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法蘭盤零件加工工藝 1 緒論 1.1 本課題的意義和研究內(nèi)容 法蘭盤是工業(yè)中應用廣泛的零件之一，生產(chǎn)量比較大。為了保證產(chǎn)品的質量，提高加工效率，需要對其加工工藝進行優(yōu)化設計，并在關鍵工序使用專用機床進行加工。本課題即以此為背景，要求學生根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)需要和支座體零件的加工要求，首先完成零件的加工工藝規(guī)程設計，在此基礎之上，選擇其關鍵工序之一進行專用夾具設計，并完成必要的設計計算。 本課題的研究內(nèi)容如下： （ 1 ）查閱相關法蘭盤資料書籍，初步了解法蘭盤用途，特點，性能等情況。 （ 2 ）確定該法蘭盤零件屬于大批量生產(chǎn)及其工藝特征。 （ 3 ）仔細看懂零件圖，根據(jù)圖中的技術要求以及尺寸，看其各項條件是否準確合理 及其工藝能否達到要求。 （ 4 ）確定毛坯，繪制毛皮圖。毛坯種類對提高生產(chǎn)率，降低成本，節(jié)約材料有很大影響，根據(jù)零件結構選擇毛坯。 （ 5 ）擬定法蘭盤工藝路線。加工余量，工序尺寸及其公差的確定。確定切削量及其工時。分出工序，安裝或工位及工步等。通過查閱《切削用量手冊》《機械加工工藝手冊》來確定工序使用的刀具、機床型號、進刀量、夾具及量具等等。 （ 6 ）制作工藝卡片。填寫完成后，認真檢查卡片中的數(shù)據(jù)是否有錯誤。 （ 7 ）設計斜孔與徑向孔鉆模。 （ 8 ）設計說明書。完成后，認真檢查說明書是否有錯誤。 （ 9 ）整理好畢業(yè)設計所有的材料，確定無誤后裝好 。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 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(chǎn)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(chǎn)和銷售法蘭成品。經(jīng)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(chǎn)銷規(guī)模大幅增加，價格也居高不下。由此導致的研究領域在開發(fā)法蘭產(chǎn)品方面也加快了步伐，各種類型和功能的法蘭產(chǎn)品層出。 國際法蘭是按照國家標準要求的尺寸，公差范圍等生產(chǎn)的法蘭盤，區(qū)別于不按標準尺寸生產(chǎn)的法蘭片也稱二標法蘭（有人叫非標法蘭式不正確的），通常一些無良商家會減少法蘭盤厚皮，外徑兩項尺寸來達到節(jié)省材料的目的。還有用廢舊的鋼材或邊角料鋼材加工法蘭，這種私煉鋼使用的煉鋼技術陳舊無法保證力學性能的焊接性能，使用時間可能無法和鋼管焊接，或者鋼材本身就有裂縫，氣孔等焊接上去后會漏水，所以購買法蘭盤時盡量選用國際法蘭。如果資金有限選擇二標法蘭的情況下一定要仔細觀察并測量法蘭尺寸以免上當。 通過這樣一個典型環(huán)節(jié)綜合訓練，達到綜合訓練學生運用所學知識，解決工程實際問題的能力。 1.3 本課題應達到的要求 機械制造工業(yè)是為社會提供各種機械設備的部門，在國家的發(fā)展中起到很重要的地位，其發(fā)展規(guī)模及水平反映了一個國家經(jīng)濟實力科技水平的標志。機械制造工藝課程設計是在大學即將結束前學完了所有學校所安排的課程及實習后所面臨的一次考察，是一次理論加實踐的一次訓練。強化了我們對基礎知識和技能的理解和應用程度，培養(yǎng)了我們一定的理論分析，設計運算能力，論證能力，搜集資料能力，同時也進一步提高了我們的繪圖能力。在我們四年的大學生活中占很重要作用。通過這次畢業(yè)設計可以得到下述方面的鍛煉： （ 1 ）能夠熟練的運用書本上的基本理論和實習中的實踐知識，準確的解決法蘭盤在加工中的定位，夾緊，工藝方案，尺寸等等一些問題。 （ 2 ）設計方面的能力也提高了不少，夾具的設計根據(jù)加工要求，能夠設計出高效，合理，經(jīng)濟的夾具體 （ 3 ）學會了使用圖表，手冊資料，掌握法蘭盤加工工藝的設計，專用夾具等工藝裝備的設計等等。 同時，也能夠綜合運用所學的一些理論知識去解決現(xiàn)代實際工藝設計的問題，相當于又溫習了一遍所學的知識，讓自己印象更加深刻，學到了課上所沒有學到的東西。能夠順利的完成這次的畢業(yè)設計，首先得到了陳老師的悉心指導，在設計過程中由于自己對法蘭盤理解的不足，缺乏實際生產(chǎn)經(jīng)驗，使得在設計過程中遇到了很多的問題，通過老師咨詢，查找各種相關資料，解決一個又一個問題，在這個過程中也使得我多學的知識進一步了解。在此，十分感謝陳老師的悉心指導，在以后的學習生活中更加努力不斷提高自我。我也希望通過這次設計，從中鍛煉自己分析問題，解決問題的能力，對未來的工作發(fā)展打下一個良好的基礎。 2 法蘭盤的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定 2.1 法蘭盤零件的用途 CA6140臥式車床上的法蘭盤，主軸箱上固定著作用在車床上的變速箱，是通過法蘭盤定心，其內(nèi)孔相配于主軸的中心軸承，外圓相配于變速箱體孔，為了確保主軸上的三個軸承孔同軸，讓齒輪準確嚙合，從而實現(xiàn)縱向進給標明刻度。 2.2 法蘭盤零件的工藝分析 由零件圖可知，此零件屬于回轉體零件，需要加工所有的表面。雖然表面 粗糙度有些偏高，但各個加工表面的加工精度不難獲得，加工的時候一定要注意基準的選擇。 加工精度低的表面通過鉆床車削粗加工就可以了，不需要高精度的機床加工，主要表面加工要求在莫床上才能達到要求，因為它的粗糙度要求比較高，也可以在平常的生產(chǎn)條件下加工出來，它采用比較經(jīng)濟的方法，這樣還可以看出來零件的工藝性好。 該法蘭盤共有兩組加工表面，其相互之間也是有要求的，分析如下：以外圓為加工孔的基準，分別鏜Φ90，Φ101，Φ209的孔。主要加工Φ90的孔，然后以它為中心然后加工直徑17.5的孔，3-20直孔，3-12斜孔，通過分析可知，這兩組加工表面，可以先加工其中的一組，再通過夾具把另一組表面也加工完成 ，并且保證好它們的精度.此次設計的零件圖如下： 圖2.1法蘭盤 圖2.2 法蘭盤 2.3確定生產(chǎn)綱領和生產(chǎn)類型 該法蘭盤零件是大批量生產(chǎn)。其工藝特征有： （ 1 ）廣泛的應用金屬模機器造型，模鍛或其他商效方法。毛坯的加工余 量小，精度高 （ 2 ）廣泛的互換性，一些裝配精度高的地方，采用分組裝配法及調整法 （ 3 ）廣泛采用專用夾具，刀具，組合機床，量具或自動檢驗裝置，通過 調整法達到精度要求 （ 4 ）廣泛采用商效專用機床及自動機床，按流水線和自動排列設備 （ 5 ） 技術水平對調整工的要求高，對操作工較低 （ 6 ）具備工序卡，工藝過程卡，關鍵工序要調整卡和檢驗卡 （ 7 ） 生產(chǎn)效率高 （ 8 ）成本低 （ 9 ）工人的勞動條件較好 3 確定毛坯、繪制毛坯圖 3.1 選擇毛坯 由于零件材料為HT200，硬度190～210HB，該灰鑄鐵耐磨性、強度、耐熱性較好，生產(chǎn)類型已經(jīng)達到中批量生產(chǎn)水平，鑄造毛坯。而且零件輪廓尺寸不大，也考慮到提高生產(chǎn)率保證加工精度可以采用金屬膜鑄造，此毛坯也比較簡單，因此可以使毛坯形狀與零件形狀盡量相互接近，內(nèi)孔不鑄出，毛坯的尺寸等加工余量確定后再決定。法蘭盤使用過程中不時常的變動，只起到壓緊的作用，在縱向上受到的壓力很大，其他受到的沖擊不是很大。加工過程中精度的保證非常重要，對工件定位有一定的保證作用。 3.2確定尺寸公差及加工余量 確定因素如下： (1)公差等級 根據(jù)法蘭盤的功用及技術要求，確定公差為CT11。 (2)鑄件尺寸公差 根據(jù)加工面基本尺寸及鑄件公差等級CT，查相關資料可知公差相對基本尺寸基本為對稱分布。 (3)機械加工余量等級 鑄造方法按照機器造型，鑄件材料是灰鑄鐵查表可知加工余量等級范圍E～G級，取F級。 由加工余量等級查《機械制造技術課程設計》表1—7可知各表面的機械加工余量 4 擬定法蘭盤工藝路線 為了保證加工精度以及確定加工的順序，必須得合理的選擇定位基準，這具有決定性的影響。基準的選擇就是基面的選擇，基面選擇合理可保證加工質量，提高生產(chǎn)率。 定位基準可分為精基準和粗基準，一般先確定精基準，再確定粗基準。 4.1 精基準的選擇 主要考慮基準的中和問題。當設計與工序基準不重合時，進行尺寸換算。因此精基準為直徑為90的內(nèi)圓 4.2 粗基準的選擇 對于一般的回轉體零件來說，外表面作為粗基準是合理的。對于法蘭盤零件來說以Φ320 mm作為粗基準。 4.3 加工階段的劃分 由于法蘭盤的加工質量要求比較高，因將加工階段分為粗加工、半精加工及精加工三個階段，在粗加工的時候，運用粗基準把主要的加工表面加工出來，然后以加工出來的孔位精基準加工其它表面。 4.4 工序集中與分散 加工法蘭盤選用工序集中原則，零件生產(chǎn)為大批量生產(chǎn)，為了提高生產(chǎn)率應使用專用夾具，由于工序集中原則使得工件的裝夾次數(shù)變少，這樣子不但可以縮短輔助時間，還因為在一次裝夾中加工了很多表面，使得各個加工表面之間相對位置精度要求得到了有利的保證，同時也更加降低了生產(chǎn)的成本。 4.5 工藝路線的選擇 擬定方案。各個表面的加工方法以及粗基準，精基準已基本確定，按照加工階段的劃分原則來擬定方案 4.5.1 工藝路線方案一： 工序010 鍛打 工序020 退火 工序030 車小端外圓和端面 工序040 掉頭車大端外圓和端面 工序050 鏜Φ209，Φ101，Φ90的孔 工序060 鉆Φ17.5的孔 工序070 鉆3-12孔 工序080 鉆，3-12斜孔 工序090 去毛刺 工序100 終檢 4.5.2 工藝路線方案二： 工序010 鍛打 工序020 退火 工序030 車大端外圓和端面 工序040 掉頭車小端外圓和端面 工序050 鏜Φ209，Φ101，Φ90的孔 工序060 鉆Φ17.5的孔 工序070 鉆3-12孔 工序080 鉆3-12斜孔 工序090 去毛刺 工序100 終檢 4.6 工藝方案的分析 上述兩種方案的主要區(qū)別在于：方案一是先加工了車小端外圓和端面，再加工車大端外圓和端面。方案二是先加工車大端外圓和端面，然后再加工車小端外圓和端面。通過比較，方案一先加工車小端外圓和端面再加工車大端外圓和端面，這樣能夠提高效率，節(jié)約成本。顯然方案一比方案二的裝夾次數(shù)少了，同時也使得精度要求得到了更好的保證。 4.7 最終的加工工藝過程 工序010 鍛打 工序020 退火 工序030 車小端外圓和端面 工序040 掉頭車大端外圓和端面 工序050 鏜Φ209，Φ101，Φ90的孔 工序060 鉆Φ17.5的孔 工序070 鉆3-12孔 工序080 鉆，3-12斜孔 工序090 去毛刺 工序100 終檢 5 加工余量、工序尺寸和公差的確定 5.1 加工余量的確定 加確定加工余量的方法有3種：計算法，查表法和經(jīng)驗法。 (1)計算法：在影響因素清楚的情況下計算法是比較準確的。要做到對余量影響因素的清楚，必須具備一定的測量手段和掌握必要的統(tǒng)計分析資料。在掌握了各種誤差因素大小的條件下，才能進行余量的比較準確計算 (2)查表法：此法主要以工廠生產(chǎn)實踐和實驗研究積累的經(jīng)驗所制成的表格為基礎，并且結合實際加工情況加以修正，確定加工余量。這種方法方便，迅速，生產(chǎn)上應用廣泛。 (3)經(jīng)驗法：有一些有經(jīng)驗的工程技術人員或者工人根據(jù)經(jīng)驗確定加工余量的大小。由經(jīng)驗法確定的加工余量往往偏大，這主要是因為主觀上怕出廢品的緣故。這種方法多在單件小批生產(chǎn)中使用 5.2 工序尺寸與公差的確定 在工藝基準和設計基準重合的情況下確定工序尺寸和公差的過程如下： (1)擬定該加工表面的工藝路線，制定工序及工步； (2)按各工序所采用加工方法的經(jīng)濟精度，確定工序尺寸公差和表面粗糙度（終加工工序按設計要求確定） (3)按工序用分析計算法或查表法確定其加工余量 (4)從終加工工序開始，即從設計尺寸開始，逐次加上每個加工工序余量，可分別得到各工序基本尺寸（包括毛坯尺寸），并且按照“入體原則”標注工序尺寸公差 5.3 φ320mm外圓加工余量、工序尺寸和公差的確定 如圖所示加工方案，求解各工序尺寸及公差的順序如下： 由上圖可知： 1)P1=D=φ320mm 2）P2=P1+Z3,其中Z3是磨削余量。由《機械加工工藝設計員手冊》表5—10可知：Z3=0.4mm,因此 P2=320+0.4.因為P2是在半精車加工中保證的，由《機械制造技術基礎課程設計指導教程》表1—20可知，粗銑加工工序的經(jīng)濟精度等級可達到要求為IT10,因此確定該工序次、尺寸公差等級為IT12,其公差值為0.14mm，P2=φ320.4mm 5.4 Φ248mm外圓加工余量、工序尺寸和公差的確定 如圖所示加工方案，求解各工序尺寸及公差的順序如下： 查《機械加工工藝設計員手冊》表5—10和表5—9可得磨削余量Z3=0.4mm,半精車余量Z2=1.5mm,粗車余量Z1=3.1mm,查《機械制造技術基礎課程設計指導教程》表1—20得各加工工序尺寸的加工精度等級為，粗車IT12,半精車IT10,磨削IT8.根據(jù)上述結果查《機械加工工藝設計員手冊》表A—2標準公差書中得各工步的公差值為粗車0.35mm,半精車0.14mm。 綜上所述，該工序各工步的工序尺寸及公差按“入體原則”表示分別為：粗車：φ249.9mm，半精車：φ248.4mm，磨削：Φ248mm 為驗證確定的工序尺寸及公差是否合理，還需對加工余量進行校核。 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，所確定的工序尺寸公差是合理的 5.5 φ320mm左端面加工余量、工序尺寸和公差的確定 如圖所示加工方案，求解各工序尺寸及公差的順序如下： 1）從圖可知P6=D=50mm 2) 由圖可知P5=P6+Z6其中Z6為精車余量根據(jù)《機械加工工藝設計員手冊表5—10確定Z6=0.8mm,則P5=50+0.8.由于P5是在半精車加工中保證的，查《機械制造技術基礎課程設計指導教程》表1—20知，精加工工序的經(jīng)濟精度等級可達到要求為IT10,因此確定該工序次、尺寸公差等級為IT10,其公差值為0.074mm，則P5=50.8±0.037mm 3) 由圖可知P4=P5+Z5其中Z5為半精車余量根據(jù)《機械加工工藝設計員手冊表5—10確定Z5=1mm,則P4=50.8+1.由于P4是在粗車加工中保證的，查《機械制造技術基礎課程設計指導教程》表1—20知，半精加工工序的經(jīng)濟精度等級可達到要求為IT12,因此確定該工序次、尺寸公差等級為IT12,其公差值為0.3mm，則P5=51.8±0.15mm。 4）由圖可知P3=P4+Z4其中Z4為粗車余量根據(jù)《機械加工工藝設計員手冊表5—10確定Z4=1.7mm,則P3=51.6+1.7.由于P3是在精車加工中保證的，查《機械制造技術基礎課程設計指導教程》表1—20知，粗車加工工序的經(jīng)濟精度等級可達到要求為IT9,因此確定該工序次、尺寸公差等級為IT9,其公差值為0.074mm，則P3=53.5±0.037mm。 5） 由圖可知P2=P3+Z3其中Z3為半精車余量根據(jù)《機械加工工藝設計員手冊表5—10確定Z3=1mm,則P2=53.5+1由于P2是在半精車加工中保證的，查《機械制造技術基礎課程設計指導教程》表1—20知，半精加工工序的經(jīng)濟精度等級可達到要求為IT10,因此確定該工序次、尺寸公差等級為IT10,其公差值為0.12mm，則P2=54.3±0.06mm。 6）由圖可知P1=P2+Z2其中Z為半精車余量根據(jù)《機械加工工藝設計員手冊表5—10確定Z5=1mm,則P4=54.3+1.由于P1是在粗車加工中保證的，查《機械制造技術基礎課程設計指導教程》表1—20知，半精加工工序的經(jīng)濟精度等級可達到要求為IT10,因此確定該工序次、尺寸公差等級為IT12,其公差值為0.3mm，則P1=55.3±0.15mm。 為驗證確定的工序尺寸及公差是否合理，還需對加工余量進行校核。 Z3max=P2max-P3min=(54.3+0.06)-(53.5-0.037)=0.897mm Z3min= P2min--P3max=(54.3-0.06)-( 53.5+0.037)=0.703mm Z2max=P1max- P2min-=(55.3+0.15)-(54.3-0.06)=1.21mm Z2min= P1min- P2max=(55.3-0.15)-(54.3+0.06)=0.79mm 余量校核表明，所確定的工序尺寸公差是合理的 將工序尺寸按“入體原則”表示P1=55.3 mm,P2=54.3mm,P3=53.5mm,P4=51.8mm,P5=50.8mm 按以上方法確定出其它的表面加工余量、工序尺寸和公差其它表面如下表: 表5-1 加工表面 加工表面 加工內(nèi)容 加工余量 加工精度 工序尺寸(mm) 表面粗糙度Ra(μm) Φ248 鑄件 粗車 半精車 磨削 5 3.1 1.5 0.4 CT11 IT12 TI10 IT11 Φ253±2.2 Φ249.9 Φ248.4 Φ248 12.5 6.3 0.8 Φ320 鑄件 粗車 半精車 磨削 5 3.1 1.5 0.4 CT11 IT12 TI10 IT11 Φ325±2.2 Φ321.9 Φ320.4 Φ320 12.5 6.3 0.8 續(xù) 表5-1 加工表面 加工內(nèi)容 加工余量 加工精度 工序尺寸(mm) 表面粗糙度Ra(μm) Φ190 鑄件 粗車 半精車 磨削 5 3.3 1.4 0.3 CT11 IT12 IT10 IT14 Φ195±2 Φ191.7 Φ190.3 Φ190 12.5 6.3 0.4 Φ90 鉆孔 擴孔 鉸孔 1.8 0.2 IT13 IT11 IT9 Φ88 Φ89.8 Φ90 12.5 6.3 0.4 Φ17.5 鉆孔 擴孔 鉸孔 1.8 0.2 IT13 IT11 IT9 Φ15.5 Φ17.3 Φ17.5 12.5 3.2 1.6 Φ20 鉆孔 擴孔 鉸孔 1.8 0.2 IT13 IT11 IT9 Φ18 Φ19.8 Φ20 6.3 3.2 1.6 Φ12 鉆孔 擴孔 鉸孔 1.8 0.2 IT13 IT9 Φ10 Φ11.8 Φ12 12.5 3.2 Φ101 鉆孔 擴孔 鉸孔 1.8 0.2 IT13 IT11 IT9 Φ99 Φ100.8 Φ101 12.5 6.3 0.8 Φ209 鉆孔 擴孔 鉸孔 1.8 0.2 IT13 IT11 IT9 Φ207 Φ208.8 Φ209 12.5 6.3 0.8 續(xù)表5-1 加工表面 加工內(nèi)容 加工余量 加工精度 工序尺寸(mm) 表面粗糙度Ra(μm) Φ320左端面 鑄件 粗車 半精車 精車 3.5 1.7 1 0.8 IT12 IT10 IT9 57±2 55.3 54.3 50 12.5 3.2 1.6 Φ320右端面 鑄件 粗車 半精車 磨削 3.5 2.1 1 0.4 IT12 IT10 43.1 44.1 41 12.5 3.2 0.4 Φ148右端面 鑄件 粗車 半精車 精車 3.5 1.7 1 0.8 IT12 IT10 IT9 52.6 51.6 50 12.5 6.3 1.6 6 確定切削用量及基本工時 6.1 合理選擇切削用量 為了提高切削的效率，保證加工的質量，刀具的耐用度，加工的經(jīng)濟性，必須要正確合理的選擇切削用量。粗加工時，選用較大的切削量，提高勞動生產(chǎn)率為主，半精加工和精加工時，選用較小的切削量，保證工件的加工質量。 切削用量選擇的順序是先確定被吃刀量ap，再確定進給量f，最后確定切削速度vc。因為在切削用量三要素中，被吃刀量ap對刀具耐用度的影響最小，而切削速度vc。對刀具耐用度的影響大。 6.1.1 背吃刀量 a p的選擇 應選擇盡可能大的背吃刀量，盡量在一次走刀中，把本工序加工應切除的加工余量切除掉。如在粗加工時，當加工余量過大或工藝系統(tǒng)剛性較差時，也可分二次： 第一次進刀 ap1 a p1 =(2/3～ 3/4)A 第二次進刀 a p2 a p2 =(1/3～ 1/4)A 式中 A ———— 單邊余量（ mm）。 6.1.2 進給量 f的選擇 限制粗加工最大進給量 f的主要因素是刀桿和刀片的強度、進給機構的強度及工藝系統(tǒng)的剛性。 限制精加工時最大進給量的主要因素是加工表面的表面粗糙度。 6.1.3 切削速度vc的選擇 粗加工時限制切削速度vc的主要因素是刀具耐用度和機床功率。 精加工時限制切削速度vc的主要因素是刀具耐用度。精加工時切削力較小， 機床功率一般能滿足。 當已確定了背吃刀量ap和進給量 f后，按合理刀具耐用度 T，求切削度vc時，用以下公式： 　　 式中vc ————— 切削速度 (m/min)； T ————— 合理刀具耐用度（ min）； 　　 m ————— 刀具耐用度指數(shù)； c v ————— 切削速度系數(shù)； x v 、 y v ————分別為背吃刀量 a p ,進給量 f對 v c的影響指數(shù) K v ————— 切削速度修正系數(shù) 根據(jù) v c=π d wn/1000計算工件轉速 n 　　n= （ 1000v c） /(π d w) 式中 n —————工件轉速（ r/mim）； 　　v c ————— 切削速度（ m/min）； 　　d w ————— 工件待加工表面直徑（ mm）。 根據(jù)機床說明書，選擇相近較低檔的轉速 n。 6.2 粗加工切削用量選擇原則 粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，毛坯切削余量較大，表面粗糙度與加工精度要求不高，但也應考慮經(jīng)濟性和加工成本，通常選擇較大的背吃刀量和進給量，采用較低的切削速度。選擇切削用量時候，盡量保證較高的單位時間切削量（金屬切除率）以及必要的刀具耐用度，可以用來提高生產(chǎn)的效率及降低生產(chǎn)成本。 金屬切除率的計算方式： Zw≈V.f.ap.1000 其中：Zw 單位時間內(nèi)的金屬切除量（mm3/s） V 為切削速度（m/s） f 為進給量 （mm/r） Ap 為切削深度（mm） 主運動為回轉運動時，切削速度的計算公式如下： V=πdn/1000（m/s） 其中: d為工件或刀具上某一點的回轉直徑，mm； n為工件或刀具的轉速，r/s或r/min。 在生產(chǎn)中，磨削速度的單位習慣上用m/s,其他加工的切削速度單位用m/min. Vf=f.n=fz.z.n(mm/s或mm/min) 其中： Vf為進給速度是單位時間內(nèi)的進給位移量 Fz為每齒進給量 對于外圓車削時切削深度計算方式： Ap=dw—dm/2（mm） 對于鉆削： Ap=dm/2（mm） 上式中dm為已加工表面直徑，mm；dw為待加工表面直徑，mm。 為了提高金屬切除率，可以提高切削速度，增大切削深度及進給量。但是，在這么多的因素中，切削速度是最大影響刀具耐用度的，進給量第二，切削深度是影響最小的。因此，粗加工切削用量選擇原則為： 第一，先考慮選擇的切削深度(ap)盡量的大一些； 第二，選擇的進給量f盡量大一些； 第三，選擇一個合適的切削速度V。 當我們選用的ap和f較大以后。那么刀具的耐用度明顯會下降，可是這要比V對刀具耐用度的影響也小的多。所以，我們應該使得V ，f ，ap的乘積盡可能的大，這樣保證了較高的金屬切除率。除此之外，ap的增大能使得走刀的次數(shù)減少，f的增大也有利于斷屑。所以為了提高生產(chǎn)效率，降低加工成本，減少刀具的消耗，我們得根據(jù)上面的原則選擇粗加工切削用量。 6.2.1 切削深度選擇 可以由工件加工余量和夾具、刀具、機床和工件組成的工藝系統(tǒng)的剛性來確定粗加工時切削深度。 在總加工余量不是很大時候，我們應該盡量一次切除粗加工余量，前提是保留半精加工，精加工必要余量。 在總加工余量很大的時候，一次性不能全部切完，我們應該考率分多次走刀 6.2.2 進給量選擇 切削力是粗加工時候限制進給量提高的主要因素。所以通過工藝系統(tǒng)的剛性和強度來確定進給量。 選擇進給量的時候要考慮到很多因素，如：刀桿尺寸、刀片厚度、機床進給機構的強度、工件的直徑及長度等等。 選用大一點的進給量時，應該在工藝系統(tǒng)的剛性和強度比較好的狀況下，當工藝系統(tǒng)的剛性和強度比較差的狀況下，我們應該適當?shù)臏p小進給量。 6.2.3 切削速度選擇 粗加工時候，刀具耐用度和機床的功率限制著切削速度。切削功率則由切削深度、切削速度和進給量三者決定，我們確定切削速度的時候應該要考慮到機床的許用功率。如果超過了機床許用功率，就應該適當?shù)娜ソ档颓邢魉俣取? 6.3 精加工時切削用量選擇原則 在精加工和半精加工的時候，在保證加工質量的前提下，同時顧慮切削效率，加工成本及經(jīng)濟性，一般選擇比較小的進給量及背吃刀量，同時選用的刀具材料的切削性能要高，幾何參數(shù)要合理，盡量的提高切削速度。 與粗加工相比較，精加工的時候加工精度及表面質量要求較高，加工余量均勻且小。所以，選擇切削用量的時候必須首先考慮到保證加工質量，在這基礎上再提高生產(chǎn)效率。 6.3.1 切削深度選擇 由粗加工留下的余量來確定精加工時的切削深度。一般精加工余量留的不要太大，不然，當背吃刀量比較的大時，切削力明顯增加，影響加工的質量。 6.3.2 進給量選擇 表面粗糙度在精加工的時候主要限制著進給量的提高。增大進給量時，有利于斷屑，但是殘留面積高度增大，切削力變大，表面質量降低。 6.3.3 切削速度選擇 當切削速度升高時，切削變形減小，切削力降低，并且不產(chǎn)生積屑瘤及鱗刺。盡量選擇的刀具材料切削性能要高，幾何參數(shù)合理，也盡量提高切削速度。 當切削速度不能提高，受到工藝條件的限制時，選用低速，來避免積屑瘤產(chǎn)生范圍 因此，精加工時候，選比較小的背吃刀量ap和進給量f，且保證合理刀具耐用度時，選取的切削速度V盡可能的高，來保證加工精度和表面質量，并且也滿足生產(chǎn)率要求。 7孔的夾具設計 7.1 研究原始資料,確定夾具的設計方案 7.1.1 分析工件并確定定位方案 （1）零件的結構特點 該零件加工采用45鋼材料。 形狀比較簡單，由于加工孔是徑向孔和斜向孔，因此采用回轉分度盤夾具。 （2）加工法蘭盤孔件及其要求 ①徑向孔3-Φ17.5mm ，表面粗糙度為Ra25 ，該徑向孔中心軸線對小端面的位置度是0.2mm。本工序加工條件：搖臂鉆床Z3025X10/1，最大鉆孔直徑為Φ25，主軸轉速232-2500r/min；Φ17.5標準麻花鉆，GB/T6135.4-1996，直柄麻花鉆第四部分：直柄麻花鉆的型式和尺寸。 ②斜向孔3-Φ12mm，表面粗糙度Ra25 ，該斜向孔中心軸線對法蘭盤中心孔軸線的位置度是0.2mm。本工序的加工條件：搖臂鉆床同上，Φ12標準麻花鉆，同上規(guī)格與尺寸。 由上知道，這兩種工序加工時，主要考慮要如何保證孔軸線與Φ17.5和Φ12孔軸線的位置度要求。根據(jù)零件的構造，想到的是以Φ90H8的孔為定位基準，這樣可以避免基準不重合誤差，同時還可以限定四個自由度。零件的上下竄動的自由度用法蘭盤的端面限定。零件沿Φ320mm中心線轉動的自由度用一個定位銷限定，就可以實現(xiàn)完全定位了 （3）定位元件的確定： 1 ) 圓柱心軸：據(jù)零件孔式與夾具體的樣式選擇階梯心軸。 2 ) 定位銷：插入Φ20mm的孔，限制X,Y方向的移動和轉動，總共四個自由度。 3 ) 可調定位支承釘：限定了Z方向的轉動，工件的安裝剛度和定位的穩(wěn)定性用一 輔助支承來提高。 （4）定位方法：圓柱孔定位，一面兩孔的定位方式。 （5）根據(jù)工件和夾具體的結構，選用固定式鉆模板。固定式鉆模板雖然有時裝卸工件不方便，但它制造方便、結構簡單、定位精度高。因為孔Φ17.5mm和Φ12mm一次鉆孔就可以達到要求，所以采用固定式鉆套。 Φ17.5mm和Φ12mm均選無肩。 （6）根據(jù)定位方案，用開口墊圈和鎖緊螺母來實現(xiàn)快速鎖緊夾緊機構，與一個加工面位置靠近，增加剛性，零件夾緊變形也小，但對于另一個加工面較遠，為提高剛性，所以采用輔助定位元件來固定，此設計采用了螺旋輔助支承。 7.2 確定夾具總裝配圖的設計 7.2.1 鉆模的選擇 在設計鉆模時，需要根據(jù)工件的重量、尺寸、形狀、加工要求，并考慮工廠工藝裝備技術狀況、生產(chǎn)批量等具體條件來選擇夾具結構類型。所以選擇回轉式鉆模。 回轉式鉆模的結構形式按其轉軸的位置可分為臥軸式，立軸式，斜軸式三種。這類鉆模的引導元件－鉆套，一般是固定不動的，鉆模一般采用回轉式分度裝置，為了實現(xiàn)工件在一次安裝中進行多工位加工的目的。當工件上幾個被加工孔，是分布在圓柱面上的徑向孔或是軸線互相平行的軸向孔時，使用回轉式鉆模很方便，即可提高生產(chǎn)效率，又可保證加工精度。又因為翻轉式和自由移動式鉆模適用于加工中小件，包括工件在內(nèi)的總重量不宜>100N。所以此夾具應采用具有回轉式或直線分度裝置的鉆模。 7.2.2 鉆模板的選擇 (1)鉆模板上安裝鉆套的孔精度（形狀、尺寸和位置精度），直接與加工尺寸有關，應合理規(guī)定。 (2)為了保證鉆套位置的準確性，鉆模板應具有足夠的剛度，也要考慮減輕重量。在實際使用中，鉆模板的厚度往往根據(jù)鉆套高度確定，一般在15~30mm之間。如果鉆套較長，可將鉆模板局部加厚，加強鉆模板的周邊和設置加強筋，以提高鉆模板的剛性。 由《機床夾具設計手冊》查得，可選模板厚度H=15 mm。 7.2.3 鉆套的選擇與設計 圖7.1 鉆套 a）固定鉆套 b)可換鉆套 c）快換鉆套 1-鉆套 2-襯套 3-鉆模板 4-螺釘 從圖7-1鉆套可知，安裝在鉆模板或夾具體中 其作用：確定加工孔位置，引導鉆頭，提高剛性，防止振動。 類型： A固定式鉆套，Ａ,Ｂ 二種，鉆孔精度高，中小批； B可換鉆套，鉆孔，大批； C快換鉆套，鉆，擴，鉸。 鉆套直接壓入鉆模板或夾具體上，其外圓與鉆模板采用H7/n6或H7/r6配合。磨損后不易更換。適用于加工孔距甚小以及孔距精度要求較高的孔。為了防止切屑進入鉆套孔內(nèi)，鉆套的上、下端應少許突出鉆模板，一般不能低于鉆模板。帶肩固定鉆套主要用于鉆模板鉸薄時，用以保持必要的引導長度，也可做為主軸頭進給時軸向定程擋塊用。 據(jù)上分析可選A型固定鉆套，由《機床夾具設計軟件手冊版v1.0》查得， ，h=(0.7~1.5)d。 注：孔的位置精度要求高時，允許h=0；鉆深孔（L/D>5）時，h一般取1.5d；鉆斜孔或在斜面上鉆孔時，h盡量取小一些。 對于加工孔Φ17.5mm時，鉆套取H=25mm，h=14mm。 對于加工孔Φ12mm時，鉆套取H=18mm，h=0mm。 按不同的加工要求，它的內(nèi)孔徑可與刀具成以下配合： 1)加工9級精度以下的孔時，鉆套孔徑的名義尺寸等于刀具的最大尺寸，其公差可按基軸G7或F8。 2)加工精度要求較高的孔時，鉆套孔徑可用H7或H6公差。 又這種鉆套的外圓用H7/r6或H7/n6的過盈配合壓入鉆模板或夾具體的底孔內(nèi)，因此： 對于孔Φ17.5mm時，內(nèi)圓采用基軸制配合，??；外圓采用基孔制配合，取。 對于孔Φ12mm時，同樣內(nèi)圓采用基軸制配合，?。煌鈭A采用基孔制配合，取。 7.2.4夾具體定位元件的確定 固定支承：支承釘限制工件自由度，起定位作用。 圖7.2 支承釘 A平頭（精基準）； 　 B球頭（粗基準）； 　　C齒紋頭（側面防滑） A型用于精基準，B型用于粗基準，C型用于側定位。 支承釘與夾具孔的配合為H7/r6或H7/n6。若支承釘需經(jīng)常更換時可加襯套，其外徑與夾具體孔的配合亦為H7/r6或H7/n6，內(nèi)徑與支承釘?shù)呐浜蠟镠7/js6。使用幾個A型支承釘時，裝配后應磨平工作表面，以保證等高性。據(jù)上分析，選A平頭支承釘。 7.2.5工件定位元件的確定 （1）圓柱銷（定位銷）： 工作特點及使用說明：當工作部分直徑D<3mm時采用小定位銷（JB/T 8014.1－1999），夾具體上應有沉孔，使定位銷圓角部分沉入孔內(nèi)而不影響定位。大批量生產(chǎn)時，應采用可換定位銷（JB/T 8014.3－1999）。工作部分的直徑，可根據(jù)工件的加工要求和安裝方便，按g5、g6、f6、f7制造，與夾具體配合為H7/r6或H7/n6，襯套外徑與夾具體配合為H7/h6，其內(nèi)徑與定位銷配合為H7/h6或H7/h5。當采用工件上孔與端面組合定位時，應該加上支承墊板或支承墊圈。 圖7.3 定位銷 （2）圓柱芯軸： 工作特點及使用說明： 圖a為間隙配合心軸，心軸工作部分按基孔制h6、g6或f7制造。裝卸工件較方便，但定心精度不高。 圖b為過盈配合心軸，引導部分直徑D3按e8制造，其基本尺寸為基準孔的最小極限尺寸，其長度約為基準孔長度的一半。工作部分直徑按r6制造，其基本尺寸為基準孔的最大極限尺寸。當工件基準孔的長徑比L/D>1時，心軸的工作部分應稍帶錐度，直徑D1按r6制造，其基本尺寸為孔的最大極限尺寸；直徑D2按r6制造，其基本尺寸為基準孔的最小極限尺寸。心軸上的凹槽供車削工件端面時退刀用。這種心軸制造簡便，定心準確，但裝卸工件不便，且易損傷工件定位孔。多用于定心精度要求較高的場合。 圖c為花鍵心軸，用于以花鍵孔為定位基準的工件。根據(jù)工件的不同定心方式確定心軸結構： 圖7.4圓柱心軸 a）間隙配合芯軸 b）過盈配合芯軸 c）花鍵芯軸 1-引導部分 2-工作部分 3-傳動部分 7.2.6回轉分度裝置 一、回轉分度裝置的組成 1．組成：轉動部分，固定部分，分度對定機構，抬起與鎖緊機構； 2．轉動部分：分度裝置的運動件，包括回轉盤、襯套和轉軸等。材料：45#、40Cr、20鋼滲碳。 3．固定部分：分度裝置的基體，與機床工作臺或機床主軸相連。材料：灰口鑄鐵； 4．分度盤抬起與鎖緊機構： 1）抬起機構：使分度轉動靈活，減少摩擦； 2）鎖緊機構：防止切削時產(chǎn)生振動。 5．分度對定機構： 1）構成：分度盤、對定銷； 2）作用：對轉盤進行定位。 二、回轉分度裝置的工作原理 加工分布在同一圓周上的平行孔系或徑向孔系則使用回轉式鉆模。此設計中的鉆床就是用來加工法蘭盤工件上等分徑向孔和徑向孔的回轉式分度鉆模（工件圖見CAD圖）。工件ф90H8孔、端面和ф20外圓在分度盤9上的芯軸5的ф30g6外圓，長銷1上定位，限制6個自由度。由螺母3和開口墊片4夾緊工件。分度裝置由分度盤9、等分定位套、拔銷14和鎖緊螺母13組成；工件分度時，松開鎖緊螺母13，拔出拔銷14，旋轉分度盤9帶動工件一起分度，當轉至拔銷14對準下一個定位套時，將拔銷14插入，鎖緊分度盤,實現(xiàn)分度定位,即可加工工件上另一個孔。鉆頭由安裝在固定式鉆模板上的鉆套上導向。 7.2.7 對定分度裝置機構 工作特點及使用說明：結構簡單，容易制造。分度副間有污物時，不會直接影響分度副的接觸。 缺點是：無法補償分度間的配合間隙對分度精度影響。分度板孔中一般壓入耐磨襯套，與圓柱定位銷采用H8/g6配合。 圖7.5對定分度裝置 7.2.8 定位器原理 工作原理：手柄4向外拉出的時候，對定銷1從襯套退出。導套2右端銑有一狹槽，使得橫銷3從狹槽中移出。手柄旋轉90°，使橫銷在彈簧作用下而擱在導套頂端平面上。這時候即可轉動分度盤進行分度。 圖7.6 定位器原理 7.3 夾具的總裝配與原理 本夾具的總裝配，如下圖所示。 本夾具使用在搖臂鉆床上，鉆法蘭盤斜孔3-Φ12mm、徑向孔3-Φ17.5mm。工件以Φ90H8孔及其端面和一個Φ20mm孔為基準，裝在臺階定位心軸5上，然后裝上鉆模板2，用長銷1把鉆模板2與工件、回轉分度盤9串在一起，實現(xiàn)定位。插入開口墊圈4，擰螺母3加緊工件。鉆徑向孔時，由支承11、12使定位心軸5處于水平位置；鉆斜孔時，擺動部分繞支架上的小軸19順時針轉動，當支承15與18接觸時，即傾斜成所要求的角度。加工三等分孔，采用了沿圓周方向設置的三個均勻的鉆套6、7，使用分度對定機構14，保證鉆套位置的正確。該夾具既可鉆徑向孔，又可鉆斜孔，結構不太復雜，操作較省力。 圖7.7 夾具體 8 法蘭盤夾具設計 8.1 定位基準的選擇 定位基準是在加工中獲得零件尺寸的直接基準，根據(jù)不同的加工要求和定位安裝條件。合理選擇定位基準是工藝設計中一項重要的工作內(nèi)容。 8.1.1選擇定位基準的基本方法 （1）選最大尺寸的表面為安裝面（限制3個自由度），選最長距離的表面為導向面（限制2個自由度），選最小尺寸的表面為支撐面（限制1個自由度） （2）首先考慮保證空間位置精度，再考慮保證尺寸精度。因為再加工中保證空間位置精度有時要比尺寸精度困難多 （3）應該盡量選擇零件上有重要位置精度關聯(lián)的主要表面為定位基準。因為這樣的表面是決定該零件其他表面的基準，也就是主要設計基準 （4）定位基準應該有利于夾緊。再加工過程中穩(wěn)定可靠 8.1.2 粗基準的選擇 （1）選加工余量小的，較準確的，表面質量較好的，面積較大的毛面作粗基準。因此不應該選有毛刺的分型面等作粗基準 （2）選重要表面為粗基準，因為重要表面一般都要求余量均勻。 （3）選不加工的表面作粗基準，這樣可以保證加工表面和不加工表面之間的相對位置要求，同時還可以在一次安裝下加工更多的表面。 （4）粗基準一般只能使用一次，因為粗基準為毛面，定位基準位移誤差較大，如重復使用，將造成較大的定位誤差，不能保證加工要求，因此，在制定工藝規(guī)程時候，第一道工序，第二道工序一般都是為了加工出精基準。 對一般回轉體零件來說，應該以外表面作為粗基準。對于該法蘭盤零件來說以Φ320 mm作為粗基準。 8.1.3 精基準的選擇 （1）基準重合。盡量選擇選設計基準為定位基準，這樣就沒有基準不重合誤差。有時候出于加工工藝的合理要求，需要選擇非設計基準作為定位基準。 （2）基準統(tǒng)一。為了減少夾具類型和數(shù)量，或者為了進行自動化生產(chǎn)，在零件的加工過程中，對于多個加工工序，選擇統(tǒng)一的定位基準。 （3）互為基準。對于某些空間位置精度要求很高的零件，通常采用互為基準，反復加工的方法 （4）自為基準。對于某些精度要求很高的表面，在精密加工時，為了保證加工精度，要求加工表面的余量很小并且均勻，這時候常以加工面本身定位，待到夾緊后將定位元件移去，再進行加工 基準的中和是主要考慮的問題。當設計與工序基準不重合，應進行尺寸換算。因此以Φ90的內(nèi)圓作為精基準。 8.2 確定切削用量及基本工時 工序I確定切削用量和基本工時：車Φ320端面和外圓 選用的機床：CA6140車床 8.2.1 車Φ320端面和外圓 選擇75°車刀外圓車刀 （見《工藝手冊》表3.1－27） ， , （《切削》表3.7表3.8和表3.9） 按機床選取: 實際切削速度： 工作臺每分鐘進給量： 床工作進給量： 基本工時： 8.2.2 半精車Φ320端面和外圓 加工余量為： Z=1mm 切削速度為： 選用主軸為： 工作臺進給量： 基本工時： 8.2.3 鉆Φ3-12mm孔 選機床時候，選用專用機床。 選刀具時候，選取高速鋼鉆頭。 確定進給量 ： 由《切削手冊》表10-66,當45≤HRC200時，D=Φ18時，取f=0.3mm/r 確定切削速度：　 由《機械加工工藝手冊》表10-70,及10-66,可知 V=35m/min. 確定機床主軸轉速:　　 ns== 619.2r/min 與619.2r/min相近的機床轉速為555r/min?，F(xiàn)選取=555r/min。 所以實際切削速度 == 最后，確定削工時: t=i ;其中l(wèi)=91mm; =10mm; =4mm; t= ==0.63(min) 8.3 定位誤差分析 定位心軸是夾具的主要定位元件，是根據(jù)零件定位方案設計的專用件。各個定位面加工后對直徑為90mm孔的軸向位置偏差的影響是可以忽略不計。 鉆套鉆模套主要引導鉆孔位置，鉆套中心位置尺寸偏差主要決定孔的位置加工偏差。查文獻普通精度鉆模板上固定的襯套中心位置尺寸的極限偏差取±0.05mm<±0.3mm,所以孔的位置偏差也可以保證。 8.4 夾具設計及操作的簡要說明 在設計夾具的時候，要注意提高勞動生產(chǎn)率，夾具體上鉆套提高加工生產(chǎn)效率是采用了快換形式，在夾緊和定位方面運用的是帶有螺栓連接的定位心軸以及快速螺旋夾緊機構此夾緊機構是螺母螺孔內(nèi)又斜鉆了孔，孔徑稍微略大于螺紋外徑。螺母斜向并沿著光孔套入螺桿，然后擺正螺母，讓螺母的螺紋和螺桿（定位心軸）嚙合，在稍微擰動一下螺母，就可以夾緊工件了?？焖俚男D夾緊機構同樣的也可以提高加工生產(chǎn)效率。 用定位心軸定位的時候運用的是間隙配合心軸，按基孔制h6、g6或f7制造心軸工作部分。這設計在裝卸工件的時候比較方便，縮短的在加工時候的輔助時間。由法蘭盤結構特點設計的定位套限制了5個自由度，另外一個定位支承板限制了2個自由度，既滿足了定位要求又能增加定位的穩(wěn)定性。為了操作的方便，夾緊裝置采用鉤形夾緊螺栓。此夾具上設有擋塊，可以防止在加工時零件發(fā)生滾動或者翻轉。由定位夾緊需要設計夾具體，工件的拆裝也是比較的方便，總體上這套夾具方案可以滿足生產(chǎn)的要求。 圖8.1裝配圖 致 謝 本畢業(yè)設計是在導師老師的悉心指導下完成的，人生路上，有許多指引你成長。他們仿佛暗夜里的明星，給你光明和希望，讓你永遠去闖卻不孤單，放開了去做卻不迷失方向。他嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，敏捷的思維以及不拘一格的教導方式，都讓我感到由衷的敬佩，讓我看到了作為一名教師以身作則教育學生的風采深深地感染和激勵著我。我為我有您這樣的導師感到驕傲！是您的從嚴教導激勵我們不斷上進，克服設計中遇到的種種困難，學到更多的知識。 在此我還要感謝在我的設計過程中幫助過我的其他老師，有了你們的指導和意見使我的設計進行的更加順利。 同時我要感謝我宿舍的兄弟們和關心我的朋友、父母，感謝你們在我做設計時對我的關心，和其他同學在本次畢業(yè)設計期間給予我的指導和幫助。由于個人能力所限，本設計難免存在缺點和錯誤，以及許多不足之處，懇請老師批評指正。