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摘 要 工藝學是研究機械加工工藝技術和夾具設計為主的技術學科,具有很強的實踐性,要求學習過程中應緊密聯(lián)系生產實踐,同時它又具有很強的綜合性。 本次畢業(yè)設計研究的課題是法蘭盤加工工藝及夾具的設計，主要內容如下： 首先，對零件進行分析，主要是零件作用、結構和工藝的分析，通過零件分析可以了解零件的基本情況，而工藝分析可以知道零件的加工表面和加工要求。根據(jù)零件圖提出的具體加工要求，確定毛坯的制造形式和尺寸。 第二步，進行基面的選擇，確定加工過程中的粗基準和精基準。根據(jù)選好的基準，制定工藝路線方案，通常情況下制定兩種以上的工藝路線方案，通過工藝方案的比較分析，再確定出可以使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求得到合理保證的工藝路線方案。 第三步，根據(jù)已經確定的工藝路線，選擇加工設備及工藝裝備，再確定每一工步的切削用量及時間定額。 第四步，設計工序Ⅶ—鉆法蘭盤4mm斜孔的夾具。先提出夾具設計任務，選擇定位基準，再確定夾具結構方案，然后開始切削力、夾緊力的計算和定位誤差的分析。 最后，把整個設計過程整理為設計說明書和圖紙，至此整個設計基本完成。 關鍵詞：法蘭盤；加工工藝；夾具設計。 Abstract Technology is the study of machining fixture design technology and technology-based disciplines, with a very practical, requiring close contact with the learning process should be productive practice, but it also has a strong and comprehensive. The issue is the graduation of flange and fixture design process, the following key elements: First, the analysis of parts, mainly the role of parts, structural and process analysis, part by part analysis to understand the basic situation, The process analysis to know the machining surface and machining requirements. According to the specific part drawing processing requirements, to determine the manufacture of blank forms and dimensions. The second step, the choice of the base surface to determine the processing of coarse and fine reference base. According to the chosen benchmark, the development process route programs, usually two or more of the process line development program, through the process of comparative analysis of the program, and then determine the geometry can make the part shape, size and location accuracy of a reasonable accuracy and other technical requirements programs to ensure the process route. The third step, according to process routes have been identified, select the processing equipment and process equipment, and then determine the amount of each process step of cutting and time fixed for the rough. The fourth step, the design process Ⅶ - 4mm Flange drilling inclined holes of the fixture. To present the fixture design task, select locating datum, and then determine the fixture structure solution, and then began cutting force, clamping force calculation and analysis of positioning error. Finally, the process of finishing the entire design specifications and drawings for the design, bringing the whole design is basically completed. Keywords: Flange; Processing Technology; Fixture Design. 第1章 緒論 1.1機械加工工藝的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著機械制造業(yè)的發(fā)展和科學技術的進步，機械制造工藝的內涵和面貌下不斷發(fā)生變化，近一二十年的技術進展主要表現(xiàn)在以下幾方面： （1）常規(guī)工藝的不斷優(yōu)化 常規(guī)工藝的方向是實現(xiàn)高效化、精密化、強韌化、輕量化，以形成優(yōu)質高效、低耗少污染的先進實用工藝為主要目標，同時實現(xiàn)工藝設備、輔助工藝、工藝材料、檢測控制系統(tǒng)的成套工藝服務，使優(yōu)化工藝易于為企業(yè)所采用。 （2）新興加工方法的不斷出現(xiàn)和發(fā)展 新興加工方法包括精密加工、細微加工、特種加工及高密度能加工、新硬材料加工技術、表面功能性覆蓋技術和復合加工，以適應機械產品更新?lián)Q代對制造工藝提出的更高、更新的制造模式。 （3）自動化等高新技術與工藝的緊密結合 微電子、計算機和自動化技術與工藝及設備相結合，使傳統(tǒng)工藝面貌產生顯著、本質的變化，如生產線自動控制、在線檢測自適應控制、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助家具設計、計算機輔助裝配工藝設計和智能制造系統(tǒng)等。 1.2現(xiàn)代機械加工工藝的發(fā)展現(xiàn)狀 機械制造是國民經濟發(fā)展和各部門科技進步的基礎。在現(xiàn)代化條件下機械制造的發(fā)展方向是：開發(fā)工藝可行性廣、能保證各種原料消耗最少、可靠性和自動化精度高的新一代技術。 機械制造工藝及其實現(xiàn)組織形成的發(fā)展趨勢，在很大程度上取決于機器結構的發(fā)展方向和它的技術使用特征。機器制造中的科技進步將促進以計算機和生產全盤自動化為基礎的工序少和能源節(jié)約的工藝的建立推廣。 機器制造工藝組織的遠景發(fā)展的概念是考慮在集管理、信息和技術為一體的基礎上建立全盤自動化工廠，將最終產品的各個加工階段連接起來。這時，在科技發(fā)展現(xiàn)階段的自動化工廠將不是無人企業(yè)。由人服務和管理的體系和機器會發(fā)揮作用。新的智能型和集成型的生產手段與高度熟練的工作人員相結合，將在市場需求變化的條件下假造出滿足技術和社會經濟需求的先決條件。 在現(xiàn)今的發(fā)達國家中,毛坯生產的發(fā)展趨勢表明,今后毛坯生產發(fā)展方向是力圖在經濟合理的范圍內,使毛坯接近成品零件的尺寸形狀。這可降低金屬消耗量，減少加工余量和毛坯及鐵屑的運輸費用，這樣就可提高生產率，降低零件的加工成本。對于毛坯生產，其特點主要是擴大新的先進的節(jié)約資源的工藝過程運用領域。采用電子技術管理切削加工過程，提高了對毛坯質量精度的要求。這將使其加工工藝得到必要的完善。 在不久的將來，精密金屬摸鑄造和壓力鑄造將取代砂型鑄造。有前途的制取毛坯的方法將會得到發(fā)展，其中包括等靜壓法、金屬的壓力噴射成型擠壓、精密沖壓、預熱推擠方法等。金屬切削加工將被比較經濟的制取零件的方法所取代（如冷推擠法）。但由于所使用的設備昂貴，以及工件必須經過再次退火，使得這種方法只能在零件生產規(guī)模不少于100萬件時，經濟上才是合算的。 在金屬切削機床上加工工藝的發(fā)展趨勢，是擴大采用先進的工藝過程和提高加工自動化的程度。提高生產率，降低切削加工成本，在很大程度上取決于刀具和刀具材料的技術可行性。高速鋼和燒結合鎢硬質合金，由于價格相對較低，工具制造簡單，耐磨性好，強度高，所以促使其得到了廣泛的使用。 新型切削材料的使用有助于增大切削用量，提高生產率，擴大經濟效益。使粉末冶金高速鋼工具，并且用物理沉積法涂上耐磨涂層，是很有發(fā)展前途的。 對于鋼件的半精加工和精加工，采用以碳化鈦、碳氮化鈦為基的無鎢硬質合金。用細顆粒硬質合金代替高速鋼，可提高加工生產指標率。在加工韌性材料時，涂層硬質合金獲得了越來越廣泛的應用。用化學氣相沉積方法得到的陶瓷涂層的應用，可使切削速度大大提高，而這種切削速度在以前只有用礦物陶瓷切削刀具或金屬陶瓷才能達到。在加工淬火鋼，尤其是銑齒和拉削方面，以及有色金屬和合金的加工，非金屬材料的加工，使用硬質合金也是有發(fā)展前途的。 在硬質合金刀片上鑲上人造材料—多晶立方氮化硼，可用于加工硬度達HRC68的鎳鉻鋼或鉻鎳鉬鋼，其切削速度可達130m/min。在加工研磨性強的輕金屬和非金屬材料時，則采用多晶金剛石。 用碳化硅纖維增強的氧化物陶瓷，用于加工鎳合金、滲碳和熱處理后的鋼以及灰鑄鐵。氮化硅陶瓷在廣泛的切削速度范圍下使用（達1000m/min）。氮化硅陶瓷現(xiàn)在用于灰鑄鐵、高溫合金的加工，因為它有較高的抗擴散磨損的能力。 陶瓷結合劑的立方氮化硼砂輪、多孔砂輪和數(shù)控機床用的砂輪，具有壽命長、磨削性能穩(wěn)定的特點。今后在磨削中將使用優(yōu)質的加入合金成分的剛玉砂輪、用球形剛玉制造的砂輪、高純度單晶剛砂輪、高強度耐熱人造單晶剛石的復合材料砂輪。磨料的新型結合劑的開發(fā)將擴大高磨削的可能性。 除了上述傳統(tǒng)切削加工方法之外，還有范圍更廣泛的非金屬加工方法：電物理和電化學加工方法；微塑性變形尺寸加工法以及將兩種以上物理本質各不相同的加工方法合在一起的復合加工方法（化學反應，電腐蝕和磨粒加工等）。這些非傳統(tǒng)方法的合理應用領域，是在那些采用傳統(tǒng)切削方法不經濟或在技術上不可能實現(xiàn)的那些工序。 這樣，切削加工由于具有廣泛的工藝可行性，所以它在使用機床的加工方法中仍會占有優(yōu)先地位。電加工法，冷、熱擠壓，粉末冶金都只能在某些特殊領域部分地取代切削加工。而激光加工具有相當廣闊的發(fā)展前途，在不久的將來將取代工件外形切割和通孔鉆削。 近年來，機械制造工藝有著飛速的發(fā)展。比如，應用人工智能選擇零件的工藝規(guī)程。因為特種加工的微觀物理過程非常復雜，往往涉及電磁場、熱力學、流體力學、電化學等諸多領域，其加工機理的理論研究極其困難,通常很難用簡單的解析式來表達。近年來，雖然各國學者采用各種理論對不同的特種加工技術進行了深入的研究，并取得了卓越的理論成就，但離定量的實際應用尚有一定的距離。然而采用每一種特種加工方法所獲得的加工精度和表面質量與加工條件參數(shù)間都有其規(guī)律。因此，目前常采用研究傳統(tǒng)切削加工機理的實驗統(tǒng)計方 法來了解特種加工的工藝規(guī)律，以便實際應用，但還缺乏系統(tǒng)性。受其限制，目前特種加工的工藝參數(shù)只能憑經驗選取，還難以實現(xiàn)最優(yōu)化和自動化，例如，電火花成形電極的沉入式 加工工藝，它在占電火花成形機床總數(shù)95%以上的非數(shù)控電火花成形加工機床和較大尺寸的模具型腔加工中得到廣泛應用。雖然已有學者對其CAD、CAPP和CAM原理開展了一些研究，并取得了一些成果，但由于工藝數(shù)據(jù)的缺乏，仍未有成熟的商品化的CAD/CAM系統(tǒng)問世。通常只能采用手工的方法或部分借助于CAD造型、部分生成復雜電極的三維型面數(shù)據(jù)。隨著模糊數(shù)學、神經元網(wǎng)絡及專家系統(tǒng)等多種人工智能技術的成熟發(fā)展，人們開始嘗試利用這一技術 來建立加工效果和加工條件之間的定量化的精度、效率、經濟性等實驗模型，并得到了初步的成果。因此，通過實驗建模，將典型加工實例和加工經驗作為知識存儲起來，建立描述特種加工工藝規(guī)律的可擴展性開放系統(tǒng)的條件已經成熟。并為進一步開展特種加工加工工藝過程的計算機模擬，應用人工智能選擇零件的工藝規(guī)程和虛擬加工奠定基礎。 1.3機床夾具的發(fā)展趨勢 夾具最早出現(xiàn)在18世紀后期, 在機械加工過程中，夾具占有非常重要的地位，它可靠地保證了工件的加工精度，提高了加工效率，減輕了勞動的強度。隨著科學技術的不斷進步,夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。 國際生產研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產的工件品種已占工件種類總數(shù)的85%左右?，F(xiàn)代生產要求企業(yè)所制造的產品品種經常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產能力的工廠里，約有數(shù)千甚至近萬套夾具；另一方面，在多種生產的企業(yè)中，每隔3～5年就要更新50%～80%左右的專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10%～20%左右。特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術應用，對機床夾具提出了如下新的要求： （1）能迅速而方便地裝備新產品的投產，以縮短生產準備周期，降低生產成本； （2）能裝夾一組具有相似性特征的工件； （3）能適用于精密加工的高精度機床夾具； （4）能適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具； （5）采用以液壓站為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高生產率； （6）提高機床夾具的標準化程度。 1.4現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展趨勢 夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經濟的方向發(fā)展。 （1）高精機床加工精度提高，降低定位誤差，提高加工精度對夾具制造精度要求更高高精度夾具定位孔距精度高達±5μm，夾具支承面垂直度達到0.01mm/300mm，平行度高達0.01mm/500mm。德國demmeler（戴美樂）公司制造4m長、2m寬孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為±0.03mm；精密平口鉗平行度和垂直度5um以內；夾具重復安裝定位精度高達±5um；瑞士EROWA柔性夾具重復定位精度高達2～5um。機床夾具精度已提高到微米級，世界知名夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè)。誠然，適應不同行業(yè)需求和經濟性，夾具有不同型號，以及不同檔次精度標準供選擇。 （2）高效提高機床生產效率，雙面、四面和多件裝夾夾具產品越來越多。減少工件安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷推陳出新。新型電控永磁夾具，加緊和松開工件只用1～2秒，夾具結構簡化，為機床進行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。縮短機床上安裝與調整夾具時間，瑞典3R夾具僅用1分鐘，即可完成線切割機床夾具安裝與校正。采用美國Jergens（杰金斯）公司球鎖裝夾系統(tǒng)，1分鐘內就能將夾具定位和鎖緊機床工作臺上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產線上更換夾具，起到縮短停機時間，提高生產效率作用。 （3）模塊、組合夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化基礎。利用模塊化設計系列化、標準化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發(fā)基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)各種先進夾具系統(tǒng)創(chuàng)新之中。模塊化設計為夾具計算機輔助設計與組裝打下基礎，應用CAD技術，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優(yōu)化設計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具切削過程，既能為用戶提供正確、合理夾具與元件配套方案，又能積累使用經驗，了解市場需求，不斷改進和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學合作，正著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網(wǎng)站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產品咨詢與開發(fā)公共平臺，爭取實現(xiàn)夾具設計與服務通用化、遠程信息化和經營電子商務化。 （4）通用、經濟夾具通用性直接影響其經濟性。采用模塊、組合式夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，夾具系統(tǒng)可重組性、可重構性及可擴展性功能強，應用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經濟性好。德國demmeler（戴美樂）公司孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少配套元件，即能組裝成多種多樣焊接夾具。元件功能強，使夾具通用性好，元件少而精，配套費用低，經濟實用才有推廣應用價值。 目前中國制造業(yè)發(fā)展迅猛，以前的我國制造業(yè)普遍使用剛性專機加工各種各樣的零部件，導致改型和生產個零部件周期較長。隨著我國制造業(yè)發(fā)展和各種各種零件的需求與日俱增，加工設備和工藝也向著柔性化的方向轉變。加工裝備的柔性概念和需求主要體現(xiàn)在對設備快速性和適應性的需求上，因此制造商不得不尋求柔性和產量之間的最佳組合。當然，在滿足了柔性的條件下、也有著不同的解決方案，如：模塊化、可變換化、可重新配置化、在線兼容性等。不論采用哪種方案，使用高性能的液壓夾具都顯得尤為重要，現(xiàn)在，柔性專機、可重新配置的機床及專用加工中心的組合應用，使得發(fā)動機零件的加工變得越來越柔性化，具體情況取決于每個加工項目的產量配額使用液壓夾具的主要優(yōu)勢是能節(jié)省夾緊和松卸工件時所花的大量的時間。有關統(tǒng)計資料表明液壓夾緊相比機械夾緊節(jié)省90%～95%的時間，縮小了生產循環(huán)周期，從而增加了產量也就意味著降低了成本。 當加工一長型鋁合金零件時，刀具通過時旋轉油缸可快速讓開，刀具通過后可快速復位。液壓夾具系統(tǒng)的第二項重要特點是可實現(xiàn)非常高的定位精度。關鍵在于夾緊力在定位和夾緊過程中保持恒定不變，從而確保了同一道工序下的加工質量一致性。 1.5法蘭盤發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 法蘭盤由英國傳入我國，早期的工人將Flange音譯為法蘭。法蘭盤在我國機械行業(yè)、建筑行業(yè)和水利水電行業(yè)應用及其廣泛，自上世紀90年代以來，日本在我國開辟法蘭市場之后，緊接著韓國和歐美等國也蜂擁而至，導致我國法蘭市場的份額大增。近幾年來，我國在法蘭的制造領域和研發(fā)領域取得了一定的突破，因產業(yè)鏈和市場的影響，加上政策的支持，大量的工廠和個人加工作坊開始大批量的生產和銷售法蘭成品。經調查發(fā)現(xiàn)，近幾年全球在法蘭方面的市場容量聯(lián)創(chuàng)新高，產銷規(guī)模大幅 圖1.1 法蘭盤 增加，價格也居高不下。由此導致的研究領域在開發(fā)法蘭產品方面也加快了步伐，各種類型和功能的法蘭產品層出不窮。 圖1.2 數(shù)控龍門銑床上的法蘭盤 圖1.3 小段龍門銑床上的法蘭盤 第2章 零件的分析 2.1零件的作用及結構分析 法蘭（Flange）又稱法蘭盤或者突緣，通常是指在一個類似盤狀的金屬體色的周邊開上幾個固定用的孔用于連接其它東西的一種零件。主要用來使管子與管子相互連接的，連接于管端；可用于連接其它零件或可用于增加其他零件強度的一種零件。法蘭上有孔眼，可穿螺栓，使兩法蘭緊連。法蘭間用襯墊密封。它可由澆鑄而成，也可由螺紋連接或焊接構成。法蘭聯(lián)接由一對法蘭、一個墊片及若干個螺栓螺母組成，墊片放在兩法蘭密封面之間，擰緊螺母后，墊片表面上的比壓達到一定數(shù)值后產生變形，并填滿密封面上凹凸不平處，使聯(lián)接嚴密不漏。法蘭連接使用方便，能夠承受較大的壓力，是管道施工的重要連接方式。 本次設計題目給定的法蘭盤(三維圖見圖2.1，二維視圖詳見附件1)在數(shù)控機床里起支承和導向作用，是回轉體零件，本法蘭盤是回轉面和平面的結合，內部由階梯和螺紋孔組成，此零件的結構較簡單，但是零件的精度要求高，有良好的減振性，鑄造性能好。要求有較高的耐磨性，較高的強度和回轉穩(wěn)定性。 圖2.1 法蘭盤三維視圖 2.2零件的生產綱領和生產類型 根據(jù)設計題目給定的條件：年產量3500件，設其備品率6%，機械加工廢品率2%?，F(xiàn)制定該零件的機械加工工藝規(guī)程。 技術要求如下：①鑄件應消除內應力；②未注明鑄造圓角R2～R3；③鑄件表面不得有粘砂、多肉、裂痕等缺陷；④鑄件表面倒角為1×45°；⑤去毛刺、銳邊倒鈍；⑥材料：HT150，質量：1.34kg（輕型零件）。 年生產綱領為： N==3500×(1+6%)×（1+2%)=3785件/年 (式2.1) 查表可知該產品為中批生產。 2.3零件的工藝分析 本法蘭盤其材料為HT150，質量為1.34kg。該材料具有較高的強度、耐磨性、耐熱性及減震性，適用于承受較大應力、要求耐磨的零件。 (1)法蘭盤的精度要求 ①外圓：80h11mm，公差等級為IT11，表面粗糙度Ra1.6um；120±1mm，未注公差尺寸，表面粗糙度Ra3.2um；52g6mm, 公差等級為IT6，表面粗糙度Ra1.6um。 ②圓孔：mm，公差等級為IT7，表面粗糙度Ra1.6um，與mm同軸度0.04；mm，公差等級為IT6，表面粗糙度Ra1.6um；65mm，未注公差尺寸，表面粗糙度Ra1.6um。 ③螺紋：mm，普通細牙螺紋，公差等級為IT6，表面粗糙度為Ra3.2um。 ④切面：大圓切面與120±1的軸心線距離mm，公差等級為IT11，表面粗糙度為Ra3.2。 (2)法蘭盤的位置精度 ①端面： mm右端面距 mm左端面60mm，表面粗糙度為Ra3.2um；120±1右端面距80h11左端面47mm，表面粗糙度為Ra1.6um；120±1 mm左端面距右端面15mm，表面粗糙度為Ra3.2um； ②切面：大圓切面與120±1 mm的軸心線距離mm。 ③斜孔：4mm孔軸線與軸線夾角為，且距離120外圓面33mm。 第3章 零件毛坯的選擇 3.1確定毛坯的制造形式 毛坯的制造形式應根據(jù)生產批量的大小，零件的形狀和尺寸，零件的受力情況，工廠現(xiàn)有的設備和技術經濟性等因素來決定。本次設計加工的零件是“法蘭盤”，年產量為中批，材料為HT150，為了使鑄件的加工余量小以保證加工精度，一模多用（?？梢灾貜褪褂?，減少造模時間）以提高生產效率，所以選用金屬型澆注。由于零件形狀并不復雜，所以毛坯形狀可以與零件的形狀盡量接近，只鑄除內孔36mm、62mm，其余孔不鑄出。此外，為消除殘余應力，鑄造后應安排人工時效。 3.2確定整體機械加工余量及形狀 查閱[10]P38表2.2-4、表2.2-3可得零件材料為HT150，采用金屬型澆注時，鑄件尺寸公差等級采用CT9，機械加工余量等級為MA-G級，同時根據(jù)個加工表面鑄件機械加工余量如下表： 表3.1 各表面鑄件機械加工余量 表 面 基本尺寸 （mm） 加工余量 等 級 加工余量 （mm） 說明 M1、M5 60 F 3.0 端面 M2、M6 15 F 3.0 端面 M8 20 F 3.0 端面 M3 52 F 5 外圓面 M4 120 F 5 外圓面 M7 80 F 5 外圓面 K1 36 F 2 內圓面 K2 62 F 2 內圓面 K3 62.4 F 1.6 內圓面 查閱[10]P44表2.2-6可得：金屬型鑄造成批生產鑄件最小孔直徑一般為10～205mm，故內孔36mm、62mm鑄出，而孔18mm、3-16.5mm、3-11mm、4mm均不鑄出。為簡化零件鑄造工藝，縮短鑄造周期，同時結合以下因素分析： (1)圓角半徑的確定對于砂型及金屬型鑄件一般統(tǒng)一用R3或R5，本零件的鑄造圓角半徑為R3； (2)對加工孔mm、52g6mm、mm的同軸度有影響。對加工3-16.5mm、3-11mm的同軸度有影響。 3.3確定鑄件的加工表面尺寸及偏差 根據(jù)鑄件表面的機械加工余量，確定鑄件各表面基本尺寸及偏差，見表3.2。毛坯結構尺寸見圖3.1，三維視圖見圖3.2. 表3.2 各表面鑄件基本尺寸及偏差 表 面 加工余量 零件尺寸 鑄 件 基本尺寸 偏 差 鑄件尺寸 M1 3.0 60 66 ±0.5 66±0.5 M5 3.0 M2 3.0 15 21 ±0.5 21±0.5 M6 3.0 M1 3.0 20 26 ±0.5 26±0.5 M8 3.0 M3 5.0 52 57 ±0.4 57±0.4 M4 5.0 120 125 ±0.4 125±0.4 M7 5.0 80 85 ±0.4 85±0.4 K1 2.0 36 34 ±0.4 34±0.4 K2 2.0 62 60 ±0.4 60±0.4 K3 1.6 62.4 60 ±0.4 60±0.4 圖3.1 毛坯圖 圖3.2 法蘭盤毛坯結構三維視圖 第4章 工藝規(guī)程的設計 4.1基面的選擇 定位基準的選擇是工藝規(guī)程設計中重要的工作之一。定位選擇的正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有可能造成零件大批報廢，使生產無法正進行的情況。 4.1.1選擇粗基準 因為法蘭盤可看作盤類或軸類零件，按照“保證不加工表面與加工表面相互精度原則”的粗基準選擇原則（即當零件有不加工表面時，應以這些不加工表面作為粗基準；若零件有若干個不加工表面時則應與這些加工表面要求相對精度較高的不加工表面作為粗基準）。同時,52g6外圓既是精度最高又是壁厚最薄的表面，為保證加工要求。固選52g6外圓及右端面為粗基準。 4.1.2選擇精基準 法蘭盤的外圓52g6既是裝配基準，又是設計基準。根據(jù)零件圖的設計基準來制定工藝的精基準。由于零件的設計基準為52g6，所以在設計工藝方案時以52g6外圓為精基準來加工各外圓表面,以52g6右端面為精基準來加工其他端面。這可避免由于基準不重合而產生的誤差，選用外圓52g6為定位基準，即遵循“基準重合”的原則。 4.2擬定工藝過程 4.2.1選擇表面加工方法 法蘭盤的加工面有外圓、內孔、端面、槽及小孔等。材料為HT150，查閱[10]P20表1.4-6、表1.4-7、表1.4-8可得其加工方法如下表4.1。 表4.1 各加工表面加工方法及相關信息 加工表面 工序工步名 稱 工序工步余 量 工序工步基本尺寸 工序工步經濟精度 工步尺 寸 及偏差 表 面 粗糙度 公 差 等 級 公 差 52 右端面 粗車 Z=3 -- IT13 0.30 63±0.15 6.3 毛坯 Z=3 -- -- -- -- 25 120 右端面 精車 Z=0.8 13 IT7 0.030 13 1.6 半精車 Z=1.0 12.2 IT9 0.074 13.8 3.2 粗車 Z=1.2 11.2 IT11 0.11 14.8 6.3 毛坯 Z=3 10 -- 1.0 16±0.5 25 表4.1（續(xù)） 52 外圓面 精車 2Z=0.8 52 IT6 0.019 52 1.6 半精車 2Z=1.0 52.8 IT9 0.074 52.8 3.2 粗車 2Z=3.2 53.8 IT11 0.190 53.8 6.3 毛坯 2Z=5 57 -- 0.8 57±0.4 25 120 左端面 半精車 Z=1.0 15 IT9 0.043 15.8 3.2 粗車 Z=2.0 16 IT11 0.11 17.8 6.3 毛坯 Z=3 18 -- 1.0 21±0.5 25 120 外圓面 粗車 2Z=5 120 IT10 0.14 120 6.3 毛坯 2Z=5 125 -- 1.0 125±0.5 25 80 左端面 半精車 Z=1.0 32 IT9 0.062 47.8 3.2 粗車 Z=2.0 33 IT11 0.160 49.8 6.3 毛坯 Z=3 35 -- 1.0 53±0.5 25 80 外圓面 精車 2Z=0.8 80 IT6 0.019 80 1.6 半精車 2Z=1.0 80.8 IT9 0.074 80.8 3.2 粗車 2Z=3.2 81.8 IT11 0.19 81.8 6.3 毛坯 2Z=5 85 -- 0.8 85±0.4 25 孔36 精車 2Z=0.04 36 IT6 0.016 36 1.6 半精車 2Z=0.76 35.96 IT8 0.039 35.96 3.2 粗車 2Z=1.2 35.2 IT11 0.16 35.2 6.3 毛坯 2Z=2 34 -- 1.0 34±0.5 25 槽 3×0.5 切槽 2Z=1 51 IT14 0.16 51 12.5 毛坯 2Z=6 57 -- 1.0 57±0.5 25 孔62 精車 2Z=0.2 62 IT6 0.015 62 1.6 半精車 2Z=0.8 61.8 IT11 0.074 61.8 3.2 粗車 2Z=1.0 61 IT13 0.19 61 6.3 毛坯 2Z=2 60 -- 1.0 60±0.5 25 孔62.4 精車 2Z=0.2 62.4 IT6 0.019 62.4 1.6 半精車 2Z=0.8 62.2 IT11 0.074 62.2 3.2 粗車 2Z=1.4 61.4 IT13 0.019 61.4 6.3 毛坯 2Z=2.4 60 -- 1.0 60±0.5 25 孔65 車 2Z=2.6 65 IT9 0.074 65 1.6 毛坯 2Z=5 60 -- 1.0 60±0.5 25 溝槽 4×0.5 切槽 2Z=1.0 63 IT13 0.062 60 3.2 毛坯 2Z=3 60 -- 1.0 60±0.5 25 鍵槽 6×5 銑 Z=5 -- IT13 0.01 -- 12.5 毛坯 Z=5.748 -- -- 0.02 -- 25 孔3-11 鉆 2Z=11 11 IT12 0.18 11 12.5 毛坯 實心 -- -- -- -- -- 孔3-16.5 鉆 2Z=16.5 16.5 IT12 0.18 16.5 12.5 毛坯 實心 -- -- -- -- 25 孔18 鉆 2Z=18 18 IT12 0.18 18 12.5 毛坯 實心 -- -- -- -- 25 表4.1（續(xù)） 孔4 鉆 2Z=4 4 IT12 0.12 4 6.3 毛坯 實心 -- -- -- -- 25 面8 粗銑 6 54 IT12 0.3 54 6.3 毛坯 8.25 62.5 -- 1.0 62.5±0.5 25 面9 精銑 1.5 34.5 IT11 0.2 34.5 3.2 粗銑 24 36 IT12 0.25 36 6.3 毛坯 28 62.5 -- 1.0 62.5±0.5 25 4.2.2確定工藝過程方案 制定工藝路線的出發(fā)點，應當使零件的幾何形狀、尺寸精度、位置精度和表面質量等技術要求能得到合理的保證。在生產綱領已經確定為中批生產的條件下，可以考慮采用通用機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產率。還有，應當考慮經濟效果，以便降低生產成本。 零件加工表面代號見圖4.1。 圖4.1 零件加工表面代號示意圖 工藝路線方案一： 工序Ⅰ：鉆、擴、粗鉸、精鉸36mm孔至圖樣尺寸。 工序Ⅱ： 粗車、半精車、精車52mm和120mm柱體右端面；粗車、半精車、精車52mm和120mm外圓；車52mm、120mm柱體的右端面外圓倒角。 工序Ⅲ：車槽3×0.5mm。 工序Ⅳ： 粗車、半精車、精車80mm和120mm柱體左端面；粗車、半精車、精車80mm外圓；車80mm、120mm柱體的右端面外圓倒角。 工序Ⅴ：鉆58mm孔；鉆、擴、粗鉸、精鉸62mm孔。 工序Ⅵ ：鉆、擴、粗鉸、精鉸M64×1.5mm；車M64×1.5mm左端的內圓倒角。 工序Ⅶ：車62mm孔內的槽4×1.5mm。 工序Ⅷ：粗銑、精銑36mm孔內6×5mm的凹槽。 工序Ⅸ：鉆120mm柱體右端面的18mm孔；鉆3-11mm孔；鉆3-16.5mm沉孔。 工序Ⅹ：鉆4mm斜孔。 工序Ⅺ：磨削80mm、52mm外圓面；磨削120mm右端面。 工序Ⅻ：粗銑、精銑C面，即120mm圓兩切除側面至圖樣尺寸。 工藝ⅩⅢ：檢測入庫。 工藝路線方案二： 工序Ⅰ： 粗車、半精車、精車52mm和120mm柱體右端面；粗車、半精車、精車52mm和120mm外圓；車52mm、120mm柱體的右端面外圓倒角。 工序Ⅱ：車槽3×0.5mm。 工序Ⅲ： 粗車、半精車、精車80mm和120mm柱體左端面；粗車、半精車、精車80mm外圓；車80mm、120mm柱體的右端面外圓倒角。 工序Ⅳ：鉆、擴、粗鉸、精鉸36mm孔至圖樣尺寸。 工序Ⅴ：鉆58mm孔；鉆、擴、粗鉸、精鉸62mm孔。 工序Ⅵ： 鉆、擴、粗鉸、精鉸螺紋M64×1.5mm；車螺紋M64×1.5mm左端內圓倒角。 工序Ⅶ：車62mm孔內的槽4×1.5mm。 工序Ⅷ：粗銑、精銑36mm孔內6×5mm的凹槽。 工序Ⅸ：粗銑、精銑C面，即120mm圓兩切除側面至圖樣尺寸。 工序Ⅹ：鉆120mm柱體左端面的18mm孔；鉆3-11mm孔；鉆3-16.5mm沉孔。 工序Ⅺ：鉆4mm斜孔。 工序Ⅻ：磨削80mm、52mm外圓面；磨削120右端面。 工藝ⅩⅢ：檢測入庫。 4.2.3工藝方案的分析與比較 上述兩種工藝方案的特點在于： 方案一是從工件右端加工至左端,以52mm外圓作為粗基準加工36mm孔及52mm、120mm右端面,又以孔為精基準加工外圓52mm和120mm。而方案二同樣以52mm外圓作為粗基準加工右端面和外圓，調頭裝夾之后以80mm為粗基準加工36mm孔58mm、62mm和螺紋M64×1.5mm，這樣有助于保證各孔的同軸度。 方案一采用先加工孔18mm、3-11mm、3-16.5mm及斜孔4mm后磨削加工，最后進行C面銑削加工；而方案則采用先銑削C面再孔加工，最后進行磨削加工。一是先銑削C面再進行孔加工要保證孔位置的難度較大，二是銑削完C面后在磨床上進行磨削120右端面時比較困難。比較而言方案一中工序Ⅸ、工序Ⅹ、工序Ⅺ、工序Ⅻ比方案二更合理。 綜上所訴，方案一和方案各有二優(yōu)缺點，所以結合兩種方案的工藝特點進行修改具體工藝過程如下： 工序Ⅰ：以80mm左端面和外圓面定位，三爪卡盤夾緊：粗車面M1、面M2（即52mm和120mm右端面）；粗車面M3、面M4（即52mm和120mm外圓面）；粗車孔K1（即36mm孔）。 圖4.2 工序Ⅰ加工示意圖 工序Ⅱ：以粗車的52mm外圓面及120mm右端面定位，專用夾具夾緊：粗車面M5、面M6（即80mm和120mm左端面）；粗車面M7（即80mm外圓面）；粗車孔K2、孔K3（即62mm孔、62.4mm孔）。 圖4.3 工序Ⅱ加工示意圖 工序Ⅲ：以粗車的80mm左端面和外圓面定位，三爪卡盤夾緊：半精車面M2（即120mm右端面）；半精車面M3（即52mm外圓面）；半精車孔K1（即36mm孔）。 圖4.4 工序Ⅲ加工示意圖 工序Ⅳ：以半精車的52mm外圓面及120mm右端面定位，專用夾具夾緊：半精車面M5、面M6（即80mm和120mm左端面）；半精車面M7（即80mm外圓面）；半精車孔K2、孔K3（即62mm孔、62.4mm孔）；車圓弧Y1形成面M8（即圓弧R3）。 圖4.5 工序Ⅳ加工示意圖 工序Ⅴ：以半精車的80mm左端面和外圓面定位，三爪卡盤夾緊：精車面M2（即120mm右端面）；精車面M3（即52mm外圓面）；切槽C1(即槽3×0.5mm)；精車孔K1(即36mm)；倒角D1、D2(即52mm、120mm右端面外圓倒角)。 圖4.6 工序Ⅴ加工示意圖 工序Ⅵ：以半精車的80mm左端面和半精車的62.4mm孔定位，專用夾具夾緊：鉆小孔K6（即4mm小孔）。 圖4.7 工序Ⅵ加工示意圖 工序Ⅶ：以精車的120mm外圓面及右端面定位，專用夾具夾緊：鉆孔K4、锪鉆孔K5（即3-11mm孔、 3-16.5mm沉孔）。 圖4.8 工序Ⅶ加工示意圖 工序Ⅷ：以精車的80mm左端面和120mm外圓面定位，專用夾具夾緊：鉆盲孔K7（即120mm柱體左端面的18mm盲孔）。 圖4.9 工序Ⅷ加工示意圖 工序Ⅸ：以精車的80mm外圓面和左端面定位，專用夾具夾緊：銑鍵槽C4（即36mm孔內6×5mm鍵槽）。 圖4.10 工序Ⅸ加工示意圖 工序Ⅹ：以精車的80mm左端面和外圓面定位，專用夾具夾緊：粗銑面M8、面M9 (即120mm大圓盤距軸線54mm和34.5mm切面) ；精銑面M9 (即120mm大圓盤距軸線34.5mm切面)；D6、D7去毛刺。 圖4.11 工序Ⅹ加工示意圖 工序Ⅺ：以精車的52mm外圓面及120mm右端面定位，專用夾具夾緊：精車面M7（即80mm外圓面）；精車孔K2、孔K3、K8（即62mm孔、62.4mm孔及65mm孔）；切溝槽C2（即4×0.5mm溝槽）。 圖4.12 工序Ⅺ加工示意圖 工序Ⅻ：以精車的52mm外圓面及120mm右端面定位，專用夾具夾緊：倒角D3、D4、D5（即80mm、120mm右端面外圓倒角及62.4mm孔內圓倒角）；車螺紋L1（即M64×1.5mm螺紋）。 圖4.13 工序Ⅻ加工示意圖 工序ⅩⅢ：檢測入庫 4.3加工設備和工藝裝備的選擇 4.3.1機床的選擇 (1)工序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅺ、Ⅻ是車削加工。本零件外輪廓尺寸不大，精度要求不是很高，又是回轉體，固宜在車床上進行車加工。查閱[10]P141表4.2-2可得：工序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅺ選用型號為C365L轉塔式車床，中心高度=210mm。工序Ⅻ選用型號為CK6136數(shù)控車床，主電動機功率4 kW。 (2)工序Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ是鉆4mm小孔、3-11mm孔 、3-16.5mm孔及18mm的盲孔，可采用立式鉆床加工。查閱[10]P149表4.2-14可得：選用型號為Z525立式鉆床，最大鉆孔直徑25mm，主電動機功率2.8kW，機床效率0.81。 (3)工序Ⅸ是銑削6×5mm鍵槽，可采用立式銑床加工。查閱[10]P159表4.2-35可得：選用型號為X51立式銑床進行加工，主軸孔徑25mm，主軸中心線至床身垂直導軌面距離270mm。工序Ⅹ是銑大圓盤切面，可采用臥式銑床進行銑平面加工。查閱[7]P111表3.30可得：選用型號為XA5302臥式銑床，最大縱線行程680mm，進給機構允許的最大抗力15000N，進給電動機功率1.7kW，機床效率0.75。 4.3.2夾具的選擇 零件法蘭盤加工過程中工序Ⅵ鉆小孔4mm需要用專用夾具（詳見第五章夾具的設計），工序Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ采用通用夾具三爪卡盤，其他各工序使用專用夾具。 4.3.3刀具的選擇 (1)車床上加工刀具的選擇 在車床上加工的工步一般都選用硬質合金車刀，加工鑄件類零件采用YG類硬質合金。 ①查閱[10]P77表3.1-1和P78表3.1-2可得：端面及倒角選用偏頭端面車刀，粗、半精加工及倒角為硬質合金YG6，精加工為硬質合金YGX6，前刀面形狀為平面帶倒棱型，主偏角=，副偏角=，前角=，后角=，刃傾角=，刀尖角圓弧半徑=0.5。 ②查閱[10]P77表3.1-1和P78表3.1-2可得：外圓面選用焊接式直頭外圓車刀，粗、半精加工為硬質合金YG6，精加工為硬質合金YGX6，刀片厚度5mm，YG6硬質合金，前刀面帶倒棱形，主偏角=，前角=，后角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖角圓弧半徑=0.5mm。 ③車孔時選用硬質合金YG6內圓車刀，=，=,=0.5mm。 ④查閱[10]P77表3.1-1和P78表3.1-2可得：切槽時為提高生產率及經濟性，可選用硬質合金YG6切槽刀，前刀面形狀為平面帶倒棱型，刀桿尺寸16mm×25mm,刀片厚度取3mm, 主偏角=，副偏角=，前角=，后角=，刃傾角=，刀尖角圓弧半徑=0.2～0.5mm。 ⑤查閱[17]P191圖8-11可得：內螺紋加工選用硬質合金YG6普通三角內螺紋車刀。 ⑥查閱[10]P77表3.1-1和P78表3.1-2可得：圓弧R3選用YG6圓弧車刀加工。 (2)鉆床上加工孔時刀具的選擇 查閱[7]P44表2.1和P46表2.2得： ①鉆3-11mm孔選直柄高速鋼麻花鉆，標準，為定值，=11mm，L=100mm ，=，=，=7mm，=，=，=1mm， =2mm。 ②鉆3-16.5mm孔選直柄高速鋼麻花鉆，雙錐、修磨橫刃、棱帶，=16.5mm，L=100mm； =，=，=，=7mm，=，=，=2mm， =4mm。 ③鉆4mm通孔選直柄高速鋼麻花鉆，標準，為定值，=4mm，L=60mm，=，=，=7mm，=，=，=1mm， =2mm。 ④鉆18mm的盲孔，選直柄高速鋼麻花鉆，雙錐、修磨橫刃、棱帶，=18mm ，L=150mm， =，=，=，=7mm，=，=，=2mm， =4mm。 (3) 銑床上銑鍵槽刀具的選擇 根據(jù)銑削寬度=6mm，銑削深度=20mm，查閱[10]P99表3.1-27和P101表3.1-39可得：選用高速鋼錐柄立銑刀，=6mm，=94mm，=24mm，=4。 (4) 銑床上銑大圓盤切面刀具的選擇 查閱[10]P107表3.1-40及[7]P84表3.1、表3.2得可得：銑大圓盤切面選用硬質合金端銑刀，硬質合金YG6，=100mm， Z=10mm，=,=，=，=，=，=。 4.3.4量具的選擇 選擇計量器具時，應根據(jù)被測零件的精度要求，零件的形狀、體積、重量、生產批量、表面情況、測量方法、經濟性等進行全面衡量。選擇量具的方法有兩種：一是按計量器具 的不確定度選擇；二是按計量器具的測量方法極限誤差選擇。法蘭盤加工屬于成批生產，零件精度等級要求不高，形狀規(guī)則，尺寸輪廓不大，加工中方便測量，因此一般采用通用量具。 (1)選擇外圓面加工所用量具（按計量器具的不確定度選擇） 工序Ⅴ中精車52g6外圓面達到圖紙要求，現(xiàn)按計量器具的不確定度選擇該表面加工時所用量具，該尺寸公差T=0.02mm。查閱[10]P175表5.1-1得：計量器具不確定度允許值=0.0018 mm。查閱[10]P177表5.1-6，分度值0.02mm的游標卡尺，其不確定數(shù)值，不能使用。必須，故應選分度值0.01mm的外徑千分尺（u=0.005mm）。查閱[10]P185表5.2-10中選擇測量范圍為50～75mm，分度值為0.01mm的外徑千分尺（GB1216-85）即可滿足要求。 按照上述方法選擇本零件各外圓加工面的量具如表4.2所列。 (2) 選擇孔加工所用量具（按計量器具的測量方法極限誤差選擇） 粗車孔mm公差等級為IT11。查閱[10]P177表5.1- 5得：精度系數(shù)K=10，計量器具測量方法的極限誤差。查閱[10]P177表5.1- 6可選內徑百分尺。查閱[10]-P185表5.2-11中選分度值0.01mm，測量范圍30～40mm的內徑百分尺（GB8177-87）即可。 粗車、半精車孔時均可按照此法選擇量具。精車時由于精度要求高，固選用極限量規(guī)，由查閱[10]P179表5.2- 1得到，則選擇本零件各孔加工所選量具如表4.2所列。 表4.2 外圓面加工所用量具列表 工序 加工面尺寸 尺寸公差 量 具 Ⅰ 53.8 0.50 分度值0.02測量范圍0～150mm游標卡尺 (GB1214-85) 120 1.0 Ⅱ 81.8 0.60 分度值0.02測量范圍0～150mm游標卡尺 (GB1214-85) Ⅲ 52.8 0.20 分度值0.01測量范圍50～75mm外徑千分尺 (GB1216-85) Ⅳ 80.8 0.22 分度值0.01測量范圍75～100mm外徑千分尺 (GB1216-85) Ⅴ 52 0.05 分度值0.01測量范圍50～75mm外徑千分尺 (GB1216-85) Ⅸ 80 0.05 分度值0.01測量范圍75～100mm外徑千分尺 (GB1216-85) 表4.3 孔加工所用量具列表 工序 加工面尺寸 尺寸公差 量 具 Ⅰ 35.2 0.33 分度值0.02測量范圍0～150mm游標卡尺 (GB1214-85) Ⅱ 61 0.46 分度值0.02測量范圍0～150mm游標卡尺 (GB1214-85) 61.4 0.46 Ⅲ 35.96 0.16 測量范圍30～40mm的錐柄圓柱塞規(guī) (GB6322-86) Ⅳ 61.8 0.19 分度值0.01mm測量范圍50～125mm的內徑百分尺 （GB8177-87） 62.2 0.19 Ⅴ 36 0.02 測量范圍30～40mm的錐柄圓柱塞規(guī) (GB6322-86) Ⅸ 62 0.015 測量范圍50～65mm的三牙鎖緊式圓柱塞規(guī) (GB6322-86) 62.4 0.02 (3)選擇槽加工所用量具 鍵槽經粗銑、半精銑兩次加工。槽寬及槽深的尺寸公差等級為：粗銑是均為IT14；半精銑是槽寬為IT13。均可選用分度值為0.02mm，測量范圍0～150mm的游標卡尺（GB1214-85）進行測量。 (4)選擇螺紋加工所用量具 內螺紋M64×1.5精度沒有特殊要求，采用適合的內螺紋車刀一次車出即可滿足要求，采用通端螺紋塞規(guī)作為量具。 4.4確定工序尺寸 確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圖樣的要求標注。當無基準裝換時，同一表面多次加工的工序尺寸只與工序（或工步）的加工余量有關。當基準不重合時，工序尺寸應用工藝尺寸鏈解算。 零件法蘭盤軸向、各外圓面、各孔及槽加工的工序尺寸詳見P11本章4.2.1小節(jié)表4.1。 4.5確定切削用量及時間定額 4.5.1工序Ⅰ 1.工步1:粗車面M1（即52mm右端面） （1）選擇刀具:選用偏頭端面車刀。 （2）確定切削用量 1)確定背吃刀量 粗車余量為3mm，由于刀桿截面取最大吃刀深度為6mm，所以一次走刀完成，即=3mm。 2)確定進給量 加工材料為HT150，車刀刀桿尺寸為16mm×25mm，工件直徑為57mm，切削深度為3mm，查閱[7]P10表1.4可得：進給量為0.6～0.8。查閱[10]P142表4.2-3可得：=0.73mm/r。 3) 選擇車刀磨鈍標準及耐用度 查閱[7