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法兰盘
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法兰盘机械加工工艺及夹具设计,法兰盘,机械,加工,工艺,夹具,设计
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21 课 程 设 计题 目：法兰盘的机械加工工艺规程及钻孔工艺装备设计班级：姓名：学 号：指导教师：完成日期：一、设计题目法兰盘的机械加工工艺规程及钻孔工艺装备设计二、原始资料（1）被加工零件的零件图（草图） 1张（2）生产类型：中批或大批大量生产三、上交材料（1）被加工工件的零件图 1张（2）毛坯图 1张（3）机械加工工艺过程综合卡片 1张（4）与所设计夹具对应那道工序的工序卡片 1张（5）夹具装配图 1张（6）夹具体零件图 1张（7）课程设计说明书（约50008000字） 1份四、进度安排(参考)（1）熟悉零件，画零件图 2天（2）选择工艺方案，确定工艺路线，填写工艺过程综合卡片 5天（3）工艺装备设计（画夹具装配图及夹具体图） 9天（4）编写说明书 3天（5）准备及答辩 2天五、指导教师评语成 绩： 指导教师冷岳峰日期摘要随着社会的发展、科技的进步，机械行业对专业人才的需求在不断变化，特别是随着数控技术的应用和先进设备的增加，对既有扎实专业理论基础，有会动手的职业技术人才需求越来越多。所以为了深化课程学习，机械课程设计这门课显得特别的重要。通过课程设计这一事件环节，是学生更好地理解和掌握课程的基本理论和方法，进一步提高查阅技术资料、绘制零件图等能力。按照一个简单机械系统的功能要求，综合运用所学知识，并对其中某些机构进行分析和设计。以设计为主线，分析为设计服务，立足点是机械系统的方案设计，是机械制造工艺与装备设计的新体系。 我们应该能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产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的工艺规程的能力，能熟练运用有关手册、图表等技术资料，进一步巩固识图、制图、运算和编写技术文件等基本技术，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。AbstractWith the development of the society, technological advances, the machinery industry demand for professionals is constantly changing, particularly as the application of numerical control technology and advanced equipment increases, on both a solid theoretical foundation, there are specialty will be hands-on technical talent demand more and more. So in order to deepen the course in mechanical design the course especially important. Through the course design of this event, the students better understand and master courses in basic theory and methods, further improving access to technical information, drawing parts, etc. According to a simple mechanical system of functional requirements, the knowledge, and on some of these organizations to carry out analysis and design.To design the main line, analysis services for the design, the foothold is the design of the mechanical system, is the machinery manufacturing process and equipment design of the new system. We should be using mechanical manufacture technology in basic theory, combined with production practice learned practical knowledge, independent analysis and problem-solving technological problems, preliminary design with a moderate part of the process of ability, skill for manuals, charts and other technical information, further consolidate the map reading, drawing, and writing technical documents, and other basic technology for future graduation and future work and lay a good foundation.目录1、法兰盘的工艺分析及生产类型的确定11.1、法兰盘的用途11.2、法兰盘的技术要求11.3、审查法兰盘的工艺性21.4、确定法兰盘的生产类型22、确定毛胚、绘制毛胚简图32.1选择毛胚32.2确定毛胚的尺寸公差和机械加工余量32.2.1公差等级32.2.2法兰盘铸造毛坯尺寸工差及加工余量32.2.3绘制法兰盘的毛坯简图43、拟定法兰盘工艺路线43.1、定位基准的选择43.1.1精基准的选择43.2.2粗基准的选择43.2 、表面加工方法的确定53.3、加工阶段的划分53.4、工序的集中与分散63.5、工序顺序的安排63.5.1机械加工工序63.5.2热处理工序73.5.3辅助工序73.6、确定工艺路线74、加工余量、工序尺寸和工差的确定85、切削用量、时间定额的计算95.1、切削用量的计算95.1.1钻孔工步95.1.2 粗铰工步95.1.3精铰工步105.2、时间定额的计算105.2.1基本时间tj的计算105.2.2辅助时间ta的计算115.2.3. 其他时间的计算125.2.4单件时间tdj的计算126.夹具设计136.1提出问题136.2设计思想146.3夹具设计146.3.1定位分析146.3.2切削力及夹紧力的计算156.3.3夹具操作说明176.3.4确定导向装置187. 体会与展望198.参考文献20法兰盘零件图1、法兰盘的工艺分析及生产类型的确定1.1、法兰盘的用途法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。在工业管道中，法兰连接的使用十分广泛。在家庭内，管道直径小，而且是低压，看不见法兰连接。如果在一个锅炉房或者生产现场，到处都是法兰连接的管道和器材。题目生产的法兰盘主要起支承和导向作用。是回转体零件。由外圆、圆孔、端面构成主要表面。用F面定位，三个螺栓固定，实现法兰盘的正确连接。3-16.5孔既为螺栓连接孔。1.2、法兰盘的技术要求：该法兰盘的各项技术要求分析如下：由图知，其材料为HT150,质量为1.34kg。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减震性，使用与承受较大应力、要求耐磨的零件。1.3、审查法兰盘的工艺性该法兰盘结构简单，形状普通，属一般的盘盖类零件。主要加工表面有外圆、圆孔，端面，其次就是11孔及16.5孔，孔的加工表面在圆周上，通过专用的夹具和钻套能够保证其加工工艺要求。该零件除主要加工表面外，其余的表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求。由此可见，该零件的加工工艺性较好。1.4、确定端盖的生产类型法兰盘重量为1.34kg，由上述条件知，法兰盘属轻型零件；由表1-4知，该端盖的生产类型为大批生产。2、确定毛胚、绘制毛胚简图2.1选择毛胚根据零件材料HT150确定为铸件，又已知零件质量为1.34kg。可知毛坯的铸造方法选用永久型铸造型。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。2.2确定毛胚的尺寸公差和机械加工余量2.2.1公差等级铸件尺寸公差为12级，又由于是大批量生产，毛坯制造采用永久型铸造。公差等级为CT9级（机械制造工艺设计简明手册P38），选取铸件错箱值为0.1mm。2.2.2法兰盘铸造毛坯尺寸工差及加工余量 对大批量生产的铸件加工铸件加工余量中查机械制造工艺补充教材P359360，选取等级精度为2级。各加工表面总余量7mm。2.2.3绘制端盖毛坯简图3、拟定法兰盘工艺路线3.1、定位基准的选择3.1.1精基准的选择 法兰盘的外圆52g6既是装配图基准，又是设计基准。为避免由于基准不重合而产生的误差，选用外圆52g6为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。具体而言，即选外圆52g6及A端面作为精基准。3.2.2粗基准的选择 由于法兰盘全部表面都需要加工，而外圆52g6既是精度最高又是壁厚最薄的表面，为保证加工要求，固选外圆52g6及A端面为粗基准。3.2 、表面加工方法的确定 根据法兰盘零件图上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法。3.3、加工阶段的划分根据法兰盘加工质量要求，可将加工阶段划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准（外圆52g6及A端面）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他表面的精度要求；然后粗车端外圆面、端面、车75外圆、3X.0.5倒角。在半精加工阶段，完成端盖左端面的精铣加工和11孔的钻-铰-精铰加工及16.5孔等其他孔的加工。最后精加工所有表面。3.4、工序的集中与分散 选用工序集中原则安排法兰盘的加工工序。该法兰盘的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面的相对位置精度要求。3.5、工序顺序的安排3.5.1机械加工工序（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准外圆52g6及端面。（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。（3）遵循“先面后孔”原则，先加工80端面，再加工11孔及16.5的孔。3.5.2热处理工序 铸造成型后，对铸件进行退火处理，可消除铸造后产生的铸造应力，提高材料的综合力学性能。该法兰盘在工作过程中承受冲击载荷和应力，故采用时效退火。3.5.3辅助工序 在精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。综上所述，该端盖工序的安排顺序为：在、热处理基准加工粗加工半精加工精加工辅助工序。3.6、确定工艺路线在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，下表列出了法兰盘的工艺路线。工序号工 名序 称工 序 内 容车间工段设 备工 艺 装 备1铸造2热处理时效退火3粗车粗镗粗车80h11的外圆面及端面及台阶面；粗镗62.4，620.015，倒角130及145C620-1型卧式车床外圆车刀、游标卡尺、内径百分尺、三爪卡盘4粗车粗镗粗车C面，外圆52g6及台阶A面，外圆120；粗镗孔36+0.02孔及其倒角 0C620-1型卧式车床外圆车刀、游标卡尺、内径百分尺、三爪卡盘5半精车半精镗半精车D面，外圆80h11及台阶面；半精镗62.4，620.015，倒角130及145C620-1型卧式车床外圆车刀、游标卡尺、内径百分尺、三爪卡盘6半精车半精镗半精车C面，外圆52g6及台阶A面，外圆120半精镗孔36+0.02孔及其倒角 0并切沟槽C620-1型卧式车床外圆车刀、游标卡尺、内径百分尺、三爪卡盘7精车精镗精车外圆52g6及台阶面A面；精镗孔36+0.02孔及其倒角及沟槽C620-1型卧式车床外圆车刀、游标卡尺、极限量规、三爪卡盘8精车精镗精车外圆80h11；精镗62.4、620.015、倒角130及145车螺纹M641.5C620-1型卧式车床外圆车刀、游标卡尺、极限量规、三爪卡盘9粗铣大圆盘两平面立式铣床X51专用夹具、高速钢镶嵌式端面铣刀、游标卡尺10半精铣半精铣34.50.20切面 0立式铣床X51专用夹具、高速钢镶嵌式端面铣刀、游标卡尺11拉削36+0.02内孔键槽 0立式插床B5020专用夹具、插刀、游标卡尺12钻、锪孔钻311孔；锪16.5孔立式Z525钻床专用夹具、钻刀、游标卡尺13钻4小孔和18的盲孔立式Z525钻床专用夹具、钻刀、游标卡尺14去毛刺15终检4、加工余量、工序尺寸和工差的确定加工余量在前面确定毛坯的时候已经提到过了，所以就不再多做说明。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。当无基准装换时，同一表面多次加工的工序尺寸只是与工序（或工步）的加工余量有关。当基准不重合时，工序尺寸应用工艺尺寸链解算。在这里只列出圆柱面的工序尺寸：5、切削用量、时间定额的计算在工艺文件中还要确定每一工步的切削用量，即背吃刀量，进给量切削速度，确定方法是先确定切削深度和进给量，再确定切削速度，用现代制造工艺设计方法公式换算出查表或计算法所得的转速，根据转速在选择机床实有的主轴转速表取接近的主轴转速作为实际转速，对粗加工选取实际切削速度，实际进给量和背吃刀量后，还要校验机床功率是否够等，才能作为最后切削用量填入。在这里只写出钻孔311及锪孔16.5。5.1、切削用量的计算5.1.1钻孔11工艺要求：孔径d=11，孔深L=15mm，精度为H1213（1）选择钻头选择高速钢麻花钻头，其直径d0=10mm，钻头几何形状为双锥修磨横刃， （2） 进给量的确定 按加工要求决定进给量，根据表2-7，当加工精度要求为H12H13，铸铁强度为700MPa，d=10mm时，f=0.270.32mm/r，考虑到钻头强度允许的进给量及机床进给机构强度，故取f=0.2mm/r。（3）切削速度的计算 由表2-13，当加工为第五类，f=0.28mm/r，双横刃磨的钻头，d=11mm时，V=12m/min.由公式得n=1150mm/r，根据Z525钻床说明书可选择此速度检验机床扭矩及功率与加工18相同，故符合。5.1.2 钻孔3-16.5加工材料HT150，强度700MPa。工艺要求：孔径d=16.5，孔深L=10mm，精度为H12H13，机床为Z525立式钻床（1）选择高速钢麻花钻头 其直径d=16mm，钻头几何形状为双锥修磨横刃， （2） 进给量的确定 由表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.2mm/r。3）切削速度的计算 由表2-13，切削速度v选取为40m/min,由公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得该工序钻头转速n=63.95 r/min ,参照Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=280.6r/min ,根据Z525钻床说明书可选择n=770r/min。5.1.3锪孔工步1）背吃刀量的确定 取ap=0.05mm。2) 进给量的确定 由表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.05mm/r。3） 切削速度的计算 由表5-31，切削速度v选取为4m/min,由公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得该工序钻头转速n=127.4r/min ,参照Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=510r/min ,再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度为v=30m/min。5.2、时间定额的计算5.2.1基本时间tj的计算（1） 钻孔3-11工步查表2-19，得y+=10mmT=l/nf=0.26min=15.76s（2） 钻孔3-16.5工步根据表5-41，铰圆柱孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式中 l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（9.96-9.8）/2=0.08的条件查得l1=0.37mm; l2=15mm; 而l=10mm; f=0.36mm/r; n=97r/min.。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间tj=9.19s。（3）锪孔工步同上，根据表5-41可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得该工步的基本时间。式中 l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（10-9.96）/2=0.02的条件查得l1=0.19mm; l2=13mm; 而l=12mm; f=0.3 mm/r; n=140 r/min.。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间tj=(12mm+0.19mm+13mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.6min=36s。5.2.2辅助时间ta的计算根据第五章第二节所述，辅助时间ta与基本时间tj之间的关系为ta=(0.150.2) tj ,这里取ta=0.15 tj ,则各工序的辅助时间分别为：钻孔11工步的辅助时间为：ta=0.15x25.76s=3.864s;钻孔16.5工步的辅助时间为：ta=0.15x42s=6.3s;精铰工步的辅助时间为：ta=0.15x36s=5.4s;5.2.3. 其他时间的计算除了作业时间（基本时间和辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要的时间和准备与终结时间。由于端盖的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作的时间tb是作业时间的2%7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%4%，这里均取3%，则各工序的其他时间可按关系式（3%+3%）（tj+ta）计算，它们分别为：钻孔工步的其他时间为：tb+tx =6%x(28s+4.2s)=1.93s;粗铰工步的其他时间为：tb+tx =6%x(42s+6.3s)=2.90s;精铰工步的其他时间为：tb+tx =6%x(36s+5.4s)=2.48s;5.2.4单件时间tdj的计算这里的各工序的单件时间分别为：钻孔工步tdj钻=28s+4.2s+1.08s=34.13s;粗铰工步tdj粗铰=42s+6.3s+2.90s=51.20s;精铰工步tdj精铰=36s+5.4s+2.48s=43.88s;因此，此工序的单件时间tdj=tdj钻+tdj粗铰+tdj精铰=34.13s+51.20s+43.88s=129.21s。将上述零件工艺规程设计的结果，填入工艺文件。6.夹具设计夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。6.1提出问题（1）怎样限制零件的自由度：法兰盘以孔为定位基面，一个心轴能限制两个自由度，再用螺母及压板使工件压紧。（2）怎样夹紧；对于回转体这样的零件，大多数要在上面钻多个孔，而且一般是均匀分布的，这样以来，要求在固定钻床上加工的各个孔都是在绕法兰盘的中心转过一定的角度而获得。（3）设计的夹具怎样排削；此次加工利用麻花钻和铰刀，排削通过钻模板与工件之间的间隙排削。（4）怎样使夹具使用合理，便于装卸。6.2设计思想设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。本夹具主要用来对11孔进行加工，这个孔尺寸精度要求为IT9，表面粗糙度Ra1.6，钻、粗铰、精铰以可满足其精度。所以设计时要在满足精度的前提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。6.3夹具设计6.3.1定位分析（1）定位基准的选择据夹具手册知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。故将定位元件设计成圆柱心轴，在心轴的限制下，工件已经限制了4个自由度，再用压板与螺母使工件夹紧。（2）定位误差的分析定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为一个面与两个孔定位，因为该定位元件的定位基准为孔的轴线，所以基准重合b=0，由于存在间隙，定位基准会发生相对位置的变化即存在基准位移误差。j=（TD+T d+S）/2TD =0.050mmT d =0.011mmS=0.010mmj=0.0355mm6.3.2切削力及夹紧力的计算刀具：11的麻花钻，16.5锪刀。钻孔切削力：查机床夹具设计手册P70表3-6，得钻削力计算公式： 式中 P钻削力t钻削深度,12mmS每转进给量, 0.1mmD麻花钻直径, 9.8mmHB布氏硬度，150HBS 所以 =762（N）钻孔的扭矩： 式中 S每转进给量, 0.1mmD麻花钻直径, 9.8mmHB布氏硬度，140HBS=8200(NM)铰孔时的切削力：查机床夹具设计手册P70表3-6，得钻削力计算公式：式中 P切削力t钻削深度, 12mmS每转进给量, 0.4mmD铰孔钻直径, 10mmHB布氏硬度，140HBS 所以 = 73（N）铰孔的扭矩： 式中 t钻削深度, 12mmS每转进给量, 0.4mmD铰刀直径, 10mmHB布氏硬度，140HBS =600（NM）钻孔夹紧力：查机床夹具设计手册P70表3-6，查得工件以一个面和两个孔定位时所需夹紧力计算公式：式中 螺纹摩擦角平头螺杆端的直径工件与夹紧元件之间的摩擦系数,0.16螺杆直径 螺纹升角Q 手柄作用力L 手柄长度则所需夹紧力
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