法兰盘加工工艺与数控加工毕业设计论文Word文档格式.docx
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学会熟练应用宏程序和普通程序。
(3)掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处,能够做到熟练运用。
基本技能的训练,对计算、制图、运用设计资料(如手册、图册、技术标准、规范等)以及进行经验估算等机械设计方面的基本技能得到一次综合训练,提高技能水平。
1.4课题意义
法兰又叫法兰盘或突缘。
使管子与管子相互连接的零件。
连接于管端。
法兰上有孔眼,可穿螺栓,使两法兰紧连。
法兰间用衬垫密封。
法兰管件指带有法兰(突缘或接盘)的管件。
它可由浇铸而成,也可由螺纹连接或焊接构成。
法兰联接是由一对法兰、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。
有的管件和器材已经自带法兰盘,也是属于法兰连接。
法兰连接是管道施工的重要连接方式。
一般常称的法兰盘是指专用于连接管道的连接件。
如两根Ø
100的钢管,可用烧焊或电焊将它们连接起来,一但焊好后就不好拆开,除非用切割机或电焊来切割开,但如果用法兰盘(一盘为圆形),再加上胶垫密封之后用螺丝帽固定就可以了。
当管道出现故障或检修时,也可很方便拆开。
另外,在大的闸阀开关处两边都设有法兰盘,就是为了拆换开关方便。
在机械加工种,法兰连接使用方便,即能够承受较大的压力,也可以起到毗连的作用。
例如,有种法兰盘是用来毗连主轴和卡盘的,好比DB6140B用的卡盘是Ø
250的三爪卡盘,标准的卡盘是六个孔,直接可以把在主轴上,如果Ø
250不能满足要求需要Ø
320的卡盘,这时如果Ø
320还是无法与主轴毗连,就需要用个法兰盘起个中间毗连的作用。
1.5论文主要内容
论文的内容应包括法兰盘结构设计编程设计,具体内容如下:
1设计准备
阅读设计任务书,明确设计要求、工作条件、内容和步骤;
阅读有关资料,明确课程设计的方法和步骤,初步拟定设计计划。
2、设计的要求
(1)了解法兰盘的工作环境、工作原理、作用等。
(2)明确法兰盘数控铣床的编程设计方案,根据法兰盘的加工工艺确定编程原点、程序设计等。
(3)熟悉应用CAD、UG软件,绘制法兰盘零件图。
3、设计的内容及步骤
(1)零件的分析;
(2)工艺规程分析;
(3)数控程序的编制;
2零件的分析
2.1零件的结构工艺性分析
论文题目的零件是管道连接中的法兰盘,它位于管道与管道的连接处,外圆上钻有Ø
16mm的定位孔,实现精确定位。
该零件为连接性的法兰盘的盘状体,其外形尺寸为Ø
160mm×
112mm,属于小型盘状体零件,结构简单,孔多刚性较好。
其主要加工面和加工要求如下:
1、三组孔系
三组孔系中有一组孔系用于定位,另外两组孔系用于连接。
都具有较高的尺寸精度和表面粗糙度。
2、左端面
左端面是与其他相关部件联结的结合面,表面粗糙度要求较高。
3、右端面
在法兰盘的右端面上有R7的圆角,它能使该零件与其它组件充分结合。
为了保证连接的准确性,要求与左端面的平行度较高,与中间两孔的同轴度误差也较高。
4、其他表面
除了上述主要表面外,还有Ø
80、Ø
160的外圆表面,及Ø
40、Ø
22的内圆表面,以及Ø
16、Ø
22的孔。
经过对以上加工表面的分析,我们可先选定粗基准,加工出精基准所在的加工表面,然后借助精基准对其他加工表面进行加工,保证它们的位置精度。
该零件的结构简单,加工工艺性较好。
图2.1法兰盘零件图
2.2零件的尺寸精度分析
尺寸精度:
零件内、外形尺寸均未标注公差,属自由尺寸,可按IT13确定工件尺寸公差,经查公差表[3],各尺寸公差分别为:
零件外形:
160
80
零件内形:
40
22
16
2.3零件毛坯的选择
2.3.1毛坯的选用
该零件材料45#中碳钢,在小批量生产类型下,考虑到零件结构比较简单,锻件组织细密,强度、硬度和冲击韧性高于力学性能要求较高,精度较低,锻孔的余量较大而不均匀。
45#钢的强度较高,塑性和韧性较好,可加工性较好。
2.3.2毛坯的形状尺寸的确定
法兰盘的最大直径为Ø
160mm,经粗加工-精加工-内外圆磨可完成加工,若单边粗加工余量为2~3mm,单边精加工余量为0.4~0.5mm,Ø
80外圆余量为0.5~0.6mm,Ø
160端面余量为0.2~0.3mm,所以选用毛坯尺寸为Ø
165×
115mm。
如图2.3所示:
(1)毛坯图
(2)毛坯实体图
图2.3法兰盘毛坯图
3零件的工艺规程设计
3.1基准的选择
1.“基准重合”原则
为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相应位置精度要求,应选择加工表面的设计基准为其定位基准,这一原则称为基准重合原则。
如果加工表面的设计基准与定位基准不重合,则会增大定位误差,影响加工精度。
2.“基准统一”原则
当工件以某一精基准定位可以比较方便的加工其他表面时,应尽可能在多数工序采用此组精基准定位,这就是“基准统一”原则。
例如轴类零件大多数工序都以中心孔为定位基准;
齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮内孔及端面为定位基准。
这里选择中心线、左端面为定位基准。
采用“基准统一”的原则可减少装夹设计制造的费用,提高生产效率,并可避免因基准转换所造成的误差。
3.“自为基准”原则
当工件精加工或光整加工工序要求余量尽可能小而均匀时,应选择加工表面本身作为定位基准,这就是“自为基准’的原则。
例如磨削床身导轨面时,就已床身导轨面则为定位基准。
此时床脚平面只是起一个支撑平面的作用,它并非是一个定位基准面。
此外,用浮动铰刀铰孔、用拉刀拉空、用磨床磨外圆等,均为自为基准的实例。
4.“互为基准”原则
为了获得均匀的加工余量和较高的位置精度,可采用互为基准反复加工的原则。
例如,加工精密齿轮时,先以内孔定位加工齿形面,齿面淬硬后需进行磨齿。
因为齿面淬硬层较薄,所以要求磨削余量小而均匀,此时可用齿面为定位基准磨削内孔,再以内孔为定位基准磨削齿面,从而保证齿面的磨削余量均匀,且与齿面的相互位置精度又较易得到保障。
3.2工序的划分
数控机床与普通机床相比较,加工工序更加集中,根据数控机床的加工特点,加工工序的划分有以下几种:
1)根据装夹定位划分工序:
这种方法一般适用于加工内容不多的工件,主要是将加工部位分几个部分,每道工序加工其中一部分。
如加工外形时,以内腔夹紧;
加工外形时,以外形加紧。
2)按所用刀具划分工序:
为了减少换刀次数和空程时间,可采用刀具集中地原则划分工序,在一次装夹中用一把刀完成可以加工的全部加工部位,然后再换第二把刀,加工其他部位。
在专用数控机床上或加工中心上大多采用这种方法。
3)以粗、精加工划分工序:
对易产生加工变形的零件,考虑到工件的加工精度、变形等因素,可按粗、精加工分开的原则来划分工序,即先粗加工后精加工。
在工序的划分中,要根据工件的结构要求、工件的安装方式、工件的加工工艺性、数控机床的性能等因素灵活掌握,力求合理。
详细制定工序步骤如下:
工序一:
平面加工。
工序二:
粗、精加工Ø
80的外轮廓。
工序三:
钻Ø
工序四:
用Ø
8的刀采用螺旋下刀的方式粗、精铣Ø
40的孔。
工序五:
将工件调头装夹,粗、精铣右端面并定总长。
工序六:
16的平底刀平Ø
160的右端面。
工序七:
8的球头铣刀加工Ø
40的右端面和R7的圆角。
工序八:
8的平底刀粗、精加工Ø
工序九:
8的平底刀加工6XØ
16的孔。
工序十:
16的平底刀加工Ø
160的外表面。
3.3加工顺序的安排
加工顺序的安排应根据工件的结构和毛坯形状,选择工件定位和安装方式,重点保护工件的刚度不被破坏,尽量减少变形,因此加工顺序的安排应遵循以下原则:
1)上道工序的加工不能影响下道工序的定位与加紧。
2)先加工工件的内腔后加工工件的外轮廓。
3)尽量减少重复定位与换刀次数。
4)在一次安装加工多道工序中,先安排对工件刚性较小的工序。
3.4机床的选择
对于轴类零件的加工大多是采用数控车床来完成,但对于不在轴线上的孔就要在铣床上加工,这里采用的全部是数控铣床来加工完成的。
选用的是FAUNC0i数控铣床,装夹方便,用三爪卡盘夹紧,用光电式寻边器对刀即可。
4法兰盘的数控加工
4.1数控加工工艺的设计
步骤1装夹方案的确定。
该零件的形状比较简单,毛坯尺寸为Ø
115,左右端面都要加工,并且加工要素较多,加工面与面之间的位置要求很高,故可选用通用的三爪卡盘,采用左、右两面两次装夹加工。
首先,以毛坯的一端为基准用三爪卡盘夹紧加工Ø
80的外表面Ø
40的孔等;
然后以加工好的端面作为精基准,加工零件另一端的所有未加工要素。
图4.1.1数控仿真装夹图
步骤2加工顺序和刀具的选择。
以加工刀具划分工序,零件的加工顺序和刀具选择如表4.1.2所示。
表4.1.2加工顺序和刀具选择单位:
mm
程序名
刀具规格
类型
材料
加工内容
零件左端面及侧面的加工顺序和刀具的选择
手动铣削
Ø
80
盘铣刀
硬质合金
左端面的加工,深度为1mm
O0001
15
立铣刀
粗、精加工Ø
80的外轮廓,深度为54mm
O0002
20
钻头
高速钢
钻Ø
40和Ø
22的孔,深度为115mm
O0003
8
球刀
精加工Ø
40的孔和孔底R4的圆角,深度为96mm
零件右端面、侧面和孔的加工顺序和刀具的选择
右端面的加工,定总长,
O0004
80的侧面,深度28mm和R7的圆角
O0005
16
平底刀
平Ø
160的右端面
O0006
22的孔
O0007
粗、精加工6XØ
16的孔
O0008
定Ø
160的直径尺寸
步骤3加工余量的确定。
①粗加工内、外轮廓,留下加工余量为0.2~0.4mm;
②半精加工内、外轮廓,留下加工余量为0.1~0.15mm;
③粗加工平面,留下加工余量为0.1~0.2mm;
步骤4切削用量和切削液的选用。
①切削用量:
根据加工材料、刀具材料等因素的确定,具体见数控加工操作明细单。
②切削液:
根据加工材料、刀具材料等因素,选择油性切削液。
4.2编制零件加工程序
根据加工顺序和刀具的选择,以FNAUC0i标准机床系统进行手动编制程序,各图中粗实线为走到路线。
(1)零件左端面及侧面的加工步骤。
加工时,可先用刀具进行粗加工,再换新刀具进行精加工;
步骤1平面加工,加工程序及编程示意图如表4.2.1所示。
表4.2.1平面加工程序
步骤2粗、精加工Ø
80的外轮廓,加工程序及编程示意图如表4.2.2所示。
表4.2.2外轮廓加工程序
O0001;
G01X#5;
#1=165;
(孔直径赋值)
G03I-#5Z-#4F1000;
#2=54;
(孔深赋值)
G01x#6;
#3=16;
(刀具直径赋值)
G03I-#6F1000;
#4=0;
(起始平面)
G01x#7;
#17=2;
(每次切削量)
G03I-#7F1000;
#5=[#1-#3+1.]/2;
END1;
#6=[#1-3*#3+2.]/2;
G01X#5;
#7=[#1-5*#3+5.]/2;
G03I-#5Z-54.F1000;
M03S1200;
G01X#6;
G54G80G40G90X0.Y0.Z30.;
G03I-#6;
G00X#5;
G01X#7;
Z[-#4+1.];
G03I-#7;
G01Z-#4F200;
G01X[#7+2.];
WHILE[#4LT#2]DO1;
G00Z30.;
#4=#4+#17;
M30;
步骤3钻Ø
22的孔,加工程序及编程示意图如表4.2.3所示。
表4.2.3外轮廓加工程序
O0002;
G54G40G80G90G49X0.Y0.Z30.;
M03S800;
G73X0.Y0.Z-120.R2.Q2.F200;
G73深孔加工循环
G00Z30.
步骤4用Ø
8的刀采用螺旋下刀的方式精铣Ø
40的孔,加工程序及编程示意图如表4.2.4所示。
表4.2.4精铣Ø
40的孔加工程序
O0003;
G54G40G49G80G90X0.Y0.Z30.;
程序初始化
G01Z2.F200;
#1=0;
深度变量赋值
N100#2=14;
G01X#2Z-#1;
G03I-#2;
G01X#3;
G03I-#3;
#1=#1+2.;
IF[#1NE98]GOTO100;
深度为96
步骤5将工件调头装夹,粗、精铣右端面并定总长,加工程序及编程示意图如表4.2.5所示。
表4.2.5手动铣削加工右端面
步骤6用Ø
160的右端面,加工程序及编程示意图如表4.2.6所示。
表4.2.6平Ø
16的右端面的加工程序
O0005;
G01X52.;
G02I-52.;
G01X74.5;
G00X74.5Y0.;
G02I-74.5;
Z2.;
G01Z-26.F200;
G02I-74.5Z-28.F500;
G01X62.5;
G02I-62.5;
步骤7用Ø
40的右端面和R7的圆角,加工程序及编程示意图如表4.2.7所示。
表4.2.7加工Ø
40的右端面和R7圆角程序
O0004;
G02I-#5Z-#1;
G02I-#6;
G00Z2.;
(长度变量)
G02I-#7;
N100#2=165;
G01X#8;
#3=8;
G02I-#8;
#4=[#2-#3]/2;
G01X#9;
#5=#4-7;
(每次X轴的移动量)
G02I-#9;
#6=#5-7;
G00Z20.;
#7=#6-7;
#10=0;
(角度变量)
#8=#7-7;
N200#11=11*SIN[#10];
#9=#8-6.5;
#12=7-11*COS[#10];
G01X#4Y0.F500;
#13=33+#11;
G02I-#4Z-#1F800;
G01X0.Y-#13F300;
Z-#12;
(采用螺旋下刀)
G02J#13F500;
#10=#10+1;
G02I-#6Z-#1;
IF[#10NE91]GOTO200;
(角度为90度)
G02I-#7Z-#1;
G02I-#8Z-#1;
G02I-#9Z-#1;
#1=#1+1;
IF[#1NE26]GOTO100;
(深度为28mm)
留2mm的平底刀加工余量
G02I-#4F800;
步骤8用Ø
22的孔,加工程序及编程示意图如表4.2.8所示。
表4.2.8加工Ø
22的孔加工程序
O0006;
N100G02I-7.Z-#1F500;
#1=#1+2;
IF[#1NE32]GOTO100;
G00X7.;
G01X0.;
G01Z0.F200;
(深度变量)
步骤9用Ø
16的孔,加工程序及编程示意图如表4.2.9所示。
表4.2.9加工Ø
16的孔加工程序
O0007;
#2=#2+1;
IF[#2NE60]GOTO200;
(角度增量)
G00Z30..;
#1=#1+360/6;
#1=0;
(角度增量赋值)
G68X0.Y0.R#1;
(G68旋转坐标系)
N100G00X64.Y0.;
IF[#1NE360]GOTO100;
#2=28;
G00Z100.;
N200G01Z-#2F200;
G02I-4.Z-#2F500;
步骤10用Ø
160的外表面,加工程序及编程示意图如表4.2.10所示。
表4.2.10加工Ø
160外表面的程序
O0008;
G03X80.Y0.R10.F300;
(切向切入)
G54G40G49G80G90G21G17;
G02I-80.;
G03X90.Y10.R10.;
(切向切出)
G00X120.Y-10.;
G42X90.Y-10.D01;
G40;
Z-60.;
4.3数控加工操作明细单
法兰盘数控加工操作明细单示意图如表4.3所示。
图号
零件名称
编程人员
编程时间
审核
审批
A4
法兰盘
顺序号
刀具
加工余量/mm
理论加工时间/min
备注
刀号
规格/mm
材质
转速S/(r/min)
进给速度/(mm/min)
装刀长度/mm
1
600
25
2
6
2500
0.2
宏程序
3
900
60
4
球头铣刀
2000
5
1500
定总长
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