法兰盘零件加工工艺及夹具设计

法兰盘零件加工工 艺 1 目 录 摘 要 . 错误 !未定义书签。 ABSTRACT . 3 目 录 . 1 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 1.1 本课题的研究内容和意义 . 错误 !未定义书签。 1.2 国内外的发展概况 . 5 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 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 无锡太湖学院学士学位论文 2 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 190 210HB， 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 E G 级，取 F 级。 由加工余量等级查机械制造技术课程设计表 1 7 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 工序 090 去毛刺 法兰盘零件加工工 艺 11 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 5 10 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 1 20 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= 320.4014.0mm 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 5 10 和表 5 9 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 1 20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 A 2 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：249.9035.0mm，半精车： 248.4014.0mm，磨削： 248mm 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 5 10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 1 20 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=50.8 0.037mm 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 510 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 1 20 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=51.8 0.15mm。 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 5 10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课程设计指导教程表 1 20 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 I