CA6140臥式車床上的法蘭盤設計

一、法蘭盤的工藝分析及生產類型的確定法蘭盤的用途CA6140臥式車床上的法蘭盤，為盤類零件，用于臥式車床上。車床的變速箱固定在主軸箱上，靠法蘭盤定心。法蘭盤內孔與主軸的中間軸承外圓相配，外圓與變速箱體孔相配，以保證主軸三個軸承孔同心，使齒輪正確嚙合。主要作用是標明刻度，實現(xiàn)縱向進給。零件100錯誤!未找到引用源。的外圓上標有刻度線，用來對齊調節(jié)刻度盤上的刻度值，從而能夠直接讀出所調整的數(shù)值；外圓上鉆定位孔，實現(xiàn)精確定位。法蘭盤中部的通孔則給傳遞力矩的主軸通過，本身沒有受到多少力的作用。法蘭盤零件圖如下圖所示：技術要求：1.刻字字形高5mm,刻線寬0.3mm,深0.5mm；B面拋光；100mm外圓無光鍍銘、法蘭盤的工藝性分析法蘭盤是一回轉體零件，其材料為HT200。該材料具有較高的強度、耐磨性、

耐熱性及減振性，適應于承受較大應力、要求耐磨的零件。該零件有一組加工表

面，以巾20+0.045mm為中心，主要加工M00-0.12的兩個端面、。450的圓柱面及上

0 -0.34 -0.6面的。6mm的銷孔，。90mm的兩個端面及端面上4個。9的通孔，。90外圓兩端的尺寸大小為34mm和24的的平面、尺寸^450 mm的圓柱面和左端面。-0.017這組加工表面是以巾20+0,045mm為中心，其余加工表面都與它有位置關系，0可以先加工它的一個端面，再借助專用夾具以這個端面為定位基準加工另一端面，然后再加工其他加工表面。根據相關面和孔加工的經濟精度及車床能夠達到的位置精度可知，上述技術要求是可以達到的，零件的結構工藝性也是可行的。確定法蘭盤的生產類型設計題目給定的零件是CA6140車床法蘭盤(零件號831004)零件，該零件年產量為10萬件，設其備品率a%為3%,機械加工廢品率b%為2%,則該零件的年生產綱領為：N=Qm(1+a%)(1+b%)=100000*1*(1+2%)*(1+3%)=105000件/年。法蘭盤的年產量為105000件，法蘭盤重量為1.4kg,查表可知該產品為輕型零件，生產類型為大量生產。確定毛胚的種類和制造方法由于法蘭盤在工作過程中要承受較大的應力和較高的溫度，且要求有較高的耐磨性，結合經濟性的原則，毛坯優(yōu)先選用HT200材料。從附圖可以知該法蘭盤的質量僅為1.4kg的輕型零件且生產類型屬于大量生產，為提高生產效率和經濟性，毛坯的鑄造方法采用的砂型鑄造，由于中間通孔是通過鉆鉸加工，故不用安放型芯。確定毛胚的尺寸和公差根據《機械制造技術基礎課程設計指導教程》(以下簡稱《指導教程》)中的P27的表2-1和P28的表2—5,由法蘭盤的功用、技術要求可知，可以確定零件所用材料灰鑄鐵HT200大批量生產的砂型鑄造的公差等級為8?12。再根據機械加工后法蘭盤的重量為1.4kg,由此可初步估計機械加工前鑄件的毛坯的重量為2kg。由表1可知鑄件的公差等級為8?12,在這里取12。由于。20、愣、帔和。9是由后來的鉆削加工直接得到，槽3x2都是后來的車削加工直接得到的，。90兩側的基本尺寸為34和24的兩個平面由銃床加工直接得到，因此在用砂型鑄造的時候它們都不用鑄出。故在這里它們的鑄件尺寸公差不用求出來。因此可確定該鑄件的尺寸公差和機械加工余量，查表2-3、2-4可得到如下的鑄件尺寸公差CT所得結果列于下表中：鑄件的尺寸公差和機械加工余量項目基本尺寸/mm尺寸公差/m加工余量/mm毛坯的基本尺寸/mm法蘭盤M00外圓。10061.4*2=2.8。106法蘭盤左端面9161.4*2=2.897法蘭盤。90外圓。9061.4*2=2.8。96。100外圓厚度94.20.5*2=113.2。90外圓厚度84.20.5*2=112.2右端。45外圓。455.60.7*2=1.4。50.6中間巾45外圓。455.60.7*2=1.4。50.6根據上表稍微調整（見毛坯圖），使整個毛胚尺寸更加對稱便于加工。設計毛坯圖確定圓角半徑為了減少鑄件的應力集中，取鑄件的圓角半徑為R5。確定分模面由零件的結構特征知，可選過軸線的平面為分模面，采用兩箱制造確定起模斜度由于鑄件要求加工，按增加壁厚的方法確定，查《材料成型工藝基礎表》，

起模斜度取1°確定毛坯的熱處理方式鑄件鑄造后應安排時效處理，以消除殘余的鑄造應力，防止在機械加工過程中出現(xiàn)變形的情況。法蘭盤鑄造毛坯簡圖A-A二、擬定法蘭盤工藝路線定位基準的選擇為使所選的定位基準能保證整個機械加工工藝過程順利進行，通常應先考慮如何選擇精基準來加工各個表面，然后考慮如何選擇粗基準把作為精基準的表面先加工出來。精基準的選擇根據該法蘭盤零件的技術要求的裝配要求，選擇法蘭盤的軸孔巾20+0.045錯誤!0未找到引用源。作為精加工的基準，因為法蘭盤的左端、。90外圓的右端和M50錯誤!未找到引用源。外圓對620+0.045錯誤!未找到引用源。的孔內表面都-0.017 0有跳動形位誤差的要求，它們的表面都要采用巾20+0.045錯誤!未找到引用源。內表0面作為基準進行加工，選擇巾20+0.045錯誤!未找到引用源。內表面作為精基準加工0即滿足了“基準統(tǒng)一*”的原則。同時，法蘭盤的^20+0.045錯誤!未找到引用源。的0軸線也是設計基準，選用其作為精基準定位加工法蘭盤的。100、。90和。45外圓，實現(xiàn)了設計基準和工藝基準重合的，保證了被加工表面的垂直度要求，符合了“基準重合”的原則。選用法蘭盤。90的右端平面作為精基準加工。90的左端平面和巾100的右端平面，因為設計時這兩個尺寸也是以90的右端平面作為基準，實現(xiàn)設計基準和工藝基準重合的，也符合“基準重合”的原則。在馳90兩側面的時候，可以先銃離軸線為24mm的平面，再以24mm的平面作為精基準加工離軸線為34mm的平面，這樣互為精基準加工，滿足了“互為基準的”的原則。有些尺寸，例如28±0.3和槽3X2,它們的設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算，這在以后還要專門計算，此處不再重復。粗基準的選擇對于一般的軸類零件而言，以外圓作為粗基準是完全合理的。但對于本零件來說，應盡可能選擇不加工表面為粗基準。按照有關粗基準的選擇原則（即當零件有不加工表面時，應以這些不加工表面作粗基準，若零件有若干個不加工表面時，則應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）根據這個基準選擇原則，現(xiàn)選取孔右端M50錯誤!未找到引用源。外輪廓表面和。90的-0.017右端面作為粗基準，利用三爪卡盤夾緊*45外圓可同時削除五個自由度，再以。90的右端面定位可削除六個自由度。表面加工方法的確定根據法蘭盤零件圖上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查表1-8各表面的加工方法如下表所示：加工表面公差及精度等級表面粗糙度Ra/Am加工方案法蘭盤*100外圓柱面IT60.8粗車一半精車一精車一細車

1100左端面IT71.6粗車一半精車一精車。90外圓柱面IT60.4粗車一半精車一精車一細車。90右端面IT81.6粗車一半精車一精車距軸線34mm的平面IT103.2粗銃一半精銃距軸線24mm的平面IT100.4粗銃一精銃。45外圓柱面IT60.8粗車一半精車一精車*45端面IT81.6粗車一半精車一精車。20孔IT81.6鉆一擴一粗絞一精絞*6孔IT93.2鉆一擴一鉸*4孔IT126.3鉆4x*9孔IT126.3鉆B面IT50.4粗車一半精車一精車一拋光加工階段的劃分該法蘭盤的加工質量要求較高，可將加工階段劃分成粗加工、半精加工、精加工階段和精細加工。在精加工階段，首先將精基準（。20+0.045錯誤!未找到引用源。的孔和。90的0右端平面）準備好，使后續(xù)工序都可采用精定位加工，保證其他加工表面的精度要求；然后粗車法蘭盤的右端面、。90右端面、槽3x2、粗銃。90左側面和。90右側面、鉆。20內孔。最后才鉆。4孔、。6孔、。9孔、鉸。6孔；在精加工階段，進行精車想00外圓、巾100右端面、。90左端面、。90右側面、。45外圓，在精細加工階段，細車M00外圓、。90外圓，完成整個工序的加工。工序的集中與分散選用工序集中原則安排法蘭盤的加工工序。由于該法蘭盤的生產類型為大量生產，可以采用普通機床進行加工，但夾具都采用專用的夾具進行裝夾，以提高生產率；而且運用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不但可以縮短輔助時間，而且由于在一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各加工表面之間的相對位置精度要求，例如表面的跳動位置誤差。工序順序的安排⑴機械加工工序①遵循“先基準后其他”的原則，首先加工精基準一一法蘭盤*45的外圓和。90的右端平面。②遵循“先粗后精”的原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。③遵循“先主后次”的原則，先加工主要表面一法蘭盤的左端面和*20內孔，后加工次要表面一一*4孔、*6孔、*9孔和槽3x2。④遵循“先面后孔”原則，先加工法蘭盤*45外面和法蘭盤的左端面，再鉆*20內孔，最后鉆*4孔、*6孔、*9孔。⑵輔助工序機械加工完成后，還要對*100右端平面、*450錯誤!未找到引用源。外圓-0.6和*90左端平面進行拋光處理；還要對*100-0.12外圓進行無光鍍鉻處理。-0.34綜上所述，該法蘭盤工序的安排順序為：基準加工——主要表面粗加工及一些表面余量大的表面粗加工——主要表面半精加工及次要表面加工——主要表面精加工及細車加工確定最終工藝路線工序一以①4500.017圓柱面及①90mm右端面為定位面，粗車①100-0.12mm左端面及外圓柱面，粗車B面，粗車①90mm外圓柱面，半精車①100-0.34mm兩端面和外圓面并車其倒角，半精車B面，半精車①90mm外圓面并車其倒角,選用CA6140機床。工序二以①1001憂mm端面及外圓柱面為定位面，粗車①4500.017mm外圓柱面和端面，切退刀槽，粗車①90mm右端面，半精車①90mm右端面、①45°o.oi7mm端面及外圓柱面并車其倒角，選用CA6140機床。工序三以①4500.017外圓和中90右端面為定位，鉆中20-45通孔，先用鉆中16的鉆頭鉆孔，再鉸孔達到①20丁045的尺寸。選用CA6140車床。工序四插上心軸，以①201r45mm孔和①1001憂mm端面及外圓柱面定位，精車①4500.017mm端面及外圓柱面，精車中90mm右端面及外圓柱面，選用CA6140機床。工序五以①20/045mm孔及中90mm右端面及外圓柱面定位，精車①10000.32mm端面及外圓柱面，精車B面，選用CA6140機床。工序六以①2000.045mm孔和①10000.32mm端面定位，粗銃①90mm外圓柱面上離中心線34mm的平面，選用X62銃床。工序七以①2000.045mm孔和①90mm外圓柱面上離中心線34mm的平面定位，粗銃①90mm外圓柱面上離中心線24mm的平面，選用X62銃床。工序八以①2000.045mm孔和①90mm外圓柱面上離中心線34mm的平面定位，精銃①90mm外圓柱面上離中心線24mm的平面，選用X62銃床。工序九以①2000.045mm孔和①90mm外圓柱面上離中心線24mm的平面定位，半精銃①90mm外圓柱面上離中心線34mm的平面，選用X62銃床。工序十以①2000.045mm孔及①10000.14mm端面定位，鉆4-①9mm的孔，選用Z35搖臂鉆床。工序十一以①90mm右端面作為定位面，還以①20：0.045mm孔定位，鉆中4mm孔，絞中61T3mm孔，選用Z525立式鉆床。工序十二以①4500.017mm外圓柱面及中90mm右端面定位，細車①100['mm,中90mm外圓柱面，選用CA6140機床。工序十三拋光B面工序十四①1001流mm外圓無光鍍銘工序十五在①100-0.12mm外圓劃線刻字-0.34工序十六檢查三、加工余量、工序尺寸和公差的確定機械加工余量，工序尺寸和公差的確定法蘭盤零件材料為HT200的灰口鑄鐵，硬度在190?240HBS,毛坯重量約為2Kg,生產類型為大批生產，采用金屬型澆注。根據原始材料及加工工藝，分別確定各加工表面的加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：①4500.017外圓表面此外圓表面為IT6級，參照《機械加工工藝手冊》確定各工序尺寸及加工余量工序名稱工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及偏差細車外圓0.2450.017①450-0.017精車外圓0.445.20.039①45.2。-0.039半精車外圓1.445.60.1①45.60-0.1粗車外圓3470.3①47+0.1-0.2毛坯5.650.61.0①50.6+0.5-0.5外圓表面①100-0：34mm參照《機械加工工藝手冊》確定各工序尺寸及加工余量工序名稱工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及偏差精車外圓0.51000.22①100-0.12-0.34半精車外圓1.5100.50.30①100.50-0.30粗車外圓41020.6①102+0.30-0.30

毛坯61061.6①106+0.8-0.8B面①45Zo,6mm參照《機械加工工藝手冊》確定各工序尺寸及加工余量工序名稱工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差精車外圓0.6450.6①45o-0.6半精車外圓1.445.60.7①45.6+0.3-0.4粗車2471.0①47+o.5-0.5毛坯4492.0①49+1.0-1.0孔①20「.045mm參照《實用機械加工工藝手冊》確定各工序尺寸及加工余量工序名稱工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差精鉸孔0.06200.045°20+0.0450粗鉸孔0.1419.940.045°19.94+0.0450擴孔1.819.80.1°19.8+0.10鉆孔18180.6°18+0.60毛坯0①90mm外圓參照《實用機械加工工藝手冊》確定各工序尺寸及加工余量工序名稱工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差精車外圓0.5900.6①9Oo-0.6半精車外圓1.590.50.7①90.5+0.3-0.4

粗車4921.0①92+0.5-0.5毛坯6962.0①96+1.0-1.0①45y0.017mm右端面的尺寸加工余量和工序間余量及公差分布圖見下圖:工序名稱工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差精車端面0.2940.694。-0.6半精車端面0.894.20.794.2+0.3-0.4粗車2951.095+0.5-0.5毛坯3972.097+1.0-1.0①100434mm左端面工序名稱工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差精車端面0.2910.6910-0.6半精車端面0.891.20.791.2+0.3-0.4粗車2921.092+0.5-0.5毛坯3940.6940-0.64-①9mm孑L工序名稱工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差鉸孔0.290.05809+0.058-0鉆孔8.88.80.15008.8+0.150-0毛坯0力90法蘭盤距離軸線34mm和距離軸線24mm被銃的平面 11 鑄件尺寸公差等級為CT12,加工余量等級為F級，根據《機械制造工藝設計簡明手冊》表(2.2—21)由于鑄件鑄造出整個圓盤所以與鑄件尺寸一致為。96。參照《實用機械加工工藝手冊》確定各工序尺寸及加工余量距離軸線34mm的平面工序名稱工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差半精銃1340.11°34+0.110粗銃10350.18°35+0.180距離軸線24mm的平面工序名稱工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差精銃0.5240.033°24+0.0330半精銃1.524.50.13°19.8+0.130粗銃19260.21°26+0.210法蘭盤的鑄件毛坯圖見附圖四、切削用量及基本工時4.1工序九----半精銃①90mm外圓柱面上離中心線34mm的平面(1)刀具選擇根據《機械制造工藝設計簡明手冊》表3.1及銃刀樣本手冊，選硬質合金三面刃銃刀，外徑160mm，內徑40mm,B=20mm,Z=8。⑵選擇切削用量背吃刀量a取1mm，一次走刀完成切削。⑶選X62臥式銃床，使用專用夾具。由《指導教程》表5—7當機床功率為5-10KW,采用YG8硬質合金材料加工鑄鐵每齒進給量為fz=0.14mm/z,則每轉進給量f=0.14義8=1.12mm/r⑷選擇銃刀磨鈍標準及耐用度根據《指導教程》表5—9,銃刀齒后刀而最大磨損限度為0.7rnrn,由《指導教程》表5—10,銃刀直徑do=160mm,則硬質合金三面刃銃刀T=180min。12

⑸確定切削速度由《指導教程》表5—13,取v=81m/min,由公式n=1000v/(nd)則：n=359r/min查《指導教程》表4—19,X62銃床的主軸轉速，選取主軸轉速n=375r/min.則實際切削速度為vrnnd/1000=95.456m/min,工作臺每分進給量f=fxzxn=425.6mm/min由《指導教程》表4—20,X62臥式機床選取銃床工作臺進給量*=375mm/min。(6)計算基本工時工步一：根據《金屬切削手冊》第六章，銃削用量的選擇可以選取背吃刀量ap為1mm，貝UL(35)=56.57mm根據《指導教程》表5—47,L=0,5(d-、：(dF+(1-3)=1089nm，取「3。1+L+L56.57+10.89+3則基本時間：T= 1 2i= x1=0.183min=10.98sm fm 375輔助時間的計算：輔助時間/f與基本時間之間的關系為tf=(0.15?0.2)這里選用0.15。(工步二也是)輔助時間：T=0.15T=0.027min=1.62s其他時間：T=T+T+T=(T+T)x9%=0.0189min=1.13s工步二：參照工步一，取背吃刀量1mm,則L(34)=58.96mmL=0.5(d-.(d2-a2)+(1-3)=1089nm，取L=31 , e 21+L1+L+L?if21m58.96+10.89+3375x1=0.189min=11.34s輔助時間：T=0.15T=0.028min=1.68s其他時間：T=T+T+T=(T+T)x9%=0.0195min=1.17s所以單件時間定額：tj^=10.98+1.62+1.13+11.34+1.68+1.17=27.92s注：其余工序分析所得數(shù)據均已填入相應的工序卡中13

五、夾具的設計為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。經過與指導老師協(xié)商，決定設計工銃距零件中心線分別為24mm和34mm的兩平面的夾具。本夾具將用于X62銃床，采用了螺旋壓板夾緊方式。問題的提出本夾具主要用來距中心線24mm和34mm的兩平面，此平面的形位公差和表面要求均較高，無特殊要求，且加工此平面時①10010.12mm軸的外端面和中20J0.045孔的內表面都已加工出來，可用來作為此工序的定位面。因此在本道工序，在保證提高勞動生產率，降低勞動強度的同時可以設計選用比較簡單的夾具。夾具的設計定位基準的選擇由零件圖可知，待加工平面對①20/45孔的軸線有平行度要求，對①100的底端面有垂直度要求，其設計基準為①20丁045孔中心線。設計選用以①20J0.045孔的內表面和①100：0：34mm軸的底端面為主要定位基面，另選用①100mm的上端面作為輔助定位基準。為了降低生產成本，本設計選擇采用螺紋夾緊的方式。⑴切削力及夾緊力計算刀具：硬質合金三面刃銃刀，d°=160mm由《機械制造工藝設計手冊》P116可查得CaxFfyFauFZ,F——Jp——z—￡——k切向力銃削扭矩dqFnWF Fc切向力銃削扭矩oFdM———0-02義103切削功率 Pm=2nM?n?10：3(kw)式中：CF=54,ap—3,a/8,XF=1,Yf=0.8,uF=0.9wF=0,qF=033.,d=160mm,K=0.86,f=0.14,n=3750 F Z所以當銃距中心軸線24mm和34mm面時有：1454x31.0x0.140.8x80.9x28F= x0.86=106.98(N)1600.83x3750M-106.15x160=6.438(N.m)152x103P=2兀x6.438x380x10-3=15.37(kw)故F=106.98x2=213.96NM=6.438x2=12.876(N?m)P=15.37x2=30.74(kw)水平分力：F1=1.1F=117.678N垂直分力：F2=0.3F=65.088N安全系數(shù)：K=K0*K1*K2*K3*K4*K5*K6=1.5*1.0*1.2*1.0*1.3*1*1.5=3.51故Q=K*F1=3.51*213.96=751.00N所需夾緊力為 N=Q/(f1+f2)=750/(0.3+0.3)=1250N查《金屬切削機床夾具設計手冊》可知，該夾具的許用夾緊力Q許=3570>1250故本夾具可安全工作。⑵定位誤差分析夾具的主要定位元件為浮動支撐板和定位銷。支撐板的定位表面與夾具體底面平行度誤差不超過0.05；定位銷選取標準件，夾具體上裝定位銷銷孔的軸線與夾具體底面的垂直度誤差不超過0.05。夾具的主要定位元件為短定