機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計CA6140機(jī)床法蘭盤夾具設(shè)計

1、 工藝裝備設(shè)計說明書設(shè)計題目： ca6140機(jī)床法蘭盤夾具設(shè)計 學(xué)院 ： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè) ： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班級 ： 08機(jī)制六班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2011年 6 月 23 日緒 論機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計使我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進(jìn)行的。這是我們在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí),也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練，因此，它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。機(jī)械制造工業(yè)是為現(xiàn)代化建設(shè)提供各種機(jī)械裝備的部門，在國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中具有十分重要的地位。機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展規(guī)模和水平是反映國民經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志，因此，

2、我國一貫都把發(fā)展機(jī)械制造工業(yè)作為發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。夾具課程設(shè)計是強(qiáng)化學(xué)生對基本知識和基本技能的理解和掌握,培養(yǎng)學(xué)生收集資料和調(diào)查研究的能力,一定的方案比較、論證的能力,一定的理論分析與設(shè)計運(yùn)算能力,進(jìn)一步提高應(yīng)用計算機(jī)繪圖的能力以及編寫編制能力。機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計是在學(xué)完了機(jī)械設(shè)計制造工藝學(xué)、進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)習(xí)之后的下一個教學(xué)環(huán)節(jié)。它一方面要求學(xué)生通過設(shè)計能獲得綜合運(yùn)用過去所學(xué)過的全部課程進(jìn)行工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本能力，另外，也為以后作好畢業(yè)設(shè)計進(jìn)行一次綜合訓(xùn)練和準(zhǔn)備。學(xué)生通過機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計，應(yīng)在下述各方面得到鍛煉：（1）能熟練運(yùn)用機(jī)械制造工藝學(xué)課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中

3、學(xué)到的時間知識，正確地解決一個零件在加工中的定位、夾緊以及工藝路線安排、工藝尺寸確定等問題，保證零件的加工質(zhì)量。（2）提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。學(xué)生通過設(shè)計借據(jù)（或量具）的訓(xùn)練，應(yīng)當(dāng)獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設(shè)計出高效、省力、經(jīng)濟(jì)合理而能保證加工的夾具的能力。（3）學(xué)會使用手冊及圖表資料。掌握與本設(shè)計有關(guān)的各種資料的名稱、出處，能夠做到熟練運(yùn)用。目 錄緒 論 .1第一章 零件的分析 .2 1.1零件的作用 21.2零件的工藝分析 .2第二章 工藝規(guī)程設(shè)計 .62.1確定毛坯的制造形式 .6 2.3制定工藝路線 .6第三章 夾具設(shè)計 .103.1問題的提出 .103.2夾具設(shè)計 .10參考文獻(xiàn) .1

4、7致 謝 .18第一章 零件的分析1.1零件的作用題目所給的零件是ca6140車床的法蘭盤。主要是用來安裝在機(jī)床上，起到導(dǎo)向的作用使機(jī)床實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動，零件上精度要求較高的兩個平面用以裝配，4個孔是用于連接其他機(jī)構(gòu)或零件的。該法蘭盤用于ca6140車床上，作用于車床變速箱固定在主軸箱上。靠法蘭盤定心，法蘭盤內(nèi)孔于主軸的中間軸承外圓相配，外圓于變速箱體孔相配，以保證主軸三個軸承孔同軸，使齒輪正確嚙合,并標(biāo)明刻度實(shí)現(xiàn)縱向進(jìn)給。1.2零件的工藝分析ca6140車床共有八處加工表面，其間有一定位置要求。分述如下：1.以100mm為基準(zhǔn)面加工表面這一組加工表面包括： ，的右端面并導(dǎo)角2以端面為基準(zhǔn)，車、外

5、圓，并導(dǎo)，和。3.以端面為基準(zhǔn)，先用的鉆頭鉆孔，然后再用鉸刀鉸孔由于孔與有跳動的要求，所以要以端面為基準(zhǔn)。4要以孔為基準(zhǔn)，精車所有外圓面，使其達(dá)到要求。由上面分析可知，加工時應(yīng)先加工一組表面，再以這組加工后表面為基準(zhǔn)加工另外一組。同時保證它們之間的跳動要求和尺寸要求等。5. 確定生產(chǎn)類型。依設(shè)計題目可知：q=10000件/年，m=1件/臺；備品率取a%=3%，廢品率b%=0.5%.代入公式（11）得：n=10000件/年1件/臺(1+3%)(1+0.5%)=10351件/年。由于該零件是車床上的法蘭盤，質(zhì)量為1.4kg，查表13可知，該法蘭盤屬于輕型零件，由生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系從表14，可

6、確定該零件的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。6.確定毛坯、繪制毛坯圖。7.選擇毛坯由于該零件材料是ht200。該灰鑄鐵具有強(qiáng)度、耐磨性、耐熱性均較好；且鑄造性能好，根據(jù)零件年產(chǎn)量是大批量,而且零件加工的輪廓尺寸不大,在考慮提高生產(chǎn)率保證加工精度后可采用金屬模機(jī)器造型；它的生產(chǎn)率較高，表面質(zhì)量與機(jī)械性能好等。零件形狀并不復(fù)雜，因此毛坯形狀可以與零件的形狀盡量接近，內(nèi)孔不鑄出。毛坯尺寸通過確定加工余量后再決定。8.確定毛坯的尺寸公差和機(jī)械加工余量由表210212可知，要確定毛坯的尺寸公差及機(jī)械加工余量，應(yīng)先確定如下各項(xiàng)因素。（1）公差等級。由法蘭盤的功用和技術(shù)要求，確定該零件的公差為ct11文獻(xiàn)1(表21)（

7、2）鑄件尺寸公差。依據(jù)加工面的基本尺寸和鑄件公差等級ct，由文獻(xiàn)1表23查得公差相對基本尺寸基本成對稱分布。（3）機(jī)械加工余量等級。鑄造方法按機(jī)器造型，且鑄件材料為灰鑄鐵查表25得機(jī)械加工余量等級范圍為eg級，取f級。9.100mm外圓加工余量、工序尺寸和公差的確定如圖所示加工方案，求解各工序尺寸及公差的順序如下： （1）從圖可知p1=d=100mm（2）p2=p1+z3,其中z3為磨削余量根據(jù)機(jī)械加工工藝設(shè)計員手冊（以下簡稱文獻(xiàn)2）表510確定z3=0.4mm,則p2=100+0.4.由于p2是在半精車加工中保證的，查機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程（以下簡稱文獻(xiàn)1）表120知，粗銑加工工序

8、的經(jīng)濟(jì)精度等級可達(dá)到要求為it10,因此確定該工序次、尺寸公差等級為it12,其公差值為0.14mm，p2=100.4mm第二章 工藝規(guī)程設(shè)計2.1確定毛坯的制造形式零件材料為ht200。考慮零件在機(jī)床運(yùn)行過程中承受交變載荷及沖擊性載荷不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡單，故選擇鑄件毛坯。2.2基面的選擇基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一。基面選擇得正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。1.粗基準(zhǔn)的選擇對于一般的軸類零件而言，以外圓作為粗基準(zhǔn)是完全合理的。但對于本零件來說，應(yīng)盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)

9、。按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則（即當(dāng)零件有不加工表面時，應(yīng)以這些不加工表面作粗基準(zhǔn)，若零件有若干個不加工表面時，則應(yīng)以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準(zhǔn)）根據(jù)這個基準(zhǔn)選擇原則，現(xiàn)選取孔外輪廓表面作為粗基準(zhǔn)。2.精基準(zhǔn)的選擇主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題。當(dāng)設(shè)計基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算，這在以后還要專門計算，此處不再重復(fù)。2.3制定工藝路線制定工藝路線得出發(fā)點(diǎn),應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大批生產(chǎn)的條件下,可以考慮采用萬能性機(jī)床配以專用工夾具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)

10、成本盡量下降。1.工藝路線方案一工序一 以100mm為粗基準(zhǔn)，粗車端面及外圓，并導(dǎo)，選用ca6140機(jī)床。工序二 以外圓面為基準(zhǔn)，粗車100mm、外圓，并導(dǎo)，和。工序三 以外圓面為基準(zhǔn)，鉆通孔，先用鉆的鉆頭鉆孔，再鉸孔達(dá)到的尺寸。工序四 導(dǎo)右端面角工序五 以內(nèi)孔為基準(zhǔn)精車左端面和右端面并保證跳動在0.03內(nèi),并切槽。工序六 以右端面和外圓面定位,利用兩個端面夾緊,銑粗糙度為3.2的外圓左平面。工序七 以剛銑的平面定位,利用兩端面夾緊,銑外圓右平面，保證尺寸為24。工序八 以一個銑好的平面定位,再利用另外一個平面夾緊,鉆的通孔,再擴(kuò)孔到孔,保證尺寸為l=7,再鉸孔使其達(dá)到所要求的精度。工序九 以

11、孔為基準(zhǔn)面,利用專用夾具,鉆4個孔。工序十 再用磨床磨外圓使其達(dá)到所要求的粗糙度。工序十一 檢查。2.工藝路線方案二工序一 車端面及外圓，以100mm為粗基準(zhǔn)，選用ca6140機(jī)床。工序二 以外圓面為基準(zhǔn)，粗車100mm、外圓，并導(dǎo)，和。工序三 以外圓面為基準(zhǔn)，鉆通孔，先用鉆的鉆頭鉆孔，再鉸孔達(dá)到的尺寸。以外圓面為基準(zhǔn)，粗車100mm、外圓，并導(dǎo)，和。工序四 以100mm外圓面為基準(zhǔn)，并導(dǎo)，和。工序五 以內(nèi)孔為基準(zhǔn)精車100mm左端面和右端面和保證跳動在0.03內(nèi),并車槽。工序六 以右端面和一圓面定位,利用兩個端面夾緊,先銑粗糙度為3.2的一面。工序七 以剛銑的平面定位,利用兩端面夾緊,銑另外

12、一面保證尺寸為24。工序八 以一個銑好的面定位,再利用另外一個面夾緊,鉆的通孔,再壙孔到孔,保證尺寸為l=7,再鉸孔使其達(dá)到所要求的精度。工序九 以孔為基準(zhǔn)面,利用專用夾具,鉆4個孔。工序十 再用磨床磨外圓使其達(dá)到所要求的粗糙度。工序十一 檢查。雖然工藝路線二的工序仍然是十一步，但多次加工表面，是精度要求和粗糙度的要求和有跳動的要求，另外表面是多次加工的基準(zhǔn)，方案一中在加工其外圓表面的同時進(jìn)行了導(dǎo)角，工序較為集中，也方便裝夾，在一定程度上提高了生產(chǎn)效率。所以選擇第一個方案。3最終工藝路線工序一 以100mm為粗基準(zhǔn)，粗車端面及外圓，并導(dǎo)，選用ca6140機(jī)床。工序二 以外圓面為基準(zhǔn)，粗車100

13、mm、外圓，并導(dǎo)，和。工序三 以外圓面為基準(zhǔn)，鉆通孔，先用鉆的鉆頭鉆孔，再鉸孔達(dá)到的尺寸。工序四 導(dǎo)右端面角工序五 以內(nèi)孔為基準(zhǔn)精車100mm左端面和右端面和保證跳動在0.03內(nèi),并切槽。工序六 以右端面和外圓面定位,利用兩個端面夾緊,銑粗糙度為3.2的外圓左平面。工序七 以剛銑的平面定位,利用兩端面夾緊,銑外圓右平面，保證尺寸為24。工序八 以一個銑好的平面定位,再利用另外一個平面夾緊,鉆的通孔,再擴(kuò)孔到孔,保證尺寸為l=7,再鉸孔使其達(dá)到所要求的精度。工序九 以孔為基準(zhǔn)面,利用專用夾具,鉆4個孔。工序十 再用磨床磨外圓使其達(dá)到所要求的粗糙度。工序十一 終檢第三章 夾具設(shè)計3.1問題的提出為

14、了提高勞動生產(chǎn)率,保證加工質(zhì)量,降低勞動強(qiáng)度,需要設(shè)計專用夾具。本次設(shè)計加工100mm端面和孔20mm的車床夾具，本夾具將用于ca6140型搖車床，刀具材料為高速鋼，在法蘭盤的45外圓表面上加工孔。利用本夾具主要用來加工100mm端面和孔20mm，這個孔內(nèi)表面的粗糙度要求為，在加工前先加工4mm孔，且法蘭盤的45h6mm外圓表面和90mm段兩側(cè)平面均已經(jīng)過半精加工。加工20mm孔的整個過程包括鉆、擴(kuò)、鉸三步，因此本工序的加工精度容易保證，主要考慮如何定位夾緊以節(jié)省操作時間提高生產(chǎn)率。3.2夾具設(shè)計定位基準(zhǔn)的選擇由零件圖知，100mm端面對90mm段右側(cè)端面有一定的位置度要求，為了減少定位誤差，

15、以90mm段右側(cè)端面為主要定位基準(zhǔn)面，以45h6mm外圓表面和90mm段一側(cè)小平面為輔助定位面，共限制個自由度，其中與6h9mm孔軸線同方向的自由度被重復(fù)限制，但起到增強(qiáng)定位穩(wěn)定性的作用，因此這一定位方案可行。2.定位誤差分析 夾具的主要定位元件為定位套，該定位套是根據(jù)零件定位方案設(shè)計的專用件，各定位面加工后對6h9mm孔的軸向位置偏差影響可以忽略不計。鉆孔位置主要由鉆套鉆模板引導(dǎo)，因此孔的位置加工偏差主要由鉆套中心位置尺寸偏差決定。查文獻(xiàn)4表3-17，普通精度的鉆模板上固定的襯套中心位置尺寸的極限偏差取0.05mm0.3mm,因此孔的位置偏差可以保證。3.夾具設(shè)計及操作的簡要說明如前所述，在

16、設(shè)計夾具時，應(yīng)該注意提高勞動生產(chǎn)率。夾具體上鉆套采用快換形式提高了加工生產(chǎn)效率。同時，在定位和夾緊方面采用的是帶有螺栓連接的定位心軸和快速螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，該夾緊機(jī)構(gòu)是螺母螺孔內(nèi)又斜鉆了孔，其孔徑略大雨螺紋外徑。螺母斜向沿著光孔套入螺桿，然后將螺母擺正，使螺母的螺紋與螺桿（即：定位心軸）嚙合，再略為擰動螺母，便可夾緊工件。快速旋轉(zhuǎn)夾緊機(jī)構(gòu)同樣的提高了加工生產(chǎn)效率。在用定位心軸定位時，采用的是間隙配合心軸，心軸工作部分按基孔制h6、g6或f7制造。此設(shè)計在裝卸工件時較方便，縮短了加工時的輔助時間。根據(jù)該法蘭盤結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計的定位套一次限制5個自由度，外加一定位支承板限制2個自由度，即滿足定位要求又能增

17、加定位穩(wěn)定性。夾緊裝置使用鉤形夾緊螺栓，操作方便。該夾具上設(shè)有擋塊，可防止零件在加工時發(fā)生翻轉(zhuǎn)或者滾動。夾具體也是由定位夾緊需要設(shè)計而成，工件的拆裝也比較方便，總體上這套夾具方案能夠滿足生產(chǎn)要求。4.夾具設(shè)計任務(wù)如圖2為100端面加工的工序簡圖。已知：工件材料為ht200,毛坯為鑄造，大批生產(chǎn)規(guī)模，所選用的機(jī)床為c620-1臥式車床，加工刀具為硬質(zhì)合金車刀。為100mm端面加工工序設(shè)計車床夾具。5. 夾具設(shè)計方法和步驟（1）. 夾具類型的確定由設(shè)計任務(wù)及條件可知工件的外形輪廓尺寸小、重量輕和工序的要求，擬采用安裝在機(jī)床主軸過度盤上的車夾具。（2）. 定位裝置的設(shè)計 a.確定定位方案根據(jù)工序加工

18、要求和工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，擬定以20mm孔和100mm的左端面為主要定位面，其中以孔為定位時可限制工件的兩個自由度（,）圖4-2，若采用長銷定位可消除五個自由度（,，,）。100mm的左端面定位，可限制工件的三個自由度（,）圖4-3。采用長銷定位和端面定位就產(chǎn)生重復(fù)定位，所以確定用短銷和端面為定位。定位方案如圖4-4所示。 圖4-2（消除自由度,） 圖4-3（消除自由度,）圖 4-4 工序簡圖（夾緊定位）b.選擇定位元件 工件是同時以圓孔和端面組合定位，所以采用帶有支撐面的結(jié)構(gòu)，孔定位元件選擇短定位銷。定位孔與定位銷的配合尺寸為20mm（按文獻(xiàn)1 表124選?。?，加100mm的左端面定位限制工件的

19、三個自由度（,），其端面的結(jié)構(gòu)和尺寸按要求確定。c. 定位誤差分析計算已知定位是采用圓孔和一平面作為定位基準(zhǔn)，定位誤差如圖4-5圖4-5由定位誤差=孔為20mm,定位銷為20mm。對于要加工的工序尺寸而言，定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合。定位誤差=由于定位副制造誤差引起的定位誤差=0.021+0.020=0.041mm則： =+=0.041mm該方案的定位誤差小于該工序尺寸制造公差，所以該方案定位合理。6.夾緊裝置的設(shè)計(1)夾緊機(jī)構(gòu)根據(jù)機(jī)床夾具的使用特點(diǎn)，力求使夾具的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便和安全，采用氣壓裝置的夾緊機(jī)構(gòu)。夾具以定位銷7和支持板6為定位，采用定位套壓板成圓周分布的形式壓在工件上。這樣使得結(jié)

20、構(gòu)簡單、夾緊可靠、夾緊后不是使工件變形并且裝夾方便等。夾緊力采用氣壓缸提供這樣夾緊力可靠。當(dāng)連接桿1向左拉動連接套2和連接盤3時，壓緊工件。相反運(yùn)動時夾爪可以自動張開。 (2)切削力的計算a.車100mm端面的切削力，根據(jù)文獻(xiàn)【3】表1712車削切削力的計算公式可得f=1002afk f=530afkf=451afkk=kkkkk選取a=2.1mm,f=0.8mm/r,其余參數(shù)查文獻(xiàn)【3】表17131719可得f=10022.10.81.151.081.01=2200 (n)f=5302.10.81.151.081.01=1169 (n)f=4512.10.81.151.081.01=1075

21、 (n) b.夾緊力的估算。根據(jù)特征切削點(diǎn)切削力的方向，計算出各特征切削點(diǎn)夾緊力的大小。如圖4-7所示，工件在f的作用下有沿z軸方向移動的趨勢，在f的作用下有沿y軸移動的趨勢，此時f的作用力可看作與定位支撐板的增加力。要使工件能靜止圖4-7切削力的分析夾緊力f的大小應(yīng)滿足 f=1120 (n)按照實(shí)際夾緊力的公式f=fkk為安全系數(shù)k=kkkkkkk。查文獻(xiàn)【3】表17101711可得k=3則實(shí)際夾緊力f=11203=3360 (n)由于夾緊力有三個，選用回轉(zhuǎn)式氣缸夾具設(shè)計手冊，滿足設(shè)計要求首先，夾具與機(jī)床連接夾具體通過過渡盤和車床主軸連接，夾具體和過渡盤連接處表面應(yīng)進(jìn)行配合磨，這樣能保證機(jī)床主軸和夾具體的同軸度。其次，夾具操作簡要說明安裝工件時氣壓缸通過推動連接桿1向左運(yùn)動同時帶動連接套2和連接盤最后，帶動三個鉤形壓爪同時運(yùn)動壓緊工作，松開時氣壓缸帶動連接桿向右運(yùn)動壓爪可以自動張開，為了使夾具體上的壓爪能同時準(zhǔn)確地壓在工件上以及能準(zhǔn)確定位，工件定位的