法兰零件机械加工工艺设计毕业论文Word格式.docx
《法兰零件机械加工工艺设计毕业论文Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《法兰零件机械加工工艺设计毕业论文Word格式.docx（38页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
0引言
随着科学技术飞速和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新速度越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加。
同时，随着航空工业、汽车工业和轻工业消费品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高。
近几十年来，世界各国十分重视发展能有效解决复杂、精密、小批多变零件加工的数控加工技术。
数控加工技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是建立在数控加工技术之上，离开数控加工技术，先进制造技术就成了无本之木。
机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。
数控机床即是采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。
从应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、启动与停止、选择刀具、供给切削液等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需要的零件。
在现代生产中，为了满足多品种、小批量、产品更新换代周期快的要求，原来以单功能组成机床为主体的生产线，已不能适应机械制造业日益提高的要求，因而具有多功能和一定柔性的设备和生产系统相继出现，促使数控技术向更高层次发展。
现代生产系统主要有柔性制造单元FMC（FlexibleManufacturingCell）、柔性制造系统FMS（FlexibleManufacturingsystem）和计算机集成制造系统CIMS（ComputerIntegratedManufacturingsystem）这三种生产系统。
数控机床是一种高效能自动化加工设备，与普通机床相比，其特点有柔性好、适应性强，精度高，质量稳定、加工生产率高，可实现多功能、高复杂程度的控制，可减轻劳动强度，可靠性高，经济性好，有利于制造系统现代化。
这些优势促使数控技术向各工业领域的渗透在加速，应用范围在不断扩大。
数控机床不仅在加工多品种小批量零件、结构形状复杂的零件、需要频繁改型的零件、价值昂贵不允许报废的零件及需要最短生产周期的急需零件方面发挥越来越重要的作用，而且在加工大批量以及结构形状不太复杂的零件方面也取得了很好的效益。
数控系统发展的目标是：
进一步降低价格，增加可靠性，拓宽功能，提高操作舒适性，提高集成度，提高系统的柔性和开放性，减小体积,使数控机床具有更高速度、更高精度、更高可靠性、更强功能。
法兰是一种盘状零件，在管道工程中最为常见，法兰都是成对使用的。
在管道工程中，法兰主要用于管道的连接。
在需要连接的管道，各种安装一片法兰盘，低压管道可以使用丝接法兰，4公斤以上压力的使用焊接法兰。
两片法兰盘之间加上密封点，然后用螺栓紧固。
不同压力的法兰有不同的厚度和使用不同的螺栓。
水泵和阀门，在和管道连接时，这些器材设备的局部，也制成相对应的法兰形状，也称为法兰连接。
凡是在两个平面在周边使用螺栓连接同时封闭的连接零件，一般都称为“法兰”，如通风管道的连接，这一类零件可以称为“法兰类零件”。
但是这种连接只是一个设备的局部，如法兰和水泵的连接，就不好把水泵叫“法兰类零件”。
比较小型的如阀门等，可以叫“法兰类零件”。
1．法兰零件机械加工工艺规程的编制
1．1确定生产类型
如图,为某产品的法兰零件,该产品年产量为10000台,设其备品率为25%,机械加工废品率为0.2%,每台产品中该零件的数量为1件,现制定该法兰零件的机械加工工艺过程
N=Q*n*（1+a%）*（1+b%）…………………（1.1）
=10000*1*（1+25%）*（1+0.2%）
=12525件/年
法兰零件的年产量为12525件，现已知该产品属于轻型机械，根据生产类型与生产纲领的关系查阅，确定其生产类型为大批量生产。
大批量生产的工艺特征：
⑴零件的互换性：
具有广泛的互换性，少数装配精度较高处，采用分组装配法和调整法；
⑵毛坯的制造方法与加工余量：
广泛采用金属模机器造型，模锻或其他高效方法。
毛坯精度高，加工余量小；
⑶机床设备及其布置形式：
广泛采用高效专用机床及自动机床，按流水线和自动线排列设置；
⑷工艺装备：
广泛采用高效夹具，复合刀具，专用量具或自动检验装置，靠调整法达到精度要求；
⑸对工人技术要求：
对调整工的技术水平要求高，对操作工的技术要求较低；
⑹工艺文件：
有工艺过程卡，关键工序要调整卡和检验卡；
⑺成本：
较低；
⑻生产效率：
高；
⑼工人劳动条件：
较好。
1．2法兰零件的分析
1．2．1零件的分析
该法兰零件其材料为HT150（灰口铸铁）。
GB9439-88为铁素体加珠光体类型的灰铸铁.其铸造性能好,工艺简单铸造应力,不用人工时效处理有一定的机械强度和良好的减振性能减振性。
适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。
该零件的主要加工表面是Ф50.5的外圆面以及Ф31的内孔。
Ф26的孔与Ф50.5的同轴度ø
0.01mm，与Ф31H7的孔的同轴度ø
0.05mm，与Ф50f7的同轴度ø
0.1mm与A的圆跳动0.02mm，直接影响其安装精度，在加工它们时最好可以在一次装夹下将两孔或两外圆同时加工出来。
另外，D面相对C面的平行度0.1mm，也影响安装精度。
1．2．2毛坯的选择及制造方法
根据技术要求，零件材料为HT150，确定毛坯为铸件，又已知零件生产纲领为12525件/年，该零件质量约为1kg，可知其生产类型为大批量生产。
根据毛坯的材料、生产类型、生产纲领及零件的复杂程度，毛坯可采用铸造成型。
选择毛坯铸造的原因：
铸件的形状接近于零件，可减少切削加工量，从而降低铸造成本。
1．3机械加工工艺规程设计
1．3．1定位基准的选择
在研究分析工件定位问题时，定位基准的选择是关键。
一般来说，工件的定位基准一旦被选定，则工件的定位方案也就基本上确定了。
作为定位基准的点、线、面可以是实际存在的，也可以是假想的，如外园和内孔轴线、对称平面等。
选择定位基准是制定工艺规程的一个十分重要的问题。
在第一道工序中，只能使用工件上未加工的毛坯表面来定位，这种定位基准称为粗基准。
在以后的工序中，可以采用经过加工的表面来定位，这种定位基准称为精基准。
在法兰机械加工工艺过程中，大部分工序选用法兰的一个指定的端面和外圆作为主要基面，并用大外圆面作为另一基面。
这是由于：
端面的面积大，定位比较稳定。
再深入研究一下：
（1）刚性粗加工左端时，即第一道加工工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧的条件都较差，而加工余量和切削力都很大，如果再遇到工件本身的差，则对加工精度有很大影响，因此第一道工序的定位和夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响，所以用法兰的右端面及外圆作为定位面和夹紧面。
进行粗车，然后掉过头来，进行另一端的粗加工。
用大外圆及右端面进行定位夹紧。
（2）在零件进行加工连接孔及小孔时，这时需要用专用夹具进行加工，定位面依然是用外圆面及大外圆的一侧面进行夹紧。
1．3．2法兰零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有两端面、小外圆、外圆（Φ50）、Φ50.5的外圆以及大外圆面，以及Φ31H7的孔，Φ26的孔，右端的两个槽及连接孔和小孔。
以及Φ3的斜孔。
两端面：
尺寸公差为31.5±
0.05，需进行粗车、半精车、精车。
小外圆：
尺寸公差为Φ42±
0.3，需进行粗车、半精车、精车
Φ50的外圆：
尺寸公差为Φ50f7，表面粗糙度为Rz7µ
m，需进行粗车、半精车、精车。
Φ50.5的外圆：
尺寸公差为Φ50.5
，表面粗糙度为Rz3.5，需进行粗车、半精车、精车。
大外圆：
尺寸公差为Φ73.5
，需进行粗车、半精车、精车。
而两侧面的距离为6.85±
0.02，且一侧面相对于Φ另一定位基面的平行度为0.1，需进行粗车、半精车、精车。
Φ31H7的孔：
公差等级为H7，表面粗糙度为Rz8.5µ
m，采用粗镗、半精镗、精镗即可加工出。
Φ26H7的孔：
m，采用粗镗、半精镗、精镗即可。
一个宽5mm，槽径为Φ43的槽和宽2.4±
0.1mm，槽径为Φ47.65的槽；
采用粗车和精车。
6﹡Φ6.5的孔：
相对于Φ50.5的位置度为Φ0.02，采用钻孔及扩孔即可。
6﹡Φ10的孔：
采用钻孔。
Φ2.8±
0.1的小孔：
可采用钻孔。
Φ2.5的孔：
采用钻孔和扩孔。
Φ3的斜孔：
1．3．3工艺路线
当生产批量不同时，零件的工艺路线也会有较大差别，零件的加工质量要求较高时，应把整个加工过程划分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段。
这样可以保证加工质量、合理使用机床、适应热处理的需要，在粗加工阶段可发现缺陷，便于即使报废或修补，将表面精加工安排在最后，可使这些表面少受或不受损伤。
现列出法兰零件大量生产时的工艺路线如表2-1：
序号
工序名称
工序内容
30
粗车
粗加工左端，粗车端面，粗车Φ42的外圆，Φ50的外圆，以及大外圆
镗
粗镗Φ31的孔
40
粗加工右端面，粗车端面，粗车Φ50.5的外圆
粗镗Φ22的孔
50
车
精加工左端面，半精车端面，半精车Φ42的外圆，半精车Φ50的外圆以及大外圆
半精镗Φ31的孔
60
精车端面，精车Φ42的外圆，精车Φ50的外圆以及大外圆，精车大外圆的一侧面
精镗Φ31的孔。
车宽为3.9的槽。
精加工右端面，半精车Φ50.5的外圆
精车Φ50.5的外圆，精车大外圆的另一侧面，精车宽为5和2.4的槽
精车大外圆一侧面的宽2.1、深1.1的槽。
半精镗Φ26的孔，半精镗孔的倒角，精镗孔及其倒角，
70
钻孔
加工连接孔及小孔，钻Φ6.5的通孔，再用Φ10的钻头钻至深4.5mm处，钻Φ3的孔，
钻Φ2.5孔以及扩孔，钻Φ2.8的孔。
75
加工斜孔，钻Φ2.5的斜孔以及扩孔
1．3．4加工设备及工艺装备
由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床。
其生产方式以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线。
工件在个机床上的装夹及各机床间的传送均由人工完成。
①选择机床
a工序30、40是粗车，本零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，选用CK200。
b工序50、60属于精加工成型，可以在切削中心上加工，选用MT2-200W。
c工序70，可以用加工中心加工，可选VTC-160A/16A。
d工序75可以用钻削中心加工，可选DTC510。
②选用夹具
本法兰零件加工除加工连接孔及小孔需要设计夹具外，其他工序使用通用夹具即可。
③选用刀具
a粗车端面、外圆以及大外圆：
可选用PCMNR2020-16刀，其中该刀片形状为80°
菱形，粗镗刀可选用微调镗刀，刀片为机夹式，M：
M20*0.5，L=64mm,l=16mm的镗刀。
b工序50，半精车端面、Φ42的外圆Φ42的外圆、Φ50的外圆以及大外圆可选用PCLN（L/R）2525M-12的外径车刀，半精镗Φ31的孔以及倒角，选用S13R-SCLPROP-20E的内径镗刀。
精车端面，Φ42的外圆，Φ51的外圆以及大外圆可选用MCLN（L/R）2525M12M5的外径车刀；
精镗Φ31的孔及其倒角可选用S16Q-SDUCL11-20E的内径镗刀。
车宽为3.9的槽可用KGML2525M-3的外径槽刀。
c工序60半精车Φ50.5的外圆，可选用PCLNR2525M-12的外径车刀，半精镗Φ26的孔可选用CNMG120408WQCA5025的内径镗刀，精车端面、Φ50.5外圆及大外圆的另一侧面可选CPMHO90304HQCA5025的外径镗刀，半精镗Φ22的孔及倒角选用WNMG080408WF4015的内径镗刀，精镗孔及倒角可选用TCMT110308PF4015的内径镗刀，精车宽为5的槽用VBGT110302R-YPR930的外径槽刀，精车宽为2.4的槽用GMG3020-03MGPR930的外径槽刀，精车大外圆一侧面宽2.1深1.1的槽GFVR2525M-201A的端面槽刀。
d钻Φ6.5的通孔可用直柄断麻花钻，钻深4.5的孔Φ10用d=10mm的直柄麻花钻，钻孔Ф3、Ф2.5的孔可用直柄麻花钻，钻Φ2.8的孔可选用d=2.8mm的直柄长麻花钻。
e钻Ф2.5的斜孔可用直径为2.4的直柄麻花钻，扩孔时可用直径为2.5的直柄麻花钻。
⑤选择量具
本零件属大量生产，一般均采用通用量具。
选择量具的方法有两种：
一是按计量器具的不确定度选择；
二是按计量器具的测量方法极限误差选择。
a粗加工时可以选用游标卡尺，分度为0.02mm。
b精加工时加工孔用量具是内径千分尺，分度值为0.001mm。
加工外圆用量具可选外径千分尺，外圆或内孔台阶深度可用高度仪，工件长度或是公差范围较大的孔或外圆可用0.01mm的数显游标卡尺。
粗糙度以及形位公差或是操作者自己不便测量的尺寸可用轮廓仪测量。
另外，零件的外观要百分之百的检验。
1．3．5加工工序及切削用量的计算
确定工序尺寸一般的方法是由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。
当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。
有基准转换时，工序尺寸应用工艺尺寸链解算。
工序30粗加工左端面、工序50精加工左端面
查阅有关手册平面加工余量表知，左端面精加工余量为
0.605mm,而左端面总余量为1.525mm,故粗加工余量为（1.525-0.605）=0.92mm.
如图所示，精加工左端工序中以右端面和Ф50.5的外圆定位。
则左端至C面的工序尺寸即为设计尺寸，X精=（27.675±
0.025）mm,
则粗加工工序尺寸X粗=28.28mm
查教材表3-16平面加工方法，得粗车公差等级为IT11-13，取IT11，其公差T精=0.10mm，所以X粗=（28.28±
0.05）mm。
校核精车余量Z精：
Z精min=X精min-X精max=[（28.28-0.05）-（27.675+0.025）]=0.555mm,故余量足够。
查阅有关手册，取粗车的每转进给量f=0.5mm/r，精车的每转进给量f=0.1mm/r,取粗车的主轴转速为320r/min，精车的主轴转速为n=560r/min。
工序50精加工成型
（1）粗车—半精车—精车）各段外圆如表2-2
名称
加工余量
工序尺寸及公差
精车Φ50
0.6
Φ50
Φ50.5
1.25
Φ50.5
Φ73.5
0.55
Φ73.5
粗车Φ50
1.5
Φ50.6±
0.1
Φ51.75±
0.95
Φ74.05±
查阅有关手册，取粗车的每转进给量f=0.5mm/r,半精车的每转进给量f=0.3mm/r,精车的每转进给量f=0.1mm/r；
粗车的主轴转速为320r/min,精车的主轴转速为560r/min。
（2）粗镗孔—半精镗孔—精镗孔如表2-3
加工表面
加工余量
公差等级
工序尺寸
精镗
Φ26
0.2
IT7
Φ26
Φ31
Φ31
半精镗
0.4
IT9
Φ25.8
Φ30.8
粗镗
1
IT11
Φ25.4±
Φ30.4±
查阅有关手册，取粗镗的每转进给量f=0.5mm/r,半精镗的每转进给量f=0.3mm/r,精镗的每转进给量f=0.08mm/r,取粗镗ap=1mm,半精镗ap=0.8mm,精镗ap=0.2mm.
1．3．6时间定额计算工序70的时间定额
时间定额是在一定的生产条件下，规定完成一道工序所消耗的时间。
时间定额是衡量工艺过程的劳动生产率的主要指标，是安排生产计划、核算成本的重要依据，也是设计或扩建工厂（或车间）时计算设备和人员数量的主要资料。
完成一个零件的一道工序时间定额称为时间定额（TP），它由以下几部分组成：
⑴基本时间（tm）直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面形态或材料性质等工艺过程所消耗的时间。
⑵它辅助时间（ta）是实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。
⑶布置工作地时间（ts）它是为使加工正常进行所消耗的时间。
⑷休息和生理需要时间（tr.n）它是操作者在工作时间内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般可按作业时间的2%进行计算。
①机动时间参考有关资料，得钻孔的计算公式为
tj=（l+l1+l2）/（f*n）
l1=D*（cotkr）/2+（l-2）
l2=1～4,钻盲孔时l2=0
对钻孔6-Φ6.5mm有，
l1=[6.5*cot（118°
/2）/2+1.5]=3.45mm
l=70mm,取l2=3mm；
将以上数据及前面已选定f及n代入公式，得
tj=（70+3.45+3）/（0.4*630）=0.30mm
6tj=4*0.30min=1.2min
对钻孔6—Φ10mm有
l1=[10*cot（118°
/2）/2+1.5]mm=3mm
l=100mm,l2=0
将以上数据及前面已选定的f及n代入公式，得
tj=（100+3）/（0.3*1000）=0.34min
6tj=0.34*6=2.06min
对钻孔Φ2.8mm有
l1=[2.8*cot（118°
/2）/2+1.5]mm=2.34mm
取l=100mm,l2=0mm
tj=（100+2.34）/（0.4*230）=0.41min
对钻Ф3的孔有
l1=[3*cot（118°
/2）/2+1.5]=2.4mm
取l=10mm,l2=0mm,
tj=（10+2.4）/（0.035*45）=7.87min
对钻孔Ф2.4有
l1=[2.4*cot（118°
/2）/2+1.5]=2.22mm
取l=10mm,l2=0mm
tj=（10+2.22）/（23*0.5）=1.1min
参考有关资料，得扩孔底计算公式为
l1=（D-d）*（cotkr）/2+（l-2）
扩盲孔时，l2=0mm
对扩孔Ф2.5有
l1=[（2.5-2.4）*cot（118°
/2）/2+1.5）=1.53mm
tj=（10+1.53+0）/（0.25*15）=3.07min
1时间tj为
tb=（1.2+2.06+0.41+7.87+1.1+3.07）=15.71min
1．3．7机械加工工艺过程卡
①工艺过程综合卡片
简要写明各道工序，作为生产管理使用。
②工艺卡片
详细说明整个工艺过程，作为指导工人生产和帮助管理人员、技术人员掌握整个零件加工过程的一种工艺文件，除写明工序内容外，还应填写工序所采用的切削用量和工装设备名称、代号等。
③工序卡片
用于指导工人进行生产的更为详细的工艺文件，在大批量生产的关键零件的关键工序才使用。
（1）简图可按比例缩小，用尽量少的投影视图表达。
简图也可以只画出与加工部位有关的局部视图，除加工面、定位面夹紧面、主要轮廓面，其余线条可省略，以必需、明了为度。
（2）被加工表面用粗实线（或红线）表示，其余均用细实线。
（3）应标明本工序的工序尺寸，公差及粗糙度要求。
（4）定位、夹紧表面应以规定的符号标明。
工艺卡片见附表
2．法兰零件的加工程序
数控编程即数控机床加工程序的编制，它是数控机床使用中最重要的一个环节。
它分为手工编程和自动编程。
数控程序把零件加工的工艺过程、工艺参数（进给速度和主轴转速等）、位移数据（几何形状和几何尺寸等）及开关命令（换刀、切削液开/关和工件装卸等）等信息用数控系统规定的功能代码和格式按加工顺序编写成加工程序单，并记录在信息载体上。
数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。
数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。
通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成型表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔以及铰孔等工作。
车削中心可在一次装夹中完成更多的加工程序，提高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。
由于数控车床的加工对象多为回转体，一般使用通用三爪卡盘夹具。
数控车床的编程特点：
①绝对尺寸和增量尺寸G90和G91指令分别对应着绝对位置数据输入和增量位置数据输入。
②加工坐标系加工坐
升级会员 