【典型零件加工工艺设计：以法兰盘零件为例8700字（论文）】

。（1）更加精密：随着现代生产中对于机械零部件产品对于加工的精度的要求越来越高，所以对于在机械零部件的生产过程中的专用夹具的精密程度也越来越高，随着社会的进步，生产中的机械生产的零件的精度越来越高，所以为了适应发展，夹具的精度也随之逐渐提高。例如现在常用的在车床上的三爪卡盘的高精密的定心卡盘的定位精度可以达到5μm，对于比较精密心轴，两根轴的公差可以加工出来在1μm以内。（2）更加高效：在机械零部件生产中能够有效的使用高效的夹具，就可以在相同的时间里生产出更多的产品。生产中经常看到的能够节约时间的夹具有：自动化装夹夹具、具有自动夹紧功能的夹具。（3）更加柔性化：为实现机床夹具通过快速的调整后便可加工不同的工件的要求，需要夹具能够更好的适应各种各样的因素。使夹具更加柔性化的夹具的主要种类有：组合使用的夹具、可以调节使用的夹具、成组使用的夹具等。（4）更加标准化：将夹具的相关元件和零部件进行通常使用的过程设计，可以很大程度的缩短夹具的设计所使用的时间，缩短周期。第二章法兰盘零件工艺分析为后文的加工工艺的制定，首先应该对零件的作用、结构分析，在保证零件结构充分把握的基础上才能设计出可靠的加工工艺路线，因此本章主要是对端盖零件的结构进行详细的分析，为第三章制定零件的加工工艺奠定基础。2.1法兰盘的作用机床法兰盘零件的主要作用是在机床中连接主轴与卡盘之间的零件，内部的孔螺纹，而且内部的孔呈阶梯的现状分布，因此需要法兰盘零件具有一定的耐磨性与较高的回转定位精度。法兰盘零件的三维模型和二维图分别如图2.1.和图2.2所示图2.1法兰盘零件三维模型图2.2法兰盘零件二维图2.2法兰盘零件精度分析根据图2.2中零件二维图分析，本次设计的法兰盘零件的外圆φ80mm的加工的精度是IT8级精度，对于所加工的表面的粗糙度为Ra1.6；本次设计加工法兰盘零件的φ52mm的外圆的精度等级为IT8，所加工的表面的粗糙度要求为Ra1.6；φ120mm外圆的精度等级为IT9，所加工的表面的粗糙度为Ra3.2。内孔φ62mm±0.015的精度等级为IT7，φ36mm内孔的精度等级为IT7级精度。其余的精度要求为，内孔φ62mm对基准面A和基准面B的最大偏差量要求为0.04。2.3法兰盘零件加工表面分析根据对法兰盘零件的加工表面的分析，零部件的加工表面主要是端面外圆面和外圆面的加工，外圆面的加工可以采用车削的加工方式，内孔的加工同样采用车削的方式进行加工，零件的3-φ16.5mm沉头孔的加工难度相对较大，因此对于沉头孔的加工需要设计专用夹具进行加工，同时零件φ4mm斜孔的加工难度也先相对较大，在加工时，需要对斜孔的加工设计专用夹具。2.4法兰盘生产纲领本次设计的零件为法兰盘零件，通过公式（2-1）可以确定出法兰盘零件的生产纲领为：（2-1）式中：N——零件的年产量；Q——产品的年产量；m——每台产品中该零件的数量；a%——该零件的备品率；b%——该零件的废品率；本课题的法兰盘零件的年产量为、、，根据UG三维图设计中估算零件质量为1.4Kg。由表2.1可知生产类型为轻型零件，同时生产的量比较大。表2.1机械加工零部件生产的类型的划分生产类型产品类型重型零件中型零件轻型零件小批量生产<55-20<100成批生产小批生产5-1020-200100-500中批生产100-300200-500500-5000大批生产300-1000500-50005000-50000大量生产>1000>5000>50000法兰盘零件的生产为大批生产，因此有必要对法兰盘零件的某些重要工序设计专用夹具提高零件的加工效率。第三章法兰盘零件加工工艺根据前面对零件的分析，对零件的基本结构有了一定的掌握，同时对零件件的加工精度也具有一定的把握，本章主要基于前一章的分析，对法兰盘零件的加工工艺进行制定。3.1法兰盘毛坯确定在零件的生产过程中，毛坯的可以通过直接获得或者采用铸造的方式获得零件的毛坯，根据零件的尺寸以及要求。本次设计的法兰盘零件采用的毛坯为铸造成型，零件材料为HT150，根据国标GB-6414-1999说明中关于加工零部件毛坯加工余量的确定，零件的毛坯余量为2.5mm。如图3.1所示为法兰盘的毛坯图。图3.1法兰盘毛坯图3.2基准的选择3.2.1基准选择原则在加工的时候为了保证零件较高的加工精度，因此在加工时需要对零件的加工基准进行选择，其中对于加工基准的划分，有粗基准和精基准两种。零件基准选择得比较好一点，那么加工出来的零件的精度就会高一点，它们之间是直接影响的，零件的粗基准在加工过程中一般是不可以重复使用的，一般选择零件的大端面作为粗基准，先粗后精，先通过零件的前者进行定位，然后加工出零件的后者，后者主要是用于后续的加工。精基准在选择时应该尽量满足的条件是基准统一、互为基准的重要原则。3.2.2基准选择在工艺中正确的选择加工基准很重要，一般选择比较大和比较平整的平面，或者加工余量比较平的面。首先做出零部件的一个精基准，之后的加工就使用这一个精基准，或者在它们之间进行转换，这些操作都是可以保证形位公差的。本次设计加工的零件为法兰盘零件，对于零部件加工的过程中需要选择出所加工的零部件的粗基准与精基准，选择零件的外圆端面作为加工工艺的粗基准，然后选择经过粗加工后的外圆端面作为精基准。3.3加工工艺装备选择为保证零件的加工精度，所以，在本次设计的过程中，我们需要针对不同的零部件的机床与加工刀具进行合理地选择，如果选择的加工精度过高的话会造成不必要的浪费，但是精度也不能选择太低，因为精度太低不能所加工的满足零部件的加工精度，因此需要先对零件的精度分析后，选择出合理的加工机床。3.3.1加工机床选择根据图2.2中零件二维图分析，法兰盘零件的外圆φ80mm的精度是IT8级精度，表面粗糙度为Ra1.6；零件的φ52mm尺寸的外圆精度等级为IT8，粗糙度要求为Ra1.6；φ120mm外圆的精度等级为IT9，粗糙度为Ra3.2。内孔φ62mm±0.015的精度等级为IT7，φ36mm内孔的精度等级为IT7级精度。本次加工设计的零部件是法兰盘零件，法兰盘零件的结构相对不太复杂，主要加工的表面是外面，因此通过车床进行车削加工即可，另外还有两个平面，因为平面在零件的圆周上，因此需要进行铣削加工，对于零件的3-φ11mm孔与3-φ16.5mm孔，φ18mm孔、φ4mm的孔需要采用钻床进行加工。在本次设计加工法兰盘零件时，在车外表面时，本次设计选择车床为CA6140、钻床为Z525、铣床为XK716。铣削加工时铣床选择的是XK716数控铣床，通过专用夹具加持工件后直接使用数控铣床进行加工。XK716的主要参数：X轴的行程为1000mm，Y轴的行程为600mm，Z轴的行程为500mm，最高转速为8000r/min。工件的最大外形尺寸为130.5mm，加上夹具后的尺寸也在600mm以内，因此XK716可以满足法兰盘零件的铣削加工。钻削加工时选择的机床为Z525，最大钻孔直径为25mm，法兰盘零件中孔的最大尺寸为20mm，主轴的行程为200mm，法兰盘零件孔的深度为45mm，加上10mm的进到量后需要的行程为55mm<200mm，转速范围在50~2000r/min中，进给量为0.056~1.8，可以满足孔的精加工要求。车床选择CA6140，本次加工选择的CA6140车床的主要的一些相关的数据主要有：车床主轴能卡装的最大工件的直径的数值为400mm，刀架最大回转的直径的数值为210mm，在加工中，最大长度的数值为750mm，转速的范围在14~1580r/min之间，进给量的变化范围在0.028~6.33mm/r之间，根据本次设计选用的CA6140车床的主要性能的这些相关的参数，结合法兰盘零件的尺寸与精度要求，CA6140车床可以满足法兰盘零件的加工。3.3.2加工刀具与量具根据前面的分析，法兰盘零件加工的过程中主要需要用到的是游标卡尺、测量内径时专门使用的千分尺等量具。在选择刀具时主要会用到的刀具是硬质合的金铣刀、麻花钻、铰刀、铣槽刀，硬质合金的车刀。3.4加工工艺路线制定3.4.1加工工艺制定根据前面对零件的分析，针对不同的要求对于基准的不同情况下的选择，接下来对本次设计的零件的加工的工艺路线进行相关的选择和制定，为了保证本次设计加工出来的零件拥有符合设计要求的精度，因此在制定加工工艺时，我先制定了不同的两条加工工艺路线出来，然后再根据情况进行对比，最后作出合理地选择。表3.1所示为加工工艺路线1，表3.2所示为加工工艺路线2，为了更好的说明加工的位置，因此将零件的平面定义如图3.2所示。图3.2加工表面定义表3.1加工工艺路线1工序号工序内容定位基准工艺装备10铸造毛坯20碳氮共渗炊火处理30车端面A、外圆面B、端面C、粗车2mm以端面F定位限制1个自由度，外圆面E定位限制5个自由度CA6140、硬质合金车刀、游标卡尺40掉头车端面F、端面G外圆面E，粗车2mm，半精车1mm精车0.5mm，加工至图样尺寸端面A定位限制了1个自由度，外圆面B定位限制5个自由度CA6140、硬质合金车刀、游标卡尺50掉头半精车、精车端面A、端面C、外圆面B，半精车深度1mm,精车0.5mm，粗加工完成后，加工所有内孔系至图样尺寸，内孔系加工分粗车、半精车、精车加工、车螺纹M64以端面F定位限制1个自由度，外圆面E定位限制5个自由度CA6140、硬质合金车刀、游标卡尺、内径千分尺60钻3-φ11mm孔、钻3-φ16.5mm孔以E面限制2个自由度、F面限制3个自由度Z525、φ11mm、φ16.5mm麻花钻、内径千分尺70铣6mm槽以φ11mm孔定位，采用一面两销限制6个自由度XK716、游标卡尺、硬质合金铣刀80钻φ18mm孔深度1mm以φ11mm孔定位，采用一面两销限制6个自由度Z525、φ18mm麻花钻、内径千分尺90钻φ4mm斜孔以φ11mm孔定位，采用一面两销限制6个自由度Z525、φ4mm、内径千分尺100铣大端面J以φ11mm孔定位，采用一面两销限制6个自由度XK716、游标卡尺、硬质合金铣刀110铣小端面H以φ11mm孔定位，采用一面两销限制6个自由度XK716、游标卡尺、硬质合金铣刀120去毛刺、清洗130检验、入库游标卡尺、内径千分尺表3.2加工工艺路线2工序号工序内容定位基准工艺装备10铸造毛坯20碳氮共渗炊火处理30车端面A、外圆面B、端面C、粗车1mm、半精车、精车端面A、端面C、外圆面B，半精车深度1mm,精车0.5mm，粗加工完成后，加工所有内孔系至图样尺寸，内孔系加工分粗车、半精车、精车加工、车螺纹M64以端面F定位限制1个自由度，外圆面E定位限制5个自由度CA6140、硬质合金车刀、游标卡尺40掉头车端面F、端面G外圆面E，粗车1mm，半精车1mm精车0.5mm，加工至图样尺寸以端面A定位限制1个自由度，外圆面B定位限制5个自由度CA6140、硬质合金车刀、游标卡尺50钻3-φ11mm孔、钻3-φ16.5mm孔以E面限制2个自由度、F面限制3个自由度Z525、φ11mm、φ16.5mm麻花钻、内径千分尺60铣6mm槽以φ11mm孔定位，采用一面两销限制6个自由度XK716、游标卡尺、硬质合金铣刀70钻φ18mm孔深度1mm以φ11mm孔定位，采用一面两销限制6个自由度Z525、φ18mm麻花钻、内径千分尺80钻φ4mm斜孔以φ11mm孔定位，采用一面两销限制6个自由度Z525、φ4mm、内径千分尺90铣大端面J以φ11mm孔定位，采用一面两销限制6个自由度XK716、游标卡尺、硬质合金铣刀100铣小端面H以φ11mm孔定位，采用一面两销限制6个自由度XK716、游标卡尺、硬质合金铣刀110去毛刺、清洗120检验、入库游标卡尺、内径千分尺3.4.2加工工艺对比在本次设计的两条加工工艺路线中，加工工艺路线1与加工工艺路线2都基本合理，加工工艺路线1比加工工艺路线2的工序多一步，从表面上看都比较合理，加工工艺路线1的工序多了一步，没有做到工序尽量集中的原则，加工工工艺路线2则做到了这原则，但是加工工艺路线2将粗加工与精加工全部一起进行加工，这样则不能很好的保证零件轴系、内孔的同轴度，因为零件铸造完成后属于毛坯件，在零件的毛坯表面上的精度较低，因此不能直接使用我们铸造出来的毛坯进行定位完成粗精加工，会使零件的加工精度下降，最后加工完成的零件可以出现很大的偏心，同轴度的精度降低，因此采用加工工艺路线2则不合理。综上分析，本次设计的零件的加工工艺路线选择1。3.4.3毛坯尺寸的确定机床法兰盘零件的主要作用是在机床中连接主轴与卡盘之间的一个零件，其材料为HT150.由于产品的外表不是很容易制造，而且设计的要求是成批生产，毛坯的可以通过直接获得或者采用铸造的方式获得零件的毛坯，根据零件的尺寸以及要求。本次设计的法兰盘零件采用的毛坯成型的方法为铸造毛坯。毛坯做出来之后还需要进行退火处理的这一步工序，消除内应力。查表册可知，这种铸造成型零件的尺寸的公差等级CT为7~9级，查询相关的书籍和表册之后，就可以确定本次设计的需要加工的各表面的总余量，但是本次设计所确定的总余量并不是可以用于实际的生产中，实际生产情况可能会有些差距，所以在实际生产中还应根据工厂的具体情况进行适当的调整之后再进行生产。（1）经过查机械加工手册之后，可知铸件主要尺寸的公差，主要毛坯尺寸及公差，如下表3.3。表3.3φ80h7工序尺寸及加工余量工艺路线加工余量（mm）精度等级工序尺寸（mm）表面粗糙度（μm）铸IT12φ851.4222粗车2.0IT10φ82.0Ra12.5半精车1.6IT8φ80.4Ra3.2精车0.4IT7φ80Ra1.6φ52g6孔的工序尺寸及公差的确定查表册确定孔的工序余量、经济精度，然后计算φ52g6孔孔的工序尺寸及公差见下表3.4。表3.4φ52g6工序尺寸及加工余量工艺路线加工余量（mm）精度等级工序尺寸（mm）表面粗糙度（μm）铸CT10φ571.4粗车3.0IT12Ra12.5半精车1.8IT8Ra3.2磨削0.2IT6Ra0.8Φ120h8孔的工序尺寸及公差的确定查表册确定孔的工序余量、经济精度，然后计算Φ120h8孔的工序尺寸及公差见下表3.5。表3.5φ120h8工序尺寸及加工余量工艺路线加工余量（mm）精度等级工序尺寸（mm）表面粗糙度（μm）铸CT10φ1261.4粗车4.5IT12Ra12.5半精车1.5IT8Ra3.2Φ120h8孔的工序尺寸及公差的确定查表册确定孔的工序余量、经济精度，然后计算Φ120h8孔的工序尺寸及公差见下表3.6。表3.6φ64.4工序尺寸及加工余量工艺路线加工余量（mm）精度等级工序尺寸（mm）表面粗糙度（μm）铸CT10φ571.4粗镗5.4IT12Ra12.5φ62孔的工序尺寸及公差的确定查表册确定孔的工序余量、经济精度，然后计算φ62孔的工序尺寸及公差见下表3.7。表3.7φ62工序尺寸及加工余量工艺路线加工余量（mm）精度等级工序尺寸（mm）表面粗糙度（μm）铸CT10φ571.4粗镗2.5IT12Ra12.5半精镗1.5IT10Ra6.3精镗0.6IT8Ra3.2浮动镗刀块精镗0.4IT7φ62Ra1.6(6)φ65孔的工序尺寸及公差的确定查表册确定孔的工序余量、经济精度，然后计算φ65孔的工序尺寸及公差见下表3.8。表3.8φ65工序尺寸及加工余量工艺路线加工余量（mm）精度等级工序尺寸（mm）表面粗糙度（μm）铸CT10φ571.4粗镗6IT12Ra12.5半精镗2IT10Ra6.3(7)镗的面的工序尺寸及公差的确定查表册确定孔的工序余量、经济精度，然后计算孔的工序尺寸及公差见下表3.9。表3.9工序尺寸及加工余量工艺路线加工余量（mm）精度等级工序尺寸（mm）表面粗糙度（μm）铸CT10φ57粗镗4IT12Ra12.5半精镗1.5IT10Ra6.3(8)镗的孔的工序尺寸及公差的确定查表册确定孔的工序余量、经济精度，然后计算孔的工序尺寸及公见下表3.10。表3.10工序尺寸及加工余量工艺路线加工余量（mm）精度等级工序尺寸（mm）表面粗糙度（μm）铸CT10φ311.4粗镗3IT12Ra12.6半精镗1.6IT10Ra6.3精镗0.4IT7Ra1.6(9)车15mm的端面的工序尺寸及公差的确定查表册确定端面的工序每次加工之后的余量和经济精度后，计算车15mm的端面的工序尺寸及公差如下面的表3.11。表3.1115工序尺寸及加工余量工艺路线加工余量（mm）精度等级工序尺寸（mm）表面粗糙度（μm）铸CT10221.4粗车左端2.5IT12Ra12.5粗车右端2IT12Ra12.5半精车左端1.0IT8Ra3.2半精车右端1.0IT8Ra3.2精车右端0.5IT7Ra1.6(10)车60mm的外端面的工序尺寸及公差的确定查表册确定端面的工序余量、经济精度，然后车60mm的端面的工序尺寸及公差见下表3.12。表3.1260工序尺寸及加工余量工艺路线加工余量（mm）精度等级工序尺寸（mm）表面粗糙度（μm）铸CT10671.4粗车左端2.5IT12Ra12.5粗车右端3.5IT12Ra12.5半精车左端1.0IT8Ra3.2(11)钻φ11的孔的工序尺寸及公差的确定查表册确定孔的工序余量、经济精度，然后计算φ11孔的工序尺寸及公见下表3.13。表3.13φ11工序尺寸及加工余量工艺路线工序余量（mm）工序尺寸（mm）钻11φ11(11)加工φ16.5的孔的工序尺寸及公差的确定查表册确定孔的工序余量、经济精度，然后计算φ16.5孔的工序尺寸及公见下表3.14表3.14φ16.5工序尺寸及加工余量工艺路线工序余量（mm）工序尺寸（mm）钻11φ11扩5.5φ16.5(11)钻φ18的孔的工序尺寸及公差的确定查询了相关的表册之后，确定本次加工φ18孔的工序余量，然后计算φ18孔的工序尺寸见下表3.15表3.15φ18工序尺寸及加工余量工艺路线工序余量（mm）工序尺寸（mm）钻18φ18(11)钻φ4的孔的工序尺寸及公差的确定查询了相关的表册之后，确定孔的工序余量，然后计算φ4孔的工序尺寸见下表3.16表3.16φ4工序尺寸及加工余量工艺路线工序余量（mm）工序尺寸（mm）钻4φ43.5切削用量计算3.5.1粗车切削用量计算（1）零件定位本次加工的表面为零件的φ120mm，外圆端面，φ80mm端面及外圆面，在加工时采用的是车床进行加工，因此选择零件另一侧的端面与外圆进行定位，直接采用三爪卡盘夹紧的方式即可，如图3.3所示为零件的定位夹紧示意图。图3.3工序30定位夹紧示意图（2）切削用量计算根据手册中的表1.1选择车刀为：硬质合金车刀，车刀的导杆尺寸为26×45，加工的零件材料为HT200，根据手册中的表1.4中选择粗车的切削深度为=1mm，进给量选择为=0.3mm/r，根据手册中的表1.12选择切削速度为：=80m/min。（3.1）根据CA6140车床转速选择=378r/min，则实际的切削速度为：（3.2）因此工作台的进给量为：（3.3）所以粗车的加工时间为：（3.4）3.5.2半精车切削用量计算（1）零件定位本次加工的表面为零件的φ120mm外圆端面，φ52mm端面及外圆面，在加工时采用的是车床进行加工，因此选择零件另一侧的端面与外圆进行定位，直接采用三爪卡盘夹紧的方式即可，如图3.4所示为零件的定位夹紧示意图。图3.4工序40定位夹紧示意图（2）切削用量计算根据手册中的表1.1选择车刀为：硬质合金车刀，车刀的导杆尺寸为26×45，加工的零件材料为HT200，根据手册中的表1.4中选择粗精车的切削深度为=1mm，进给量选择为=0.15mm/r，根据手册中的表1.12选择切削速度为：=100m/min。（3.5）根据CA6140车床转速选择=500r/min，则实际的切削速度为：（3.6）因此工作台的进给量为：（3.7）所以粗车的加工时间为：（3.8）3.5.3精车切削用量计算根据手册中的表1.1选择车刀为：硬质合金车刀，车刀的导杆尺寸为26×45，加工的零件材料为HT150，根据手册中的表1.4中选择粗精车的切削深度为=1mm，本次设计中的进给量我选用的是=0.08mm/r，查询手册里面的的表1.12之后，选择使用的切削速度大小为：=120m/min。（3.9）根据CA6140车床转速选择=710r/min，则实际的切削速度为：（3.10）因此工作台的进给量为：（3.11）所以粗车的加工时间为：（3.12）3.5.4钻削切削用量计算根据手册表2.7钻孔加工HT150材料时，钻头直径在在8mm~12mm时进给量在0.22~0.28mm/r，因此选择进给量为，切削速度为：=12m/min，钻头直径=11mm。（3.13）根据查询Z525型号的机床的转速表，所以选择本次设计使用的机床的转速为，则实际的切削速度的计算过程和结果为：（3.14）因此工作台的进给量为：（