前言
本设计起源于装配制造业法兰盘工艺设计与数控技术，通过此次毕业设计，可以初步掌握对中等复杂零件进行数控加工工艺规程的编制，学会查阅有关资料，能合理编制数控加工过程卡片、数控加工工序卡片、数控加工刀具卡片、数控编程等工艺文件，能合理的确定加工工序的定位与夹紧方案。能使用AutoCAD正确绘制机械零件的二维图形，能通过使用UGNX7.0软件对零件进行三维图的绘制，可以提高结构设计能力及建模能力。编写符合要求的设计说明书，并正确绘制有关图表。在毕业设计工作中，学会综合运用多学科的理论知识与实际操作技能，分析与解决设计任务书中的相关问题。在毕业设计中，综合运用数控加工刀具和数控工艺、工装夹具的设计等专业知识来分析与解决毕业设计中的相关问题。依据技术课题任务，进行资料的调研、收集、加工与整理和正确使用工具书；掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范；掌握实验、测试等科学研究的基本方法；以及与解决工程实际问题的能力。
第1章．零件的分析
1.1 零件的分析和特点：
法兰盘是使管子与管子相互连接的零件，连接于管端。法兰上有孔眼，两个法兰盘之间，加上法兰垫，用螺栓紧固在一起，完成了连接。
该零件为双35自行高射炮的冷却回路上的法兰盘，为盘类零件。用于引导特殊冷却液。法兰盘小外圆与冷却液回路管头联接，大外圆与冷却液进入高压泵前的管头联接，法兰盘外圆相配，保证管路同心。
1.2 零件图纸及工艺分析：
本次设计的法兰盘图纸：参见图1-1
图 1-1 法兰盘图纸
该零件外形尺寸为Ф52mm*15mm。
主要尺寸、表面粗糙度要求见表1-2，公差等级见附录1.
表1-2 尺寸公差及粗糙度
加工表面尺寸 mm 公差等级表面粗糙度μm
零件外表面
Φ52 IT8 1.6 Φ27 IT6 0.8 Φ23.8 IT6 0.8
零件内表面
Φ10 IT13 3.2 Φ20 IT9 1.6 4-Φ3.2 IT9 3.2
形位公差要求:保证Ф23.8mm外圆与Ф27mm基准面A的同轴度；保证Ф52mm外圆侧边与基准面A的垂直度。
1.3 零件的UG三维视图：参见图1-3
图1-3 法兰盘三维视图
第2章．工艺规程设计
2.1 毛坯材料的选择
因该零件引导的冷却液温度较高，且具有一定腐蚀性，需要耐高温和抗腐蚀性较好的原料。且对塑形和韧性有要求.
因此该零件选用材料1Cr18Ni9Ti,代用材料为1Cr18Ni9。2种耐高温不锈钢棒料作为毛坯。
力学性能为：
抗拉强度σb (MPa)：≥520
条件屈服强度σ0.2 (MPa)：≥205
伸长率δ5 (％)：≥40
硬度：≤187HBS;≤90HRC;≤200HV
2.2 毛坯的形状尺寸确定
该零件的最大直径为Ф52mm,经过粗车、精车两步即可完成加工。
粗车单次，留余量0.2mm，精车去除0.2mm达到零件图公差尺寸要求。
该零件毛坯材料选用Ф60mm*100mm 不锈钢棒料。
2.3 定位基准和装夹基准的确定
工艺设计中定位的选择非常重要，关系到零件的尺寸，表面粗糙度及生产率。应着重注意装夹方法是否干涉，以及零件加工过程中是否会因为内应力产生变形导致零件报废。
2.3.1. 基准的选择
法兰盘为轴类零件，对本零件而言，按照基准定位原则，应先加工不需要再次装夹的精基准面，并以该精基准面作为定位基准。
因为Ф27mm外圆在切断后需要以该面再次装夹加工，所以该零件应先加工台阶外圆Ф27mm为精基准。待车削完Ф52mm外圆后调头，再用三爪软爪卡盘夹持Ф27mm基准面，车削台阶外圆Ф23.8mm*2mm。并以此为基准钻孔Ф10mm*3mm 小孔，在通过镗孔扩孔Ф20mm*12mm完成该零件加工。
2.3.2 工件的定位误差
因该零件需要调头夹持，工序基准与定位基准必然会因为不是完全重合而产生定位误差。其大小等于定位基准与工序基准的尺寸公差，为0.05mm
2.4装夹方式的确定
虽然该零件为小批量小尺寸零件，但因为该零件毛坯精度较高。且零件本身精度要求较高，加工时以零件毛坯外圆切点找正装夹，采用三爪软爪卡盘为夹具。钻孔时采用专用夹具装夹。
夹持Ф60mm棒料外圆左侧，保证尺寸厚度15mm切断后以Ф27mm外圆作为基准夹持。
2.5确定工艺路线
制定工艺路线的目的是为了使被加工零件能达到图纸要求的尺寸精度和位置精度以及所要求的表面粗糙度。根据先外后内。先孔后面原则。精加工阶段不再加工表面。
2.5.1选择表面的加工方法
该零件的加工要求中有通孔，沉孔，外圆，端面。材料为1Cr18Ni9Ti
Ф27. Ф23.8的表面粗糙度为Ra0.8。加工方法为粗车，精车。外圆磨的加工方法。Ф52表面粗糙度Ra1.6。加工方法为粗车，精车两步。
Ф10通孔采用钻孔方法加工。Ф20沉孔采用扩孔，精镗的加工方法。2.5.2 工序划分的确定
在车床上加工零件，应按工序集中原则划分工序。在一次装夹下尽可能多的完成大部分甚至全部表面的加工。
工艺路线方案一：
工序一：下料：Φ60mm*20mm
工序二：棒料夹持、找正
工序三：车端面
工序四：粗车外圆Φ27.2mm*10.5m
Φ52.2mm*13mm
工序五：倒锐角
工序六：精车外圆Φ27mm*10.5mm
Φ52mm*13mm
工序七：调头夹持。车断端面。达总长15mm
工序八：粗车台阶外圆Φ24mm*2mm到尺寸2.5mm处
工序九：精车台阶外圆Φ23.8mm*2mm
工序十：尾座钻孔Φ10mm
工序十一：扩孔。粗镗孔Φ19.8mm*12mm
工序十二：精镗孔达尺寸Φ20mm*12mm
工序十三：倒所有锐角
工序十四:钻床钻孔4-Φ3.2mm
工序十五:丝锥攻螺纹4-M4
工序十六:外圆磨达0.8粗糙度
工艺路线方案二：
工序一：下料：Φ60mm*20mm
工序二：棒料夹持、找正
工序三：车端面
工序四：粗车外圆Φ24mm*2mm
Φ52.2mm*13mm
工序五：精车外圆Φ23.8mm*2mm
Φ52mm*13mm
工序六：尾座钻孔Φ10mm
工序七：扩孔。粗镗孔Φ19.8mm*12mm
工序八：精镗孔达尺寸Φ20mm*12mm
工序九：车断端面。达总长15mm
工序十：调头夹持、找正
工序十一：粗车外圆Φ27.2mm*10.5mm到尺寸2.5mm处工序十二：精车外圆Φ27mm*10.5mm
工序十三：倒所有锐角
工序十四:钻床钻孔4-Φ3.2mm
工序十五:丝锥攻螺纹4-M4
工序十六:外圆磨达0.8粗糙度
上诉两种方案。
方案一是从零件右侧至左侧加工，车削出外圆Φ27mm，Φ52mm后，保证厚度15mm切断后，调头后再车削外圆Φ23.8mm及钻孔Φ10mm和镗孔Φ20mm；
缺点是因为二次装夹的定位误差，导致外圆Φ52mm、Φ27mm与孔Φ10mm、Φ20mm有形位公差。
优点是易于加工，调头用软爪夹持Φ27mm*10.5mm位置时装夹能受力，不易变形。
方案二也是从零件右侧至左侧加工。区别在于方案二在一次装夹中。加工出外圆Φ23.8mm，Φ52mm以及孔Φ10mm，Φ20mm。切断端面后再车外圆Φ27mm.
优点是外圆Φ23.8mm，Φ52mm以及孔Φ10mm，Φ20mm因为是一次装夹加工完成，同轴度高，误差小。
缺点是调头夹持时因为Φ23.8mm只有2mm高，且壁厚也只有1.5mm。夹持时会导致变形。需使用辅助支撑装置装夹，操作麻烦。
因该零件无需保证非常高的同轴度，且需要比较高的生产率。而第二种方案虽然精度高。但加工需支撑装夹，切易变形。
因此采用第一种方案作为加工工艺路线比较合理。
2.6 工艺路线卡片
选择第一种加工方案的预定工艺路线卡片见下表2-1：
: 表 2-1 工艺路线拟定
2.7 机床的选择
该零件属于小批量，高精度的盘类回转零件，宜采用普通车床加工。因无复杂曲面或表面。无需数控车床加工。
2.8 量具的选择
1．分度值0.02mm的0mm-150mm的游标卡尺。
2．分度值0.01mm的0mm-25mm的千分尺。
3. 分度值0.01mm的25mm-50mm的千分尺。
4. Φ3.2及Φ10塞规。
第3章．工序切削用量、刀具与机床的算法
切削用量包括背吃刀量、进给速度或进给量、主轴转速或切削速度。其具体步骤是：先选取背吃刀量，其次确定进给速度， 最后确定切削速度
因该零件最大外圆半径与最小半径相差20mm 。在同刀具、同加工状态下，进给量F 、切削速度V 以及主轴转速N 通过计算后的理论值差距不大，在实际加工过程中会使用同样的值。限于篇幅原因，同加工状态下切削用量采用近似值确定为某同一值。
3.1 各工序加工条件、切削用量和工时定额的计算 工序1
下料时锯床刀具、机床和工时定额的确定: a ）加工条件
工件材料：1Cr18Ni9Ti 抗拉强度σb ：≥520Mpa 机床：GL7132 刀具：27*0.9*6N MD51锯条 b ）切削时间T ：根据《工时计算手册》 锯床工时计算公式 T=）装卸吊机T T T K K m ++n (2
其中 m K —材料系数、n —次装夹件数
2K —次装夹工件修正系数（n=1 2K =1;n=2）
机T —机床工作时间。
当零件材料为棒料时：机T =24D
（D ——棒料外径） 装吊时间 ： 吊T = 1000
L
装卸时间 装卸T =0.12+ 1800L
+840D
综上所述：锯床下料时。工时： T=）装卸吊机T T T K K m ++n (2=1*（1*)24
60
18003012.0100030*12460++++=4.85MIN 工序2
粗车外圆时刀具、机床和工时定额的确定: a ）粗车外圆切削用量选取原则:
粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。选择切削用量时应先选取尽可能大的背吃刀量Ap，其次根据机床的限制条件，选取尽可能大的进给量F，最后根据刀具耐用度选择合适的切削速度Vc。选择更大的背吃刀量Ap可以减少走刀次数，增大进给量F有利于断屑。
1）背吃刀量的确定：根据《机械加工工艺手册》，当材料为不锈钢时，粗加工单次走刀背吃刀量选取值3mm-8mm。应该零件容易粘刀，选取背吃刀量
Ap=4mm。详情参见附录一；
2) 进给量F根据《机械加工工艺手册》，刀具16*25mm，工件材料：1Cr18Ni9Ti，工件直径Φ60时。F=0.4~0.7mm/r,取F=0.5mm/r.详情参见附录二；
b）加工条件
工件材料：1Cr18Ni9Ti 抗拉强度σb ：≥520Mpa
机床：CA6140 刀具：高速钢 W12Mo3Cr4v3N 16*2
25mm HRC 62°
c)粗车单次走刀量及走刀次数见表3-1
表 3-1 粗车走刀次数
3）刀具耐用度用YG硬质合金刀切削抗拉强度520Mpa的不锈钢时，
Cv=160 T=240 A=2.2 x=0.15 y=0.35
Ka=1.44 Kb=0.8 Kc=1.04 Kd=0.81 Kf=0.97
4）主轴转速
5)切削工时T根据《工时计算手册》
当粗车Φ60mm外圆时，工时定额：
Tm=（60+2.5）/(522*0.5)=0.24 MIN
粗车Φ23.8mm外圆时，工时定额：
Tm=（23.8+2.5）/(522*0.5)=0.10 MIN
粗车Φ27mm外圆时，工时定额：
Tm=（27+10.5）/(522*0.5)=0.14 MIN
工序
车端面时切削用量、刀具与机床的算法
a）加工条件
工件材料：1Cr18Ni9Ti 抗拉强度σb ：≥520Mpa
机床：CA6140 刀具：YG8合金刀，HRA89
b)切削用量
1）背吃刀量的确定：根据《机械加工工艺手册》，当材料为不锈钢时，切端面单次走刀背吃刀量选取值0.5mm-3mm。背吃刀量Ap=1mm
2) 进给量F根据《机械加工工艺手册》，刀具8*25mm，工件材料：1Cr18Ni9Ti，工件直径Φ60时。F=0.2~0.5mm/r 取F=0.15mm/r
Cv=128 T=240 A=6 x=0.15 y=0.35
Ka=1.44 Kb=0.8 Kc=1.04 Kd=0.81 Kf=0.97
4）主轴转速
5)切削工时T根据《工时计算手册》
Tm=（60+30）/(360*0.15)=1.66 MIN
工序4
精车外圆时切削用量、刀具与机床的算法
a)精车外圆时切削用量选取原则：
精车时对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且均匀。
选择精车的切削用量时，应考虑在保证加工资料的情况下尽量提高生产率。因此。精车时应选用较小的背吃刀量和进给量，并选用高性能刀具材料，已尽可能选用较大的切削速度。
b）加工条件
工件材料：1Cr18Ni9Ti 抗拉强度σb ：≥520Mpa=0.52Gpa
机床：CA6140 刀具：YG8合金刀，HRA89
c)切削用量
1）背吃刀量的确定：根据《机械加工工艺手册》，当材料为不锈钢时，切端面单次走刀背吃刀量选取值0.1mm-1.2mm。背吃刀量Ap=0.2mm
2) 进给量F根据《机械加工工艺手册》，刀具16*25mm，工件材料：1Cr18Ni9Ti，工件直径Φ27时。F=0.1-0.6mm/r 取F=0.2mm/r
3）刀具耐用度用YG硬质合金刀切削抗拉强度520Mpa的不锈钢时，刀具耐用
Cv——流量系数
Cv=342 T=60 A=4 x=0.15 y=0.35
Ka=1.44 Kb=0.8 Kc=1.04 Kd=0.81 Kf=0.97
5）主轴转速
6)切削工时T根据《工时计算手册》
当精车Φ60mm外圆时，工时定额：
Tm=（60+2.5）/(623*0.2)=0.51 MIN
精车Φ23.8mm外圆时，工时定额：
Tm=（23.8+2.5）/(623*0.2)=0.21 MIN
精车Φ27mm 外圆时，工时定额：
Tm=（27+10.5）/(623*0.2)=0.30 MIN 工序
钻4-Φ3.2孔时切削用量、刀具与机床的算法 a ）加工条件
工件材料：1Cr18Ni9Ti 抗拉强度σb ：≥520Mpa 机床：Z6160 立式钻床 刀具：高速钢麻花钻Φ3.2 b)切削用量
1) 进给量F 根据《机械加工工艺手册》，刀具Φ4钻头 ，工件材料：1Cr18Ni9Ti ，孔直径Φ4时。F=0.1-0.3mm/r 取F=0.15mm/r （参见附录4） 2)根据机械工人必备手册，Vc=30m/min 3）主轴转速
4)切削工时T ，根据《工时计算手册》，参见附录二、附录三； 钻床T=装卸机T KT +
k —难度系数 有工差要求k=1.5 有深度要求k=1.1 扩孔及攻丝k=0.8 当 L/D ≥8时，须另增排屑时间60%。
T=装卸机T KT +={1.5*1.72+0.8}*（100%+60%）=5.408 MIN 工序 镗Φ20孔 a ）加工条件
工件材料：1Cr18Ni9Ti 抗拉强度σb ：≥520Mpa
机床：CA6140 刀具：高速钢镗孔刀 W12Mo3Cr4v3N b)切削用量
1) 进给量F 根据《机械加工工艺手册》，刀具高速钢镗孔刀
，工件材料：
1Cr18Ni9Ti ，孔直径20时。F=0.05-0.15m/r 取F=0.08mm/r 2)根据《机械加工工艺手册》，Vc=15m/min 3）主轴转速
4)切削工时T 根据《工时计算手册》
Tm=（20+10.5）/(238*0.08)=1 MIN 工序
外圆磨时切削用量、刀具与机床的算法 a ）加工条件
工件材料：1Cr18Ni9Ti 抗拉强度σb ：≥520Mpa 机床：M1320-750 砂轮：单晶刚玉砂轮 硬度中轮1级 粒度#46 b)切削用量
1)根据《机械加工工艺手册》，磨削速度Vc=18m/mm 2)根据《机械加工工艺手册》， 单次磨削深度 F=0.01mm 3）工时T 根据《工时计算手册 L ——零件被加工总长
K ——直径系数D>16 k=1.2 D ≤16 k=1
磨削Φ52mm 外圆 T=120L
k
=1.2*2.5/120=0.03 MIN 磨削Φ27mm 外圆 T=120L
k =1.2*10.5/120=0.105 MIN
磨削Φ23.8mm 外圆 T=120L
k =1.2*2/120=0.02 MIN
3.2 零件刀具、切削用量和工时定额的汇总报告
1）刀具的选择：
锯床下料时选用27*0.9*4/6N MD51锯条
粗车时选用高速钢左侧粗车刀；切断时选用高速钢车断车刀；
精车时选用YG8硬质合金车刀；切端面时选用YG8硬质合金车刀；
车床尾座钻Φ10选用Φ10麻花钻
钻孔时选用高速钢Φ4麻花钻；镗孔时选用高速钢镗孔刀
外圆磨加工时选用单晶刚玉砂轮
2) 背吃刀量的确定
根据零件图样知工件表面粗糙度除外圆外要求为全部 1.6，故分为粗车、精车两步进行
背吃刀量a：粗车端面为保持基准面平行和做为定位基准。粗车单次走刀背吃刀量3mm，Φ52mm外圆粗车走刀次数（60-52.2）/3=3次，达尺寸Φ52.2mm，Φ27mm外圆粗车走刀次数（52-27.2）/3=8 次，Φ23.8mm（52-23.8）/3=10 次粗车端面背吃刀量为1mm
粗车外圆单次走刀背吃刀量为4mm
镗孔背吃刀量为1.5mm
精车背吃刀量为0.2mm
3)进给量F的确定
进给量：根据《机械工人必备手册》，加工材料不锈钢YiCr18Ni9.刀具为1）里给出的值时：进给量F=f*n/s
粗车端面进给量F=0.15mm/r，
粗车切断进给量F=0.15mm/r，
粗车外圆进给量F=0.5mm/r。
精车外圆进给量F=0.2mm/r。
钻孔时进给量 F=0.15mm/r
镗孔时进给量 F=0.08mm/r
由于该零件材料加工时容易粘刀、产生加工硬化、容易使工件发生变形，粗加工单次时间不超过10MIN
4)主轴转速选择
粗车外圆主轴转速n=522r/min 精车外圆主轴转速n=623r/min 车端面主轴转速n=360r/min 镗孔主轴转速n=283r/min 钻孔主轴转速n=2228r/min 5)切削速度V
切削速度V ：根据《机械工人必备手册》。将上面主轴转速代入得： 粗车外圆V=лds/1000=82m/min 精车外圆V=лds/1000=117m/min 车端面V=лds/1000=57m/min 镗孔V=лds/1000= 15m/min 钻孔V=30m/min 外圆磨V=18m/min 6)校验机床功率
车削功率查《机械工人必备手册》得知P=3KW ，因为CA6140机床P=9KW .大于该零件车削时所需功率，故该零件可在CA6140机床上加工。 7)工时定额的确定
由《工时计算手册》，得零件总加工工时定额总T
总T =辅助准结机T T nT +++ 休T （n=工件数）
机T 由前小节计算各工序总时间，得∑∑∑∑++++=02.1锯磨钻车机T T T T T 机T =4.85+0.24+0.10+0.14+0.51+0.21+0.30+1.5+0.105+0.03+1.02=8.985 MIN
由《工时计算手册》查得，辅助工时辅助T : 装卸零件 2 MIN 开停机床 0.02 MIN 主轴运转 0.02 MIN 升降主轴 0.01 MIN 清除铁屑 0.05 MIN 卡尺测量 1 MIN
单件辅助时间 辅助T =（2+0.02+0.02+0.01+0.05+1）MIN=4 MIN 由《工时计算手册》查得，准备终结工时准结T : Φ60零件 4 MIN 深度定位 1 MIN 升降钻杆 5 MIN
单件终结=（4+1+5）MIN= 10 MIN 由《工时计算手册》查得，休息工时休T :
休T = (辅助准结机T T nT ++) 3%
=（8.985+10+4）*0.03=0.7 MIN 由上得知。该零件总工时
总T =辅助准结机T T T +++ 休T =9+10+4+0.7=23.7
得知该零件单件工时定额为为23.7 MIN 工时。
第4章．钻孔夹具设计
4.1 机床夹具概念
金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备，称为机床夹具。
4.2机床夹具组成
1. 定位元件使工件在夹具中占据正确的位置；
2. 夹紧装置将工件压紧夹劳，保证工件在加工过程中受到外力时不产生
位移；
3.导向装置用于确定刀具的相对位置；
4. 连接元件确定夹具在机床上的正确位置；
5. 夹具体夹具基础件，通过它将夹具连为整体。
4.3 机床夹具作用
1.保证加工精度，提高稳定性；
2.缩短辅助时间，提高生产率；
3.扩大机床使用范围，改善工人劳动条件。
4.4 夹具的设计
该法兰盘有4-Φ3.2的钻孔，若每件都由钳工划线打孔后钻孔，效率较低且精度稳定性低。因此。钻孔夹具的设计很有必要。
4.5设计图纸如下图4-1，图4-2
图4-1 夹具剖面图
图4-2 夹具俯视图
4.6 设计思路
夹具的主要定位元件为一端盖，两凸缘，及一定位销。该凸缘或定位销的尺寸公差与该零件的尺寸公差配合相加。
1.该夹具定位元件由2个R2的凸缘和夹具体上R2的凹槽配合组成。以保证法兰盘在钻孔过程中，定位端盖不会旋转，保证加工精度。
2该零件夹紧装置由端盖自重压紧，钻孔过程中可能会可能会出现零件震动，因外圆已固定在夹具体中，零件只能被允许上下调动，但该零件对Φ4孔尺寸公差要求不高。跳动误差可忽略不计，如要求加高，可在中间Φ10通孔处加装定位杆并在杆内攻丝。在端盖上钻Φ10孔，使用螺钉压紧。
3.导向装置为端盖上Φ4孔位，使用钻套后钻头由端盖孔直接进入。
4 支承装置夹具体内侧壁做10.5mm高凸台，用于支承钻孔时带来的应力，防止零件Φ52外圆侧边向下变形。
5 辅助装置该零件为防止零件放入夹具体内受应力过大不能取出。应提前在夹具体下方打销钉孔。在零件不能取出时用销钉撞出。