法兰盘的加工工艺设计.docx
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法兰盘的加工工艺设计
本设计起源于装配制造业法兰盘工艺设计与数控技术，通过此次毕业设计,可以初步掌握对中等复杂零件进行数控加工工艺规程的编制，学会查阅有关资料，能合理编制数控加工过程卡片、数控加工工序卡片、数控加工刀具卡片、数控编程等工艺文件，能合理的确定加工工序的定位与夹紧方案。
能使用
AutoCAD正确绘制机械零件的二维图形，能通过使用UGNX7.0软件对零件进行三维图的绘制，可以提高结构设计能力及建模能力。
编写符合要求的设计说明书，并正确绘制有关图表。
在毕业设计工作中，学会综合运用多学科的理论知识与实际操作技能，分析与解决设计任务书中的相关问题。
在毕业设计中，综合运用数控加工刀具和数控工艺、工装夹具的设计等专业知识来分析与解决
毕业设计中的相关问题。
依据技术课题任务，进行资料的调研、收集、加工与整理和正确使用工具书；掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范；掌握
实验、测试等科学研究的基本方法；以及与解决工程实际问题的能力。
第1章.零件的分析
1.1零件的分析和特点:
法兰盘是使管子与管子相互连接的零件，连接于管端。
法兰上有孔眼，两
个法兰盘之间，加上法兰垫，用螺栓紧固在一起，完成了连接。
该零件为双35自行高射炮的冷却回路上的法兰盘，为盘类零件。
用于引导特殊冷却液。
法兰盘小外圆与冷却液回路管头联接，大外圆与冷却液进入高压泵前的管头联接，法兰盘外圆相配，保证管路同心。
1.2零件图纸及工艺分析:
本次设计的法兰盘图纸：
参见图1-1
-—XT
图1-1法兰盘图纸
该零件外形尺寸为①52mm*15mm主要尺寸、表面粗糙度要求见表1-2，公差等级见附录1.
表1-2尺寸公差及粗糙度
加工表面
尺寸mm
公差等级
表面粗糙度卩m
零件外表面
①52
IT8
1.6
①27
IT6
0.8
①23.8
IT6
0.8
零件内表面
①10
IT13
3.2
①20
IT9
1.6
4-①3.2
IT9
3.2
形位公差要求：
保证①23.8mm外圆与①27mn基准面A的同轴度;
保证①52mn外圆侧边与基准面A的垂直度。
1.3零件的UG三维视图：
参见图1-3
图1-3法兰盘三维视图
第2章.工艺规程设计
2.1毛坯材料的选择
因该零件引导的冷却液温度较高，且具有一定腐蚀性，需要耐高温和抗腐蚀性较好的原料。
且对塑形和韧性有要求
因此该零件选用材料1Cr18Ni9Ti,代用材料为1Cr18Ni9。
2种耐高温不锈
钢棒料作为毛坯。
力学性能为:
抗拉强度（Tb（MPa）:
>520
条件屈服强度（T0.2（MPa）:
>205
伸长率S5（%）:
>40
硬度：
W187HBS090HRC£200HV
2.2毛坯的形状尺寸确定
该零件的最大直径为①52mm经过粗车、精车两步即可完成加工。
粗车单次，留余量0.2mm精车去除0.2mm达到零件图公差尺寸要求。
该零件毛坯材料选用①60mm*100mm不锈钢棒料。
2.3定位基准和装夹基准的确定
工艺设计中定位的选择非常重要，关系到零件的尺寸，表面粗糙度及生产率。
应着重注意装夹方法是否干涉，以及零件加工过程中是否会因为内应力产生变形导致零件报废。
2.3.1.基准的选择
法兰盘为轴类零件，对本零件而言，按照基准定位原则，应先加工不需要再次装夹的精基准面，并以该精基准面作为定位基准。
因为①27mm外圆在切断后需要以该面再次装夹加工，所以该零件应先加工台阶外圆①27mm%精基准。
待车削完①52mm外圆后调头，再用三爪软爪卡盘夹持①27mmS准面，车削台阶外圆①23.8mm*2mm并以此为基准钻孔①10mm*3mm小孔，在通过镗孔扩孔①20mm*12m完成该零件加工。
2.3.2工件的定位误差
因该零件需要调头夹持，工序基准与定位基准必然会因为不是完全重合而
产生定位误差。
其大小等于定位基准与工序基准的尺寸公差，为0.05mm
2.4装夹方式的确定
虽然该零件为小批量小尺寸零件，但因为该零件毛坯精度较高。
且零件本身精度要求较高，加工时以零件毛坯外圆切点找正装夹，采用三爪软爪卡盘为夹具。
钻孔时采用专用夹具装夹。
夹持①60mn棒料外圆左侧，保证尺寸厚度15mn切断后以①27mn外圆作为基准夹持。
2.5确定工艺路线
制定工艺路线的目的是为了使被加工零件能达到图纸要求的尺寸精度和位置精度以及所要求的表面粗糙度。
根据先外后内。
先孔后面原则。
精加工阶段不再加工表面。
2.5.1选择表面的加工方法
该零件的加工要求中有通孔，沉孔，外圆，端面。
材料为1Cr18Ni9Ti
①27.①23.8的表面粗糙度为Ra0.8。
加工方法为粗车，精车。
外圆磨的加工方法。
①52表面粗糙度Ra1.6。
加工方法为粗车，精车两步。
①10通孔采用钻孔方法加工。
①20沉孔采用扩孔，精镗的加工方法。
2.5.2工序划分的确定
在车床上加工零件，应按工序集中原则划分工序。
在一次装夹下尽可能多的完成大部分甚至全部表面的加工。
工艺路线方案一:
棒料夹持、找正
①52.2mm*13mm
①52mm*13mm
工序七:
调头夹持。
车断端面。
达总长15mm
工序八:
粗车台阶外圆①24mm*2m到尺寸2.5mm处
工序九：
精车台阶外圆①23.8mm*2mm
工序十：
尾座钻孔①10mm
工序十四：
钻床钻孔4-①3.2mm工序十五：
丝锥攻螺纹4-M4工序十六：
外圆磨达0.8粗糙度
工艺路线方案二:
棒料夹持、找正
车端面
①52.2mm*13mm
①52mm*13mm
工序十四：
钻床钻孔4-①3.2mm工序十五：
丝锥攻螺纹4-M4工序十六：
外圆磨达0.8粗糙度
上诉两种方案。
方案一是从零件右侧至左侧加工,
车削出外圆①27mm①52mn后，保证厚
度15mn切断后，调头后再车削外圆①
23.8mm及钻孔①10mn和镗孔①20mm
缺点是因为二次装夹的定位误差,
导致外圆①52mm①27mm与孔①10mm
①20mm有形位公差。
优点是易于加工，调头用软爪夹持①27mm*10.5mn位置时装夹能受力，不易变形。
方案二也是从零件右侧至左侧加工。
区别在于方案二在一次装夹中。
加工出外圆①23.8mm①52mn以及孔①10mm①20mm切断端面后再车外圆①27mm.
优点是外圆①23.8mm①52mn以及孔①10mm①20mm因为是一次装夹加工完成，同轴度高，误差小。
缺点是调头夹持时因为①23.8mm只有2mm高，且壁厚也只有1.5mm夹持时会导致变形。
需使用辅助支撑装置装夹，操作麻烦。
因该零件无需保证非常高的同轴度，且需要比较高的生产率。
而第二种方案虽然精度高。
但加工需支撑装夹，切易变形。
因此采用第一种方案作为加工工艺路线比较合理。
2.6工艺路线卡片
选择第一种加工方案的预定工艺路线卡片见下表2-1:
序号
工序
工序名称
工序内容
1
下料
弓锯机
①60mm*20mm
2
车
车外圆
①55
3
车
车端面
4
车
粗车外圆
①27.2*10.5
①52.2*13
5
车
精车外圆
①27*10.5
①52*13
6
车
倒锐角
7
车
切断
L=15mm
8
车
粗车外圆（软爪）
①24*2
9
车
精车外圆（软爪）
①23.8*2
10
车
钻孔（软爪）
①10mm
11
车
镗孔（软爪）
①20mm
12
车
倒所有锐角
13
钳
钻孔（①3.2钻头）
4-①3.2mm均布
14
钳
去毛刺
15
钳
攻丝（二硫化钼、食醋）
4-M4均布
16
磨
外圆磨（单晶刚玉）
①27mm
①23.8mm
表2-1工艺路线拟定
2.7机床的选择
该零件属于小批量，高精度的盘类回转零件，宜采用普通车床加工。
因无
复杂曲面或表面。
无需数控车床加工。
2.8量具的选择1.分度值0.02mm的0mm-150mi的游标卡尺。
2.分度值0.01mm的0mm-25mi的千分尺。
3.分度值0.01mm的25mm-50mi的千分尺。
4.①3.2及①10塞规。
第3章.工序切削用量、刀具与机床的算法
切削用量包括背吃刀量、进给速度或进给量、主轴转速或切削速度。
其具
因该零件最大外圆半径与最小半径相差20mm在同刀具、同加工状态下,
进给量F、切削速度V以及主轴转速N通过计算后的理论值差距不大，在实际加工过程中会使用同样的值。
限于篇幅原因，同加工状态下切削用量采用近似值确定为某同一值。
3.1各工序加工条件、切削用量和工时定额的计算
工序1下料时锯床刀具、机床和工时定额的确定
a）加工条件
工件材料：
1Cr18Ni9Ti抗拉强度cb:
>520Mpa
b）切削时间T:
根据《工时计算手册》
锯床工时计算公式T=K2（KmT机nT吊T装卸）
其中Km—材料系数、n—次装夹件数
T机一机床工作时间。
粗车外圆时刀具、机床和工时定额的确定
a）粗车外圆切削用量选取原则：
粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。
选择切削用
量时应先选取尽可能大的背吃刀量Ap,其次根据机床的限制条件，选取尽可能
大的进给量F,最后根据刀具耐用度选择合适的切削速度Vc。
选择更大的背吃
刀量Ap可以减少走刀次数，增大进给量F有利于断屑。
1）背吃刀量的确定：
根据《机械加工工艺手册》，当材料为不锈钢时，粗
加工单次走刀背吃刀量选取值3mm-8mm应该零件容易粘刀，选取背吃刀量
Ap=4mm详情参见附录一;
2）进给量F根据《机械加工工艺手册》，刀具16*25mw工件材料：
1Cr18Ni9Ti，
工件直径①60时。
F=0.4~0.7mm/r,取F=0.5mm/r.详情参见附录二;
b）加工条件
工件材料：
1Cr18Ni9Ti抗拉强度cb:
>520Mpa
机床：
CA6140
刀具：
高速钢W12Mo3Cr4v3N16*25mm2HRC62°
C）粗车单次走刀量及走刀次数见表3-1
表3-1粗车走刀次数
①32—①27.2
①28—①24
（6次循环）
（7次循环）
3）刀具耐用度用YG硬质合金刀切削抗拉强度520Mpa的不锈钢时,
刀具耐用度公式：
T=Vf切
4）切削速度Vc:
pOC给Kvg/min）。
根据附录一,
Cv=160T=240A=2.2x=0.15y=0.35
Ka=1.44Kb=0.8Kc=1.04Kd=0.81Kf=0.97
VC^KV
160
2400.2*2.20.15*0.50.35*1.44*0.8*1.04*0.81*0.9782m/min
4）主轴转速
Ns1000Vc1000*82/（50）=522r/min
Dw
5）切削工时T根据《工时计算手册》
当粗车①60mm外卜圆时，工时定额:
1L1L2
Tm其中L=60mmL1=15mmL2=0
nf
Tm=（60+2.5）/（522*0.5）=0.24MIN
粗车①23.8mm外圆时，工时定额:
Tm
nf
其中L=23.8mmL1=2.5mmL2=0
Tm=（23.8+2.5）/（522*0.5）=0.10MIN
粗车①27mm外b圆时，工时定额:
1L1L2
Tm其中L=27mmL1=10.5mmL2=0
nf
Tm=（27+10.5）/（522*0.5）=0.14MIN
工序车端面时切削用量、刀具与机床的算法
a）加工条件
工件材料：
1Cr18Ni9Ti抗拉强度cb:
>520Mpa
机床：
CA6140刀具：
YG8合金刀，HRA89
b）切削用量1）背吃刀量的确定：
根据《机械加工工艺手册》，当材料为不锈钢时，切端面
单次走刀背吃刀量选取值0.5mm-3mm背吃刀量Ap=1mm2）进给量F根据《机械加工工艺手册》，刀具8*25mm工件材料：
1Cr18Ni9Ti，
工件直径①60时。
F=0.2~0.5mm/r取F=0.15mm/r
3）切削速度VcC：
Kv（m/min）。
参见附录一。
Tapfy
Cv=128T=240A=6x=0.15y=0.35
Ka=1.44Kb=0.8Kc=1.04Kd=0.81Kf=0.97
VcT^Kv
128
—0-2_*1.44*0.8*1.04*0.81*0.9757m/min
240.*1.*0.15.
4）主轴转速
ns1000Vc1000*57/（50）=360r/min
Dw
5）
切削工时T根据《工时计算手册》
Tm=
（60+30）/（360*0.15）=1.66MIN
工序4精车外圆时切削用量、刀具与机床的算法
a）精车外圆时切削用量选取原则:
精车时对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且均匀。
选择精车的切削用量时，应考虑在保证加工资料的情况下尽量提高生产率。
因此。
精车时应选用较小的背吃刀量和进给量，并选用高性能刀具材料，已尽可能选用较大的切削速度。
b）加工条件
工件材料：
1Cr18Ni9Ti抗拉强度cb:
>520Mpa=0.52Gpa
C）切削用量1）背吃刀量的确定：
根据《机械加工工艺手册》，当材料为不锈钢时，切端面
单次走刀背吃刀量选取值0.1mm-1.2mm背吃刀量Ap=0.2mm
2）进给量F根据《机械加工工艺手册》，刀具16*25mm工件材料：
1Cr18Ni9Ti,
3）刀具耐用度用YG硬质合金刀切削抗拉强度520Mpa的不锈钢时，刀具耐用
度:
T=C5
VfAp
4）切削速度Vc老RKv（m/min）。
参见附录一
Cv流量系数
Cv=342T=60A=4x=0.15y=0.35
Ka=1.44Kb=0.8Kc=1.04Kd=0.81Kf=0.97
Vc—CVX—Kv
243
Tmapxfy
2400.2*0.20.15*0.20.35*1.44*0.8*1.04*0.81*0.97117m/min
5）主轴转速
ns1000VC1000*117/（60）=623r/min
Dw
6）切削工时T根据《工时计算手册》当精车①60mm外b圆时，工时定额:
1L1L2
Tm其中L=60mmL1=15mmL2=0
nf
Tm=（60+2.5）/（623*0.2）=0.51MIN
精车①23.8mm外圆时，工时定额:
Tm
nf
其中L=23.8mmL1=2.5mmL2=0
Tm=（23.8+2.5）/（623*0.2）=0.21MIN
精车①27mm外b圆时，工时定额:
Tm=（27+10.5）/（623*0.2）=0.30MIN
工序
a）加工条件
b）切削用量1）进给量F根据《机械加工工艺手册》，刀具①4钻头，工件材料：
1Cr18Ni9Ti，孔直径①4时。
F=0.1-0.3mm/r取F=0.15mm/r（参见附录4）2）根据机械工人必备手册，Vc=30m/min
3）主轴转速
1000VC
ns1000*30/（4）=2388r/min
Dw
4）切削工时T,根据《工时计算手册》，参见附录二、附录三;
钻床T=KT机T装卸
k—难度系数有工差要求k=1.5有深度要求k=1.1扩孔及攻丝k=0.8当L/D>8时，须另增排屑时间60%
T=KT机T装卸={1.5*1.72+0.8}*（100%+60%=5.408MIN
工序镗①20孔
a）加工条件
工件材料：
1Cr18Ni9Ti抗拉强度cb:
>520Mpa
机床：
CA6140刀具：
高速钢镗孔刀W12Mo3Cr4v3N
b）切削用量
1）进给量F根据《机械加工工艺手册》，刀具高速钢镗孔刀，工件材料:
1Cr18Ni9Ti，孔直径20时。
F=0.05-0.15m/r
取F=0.08mm/r
2）根据《机械加工工艺手册》，Vc=15m/min
3）主轴转速
ns1000Vc1000*15/（20）=238r/min
Dw
4）切削工时T根据《工时计算手册》
1L1L2
Tm其中L=20mmL1=10.5mmL2=0时;
Tm=（20+10.5）/（238*0.08）=1MIN
工序
外圆磨时切削用量、刀具与机床的算法
a）加工条件
工件材料：
1Cr18Ni9Ti抗拉强度cb:
>520Mpa
机床：
M1320-750砂轮：
单晶刚玉砂轮
硬度中轮1级粒度#46
b）切削用量
1）根据《机械加工工艺手册》，磨削速度Vc=18m/mm
2）根据《机械加工工艺手册》
3）工时T根据《工时计算手册》T
单次磨削深度F=0.01mm
k—
120
零件被加工总长
直径系数D>16k=1.2D<16k=1
磨削①52mn外圆T=k
磨削①27mn外卜圆
—=1.2*2.5/120=0.03MIN
120
T=k丄=1.2*10.5/120=0.105MIN
120
磨削①23.8mm外圆T=k丄=1.2*2/120=0.02MIN
120
3.2零件刀具、切削用量和工时定额的汇总报告
1）刀具的选择:
锯床下料时选用27*0.9*4/6NMD51锯条
粗车时选用高速钢左侧粗车刀；切断时选用高速钢车断车刀;
精车时选用YG8硬质合金车刀；切端面时选用YG8硬质合金车刀;
车床尾座钻①10选用①10麻花钻钻孔时选用高速钢①4麻花钻；镗孔时选用高速钢镗孔刀外圆磨加工时选用单晶刚玉砂轮
2）背吃刀量的确定
根据零件图样知工件表面粗糙度除外圆外要求为全部1.6，故分为粗车、
精车两步进行
背吃刀量a：
粗车端面为保持基准面平行和做为定位基准。
粗车单次走刀背吃刀量3mm①52mn外圆粗车走刀次数（60-52.2）/3=3次，达尺寸①52.2mm
①27mn外圆粗车走刀次数（52-27.2）/3=8次，①23.8mm（52-23.8）/3=10次
粗车端面背吃刀量为1mm粗车外圆单次走刀背吃刀量为4mm
镗孔背吃刀量为1.5mm精车背吃刀量为0.2mm
3）进给量F的确定
进给量：
根据《机械工人必备手册》，加工材料不锈钢YiCr18Ni9.刀具为
1）里给出的值时：
进给量F=f*n/s
钻孔时进给量F=0.15mm/r
镗孔时进给量F=0.08mm/r
由于该零件材料加工时容易粘刀、产生加工硬化、容易使工件发生变形
粗加工单次时间不超过10MIN
4）主轴转速选择
粗车外圆主轴转速n=522r/min精车外圆主轴转速n=623r/min车端面主轴转速n=360r/min镗孔主轴转速n=283r/min钻孔主轴转速n=2228r/min
5）切削速度V
切削速度V:
根据《机械工人必备手册》。
将上面主轴转速代入得:
粗车外圆V=nds/1000=82m/min
精车外圆V=nds/1000=117m/min
车端面v=nds/1000=57m/min
镗孔V=^ds/1000=15m/min
钻孔V=30m/min
外圆磨V=18m/min
6）校验机床功率
车削功率查《机械工人必备手册》得知P=3KW，因为CA6140机床P=9KW
7）工时定额的确定
由《工时计算手册》，得零件总加工工时定额T总
T总=nT机T准结T辅助+T休5=工件数）
T机由前小节计算各工序总时间，得T机T车T钻T磨T锯1.02
T机=4.85+0.24+0.10+0.14+0.51+0.21+0.30+1.5+0.105+0.03+1.02=8.985MIN
由《工时计算手册》查得，辅助工时T辅助:
单件辅助时间T辅助=（2+0.02+0.02+0.01+0.05+1）MIN=4MIN
由《工时计算手册》查得，准备终结工时T准结:
①60零件4MIN
深度定位1MIN
升降钻杆5MIN
单件终结=（4+1+5）MIN=10MIN
由《工时计算手册》查得，休息工时T休:
T休=（nT机T准结T辅助）3%
（8.985+10+4）*0.03=0.7MIN
由上得知。
该零件总工时
T总=丁机T准结T辅助+T休=9+10+4+0.7=23.7得知该零件单件工时定额为为23.7MIN工时。
第4章.钻孔夹具设计
金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备，称为机床夹具。
位移;
5.
夹具体夹具基础件，通过它将夹具连为整体。
1.保证加工精度，提高稳定性;
2.缩短辅助时间，提高生产率;
3.扩大机床使用范围，改善工人劳动条件。
该法兰盘有4-①3.2的钻孔，若每件都由钳工划线打孔后钻孔，效率较低且精度稳定性低。
因此。
钻孔夹具的设计很有必要。
4.5设计图纸如下图4-1，图4-2
图4-1夹具剖面图
Z
图4-2夹具俯视图
X
_/■
/
4.6设计思路
夹具的主要定位元件为一端盖，两凸缘，及一定位销。
该凸缘或定位销的
尺寸公差与该零件的尺寸公差配合相加。
1.该夹具定位元件由2个R2的凸缘和夹具体上R2的凹槽配合组成。
以保证法
兰盘在钻孔过程中，定位端盖不会旋转，保证加工精度。
2该零件夹紧装置由端盖自重压紧，钻孔过程中可能会可能会出现零件震动,
因外圆已固定在夹具体中，零件只能被允许上下调动，但该零件对①4孔尺寸
公差要求不高。
跳动误差可忽略不计，如要求加高，可在中间①10通孔处加装
定位杆并在杆内攻丝。
在端盖上钻①10孔，使用螺钉压紧。
3.导向装置为端盖上①4孔位，使用钻套后钻头由端盖孔直接进入。
4支承装置夹具体内侧壁做10.5mm高凸台，用于支承钻孔时带来的应力，防止零件①52外圆侧边向下变形。
5辅助装置该零件为防止零件放入夹具体内受应力过大不能取出。
应提前在
夹具体下方打销钉孔。
在零件不能取出时用销钉撞出。
附录一：
据《机械工人必备手册》，车削加工刀具材为高速钢和YG8合金时。
车削速度计算
进给量
Cv系数
T（min）
背吃刀量
Ap（mm
W12Mo3Cr4v3【
咼速钢
F<0.4mm
180
180
0.5
si
F>0.4mm
160
240
0.3
F>0.7mm
128
240
0.15
YG8
F<0.4mm
243
240
1.3
F>0.
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