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目录 第 1 章 绪 论.1 1.1 车床尾座套筒加工技术现状及发展方向.1 1.2 本课题研究的目的、意义.2 1.3 课题的主要内容.3 第 2 章 车床尾座套筒的机械加工工艺规程设计.5 2.1 车床尾座套筒的工艺分析及生产类型的确定.5 2.1.1 车床尾座套筒概述.5 2.1.2 车床尾座套筒零件的技术要求.5 2.1.3 确定车床尾座套筒的生产类型和工艺特征分析.6 2.2 车床尾座套筒的材料和毛坯确定.7 2.2.1 车床尾座套筒毛坯材料、加工方法及技术要求.7 2.2.2 车床尾座套筒毛坯的尺寸公差和机械加工余量.8 2.2.3 绘制车床尾座套筒毛坯简图.9 2.3 拟定车床尾座套筒工艺路线.9 2.3.1 定位基准的选择.9 2.3.2 表面加工方法的确定.9 2.3.3 加工阶段的划分.10 2.3.4 加工工艺路线方案确定.10 2.4 机床设备及工艺装备的选用.11 2.4.1 机床设备的选用.11 2.4.2 工艺装备的选用.12 2.5 加工余量、工序尺寸及其公差的确定.13 2.6 确定切削用量及时间定额.14 2.6.1 切削用量的计算.14 2.6.2 时间定额的确定.16 2.7 填写工艺文件.17 2.8 工艺分析.19 第 3 章 机床夹具设计.21 3.1 机床夹具设计概述.21 3.1.1 夹具的主要工作原理.21 3.1.2 夹具的作用.21 3.1.3 机床夹具的分类.21 3.1.4 专用机床夹具的组成.22 3.2 车床夹具设计.22 3.2.1 问题的提出.22 3.2.2 定位方案及定位元件选择和设计.22 3.2.3 确定夹紧方式、设计夹紧机构.24 3.2.4 设计对刀元件、连接元件及夹具体.24 3.2.5 绘制夹具总图及零件图.25 3.2.6 夹具的使用说明及注意点.25 3.2.7 夹具的其他设计方案.25 3.3 磨床夹具设计.26 3.3.1 问题的提出.26 3.3.2 定位方案及定位元件选择和设计.26 3.3.3 连接元件及夹具体.27 3.3.4 绘制夹具总图及零件图.28 3.3.5 夹具的使用说明及注意点.28 3.4 快速可调铣床夹具设计.29 3.4.1 问题的提出.29 3.4.2 定位方案及定位元件选择和设计.29 3.4.3 确定夹紧方式、设计夹紧机构.30 3.4.4 设计对刀元件、连接元件及夹具体.30 3.4.5 绘制夹具总图及零件图.31 3.4.6 夹具的使用说明及注意点.31 3.5 钻床夹具设计.29 第 4 章 结 论.32 致 谢.33 参 考 文 献34 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 I 摘摘要要 本次毕业设计针对车床尾座套筒工艺规程进行设计，涉及套筒的选材、确定毛 坯和机械加工余量及工序尺寸与公差、拟定工艺路线、选择工艺设备；并进行切削 用量和时间定额的计算，填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡片。为了保证 加工质量，提高生产效率，对关键工序进行夹具设计。本文对夹具的工作原理、作 用、分类和组成做了简单概述；着重分析了工序特点和要求，根据结果确定定位方 案，设计定位元件、夹紧机构、对刀元件和夹具体。因此，保证了加工精度和设计 质量。 关键词：关键词：车床尾座套筒；工艺规程设计；夹具设计；生产规划；计算 1 第第 1 1 章章绪绪论论 1.11.1 车床尾座套筒加工技术现状及发展方向车床尾座套筒加工技术现状及发展方向 1.1.11.1.1 国内研究现状国内研究现状 车床尾座套筒现在已经有很多可以供参考的工艺规程，但大多工艺规程过于笼 统，要找到较为详细的加工工艺规程和加工过程中所用的夹具很困难。很多厂家在 新编写加工工艺规程的过程中，虽然他们有大量的可以提供的参考加工工艺规程， 但还是要由技术人员添加很多详细的加工过程、进行大量的计算和分析、新设计加 工过程中所用的的夹具。同时由于我国的制造业落后，尤其在 CAD/CAM 方面落后 与发达国家好几十年，所以以上过程大多是技术人员手工完成的。这样不仅浪费了 大量的人力和物力，而且生产效率低下，生产成本高，使的技术人员的大量时间和 精力都用在了重复繁重的体力劳动上，从而限制了他们创造思维的发展。 国内有很多大的老牌机床厂虽然他们有比较成熟的加工工艺规程，而且生产效 率相对其它小的厂家较高。根据我的总结这些大型国企还是有缺陷：一、为了减少 竞争压力，他们的工艺规程大多是保密的不外泻的。这样虽然在一段时间内可以暂 时保住他们的龙头地位，但从长远看它却是阻碍我国制造也发展的，尤其在这个各 种先进制造系统正在不断孕育而生的时代。二、他们现在所用的工艺规程和夹具大 多数是十几年前甚至几十年前的老工艺。这样就使得新进的技术人员得不到锻炼的 机会，新进的设备得不到最好的使用，造成了人力物力的大量浪费。同时竞争力逐 渐衰退，经不起外界竞争的冲击。 车床尾座套筒作为辅助支撑工件之用，存在着生产效率低、生产劳动强度大的 缺陷，尤其是大批量生产，此问题更为突出。 国内车床现在大多采用顶尖式心轴夹紧如图 1。所以在制定车床尾座加工工艺 过程中可以在夹具上有所创新，实现更高的定心精度。 2 图 1 顶尖式心轴 1心轴 2固定顶尖套 3工件 4活动顶尖套 5快换垫圈 6螺母 1.1.21.1.2 国外研究状况国外研究状况 发达国家制造业比我国先进，CAD/CAM 技术发展相对较成熟。而且车床尾座 套筒属于典型零件的范畴，他们现在做机床尾座套筒加工工艺规程主要用 CAPP,、CAFD 完成，然后用人工做一些简单的修改就可以完成了。现在常用的变 异型 CAPP 系统主要是基于成组技术（GT）的。所谓成组技术（GT）是一门生产 技术科学，即利用事物相似性，把相似问题归类成组，寻求解决这一类问题相对统 一的最优方案，从而节约时间和精力以取得所期望的经济效益。成组技术的核心问 题是充分利用零件上的几何形状及加工工艺相似性组织生产，以获得最大的经济效 益。利用这样的技术大大提高了生产效率，降低了产品的生产成本和缩短了产品研 发周期，也可以把技术人员从繁琐重复的劳动中解放出来，能够充分发挥他们的创 造性。但这门技术也有缺点：对一些非典型零件无法完成工艺规程设计；数据库容 量过大；计算机所生成的加工工艺规程和夹具并不一定是最优的方案。 同时，国外在创成试 CAPP 系统方面也有一定发展，这种系统可以定义为一个 能综合加工信息，自动为新的零件制定出工艺规程的系统，即根据零件信息，系统 能够自动提取制造知识，产生零件所需要的各个工序和工步的加工内容；自动完成 机床、工具的选择和加工过程的最优化；通过应用决策逻辑，可以模拟工艺设计人 员的决策过程。 由于一个真正的创成型 CAPP 系统是要求很高的，现在的技术很难达到完全创 成，尤其对于一些较为复杂的零件，所以完全创成的 CAPP 系统应用范围很小，只 适用一些简单的零件。现在应用比较广泛的是半创成型 CAPP 系统，是将以上两种 CAPP 系统相结合，即采用变异型 CAPP 系统与自动决策相结合的方式。 CA6140 尾座箱的组成图如图 2。 3 （3）发展方向 在新世纪里，随着电子信息等高科技技术的发展以及市场需求的个性话与多样 化，先进制造技术正在向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集 成化、全球化方向发展。车床尾座套筒的生产效率也会随着 CAD/CAM 技术和机床 技术的发展不断得到提高，随着计算机集成制造系统（CIMS）和并行工程（CE） 的迅速崛起，它的生产成本也会不断降低。 1.21.2 本课题研究的目的、意义本课题研究的目的、意义 车床尾座套筒加工工艺规程设计属于一种典型零件的加工工艺规程设计，在编 写它的加工工艺规程的过程中涉及到热处理、各类机床的选用、夹具设计等很多方 面的知识，它综合了机械制造技术基础 、 材料成型 、 工程材料 、 夹具设计 、 机床概论等多门机械制造专业的主干专业课，因此在这个过程中不但可以使我 加深以前所学的专业课的理解，也可以让我把以前所学的一些专业课程融会贯通， 起到温故而知新的作用，为以后的继续学习和深造打下坚实的基础。 车床尾座套筒属于一类典型的零件，掌握了它的加工工艺规程就等于掌握了这 一类零件的加工工艺规程。研究车床尾座套筒加工工艺规程就等于在研究一类零件 的加工工艺规程，因此制定出一套经济的加工工艺规程意义深远。这不紧影响到这 一类零件的加工成本，还可以为将来 CAPP 系统的发展准备出一套最优的检索资料。 车床尾座套筒同时又属于一种精度要求比较高的难加工零件，它包括高精度外 圆表面加工、内圆表面加工、内锥面加工、键槽加工等，加工方法包括车削、钻削、 铣削、磨削等几种应用最广泛的加工方法，所以研究它的工艺规程有利于我们对几 种常用的加工方法有一个更深层次的了解。 基于以上的加工原因，本课题研究的目的在于设计比较经济的工艺规程和设计 一套专用的夹具，使得作为车床重要附件的尾座套筒能够更好的便于机械加工为将 4 来实现集成化生产创造条件。 1.31.3 课题的主要内容课题的主要内容 分析对比综合现有车床尾座套筒加工工艺的基础上，设计出高效的加工工艺规 程和夹具设计方案，达到降低成本，提高生产效率的目的。 车床尾座套筒需求量大，所编写的工艺规程主要适用于大量生产的情况使用。 在加工过程中主要有一下问题：(1)车床尾座套筒属于回转件在以内圆为基准加工半 精加工和精加工外圆面时装夹固定必须使用夹具实现定心，因此在进行半精加工和 精加工前必须分别设计一套夹具；(2)由于套筒是回转件，在铣床上铣键槽时没有夹 具无法实现定心和夹紧，所以在铣键槽前也要设计一套夹具；（3）国内车床尾座套 筒生产工艺基本成型，要在前人基础上提出一套更加优化的方案也是一个很大的挑 战。 如图 3 所示是车床尾座套筒零件图 设计的主要内容： 1) 车床尾座套筒零件图和各部分所起的作用进行分析； 2) 各类机床加工工艺研究； 3) 重点对车床加工工艺进行研究； 4) 车床尾座套筒加工工艺规程设计； 5) 车床尾座套筒半精加工、精加工、铣键槽过程中所用到的定心夹具的设计； 6) 加工结束后检验过程的设计； 编写加工工艺规程卡片、夹具总图设计、论文撰写。 5 图 3 车床尾座套筒 第 2 章车床尾座套筒的机械加工工艺规程设计 2.12.1 车床尾座套筒的工艺分析及生产类型的确定车床尾座套筒的工艺分析及生产类型的确定 2.1.12.1.1 车床尾座套筒概述车床尾座套筒概述 车床尾座套筒是车床尾座箱的重要零件。它的作用是:一、用来安装尾座套筒顶 尖，利用尾座套筒顶尖来顶紧工件，并和主轴卡盘一起起支撑作用，做为工件车削 时的定位基准；二、莫氏四号锥孔可以安装钻头、铰刀、镗刀，用来在工件上加工 孔。 车床尾座套筒在工作时承受着不断变化的压力、惯性力和它们的力矩作用，而 且它的精度直接影响工件的定位精度，因此要求车床尾座套筒具有强度高、刚度大、 耐磨性好，莫氏四号锥孔表面加工尺寸精确，并且润滑可靠。 2.1.22.1.2 车床尾座套筒零件的技术要求车床尾座套筒零件的技术要求 图 2.1 是车床尾座套筒的简图，图 2.2 是它的三维图样。它是常用的一种车床尾 座套筒类型，有一个莫氏四号锥面，锥面可以用来插入后顶尖和其他加工刀具；平 键槽是用来安装平键的，起导向作用，所以尾座套筒只能轴向移动，不能够转动； 的小孔是排气孔，主要用来排气的；与平键相对的半圆键主要也是用来导向的。 6 6 车床尾座套筒的结构简单，加工尺寸精确、形位精度和表面质量要求较高；刚 性差，定位和夹紧都比较困难，属易变形的套筒类零件。 车床尾座套筒的主要加工表面有：莫氏四号锥面、外圆表面、内圆表面和键 槽面等。其机械加工的主要技术要求已标注在零件图上，但还应满足下列加工要求： 1)mm 外圆的圆柱度公差为 0.005mm； 0 013 . 0 55 2)莫氏 4 号锥孔轴心线与mm 外圆轴心线的同轴度公差为 0.01mm； 0 013 . 0 55 3)莫氏 4 号锥孔轴心线对mm 外圆轴心线的径向跳动公差为 0.01mm； 0 013 . 0 55 4)键槽mm 对mm 外圆轴心的平行度公差为 0.025mm，对称度公 085 . 0 035 . 0 8 0 013 . 0 55 差为 0.1mm； 5)锥孔涂色检查其接触面积应大于 75； 6)调质处理 2832HRC； 7)局部外圆及锥孔淬火 4550HRC。 图 2.1车床尾座套筒零件简图 7 图 2.2车床尾座套筒三维图样 2.1.32.1.3 确定车床尾座套筒的生产类型和工艺特征分析确定车床尾座套筒的生产类型和工艺特征分析 零件的生产类型对工艺规程的制订，具有决定性的影响。生产类型就是对企业 （或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类，一般分为大量生产、成 批生产和单件生产三种生产类型。不同的生产类型有着完全不同的工艺特征。零件 的生产类型是按零件的生产纲领来确定的。生产纲领是指企业在计划期内应当生产 的产品产量和进度计划3。零件在计划期为一年的生产纲领 N 可按下式计算： （件/年） %1%1baQnN (2.1) 式中，Q产品的年产量（台/年） ；n每台产品中该零件的数量（件/台） ； a%备品的百分率，取 2%4%；b%废品的百分率，取 0.3%0.7%。 本次设计的 CA6140 车床上的尾座套筒，产品类型轻型机械，年产量为 5000 台 /年，根据实际生产情况分两批投产，备品率取 3%，而废品率取 0.5%。依设计课题 知：Q=5000，n=1，a%=3%，b%=0.5%；代入式(2.1)有： =5175.75(件/年) %1%1baQnN %5 . 01%3115000 根据计算结果，查机械制造技术基础第 292 页，表 7-33可确定该套筒零 件属于轻型零件，其生产类型为大批量生产。由于零件机械加工工艺过程与其所采 用的生产组织类型密切相关，所以在制定零件机械加工工艺规程时，应首先确定零 件机械加工的生产组织类型。而生产组织类型又主要是与零件的年生产纲领有关。 现在所制定的车床尾座套筒生产类型主要针对大批量生产的情况下制定的。因此车 床尾座套筒的生产纲领及工艺特征如表 2-1。 表 2-1 车床尾座套筒生产纲领及工艺特征 生产类 型 大量生产 毛坯特点广泛采用模锻，机械造型等高效方法，毛坯精度高、余量小 机床设备及组织形 式 广泛采用自动机床、专用机床，采用自动线或专用机床流水线 排列 夹具及尺寸保证高效专用夹具，采用定程及在线自动测量来控制尺寸 工 艺 特 征 刀具、量具专用刀具、量具，自动测量仪 8 零件的互换性全部互换，高精度偶件采用分组装配、配磨 工艺文件的要求编制详细的工艺规程、工序卡片、检验卡片和调整卡片 生产率高 成本低 发展趋势 用计算机控制的自动化制造系统、车间或无人工厂，实现自适 应控制 2.22.2 车床尾座套筒的材料和毛坯确定车床尾座套筒的材料和毛坯确定 2.2.1 车床尾座套筒毛坯材料、加工方法及技术要求 选择毛坯应综合考虑一下几方面的因素： 零件材料及对零件力学性能的要求。图纸上明确要求零件材料是 45 号钢料，且 零件力学性能要求较高，所以不管形状简单与复杂，套筒毛坯都应该选择锻件。如 果零件材料是铸铁或青铜，毛坯就只能够采用铸造，而不是锻造。 零件结构形状与外形尺寸。套筒外圆表面直径均匀，所以可以选择棒料。属于 小型零件，可以选用模锻。 生产类型。车床尾座套筒生产属于大批量生产，应选毛坯精度和生产率都较高 的先进毛坯制造方法，使毛坯的形状、尺寸精良接近零件的形状、尺寸，以节约材 料减少机械加工工作量，因此所节约的费用远远超出毛坯制造所增加的费用，获得 好的经济效益。 生产条件。选择套筒毛坯时应尽可能考虑现有的生产条件，如现有的毛坯制造 水平和设备情况、外协的可能性等。 充分考虑利用新工艺、新技术和新材料。 本次设计套筒采用的是 45 号钢。由于该套筒在工作过程中要承受冲击载荷和摩 擦，为增强套筒的耐摩强度和抗冲击韧度，获得更好的纤维组织，毛坯选用锻件。 又因为该套筒属于轻型零件，且生产类型属大批生产，为提高生产效率和锻件精度， 现采用模锻5方法制造毛坯。其锻造工艺过程为：将棒料165坯料加热 80 至 11801240，经模锻尺寸为165；在压床上切边；再在模锻锤上进 60 行热校正；最后经热处理消除内应力，调整其硬度值到 2832HRC。套筒毛坯主要 9 技术要求有： 1)热处理：正火 2832HRC。正火：指将钢材或钢件加热到 或 （钢的上临界 点温度）以上，3050保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。 正火的目的：主要是提高材料的力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织 缺陷，为后道热处理作好组织准备等。 2)棒料端面对主轴中心线的垂直度不大于 1mm； 3)棒料弯曲不大于 1mm。 2.2.2 车床尾座套筒毛坯的尺寸公差和机械加工余量 1.公差等级 由套筒零件的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。 2.用锻造的毛坯尺寸确定 锻造后的毛坯尺寸应该为 60285mm，选择标准热轧圆钢(GB/T 702-1986)， d=80mm，根据体积相等的原则，所选坯料尺寸为 80165mm,则满足 1.25DH2.5D 要求。 3.锻件形状复杂系数 对套筒零件图进行分析计算，可大致确定锻件外廓包容体的长度、宽度和高度， 按照圆形锻件进行处理；锻件形状复杂系数是锻件重量与相应的锻件外廓包容 f m 体重量之比，即： N m (2.2) N f m m S 则此套筒零件的 1 N f m m S 根据 S 值的大小，锻件形状复杂系数分为 4 级： S1 级(简单)： 0.63S1；S2 级(一般)：0.32S0.63； S3 级(较复杂)：0.16S0.32； S4 级(复杂)：0S0.16； 故该套筒的形状复杂系数属于级，简单。 1 S 4.锻件材质系数 M 由于该套筒选用的材料为 45 钢，其中碳的质量分数4小于 0.65%，故该锻件的 材质系数属 M1 级。 5.零件表面粗糙度 由零件图可知，该套筒待加工表面中，粗糙度值既有大于等于 1.6m 的，也有 小于 1.6m 的。 根据上述因素，查金属切削手册6表 1-8 有该锻件的错差公差为 1.8mm,残 留飞边公差为 2.0mm,最大尺寸方向上的公差值为 8.0mm。其机械加工余量为主轴颈 和连杆轴颈的余量取 7mm，法兰盘外圆余量取 6mm,内孔直径的加工余量取 2.0mm，水平方向单面余量为 3.04.5mm,径向余量为 3.04.0mm。 2.2.3 绘制车床尾座套筒毛坯简图 10 结合加工的实际情况，综合上面的数据，绘制毛坯简图如图 2.3 所示。 图 2.3套筒毛坯简图 2.32.3 拟定车床尾座套筒工艺路线拟定车床尾座套筒工艺路线 2.3.12.3.1 定位基准的选择定位基准的选择 定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后确定粗基准7。 1)精基准的选择 选择精基准时，应从整个工艺过程来考虑，如何保证工件 尺寸精度和位置精度，并使工件装夹方便可靠，夹具结构简单。选择精基准应该遵 循以下原则：（1） “基准重合”原则；（2） “基准统一”原则；（3） “互为基准” 原则；（4） “自为基准”原则。加工外圆表面时候应该遵循“基准统一”原则，采 用内孔作统一基准加工各外圆表面，这样可以保证个外圆表面之间较高的同轴度要 求，并简化夹具的设计和制造工作。 2)粗基准的选择 选择粗基准时，应从零件加工的全过程来考虑。一是要考 虑如何合理分配各加工表面的余量，二是要考虑怎样保证不加工表面与加工表面间 的尺寸及相互位置关系。夹一端粗车外圆至尺寸 58mm，长 200mm，车端面、钻 孔、扩孔。倒头，夹 58mm 外圆，车另外一端外圆、车端面、钻孔。 2.3.22.3.2 表面加工方法的确定表面加工方法的确定 套筒的主要加工表面有：外圆表面、内圆表面及键槽8等。根据曲轴零件图上 各加工表面的尺寸精度、形位公差和表面粗糙度，选定加工件各表面的加工方法如 表 2.1 所示。 表 2.1曲轴零件主要表面加工方案 加工表面经济精度表面粗糙度 Ra/m加工方案 套筒外圆面IT60.4粗车粗磨精磨抛光 莫氏 4 号锥面IT60.4粗车粗磨精磨抛光 套筒内孔右表面IT71.6钻扩粗铰精铰 套筒内孔中表面IT1212.5钻扩 平键槽IT70.8粗铣半精铣精铣 半圆键槽IT83.2粗铣半精铣精铣 11 2.3.32.3.3 加工阶段的划分加工阶段的划分 在选定了车床尾座套筒主要表面的加工方法以后，还需要进一步确定这些加工 方法在工艺路线中的安排顺序，这就涉及到加工阶段的划分。对于精度要求较高的 表面，总是先粗加工后精加工，但工艺过程划分成几个阶段是对整个加工过程而言 的，不能拘泥于某一表面的加工。考虑到车床尾座套筒零件的技术要求，可以将加 工阶段划分成粗加工、半精加工、精加工和光整加工几个阶段9。 分析车床尾座套筒零件，其工艺工程大致包括以下几个阶段：定位基准的加工； 粗车外圆表面、端面和钻孔；调质 2832HRC；扩孔、半精车外圆和倒角；精车孔、 槽和莫氏 4 号锥孔；划线；铣平键和半圆键；钻孔；修毛刺；左端莫氏 4 号锥孔及 160mm 长的外圆部分，高频感应加热淬火 4550HRC；研磨两端 60内锥面；粗 磨、精磨外圆和莫氏 4 号锥面。 2.3.42.3.4 加工工艺路线方案确定加工工艺路线方案确定 工艺路线方案工艺路线方案 工序 1棒料 80mm165mm 工序 2锻造尺寸 600mm285mm 工序 3正火 工序 4夹一端粗车外圆尺寸 58mm，长 200mm，车端面见平即可。钻孔 20mm，深 188mm，扩孔 26mm 深 188mm 工序 5倒头，夹 58mm 外圆并找正，车另外一端面外圆至 58mm，与上 工序光滑接刀，车端面保证总长 280mm。钻孔 23.5mm 钻通 工序 6调质 2832HRC 工序 7夹左端外圆，中心架托右端外圆，车右端面保证总长 278mm，扩 26mm 孔至 28mm，深 186mm，车右端头 32mm60内锥面 工序 8采用两顶尖装夹工件，上卡箍，车外圆至0.05mm 倒头，车另 55 外一端外圆，光滑接刀。右端倒角 245，左端 R3 圆角，保持总长 276mm 工序 9夹左端外圆，中心架托右端外圆，找正外圆，车mm 孔至 025 . 0 0 30 mm，深 44.5mm，车 34mm1.7mm 槽，保证 3.5mm 和 1.7mm 05 . 0 0 5 . 29 工序 10倒头，夹右端外圆中心架左端外圆，找正外圆，车莫氏 4 号内锥孔， 至大端尺寸为mm，车左端头 36mm60 05 . 0 0 5 . 30 工序 11划 R2160mm 槽线， mm200mm 键槽线，6mm 孔线 085 . 0 035 . 0 8 工序 12 以0.05mm 外圆定位装夹铣键槽 mm200mm，并保证 55 085 . 0 035 . 0 8 mm（注意外圆加工余量）保证键槽与 mm 外圆轴心线的平行度和 0 2 . 0 5 . 50 0 013 . 0 55 对称度 12 工序 13 以0.05mm 外圆定位装夹铣 R2 深 2mm，长 160mm 圆弧槽 55 工序 14 钻 6mm 孔，其中心距右端面为 25mm 工序 15 修毛刺 工序 16 左端莫氏 4 号锥孔及 160mm 长的外圆部分，高频感应加热淬火 4550HRC 工序 17 研磨 60内锥面 工序 18 夹右端外圆，中心架左托外圆，找正外圆，粗磨莫氏 4 号锥孔， 留磨余量 0.2mm 工序 19 采用两顶尖定位装夹工件，粗磨 mm 外圆，留磨余量 0 013 . 0 55 0.2mm 工序 20 夹右端外圆，中心架托左端外圆，找正外圆，精磨莫氏 4 号锥孔 图样尺寸，大端为 0.05mm，涂色检查，接触面积应大于 75%。修研 60 269.31 锥面 工序 21 夹左端外圆，中心架托右端外圆，找正外圆，精车内孔 mm 至图样尺寸，深 450.05mm，修研 60锥面 035 . 0 0 30 工序 22 采用两顶尖定位装夹工件，精磨外圆至尺寸 mm 0 015 . 0 55 工序 23 按照图样检查各部分尺寸精度 工序 24 涂油入库 2.42.4 机床设备及工艺装备的选用机床设备及工艺装备的选用 工艺装备包括加工过程中所需要的夹具、量具、检具、量仪、刀具、工具及 辅助等，选择机床及工艺装备是制订工艺规程的一个重要环节。机床和工艺装备都 是零件加工质量和生产率的重要保证条件。同时，机床及工艺装备的选择，对零件 加工的经济性也有较大的影响。为了合理地选择机床及工艺装备，必须对各种机床、 工艺装备的规格、性能等有较详细的了解。 2.4.12.4.1 机床设备的选用机床设备的选用 选择机床等加工设备时，应做到以下四个适应： 1）所选机床的尺寸规格应与被加工零件的尺寸相适应。 2）所选择机床的精度应该与被加工零件的工序加工要求相适应。 3）所选择机床的电动机功率应与工序加工所需切削功率相适应。 4）所选机床的自动化程度和生产率应与被加工零件的生产类型相适应。 2.4.22.4.2 工艺装备的选用工艺装备的选用 13 工艺装备主要包括刀具、夹具和量具。在工艺卡中应简要写出它们的名称。本 次设计车床尾座套筒的生产类型为大批量生产，所选用的夹具多为专用夹具。 1）机床夹具的选择主要考虑生产类型。单件小批量生产应尽量选用通用夹具和 机床自带的卡盘和钳台、转台等；大批大量生产时，应采用高生产效率的专用机床 夹具，如气、液传动的专用夹具。在推行计算机辅助制造、成组技术等新工艺或为 提高生产效率时，应采用成组夹具、组合夹具。夹具的制造精度应该与零件的制造 精度相适应。 2）金属切削刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸大 小、工件材料、要求的加工精度、表面粗糙度、生产率和经济性等。在选择时应尽 可能采用标准刀具。在组合机床上加工时，由于机床按照工序集中原则组织生产， 考虑到加工质量和生产率的要求，可采用专用复合刀具，如复合扩孔钻等，这不仅 可以提高加工精度和生产率，其经济效果也十分明显。自动线和数控机床所使用的 刀具应着重考虑其寿命期内的可靠性，加工中心机床所使用的刀具还要注意选择与 其相适应的刀夹、刀套结构。 3）量具、检具和量仪的选择主要根据生产类型和要求的检验精度进行。对于尺 寸误差在单件小批量生产中，广泛采用通用量具（游表卡尺、千分尺等） ；成批生产 多采用极限量规，大量生产多采用自动化程度高的量仪，如电动或气动量仪等，对 于形位误差，在单件小批量生产中，一般采用通用量具（百分表，千分表等） ，也有 采用三坐标测量机的；在成批大量生产中多采用专用检具。 根据一般工厂的现有生产条件，为了满足生产的需要，同时保证被加工零件合 乎要求，现选用各工序所采用的设备如表 2.2 所示。 表 2.2机床设备及工艺装备 工序号工序名加工设备刀具量辅具 1下料锯床锯条游标卡尺 2锻造液压机游标卡尺 3热处理特种淬火机 4粗车CA6140组刀游标卡尺 5粗车CA6140组刀游标卡尺 6热处理特种淬火机 7车CA6140、中心架游标卡尺 8半精车CA6140立铣刀游标卡尺 9精车CA6140、专用夹具组刀游标卡尺 10精车CA6140、专用夹具组刀游标卡尺 11划线游标卡尺 12铣X62W、组合夹具专用铣刀游标卡尺 13铣X62W、组合夹具、专用检具专用铣刀千分尺 14钻气孔Z512 组合夹具深孔钻枪游标卡尺 15钳工人 工序号工序名加工设备刀具量辅具 16热处理特种淬火机 17研磨研磨机 60砂轮 塞规 18粗磨M2110A 中心架莫氏四号砂轮游标卡尺、塞规 19粗磨M1432 磨床、专用夹具外圆砂轮千分尺 20精磨M2110A 莫氏四号锥度塞规莫氏四号砂轮塞规 14 21精车CA6140 中心夹高速钢车刀游标卡尺、塞规 22精磨M1432外圆砂轮千分尺 23检验千分尺、塞规 24入库涂油 2.52.5 加工余量、工序尺寸及其公差的确定加工余量、工序尺寸及其公差的确定 1.尾座套筒车内孔（工序 4、9 和 21）的加工余量、工序尺寸及其公差的确定30 按照钻扩半精车精车加工方案，查阅加工余量手册 ，有精车余量 Zjc=0.5mm；半精车余量 Zbjc=3.5mm；扩孔余量 Zk=6mm；钻孔余量 Zz=20mm。查 机械制造技术基础课程设计指导教程表 1-20 确定各工序尺寸的加工精度等级为， 精车：IT8；半精车：IT10；扩孔：IT12；钻孔：IT13。根据上诉结果，再查标准公 差数值表可确定各公步的公差值分别为，精车：0.025mm；半精车：0.05mm；扩孔： 0.18mm；钻孔：0.27mm。 综上所述，该工序加工该定位孔各工步的工序尺寸及公差分别为，精车： mm；半精车：mm；扩孔：；钻孔：mm；它们 025 . 0 0 30 05 . 0 0 5 . 29 18 . 0 0 26 27. 0 0 20 的相互关系如表 2.3 所示。为验证确定的尺寸及公差是否合理，进行精加工余量校 核：Zmax=30+0.025-29.5=0.525mm；Zmin=29.5+0.05-30=-0.45mm；余量校核的结果 表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。 表 2.3工序尺寸及公差计算 （单位：mm） 工序名称工序基本余 量 工序精度 IT 标 冷公差值 T 工序基本尺寸工序尺寸及偏差 +0.025精车0.5IT8 Tjc=0.02530.0030.0 0 +0.050半精车3.5IT10 Tbjc=0.050 30-0.5=29.5 29.5 0 +0.180扩孔6IT12 Tk=0.180 29.5-3.5=26 26.0 0 +0.270钻孔20IT13 Tz=0.270 26-6=20 20.0 0 毛坯30 20-20=0 2.套筒外圆表面（工序 4、5、8、19 和 22）的加工余量、工序尺寸及公差的确定 按照粗车半精车粗磨精磨的加工方案，查阅机械加工余量手册 ，有工 序间的余量：精磨余量 Zj=0. 2mm；粗磨余量 Zcm=0.5mm；半精车余量 Zbjc=2.5mm；粗车余量 Zcc=2mm。查表选定各工序尺寸的加工精度等级为，精磨： IT6；粗磨：IT8；半精车：IT9；粗车：IT12。根据上述查询到的结果，再查对标准 公差数值表可以确定各工步的公差值分别为，精磨：0.013mm；粗磨：0.05mm；半 精车：0.1mm；粗车：0.28mm。 综上所述，各工序的工序尺寸及公差分别为，精磨：mm；粗磨： 0 013 . 0 55 mm；半精车：mm；粗车：mm。它们的相互关系如表 2.4 0 05 . 0 2 . 55 0 10 . 0 5 . 55 0 28 . 0 58 15 所示。 为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，现对加工余量进行校核。 Z4max=55.2550.013=0.213mm；Z4min=55.20.0555=0.15mm； Z3max=55.555.20.05=0.4mm； Z3min=55.50.1055.2=0.2mm； Z2max=5855.50.10=2.4mm；Z2min=580.2855.5=2.22mm； 余量校核的结果表明，所确定的工序尺寸及公差是合理的。 表 2.4工序尺寸及公差计算 （单位：mm） 工序名称工序基本余 量 工序精度 IT 标 冷公差值 T 工序基本尺寸工序尺寸及偏差 0精车0.2IT6 Tjc=0.01355.0030.0 -0.013 0半精车0.3IT8 Tbjc=0.050 55+0.20=55.20 29.5 -0.050 +0.050扩孔2.5IT9 Tk=0.100 55.20+0.3=55.50 26.0 -0.050 0钻孔2IT12 Tz=0.28055.50+2.5=58.0020.0 -0.280 毛坯5IT14 Tmp=0.58058+2=60.00 600.290 3.莫氏四号锥孔（工序 5、10、16、18 和 20）的加工余量、工序尺寸及公差 按照钻孔精车热处理粗磨精磨的加工方案，查阅机械加工余量手册 ， 有工序间的余量：精磨余量 Zj=0. 2mm；粗磨余量 Zcm=0.5mm；精车余量 Zbjc=7mm；钻孔余量 Zcc=23.5mm。查表选定各工序尺寸的加工精度等级为，精磨： IT7；粗磨：IT8；精车：IT9；钻孔：IT11。根据上述查询到的结果，再查对标准公 差数值表可以确定各工步的公差值分别为，精磨：0.020mm；粗磨：0.05mm；精车： 0.1mm；钻孔：0.20mm。 热处理用高频感应淬火，淬火方法是将工件加热到临界温度 Ac3（亚共析钢） 或 Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然 后以大于临界冷却速度的冷速快冷到 Ms 以下（或 Ms 附近等温）进行马氏体（或贝 氏体）转变的热处理工艺。淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变， 得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高莫氏四号锥面 的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种套筒的使用要求。 对其他工序尺寸进行类似的计算，对于加工要求较高的工序尺寸及公差进行校 核，所得结果参见北华大学毕业设计工艺卡片上的工序图。 2.62.6 确定切削用量及时间定额确定切削用量及时间定额 2.6.12.6.1 切削用量的计算切削用量的计算 1.工序 4 和 5粗车外圆 (1)工步 1粗车外圆 1)背吃刀量的确定 取套筒外圆面的 ap1=2mm。 2)进给量的确定 参照切削加工简明实用手册10的表 8-50，刀具材料为硬 16 质合金 YT5，车刀刀杆尺寸 BH 取 2525mm 的，工件直径按照 60mm,参照机械 制造技术基础课程设计表 5-57 选取每转进给量为 f=0.8mm/r。 3)切削速度的计算 根据表 5-60 选取切削速度 v=18m/min。 (2.3)1000/dnv 根据公式(2.3)可求主轴转速为，参照实min/ 5 . 9560min/181000rmmmn 用机械制造工艺设计手册表 10-7 所列 CA6140 车床的主轴转速，取转速 。则可求得该工步的实际切削速度min/100rn min/84.181000/60min/1001000/mmmrdnv (2)工步 2钻孔和扩孔 1）钻孔 参照机械制造技术基础课程设计表 5-21 选取 20 的锥柄麻花钻； 进给量参照机械制造技术基础课程设计表 5-64 选取每转进给量 f=0.4mm/r；参 照机械制造技术基础课程设计表 5-66 切削速度 v=18m/min。 2)切削速度的计算 根据公式(2.3)得min/62.28620min/181000mmmn 参照实用机械制造工艺设计手册表 10-7 所列 CA6140 车床的主轴转速，取转速 。则可求得该工步的实际切削速度min/250rn min/ 7 . 151000/20min/2501000/mmmrdnv 2.工序 7车套筒右端面，扩孔，车右端 60内锥面 (1)工步 1车套筒右端面 1)背吃刀量的确定 背吃刀量直接取为加工余量，故有背吃刀量 ap1=3mm； 2)进给量的确定 参照机械制造技术基础课程设计表 5-32，按被加工端面 直径为 60mm 的条件选取，工步 1 的每转进给量 f 取为 0.10mm/r； 3)切削速度的计算 参照该书表 5-32，切削速度 v 可取为 10m/min。切削速度 (2.3)1000/dnv 可求主轴转速为，参照实用机械制造工min/ 9 . 5458min/101000rmmmn 艺设计手册表 10-7 所列 CA6140 车床的主轴转速，取转速。则可求min/63rn 得该工步的实际切削速度 。min/47.111000/58min/631000/mmmrdnv (2)工步 2扩孔 1)背吃刀量的确定 而工步 2 按照表 521 选择 28 锥柄麻花钻确定，取背吃 刀量 ap2=d2 -d1/2=28-26/2=1mm。 2)进给量的确定 由该书表 5-22，可选取工步 2 的每转进给量 f=0.25mm/r。 3)切削速度的计算 由表 5-22，根据工件材料为 45 钢的条件选取，切削速度 v 可取为 22m/min。由式(2.3)可求得该工步钻头转速 n=330.32r/min，参照表 4-9 所列 CA6140 车床的主轴转速，取转速 n=320r/min。则可求得该工步的实际钻削速度 min/13.281000/28min/3201000/mmmrdnv 3.工序 19粗磨外圆 (1)背吃刀量的确定 依据工序尺寸及工序余量，取轴径方向 ap1=0.3mm；纵向 的背吃刀量 ap2=0.1mm。 (2)进给量的确定 参照使用机械制造工艺设计手册表 5-58，工件磨削表面 直径按 55mm 选取，工件回转的圆周速度取为 18m/min，则取工件每转的纵进给量 f=0.5mm/r；采用切入的磨削方法。 (3)磨削速度的计算 参照金属机械加工工艺人员手册13的表 10-213，取切 削速度 v 为 25m/min。由式(2.3)可以求得转速为 17 ，查找机械制造装备设计书中图 2-min/76.14455min/251000rmmmn 6（机床主传动系统转速图） ，取转速 n=150r/min。再将此转速代入上面的公式，可 以反求得该工序的实际磨削速度为 。min/91.251000min/150551000/mrmmdnv 对其他切削用量进行类似的计算，对于加工要求较高的工序尺寸及公差进行校 核，所得结果参见北华大学毕业设计工艺卡片上的工序图。 2.6.2 时间定额的确定 时间定额式在一定生产条件下规定完成一道工序所需要的时间消耗量。它是安 排生产计划，计算零件成本和企业进行经济核算的重要依据之一。合理确定时间定 额能促进工人生产技能的提高和推动生产发展，因此，确定时间定额药防止过紧和 过松两种倾向，应该按平均先进水平来确定，并随着生产水平发展不断改善。 1.时间定额的组成 1）基本时间 j t 直接改变生产对象的尺寸、形状、性能和相对位置关系所消耗的时间称为基本 时间。对切削加工、磨削加工而言，基本时间就是去除加工余量所花费的时间，可 按下式计算 (2.4)i nf lll tj 21 求得。 公式中， 为螺纹有效长度； 1=(13)P，2=(23)P，P 为工件螺纹螺距； 为工件llln 或丝锥的每分钟转数； 为使用丝锥的数量； 0为丝锥或工件回程的每分钟转数。 in 2.辅助时间 tf的计算 为实现基本工艺工作所作各种辅助动作所消耗的时间，称为辅助时间；例如， 装卸工件、开停机床、改变切削用量、测量加工尺寸、引进或退回刀具等动作所花 费的时间。 确定辅助时间的方法与零件生产类型有关。在大批大量生产中，为使辅助时间 规定得合理，须将辅助动作进行分解，然后通过实测或者查表求得各分解动作时间， 再累计相加；在中小批生产中，一般用基本时间的百分比进行估算。 基本时间和辅助时间的总和称为作业时间。 3.其他时间的计算 除了作业时间（基本时间与辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包 括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于本次设计为套 筒的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不 计；布置工作地时间 tb是作业时间的 2%7%，休息与生理需要时间 tx是作业时 间的 2%4%，本设计均取为 3%。 4.单件时间的计算 本工序的单件时间为上诉各项之和， Tdj=tj+tf +tb+tx 18 2.72.7 填写工艺文件填写工艺文件 将上述零件工艺规程设计的结果，填入北华大学毕业设计工艺卡片中，卡片分 为机械加工工艺过程卡（表 2-5）和机械加工工序卡（见附件）前后两部分。 表 2-5 车床尾座套筒机械加工工艺过程卡片 工序号工序名称工序内容工艺装备 1下料棒料 80mm165mm锯床 2锻造锻造尺寸 600mm285mm 3热处理正火 4粗车夹一端粗车外圆尺寸 58mm，长 200mm， 车端面见平即可。钻孔 20mm，深 188mm，扩 孔 26mm 深 188mm CA6140 5粗车倒头，夹 58mm 外圆并找正，车另外一端 面外圆至 58mm，与上工序光滑接刀，车端面 保证总长 280mm。钻孔 23.5mm 钻通 CA6140 6热处理调质 2832HRC 7车夹左端外圆，中心架托右端外圆，车右端面 保证总长 278mm，扩 26mm 孔至 28mm，深 186mm，车右端头 32mm60内锥面 CA6140、中心架 8半精车采用两顶尖装夹工件，上卡箍，车外圆至 0.05mm。右端倒角 245，左端 R3 圆55 角，保持总长 276mm CA6140、心轴（a） 或者心轴（b） 9精车夹左端外圆，中心架托右端外圆，找正外圆， 车mm 孔至mm，深 025 . 0 0 30 05. 0 0 5 . 29 44.5mm，车 34mm1.7mm 槽，保证 3.5mm 和 1.7mm CA6140、中心架 10精车倒头，夹右端外圆中心架左端外圆，找正外 圆，车莫氏 4 号内锥孔，至大端尺寸为 mm，车左端头 36mm60 05 . 0 0 5 . 30 CA6140、中心架 11划线 划 R2160mm 槽线， mm200mm 键 085 . 0 035 . 0 8 槽线，6mm 孔线 12铣 以0.05mm 外圆定位装夹铣键槽55 mm200mm，并保证 mm（注意 085 . 0 035 . 0 8 0 2 . 0 5 . 50 外圆加工余量）保证键槽与 mm 外圆 0 013 . 0 55 X62W、专用铣床夹具 (如图 2.5) 19 轴心线的平行度和对称度 13铣 以0.05mm 外圆和 mm200mm55 085 . 0 035 . 0 8 键槽定位装夹铣 R2 深 2mm，长 160mm 圆弧槽 X62W、专用铣床夹具 （如图 2.5） 14钻钻 6mm 孔，其中心距右端面为 25mmZ512 组合夹具 15钳修毛刺 16热处理左端莫氏 4 号锥孔及 160mm 长的外圆部分， 高频感应加热淬火 4550HRC 17研磨研磨 60内锥面 18粗磨夹右端外圆，中心架左托外圆，找正外圆， 粗磨莫氏 4 号锥孔，留磨余量 0.2mm M2110A、中心架 19粗磨采用两顶尖定位装夹工件，粗磨 mm 外圆，留磨余量 0.2mm 0 013 . 0 55 M1432A 20精磨夹右端外圆，中心架托左端外圆，找正外圆， 精磨莫氏 4 号锥孔图样尺寸，大端为 0.05mm，涂色检查，接触面积应大269.31 于 75%。修研 60锥面 M2110A、莫氏 4 号锥 度塞 21精车夹左端外圆，中心架托右端外圆，找正外圆， 精车内孔 mm 至图样尺寸，深 035 . 0 0 30 450.05mm，修研 60锥面 CA6140、中心架 22精磨采用两顶尖和心轴 C 定位精磨外圆至尺寸 mm 0 015 . 0 55 M1432、心轴（c） 23按照图样检查各部分尺寸精度 24涂油入库 1-工件；2-钢球；3-倾斜槽；4-顶尖；5-心轴；6-轴套；7-弹性支撑；8-垫圈；9-螺栓 图（a） 20 1-工件；2-定位套；4-心轴；6-垫圈；7-弹性支撑 （b） 1-拧紧螺母；2-30锥块；3，6-平键；4，8-有缝夹筒；5-工件；7-弹簧；9-心轴 （c） 图 2.4 心轴 2.82.8 工艺分析工艺分析 1）在安排加工工序时，应将粗，精加工分开，以减少切削应力对加工精度的影 响。并在调质处理前进行粗加工，调质处理后进行半精加工和精加工。 2）车床尾座套筒左端莫氏 4 号锥孔与右端 28mm、30mm 孔，应在进行调 质处理前钻通，这样有利于加热和内部组织的转变，使工件内孔得到较号的处理。 3）工序 8 粗车外圆时，可以采用专用心轴(a)或者 (b)。如图 2.4(a) ，2.4(b)。 4）精磨 mm 外圆时，采用专用心轴(c)定位装夹工件。如图 2.4(c)。 0 013 . 0 55 5）工序 18 以后，再采用中心架托夹工件外圆时，由于键槽mm 的影响， 085 . 0 035 . 0 8 这时应配做一套筒配合中心架的装夹，以保证工件旋转平稳，不发生震动。 6）mm 外圆轴心线是工件的测量基准，所以磨削莫氏 4 号锥孔时，定 0 013 . 0 55 位基准必须采用 mm 外圆。加工时还应找正其上母线与侧母线之后进行。 0 013 . 0 55 7）加工mm 键槽时，应在夹具上设置对称度测量基准，在加工对刀时， 085 . 0 035 . 0 8 可边对刀边测量，以保证键槽mm 对 mm 外圆轴心线的对称度。 085 . 0 035 . 0 8 0 013 . 0 55 8）为了保证 R2 半圆槽和mm 键槽的对称度。如图 2.5，在夹具定位块 4 085 . 0 035 . 0 8 上开一个 8 的孔，将工件 1 夹在 V 形块 2 内，在 8 的孔中插入滑配销子 5，将工 21 件铣好的键槽mm 卡在销子 5 上在夹紧，再铣 R2 半圆槽。 085 . 0 035 . 0 8 图 2.5 铣键槽夹具 9）mm 外圆的圆柱度检验，可将工件外圆放置在标准 V 形块上（V 形 0 013 . 0 55 块放在标准平板上） ，用百分表测量出外圆点的圆柱度值，然后再算出圆柱度值（图 2.6） 。也可以采用偏摆仪方法，先测出工件的圆柱度值，然后计算出圆柱度值。 图 2.6 在 V 形块上检测工件的圆度值 10）mm 键槽对称度的检验，采用键槽对称度量规进行检查（图 2.7） 。 085 . 0 035 . 0 8 a) b) 图 2.7 键槽对称度量规 a)内孔键槽量规 b)外圆键槽量规 11）用标准莫氏 4 号锥塞规涂色检查工件的锥孔，其接触面积应大于 75%。 22 第 3 章机床夹具设计 3.13.1 机床夹具设计概述机床夹具设计概述 机械制造业中广泛采用能迅速把工件固定在准确位置或同时能确定加工工具位 置的一种辅助装置，这种装置统称为夹具14。在金属切削机床上采用的夹具称为 机床夹具。夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响机械加工的质量、工人 劳动强度、生产率和生产成本。因此夹具设计是机械加工工艺准备和施工中的一项 重要工作。 3.1.13.1.1 夹具的主要工作原理夹具的主要工作原理 (1)使工件在夹具中占有准确的加工位置
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