零件加工分析.docx

广州大学机械设计制造及其自动化特色专业

机械设计报告

设计题目: 法兰盘的设计

专业班级: 09机械1班

姓 名: 冯进福

学 号: 0915020064

指导老师: 陈从桂、

完成日期: 2012.4.15

1.金属切削原理
金属切削是一个刀具与工件相互作用的过程。在这个过程中，刀具把工件上多余的金属材料切除掉。细致地说，金属切削是一个为了满足不同的零件加工需要，然后选择具有相应的结构和材料的刀具，在保证刀具与工件在切削过程中，不发生超过允许的形变的情况下，通过不同的切削方法，有机组合在一起的过程。
1.1 刀具的选择
刀具的选择对金属切削起着重要作用。刀具的选择应该根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相关因素正确选用刀具及刀柄。具体的选择依据有：
①根据零件材料的切削性能和加工工序等确定刀具和刀柄的选用。综合考虑金属、非金属，其硬度、刚度、塑性及耐磨性等。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件，建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。
②根据零件的加工阶段选择刀具。也就是在粗加工的阶段，我们主要的是去余量，要选用有良好的刚性和相对低的精度的刀具；在半精加工和精加工的阶段，我们主要确保零件的质量以及加工的精度，要选用有较高耐用度和精度的刀具。
③根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。在零件结构允许的情况下，应选用大直径、长径比值小的刀具；选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。
④根据工件的几何形状、加工余量、零件的技术经济指标选择刀具。正前角刀片：对于内轮廓加工，小型机床加工，工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负前角刀片：对于外圆加工，金属切除率高和加工条件较差时，应优先选择负型刀片。从数控刀具选择来看，一般外圆车削常用80°凸三角形、四方形和80°菱形刀片；仿形加工常用55°、35°菱形和圆形刀片；在考虑到刀具能承受的切削用量前提下综合机床刚性、功率等条件，加工大余量、粗加工应选择刀尖角较大的刀片，反之选择刀尖角较小的刀片。
刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大。必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本降低。
1.2 切削用量的选择
切削用量把刀具和工件牵连在一起，直接影响工件的加工形状和精度。合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。具体考虑以下几个因素：
1）切削深度。在机床、工件和刀具刚度允许下，就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。
2）切削宽带。沿主切削刃方向度量的切削层尺寸。一般与刀具直径成正比，与切削深度成反比。车外圆时：

式中 ——切削刃方向度量的切削层尺寸（mm）
3）切削厚度。两相邻加工表面间的垂直距离（mm）。车外圆时：
4）切削面积。切削层垂直于切削速度截面内的面积。车外圆时

5）切削速度。提高也是提高生产率的一个措施，但与刀具耐用度的关系比较密切。随着的增大，刀具耐用度急剧下降，故的选择主要取决于刀具耐用度。另外切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削合金钢30CrNi2MoVA时，可采用8m/min左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时，可选200m/min。
主轴转速一般根据切削速度来选定。计算公式为：。
6）进给速度。应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料选择。的增加也可以提高生产率。加工表面粗糙度要求低时，可选择得大些。
2.机床的基本知识
机床不同于一般的机械，它是用来生产其他机械的工作母机，因此在刚度、精度及运动特性方面有其特殊要求。
2.1 机床的基本组成
各类机床通常由动力源、传动系统、支承件、工作部件、控制系统、冷却系统、润滑系统和其他装置等基本部分组成。
2.2 机床运动
机床的切削加工是由工具（包括刀具、砂轮等）与工件之间的相对运动来实现的。机床的运动分为表面形成运动和辅助运动。
1）表面形成运动
表面形成运动是机床最基本的运动，亦称工作运动。表面形成运动包括主运动和进给运动，这两种不同性质的运动和不同形状的刀具配合，可以实现轨迹法、成形法和展成法等各种不同加工方法，构成不同类型的机床。一般来说，工具形状越复杂，机床所需的表面形成运动就越简单。主运动和进给运动的形式和数量取决于工件要求的表面形状和所采用的工具的形状。通常，机床主要采用结构上易于实现的旋转运动和直线运动实现表面形成运动，且主运动只有一个，进给运动可有一个或者几个。
2） 辅助运动
机床在加工过程中，加工工具与工件除工作运动以外的其他运动称为辅助运动。辅助运动用以实现机床的的各种辅助动作，主要包括以下几种：
a切入运动。用于保证工件被加工表面获得所需要的尺寸，使工具切入工件表面一定深度。有些机床的切入运动属于间歇运动形式的进给（吃刀）。数控机床的切入运动可通过控制相应轴的进给来实现。
b各种空行程运动。空行程运动主要是指进给前后的快速运动，例如：趋近——进给前加工工具与工件相互快速接近的过程；退刀——进给结束后加工工具与工件相互快速离开的过程；返回——退刀后加工工具或工件回到加工前位置的过程。
c其他辅助运动。包括分度运动、操纵和控制运动等。例如刀架或工作台的分度转位运动，刀库和机械手的自动换刀运动，变速、换向，部件与工件的夹紧与松开，自动测量、自动补偿等。
2.3 机床技术性指标
机床的技术性能是根据使用要求提出和设计的，通常包括下列内容。
1) 机床的工艺范围
机床的工艺范围是指在机床上加工的工件类型和尺寸，能够加工完成何种工序，使用什么刀具等。不同的机床，有宽窄不同的工艺范围。
2) 机床的技术参数
机床的主要技术参数包括：尺寸参数、运动参数与动力参数。
尺寸参数——具体反映机床的加工范围，包括主参数、第二主参数和加工零件有关的其他尺寸参数。
运动参数——指机床执行件的运动速度。
动力参数——值机床电动机的功率。
2.4 机床精度与刚度
技工中保证被加工工件达到要求的精度和表面粗糙度，并能在机床长期使用中保持这些要求，机床本身必须具备的精度称为机床精度。它包括几何精度、传动精度、定位精度及精度保持性等几个方面。各类机床按精度可分为普通精度级、精密级和高精度级。以上三种精度等级的机床均有相应的精度标准，其允差若以普通级为1，则大致比例为1：0.4：0.25。在设计阶段主要从机床的精度分配、元件及材料选择等方面来提高机床精度。
1)几何精度,几何精度是指机床空载条件下，在不运动（机床主轴不转或工作台不移动等情况下）或运动速度较低时各主要部件的形状、相互位置和相对运动的精确程度。
2)运动精度,运动精度是指机床空载并以工作速度运动时，主要零部件的几何位置精度。
3)传动精度,传动精度是指机床传动系统各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。
4)定位精度,定位精度是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度。
5)工作精度,加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度。工作精度是个各种因素综合影响的结果，包括机床自身的精度、刚度、热变形和刀具、工件的刚度及热变形等。
6)精度保持性,在规定的工作期间内保持机床所要求的精度，称之为精度保持性。影响精度保持性的主要因素是磨损。
3.零件的设计
零件是一个类似法兰盘结构的连接件，其作用用于连接两条水管。其形状有平面、孔、圆锥面、内圆柱面，如下图所示。

4.零件的工艺设计
4.1毛坯的确定
零件尺寸不是很大，生产数量为单个，零件的材料选择铝合金，原因是铝合金具有较高的抗腐蚀性和塑性，焊接性能良好，而且密度小，容易加工。
4.2选择基准面
基准面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。基准的选择分两类。
一是粗基准，主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续的工序提供精基准。选择粗基准的出发点是：一要考虑如何分配各加工表面的余量；二要考虑怎样保证不加工表面与加工表面间的尺寸及相互位置要求。这两个要求常常是不能兼顾的。对本零件而言，由于每个表面都要求加工，为保证各表面都有足够的余量，应选加工余量最小的面为粗基准（这就是粗基准选择原则里的余量足够原则）现选取Φ105外圆柱面和端面作为粗基准。在车床上用带有子口的三爪卡盘夹住工件，消除工件的六个自由度，达到完全定位。
二是精基准，主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。
5.夹具的设计
由零件图可知，待加工表面对Φ18.6的轴线有平行度、垂直度、同轴度的要求。本设计中选用以Φ18.6内孔的内表面和Φ105的端面作为主要定位基面，可以考虑选用B端面作为辅助基准。为了降低生产成本，本设计选择采用螺纹夹紧的方式。即由螺杆、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构。螺旋夹紧机构不但结构简单、容易制造，而且由于缠绕在螺钉表面的螺旋线很长，升角小，所以螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都很大，是手动夹紧中用得最多的一种夹紧机构。
6.工艺卡片的制定
5