法兰盘零件加工工艺（含全套CAD图纸）

法兰盘零件加工工艺 1 目 录 摘 要 .III ABSTRACT .IV 目 录 .V 1 绪论 .1 1.1 本课题的研究内容和意义 .1 1.2 国内外的发展概况 .1 1.3 本课题应达到的要求 .1 2 法兰盘的工艺分析及生产类型的确定 .3 2.1 法兰盘零件的用途 .3 2.2 法兰盘零件的工艺分析 .3 2.3 确定生产纲领和生产类型 .5 3 确定毛坯绘制毛坯图 .6 3.1 选择毛坯 .6 3.2 确定尺寸公差及加工余量 .6 4 拟定法兰盘工艺路线 .7 4.1 精基准的选择 .7 4.2 粗基准的选择 .7 4.3 加工阶段的划分 .7 4.4 工序集中及分散 .7 4.5 工艺路线的选择 .7 4.5.1 工艺路线方案一 .7 4.5.2 工艺路线方案二 .7 4.6 工艺方案的分析 .8 4.7 最终的加工工艺过程 .8 5 加工余量，工序尺寸及公差的确定 .9 5.1 加工余量的确定 .9 5.2 工序尺寸和公差的确定 .9 5.3 320mm 外圆加工余量，工序尺寸和公差的确定 .10 5.4 248MM 外圆加工余量，工序尺寸和公差的确定 .11 5.5 320mm 左端面加工余量，工序尺寸和公差的确定 .12 6 确定切削用量及基本工时 .16 6.1 合理选择切削用量 .16 6.1.1 背吃刀量 ap 的选择 .16 6.1.2 进给量 f 的选择 .16 无锡太湖学院学士学位论文 2 6.1.3 切削速度 VC 的选择 .16 6.2 粗加工切削用量选择原则 .17 6.2.1 切削深度选择 .18 6.2.2 进给量选择 .18 6.2.3 切削速度选择 .18 6.3 精加工时切削用量的选择原则 .18 6.3.1 切削深度选择 .18 6.3.2 进给量选择 .18 6.3.3 切削速度选择 .18 7 孔的夹具设计 .19 7.1 研究原始资料,确定夹具的设计方案.19 7.1.1 分析工件并确定定位方案 .19 7.2 确定夹具总装配图的设计.19 7.2.1 钻模的选择 .19 7.2.2 钻模板的选择 .20 7.2.3 钻套的选择与设计 .20 7.2.4 夹具体定位元件的确定.21 7.2.5 工件定位元件的确定.21 7.2.6 回转分度装置 .23 7.2.7 对定分度装置机构 .23 7.2.8 定位器原理 .23 7.3 夹具的总装配与原理.24 8 法兰盘的夹具设计 .25 8.1 定位基准的选择 .25 8.1.1 选择定位基准的基本方法 .25 8.1.2 粗基准的选择 .25 8.1.3 精基准的选择 .25 8.2 确定切削用量及基本工时 .25 8.2.1 车 320MM 端面和外圆 .26 8.2.2 半精车 320MM 端面和外园 .26 8.2.3 钻 3-12MM 孔 .27 8.3 定位误差分析 .27 8.4 夹具设计及操作的简要说明 .27 致 谢 .29 参考文献 .30 附录 .31 法兰盘零件加工工艺 3 摘要 法兰盘是一种盘状零件，法兰盘也叫法兰，成对使用。为了保证产品的质量，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设计，并完 成必要的设计计算。通过查阅相关资料，了解法兰盘用途，性能，特点，看懂零件图， 确定毛坯，绘制毛坯图，拟定法兰盘工艺路线，制作工艺卡片等。近几年来，我国在法 兰的制造领域和研发领域取得了一定的突破。机械制造工业是为社会提供各种机械设备 的部门，在国家的发展中起到很重要的地位，其发展规模及水平反映了一个国家经济实 力科技水平的标志。此设计是在大学即将结束前学完了所有学校所安排的课程及实习后 所面临的一次考察，是一次理论加实践的一次训练。强化了我们对基础知识和技能的理 解和应用程度，培养了我们一定的理论分析，设计运算能力，论证能力，搜集资料能力。 在我们四年的大学生活中占很重要作用。 关键词：法兰盘；工艺卡片；毛坯图；夹具设计 无锡太湖学院学士学位论文 4 Abstract Flange is a discoid parts, flanges, also called flange, used in pairs. In order to ensure product quality, improve processing efficiency, it is needed to optimize the processing technology, and the use of special machine tool for processing in the critical process. This issue is based on the background, ask the students to production and processing enterprises need and a support body parts requirements, complete the components processing technological process design first, on this basis, choose one of the key process of special fixture design, and completes the essential design calculation. Through access to relevant information, understand the flange uses, properties, characteristics, understand the part drawing, determine blank, drawing blank map, formulate flange process route, process cards etc. In recent years, China has made certain breakthrough in the field of manufacturing and flange. Machinery manufacturing industry is to provide all kinds of machinery and equipment of the Department for the society, play a very important role in the development of the nation, the development scale and level reflects the symbol of economic strength of a countrys scientific and technological level. This design is in the University before the end of the finished all the work of school curriculum and a study faced after practice, is a theoretical and practical training session. To strengthen our on the basic knowledge and skills to understand and apply, cultivate our analysis the theory, design and operation ability, reasoning ability, ability to collect information. Plays an important role in our four years of University life. Key words: flange; process card; rough map; fixture design 法兰盘零件加工工艺 5 1 绪论 1.1 本课题的意义和研究内容 法兰盘是工业中应用广泛的零件之一，生产量比较大。为了保证产品的质量，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设计，并完 成必要的设计计算。 本课题的研究内容如下： （ 1 ）查阅相关法兰盘资料书籍，初步了解法兰盘用途，特点，性能等情况。 （ 2 ）确定该法兰盘零件属于大批量生产及其工艺特征。 （ 3 ）仔细看懂零件图，根据图中的技术要求以及尺寸，看其各项条件是否准确合 理 及其工艺能否达到要求。 （ 4 ）确定毛坯，绘制毛皮图。毛坯种类对提高生产率，降低成本，节约材料有很 大影响，根据零件结构选择毛坯。 （ 5 ）拟定法兰盘工艺路线。加工余量，工序尺寸及其公差的确定。确定切削量及 其工时。分出工序，安装或工位及工步等。通过查阅切削用量手册机械加工工艺 手册来确定工序使用的刀具、机床型号、进刀量、夹具及量具等等。 （ 6 ）制作工艺卡片。填写完成后，认真检查卡片中的数据是否有错误。 （ 7 ）设计斜孔与径向孔钻模。 （ 8 ）设计说明书。完成后，认真检查说明书是否有错误。 （ 9 ）整理好毕业设计所有的材料，确定无误后装好 。 1.2 国内外的发展概况 近几年来，我国在法兰的制造领域和研发领域取得了一定的突破，因产业链和市场 的影响，加上政策的支持，大量的工厂和个人加工作坊开始大批量的生产和销售法兰成 品。经调查发现，近几年全球在法兰方面的市场容量联创新高，产销规模大幅增加，价 格也居高不下。由此导致的研究领域在开发法兰产品方面也加快了步伐，各种类型和功 能的法兰产品层出。 国际法兰是按照国家标准要求的尺寸，公差范围等生产的法兰盘，区别于不按标准 尺寸生产的法兰片也称二标法兰（有人叫非标法兰式不正确的），通常一些无良商家会 减少法兰盘厚皮，外径两项尺寸来达到节省材料的目的。还有用废旧的钢材或边角料钢 材加工法兰，这种私炼钢使用的炼钢技术陈旧无法保证力学性能的焊接性能，使用时间 可能无法和钢管焊接，或者钢材本身就有裂缝，气孔等焊接上去后会漏水，所以购买法 兰盘时尽量选用国际法兰。如果资金有限选择二标法兰的情况下一定要仔细观察并测量 法兰尺寸以免上当。 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。 无锡太湖学院学士学位论文 6 1.3 本课题应达到的要求 机械制造工业是为社会提供各种机械设备的部门，在国家的发展中起到很重要的地 位，其发展规模及水平反映了一个国家经济实力科技水平的标志。机械制造工艺课程设 计是在大学即将结束前学完了所有学校所安排的课程及实习后所面临的一次考察，是一 次理论加实践的一次训练。强化了我们对基础知识和技能的理解和应用程度，培养了我 们一定的理论分析，设计运算能力，论证能力，搜集资料能力，同时也进一步提高了我 们的绘图能力。在我们四年的大学生活中占很重要作用。通过这次毕业设计可以得到下 述方面的锻炼： （ 1 ）能够熟练的运用书本上的基本理论和实习中的实践知识，准确的解决法兰盘 在加工中的定位，夹紧，工艺方案，尺寸等等一些问题。 （ 2 ）设计方面的能力也提高了不少，夹具的设计根据加工要求，能够设计出高效， 合理，经济的夹具体 （ 3 ）学会了使用图表，手册资料，掌握法兰盘加工工艺的设计，专用夹具等工艺 装备的设计等等。 同时，也能够综合运用所学的一些理论知识去解决现代实际工艺设计的问题，相当 于又温习了一遍所学的知识，让自己印象更加深刻，学到了课上所没有学到的东西。能 够顺利的完成这次的毕业设计，首先得到了陈老师的悉心指导，在设计过程中由于自己 对法兰盘理解的不足，缺乏实际生产经验，使得在设计过程中遇到了很多的问题，通过 老师咨询，查找各种相关资料，解决一个又一个问题，在这个过程中也使得我多学的知 识进一步了解。在此，十分感谢陈老师的悉心指导，在以后的学习生活中更加努力不断 提高自我。我也希望通过这次设计，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，对未来 的工作发展打下一个良好的基础。 2 法兰盘的工艺分析及生产类型的确定 法兰盘零件加工工艺 7 2.1 法兰盘零件的用途 CA6140 卧式车床上的法兰盘，主轴箱上固定着作用在车床上的变速箱，是通过法兰 盘定心，其内孔相配于主轴的中心轴承，外圆相配于变速箱体孔，为了确保主轴上的三 个轴承孔同轴，让齿轮准确啮合，从而实现纵向进给标明刻度。 2.2 法兰盘零件的工艺分析 由零件图可知，此零件属于回转体零件，需要加工所有的表面。虽然表面 粗糙度有些偏高，但各个加工表面的加工精度不难获得，加工的时候一定要注意基准的 选择。 加工精度低的表面通过钻床车削粗加工就可以了，不需要高精度的机床加工，主要 表面加工要求在莫床上才能达到要求，因为它的粗糙度要求比较高，也可以在平常的生 产条件下加工出来，它采用比较经济的方法，这样还可以看出来零件的工艺性好。 该法兰盘共有两组加工表面，其相互之间也是有要求的，分析如下：以外圆为加工 孔的基准，分别镗 90，101，209 的孔。主要加工 90 的孔，然后以它为中心然 后加工直径 17.5 的孔，3-20 直孔，3-12 斜孔，通过分析可知，这两组加工表面，可以先 加工其中的一组，再通过夹具把另一组表面也加工完成 ，并且保证好它们的精度.此次设 计的零件图如下： 无锡太湖学院学士学位论文 8 图 2.1 法兰盘 图 2.2 法兰盘 2.3 确定生产纲领和生产类型 该法兰盘零件是大批量生产。其工艺特征有： （ 1 ）广泛的应用金属模机器造型，模锻或其他商效方法。毛坯的加工余 量小，精度高 （ 2 ）广泛的互换性，一些装配精度高的地方，采用分组装配法及调整法 （ 3 ）广泛采用专用夹具，刀具，组合机床，量具或自动检验装置，通过 调整法达到精度要求 （ 4 ）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 （ 5 ） 技术水平对调整工的要求高，对操作工较低 （ 6 ）具备工序卡，工艺过程卡，关键工序要调整卡和检验卡 （ 7 ） 生产效率高 （ 8 ）成本低 （ 9 ）工人的劳动条件较好 法兰盘零件加工工艺 9 3 确定毛坯、绘制毛坯图 3.1 选择毛坯 由于零件材料为 HT200，硬度 190210HB， 该灰铸铁耐磨性、强度、耐热性较好， 生产类型已经达到中批量生产水平，铸造毛坯。而且零件轮廓尺寸不大，也考虑到提高 生产率保证加工精度可以采用金属膜铸造，此毛坯也比较简单，因此可以使毛坯形状与 零件形状尽量相互接近，内孔不铸出，毛坯的尺寸等加工余量确定后再决定。法兰盘使 用过程中不时常的变动，只起到压紧的作用，在纵向上受到的压力很大，其他受到的冲 击不是很大。加工过程中精度的保证非常重要，对工件定位有一定的保证作用。 3.2 确定尺寸公差及加工余量 确定因素如下： (1)公差等级 根据法兰盘的功用及技术要求，确定公差为 CT11。 (2)铸件尺寸公差 根据加工面基本尺寸及铸件公差等级 CT，查相关资料可知公差相对基本尺寸基本为 对称分布。 (3)机械加工余量等级 铸造方法按照机器造型，铸件材料是灰铸铁查表可知加工余量等级范围 EG 级，取 F 级。 由加工余量等级查机械制造技术课程设计表 17 可知各表面的机械加工余量 无锡太湖学院学士学位论文 10 4 拟定法兰盘工艺路线 为了保证加工精度以及确定加工的顺序，必须得合理的选择定位基准，这具有决定 性的影响。基准的选择就是基面的选择，基面选择合理可保证加工质量，提高生产率。 定位基准可分为精基准和粗基准，一般先确定精基准，再确定粗基准。 4.1 精基准的选择 主要考虑基准的中和问题。当设计与工序基准不重合时，进行尺寸换算。因此精基 准为直径为 90 的内圆 4.2 粗基准的选择 对于一般的回转体零件来说，外表面作为粗基准是合理的。对于法兰盘零件来说以 320 mm 作为粗基准。 4.3 加工阶段的划分 由于法兰盘的加工质量要求比较高，因将加工阶段分为粗加工、半精加工及精加工 三个阶段，在粗加工的时候，运用粗基准把主要的加工表面加工出来，然后以加工出来 的孔位精基准加工其它表面。 4.4 工序集中与分散 加工法兰盘选用工序集中原则，零件生产为大批量生产，为了提高生产率应使用专 用夹具，由于工序集中原则使得工件的装夹次数变少，这样子不但可以缩短辅助时间， 还因为在一次装夹中加工了很多表面，使得各个加工表面之间相对位置精度要求得到了 有利的保证，同时也更加降低了生产的成本。 4.5 工艺路线的选择 拟定方案。各个表面的加工方法以及粗基准，精基准已基本确定，按照加工阶段的 划分原则来拟定方案 4.5.1 工艺路线方案一： 工序 010 锻打 工序 020 退火 工序 030 车小端外圆和端面 工序 040 掉头车大端外圆和端面 工序 050 镗 209，101，90 的孔 工序 060 钻 17.5 的孔 工序 070 钻 3-12 孔 工序 080 钻，3-12 斜孔 法兰盘零件加工工艺 11 工序 090 去毛刺 工序 100 终检 4.5.2 工艺路线方案二： 工序 010 锻打 工序 020 退火 工序 030 车大端外圆和端面 工序 040 掉头车小端外圆和端面 工序 050 镗 209，101，90 的孔 工序 060 钻 17.5 的孔 工序 070 钻 3-12 孔 工序 080 钻 3-12 斜孔 工序 090 去毛刺 工序 100 终检 4.6 工艺方案的分析 上述两种方案的主要区别在于：方案一是先加工了车小端外圆和端面，再加工车大 端外圆和端面。方案二是先加工车大端外圆和端面，然后再加工车小端外圆和端面。通 过比较，方案一先加工车小端外圆和端面再加工车大端外圆和端面，这样能够提高效率， 节约成本。显然方案一比方案二的装夹次数少了，同时也使得精度要求得到了更好的保 证。 4.7 最终的加工工艺过程 工序 010 锻打 工序 020 退火 工序 030 车小端外圆和端面 工序 040 掉头车大端外圆和端面 工序 050 镗 209，101，90 的孔 工序 060 钻 17.5 的孔 工序 070 钻 3-12 孔 工序 080 钻，3-12 斜孔 工序 090 去毛刺 工序 100 终检 无锡太湖学院学士学位论文 12 5 加工余量、工序尺寸和公差的确定 5.1 加工余量的确定 加确定加工余量的方法有 3 种：计算法，查表法和经验法。 (1)计算法：在影响因素清楚的情况下计算法是比较准确的。要做到对余量影响因素 的清楚，必须具备一定的测量手段和掌握必要的统计分析资料。在掌握了各种误差因素 大小的条件下，才能进行余量的比较准确计算 (2)查表法：此法主要以工厂生产实践和实验研究积累的经验所制成的表格为基础， 并且结合实际加工情况加以修正，确定加工余量。这种方法方便，迅速，生产上应用广 泛。 (3)经验法：有一些有经验的工程技术人员或者工人根据经验确定加工余量的大小。 由经验法确定的加工余量往往偏大，这主要是因为主观上怕出废品的缘故。这种方法多 在单件小批生产中使用 5.2 工序尺寸与公差的确定 在工艺基准和设计基准重合的情况下确定工序尺寸和公差的过程如下： (1)拟定该加工表面的工艺路线，制定工序及工步； (2)按各工序所采用加工方法的经济精度，确定工序尺寸公差和表面粗糙度（终加工 工序按设计要求确定） (3)按工序用分析计算法或查表法确定其加工余量 (4)从终加工工序开始，即从设计尺寸开始，逐次加上每个加工工序余量，可分别得 到各工序基本尺寸（包括毛坯尺寸） ，并且按照“入体原则”标注工序尺寸公差 法兰盘零件加工工艺 13 5.3 320mm 外圆加工余量、工序尺寸和公差的确定 如图所示加工方案，求解各工序尺寸及公差的顺序如下： 由上图可知： 1)P1=D=320mm 2）P2=P1+Z3,其中 Z3 是磨削余量。由机械加工工艺设计员手册表 510 可知： Z3=0.4mm,因此 P2=320+0.4.因为 P2 是在半精车加工中保证的，由机械制造技术基础课 程设计指导教程表 120 可知，粗铣加工工序的经济精度等级可达到要求为 IT10,因此 确定该工序次、尺寸公差等级为 IT12,其公差值为 0.14mm，P2=320.4 mm014. 无锡太湖学院学士学位论文 14 5.4 248mm 外圆加工余量、工序尺寸和公差的确定 如图所示加工方案，求解各工序尺寸及公差的顺序如下： 查机械加工工艺设计员手册表 510 和表 59 可得磨削余量 Z3=0.4mm,半精车 余量 Z2=1.5mm,粗车余量 Z1=3.1mm,查机械制造技术基础课程设计指导教程 表 120 得各加工工序尺寸的加工精度等级为，粗车 IT12,半精车 IT10,磨削 IT8.根据上述结果查 机械加工工艺设计员手册表 A2 标准公差书中得各工步的公差值为粗车 0.35mm,半 精车 0.14mm。 综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差按“入体原则”表示分别为：粗车： 249.9 mm，半精车：248.4 mm，磨削：248mm035. 014. 为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，还需对加工余量进行校核。 Z3max=248.4-248=0.4 Z3min=248.26-248=0.26 Z2max=249.9-248.26=1.64 Z2min=1.15 余量校核表明，所确定的工序尺寸公差是合理的 法兰盘零件加工工艺 15 5.5 320mm 左端面加工余量、工序尺寸和公差的确定 如图所示加工方案，求解各工序尺寸及公差的顺序如下： 1）从图可知 P6=D=50mm 2) 由图可知 P5=P6+Z6 其中 Z6 为精车余量根据机械加工工艺设计员手册表 510 确定 Z6=0.8mm,则 P5=50+0.8.由于 P5 是在半精车加工中保证的，查机械制造技术基础 课程设计指导教程表 120 知，精加工工序的经济精度等级可达到要求为 IT10,因此确 定该工序次、尺寸公差等级为 IT10,其公差值为 0.074mm，则 P5=50.80.037mm 3) 由图可知 P4=P5+Z5 其中 Z5 为半精车余量根据机械加工工艺设计员手册表 5 10 确定 Z5=1mm,则 P4=50.8+1.由于 P4 是在粗车加工中保证的，查机械制造技术基础课 程设计指导教程表 120 知，半精加工工序的经济精度等级可达到要求为 IT12,因此确 定该工序次、尺寸公差等级为 IT12,其公差值为 0.3mm，则 P5=51.80.15mm。 4）由图可知 P3=P4+Z4 其中 Z4 为粗车余量根据机械加工工艺设计员手册表 510 确定 Z4=1.7mm,则 P3=51.6+1.7.由于 P3 是在精车加工中保证的，查机械制造技术基础 无锡太湖学院学士学位论文 16 课程设计指导教程表 120 知，粗车加工工序的经济精度等级可达到要求为 IT9,因此确 定该工序次、尺寸公差等级为 IT9,其公差值为 0.074mm，则 P3=53.50.037mm。 5） 由图可知 P2=P3+Z3 其中 Z3 为半精车余量根据机械加工工艺设计员手册表 510 确定 Z3=1mm,则 P2=53.5+1 由于 P2 是在半精车加工中保证的，查机械制造技术 基础课程设计指导教程表 120 知，半精加工工序的经济精度等级可达到要求为 IT10, 因此确定该工序次、尺寸公差等级为 IT10,其公差值为 0.12mm，则 P2=54.30.06mm。 6）由图可知 P1=P2+Z2 其中 Z 为半精车余量根据机械加工工艺设计员手册表 5 10 确定 Z5=1mm,则 P4=54.3+1.由于 P1 是在粗车加工中保证的，查机械制造技术基础课 程设计指导教程表 120 知，半精加工工序的经济精度等级可达到要求为 IT10,因此确 定该工序次、尺寸公差等级为 IT12,其公差值为 0.3mm，则 P1=55.30.15mm。 为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，还需对加工余量进行校核。 Z3max=P2max-P3min=(54.3+0.06)-(53.5-0.037)=0.897mm Z3min= P2min-P3max=(54.3-0.06)-( 53.5+0.037)=0.703mm Z2max=P1max- P2min-=(55.3+0.15)-(54.3-0.06)=1.21mm Z2min= P1min- P2max=(55.3-0.15)-(54.3+0.06)=0.79mm 余量校核表明，所确定的工序尺寸公差是合理的 将工序尺寸按“入体原则”表示 P1=55.3 03. mm,P2=54.3 mm,P3=53.5 mm,P4=51.8 mm,P5=50.8 mm012.074.0074. 按以上方法确定出其它的表面加工余量、工序尺寸和公差其它表面如下表: 表 5-1 加工表面 加工表面 加工内 容 加工余 量 加工精 度 工序尺寸(mm) 表面粗糙度 Ra(m) 248 铸件 粗车 半精车 磨削 5 3.1 1.5 0.4 CT11 IT12 TI10 IT11 2532.2 249.9 035. 248.4 14.0 248 12.5 6.3 0.8 320 铸件 粗车 半精车 磨削 5 3.1 1.5 0.4 CT11 IT12 TI10 IT11 3252.2 321.9 035. 320.4 14.0 320 2.3 12.5 6.3 0.8 法兰盘零件加工工艺 17 续 表 5- 1 加工表面 加工内 容 加工余 量 加工精 度 工序尺寸(mm) 表面粗糙度 Ra(m) 190 铸件 粗车 半精车 磨削 5 3.3 1.4 0.3 CT11 IT12 IT10 IT14 1952 191.7 05. 190.3 1.0 190 6. 12.5 6.3 0.4 90 钻孔 扩孔 铰孔 1.8 0.2 IT13 IT11 IT9 88 89.8 90 12.5 6.3 0.4 17.5 钻孔 扩孔 铰孔 1.8 0.2 IT13 IT11 IT9 15.5 17.3 17.5 12.5 3.2 1.6 20 钻孔 扩孔 铰孔 1.8 0.2 IT13 IT11 IT9 18 27.0 19.8 13.0 20 45. 6.3 3.2 1.6 12 钻孔 扩孔 铰孔 1.8 0.2 IT13 IT9 10 11.8 12 03. 12.5 3.2 101 钻孔 扩孔 铰孔 1.8 0.2 IT13 IT11 IT9 99 100.8 101 12.5 6.3 0.8 209 钻孔 扩孔 1.8 0.2 IT13 IT11 207 208.8 12.5 6.3 无锡太湖学院学士学位论文 18 铰孔 IT9 209 0.8 续表 5- 1 加工表面 加工内 容 加工余 量 加工精 度 工序尺寸(mm) 表面粗糙度 Ra(m) 320 左端面 铸件 粗车 半精车 精车 3.5 1.7 1 0.8 IT12 IT10 IT9 572 55.3 03. 54.3 12.0 50 12.5 3.2 1.6 320 右端面 铸件 粗车 半精车 磨削 3.5 2.1 1 0.4 IT12 IT10 43.1 25.0 44.1 1.0 41 12.5 3.2 0.4 148 右端面 铸件 粗车 半精车 精车 3.5 1.7 1 0.8 IT12 IT10 IT9 52.6 03. 51.6 12.0 50 12.5 6.3 1.6 法兰盘零件加工工艺 19 6 确定切削用量及基本工时 6.1 合理选择切削用量 为了提高切削的效率，保证加工的质量，刀具的耐用度，加工的经济性，必须要正 确合理的选择切削用量。粗加工时，选用较大的切削量，提高劳动生产率为主，半精加 工和精加工时，选用较小的切削量，保证工件的加工质量。 切削用量选择的顺序是先确定被吃刀量 ap，再确定进给量 f，最后确定切削速度 vc。 因为在切削用量三要素中，被吃刀量 ap 对刀具耐用度的影响最小，而切削速度 vc。 对刀 具耐用度的影响大。 6.1.1 背吃刀量 a p 的选择 应选择尽可能大的背吃刀量，尽量在一次走刀中，把本工序加工应切除的加工余量 切除掉。如在粗加工时，当加工余量过大或工艺系统刚性较差时，也可分二次： 第一次进刀 ap1 a p1 =(2/3 3/4)A 第二次进刀 a p2 a p2 =(1/3 1/4)A 式中 A 单边余量（ mm） 。 6.1.2 进给量 f 的选择 限制粗加工最大进给量 f 的主要因素是刀杆和刀片的强度、进给机构的强度及工艺 系统的刚性。 限制精加工时最大进给量的主要因素是加工表面的表面粗糙度。 6.1.3 切削速度 vc 的选择 粗加工时限制切削速度 vc 的主要因素是刀具耐用度和机床功率。 精加工时限制切削速度 vc 的主要因素是刀具耐用度。精加工时切削力较小， 机床功率一般能满足。 当已确定了背吃刀量 ap 和进给量 f 后，按合理刀具耐用度 T，求切削度 vc 时，用以下公 式： Dyxpmvc KfTCVvv/ 无锡太湖学院学士学位论文 20 式中 vc 切削速度 (m/min)； T 合理刀具耐用度（ min） ； m 刀具耐用度指数； c v 切削速度系数； x v 、 y v 分别为背吃刀量 a p ,进给量 f 对 v c 的影响指数 K v 切削速度修正系数 根据 v c= d wn/1000计算工件转速 n n= （ 1000v c） /( d w) 式中 n 工件转速（ r/mim） ； v c 切削速度（ m/min） ； d w 工件待加工表面直径（ mm） 。 根据机床说明书，选择相近较低档的转速 n。 6.2 粗加工切削用量选择原则 粗加工时，一般以提高生产率为主，毛坯切削余量较大，表面粗糙度与加工精度要 求不高，但也应考虑经济性和加工成本，通常选择较大的背吃刀量和进给量，采用较低 的切削速度。选择切削用量时候，尽量保证较高的单位时间切削量（金属切除率）以及 必要的刀具耐用度，可以用来提高生产的效率及降低生产成本。 金属切除率的计算方式： ZwV.f.ap.1000 其中：Zw 单位时间内的金属切除量（mm3/s） V 为切削速度（m/s） f 为进给量 （mm/r） Ap 为切削深度（mm） 主运动为回转运动时，切削速度的计算公式如下： V=dn/1000（m/s） 其中: d 为工件或刀具上某一点的回转直径，mm； n 为工件或刀具的转速，r/s 或 r/min。 在生产中，磨削速度的单位习惯上用 m/s,其他加工的切削速度单位用 m/min. Vf=f.n=fz.z.n(mm/s 或 mm/min) 其中： Vf 为进给速度是单位时间内的进给位移量 Fz 为每齿进给量 对于外圆车削时切削深度计算方式： Ap=dwdm/2（mm） 对于钻削： Ap=dm/2（mm） 上式中 dm 为已加工表面直径，mm；dw 为待加工表面直径，mm。 法兰盘零件加工工艺 21 为了提高金属切除率，可以提高切削速度，增大切削深度及进给量。但是，在这么 多的因素中，切削速度是最大影响刀具耐用度的，进给量第二，切削深度是影响最小的。 因此，粗加工切削用量选择原则为： 第一，先考虑选择的切削深度(ap)尽量的大一些； 第二，选择的进给量 f 尽量大一些； 第三，选择一个合适的切削速度 V。 当我们选用的 ap 和 f 较大以后。那么刀具的耐用度明显会下降，可是这要比 V 对刀 具耐用度的影响也小的多。所以，我们应该使得 V ，f ，ap 的乘积尽可能的大，这样保 证了较高的金属切除率。除此之外，ap 的增大能使得走刀的次数减少，f 的增大也有利于 断屑。所以为了提高生产效率，降低加工成本，减少刀具的消耗，我们得根据上面的原 则选择粗加工切削用量。 6.2.1 切削深度选择 可以由工件加工余量和夹具、刀具、机床和工件组成的工艺系统的刚性来确定粗加 工时切削深度。 在总加工余量不是很大时候，我们应该尽量一次切除粗加工余量，前提是保留半精 加工，精加工必要余量。 在总加工余量很大的时候，一次性不能全部切完，我们应该考率分多次走刀 6.2.2 进给量选择 切削力是粗加工时候限制进给量提高的主要因素。所以通过工艺系统的刚性和强度 来确定进给量。 选择进给量的时候要考虑到很多因素，如：刀杆尺寸、刀片厚度、机床进给机构的 强度、工件的直径及长度等等。 选用大一点的进给量时，应该在工艺系统的刚性和强度比较好的状况下，当工艺系 统的刚性和强度比较差的状况下，我们应该适当的减小进给量。 6.2.3 切削速度选择 粗加工时候，刀具耐用度和机床的功率限制着切削速度。切削功率则由切削深度、 切削速度和进给量三者决定，我们确定切削速度的时候应该要考虑到机床的许用功率。 如果超过了机床许用功率，就应该适当的去降低切削速度。 6.3 精加工时切削用量选择原则 在精加工和半精加工的时候，在保证加工质量的前提下，同时顾虑切削效率，加工 成本及经济性，一般选择比较小的进给量及背吃刀量，同时选用的刀具材料的切削性能 要高，几何参数要合理，尽量的提高切削速度。 与粗加工相比较，精加工的时候加工精度及表面质量要求较高，加工余量均匀且小。 所以，选择切削用量的时候必须首先考虑到保证加工质量，在这基础上再提高生产效率。 6.3.1 切削深度选择 由粗加工留下的余量来确定精加工时的切削深度。一般精加工余量留的不要太大， 无锡太湖学院学士学位论文 22 不然，当背吃刀量比较的大时，切削力明显增加，影响加工的质量。 6.3.2 进给量选择 表面粗糙度在精加工的时候主要限制着进给量的提高。增大进给量时，有利于断屑， 但是残留面积高度增大，切削力变大，表面质量降低。 6.3.3 切削速度选择 当切削速度升高时，切削变形减小，切削力降低，并且不产生积屑瘤及鳞刺。尽量 选择的刀具材料切削性能要高，几何参数合理，也尽量提高切削速度。 当切削速度不能提高，受到工艺条件的限制时，选用低速，来避免积屑瘤产生范围 因此，精加工时候，选比较小的背吃刀量 ap 和进给量 f，且保证合理刀具耐用度时， 选取的切削速度 V 尽可能的高，来保证加工精度和表面质量，并且也满足生产率要求。 7 孔的夹具设计 7.1 研究原始资料,确定夹具的设计方案 7.1.1 分析工件并确定定位方案 （1）零件的结构特点 该零件加工采用 45 钢材料。 形状比较简单，由于加工孔是径向孔和斜向孔，因此采用 回转分度盘夹具。 （2）加工法兰盘孔件及其要求 径向孔 3-17.5mm ，表面粗糙度为 Ra25 ，该径向孔中心轴线对小端面的位置度是 0.2mm。本工序加工条件：摇臂钻床 Z3025X10/1，最大钻孔直径为 25，主轴转速 232- 2500r/min；17.5 标准麻花钻，GB/T6135.4-1996，直柄麻花钻第四部分：直柄麻花钻的 型式和尺寸。 斜向孔 3-12mm，表面粗糙度 Ra25 ，该斜向孔中心轴线对法兰盘中心孔轴线的位置 度是 0.2mm。本工序的加工条件：摇臂钻床同上，12 标准麻花钻，同上规格与尺寸。 由上知道，这两种工序加工时，主要考虑要如何保证孔轴线与 17.5 和 12 孔轴线的 位置度要求。根据零件的构造，想到的是以 90H8 的孔为定位基准，这样可以避免基准 不重合误差，同时还可以限定四个自由度。零件的上下窜动的自由度用法兰盘的端面限 定。零件沿 320mm 中心线转动的自由度用一个定位销限定，就可以实现完全定位了 （3）定位元件的确定： 1 ) 圆柱心轴：据零件孔式与夹具体的样式选择阶梯心轴。 2 ) 定位销：插入 20mm 的孔，限制 X,Y 方向的移动和转动，总共四个自由度。 3 ) 可调定位支承钉：限定了 Z 方向的转动，工件的安装刚度和定位的稳定性用 一 辅助支承来提高。 （4）定位方法：圆柱孔定位，一面两孔的定位方式。 （5）根据工件和夹具体的结构，选用固定式钻模板。固定式钻模板虽然有时装卸工 法兰盘零件加工工艺 23 件不方便，但它制造方便、结构简单、定位精度高。因为孔 17.5mm 和 12mm 一次钻 孔就可以达到要求，所以采用固定式钻套。 17.5mm 和 12mm 均选无肩。 （6）根据定位方案，用开口垫圈和锁紧螺母来实现快速锁紧夹紧机构，与一个加工 面位置靠近，增加刚性，零件夹紧变形也小，但对于另一个加工面较远，为提高刚性， 所以采用辅助定位元件来固定，此设计采用了螺旋辅助支承。 7.2 确定夹具总装配图的设计 7.2.1 钻模的选择 在设计钻模时，需要根据工件的重量、尺寸、形状、加工要求，并考虑工厂工艺装 备技术状况、生产批量等具体条件来选择夹具结构类型。所以选择回转式钻模。 回转式钻模的结构形式按其转轴的位置可分为卧轴式，立轴式，斜轴式三种。这类钻模 的引导元件钻套，一般是固定不动的，钻模一般采用回转式分度装置，为了实现工件 在一次安装中进行多工位加工的目的。当工件上几个被加工孔，是分布在圆柱面上的径 向孔或是轴线互相平行的轴向孔时，使用回转式钻模很方便，即可提高生产效率，又可 保证加工精度。又因为翻转式和自由移动式钻模适用于加工中小件，包括工件在内的总 重量不宜100N。所以此夹具应采用具有回转式或直线分度装置的钻模。 7.2.2 钻模板的选择 (1)钻模板上安装钻套的孔精度（形状、尺寸和位置精度） ，直接与加工尺寸有关，应 合理规定。 (2)为了保证钻套位置的准确性，钻模板应具有足够的刚度，也要考虑减轻重量。在 实际使用中，钻模板的厚度往往根据钻套高度确定，一般在 1530mm 之间。如果钻套较 长，可将钻模板局部加厚，加强钻模板的周边和设置加强筋，以提高钻模板的刚性。 由机床夹具设计手册查得，可选模板厚度 H=15 mm。 7.2.3 钻套的选择与设计 图 7.1 钻套 a）固定钻套 b)可换钻套 c）快换钻套 1-钻套 2-衬套 3-钻模板 4-螺钉 从图 7-1 钻套可知，安装在钻模板或夹具体中 无锡太湖学院学士学位论文 24 其作用：确定加工孔位置，引导钻头，提高刚性，防止振动。 类型： A 固定式钻套，, 二种，钻孔精度高，中小批； B 可换钻套，钻孔，大 批； C 快换钻套，钻，扩，铰。 钻套直接压入钻模板或夹具体上，其外圆与钻模板采用 H7/n6 或 H7/r6 配合。磨损后 不易更换。适用于加工孔距甚小以及孔距精度要求较高的孔。为了防止切屑进入钻套孔 内，钻套的上、下端应少许突出钻模板，一般不能低于钻模板。带肩固定钻套主要用于 钻模板铰薄时，用以保持必要的引导长度，也可做为主轴头进给时轴向定程挡块用。 据上分析可选 A 型固定钻套，由机床夹具设计软件手册 版 v1.0查得， ，h=(0.71.5)d。dH)5.12.( 注：孔的位置精度要求高时，允许 h=0；钻深孔（L/D5）时，h 一般取 1.5d；钻斜 孔或在斜面上钻孔时，h 尽量取小一些。 对于加工孔 17.5mm 时，钻套取 H=25mm，h=14mm。 对于加工孔 12mm 时，钻套取 H=18mm，h=0mm。 按不同的加工要求，它的内孔径可与刀具成以下配合： 1)加工 9 级精度以下的孔时，钻套孔径的名义尺寸等于刀具的最大尺寸，其公差可按 基轴 G7 或 F8。 2)加工精度要求较高的孔时，钻套孔径可用 H7 或 H6 公差。 又这种钻套的外圆用 H7/r6 或 H7/n6 的过盈配合压入钻模板或夹具体的底孔内，因此： 对于孔 17.5mm 时，内圆采用基轴制配合，取 ；外圆采用基孔制配合，取675.1hG 。672rH 对于孔 12mm 时，同样内圆采用基轴制配合，取 ；外圆采用基孔制配合，2 取 。18r 7.2.4 夹具体定位元件的确定 固定支承：支承钉限制工件自由度，起定位作用。 法兰盘零件加工工艺 25 图 7.2 支承钉 A 平头（精基准） ； B 球头（粗基准） ； C 齿纹头（侧面防滑） A 型用于精基准，B 型用于粗基准，C 型用于侧定位。 支承钉与夹具孔的配合为 H7/r6 或 H7/n6。若支承钉需经常更换时可加衬套，其外径 与夹具体孔的配合亦为 H7/r6 或 H7/n6，内径与支承钉的配合为 H7/js6。使用几个 A 型支 承钉时，装配后应磨平工作表面，以保证等高性。据上分析，选 A 平头支承钉。 7.2.5 工件定位元件的确定 （1）圆柱销（定位销）： 工作特点及使用说明：当工作部分直径 D1 时，心轴的工作部分应稍带锥度，直径 D1 按 r6 制造，其基本尺寸为孔的最大极限尺寸；直径 D2 按 r6 制造，其基本尺寸为基准 孔的最小极限尺寸。心轴上的凹槽供车削工件端面时退刀用。这种心轴制造简便，定心 准确，但装卸工件不便，且易损伤工件定位孔。多用于定心精度要求较高的场合。 图 c 为花键心轴，用于以花键孔为定位基准的工件。根据工件的不同定心方式确定心 轴结构： 图 7.4 圆柱心轴 a）间隙配合芯轴 b）过盈配合芯轴 c）花键芯轴 1-引导部分 2-工作部分 3-传动部分 7.2.6 回转分度装置 一、回转分度装置的组成 1组成：转动部分，固定部分，分度对定机构，抬起与锁紧机构； 2转动部分：分度装置的运动件，包括回转盘、衬套和转轴等。材料： 45#、40Cr、20 钢渗碳。 3固定部分：分度装置的基体，与机床工作台或机床主轴相连。材料：灰口铸铁； 4分度盘抬起与锁紧机构： 1）抬起机构：使分度转动灵活，减少摩擦； 2）锁紧机构：防止切削时产生振动。 5分度对定机构： 1）构成：分度盘、对定销； 2）作用：对转盘进行定位。 二、回转分度装置的工作原理 法兰盘零件加工工艺 27 加工分布在同一圆周上的平行孔系或径向孔系则使用回转式钻模。此设计中的钻床 就是用来加工法兰盘工件上等分径向孔和径向孔的回转式分度钻模（工件图见 CAD 图）。 工件 90H8 孔、端面和 20 外圆在分度盘 9 上的芯轴 5 的 30g6 外圆，长销 1 上定位， 限制 6 个自由度。由螺母 3 和开口垫片 4 夹紧工件。分度装置由分度盘 9、等分定位套、 拔销 14 和锁紧螺母 13 组成；工件分度时，松开锁紧螺母 13，拔出拔销 14，旋转分度盘 9 带动工件一起分度，当转至拔销 14 对准下一个定位套时，将拔销 14 插入，锁紧分度盘,实 现分度定位,即可加工工件上另一个孔。钻头由安装在固定式钻模板上的钻套上导向。 7.2.7 对定分度装置机构 工作特点及使用说明：结构简单，容易制造。分度副间有污物时，不会直接影响分 度副的接触。 缺点是：无法补偿分度间的配合间隙对分度精度影响。分度板孔中一般压入耐磨衬 套，与圆柱定位销采用 H8/g6 配合。 图 7.5 对定分度装置 7.2.8 定位器原理 工作原理：手柄 4 向外拉出的时候，对定销 1 从衬套退出。导套 2 右端铣有一狭槽， 使得横销 3 从狭槽中移出。手柄旋转 90，使横销在弹簧作用下而搁在导套顶端平面上。 这时候即可转动分度盘进行分度。 图 7.6 定位器原理 7.3 夹具的总装配与原理 本夹具的总装配，如下图所示。 无锡太湖学院学士学位论文 28 本夹具使用在摇臂钻床上，钻法兰盘斜孔 3-12mm、径向孔 3-17.5mm。工件以 90H8 孔及其端面和一个 20mm 孔为基准，装在台阶定位心轴 5 上，然后装上钻模板 2，用长销 1 把钻模板 2 与工件、回转分度盘 9 串在一起，实现定位。插入开口垫圈 4， 拧螺母 3 加紧工件。钻径向孔时，由支承 11、12 使定位心轴 5 处于水平位置；钻斜孔时， 摆动部分绕支架上的小轴 19 顺时针转动，当支承 15 与 18 接触时，即倾斜成所要求的角 度。加工三等分孔，采用了沿圆周方向设置的三个均匀的钻套 6、7，使用分度对定机构 14，保证钻套位置的正确。该夹具既可钻径向孔，又可钻斜孔，结构不太复杂，操作较 省力。 图 7.7 夹具体 8 法兰盘夹具设计 8.1 定位基准的选择 定位基准是在加工中获得零件尺寸的直接基准，根据不同的加工要求和定位安装条 件。合理选择定位基准是工艺设计中一项重要的工作内容。 8.1.1 选择定位基准的基本方法 （1）选最大尺寸的表面为安装面（限制 3 个自由度） ，选最长距离的表面为导向面 （限制 2 个自由度） ，选最小尺寸的表面为支撑面（限制 1 个自由度） （2）首先考虑保证空间位置精度，再考虑保证尺寸精度。因为再加工中保证空间位 置精度有时要比尺寸精度困难多 （3）应该尽量选择零件上有重要位置精度关联的主要表面为定位基准。因为这样的 表面是决定该零件其他表面的基准，也就是主要设计基准 （4）定位基准应该有利于夹紧。再加工过程中稳定可靠 法兰盘零件加工工艺 29 8.1.2 粗基准的选择 （1）选加工余量小的，较准确的，表面质量较好的，面积较大的毛面作粗基准。因 此不应该选有毛刺的分型面等作粗基准 （2）选重要表面为粗基准，因为重要表面一般都要求余量均匀。 （3）选不加工的表面作粗基准，这样可以保证加工表面和不加工表面之间的相对位 置要求，同时还可以在一次安装下加工更多的表面。 （4）粗基准一般只能使用一次，因为粗基准为毛面，定位基准位移误差较大，如重 复使用，将造成较大的定位误差，不能保证加工要求，因此，在制定工艺规程时候，第 一道工序，第二道工序一般都是为了加工出精基准。 对一般回转体零件来说，应该以外表面作为粗基准。对于该法兰盘零件来说以 320 mm 作为粗基准。 8.1.3 精基准的选择 （1）基准重合。尽量选择选设计基准为定位基准，这样就没有基准不重合误差。有 时候出于加工工艺的合理要求，需要选择非设计基准作为定位基准。 （2）基准统一。为了减少夹具类型和数量，或者为了进行自动化生产，在零件的加 工过程中，对于多个加工工序，选择统一的定位基准。 （3）互为基准。对于某些空间位置精度要求很高的零件，通常采用互为基准，反复 加工的方法 （4）自为基准。对于某些精度要求很高的表面，在精密加工时，为了保证加工精度， 要求加工表面的余量很小并且均匀，这时候常以加工面本身定位，待到夹紧后将定位元 件移去，再进行加工 基准的中和是主要考虑的问题。当设计与工序基准不重合，应进行尺寸换算。因此 以 90 的内圆作为精基准。 8.2 确定切削用量及基本工时 工序 I 确定切削用量和基本工时：车 320 端面和外圆 选用的机床：CA6140 车床 8.2.1 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 ，0d ,8inT （切削表 3.7 表 3.8 和表 3.9）2/cVm查 012017.4(/min)5cVnrd查查 无锡太湖学院学士学位论文 30 按机床选取: 160/minnr机 实际切削速度： 16052.1(/min)0ncdV机机 工作台每分钟进给量： .4(/i)fZ机 床工作进给量： 150/minfV横 向 基本工时： 42.3(i)t 8.2.2 半精车 320 端面和外圆 加工余量为： Z=1mm 切削速度为： 20/mincV 17.4r查 选用主轴为： 60/inn机 工作台进给量： .15604(/min)fzVZ机 基本工时： 420.(in)t 8.2.3 钻 3-12mm 孔 选机床时候，选用专用机床。 选刀具时候，选取高速钢钻头。 确定进给量 ： 由切削手册表 10-66,当 45HRC200 时， D=18 时，取 f=0.3mm/