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1、湖南科技大学潇湘学院专业模块课程设计 制定输出连接法兰数控加工工艺摘 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。根据锻件的形状特点、零件尺寸及精度，选定合适的机床设备以及夹具设计，通过准确的计算并查阅设计手册，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详细说明，并在结合理论知识的基础上，借助于计
2、算机辅助软件绘制了各部分零件及装配体的工程图,以保障法兰盘的加工制造。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。首先在数控车床上，完成零件的外圆及端面加工；再在数控铣床上，完成零件端面上侧槽及顶部6-M12螺纹孔的加工；最后采用专用夹具以侧槽、底部圆环以及6-M12螺纹孔其中两孔定位进行外圆上22孔的加工。关键字：法兰盘，数控加工工艺，数控编程，夹具设计， 仿真加工法兰盘工艺设计与数控加工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，可以初步掌握对中等复杂零件进行数控加工工艺规程的编制，学会查阅有关资料
3、，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UGNX7.0软件对零件进行三维图的绘制，可以提高结构设计能力及建模能力。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知识与实际操作技能，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知识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书；掌握有关工程设计的程序、方法与
4、技术规范；掌握实验、测试等科学研究的基本方法；以及与解决工程实际问题的能力。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；（2）三维建模。根据零件二维视图建立三维视图；（3）制定机械加工工艺文件。根据产品技术资料、 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、知识与技能，分析与解决实际相关问题。1 零件分析1.1 零件图分析图1.1所示为法兰盘零件
5、二维图，其结构形状较复杂，中批量生产1000件。图1.2为零件的三维图。图1.1 法兰盘零件二维图图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、倒斜角等表面组成，加工表面较多且都为平面及各种孔，因此适合采用加工中心加工。1.2 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达到的标准公差的等级范围。如图1.1所示，加工要求较高的尺寸列出如下表格，如表1.1所示
6、。（3）形位公差分析加工后的零件不仅有尺寸误差，构成零件几何特征的点、线、面的实际形状或相互位置与理想几何体规定的形状和相互位置还不可避免地存在差异，这种状上的差异就是形状误差，而相互位置的差异就是位置误差，统称为形位误差。（4）毛坯加工余量分析工件粗加工的余量为0.8，半精加工为0.5，精加工为0.2。（5）粗糙度分析表面粗糙度，是指加工后的零件表面上具有的较小间距和微小峰谷所组成的微观几何形状特征，一般是由所采取的加工方法和(或）其他因素形成的。表面粗糙度高度参数有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。表1.1尺寸精度结构尺寸形状位置10mm的孔10mm孔90mm圆柱面11mm的沉孔11mm沉孔90mm圆柱面C1.5mm倒角1.5mm45倒角32mm圆柱面内侧5mm内孔5mm内孔10mm圆柱面2 零件的数控加工工艺设计2.1 选定毛坯根据零件的加工前尺寸及考虑夹具方案的设计，选择的毛坯材料牌号为45钢，毛坯种类为锻件，毛坯外形尺寸为95mm45mm。如图1.3所示。图1.3 法兰盘加工前三维图2.2 选择定位基准 选择定位基准时，首先是从保证工件加工精度要求出发的，因此，选择定位基准时先选
8、择粗基准，再选择精基准。2.2.1 粗基准的选择：按照粗基准的选择原则，为保证不加工表面和加工表面的位置要求，应选择不加工表面为粗基准，故在加工16mm内圆、90外圆及55外圆时，选择95mm毛坯外圆作为粗基准。2.2.2 精基准的选择：按照精基准的选择原则，为符合基准重合原则以及基准统一原则，故在加工700外圆、440外圆、340外圆、224内孔、12-22孔及6-M12内孔时，选择700外圆及224内圆作为精基准。2.3 工艺路线的设计（1）工艺路线的设计 为保证几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须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
9、工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，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：（700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140孔中心孔。4)粗钻扩140孔。5)精钻扩140孔至尺寸要求。6)倒圆角R2。工序二：（224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224孔中心孔。4) 粗钻铰锪224孔。5) 精钻铰锪224孔至尺寸要求。6) 倒角C1.5。工序三：（22孔及工件下平面定位）1)钻12-22孔。2)粗钻铰12-22孔。3)精钻铰12-22孔至尺寸要求。工序四：（22孔
10、及工件上平面定位）1) 钻6-M12螺纹孔。2) 粗铰6-M12螺纹孔。3) 精铰6-M12螺纹孔至尺寸要求。4)所有面去锐边毛刺。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，最后确定切削速度。（参考资料数控加工工艺及设备）工时定额包括基本时间、辅助时间、地点工作服务时间、休息和自然需要时间以及准备终结时间。2.4.1 背吃刀量的确定根据零件图样知工件表面粗糙度要求为全部3.2，故分为粗车、半精车、精车三步进行。因此选择粗车的背吃刀量为3.5mm，半精车的背吃刀量取1.5mm，精车时
11、背吃刀量取0.35mm。2.4.2 进给量f的确定由文献10表2.4-73，选择粗车时：=0.20mm/z；精车时：=0.5mm/z2.4.3 切削速度的确定 由文献10表3.1-74，选择粗车时：主轴转速n=900r/min；精车时：主轴转速n=1000r/min。因此，相应的切削速度分别为：粗铣时：精铣时：2.4.4 工时定额的确定根据夹具的设计，下面计算工序四中10mm孔的时间定额。（1） 基本时间 由文献8得，钻孔的计算公式为： 式中：； ，钻盲孔时，=0； L=17，=0，f=0.3，n=1000； 因此 所以 （2） 辅助时间 文献8确定 开停车 0.015min升降钻杆 0.01
12、5min主轴运转 0.02min清除铁屑 0.04min卡尺测量 0.10min装卸工件时间由文献8取1min所以辅助时间 =（0.015+0.015+0.02+0.04+0.10+1）min=1.19min（3） 地点工作服务时间 由文献8确定 取， 则（4） 休息和自然需要时间 由文献8确定 取， 则（5） 准备终结时间 由文献8，部分时间确定 简单件 26min 深度定位 0.3min 升降钻杆 6min 由设计给定1000件，则 （6） 单件时间 （7） 单件计算时间 2.5 各工序的设备、刀具、量具的设计(1) 选择NC加工机床根据2.3 工艺路线的设计的工序安排，由于零件的复杂性及
13、加工部位多，故选择立式加工中心。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足上述要求。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1 XH714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主轴端面至工作台面距离 250760 mm主轴锥孔 MAS403 BT40刀库容量 12 把 刀具最大尺寸 100250 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主电机功率 7.5/11KW定位精度 X:0.016 mm，Y、Z：0.014 mm全程重复定位精度 X:0.010 mm，Y、Z:0.008mm全程进给电机扭矩 FANUC 8 N.m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控制；X、Y、Z三坐标轴伺服进给采用交流伺服电机，运动平稳；X、Y、Z三
