法兰盘加工工艺及镗30内孔夹具设计.docx

XX 学 院

本科毕业论文（设计）

题目
法兰盘1加工工艺设计
作者

学院
机械工程学院
专业
机械设计制造及其自动化
学号

指导教师

二〇一五 年 四 月 二十三 日

摘 要
本次设计的主要内容是法兰盘1加工工艺设计，法兰盘主要是与其它零件配对使用，其主要加工表面及控制位置为外圆和内孔。由零件要求分析可知，保证外圆和内孔尺寸的同时应该尽量保证其同轴度，这对于后工序装配和总成使用上来说都有重要影响。所以，工序安排时，采取以大外圆粗定位夹紧加工后，对内孔进行镗削加工同时成型。因其粗糙度为Ra3.2，可通过粗镗、半精镗满足。对于钻孔时，主要以法兰盘的定位，控制其自由度，以达到加工出来的产品满足要求并且一致性好的目的。
本文的研究重点在于通过对法兰盘的工艺性和力学性能分析，对加工工艺进行合理分析，选择确定合理的毛坯、加工方式、设计高效、省力的夹具，通过实践验证，最终加工出合格的法兰盘零件。

全套图纸，加153893706

ABSTRACT
Enable producing the target in process of production raw materials, the blank , state of quality and quantity on part become always take place direct course of change ask craft course, if the blank is made, machining, heat treatment , assemble etc. and call it the craft course. In the course of making the craft , is it confirm every erector location and worker step that process need this of process to want, the locomotive of processing , this process , and the entering the giving amount of the lathe, cut depth , the rotational speed of the main shaft and speed of cutting, the jig of this process, the cutter and measuring tool, a one hundred sheets of number of times still leaves and a one hundred sheets of length leaves, calculate basic time of this process , auxiliary time and service time of place of working finally.

KEYWORDS:

目录
摘要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
第二章 零件的分析 5
2.1零件的作用 5
2.2零件的工艺分析 5
第三章 确定毛坯，绘制毛坯图、零件图 8
3.1确定毛坯的制造形式及材料 8
3.2机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 8
第四章 工艺规程设计 10
4.1定位基准的选择 10
4.2制定工艺路线 10
4.3选择加工设备及刀、夹、量具 14
4.4 确定切削用量及基本工时 16
4.4.1粗车∮70左端外圆及端面 17
4.4.2调头装夹，粗车、精车右端∮70k6外圆及端面 20
4.4.3粗车沟槽2X0.5 20
4.4.4铣R30圆弧至尺寸 19
4.4.5粗镗、半精镗∮60H11内孔至尺寸 19
4.4.6粗镗∮62内孔 20
4.4.7粗镗、半精镗∮30H7内孔 20
4.4.8钻3-∮11直孔 20
4.4.9铣3-∮18深10盲孔 20
第五章 镗孔夹具的设计 26
5.1定位基准的选择 26
5.2定位误差的分析 26
5.3切削力及夹紧力的计算 20
5.4镗套与衬套的设计 27
5.5夹紧元件及动力装置确定 28
5.6夹具设计及操作的简要说明 28
小 结 28
致 谢 29

参考文献 30

本文首先对法兰盘的零件进行分析，通过对法兰盘进行的研究和分析，描述了它的毛坯制造形式、机械加工余量、基准选择、工序尺寸和毛坯尺寸的确定，以及切削用量和工时的计算等相关内容。为了提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量，与指导老协商后，觉得用夹具比较合适。
在这次毕业设计中，根据课题所给的零件图、技术要求，通过查阅相关资料和书籍，了解和掌握了的机械加工工艺和编程的一般方法和步骤，并运用这些方法和步骤进行了法兰盘的机械加工工艺及夹具设计。整个设计的指导思想“简便、高效、经济”。力求生产处符合要求的产品。

2.1 夹具的发展史
题目所给的零件是法兰盘，而法兰一般是盘状物，上面钻或铣有直孔或者是螺纹孔，其作用是用来与其它部件进行连接的。电机上的法兰主要有两类，一个是“法兰盘”，一般指电机的端盖，是用来支撑电机的转子、安放轴承、有时也起对电机密封〔保护〕的作用。另一个是“小法兰”，一般是指轴承盖，用来固定和防护轴承的，而本课题的任务就是”法兰盘加工工艺设计“。
2.2 零件的工艺分析
（1）以主视图为主要加工表面的加工面。
这一组加工表面包括：
法兰盘的外圆面的车削加工，∮70外圆以及∮70k6外圆的镗削加工以及∮60H11内孔的镗削加工，∮30H7内孔的镗削加工。其中∮30H7内孔的表面粗糙度要求为，∮60H11内孔表面粗糙度要求为，其余加工表面的粗糙度均为。
（2）以左视图为主要加工表面的加工面。
这一组加工表面包括：
孔的钻削加工，盲孔的铣削加工，

以下是该法兰盘的零件图。

图1-1 法兰盘零件图主视图

图1-2 法兰盘图左视图

3.1 确定毛坯的制造形式及材料
“法兰盘”零件材料采用铸造。法兰材料为HT200，需表面电镀处理，生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。
3.2 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
3.2.1 ∮70k6外圆的加工余量
根据工序要求，法兰盘的∮70k6外圆的加工分粗、半精镗加工。各工步余量如下：
粗镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-23。其余量值规定为2.1~6.5mm，现取5mm。 表7-27粗镗时厚度偏差取-0.28mm。
半精镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-24。其余量值规定为0.8~1.0mm，现取1mm。
毛坯的基本尺寸为70+2.5+2.5=75mm。
根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得毛坯尺寸公差为1.6mm。
毛坯的名义尺寸为：∮70+2.5+2.5=∮75mm
毛坯最小尺寸为：∮75-0.8=74.2mm
毛坯最大尺寸为：∮75+0.8=∮75.8mm
粗镗后最大尺寸为：∮75.8-1-1=∮73.8mm
粗镗后最小尺寸为：∮74.2-1-1=∮72.2mm
板精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即∮70mm。
3.2.2、∮30H7内孔的加工余量，
根据工序要求，该孔的加工分为粗镗、半精镗两个工序完成，各工序余量如下：
粗镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为2.0mm;
精镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为0.3mm。
毛坯的基本尺寸分别为：
毛坯基本尺寸为φ30-2-1-0.3=φ26.7；
根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，HT200尺寸公差等级选用CT7，可得毛坯尺寸公差为1.1mm。
毛坯名义尺寸为φ30-2-1-0.3=φ26.7；
毛坯最大尺寸为φ26.7+0.55=φ27.25；
毛坯最小尺寸为φ26.7-0.55=φ25.15；
粗镗工序尺寸为φ28；
精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即∮30H7；
3.2.3、两端面的加工余量
根据工序要求，两端面的加工只要粗车一个工序完成，各工序余量如下：
粗车：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为2.5mm；
毛坯的基本尺寸分别为：
毛坯基本尺寸为45-2-1.3=41.7mm；
根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，HT200尺寸公差等级选用CT7，可得毛坯尺寸公差为1.1mm。
毛坯名义尺寸为41.7-2-1.3-0.3=38.1mm；
毛坯最大尺寸为41.7mm+0.55=42.25mm；
毛坯最小尺寸为42.25mm-0.55=41.75mm；
粗车后工序尺寸为45mm；
4.1 定位基准的选择
4.1.1、粗基准的选择：
粗基准选择应当满足以下要求：
A、保证各重要支承孔的加工余量均匀；
B、保证法兰盘的内壁有一定的间隙。
为了满足上述要求，应选择法兰盘的主要面作为定位基准。即以法兰盘的两个端面作为粗基准来限制工件的四个自由度，再以另一个面作为定位基准来限制第五个自由度。这样就能够很好地保证工件的定位，从而达到了加工各个工序的目的。
4.1.2、精基准的选择：
从保证法兰盘孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证法兰盘零件在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。
从法兰盘零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。
至于前后端面，虽然它是法兰盘箱体的装配基准，但因为它与法兰盘箱体的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。
4.2、制定工艺路线
对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。法兰盘体加工的第一个工序也就是加工统一的基准。
具体安排是先以底面作为定位基准来加工顶面，然后已经铣削好的顶面为基准来加工底面。第二个工序是铣削加工法兰盘零件的四侧端面及倒角C3。由于顶平面加工完成后一直到法兰盘体加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。
后续工序安排应当遵循先面后孔的原则。先粗、精加工平面，再粗、精加工孔系。因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。
按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。
因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段后分散进行。
加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在的含0.4%—1.1%苏打及0.25%—0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。
根据以上分析过程，现初步拟定法兰盘加工工艺路线如下；

方案一：
铸造毛坯
时效、涂漆
工序10 粗车∮70左端外圆及端面
工序20 调头装夹，粗车、精车右端∮70k6外圆及端面
工序30 粗车沟槽2X0.5
工序40 铣R30圆弧至尺寸。
工序50 粗镗、半精镗∮60H11内孔至尺寸。
工序60 粗镗∮62内孔
工序70 粗镗、半精镗∮30H7内孔。
工序80 钻3-∮11直孔
工序90 铣3-∮18深10盲孔
工序100 去毛刺倒棱角。
工序110 检验
工序120 入库

方案二：
铸造毛坯
时效、涂漆
工序10 粗车∮70左端外圆及端面
工序20 调头装夹，粗车、精车右端∮70k6外圆及端面
工序30 粗车沟槽2X0.5
工序40 铣R30圆弧至尺寸。
工序50 粗镗、半精镗∮60H11内孔至尺寸。
工序60 粗镗∮62内孔
工序70 粗镗、半精镗∮30H7内孔。
工序80 铣3-∮18深10盲孔
工序90 钻3-∮11直孔
工序100 去毛刺倒棱角。
工序110 检验
工序120 入库

方案三：
铸造毛坯
时效、涂漆
工序10 粗车∮70左端外圆及端面
工序20 调头装夹，粗车、精车右端∮70k6外圆及端面
工序30 粗车沟槽2X0.5
工序40 铣R30圆弧至尺寸。
工序50 粗镗、半精镗∮60H11内孔至尺寸。
工序60 粗镗、半精镗∮30H7内孔。
工序70 粗镗∮62内孔
工序80 铣3-∮18深10盲孔
工序90 钻3-∮11直孔
工序100 去毛刺倒棱角。
工序110 检验
工序120 入库

其中，方案二的工艺路线虽能方便工人安装加工，但在装夹加工过程中会对零件已加工好表面造成破坏，造成零件损失；方案三，能加工出所要的零件，但加工时对零件的装夹和拆卸较频繁，时间耽搁较长，生产率下降；所以，综合选定，方案一可用。
4.3、选择加工设备及刀、夹、量具
由图样分析，该图样需要车削外圆，在这里我们在车轮廓时选用外圆车刀。而镗削加工时我们可以选择内孔镗刀，量具可选用0--150mm为75-100mm的测量游标卡尺，外径千分尺，游标深度卡尺等。

4.4 确定切削用量及基本工时
4.4.1粗车∮70左端外圆及端面
1） 确定背吃刀量。由于粗加工单边余量为1.3mm可在一次走刀内完成，故

2）确定进给量。根据查《切削用量简明手册》得，刀杆尺寸为，以及工件直径为时

按CK6140车床说明书选择

确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。
根据CK6140车床说明书，其进给机构允许的进给力。
当钢的强度，，，，（预计）时，进给力为。
切削时的修正系数为，，故实际进给力为

由于切削时的进给力小于车床进给机构允许的进给力，故选的进给量可用。
3）确定切削速度
当用硬质合金车刀加工钢料，，，切削速度
4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命
根据查《切削用量简明手册》得，车刀后刀面最大磨损量取为1.4mm，因为车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿命T=60min。
5）确定车削速度和每分钟进给量
根据《切削用量简明手册》表1.27与1.28中公式计算：=8.88m/min；
根据一下公式，可得：
=

4.4.2调头装夹，粗车、精车右端∮70k6外圆及端面
本工序为车∮70k6外圆及端面的工序，我们选择机床：普通车床 CA6140，功率P=13kw；
刀具：选用高速钢外圆车刀， 查 《机械制造工艺设计简明手册》3.1—39，刀具数据如下：d=16
1)车削进宽度的选择
根据实际工况，我们通过《机械制造工艺设计简明手册》3.1—27可知
1—2 这里取1.5
2)选择进给量
经过查表可知：0.23
3)选择车削的速度
经查表可知

所以：
4)计算切削时间
查《机械制造工艺、金属切削机床设计指导》表1.4—15 可知：

所以，
5)计算车削力
根据实际工况，我们通过《机械制造工艺设计简明手册》有 ：

式中：

所以，

6)校核机床功率
查《切削用量简明手册》表3.28有

所以，机床的功率足够；

4.4.3粗车沟槽2X0.5

已知加工材料为HT200，铸件，有外皮，机床为CA6140型普通车床，工件装卡在专用车床夹具中。
1）确定背吃刀量。由于粗加工单边余量为1.75mm可在一次走刀内完成，故

2）确定进给量。根据查《切削用量简明手册》得，刀杆尺寸为，以及工件直径为时

按CA6140车床说明书选择

确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。
根据CK6140车床说明书，其进给机构允许的进给力。
当钢的强度，，，，（预计）时，进给力为。
切削时的修正系数为，，故实际进给力为

由于切削时的进给力小于车床进给机构允许的进给力，故选的进给量可用。
3）确定切削速度
当用硬质合金车刀加工钢料，，，切削速度
4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命
根据查《切削用量简明手册》得，车刀后刀面最大磨损量取为1.4mm，因为车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿命T=60min。
5）确定车削速度和每分钟进给量
根据《切削用量简明手册》表1.27与1.28中公式计算：

=8.88m/min；
根据一下公式，可得：
=
4.4.4 铣R30圆弧至尺寸
（1）、铣削宽度的选择
查《机械制造工艺设计简明手册》表3.1—27有
半精铣— 这里取
（2）、铣削每齿给量的选择
查《机械制造工艺设计手册》表3—28有

（3）、铣削深度的选择
查《机械制造工艺设计手册》表3—29有

（4）、铣削速度的选择
查《机械制造工艺设计手册》表3—30有

所以：
（5） 计算切削时间
查《机械制造工艺、金属切削机床设计指导》表1.4—15 可知：

所以，
（6）计算铣削力
查《机械制造工艺设计手册》表3—25有 ：

式中：

所以，

4.4.5粗镗、半精镗∮60H11内孔至尺寸
机床：T6113卧式镗床
刀具：硬质合金钢刀具YG3X
切削深度：
进给量：根据实际工况，我们通过《实用机械工艺简明手册中》2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量
切削速度：由《实用机械工艺简明手册中》，可以知道4-66，取
机床主轴转速：，取
实际切削速度：
即
工作台每分钟进给量：
被切削层长度：
刀具切入长度：
刀具切出长度： 取
行程次数：
机动时间：
4.4.6粗镗∮62内孔
切削深度=2mm，毛坯孔径。
进给量：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量。
切削速度：参照参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-66取
机床主轴转速，由式（1.1）有：
，取
实际切削速度，由式（1.2）有：
工作台每分钟进给量： 式（1.7）
被切削层长度：
刀具切入长度： 式（1.6）
刀具切出长度： 取
行程次数：
机动时间，由式（1.5）有：
4.4.7粗镗、半精镗∮30H7内孔
切削深度：,进给量：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量
切削速度：参照参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-66，取：
机床主轴转速，由式（1.1）有
，取
实际切削速度，由式（1.2）有：
工作台每分钟进给量，由式（1.7）有：
被切削层长度：
刀具切入长度，由式（1.6）有：
刀具切出长度： 取
行程次数：
机动时间，由式（1.5）有：
切削深度：
进给量：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量
切削速度：参照参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-66，取
机床主轴转速，由式（1.2）有：
，取
实际切削速度，由式（1.2）有：
工作台每分钟进给量，由式（1.7）有：
被切削层长度：
刀具切入长度，由式（1.6）有：
刀具切出长度： 取
行程次数：
机动时间，由式（1.5）有：
4.4.8钻3-∮11直孔
工件材料为HT200铸铁。孔的直径为11mm，表面粗糙度12.5。加工机床为Z3050，加工工序为钻，加工刀具为：钻孔——Φ11mm。
确定进给量 根据参考文献[7]表28-10可查出，由于孔深度比，，故。查Z3050立式钻床说明书，取。
根据参考文献[7]表28-8，钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），根据参考文献[7]表28-9，允许的进给量。
由于所选进给量远小于及，故所选可用。
确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率 根据表28-15，由插入法得：
，
，
由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。
由参考文献[7]表28-3，，，故

查Z3050机床说明书，取。实际切削速度为

由参考文献[7]表28-5，，故

校验机床功率 切削功率为

机床有效功率

故选择的钻削用量可用。即
，，，
相应地
，，
4.4.9铣3-∮18深10盲孔
（1）、铣削深度的选择
查《机械制造工艺设计简明手册》表3.1—27可知：
粗铣：3—8 这里取3
（2）、铣削每齿进给量的选择
查《机械制造工艺设计手册》表3—28 3—29可知：
0.1—0.3 这里取0.2 1
（3）、铣削速度的选择
查《机械制造工艺设计手册》表3—30可知：
V = 0.4—0.6 m/s 这时取0.5m/s = 30m/min

查《机械制造工艺设计实用手册》表11—51
取
由于是粗铣，故整个铣刀盘不必铣过整个工件
查《机械制造工艺、金属切削机床设计指导》表1.4—15 可知：

所以，
查《机械制造工艺设计手册》表3—25有 ：

式中：

所以，

本夹具主要用来和内孔。这些孔表面粗糙度要求分别为Ra。并作为左右端面垂直度的基准，其质量直接影响左右端面的精度。因此在本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。

5.1定位基准的选择
由零件图可知和内孔分别在同一轴线上，由于在镗孔之前外圆已经进行了车削加工，所以选择外圆表面作为定位基准面，并且以已经车削出的外圆面同样作为定位基准来对工件进行定位，限制工件的自由度，这样工件就别限制了自由度，从而达到了定位的目的。
5.2定位误差分析
工件的工序基准为两外圆表面定位，本夹具是用来在卧式镗床上加工，所以工件上孔与夹具上的移动压板保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与压板中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为:Td=Dmax-Dmin ；
本工序采用两个移动压板，一个V型块定位，工件始终靠近定位轴的一面，而定位轴的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力，因此，工件不在在定位轴正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。
取（中等级）即 ：尺寸偏差为
由[16]《机床夹具设计手册》可得：
⑴ 、定位误差（两个垂直平面定位）：当时；侧面定位支承钉离底平面距离为，侧面高度为；且满足；则：

⑵ 、夹紧误差 ，由式（2.11）有：：
其中接触变形位移值：
式（2.16）

⑶、磨损造成的加工误差：通常不超过
⑷、夹具相对刀具位置误差：取
误差总和：
从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。

5.3切削力及夹紧力的计算
由于两种大小的孔切削力各不相同，因此选择最大孔的切削力为标准。
镗刀材料：（硬质合金镗刀）
刀具的几何参数：
由参考《实用机械工艺简明手册中》查表可得：
圆周切削分力公式： 式（3.1）
式中
式（3.2）
查表得： 取
由表可得参数：
即：
同理：径向切削分力公式 ： 式（3.3）
式中参数：
即：
轴向切削分力公式 ： 式（3.4）
式中参数：
即：
根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：
式（3.5）
安全系数K可按下式计算：
式（3.6）
式中：为各种因素的安全系数，见《简明机床夹具设计手册》表，可得：

所以，由式（3.5）有：

5.4镗套与衬套的设计
根据工艺要求此镗孔夹具为和内孔，所以本次采用的镗套为60×90，镗套用衬套选用60×80。
选用镗套如图所示:

图4-2 镗套