2022年法兰盘工艺设计与数控加工.docx

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1、精品学习资源摘要本课题完成法兰盘工艺设计与数控加工； 法兰盘是使管子与管子相互连接的零件， 连接于管端； 法兰上有孔眼， 两个法兰盘之间， 加上法兰垫， 用螺栓紧固在一起，完成了连接；本次设计主要完成以下设计内容：法兰盘的零件图纸与技术要求分析、零件二维图绘制及三维建模； 制定数控加工工艺卡片文件； 零件的夹具设计并进行夹具图二维图绘制； 对零件进行加工仿真； 依据锻件的外形特点、零件尺寸及精度， 选定合适的机床设备以及夹具设计， 通过精确的运算并查阅设计手册， 确定了法兰盘的尺寸及精度， 在材料的选取及技术要求上也作出了具体说明， 并在结合理论学问的基础上， 借助于电脑帮助软件绘制了各部分零

2、件及装配体的工程图, 以保证法兰盘的加工制造；在夹具的设计过程中， 主要以可换圆柱销、 可换菱形销、 定位心轴和支承钉来定位， 靠六角厚螺母来夹紧； 第一在数控车床上， 完成零件的外圆及端面加工；再在数控铣床上，完成零件端面上6- 11 沉孔及 3- 5 孔的加工； 最终采纳专用夹具以 16 孔以及 6- 11 沉孔其中两孔定位进行外圆上 10 孔的加工；关键字： 法兰盘，数控加工工艺，数控编程，夹具设计，仿真加工欢迎下载精品学习资源法兰盘工艺设计与数控加工学号0 引言0.1 概述本课题起源于装配制造业法兰盘工艺设计与数控技术，通过此次毕业设计，可以初步把握对中等复杂零件进行数控加工工艺规程的

3、编制，学会查阅有关资料， 能合理编制数控加工过程卡片、 数控加工工序卡片、 数控加工刀具卡片、 数控编程等工艺文件， 能合理的确定加工工序的定位与夹紧方案；能使用 AutoCAD正确绘制机械零件的二维图形，能通过使用UG软件对零件进行三维图的绘制，可以提高结构设计才能及建模才能；编写符合要求的设计说明书， 并正确绘制有关图表； 在毕业设计工作中，学会综合运用多学科的理论学问与实际操作技能，分析与解决设计任务书中的相关问题；在毕业设计中，综合运用数控加工刀具和数控工艺、 工装夹具的设计等专业学问来分析与解决毕业设计中的相关问题；依据技术课题任务， 进行资料的调研、 收集、加工与整理和正确使用工具

4、书；把握有关工程设计的程序、方法与技术标准；把握试验、测试等科学讨论的基本方法；以及与解决工程实际问题的才能；0.2 本设计的主要工作内容本次对于法兰盘工艺设计及数控加工的主要任务是：1分析零件图纸与技术要求；欢迎下载精品学习资源2三维建模；依据零件二维视图建立三维视图；3制定机械加工工艺文件； 依据产品技术资料、 生产条件与生产纲领，制定零件机械加工工艺规程，编写工艺规程卡片；4夹具设计；绘制工件夹具图；5编制数控加工程序、仿真加工与课题制作6工件检验；选用合理的测量工具与设备检验工件的加工质量； 在这整个过程中， 综合运用多学科的理论、 学问与技能， 分析与解决实际相关问题；1 零件分析1

5、.1 零件图分析法兰盘零件二维图，其结构外形较复杂，中批量生产1000 件；图为零件的三维图；法兰盘零件二维图欢迎下载精品学习资源图 1.2法兰盘三维图该零件材料为 45 钢，毛坯为锻件，主要应用于装配管子，起管子的连接及固定作用， 为中批量生产类型产品； 该零件为由外圆、 内圆、沉孔、内孔、倒斜角等外表组成， 加工外表较多且都为平面及各种孔，因此适合采纳加工中心加工；技术要求分析1结构分析零件由外圆、内圆、沉孔、内孔、倒斜角等构成；2尺寸精度分析加工精度是指零件在加工后的几何参数的实际值和理论值符合的程度；尺寸精度是指实际尺寸变化所到达的标准公差的等级范畴；如图 1.1 所示，加工要求较高的

6、尺寸列出如下表格，如表1.1 所示；欢迎下载精品学习资源3形位公差分析加工后的零件不仅有尺寸误差， 构成零件几何特点的点、 线、面的实际外形或相互位置与抱负几何体规定的外形和相互位置仍不行防止地存在差异，这种状上的差异就是外形误差， 而相互位置的差异就是位置误差， 统称为形位误差；4毛坯加工余量分析；5粗糙度分析外表粗糙度，是指加工后的零件外表上具有的较小间距和微小峰谷所组成的微观几何外形特点，一般是由所实行的加工方法和 或其他因素形成的； 外表粗糙度高度参数有3 种：轮廓算术平均偏差Ra， 微观不平度十点高度Rz 以及轮廓最大高度Ry；该零件主要由外圆、内圆、沉孔及内孔组成，具体表示为 55

7、 外圆、 52 外圆、90 外圆、6- 11 沉孔、3- 5 内孔、 10 内孔、 32 内圆、 16 内圆；粗糙度皆为 Ra3.2；结构尺寸外形位置10mm的孔10mm孔 90mm圆柱面 11mm的沉孔11mm沉孔 90mm圆柱面C1.5mm倒角1.5 mm45倒角32mm圆柱面内侧 5mm内孔 5mm内孔 10mm圆柱面欢迎下载精品学习资源2 零件的数控加工工艺设计2.1 选定毛坯依据零件的加工前尺寸及考虑夹具方案的设计，挑选的毛坯材料牌号为 45 钢，毛坯种类为锻件，毛坯外形尺寸为示；95mm 45mm；如图 1.3 所图 法兰盘加工前三维图2.2 挑选定位基准挑选定位基准时， 第一是从

8、保证工件加工精度要求动身的， 因此， 挑选定位基准时先挑选粗基准，再挑选精基准；2.2.1 粗基准的挑选 ：依据粗基准的挑选原就，为保证不加工外表和加工外表的位置要求， 应挑选不加工外表为粗基准，故在加工 16mm内圆、 90 外圆及 55 外欢迎下载精品学习资源圆时，挑选 95mm毛坯外圆作为粗基准；2.2.2 精基准的挑选 ：依据精基准的挑选原就， 为符合基准重合原就以及基准统一原就， 故在加工 52 外圆、 90 外圆、 32 内圆、 10 内孔、 6- 11 沉孔及 3- 5 内孔时，挑选 55 外圆及 16 内圆作为精基准；2.3 工艺路线的设计1工艺路线的设计为保证几何外形、尺寸精

9、度、位置精度及各项技术要求，必需判定合理的工艺路线；由于生产纲领为成批生产，所以XH714立式加工中心配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和削减机床数量，使生产成本下降；针对零件图样确定零件的加工工序为： 工序一： 95 毛坯外圆定位1) 粗车外圆及端面；2) 精车外圆至尺寸要求，留总厚余量2mm；3) 钻 16 孔中心孔；4) 粗钻扩 16 孔；5) 精钻扩 16 孔至尺寸要求；6) 倒圆角 R2；工序二： 55 圆柱面定位1) 粗车外圆及端面；2) 精车外圆及端面至尺寸要求；3) 钻 32 孔中心孔；欢迎下载精品学习资源4) 粗钻铰锪 32 孔；5) 精钻铰锪 32 孔至尺

10、寸要求；6) 倒角 C1.5；工序三： 16 孔及工件下平面定位1) 钻 6- 11 沉孔及 3- 5 内孔中心孔；2) 粗钻铰 6- 11 沉孔及 3- 5 内孔；3) 精钻铰 6- 11 沉孔及 3- 5 内孔至尺寸要求；工序四： 16 孔及工件上平面定位1) 钻 10 孔中心孔；2) 粗铰 10 孔；3) 精铰 10 孔至尺寸要求；4) 全部面去锐边毛刺；2.4 确定切削用量和工时定额切削用量包括背吃刀量、 进给速度或进给量、主轴转速或切削速度用于恒线速切削；其具体步骤是：先选取背吃刀量，其次确定进给速度， 最终确定切削速度；参考资料数控加工工艺及设备工时定额包括基本时间、 帮助时间、

11、地点工作服务时间、 休息和自然需要时间以及预备终结时间；2.4.1 背吃刀量 ap 的确定依据零件图样知工件外表粗糙度要求为全部3.2 ，故分为粗车、半精车、精车三步进行；因此挑选粗车的背吃刀量为 mm，半精车的背吃刀量取，精车时背吃欢迎下载精品学习资源刀量取 0.35mm；欢迎下载精品学习资源2.4.2 进给量 f 的确定由文献10 表 2.4-73 ，挑选粗车时：f z =0.20mm/z；精车时： f z欢迎下载精品学习资源2.4.3 切削速度 vc 的确定由文献10 表 3.1-74 ，挑选粗车时： 主轴转速 n=900r/min ；精车时： 主轴转速 n=1000r/min ；因此，

12、相应的切削速度分别为：欢迎下载精品学习资源dn粗铣时： vc16900 m / min45.2m / min欢迎下载精品学习资源10001000欢迎下载精品学习资源dn精铣时： vc201000 m/ min62.8m / min欢迎下载精品学习资源10002.4.4 工时定额的确定1000欢迎下载精品学习资源依据夹具的设计，下面运算工序四中 10mm孔的时间定额；（1） ）基本时间由文献8 得，钻孔的运算公式为：欢迎下载精品学习资源式中： LD cot K1 T基本2 ；LL 1L 2nf欢迎下载精品学习资源1y2欢迎下载精品学习资源L 21 4 ，钻盲孔时，L 2 =0；欢迎下载精品学习资

13、源L=17， L 2 =0， f=0.3 ，n=1000；欢迎下载精品学习资源因此 L110 cot 1181.57.5欢迎下载精品学习资源217所以T基本27.500.082 min欢迎下载精品学习资源0.31000（2） ） 帮助时间文献8 确定欢迎下载精品学习资源装卸工件时间由文献 8 取 1min所以帮助时间T帮助（3） ） 地点工作服务时间由文献8 确定欢迎下载精品学习资源取 就T服务3% ，T基本T帮助（0.0821.19）3%min0.03815min欢迎下载精品学习资源（4） ） 休息和自然需要时间由文献8 确定欢迎下载精品学习资源取 就T休息3% ，T基本T帮助 （0.082

14、1.19）3%min0.03815min欢迎下载精品学习资源（5） ） 预备终结时间由文献8 ，部分时间确定简洁件26min升降钻杆 6min由设计给定 1000 件，就欢迎下载精品学习资源T准终 / n260.36 / 1000 min0.0323min欢迎下载精品学习资源（6） ）单件时间欢迎下载精品学习资源T总T基本T帮助T休息T服务T准终欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源0.0821.190.038150.038150.0323 min欢迎下载精品学习资源1.381min（7） ）单件运算时间欢迎下载精品学习资源T单件T总T准终 / n1.3810.0323 min1.4129

15、min欢迎下载精品学习资源2.5各工序的设备、刀具、量具的设计1挑选 NC加工机床依据 工艺路线的设计 的工序支配，由于零件的复杂性及加工部位多，故挑选立式加工中心；加工内容有：车外圆、钻孔、铰孔及倒角等，所需刀具不超过 20 把；选用立式加工中心即可满意上述要求；本设计选用 FANUC 18i-MateMC系统 XH714立式数控加工中心，如图1 所示；图 1XH714立式数控加工中心2机床主要技术参数工作台面积 长宽900400 mm工作台左右行程 X 向 630 mm 工作台前后行程 Y 向 400 mm 主轴上、下行程 Z 向 500 mm 工作台最大承重 600 kg欢迎下载精品学习

16、资源主轴端面至工作台面距离250 760 mm主轴锥孔MAS403 BT40刀库容量 12 把刀具最大尺寸 100 250 mm主轴最高转速8000 rpm进给速度5-8000 mm/min快速移动速度20000 mm/min定位精度X:0.016 mm，Y、Z： 0.014 mm全程重复定位精度数控系统FANUC 0i-MateMC插补方式直线插补、圆弧插补3机床性能XH714为纵床身， 横工作台， 单立柱立式加工中心机床； 可以实现 X、Y、Z 任意坐标移动以及三坐标联动掌握； X、Y、Z 三坐标轴伺服进给采纳沟通伺服电机，运动平稳； X、Y、Z 三轴采纳进口精密滚珠丝杠副，及进口滚珠丝杠

17、专用轴承支承；主轴采纳沟通伺服调速电机，其额定功率 11KW；主轴最高转速为 8000rpm；主轴轴承采纳高速、高精度主轴轴承， 油循环冷却；采纳蝶形弹簧夹紧刀具，气压松刀；刀库为20 把刀的斗笠式刀库，无机械手换刀；2.6 工艺文件的设计依据 工艺路线的设计 的工序支配，编出机械加工工艺过程卡片及工欢迎下载精品学习资源序卡片；见附表 1 3：机械加工工艺过程卡片；附表4 7：数控加工工序卡；附表 11 16：数控加工进给路线图；2.7 数控加工刀具卡片的设计依据 工艺路线的设计 的工序支配，编出机械加工刀具卡片；见附表8 10：机械加工刀具卡片；2.8 数控编程依据 工艺路线的设计 的工序支

18、配，编出数控加工程序；见附表17： 数控加工程序；3 法兰盘钻 10 孔夹具工序工艺装备的设计3.1 夹具设计方案的设计依据法兰盘的特点对夹具提出了两个基本要求： 一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定； 二是要能和谐法兰盘零件与机床坐标系的尺寸；除此之外，重点考虑以下几点：1 、在成批生产时，才考虑采纳专用夹具，并力求结构简洁；2 、夹具上个零件部件应不阻碍机床对零件各外表的加工，即夹具要放开，其定位；夹紧原件不能影响加工中的走刀；依据课题要求，批量生产 1000 件法兰盘零件，故需要设计专用夹具进行装夹；3.1.1 夹具的定位方案的设计工件定位方案的确定，第一应考虑满意加工要求；按

19、基准重合原就， 选用 18 孔以及工件底平面作为定位基准，定位方案如图3-1 所示；欢迎下载精品学习资源平面机构自由度运算公式为：F3n2 PLPH ，欢迎下载精品学习资源其中： n 为活动构件， n=N-1， N为构件；欢迎下载精品学习资源PL 低副；PH 高副；所以： F3n2PLPH322300即 2 个支承钉及定位心轴限制工件的x、y 方向的转动度以及 z 方向的移动度，可换圆柱销及可换菱形销限制工件的x、y 方向的的移动度以及 z 方向的转动度；图 3-1法兰盘的定位方案3.1.2 夹具的夹紧方案的确定工件夹紧方案的确定，取工件的 55 圆柱端面进行夹紧，采纳六角厚螺母夹紧机构， 如

20、图 3-2 所示；采纳六角厚螺母夹紧机构， 在夹具设计过程中，以考虑工件的受力情形，故在55 圆柱端面与六角厚螺母之间增加平垫圈， 平垫圈在此处起到缓冲、 平稳受力及爱护端面不受损害的作用；采纳六角厚螺母通过平垫圈将工件在侧面夹紧，其结构紧凑、 操作方便；欢迎下载精品学习资源图 3-2法兰盘的夹紧方案3.1.3 夹具对刀装置方案的确定因考虑零件的复杂性， 故将夹具本次零件加工挑选机床对刀点在工件坐标系的 95 外圆上，这有利于保证精度，削减误差；采纳试切的对刀方法： 具体步骤为该零件挑选 95 外圆为编程零点，本次试切第一挑选零件的右侧面为试切点，左右拨动主轴，手轮移动X 轴，使刀具微碰零件，

21、 此时登记 X 的机械坐标输入到 G54 或 G55 的 X 中， 本次试切再挑选零件的外圆顶点为试切点，上下拨动主轴，手轮移动Y 轴，使刀具微碰零件， 此时登记 Y 的机械坐标输入到 G54 或 G55 的 Y 中， 至此， X，Y 轴对刀完成； Z 轴的对刀，如以工件外圆顶点为0 点，将铣刀擦到工件外表，登记此时 Z 轴的机械坐标，输入到G54 或 G55 中；3.1.4 夹具与机床连接方案的设计因考虑零件的加工复杂性， 本套夹具挑选孔系夹具， 它的元件以孔定位，螺纹连接，元件定位精度高，夹具的组装简便，刚性好，又便于数控 机床编制加工程序；欢迎下载精品学习资源3.2 夹具的结构设计在挑选

22、夹具体的毛坯的结构时，从结构合理性、工艺性、经济性、标 准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑；在机床夹具设计手册表 1-9-1 为各种夹具体毛坯结构的特点和应用场合；就选铸造结构， 由于其可铸造出复杂的结构外形；抗压强度大，抗振性好；易于加工，但制造周期长，易产生内应力，故应进行时效处理；材料多采纳HT15-30或 HT20-40；在夹具体上仍进行倒角，以便增加夹具的强度及刚度；3.3 夹具的理论运算3.3.1 定位误差的分析与运算本套夹具是定位误差主要是一面两孔定位所产生的， 因此只需运算两定位销的定位误差即可；1确定定位销中心距及尺寸公差欢迎下载精品学习资源1LdLD取310.12

23、mm30.04mm欢迎下载精品学习资源故两定位销中心距为 712确定圆柱销尺寸及公差欢迎下载精品学习资源取 11H8=110.0060.017 mm欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源3 参考文献 8 中表 4-3 选取菱形销的取 b1 =4mm，B=d-2=11-2 mm=9mm 4确定菱形销的直径尺寸及公差b1 及 B 值欢迎下载精品学习资源取补偿值： a= Ld+ LD ，就欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源X 2min2ab1 D 2min20.08124 mm0.053mm欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源所以 d2maxD2 minX 2 min110.053mm1

24、0.947mm欢迎下载精品学习资源菱形销与孔的协作取 h6，其下偏差为 -0.011mm，故菱形销直径为欢迎下载精品学习资源0 0.011mm=0.053mm110. 064欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源所以 d 2max 110.053mm0. 064欢迎下载精品学习资源5) 运算定位误差基准位移误差为：欢迎下载精品学习资源YD1d1X1min0.027 0.0060.01700.006 mm0.044mm欢迎下载精品学习资源转角误差为：欢迎下载精品学习资源arctanX 1maxX 2 max2Larctan 0.0270.017 20.027710.064arctan 0.13

25、5142欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源就3 14，双向转角误差为6 28 ；欢迎下载精品学习资源3.3.2 夹紧力的分析与运算本套夹具靠六角厚螺母实现夹紧； 因此，夹紧力的运算就在于六角厚螺母所需的力；六角厚螺母夹紧力 P 按 3.2 公式运算：欢迎下载精品学习资源TQ rtanf3.2 欢迎下载精品学习资源Q 夹紧力，； 螺纹升角， M16选 2 29 ；欢迎下载精品学习资源 螺纹摩擦角， =10 ； 支撑外表摩擦力矩的运算力臂，挑选11155 ；d033欢迎下载精品学习资源f 螺母支撑面的摩擦因素，挑选 f =0.178 ；通过运算， M16孔定位的螺钉所需夹紧力为： T=180

26、N 由于六角厚螺母需在两端进行夹紧，故夹紧力为双倍；因此总共所需夹紧力为： T 总=2T=180N2=360N欢迎下载精品学习资源3.4夹具的使用操作说明本夹具用于加工法兰盘的 .11 孔工件材料 45 钢；工件以 .32 和.16 孔、.11 孔分别在定位心轴 8、可换定位销 7 及可换定位销 9 上定位，通过在定位心轴 8 上旋动六角厚螺母 4 使平垫圈 3 接触工作，从而到达夹紧工件的成效；4 零件的仿真加工图 4-1钻 3- 5 孔中心孔图 4-2钻 6- 11 沉孔中心孔欢迎下载精品学习资源图 4-3铰 3- 5 孔图 4-4铰 6- 7 孔图 4-5锪 6- 11 孔欢迎下载精品学

27、习资源图 4-6钻 10 孔中心孔欢迎下载精品学习资源5 结论图 4-7 铰 10 孔欢迎下载精品学习资源（1） ）通过对零件和夹具的三维造型， 实战练习了 UG三维造型软件的造型模块和 AtuoCAD工程图模块，加深了 AutoCAD二维软件的操作和懂得；（2） ）通过对夹具的理论运算，证明本套夹具具有可行性；（3） ）通过对零件的加工仿真，证明数控加工程序具有可行性；（4） ）通过对夹具的三维建模，证明夹具的设计具有可行性；（5） ）对使用 Office办公软件时，仍需要多加娴熟；欢迎下载精品学习资源（6） ）在进行 UG三维建模时，明白了电脑帮助制图编程软件的功能及使用方法；（7） ）在

28、用 Auto CAD、UGNX等软件时，仍需要多娴熟快捷键的使用，从而提高效率；（8） ）设计过程中应用到的材料力学、机械原理、机械设计、数控编程等方面的学问； 通过设计， 加深了对所学学问在脑海中的印象， 并提高了在实际中应用所学学问的才能；同时，也熟悉到数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，是制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断进展和应用领域的扩大，它对国际民生的一些重要行业的进展起着越来越重要的作用，由于这些行业所需装备的数字化已是现代进展的大趋势；欢迎下载精品学习资源参考文献1 洪如瑾.UG NX4 CAD快速入门指导 . 清华高校出版社， 2006.2 毕承恩等

29、 . 现代数控机床上、下册 . 北京：机械工业出版社， 1993.3 数字化手册编委会 . 机床夹具设计手册 . 机械工业出版社， 2004.4 李福生等 . 有用数控机床技术手册 . 北京：北京出版社， 1993.5 于华等. 数控机床的编程及实例 . 北京：机械工业出版社， 1996.6 朱耀祥等 . 现代夹具设计手册 . 北京：机械工业出版社， 2021.7 夏伯雄. 数控机床的产生进展及其趋势 J.精密制造与自动化 .2021.8 赵长明等 . 数控加工工艺及设备 . 北京：高等训练出版社， 2021.9 AMT Statistical Department.1998-1999 .10 李洪等. 机械加工工艺手册 . 北京. 北京出版社， 1990.欢迎下载精品学习资源附录附录 4. 数控加工工序卡附录 5. 数控加工工序卡附录 6. 数控加工工序卡附录 7. 数控加工工序卡附录 8. 数控加工刀具卡片附录 9. 数控加工刀具卡片附录 10. 数控加工刀具卡片附录 19. 法兰盘钻 10 孔专用夹具装配图附录 20. 专用夹具中夹具体二维图附录 21. 专用夹具中可换圆柱销二维图附录 22. 专用夹具中可换菱形销销二维图附录 23. 专用夹具中定位心轴二维图欢迎下载