法兰盘设计说明书

第一篇：法兰盘设计说明书

法兰盘设计计算说明书

湖南科技大学潇湘学院专业模块课程设计

制定输出连接法兰数控加工工艺

摘

要

本课题完成法兰盘工艺设计与数控加工。法兰盘是使管子与管子相互连接的零件，连接于管端。法兰上有孔眼，两个法兰盘之间，加上法兰垫，用螺栓紧固在一起，完成了连接。

本次设计主要完成以下设计内容：法兰盘的零件图纸与技术要求分析、零件二维图绘制及三维建模;制定数控加工工艺卡片文件;零件的夹具设计并进行夹具图二维图绘制;对零件进行加工仿真。根据锻件的形状特点、零件尺寸及精度，选定合适的机床设备以及夹具设计，通过准确的计算并查阅设计手册，确定了法兰盘的尺寸及精度，在材料的选取及技术要求上也作出了详细说明，并在结合理论知识的基础上，借助于计算机辅助软件绘制了各部分零件及装配体的工程图,以保障法兰盘的加工制造。

在夹具的设计过程中，主要以可换圆柱销、可换菱形销、定位心轴和支承钉来定位，靠六角厚螺母来夹紧。首先在数控车床上，完成零件的外圆及端面加工;再在数控铣床上，完成零件端面上侧槽及顶部6-M12螺纹孔的加工;最后采用专用夹具以侧槽、底部圆环以及6-M12螺纹孔其中两孔定位进行外圆上Φ22孔的加工。

关键字：法兰盘，数控加工工艺，数控编程，夹具设计， 仿真加工

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制定输出连接法兰数控加工工艺

法兰盘工艺设计与数控加工

0 引言

0.1 概述

本课题起源于装配制造业法兰盘工艺设计与数控技术，通过此次毕业设计，可以初步掌握对中等复杂零件进行数控加工工艺规程的编制，学会查阅有关资料，能合理编制数控加工过程卡片、数控加工工序卡片、数控加工刀具卡片、数控编程等工艺文件，能合理的确定加工工序的定位与夹紧方案。

能使用AutoCAD正确绘制机械零件的二维图形，能通过使用UGNX7.0软件对零件进行三维图的绘制，可以提高结构设计能力及建模能力。

编写符合要求的设计说明书，并正确绘制有关图表。在毕业设计工作中，学会综合运用多学科的理论知识与实际操作技能，分析与解决设计任务书中的相关问题。在毕业设计中，综合运用数控加工刀具和数控工艺、工装夹具的设计等专业知识来分析与解决毕业设计中的相关问题。

依据技术课题任务，进行资料的调研、收集、加工与整理和正确使用工具书;掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范;掌握实验、测试等科学研究的基本方法;以及与解决工程实际问题的能力。 0.2 本设计的主要工作内容

本次对于法兰盘工艺设计及数控加工的主要任务是： (1)分析零件图纸与技术要求;

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(2)三维建模。根据零件二维视图建立三维视图;

(3)制定机械加工工艺文件。根据产品技术资料、 生产条件与生产纲领，制定零件机械加工工艺规程，编写工艺规程卡片;

(4)夹具设计。绘制工件夹具图;

(5)编制数控加工程序、仿真加工与课题制作

(6)工件检验。选用合理的测量工具与设备检验工件的加工质量。 在这整个过程中，综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决实际相关问题。

1 零件分析

1.1 零件图分析

图1.1所示为法兰盘零件二维图，其结构形状较复杂，中批量生产1000件。图1.2为零件的三维图。

图1.1 法兰盘零件二维图

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图1.2 法兰盘三维图

该零件材料为45钢，毛坯为锻件，主要应用于装配管子，起管子的连接及固定作用，为中批量生产类型产品。该零件为由外圆、内圆、沉孔、内孔、倒斜角等表面组成，加工表面较多且都为平面及各种孔，因此适合采用加工中心加工。 1.2 技术要求分析 (1)结构分析

零件由外圆、内圆、沉孔、内孔、倒斜角等构成。 (2)尺寸精度分析

加工精度是指零件在加工后的几何参数的实际值和理论值符合的程度。尺寸精度是指实际尺寸变化所达到的标准公差的等级范围。

如图1.1所示，加工要求较高的尺寸列出如下表格，如表1.1所示。

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(3)形位公差分析

加工后的零件不仅有尺寸误差，构成零件几何特征的点、线、面的实际形状或相互位置与理想几何体规定的形状和相互位置还不可避免地存在差异，这种状上的差异就是形状误差，而相互位置的差异就是位置误差，统称为形位误差。 (4)毛坯加工余量分析

工件粗加工的余量为0.8，半精加工为0.5，精加工为0.2。 (5)粗糙度分析

表面粗糙度，是指加工后的零件表面上具有的较小间距和微小峰谷所组成的微观几何形状特征，一般是由所采取的加工方法和(或)其他因素形成的。表面粗糙度高度参数有3种：轮廓算术平均偏差Ra，微观不平度十点高度Rz以及轮廓最大高度Ry。

该零件主要由外圆、内圆、沉孔及内孔组成，具体表示为φ55外圆、φ52外圆、φ90外圆、6-φ11沉孔、3-φ5内孔、φ10内孔、φ32内圆、φ16内圆。粗糙度皆为Ra3.2。

表1.1尺寸精度

结构 Φ10mm的孔 Φ11mm的沉孔 C1.5mm倒角 Φ5mm内孔

尺寸 Φ10mm Φ11mm 1.5mm×45° Φ5mm

形状 孔 沉孔 倒角 内孔

位置 Φ90mm圆柱面 Φ90mm圆柱面 Φ32mm圆柱面内侧 Φ10mm圆柱面 湖南科技大学潇湘学院专业模块课程设计

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2 零件的数控加工工艺设计

2.1 选定毛坯

根据零件的加工前尺寸及考虑夹具方案的设计，选择的毛坯材料牌号为45钢，毛坯种类为锻件，毛坯外形尺寸为Φ95mm×45mm。如图1.3所示。

图1.3 法兰盘加工前三维图

2.2 选择定位基准

选择定位基准时，首先是从保证工件加工精度要求出发的，因此，选择定位基准时先选择粗基准，再选择精基准。 2.2.1 粗基准的选择：

按照粗基准的选择原则，为保证不加工表面和加工表面的位置要求，

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应选择不加工表面为粗基准，故在加工Φ16mm内圆、Φ90外圆及Φ55外圆时，选择Φ95mm毛坯外圆作为粗基准。 2.2.2 精基准的选择：

按照精基准的选择原则，为符合基准重合原则以及基准统一原则，故在加工Φ700外圆、Φ440外圆、Φ340外圆、Φ224内孔、12-Φ22孔及6-M12内孔时，选择Φ700外圆及Φ224内圆作为精基准。 2.3 工艺路线的设计

(1)工艺路线的设计

为保证几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须判定合理的工艺路线。

由于生产纲领为成批生产，所以XH714立式加工中心配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。

针对零件图样确定零件的加工工序为： 工序一：(Φ700毛坯外圆定位) 1)粗车外圆及端面。

2)精车外圆至尺寸要求，留总厚余量2mm。 3)钻Φ140孔中心孔。 4)粗钻扩Φ140孔。

5)精钻扩Φ140孔至尺寸要求。 6)倒圆角R2。

工序二：(Φ224圆柱面定位) 1)粗车外圆及端面。

2)精车外圆及端面至尺寸要求。

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3)钻Φ224孔中心孔。 4)粗钻铰锪Φ224孔。

5)精钻铰锪Φ224孔至尺寸要求。 6)倒角C1.5。

工序三：(Φ22孔及工件下平面定位) 1)钻12-Φ22孔。 2)粗钻铰12-Φ22孔。

3)精钻铰12-Φ22孔至尺寸要求。 工序四：(Φ22孔及工件上平面定位) 1)钻6-M12螺纹孔。 2)粗铰6-M12螺纹孔。

3)精铰6-M12螺纹孔至尺寸要求。 4)所有面去锐边毛刺。 2.4 确定切削用量和工时定额

切削用量包括背吃刀量、进给速度或进给量、主轴转速或切削速度(用于恒线速切削)。其具体步骤是：先选取背吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。(参考资料《数控加工工艺及设备》)

工时定额包括基本时间、辅助时间、地点工作服务时间、休息和自然需要时间以及准备终结时间。 2.4.1 背吃刀量ap的确定

根据零件图样知工件表面粗糙度要求为全部3.2，故分为粗车、半精车、精车三步进行。

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因此选择粗车的背吃刀量为3.5mm，半精车的背吃刀量取1.5mm，精车时背吃刀量取0.35mm。 2.4.2 进给量f的确定

由文献[10]表2.4-73，选择粗车时：fz=0.20mm/z;精车时：fz=0.5mm/z

2.4.3 切削速度vc的确定

由文献[10]表3.1-74，选择粗车时：主轴转速n=900r/min;精车时：主轴转速n=1000r/min。

因此，相应的切削速度分别为： 粗铣时：vc精铣时：vcdn10001690010001000m/min45.2m/min m/min62.8m/min

dn10002010002.4.4 工时定额的确定

根据夹具的设计，下面计算工序四中Φ10mm孔的时间定额。 (1)基本时间 由文献[8]得，钻孔的计算公式为： T基本式中：L1DcotKy(1~2); 2LL1L2 nf L21~4，钻盲孔时，L2=0; L=17，L2=0，f=0.3，n=1000;

101181.57.

5因此 L1cot22 所以 T基本177.500.082min

0.31000(2)辅助时间 文献[8]确定

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开停车 0.015min 升降钻杆 0.015min 主轴运转 0.02min 清除铁屑 0.04min 卡尺测量 0.10min 装卸工件时间由文献[8]取1min

所以辅助时间

T辅助=(0.015+0.015+0.02+0.04+0.10+1)min=1.19min (3)地点工作服务时间 由文献[8]确定

取3%，

(0.0821.19)3%min0.03815min

则T服务(T基本T辅助)(4)休息和自然需要时间 由文献[8]确定

取3%，

(0.0821.19)3%min0.03815min

则T休息(T基本T辅助)(5)准备终结时间 由文献[8]，部分时间确定

简单件 26min 深度定位 0.3min 升降钻杆 6min 由设计给定1000件，则

min

T准终/n(260.36)/1000min0.0323(6)单件时间

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T总T基本T辅助T休息T服务T准终0.038150.0323)min

(0.0821.190.038151.381min(7)单件计算时间

)min1.4129min

T单件T总T准终/n(1.3810.0323

2.5 各工序的设备、刀具、量具的设计

(1) 选择NC加工机床

根据2.3 工艺路线的设计的工序安排，由于零件的复杂性及加工部位多，故选择立式加工中心。加工内容有：车外圆、钻孔、铰孔及倒角等，所需刀具不超过20把。选用立式加工中心即可满足上述要求。

本设计选用FANUC 18i-MateMC系统XH714立式数控加工中心，如图1所示。

图1 XH714立式数控加工中心

(2) 机床主要技术参数

工作台面积(长×宽) 900×400 mm

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工作台左右行程(X向) 630 mm 工作台前后行程(Y向) 400 mm 主轴上、下行程(Z向) 500 mm 工作台最大承重 600 kg 主轴端面至工作台面距离 250—760 mm 主轴锥孔 MAS403 BT40 刀库容量 ≥12 把 刀具最大尺寸 φ100×250 mm 主轴最高转速 8000 rpm 进给速度 5-8000 mm/min 快速移动速度 20000 mm/min 主电机功率 7.5/11KW 定位精度 X:0.016 mm，Y、Z：0.014 mm全程 重复定位精度 X:0.010 mm，Y、Z:0.008mm全程 进给电机扭矩 FANUC 8 N.m 数控系统 FANUC 0i-MateMC 插补方式 直线插补、圆弧插补 (3)机床性能

XH714为纵床身，横工作台，单立柱立式加工中心机床;可以实现X、Y、Z任意坐标移动以及三坐标联动控制;X、Y、Z三坐标轴伺服进给采用交流伺服电机，运动平稳;X、Y、Z三轴采用进口精密滚珠丝杠副，及进口滚珠丝杠专用轴承支承;主轴采用交流伺服调速电机，其额定功率

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11KW;主轴最高转速为8000rpm。主轴轴承采用高速、高精度主轴轴承，油循环冷却;采用蝶形弹簧夹紧刀具，气压松刀;刀库为20把刀的斗笠式刀库，无机械手换刀。 2.6 工艺文件的设计

根据2.3 工艺路线的设计的工序安排，编出机械加工工艺过程卡片及工序卡片。见附表1~3：机械加工工艺过程卡片;附表4~7：数控加工工序卡;附表11~16：数控加工进给路线图。 2.7 数控加工刀具卡片的设计

根据2.3 工艺路线的设计的工序安排，编出机械加工刀具卡片。见附表8~10：机械加工刀具卡片。 2.8 数控编程

根据2.3 工艺路线的设计的工序安排，编出数控加工程序。见附表17：数控加工程序。

3 法兰盘钻Φ10孔夹具工序工艺装备的设计

3.1 夹具设计方案的设计

根据法兰盘的特点对夹具提出了两个基本要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定。二是要能协调法兰盘零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，重点考虑以下几点：

1、在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。

2、夹具上个零件部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位。夹紧原件不能影响加工中的走刀。

根据课题要求，批量生产1000件法兰盘零件，故需要设计专用夹具

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进行装夹。

3.1.1 夹具的定位方案的设计

工件定位方案的确定，首先应考虑满足加工要求。按基准重合原则，选用Φ18孔以及工件底平面作为定位基准，定位方案如图3-1所示。

平面机构自由度计算公式为：F3n2PLPH， 其中：n 为活动构件，n=N-1，N为构件; PL — 低副;

PH — 高副;

所以：F3n2PLPH322300

即2个支承钉及定位心轴限制工件的x、y方向的转动度以及z方向的移动度，可换圆柱销及可换菱形销限制工件的x、y方向的的移动度以及z方向的转动度。

图3-1 法兰盘的定位方案

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3.1.2 夹具的夹紧方案的确定

工件夹紧方案的确定，取工件的Φ55圆柱端面进行夹紧，采用六角厚螺母夹紧机构，如图3-2所示。采用六角厚螺母夹紧机构，在夹具设计过程中，以考虑工件的受力情况，故在Φ55圆柱端面与六角厚螺母之间增加平垫圈，平垫圈在此处起到缓冲、平衡受力及保护端面不受伤害的作用。采用六角厚螺母通过平垫圈将工件在侧面夹紧，其结构紧凑、操作方便。

图3-2 法兰盘的夹紧方案

3.1.3 夹具对刀装置方案的确定

因考虑零件的复杂性，故将夹具本次零件加工选择机床对刀点在工件

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坐标系的Φ95外圆上，这有利于保证精度，减少误差。

采用试切的对刀方法：具体步骤为该零件选择Φ95外圆为编程零点，本次试切首先选择零件的右侧面为试切点，左右拨动主轴，手轮移动X轴，使刀具微碰零件，此时记下X的机械坐标输入到G54或G55的X中，本次试切再选择零件的外圆顶点为试切点，上下拨动主轴，手轮移动Y轴，使刀具微碰零件，此时记下Y的机械坐标输入到G54或G55的Y中，至此，X，Y轴对刀完成;Z轴的对刀，如以工件外圆顶点为0点，将铣刀擦到工件表面，记下此时Z轴的机械坐标，输入到G54或G55中。 3.1.4 夹具与机床连接方案的设计

因考虑零件的加工复杂性，本套夹具选择孔系夹具，它的元件以孔定位，螺纹连接，元件定位精度高，夹具的组装简便，刚性好，又便于数控机床编制加工程序。

3.2 夹具的结构设计

在选择夹具体的毛坯的结构时，从结构合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑。在《机床夹具设计手册》表1-9-1为各种夹具体毛坯结构的特点和应用场合。则选铸造结构，因为其可铸造出复杂的结构形状。抗压强度大，抗振性好。易于加工，但制造周期长，易产生内应力，故应进行时效处理。材料多采用HT15-30或HT20-40。在夹具体上还进行倒角，以便增加夹具的强度及刚度。

3.3 夹具的理论计算

3.3.1 定位误差的分析与计算

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本套夹具是定位误差主要是一面两孔定位所产生的，因此只需计算两定位销的定位误差即可。

1)确定定位销中心距及尺寸公差 取LdLD0.12mm0.04mm1313

故两定位销中心距为71±0.02mm 2)确定圆柱销尺寸及公差

取Φ11H8=Φ1

10.0060.017mm 3)参考文献[8]中表4-3选取菱形销的b1及B值

取b1=4mm，B=d-2=(11-2)mm=9mm 4)确定菱形销的直径尺寸及公差

取补偿值：a=Ld+LD=(0.06+0.02)mm=0.08mm，则

X2min2ab120.084mm0.053mmD2min12

所以d2maxD2minX2min(110.053)mm10.947mm

菱形销与孔的配合取h6，其下偏差为-0.011mm，故菱形销直径为

0.053 Φ10.94700.011mm=Φ110.064mm 0.053 所以d2maxΦ110.064mm 5) 计算定位误差

基准位移误差为：

YD1d1X1min[0.027(0.0060.017)(00.006)]mm0.044mm

转角误差为： arctanX1maxX2max(0.0270.017)(0.0270.064)0.135arctanarctan

2L271142 则314，双向转角误差为628。

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3.3.2 夹紧力的分析与计算

本套夹具靠六角厚螺母实现夹紧。因此，夹紧力的计算则在于六角厚螺母所需的力。

六角厚螺母夹紧力P按3.2公式计算：

TQrtanf ……………………………………………(3.2)

Q — 夹紧力，;

 — 螺纹升角，M16选229;

 — 螺纹摩擦角，=10;

 — 支撑表面摩擦力矩的计算力臂，选择d0155; f — 螺母支撑面的摩擦因素，选择f=0.178;

1313通过计算，M16孔定位的螺钉所需夹紧力为：T=180N 因为六角厚螺母需在两端进行夹紧，故夹紧力为双倍。 因此总共所需夹紧力为：T总=2T=180N×2=360N

3.4 夹具的使用操作说明

本夹具用于加工法兰盘的∅11孔(工件材料45钢)。工件以∅32和∅16孔、∅11孔分别在定位心轴

8、可换定位销7及可换定位销9上定位，通过在定位心轴8上旋动六角厚螺母4使平垫圈3接触工作，从而达到夹紧工件的效果。

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4 数控加工零件的三维仿真图

图4-1 钻6-M12螺纹孔

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4 数控加工零件的三维仿真图

图4-4 铰12-Φ22孔

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4 数控加工零件的三维仿真图

图4-6铣侧槽

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5 结论

(1)通过对零件和夹具的三维造型，实战练习了UG三维造型软件的造型模块和AtuoCAD工程图模块，加深了AutoCAD二维软件的操作和理解。

(2)通过对夹具的理论计算，证明本套夹具具有可行性。 (3)通过对零件的加工仿真，证明数控加工程序具有可行性。 (4)通过对夹具的三维建模，证明夹具的设计具有可行性。 (5)对使用Office办公软件时，还需要多加熟练。

(6)在进行UG三维建模时，了解了计算机辅助制图编程软件的功能及使用方法。

(7)在用Auto CAD、UGNX7.0等软件时，还需要多熟练快捷键的使用，从而提高效率。

(8)设计过程中应用到的材料力学、机械原理、机械设计、数控编程等方面的知识。通过设计，加深了对所学知识在脑海中的印象，并提高了在实际中应用所学知识的能力。

同时，也认识到数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，是制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国际民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。

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参考文献

[1] 洪如瑾.UG NX4 CAD快速入门指导.清华大学出版社，2006. [2] 毕承恩等.现代数控机床(上、下册).北京：机械工业出版社，1993. [3] 数字化手册编委会.机床夹具设计手册.机械工业出版社，2004. [4] 李福生等.实用数控机床技术手册.北京：北京出版社，1993. [5] 于华等.数控机床的编程及实例.北京：机械工业出版社，1996. [6] 朱耀祥等.现代夹具设计手册.北京：机械工业出版社，2009. [7] 夏伯雄.数控机床的产生发展及其趋势[J].精密制造与自动化.2008. [8] 赵长明等.数控加工工艺及设备.北京：高等教育出版社，2008. [9] AMT Statistical Department.1998-1999 Economic Handbook of the Machine Tool Industry.1998. [10] 李洪等.机械加工工艺手册.北京.北京出版社，1990.

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制定输出连接法兰数控加工工艺

附录

附录1.机械加工工艺过程卡片 附录2.机械加工工艺过程卡片 附录3.机械加工工艺过程卡片 附录4.数控加工工序卡 附录5.数控加工工序卡 附录6.数控加工工序卡 附录7.数控加工工序卡 附录8.数控加工刀具卡片 附录9.数控加工刀具卡片 附录10.数控加工刀具卡片 附录11.数控加工进给路线图 附录12.数控加工进给路线图 附录13.数控加工进给路线图 附录14.数控加工进给路线图 附录15.数控加工进给路线图 附录16.数控加工进给路线图 附录17.数控加工程序 附录18.法兰盘二维图及三维图

附录19.法兰盘钻Φ10孔专用夹具装配图 附录20.专用夹具中夹具体二维图 附录21.专用夹具中可换圆柱销二维图 附录22.专用夹具中可换菱形销销二维图 附录23.专用夹具中定位心轴二维图

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第二篇：法兰盘卡具课程设计说明书

辽宁工程技术大学

机 械 制 造 技 术 基 础 课 程 设 计 题 目：加工CA6140法兰盘φ4φ6夹具设计

班

级： 涉外机械08—2 姓

名：

王瑶

指导教师：

张兴元

完成日期： 2011-03-08

辽宁工程技术大学课程设计

一、设计题目

加工CA6140法兰盘φ4φ6夹具设计

二、原始资料

(1) 被加工零件的零件图

1张 (2) 生产类型:(中批或大批大量生产)

三、上交材料

1.绘制零件图

1张 2.毛坯图

1张 3.编制机械加工工艺过程综合卡片

1套 4.编制机械加工工艺卡片(仅编制所设计夹具对应的那道工序的机械加工工艺卡片)

1套

5.绘制夹具装配图(A0或A1)

1张 6.绘制夹具中1个零件图(A1或A2。装配图出来后，由指导教师为学生指定需绘制的零件图，一般为夹具体)。

1张

7.编写课程设计说明书(约5000-8000字)。

1份

四、进度安排

本课程设计要求在3周内完成。 1.第l～2天查资料，熟悉题目阶段。

2.第3～7天，完成零件的工艺性分析,确定毛坯的类型、制造方法和机械加工工艺规程的设计并编制出零件的机械加工工艺卡片。

3.第8～10天，完成夹具总体方案设计(画出草图，与指导教师沟通，在其同意的前提下，进行课程设计的下一步)。

4.第11～13天，完成夹具总装图的绘制。 5.第14～15天，零件图的绘制。

6.第16～18天，整理并完成设计说明书的编写。 7.第19天，完成图纸和说明书的输出打印。 8.第20～21天，答辩

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五、指导教师评语

成 绩：

指导教师

日

期

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摘 要

本说明书主要是CA6140卧式车床上的法兰盘φ4φ6孔的设计说明,本说明书说明了法兰盘零件的作用，对零件进行工艺性能分析，还有制造零件时毛坯的形状选择，零件的工艺路线，还有有关定位的基准选择问题，并对加工φ4φ6孔的切削余量工时进行了计算，最后还对法兰盘的定位误差进行了分析与计算，针对加工φ4φ6孔时进行对刀与导向装置的设计，法兰盘夹具体的设计，有关夹紧力的计算，最后完成对夹紧装置的设计。在本次设计过程中我能熟练运用机械制造基础设计中的基本理论，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。我还学会了使用手册及图表资料,并且对本设计有关的各种资料的名称、出处、能够做到熟练运用。

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Abstract This instruction is mainly talking about horizontal lathe CA6140 φ4φ6 hole flange design specifications, the instruction explains the flange part of the effect on the analysis of process performance parts, as well as manufacturing parts rough shape when selected, part of the process route, positioning the base on selection, and processing man-hours φ4φ6 hole cutting margin was calculated, and finally the positioning of the flange and calculation errors are analyzed for processing φ4φ6 hole and guide the knife when device design, flange design specific folder, the clamping force calculation, and finally completed the design of the clamping device. In this design process, I can skillfully use Machinery basic design of the basic theory, the correct solution to a part in the process of positioning, clamping and process routing, process sizing and other issues to ensure the machining quality. I also learned to use manual and chart information. And the design of various types of the name of information and the provenience, can be proficient.

目 录

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5 1零件作用及设计任务 .................................................................. 6 2生产纲领及生产类型 .................................................................. 6 3零件的分析 ................................................................................ 6 3.1零件的作用分析 ................................................................ 6 3.2零件的工艺分析 ................................................................ 6 4确定毛坯制造方法，初步确定毛坯形状 ....................................... 7 5工艺规程设计 ............................................................................. 7 5.1粗基准的选择 ................................................................... 8 5.2基准重合问题 ................................................................... 8 5.3工件表面加工方法的选择 .................................................. 8 5.4制定工艺路线 ................................................................... 9

5.4.1工艺路线方案一 ...................................................... 9 5.4.2工艺路线方案二 ..................................................... 10 5.5工艺方案的比较与分析 .................................................... 11 5.6确定加工余量、毛坯尺寸及公差 ...................................... 11 5.7确定切削用量及基本工时 ................................................. 11

5.7.1钻φ4 孔 ............................................................... 11 5.7.2铰φ6孔 ................................................................ 12 6机床夹具设计 ............................................................................ 12 6.1定位方案设计 .................................................................. 12 6.2定位误差的分析与计算 .................................................... 12 6.3对刀与导向装置的设计 .................................................... 13 6.4夹紧装置的设计 ............................................................... 13 6.5夹紧力的计算 .................................................................. 13 6.6夹具体的设计 .................................................................. 14 7参考文献 ................................................................................... 15

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6 1零件作用及设计任务

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。

2生产纲领及生产类型

已知产品为中批生产。

3零件的分析

3.1零件的作用分析

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 100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 mm上部为 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。

3.2零件的工艺分析

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： 一

以 45 外圆为中心的加工表面

这一组加工表面包括： 外圆，端面及倒角; 外圆，过度倒圆;

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7 内孔及其左端倒角。

二

以 外圆为中心的加工表面

这一组加工表面包括： 端面， 外圆，端面，倒角;切槽3×2; 内孔的右端倒角。

三

以 的孔为中心加工表面

这一组加工表面包括：

外圆，端面; 外圆，端面，侧面; 外圆; 外圆，过度圆角;4— 孔和同轴的孔。

它们之间有一定的位置要求，主要是：

(一) 左端面与 孔中心轴的跳动度为 ;

(二) 右端面与 孔中心轴线的跳动度为 ;

(三) 的外圆与 孔的圆跳动公差为 。

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。

4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。

5工艺规程设计

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。

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8 5.1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 45的外圆及 90的右端面作为粗基准，利用三爪卡盘夹紧 45外圆可同时削除 五个自由度，再以 90的右端面定位可削除 自由度。

5.2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。

5.3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：

一. 外圆面：公差等级为IT6~IT8，表面粗糙度为0.8 , 采用粗车→半精车→磨削的加工方法。

二. 20内孔：公差等级为IT7~IT8，表面粗糙度为1.6 ，采用钻→扩→铰→精铰的加工方法，倒角用车刀加工。

三. 外圆面：公差等级为IT13~IT14，表面粗糙度为0.4 ，采用粗车→半精车→磨削的加工方法。

四. 90外圆：未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为6.4 ，采用的加工方法为粗车—半精车—磨削。 五. 100外圆面：公差等级为IT11，表面粗糙度为6.3 ，采用粗车→半精车→磨削的加工方法。

六. 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6.3 ，采用的加工方法为粗车。

七. 90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0.4 ，采用的加工方法为粗车→半精车→精车。

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9 八. 90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3.2 ，采用的加工方法为粗车→半精车→磨削。 九. 100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1.6 ，采用的加工方法为粗车→半精车→精车。 十.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 6.3，采用的加工方法为粗车。

十一. 100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0.4 ，采用的加工方法为粗车→半精车→磨削。 十二. 90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3.2 ，采用的加工方法为粗铣→精铣. 十三. 90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0.4 ，采用的加工方法为粗铣→精铣→磨削. 十四.4— 9孔：未注公差等级,根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为6.3 ，采用的加工方法为钻削。

十五. 4的孔：未注公差等级,根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为6.3 ，采用的加工方法为钻削。

十六. 6的孔：未注公差等级,根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为3.2 ，采用的加工方法为钻→铰。

5.4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。

5.4.1工艺路线方案一

(一)工序Ⅰ 粗车φ100柱体左端面。

(二)工序Ⅱ

钻、扩、粗铰、精铰φ20mm孔至图样尺寸并车孔左端的倒角。

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10 (三)工序Ⅲ

粗车φ100柱体右端面，粗车 90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。

(四)工序Ⅳ

粗车、半精车、精车φ90右端面，车槽3×2，粗车、半精车外圆及外圆倒角。

(五)工序Ⅴ

精车φ100左端面、φ90右端面 (六)工序Ⅵ

粗铣、精铣φ90柱体的两侧面。 (七)工序Ⅶ

钻φ4孔，铰φ6孔。 (八)工序Ⅷ

钻 4—9孔。

(九)工序Ⅸ

磨削B面，即 外圆面、φ100右端面、φ90左端面。

(十)工序Ⅹ

磨削外圆面φ100φ 90 。

(十一)工序Ⅺ

磨削φ90突台距离轴线24mm的侧平面。 (十二)工序Ⅻ

刻线。 (十三)工序ⅩⅢ

镀铬。 (十四)工序XIV 检测入库。 5.4.2工艺路线方案二

(一)工序Ⅰ

车 柱体的右端面，粗车φ90右端面，车槽3×2，粗车、半精车外圆 ，车右端倒角。

(二)工序Ⅱ

粗车φ100柱体左、右端面，粗车φ90柱体左端面，半精车φ100左、右端面、φ90左端面，粗车外圆φ45 、 100、φ90，半精车外圆φ45 、φ100、φ90，车φ100柱体的倒角，车φ45柱体的过度倒圆。

(三)工序Ⅲ

(四)工序Ⅳ

(五)工序Ⅴ

(七)工序Ⅶ

(八)工序Ⅷ

精车φ100左端面，φ90右端面。

钻、扩、粗铰、精铰孔φ20mm至图样尺寸并

粗铣、精铣φ90柱体的两侧面。

钻 4—9孔。

磨削外圆面φ100，φ90， 。 车孔左端的倒角。

(六)工序Ⅵ

钻φ4孔，铰φ6孔。

(九)工序Ⅸ

磨削B面，即 外圆面、φ100右端面、φ90

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11 左端面。

(十)工序Ⅹ

刻字刻线。 (十一)工序Ⅺ

镀铬。 (十二)工序Ⅻ

检测入库。

5.5工艺方案的比较与分析

上述两种工艺方案的特点在于：方案一是从左端面加工到右侧，以100 的外圆作为粗基准加工左端面及 20mm的孔又以孔为精基准加工，而方案二则是从右端面开始加工到左端面，然后再钻孔 20mm，这时则很难保证其圆跳动的误差精度等。因此决定选择方案一作为加工工艺路线比较合理。

5.6确定加工余量、毛坯尺寸及公差

钻φ4孔，双边加工余量为2Z=4，公差等级为IT11，公差为0.075，工序尺寸为φ4，毛坯为实心。铰φ6孔，双边加工余量为2Z=2，基本尺寸为φ6，公差等级为IT10，公差为0.048，工序尺寸φ6，毛坯为φ4的孔。

5.7确定切削用量及基本工时

5.7.1钻φ4 孔

选用Z525型立式钻床。 5.1.1刀具选择：

由《工艺手册》选用 高速钢锥柄标准花钻。 5.1.2确定切削用量：

查《切削用量手册》f=0.18～0.22mm/r,由钻床取f=0.20mm/r.由《切削用量手册》取V =18m/min 由Z525钻床取n =1432r/min. 选接近的 所以n取1360r/min V=3.14*4*1360/1000=17.1m/min 5.1.3基本工时：

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12 其中L1=10，L2=0，L=12.5 T= 0.08min 5.7.2铰φ6孔

5.2.1刀具选择：

高速钢锥柄机用铰刀，刀具磨钝标准为0.4—0.6,耐用度T=60min。

5.2.2确定切削用量：

加工余量为2mm,故背吃刀量asp=1mm。查《切削用量手册》f=0.27—0.33mm/r，由《工艺手册》f=0.26mm/r。

确定切削速度：

计算切削速度V， V = 0.21m/s=12.8m/min n = 680r/min 5.2.3基本工时：

其中L1=10，L2=2，L=7

T= 0.076min

选接近的，取n =670 6机床夹具设计

6.1定位方案设计

夹具采用一个大面，一个V形块，一个支撑钉，其中一个支撑钉限制一个自由度，一个V形块限制两个自由度，一个大面限制三个自由度，这样6个自由度就可以完全限制了，实现了完全定位。

6.2定位误差的分析与计算

用调整法加工一批工件时，工件在定位过程中，会遇到由于工件的定位基准与工序基准不重合，以及个工件的定位基准与定位元件工件表面存在制造误差，这些都能引起工件的工序基准偏离理想位置，由此引起工序尺寸产生加工误差，即定位误差。钻φ4绞φ6的工序基准为φ100端面及45孔的轴线，按基准重合原则选100端面及4

5 辽宁工程技术大学课程设计

13 孔轴线为定位基准。

△d=△j△b;△b为基准不重合误差，此工件为零;△b为基准位移误差：

0.6/(2*赛因45)=0.4243 6.3对刀与导向装置的设计

钻床卡具的对刀导向元件为钻套。钻套的作用是确定刀具相对卡具定位元件的位置，并在加工中对钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工中发生偏斜。钻套可以分为固定式，可换式，快换式和特殊钻套。该孔需要多工步加工，所以选用快换钻套。钻套的高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具的高度、工件表面形状等因素有关。钻套高度越大，刀具的导向性越好，但刀具与钻套的摩擦越大。此时钻套高度H=18mm，钻套底部与工件间的距离为排屑间隙。排屑间隙应适当选取，排屑间隙值太小，切屑难以自由排出，使工件表面损坏，排屑间隙太大，会降低钻套对钻头的导向作用影响加工精度，所以排屑间隙选取h=2mm。

6.4夹紧装置的设计

夹紧装置的基本要求：1)夹紧时不破坏工件在卡具中的占有的正确位置，2)夹紧力要适当，即要保证工件在加工过程中定位的稳定性。又要防止因夹紧力过大而损失工件表面而产生的夹紧变形。3)夹紧机构操作安全，省力，夹紧迅速。4)夹紧机构的复杂程度、工作效率应与生产类型相适宜。5)卡具良好的自锁能力。该装置中夹紧力与切削方向一致，所以切削力较小，仅需较小的夹紧力来防止工件在加工过程中产生的震荡和钻动。综上所述，可以选取偏心夹紧机构在进行夹紧。

6.5夹紧力的计算

加工本工件时夹紧力与切削力方向一致，因为其他切削力较小，仅需较小的夹紧力来防止工件在加工过程中产生振动和转动，所以无需计算夹紧力。

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14 6.6夹具体的设计

夹紧体设计的基本要求应满足，要有足够的刚度和强度，夹具安装稳定夹具体结构工艺性好，便于清理排屑。卡具体铸造时不许有裂纹，气孔，砂眼，缩松等铸造缺陷，铸件在加工前应进行时效处理，有铸造圆角。

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15 7参考文献

[1]黄健求.机械制造技术基础[M].机械工业出版社.2010 [2]赵丽娟、冷岳峰.机械几何量精度设计与检测[M].辽宁工程技术大学.2010 [3]徐翠萍、赵树国.工程材料与成型工艺[M].冶金工业出版社.2010 [4]任乃飞机械制造技术基础课程设计指南[M].化学工业出版社.2006 [5]机械制造技术基础课程设计指导[M].书辽宁工程技术大学

[6]何凡、席本强、曲辉.机械设计基础课程设计[M].冶金工业出版社.2010 [7]李旦、邵东向、王杰.机械专用夹具图册[M].哈尔滨工业大学出版社.2005 [8]艾兴、肖诗纲.切削用量简明手册[M].机械工业出版社.2004 [9]孙笨绪、熊万武.机械加工余量手册[M].国防工业出版社.1999 [10]吴拓.现代机床夹具设计[M].化学工业出版社.2009

第三篇：法兰盘零件钻床夹具设计说明书 (10)[大全]

机械制造加工工艺课程设计

机电及自动化学院

机械夹具课程设计

设计题目：法兰盘零件钻床夹具设计

专 业：08机械电子

学 号：0811116044 姓 名： 指导老师：

2011年12月19日至2012年1月8日

机械制造加工工艺课程设计

前 言

工装夹具就是用夹具将需要加工的零件准确定位和可靠夹紧，便于工序的快速顺利进行并且保证要加工零件的结构精度方面要求的工艺装备。工装夹具对提高产品质量，减轻工人的劳动强度，加速生产实现机械化、自动化进程等方面起着非常重要的作用。

工装夹具的主要作用有以下几个方面：

(1)准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可换性。 (2)有效的防止和减轻了零件变形。

(3)使工件处于最佳的加工部位，工艺缺陷明显降低，加工速度得以提高。 (4)以机械装置代替了手工装配零件部位时的定位、夹紧及工件翻转等繁重的工作，改善了工人的劳动条件。

工装夹具中用于钻孔、扩孔、锪孔及攻丝的钻床夹具，它习惯称为钻模。使用钻模加工时，是通过钻套引导刀具进行加工。钻模主要用于加工中等精度、尺寸较小的孔或孔系。使用钻模可以提高孔及孔系间的位置精度，又有利于提高空的形状和尺寸精度，同时还可以节省划线找正的辅助时间，其结构简单、制造方便，因此钻模在批量生产中得到广泛的应用。

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目 录

前言 2

一、夹具设计任务及要求

1.1法兰盘零件图 4 1.2法兰盘的重点技术要求分析 4

二、法兰盘零件钻3xφ11mm通孔、锪3xφ16.5mm沉孔加工工序夹具设计方案的确定

1、基准面的选择(夹具体方式的确定) 5

2、定位原理及定位方案的选择及实现 5

3、夹紧方式及元器件的选择 6

4、夹具总装结构 7

三、定位误差及夹紧分析与计算 7

1、定位误差计算 8

2、钻削力及夹紧力的计算 9

四、夹具工作原理(操作)简介 10

五、参考文献 10

六、附件

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法兰盘零件钻3xφ11mm通孔、锪3xφ16.5mm沉孔的夹具设计

一、夹具设计任务及要求

1.1 法兰盘零件图

由零件图可知，其材料为HT150，该材料为灰铸铁。加工通孔的直径为 φ11mm，选用麻花钻d1=φ11mm，材料为高速钢。加工锪孔的直径为φ16.5mm，深度为10mm，选用锪钻d2=φ16.5mm，材料为高速钢。所用机床为立式钻床Z525。法兰盘零件图如下：

1.2 法兰盘零件的重点技术要求分析

1.公差要求

(1)3xφ11mm通孔、3xφ16.5mm沉孔均布在中心孔轴线同心圆φ98mm上;

0.2(2)有一个φ11mm通孔正对与中心轴距离34.50.4mm的面。

2.精度及批量分析

(1)本工序有一定位置精度要求，属于批量生产，使用夹具加工是适当的。

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(2)考虑到生产批量不是很大，因而夹具结构应尽可能的简单，以减少夹具的制造成本。

二、夹具设计方案的确定

2.1基准面的选择(夹具体方式的确定)

夹具体是夹具的基本件，它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑工件装卸的方便。因此，夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置、工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等。在设计夹具体时应满足以下基本要求。

① 具有足够的强度和刚度。

② 结构简单、轻便，在保证强度和刚度前提下结构尽可能简单紧凑，体积小、质量轻和便于工件装卸。 ③ 安装稳定牢靠。

④ 结构的工艺性好，便于制造、装配和检验 ⑤ 尺寸要稳定且具有一定精度。 ⑥ 清理方便。

2.2 定位原理及定位方案的选择及实现

1.工件的定位原理

自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿OX,OY,OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，则必须限制六个自由度。工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位;工件被限制的自由度少于六个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位。 2.定位方案的选择

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0.2方案一：以φ52g6外圆端面、φ3600.02的内孔和距中心轴34.50.4mm的面定位，限制六个自由度，为完全定位。

0.2 方案二：以φ52g6外圆端面、距中心轴34.50.4mm的面和距中心轴54mm的面定位，限制六个自由度，为完全定位。

比较两种方案，方案二装夹方便，但不符合基准重合原则，定位误差大。而方案一使通孔和沉孔的定位误差为零，且符合基准重合原则，夹紧力方向垂直主要定位面，也符合夹紧力确定原则。故方案一比方案二好。

2.3 夹具类型的选择

本工序钻通孔采用固定式钻模中的可翻转式钻模，并采用分度装置做到一次装夹，同时加工3个孔。

2.4 夹紧方式及元器件的选择

夹紧机构的三要素是夹紧力方向的确定、夹紧力作用点的确定、夹紧力大小的确定。

对夹紧机构的基本要求如下：

① 夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠。

② 夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量 ③ 夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。 ④ 结构力求简单，便于制造和维修。 为简化结构，确定采用螺栓夹紧。

2.5 夹具总装结构

根据被加工零件的结构特征，选择定位基准，实现六点定位原理,即以工件

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的φ52g6外圆端面为定位基准面，约束了Y向的移动;X向的转动;Z向的转动3个自由度。φ36短定位销约束了Z向的移动;X向的移动2个自由度。浮动支承板约束了Y向的转动1个自由度。这样工件的6个自由度被完全被消除也就得到了完全的定位。

夹具总装图

三、定位误差与夹紧分析及计算

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3.1 定位误差计算

考察工件上与使用夹具有关的工序尺寸及工序要求(即工序位置尺寸和位置要求)有：通孔及沉孔孔轴距离中心轴为49mm; 分析定位误差：

49mm尺寸的定位误差：

定位误差由两部分组成：定位基准与设计基准不重合产生的定位误差jb和定位副制造不准确产生的基准位移误差jw。

因为工件是以一面一销一浮动支承板定位，使孔的设计基准和定位基准重合，故jb0

现选取工件上中心孔与短定位销的配合均为H7/f6，则圆柱销的直径尺寸为0.0250Φ36mm,中心孔经加工后的尺寸为Φ360.0410.02mm。

jwOO1maxOO1min11(Dd)(0.0660.02)mm0.043mm 22所以dwjbjw(00.043)mm0.043mm

由于加工的尺寸为11mm和16.5mm，不要求公差等级，按IT12级公差计算，

1查表得误差为0.18mm,只占公差的0.043/0.18=23.9%<。

3 由于加工面的公差都没有要求，均按IT12的公差标准算，因此完全可以保证加工精度的要求。

3.2 钻削力及夹紧力的计算

①钻孔切削力：查《现代机床夹具设计》，得钻削力计算公式：

Ff419Df0.8Kp

式中 Ff ——— 钻削力

f

─── 每转进给量, 0.2mm

D ─── 麻花钻直径, 11mm HBKp——— 修正系数，Kp190所以 Ff419Df0.8Kp

419110.20.80.95

0.60.95

机械制造加工工艺课程设计

419110.2760.951208.5N

钻孔的扭矩： T0.12D2f0.8Kp

式中 f

─── 每转进给量, 0.2mm

D ─── 麻花钻直径, 11mm HBKp——— 修正系数，Kp1900.60.95

T0.12D2f0.8Kp

0.121120.20.80.95 0.121210.2760.95

3.81Nm②锪孔切削力：查《现代机床夹具设计》，得钻削力计算公式：

Ff419Df0.8Kp

式中 Ff ——— 钻削力

f

─── 每转进给量, 0.15mm

D ─── 麻花钻直径, 16.5mm HBKp——— 修正系数，Kp190所以 Ff419Df0.8Kp

41916.50.150.80.95 41916.50.2190.951438.4N0.60.95

钻孔的扭矩： T0.12D2f0.8Kp

式中 f

─── 每转进给量, 0.15mm

D ─── 麻花钻直径, 16.5mm

机械制造加工工艺课程设计

HBKp——— 修正系数，Kp1900.60.95

T0.12D2f0.8Kp

0.1216.520.150.80.95 0.12272.250.2190.95

6.80Nm

③钻孔夹紧力：

实际所需夹紧力：WkFfK 安全系数：

KK0K1K2K3K4K5K6

1.51.21.01.21.31.01.0

2.808

WkFfK

1438.42.808

4039.03N

查《现代机床夹具设计》，用扳手的M12六角螺母，螺距为1.75mm，手柄长度140mm，作用力70N，所产生的夹紧力为5380N>Wk，故该夹具加工安全。

四、夹具工作原理(操作)简介：

对此夹具各个零件的装配关系见夹具总装图，下面我们来分析与说明它的工件原理：心轴上的短销通过锁紧螺母上的孔、本身的螺栓、螺母与夹具体紧紧连接。工件装夹时，只要把钻模板上的菱形螺母转过90°，即可翻转钻模板，然后把压紧螺母松开，把开口垫圈抽出，即可把工件套上去。利用二面一孔进行定位，当工件套上去后，先插入开口垫圈，再拧紧压紧螺母进行夹紧。钻模板转回来后，菱形螺母反方向转90°，这时钻头在钻模套的引导下对待加工工件进行加工，并且在钻模套的作用下完成钻床对法兰盘的钻孔、锪孔工序。当完成一个位置的加工后，松开锁紧螺母，拔出定位销，转动分度盘，使工件进入下一个加工位，以此来完成一次装夹，钻三个均布的孔。

本夹具操作简单，省时省力，装卸工件时只需靠开口垫圈和紧定螺栓的松紧即可轻松实现。

机械制造加工工艺课程设计

五、参考文献

1、《机床夹具设计手册》 王光斗、王春福主编 上海科学技术出版社 1980年

2、《机床夹具设计》 林正焕、陈本通主编 国防工业出版社 1987年

3、《现代机床夹具设计》 吴拓主编 化学工业出版社 2009年

4、《机械制造技术基础》 卢秉恒主编 机械工业出版社 2009年

5、《互换性与测量技术基础》 李军主编 华中科技大学出版社 2007年

6、《机械制图》 大连理工大学工程画教研室编 高等教育出版社 2006年

机械制造加工工艺课程设计

六、附件

夹具总装图1张、零件图5张

第四篇：CA6140车床的法兰盘夹具设计说明书

目 录

序言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

一、零件的工艺分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

二、工艺过程设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1.定位基准的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2.毛坯的制造形式„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3.制定工艺路线„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

三、加工工序设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1.确定切削用量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2.确定加工工序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

四、夹具设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1.确定设计方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2.计算夹紧力„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3.定位精度分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4.装配尺寸链及公差分配„„„„„„„„„„„„„„„„

五、机械加工工艺过程卡片„„„„„„„„„„„„„„„„„

六、机械加工工序卡片„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

七、小结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

八、参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

序言

机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及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总复习,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。

就我个人而言，我希望能通过这次课程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。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。

一、零件的分析

题目所给的零件是CA6140车床的法兰盘。主要是要来安装在机床上，起到导向的作用使机床实现进给运动。

零件的工艺分析

法兰盘共有八处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下： 法兰盘共有八处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：

1、 以为1000.34基准面加工表面

这一组加工表面包括：450.017

，450.017的右端面

2、以450.017 端面为基准， 先用18的钻头钻孔，然后扩孔，再用铰刀铰孔 由于孔与450.017有跳动的要求，所以要以400.017 端面为基准 000000.121000.

34、450.017外圆，

3、以 450.017端面为基准，车450.6、并导145，和1.545。

4、要以孔2000.045000.120为基准，精车所有外圆面，使其达到要求。

由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。

二、 工艺规程设计

(一)确定毛坯的制造形式

零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，故选择铸件毛坯。

(二)定位基准的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。

(1)粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取孔400.017外轮廓表面作为粗基准。

(2)精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。

0

(三)制定工艺路线

制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,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。

1.工艺路线方案一

工序一 车端面及外圆450.017，以1000.34为粗基准，选用CA6150机床 工序二 以450.017外圆面为基准，钻200后用19.8钻头扩孔，再粗、精铰孔达到200000.04500.12通孔，先用钻18的钻头钻孔，然

0.045的尺寸

0.120工序三 以450.017外圆面为基准，粗车1000.

34、90、450.6外圆，粗车0.1201000.

34、90左右端面、450.6外圆。

工序四 以1000.34外圆面为基准，倒200工序五 2000.0450.120.045孔右边角145。

00.12450.6外圆，内孔为基准，精车1000.

34、精车1000.

34、90、

0.12045外圆、倒、和、车90左右端面、4501.5451450.60.6柱体的过度倒圆，保证跳动在0.03内、并车32槽。

工序六 粗铣、精铣90柱体的两侧面。

工序七 以一个铣好的面定位,再利用另外一个面夹紧,钻4的通孔,再圹孔到6孔,保证尺寸为L=7,再铰孔使其达到所要求的精度。

3 工序八 以2000.045孔为基准面,利用专用夹具,钻4个9孔。

2.工艺路线方案二

工序一 车端面及外圆450.017，以1000.34为粗基准，选用CA6140机床 工序二以450.017外圆面为基准，粗车1000.

34、90外圆，并导1.545，和00.1200.12145

工序三以450.017外圆面为基准，钻200铰孔达到20000.04500.045通孔，先用钻18的钻头钻孔，再的尺寸

0.12以450.017外圆面为基准，粗车1000.

34、90外圆，并导1.545，和145 工序四。以1000.34外圆面为基准，并导745，和145 工序五 2000.0450.12内孔为基准精车1000.34左端面和90右端面和450.017保证

0.120跳动在0.03内,并车32槽

工序六 右端面和一圆面定位,利用两个端面夹紧,先铣粗糙度为3.2的一面。 工序七 以刚铣的平面定位,,利用两端面夹紧,铣另外一面保证尺寸为24 工序八 以一个铣好的面定位,再利用另外一个面夹紧,钻4的通孔,再圹孔到6孔,保证尺寸为L=7,再铰孔使其达到所要求的精度。

工序九 以2000.045孔为基准面,利用专用夹具,钻4个9孔。

0虽然工序仍然是十步，多次加工450.017表面是精度要求和粗糙度的要求和有跳动的要求所以选择第一个方案

三、加工工序设计

(一)机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定

“CA6140车床法兰盘”;零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛皮重量1.4kg，生产类型大批量，铸造毛坯。

据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1000.34端面) 1. 外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差(450.017，。

查《机械制造工艺设计简明手册》(以下称《工艺手册》)表2.2～2.5，取φ45，φ100端面长度余量均为4(均为双边加工)

00.12车削加工余量为： 粗车 2mm 精车 0.7mm 2. 内孔

工序尺寸加工余量： 钻孔 2mm

扩孔 0.125mm 铰孔 0.035mm 精铰 0mm 3. 其他尺寸铸造得到

由于本设计规定的零件为中批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。

取余量为：7mm 因此可以确定毛坯的尺寸(毛坯图)

(二)确立切削用量及基本工时

序一 以1000.34外圆为粗基准，粗车450.017外圆及其右端面。 1. 加工条件

工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。 加工要求：粗车外圆55，尺寸保证到47。

机床：CA6150车床。 选择刀具：

车端面

选用93°偏头端面车刀，选择车刀几何形状，前刀面形状为平面带倒棱型，前角 =10°，后角 =8°，主偏角93°。,副偏角k =10 °,刀尖角圆弧半径0.5，刃倾角 =-10°。

车外圆

90°焊接式直头外圆车刀，刀片厚度5mm，YG6硬质合金，前刀面带倒棱形，主偏角90°，前角10°，后角6°，副偏角8°，刃倾角-10°，刀尖圆弧直径0.5mm。 工序Ⅰ：

粗车450.017外圆 90°焊接式直头外圆车刀

确定加工时间

由于余量为8mm，因此分二次切削，吃刀深度为ap=4mm 查《切削用量简明手册》，进给量f=0.4mm/r (表1.4) 计算切削速度，耐用度t=45min 00.120v=cvtmapxvfyvkv=

189.80.810.81.54=86.4m/min 0.20.150.24540.4确定机床主轴转速：

ns= 1000vd=100086.4=497r/min

3.14555 按机床取nw=500r/min 实际切削速度为v=86.35r/s

车外圆时tm1=04152=0.46min 5000.4粗车450.017右端面 选用93°左偏头端面车刀

确定加工时间

由于余量为2mm，因此分一次切削，吃刀深度为ap=2mm 查《切削用量简明手册》，进给量f=0.4mm/r (表1.4) 计算切削速度，耐用度t=45min

v=cvtmapxvfyvkv=

189.80.810.81.54=95.7m/min 450.220.150.40.2确定机床主轴转速：

ns=1000vd=100095.7=554r/min

3.1455按机床取nw=560r/min 实际切削速度为v=96.7r/s

车端面时tm2l1l2l3247/2220.12min nwf5600.4工序II 选CA6150车床

查《切削用量简明手册》，进给量f=0.36mm/r，d取18mm时v=14m/min

vtvkTvkcvklvktv140.811.2m/min

n1000vt100014247r/min d03.1418可考虑选择nc250r/min，故取f0.27mm/r

r/m inf0.28mm/r

nc250钻、扩孔时tm1ll9110= 2=2.99min ncf2500.27m/m in铰孔时ap0.

1f0.27mm/ r vc9.6 6

n

tm21000vt10009.61

53取nc160

203.142091101.9mi n1950.27工序III

确定加工时间

由于余量为8mm，因此分二次切削，吃刀深度为ap=3.5mm

查《切削用量简明手册》，进给量f=0.4mm/r (表1.4)

粗车1000.34外圆 0.12v=cvtmapxvfyvkv=

189.80.810.81.54=86.4m/min 0.20.150.24540.4确定机床主轴转速：

ns=1000vd=100086.4=252r/min

3.14109按机床取nw=250r/min 实际切削速度为v=78.5 m/min

车外圆tm1=

粗车90外圆 1422=0.32min 2500.4v=cvtmapxvfyvkv=

189.80.810.81.54=86.4m/min 0.20.150.24520.4确定机床主轴转速：

ns=1000vd=100086.4=278r/min

3.1499按机床取nw=320r/min 实际切削速度为v=90.4m/min

车外圆tm2=1222=0.22min 3200.4粗车1000.34左端面 选用93°左偏头端面车刀

确定加工时间

由于余量为2.5mm，因此分一次切削，吃刀深度为ap=2mm 查《切削用量简明手册》，进给量f=0.4mm/r (表1.4) 计算切削速度，耐用度t=45min 0.12 7 v=cvtmapxvfyvkv=

189.80.810.81.54=95.7m/min 450.220.150.40.2确定机床主轴转速：

ns=1000vd=100095.7=305r/min

3.14100按机床取nw=320r/min 实际切削速度为v=100.5 m/min 车端面时tm20.12l1l2l32(10120)2220.35min nwf3200.4粗车1000.34右端面 选用93°右偏头端面车刀

确定加工时间

由于余量为2.5mm，因此分一次切削，吃刀深度为ap=2mm 查《切削用量简明手册》，进给量f=0.4mm/r (表1.4)

计算切削速度，耐用度t=45min

v=cvtmapxvfyvkv=

189.80.810.81.54=95.7m/min 450.220.150.40.2确定机床主轴转速：

ns=1000vd=100095.7=305r/min

3.14100按机床取nw=320r/min 实际切削速度为v=100.5 m/min 车端面时tm2

粗车90左端面

选用93°左偏头端面车刀

确定加工时间

由于余量为2mm，因此分一次切削，吃刀深度为ap=2mm 查《切削用量简明手册》，进给量f=0.4mm/r (表1.4) 计算切削速度，耐用度t=45min l1l2l32(10155)2220.21min nwf3200.4

v=cvtmapxvfyvkv=

189.80.810.81.54=95.7m/min 450.220.150.40.2 8 确定机床主轴转速：

ns=1000vd=100095.7=339r/min

3.1490按机床取nw=320r/min

实际切削速度为v=90.4 m/min

车端面时tm2l1l2l32(9147)2220.20

nwf3200.4粗车90右端面

选用93°右偏头端面车刀

确定加工时间

由于余量为2mm，因此分一次切削，吃刀深度为ap=2mm 查《切削用量简明手册》，进给量f=0.4mm/r (表1.4)

计算切削速度，耐用度t=45min

v=cvtmapxvfyvkv=

189.80.810.81.54=95.7m/min 0.20.150.24520.4确定机床主轴转速：

ns=1000vd=100095.7=339r/min

3.1490按机床取nw=320r/min 实际切削速度为v=90.4r/s 车端面时tm20l1l2l32(9147)2220.20

nwf3200.4粗车450.6外圆

确定加工时间

由于余量为2mm，因此分一次切削，吃刀深度为ap=2mm 查《切削用量简明手册》，进给量f=0.4mm/r (表1.4)

计算切削速度，耐用度t=45min

v=cvtmapxvfyvkv=

189.80.810.81.54=95.7m/min 0.20.150.24520.4确定机床主轴转速：

ns=1000vd=100095.7=339r/min

3.1490按机床取nw=320r/min

9 实际切削速度为v=90.4 m/min 车端面时tm2l1l2l32(9147)2220.20

nwf3200.4倒角1.545和145

基本工时：由工人操控，大约为0.03min。 工序IV

基本工时：由工人操控，大约为0.03min。

工序五 2000.045内孔为基准精车1000.34左端面、90右端面、400.017和

0.12004500.6外圆。车450.6柱体的过度倒圆，保证跳动在0.03内,并车32槽

工序V 精车1000.34左端面

确定加工时间

由于余量为0.5mm，因此分一次切削，吃刀深度为ap=0.5mm 查《切削用量简明手册》，进给量f=0.15mm/r (表1.4) 计算切削速度，耐用度t=45min 0.12

v=cvtmapxvfyvkv=

189.80.810.81.54=145m/min 450.20.50.150.150.2确定机床主轴转速：

ns=1000vd=1000145=462r/min

3.14100按机床取nw=450r/min 实际切削速度为v=141.3r/s 车端面时tm2

精车90右端面

确定加工时间

由于余量为2mm，因此分一次切削，吃刀深度为ap=0.5mm 查《切削用量简明手册》，进给量f=0.15mm/r (表1.4) 计算切削速度，耐用度t=45min l1l2l32(10020)2220.65

nwf4500.15

v=cvtmapxvfyvkv=

189.80.810.81.54=145m/min 450.20.50.150.150.2 10 确定机床主轴转速：

ns=1000vd=1000145=513r/min

3.1490按机床取nw=500r/min 实际切削速度为v=141.3r/s 车端面时tm2精车400.017

确定加工时间

由于余量为2mm，因此分一次切削，吃刀深度为ap=2mm 查《切削用量简明手册》，进给量f=0.15mm/r (表1.4) 计算切削速度，耐用度t=45min 0l1l2l32(9147)2220.35

nwf5000.15

v=cvtmapxvfyvkv=

189.80.810.81.54=145m/min 0.20.150.2450.50.15确定机床主轴转速：

ns=1000vd=1000145=982r/min

3.1447按机床取nw=900r/min 实际切削速度为v=132.8m/min 车端面时tm2车32槽

车450.6柱体的过度倒圆

工序Ⅵ

(一) 粗铣两侧面

(1)刀具选择

根据《工艺手册》表3.1及铣刀样本手册，选两把镶片圆锯齿铣刀，外径160mm,内径32mm,L=3mm,Z=40 (2)切削用量

L=3mm (3)由《切削手册》表3.5当机床X61W功率为5-10KW,采用YG6硬质合金材料加工铸铁取f=0.14-0.24mm/r,取f机=0.14mm/r。 (4)选择铣刀磨钝标准及耐用度

根据《切削手册》表3.7,铣刀齿后刀面最大磨损限度为1.5mm,由《切削手册》表3.8,铣刀直径d0=160mm,则硬质合金盘铣刀T=150min. (5)确定切削速度Vc

由《切削手册》表3,13,当取Vc=130m/min 0l1l2l3241220.33

nwf9000.15 11 ns=1000vd=1000130=258.6r/min

3.1490

根据X61W机床说明书(见《切削手册》表3.23)取主轴转速n机=255r/min.则实际切削速度为Vc = 128m/min

当n机=255r/min时,工作台为每分钟进给量是进给速度Vf=fm=fz×z×n

V机=0.14×40×255=1428mm/min. X61W机床说明书(见《切削手册》表3.23)取Vf=980mm/min (6)计算基本工时

L=48m

L1=38mm

L2=5 T=(L+L1+L2)/fm=(48.2+38+5)/960=0.09 min (二) 精铣两侧面 (1)工序要求

证表面粗糙度Ra=3.2,单边加工余量z=0.55mm,选X63卧式铣床,使用专用夹具. 选择刀具:由《工艺手册》表5.45及铣刀杆手册,选两把高钢镶齿三面刃铣刀,同时铣削两面,铣刀外径d0=160mm,D=40mm,L=20mm,Z=22(由《切削手册》表4.1, 4.2) (2)确定铣削深度

由于单边加工余量Z=0.55mm,余量不大,故一次走刀完成,则 =0.55mm. (3)确定每齿进给量fz 由《切削手册》表3.3在X63铣床功率为10kw(《切削手册》表3.25),工艺系统刚性为低,用高速钢成形盘铣刀加工时,选每齿进给量fz=0.08mm/z (4)选铣刀磨钝标准及刀具耐用度

根据《切削手册》表3.7铣刀后刀面最大磨损量为0.2mm,由《切削手册》表3.8铣刀直径d0=160mm,则T=150min (5)确定切削速度Vc 由《切削手册》表3.11,取Vc=30,Kmv=0.9,Ksv=1.0,Kzv=0.8, Vc =30×0.9×1.0×0.8=21.6m/min nc查=1000×Vc / d0=1000×21.6/160 =43r/min 查X63机床说明书(见《工艺手册》表4.2-39)选取主轴转速n机=47.5r/min.则实际切削速度为Vc = n机d0/1000= ×47.5×160/1000=23.87m/min,当n机=47.5r/min时,工作台每分进给量fm=Vf=fz×z×n机=0.08×22×47.5=83.6mm/min

由X63机床说明书(《见工艺手册》表4.2-40)选取铣床工作台进给量fm=75mm/min (6)计算基本工时 L=l+l1+l2=91 T=L/fm=91÷75=1.2min 工序Ⅷ：先用4钻头钻通孔，再圹孔到5.9，再铰孔到达所要求的精度 查手册，知钻4孔时f10.42mm/r，钻5.9的钻头孔：f10.6mm/r

n100014743rmin 3.146

查手册去标准值n1680r/min

铰孔时f30.28mm/r、Cv10

9、Zv0.2、M0.

3、Xv0.1、T180

15.660.2Cv0.89m91mm0.30.10.5mins1800.30.6

1000Vc10009n3478rmind03.146

取

tmn3545rmin

LL1L12.557575230.16minn1f1n2f2n3f36800.426800.425450.28

工序Ⅸ：由于钻4个9孔，先用8.9的钻头钻孔，然后再铰孔

钻孔时：f10.81mm/r、Vc10m/min

铰孔时：f10.62mm/r、Vc10m/min

由于速度是一样的所以

n1000Vc100010330rmind3.149

查表可知道取n392r/min 8585tm40.163920.813920.6

20.210.37min

四 夹具设计：

为了提高劳动生产，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。

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0200.045

2. 由于存在两平面配合，由于零件的表面粗糙度为Ra3.2，因此需要与配合平面有一粗糙度的要求为Ra3.2 3. 钻削力的计算：

px419DS0.8kp

刀具选用高速钢材料

查《机床夹具设计手册》表1-2-8

0.62000.6

HBkp190

1901.03

4.

D8.4、S10.

25、S20.125

px1419DS0.8kp4198.40.250.81.031195.8N

px2419DS0.8kp41990.1250.81.03735.9N 夹紧力计算：

查《机床夹具设计手册》由表1-2-23

由于工件为垂直安装在夹具之间，所以夹紧力w0w所以夹具设计符合要 求

4.装配尺寸链及公差分配

五、机械加工工艺过程卡片

六、机械加工工序卡片

七、小结

八、参考文献

《机床夹具设计手册》

《机械制造工艺学课程设计指导书》 《切削用量简明手册》 《机械加工工艺手册》 《机械制造技术基础》 《机械精度设计基础》

第五篇：机械制造工艺课程设计法兰说明书

前

言

机械制造工艺课程设计使我们学完了机械制造技术，机械制造装备设计，机械制造工艺学等课程，进行了生产实习之后，所进行的一个重要实践性教学环节。其主要目的是让学生不所学的工艺理论和实践知识在实践的工艺，夹具设计中综合地加以应用，进而得以加深和发展，提高学生分析和解决生产实际问题的能力，为以后搞好毕业设计和从事工作奠定了一定基础。通过本次课程设计，我们在下述方面可以得以锻炼：

1) 能熟练的运用机械制造工艺学及相关课程的基本理论，以及在生产实习 中所学到的实践知识，正确的分析和解决一个零件在加工中的定位，加紧和工艺路线地合理拟定等问题，从而保证零件制造的质量，生产率和经济性。

2) 通过夹具的工艺，进一步提高了我们的结构设计能力，你能够根据被加工零件的加工要求设计出高效省力，既经济合理有能保证质量的夹具。

3) 进一步提高我们的计算设计制图能力，能比较专业熟练地查阅和使用各种技术资料。

4) 在设计制造中培养我们严谨的工作作风和独立的工作能力。 在设计中，由于理论知识和实践经验不足，设计中的不妥之处，敬请老师批评指正。

1

一、 零件的分析

(一)零件的功用：

机械制造工艺设计我们组的零件是法兰，法兰的种类很多，用途也很广。法兰的一端可以是封闭的，用于变速箱用于变速箱主轴侧面，阻止外界灰尘进入箱体内，也可用于固定轴承，起到轴向定位的作用，本例中的法兰，其内部有M901.5的螺纹可以起到定位轴的零件作用，外圆1100.0360.071和一端面均有Ra=1.6的配合要求，9和4-5.5起到固定法兰的作用。

(二)零件的工艺分析：

由零件图可以看出，该法兰的结构不是很复杂，加工表面也不多，加工精度要求也不大，但主要注意其位置精度要求。 下面将主要表面分为四部分，见图1-1。

1、以内孔为中心的一组加工面：

这组加工面包括：94孔、M901.5螺纹孔及其倒角。

2、以外圆为中心的一组加工面：

这组加工面包括：1100.071外圆、134及其倒角。

3、以1200.1定位的两个孔 这组加工面包括：9孔和4-5.5孔。

4、左右端面：

这组加工面包括：9的端面和4-5.5表面的端面和面。

以上各表面的主要技术要求如下：

2

0.0361100.0710.036的端

1、94孔的表面粗糙度为Ra=3.2，M901.5螺纹的表面粗糙度为Ra=3.2。

2、外圆0.0361100.071mm的Ra=1.6，同轴度要求为0.02，倒角为145°，134mm表面粗糙度为Ra=3.2。

3、4-5.5mm的端面与轴心线有位置0.02mm的要求。其Ra为1.6。

4、孔4-5.5mm和9mm。

零件要求调质HRC30~45，其坯重为2.2kg。

由分析可知，四组加工表面可以选择其中一组表面为粗基准进行加工，然后再以加工过的表面为精基准加工其他各组表面，并保证他们之间的相互位置精度。

二、 零件的工艺规程设计

(一)确定零件的生产类型：

零件的生产纲领为：N=Q²n(1+a%)(1+b%)(件/年) 其中，产品年产量Q为台/年, 每台产品中该零件的数量为n件/台，零件备品率为a%，零件废品率为b%。从初始资料和计算结果可知，该零件为中批生产。

(二)确定零件毛坯的制造形式：

零件为45钢，在工作时法兰在某些场面要经常正反转，与接触表面受摩擦作用，所以零件在工作过程中受到交变载荷和冲击载荷，要求有较高的强度，因此应该选择锻件毛坯。由于零件的轮廓尺寸不3 大，生产纲领达到中批生产水平，可以采用模锻成型，这对于提高生产率，减少切削加工的劳动量，保证加工精度，都是有利的。

(三)拟定零件的机械加工工艺路线：

1、定位基准的选择：

定位基准的选择是拟定零件的机械加工路线，确定加工方案中首先要做的重要工作。基面选择正确、合理与否，将直接影响工件的技工质量和生产率。在选择定位基准时，需要同时考虑一下三个问题： (1)以哪一个表面作为加工时的精基面或统一基准，才能保证加工时精度，使整个机械加工工艺过程顺利地进行。 (2)为加工上述精基面或统一基准，应采用哪一个表面作为精基面。

(3)是否有个别工序为了特殊的加工要求，需要采用统一基准以外的精基面。

另外，我们还应从粗精基准选择的基本原则为出发点：

a.“基准重合”原则。应尽量选择被加工表面的设计基准为精基准。

b.“基准统一”原则。应选择多个表面加工都能使用的表面作为基准。

c.“互为基准”原则。当两个表面相互位置精度和其自身尺寸及形状精度都要求很高时，可互为基准，反复进行加工。

d.“自为基准”原则。在光整加工或某些精加工工序中，要求余量小且均匀，应尽量选择加工表面本身作为基准。

4

2、粗基准选择：

a.如果必须保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面作为粗基准。

b.应选择加工余量最小的表面作为粗基准。

c.应尽量选择与加工表面的位置精度要求较高的非加工面为粗基准。

d.选作粗基准的表面，应尽可能平整光洁，不能有飞边。浇冒口及其他缺陷，以保证定位准确可靠。.

e.粗基准一般只使用一次，不再重复使用。

精基面选择：根据精基面的选择原则。选择精基面时，首先应考虑基准重合问题，即在可能的情况下，应尽量选择螺纹孔和端面作为精基准。根据该工件的特点和加工要求，选择螺纹孔和端面作为精基面。加工1100.0360.071mm，94mm，134mm，20mm，5mm，1200.1mm等主要尺寸以螺纹孔和右端面作为精面。这样才能实现同轴度和位置的要求。对于45.5mm有相互位置要求，加工笫一个孔时应以螺纹孔和右端面为精基准。其余三个孔应以螺纹孔和已加工出的孔作为精基准，实现周向定位。

粗基面选择：为了加工出上述精基面，很显然，应以外圆和一个端面作为粗基面，镗，半精镗内孔。

零件各表面加工方法和方案的选择，首先要保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求，另外还需考虑生产率和经济方面的要求，在选择时，应根据各种加工方法的特点及其经济加工精度和表面粗糙5 度，结合零件的特点和技术要求，慎重决定。

该工件毛坏经模锻成型，根据表2-9得知孔已锻出。《金属加工工艺及工装设计》黄如林主编。其各表面加工方法选择如下：

94mm孔，M901.5螺纹孔

粗镗——精镗;

各外圆表面

粗车——精车;

9mm ，45.5mm

钻——铰;

螺纹孔

车螺纹。

M901.5mm

3、零件各表面加工顺序的确定：

1)加工阶段的划分：为达到规定的技术要求，该法兰盘的加工可分为如下三个加工阶段：

a.粗加工阶段：车外圆，端面，内孔;

b.半精加工阶段：以精车后为主要精基准，精车，外圆，端面;

c.精加工阶段：以端面和9孔定位，加工另外三个孔。

对于精度要求很高，表面粗糙度参数值要求很小(IT6及IT6以上，Ra0.02m)的零件，还需要专门精度和减小表面粗糙度为主，一般不用纠正形状精度和位置精度。

2)加工工序的安排：

a.机械加工顺序的安排：根据机械加工顺序安排时应遵循的原则，考虑到该工件的具体特点，先安排外圆，端面，内孔的加工。由于螺纹内孔是主要精基准，又由于车螺纹后作为定位基准，会破坏螺纹，须以精加工后的未车螺纹之前的内孔作为主要精基准，精车外圆，端面，然后加工出一个孔，最后加工出四个孔。

6 b.热处理工序的安排：由于毛坯为模锻件，在机械加工之前，首先安排正火处理，以消除锻造应力，改善切削性能。在粗加工后，安排第二次热处理——调质处理，以获得均匀细致的回火索氏体，提高零件的综合力学性能。

c.辅助工序安排：检验工序：在热处理工序后安排中间检验工序，最后安排终结检验工序。在终检前应安排清洗工序，最后将零件油封，入库。

3)工序的组合：

在确定加工顺序后，根据该工件的生产规模以及工件的结构特点与技术条件，为了尽可能地减少工件的安装次数，在一次安装中加工多个表面，以便于保证高的表面相互位置精度，考虑使用通用机床配以专用夹具，并采用工序集中的原则来组合工序。

工序集中和分散各有特点，应根据零件的生产纲领，技术要求，现场的生产条件和产品的发展情况来综合考虑。一般情况下，单件小批生产适于采用工序集中的原则。而大批量生产则可以集中，也可以分散。由于数控机床，加工中心，柔性制造系统等的发展，今后发展趋向于采用工序集中且柔性较高的原则来组织生产。

零件法兰由于是中批生产，又考虑到该零件结构特点，选用通用机床配以夹具，这样得到零件的工艺路线如下：

(1)下料; (2)锻造毛坯; (3)正火;

7 (4)粗车小端外圆，端面，镗孔及倒角; (5)粗车大端外圆，端面，镗孔及倒角; (6)调质处理; (7)检验;

(8)精车各档外圆，端面，倒角，攻螺纹; (9)钻5.5mm孔，锪5.5mm孔直到9mm; (10)清洗; (11)检验; (12)油封，入库。

以上工艺过程详见机械加工工艺过程卡和工序卡片。

(四)确定加工余量：

合理选择加工余量对零件的加工质量和整个工艺过程的经济性都有很大影响。余量过大，则浪费材料及工时，增加机床和刀具的消耗;余量过小，则不能去掉加工前存在的误差和缺陷层，影响加工质量，造成废品。所以合理确定加工余量是一项很重要的工作。故应在保证在保证加工质量的前提下尽量减少加工余量。确定工序加工余量的方法有以下三种：

1)分析计算法; 2)查表修正法; 3)经验估算法。

工艺路线确定后，就要计算各个工序加工时所应能达到的工序尺寸及其公差的确定与工序余量的大小，工序尺寸的标注方法，基准选8 择中间工序安排等密切相关，是一项繁琐的工作，但就其性质和特点而言，一般可以归纳为以下两大类：

a.在工艺基准不变的情况下，某表面本身各次加工工序尺寸的计算。对于这类简单的工序尺寸，当决定了各工序间余量和工序所能达到的加工精度后，就可计算各工序的尺寸和公差。计算顺序是从最后一道工序开绐，由后向前推。

b.基准不重合时工序尺寸的计算。在零件的加工过程中，为了加工和检验方便可靠或由于零件表面的多次加工等原因，往往不能直接采用设计

毛坯图1-2 9 基准作定位基准，出现基准不重合的情况。形状较复杂的零件在加工过程中需要多次转换定位基准，这时工艺尺寸的计算就比较复杂，应利用尺寸链原理进行分析和计算，并对工序间余量进行必要的验算，以确定工序尺寸及其公差。

机械加工余量对工艺过程有一定的影响，余量不够，不能保证零件的加工质量，余量过大，增加机械加工劳动量，而且增加了材料。刀具能源的消耗，从而增加了成本，所以必须合理安排加工余量。

根据零件毛坯条件：材料为45钢，硬度为HRC30-45，生产类型为中批生产，采用在锻模毛坯。

1、本设计采用查表修正法和经验估计法相结合确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸。

(1) 外圆表面加工余量

小端外圆长度7.5mm，加工表面公差等级为IT6-IT8，表面粗糙度Ra1.6，故锻造时外径加工余量按f110外圆查表得：精车1100.0360.071，，2Z=1.2;精车可以达到该公差等级，按照“入体原则”，粗车111.22Z=5.8;毛坯1172，2Z=7±2。

00.63(2)轴向长度方向加工余量，左、右端面及中间台阶面的加工。 余量查表得Z=3±1，故毛坯总长为26±2mm，小端台阶长为13.5±2mm。

(3)内孔表面加工余量。工件内孔为螺纹孔和光孔。由于94和90相差较小，故锻造时取统一内径，加工余量按94内孔查表得：车螺纹M90³1.5，2Z=0.2;精镗内孔88.376，2Z=0.8;精镗内孔86，10 2Z=8;毛坯81.2±2，2Z=9±2，毛坯图见1-2，其余各表面加工余量及工序尺寸详见工序卡片。

2、确定各工序所用机床及工艺装备：

零件的加工精度和生产率在很大程度上是由使用的机床所决定的。在设计工艺规程时，主要是选择机床的种类和型号。选择时参考有关手册，产品样本。选择工艺装备即选择夹具、刀具、量具等，在选择时应考虑产品的生产纲领、生产类型及生产组织结构;产品的通用化程度及产品的寿命周期;现由设备、工艺规程的特点等情况。

由于该工件生产规模为中批生产，根据工件的结构特点和技术要求，选用通用机床余专用夹具较为合适。具体的选择如下：

(1)粗车各档外圆、端面，镗孔及倒角。选用CA6140普通车床。夹具：三爪卡盘。

(2)精车134mm右端面。选用CA6140普通车床。夹具：专用心轴。

(3)精车左端面及110心轴。

(4)钻铰5.5mm孔。选用Z525。夹具：专用夹具。 (5)锪9mm孔。选用Z525。夹具：专用夹具。

另外刀具的选择主要取决于各工序的加工方法、工件材料、加工精度、所用机床性能，生产率及经济性等。量具主要根据生产类型和所要求检验的精度来选择。其选择的型号详见工序卡片。

3、确定切削用量及工时定额：

11

0.0360.071mm。选用CA6140普通车床。夹具：切削用量应在机床、刀具、加工余量等确定以后，综合考虑工序的具体内容、加工精度、生产率、刀具寿命等因素正确选择。

选择切削用量的基本原则是：首先选取尽可能大的背吃刀量(即切削深度)¶p，其次要根据机床动力和刚性限制条件或已加工表面粗糙度的规定等，选取尽可能大的进给量f，最后利用切削用量手册选取或用公式计算确定最佳切削速度v。

a. 估算工时定额：TP=TB+TS+Tr=Tb+Ta+TS+Tr

TP——单件时间;

TB——作业时间; TS——布置工作地时间; Tr——休息与生理需要时间; Ta——辅助时间; Tb——基本时间。

Te。 b. 准备与终结时间 c. 单件计算时间

Tc=Tb+Ta+TS+Tr+

Ten。

其具体计算过程如下：

(1) 加工条件：

工件材料：45钢正火，sb=0.35GPa,模锻。

加工要求：车端面134mm,Ra3.2;粗车外圆134mm，1100.071mm。Ra0.036分别为3.2，1.6。车螺纹M90 ³1.5 ，Ra3.2。

机床：CA6140普通车床

刀具：端面车刀，刀具材料YT15，刀杆尺寸16 ³25 mm2，

12 Kr=90°，r0=15°，¶0=12°，rx=0.5mm，60°螺纹车刀;刀具材料：

W18Cr4v。

(2) 计算切削用量：

1)粗车端面时，根据加工余量Z= 3±1，取Z=3，即¶=3mm，

p走刀量f=0.4 mmr(表3-13);

计算切削速度(表3-18)，耐用度t=45min，

vcvkvtpxvfmyv292450.1830.150.40.30.810.81.54163 m/s2.72m/s

确定机床主轴转速

ns1000vdw10002.723.141346.46r/s(387.87r/min)

按机床选取nw=6.67

rs(400rminms)(表4-3)

mmin) 所以实际切削速度v=2.57 切削I时：

l=134-902(154.4

=22mm, l1=2mm, l2=0, l3=5mm(试切长度) lmll1l2l3nwf2926.670.421.7s(0.36min)

2)粗车外圆: a.切削深度：单边余量Z=2.8mm可一次切除。

b.进给量：考虑刀杆尺寸、工件直径及规定的切除深度。从表3-13中选用f=0.6

mmr。

c.计算切削速度(表3-18)

vcvtpmxvfyvkv292450.182.90.150.60.30.99146mmin(2.4ms)

13 d. 确定机床主轴转速：

ns1000vdw10002.43.141345.7rs(342r/min)

按机床选取nw=6.67 所以实际切削速度

vwrs(400rmin) dwnw10003.141345.710002.4ms(144r/min)

e. 切削I时：

切入长度l1=4mm，切出长度l2=0，试切长度l3=5mm tm1ll1l2l3nwfll1l2l3nwf13.5456.670.67.5456.670.63.6s(0.06min)

tm24.13s(0.07min)

3)车螺纹：

a.切削速度的计算(表3-55)，刀具耐用度t=60min，螺距s=1.5mm，取¶p=0.15mm。

v14.8600.1110.30.50.735.6mmin(0.6m/s)

b.确定机床主轴转速

ns1000vdw10000.63.141341.43rs(85r/min)

按机床选取nw=1.67rs(100r所以实际切削速度

vwmin)

dwnw10003.141341.6710000.703r/s

c. 切削I时：

取粗行程次数3次，精行程2次，切入长度l1=3mm 14 tmll1nwf13.531.67549.5s(0.82min)

4)钻孔5.5mm：

f0.42ktf0.420.9mm/r0.38mm/r(表3-38)

v=0.25ms(15mmin)(表ns1000v10000.253.145.53-42)

dwr/s14.48r/s(868.6r/min)

按机床选取nw=15

rs(900 rmin)

所以实际切削速度

vwdwnw10003.145.5151000r/s0.26r/s

切削I时：

切入l1=10mm，切出l2=2mm, l=13.5mm, tmll1l2nwf13.5102150.384.47s(0.07min)

5)镗孔94mm 取刀杆直径D= 加工余量z=225mm，刀杆伸出量125mm，

=2mm，一次可切除完毕。 94-90选用90°硬质合金YT5镗刀,f=0.21mmr(表3-15)

v1.6ms(120%)1.28ms (表3-19及手册P102“镗孔切削用量”)

ns1000v10001.283.14944.34rs(260.2rmin)

dw按机床选取nw=5.25 所以实际切削速度: 15

rs(315 rmin) vwdwnw10003.14945.2510001.55rs(92.98rmin)

切削I时：(表7-1)

l=13.5 , l1=2mm

tmll1nwfi13.525.250.21228.2s

三、专用夹具设计

图1-1所示为法兰零件图，生产规模为中等批量生产，零件的某些尺寸已经在前工序按要求加工完毕，本道工序要求在Z525立式钻床上加工5.5mm个孔，需要设计一专用钻床夹具以便满足零件图上的各项精度要求。

(一)零件的加工工艺分析： 零件对5.5mm孔的要求如下：

a.四个孔需要均布排列; b.两孔的中心距为1200.1; c.孔的表面粗糙度Ra为3.2;

加工面的凸台面积较小，故需要专用夹具，又由于上下端面均已经加工完毕，所以精基准选上下端面，侧面或者中心孔。

(二)定位加紧方案的确定及论证：

根据工序加工要求分析，工件定位时只需限制六个自由度，沿法兰方向的转动自由度也必须予以限制。现在有三种定位夹紧方案可供选择。三种夹紧定位方案简图如下： 方案1图示：

16

图3-1

方案2图示：

图3-2

17 方案3图示：

图3-3

A 工件以右端面为第一定位基准，限制3个自由度，可知法兰右端台阶较小，相当于短圆柱销。其中右端面作为基准，限制的自由度为Z，X和Y短圆柱销限制Y和Z，共有 X， Y， Y和Z四个自由度受到限制，V

形块限制X和Z，这样便可以保证孔的正确位置。

根据主要夹紧力由V形块和削边销提供，当削边销发生磨损后，主要加紧力由V形块提供，由于是侧面提供夹紧力，故需要对V形块施加较大的力。为使工件稳定，防止产生共振现象等不稳定现象，可以进行自定位支承，在钻削过程中，容易产生较大的轴向力，下面设一辅助支承，以减少工件产生变形，图3-1为该定位夹紧方案的图示。

B 工件以右端面为第一定位基准，分别限制了4个自由度，其18

小平面和长圆柱销供限制里个自由度即X，X，

Y，Y

和Z。又由于短V形块限制了Z，故6个自由度全部被限制。

根据主要夹紧力由短V形块提供，且V形块的面积和法兰的接触面积较小，故需提供较大的预紧力。为确定加工过程中工件的加工稳定性，需设置辅助支承;为防止过定位情况的出现，可以采用自位支承。3-2为该定位夹紧方案示意图，但此方案需将加工路线中车螺纹放到了后面。

C 由于该工件的形状和结构特点，该定位基准仍采用右端面，

该端面属于大平面与法兰的右端面接触，分别限制了Z，X和Y三个方向上自由度。又V形块限制了X，Z和Y三个方向上自由度，这样保证零件的定位可靠。

根据主要夹紧力作用于定为基准面的原则，主要夹紧力由V形块和开口垫圈来提供，其中V形块上的受力较大，又由于钻孔处的的零件较薄弱，为防止工件过大变形，需设置辅助支承，图3-3所示为定位夹紧方案。

比较上述的三种方案，可以看出它们的优缺点。三种方案都可以满足定位基准和设计基准相重合的原则，这是它们的主要优点。方案一和方案二分别在中心轴线处采用了削边销和长圆柱销，均出现了局部过定位现象，但还是可以满足加工要求的，但需要加上自位支承，增加了专用夹具的复杂性。前两种方案中的V形块都需要提供较大的夹紧力，而方案三的夹紧力由开口垫圈和V形块分担，且有辅助支承存在，没出现过定位现象，也不需要提供自定位支承来解除过定19 位的自由度，且方案三结构紧凑操作方便，定位误差较小，并且可以满足加工精度的要求。根据孔的位置要求，该夹具上安装有分度装置，从而提高了生产效率，使一次安装能同时加工出四个孔.。 (三) 定位误差分析：

首先，在对夹具进行定位误差分析之前，对已经选定的方案工作原理做一下说明：

该夹具用于立式钻床，钻削法兰上四个孔。工件以端面，止口和凸台圆弧在夹具体7和V形块9上定位。转动手柄10，在弹簧作用下使V形块9向右运动，起角向定位作用，拧紧螺母2，通过开口垫圈3将工件压紧。当一个孔钻好后，拉动手柄10并旋转900，使V形块9脱离工件再向上推动手柄5，对髽脱离分度盘8，转动夹具体7至相应位置时，对定爪6在弹簧销4的作用下，插入分度盘8的槽中分度对定，钻削另一个孔。其余各孔按同样的方法依次加工。了解了该专用夹具的工作原理之后，将对此夹具在使用过程中的定位误差做如下分析: 1.四个孔均不排列：

该误差主要存在于分度装置的精度问题，在加工完毕一个孔后，090需转动夹具体的角度来加工下一个孔，定位夹紧后，通过钻头产生的轴向力会使工件发生倾斜现象，即便有辅助支承的存在，而辅助支承产生的外力很小，本身就会使工件产生倾斜，故需要在设置辅助支承时应注意到这一方面，对均布的5.5mm的四个孔有很重要的意义。

20 2.两孔心距1200.1：

为保证两孔中心距，需要可靠的夹紧力，开口垫圈上的夹紧力应足够大，以防止工件产生倾斜或加工过程中的扭转现象。由于加工的公差较大，在夹具制造过程中应稍加注意，将会消除这方面的问题，将产生的误差为，其夹角为，钻孔平面的尺寸为22mm，具体参照图3-3。定位误差为：

=22tan

=22(0.0150.05)7017.5

=0.016 由于=0.016<0.05，故可以满足其加工精度。

3.孔表面粗糙度Ra3.2：

由于钻孔的公差等级能达到IT12-IT11，其中Ra值为Ra25~Ra12.5，故钻孔远远不能达到Ra3.2，故需进一步采用铰孔，而该孔又是一个沉孔，需要在铰孔后锪钻进行锪孔。定位方案仍为带凸缘的夹具定位，进行铰孔后便能满足要求。

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四、结束语

要掌握零件制造过程中的共同性规律和解决具体工艺问题的知识和能力，其复杂性就不是一门课程所能解决的，通过多门相关知识学科的学习，掌握其内在的基本规律。多门学科的综合组成全面地分析和运用机械制造工艺过程的基本内容，圆满完成了这次课程设计的内容。

通过本次课程设计，让我了解到生产零件过程中需要解决很多问题，从中发现了很多自己的不足，老师和同学的热心帮助，让我屡次树立信心，决心完成课程设计任务，在设计的最后，发现设计中仍存在有问题，反复纠正，最终完成本次课程设计。

对本次设计中，帮助过指导过我的老师和同学最真诚的谢意!

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五、参考文献:

《机械制造工艺学基础》

傅水根主编

清华大学出版社2000.9 《机械制造装备设计》

冯辛安主编

机械工业出版设 2004.1 《机械制造工艺学》

顾崇衔主编

西科学技术出版社

2006.8 《机械制造工艺手册》 王绍俊主编

哈尔滨工业大学

1981.8 《机械设计》

濮良贵主编

高等教育出版社

2006.12 《金属切削机床夹具图册》

南京机械研究所主编加工

1984.12 《机床夹具设计手册》编委会主编

机械工业出版社

2002 23