法兰盘零件夹具设计

课 程 设 计

题 目：

法兰盘零件夹具设计（钻轴向孔4-Φ9） 班 级： 姓 名： 指导教师： 完成日期：

一、设计题目

法兰盘零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计（钻轴向孔4-Φ9）

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) 被加工工件的零件图

(2) 毛坯图

(3) 机械加工工艺过程综合卡片(参附表1)

(4) 与所设计夹具对应那道工序的工序卡片

(4) 夹具装配图

(5) 夹具体零件图

(6) 课程设计说明书(5000～8000字)

四、进度安排(参考)

(1) 熟悉零件,画零件图

(2) 选择工艺方案,确定工艺路线,填写工艺过程综合卡片

(3) 工艺装备设计(画夹具装配图及夹具体图)

(4) 编写说明书

(5) 准备及答辩

五、指导教师评语

成 绩：

指导教师

日 期

1张 1张 1张 1张 1张 1张 1份 2天 5天 9天 3天 2天

摘 要

本课程设计主要内容包括法兰盘（CA6140车床）的加工工艺过程设计和钻4 9孔的专用夹具设计，在课程设计过程中完成了零件图、毛坯图、夹具体装配图和夹具体零件图的绘制。

机械制造技术基础课程设计是在我们完成了全部基础课、技术基础课、大部分专业课之后进行的。这是我们对所学各课程的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练。

能够顺利的完成这次课程设计，首先得助于冷岳峰老师的悉心指导，同学们的耐心解答。在设计过程中，缺乏实际的生产经验，导致在设计中碰到了许多的问题。但在同学们的帮助下，通过请教老师，翻阅资料、查工具书，解决设计过程中的一个又一个的问题。在此，十分感谢冷岳峰老师的细心指导，感谢同学们的互相帮助。

Abstract

The main content of the curriculum design, including flange (CA6140 lathe) the process of design and processing of drilling for fixture design, in the process of designing courses to complete parts of the map, rough map, specific folders and folders assembly specific parts of the map drawn .

Machinery manufacturing and technological foundation of our curriculum is designed to complete all the basic courses, technical basic course, after the most specialized. This is what we have learned on the course of an in-depth review of the comprehensive, is also a theory with practical training.

The successful completion of the curriculum design, first of all help in the Leng Yuefeng careful guidance of teachers, students have the patience to answer. In the design process, the lack of practical experience in the production and resulted in the design of many of the problems encountered. But with the help of students and teachers through advice, read information, search tool, the design process to solve the problems one after another. Here, Leng Yuefeng very grateful to the careful guidance of teachers, for students of helping each other.

目录

1零件工艺性分析 .................................................. 1

1.1零件的用途 ................................................. 1

1.2零件的技术要求 ............................................. 1

1.3审查零件的工艺性 ........................................... 3

2零件毛坯的确定 .................................................. 3

2.1零件的生产类型 ............................................. 3

2.2毛坯的种类和制造方法 ....................................... 4

2.3零件各表面的加工方法 ....................................... 4

2.4各工序间加工余量 ........................................... 6

2.5 确定毛坯尺寸 ............................................... 8

3 机械加工工艺规程设计 ............................................ 8

3.1 拟定工艺路线 ............................................... 8

3.1.1 定位基准的选择 ....................................... 9

3.1.2 工序顺序的安排 ....................................... 9

3.2 4-∅9切削用量的计算 ...................................... 11

3.2.1 钻孔工步切削用量的计算 .............................. 11

3.2.2 绞孔工步工步切削用量的计算 .......................... 11

3.3 4-∅9基本工时的计算 ...................................... 12

3.3.1基本时间tj的计算 ..................................... 12

3.3.2 辅助时间tf的计算 .................................... 12

3.3.3 其他时间的计算 ...................................... 12

3.3.4 单件时间tdj的计算 .................................... 13

3.4 制订4-∅9工序卡片 ........................................ 13

4 4-∅9孔的专用机床夹具设计 ...................................... 13

4.1定位方案的设计 ............................................ 14

4.2定位误差分析与计算 ........................................ 14

4.2.1 定位元件尺寸公差的确定 .............................. 15

4.3导向元件设计 .............................................. 15

4.3.1钻套高度和排屑间隙 ................................... 15

4.4夹紧装置的设计 ............................................ 16

4.5夹具结构设计及操作简要说明 ................................ 16

5 方案综合评价与结论 ............................................. 17

6体会与展望 ..................................................... 17

参考文献 ......................................................... 19

1零件工艺性分析

1.1零件的用途

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。

1.2零件的技术要求

法兰盘属于盘类零件，材料为HT200，毛坯制造完成后需进行时效处理，硬度要求为HBS187。

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：

以∅45外圆为中心的加工表面，这一组加工表面包括：∅45 外圆，右端面及倒角；∅45外圆，过渡圆角；∅20内孔及其左右端倒角。

以∅90和∅100外圆为中心的加工表面，这一组加工表面包括：∅90端面，∅90外圆，∅90左右端面，倒角；切槽3×2；∅100外圆，左端面；∅100外圆右端面，过渡圆角。

以∅20孔为中心的加工表面，这一组加工表面包括：∅90外圆的左右侧面；∅4-∅6孔；4-∅9孔。

它们之间有一定的位置要求，主要是：左端面与∅20孔中心轴的跳动度为0.03；∅90外圆右端面与∅20孔中心轴线的跳动度为0.03；∅45的外圆与∅20孔的圆跳动公差为0.03。

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。

表1 法兰盘技术要求表

1.3审查零件的工艺性

根据老师发给的零件图，审查了零件的结构工艺性，其结构利于机械加工，故对零件结构不做修改。经仔细读图，发现所给的零件图有错误，有的尺寸不清楚，通过与老师沟通，解决以上问题，最后运用机械制图知识更正了零件图，用电子图版绘图，详见零件图。 2零件毛坯的确定

2.1零件的生产类型

零件的生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，不同的生产类型有着完全不同的工艺特性。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品的年产量。零件的年生产纲领N可按下式计算

N=Qm(1+a%)(1+b%)

其中 N——是零件的生产纲领（件/年）；

Q——产品的年产量（台、辆/年）；

m——每台（辆）产品中该零件的数量（件/台、辆）； a%——备品率，一般取2%-3%；

0.7；% b%——废品率，一般取0.3%

根据上式结合题目给定数据，即可算出法兰盘的生产纲领，进而

确定出其生产类型。

Q=8000台/年，m=1件/台，取a%=3%，取b%=0.5%，由公式(1-1）

⨯1⨯(1+3%)⨯(1+0.5%)=有：N=80008(28/年).法兰盘零件的重量为件

1.4Kg，查表1-3可知，法兰盘为轻型零件，由此再查表1-4可知，该法兰盘的生产类型为大批生产。

2.2毛坯的种类和制造方法

法兰盘的材料在产品设计时已经确定，在制订零件机械加工工艺规程时，毛坯的选择主要是选定毛坯的制造方法。

用于铸造的材料有灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、合金铸铁、铸钢、有色金属合金等。由于法兰盘选用HT200作为材料，加之零件形态以外圆为主，为了减少加工余量，提高劳动生产率，决定CA6140车床法兰盘毛坯采用铸件。金属模机器造型生产率较高、铸件精度高、表面质量与机械性能均好，使用于大批大量生产。该法兰盘的生产类型为大批生产，所以在铸件造型上采用金属模机器造型。

2.3零件各表面的加工方法

工件上的加工表面往往需要通过粗加工、半精加工、精加工等才能逐步达到质量要求，加工方法的选择一般应根据每个表面的精度要求，先选择能够保证该要求的最终加工方法，然后再选择前面一系列预备工序的加工方法和顺序。通过对法兰盘各加工表面的分析，根据表1-6至1-11选择各表面的加工方法，详见表2。

表2各表面加工方法

2.4各工序间加工余量

根据表1-6至1-11和2-15至2-40，将各加工表面的工艺路线、工序（或工步）余量，工序（或工步）尺寸及其公差、表面粗糙度填入表3中。

表3各工序间加工余量

2.5 确定毛坯尺寸

根据表3，得出毛坯尺寸。利用电子图板绘出毛坯图，毛坯尺寸详见毛坯图。

3 机械加工工艺规程设计

3.1 拟定工艺路线

工艺路线的拟定包括：定位基准的选择；各表面加工方法的确定；

加工阶段的划分；工序集中程度的确定；工序顺序的安排。考虑到实际经验的缺乏，加之时间的限制，主要进行了定位基准的选择、各表面加工方法的确定和工序顺序的安排工作。 3.1.1 定位基准的选择

拟定工艺路线的第一步是选择定位基准，为使所选的定位基准能保证整个机械加工工艺过程顺利进行，通常应先考虑如何选择精基准来加工各个表面，然后考虑如何选择粗基准把作为精基准的表面先加工出来。

法兰盘大多表面是外圆表面，根据表面粗糙度要求和精度要求，先以∅45表面（即B面）为粗基准，粗加工右端面和∅45外圆和∅90外圆右端面。然后以∅45外圆为精基准粗加工∅45（即B面）和左端面，钻∅18孔。粗加工完成后，进一步进行半精加工和精加工等。 3.1.2 工序顺序的安排

根据表2各加工表面的加工方法和表3各工序间加工余量，考虑加工过程中定位基准的选择原则，确定工序顺序。在工序顺序安排中，不仅要考虑机械加工工序，还应考虑热处理和辅助工序，遵循先基准后其他、先粗后精、先主后次、先面后孔的原则，最终确定的工序顺序详见表4，以此为依据，填写机械加工工艺过程卡片。

表4加工工序

3.2 4-∅9切削用量的计算

3.2.1 钻孔工步切削用量的计算

背吃刀量的确定，取

ap

=8.8mm。进给量的确定，由表5-22，选取

该工步的每转进给量f=0.15mm/r。切削速度的计算，由表5-22，按工件材料为铸铁、硬度为187HBS的条件选择，切削速度v可取为18m/min。由公式（5-1）n=1000v/πd可求得该工序钻头转速n=651.4r/min，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=680r/min。再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度v=nπd/1000=680X3.14X8.8/1000=18.8m/min。 3.2.2 绞孔工步工步切削用量的计算

背吃刀量的确定，取

ap

=0.2mm。进给量的确定，由表5-31，选取

该工步的每转进给量f=0.4mm/r。切削速度的计算，由表5-31，切削速度v可取为2m/min。由公式（5-1）n=1000v/πd可求得该工序钻头转速n=71r/min，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=97r/min。再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻

πd/1000削速度v=n=97X3.14X9/1000=2.7m/min。

3.3 4-∅9基本工时的计算

t

3.3.1基本时间j的计算

钻孔工步根据表

tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn

5-41，钻孔的基本时间可由公式

D

l1=cotkr+(1 2)ll22求得。式中=8mm；=1mm；

8.8

⨯cot54o+1mm≈4.2mm=2；f=0.15mm/r；

n=680r/min。将上述结果代入

基

本

时

间

公式，则该工序的

tj

=

(8mm+4.2mm+1mm)/(0.1mm/r⨯680r/min)≈0.195min=11.7s。

铰孔工步，根据表5-41，绞圆柱孔基本时间由公式

tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn

oakll15r12求得。式中、由表5-42按=、p

=(D-d)/2=(9-8.8)/2=0.1mm 的条件查得l1=0.37mm；l2=15mm；而

l=8mm；f=0.4mm；n=97r/min。将上述结果代入公式

tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn

中，经过计算即可得出该工序的基本时间

tj

=

(8mm+0.37mm+15mm)/(0.4mm⨯97r/min)≈0.61min=36.2s。

3.3.2 辅助时间

tf

的计算

根据第五章第二节所述，辅助时间

tf

与基本时间

tj

之间的关系为

tf=(0.15-0.2)tj

，可取

tf

=0.15

tj

，则各工序的辅助时间分别为：钻孔工

步的辅助时间：

tf

t

=0.15⨯11.7=1.755s铰孔工步的辅助时间：f =

0.15⨯36.2=5.43s。

3.3.3 其他时间的计算

除了作业时间以外，每道工序的单件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于法兰盘的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布

置工作的时间

tb是作业时间的2%-7%t，休息与生理需要时间x是作业

t+t时间的2%-4%，本工件均取3%，则各工序的其他时间（bx）可按关系式（3%+3%）X（

tj+tf

）计算，分别为：钻孔工步的其他时间：b

t+tx

t+t=6%⨯(1.755s+11.7s)=0.8s铰孔工步的其他时间：bx=

6%⨯(5.43s+36.2s)=2.5s。

3.3.4 单件时间

钻孔工步铰孔工步

tdj

的计算

tdj钻11.7s+1.755s+0.8s=14.26s

=。 tdj铰36.2s+5.43s+2.5s=44.13s=。

因此，工序的单件时间有四个孔，所以总的时间为

tdjtdj钻tdj铰14.26s+44.13s=58.39s

=+=。由于

t=4⨯tdj=4⨯58.3s9=

233.s56

。

3.4 制订4-∅9工序卡片

在本次课程设计中，我所被指定的工序是加工4-∅9孔。根据表4、4-∅9切削用量的计算和基本工时的计算即可制订出该工序的工序卡片，具体内容详见机械加工工序卡片。

4 4-∅9孔的专用机床夹具设计

机床夹具是一种在金属切削机床上实现装夹任务的工艺装备，机床夹具的功用主要是：稳定地保证工件的加工精度；减少辅助工时，提高劳动生产率；扩大机床的使用范围，实现一机多能。4-∅9孔属于轴向孔，且在圆周分布上是非均布的，所以用常规的夹具（即通用夹具）其生产效率是很低的，同时加工精度也不容易保证。考虑到法兰盘零件属于大批量生产，所以应该对其设计专用夹具，以保证加工精度和提高劳动生产率。

4.1定位方案的设计

本夹具的定位方案如下图所示，采用短圆柱销和平面定位，同时运用支承板来快速找正工件在夹具体中的位置。

短圆柱销限制的自由

度为：x,y。

平面限制的自由度为：

x,y,z

支承板限制的自由度 为：z,

综上，该定位方案限制了工件的6个自由度，较好的满足零件加工要求，定位

合理。

4.2定位误差分析与计算

所谓定位误差，是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。因为对一批工件来说，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。造成定位误差的原因有：由于定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量，以∆b表示；由于定位副制造误差及其配合间隙所引起的定位误差，称基准位移误差，即定位基准的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量，以示。

∆j

表

∆d=∆b±∆j

。

分析和计算定位误差的目的，就是为了判断所采用的定位方案能否保证加工要求，以便对不同方案进行分析比较，从而选出最佳定位方案，它是决定定位方案时的一个重要依据。

4.2.1 定位元件尺寸公差的确定

夹具的主要定位元件为短圆柱销。所以该短圆柱销的尺寸公差现规定为与本零件在工作时相配的尺寸公差相同，所以定位误差为0.045

零件规定孔在轴线 68mm圆周上，左边孔距离轴线20mm，右边孔距离轴线12mm，已知孔位置主要由夹具体定位误差、夹具体与钻模板的配合误差、钻模板以及夹具体的制造误差组成。

夹具体的制造误差为：对定位孔轴线平行度为：0.02，则夹具体与钻模板配合误差，有 0.02+0.045＜0.4, 故误差不超过允许误差。

4.3导向元件设计

钻床夹具的刀具导向

套，钻套的作用是确定刀

具定位元件的位置，并在

钻头等孔加工刀具进行

止刀具在加工中发生偏

由于该孔的加工方

孔，后铰孔。所以，采用元件为钻具相对夹加工中对引导，防斜。 法是先钻快换式钻套，由于法兰盘零件的特殊结构，为了便于装夹工件，所以自行设计快换钻套。其结构如上图所示：

4.3.1钻套高度和排屑间隙

钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具

刚

度、工件表面形状等因素有关。钻套高度H越大，刀具的导向性能越好，但刀具与钻套的摩擦越大，一般取H=(1-2.5)d，孔径小、精度要求高时，H取较大值。H=(1-2.5)d=(1-2.5)X9=(9-22.5),取H=20mm。

钻套底部与工件间的距离h称为排屑间隙，H值应适当选取，h值太小时，切屑难以自由排出，使加工表面被破坏；h值太大时，会降低钻套对钻头的导向作用，影响加工精度。加工铸铁时，h=（0.3-0.7）d；加工钢时，h=(0.7-1.5)d。由于法兰盘材料为HT200，所以其排屑间隙h=(0.3-0.7)d=(0.3-0.7)X9=(2.7-6.3),取h=5mm。

4.4夹紧装置的设计

在加工过程中，工件会受到切削力、惯性力、离心力等外力的作用，为了保证在这些力作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，把工件压紧夹牢在定位元件上。

在该夹具体设计中，由于所选用的定位方案的夹紧力与切削力的方向一致，所需夹紧力较小，所以采用钩形压板（组合）式夹紧机构。夹紧力的计算采用Fj=F/(1+3Lf/H)计算，其中的f--摩擦系数，一般取0.1-0.15，由于在进行钻孔工序时，夹紧力作用表面的表面粗糙度较小，所以本设计中选择=f0.1。

4.5夹具结构设计及操作简要说明

在设计夹具进应该注意提高劳动生产率。因此，使用铰链式钻模，一次固定4个钻套，在一次装夹中可以加工4个孔。本工序是粗加工，切削力较大，但是由于钻削重要生产的轴向力指向定位面，和夹紧力方向相同，所以夹紧力不直接对消切削力。

装夹工件时，先翻开钻模板把工件放在夹具上，由短圆柱销定位，

最后用支承板定好位置把钻模板合上，把菱形螺母锁上。这样就可以钻削了。本夹具装配图和零件图，见附图。

5 方案综合评价与结论

本方案采用一面一销定位方式，限制了工件的5个自由度，采用支承板确定工件在夹具体中的正确位置和限制工件的旋转自由度。该定位方案限制了工件的6个自由度，很好的确定工件在夹具体中的位置，但也可能造成过定位，原因在于，支承板与短圆柱销的安装误差。在钻孔工序前的工序尺寸保证的情况下，不会产生过定位。综上所述，本次课程设计的基本目的已经达到，较好的反映了零件加工过程中的定位需要。同时，在专用夹具设计过程中，通过查阅大量资料，所设计的夹具在使用上十分方便，定位准确。。绘制夹具体装配图时，很好运用了机械制图的知识，图幅表达合理，线条准确。

6体会与展望

为期三周的机械制造技术基础课程设计就要结束了，回首近20天的设计过程，感慨万千。感的是较好的完成了设计任务，在设计过程中，通过各种途径解决了所遇到的困难。慨的是在细节问题的把握上还很欠缺，过程技术人员追求的是完美，我想，我的课程设计离完美还有很远的路要走。三周的时间里，查阅了数十本机械加工与夹具设计方面的资料。在绘制夹具体装配图时，由于对机械制图中的有关内容有些陌生，所以索性翻出机械制图书，也算温习了功课。最终，通过自己的努力，很好的完成了装配图的绘制，也对机械制图的内容有了更深的理解。同时，也练习了电子图板软件的使用，能熟练的解决绘图过程中所遇到的问题，最重要的是绘图的速度和质量有了很大的提高。

从刚拿到题目时的无从下手，到初步了解机械零件加工的工艺过程，这其中的个中体会只有自己能够理解，也使我更加坚信在做任何事时，我们都应该认真去对待。通过这次课程设计，虽然了解了机械加工工艺过程，但离实际还很远，路还很长，但庆幸的是自己对机械加工工艺过程有了初步的了解，课程设计过程中，一步一个脚印走出来了。在课余，打算多看一些机械加工工艺方面的书，

图，更重要的是学习其中的设计理念。

多练习软件绘

参考文献

［1］黄健求主编.机械制造技术基础［M］.北京:机械工业出版社,2005.

［2］肖继德、陈宁平主编.机床夹具设计（第二版）［M］.北京：机械工业出版社,2000.

［3］秦国华、张卫红主编.机床夹具的现代设计方法［M］.北京：航空工业出版社,2006.

［4］秦宝荣主编.机床夹具设计［M］.北京:中国建材工业出版社,1998.2 ［5］陈国香主编.机械制造与模具制造工艺学［M］.北京:清华大学出版社,2006.5.

［6］李彩霞主编.机械精度设计与检测技术［M］.上海:上海交通大学出版社,2006.1.

［7］方子良主编.机械制造技术基础［M］. 上海:上海交通大学出版社,2005.1. ［8］华楚生主编.机械制造技术基础［M］.重庆:重庆大学出版社, 2000.4. ［9］李益民主编. 机械制造工艺设计简明手册［M］. 北京:机械工业出版社, 1999.10.

［10］王光斗等主编.机床夹具设计手册［M］.上海:上海科学技术出版,2000.11.

［11］艾兴等编. 切削用量简明手册［M］. 北京:机械工业出版社,2000.3. ［12］王伯平主编.互换性与测量技术基础（第2版）［M］. 北京:机械工业出版社,2004.4.