机械制造技术课程设计-法兰盘加工工艺及铣斜面夹具设计

序言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。法兰盘的加工工艺规程及其夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。一零件的分析1.1零件的作用法兰盘的作用：法兰是管子与管子之间相互连接的零件，用于管端之间的连接;也有用在设备进出口上的法兰，用于两个设备之间的连接，如减速机法兰。法兰连接或法兰接头，是指由法兰、垫片及螺栓三者相互连接作为一组组合密封结构的可拆连接。管道法兰系指管道装置中配管用的法兰，用在设备上系指设备的进出口法兰。法兰上有孔眼，螺栓使两法兰紧连。法兰间用衬垫密封。法兰分螺纹连接(丝扣连接)法兰、焊接法兰和卡夹法兰。法兰都是成对使用的,低压管道可以使用丝接法兰，四公斤以上压力的使用焊接法兰。两片法兰盘之间加上密封垫，然后用螺栓紧固。不同压力的法兰厚度不同，它们使用的螺栓也不同。水泵和阀门，在和管道连接时，这些器材设备的局部，也制成相对应的法兰形状，也称为法兰连接。凡是在两个平面周边使用螺栓连接同时封闭的连接零件，一般都称为"法兰"，如通风管道的连接，这一类零件可以称为"法兰类零件"。但是这种连接只是一个设备的局部，如法兰和水泵的连接，就不好把水泵叫"法兰类零件"。比较小型的如阀门等，可以叫"法兰类零件"。1.2零件的工艺分析法兰盘有2个加工面他们相互之间没有任何位置度要求。1：以右端面和内孔为基准的加工面，这组加工面主要是左端面。2：以内孔和左端面为基准的加工面，这组加工面主要是其他的面及孔的加工。二.工艺规程设计2.1确定毛坯的制造形式45钢的可锻性好，因此可用锻造的方法因为是成批生产，采用模锻的方法生产锻件毛坯，既可以提高生产率，又可以提高精度而且加工余量小等优点。2.2基面的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3）应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。（4）应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5）粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。先选取右端面和外圆作为定位基准，。精基准的选择应满足以下原则：（1）“基准重合”原则应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。（2）“基准统一”原则尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。（3）“自为基准”原则某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。（4）“互为基准”原则当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。（5）所选的精基准应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。以已经加工好的内孔孔和一端面为定位精基准，加工其它表面及孔。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。2.3制定工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。制定以下工艺方案：1锻造锻造2热处理淬火3铣粗精铣左端面4铣粗精铣右端面5车车外圆6车车内孔7钻钻3-Φ11的孔，锪孔3-Φ178钻钻2-M10的螺纹孔，攻丝9钻钻Φ6的深孔10铣铣Φ180外圆的垂直面，距中心8511铣铣Φ180外圆的斜面距中心12mm,23mm12检验检验13入库入库2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定生产类型为大批量生产，采用锻造毛坯。不加工表面毛坯尺寸不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由锻造可直接获得。法兰盘的端面由于法兰盘端面要与其他接触面接触，查相关资料知余量留2mm比较合适。3、法兰盘的孔毛坯为空心，锻造出孔。孔的精度要求介于IT7—IT8之间，参照参数文献，确定工艺尺寸余量为2mm2.5确定切削用量及基本工时工序：铣左端面1.选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用YG8,，，，。2.决定铣削用量决定铣削深度因为加工余量不大，一次加工完成决定每次进给量及切削速度根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出，则按机床标准选取＝750当＝750r/min时按机床标准选取计算工时切削工时：，，，则机动工时为工序：铣斜面1.选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用YG8,，，，。2.决定铣削用量决定铣削深度因为加工余量不大，一次加工完成决定每次进给量及切削速度根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出，则按机床标准选取＝1500当＝1500r/min时按机床标准选取计算工时切削工时：，，，则机动工时为工序：钻Φ6孔机床：Z525立式钻床刀具：根据《机械加工工艺手册》表10-61选取高速钢麻花钻Φ61)进给量取f=0.13mm/r2)切削速度V=24~34m/min.取V=15m/min3)确定机床主轴转速ns==1190r/min与1190r/min相近的机床转速为1200r/min。现选取=1200r/min。所以实际切削速度==5)切削工时，按《工艺手册》表6.2-1。t=i;其中l=60mm;=4mm;=3mm;t===0.429min工序：钻Φ11的孔机床：Z525立式钻床刀具：根据《机械加工工艺手册》表10-61选取高速钢麻花钻Φ111)进给量取f=0.13mm/r2)切削速度V=24~34m/min.取V=15m/min3)确定机床主轴转速ns==r/min与723r/min相近的机床转速为700r/min。现选取=700r/min。所以实际切削速度==5)切削工时，按《工艺手册》表6.2-1。t=i;其中l=60mm;=4mm;=3mm;t===0.73min三夹具设计 一个机床的机械械制造工艺系统由机床、工件、刀具和夹具组成。机床夹具是用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具具有一个正确的位置，并在加工过程中保证这个位置不变，可以看出夹具在机械加工中占有很重要的地位，尤其是在中小批量生产时更是大量采用机床夹具，它们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床或刀具获得正确的位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度。所以，机床夹具设计是装备设计中的一项重要工作。3.1机床夹具的分类、基本组成及功用 机床夹具按其使用范围可分为以下五种基本类型：通用夹具、专用夹具，通用可调整夹具和组成夹具，组合夹具，随行夹具。机床夹具的基本组成，根据功用一般可分为：（1）定位元件或装置，用以确定工件在夹具中的正确位置；（2）刀具导向元件或装置，用以引导刀具或用以调整刀具相对二工件的位置；（3）夹紧元件或装置，用以夹紧元件；（4）连接元件，用以确定夹具在机床上的正确位置并与机床相连接；（5）夹具体，用以连接各夹具元件及装置，使之成为一个整体，并通过它将夹具安装在机床上；（6）其他元件及装置，如分度装置、安全防护装置、防错装置等。 机床夹具的功用一般为：（1）保证加工质量；（2）提高生产率，降低成本；（3）扩大机订工艺范围，做到一级多能；（4）平衡各工序时间，以便组织流水生产；（5）减轻工人劳动强度，保证生产安全。3.2机床专用夹具设计的基本要求机床专用夹具设计的基本要求可以概括为如下几个方面：（1）保证工件加工精度这是夹具设计的最基本的要求，其关键是正确地确定定位方案、夹紧方案、刀具导向方式及合理确定夹具的技术要求。必要时应进行误差分析与计算。（2）夹具结构方案应与生产纲领相适用在大批量生产时应尽量采用快速、高效夹具结构，如多件夹紧、联动夹紧等，以缩短辅助时间；对于中、小批量生产，则要求在满足夹具功能的前提下，尽量使夹具结构简单、制造方便，以降低夹具制造成本。（3）操作方便、安全、省力如采用气动、液压等夹紧装置，以减轻工人劳动强度，并可较好地控制夹紧力。夹具操作位置应符合工人操作习惯，必要时应有安全防护装置，以确保使用安全。（4）便于排屑切屑积集在夹具中，会破坏工件的正确定位；切屑带来的大量热量会引起夹具和工件的热变形；切屑在清理又会增加辅助时间。切屑积集严重时，还会损伤刀具甚至引发工伤事件。故排屑问题在夹具设计中必须给以充分注意，在设计高效机床和自动线夹具时尤为重要。（5）有良好的结构工艺性设计的夹具要便于制造、检验、装配、调整、维修等。3.3工件的夹紧及夹紧装置在机械加工过程中，工件受到切削力、离心力、重力、惯性力等的作用，为了保证在这些外力的作用下，工件仍在夹具中保持已有点位元件所确定的加工位置，而不致发生振动或位移。因此，一般夹具都必须设置一定的夹紧装置将工件可靠固定。①夹紧装置的组成夹紧装置有两部分：力源装置和夹紧机构。力源装置是产生夹紧作用力的装置。来自人力的，称为手动加紧；来自动力装置的，如气动、液压、电动等，成为机动夹紧。夹紧机构用来接受和传递作用力，使之变为夹紧力并执行夹紧任务。②对夹紧装置的基本要求夹紧机构的设计或选用是否正确合理，直接影响到加工质量与生产率。因此，对夹紧装置提出如下基本要求。（1）在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。（2）夹紧可靠和适当。夹紧机构一般要有自锁作用，保证在加工过程中不会产生松动或振动。夹紧工件时，不允许工件产生不适当的变形和表面损伤。（3）夹紧装置应操作方便、省力、安全。（4）夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工件的生产方式相适用。结构设计力求简单、紧凑，并尽可能采用标准化元件。（5）夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。为此一般要求主要夹紧力应垂直指向主要定位面。（6）夹紧力的作用方向应尽可能与工件刚度最大的方向一致，以减少工件变形。（7）夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减少所需夹紧力。③夹紧力作用点的选择（1）夹紧力作用点应正对支撑元件或位于支撑元件所形成的支撑面内，用以保证工件已获得定位不变。（2）夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位，以减少工件的夹紧变形。（3）夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以减少切削力对工件造成的翻转力矩。必要时应在工件刚度差的部位增加辅助支撑并施加夹紧力，以减少切削过程中的振动和变形。根据上述分析，夹具中选择手动的螺旋夹紧机构。具体结构见夹具总图，采用这种夹紧机构结构简单，除了很好地实现夹紧功能外还起到辅助定位的作用。3.4确定其他装置和夹具体为了保证铣床夹具的加工精度，在夹具对所加工销孔进行定位时，在传统的夹具中一般采用划线找正销孔的办法，效率比较低而且精度不高，经过反复设计与修改，本人设计了一种特殊的装置能迅速准确地对销孔中心进行定位，提高了加工效率和加工精度。夹具体的设计应通盘考虑，使上述各部分通过夹具体联系起来，形成一套完整的夹具。此外还应考虑夹具与机床的连接。因为是在立式钻床上使用，夹具安装在工作台上可直接用钻套找正并用压板固定，故只需在夹具体上留出压板压紧的位置即可。具体见夹具装配图。3.5工件定位误差的分析，最终确定结构方案1.定位误差的概念定位误差时由于工件在夹具（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。2.定位误差的来源：定位误差的来源主要有两方面：①由于工件的定位表面或夹具上的定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差，常用△表示。②由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差，常用△表示。3.定位误差分析本章所设计的夹具采用了左端面作为定位基准，夹具本身与机床的位置误差可以忽略不计，定位误差的产生主要由夹具上定位元件对于工件的定位误差。由于精铣工序的工序基准和定位基准是重合的，所以基准不重合误差可以忽略不计，只对基准位置误差进行计算即可。①定位误差的计算：（2）定位元件的定位误差：在本夹具的定位中，工件处于垂直放置的状态，△=(D—D)/2将相关数据带入上式，求得△=(0.079—0.03)/2=0.0245mm（3）定位误差为：△=△+△=0+0.0245=0.0245mm因为工件的尺寸公差为0.1，所以△为尺寸公差的四分之一，满足精度要求。②切削力及夹紧力的计算刀具的选择：采用铣刀切削力与夹紧力计算（1）参数的选择刀具材质：YG8；刀具角度：ro=00、Kr=750、s=0°；切削参数：ap=0.1mm、f=0.08mm/r、T=60min。（2）切削速度计算根据《实用机械加工工艺手册》查表9-148，在铣床上用铣刀精铣的条件下，查得v=200～250m/min,取v=220m/min。n=1000.9r/min取n=1000r/min。（3）主切削力的计算：FZ=9.8CFZap1.0f0.75v0KFZ查取CFZ=81；KFZ=0.89FZ=9.8×81×0.21.0×0.080.75×2200×0.89=21.2(N)（4）夹紧力的计算：Q=kFZ精加工时，取k=2.0Q=2.0×21.2=42.4(N)经过计算求得的所需夹紧力Q=42.4N,本夹具的夹紧机构属于单个普通螺旋夹紧，经查《机床夹具设计手册》表1-2-11当作用力为25N，手柄长度为60mm螺距为1mm时，夹紧力为1000N,完全能够满足夹紧的要求。③最终结构方案的确定经过计算和分析，经过必要的修改之后，确定出最后的夹具装配图。所选择的结构能满足定位准确、装夹方便、操作简单的要求，同时成本比较低，符合夹具设计的基本要求，所以确定本夹具方案作为铣小斜面夹具的最终方案，具体结构和技术要求、精度检测方法见夹具装配图。总结这次设计是大学学习中最重要的一门科目，它要求我们把大学里学到的所有知识系统的组织起来，进行理论联系实际的总体考虑，需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结合起来。同时也培养了自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既了解了基本概念、基本理论，又注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实践相结合，来完成本次设计。这次设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,铸炼实践能力的重要环节,更是在学完大学所学的所有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次毕业设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、加工方式的选取、刀具选择、量具选择等；也培养了自己综合运用设计与工艺等方面的知识；以及自己独立思考能力和创新能力得到更进一步的铸炼与提高；再次体会到理论与实践相结合时，理论与实践也存在差异。回顾起此次设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到完成定稿，从理论到实践，在整整一学期的日子里，可以说学到了很多很多的的东西，同时巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的实用，在生产过程中得到应用。在设计的过程中遇到了许多问题，当然也发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次毕业设计，让自己把以前所学过