机械制造工艺与夹具综合实践法兰盘零件及钻孔夹具设计.doc

机械制造工艺与夹具综合实践
设计计算说明书

课程设计名称 法兰盘零件及钻孔夹具设计
（ 2013 年 秋 学期 ）

学 院 优集学院
专 业 机械设计制造及其自动化
班 级
姓 名

2013 年 1 月 14 日

制造工艺及夹具设计综合实践任务书
设计时间
2013年 12月 16 日 — 2014 年 1 月5 日
设计题目
法兰盘（CA6140-07085）机械加工工艺规程及钻孔工序专用夹具设计
原始资料
零件图1张，生产纲领：为中批或大批生产。（生产纲领由指导老师具体指定：如年产量8000件，分两批生产。）
设计内容

(1) 毛坯图 1张
(2) 机械加工工艺过程卡片（统一提供标准格式，见附件） 1套
(3) 机械加工工序卡片 （统一提供标准格式，见附件） 1套
(4) 专用夹具装配总图 1张
(5) 专用夹具零件图 2-3张
(6) 工艺与夹具三维模型 1套
(7) 设计说明 1份
进度安排
(1) 零件图分析
(2) 毛坯选择
(3) 机械加工工艺路线确定
(4) 工序尺寸及其工序加工余量确定
(5) 设备及其工艺装备的确定
(6) 切削用量确定
(7) 工艺模型与文件制订
(8) 夹具设计方案草图及指导教师审核
(9) 夹紧力计算
(10) 定位精度分析
(11) 夹具三维零件建模及装配图
(12) 绘制指定夹具零件二维工程图
(13) 撰写设计说明书
参考资料

公差配合与技术测量： 主编：徐茂功 桂定一
机械加工工艺设计资料；主编：张征祥
机械制造工艺学： 主编： 郑修本
机械加工工艺装备设计手册：编委会编制

目 录
1零件的分析 1
2确定生产类型 1
3确定毛坯 2
3.1确定毛坯种类 2
3.2绘制锻件零件图 2
4工艺规程设计 2
4.1制定工艺路线 2
4.2选择加工设备和工艺设备 3
4.3机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 4
5确定切削用量及基本工时 5
5.1工序4、5、7：粗车外圆及端面 5
5.2工序10、11、12：半精车外圆柱面 6
5.3工序14：倒角 6
5.4工序6：车槽 6
5.5工序13：插齿 6
5.6工序11：钻油槽 7
6 UGNX中仿加工过程 8
7 夹具简述 8
7.1课题背景 8
7.2夹具的发展史 9
7.3小结 9
8 钻孔夹具设计 9
8.1问题的提出 9
9.2夹具的设计 9
9 钻模夹具数字化设计 12
9.1 钻模夹具三维图 12
9.2 钻模夹具二维模型 13
10本章小结 15
11 参 考 文 献 16

1零件的分析
1.1零件结构工艺性分析
经审查该法兰盘结构合理易于加工且经济性好。
尺寸及尺寸公差标注、形位公差标注、表面粗糙度以及技术要求合理。
该法兰盘选用40Cr。该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可以获得一定的韧性、塑性和耐磨性，故材料选择适当。
1.3法兰盘零件图

2确定生产类型
已知此法兰盘的生产类型为大批量生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序应当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。

3确定毛坯
3.1确定毛坯种类
零件材料为45钢。考虑零件在机床运行过程中所受冲击较大，零件结构不是太复杂，生产类型为大批生产，故选择金属型锻件毛坯。
3.2确定锻件加工余量及形状
查《机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册》125页表1-4-7，选用各个加工面的铸件机械加工余量均为2mm。
3.3绘制锻件零件图

图1.1 零件毛坯图
4工艺规程设计
4.1定位基准的选择
定位基准可分为粗基准和精基准两种。如果用作定位的零件表面是没有被机械加工过的毛坯表面则称为粗基准如果用作定位基准的零件表面是经过机械加工的表面则定位表面为精基准。轴类齿轮的齿形加工一般选择顶尖孔定位某些大模数的轴类齿轮多选择齿轮轴颈和某一端面定位。
选择法兰盘的左端面、右端面以及轴孔作为精基准零件上的很多表面都可以采用他们作为基准进行加工遵循了“基准统一”的原则实现了设计基准和工艺基准的重合保证了被加工表面的垂直度要求。
4.2制定工艺路线
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用各种机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：

表1.1工艺路线方案一
工序号
工序内容
工序一
铸造毛坯，时效处理
工序二
正火，预备热处理
工序三
中检
工序四
粗车ψ100mm柱体左端面、外圆、右端面
工序五
粗车ψ58外圆及左端面、ψ56外圆及右端面
工序六
半精车ψ100外圆，半精车ψ100左端面并倒角1x45°，半精车ψ56外圆，ψ30左侧倒角1x45°
工序七
半精车ψ58外圆及右左端面，倒角1x45°，切槽2x0.5
工序八
车削ψ100外圆，精车端面
工序九
钻中心孔ψ28，扩孔ψ29.8，粗铰中心孔ψ29.94，精铰中心孔ψ30mm
工序十
钻4xψ11沉头孔
工序十一
钻ψ15孔，扩、铰ψ17孔
工序十二
磨削外圆面ψ100mm、ψ56mm
工序十三
去毛刺
工序十四
检测入库

4.3选择加工设备和工艺设备
①机床的选择
工序4、5、7、8、12采用CA6140型卧式车床
工序9、10、11采用Z550钻床
②选择夹具
该轴的生产纲领为大批生产，所以采用通用夹具。
③选择刀具
在铣床上加工的各工序，采用硬质合金铣刀即可保证加工质量。在车床上分别采用90度外圆车刀和45度外圆车刀。插齿机上采用¢15A齿形插齿刀。
④选择量具
加工的孔均采用极限量规。
⑤其他
对垂直度误差采用千分表进行检测，对角度尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具即可。

5确定切削用量及基本工时
5.1工序4、5、6、7：粗车外圆及端面
机床：CA6140车床
刀具：90度外圆车刀、割刀、45度外圆车刀。
因其单边余量：Z=1mm
所以车削深度：
进给量：根据参考文献[3]表2.4-73，取车削速度：参照参考文献[3]表2.4-81，取
机床主轴转速：
，
按照参考文献[3]表3.1-74
进给量：
按照参考文献[3]表3.1-74
进给量：
5.2工序6：倒角
机床：CA6140车床
刀具：90度外圆车刀、割刀、45度外圆车刀。
单边余量：Z=0.1mm
所以车削深度：
进给量：根据参考文献[3]表2.4-73，取车削速度：参照参考文献[3]表2.4-81，取
机床主轴转速：
，
按照参考文献[3]表3.1-74
进给量：
5.3工序7：车槽
机床：CA6140车床
刀具：90度车刀。
因其单边余量：Z=0mm
所以车削深度：
进给量：根据参考文献[3]表2.4-73，取车削速度：参照参考文献[3]表2.4-81，取
机床主轴转速：
，
按照参考文献[3]表3.1-74
进给量：
6 UGNX中仿加工过程

7 夹具简述
7.1课题背景
随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。
“工欲善其事，必先利其器。”
工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。

7.2夹具的发展史
夹具在其发展的200多年历史中，大致经历了三个阶段：第一阶段，夹具在工件加工、制造的各工序中作为基本的夹持装置，发挥着夹固工件的最基本功用。随着军工生产及内燃机，汽车工业的不断发展，夹具逐渐在规模生产中发挥出其高效率及稳定加工质量的优越性，各类定位、夹紧装置的结构也日趋完善，夹具逐步发展成为机床—工件—工艺装备工艺系统中相当重要的组成部分。这是夹具发展的第二阶段。这一阶段，夹具发展的主要特点是高效率。在现代化生产的今天，各类高效率，自动化夹具在高效，高精度及适应性方面，已有了相当大的提高。随着电子技术，数控技术的发展，现代夹具的自动化和高适应性，已经使夹具与机床逐渐融为一体，使得中，小批量生产的生产效率逐步趋近于专业化的大批量生产的水平。这是夹具发展的第三个阶段，这一阶段，夹具的主要特点是高精度，高适应性。可以预见，夹具在不一个阶段的主要发展趋势将是逐步提高智能化水平。
7.3小结
一项优秀的夹具结构设计，往往可以使得生产效率大幅度提高，并使产品的加工质量得到极大地稳定。尤其是那些外形轮廓结构较复杂的，不规则的拔叉类，杆类工件，几乎各道工序都离不开专门设计的高效率夹具。目前，中等生产规模的机械加工生产企业，其夹具的设计，制造工作量，占新产品工艺准备工作量的50%—80%。生产设计阶段，对夹具的选择和设计工作的重视程度，丝毫也不压于对机床设备及各类工艺参数的慎重选择。夹具的设计，制造和生产过程中对夹具的正确使用，维护和调整，对产品生产的优劣起着举足轻重的作用。

8 钻孔夹具设计
8.1问题的提出
夹具主要用来钻出∅44齿轮上的一个直径为∅2mm的油孔时对法兰盘进行装夹，使钻孔过程中法兰盘在轴向和径向中都保持稳固不移动。同样在本道工序加工时，还是应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度。同时应保证加工尺寸精度和表面质量。
9.2夹具的设计
①定位基准的选择
在进行钻孔加工工序时，由于∅23H7和∅28H12的孔已经加工。因此工件选择∅23H7的孔一面与两孔作为定位基准。由一个长销穿在∅23H7的孔加上此孔的一
面就限制了五个自由度，再在∅23H7的心轴上打个孔在孔中间加上个螺钉卡在齿轮的花键孔内，这样就把齿轮圆周方向上的自由度限制完了。这样总的话就把所有的自由度都限制了。

②定位元件与夹紧元件的选择
此过程定位元件主要是支撑螺钉和螺钉，所以对他们进行选取。查参考文献[1]，选用的元件如下图：

③切削力与夹紧力的计算
根据参考文献[1],表2.4—97可査得：
钻削力计算公式为
圆周分力

查表可得：
=80mm Z=14

代入得 Ft = 9.81x30x71.0 x0.060.65x40.83x14x800.83 xl.2
=462.53N
查表可得钻削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为:
FL/Fz=0.3 Fv/Fz=0.95 Fx/Fz = 0.54
Fl = 0.3 Fz = 0.3x462.53 = 138.76N
Fy = 0.9 Fz = 0.95 X462.53 = 439.4N
Fx = 0.53 Fz =0.54x462.53 = 249.77N
查参考文献[1]，表5.14可知，所需的夹紧力为：J=FKL/2fi
式中：F = Fz =462.53N L=62.53mm f=1.22
1=34mm

J = FKL/2fl = 462.53xl.8x62.53/2xl.22x34 = 627.53N
④定位误差分析
该夹具体的定位原件为中间心轴和支撑螺钉，在直径尺寸为23mm的心轴上建一个直径为4mm的螺纹孔，在螺纹孔中加入螺钉以卡在齿轮的花键孔内用来限制钻孔时齿轮圆周方向上的自由度。另外在的心轴轴向方向上用两端的垫片以及螺母来限制轴向方向上的自由度，再加上心轴上再建立的支撑垫就将钻孔时法兰盘的各个自由度都限制住了。该定位原件存在的误差主要在于限制圆周方向自由度的螺钉的尺寸为圆形而花键孔为矩形，在运动时留有间隙以及螺母和垫片之间的间隙都会影响到定位。
⑤夹具体设计
夹具体的设计参考钻孔夹具体零件图。
(1) 钻套的选择和设计。由于工件有钻孔和攻螺纹两道工序,同时考虑到斜孔的加工精度和经济性,夹具中选用快换钻套,其结构参照GB/T2262)91国家标准确定。钻套的尺寸及公差与配合按以下原则确定:钻套导向孔的基本尺寸取刀具的最大极限尺寸,采用基轴制间隙配合。钻孔时其公差取F7或F8,粗铰孔时公差取G7,精铰时取H7。本夹具中钻套公差取F7;º钻套的导向高度H增大,则导向性能好,刀具刚度高,加工精度高,但钻套与刀具的磨损加剧。一般取H=1~2.5d(其中d为钻套孔径),对于加工精度要求较高的孔,或被加工孔较小且其钻头刚度较差时,应取较大值,反之取较小值。本夹具中钻套的导向高度取2.5d即16.5mm;»钻削铸铁时排屑空间取h=(0.3~0.7)d;钻削钢件时取h=(0.7~1.5d)。工件精度要求高时,可取h=0,使切屑全部从钻套中排出。本夹具中取0.5d,即3.5mm;¼在加工中,钻套与刀具产生摩擦,故钻套必须有很高的耐磨性。当钻套孔径d[26mm时,用T10A钢制造,热处理硬度为58~64HRC;当d>26mm时,用20钢制造,渗碳深度为0.8~1.2mm,热处理硬度为58~64HRC。本夹具中钻套采用T10A钢制造,并经淬火处理。
(2) 钻模板的设计 由于工件从扳转压板后留下的空间装卸,所以钻模板可相对固定,与下边的心轴是过渡配合<16N7h6,完成摆转角度的功能,而心轴与夹具体中的衬套是间隙配合<16G7h

9 钻模夹具数字化设计
9.1 钻模夹具三维图

图10法兰盘

图11钻孔夹具

图12 夹具体

9.2 钻模夹具二维模型

10本章小结
通过本次的设计，使我能够对书本的知识做进一步的了解与学习，对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解，本次进行工件的工艺路线分析、工艺卡的制定、工艺过程的分析、机床夹具的设计与分析，对我们在大学期间所学的课程进行了实际的应用与综合的学习。 在工艺部分中，我们涉及到要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。其中，工序机床的进给量，主轴转速和切削速度需要计算并查手册确定。 在夹具设计部分，首先需要对工件的定位基准进行确定，然后选择定位元件及工件的夹紧，在工件的夹紧上我选择了勾头压板压紧，定位选择了一面两销，它们有各自的优点和不足，但都广泛运用在生产中。然后计算铣削力以及夹紧工件需要的夹紧力，这也是该设计中的重点和难点。 在整个设计过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。由于我的知识能力水平有限，这个设计还不是很完善。但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。
在本夹具设计这一模块中，经过参考以前的案例，查询资料，问老师，最终将这一模块完成。虽然过程很艰辛，但收获还是颇丰富的。我的工艺规程设计肯定存在着诸多的问题，在以后的设计过程中一定会通过慢慢学习逐渐完善！最后要感谢李春燕老师在夹具以及工艺设计过程中给予我的帮助！
11 参 考 文 献
[1] 李 洪．机械加工工艺手册[M] ．北京出版社，1996．1．
[2] 陈宏钧．实用金属切削手册[M] ．机械工业出版社，2005．1．
[3] 上海市金属切削技术协会．金属切削手册[M]．上海科学技术出版社，2002．
[4] Ball and Roller Screws.Engineering Material and Design.19(12,)1975
[5] 杨叔子．机械加工工艺师手册[M]．机械工业出版社，2000．
[6] 冯 道．机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册[M] ．安徽文化音像出版社，2003．
[7] 王先逵．机械制造工艺学[M]．机械工业出版社，2000．