法兰_内法兰

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法兰盘零件的机械加工工艺规程及程序设计

摘要：法兰盘的材料为HT200，为铸件。加工前要进行工艺分析，工艺的不同会使加工后零件的质量、粗糙度、精度有明显差异。在确定工艺路线时首先要考虑的是基准的选择，我们要遵循基准的选择原则，基准选择完以后就要考虑加工的顺序。

序言

机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们三年的大学学习中占有重要的地位。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。

一、零件的分析

（一）零件的作用

题目零件是法兰盘。用于支撑固定轴，上装轴承。零件上方为φ60的圆筒，里面为φ40通孔，用来装轴承，下表面上有两个沉孔则是用于固定轴的。

（二）零件的工艺分析

1.以φ40H7孔为中心加工的表面。这一组加工表面主要为法兰盘的底面。2.以底面为基准加工的表面。这一组加工表面包括：φ40H7内圆表面，还有其上端面、底座上表面、两个沉孔、法兰盘外轮廓。注意：φ40孔的中心线与底面有垂直度要求。

由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。

二、工艺规程设计

(一)确定毛坯的制造形式

零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，故选择铸件毛坯。

（二）基面的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基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。

（1）粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，先选取φ40H7孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块夹着φ40H7外轮廓作主要定位面，限制5个自由度，达到不完全定位,然后进行底面的铣削。

（2）精基准的选择。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，这在以后还要专门计算，此处不再重复。

（三）制定工艺路线 制定工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。经多方面考虑确定如下工艺路线。工艺路线方案

工序一 以φ60外圆为粗基准，粗铣底面。

工序二 以底面为粗基准粗铣φ40H7孔的上端面及Φ60外圆轮廓。工序三 以φ60外圆为精基准，精铣底面。

工序四 以底面为精基准，钻、扩、铰φ40H7孔，保证孔的精度达到Ra1.6。工序五 以底面为精基准，粗铣底座上表面，精铣φ40H7孔的上端面。工序六 以底面为精基准，钻2xφ13通孔。工序七 以底面为精基准，钻2xφ22沉孔 工序八 以底面为精基准，精铣底座上表面。工序九 去毛刺。工序十 检查。工序十一 入库

虽然工序有点多了，但是效率大大提高了。且提高了表面质量。

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定

法兰盘零件材料为HT200，硬度190～241HB，生产类型中批量，铸造毛坯。

按以上原始资料及加工路线，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1.外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（φ40，φ60端面）。查《机械制造工艺设计简明手册》（以下称《工艺手册》）表2.2.4～2.2.5，取φ20，φ50端面长度余量均为2.5（均为双边加工）铣削加工余量为： 粗铣 2.0mm 精铣 0.5mm

2.内孔（φ40H7已铸成孔）

查《工艺手册》表2.2～2.5，取φ40已铸成孔长度余量为3mm，即铸成孔φ34mm。工序尺寸加工余量： 钻孔 2.5mm 扩孔

0.5mm 铰孔

0.1mm 3.其他尺寸直接铸造得到

由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。

（五）确立切削用量及基本工时

工序一 以φ60外圆为粗基准，粗铣底面。1.加工条件

工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。机床：X62万能铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae

2.切削用量

1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=2mm，一次走刀即可完成所需长度。2）每齿进给量

根据X62万能铣床说明书，机床功率为7.5KW。查《切削》表3.5，f=0.14~0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。3）查后刀面最大磨损及寿命 查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。查《切削手册》表3.8，寿命T=180min 4）计算切削速度和每分钟进给量Vf

查《切屑》表3.16，当d=80mm，z=10，ap=2mm，f z

o各修正系数为：

Kmv=Kmn=Kmvf=0.89 Ksv=Ksn=Ksvt=1.0 故

Vc=VtKv=97×0.89×1.0=86.3m/min N=ntkn=387×0.89×1.0=344r/min Vf=VftKvt=433×0.89×1.0=385.4mm/min 根据X62型万能铣床说明书选择：

N=375r/min , Vf=375mm/min 因此实际切屑速度和每齿进给量为：

Vd0nc80375c=10003.14100094.2m/min

fVfz375zn0z375100.1mm/z

5)校验机床功率

查《切削》表3.24，当HBS174~207；ae3.5mm，fz0.1mm/z根据机床说明书，Pcm7.50.755.63kw

vf375mm/min时，Pcc=1.1kw。

Pcm>Pcc，所选用切屑用量可用。

最终确定 ap=2mm，n=375r/min,Vf=375mm/s，V c=94.2m/min，f z=0.1mm/z。6）计算基本工时

tm＝L/ Vf=(32+80)/375=0.297min。

故该工序工时为0.297min。

工序二 以底面为粗基准粗铣φ40H7孔的上端面及φ60外圆轮廓。1.加工条件

工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。加工要求：粗铣φ40H7孔的上端面及φ60外圆轮廓。机床：X62万能铣床。

刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae

1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=0.5mm，一次走刀即可完成所需长度。

2）根据X62万能铣床说明书，机床功率为7.5KW。查《切削》表3.5，f=0.14~0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。3）查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。查《切削手册》表3.8，寿命T=180min

4）计算切削速度和每分钟进给量vf

80mm查表3.16，当d0，z10，ap0.5，fz0.14mm/z时，vt124m/min，nt494r/min，vft395mm/min

各修正系数为：

kmvkmnkmvf0.89ksvksnkstv1.0

故vcvtkv1240.891.0110.4m/minnntkn4940.891.0440r/min

vfvftkvt3950.891.0351.6mm/min根据X62万能铣床说明书选择： n475r/min，vf375mm/min

因此实际切削速度和每齿进给量为：

d0n1000vvc3.1480475100037547510119.3m/min

fzfnz0.08mm/z

5)校验机床功率

查《切削》表3.24，当HBS查机床说明书pcm174~204，ae35mm，fz1.08mm/z，vf375mm/min时，Pcc=1.1kw

7.50.755.63kw

Pcm>Pcc，故已选切削用量可用。

最终确定 ap=0.5mm，n=475r/min,Vf=375mm/min，V c=119.3m/min，f z=0.08mm/z。6）计算基本工时

tm＝L/ Vf=(32+80)/375=0.297min。故该工序工时为0.297min。

工序三 以φ60外圆为精基准，精铣底面。1.加工条件

工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。机床：X62万能铣床。

刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae

1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=2mm，一次走刀即可完成所需长度。2）每齿进给量

根据X62万能铣床说明书，机床功率为7.5KW。查《切削》表3.5，f=0.14~0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。3）查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。查《切削手册》表3.8，寿命T=180min 4）计算切削速度和每分钟进给量Vf

查《切屑》表3.16，当d=80mm，z=10，ap=2mm，f z

o各修正系数为：

Kmv=Kmn=Kmvf=0.89 Ksv=Ksn=Ksvt=1.0 故

Vc=VtKv=97×0.89×1.0=86.3m/min N=ntkn=387×0.89×1.0=344r/min Vf=VftKvt=433×0.89×1.0=385.4mm/min 根据X62型万能铣床说明书选择：

N=375r/min , Vf=375mm/min 因此实际切屑速度和每齿进给量为：

Vc=d0nc10003.1480375100094.2m/min fzVfzn0z375375100.1mm/z

5)校验机床功率

174~207查《切削》表3.24，当HBS；ae

3.5mm，fz0.1mm/z

vf375mm/min时，Pcc=1.1kw。

根据机床说明书，Pcm7.50.755.63kwPcm>Pcc，所选用切屑用量可用。

最终确定 ap=2mm，n=375r/min,Vf=375mm/s，V c=94.2m/min，f z=0.1mm/z。6）计算基本工时

m＝L/ Vf=(32+80)/375=0.297min。故该工序工时为0.297min。

工序四 以底面为精基准，钻、扩、铰φ40H7孔，保证孔的精度达到Ra1.6。

1.选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=36mm，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝11°，二重刃长度bε=11mm,横刀长b=5mm,弧面长l=9mm,棱3mm带长度l

12120° 010° 30°

2.选择切削用量（1）决定进给量

f1.0~1.2mm/r查《切》

按机床强度选择

f0.53mm/r 按钻头强度选择f2mm/r

1226024520Fmax最终决定选择Z550机床已有的进给量f0.40mm/r 经校验Ff 校验成功。

（2）钻头磨钝标准及寿命

后刀面最大磨损限度（查《切》）为0.8～1.2mm，寿命T140min 扩孔后刀面最大磨损限度（查《切》）为0.9～１.４mm，寿命T60min 铰和精铰孔后刀面最大磨损限度（查《切》）为０.６～０.９mm，寿命T120min（3）切削速度

20mm/r查《切》 vc 修正系数 KTV1.0 KMV1.020mm/r Ktv1.0

Kxv1.0 K1v1.0 Kapv101000v 故vc。

nsd0132.6r/min

查《切》机床实际转速为nc故实际的切削速度vc（4）校验扭矩功率

Mc125r/mind0ns100018.8mm/r362Nm Mm814.2Nm 所以McMm

Pc4kwPE5.95kw故满足条件，校验成立。

扩铰和精铰的切削用量同理如下： 扩钻： n铰孔： n３.计算工时

tmLnf17181250.530.52min125r/min125r/min f0.40mm/rf0.40mm/r vc vc19.5m/min19.6m/min d0 d049.75mm49.93mm

所有工步工时相同。

工序五 以底面为精基准，粗铣底座上表面，精铣φ40H7孔的上端面。1.加工条件

工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。机床：X62万能铣床。

刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae

1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=2mm，一次走刀即可完成所需长度。2）每齿进给量

根据X62万能铣床说明书，机床功率为7.5KW。查《切削》表3.5，f=0.14~0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。3）查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。查《切削手册》表3.8，寿命T=180min 4）计算切削速度和每分钟进给量Vf

o查《切屑》表3.16，当d=80mm，z=10，ap=2mm，f z

各修正系数为：

Kmv=Kmn=Kmvf=0.89 Ksv=Ksn=Ksvt=1.0 故

Vc=VtKv=97×0.89×1.0=86.3m/min N=ntkn=387×0.89×1.0=344r/min Vf=VftKvt=433×0.89×1.0=385.4mm/min 根据X62型万能铣床说明书选择：

N=375r/min , Vf=375mm/min 因此实际切屑速度和每齿进给量为：

d0nc1000VfzVc=3.1480375100037594.2m/min

fzn0z375100.1mm/z

5)校验机床功率

174~207查《切削》表3.24，当HBS；ae

3.5mm，fz0.1mm/z

vf375mm/min时，Pcc=1.1kw。

根据机床说明书，Pcm7.50.755.63kwPcm>Pcc，所选用切屑用量可用。

最终确定 ap=2mm，n=375r/min,Vf=375mm/s，V c=94.2m/min，f z=0.1mm/z。6）计算基本工时

m＝L/ Vf=(32+80)/375=0.297min。故该工序工时为0.297min。

工序六 以底面为精基准，钻2xφ13通孔。一．钻头 1.选择钻头

选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=13mm，钻头采用双头刃磨法，查《切削》表2.1，2.2，后角αo＝12°，二重刃长度bε=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,1.5mm棱带长度l1 30 2120°  50 °2．选择机床，Z525机床

3.选择切削用量

（1）决定进给量 查《切》 所以，f0.70~0.86mm/r

ld30201.53

f0.70mm/r 按钻头强度选择f1.75mm/r 按机床强度选择

f0.53mm/r

校验成功。最终决定选择机床已有的进给量

f0.48mm/r 经校验Ff6090Fmax（2）钻头磨钝标准及寿命

后刀面最大磨损限度（查《切》）为0.5～０.８mm，寿命T（3）切削速度 查《切》 vc18mm/r60min．

修正系数 KTV 故vc1.0 KMV1.0 Ktv1.0

Kxv1.0 K1v1.0 Kapv101000v18mm/r。

nsd0318.3r/min

查《切》机床实际转速为nc故实际的切削速度vc（4）校验扭矩功率

Mc272r/mind0ns100015.4mm/r60Nm Mm144.2Nm 所以McMm

Pc1.7~2.0kwPE故满足条件，校验成立。

３.计算工时

tmLnf30102721.450.10min

由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。扩铰和精铰的切削用量如下： 扩钻： n272r/min f0.48mm/r vc15.4m/min d019.8mm 铰孔： n精铰： n272r/min272r/min f0.48mm/rf0.48mm/r vc vc15.4m/min15.4m/min d0 d019.94mm

20IT7

工序七 以底面为精基准，钻2xφ22沉孔。

一．钻头 1.选择钻头

选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=22mm，钻头采用双头刃磨法，查《切削》表2.1，2.2，后角αo＝12°，二重刃长度bε=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,1.5mm棱带长度l1 30 2120°  50 °2．选择机床，Z525机床 3.选择切削用量

（1）决定进给量

f0.70~0.86mm/r查《切》 ld30201.53

所以，f0.70mm/r

按机床强度选择

f0.53mm/r 按钻头强度选择f1.75mm/r

校验成功。最终决定选择机床已有的进给量f0.48mm/r 经校验Ff6090Fmax（2）钻头磨钝标准及寿命

后刀面最大磨损限度（查《切》）为0.5～０.８mm，寿命T（3）切削速度

18mm/r60min．

查《切》 vc 修正系数 KTV 故vc1.0 KMV1.0 Ktv1.0

Kxv1.0 K1v1.0 Kapv1018mm/r。ns1000vd0318.3r/min

查《切》机床实际转速为nc272r/min故实际的切削速度vcd0ns100015.4mm/r（4）校验扭矩功率

Mc60Nm Mm144.2Nm 所以McMm

Pc1.7~2.0kwPE故满足条件，校验成立。

３.计算工时

mLnf30102721.450.10min

由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。

工序八 以底面为精基准，精铣底座上表面。1.加工条件

工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。机床：X62万能铣床。

刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae

1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=2mm，一次走刀即可完成所需长度。2）每齿进给量

根据X62万能铣床说明书，机床功率为7.5KW。查《切削》表3.5，f=0.14~0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。3）查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。查《切削手册》表3.8，寿命T=180min 4）计算切削速度和每分钟进给量Vf

查《切屑》表3.16，当d=80mm，z=10，ap=2mm，f z

o各修正系数为： Kmv=Kmn=Kmvf=0.89 Ksv=Ksn=Ksvt=1.0 故

Vc=VtKv=97×0.89×1.0=86.3m/min N=ntkn=387×0.89×1.0=344r/min Vf=VftKvt=433×0.89×1.0=385.4mm/min 根据X62型万能铣床说明书选择： N=375r/min , Vf=375mm/min 因此实际切屑速度和每齿进给量为： Vc=d0nc1000Vfz3.1480375100037594.2m/min

fzn0z375100.1mm/z

5)校验机床功率

174~207查《切削》表3.24，当HBS；ae3.5mm，fz0.1mm/z

vf375mm/min时，Pcc=1.1kw。根据机床说明书，Pcm7.50.755.63kw

Pcm>Pcc，所选用切屑用量可用。

最终确定 ap=2mm，n=375r/min,Vf=375mm/s，V c=94.2m/min，f z=0.1mm/z。6）计算基本工时

m＝L/ Vf=(32+80)/375=0.297min。故该工序工时为0.297min。

工序九 去毛刺。

工序十

检查。

其余几步数据见工艺卡片。

三、卡具设计

考虑的该孔内表面精度要求较高，经过与老师协商，决定设计第四道工序——钻、扩、铰φ40H7孔的钻床卡具。本卡具将用于Z525立式钻床。采用φ36的高速钢麻花钻。

（一）问题的提出

在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求较低。因此，本步的重点应在卡紧的方便与快速性上。

（二）卡具设计 1． 定位基准的选择

出于定位简单和快速的考虑，选择φ20孔为基准，即以一面上一长销（自由度限制数：5）配合以一挡销（自由度限制数：1）使工件完全定位。再使用快速螺旋卡紧机构进行卡紧。

2． 切削力和卡紧力计算

本步加工可按钻削估算卡紧力。实际效果可以保证可靠的卡紧。

FiCFdMMf0轴向力 fzMyMkF4200.006yM1.01.02.00.81.02.52N0.8

6扭矩

cCMd0fkM0.2060.0061.01.07.41610NM

由于扭矩很小，计算时可忽略。卡紧力为FFf25.04N

取系数 S1=1.5 S2=S3=S4=1.1 则实际卡紧力为 F’=S1*S2*S3*S4*F=10.06N 使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧力。3.定位误差分析

本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终靠近定位销的一面，而挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于卡具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方，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。4.卡具设计及操作的简要说明

卡具的卡紧力不大，故使用手动卡紧。为了提高生产力，使用快速螺旋卡紧机构。卡具上设置有钻套，用于确定的钻头位置。

参考文献

1．徐嘉元 曾家驹主编《机械制造工艺学》（含机床夹具设计）北京：机械工业出版社 2007年1月第一版 2．李益民主编《机械制造工艺设计简明手册》北京：机械工业出版社 2005年7月第一版

3．张龙勋主编《机械制造工艺学课程指导书记习题》北京：机械工业出版社 2006年1月第一版4．薛源顺主编《机械夹具图册》北京：机械工业出版社 2006年1月第一版

5．徐鸿本主编《机床夹具设计手册》辽宁：辽宁科技出版社 6.杨叔子主编《机械制造工艺师手册》 北京：机械工业出版社 7．王绍俊主编《机械制造工艺设计手册》哈尔滨工业大学出版社

附录

1.手工编程

O0001(φ60外圆轮廓)G90G54G00Z100.0M03S600F200D01;X90.0Y0;Z10.0;G01Z-18.0;G42G01X60.0Y-30.0;G02X30.0Y0R30.0;G03I-30.0;G02X60.0Y30.0R30.0;G40G01X90.0Y0;Z5.0;G00Z100.0;M05;M30;O0002(法兰盘外轮廓)

G90G54G00Z100.0M03S600F150D01;X110.0Y0;Z10.0;G01Z-40.0;G42G01X100.0Y-20.0;G02X80.0Y0R20.0;G03X69.245Y17.735R20.0;G01X13.8675Y46.6025;G03X-13.8675Y46.6025R30.0;G01X-69.245Y17.735;G03X-69.245Y-17.735R20.0;G01X-13.8675Y-46.6025;G03X13.8675Y-46.6025R30.0;G01X69.245Y-17.735;G03X80.0Y0R20.0;G02X100.0Y20.0R20.0;G40G01X110.0Y0;G00Z100.0;M05;M30;.