毕业设计（论文）-CA6140车床法兰盘加工工艺及主要工序工装夹具设计【组合机床类】.docx

1引言1.1 毕业设计的目的毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及所有专业课之后进行的。这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极其重要的地位。机械制造技术是一门非常重要的技术，人类的发展过程就是一个不断的制造过程。因此，制造技术的重要性是不言而喻的，它有以下四个方面的意义：社会发展与制造技术密切相关；制造技术是科学技术物化的基础；制造技术是所有工业的支柱；制造技术国力和国防的后盾。毕业设计是在学完了机械设计制造工艺学、进行了生产实习等所有重要课程之后的最后一个教学环节。它一方面要求学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力，另外，也为以后作好毕业设计进行一次综合训练和准备。学生通过机械制造工艺学课程设计，应在下述各方面得到锻炼：首先，能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的时间知识,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。其次，提高结构设计能力。学生通过设计借据（或量具）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、经济合理而能保证加工的夹具的能力。最后，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，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。由于个人能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请老师给予指导。1.2 法兰盘工艺设计的概况法兰盘是工业中应用广泛的零件之一，生产量比较大。为了保证产品质量，提高加工效率，需要对其加工工艺进行优化设计，并在关键工序使用组合机床或专用机床进行加工。本课题即以此为背景，要求学生根据企业生产需要和支座体零件的加工要求，首先完成零件的加工工艺规程设计，在此基础之上，选择其关键工序之一进行专用夹具及加工用组合机床设计，并完成必要的设计计算。通过这样一个典型环节综合训练，达到综合训练学生运用所学知识，解决工程实际问题的能力。2生产纲领和生产类型该法兰盘零件属于大批量生产。大量生产的工艺特征有:具有广泛的互换性,少数装配精度较高处，采用分组装配法和调整法；广泛采用金属模机器造型,模锻或其他商效方法。毛坯精度高，加工余量小；广泛采用商效专用机床及自动机床，按流水线和自动排列设备；广泛采用专用夹具，专用组合机床，专用刀具，专用量具或自动检验装置，靠调整法达到精度要求；对调整工的技术水平要求高，对操作工的技术水平要求较低；有工艺过程卡或工序卡，关键工序要调整卡和检验卡；成本较低；生产率高；工人劳动条件较好。3法兰盘零件分析3.1 零件工艺分析法兰盘的加工共有两组加工表面,它们相互之间有一定的要求。现分述如下:以工件的外圆为基准加工孔。镇中90的孔，以1的孔,镇209孔。其中主要加工孔中90。然后以e90mm的孔为中心加工3-12直孔，3-12斜孔，直径为17.5的孔。有以上的分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于夹具加工另一组表面，并保证它们的精度。3.2 零件的作用法兰是机械连接的重要形式。题目所给的零件是CA6140车床的法兰盘。主要是用来安装在机床上，起到导向的作用使机床实现进给运动。4工艺规程的设计4.1确定毛坯的制造形式“CA6140车床法兰盘”，零件材料为HT200,硬度190210HB,生产类型中批量，铸造毛坯。法兰盘在使用过程中不经常的变动，它的只起压紧的作用，受到的冲击不是很大，只是在纵向上受到很大的压力。在加工过程中的精度保证很重要，它对工件的定位有一定的保证作用。4.2基准的选择4.2.1粗基准的的选择对于一般的回转体零件而言，以外表面作为粗基准是合理的。对于零件来说320mm作为粗基准。4.2.2精基准的选择主要考虑的是基准的中和问题。当设计与工序的基准不重合时，因该进行尺寸换算。所以以直径为90的内圆作为精基准4.3工艺路线的选择生产为大批量生产，故采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。同时还可降低生产成本。4.3.1工艺路线方案一工序一：锻打；工序二：退火；工序三：车小端外圆和端面；工序四；掉头车大端外圆和端面；工序五：镇直径为209,IOL90的孔；工序六：钻直径为17.5的孔；工序七:钻3-12孔ni；工序八：钻,3T2斜孔;工序九：去毛刺；工序十：终检。4.3.2工艺路线方案二工序一：锻打；工序二：退火；工序三：车大端外圆和端面；工序四；掉头车小端外圆和端面;工序五：镇直径为209,IOL90的孔；工序六：钻直径为17.5的孔；工序七:钻3-12孔叱工序八：钻,3T2斜孔;工序九：去毛刺；工序十：终检。4.3.3工艺方案的分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工小端外圆，然后加工大端外圆，。方案二则是先加工大端外圆，然后再加工小端外圆，此时方案一先加工小端外圆再加工大端外圆，这样有利提高效率，节省成本。经比较可知，显然方案一比方案二的装夹次数减少了，同时也更好的保证了精度要求。4.3.4最终的加工工艺过程工序一：锻打；工序二：退火；工序三：车小端外圆和端面；工序四；掉头车大端外圆和端面；工序五：镇直径为209,IOL90的孔；工序六：钻直径为17.5的孔；工序七:钻3-12孔叱工序八：钻,3T2斜孔;工序九：去毛刺;工序十：终检。5正确选择切削用量的原则正确、合理地选择切削用量，对提高切削效率，保证刀具耐用度，保证加工的经济性，保证加工质量，具有重要的作用。5.1 粗加工时切削用的选择原则粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高,毛坯切削余量较大。因此，选择粗加工的切削用量时，要尽可能保证较高的单位时间金属切削量（金属切除率）及必要的刀具耐用度，以提高生产效率和降低加工成本。金属切除率可以用下式计算：Z55=jV.f.ap.100O式中：Z,单位时间内的金属切除量（m113s）V切削速度（ms）f进给量（mmr）%切削深度（mm）提高切削速度、增大进给量和切削深度，都能提高金属切除率。但是，在这三个因素中，影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的选择原则是：首先考虑选择一个尽可能大的切削深度（%）,其次选择一个较大的进给量度f,最后确定一个合适的切削速度V。选用较大的和f以后，刀具耐用度显然也会下降，但要比V对刀具耐用度的影响小得多，因此，使V、f、的乘积尽可能大，从而保证较高的金属切除率。此外，增大可使走刀次数减少，增大f又有利于断屑。因此，根据以上原则选择粗加工切削用量对提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是比较有利的。5.1.1 切削深度的选择粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚性来确定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，应当尽量将粗加工余量一次切除。只有当总加工余量很大，一次不能切完时，应考虑分多次走刀。5.1.2 进给量的选择粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力。因此，进给量应根据工艺系统的刚性和强度来确定。选择进给量时应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。在工艺系统的刚性和强度好的情况下，可选用大一些的进给量；在刚性和强度较差的情况下，应适当减小进给量。5.1.3 切削速度的选择粗加工时，切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制。切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削功率，在确定切削速度时必须考虑到机床的许用功率。如超过了机床的许用功率，则应适当降低切削速度。5.2精加工时切削用的选择原则精加工时加工精度和表面质量要求较粗加工高，加工余量小且均匀。因此，选择精加工的切削用量时应先考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产效率。5. 2.1切削深度的选择精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定。通常希望精加工余量不要留得太大，否则，当背吃刀量较大时，切削力显著增加，影响加工质量。6. 2.2进给量的选择精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。进给量增大时，虽有利于断屑，但残留面积高度增大，切削力增大，表面质量下降。7. 2.3切削速度的选择切削速度提高时，切削变形减小，切削力有所下降，而且不会产生积屑瘤和鳞刺。一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数,尽可能提高切削速度。只有当切削速度受到工艺条件限制而不能提高时，才选用低速，以避开积屑瘤产生的范围。由此可见，精加工时选用较小的背吃刀量和进给量f,并在保证合理刀具耐用度的前提下，选取尽可能高的切削速度V,以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。6夹具设计6.1 定位基准的选择6.1.1 粗基准的的选择对于一般的回转体零件而言，以外表面作为粗基准是合理的。对于零件来说320mm作为粗基准。6. 2.2精基准的选择主要考虑的是基准的中和问题。当设计与工序的基准不重合时，因该进行尺寸换算。所以以直径为90的内圆作为精基准。6.2确定切削用及基本工时工序I切削用量及基本工时的确定：车中320端面和外圆，选用机床：CA6140车床6. 2.1车320端面和外圆选择75°车刀外圆车刀/,=O.15mm/Z(见工艺手册表3.127)d°=50mm,T=180min(切削表3.7和切削表3.8)Vc=20Zmin(切削表3.9)IoooX204x5()=127.4(rmin)按机床选取机=160rmin实际切削速度：%=舒=邦沪=2512(mmin)工作台每分钟进给量：匕=LZ机=0.15x6x160=144(mmmin)床工作进给量：Vf横向=150三/min基本工时：r=45+20=0.43(min)1506.2.2半精车320端面和外圆加工余量为Z=Imm切削速度为匕=20/?Zminnii=127.4rmin选用主轴为机=160rmin工作台进给量：匕=机=0.15X6X160=144(三/min)基本工时：t=4"2O=0.65(min)1006. 2.3钻372mm孔机床：选用专用机床刀具：选取高速钢钻头.首先，确定进给量根据切削手册表10-66,当45WHRC200时，根18时,取f=0.3mmr其次，确定切削速度根据机械加工工艺手册表10-70,及10-66,查得V=35mmin.再次，确定机床主轴转速ns= l619.2rmintdw×18,与619.2rmin相近的机床转速为555rmin0现选取,二555rmin0所以实际切削速度匕二10001000dn×18×555彳,二=3XAtnmn最后，确定削工时tff,=1+4+4i;其中1=9Imm;1=10mm;I2=4mm;t-=1r=o63w6.3 定位误差分析夹具的主要定位元件为定位心轴，该定位心轴是根据零件定位方案设计的专用件，各定位面加工后对69Onlin孔的轴向位置偏差影响可以忽略不计。钻孔位置主要由钻套钻模套引导，因此孔的位置加工偏差主要由钻套中心位置尺寸偏差决定。查文献4表3T7,普通精度的钻模板上固定的衬套中心位置尺寸的极限偏差取±0.05mm<±0.3,因此孔的位置偏差可以保证。6.4 夹具设计及操作的简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。夹具体上钻套采用快换形式提高了加工生产效率。同时，在定位和夹紧方面采用的是带有螺栓连接的定位心轴和快速螺旋夹紧机构，该夹紧机构是螺母螺孔内又斜钻了孔，其孔径略大雨螺纹外径。螺母斜向沿着光孔套入螺杆，然后将螺母摆正，使螺母的螺纹与螺杆（即：定位心轴）啮合，再略为拧动螺母，便可夹紧工件。快速旋转夹紧机构同样的提高了加工生产效率。在用定位心轴定位时，采用的是间隙配合心轴，心轴工作部分按基孔制h6、g6或f7制造。此设计在装卸工件时较方便，缩短了加工时的辅助时间。根据该法兰盘结构特点设计的定位套一次限制5个自由度，外加一定位支承板限制2个自由度，即满足定位要求又能增加定位稳定性。夹紧装置使用钩形夹紧螺栓，操作方便。该夹具上设有挡块，可防止零件在加工时发生翻转或者滚动。夹具体也是由定位夹紧需要设计而成，工件的拆装也比较方便，总体上这套夹具方窠能够满足生产要求。夹具的零件图、零件毛坯图和零件图见随附图。7组合机床设计组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。组合机床能对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工。组合机床可分为具有固定夹具的单工位组合机床、具有移动夹具的多工位组合机床和转塔式组合机床三类。7.1 组合机床总体设计“三图一卡”绘制组合机床“三图一卡”，就是针对具体，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等。7.1.1 被加工零件工序图的作用及内容被加工零件工序图是根据制订的工艺方案，表示所设计的组合机床（或自动线）上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样。除了设计研究合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件工序图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括：（1）被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。本工序加工部位用粗实线表示,其余部位用细实线表示。当需要设置中间导向时，则应把设置中间导向临近的工件内部肋、壁布置及有关结构形状和尺寸表示清楚，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。（2）本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。以便据此进行夹具的支撑、定位、夹紧和导向等机构设计。（3）本工序所选用加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。本工序加工部位的位置尺寸应与定位基地直接发生关系。当本工序定位基准与设计基准不符时，必须对加工部位的位置精度进行分析和换算，并把不对称公差换算为对称公差。对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析。当本工序有特殊要求时必须注明。(4)注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。7.1.2 加工示意图(1)加工示意图的作用和内容加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的，是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图；是设计刀具，辅具，夹具，多轴箱和液压、电气系统以及选择动力件，绘制机床总联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。加工示意图应表达和标注的内容有：机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程，工件、夹具、刀具及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸，主轴结构类型、尺寸及外伸长度。(2)绘制加工示意图的注意事项加工示意图应绘制成展开图，按比例用细实线画出工件外形、加工部位，加工表面画粗实线，必须使工件和加工方位与机床布局相吻合。为简化设计，同一多轴箱上结构尺寸完全相同的主轴(即指加工表面，所用刀具及导向，主轴及接杆等规格尺寸，精度完全相同时，只画一根，但必须在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号)。一般主轴的布置不受真实距离的限制，当主细彼此间很近或需设置结构尺寸较大的导向装置时，必须以实际中心距严格按比例画，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向装置等是否相互干涉。(3)选择刀具、导向装置及切削用量、转矩、进给力、功率和有关联系尺寸的计算。(a)刀具的选择选择刀具应考虑工件材质、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求。只要条件允许，应尽量选用标准刀具。本工序是粗铳，选用硬质合金钻头。刀具尺寸应满足加工要求。(b)导向结构的选择导向装置的作用：保证刀具相对工作的正确位置，保证刀具间正确的位置，提高刀具系统的支撑刚性。本工序的切削速度最大不过K=50mmino(C)确定切削转矩、轴向力和切削功率确定切削转矩、轴向力和切削功率是为了分别确定主轴及其他传动件尺寸、选择滑台、主电动机提供依据。(d)确定联系尺寸其中最重要的联系尺寸是工件端面到轴箱端面之间的距离，它等于刀具悬伸长度、主轴外伸长度之和，再减去加工端面的厚度。为了使机床结构紧凑，应尽量使工件端面至轴箱距离最小。因此首先从所有刀具中找出影响联系尺寸的关键刀具，使其接杆最短，以获得加工终了时轴箱前端面到工件端面之间所需的最小距离，并据此确定全部刀具、接杆(或卡头)、导向托架及工件之间的联系尺寸。主轴端部须标注外径和孔径(D/d)、外伸长度L；刀具结构尺寸须标注直径和长度；导向结构尺寸应标注直径、长度、配合；工件至夹具之间的尺寸须标注工件离导套端面的距离；还须标注托架与夹具之间的尺寸。7.1.3机床联系尺寸总图(1)机床联系尺寸总图的作用与内容(a)机床联系尺寸总图的作用机床联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的，是用来表示机床的配置型式、主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总体布局图，用以检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适；它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供主要依据；它可以看成是机床总体外观简图，由其轮廓尺寸，占地面积、操作方式等可以检验是否适应用户现场使用环境。(b)机床联系尺寸总图的内容：表明机床的配置型式和总布局。以适当数量的视图(一般至少两个视图，主视图应选择机床实际加工状态)，用同一比例画出各主要部件的外廓形状和相对位置。表明机床基本型式(卧式、立式或复合式、单面或多面加上、单工位或多工位)及操作者位置等。完整齐全地反各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件，不得遗漏。(2)绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容(a)选择动力部件动力部件的选择主要是确定动力箱(或各种工艺切削头)和动力滑台。传动装置选择TD25-A系列传动,三轴主轴箱,和1HY-25液压滑台(b)确定机床装料高度，装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。在确定机床装料高度时,首先要考虑工人操作的方便性；对于流水线要考虑车间运送工件的滚道高度，以便允许内腔通过随行夹具返回系统或冷却排屑系统。其次是机床内部结构尺寸限制和刚度要求。考虑刚度、结构功能和使用要求等因素，装料高度为1370mm。(C)确定工作台依据工序内容，选择IHY-25型多工位移动工作台。7.1.4机床机床生产率计算卡生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、负荷率等的技术文件。通过其可以分析所拟定的方案是否满足要求。(1)理想生产率。Cy=Alt匕'=50000/2300=21(件h)式中A为年生产纲领取50000件A单班制取230Oh(2)实际生产率QlTy，=T切+7辅=L27+L916=3.186min21=60/T*=603.186=18件/h实际生产率大于理想生产率。因此本设计满足要求。(3)机床负荷率"=QjQ=18/21=0.857"机床负荷率不大于O.86O.90。结论和展望由本文的论述，我们了解到，通过对镇床结合件加工设备及工艺的研究与应用，在机床、夹具、刀具、工艺流程等方面进行合理设计和选择，有效提高了加工效率和产品质量，扩大了加工适应范围，提高了可靠性，具备一定的先进性，取得了良好的经济效益和社会效益，为解决此类多孔同时加工问题举了一件实例。本成果设计制造的机床为六轴钻孔双面卧式组合机床。我们将钻削主轴设为机械传动，而进给系统为液压控制，使在满足使用要求的前提下降低了成本。作为关键部件的液压滑台采用国产通用部件。以比较简单的方式完成旋转运动和直线运动的同步进行，非常实用。本机床所用夹具的通用性强，工件采用液压定位夹紧，快速方便。定位采用两面一销的定位方式,夹紧采用液压加紧,采用这种方式完全能够满足精度要求。而且简易方便，制造成本低，通用性好。在刀具方面，由于所加工孔的尺寸精度和表面粗糙度要求都不算高，采用麻花钻。这种钻头采购比较方便，而且价格比深孔钻头也要便宜。在刀具的几何角度方面，麻花钻头的螺旋角即是其轴向前角。当加工工件时，切削力和切削热随钻头螺旋角的增大而减小（减少），切削轻快，刀具耐用度高。为此，我们选取钻头螺旋角为32,在保证强度的前提下，有效降低了切削力和切削温度，提高了刀具使用寿命和生产效率。通过本成果的实施，进排气摇臂的深孔加工质量和生产效率得到较大幅度提高，经济和社会效益显著。而且加工精度也完全能够满足设计要求。则在直接经济效益方面，节省了大量加工工时。致谢和其他同学在本次毕业设计期间给予我的指导和帮助。由于个人能力所限,本设计难免存在缺点和错误，以及许多不足之处，恳请老师批评指正。参考资料1王光斗、王春福主编.机床夹具设计手册.上海：上海科学技术出版社2赵家齐主编.机械制造工艺学课程设计指导书.北京：机械工业出版社3孙巳德主编.机床夹具图册.北京：机械工业出版社4李庆余主编.机械制造装备设计.北京：机械工业出版社5王先逵主编.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社6HIRAME.GRANT编著.夹具一非标准夹具装置.北京：机械工业出版社