一种连接法兰及其数控加工方法与流程

本发明涉及连接法兰技术领域，尤其是涉及一种连接法兰及其数控加工方法。

背景技术：

法兰式电加热器通常将多个电加热管插设于一个法兰盘上，法兰盘的作用是对电加热管进行固定，并固定其他附件。法兰盘上设有用于电加热管插入的孔，而目前的法兰式电加热器的电加热管呈u型，排布非常密集，这导致其加热效率较低。

亟需对法兰盘进行改进，改善电加热管排列方式，提升加热效率，并探究其加工方法。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种连接法兰及其数控加工方法。该连接法兰通过采用直孔和斜孔配合的方式实现了特殊形状的电加热管的较疏的排布，大大改善了现有技术中电加热管排列过密的情况，有利于电加热管与被加热流体的接触，进而有利于加热效率的提升。另外，还提供了上述形状较为复杂的连接法兰的数控加工方法，利用ug软件中的仿形加工和自动编程等功能，能够在减少产品加工时间的同时，实现产品的高精度的加工，而且避免了设计和制造专用夹具带来的成本高的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明第一方面提供一种连接法兰，由法兰盘本体及设置于法兰盘本体上表面中心处的圆柱形凸起构成，圆柱形凸起范围内设有多个直孔以及与直孔相匹配的多个斜孔，多个直孔分布在一个圆周上，多个斜孔分布在直孔所在圆周外的直径较大的圆周上，且斜孔从上到下向外倾斜。

优选地，所述的直孔与斜孔一一间隔排列。

优选地，所述的直孔与相邻的一个斜孔匹配，用于安装一个电加热管。

优选地，所述的电加热管呈直角三角形，一个直角边插设于直孔中，斜边插设于与该直孔相匹配的斜孔中。

优选地，呈三角形的电加热管的斜边的最底端位于法兰盘本体所包围的圆周范围内。

优选地，所述的直孔和斜孔的数量均为6个。

优选地，所述的直孔和斜孔分别沿其所在圆周均匀分布。

优选地，法兰盘本体在圆柱形凸起之外的部分设有多个螺纹孔，用于通过螺栓与加热容器连接。

优选地，所述的法兰盘本体的下表面设有与圆柱形凸起相匹配的背面凸起，所述的背面凸起呈圆柱形，斜孔的底端外缘位于背面凸起的边缘处。

优选地，所述的斜孔和直孔均设有沉孔。

上述连接法兰为圆柱形盘类零件，具有复杂的斜孔，在传统加工中，若不使用特殊专用夹具，有部分斜孔不管是铣床还是车床都无法完成，为单独的一种零件设计并制造专用夹具不便于普遍加工，而且设计和制造专用夹具的成本较高。

本发明第二方面提供一种连接法兰的数控加工方法，用于所述的连接法兰的加工，该方法利用ug软件的cam功能自动编程，导出走刀路线后采用多轴机床加工，包括以下步骤：

s1：建立连接法兰的三维模型；

s2：建立连接法兰的二维工程图，按照要求标注公差、表面粗糙度和技术要求；

s3：根据连接法兰的外形，选择三爪卡盘作为加工夹具；

s4：用普通车床车削出连接法兰的上下表面，然后在ug软件中设置孔的加工程序；

s5：在ug软件中建立车削好的毛坯形状；

s6：通过依次进行的粗加工、半精加工和精加工，加工连接法兰上表面的沉孔；

s7：采底壁铣的方式精加工上表面沉孔的底壁；

s8：通过依次进行的粗加工、半精加工和精加工，加工连接法兰下表面的沉孔；

s9：采用底壁铣的方式精加工下表面沉孔的底壁；

s10：选取直孔，选择定心钻进行定心加工；

s11：使用啄钻的方式进行直孔的加工；

s12：对于螺纹孔，先用啄钻的方式进行加工，再用丝锥攻丝，完成螺纹孔的加工；

s13：对于零件上的斜孔，选定与要加工平面垂直的零件边线，或者手动画出一条辅助线，选为加工刀轴的矢量方向，斜向进刀，采用啄钻的方式加工斜孔；

s14：完成连接法兰的加工。

优选地，步骤s6加工连接法兰上表面的沉孔和步骤s8加工连接法兰下表面的沉孔的过程中，先用型腔铣的方式对沉孔进行粗加工，然后采用深度轮廓铣的方式进行半精加工，再取消余量进行精加工。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的连接法兰通过采用直孔和斜孔配合的方式实现了特殊形状的电加热管的较疏的排布，大大改善了现有技术中电加热管排列过密的情况，有利于电加热管与被加热流体的接触，进而有利于加热效率的提升。

(2)圆柱形凸起和背面凸起的设置，增加了直孔和斜孔的深度，使得该法兰盘对电加热管的固定更加牢固。

(3)本发明利用ug软件中的仿形加工和自动编程等功能，能够在减少产品加工时间的同时，实现本发明复杂形状产品的高精度的加工，而且避免了设计和制造专用夹具带来的成本高的问题。

附图说明

图1为本发明的连接法兰的上部视角的示意图。

图2为本发明的连接法兰的下部视角的示意图。

图3为本发明的连接法兰上一个电加热管连接的示意图。

图中，1为法兰盘本体，2为圆柱形凸起，3为直孔，4为斜孔，5为螺纹孔，6为背面凸起，7为沉孔，8为槽，9为电加热管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种连接法兰，由法兰盘本体1及设置于法兰盘本体1上表面中心处的圆柱形凸起2构成，圆柱形凸起2范围内设有多个直孔7以及与直孔3相匹配的多个斜孔4，多个直孔3分布在一个圆周上，多个斜孔4分布在直孔3所在圆周外的直径较大的圆周上，且斜孔4从上到下向外倾斜。

本实施例中，直孔3分布所在圆周和斜孔4分布所在圆周的圆心在法兰盘本体1的中心轴线上。如图1和2所示，本实施例中，直孔3和斜孔4的数量均为6个，且直孔3和斜孔4分别沿其所在圆周均匀分布。优选直孔3与斜孔4一一间隔排列(在圆周方向上)。更进一步优选直孔3与相邻的一个斜孔4匹配，用于安装一个电加热管9(可以是热阻式的电加热管)。电加热管9呈直角三角形，一个直角边插设于直孔3中，斜边插设于与该直孔3相匹配的斜孔4中。通过采用直孔和斜孔配合的方式，并与特殊形状的电加热管配合，实现了电加热管的较疏排布，避免了常规的电加热管挤在法兰盘中心部位的弊端，大大改善了现有技术中电加热管排列过密的情况，有利于电加热管与被加热流体的接触，进而有利于加热效率的提升。进一步优选呈三角形的电加热管9的斜边的最底端位于法兰盘本体1所包围的圆周范围内，实际中，在不影响电加热器伸入被加热容器中的情况下，保持电加热管的斜边最底端尽可能向外。

本实施例中，法兰盘本体1在圆柱形凸起2之外的部分设有多个螺纹孔5，用于通过螺栓与加热容器连接。法兰盘本体1的下表面设有与圆柱形凸起2相匹配的背面凸起6，背面凸起6呈圆柱形，斜孔4的底端外缘位于背面凸起6的边缘处。斜孔4和直孔3均设有沉孔7，沉孔7的设置，方便用螺母等对电加热管进行固定。更进一步地，法兰盘本体的边缘处还设有一槽(也可以不设置该槽)，方便法兰式电加热器的其他附件的安装。

实施例2

一种连接法兰的数控加工方法，用于实施例1的连接法兰的加工，该方法利用ug软件的cam功能自动编程，导出走刀路线后采用多轴机床加工，包括以下步骤：

s1：建立连接法兰的三维模型；

s2：建立连接法兰的二维工程图，按照要求标注公差、表面粗糙度和技术要求；

s3：根据连接法兰的外形，选择三爪卡盘作为加工夹具；

s4：用普通车床车削出连接法兰的上下表面，然后在ug软件中设置孔的加工程序；

s5：在ug软件中建立车削好的毛坯形状；

s6：通过依次进行的粗加工、半精加工和精加工，加工连接法兰上表面的沉孔；

s7：采底壁铣的方式精加工上表面沉孔的底壁；

s8：通过依次进行的粗加工、半精加工和精加工，加工连接法兰下表面的沉孔；

s9：采用底壁铣的方式精加工下表面沉孔的底壁；

s10：选取直孔，选择定心钻进行定心加工；

s11：使用啄钻的方式进行直孔的加工；

s12：对于螺纹孔，先用啄钻的方式进行加工，再用丝锥攻丝，完成螺纹孔的加工；

s13：对于零件上的斜孔，选定与要加工平面垂直的零件边线，或者手动画出一条辅助线，选为加工刀轴的矢量方向，斜向进刀，采用啄钻的方式加工斜孔；

s14：完成连接法兰的加工。

其中，步骤s6加工连接法兰上表面的沉孔和步骤s8加工连接法兰下表面的沉孔的过程中，先用型腔铣的方式对沉孔进行粗加工，然后采用深度轮廓铣的方式进行半精加工，再取消余量进行精加工。

下面为更具体的加工过程：

使用ug软件的cam功能自动编程，导出走刀路线后采用多轴机床加工，研究发明路线步骤如下：

(1)分析零件外形，确定车削和铣削方式后建立零件的三维模型。

(2)导出复杂连接法兰模型的二维工程图，严格按照要求标注公差、表面粗糙度和技术要求。

(3)根据零件的外形选择夹具，由于零件为圆柱形盘类零件，故选择三爪卡盘作为加工夹具，不需要特殊夹具。

(4)考虑到零件的结构和加工方式，优先加工上表面。

(5)先用普通车床车削出零件的上下表面，然后在ug软件中设置表面孔的加工程序。

(6)在ug软件建立车削好的毛坯形状。

(7)先用型腔铣的方式加工上表面上的几个沉孔和槽部分，使用3mm平底刀为保证加工精度，先以1mm为底面余量0.5mm为壁余量进行粗加工，加工出底面形状。然后使用深度轮廓铣的加工方式以0.5mm为底面余量，0.2mm为壁余量进行半精加工。完成之后取消余量，进行精加工。并完成倒角的加工。

(8)在完成这些步骤后再使用底壁铣的方式精加工底壁，保证加工精度。

(9)对于零件的下表面依旧先使用型腔铣的方式加工表面上的几个沉孔部分，使用2mm平底刀为保证加工精度，先以1mm为底面余量0.5mm为壁余量进行粗加工，加工出底面形状。然后使用深度轮廓铣的加工方式以0.5mm为底面余量，0.2mm为壁余量进行半精加工。完成之后取消余量，进行精加工。最后同样使用底壁铣的方式精加工底壁，保证加工精度。并完成倒角的加工。

(10)零件上的直孔和斜孔，尺寸不同，还存在斜孔，斜孔有多个不同方向。加工斜孔时需要重新刀轴方向，选定与要斜孔垂直的零件边线，或者手动画出几条与斜孔平行的辅助线，选为加工刀轴的矢量方向，让刀具进刀方向与水平呈83.37度夹角进刀。以啄钻的加工方式加工。

(11)首先加工普通方向的通孔(直孔)，再进行斜孔加工。

(12)选取面上所有垂直方向的孔(直孔)，进行定心加工，刀具选择定心钻，尺寸选择4mm钻头。

(13)零件的孔中，有些距离深，且所用到的钻头直径较小，为了避免刀具的损坏，都需要用啄钻的方式进行加工。

(14)对于零件下表面中心部位的多个大通孔先进行加工，选择5.5mm麻花钻，以啄钻的方式进行加工，啄钻的退刀距离为1.25mm。并完成倒角的加工。

(15)对于零件上的螺纹孔进行加工，选择4.2mm麻花钻，以啄钻的方式进行加工，啄钻的退刀距离为1mm。然后再用丝锥攻丝，完成螺纹孔的加工。并完成倒角的加工。

(16)对于零件上的斜孔加工，对于刀轴方向，选定与要加工平面垂直的零件边线，或者手动画出一条辅助线，选为加工刀轴的矢量方向，让刀具进刀方向与水平呈83.37度夹角进刀。刀具选择为3.2mm的麻花钻，用麻花钻进行加工时也要选择啄钻的方式加工，退刀距离为1mm。

(17)完成零件的加工。

上述加工方法利用ug软件中的仿形加工和自动编程等功能，能够在减少产品加工时间的同时，实现本发明复杂形状产品的高精度的加工，而且避免了设计和制造专用夹具带来的成本高的问题。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。