是钻φ45外圆柱面上φ4的孔，且孔的尺寸较小，可采用专用夹具在立式钻床上加工，故选用Z525型立式钻床（表5-71）。9.工序13是粗磨。是对距轴线24mm的平面进行磨削。可选用M1420A进行磨削。10.工序14、15是精车。是对外圆表面、端面的精加工，故选择车床来加工，且本零件外轮廓尺寸不大，CA6140型卧式车床即可满足要求（表5-62）。11.工序16、17是粗磨。工序18是对φ90外圆面的进行磨削，工序19是对φ100右端面、φ450-0.017外圆面及φ90左端面进行磨削，根据待磨削表面选择M1420A进行加工。（2）选择夹具机床夹具种类有很多，一般可划分为通用夹具（适用性强，加工精度不高）、专用夹具（加工精度高、针对性强、缺乏通用性）、可调夹具（调整有缺陷的夹具以及适合小批量零件的加工）以及组合夹具。本零件属于回转体零件，工序涉及车、铣、钻、扩、铰、磨。在车床上进行加工多采用通用夹具便可完成，其他的加工则需要专用夹具进行装夹。（3）选择刀具工序号工序内容所选刀具3粗车φ450-0.017端面、倒角、外圆柱面、退刀槽、φ90右端面、φ90外圆柱面外圆车刀4粗车φ100-0.12-0.34端面、外圆柱面、倒角、B面、倒角外圆车刀5钻φ20+0.0450孔直柄麻花钻6粗铣距离φ90mm轴线34mm、24mm的平面镶齿三面刃铣刀7半精车φ450-0.017端面外圆柱面、φ90右端面和外圆柱面外圆车刀8半精车φ100-0.12-0.34端面、φ100-0.12-0.34外圆柱面、B面外圆车刀9以φ100-0.12-0.34端面及外圆柱面定位，扩、粗铰φ20+0.0450孔扩孔钻、铰刀10半精铣距离φ90mm轴线34mm、24mm的平面镶齿三面刃铣刀11钻4-φ9透孔直柄麻花钻12钻φ4的孔、粗铰φ6的孔直柄麻花钻13粗磨距轴线24mm的平面砂轮14精车φ100-0.12-0.34端面和φ100-0.12-0.34外圆柱面外圆车刀15精车φ90右端面、φ450-0.017外圆柱面外圆车刀16粗磨φ90外圆柱面砂轮17粗磨B面成型砂轮（4）选择量具本零件属于成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。对于左右及四周端面的加工可采用游标卡尺进行测量。φ20内孔，由于精度要求高且为精基准，加工时每个工件都需要进行测量，故宜采用极限量规，按表5-117，根据孔径可选三牙锁紧式圆柱塞规（GB/T6300-1986）。对φ100左端面、φ90右端面及φ450-0.017外圆柱面的跳动公差需要千分表测量。2.确定工序尺寸（1）计算过程1.φ450-0.017mm外圆柱面查表5-2可得：R=F+2RMA+CT/2=45+2X1.5+1.4=49.4mm，粗车、半精车、精车φ45mm外圆柱面，查《互换性与测量技术基础》可得，粗加工余量为2.8mm,粗加工后工序尺寸φ46.6mm，查表公差为0.09mm，半精加工余量为1.4mm，半精加工后工序尺寸φ45.2mm，查表公差为0.04mm，精加工余量为0.2mm，精加工后工序尺寸为φ45mm，公差为0.017mm。2.φ90外圆柱面查表5-2可得：R=F+2RMA+CT/2=90+2X1.5+1.6=94.6（mm），需要进行粗车、半精车、精车。查《互换性与测量技术基础》以及《设计指南》可得：粗加工余量2.6mm，加工后尺寸φ92mm，查表公差为0.13mm，半精加工余量为1.4mm，加工后工序尺寸φ90.6mm，查表公差为0.08mm，精加工余量为0.6mm，加工后工序尺寸φ90mm。3.φ100外圆柱面查表5-2可得：R=F+2RMA+CT/2=100+2X1.5+1.8=104.8（mm），需要进行粗车、半精车、精车加工。查《互换性与测量技术基础》以及《设计指南》可得：粗加工余量为2.8mm，粗加工后工序尺寸为Φ102mm，查表公差为0.2。半精加工余量为1.4mm，半精加工后工序尺寸为Φ100.6mm，查表尺寸公差为0.08mm，精加工余量0.6mm，精加工后工序尺寸Φ100mm，查表公差为0.02mm。4.φ450-0.06外圆柱面查表5-2可得：R=F+2RMA+CT/2=45+2X1.5+1.4=49.4（mm），需要进行粗加工、半精加工、精加工。查《互换性与测量技术基础》以及《设计指南》可得：粗加工余量为2.4mm，粗加工后工序尺寸为Φ47mm，查表尺寸公差为0.1mm，半精加工余量为1.7mm，半精加工后工序尺寸Φ45.3mm，查表尺寸公差为0.06mm，精加工工序余量为0.3mm，精加工后工序尺寸为Φ45mm，查表尺寸公差0.03mm。5.φ450-0.017端面查表5-2可得：R=F+RMA+CT/2=41+1.5+1.4=43.9（mm），总加工余量为2.9mm，粗加工余量1.9mm，半精加工余量1mm。φ90左右端面查表5-2可得：R=F+2RMA+CT/2=8+2X1.5+1=12（mm），两端面总加工余量4mm，粗加工余量为1.2mm，半精加工和精加工余量1.2mm。7.φ100-0.12-0.34右端面查表5-2可得：R=F+2RMA+CT/2=9+2X1.5+1=13（mm），两端面加工余量4mm，粗加工余量1.2mm，其余加工余量1.2mm。（2）工序尺寸列表圆柱面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度加工表面工序余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗半精精粗半精精粗半精精φ450-0.017外圆柱面2.81.40.2φ46.6+0.25+0.16φ45.2+0.1+0.06φ450-0.01712.53.20.8φ90外圆柱面2.61.40.6φ92+0.35+0.22φ90.6+0.080φ90+0.02012.53.20.4粗车φ100-0.12-0.34外圆柱面2.81.40.6Φ102+0.20Φ100.6+0.080Φ100-0.12-0.3412.53.20.8φ450-0.06外圆柱面2.41.70.3Φ47+0.10Φ45.3+0.060Φ450-0.0312.53.20.4各端面的工序加工余量工序加工表面总加工余量工序加工余量7φ450-0.017端面117φ90右端面0.80.57φ90左端面0.80.48φ100-0.12-0.34右端面0.80.48φ100-0.12-0.34左端面0.80.4二、切削用量、工时定额的计算工序7（半精车φ450-0.017端面外圆柱面、φ90右端面和外圆柱面）（1）切削用量刀具选用YG6外圆车刀，加工余量为1，选择CA6140卧式车床。①半精车φ450-0.017端面，加工余量1mm。根据计算公式式中Cv=189.8，xv=0.15,yv=0.2,m=0.2,T=60min，ap=1mm，f=0.25mm/r,kv=1,代入公式可以求出Vc=110.41m/min。代入数据求出n=780.9r/min,查表5-63，选择n=900r/min,则实际切削速度为Vc=128.9r/min。②半精车φ450-0.017外圆柱面，加工余量为0.7mm。根据计算公式式中Cv=189.8，xv=0.15,yv=0.2,m=0.2,T=60min，ap=0.7,mmf=0.25mm/r,kv=1,代入公式可以求出vc=116.5r/min。代入数据求出n=824.1r/min,查表5-63，选择n=900r/min，则实际切削速度为Vc=128.9r/min。③半精车φ90右端面，加工余量为0.6mm。根据计算公式式中Cv=189.8，xv=0.15,yv=0.2,m=0.2,T=60min，ap=0.6mm，f=0.25mm/r,kv=1,代入公式可以求出vc=122.5r/min。代入数据求出n=433.3r/min,查表5-63，选择n=450r/min，则实际切削速度为Vc=129.5r/min。④半精车φ90外圆柱面，加工余量为0.7mm。根据计算公式式中Cv=189.8，xv=0.15,yv=0.2,m=0.2,T=60min，ap=0.7mm，f=0.25mm/r,kv=1,代入公式可以求出vc=116.5r/min。代入数据求出n=412r/min，查表5-63，选择n=400r/min，则实际切削速度为Vc=115.6r/min。（2）工时定额计算：基本时间：①半精车φ450-0.017mm端面所需基本时间，查表2-24可知其中l=12.5,l1=2,l2=l3=0,代入数据求出L=14.5，Tj=58s。②半精车φ450-0.017mm外圆柱面所需基本时间，查表2-24可知其中l=41,l1=2,l2=0,l3=4,代入数据求出L=47，Tj=188s。③半精车φ90右端面所需要基本时间，查表2-24可得其中l=22.5,l1=2,l2=l3=0,代入数据求出L=24.5，Tj=98s。④半精车φ90外圆柱面所需基本时间，查表2-24可知，其中l=8,l1=2,l2=0,l3=4,代入数据求出L=14，Tj=56s。（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s110.25128.99005820.70.25128.990018830.60.25129.54509840.70.25115.640056工序8（半精车φ100左端面、φ100外圆柱面、B面）（1）切削用量①半精车φ100左端面。刀具选用YG6外圆车刀，加工余量为0.6，选择CA6140卧式车床。根据计算公式式中Cv=189.8，xv=0.15,yv=0.2,m=0.2,T=60min，ap=0.6mm，f=0.25mm/r,kv=1,代入公式可以求出Vc=119.2m/min。代入数据求出n=379.4r/min,查表5-63，选择n=400r/min,则实际切削速度为Vc=125.6r/min。②半精车φ100外圆柱面，加工余量为0.7mm。根据计算公式式中Cv=116.5，xv=0.15,yv=0.2,m=0.2,T=60min，ap=0.7mm，f=0.25mm/r,kv=1,代入公式可以求出vc=121.4r/min。代入数据求出n=370.8r/min,查表5-63，选择n=400r/min，则实际切削速度为Vc=126.7r/min。③半精车φ100右端面，加工余量为0.6mm。根据计算公式式中Cv=189.8，xv=0.15,yv=0.2,m=0.2,T=60min，ap=0.6mm，f=0.25mm/r,kv=1,代入公式可以求出vc=119.2r/min。代入数据求出n=379.4r/min,查表5-63，选择n=400r/min，则实际切削速度为Vc=125.6r/min。④半精车φ450-0.06外圆柱面，加工余量为0.85mm。根据计算公式式中Cv=189.8，xv=0.15,yv=0.2,m=0.2,T=60min，ap=0.85mm，f=0.25mm/r,kv=1,代入公式可以求出vc=113.2r/min。代入数据求出n=800.7r/min，查表5-63，选择n=710r/min，则实际切削速度为Vc=104.8r/min。⑤半精车φ90左端面，加工余量为0.4mm。根据计算公式式中Cv=189.8，xv=0.15,yv=0.2,m=0.2,T=60min，ap=0.4mm，f=0.25mm/r,kv=1,代入公式可以求出vc=126.7r/min。代入数据求出n=448r/min，查表5-63，选择n=400r/min，则实际切削速度为Vc=115.6r/min。（2）工时定额计算：基本时间：①半精车φ100左端面所需基本时间，查表2-24可知其中l1=2,l2=l3=0,代入数据求出L=42，Tj=168s。②半精车φ100外圆柱面所需基本时间，查表2-24可知其中l=9,l1=2,l2=0,l3=4,代入数据求出L=25，Tj=100s。③半精车φ100右端面所需要基本时间，查表2-24可得其中l1=2,l2=l3=0,代入数据求出L=34.5，Tj=138s。④半精车φ450-0.06外圆柱面所需基本时间，查表2-24可知，其中l=32,l1=2,l2=0,l3=4,代入数据求出L=38，Tj=152s。⑤半精车φ90左端面所需基本时间，查表2-24可知其中l1=2,l2=l3=0,代入数据求出L=24.5，Tj=98s。（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s10.60.25125.640016820.70.25126.740010030.60.25125.640013840.850.25104.871015250.40.25129.545098工序11（钻φ9孔）（1）切削用量本工序为钻Φ9孔。刀具选用直柄麻花钻，选用Z3040摇臂钻床。确定进给量f：该孔的深度为8mm。根据《设计指南》，查表5-135得：进给量f（mm/r）的范围为0.47-0.57，选择进给量f=0.5mm/r。选择钻头磨钝标准及耐用度。刀具材料为高速钢，根据《设计指南》，查表5-138得知：钻头后刀面最大磨损限度（mm）为0.6～0.9。根据刀具直径d=9mm，知刀具寿命T=35min。确定切削速度VC。按表2-13的计算公式确定。查表得，,,,,,；取标准寿命等于实际寿命则，代入公式有，。查表5-72有取。则实际切削速度为：（2）工时定额计算：基本时间：钻Φ9mm孔，查表2-26可得，将数据代入计算公式可知l1=5.5，Tj=11s。（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s14.50.517.0863011三、夹具总体设计1.定位方案（1）定位方案设计因为加工的是孔，所以水平放置，便于加工。将其完全定位，可以采用：一个大平面加一个短圆柱销定位，这样可以限制5个自由度，再在侧面以一个销钉定位，达到完全定位。一底面限制的自由度有3个，一个短圆柱销限制两个自由度，侧面的长销钉限制一个自由度，定位可靠，加工稳定，所设计的定位方案，总共限制了工件的6个自由度，属于完全定位，不存在过定位。在该定位方案中，1个支撑面（位于XOY平面），限制了Z轴的移动，X轴的转动，Y轴的转动3个自由度。1个短圆柱销限制了X轴的移动，Y轴的移动。一个销钉限制了Z轴的转动，一共6个自由度被限制。（2）定位方案草图如下图所示，采用底板及短圆柱销及侧面的支承钉进行定位，一共限制6个自由度，可以完全定位。其定位方案如下图所示：（3）定位误差计算该工序采用1平面、1短圆柱销、1支承钉进行定位。查《现代机床夹具设计》P136，表4-28，定位误差计算。知：工件在夹具中的定位误差：其中：为定位孔与定位销间的最小间隙。查得，=+0.039，由零件图知所以2.夹紧机构（1）夹紧方案设计螺旋夹紧机构结构简单、夹紧行程大，具有增力比大、自锁性能好两大特点，为了减少夹紧和松开工件用时（辅助时间），使用快速装卸螺旋夹紧机构。快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力。（2）夹紧方案草图该工序采用两个螺旋夹紧机构对称布置零件底平面进行夹紧。其草图如下：（3）夹紧力计算与校验工件的夹紧形式为为：以大平面定位，查表3-6，切削力与切削力一致，仅需较小的夹紧力来防止工件在加工过程中产生震动和转动，可忽略不计。本夹具采用的是螺旋夹紧机构。查《现代机床夹具设计》，表4-23，螺旋夹紧机构夹紧力的计算，摘得表4-1：该设计为“用扳手的六角螺母”，螺纹直径10mm，螺距1.5mm，手柄长度120mm，作用力45N，夹紧力3550N。3.对刀装置/导向装置（1）设计说明钻套是钻床上特有的一种元件，用来确定刀具的位置和在加工中引导刀具。一般有固定钻套、可换钻套、快换钻套三种。由于待加工零件为中批量生产，且该工序仅钻孔一个工步。可以选用可换钻套，钻套磨损后，可以迅速更换。夹具设计技术经济性较好，易于维修成，本较低。（2）对刀装置/导向装置二维工程图4.夹具与机床连接元件（1）设计说明因为加工此零件选用的机床为Z3040摇臂钻床，其相关技术参数如下：主轴端面到工作台到导轨面距离为140-1100mm，Z3040钻床工作台上T型槽数为3个，两槽间距为200mm，槽宽28mm。一般设计钻床夹具，不需要安装另外的定位元件，定位是依靠钻套来完成的，这里采用在夹具体上设计座耳，用T型螺栓固定，根据T型槽尺寸，选择公称尺寸为M12的T型槽快卸螺栓（参看JB/T8007.2-1999），如果损坏易于更换，技术经济性较好，成本较低。根据T型槽快卸螺栓尺寸，参考设计手册相关内容，设计了座耳的结构，在夹具体上表面和下表面分别有凸台，在进行机加工时只需要加工凸台即可，节省加工时间，加工成本较低。（2）夹具与机床连接元件二维工程图5.夹具体（1）设计说明夹具体是夹具的基础件，夹具的其它各种元件、机构和装置等要安装在夹具体上。我所设计的加工工序的专用夹具需要一个底平面、一个短圆柱销及一个支承钉，以及安装在夹具体上的安装一个螺纹夹紧机构。为了留出足够的安装空间，我们的夹具体总长为250mm，总宽为220mm，总高为125mm。夹具体通过铸造得到，因为铸造容易加工，抗压强度和抗振性好。（2）夹具体二维工程图6.使用说明①本夹具是固定钻模，用于加工CA6140车床上4-Φ9的通孔，使用可换钻套，可以对工件进行钻孔加工，在使用时直接将零件放置在夹具上，然后将工件夹紧，进行加工即可。②夹紧机构使用螺纹压紧机构，增力比大，可用较小力便可夹紧。③进入装配的零件及部件（包括外购件、外协件），均必须具有检验部门的合格证方能进行装配。④零件在装配前必须清理和清洗干净，不得有毛刺、飞边、氧化皮、锈蚀、切屑、油污、着色剂和灰尘等。⑤装配前应对零、部件的主要配合尺寸，特别是过盈配合尺寸及相关精度进行复查。7.结构特点本夹具具有结构简单紧凑、操作方便的特点。由于钻床的切削力与夹紧力方向一致，所以夹具的夹紧力不大，且钻孔直径为9mm，深度为8mm，尺寸较小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。为了提高生产力，使用速螺旋夹紧机构。本夹具使用的标准件数量较多，经济性较好，安装方便，如有损坏更换简单，成本较低。8.夹具中标准件清单名称数量材料备注定位销245JB/T8029.2-1999弹簧265MnGB/T2089-1994垫片245GB/T97.1-2002球面垫圈245GB/T850-1988球面垫圈245GB/T849-1988螺母M10245GB/T6172.1-2000双头螺柱M10X60245GB/T898-1988螺钉M8X25245GB/T70.1-2000销245GB/T119.1-2000钻套螺钉445JB/T8045.5-1999衬套A15X28445JB/T8045.4-1997钻套445JB/T8045.2-1999支承钉145JB/T8029.2-1999固定式定位销145JB/T8014.2-19999.夹具装配总图四、设计总结本次课程设计，完成了此法兰盘的加工工艺规程编制和工序“钻4-Ø9孔”的专用夹具设计。在工艺规程的编制中，首先通过分析零件图，具体计算出了各