法蘭盤工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控加工

1、-作者xxxx-日期xxxx法蘭盤工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控加工【精品文檔】摘 要本課題完成法蘭盤工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控加工。法蘭盤是使管子與管子相互連接的零件，連接于管端。法蘭上有孔眼，兩個(gè)法蘭盤之間，加上法蘭墊，用螺栓緊固在一起，完成了連接。本次設(shè)計(jì)主要完成以下設(shè)計(jì)內(nèi)容：法蘭盤的零件圖紙與技術(shù)要求分析、零件二維圖繪制及三維建模；制定數(shù)控加工工藝卡片文件；零件的夾具設(shè)計(jì)并進(jìn)行夾具圖二維圖繪制；對(duì)零件進(jìn)行加工仿真。根據(jù)鍛件的形狀特點(diǎn)、零件尺寸及精度，選定合適的機(jī)床設(shè)備以及夾具設(shè)計(jì)，通過(guò)準(zhǔn)確的計(jì)算并查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)，確定了法蘭盤的尺寸及精度，在材料的選取及技術(shù)要求上也作出了詳細(xì)說(shuō)明，并在結(jié)合理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，借助于計(jì)算

2、機(jī)輔助軟件繪制了各部分零件及裝配體的工程圖,以保障法蘭盤的加工制造。在夾具的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要以可換圓柱銷、可換菱形銷、定位心軸和支承釘來(lái)定位，靠六角厚螺母來(lái)夾緊。首先在數(shù)控車床上，完成零件的外圓及端面加工；再在數(shù)控銑床上，完成零件端面上6-11沉孔及3-5孔的加工；最后采用專用夾具以16孔以及6-11沉孔其中兩孔定位進(jìn)行外圓上10孔的加工。關(guān)鍵字：法蘭盤，數(shù)控加工工藝，數(shù)控編程，夾具設(shè)計(jì)， 仿真加工法蘭盤工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控加工姓名 學(xué)號(hào)0 引言0.1 概述本課題起源于裝配制造業(yè)法蘭盤工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控技術(shù)，通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以初步掌握對(duì)中等復(fù)雜零件進(jìn)行數(shù)控加工工藝規(guī)程的編制，學(xué)會(huì)查閱有關(guān)資料，能合理

3、編制數(shù)控加工過(guò)程卡片、數(shù)控加工工序卡片、數(shù)控加工刀具卡片、數(shù)控編程等工藝文件，能合理的確定加工工序的定位與夾緊方案。能使用AutoCAD正確繪制機(jī)械零件的二維圖形，能通過(guò)使用UG軟件對(duì)零件進(jìn)行三維圖的繪制，可以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力及建模能力。編寫符合要求的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，并正確繪制有關(guān)圖表。在畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中，學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論知識(shí)與實(shí)際操作技能，分析與解決設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中的相關(guān)問(wèn)題。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，綜合運(yùn)用數(shù)控加工刀具和數(shù)控工藝、工裝夾具的設(shè)計(jì)等專業(yè)知識(shí)來(lái)分析與解決畢業(yè)設(shè)計(jì)中的相關(guān)問(wèn)題。依據(jù)技術(shù)課題任務(wù)，進(jìn)行資料的調(diào)研、收集、加工與整理和正確使用工具書(shū)；掌握有關(guān)工程設(shè)計(jì)的程序、方法與技術(shù)規(guī)范；掌握實(shí)驗(yàn)

4、、測(cè)試等科學(xué)研究的基本方法；以及與解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。0.2 本設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容本次對(duì)于法蘭盤工藝設(shè)計(jì)及數(shù)控加工的主要任務(wù)是：（1）分析零件圖紙與技術(shù)要求；（2）三維建模。根據(jù)零件二維視圖建立三維視圖；（3）制定機(jī)械加工工藝文件。根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)資料、 生產(chǎn)條件與生產(chǎn)綱領(lǐng)，制定零件機(jī)械加工工藝規(guī)程，編寫工藝規(guī)程卡片；（4）夾具設(shè)計(jì)。繪制工件夾具圖；（5）編制數(shù)控加工程序、仿真加工與課題制作（6）工件檢驗(yàn)。選用合理的測(cè)量工具與設(shè)備檢驗(yàn)工件的加工質(zhì)量。在這整個(gè)過(guò)程中，綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論、知識(shí)與技能，分析與解決實(shí)際相關(guān)問(wèn)題。1 零件分析1.1 零件圖分析法蘭盤零件二維圖，其結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜，中批量

5、生產(chǎn)1000件。圖為零件的三維圖。 法蘭盤零件二維圖圖1.2 法蘭盤三維圖該零件材料為45鋼，毛坯為鍛件，主要應(yīng)用于裝配管子，起管子的連接及固定作用，為中批量生產(chǎn)類型產(chǎn)品。該零件為由外圓、內(nèi)圓、沉孔、內(nèi)孔、倒斜角等表面組成，加工表面較多且都為平面及各種孔，因此適合采用加工中心加工。 技術(shù)要求分析（1）結(jié)構(gòu)分析零件由外圓、內(nèi)圓、沉孔、內(nèi)孔、倒斜角等構(gòu)成。（2）尺寸精度分析加工精度是指零件在加工后的幾何參數(shù)的實(shí)際值和理論值符合的程度。尺寸精度是指實(shí)際尺寸變化所達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)公差的等級(jí)范圍。如圖1.1所示，加工要求較高的尺寸列出如下表格，如表1.1所示。（3）形位公差分析加工后的零件不僅有尺寸誤差，構(gòu)成

6、零件幾何特征的點(diǎn)、線、面的實(shí)際形狀或相互位置與理想幾何體規(guī)定的形狀和相互位置還不可避免地存在差異，這種狀上的差異就是形狀誤差，而相互位置的差異就是位置誤差，統(tǒng)稱為形位誤差。（4）毛坯加工余量分析。（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較小間距和微小峰谷所組成的微觀幾何形狀特征，一般是由所采取的加工方法和(或）其他因素形成的。表面粗糙度高度參數(shù)有3種：輪廓算術(shù)平均偏差Ra，微觀不平度十點(diǎn)高度Rz以及輪廓最大高度Ry。該零件主要由外圓、內(nèi)圓、沉孔及內(nèi)孔組成，具體表示為55外圓、52外圓、90外圓、6-11沉孔、3-5內(nèi)孔、10內(nèi)孔、32內(nèi)圓、16內(nèi)圓。粗糙度皆為Ra3.2。結(jié)構(gòu)尺

7、寸形狀位置10mm的孔10mm孔90mm圓柱面11mm的沉孔11mm沉孔90mm圓柱面C1.5mm倒角1.5mm×45°倒角32mm圓柱面內(nèi)側(cè)5mm內(nèi)孔5mm內(nèi)孔10mm圓柱面2 零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)2.1 選定毛坯根據(jù)零件的加工前尺寸及考慮夾具方案的設(shè)計(jì)，選擇的毛坯材料牌號(hào)為45鋼，毛坯種類為鍛件，毛坯外形尺寸為95mm×45mm。如圖1.3所示。圖 法蘭盤加工前三維圖2.2 選擇定位基準(zhǔn) 選擇定位基準(zhǔn)時(shí)，首先是從保證工件加工精度要求出發(fā)的，因此，選擇定位基準(zhǔn)時(shí)先選擇粗基準(zhǔn)，再選擇精基準(zhǔn)。2.2.1 粗基準(zhǔn)的選擇：按照粗基準(zhǔn)的選擇原則，為保證不加工表面和加工表

8、面的位置要求，應(yīng)選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)，故在加工16mm內(nèi)圓、90外圓及55外圓時(shí)，選擇95mm毛坯外圓作為粗基準(zhǔn)。2.2.2 精基準(zhǔn)的選擇：按照精基準(zhǔn)的選擇原則，為符合基準(zhǔn)重合原則以及基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，故在加工52外圓、90外圓、32內(nèi)圓、10內(nèi)孔、6-11沉孔及3-5內(nèi)孔時(shí)，選擇55外圓及16內(nèi)圓作為精基準(zhǔn)。2.3 工藝路線的設(shè)計(jì)（1）工藝路線的設(shè)計(jì) 為保證幾何形狀、尺寸精度、位置精度及各項(xiàng)技術(shù)要求，必須判定合理的工藝路線。由于生產(chǎn)綱領(lǐng)為成批生產(chǎn)，所以XH714立式加工中心配以專用的工、夾、量具，并考慮工序集中，以提高生產(chǎn)率和減少機(jī)床數(shù)量，使生產(chǎn)成本下降。針對(duì)零件圖樣確定零件的加工工序?yàn)椋汗ば?/p>

9、一：（95毛坯外圓定位）1)粗車外圓及端面。2)精車外圓至尺寸要求，留總厚余量2mm。3)鉆16孔中心孔。4)粗鉆擴(kuò)16孔。5)精鉆擴(kuò)16孔至尺寸要求。6)倒圓角R2。工序二：（55圓柱面定位）1) 粗車外圓及端面。2) 精車外圓及端面至尺寸要求。3) 鉆32孔中心孔。4) 粗鉆鉸锪32孔。5) 精鉆鉸锪32孔至尺寸要求。6) 倒角C1.5。工序三：（16孔及工件下平面定位）1)鉆6-11沉孔及3-5內(nèi)孔中心孔。2)粗鉆鉸6-11沉孔及3-5內(nèi)孔。3)精鉆鉸6-11沉孔及3-5內(nèi)孔至尺寸要求。工序四：（16孔及工件上平面定位）1) 鉆10孔中心孔。2) 粗鉸10孔。3) 精鉸10孔至尺寸要求。

10、4)所有面去銳邊毛刺。2.4 確定切削用量和工時(shí)定額切削用量包括背吃刀量、進(jìn)給速度或進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速或切削速度（用于恒線速切削）。其具體步驟是：先選取背吃刀量，其次確定進(jìn)給速度，最后確定切削速度。（參考資料數(shù)控加工工藝及設(shè)備）工時(shí)定額包括基本時(shí)間、輔助時(shí)間、地點(diǎn)工作服務(wù)時(shí)間、休息和自然需要時(shí)間以及準(zhǔn)備終結(jié)時(shí)間。2.4.1 背吃刀量的確定根據(jù)零件圖樣知工件表面粗糙度要求為全部3.2，故分為粗車、半精車、精車三步進(jìn)行。因此選擇粗車的背吃刀量為mm，半精車的背吃刀量取，精車時(shí)背吃刀量取0.35mm。2.4.2 進(jìn)給量f的確定由文獻(xiàn)10表2.4-73，選擇粗車時(shí)：=0.20mm/z；精車時(shí)：2.4.3

11、 切削速度的確定 由文獻(xiàn)10表3.1-74，選擇粗車時(shí)：主軸轉(zhuǎn)速n=900r/min；精車時(shí)：主軸轉(zhuǎn)速n=1000r/min。因此，相應(yīng)的切削速度分別為：粗銑時(shí)：精銑時(shí)：2.4.4 工時(shí)定額的確定根據(jù)夾具的設(shè)計(jì)，下面計(jì)算工序四中10mm孔的時(shí)間定額。（1） 基本時(shí)間 由文獻(xiàn)8得，鉆孔的計(jì)算公式為： 式中：； ，鉆盲孔時(shí)，=0； L=17，=0，f=0.3，n=1000； 因此 所以 （2） 輔助時(shí)間 文獻(xiàn)8確定裝卸工件時(shí)間由文獻(xiàn)8取1min所以輔助時(shí)間 （3） 地點(diǎn)工作服務(wù)時(shí)間 由文獻(xiàn)8確定 取， 則（4） 休息和自然需要時(shí)間 由文獻(xiàn)8確定 取， 則（5） 準(zhǔn)備終結(jié)時(shí)間 由文獻(xiàn)8，部分時(shí)間確定

12、 簡(jiǎn)單件 26min 升降鉆桿 6min 由設(shè)計(jì)給定1000件，則 （6） 單件時(shí)間 （7） 單件計(jì)算時(shí)間 2.5 各工序的設(shè)備、刀具、量具的設(shè)計(jì)(1) 選擇NC加工機(jī)床根據(jù) 工藝路線的設(shè)計(jì)的工序安排，由于零件的復(fù)雜性及加工部位多，故選擇立式加工中心。加工內(nèi)容有：車外圓、鉆孔、鉸孔及倒角等，所需刀具不超過(guò)20把。選用立式加工中心即可滿足上述要求。本設(shè)計(jì)選用FANUC 18i-MateMC系統(tǒng)XH714立式數(shù)控加工中心，如圖1所示。圖1 XH714立式數(shù)控加工中心(2) 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)工作臺(tái)面積(長(zhǎng)×寬) 900×400 mm工作臺(tái)左右行程(X向) 630 mm工作臺(tái)前后行

13、程(Y向) 400 mm主軸上、下行程(Z向) 500 mm工作臺(tái)最大承重 600 kg主軸端面至工作臺(tái)面距離 250760 mm主軸錐孔 MAS403 BT40刀庫(kù)容量 12 把 刀具最大尺寸 100×250 mm主軸最高轉(zhuǎn)速 8000 rpm進(jìn)給速度 5-8000 mm/min快速移動(dòng)速度 20000 mm/min定位精度 X:0.016 mm，Y、Z：0.014 mm全程重復(fù)定位精度 數(shù)控系統(tǒng) FANUC 0i-MateMC插補(bǔ)方式 直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)（3）機(jī)床性能XH714為縱床身，橫工作臺(tái)，單立柱立式加工中心機(jī)床；可以實(shí)現(xiàn)X、Y、Z任意坐標(biāo)移動(dòng)以及三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制；X、Y、Z

14、三坐標(biāo)軸伺服進(jìn)給采用交流伺服電機(jī)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；X、Y、Z三軸采用進(jìn)口精密滾珠絲杠副，及進(jìn)口滾珠絲杠專用軸承支承；主軸采用交流伺服調(diào)速電機(jī)，其額定功率11KW；主軸最高轉(zhuǎn)速為8000rpm。主軸軸承采用高速、高精度主軸軸承，油循環(huán)冷卻；采用蝶形彈簧夾緊刀具，氣壓松刀；刀庫(kù)為20把刀的斗笠式刀庫(kù)，無(wú)機(jī)械手換刀。2.6 工藝文件的設(shè)計(jì)根據(jù) 工藝路線的設(shè)計(jì)的工序安排，編出機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片及工序卡片。見(jiàn)附表13：機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片；附表47：數(shù)控加工工序卡；附表1116：數(shù)控加工進(jìn)給路線圖。2.7 數(shù)控加工刀具卡片的設(shè)計(jì)根據(jù) 工藝路線的設(shè)計(jì)的工序安排，編出機(jī)械加工刀具卡片。見(jiàn)附表810：機(jī)械加工刀具

15、卡片。2.8 數(shù)控編程根據(jù) 工藝路線的設(shè)計(jì)的工序安排，編出數(shù)控加工程序。見(jiàn)附表17：數(shù)控加工程序。3 法蘭盤鉆10孔夾具工序工藝裝備的設(shè)計(jì)3.1 夾具設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)根據(jù)法蘭盤的特點(diǎn)對(duì)夾具提出了兩個(gè)基本要求：一是保證夾具的坐標(biāo)方向與機(jī)床的坐標(biāo)方向相對(duì)固定。二是要能協(xié)調(diào)法蘭盤零件與機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸。除此之外，重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)： 1、在成批生產(chǎn)時(shí)，才考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 2、夾具上個(gè)零件部件應(yīng)不妨礙機(jī)床對(duì)零件各表面的加工，即夾具要敞開(kāi)，其定位。夾緊原件不能影響加工中的走刀。根據(jù)課題要求，批量生產(chǎn)1000件法蘭盤零件，故需要設(shè)計(jì)專用夾具進(jìn)行裝夾。3.1.1 夾具的定位方案的設(shè)計(jì)工件定位方

16、案的確定，首先應(yīng)考慮滿足加工要求。按基準(zhǔn)重合原則，選用18孔以及工件底平面作為定位基準(zhǔn)，定位方案如圖3-1所示。平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式為：，其中：n 為活動(dòng)構(gòu)件，n=N-1，N為構(gòu)件； 低副； 高副；所以：即2個(gè)支承釘及定位心軸限制工件的x、y方向的轉(zhuǎn)動(dòng)度以及z方向的移動(dòng)度，可換圓柱銷及可換菱形銷限制工件的x、y方向的的移動(dòng)度以及z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)度。圖3-1 法蘭盤的定位方案3.1.2 夾具的夾緊方案的確定工件夾緊方案的確定，取工件的55圓柱端面進(jìn)行夾緊，采用六角厚螺母夾緊機(jī)構(gòu)，如圖3-2所示。采用六角厚螺母夾緊機(jī)構(gòu)，在夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中，以考慮工件的受力情況，故在55圓柱端面與六角厚螺母之間增加平墊

17、圈，平墊圈在此處起到緩沖、平衡受力及保護(hù)端面不受傷害的作用。采用六角厚螺母通過(guò)平墊圈將工件在側(cè)面夾緊，其結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便。圖3-2 法蘭盤的夾緊方案3.1.3 夾具對(duì)刀裝置方案的確定因考慮零件的復(fù)雜性，故將夾具本次零件加工選擇機(jī)床對(duì)刀點(diǎn)在工件坐標(biāo)系的95外圓上，這有利于保證精度，減少誤差。采用試切的對(duì)刀方法：具體步驟為該零件選擇95外圓為編程零點(diǎn)，本次試切首先選擇零件的右側(cè)面為試切點(diǎn)，左右撥動(dòng)主軸，手輪移動(dòng)X軸，使刀具微碰零件，此時(shí)記下X的機(jī)械坐標(biāo)輸入到G54或G55的X中，本次試切再選擇零件的外圓頂點(diǎn)為試切點(diǎn)，上下?lián)軇?dòng)主軸，手輪移動(dòng)Y軸，使刀具微碰零件，此時(shí)記下Y的機(jī)械坐標(biāo)輸入到G54或G

18、55的Y中，至此，X，Y軸對(duì)刀完成；Z軸的對(duì)刀，如以工件外圓頂點(diǎn)為0點(diǎn)，將銑刀擦到工件表面，記下此時(shí)Z軸的機(jī)械坐標(biāo)，輸入到G54或G55中。3.1.4 夾具與機(jī)床連接方案的設(shè)計(jì)因考慮零件的加工復(fù)雜性，本套夾具選擇孔系夾具，它的元件以孔定位，螺紋連接，元件定位精度高，夾具的組裝簡(jiǎn)便，剛性好，又便于數(shù)控機(jī)床編制加工程序。3.2 夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在選擇夾具體的毛坯的結(jié)構(gòu)時(shí)，從結(jié)構(gòu)合理性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性、標(biāo)準(zhǔn)化的可能性以及工廠的具體條件為依據(jù)綜合考慮。在機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-9-1為各種夾具體毛坯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。則選鑄造結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠淇设T造出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀?？箟簭?qiáng)度大，抗振性好。易于加工，但制造周期

19、長(zhǎng)，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，故應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理。材料多采用HT15-30或HT20-40。在夾具體上還進(jìn)行倒角，以便增加夾具的強(qiáng)度及剛度。3.3 夾具的理論計(jì)算3.3.1 定位誤差的分析與計(jì)算本套夾具是定位誤差主要是一面兩孔定位所產(chǎn)生的，因此只需計(jì)算兩定位銷的定位誤差即可。1）確定定位銷中心距及尺寸公差取故兩定位銷中心距為71±2）確定圓柱銷尺寸及公差 取11H8=11mm 3）參考文獻(xiàn)8中表4-3選取菱形銷的及B值 取=4mm，B=d-2=（11-2）mm=9mm4）確定菱形銷的直徑尺寸及公差 取補(bǔ)償值：a=+，則 所以 菱形銷與孔的配合取h6，其下偏差為-0.011mm，故菱形銷直徑為 mm

20、=11mm 所以11mm 5) 計(jì)算定位誤差 基準(zhǔn)位移誤差為： 轉(zhuǎn)角誤差為： 則，雙向轉(zhuǎn)角誤差為。3.3.2 夾緊力的分析與計(jì)算本套夾具靠六角厚螺母實(shí)現(xiàn)夾緊。因此，夾緊力的計(jì)算則在于六角厚螺母所需的力。六角厚螺母夾緊力P按3.2公式計(jì)算： （3.2） 夾緊力，； 螺紋升角，M16選； 螺紋摩擦角，=； 支撐表面摩擦力矩的計(jì)算力臂，選擇； 螺母支撐面的摩擦因素，選擇=0.178；通過(guò)計(jì)算，M16孔定位的螺釘所需夾緊力為：T=180N因?yàn)榱呛衤菽感柙趦啥诉M(jìn)行夾緊，故夾緊力為雙倍。因此總共所需夾緊力為：T總=2T=180N×2=360N3.4 夾具的使用操作說(shuō)明本夾具用于加工法蘭盤的11

21、孔（工件材料45鋼）。工件以32和16孔、11孔分別在定位心軸8、可換定位銷7及可換定位銷9上定位，通過(guò)在定位心軸8上旋動(dòng)六角厚螺母4使平墊圈3接觸工作，從而達(dá)到夾緊工件的效果。4 零件的仿真加工圖4-1 鉆3-5孔中心孔圖4-2 鉆6-11沉孔中心孔圖4-3 鉸3-5孔圖4-4 鉸6-7孔圖4-5 锪6-11孔圖4-6 鉆10孔中心孔圖4-7 鉸10孔5 結(jié)論（1） 通過(guò)對(duì)零件和夾具的三維造型，實(shí)戰(zhàn)練習(xí)了UG三維造型軟件的造型模塊和AtuoCAD工程圖模塊，加深了AutoCAD二維軟件的操作和理解。（2） 通過(guò)對(duì)夾具的理論計(jì)算，證明本套夾具具有可行性。（3） 通過(guò)對(duì)零件的加工仿真，證明數(shù)控加工程序具有可行性。（4） 通過(guò)對(duì)夾具的三維建模，證明夾具的設(shè)計(jì)具有可行性。（5） 對(duì)使用Office辦公軟件時(shí)，還需要多加熟練。（6） 在進(jìn)行UG三維建模時(shí)，了解了計(jì)算機(jī)輔助制圖編程軟件的功能及使用方法。（7） 在用Auto CAD、UGNX等軟件時(shí)，還需要多熟練快捷鍵的使用，從而提高效率。（8）