上法兰工艺与夹具设计说明书

附录硕士论文PAGE6PAGE33上法兰工艺与夹具设计

目录摘要 2Abstract 3第一章零件的分析 41.1零件的特征作用分析 41.2零件的工艺分析 4第二章确定毛坯类型和基本尺寸 62.1选择毛坯 62.2确定毛坯尺寸公差和机械加工余量 62.3加工余量、工序尺寸和公差的确定 6第三章制定工艺路线 73.1定位基准的选择 73.2各表面加工方法 73.3制订工艺路线 73.4加工设备与工艺装备选用 8第四章切削用量与基本工时计算 94.1粗、半精铣正面背面 94.2钻4-φ11孔锪沉孔φ18 114.3钻铰φ6.3H7锪沉孔φ14，钻攻M6，铣端面环形槽 124.4钻攻M8孔锪沉孔φ15 184.5钻孔φ5和攻丝M6锪沉孔φ6.4 204.6钻2-φ4孔，钻攻M14锪沉孔φ21 224.7磨正面 25第五章加工中心夹具设计 275.1定位原理的分析 275.2定位元件的设计 275.3菱形销的尺寸计算 275.4定位误差的分析 285.5夹紧方式的确定 305.6切削力与夹紧力的计算 305.7夹具的简要操作说明 33结论 34参考文献 35致谢 36需要图纸及工序卡等全套资料联系QQ：1047713170摘要本次的设计是一个方形的标准法兰零件，它主要用途是机床上的零件。对这个零件进行工艺规程设计。工艺规程的设计就是对机械的零件进行工艺的分析，并对其工艺的参数进行相关计算，并制定出工艺性的文件。制定的文件中的工序卡是对制定后的每个工序制定，在工序卡上就会有相应的工艺参数计算后的数值，要进行归纳总结。对于这类零件的工艺规程的设计，是熟悉机械制造工艺学的必经之路。从首先的零件材质的选取，来确定好零件的毛坯，确定好毛坯尺寸，还有它的余量等。通过选择合理的加工机床来加工表面特征，制定比较合适的工艺流程，整个过程就是这样的，后续还有些技术上的不足，也在设计当中及时查现。在工艺规程设计完成后，从工序中选择其中的工序来进行非标夹具的设计。在夹具设计当中从夹具设计的主要要点开始，熟悉夹具中的定位原理、夹紧的原理等，并进行工装夹具中的定位误差的分析，并进行相关的误差计算，还有计算关于切削力、夹紧力的工艺参数。关键词：上法兰；工艺设计；夹具设计；工艺参数计算AbstractThisdesignisasquarestandardflangeparts,itismainlyusedformachineparts.Designtheprocessspecificationforthispart.Thedesignoftechnologicalprocedureistoanalyzethetechnologicalprocessofmechanicalparts,calculatethetechnologicalparameters,andworkouttechnologicaldocuments.Theworkingprocedurecardinthedevelopeddocumentisforeachworkingprocedureafterformulation,andtherewillbecorrespondingprocessparametercalculatedvalueontheworkingprocedurecard,whichshouldbesummarized.Thedesignoftechnologicalprocessforsuchpartsistheonlywaytobefamiliarwithmechanicalmanufacturingtechnology.Fromthefirstpartmaterialselection,todetermineagoodpartoftheblank,determinethesizeoftheblank,anditsmargin.Throughtheselectionofareasonablemachiningmachinetoprocesssurfacefeatures,developamoreappropriateprocess,thewholeprocessislikethis,therearestillsometechnicaldeficienciesinthefollow-up,alsointhedesignoftimelycheck.Afterthecompletionofprocessplanning,selecttheprocessfromtheprocesstodesignnon-standardfixture.Infixturedesign,startfromthemainpointsoffixturedesign,befamiliarwiththepositioningprincipleandclampingprincipleinthefixture,analyzethepositioningerrorinthefixture,calculatetherelevanterror,andcalculatetheprocessparametersofcuttingforceandclampingforce.Keywords:upperflange;processdesign;fixturedesign;processparametercalculation第一章零件的分析1.1零件的特征作用分析本次设计的上法兰零件。它是一种液压机床中的零件，主要是液压系统中的连接、固定、密封的作用。从零件的形状上看是个规范的长方体零件，零件上有孔、面等加工特征。从这些孔面特征中分析得知，主要的孔都是液压油的流通孔，还有一些小孔是用于空气流通，一些螺纹孔一般是油嘴或者连接螺钉的作用。零件中的四个安装孔带有沉孔这是连接螺钉的。在零件的正面上还有环形的沟槽，这些环形的沟槽一般都有一定的精度，可以断定这些是连接端面某些零件使用的端面密封环槽，这些环槽内部放上密封圈，然后相应的端面与其他零件接触，并用螺钉压紧，保证压紧的端面密封，致使不会有液压油泄露或者空气泄露等。所以连接的压紧端面这里表面精度就会比较高，对于这些基本的特征搞清楚之后，来进行工艺设计的话就会得心应手了。1.2零件的工艺分析由上法兰零件图可以了解到本次，上法兰以加工表面特征分成面、孔的加工特征，另外加工的表面还有一定的行为公差的要求：（1）面的加工特征包括零件的正面和背面，厚度尺寸是，正面的表面精度要求是，背面的表面精度要求是，四周的表面是不做加工处理的。（2）孔的加工特征包括有：正面上有环形槽深1.9mm，精度要求是。此环形槽中心是孔，精度要求是。沉孔精度要求，正面上还有两个环形槽深2mm，M6-7H孔和沉孔，这些孔精度要求均是和之间。两个环形槽中心有接通的孔与侧边的深度59mm接通，这个孔中心上是M6-7H的螺纹孔深度10mm，上面还有沉孔。零件的上端面上有M8孔、M6的组合孔，内部的M6孔与背面的孔接通，背面上的孔中心是M8的螺纹孔和沉孔与正面上的孔接通。另外侧边上还有孔与上端面的M6底孔接通。这个侧面的中心上是M14×1.5的螺孔和沉孔。除此之外的其余未注明的表面精度的均是不加工处理。（3）形位公差上的要求：以侧边的孔中心也就是相应的M6孔中心为D基准，此中心上的沉孔倒角中心相对于D的圆跳动是，孔的中心的圆柱度要求是。第二章确定毛坯类型和基本尺寸2.1选择毛坯本次的上法兰零件是一个标准的方形零件，当然这种方形零件比较规范、比较简单。该零件材料为一种球墨铸铁，该材质的牌号为QT500-7。此材质的抗拉强度，屈服强度为，布氏硬度为。由于要采用批量生产，本次的材质毛坯需要用铸造来进行制造，铸造的方法就采用常见的砂型铸造。2.2确定毛坯尺寸公差和机械加工余量确定毛坯的尺寸，要结合零件的尺寸大小来确定，借助查询参考表2-11、2-12、2-14、2-15有关表格，列出本次的阶梯轴零件中的表面加工余量。表3-3阶梯轴毛坯零件的加工余量确定序号加工表面加工表面精度要求加工尺寸要求选择理由1厚度平面单边的加工余量按照粗加工余量是，半精加工余量是，其中正面表面的精加工余量是由于零件是个方形的零件，其余特征就按照实心体直接铸造出来，考虑一个厚度的毛坯尺寸即可，根据上面分析得知厚度的毛坯尺寸应该是，取整数得知本次的零件的毛坯尺寸是。2.3加工余量、工序尺寸和公差的确定本次的上法兰加工部分表面的尺寸等级是按照等级。两端面中正面精度，背面精度是按照余量：查询表2-24、表2-25，其的余量为，的公差为。半精加工的余量是，半精加工的公差是。磨正面的加工余量是，通过磨削加工得知的公差是。第三章制定工艺路线3.1定位基准的选择本次的零件由于是一个比较规范的长方体的零件，在选择开始加工的时候可以选择四周的轮廓面作为粗基准，去加工上下平面。加工好上下平面后，将零件中的四个孔孔加工出来，后续的基本上所有的表面特征都可以以这四个孔中的对角两个孔作为精基准的选择，去加工后续的零件上的基本特征。3.2各表面加工方法本次的上法兰零件，按照表面精度的要求来进行表面加工方法的分配。表面精度要求是的按照粗、半精加工，表面精度的正面按照粗铣、半精铣、磨车的加工的顺序来安排。其余的例如密封面的端面环形槽选择立铣刀来切削加工，可以选择粗到精的区分，有些孔需要钻孔后铰孔的顺序加工，其余的各基本表面采用加工中心中的铣削基本都可以达到一定的精度要求。3.3制订工艺路线对于本次的上法兰零件制定的工艺路线如下：工序10：铸造毛坯工序20：时效处理工序30：粗、半精铣正面和背面两面，正面表面留磨余量工序40：钻锪沉孔深工序50：钻、铰正面上的，锪沉孔深3mm，钻攻深10mm，锪沉孔深3mm，铣环形槽深1.9mm，环形槽深1.9mm工序60：钻攻背面上的深，锪沉孔工序70：钻攻上端面上的深14.5mm，钻孔深41.5mm，钻攻M6孔其中孔接通，锪沉孔工序80：钻侧边的孔深59mm，钻攻深10mm，锪沉孔工序90：钻正面上的接通，铣环形槽深2mm工序100：钻侧边的深38mm，钻攻深20mm，锪沉孔工序110：磨正面表面精度要求到位工序120：去毛刺到棱角工序130：检验入库3.4加工设备与工艺装备选用本次的零件加工除去正面的表面磨削是在平面磨床上加工的，其余均选择的是加工中心加工。本次零件的平面磨加工选择卧轴距台平面磨床，该磨床工作台尺寸，三轴也就是最大行程为。采用的加工中心是，该机床的工作台尺寸是，三轴也就是最大行程为，该机床的工作台，三轴的行程均大于均大于本次的零件最大长度和宽度尺寸，所以选择的加工设备是符合要求的。加工的刀具中正面和背面的铣削选取，其余的表面加工中孔的加工就按照相应的螺纹孔和销孔的底孔来进行选取相应的麻花钻、丝锥、铰刀等，沉孔就选择相应的直径大小的平底锪钻或者可以选择立铣刀加工，这里的立铣刀统一选取的是键槽立铣刀。环形槽加工的要选取键槽立铣刀。本次的上法兰零件将正面上的四个孔加工完成后，就可以选取加工中心专用夹具，对正面和背面上的基本所有特征都可以进行加工选择量具中，游标卡尺是必须的，选取规格包括、，还有游标深度尺。第四章切削用量与基本工时计算4.1粗、半精铣正面背面（1）粗铣刀具选取，材质为高速钢，粗铣的时候切削量：那么其铣刀的每齿进给量：参照表5-11，它的铣削速度：参照表5-11，取那么铣刀的转速：工作台的水平进给量：本次铣底面是对称铣削，其机动时间参照表6.2-7式中：铣削的长度为本次的面铣刀的主偏角，那么铣刀的铣削宽度，参照表5-11，选取为所以，此次选取加工的次数为那么最终的机动时间是（2）半精铣刀具选取，材质为高速钢，半精铣的时候切削量：那么其铣刀的每齿进给量：参照表5-11，它的铣削速度：参照表5-11，取那么铣刀的转速：工作台的水平进给量：本次铣底面是对称铣削，其机动时间参照表6.2-7式中：铣削的长度为本次的面铣刀的主偏角，那么铣刀的铣削宽度，参照表5-11，选取为所以，此次选取加工的次数为那么最终的机动时间是4.2钻4-φ11孔锪沉孔φ18（1）钻孔φ11刀具：麻花钻头钻孔时候的切削量：钻孔时的钻头进给量：参照表5-22，取钻孔时的切削速度：参照表5-22，取刀具加工时的转速：，钻孔的机动时间参照表6.2-5式中：钻孔的深度为：：麻花钻头的前角，一般为，本次按照计算：，本次是钻通孔选取为加工次数为4所以：（2）锪平φ18选择平底锪钻φ18那么它的背吃刀量就是它的进给量：参照表5-33，取锪钻的切削速度：参照表5-33，取刀具加工时的转速：，锪沉孔的机动时间参照表6.2-5式中：锪沉孔的深度为：，此次选取为加工次数为4所以：4.3钻铰φ6.3H7锪沉孔φ14，钻攻M6，铣端面环形槽（1）钻φ5.8孔刀具：麻花钻钻孔的时候的切削用量麻花钻的进给量：参照表5-22，取它的切削速度：参照表5-22，取刀具加工时的转速：，那么钻孔的机动时间参照表6.2-5式中：钻孔的深度为：：麻花钻头的前角，一般为，本次按照计算：，本次是钻通孔加工次数为1所以：（2）铰孔φ6.3铰孔时候的吃刀量：那么它的进给量：参照表5-32，取加工时候的切削速度：参照表5-32，取铰刀的转速：，铰孔的机动时间参照表6.2-5式中：本次铰孔的深度：：圆柱铰刀的前角，一般为：由于是铰圆柱孔参照表6.2-6为所以：（2）锪沉孔φ14选择平底锪钻φ14那么它的背吃刀量就是它的进给量：参照表5-33，取锪钻的切削速度：参照表5-33，取刀具加工时的转速：，锪沉孔的机动时间参照表6.2-5式中：锪沉孔的深度为：，此次选取为加工次数为1所以：（3）钻φ5孔刀具：麻花钻那么它的切削吃刀量麻花钻的进给量：参照表5-22，取它的切削速度：参照表5-22，取刀具加工时的转速：，那么钻孔的机动时间参照表6.2-5式中：钻孔的深度为：：麻花钻头的前角，一般为，本次按照计算：，本次是钻盲孔加工次数为1所以：（4）攻丝选择丝锥丝锥的进给量：根据粗牙螺纹的螺距为，取它的切削速度：参照表5-42，取刀具加工时的转速：，用丝锥攻螺纹的机动时间参照表6.2-14式中：螺纹的深度为：：加工螺纹的数量（5）铣环形槽φ45本次铣腰型槽采用的刀具是键槽立铣刀φ3，本次槽是通孔深度是，本次的切削用量，切削的进给量：参照表15-50，本次的刀具采用的是硬质合金，那么选取为，切削时候的速度：参照表15-55，本次的材质属于球墨铸铁，那么铣削速度选取刀具加工时的转速：铣环形槽的机动时间参照表6.2-7式中：铣削的环形槽周长为：由于铣的是封闭轮廓所以加工次数所以（5）铣环形槽φ26本次铣腰型槽采用的刀具是键槽立铣刀φ3，本次槽是通孔深度是，本次的切削用量，切削的进给量：参照表15-50，本次的刀具采用的是硬质合金，那么选取为，切削时候的速度：参照表15-55，本次的材质属于球墨铸铁，那么铣削速度选取刀具加工时的转速：铣环形槽的机动时间参照表6.2-7式中：铣削的环形槽周长为：由于铣的是封闭轮廓所以加工次数所以4.4钻攻M8孔锪沉孔φ15（1）钻φ6.8刀具：麻花钻麻花钻的进给量：参照表5-22，取它的切削速度：参照表5-22，取刀具加工时的转速：，那么钻孔的机动时间参照表6.2-5式中：钻孔的深度为：：麻花钻头的前角，一般为，本次按照计算：，由于本次是钻盲孔，选取加工次数为1所以：（2）攻丝选择丝锥丝锥的进给量：根据粗牙螺纹的螺距为，取它的切削速度：参照表5-42，取刀具加工时的转速：，用丝锥攻螺纹的机动时间参照表6.2-14式中：螺纹的深度为：：加工螺纹的数量（3）锪沉孔φ15选择平底锪钻φ15那么它的背吃刀量就是它的进给量：参照表5-33，取锪钻的切削速度：参照表5-33，取刀具加工时的转速：，锪沉孔的机动时间参照表6.2-5式中：锪沉孔端面的深度为：，此次选取为加工次数为1所以：4.5钻孔φ5和攻丝M6锪沉孔φ6.4（1）钻φ5孔刀具：麻花钻那么它的切削吃刀量麻花钻的进给量：参照表5-22，取它的切削速度：参照表5-22，取刀具加工时的转速：，那么钻孔的机动时间参照表6.2-5式中：钻孔的深度为：：麻花钻头的前角，一般为，本次按照计算：，本次是钻盲孔加工次数为1所以：（2）攻丝选择丝锥丝锥的进给量：根据粗牙螺纹的螺距为，取它的切削速度：参照表5-42，取刀具加工时的转速：，用丝锥攻螺纹的机动时间参照表6.2-14式中：螺纹的深度为：：加工螺纹的数量（3）锪沉孔φ6.4本次锪沉孔采用的刀具是键槽立铣刀φ4，本次槽是沉孔深度是，本次的切削用量，切削的进给量：参照表15-50，本次的刀具采用的是硬质合金，那么选取为，切削时候的速度：参照表15-55，本次的材质属于球墨铸铁，那么铣削速度选取刀具加工时的转速：锪沉孔的机动时间其实是一个封闭的轮廓，参照表6.2-7，得知为式中：铣削的轮廓长度为：由于铣的是封闭轮廓所以加工次数所以4.6钻2-φ4孔，钻攻M14锪沉孔φ21（1）钻2-φ4刀具：麻花钻钻底孔的时候的切削用量麻花钻的进给量：参照表5-22，取它的切削速度：参照表5-22，取刀具加工时的转速：，那么钻孔的机动时间参照表6.2-5式中：钻孔的深度为：：麻花钻头的前角，一般为，本次按照计算：，本次是钻通孔加工次数为2所以：（2）钻φ12.5孔刀具：麻花钻加工的吃刀量麻花钻的进给量：参照表5-22，取它的切削速度：参照表5-22，取刀具加工时的转速：，那么钻孔的机动时间参照表6.2-5式中：钻孔的深度为：：麻花钻头的前角，一般为，本次按照计算：，本次是钻盲孔选取为加工次数为1所以：（3）攻丝选择丝锥丝锥的进给量：根据细牙螺纹的螺距为，取它的切削速度：参照表5-42，取刀具加工时的转速：，用丝锥攻螺纹的机动时间参照表6.2-14式中：螺纹的深度为：：加工螺纹的数量（4）锪沉孔φ21选取平底锪钻φ21那么它的背吃刀量就是它的进给量：参照表5-33，取锪钻的切削速度：参照表5-33，取刀具加工时的转速：，锪孔的机动时间参照表6.2-5式中：锪孔的深度为：，此次选取为加工次数为1所以：4.7磨正面本次零件的正面中，选择的平面磨床，其磨削的方式是采用砂轮的端面来进行磨削平面。参照表2.4-171，选取磨砂轮的直径为磨削平面的机动时间参照表6.2-8其计算式是式中本次磨削结合面的时候长度所以：单面的磨削加工余量，参照表2.4-170，为：考虑在磨削加工的时候，要考虑采用磨削的时候来消除加工表面的形状误差，以此用来进行局部的修磨系数，参照表6.2-9和表6.2-10，本次选取：工作台的进给速度，参照表2.4-170，：单行程的模型进给量，参照表2.4-170，：同时磨削的工件数量，本次为2所以第五章加工中心夹具设计5.1定位原理的分析本次的非标工装是对零件的正面上的特征，这里采用的是加工中心的加工，选择零件的背面和零件端面上的孔中的对角孔为基准，这就是常见的一面两孔的定位方式。这里的一面使用的是零件的背部端面，两个销一个是采用固定式定位销A型，此定位销与其中的一个孔配合，另一个销是菱形的定位销，与另一个孔配合，两个定位销的圆形是参照标准元件固定式定位销，其基本的尺寸稍作改动。5.2定位元件的设计以背面端面为基准的采用定位板作为定位元件，此定位板与背面端面接触。两个固定式定位销，选择的是标准件，将这两个圆柱销定位安装在此大垫板上。这样整个定位装置的定位元件就设计出来了。5.3菱形销的尺寸计算本次的工装夹具定位中的圆柱销可以按照标准件选取，菱形销虽然也是可以按照标准件选取，但是菱形销的计算中既包括尺寸计算也包括公差计算，菱形销的基本计算步骤如下。（1）知道两个定位销之间的中心距，也就是我们确定平面定位销尺寸及其公差，已知本次的对角两个定位孔之间中心距是，那么中心距的公差按照自由公差选取，得知为，所以（2）圆柱形的最大直径为式中：，公差选择、、那么（3）补偿值式中：，本次选取为（4）削边销的宽度表5-1削边销的基本规格尺寸式中的就是菱形销定位孔的直径，本次也是，所以，（5）与的最小配合间隙式中：菱形销定位孔的直径（6）削边销的最大直径，公差选取按照，所以削边销的最大直径为5.4定位误差的分析本次的夹具定位原理是一面两孔的定位方式，这种定位误差分析的计算式和示意图如下图5-2一面两孔定位误差分析式中是第一和第二定位的孔和圆定位销、削边销之间的最小间隙为工件的两个定位孔中心线的转角误差本次就是圆柱形定位销与孔之间的最小间隙，由于本次的定位销与孔之间是间隙配合，那么孔对应的误差按照自由公差选取，参照表2-30为，所以，定位销，那么，所以菱形定位销，那么，，其孔，两个孔之间的中心距为所以根据计算后得知定位误差的数值很小，所以定位合理。5.5夹紧方式的确定本次的夹紧的位置是在零件的正面上，零件的正面上本次采用的是移动螺旋压板的压紧方式，螺旋压紧方式中最为常见的就是移动压板压紧，本次就是采用的这种形式，移动压板通过调节支承、双头螺柱、压紧弹簧等构成，在压紧过程中弹簧所起到的作用就是缓冲作用，能够更好的对工件进行压紧，防止反作用力影响，以致于压不紧工件。如下图5-3和5-4所示是移动压板压紧的受力分析还有移动压板的示意图。图5-3移动压板的压紧受力分析图5-4移动压板的示意图5.6切削力与夹紧力的计算（1）切削力的计算本次的加工中心加工的时候计算切削力，按照钻孔来计算，钻孔的切削力最大，选择钻孔，按照钻此孔来计算切削力的大小。式中：钻头直径：轴向切削力：每转进给量：修正系数前面计算过的得知加工的钻头直径按照每转进给量，修正系数所以，切削力（2）夹紧力的计算本次的夹紧根据螺旋夹紧方式的夹紧力公式如下式中：原动力：：：：：：，，其中为，为：螺旋机构的效率，一般为，本次选取为本次选择移动压板压紧的双头螺柱部分的螺纹规格为，查询第三版（下同），表1-2-20中，查询依据选择的是圆环面接触。螺纹的规格为的粗牙螺纹，查询表1-2-21，就是，螺纹中径之半为，摩擦系数选取，，选取为，参照表1-2-22，。如下图所示是本次移动压板机构中力臂之间尺寸图5-5移动压板压紧力臂关系可知本次的切削力按照为得出两个移动的夹紧力之和，所以夹紧合适5.7夹具的简要操作说明本次的加工中心的工装夹具的操作比较简单。在安装工件的时候，将零件上的两个孔分别于夹具体上定位垫板安装的两个定位销对中，然后接触好工件的背面端面，这个时候就转动移动压板，将其对正面的上端