1、- 1 -CA6140 车床法兰盘加工工艺及关键工序工装设计1 引言法兰盘是一种盘状零件，法兰盘也叫法兰，成对使用。法兰盘连接作为管道施工的重要连接方式，广泛应用于工业管道工程中的管道连接。法兰连接是一种可拆连接，它把两个管道、管件或器材连接在一起，使用方便，能够承受较大的压力。有些管件和器材自带法兰盘。法兰的主要作用是连接管路并保持管路密封性能、便于某段管路的更换、便于拆开检查管路情况、便于某段管路的封闭等。法兰盘连接的使用十分广泛。在家庭内，管道直径小，而且是低压，看不见法兰盘连接。如果在一个锅炉房或者生产现场，到处都是法兰盘连接的管道和器材。1.1 毕业设计目的毕业设计是在我们学完了大学
2、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
3、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，- 2 -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，为今后从事机
4、械行业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
5、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- 3 -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。镗 90 的孔，镗 101 的孔，
6、镗 209 孔。其中主要加工孔 90。然后以 90 mm 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，它只起压紧的作用，受到的冲击不
7、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320 mm 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，应该进行尺寸换算。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（如表 1）- 4 -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
8、端外圆和端面工序五 镗直径为 209，101，90 的孔工序六 钻直径为 17.5 的孔工序七 钻 3-12 孔工序八 钻，3-12 斜孔工序九 去毛刺工序十 终检（表 1）4.3.2 工艺路线方案二（如表 2）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 镗直径为 209，101，90 的孔工序六 钻直径为 17.5 的孔工序七 钻 3-12 孔工序八 钻 3-12 斜孔工序九 去毛刺工序十 终检（表 2）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
9、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。- 5 -4.3.4 最终的加工工艺过程（如表 3）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 镗直径为 209，101，90 的孔工序六 钻直径为 17.5 的孔 工序七 钻 3-12 孔 工序八 钻 3-12 斜孔工序九 去毛刺 工序十 终检 （表 3）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 粗加工时切削用量
10、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：Zw V.f.ap.1000式中：Zw 单位时间内的金属切除量（mm3/s）V 切削速度（m/s）f 进给量（mm/r）ap 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。- 6 -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（ap） ，其
11、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 ap 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、ap 的乘积尽可能大，从而保证较高的金属切除率。此外，增大 ap 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
12、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 精加工时切削用量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
13、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。5.2.2 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- 7 -屑，但残留面积高度增大，切削力增大，表面质量下降。5.2.3 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
14、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 ap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320 mm 作为粗基准。6.1.2 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 确定切削用量及基本工时工序切削用量及基本工时的确定：车 320 端面和外圆，选用机床：
15、CA6140 车床6.2.1 车 320 端面和外圆选择 75车刀外圆车刀（见工艺手册表 3.127）0.15/fmZZ， （切削表 3.7 和切削表 3.8）0d8inT（切削表 3.9）2/cV查 01201.4(/min)5c rd查查- 8 -按机床选取 160/minnr机实际切削速度：16052.1(/min)cdV机机工作台每分钟进给量： .4fZn机床工作进给量： 150/mif横 向基本工时：42.3()t6.2.2 半精车 320 端面和外圆加工余量为 Z=1mm切削速度为 20/mincV17.4/inr查选用主轴为 6/ir机工作台进给量： 0.1564(/min)fz
16、VZn机基本工时： 452.(mi)1t6.2.3 钻 3-12mm 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 45HRC200 时，D=18 时，取 f=0.3mm/r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=35m/min.再次，确定机床主轴转速 ns= = 619.2r/minWd10cv1835,与 619.2r/min 相近的机床转速为 555r/min。现选取 =555r/min。wn所以实际切削速度- 9 -= =cv10sdnmin/4.3158最后，确定削工时t = i ;其中 l=91
17、mm; =10mm; =4mm;mfnlw211l2lt = = =0.63(min)l210.356.3 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 90mm 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0.05mm0.3mm,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
18、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
19、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，总体上这套夹具方案能够满足生产要求。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- 10 -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
20、。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
21、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。
