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计算机辅助工艺设计
课
程
设
计
说
明
书
设计题目：
制定CA6140车床法兰盘的加工工艺
设计钻4×φ9mm孔的钻床夹具
设 计 者：金 凯 敏
学
号：040101220
班
级：A04机械（2）班
指导教师：李 静 敏
机械设计制造及其自动化系
2008年1月16日
目录
一、序言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..3
二、设计任务„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..3
三、计算生产纲领、确定生产类型„„„„„„„„„„„„„„„„..3
四、零件的分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..31、零件的作用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32、零件的工艺分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
五、确定毛坯的制造方法、初步确定毛坯形状„„„„„„„„„„„..4
六、工艺规程设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..41、定位基准的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„42、工件表面加工方法的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„4
3、制定工艺路线„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.54、以工序Ⅱ为例说明确定切削用量的依据„„„„„„„„„„„.6
七、夹具设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..7
1、设计要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.7
2、夹具设计的有关计算„„„„„„„„„„„„„„„„..„„..73、夹具结构设计及操作简要说明„„„„„„„„„„„„....„„7
八、参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ „..8
（一）序言
机械辅助工艺课程设计是在我们完成了全部基础课、技术基础课、大部分专业课之后进行的。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。
通过本次课程设计，应该得到下述各方面的锻炼：能熟练运用机械制造工艺设计中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。提高结构设计的能力。通过设计夹具的训练，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而且能保证加工质量的夹具的能力。学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处、能够做到熟练运用。
就我个人而言，通过这次设计，基本上掌握了零件机械加工工艺规程的设计，机床专用夹具等工艺装备的设计等。并学会了使用和查阅各种设计资料、手册、和国家标准等。最重要的是综合运用所学理论知识，解决现代实际工艺设计问题，巩固和加深了所学到的东西。并在设计过程中，学到了很多课堂上没有学到的东西。能够顺利的完成这次课程设计，首先得助于李静敏老师的悉心指导。在设计过程中，由于对零件加工所用到的设备的基本性能和加工范围缺乏全面的了解，缺乏实际的生产经验，导致在设计中碰到了许多的问题，但在通过请教老师和咨询同学，翻阅资料、查工具书，解决设计过程中的一个又一个的问题。在这个过程中，使我对所学的知识有了进一步的了解，也了解了一些设计工具书的用途，同时，也锻炼了相互之间的协同工作能力。在此，十分感谢任晓智老师的细心指导，感谢同学们的互相帮助。在以后的学习生活中，我将继续刻苦努力，不段提高自己。
本说明书主要是CA6140卧式车床上的法兰盘的有关工艺规程的设计说明,由于本本人专业能力水平有限，设计存在许多错误和不足之处，恳请老师给予指正。
（二）零件作用及设计任务
CA6140卧式车床上的法兰盘，为盘类零件，用于卧式车床上。车床的变速箱固定在主轴箱上，靠法兰盘定心。法兰盘内孔与主轴的中间轴承外圆相配，外圆与变速箱体孔相配，以保证主轴三个轴承孔同心，使齿轮正确啮合。主要作用是标明刻度，实现纵向进给。分析法兰盘的技术要求，并绘制零件图。设计零件技术机械加工工艺规程，填写工艺文件。设计零件机械加工工艺装备。设计机床专用夹具总装图中某个主要零件的零件图。
（四）零件的分析
一、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。
二、零件的工艺分析
法兰盘共有三组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下：
1、以Φ45外圆（中间）为中心的加工表面
这一组加工表面包括：外圆，端面及倒角；过度倒圆；内孔及其左端倒角。
2、以Φ45外圆（端）为中心的加工表面
这一组加工表面包括：端面，外圆，倒角；切槽3×2；内孔的右端倒角。
3、以4—Φ9的孔为中心加工表面
这一组加工表面包括：外圆，端面，侧面；外圆，过度圆角；4—Φ9孔和同轴的孔。
它们之间有一定的位置要求，主要是：
1）、左端面与Φ20孔中心轴的跳动度为0.05 ；
2）、右端面与Φ20孔中心轴线的跳动度为 0.05；
3）、Φ90的外圆与4—Φ9孔的圆跳动公差为 0.06。
经过对以上加工表面的分析，我们可先选定粗基准，加工出精基准所在的加工表面，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。
（五）确定毛坯制造方法，初步确定毛坯形状
零件材料是HT200。零件年产量是中批量,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。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。
（六）工艺规程设计
一、基准的选择
定位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。
1、粗基准的选择
因为法兰盘可归为轴类零件，执照“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Φ45的外圆及Φ90的右端面作为粗基准，利用三爪卡盘夹紧Φ45外圆可同时削除五个自由度，再以Φ90的右端面定位可削除一个自由度。
2、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。
二、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等，其加工方法选择如下：
1、外圆面：公差等级为IT6~IT8，表面粗糙度为 , 采用粗车→半精车→磨削的加工方法。
2、Φ20内孔：公差等级为IT7~IT8，表面粗糙度为，采用钻→扩→铰→精铰的加工方法，倒角用车刀加工。
3、外圆面：公差等级为IT13~IT14，表面粗糙度为，采用粗车→半精车→磨削的加工方法。
4、Φ90外圆：未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为，采用的加工方法为粗车—半精车—磨削。
5、Φ100外圆面：公差等级为IT11，表面粗糙度为，采用粗车→半精车→磨削的加工方法。
6、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，采用的加工方法为粗车。
7、Φ90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，采用的加工方法为粗车→半精车→精车。
8、Φ90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，采用的加工方法为粗车→半精车→磨削。
9、Φ100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，采用的加工方法为粗车→半精车→精车。
10、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，采用的加工方法为粗车。
11、Φ100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，采用的加工方法为粗车→半精车→磨削。
12、Φ90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，采用的加工方法为粗铣→精铣.13、Φ90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，采用的加工方法为粗铣→精铣→磨削.14、4—Φ9孔：未注公差等级,根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为，采用的加工方法为钻削。
15、Φ4的孔：未注公差等级,根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为，采用的加工方法为钻削。
16Φ6的孔：未注公差等级,根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为，采用的加工方法为钻→铰。
三、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，多方面考虑而制定的工艺路线为：
1、工序Ⅰ
粗车Φ100柱体左端面。
2、工序Ⅱ
钻、扩、粗铰、精铰Φ20mm孔至图样尺寸并车孔左端的倒角。
3、工序Ⅲ
粗车Φ100柱体右端面，粗车Φ90柱体左端面，半精车Φ100左、右端面、Φ90左端面，精车Φ100左端面、Φ90左端面，粗车外圆Φ45、Φ100、Φ90，半精车外圆Φ45、Φ90、Φ100、，车Φ100柱体的倒角，车Φ45柱体的过度倒圆。
4、工序Ⅳ
粗车、半精车、精车Φ90右端面，车槽3×2，粗车、半精车外圆及倒角。
5、工序Ⅴ
粗车φ45 右端面，倒角（内孔右侧），倒角（φ45 右侧）
6、工序Ⅵ
粗铣、精铣Φ90柱体的两侧面。
7、工序Ⅶ
钻Φ4孔，铰Φ6孔。
8、工序Ⅷ
钻4—Φ9孔。
9、工序Ⅸ
磨削B面，即外圆面、Φ100右端面、Φ90左端面。
10、工序Ⅹ
磨削外圆面Φ100，Φ90。
11、工序Ⅺ
刻字刻线。
12、工序Ⅻ
镀铬。
13、工序ⅩⅢ
检测入库。
四、以工序Ⅱ为例说明确定切削用量及基本工时的依据
(一)钻Φ18孔
（1）刀具选择：查《机械制造工艺设计简明手册》选用Φ18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/min
n =1000 V / D=1000×19.8/3.14×18=350r/min
按机床选取n =322r/m,故V = D n /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Φ19.8 孔
（1）刀具选择：选用Φ19.8高速钢锥柄扩孔钻。
（2）确定切削用量：
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/min
VC=（1/2~1/3）VC =5.8~8.7m/min
n=1000 VC/ D=1000×(5.8~8.7)/(3.14×18)=93~140r/min
按机床选取n =136r/min,故V = D n /1000=3.14×19.8×136/1000=8.5m/min
(3)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Φ19.94
（1）刀具选择：Φ19.94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V=CVdoZvKV/(601mTmapXvfYv)，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/min
n=1000×V/(d)=1000×8.4/(3.14×19.94)=134r/min
按机床选取n =132r/min
V = d n /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Φ20
（1）刀具选择：Φ20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=1.24
VC= d n /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Φ100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 ＝1000*Ｖ /（d）＝1000*30／（3.14*20）=477.7r/min
由机床说明书，n=430r/min
V= d n /1000=3.14*430*20/1000=27m/min
（七）夹具设计
通过跟老师商量并指定设计第Ⅶ道工序钻4×Φ9孔的专用夹具，本夹具将用于Z525摇臂钻床。
一、设计要求
本夹具无严格的技术要求，因此，应主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，面精度不是主要考虑的问题。
二、夹具设计的有关计算
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糙度的要求为
3、钻削力的计算：
刀具选用高速钢材料
查《机床夹具设计手册》表1-2-8 得Kn=1.03、、4、夹紧力计算：
查《机床夹具设计手册》由表1-2-23
可以知道采用点接触螺旋副的当量摩擦半径为0
查表1-2-21：
2°29′
选用梯形螺纹有利于自锁 8°50′最终得：
=1120N
由于工件为垂直安装在夹具之间，所以夹紧力，所以夹具设计符合要求。
三、夹具结构设计及操作简要说明
在设计夹具进应该注意提高劳动生产率。因此，使用铰链式钻模，一次固定4个钻套，在一次装夹中可以加工4个孔。本工序是粗加工，切削力较大，但是由于钻削重要生产的轴向力指向定位面，和夹紧力方向相同，所以夹紧力不直接对消切削力。但是切削力产生颠覆力矩，应该使夹紧力主法平衡。利用钻模板夹紧Φ90突台。
装夹工件时，先翻开钻模板把工件放在夹具上，由平面上的短销定位，再把钻模板合上，转动手柄利用升降工作台来实现对工件的夹紧。这样就可以钻削了。
本夹具装配图和零件图，见附图。
（八）参考文献
1、《现代制造工艺设计方法》。段明扬主编2007年1月。广西师范大学出版社
2、《现代机械制造工艺设计实训教程》。段明扬主编 2007年1月。广西师范大学出版社
3、《机械制造工艺设计简明手册》。李益民主编1999年10月 机械工业出版社
4、《切削用量简明手册》。艾兴等编2000年3月 机械工业出版社
5、《机床夹具设计手册》。王光斗等主编2000年11月 上海科学技术出版社
6、《金属机械加工工艺人员手册》。上海科技出版社
7、《机床夹具设计原理》。龚定安等主编
8、《机械制造技术基础》。华楚生 主编2000年4月 重庆大学出版社
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