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宁四川职业学院 毕业设计 (论文 ) 法兰盘 加工工艺及夹具设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 I 摘 要 法兰盘是指在一个类似盘状的金属体的周边开几个固定用的孔用于连接其它东西的一种零件。主要用来使管子与管子相互连接，连接于管端。法兰盘上有孔眼，可穿螺栓，使使两法兰紧连。法兰间用衬垫密封。它可由浇铸而成，也可由螺纹连接或焊接构成。法兰联接由一对法兰、一个垫片及若干个螺栓螺母组成，垫片放在法兰密封面之 间，拧紧螺母后，垫片表面上的比压达到一定数值后产生变形，并填满密封面上的凹凸不平处，使联接严密补漏。法兰连接使用方便，能够承受较大的压力，是管道施工的重要连接方式。 关键词： 法兰盘 ， 工艺 设计， 夹具设计 he is in a to a of to to to be It be by be by or by a a a of a of of is in on a on so is to an 录 摘 要 . I . 录 . 1章 序言 . 5 械加工工艺概述 . 5 械加工工艺流程 . 5 具概述 . 6 床夹具的功能 . 6 床夹具的发展趋势 . 7 床夹具的现状 . 7 代机床夹具的发展方向 . 8 第 2章 零件的分析 . 9 件的作用 . 9 件的工艺分析 . 9 第 3章 工艺规程设计 . 10 定毛坯制造方法，初步确定毛坯形状 . 10 准 的选择 . 10 定工艺路线 . 10 艺路线方案一 . 11 艺路线方案二 . 11 艺方案的比较与分析 . 12 械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 12 定切削用量及基本工时 . 14 第 4章 铣距零件中心线为 244. 31 题的提出 . 31 具设计 . 31 位基准的选择 . 31 削力及夹紧力计算 . 32 定位误差分析 . 33 具设计及操作的简要说明 . 33 第 5章 钻 4. 34 位基准的选择 . 34 削力及夹紧力计算 . 34 位误差分析 . 35 具设计及操作说明 . 35 第 6章 钻 4 夹具设计 . 35 计要求 . 35 位误差分析 . 36 削力 的计算 . 36 紧力计算 . 36 具设计及操作的简要说明 . 36 第 7章 钻 6孔 夹具设计 . 37 位基准的选择 . 37 削力及夹紧力计算 . 37 位误差分析 . 38 具设计及操作说明 . 38 总 结 . 39 参 考 文 献 . 40 致谢 . 41 5 第 1章 序言 械加工工艺概述 机械加工工艺 是指用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的一个依据。 机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工 装配 包装，就是个加工的笼统的流程。 机械加工 工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品 或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明，比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详 细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。 技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称 工艺规程 。这个就比较有针对性了。每个厂都可能不太一样，因为实际情况都不一样。 总的来说，工艺流程是纲领，加工工艺是每个步骤的详细参数，工艺规程是某个厂根据实际情况编写的特定的加工工艺。 机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写 成工艺文件，经审批后用来指导生产。机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及 检验方法、切削用量、时间定额等。 制订工艺规程的步骤 1) 计算年生产纲领，确定生产类型。 2) 分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。 3) 选择毛坯。 4) 拟订工艺路线。 6 5) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 6) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和 辅助工具 。 7) 确定切削用量及工时定额。 8) 确定各主要工序的技术要求及 检验方法。 9) 填写工艺文件。 在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经济效益。在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。 夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。 在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动生 产率和产品的制造成本等，帮机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作。 随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。 “工欲善其事，必先利其器。” 工具是人类文明进步的标志。自 20 世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。 在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。 7 1机床夹具的主要功能 机床夹具的主要功能是装工件，使工件 在夹具中定位和夹紧。 （ 1）定位 确定工件在夹具中占有正确位置的过程。定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。 （ 2）夹紧 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。 2机床夹具的特殊功能 机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。 （ 1）对刀 调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。如铣床夹具中的对刀块，它 能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。 （ 2）导向 如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置，并引导其进行钻削。导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。镗床夹具（镗模）也具有导向功能。 随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。 国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工作品种已占工件种类总数的 85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈的竞争。然而 ，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约 4 年就要更新 80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 15%左右。特别是近年来，数控机床（ 加工中心（ 成组技术（ 柔性制造系统（ 新技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求： 1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。 2）能装夹一组具有相似性特征的工件。 3）适用于精密加工的高精度机床夹具。 4）适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。 8 5）采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置 ，以进一步提高劳动生产率。 6）提高机床夹具的标准化程度。 现代机床夹具的发展方向主要表现为精密化、高效化、柔性化、标准化四个方面。 精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达 于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为 5 m；精密心轴的同轴度公差可控制在 1 m 内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度公差可达 m。 高效化 高效化夹具主要用来减少工件加 工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高 5倍左右；在车床上使用的高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在（试验）转速为 2600r/而使切削速度大幅度提高。 柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、拼装、组合等方式，以适应可变因素的能力。可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种 类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具等。在较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。 标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。在制订典型夹具结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立类型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的结构。通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良好的条件。目前我国已有夹具零件及部件的国家 标准： 214891以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 9 第 2章 零件的分析 题目所给定的零件是 床上的法兰盘， 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，零件上精度要求较高的两个平面用以装配， 4 个孔是用于连接其他机构或零件的。它位于车床丝杆的末端，主要作用是标明刻度，实现纵向进给。零件的 100来对齐调节刻度盘上的刻度值，从而 能够直接读出所调整的数值；外圆上钻有底部为 20 20 定位孔，实现精确定位。法兰盘中部的通孔则给传递力矩的标明通过，本身没有受到多少力的作用。 该零件年产量为 4000 件，设其备品率 为 4%，机械加工废品率 为 1%，则该零件的年生产纲领为： N=+)=40001(1+4%+1%)=4200(件 /年 )，查表可知该产品为中批生产。 法兰盘是一回转体零件 ,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： 圆为中心的加工表面 ： 这一组加工表面包括： 45圆 、 端面及倒角； 100度倒圆 20内孔及其左端倒角 圆为中心的加工表面 ： 这一组加工表面包括： 端面， 90圆，端面，倒角 槽 32； 内孔的右端倒角 3. 以 20 孔为中心加工表面 ： 这一组加工表面包括： 45圆，端面； 100圆，端 面，侧面； 90 45度圆角 46 它们之间有一定的位置要求，主要是： （一） 左端面与 20 （二） 右端面与 20中心轴线的跳动度为 （三） 4520 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 10 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。 第 3章 工艺规程设计 步确定毛 坯形状 零件材料为 于零件年产量为 4200 件，已达到中批生产的水平，而且零件轮廓尺寸不大，而且零件加工的轮廓尺寸不大 ,在考虑提高生产率保证加工精度后可采用铸造成型。零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，内孔不铸出。毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。 基准选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚着，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 1）粗基准的选 择 选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续的工序提供精基准。选择粗基准的出发点是：一要考虑如何分配各加工表面的余量：二要考虑怎样保证不加工面与加工面间的尺寸及相互位置要求。这两个要求常常是不能兼顾的，但对于一般的轴类零件来说，以外圆作为粗基准是完全合理的。对本零件而言，由于每个表面都要求加工，为保证各表面都有足够的余量，应选加工余量最小的面为粗基准（这就是粗基准选择原则里的余量足够原则）现选取外圆柱面和端面作为粗基准。在车床上用带有子口的三爪卡盘夹住工件，消除工件的 5 个自由度， 达到完全定位。 2）精基准的选择 精基准的选择主要考虑基准重合与统一基准原则。以 20设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不在重复。 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领一确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 11 工序 1： 粗车 45车右端面，车槽 32车、 半精车外圆，车右端倒角。 工序 2： 粗车 100端面，粗车 90精车 100端面、 90车外圆 45100 半精车外圆 4510090 100 半精车 45 工序 3： 精车 100 90 工序 4： 钻、扩、粗铰、精铰孔 20工序 5： 粗铣、精铣 900 工序 6： 钻 4、铰 6 工序 7： 钻 4 工序 8： 磨削外圆面 100 90 工序 9： 磨削 B 面， 及 45圆面、 10090 工序 10： B 面抛光。 工序 11： 100 工序 12： 100 工序 13： 检测入库。 艺路线方案二 工序 1 粗车 100圆，粗车 B 面 工序 2 钻中心孔 18孔 铰 精绞 20工序 3 粗车右 45圆， 90 工序 4 半精车 100圆，半精车 B 面并倒角 精车 90 20左侧倒角 序 5 半精车右 45端面，倒角 精车 90 切槽 32车 201 工序 6 精车 100体左端面、外圆，精车 B 面 ， 车过渡圆角 序 7 粗铣、精铣 90工序 8 钻 4 12 工序 9 钻 4、铰 6工序 10 磨削 B 面 工序 11 磨削外圆面 10090序 12 磨削 904侧平面 工序 13 金刚石车 4590工序 14 B 面抛光 工序 15 100工序 16 100工序 17 检测入库。 艺方案的 比较与分析 面是多次加工的基准，方案一中在加工其外圆表面的同时进行了导角，工序较为集中，也方便装夹，在一定程度上提高了生产效率。而方案二采用车削端面，可以保证精度，方案一的效率虽高但精度不能保证，应把保证精度放在首位，由于各端面及外圆柱面都与 20 线有公差保证，所以加工各端面及外圆柱面时应尽量选用孔 20 定位基准，故选用方案二。 械加工余量、工序尺寸 及毛坯尺寸的确定 根据上述原始资料及加工工艺，参照实用机械加工工艺手册分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： （单位 加工表面 工序（或工步）名称 工序（或工步）余量 工序（或工步）基本尺寸 工序（或工步） 经济精度 工序（或工步）尺寸及其偏差 表面粗糙度（ 公差等级 公差 右端面 粗车 3 坯 3 90突台右端 精车 1 1 精车 车 坯 3 44 4 13 槽 3 2 粗车 2Z=9 41 1 坯 2Z=9 50 0 45 外圆 磨削 2Z=5 45 精车 2Z= 车 2Z= 坯 2Z=5 50 50 内孔 20 铰 2Z=0 20 2Z= 2Z=18 18 18 坯 实心 100 左端面 精车 Z=1 1 精车 车 坯 3 94 4 100 外圆 磨削 2Z=00 100 精车 2Z= 车 2Z= 坯 2Z=5 105 2 105 100 右端面 磨削 Z=1 1 精车 Z=车 Z=4 坯 Z=3 44 4 45 外圆 磨削 2Z=5 45 精车 2Z= 车 2Z= 坯 2Z=5 50 50 90突台左 端 磨削 Z= 精车 Z=14 粗车 Z=坯 Z=3 11 90外圆 磨削 2Z=0 90 精车 2Z= 车 2Z= 坯 2Z=5 95 95 4 孔 铰 2Z= 4 2Z= 坯 实心 6 孔 铰 2Z= 6 2Z= 坯 2Z=4 4 4 90（左）两侧面 精铣 8 8 铣 9 9 坯 32 90 0 90右侧面 磨削 4 4 坯 孔 钻 2Z=9 9 9 坯 实心 定切削用量及基本工时 工序 1 粗车 100 端面及外圆柱面，粗车 B 面，粗车 90 的外圆柱面 工件材料： b=220 砂型铸造 机床： 刀具：采用刀片材料为 杆尺寸 16K=90 ,0=15 , 0=12 ,=计算切削用量 (1) 粗车 100面 1) 已知毛坯长度方向的加工余量为 3+虑的模铸拔模斜度，15 2) 进给量 f 根据实用机械加工工艺手册中表 刀杆尺寸为 16 25 5及工件直径为 100 时， f =r 按 床说明书（见切削手册）取 f =r 3) 计算切削速度，按切削手册表 削速度的计算公式为 (寿命 T=60m/其中：42, m=正系数削手册表 所 以 c 4258.6(m/4)确定机的主轴转速 04r/机床说明书 (见工艺手册表 与 504r/近的机床转速为 480r/00r/选取80r/以实际切削速度 v=110r/ 5) 切削工时，按工艺手册表 L=2 20100 =401l =22l =0, 3l=0 tm=40=(2) 粗车 100圆柱面，同时应检验机床功率及进给机构强度 1) 切削深度，单边余量 Z=2二次切除。 2) 进给量， 根据机械加工工艺手册取 f=r 3)计算切削速度 132m/)确定机床主轴转速 20r/机床说明书 (见工 艺手册表 420r/近的机床转速为 480r/选取 480r/以实际切削速度 000 m 5 010 00 48 010 0 m5) 检验机床功率 主切削力削手册表 示公式计算 cF其中 2985，1.0， 16 650(= 50600(= 985 150 ) 切削时消耗功率106x W) 由实用机械加工工艺手册表 7 床说明书可知， 电机功率为 80r/主轴传递的最大功率为 以正常加工。 6) 校验机床进给系统强度 已知主切削力削手册表 示公式计算pF其中 1940，0.9，0.6， 650(= 50220(= 以 940 150 03(N) 而轴向切削力 fF其中 2880，1.0，0.5， 650( = 50220( = k =向切削力 880 150 42(N) 取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数 =切削罗在纵向进给方向对进给机构的作用力为 F= (cF+442+03)=442+机床纵向进给机床可承受的最大纵向力为 3530N(见切削手册表 机床进给系统可正常工作。 7)切削工时： t=其中 l=10 1l =4 1l =2以 t=410 3)粗车 1) 切削深度。单边余量 Z=2 15055 =次切除 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=r 17 3) 计算切削速度 中：42, m=正系数削手册表 所 以 42 26m/) 确定机的主轴转速 106 1261000 378r/机床说明书 (见工艺手册表 与 378r/近的机床转速为 400r/选取00r/ 所以实际切削速度000 m 3 310 00 40 010 6 m5) 切削工时，按工艺手册表 tm=i ;其中 l=30 tm=i= 15=工序 2 钻、扩、铰 20 的中心孔 (1) 钻 18机床： 刀具： 根据机械加工工艺手册表 10取高速钢钻头 1)进给量 据切削手册表 10铸铁 ， D= 18时， 取 f=r 2)切削速度 根据机械加工工艺手册表 10 10得 V=35m/3)确定机床主轴转速 18 351000 机床说明书 (见工艺手册表 与 近的机床转速为555r/选取55r/ 所以实际切削速度 000 m 5518 m4)削工时，按工艺手册表 tm=i ;其中 l=911l =10 18 2l =4 tm=05=(2) 根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻同样尺寸的实心孔时的进给量与切削速度之关系为 钻钻3121(式中的钻f、钻v 加工实心孔进的切削用量。现已知 钻f=r( 切削手册 )表 钻v=切削手册 )表 1) 进给量 取 f=r 按机床选取 r 2) 切削速度 v= 3) 定机床主轴转速 机床说明书 (见工艺手册表 与 近的机床转速为275r/选取75r/ 所以实际切削速度 000 m 0 27 m4) 削工时，按工艺手册表 tm=i ;其中 l=911l =10 2l =4 tm=(3) 粗绞孔至 绞孔至 20 ) 进给量 取 f=r 按机床选取 r 2) 削速度 按切削手册选取 v= 3) 定机床主轴转速 20 机床说明书 (见工艺手册表 与 近的机床转速为275r/选取75r/ 所以实际切削速度 000 m 0 27 520 m 19 4) 工时，按工艺手册表 tm=i ;其中 l=91mm; 机械制造工艺学 课程设计 A 设计内容 ： 1、产品零件图 1 张； 2、产品毛坯图 1 张； 3、机械加工工艺过程卡片 1 份； 4、机械加工工序卡片 1 张（一道工序）； 5、课程设计说明书 1 份（ 3 千字， 6、夹具设计装配图 1 张（ 7、夹具设计零件 1 张（ 8、装袋 机械加工工艺过程卡片 产品型号 零件图号 产品名称 零件名称 共 页 第 页 材 料 牌 号 毛 坯 种 类 毛坯外形尺寸 每毛坯件 数 每 台 件 数 备 注 工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容 车 间 工 段 设 备 工 艺 装 备 工 时 准终 单件 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 机械加工工序卡片 产品型号 零件图号 产品名称 零件名称 共 页 第 页 车间 工序号 工序名称 材 料 牌 号 毛 坯 种 类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每 台 件 数 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 夹具编号 夹具名称 切削液 工位器具编号 工位器具名称 工序工时 (分 ) 准终 单件 工步号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴转速 切削速度 进给量 切削深度 进给次数 工步工时 r/m/mm/r 动 辅助 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 宁四川职业学院 毕业设计 (论文 ) 法兰盘 加工工艺 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 I 摘 要 法兰盘是指在一个类似盘状的金属体的周边开几个固定用的孔用于连接其它东西的一种零件。主要用来使管子与管子相互连接，连接于管端。法兰盘上有孔眼，可穿螺栓，使使两法兰紧连。法兰间用衬垫密封。它可由浇铸而成，也可由螺纹连接或焊接构成。法兰联接由一对法兰、一个垫片及若干个螺栓螺母组成，垫片放在法兰密封面之间，拧紧螺 母后，垫片表面上的比压达到一定数值后产生变形，并填满密封面上的凹凸不平处，使联接严密补漏。法兰连接使用方便，能够承受较大的压力，是管道施工的重要连接方式。 关键词： 法兰盘 ， 工艺 设计， 夹具设计 he is in a to a of to to to be It be by be by or by a a a of a of of is in on a on so is to an 录 摘 要 . I . 录 . 1章 序言 . 5 械加工工艺概述 . 5 械加工工艺流程 . 5 具概述 . 6 床夹具的功能 . 6 床夹具的发展趋势 . 7 床夹具的现状 . 7 代机床夹具的发展方向 . 8 第 2章 零件的分析 . 9 件的作用 . 9 件的工艺分析 . 9 第 3章 工艺规程设计 . 10 定毛坯制造方法，初步确定毛坯形状 . 10 准的选 择 . 10 定工艺路线 . 10 艺路线方案一 . 11 艺路线方案二 . 11 艺方案的比较与分析 . 12 械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 12 定切削用量及基本工时 . 14 第 4章 铣距零件中心线为 244. 31 题的提出 . 31 具设计 . 31 位基准的选择 . 31 削力及夹紧力计算 . 32 定位误差分析 . 33 具设计及操作的简要说明 . 33 第 5章 钻 4. 34 位基准的选择 . 34 削力及夹紧力计算 . 34 位误差分析 . 35 具设计及操作说明 . 35 第 6章 钻 4 夹具设计 . 35 计要求 . 35 位误差分析 . 36 削力的计 算 . 36 紧力计算 . 36 具设计及操作的简要说明 . 36 第 7章 钻 6孔 夹具设计 . 37 位基准的选择 . 37 削力及夹紧力计算 . 37 位误差分析 . 38 具设计及操作说明 . 38 总 结 . 39 参 考 文 献 . 40 致谢 . 41 5 第 1章 序言 械加工工艺概述 机械加工工艺 是指用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的一个依据。 机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工 装配 包装，就是个加工的笼统的流程。 机械加工工 艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品 或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明，比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详 细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。 技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称 工艺规程 。这个就比较有针对性了。每个厂都可能不太一样，因为实际情况都不一样。 总的来说，工艺流程是纲领，加工工艺是每个步骤的详细参数，工艺规程是某个厂根据实际情况编写的特定的加工工艺。 机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写 成工艺文件，经审批后用来指导生产。机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及 检验方法、切削用量、时间定额等。 制订工艺规程的步骤 1) 计算年生产纲领，确定生产类型。 2) 分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。 3) 选择毛坯。 4) 拟订工艺路线。 6 5) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 6) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和 辅助工具 。 7) 确定切削用量及工时定额。 8) 确定各主要工序的技术要求及检 验方法。 9) 填写工艺文件。 在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经济效益。在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。 夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。 在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动生产 率和产品的制造成本等，帮机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作。 随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺 的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。 “工欲善其事，必先利其器。” 工具是人类文明进步的标志。自 20 世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。 在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。 7 1机床夹具的主要功能 机床夹具的主要功能是装工件，使工件在 夹具中定位和夹紧。 （ 1）定位 确定工件在夹具中占有正确位置的过程。定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。 （ 2）夹紧 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。 2机床夹具的特殊功能 机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。 （ 1）对刀 调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。如铣床夹具中的对刀块，它能 迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。 （ 2）导向 如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置，并引导其进行钻削。导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。镗床夹具（镗模）也具有导向功能。 随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。 国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工作品种已占工件种类总数的 85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈的竞争。然而， 一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约 4 年就要更新 80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 15%左右。特别是近年来，数控机床（ 加工中心（ 成组技术（ 柔性制造系统（ 新技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求： 1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。 2）能装夹一组具有相似性特征的工件。 3）适用于精密加工的高精度机床夹具。 4）适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。 8 5）采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置， 以进一步提高劳动生产率。 6）提高机床夹具的标准化程度。 现代机床夹具的发展方向主要表现为精密化、高效化、柔性化、标准化四个方面。 精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达 于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为 5 m；精密心轴的同轴度公差可控制在 1 m 内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度公差可达 m。 高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工 的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高 5倍左右；在车床上使用的高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在（试验）转速为 2600r/而使切削速度大幅度提高。 柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、拼装、组合等方式，以适应可变因素的能力。可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类 主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具等。在较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。 标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。在制订典型夹具结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立类型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的结构。通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良好的条件。目前我国已有夹具零件及部件的国家标 准： 214891以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 9 第 2章 零件的分析 题目所给定的零件是 床上的法兰盘， 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，零件上精度要求较高的两个平面用以装配， 4 个孔是用于连接其他机构或零件的。它位于车床丝杆的末端，主要作用是标明刻度，实现纵向进给。零件的 100来对齐调节刻度盘上的刻度值，从而能 够直接读出所调整的数值；外圆上钻有底部为 20 20 定位孔，实现精确定位。法兰盘中部的通孔则给传递力矩的标明通过，本身没有受到多少力的作用。 该零件年产量为 4000 件，设其备品率 为 4%，机械加工废品率 为 1%，则该零件的年生产纲领为： N=+)=40001(1+4%+1%)=4200(件 /年 )，查表可知该产品为中批生产。 法兰盘是一回转体零件 ,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： 圆为中心的加工表面 ： 这一组加工表面包括： 45圆 、 端面及倒角； 100度倒圆 20内孔及其左端倒角 圆为中心的加工表面 ： 这一组加工表面包括： 端面， 90圆，端面，倒角 槽 32； 内孔的右端倒角 3. 以 20 孔为中心加工表面 ： 这一组加工表面包括： 45圆，端面； 100圆，端面 ，侧面； 90 45度圆角 46 它们之间有一定的位置要求，主要是： （一） 左端面与 20 （二） 右端面与 20中心轴线的跳动度为 （三） 4520 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 10 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。 第 3章 工艺规程设计 步确定毛坯 形状 零件材料为 于零件年产量为 4200 件，已达到中批生产的水平，而且零件轮廓尺寸不大，而且零件加工的轮廓尺寸不大 ,在考虑提高生产率保证加工精度后可采用铸造成型。零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，内孔不铸出。毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。 基准选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚着，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 1）粗基准的选择 选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续的工序提供精基准。选择粗基准的出发点是：一要考虑如何分配各加工表面的余量：二要考虑怎样保证不加工面与加工面间的尺寸及相互位置要求。这两个要求常常是不能兼顾的，但对于一般的轴类零件来说，以外圆作为粗基准是完全合理的。对本零件而言，由于每个表面都要求加工，为保证各表面都有足够的余量，应选加工余量最小的面为粗基准（这就是粗基准选择原则里的余量足够原则）现选取外圆柱面和端面作为粗基准。在车床上用带有子口的三爪卡盘夹住工件，消除工件的 5 个自由度，达 到完全定位。 2）精基准的选择 精基准的选择主要考虑基准重合与统一基准原则。以 20设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不在重复。 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领一确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 11 工序 1： 粗 车 45车右端面，车槽 32车、 半精车外圆，车右端倒角。 工序 2： 粗车 100端面，粗车 90精车 100端面、 90车外圆 45100 半精车外圆 4510090 100 半精车 45 工序 3： 精车 100 90 工序 4： 钻、扩、粗铰、精铰孔 20工序 5： 粗铣、精铣 900 工序 6： 钻 4、铰 6 工序 7： 钻 4 工序 8： 磨削外圆面 100 90 工序 9： 磨削 B 面， 及 45圆面、 10090 工序 10： B 面抛光。 工序 11： 100 工序 12： 100 工序 13： 检测入库。 艺路线方案二 工 序 1 粗车 100圆，粗车 B 面 工序 2 钻中心孔 18孔 铰 精绞 20工序 3 粗车右 45圆， 90 工序 4 半精车 100圆，半精车 B 面并倒角 精车 90 20左侧倒角 序 5 半精车右 45端面，倒角 精车 90 切槽 32车 201 工序 6 精车 100体左端面、外圆，精车 B 面 ， 车过渡圆角 序 7 粗铣、精铣 90工序 8 钻 4 12 工序 9 钻 4、铰 6工序 10 磨削 B 面 工序 11 磨削外圆面 10090序 12 磨削 904侧平面 工序 13 金刚石车 4590工序 14 B 面抛光 工序 15 100工序 16 100工序 17 检测入库。 艺方案的比 较与分析 面是多次加工的基准，方案一中在加工其外圆表面的同时进行了导角，工序较为集中，也方便装夹，在一定程度上提高了生产效率。而方案二采用车削端面，可以保证精度，方案一的效率虽高但精度不能保证，应把保证精度放在首位，由于各端面及外圆柱面都与 20 线有公差保证，所以加工各端面及外圆柱面时应尽量选用孔 20 定位基准，故选用方案二。 械加工余量、工序尺寸及 毛坯尺寸的确定 根据上述原始资料及加工工艺，参照实用机械加工工艺手册分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： （单位 加工表面 工序（或工步）名称 工序（或工步）余量 工序（或工步）基本尺寸 工序（或工步） 经济精度 工序（或工步）尺寸及其偏差 表面粗糙度（ 公差等级 公差 右端面 粗车 3 坯 3 90突台右端 精车 1 1 精车 车 坯 3 44 4 13 槽 3 2 粗车 2Z=9 41 1 坯 2Z=9 50 0 45 外圆 磨削 2Z=5 45 精车 2Z= 车 2Z= 坯 2Z=5 50 50 内孔 20 铰 2Z=0 20 2Z= 2Z=18 18 18 坯 实心 100 左端面 精车 Z=1 1 精车 车 坯 3 94 4 100 外圆 磨削 2Z=00 100 精车 2Z= 车 2Z= 坯 2Z=5 105 2 105 100 右端面 磨削 Z=1 1 精车 Z=车 Z=4 坯 Z=3 44 4 45 外圆 磨削 2Z=5 45 精车 2Z= 车 2Z= 坯 2Z=5 50 50 90突台左端 磨削 Z= 精车 Z=14 粗车 Z=坯 Z=3 11 90外圆 磨削 2Z=0 90 精车 2Z= 车 2Z= 坯 2Z=5 95 95 4 孔 铰 2Z= 4 2Z= 坯 实心 6 孔 铰 2Z= 6 2Z= 坯 2Z=4 4 4 90（左）两侧面 精铣 8 8 铣 9 9 坯 32 90 0 90右侧面 磨削 4 4 坯 孔 钻 2Z=9 9 9 坯 实心 定切削用量及基本工时 工序 1 粗车 100 端面及外圆柱面，粗车 B 面，粗车 90 的外圆柱面 工件材料： b=220 砂型铸造 机床： 刀具：采用刀片材料为
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