机械制造工艺课程设计法兰说明书

第一篇：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。

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：

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。

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1.5mm3、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。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；（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：

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，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)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：

图3-1

方案2图示：

图3-2 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。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。

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！

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

第二篇：法兰课程设计说明书

班级:___________学号:____________姓名:______________ 指导教师:_________ 锻造课程设计法兰设计说明书

目录

序言 零件的分析.............................................................................................3 1.1零件的作用....................................................................................31.2零件的材料……………………………………………………….3

1.3零件的结构分析……………………………………………........4 1.4对毛坯的说明................................................................................4 1.5零件的工艺分析............................................................................5 2 工艺规程设计........................................................................................5 2.1 制定工艺路线...............................................................................6 3 收获与体会.............................................................................................9 4 参考文献...............................................................................................9

序言

锻造课程设计是在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。这是我们进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际训练。因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。

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，从而锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后走向工作岗位适应工作条件打下一个良好的基础。

相信通过课程设计能将零碎的知识点都联系起来，系统而全面的做好设计。通过本次课程设计，希望能得到下述方面的锻炼：①培养制定零件锻造等机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力，设计机床夹具的能力。②熟悉有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请杨老师给予指教。摘要

自由锻的基本工序：自由锻造时，锻件的形状是通过一些基本变形工序将坯料逐步锻成的。自由锻造的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲和切断等。

1.镦粗 镦粗是对原坯料沿轴向锻打，使其高度减低、横截面增大的操作过程。这种工序常用于锻造齿轮坯和其他圆盘形类锻件。镦粗分为全部镦粗和局部锻粗两种。

2.拔长 拔长是使坯料的长度增加，截面减小的锻造工序，通常用来生产轴类件毛坯，如车床主轴、连杆等。3.冲孔 用冲子在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。4.弯曲 使坯料弯曲成一定角度或形状的锻造工序。

5.扭转 使坯料的一部分相对另一部分旋转一定角度的锻造工序。6.切割 分割坯料或切除料头的锻造工序。

1.零件的分析 1.1零件的作用

该零件称作法兰是管子与管子之间相互连接的零件，用于管端之间的连接；也有用在设备进出口上的法兰，用于两个设备之间的连接，如减速机法兰。法兰连接或法兰接头，是指由法兰、垫片及螺栓三者相互连接作为一组组合密封结构的可拆连接。管道法兰系指管道装置中配管用的法兰，用在设备上系指设备的进出口法兰。法兰上有孔眼，螺栓使两法兰紧连。法兰间用衬垫密封.根据零件图来看该零件是用来连接两个直管道，对管道进行固定和导向，改变流体的方向，对连接处进行固定和密封。1.2零件的材料

1.2.1材料的特性:

材质为Q345A,是一种低合金钢,化学成分如下:C 0.20%,Si≤0.55%,Mn≤1.70%,P≤0.045%,S≤0.045%,V 0.02%～0.15%,Nb 0.015%～0.060%,Ti 0.02%～0.20%.与Q345B，C，D，E钢相比而言，低温冲冲击的试验温度高，性能差.屈服强度在345MP左右.1.2.2材料的用途: 广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器等.1.3零件的结构分析

从零件图来看,该法兰结构较为简单表面的要求精度不高.此法兰整体呈长方体,在四角对称有4个螺栓通孔,有直径不同的两个盲孔垂直相交连通,另外,一面有4个大小相同的凹槽.对法兰的基本要求是高强度、高韧性、高耐磨性和回转平稳性，因而安排法兰加工过程应考虑到这些特点 1.4对毛坯的说明 1.4.1毛坯类型

由于材质Q345A的强度较高,该零件采用自由锻的锻造工艺,自由锻生产率低，加工余量大，但工具简单，通用性大，故被广泛用于锻造形状较简单的单件、小批生产的锻件。所以不必要机加工获得,直接采用金属型铸造的方式获得外形与零件相同的毛坯.更为省力.注意留有较大的加工余量,废料相应增多不可避免.1.4.2毛坯余量的确定

因为零件形状并不复杂而且零件加工的尺寸不大，因此毛坯形状可以与零件形状接近。由于要求设计零件的长宽高分别为A=110mm，B=107mm，H=140mm。满足表中规定的A/B≤2.5。由锻造实用速查手册，满足A﹤H﹤2.5A，所以由表格得加工余量a=8±3，b=8±3（锻件精度等级为F级的），我选择a=10mm，b=10mm。所以锻件高H1=H+b=140+b=150mm，B1=B+b=116mm ,A1=A+a=120mm 1.4.3毛坯定位基准的选择 1.4.3.1粗基准

选择不加工面或加工表面精度不高的面为基准，根据基准选择原则，以底面为基准面，以它的中心线为粗基准。1.4.3.2精基准

因为后面表面的粗糙度为3.2，是该法兰零件精度最高的面，所以选它为精基准加工面。1.5零件的工艺分析

生产工艺主要分为锻造、铸造这两种。铸造法兰和锻造法兰

铸造出来的法兰，毛坯形状尺寸准确，加工量小，成本低，但有铸造缺陷（气孔.裂纹.夹杂）；铸件内部组织流线型较差（如果是切削件，流线型更差）；

锻造法兰一般比铸造法兰含碳低不易生锈，锻件流线型好，组织比较致密，机械性能优于铸造法兰；

锻造工艺不当也会出现晶粒大或不均，硬化裂纹现象，锻造成本高于铸造法兰。

锻件比铸件能承受更高的剪切力和拉伸力。

铸件的优点在于可以搞出比较复杂的外形，成本比较低；

锻件优点在于内部组织均匀，不存在铸件中的气孔，夹杂等有害缺陷； 1.5.1坯料和零件的相关计算

坯料尺寸:长A1=120mm,宽B1=116mm,H1=150mm.密度ρ=7.85g/cm³ 坯料体积V=150×120×116=2088cm³ 坯料质量m=7.85×2088=16390.8g 零件尺寸：H=140mm, A=110mm, B=106mm.除去通孔和凹槽体积V=140×110×106=1632.4cm³

4螺栓通孔体积V=（π×1.7²÷4×（10.6-4.2）+π×2.6²÷4×4.2）×4=147.3cm³

凹槽体积V=（9.46×8-8.46×7）×0.175=2.88cm³ 冲孔废料体积V=（π×4.5²÷4×（8.55-6.5）=32.6cm³ 零件体积V=14×11×10.6-（147.3+2.88+32.6）=1449.62cm³ 零件质量m=7.85×1449.62=11379.5g 废料质量m=16390.8-11379.5=5011.3g 1.6零件定位基准的选择

1.6.1粗基准的选择

选择不加工面或加工表面精度不高的面为基准，根据基准选择原则，以底面为基准面，以它的中心线为粗基准。

1.6.2精基准的选择

因为后面表面的粗糙度为3.2，是该法兰零件精度最高的面，所以选它为精基准加工面。精加工这个表面和其上面的四个凹槽。

1.6.3加工顺序的选择

先粗后精、先主后次、基准先行、先面后孔的原则安排加工顺序，逐步提高加工精度 2.工艺规程的设计 2.1制定工艺路线

工艺方案㈠

(1)下料：取铸造好的柱状坯料Q345A，粗加工成长宽高分别为120mm，116mm，150mm的柱状坯件。

(2)加热:炉型:半连续炉,加热时间:2至3小时,锻造温度:始锻温度1200℃终锻温度750℃.(3)镦粗: 镦粗用钢筋头镦粗机 锻锤吨位:0.75吨.(4)冲孔：先在右面冲φ65的盲孔，深度为75mm，孔的中心距地面高度为70mm，距后面为85.5-（65÷2）=53mm。然后在背面冲φ45的盲孔，深度为20.5mm，孔的中心距地面高度为70mm，距零件的右面为22.5+30=52.5mm。

(5)扩孔：扩右表面的盲孔，使直径φ74mm，深度10mm。

扩右表面的盲孔，使直径φ77mm，深度7mm。

(6)钻孔：在车床上钻四个φ17的通孔，从前面到后面。该通孔中心距左面20.5mm，距上面17mm。在四个φ17的通孔的基础上，从前面扩深度为42mm，φ26mm的孔,其余三个通孔同理。

(7)中间热处理：退火,退火温度为850℃.(8)精加工：在刨床上精加工成长宽高分别为110mm，106mm，140mm的柱状零件。

(9)铣沟槽：在背面铣一个深度为1.75mm，宽度为5mm的矩形沟槽。其中内边长84.6,宽70,外边长94.6,宽84.6.矩形的中心线与零件中心线重合.须精加工保证粗糙度.(10)最终热处理:正火,正火温度900℃.工艺方案㈡

(1)下料：取铸造好的柱状坯料Q345A，粗加工成长宽高分别为120mm，116mm，150mm的柱状坯件。

(2)加热:炉型:半连续炉,加热时间:2至3小时,锻造温度:始锻温度1200℃终锻温度750℃.(3)钻孔：在车床上钻四个φ17的通孔，从前面到后面。该通孔中心距左面20.5mm，距上面17mm。在四个φ17的通孔的基础上，从前面扩深度为42mm，φ26mm的孔,其余三个通孔同理。(4)镦粗: 镦粗用钢筋头镦粗机 锻锤吨位:0.75吨.(5)冲孔:先在背面冲φ45的盲孔，深度为20.5mm，孔的中心距地面高度为70mm，距零件的右面为22.5+30=52.5mm。然后在右面冲φ65的盲孔，深度为75mm，孔的中心距地面高度为70mm，距后面为85.5-（65÷2）=53mm。

(6)扩孔：扩右表面的盲孔，使直径φ74mm，深度10mm。

扩右表面的盲孔，使直径φ77mm，深度7mm。

(7)中间热处理：退火,退火温度为850℃.(8)精加工：在刨床上精加工成长宽高分别为110mm，106mm，140mm的柱状零件。

(9)铣沟槽：在背面铣一个深度为1.75mm，宽度为5mm的矩形沟槽。其中内边长84.6,宽70,外边长94.6,宽84.6.矩形的中心线与零件中心线重合.须精加工保证粗糙度.(10)最终热处理:正火,正火温度900℃.方案一和方案二比较,方案二的工艺对保正零件的基本形状更加困难,而且方案二的工艺相比方案一更加浪费材料,所以选择方案一更为合理.3.收获和体会

通过一周的课程设计，我对本专业的知识有了更深的了解，如锻造的基本工序,加工基准如何选择，加工工步的顺序，各种材料的特性和加工性能等。同时也把一部分以前所学的知识（包括机械制图，互换性与技术测量，工程材料及成型技术基础等）复习了一遍，对绘图软件CAD和CAXA的操作也更加熟练,提高了自己的绘图能力。课程设计是一门实践课，通过课程设计把自己的理论水平和实践相结合，又提高了自己分析问题解决问题的能力。

另外，在课程设计过程中，通过和其他同学的互相合作以及老师的指导和帮助，我学到了很多东西，我的团队合作能力也得到了一定的提高，为以后走上社会和工作岗位做好准备。

4.参考文献

《锻造实用数据速查手册》机械工业出版社 《实用机械加工工艺手册》机械工业出版社 《金属学与热处理》机械工业出版社 《金属材料成型工艺及控制》北京大学出版社

第三篇：机械制造工艺学 课程设计说明书

设计说明书

课程名称：题目名称：班 级：姓 名：学 号：指导教师：评定成绩：教师评语： 机械制造工艺学

输出轴加工工艺及夹具设计 XX级 机械设计制造及自动化 专业 X 班 XXX XXXXXXXXXXXX XXXXXXXXX

指导老师签名：

年 月 日

目录

前言...............................................................................3

1、零件的工艺分析及生产类型的确定..................................................3 技术要求分析...................................................................3 零件的工艺分析.................................................................3...................................................................................3

2、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图..............................................3 选择毛坯.......................................................................3 毛坯尺寸的确定.................................................................4

3、选择加工方法，制定加工艺路线....................................................5 定位基准的选择.................................................................5 零件表面加工方法的选择.........................................................5 制定艺路线.....................................................................6

4、工序设计........................................................................7 选择加工设备与工艺装备.........................................................7 选择机床 根据工序选择机床..................................................7 选用夹具...................................................................7 选用刀具...................................................................8 选择量具...................................................................8 确定工序尺寸...................................................................8

5、确定切削用量及基本工时.........................................................10 切削用量。...................................................................10 基本时间......................................................................12

6、夹具设计.......................................................................12 定位方案......................................................................12 分度设计......................................................................13 切削力和夹紧力的计算..........................................................13

7、结论..........................................................................14 参考文献..........................................................................14 致 谢............................................................................15 附录..............................................................................15

输出轴加工工艺及夹具设计

摘 要：机械制造业的发展对世界经济起着非常重要的作用，而机械加工工艺的编制是机械制造技术的重要组成部分和关键工作。本文论述的是输出轴的加工工艺和夹具设计，着重于几个重要表面的加工，具有一定的尺寸、形状、位置要求，还有一些强度、表面粗糙度要求等，然而这些都会在文中得以体现。

关键词：制造；输出轴；加工工艺；夹具；

前言

机械制造工艺学课程设计是在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之后进行的。这是我们进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际训练。因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。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，从锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。我也相信通过课程设计能将零碎的知识点都联系起来，系统而全面的做好设计。

本次课程设计是机械制造工艺学这门课程的一个阶段总结，是对课堂中学习的基本理论和在生产实习中学到的实践知识的一个实际应用过程。由于知识和经验所限，设计会有许多不足之处，所以恳请老师给予指导。

零件的工艺分析及生产类型的确定

技术要求分析

题目所给定的零件车床输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使车床主轴获得旋转的动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。零件的材料为45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。综合技术要求等文件，选用铸件。

零件的工艺分析

从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单，其主要加工的面有φ

55、φ60、φ65、φ75、φ176的外圆柱面，φ50、φ80、φ104的内圆柱表面，10个φ20的通孔，图中所给的尺寸精度高，大部分是IT6级；粗糙度方面表现在键槽两侧面、φ80内圆柱表面为Ra3.2um,大端端面为Ra3.2um,其余为Ra12.5um，要求不高；位置要求较严格，表现在φ55的左端面、φ80内孔圆柱面对φ75、φ60外圆轴线的跳动量为0.04mm, φ20孔的轴线对φ80内孔轴线的位置度为φ0.05mm,键槽对φ55外圆轴线的对称度为.0.08mm；热处理方面需要调质处理，到200HBW，保持均匀。通过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。

选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图

选择毛坯

毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获 3

得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：

1、型材

2、锻造

3、铸造

4、焊接

5、其他毛坯。根据零件的材料，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而锻件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。本零件生产批量为中批量，所以综上所叙选择锻件中的模锻。

毛坯尺寸的确定

毛坯（锻件）图是根据产品零件设计的，经查《机械加工工艺手册》《金属机械加工工艺人员手册》知精车-半精车-粗车各余量,从而可得毛坯余量<或查表得到>,见表１。铸件的外圆角半径按表5-12确定，内圆角半径按5-13确定。结果为：外圆角半径：r2；内圆角半径：R3。按表5-11，外模锻斜度5，内模锻斜度7。下图为本零件的毛坯图

图1毛坯图

Fig 1 t rough map

选择加工方法，制定加工艺路线

定位基准的选择

本零件为带孔的管状零件，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵守“基准重合”的原则。具体而言，即选48孔及一端面作为精基准。由于本零件全部表面都需要加工，而孔作为精基准，应先进行加工，因此应选外圆及一端面为粗基准。

零件表面加工方法的选择

加工阶段的划分

当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。

①粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工φ176、φ

55、φ60、φ65、φ75外圆柱表面。②半精加工阶段：其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如φ

55、φ60、φ65、φ75外圆柱面，φ80、φ20孔等。

③精加工阶段：其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。

基面先行原则

该零件进行加工时，要将端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和φ55外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。

先粗后精

即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做 5

准备。

先面后孔

对该零件应该先加工圆柱表面，后加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于输出轴来讲先加工φ75外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。

工序划分的确定

工序集中与工序分散：工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利于采用高生产率的机床。工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。

综上所述：考虑到工件是中批量生产的情况，采用工序分散

辅助工序的安排：辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除锈，退磁，检验等。

热处理工序的安排

热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件CA6140车床输出轴材料为45钢，在加工过程中预备热是消除零件的内应力，在毛坯锻造之后。最终热处理在半精车之后精车之前，按规范在840℃温度中保持30分钟释放应力。

制定艺路线

按照先加工基准面，先粗后精，基准统一等原则，该零件加工可按下述工艺路线进行。

工序1 粗车圆柱面φ176及端面。

工序2 粗车圆柱面φ

55、φ60、φ65和φ75和及台阶面。工序3 精车φ176外圆柱面及倒角。

工序4 半精车圆柱面φ

55、φ60、φ65和φ75和及台阶面。工序5 精车圆柱面φ

55、φ60、φ65和φ75和及台阶面。工序6 倒角。

工序7 粗镗内孔φ50、φ80、φ104。工序8 精镗内孔φ50、φ80、φ104。工序9 钻孔10³φ20。工序10 扩孔10³φ20。工序11 铰孔10³φ20。工序12 铣键槽16³10。工序13 钻斜孔2³φ8。工序15 去毛刺。工序15 终检。

工序设计

选择加工设备与工艺装备

选择机床 根据工序选择机床

（1）工序1、2、3、4和5是粗车和精车。各工序的工步数不多，大批大量生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外廓尺寸不大，选用最常用的CA6140型卧式车床。

（2）工序7、8为镗削。由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回转体，故宜在车床上镗孔，选用C616A型卧式车床。

（3）工序12铣削。工序工步简单，外廓尺寸不大，考虑本零件属成批大量生产，所选机床使用范围较广泛为宜，故可选常用用的X61W型铣床能满足加工要求。

（4）工序9、10和11是扩、钻、铰孔。可采用专用的分度夹具在立式钻床上加工，故选用Z525。

选用夹具

本零件除铣销，钻小孔等工序需要专用夹具外，其他各工序使用通用夹具即可。前车销工序用三爪自定心卡盘和心轴。

选用刀具

由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。由于零件车床输出轴材料为45钢，推荐用硬质合金中的YT15类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而YT类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工45钢这种材料时采用硬质合金的刀具。粗车外圆柱面： 90°半精车，精车外圆柱面：前角为90°的车刀。钻头：高速钢刀具，直径为φ30；直径为φ18；扩孔钻：直径为φ19.8；铰刀：直径为φ20。镗刀，刀杆长度为200.B³H＝16³25。

选择量具

本零件属大批大量生产，一般配情况下尽量采用通用量具。根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考参考文献[4]》相关资料，选择如下：读数值0.02、测量范围0～150游标卡尺，读数值0.01、测量范围0～150游标卡尺。读数值0.01、测量范围50～125的内径千分尺，读数值0.01、测量范围50～125的外径千分尺，读数值0.01、测量范围50～125的内径百分表（表5-108）。

确定工序尺寸

确定圆柱面的工序尺寸 圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。前面已确定各圆柱面的总加工余量（毛坯余量），应将毛坯余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。本零件各圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度见下表：

表3外圆柱面φ176 轴段加工余量计算

Tab3

工序间

工序名称

余量/mm 精车 粗车 毛坯 2 3

经济精度/mm

IT10 IT12 ±2

表面粗糙度Ra/μm

6.3 12.5

尺寸/mm 176 179 181

尺寸公差/mm

工 序

工序基本

标注工序

1760.14

1790.4

1812

表4外圆柱面φ55轴段加工余量计算

Tab4

工序间

工序名称

余量/mm 精车 半精车 粗车 毛坯 1.0 1.5

经济精度/mm

IT6 IT10 IT12

表面粗糙度Ra/μm

1.6

尺寸/mm

尺寸公差/mm

工 序

工序基本

标注工序

57.5 60

550.019 560.120 57.50.3

602

3.2

6.3 2.5

±2

Tab5

表5φ60轴段加工余量计算

工序间

工序名称

余量/mm 精车

半精车

粗车 毛坯 1.0 1.5

工

序

经济精度/mm

表面粗糙度Ra/μm

工序基本尺寸/mm

标注工序 尺寸公差/mm

IT6 IT10 IT12 ±2

1.6 3.2 6.3

62.5 65

6000.019

6100.120

2.5

62.500.30

652

表5φ65轴段加工余量计算

Tab5

工序间

工序名称

余量/mm 精车

半精车

粗车 毛坯 1.0 1.5

经济精度/mm

表面粗糙度Ra/μm

尺寸/mm

尺寸公差/mm

工

序

工序基本

标注工序

IT6 IT10 IT12 ±2

Tab5

1.6 3.2 6.3

67.5 70

6500.019 6600.120

2.5

67.500.30

702

表5φ75轴段加工余量计算

工序间

工序名称

余量/mm 精车

半精车 1.0 1.5

工

序

经济精度/mm

表面粗糙度Ra/μm

工序基本尺寸/mm

标注工序 尺寸公差/mm

IT6 IT10

1.6 3.2

76

7500.019 7600.120

粗车 毛坯 2.5

IT12 ±2

6.3

77.5 80

77.500.30

802

表5φ104内孔加工余量计算

Tab5

工序间

工序名称

余量/mm 精镗

粗镗

毛坯 1.8 3.2

经济精度/mm

表面粗糙度Ra/μm

尺寸/mm

尺寸公差/mm

0.035 1040工

序 工序基本标注工序

IT7 IT10 ±2

3.2 6.3

103.2 99

0.140 103.20 992

表5φ80内孔加工余量计算

Tab5

工序间

工序名称

余量/mm 精镗

粗镗

毛坯 1.5 2.5

经济精度/mm

表面粗糙度Ra/μm

尺寸/mm

尺寸公差/mm

0.030 8000.12 78.50工

序 工序基本标注工序

IT7 IT10 ±2

3.2 6.3

78.5 76 762

表5φ50内孔加工余量计算

Tab5

工序间

工序名称

余量/mm 精镗

粗镗

毛坯 1.5 2.5

经济精度/mm

表面粗糙度Ra/μm

尺寸/mm

尺寸公差/mm

0.025 5000.1 48.50工

序 工序基本标注工序

IT7 IT10 ±2

3.2 6.3

48.5 46 462

确定切削用量及基本工时

切削用量包括背吃刀量ap、进给量f和切削速度v。确定顺序是确定ap、f，再确定v。本说明书选取工序1粗车外圆55mm为例确定其切削用量及基本时间。

切削用量。

本工序为粗车。已知加工材料为45钢，锻件，有外皮；机床为CA6140型卧式车

床，工件装夹在三爪自定心卡盘中。

确定55mm外圆的切削用量。

所选刀具为YT15硬质合金可转位车刀，根据表5-112，由于CA6140机床的中心高为200mm，故选用刀杆尺寸B³H=16mm³25mm，刀片厚度为4.5mm。根据表5-133，选择车刀几何形状为卷槽带倒棱型前刀面，前角012，后角06、主偏角90、,副偏角10、刃倾角s0、刀尖圆弧半径0.8mm。

（1）确定背吃刀量ap 由于粗车双边余量为2.5mm，则ap＝2.25mm。

（2）确定进给量f 根据表5-114，在粗车钢件、刀杆尺寸为16mm25mm、ap3mm、工件直径为60~100mm时，f0.5~0.9mm/r。按CA6140机床的进给量选择f0.65mm/r。确定的进给量尚需满足机床进给强度的要求，故需进行校验。

根据表5-55，CA6140机床进给机构允许的进给力Fmax3530N。

根据表5-123，当钢材b570~670MPa、aP2.0mm、f0.75mm/r，r45，v65m/min(预计)时，进给力Ff760N。

Ff的修正系数为k0Ff1.0，ksFf1.0，kkFf1.17,故实际进给力为Ff7601.17N889.2N，由于FfFmax，所选的f0.65mm/r可用。

（3）选择车刀磨钝标准及耐用度 根据表5-119，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度T60min。

（4）确定切削速度v 根据表5-120，当用YT15硬质合金车刀加工钢材时，aP2.0mm，f0.75mm/r时，切削速度v97m/min。

切削速度的修正系数为sv0.8，tv0.65，Tv0.81，Tv1.0，Mvv1.0表2-9。则有：v970.80.650.81m/min40.9m/min 1000v100040.9nr/min203.4r/min

d64按CA6140机床的转速选择n185r/min3.08r/s,则实际切削速度v37.2m/min。

最后确定切削用量为：

ap1.25mm，f0.65mm/r，n185r/min，v37.2m/min。

基本时间

确定粗车外圆55的基本时间t 根据《机械制造工艺学》公式4-23车外圆基本时间为： 根据《机械制造工艺学》公式4-23车外圆基本时间为：

TjLll1l2ii fnfn式中：l83.4mm，l1i1

aptan(2~3)2mm，l20，f0.65mm/r，n3.08r/min，则Tj83.42s43s

0.653.08其余工步切削用量及基本工时计算从略

夹具设计

本夹具是第11道工序钻28通孔的专用夹具。刀具为直柄麻花钻8-L GB/T 6135.3－1996。

在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求较低。因此，本设计的重点应在卡紧的方便性与快速性以及实现钻孔的分度上。下面是夹具设计过程：

定位方案

夹具特点，工件以另一端面和键槽定位，通过轴心，用螺栓夹紧。结构简单，制造容易。分度副间有污物时，不直接影响分度副的接触。缺点是无法补偿分度度间的配合间隙对分度精度的影响。分度板孔中一般压入耐磨衬套，与圆柱定位销采用H7/g6配合。其结构图如图3所示：

图3 28夹具装配图 Fig 3

26fixture assembly

分度设计

通过分度盘来实现。拧紧螺母，并通过开口垫圈将工件夹紧。转动手柄，可将分度盘松开。此时用捏手将定位销从定位套中拔出，使分度盘连同工件一起回转180°，将定位销重新插入定位套中，即实现了分度。再将手柄转回，销紧分度盘，即可进行加工。

切削力和夹紧力的计算

本工序加工是钻削可估算其夹紧力，其为螺旋夹紧机构。实际效果可以保证可靠的卡紧。

根据公式：

`MQWK[r`tan1rZtan(2)]10

MQ——原动力（N²mm）WK——实际所需夹紧力

r`——螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm）

rZ——螺纹中径之半(mm)——螺纹升角（°）

1——螺杆端部与工件间的当量摩擦角（°）

``——螺旋副的当量摩擦角（°），2cot2tan2 cos0——除螺旋机构以外的效率，其值为0.85~0.958。

参数:Wk = 100

使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧力。结论

此次课程设计确定了填料箱盖从铸件毛坯到成品在大量成批生产时的工艺过程，同时也设计了其中一道钻孔工序的夹具。

作为本学期的最后一次课程设计，需要我们综合前阶段所学习的机械制图、金属工艺学、金属材料、机械设计基础、互换性与测量技术、机械制造工艺学等多门课程的知识，同时还要运用数学、力学等基础学科知识以及设计手册上的标准。所以此次课程设计是我们本科阶段学习的知识的巩固，也是一个总结。

参考文献

[1] 陈宏钧.机械加工工艺手册[M].机械工业出版社，2003 [2] 王先逵.机械制造工艺学[M].机械工业出版社，2006 [3] 徐学林.互换性与测量技术基础[M].湖南大学出版社，2005 14

[4] 崇凯.机械制造技术基础课程设计指南[M].化学工业出版社，2007 [5] 胡农.车工技师手册[M].机械工业出版社，2004 [6] 王光斗.机床夹具设计手册[M].上海科学技术出版社，2000 [7] 曾庆福.机械制造工艺学[M].清华大学出版社，1989 [8] 赵如福.金属机械加工工艺人员手册[M].上海科学技术出版社，2000 [9] 王启平.机床夹具设计 [M].哈尔滨工业大学出版社，1996 [10] 陈宏钧.车工实用技术[M].机械工业出版社，2004 [11] 艾兴.切削用量简明手册[M].机械工业出版社，2004

致 谢

机械制造工艺学课程设计是学完了机械制造工艺学基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次课程设计过程中遇到了不少困难，在老师的帮助下和在图书馆查阅资料，最终解决了困难。而且，这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。

附录

附录1：零件图 附录2：工艺卡 附录3：夹具零件图 附录4：夹具装配图

第四篇：机械制造工艺及夹具课程设计

目 录

设计任务书„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(1)

一、零件的分析„„„„„„„„„„„„„„„(2)1.1 零件的作用 1.2 零件的工艺分析

二、工艺规程设计„„„„„„„„„„„„„„(4)2.1 定位基准的选择 2.2 重点工序的说明 2.3 制订工艺路线 2.4 机械加工余量的确定 2.5 确定切削用量及基本工时

三、夹具设计„„„„„„„„„„„„„„„„(14)3.1 问题的提出 3.2 夹具设计

四、参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„(17)

五 心得体会„„„„„„„„„„„„„„„„„（18）

机械制造工艺及夹具课程设计任务书

设计题目： “CA6140车床拨叉零件”机械加工工艺规程及夹具

生产纲领:年产量为5000件

设计内容：1.零件图一张

2.毛坯图一张

3.机械加工工艺过程 工序卡片一张

4.机床夹具设计 每人一套

5．夹具零件图一张

6.课程设计说明书一份

23456

采用高速三面刃铣刀，dw=175mm,齿数Z=16。

ns=1000v10000.35==0.637r/s(38.2r/min)3.14175πdw按机床选取nw=31.5r/min=0.522r/s（表4—17）

πdwns 故实际切削速度ν==0.29m/s

1000切削工时

l=75mm，l1=175mm，l2=3mm tm= 2）粗铣右端面

粗铣右端面的进给量、切削速度和背吃刀量与粗铣左端面的切削用量相同。

切削工时

l=45mm，l1=175mm，l2=3mm tm= 3）精铣左端面

αfll1l2751753= =121.2s=2.02min

nwαfZ0.5220.2516ll1l2451753= =106.8s=1.78min

nwαfZ0.5220.2516=0.10mm/Z(表3-28)ν=0.30m/s（18m/min）(表3-30)采用高速三面刃铣刀，dw=175mm,齿数Z=16。

ns=1000v10000.30==0.546r/s(32.76r/min)3.14175πdw按机床选取nw=31.5r/min=0.522r/s（表4—17）

πdwns 故实际切削速度ν==0.29m/s

1000切削工时

l=75mm，l1=175mm，l2=3mm

tm=

ll1l2751753= =302.92s=5.05min

nwαfZ0.5220.1016工序Ⅱ：钻、扩花键底孔 1）钻孔Ø 20㎜

f=0.75mm/r·Klf=0.75×0.95=0.71㎜/s(表3—38)ν=0.35m/s（21m/min）（表3—42）s=1000vπd=10000.35=5.57r/s(334r/min)w3.1420按机床选取 nw=338r/min=5.63r/s 故实际切削速度 ν=πdwns1000=0.35m/s 切削工时 l=80mm，l1= 10mm，l2=2mm tm=ll1l280102n= wf5.630.71=23s（0.4min）2）扩孔Ø 22㎜ f=1.07(表3—54)ν=0.175m/s（10.5m/min）1000v10000.s=πd=175w3.1422=2.53r/s(151.8r/min)按机床选取 nw=136r/min=2.27r/s 故实际切削速度 ν=πdwns1000=0.16m/s 切削工时 l=80mm，l1= 3mm，l2=1.5mm t1l2m=lln= 8031.5=35s wf2.271.07（0.6min）

n

n

工序Ⅲ：倒角1.07×15

f=0.05㎜/r(表3—17)ν=0.516m/s（参照表3—21）ns=1000vπd=10000.516=6.3r/s(378r/min)w3.1426 按机床选取 nw=380r/min=6.33r/s 切削工时 l=2.0mm，l1= 2.5mm，tm=ll1n= 2.02.5=14s（wf6.330.050.23min）

工序Ⅳ：拉花键孔

单面齿升 0.05㎜（表3—86）v=0.06m/s（3.6m/min）（表3—88）

切削工时（表7—21）thlKm=1000vS

zZ式中：

h——单面余量1.5㎜（由Ø 22㎜—Ø 25㎜）； l——拉削表面长度80㎜；

——考虑标准部分的长度系数，取1.20； K——考虑机床返回行程的系数，取1.40； V——切削速度3.6m/min； Sz——拉刀同时工作齿数 Z=L/t。t——拉刀齿距，t=(1.25—1.5)L=1.3580=12㎜

 Z=L/t=80/126齿

 t1.5801.201.40m=10003.60.066=0.15min(9s)工序Ⅴ：铣上、下表面 1）粗铣上表面的台阶面

αf=0.15mm/Z(表3-28)

ν=0.30m/s（18m/min）(表3-30)采用高速三面刃铣刀，dw=175mm,齿数Z=16。

nv10000.30s=1000πd=w3.14175=0.546r/s(33r/min)按机床选取nw=30r/min=0.5r/s（表4—17）

故实际切削速度ν=πdwns1000=0.27m/s 切削工时

l=80mm，l1=175mm，l2=3mm tll1l2m=

n= 801753wαfZ0.50.1516=215s=3.58min 2）精铣台阶面 αf=0.07mm/Z(表3-28)ν=0.25m/s（18m/min）(表3-30)采用高速三面刃铣刀，dw=175mm,齿数Z=16。n1000v10000.25s=

πd=w3.14175=0.455r/s(33r/min)按机床选取nw=30r/min=0.5r/s（表4—17）

故实际切削速度ν=πdwns1000=0.27m/s 切削工时

l=80mm，l1=175mm，l2=3mm tll1l280175m=

n= 3wαfZ0.50.0716=467s=7.7min）粗铣下表面保证尺寸75㎜

本工步的切削用量与工步1）的切削用量相同

112

三 夹具设计

3.1 问题的提出

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具 经过与指导老师协商，决定设计铣30x80面的铣床夹具。

3.2 夹具设计

1．定位基准的选择

由零件图可知，其设计基准为花键孔中心线和工件的右加工表面（A）为定位基准。因此选用工件以加工右端面（A）和花键心轴的中心线为主定位基准。1．切削力和夹紧力计算

(1)刀具： 高速钢端铣刀 φ30mm z=6 机床： x51W型立式铣床

由[3] 所列公式 得 FCFapXFqVyufzzaeFzwFd0n

查表 9.4—8 得其中： 修正系数kv1.0

CF30 qF0.83 XF1.0

yF0.65 uF0.83 aP8 z=24 wF0

代入上式，可得 F=889.4N

因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。

安全系数 K=K1K2K3K4 其中：K1为基本安全系数1.5 K2为加工性质系数1.1 K3为刀具钝化系数1.1 K4 为断续切削系数1.1 所以 FKF1775.7N

2.定位误差分析

由于30x80面尺寸的设计基准与定位基准重合，故轴向尺寸无基准不重合度误差。径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。即不必考虑定位误差，只需保证夹具的花键心轴的制造精度和安装精度。3．夹具设计及操作说明

如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率.为此,在螺母夹紧时采用开口垫圈,以便装卸,夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工。结果，本夹具总体的感觉还比较紧凑。

夹具上装有对刀块装置，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以有利于铣削加工。铣床夹具的装配图及夹具体零件图分别见附图中。

四、参考文献

1.切削用量简明手册,艾兴、肖诗纲主编,机械工业出版社出版，1994年 2.机械制造工艺设计简明手册，李益民主编，机械工业出版社出版，1994年 3.机床夹具设计软件版V1.0，机械工业出版社，2004 4.互换性与测量技术基础，刘品 刘丽华主编，哈尔滨工业大学出版社出版，2001年1月

5.机床夹具设计，哈尔滨工业大学、上海工业大学主编，上海科学技术出版社出版，1983年

6.机床夹具设计手册，东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制造厂职工大学编，上海科学技术出版社出版，1990年

7.机械工程手册 第8、9卷，机械工程手册、电机工程手册编委会，机械工业出版社出版，1982年

8.金属机械加工工艺人员手册，上海科学技术出版社，1981年10月 9.机械工艺装备设计实用手册，李庆寿主编，宁夏人民出版社出版，1991年 10.机械制造工艺学，郭宗连、秦宝荣主编，中国建材工业出版社出版，1997年

11.机床夹具设计，秦宝荣主编，中国建材工业出版社出版，1998年 12.机械制造工艺学习题集，陈榕王树兜主编，福建科学技术出版社出版，1985年

13.机械制造工艺学课程设计指导书，赵家齐主编，哈尔滨工业大学出版社出版，2002年

14.金属切削机床夹具设计手册 第二版，浦林祥主编，机械工业出版社出版，1995年12月

15.机械零件手册，天津大学机械零件教研室编，人民教育出版社出版，1975年9月

五 心得体会

为期三周的工艺、夹具课程设计结束，回顾整个过程，我觉得受益匪浅。课程设计作为《机械制造技术基础》课程的重要教学环节，使理论与实际更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。

本次课程设计主要经过了两个阶段。第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段中本人认真复习了有关书本知识学会了如何分析零件的工艺性，学会如何查有关手册，选择加工余量、确定毛坯类型、形状、大小等，绘制出了毛坯图。为了可以更深刻清楚的完成本次课程设计向老师请教了很多关于夹具方面的知识，而且自己也参阅了很多夹具设计的资料。又根据毛坯图和零件图构想出两种工艺方案，比较确定其中较为合理的工艺方案来编制工艺。其中运用了基准选择、切削用量选择计算、时间定额等方面的知识。还结合了我们生产实习中所看到的实际情况选定设备，填写了工艺文件。夹具设计阶段，运用工件定位、夹紧及零件结构设计等方面知识。

通过这次设计，我基本掌握了一个中等复杂零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具的设计的方法和步骤等。学会查阅手册，选择使用工艺设备等。

总的来说，这次设计，使我在基本理论的综合运用以及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我独力思考问题、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。

由于自己能力有限，设计中还有很多不足之处，恳请老师、同学批评指正。

第五篇：《机械制造工艺学》课程设计说明书.

《机械制造工艺学》课程设计说明书题目:CA6140车床法兰盘机械加工工艺规程及夹具设计

学院:工学院 姓名: 学号: 班级:机制104班 指导教师:杨卫平二O一二年十二月 目录(自动生成的目录参考 绪论........................................................................................................................-11.2 超声加工相关技术概述..................................................................................-11.2.3 旋转超声加工技术................................................错误!未定义书签。1.3 超声加工技术的国内外研究现状........................................错误!未定义书签。

1.3.1 超声振动切削的研究进展....................................错误!未定义书签。1.3.2 超声复合加工的研究进展....................................错误!未定义书签。1.3.3 超声表面光整加工的研究进展............................错误!未定义书签。1.3.4 旋转超声加工的研究进展....................................错误!未定义书签。1.4 课题研究依据及本文所做的工作........................................错误!未定义书签。旋转超声磨削及其加工机理分析........................................................................-42.2 传统磨削中的材料去除机理................................................错误!未定义书签。

2.2.1 塑性材料的去除机理............................................错误!未定义书签。2.2.2 脆性材料的去除机理............................................错误!未定义书签。2.3 超声加工的材料去除机理....................................................错误!未定义书签。

2.3.1 传统超声加工中的材料去除机理........................错误!未定义书签。2.3.2 旋转超声加工中的材料去除机理........................错误!未定义书签。2.4 旋转超声磨削的材料去除机理............................................错误!未定义书签。

2.5 本章小结................................................................................错误!未定义书签。总结..........................................................................................错误!未定义书签。

参考文献........................................................................................错误!未定义书签。

致谢................................................................................................错误!未定义书签。

i 1 课程设计任务及要求 1.1 课程设计任务

机械制造工艺学课程设计要求学生在完成机械制造工艺学理论知识学习、进行了生产实习后,通过课程设计实践性教学环节,获得综合运用所学知识进行工艺规程及工艺装备设计的基本能力。主要锻炼学生能理论联系实际,正确的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;根据保证工序质量要求,结合工程背景,提出工装设计任务并完成符合生产实际的工装设计;学会使用手册及图表资料,并掌握与本设计有关的各种资料的引用和标注。

本次课程设计任务: 某机床厂年生产CA6140车床5000台,请完成该车床上,零件号为831004、毛坯为铸件、材料为ZG45法兰盘的工艺规程设计及满足相应工序要求的夹具设计。零件技术要求如下图所示。

图1 CA6140车床法兰盘零件图 企业年生产纲领

⑴CA6140车床生产纲领为5000台/年,每台产品831004法兰盘数量1件;⑵831004法兰盘备品率为2%,废品率为0.4%。企业现有生产条件

⑴毛坯为外协件,生产条件可根据需要确定;⑵现可供选用的加工设备有: •车床:CA6140、C3163、C5140 •铣床:X5030A、X6132、X2010-30 •刨床:B6050、BC6063、B2010

•磨床:M1432、M2120、M7140、MT1040A •镗床:TX619T、TX6210、TPX6111B、TK4163 •钻床:Z525、ZX50、Z3050、Z4116 1.2 课程设计要求

学生必须按机械制造工艺学课程设计指导书要求,完成以下课程设计任务,主要包括以下几个部分: [1] 零件图一张

[2] 机械加工工艺卡片一套

[3] 课程设计说明书(不少于2000字一份 [4] 一人一个资料袋 附图:零件实物图

图2 CA6140车床831004法兰盘2 零件技术要求及其结构工艺性分析 2.1 零件技术要求

从设计任务中给定的零件图可知,该零件尺寸精度中,最高精度等级为IT6、最低精度为未注公差;形状精度均为未注公差;位置精度要求两侧平面相对φ20mm内孔轴心线端面跳动公差0.03mm、其余各几何要素间相互之间位置精度均为未注公差;各加工表面的表面粗糙度值(Ra最大6.3微米、最小值0.4微米;毛坯采用ZG45钢材料铸造而成;其形状是由简单的回转面、平面组合而成,几何特征如下图所示。其主要是在进给机构中起到连接件的作用。

图2 CA6140车床831004法兰盘三维图 2.2 零件的结构工艺性分析 2.2.1 传统超声加工技术

CA6140 车床法兰盘机械加工工艺规程及夹具设计 超声加工方法是近40 年来逐步发展的一种新型加工方法，它不仅能加工硬质合金、淬火钢等脆性金属材料，而且适合于半导体和不导电的非金属硬脆材料（如半导体硅片、玻璃、陶瓷

以及金属基碳化硅复合材料等）的精密加工和成形加工[1, 7, 8]。在难加工材料 和精密加工中，超声波加工方法具有普通加工无法比拟的工艺效果，具有广泛的应用范 围[1, 15]。1.传统超声加工的原理 传统超声加工是利用工件做超声振动，并沿工具头振动方向施加一定压力，通过液 体磨料来加工材料。如图 1-1 所示，其原理为：加工时，超声波发生器通过换能器产生 超声频振动，该振动振幅（约有 5μm）一般比较小，不能满足需求，需用变幅杆将换能 器的振动振幅放大后（振幅为 20~30μm），再传给工具。换能器 超声波发生器 超声振动 加压 工具 磨料喷嘴 工 件 变幅杆 磨料 工件 图 1-1 超声加工示意图 由于工具与工件间充满了液体（水或煤油）与磨料（如氧化铝或碳化硅等）混合的 悬浮液，且工具以很小的压力压在工件上。工作液中悬浮的磨粒在工具的超声振动下以 高速不断冲击工件加工表面，使该表面受到很大的压强而产生材料的变形，当应力超过 其强度极限时，材料将发生破坏而成粉末状去除。同时由于悬浮工作液的扰动，促使磨 料以高速抛磨工件的加工表面。此外，悬浮工作液受工具端部的超声振动而产生的“空 化”现象在工件表面形成液体空腔，促使液体渗入被加工材料的缝隙处，而空腔的瞬时 闭合又引起强烈的液压冲击，加快了工件材料的机械破除作用，并有利于加工区域磨料 悬浮液的均匀搅拌和磨蚀产物的排除。磨料悬浮液的循环流动使磨料不断更新，并带走 被粉碎下来的材料微粒，工具逐渐渗入到材料中，工具形状便复现在工件上。因此，超 声加工是磨粒在超声振动下的机械冲击和抛磨作用与超声空化作用的综合结果，其中磨 料的连续冲击和抛磨起着主要作用。2.传统超声加工的特点 由超声加工的原理和过程可以看出，超声加工具有如下特点：-2-CA6140 车床法兰盘机械加工工艺规程及夹具设计 1 由于超声加工是靠磨料及液体分子的不断冲击和空化作用来进行加工的，因此 适合加工各种硬脆材料，如玻璃、陶瓷、宝石、半导体等，尤其是电加工难以加工的导 电性能差的材料。2 由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬时局部的冲击作用，故工件表面的宏观切削 力很小，切削应力、切削热更小，不会产生变形及烧伤。加工精度高，尺寸精度可达 0.01~0.02mm，表面粗糙度也较低，可以达到 Ra0.63~0.08um，很适于加工薄壁、窄缝、低刚度零件。3 工具可用较软的材料、做成较复杂的形状，且不需要工具和工件作比较复杂的 相对运动，便可加工各种复杂的型腔和型面。一般超声加工

机床的结构比较简单，操作、维修也比较方便。4 虽然超声加工的面积不大，且工具头磨损较大，加工效率相对较低。但可以与 其它多种加工方法结合应用，如超声电火花加工和超声电解加工等。3.传统超声加工的应用 超声加工与其它加工方法相结合，逐渐发展成了多种多样的超声加工方法和方式，在生产中获得了广泛的应用。其主要应用范围如下表 1-1。随着超声加工研究的不断深 入，其应用范围还将继续扩大。表 1-1 超声加工的应用范围 超声切削加工 超声材料去除加工 超声磨削加工 磨料冲击加工 超声表面光整加工 超声车削、超声钻削、超声镗削、超声插齿、超 声滚齿、超声攻丝、超声刨削、超声振动铰孔 超声修整砂轮、超声磨削、超声磨齿 超声打孔、超声切割、超声套料、超声雕刻 超声抛光、超声珩磨、超声砂带抛光、超声压光、超声珩齿 超声焊接、超声电镀、超声清洗、超声处理 超声焊接和其它应用 超声塑性加工 超声拉丝、超声拉管、超声冲裁、超声轧制、超 声弯管、超声挤压、超声铆墩 超声复合加工 超声电火花复合加工、超声电解复合加工-3-CA6140 车床法兰盘机械加工工艺规程及夹具设计 2 旋转超声磨削及其加工机理分析 2.1 旋转超声磨削的原理 旋转超声磨削的加工原理如图 2-1 所示，其中，压电陶瓷换能器用于将从外部接入 的高频电振荡信号（由 220V 或 380V 的交流电经超声波发生器转换而成）转换为超声 频机械振动；由于压电陶瓷换能器产生的振幅较小（大约有 5μm），一般不能满足需求，需用变幅杆将换能器的振动振幅放大后（振幅为 20～30μm）再传至磨削工具，磨削工 具在由电机驱动做旋转运-4-CA6140 车床法兰盘机械加工工艺规程及夹具设计 参 考 文 献 [1] 赵家齐.机械制造技术基础课程设计指导书(第 2 版.北京:机械工业出版社 [2] 李益民.机械制造工艺设计简明手册.北京：机械工业出版社 [3] 邹青.机械制造技术基础课程设计指导教程.北京：机械工业出版社 [4] 张进生、房晓东.机械工程专业课程设计指导.北京：机械工业出版社 [5] 李旦.机械制造技术基础课程设计机床夹具专用图册.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社 [6] 王绍俊.机械制造工艺设计手册，北京：机械工业出版社，1992.-5-