法兰盘地加工工艺标准设计毕业材料

2017届本科生毕业设计 分类号：TH122

题 目： 法兰盘的加工工艺设计

作 者 姓 名： 何峥

学 号： **********

学 院： 机械与电子工程学院

专 业： 机械制造及其自动化

指导教师姓名： 王楠

指导教师职称： 助教

2017年5月

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摘 要

法兰盘通常是盘状的金属零件，它主要用于机械工程的连接环节。伴随着我国法兰盘行业的迅速发展，法兰盘的应用范围越来越广，而法兰盘作为一种连接零件，人们对它的精确度要求很高，对于材质的选取也很讲究，本文以一典型结构法兰盘为例，首先进行零件分析，了解要制造的零件的基本情况，然后根据零件的加工要求选择毛坯的材质，再计算加工余量，进而确定毛坯的尺寸，然后根据各加工面的需求，选择加工方法，制定工艺路线，根据零件形状以及精度要求选择适用的机床以及刀具，再计算出各切削用量，完成该法兰盘的数控加工编程，最后根据整体需求完成夹具的选择，最终完成了一个比较基本的法兰盘加工工艺设计。

关键词：法兰盘；加工余量；工艺路线；数控编程

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ABSTRACT

The flange is usually disc-shaped metal parts, it is mainly used for connecting links in mechanical engineering. With the rapid development of China's industry of flange, flange is applied more and more widely, and as a flange connecting parts, the accuracy is very high, is also very important to select material in in this paper, a typical structure of flange as an example, the first part analysis, understand the basic situation of manufactured parts, then according to the machining requirements of the choice of blank material, then calculate the machining allowance, and then determine the size of the blank, and then according to the manufacturing of the demand, choice of processing methods, the development of process routes, according to part The shape and accuracy for machine tool and cutting tool, then calculate the amount of cutting, NC machining programming of the flange, according to the overall demand for complete fixture selection, the final completion of the process of a more basic flange design.

Key words: Flange; Machining allowance; Process line; NC programming

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目 录

绪 论 ................................................................................................................................... 1 1.零件的分析 ........................................................................................................................ 2

1.1法兰盘的作用 .................................................................................................................................... 2 1.2法兰盘的种类 .................................................................................................................................... 2 1.3法兰盘的零件图 ............................................................................................................................. 3

2.毛坯的选择 ........................................................................................................................ 4

2.1毛坯的材料选择................................................................................................................................. 4 2.2毛坯尺寸的选取................................................................................................................................. 4 2.3加工余量的计算................................................................................................................................. 5

3.工艺规程的设计 ................................................................................................................ 6

3.1工艺路线的拟定................................................................................................................................. 6 3.2 机床和刀具的选择............................................................................................................................ 7 3.3切削用量的确定................................................................................................................................. 9 3.4数控加工编程 .................................................................................................................................. 16

4.夹具设计 .......................................................................................................................... 20

4.1专用夹具的设计............................................................................................................................... 20 4.2通用夹具 .......................................................................................................................................... 21

结论 ..................................................................................................................................... 22 参考文献 ............................................................................................................................. 23 附录 ..................................................................................................................................... 24 致 谢 ................................................................................................................................. 26

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绪论

在法兰盘的制造历史中，首次出现法兰盘是在1809年时，由英国人Erchardt提出的，而法兰盘的采用推广直到二十世纪初才被推广。我国是在上世纪三十年代开始运用法兰进行铸造，首先是日本在我国开辟法兰盘市场，紧接着韩国以及欧洲各个国家也都接踵而至，应市场需求以及支持，大量的工厂以及个体加工作坊都开始大批量的生产法兰盘，我国的法兰盘市场在此推动下发展速度与日俱增，目前已经拥有高度机械化以及自动化的法兰铸造机，并且出现大量法兰的机械生产车间。基本上所有的铸造合金都可以用于法兰铸造法生产。随着行业发展法兰盘的铸造工艺也愈发成熟，最小内径可达8毫米，最大直径可达3米，最长的铸件能达到8米，法兰铸件的重量范围也能从几公斤到十几吨。

目前我国全行业绝大多数国有企业完成了改制或民营化，规模以上法兰盘企业中，国有企业仅剩9家，民营企业成为一支生力军；已经有几家法兰盘公司在国内外成功上市，利用资本市场资金实现企业的发展；有几家超过10亿元的法兰盘企业集团成立，兼备重组趋势显现；一批企业争相进行大规模的技术改造，添置现代化工艺装备，搬迁扩建，完成了企业脱胎换骨的改造，建造试验台架；“十一五”期间法兰盘行业开发了一大批具有自主知识产权的新产品。百万千瓦核电站法兰盘国产化取得了重大突破，核电法兰盘国产化率已经由4年前的6%提高到75%以上；天然气长输管线全焊接管线球阀48%以下全焊接管线球阀可以全部实现国产化；“十一五”期间我国火电法兰盘的制造水平和产品质量有了大幅度的提高，为亚临界、超临界和超超临界火电机组提供了大量法兰盘。

预测今后几年，法兰盘市场每年的增长率为20%左右。但市场竞争更加激烈，并呈现两极化特点。一般通用法兰盘的竞争将更加激烈，许多法兰盘企业参与同一个项目的竞争；高端法兰盘市场将逐步被少数几家骨干法兰盘企业集团所垄断；但是，由于法兰盘行业的集中度极低，资源分散，大量的资源一定时期内仍然存在于低端法兰盘领域，生产能力又极其不均衡，靠市场竞争的优胜劣汰，法兰盘行业的重组兼并必然到来，但是需要一个较长的过程。随着行业装备条件、技术水平的不断提高，我国法兰盘产品也在向更高层次发展。国内法兰盘行业的总体水平将大大提升，关键法兰盘技术将逐步得到突破，中国将成为优质法兰盘的生产制造和出口国。

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1.零件的分析

1.1法兰盘的作用

法兰盘又称法兰或者突缘，通常是指在一个盘状物体，周边开上几个固定用的孔用于连接其它零件。人们普遍把它用来使管子之间相互连接，大多连接于管端处。法兰盘可由浇铸而成，也可由螺纹连接或者焊接构成。法兰盘上有孔眼，可在两法兰盘之间用螺栓串联，使法兰盘之间紧连。法兰盘之间是用衬垫完成密封的，垫片放置于两法兰盘密封面之间，当螺母被上紧之后，垫片表面的压力达到一定的承受数值，垫片就会产生变形，从而填满密封面上原有的凹凸不平，进一步完成法兰盘之间的密封。法兰盘的连接在工程中使用方便，其连接作用能够承受比较大的压力，是管道施工中的常用的连接方式之一，而平时我们并没有过多看见法兰盘是因为在家庭管道的使用中，管道很直径小，而且都是低压，这种管道连接通常使用更为简易的螺纹连接或是热熔连接，基本不会使用法兰盘连接，但如果在一个锅炉房或者是在生产现场的话，管道连接应该都是使用法兰盘的。 1.2法兰盘的种类

法兰盘是一种非常常见的零件，它的分类方式很多，常用的有以下三种： 1）按所连接的部件可分为：容器法兰、管法兰；

2）按结构形式可分为：平焊板式、平焊环松套式、卷边松套式、对焊卷边松套式、对焊环松套式、对焊式、带颈螺纹连接式、整体式及法兰盖；

3）按连接方式可分为：板式平焊法兰、带颈平焊法兰、带颈对焊法兰、承插焊法兰、螺纹法兰、法兰盖、带颈对焊环松套法兰、平焊环松套法兰、环槽面法兰、大直径平板法兰、大直径高颈法兰、八字盲板、对焊环松套法兰、旋转法兰、锚固法兰、堆焊/覆焊法兰。

法兰盘的应用范围很广，在很多行业都有所涉及，所以按照行业标准法兰盘有了不同的分类，按照行业标准法兰盘分为以下3大类：

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1）按化工行业标准分：整体法兰、螺纹法兰、板式平焊法兰、带径对焊法兰、带颈平焊法兰、承插焊法兰、对焊环松套法兰、平焊环松套法兰、衬里法兰盖、法兰盖。

2）按石化行业标准分：螺纹法兰、对焊法兰、平焊法兰、承插焊法兰、松套法兰、法兰盖。

3）按机械行业标准分：整体法兰、对焊法兰、板式平焊法兰、对焊环板式松套法兰、平焊环板式松套法兰、翻边环板式松套法兰、法兰盖。 1.3法兰盘的零件图

本次设计我选取的是一个比较基本的法兰盘零件，这个法兰盘是由Φ80和Φ160圆柱体组成，外圆柱Φ160均布六个Φ14通孔，对称分布，内圆柱Φ80上有一小槽用来放置橡胶圈。该法兰盘结构简单，孔多刚性较好。

图1-1 法兰盘零件图

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2.毛坯的选择

2.1毛坯的材料选择

本次制作的法兰盘外形结构比较简单，刚度要求高，而铸造法兰盘的内部组织疏松，如果选用铸造法兰盘的话，该零件的强度、精度难以保证；锻制法兰盘成本过高，而且在颈交接处很容易发生应力集中，影响该零件的强度；好在轧制法兰盘的组织分布均匀，金属晶粒排列整齐严密，零件成型快，成本低，零件质量好。

所以本次毛坯选择45钢材料的轧制毛坯，毛坯的尺寸会根据各工序的加工余量以及总加工余量来确定。 2.2毛坯尺寸的选取

毛坯选用1×67的45钢圆柱材料。

图2-1 毛坯尺寸图

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2.3加工余量的计算 Z80右端面=2mm Z160左端面=10mm Z160右端面=2mm Z160外圆=2Z=4mm Z80外圆=2Z=80mm

粗车80右端面尺寸=42-1.5=40.5mm； 半精车80右端面尺寸=40.5-0.5=40mm； 粗车80外圆尺寸=160-2×39=82mm； 半精车80外圆尺寸=82-2×0.8=80.4mm； 精车80外圆尺寸=80.4-2×0.2=80mm； 粗车160外圆尺寸=1-2×1.4=161.2mm； 半精车160外圆尺寸=161.2-2×0.6=160mm； 粗车160右端面尺寸=27-1=26mm； 半精车160右端面尺寸=26-0.8=25.2mm； 精车160右端面尺寸=25.2-0.2=25mm； 粗车160左端面尺寸=25-9.5=15.5mm； 半精车160左端面尺寸=15.5-0.5=15mm；

选用材料为45#钢，1×67的毛坯。

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3.工艺规程的设计

3.1工艺路线的拟定 3.1.1加工方法的选择

本零件的加工面有外圆、内孔、端面等，材料为45#钢。参考《机械制造工艺及计算机辅助工艺设计》表2—4、表2—5、表2—6等，其加工方法选择如下：

1）80mm右端面：未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT8，表面粗糙度为Ra3.2m，采用的加工方法为粗车→半精车。

2）160mm外圆面：未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT8，表面粗糙度为Ra3.2m，采用粗车→半精车的加工方法，倒角用车刀加工。

3）80mm外圆面：未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT8，表面粗糙度为Ra1.6m，采用粗车→半精车→精车的加工方法，倒角用车刀加工。

4）80mm的槽：未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，采用的加工方法为车槽。

5）160mm左端面：未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT8，表面粗糙度为Ra3.2m，采用的加工方法为粗车→半精车。

6）160mm右端面：未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT8，表面粗糙度为Ra1.6m，采用粗车→半精车→精车的加工方法。

7）14mm孔：未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为Ra12.5m，采用的加工方法为钻孔。 3.1.2制定工艺路线方案

工序Ⅰ 粗车毛坯右端面和外圆，粗车80mm外圆，半精车80mm右端面和外圆，半精车160mm圆柱体右端面，车80mm倒角，精车80mm外圆和160mm右端面，车160mm的倒角，半精车160mm外圆，车80mm外圆的槽；

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工序Ⅱ 粗车160mm左端面和外圆，半精车160mm左端面和外圆； 工序Ⅲ 钻削14mm的孔； 工序Ⅳ 检测入库。 3.2 机床和刀具的选择 3.2.1机床的选择

机床的种类很多，依用途和功能区可分为多种，其中：

1）普通车床的加工对象广，主轴转速和进给量的调整范围大，能加工工件的内外表面、端面和内外螺纹。这种车床主要由工人手工操作，生产效率低，适用于单件、小批生产和修配车间。

2）转塔车床和回转车床具有能装多把刀具的转塔刀架或回轮刀架，能在工件的一次装夹中由工人依次使用不同刀具完成多种工序，适用于成批生产。

3）自动车床能按一定程序自动完成中小型工件的多工序加工，能自动上下料，重复加工一批同样的工件，适用于大批、大量生产。

4）多刀半自动车床有单轴、多轴、卧式和立式之分。单轴卧式的布局形式与普通车床相似，但两组刀架分别装在主轴的前后或上下，用于加工盘、环和轴类工件，其生产率比普通车床提高3～5倍。

5）仿形车床能仿照样板或样件的形状尺寸，自动完成工件的加工循环，适用于形状较复杂的工件的小批和成批生产，生产率比普通车床高10～15倍。有多刀架、多轴、卡盘式、立式等类型。

6）立式车床的主轴垂直于水平面，工件装夹在水平的回转工作台上，刀架在横粱或立柱上移动。适用于 加工较大、较重、难于在普通车床上安装的工件，一般分为单柱和双柱两大类。

7）铲齿车床在车削的同时，刀架周期地作径向往复运动，用于铲车铣刀、滚刀等的成形齿面。通常带有铲磨附件，由单独电动机驱动的小砂轮铲磨齿面。

8）专门车床是用于加工某类工件的特定表面的车床，如曲轴车床、凸轮轴车床、车轮车床、车轴车床、轧辊车床和钢锭车床等。

9）联合车床主要用于车削加工，但附加一些特殊部件和附件后，还可进行镗、

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铣、钻、插、磨等加工，具有“一机多能”的特点，适用于工程车、船舶或移动修理站上的修配工作。

10）数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床。

为了加工精确，保证要求，本次加工选用数控车床。本零件从外形来看，属于回转体，所以各端面外圆表面可一在车床上加工。由于精度等要求不是特别高，且生产类型为小批生产，所以选择CK3221型号，FANUC OI MATE 系统。为了达到各孔的位置要求和降低生产成本，钻削孔的加工选择在数控加工中心上加工。初步确定为 3 轴立式加工中心，FANUC OI MATE 系统。 3.2.2刀具的选择

车削：由于本零件精度要求一般毛坯为45钢刚度不是太高，参考《切削用量简明手册》表1.3、《金属切削原理与刀具》表2～4 表4～11 所以粗车选用硬质合金钢车刀牌号YT5，半精车和精车选用硬质合金钢车刀，牌号 YT15。选择刀杆横截面B×H为16×25。前刀面形状：粗车和精车均选择平面型。粗车前角选12°后角选 8°，精车车刀前角15° 后角7°。主偏角：精车车刀选75°，粗车车刀选70°。副偏角:精车车刀 8°，粗车车刀 13°。刃倾角：精车车刀1°，粗车车刀-2°。刀尖圆弧半径：精车车刀0.5，粗车车刀1.2。

钻削：根据各孔的加工精度，参考《机械制造工艺设计简明手册》确定各孔的刀具Ø14mm直柄麻花钻。

车槽：刀头与刀身对称，宽3mm切槽刀。

刀具在车床的代号：T1～粗车刀，T2～精车刀，T3～切槽刀 。 刀具在加工中心的代号：T4～14mm直柄麻花钻。 3.3切削用量的确定

3.3.1粗车

3.3.1.1粗车毛坯的端面和外圆

1）根据上述加工余量得ap=1.5mm。

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2）根据《金属切削原理与刀具》表4-13，当刀杆尺寸为16×25 mm2，ap≤3mm，以及工件直径为1mm时，f =0.8~1.2mmr，根据实际情况车床CK3221取 f =0.9mmr。

3）计算切削速度，按《切削用量手册》表1.27，切削速度的计算公式为(寿命T=30min）

vCvxvTmapfyvkv （3-1）

其中修正系数kv查《切削用量手册》表1.28，得：

kMv=1.25，ksv=0.8 ，kkv=1.04 ，kkrv=0.92 ，kBv=0.97

其中Cv=235，xv=0.18，yv=0.8，m=0.2，将数值代入式（3-1）得：

v235×1.25×0.8×1.04×0.92×0.97=111.7mmin 0.180.80.2301.50.94）根据《数控车床编程与操作实训教程》公式确定实际的主轴转速：

n=

1000v1000111.7= 216.9rmin πdWπ1按实际情况得n=200rmin，所以实际切削速度v=100mmin。

5）检验机床功率，根据《金属切削原理与刀具》中表3-6得单位切削力

p1962Nmm2，《金属切削原理与刀具》P127公式4.13得pm为：

pmpapfv100019621.50.91004.4kw

100060车床CK3221型电动机功率为pE7.5kw。若机床传动效率m0.78，则：

pmm4.45.5pE 0.8所以机床电动机满足切削加工的要求。

6）切削工时，根据《机械制造工艺设计简明手册》表6-1得：

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tm=

ll1 （3-2） nwf其中l=42.5mm l1=1.5mm，将数值代入式（3-2）得： tm=15s 3.3.1.2粗车80外圆

1）根据上述加工余量得ap=2mm。

2）根据《金属切削原理与刀具》表4-13，当刀杆尺寸为16×25mm2，ap≤3mm，以及工件直径为140mm时，f =0.8~1.2mmr，根据实际情况车床CK3221取 f =0.9mmr。

3）计算切削速度，按《切削用量手册》表1.27，切削速度的计算公式为： vCvxvTmapfyvkv （3-3）

其中：T=30min，Cv=235，xv=0.18，yv=0.8，m=0.2。修正系数kv查《切削用量手册》表1.28，得：

kMv=1.25，ksv=0.8 ，kkv=1.04 ，kkrv=0.92 ，kBv=0.97

将数值代入式（3-3）得：

v235×1.25×0.8×1.04×0.92×0.97=106.4mmin 0.180.80.23020.94）确定机的主轴转速：

n=

1000v1000106.4= 242.9rmin πdWπ140按实际情况得n=240rmin，所以实际切削速度v=100mmin。

5）检验机床功率，根据《金属切削原理与刀具》表3-6查得单位切削力

p1962Nmm2，所以切削功率pm为：

pm

papfv1000196220.91005.kw

100060''

车床CK3221型电动机功率为pE7.5kw。若机床传动效率m0.8，则：

pmm5.7.36pE 0.8所以机床电动机满足切削加工的要求。

6）当工件直径为切削到120mm，根据上述得切削速度v=106.4rmin，f =0.9mmr，ap=2mm，确定机的主轴转速：

1000v1000106.4n== 282.38rmin

πdWπ120 按实际情况得n=280rmin。

7）当工件直径为切削到100mm，根据上述得切削速度v=106.4mmin，f =0.9mmr，ap=2mm，确定机的主轴转速：

n=

1000v1000106.4= 338.85rmin πdWπ100 按实际情况得n=338rmin。

8）切削工时，根据《机械制造工艺设计简明手册》表6-1得： tm=

l1nw1f+

l2nw2f+

l3nw3f （3-4）

其中l1=l2=l3=38.5mm，将数值代入式（3-4）得：

tm=11+10+8=29s

3.3.2半精车

3.3.2.1.半精车80端面

1）根据上述加工余量得ap=0.5mm。

2）根据图1-1得表面粗糙度Ra3.2m，查《金属切削原理与刀具》表4-14得f =0.25~0.3mmr，根据实际情况车床CK3221取 f =0.28mmr。

3）计算切削速度，按根据上述条件查《金属切削原理与刀具》表4-15选

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v=130mmin～160mmin。

4）确定机床的主轴转速：

n=

1000v1000v504.～621.41rmin =

π82πdW 按实际情况得n=600rmin，所以实际切削速度v=154mmin。

5）切削工时，根据《机械制造工艺设计简明手册》表6-1得： tm=

lnwf （3-5）

其中l=0.5mm ，将数值代入式（3-5）得：

tm=0.2s

3.3.2.2.半精车80外圆

1）根据上述得加工余量ap=0.8mm。

2）根据图1-1得表面粗糙度Ra3.2m，《金属切削原理与刀具》表4-14查得f =0.25~0.3mmr，根据实际情况车床CK3221取 f =0.25mmr。

3）计算切削速度，按根据上述条件查《金属切削原理与刀具》表4-15选

v=130mmin～160mmin。

4）确定机床的主轴转速：

n=

1000v1000v504.～621.41rmin =

π82πdW按实际情况得n=600rmin，所以实际切削速度v=154mmin。 5）切削工时，根据《机械制造工艺设计简明手册》表6-1得： tm=

lnwf （3-6）

其中l=38.5mm，将数值代入式（3-6）得：

tm=15.4s

查经《金属切削原理与刀具》表4-14，4-15，《切削用量手册》表1.10得半精

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车的时候参数都属于同一范围内，得半精车时机床的主轴转速，切削速度统一为

n=600rmin，v=154mmin。 3.3.3精车

3.3.3.1.精车80外圆和160右端面

1）根据上述加工余量得ap=0.2mm。

2）根据图1-1得表面粗糙度Ra1.6m，查《金属切削原理与刀具》表4-14可得f =0.08～0.2mmr，根据实际情况车床CK3221取 f =0.1mmr。

3）计算切削速度，按根据上述条件查《切削用量手册》表1.10选v=250mmin。 4）确定机床的主轴转速：

n=

1000v1000v990.27rmin =

π80.4πdW按实际情况得n=990rmin，所以实际切削速度v=250mmin。 5）切削工时，根据《机械制造工艺设计简明手册》表6-1得： tm=

l1nw1f+

l2nw2f （3-7）

其中l1=38.5mm，l2=0.2mm，将数值代入（3-7）得：

tm=23+0.12=23.12s

查《金属切削原理与刀具》表4-14，4-15，《切削用量手册》表1.10得精车的时候参数都属于同一范围内，得精车时机床的主轴转速，切削速度统一为

n=990rmin，v=250mmin。 3.3.4钻削

3.3.4.1钻14的孔

1）进给量的确定

根据《切削用量手册》表2.7，设计的孔的加工要求为IT13，材料的强度

b800MPa，do14mm，得f0.31～0.37mmr。

根据《切削用量手册》表2.8，当620MPab840MPa，do14mm，钻头强

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度允许的进给量f0.65mmr，根据实际情况得f0.35mmr。

2）切削速度的确定

根据《切削用量手册》表2.14，得加工材料45#钢的b属于加工属性的第6类，

do14mm，《切削用量手册》表2.13，选出v=12mmin。

3）确定钻头的转速

n=

1000v100012272.98rmin =

π14πdW 实际钻头转速取n=270rmin。

4）切削工时，根据《机械制造工艺设计简明手册》表6-1得： tm=

lnwf （3-8）

其中l=15mm，将数值代入式（3-8）得：

tm=9.5s

表3-1切削用量

粗车毛坯外圆和端面 粗车160外圆 粗车140外圆 粗车120外圆 粗车100外圆 半精车端面和外圆 半精车80外圆 半精车160右端面 精车80外圆 精车160右端面

车槽 钻孔

主轴转速

S(rmin) 进 给 量

f(mmr) 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.28 0.25 0.25 0.1 0.1 0.02 0.35

车削速度

v(mmin) 背吃刀量ap(mm) 1.5 2 2 2 2 0.5 0.8 0.8 0.2 0.2 2 7

200 200 240 280 338 600 600 600 990 990 600 270

100 100 100 100 100 154 154 154 250 250 5.65 12

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3.4数控加工编程

O0001 工序1

G99 T1 M08; 粗车端面和外圆 G97 S200 M03; G0 X168 Z2; G1 Z-1.5 F0.9; X-1; G1 Z0; G0 X161; G1 Z-43.5 F0.9; G0 X1; Z0;

G90 X161 Z-41 F0.9： X157; X153; X149; X145; X141; G0 X143 Z-39; G97 S240 M03; G90 X137 Z-41 F0.9; X137; X133; X129; X125; X121; G0 X123 Z-39; G97 S280 M03;

粗车车削循环至80外圆 ''

G90 X117 Z-41 F0.9; X113; X109; X105; X101; G0 X103 Z-39; G97 S338 M03 F0.9; G90 X97 Z-41 F0.9; X93; X; X85; X81; G0 X83 Z100;

T2 M08; G97 S600 M03; G1 Z-2; X-1; G0 Z0; X161 Z-41; G01 X160 Z-43.5; G0 X1 Z-1; X83;

G90 X80.2 Z-41 F0.25; G0 X162;

G94 X160 Z-41.8 F0.25; G0 Z-40.8; X159; G1 X160 Z-43;

半精车端面和外圆 半精车80外圆 半精车160右端面 ''

G0 X85;

G90 X80 Z-41.8 F0.1; 精车80外圆 G0 X161;

G94 X160 Z-42 F0.1; 精车160右端面 G0 Z-1; X79; G1 X82 Z-3; G0 X100 Z100;

T3 M08; G97 S600 M03; G0 X85 Z-12; G01 X77 F0.02; G04 P1000; G01 X85; G0 X100 Z100; M09; M05; M30 %

O0002 G99 T1 M08; G97 S200 M03;

G0 X166 Z0; G1 X161 Z-24 F0.9; G0 X163 Z0;

G94 X161 Z-2 F0.9; Z-4; Z-6;

切槽 工序2 粗车端面 粗车外圆 粗车循环端面 ''

Z-8; Z-9.5; G0 X180 Z100; T2 M.8; G97 S600 M03; G0 X161 Z-8;

G94 X161 Z-10 F0.28; G0 Z-8;

G1 X160 Z-24.5 F0.28; G0 X180 Z100; M09; M05; M30 %

O0003 G92 X0 Y0 Z80;

T4 M06; S270 M03 M08;

G91 G99 G81 X0 Y60 Z-20 R-75 F94.5; X-51.96 Y-30; Y-60; X51.96 Y-30; X51.96 Y30; Y60;

G90 G80 X0 Y0 Z80; M05; M30 %

半精车端面半精车外圆 工序3 钻削14孔 ''

4.夹具设计

4.1专用夹具的设计 4.1.1夹具的作用

夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，易于保证加工精度，并使一批工件的加工精度稳定。缩短铺助时间，提高劳动生产率，降低生产成本。减轻工人的操作强度，降低对工人的技术要求。扩大机床的工艺范围，实现一机多能。减少生产准备时间，缩短新产品试制周期。

4.1.2夹具的选择

专用夹具分为手动夹紧、气动夹紧及液压夹紧三种方式。手动夹紧：是针对较小的零件、切削余量不大，批量不大而采用的夹紧方法，手动夹紧经济性好，操作方便。气动夹紧：夹紧力基本恒定，夹紧动作迅速，省力，但由于空气是压缩的，因此夹紧刚性差。液压夹紧：油液能够传递较大的压力，抗震性较强，能维持较好的夹紧刚度，但采用时，必须有一套动力装置及各种泵阀等辅助装置，另外密封性能要求较高。综上所述，考虑到实际情况，及经济性等诸多因素，最终选用气动夹紧方案。由于考虑到零件的回转性，零件本体质量较高所以斜楔式夹紧机构。 4.1.3定位基准的选择

本夹具用于车削零件表面，工件以底平面三个自由度、侧面为定位基准。 4.1.4切削力及夹紧力的计算 4.1.4.1切削力

刀具：硬质合金刀具

查《金属切削原理与刀具》表3-2，表3-5得车削力计算公式：

xFc Fc9.81CFcapfyFc(60vc)nFcKFcN （4-1）

式中：错误!未找到引用源。—车削力； CFc—车削力系数，270； ap—背吃刀量，1.5mm； f—进给量，0.9mmr；

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vc—切削速度，1.67ms；

KKrF,KoF,KF—切削力的修正系数，0.92，1.0，1.0； xFc,yFc,nFc—车削力指数1.0，0.75，-0.15。 将以上数据代入式（4-1）中，得：

Fc=9.812701.510.90.75(601.67)0.15110.921692.75N 4.1.4.2夹紧力

查《机床夹具设计》P69，《金属切削原理与刀具》表3—2查得车削所需夹紧力计算公式：

WoKW式中：WO─实际夹紧力； K─安全系数1.5； W—理论夹紧力；

FzFyd6r322 K （4-2）

─工件与支撑面之间的摩擦系数，0.3； d─工件最大直径，160mm； r─回转半径，80mm； Fz─扭矩，135.36Nm； Fy─径向力1269.56N。 将以上数据代入式（4-2）中，得：

135.361269.561606803Wo1.5W1.53546.53N

0.3则所需夹紧力WO=3546.53N

查《机床夹具手册》P71，查得斜楔式夹紧机构夹紧力的计算公式：

22

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W式中：W─产生的夹紧力；

Qtan12tan2N （4-3）

Q─外作用力，1692.75N；

─楔角，10；

1─夹具体与斜楔之间的摩擦角4； 2─工件与斜楔之间的摩擦角5。 将以上数据代入式（4-3）中，得：

1692.75 4818.53N （4-4）

tan（45）2tan5 计算得出W=4818.53N大于所需夹紧力3546.53N，故本夹具可安全工作。

W4.2通用夹具

为了达到各孔的位置要求和降低生产成本，钻削孔的加工选择在数控加工中心

上加工，夹具用虎口钳。车外圆与端面选择在数控车床上完成，夹具是车床中的三爪卡盘。

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结论

这次毕业设计的任务分为两部分：一是设计法兰盘的加工工艺；二是通过该零件的加工工艺设计进行夹具的设计。

设计零件的加工工艺包括零件作用、结构和工艺，确定毛坯制造和尺寸，工件工艺路线的制订，选择加工设备，最后计算每一工步的切削用量及时间。 对于夹具的设计，先要确定设计方案，方案将直接决定夹具设计的成功与否。所以必须对方案进行分析，确定最佳方案。然后要选择主要的定位尺寸，确定定位误差和计算夹紧力。在选择夹紧方案时，要注意提高生产速率。考虑到本次加工零件的批量和零件结构，最终采用气动夹紧方式。

总之，本次毕业设计使我对工艺基础理论和夹具结构设计方法有了更深入的理解，对零件工艺设计的过程有了具体的了解，并且也让我对大学里学到的专业知识的进行了复习和巩固，我相信在以后的工作中，这次毕业设计会让我受益无穷。当然，我的毕业设计中仍然有相当多的不足，我发现了不少自己在专业方面的不足，明白了实际和理论的差距，从而让自己以后要更加倍努力的学习。

毕业设计结束了，大学四年的学习也即将到头，但这仅仅是人生一个崭新的开始。我的知识储备，尤其是在机械专业方面的学习仅仅才打下了一个基础，学海无涯，以后仍然有许多问题等待着我去研究，探索。所以，在以后的工作学习生活中，我仍然会刻苦努力学习掌握专业知识，并且在实际中加以应用。

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参考文献

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附录

附表1 数控工艺卡片

单位名称 工序 001 工步 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 程序编号 O0001 工步内容 粗车毛坯端面和外圆 粗车160外圆 粗车140外圆 粗车120外圆 粗车100外圆 半精车80外圆和右端面 半精车160右端面 车800外圆倒角 精车800外圆 精车160右端面 车160倒角 半精车160外圆 车80外圆的槽 产品名称或代号 夹具名称 专用夹具 刀具号 T01 T01 T01 T01 T01 T02 T02 T02 T02 T02 T02 T02 T03 车削速度v(mmin) 零件名称 法兰盘 使用设备 CK3221 主轴转速S(rmin) 零件图号 车间 数控车间 进给速度f(mmr) 背吃刀量ap(mm) 1.5 2 2 2 2 0.5 0.8 0.2 0.2 0.8 2 100 100 100 100 100 154 154 250 250 250 250 154 5.65

200 200 240 280 338 600 600 990 990 990 990 600 600 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.25 0.25 0.1 0.1 0.25 0.02

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附表2 数控工艺卡片

单位名称 工序 002 工步 1 2 3 4

附表3 数控工艺卡片

单位名称 工序 003 工步 1 程序编号 O0003 工步内容 钻14孔 产品名称或代号 夹具名称 虎口钳 刀具号 T04 车削速度v(mmin) 产品名称或代号 夹具名称 专用夹具 刀具号 T01 T01 T02 T02 车削速度v(mmin) 零件名称 法兰盘 使用设备 CK3221 主轴转速S(rmin) 零件图号 车间 数控车间 进给速度f(mmr) 程序编号 O0002 工步内容 粗车160左端面 粗车160外圆 半精车160左端面 半精车160外圆 背吃刀量ap(mm) 1.5 2 2 2 100 100 100 100 200 200 240 280 0.9 0.9 0.9 0.9 零件名称 法兰盘 使用设备 加工中心 主轴转速S(rmin) 零件图号 车间 数控车间 进给速度f(mmmin) 背吃刀量ap(mm) 7 12 270 94.5

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致 谢

我要衷心的感谢王楠老师，在毕业设计的完成过程中多亏了王楠老师的悉心的指导和无微不至的关怀，我才能在一种良好的学术氛围中顺利完成本次毕业设计。在和王楠老师的相处过程中，老师用他的学识渊博、科学严谨、平易近人深深感染了我，我从老师身上学到了很多做人做事的道理，在我不明确目标的时候，老师总能点明我目前应该树立的目标，指引我前进的方向，当我遇到不了解的知识点的时候，老师也总能耐心、细心的为我讲解。我要再次感谢王楠老师对我目前人生阶段的帮助，感谢您！其次，我要感谢在我忙于设计期间默默协助我的同学，感谢家人一直以来对我的关心，感谢帮我打饭的室友，感谢在编程上对我几番指导的同学，感谢所有帮助过我的人，你们都是我的天使，谢谢你们！