法兰盘机械制造工艺学课程设计.docx

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法兰盘机械制造工艺学课程设计

序言

课程设计是我们在学完大学的全部课程后进行的.是我们对大学四年的学习的一次深入的综合性的总考核，也是一次理论联系实际的训练.这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合实习中学到的实践知识.独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件，床法兰盘的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力。

也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。

因此，它在我们大学生活中占有重要地位。

就我个人而言，我也希望通过这次设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性心理，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力。

对未来的工作发展打下一个良好的基础。

第一章零件分析

一﹑零件的功用分析

题目所给的零件是法兰盘，法兰盘起联接作用是车床上的重要零件。

二﹑零件的工艺分析

从零件图看，法兰盘是一回转体零件,有一组加工表面,这一组加工表面以φ20

mm为中心,包括:

两个φ100

mm的端面,尺寸为φ45

mm的圆柱面,两个φ90mm的端面及上面的4个φ9mm的透孔.φ45

mm的外圆柱面及上面的φ6mm的销孔，Φ90mm端面上距离中心线分别为34mm和24mm的两个平面.其中标有表面粗糙度的表面有：

B面，下端面，φ45

mm圆柱面，φ20

内圆柱面，φ90mm的左右端面等。

其中B面和φ90mm右端面粗糙度要求最高，公差等级达到IT5级，为R

0.4μm。

φ20

mm孔为整个的设计基准。

从位置关系来看，B面的下端面要与φ20

mm垂直。

这组加工表面是以Φ20

mm为中心,其余加工面都与它有位置关系,可以先加工它的一个端面,再借助专用夹具以这个端面为定位基准加工另一端面,然后再加工其它加工表面。

第二章机械加工工艺规程的制定

一、确定毛坯制造形式

零件材料为HT200，由于零件是中匹量生产，而且零件轮廓尺寸不大，故采用金属模铸造。

法兰盘因毛坯比较简单，采用铸造毛坯时一般是成队铸造，再进行机械加工。

这从提高生产率，保证加工精度上考虑也是应该的。

二、选择定位基准

定位基准的选择是工艺规程制定中的重要工作，它是工艺路线是否正确合理的前提。

正确与合理的选择定位基准，可以确保加工质量、素缎工艺工程、简化工艺装备结构与种类、提高生产效率。

1.粗基准的选择

选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续的工序提供精基准。

选择粗基准的出发点是：

一要考虑如何分配各加工表面的余量；二要考虑怎样保证不加工面与加工面间的尺寸及相互位置要求。

这两个要求常常是不能兼顾的。

但对于一般的轴类零件来说，以外圆作为粗基准是完全合理的。

对本零件而言，由于每个表面都要求加工，为保证各表面都有足够的余量。

应选加工余量最小的面为粗基准，这就是粗基准选择原则里的余量足够原则。

现选取Φ45mm外圆柱面和端面作为粗基准。

在车床上用带有子口的三爪卡盘夹住工件消除工件的六个自由度，达到完全定位。

2．精基准的选择

主要应该考虑基准重合的问题。

当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不在重复。

三、选择加工方法

1.面的加工

面的加工方法有很多，有车，铣，刨，磨，拉等。

对于上下端面和Φ90距离轴线为24和30mm的2个平面，粗糙度要求较高。

前者可以用车床车，后面可以用铣床铣，然后精沙精磨达到要求；后者在铣床洗后再到磨床精磨。

对于圆柱面，因为法兰盘是回转体零件，所以圆柱面用车床加工，精车后，用磨床达到要求的粗糙度。

2．孔的加工

孔的加工方法有钻、扩、镗、拉、磨等。

对于中心通孔，先采用钻18mm的孔然后在扩再粗精铰达到要求的精度，4×Φ9mm透孔也是采用钻出来的。

四、制定工艺路线

制定工艺路线是工艺人员制定工艺规程时最重要的工作，也是体现工业师工艺水平的重要方面。

其原则是，在合理保证零件的集合形状、尺寸精度、位置精度、表面质量的前提下，尽可能提高生产率，降低生产成本，取得较好的经济效益。

工艺路线一如下：

1粗车Φ100mm端面，粗车Φ100mm外圆柱面，粗车B面，粗车Φ90的外圆柱面；

2粗车Φ45端面及外圆柱面；

3钻粗绞Φ20的内孔；

4半精车Φ100的端面及外圆面，半精车B面，半精车Φ90的外圆柱面，对Φ100、Φ90的外圆柱面进行倒角，车Φ45两端的过渡圆弧车Φ20孔的左端倒角；

5半精车Φ45的端面及外圆柱面，车Φ20孔的右端倒角，车Φ45的倒角车3*2的退刀槽；

6精车Φ100的端面及外圆面，精车B面；

7精车Φ45端面及外圆柱面；

8精绞Φ20的孔；

9钻4—Φ9透孔；

10钻Φ4孔钻绞Φ6孔；

11铣Φ90圆柱面上的两个平面；

12磨B面；

13磨Φ90外圆柱面上距离轴线24mm的平面；

14Φ100外圆无光镀铬；

工艺路线二如下：

1、粗铣Φ20孔两端面；

2、钻、粗铰孔Φ20；

3、粗铣Φ90外圆柱面上平行于轴线的两个平面；

4、精铣Φ20孔两端的端面；

5、精绞Φ20的孔；

6、粗车Φ45、Φ90、Φ100的外圆粗车B面与Φ90的右端面；

7、半精车Φ45、Φ90、Φ100的外圆，半精车B面与Φ90的端面，对Φ100、Φ90、Φ45的圆柱面倒角，倒Φ45两端的过度圆弧，车退刀槽车Φ20内孔两端的倒角；

8、精车Φ100外圆面，精车B面，精车Φ90的右端面，精车Φ45的圆柱面

9、精铣Φ90外圆柱面上平行于轴线的两个平面；

10、钻4-Φ9透孔；

11、钻Φ4孔钻铰Φ6的销孔；

12、磨Φ45、Φ100的外圆；

13、磨Φ90外圆柱面上距离轴线24mm的平面；

14、磨B面；

15、刻字划线；

16、Φ100外圆无光镀铬；

工艺方案的比较与分析

方案一采用车削端面，可以保证精度。

方案二的效率虽高但精度不能保证，应把保证精度放在首位。

故选用方案一车削两端面。

由于各端面及外圆柱面都与Φ20轴线有公差保证，所以加工各端面及外圆柱面时应尽量选用Φ20孔为定位基准。

经过比较修改后的具体工艺过程如下：

1、粗车Φ100mm圆柱左端面，外圆，粗车B面；

2、钻Φ20mm孔，先钻Φ18mm，然后扩孔Φ19.8mm，然后粗铰到Φ19.95mm，最后精铰Φ20mm；

3、粗车Φ45mm圆柱外圆、右端面和Φ90mm外圆、右端面；

4、半精车Φ100mm左端面、外圆，半精车B面并倒角C1.5，半精车Φ90外圆，Φ20孔左侧倒角；

5、半精车右Φ45mm外圆及右端面，倒角C7；半精车Φ90右侧面，切槽3×2；给Φ20mm孔右侧倒角C1；

6、精车Φ100mm端面、外圆；精车B面，车过度圆角R5；

7、精车Φ45mm外圆，Φ90右端面；

8、粗铣、精铣Φ90mm圆柱体的两侧面；

9、钻4×Φ9mm通孔；

10、钻Φ4mm孔，扩孔，铰孔到Φ6mm；

11、磨削B面；

12、磨削Φ100mm、Φ90mm外圆面；

13、磨削Φ90mm凸台距离轴线24mm的侧面；

14、B面抛光；

15、除整个零件的毛刺；

16、100mm外圆镀铬。

以上工艺路线详见工艺过程卡片。

五、机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“法兰盘”零件材料为HT200、硬度200HBS，毛坯重量约为1.4KG。

生产类型为中批生产，采用铸造毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸下。

1.Φ45

mm外圆表面，此表面为IT6级精度，表面粗糙度需达Ra0.8。

参照《实用机械加工工艺手册》确定各工序尺寸及加工余量

工序名称

工序余量

工序基本尺寸

工序尺寸的基本公差

工序尺寸及公差

精车外圆

0.6

45

0.17

Φ45

半精车外圆

1.4

45.6

0.1

Φ45.6

粗车外圆

3

47

+0.3

Φ47

毛坯

5

50

Φ50

2.外圆表面Φ100

mm

参照《实用机械加工工艺手册》确定各工序尺寸及加工余量

工序名称

工序余量

工序基本尺寸

工序尺寸的公差

工序尺寸及公差

精车外圆

0.6

100

-0.46

Φ100

半精车外圆

1.4

100．6

粗车外圆

4

102

毛坯

6

106

Φ106

3．B面中外圆柱面

参照《实用机械加工工艺手册》确定各工序尺寸及加工余量

工序名称

工序余量

工序基本尺寸

工序尺寸公差

工序尺寸及公差

精磨外圆

0.4

45

-0.6

Φ45

半精车

1

45.4

粗车

2

46.4

毛坯

3.4

48.4

Φ48.4

4．孔Φ20

mm

参照《实用机械加工工艺手册》确定各工序尺寸及加工余量

工序名称

工序余量

工序基本尺寸

工序尺寸公差

工序尺寸及公差

精铰孔

0.05

20

+0.045

Φ20

粗铰孔

0.15

19.95

+0.1

Φ19.95

扩孔

1.8

19.8

+0.6

Φ19.8

钻孔

18

18

毛培

实心

5．Φ

mm的端面

1）按照《工艺手册》表6-28，铸件重量为1.4kg，Φ

mm端面的单边加工余量为2.0～2.4，取Z=2.0mm，铸件的公差按照表6-28，材质系数取

，复杂系数取

，则铸件的偏差为

；

2）精车余量：

单边为0.2mm（见《实用机械加工工艺手册》中表3.2-2），精车公差既为零件公差-0.08；

3）半精车余量：

单边为0.6mm（见《实用机械加工工艺手册》中表11-27），半精车公差的加工精度为IT9，因此可以知道本工序的加工公差为-0.12mm；

4）粗车余量：

粗车的公差余量（单边）为Z=2.0-0.2-0.6=1.2mm；粗车公差：

现在规定本工步（粗车）的加工精度为IT11级，因此，可以知道本工序的加工公差为-0.32mm，由于毛坯及以后各道工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实就是含义上的加工余量，实际上，加工余量有最大的加工余量及最小加工余量之分；

Φ

mm端面的尺寸加工余量和工序间余量及公差分布图见下图：

5.Φ90、Φ100mm两端面

工序名称

工序余量

磨

0.4

半精车

0.7

粗车

1.5

毛坯

3

6.铸件的毛坯图见附图1

六、工序设计

（一）选择加工设备与工艺装备

1.选择加工设备

选择加工设备即选择机床类型。

由于已经根据零件的形状、精度特点，选择了加工方法，因此机床的类型也随之确定。

至于机床型号，主要取决现场的设备情况。

若零件加工余量较大，加工材料又较硬，有必要校验机床的效率。

（1）工序05、15、20、25、30、35车外圆和端面，采用CA6140车床，主要参数如图：

（2）工序10、45、50为钻孔：

使用Z3025摇臂钻床，主要技术参数参照《课程设计指导书》表5-14；

（3）工序40铣平面：

XA5032立式升降台铣床，主要参数见《课程设计指导书》表5-13；

（4）工序55、60、65为磨；使用普通磨床，主要参数见手册；

（5）工序70为抛光：

使用普通抛光机，主要参数见手册。

2．选择夹具

对于成批生产的零件，大多数采用专用机床夹具。

在保证加工质量、操作方便、满足高效率的前提下，亦可部分采用通用夹具。

本机械加工工艺规程中有的工序需要专门的机床夹具，这些专用夹具需要设计、制造。

3.选择刀具

在法兰盘的加工中，采用了车、铣、磨、钻、扩、铰等多种加工方法与，之对应，初选刀具的情况如下：

1）车刀：

工序05、15、20、25、30、35中加工外圆和端面所用到了一下刀具：

90º刀，白钢刀，45º刀，3mm切槽刀，R5圆角刀。

其中90º刀，白钢刀用来车外圆，45º刀用来车端面，3mm切槽刀用来切零件图上那个3×2的槽，R5圆角刀用来加工零件图上那个过度圆角。

2）铣刀：

工序40中要求铣Φ90上距轴心为30、24mm的两平面，所用需要用到直柄3齿高速铣刀。

3）钻头：

工序10、45、50需要用到钻头，从零件要求和加工经济性考虑，采用锥柄麻花钻头，工序10、50采用麻花钻扩孔。

4）铰刀：

工序10需要铰孔达到需要的精度要求，所用使用高速钢制铰刀。

5）砂轮：

工序55、60、65需要磨削平面；所以根据表面粗糙度要求，选用不同型号的砂轮。

4.选择量具

选择量具的原则是根据被测量对象的要求，在满足测量精度的前提下，尽量选择操作方便、测量效率高的量具。

量具有通用量具（如游标卡尺、千分尺、比较仪、量块等）和各种专用高效量具，其种类的选择主要考虑被测尺寸的性质，如内径、外径、深度、角度、几何形状等以及被测工件的特点，如工件的形状、大小、精度、生产类型等。

本零件属于成批生产，一般均采用通用量具。

（二）确定工序尺寸

加工表面

工序（或

工步）

名称

工序（或工步）余量

工序（或

工步）

基本尺寸

工序（或工步）

经济精度

工序（或工步）尺寸

及其偏差

表面

粗糙度

公差等级

公差

右端面

粗车

4.5

6.3

毛坯

4.5

Φ90

突台右端

精车

0.8

41

IT7

0.025

41

1.6

半精车

1.0

41.8

IT9

0.062

41.80.031

3.2

粗车

1.2

42.8

IT11

0.160

42.80.08

6.3

毛坯

3

44

——

2.2

441.1

槽3×2

槽3×2

槽3×2

粗车

2Z=9

41

IT13

0.39

41

6.3

毛坯

2Z=9

50

——

2.0

501.0

Φ45外圆

磨削

2Z=0.3

45

IT6

0.017

Φ45

0.8

半精车

2Z=1.0

45.3

IT9

0.062

Φ45.3

3.2

粗车

2Z=3.7

46.3

IT11

0.160

Φ46.3

6.3

毛坯

2Z=5

50

——

2.0

Φ501.0

内孔Φ20

铰

2Z=0.2

20

IT8

0.045

Φ20

1.6

扩

2Z=1.8

19.8

IT10

0.084

Φ19.8

6.3

钻

2Z=18

18

IT12

0.18

Φ18

12.5

毛坯

实心

Φ100

左端面

精车

Z=0.4

91

IT8

0.054

91

1.6

半精车

0.7

91.4

IT9

0.087

91.8

3.2

粗车

1.5

92.1

IT11

0.22

92.50.11

6.3

毛坯

3

93.6

——

2.2

941.1

Φ100外圆

磨削

2Z=0.4

100

IT8

0.054

Φ100

0.8

半精车

2Z=1.1

100.4

IT11

0.22

Φ100.4

3.2

粗车

2Z=3.5

101.5

IT11

0.22

Φ101.5

6.3

毛坯

2Z=5

105

——

2

Φ1051.0

Φ100

右端面

磨削

Z=0.4

41

IT7

0.017

41

0.4

半精车

Z=1.1

41.4

IT9

0.062

41.4

3.2

粗车

Z=1.5

42.5

IT11

0.16

42.5

6.3

毛坯

Z=3

44

2.0

441.0

Φ45外圆

磨削

2Z=0.3

45

IT7

0.017

Φ45

0.4

半精车

2Z=1.0

45.3

IT9

0.062

Φ45.3

3.2

粗车

2Z=3.7

46.3

IT11

0.160

Φ46.3

6.3

毛坯

2Z=5

50

2.0

Φ501.0

Φ90

突台左端

磨削

Z=0.4

8

IT8

0.022

8

0.4

半精车

Z=1.1

8.4

IT9

0.036

8.4

3.2

粗车

Z=1.5

9.5

IT11

0.09

9.5

6.3

毛坯

Z=3

11

0.2

Φ90外圆

磨削

2Z=0.4

90

IT8

0.054

Φ90

0.8

半精车

2Z=1.1

90.4

IT9

0.087

Φ90.4

3.2

粗车

2Z=3.5

91.5

IT11

0.22

Φ91.5

6.3

毛坯

2Z=5

95

2.0

Φ951.0

Φ4孔

铰

2Z=0.1

4

IT10

0.048

Φ4

6.3

钻

2Z=3.9

3.9

IT11

0.075

Φ3.9

12.5

毛坯

实心

Φ6孔

铰

2Z=0.2

6

IT10

0.048

Φ6

3.2

钻

2Z=1.8

5.8

IT11

0.075

Φ5.8

12.5

毛坯

2Z=4

4

IT11

0.075

Φ4

12.5

Φ900

左侧面

精铣

1.0

58

IT9

0.074

58

3.2

粗铣

31.0

59

IT12

0.3

59

12.5

毛坯

32

90

IT13

0.54

90

Φ90

右侧面

磨削

0.4

24

IT8

0.33

24

0.4

毛坯

6.3

4×Φ9孔

钻

2Z=9

9

IT13

0.22

Φ9

12.5

毛坯

实心

七、确定切削用量

（一）工序05（粗车Φ100mm圆柱左端面，外圆，粗车B面）

机床：

CA6140卧式车床

刀具：

采用高速钢90º车刀

（1）粗车Φ100mm端面

查《金属切削加工手册》P306表7－34，得

=4mm,f=0.9mm/r,v=109.8m/min

（2）粗车Φ100mm外圆柱面

查《金属切削加工手册》，得

=2mm,f=0.9mm/r,v=150m/min

（3）粗车B面

查《金属切削加工手册》，得

=1mm,f=0.9mm/r,v=133.2m/min

（二）工序10（钻Φ20mm孔，先钻Φ18mm，然后扩孔Φ19.8mm，然后粗铰到Φ19.95mm，最后精铰Φ20mm）

1.钻Φ18mm的孔

本工步为钻18mm的通孔，所用机床为Z3025摇臂钻床。

根据《金属切削加工手册》确定用高速钢锥柄麻花钻作为刀具，麻花钻的参数见《金属切削加工手册》。

查得刀具耐用度为T=60min，后刀面最大磨损限度为0.5-0.8mm。

（1）确定背吃刀量αp=（18-0）/2mm=9mm

（2）确定进给量f工件材料为灰铸铁且硬度≥20，0HBS时，查表得f取值范围为0.43-0.53mm/r.由于钻孔深度大于5倍do，需乘上修正系数klf。

由于l/do=91/18=5.06,经查表得klf=0.9。

综上得进给量f的取值范围为f=（0.43-0.53）×0.9mm/r=（0.387-0.477）mm/r。

根据Z3025机床标准进给量，查《金属切削加工手册》得，选取f=0.4mm/r。

（3）确定切削速度v根据《金属切削加工手册》查得切削速度的计算公式为：

式中，cv=9.4,zv=0.25,xv=0,yv=0.4，m=0.125.查《金属切削加工手册》，根据刀具的耐用度T=45min，得修正系数kTv=1.0;工件材料硬度大于等于200HBS，得修正系数kmv=0.78;刀具材料为高速钢，得修正系数ktv=1.0;钻头为标准刃磨形状，得修正系数kxv=0.87;钻孔深度l=5do，得修正系数klv=0.75。

所以Kv=kTvkmvkxvklvkxv=1.0×0.78×1.0×0.75×0.87=0.509

V=9.4×180.25/600.125×90×0.40.4=16.74m/min

n=1000v/πdo=1000×16.74/π×18r/mm=296r/mm

根据Z3025机床准主轴转速，由《金属切削加工手册》查得，选取转速n=250r/mm，实际速度为

V=πdon/1000=π×18×250/1000m/min=14.13m/min

切削用量为：

αp=9mm，f=0.4mm/r，V=14.13m/min

2.扩Φ19.8mm孔

本工步为扩Φ19.8mm的通孔，所以选用所用机床为Z3025摇臂钻床。

根据《金属切削加工手册》确定用高速钢锥柄麻花扩钻作为刀具。

麻花钻的参数见《金属切削加工手册》。

查得刀具耐用度为T=30min，后刀面最大磨损限度为0.6-0.9mm。

确定背吃刀量αp扩孔时，αp=（19.8-18）/2mm=0.9mm

确定进给量f查《金属切削加工手册》得f=0.6mm/r

确定切削速度确定速度的公式同钻孔，式中，cv=12.9,zv=0.25,xv=0.1,yv=0.4，m=0.125，各修正系数查表得：

kTv=1.0，kmv=0.78，ktv=1.0，kapv=1.0

Kv=kTvkmvktvkap=0.78

V=12.9×19.80.25/300.125×0.90.1×0.60.4=22.05m/min

n=1000v/πdo=1000×22.05/π×19.8=361.7r/mm

根据Z3025机床准主轴转速，由《金属切削加工手册》查得，选取转速n=315r/mm，实际速度为

V=πdon/1000=π×19.8×315/1000m/min=19.59m/min

3.粗铰Φ19.95的孔

本工步为粗铰Φ19.95mm，所用机床为Z3025摇臂钻床。

根据《金属切削加工手册》确定用高速钢铰刀作为刀具，麻花钻的参数见《金属切削加工手册》。

查得刀具耐用度为T=60min，后刀面最大磨损限度为0.4-0.6mm。

确定被吃刀量αp=（19.95-19.8）/2=0.075mm

确定进给量查《金属切削加工手册》得f=1.1mm/r

确定切削速度确定公式同钻孔，式中，cv=15.9,zv=0.2,xv=0.1,yv=0.5，m=0.3

各修正系数查表得：

kTv=1.0，kmv=0.78，kapv=1.0

Kv=kTvkmkap=0.78

V=15.9×19.950.2/600.3×0.0750.1×1.10.5=10.46mm/min

n=1000v/πdo=1000×10.46/π×19.95=166.9r/min

根据Z3025机床准主轴转速，由《金属切削加工手册》查得，选取转速n=125r/mm，实际速度为：

V=πdon/1000=π×19.95×125/1000=7.83mm/min

4.精铰Φ20的孔

本工步为精铰Φ20mm，所用机床为