1、 毕业设计（论文） 题 目：法兰盘加工工艺及夹具设计 系 别：机电系 专 业：机械制造及其自动化 年 级： 11-2 姓 名：杨柳 指导教师：周燕 日期 : 2015 年 5 月 29日 青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计） I 摘 要 工艺学是钻研机械加工工艺技术和夹具设计为主要目的的技术学科 ,具有非常强的实践性 ,要求在学习过程中紧密的联系生产与实践 ,并且它又拥有非常强的综合性。 本次毕业设计研究的课题为法兰盘加工工艺及夹具的设计，其主要研究内容为： 首先，对工件 进行分析，主要是先分析零件的作用、结构和工艺，经由零件分析可以了解零件的基本构造，然后通过工艺分析了解工件的加工要求。通过
2、零件图要求的的具体加工，确定毛坯的制造样式与尺寸。 其次，对基面进行选择，确定加工的粗基准和精基准。选好基准，制定工艺加工路线，再确定能够使零件的形状、尺寸精度还有位置精度等要求达到完全保证的加工工艺方案。 再次，根据已经确定的加工工艺方案，选择加工设备，决定每一工步的切削量和时间。 然后，设计指定法兰盘 12mm斜孔的夹具。分析设计 任务，确定定位基准，决定夹具结构方案，然后对切削力、夹紧力，定位误差进行计算。 最后，把整个设计过程整理为设计说明书和指定的图纸，所有设计完成。 关键词 ： 12mm斜孔法兰盘；加工工艺；设计夹具 青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计） II Abstract T
3、echnology is the technology research of mechanical processing technology and fixture design for the main purpose, has very strong practical requirements in the learning process, contact closely and production practice, and it also has a very strong comprehensive. The graduation design topic for the
4、flange and fixture design process, the main research contents are as follows: First of all, on the workpiece is analyzed, the main is to analyze the function, structure and process of parts, through the parts analysis to understand the basic structure of parts, and then through the process analysis
5、to understand the machining requirements. By drawing the specific processing requirements, determine the style and size of manufacturing blank. Secondly, the selection of base, determine the processing of coarse and fine reference base. Choose the benchmark, the development process of processing rou
6、te, and then determine the shape, size precision and can make the position precision requirements of the parts to achieve processing scheme fully guaranteed. Again, according to the process scheme has been determined, the choice of processing equipment, decided every steps of cutting quantity and ti
7、me. Then, the fixture design specified 12mm flange hole. Analysis of the design task, determine the location, determine the fixture structure, then the cutting force, clamping force, position error calculation. Finally, the whole design process for the design specification and design drawings specif
8、ied, all completed. Keywords: Flange; Processing Technology; Fixture Design. 青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计） 目 录 摘 要 . I Abstract . II 第 1 章 绪论 . 1 1.1 机械加工的发展现况 . 1 1.2 现代机械加工工艺的发展现况 . 1 1.3 机床夹具的发展趋势 . 1 1.4 现代机床夹具的发展趋势 . 1 第 2 章 零件的分析 . 3 2.1 零件的作用及结构分析 . 3 2.2 研究初始资料，确定设计方案 . 3 2.3 零件的工艺分析 . 4 第 3 章 零件毛坯的选择
9、. 5 3.1 确定毛坯的制造形式 . 5 第 4 章 工艺规程的设计 . 6 4.1 基面的选择 . 6 4.2 拟定工艺过程 . 6 4.3 加工设备和工艺装备的选择 . 8 4.4 确定切削用量及时间定额 . 9 第 5 章 夹具设计 .17 5.1 夹具设计任务的提出 . 17 5.2 夹具结构方案的确定 . 18 5.3 夹紧装置的设计 . 20 5.4 钻模的设计 . 22 5.5 定位精度的计算 . 23 5.6 绘制夹具总装图 . 25 5.7 标注夹具装配图上的各 部分尺寸的技术条件 . 25 结 论 . 26 致 谢 .27 参考文献 .28 青岛理工大学琴岛学院毕业论文（
10、设计） 1 第 1 章 绪论 1.1 机械加工的发展现 况 由于 机械制造业的发展和科学技术的进步，机械制造工艺的内涵和面貌下 一直 发生变化，近 几十年 的技术进展表现在以下几方面： （ 1）新兴加工方法的不断出现和发展 （ 2）自动化等高新技术与工艺的紧密结合 1.2 现代机械加工工艺的发展现 况 机械制造是国民经济发展和各部门科技进步的基础。在现代化条件下机械制造的发展方向是：开发工艺可行性广、能保证各种原料消耗最少、可靠性和自动化精度高的新一代技术。 机械制造工艺及其实现组织形成的发展趋势，在很大程度上取决于 机器结构的发展方向和它的技术使用特征。机器制造中的科技进步将促进以计算机和生
11、产全盘自动化为基础的工序少和能源节约的工艺的建立推广。 1.3 机床夹具的发展趋势 近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（ FMS）等新加工技术应用，对机床夹具提出了如下新的要求： （ 1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本； （ 2）能装夹一组具有相似性特征的工件； （ 3）能适用于精密加工的高精度机床夹具； （ 4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； 1.4 现代机床夹具的发展趋势 夹具 是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济的方向发展。
12、（ 1）高精机床加工精度提高，降低定位误差，提高加工精度对夹具制造精度要求更高高精度夹具定位孔距精度高达 5m，夹具支承面垂直度达到 0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。德国 demmeler（戴美乐）公司制造 4m长、 2m宽孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为 0.03mm；精密平口钳平行度和垂直度 5um 以内；夹具重复安装定位精度高达 5um。 青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计） 2 （ 2）高效提高机床生产效率，双面、四面和多件装夹夹具产品越来越多。减少工件安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断推
13、陈出新。新型电控永磁夹具，加紧和松开工件只用 1 2 秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。 1.5 法兰盘发展现状和趋势 法兰盘由英国传入我国，早期的工人将 Flange 音译为法兰。法兰盘在我国机械行业、建筑行业和水利水电行业应用及其广泛，自上世纪 90 年代以来，日本在我国开辟法兰市场之后，紧接着韩国和欧美等 国也蜂拥而至，导致我国法兰市场的份额大增。近几年来，我国在法兰的制造领域和研发领域取得了一定的突破，因产业链和市场的影响，加上政策的支持，大量的工厂和个人加工作坊开始大批量的生产和销售法兰成品。经调查发现，近几年全球在法兰方面的市场容量联创新高，产销规模大幅
14、增加，价格也居高不下。 图 1-1 数控龙门铣床上的法兰盘 图 1-2 数控龙门铣床上的法兰盘 青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计） 3 第 2 章 零件的分析 2.1 零件的作用及结构分析 法兰（ Flange）又称法兰盘或者突缘，通常是指在一个类似盘状的金属体色 的周边开上几个固定用的孔用于连接其它东西的一种零件。主要用来使管子与管子相互连接的，连接于管端；可用于连接其它零件或可用于增加其他零件强度的一种零件。法兰上有孔眼，可穿螺栓，使两法兰紧连。法兰间用衬垫密封。它可由浇铸而成，也可由螺纹连接或焊接构成。法兰联接由一对法兰、一个垫片及若干个螺栓螺母组成，垫片放在两法兰密封面之间，拧紧螺母
15、后，垫片表面上的比压达到一定数值后产生变形，并填满密封面上凹凸不平处，使联接严密不漏。法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。 本次设计题目给定的法兰盘在数控机床里起支承和导向作用， 是回转体零件，本法兰盘是回转面和平面的结合，内部由阶梯和螺纹孔组成，此零件的结构较简单，但是零件的精度要求高，有良好的减振性，铸造性能好。要求有较高的耐磨性，较高的强度和回转稳定性。 2.2 研究初始资料，确定设计方案 根据 设计题目给定的 条件 ， 现制定该零件的机械加工工艺规程。 钻床加工零件一：法兰盘零件图： 图 2-1 法兰盘零件图 青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计） 4 根据要求，在摇臂钻床上钻法兰斜孔
16、 3- 12mm、径向孔 3- 17.5mm。 2.3 零件的工艺分析 法兰盘是一回转体零件共有两组加工表面有一组加工表面以 90 的孔位中心包括一个 147 的端面， 175 的两倒角轮廓面， 190 的外圆面， 207 的圆弧阶梯轮廓面， 248的阶梯轮廓面及 190 外圆柱上的销孔。 并且其余加工表面都与他的位置有关系，可以先加工它的一个端面，再借助专用夹具以这个端面为定位基准加工另一端面，然后再加工其他工作表面。 青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计） 5 第 3 章 零件毛 坯 的 选择 3.1 确定毛坯的制造形式 零件材料为 45 钢 。考虑到汽车在运行中要经常加速及正、反向行驶。零
17、件在工作过程中经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被折断，保证零件工作的可靠。由于零件年产量为 4000 件，已达到大批生产水平，而且零件的德轮廓尺寸不大，故采用锻模成型。这对于提高生产率、保证加工质量也是有利的。 根据上述材料及加工工艺，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（ 147、 175、 190、 207、 248、 320）考虑到尺寸 较多切相差不大，为简化毛坯的外形，现直接按零件结构取 195、 253、 325 阶梯轴式结构（见图 2）。 （ 2）外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差。查机械制造工艺简明手
18、册（以下简称工艺手册）表 2.2-1，铸件轮廓尺寸长度方向大于 100160mm 故长度方向偏差为mm，长度方向余量查表 2.2-4，其余量规定值为 3.03.5mm.现取 3.0mm. （ 3）内孔尺寸为 90，参照工艺手册表 2.3-9 及表 2.3-12 确定工序尺寸及余量为： 钻孔： 30.0 钻孔： 80 车 孔： 89.3 绞孔： 900+0.054 （ 4）阶梯孔尺寸为 101，参照工艺手册表 2.3-9 确定孔的加工余量分配： 钻孔： 30.0 钻孔： 30.0 车 孔： 101 （ 5）底面倒角圆孔采用 车 削可以保证其精度。 Z=0.3 （ 6） 3-20EQS 孔、 3-
19、17.5、 3-12 直孔、 3-12 斜孔。均为自由尺寸精度要求。可一次钻出。 青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计） 6 第 4 章 工艺规程的设计 4.1 基面的选择 定位基准的选择是工艺规程设计中重要的工作之一。定位选择的正确与合理，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，更有可能造成零件大批报废，使生产无法正进行的情况。 4.1.1 选择粗基准 因为法兰盘可看作盘类或轴类零件，按照 “保证不加工表面与加工表面相互精度原则 ”的粗基准选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时则应与这些加工表面要求相对精度较
20、高的不加工表面作为粗基准）。同时 , 320 外圆既是精度最高又是壁厚最薄的表面，为保证加工要求。固选 320外圆及右端面为粗基准。 4.1.2 选择精基准 法兰盘的外圆 320 既是装配基准，又是设计基准。根据零件图的设计基准来制定工艺的精基准。由于零件的设计基准为 320，所以在设计工艺方案时以 320 外圆 为精基准来加工 各 外圆表面，即遵循 “基准重合 ”的原则。 4.2 拟定工艺过程 4.2.1 选择表面加工方法 法兰盘的加工面有外圆、内孔、端面、槽及小孔等。材料为 45 钢 ， 查阅 10P20 表1.4-6、表 1.4-7、表 1.4-8 可得 其加工方法 。 4.2.2 确定工艺过程方案 制定工艺路线的出发点，应当使零件的几何形状、尺寸精度、位置精度和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为中批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。还有，应当考虑经济效果，以便降低生产成本。 工艺路线方案 ： 1.工艺路线方案一：
