资源描述
辽宁工程技术大学课程设计 25机械加工工艺规程设计1零件的工艺性分析1) 该工件锻造比比较大，很容易造成应力的分布不均。因此，锻造后进行正火处理，粗加工后进行调质处理，以改善材料的切削性能。2) 工序安排以台阶面和167的外圆表面定位，装夹工件，达到了设计基准，工艺基准的统一。3) 该零件大端面上的14mm孔对167mm外圆中心线及台价面有位置度要求；外圆167mm外圆对130mm孔轴心线有同轴度要求. 2.1盘类零件的工艺分析及生产类型的确定全套图纸，加153893706一、盘类零件特点1、功用盘类零件在机器中主要起支承、连接作用。2、结构特点盘类零件主要由端面、外圆、内孔等组成，一般零件直径大于零件的轴向尺寸。3、技术要求盘类零件往往对支承用端面有较高平面度及轴向尺寸精度及两端面平行度要求；对转接作用中的内孔等有与平面的垂直度要求，外圆、内孔间的同轴度要求等。2.2、盘类零件制造工艺特点（一）盘类零件1、毛坯选择盘类零件常采用钢、铸铁、青铜或黄铜制成。孔径小的盘一般选择热轧或冷拔棒料，根据不同材料，亦可选择实心铸件，孔径较大时，可作预孔。若生产批量较大，可选择冷挤压等先进毛坯制造工艺，既提高生产率，又节约材料。2、基准选择根据零件不同的作用，零件的主要基准会有所不同。一是以端面为主（如支承块）其零件加工中的主要定位基准为平面；二是以内孔为主，由于盘的轴向尺寸小，往往在以孔为定位基准（径向）的同时，辅以端面的配合；三是以外圆为主（较少），与内孔定位同样的原因，往往也需要有端面的辅助配合。3、安装方案（1）用三爪卡盘安装用三爪卡盘装夹外圆时，为定位稳定可靠，常采用反爪装夹（共限制工件除绕轴转动外的五个自由度）；装夹内孔时，以卡盘的离心力作用完成工件的定位、夹紧（亦限制了工件除绕轴转动外的五个自由度）。（2）用专用夹具安装以外圆作径向定位基准时，可以定位环作定位件；以内孔作径向定位基准时，可用定位销（轴）作定位件。根据零件构形特征及加工部位、要求，选择径向夹紧或端面夹紧。（3）用虎钳安装生产批量小或单件生产时，根据加工部位、要求的不同，亦可采用虎钳装夹（如支承块上侧面、十字槽加工）。4、表面加工零件上回转面的粗、半精加工仍以车为主，精加工则根据零件材料、加工要求、生产批量大小等因素选择磨削、精车、拉削或其它。零件上非回转面加工，则根据表面形状选择恰当的加工方法，一般安排于零件的半精加工阶段。5、工艺路线与轴相比，盘的工艺的不同主要在于安装方式的体现，当然，随零件组成表面的变化，牵涉的加工方法亦会有所不同。因此，该“典型”主要在于理解基础上的灵活运用，而不能死搬硬套。下料（或备坯） 去应力处理 粗车 半精车 平磨端面（亦可按零件情况不作安排） 非回转面加工 去毛刺 中检 最终热处理 精加工主要表面（磨或精车） 终检2.1.2该零件的主要技术要求 按表1-1形式将该零件的主要技术要求列于表6-1中。 表2-1 零件的主要技术要求加工表面尺寸及偏差/mm公差及精度等级表面粗糙度 Ra/m 形位公差/mm大外圆226 g8IT1212.5外圆台阶面206.30.8D小外圆176g8IT83.20.01C1014孔614H12IT712.50.8A B螺纹孔2M12-6HIT63.2130孔及底面130H8IT1312.52.2.3审查零件的工艺性1）零件材料45钢，切削加工性良好。2）分度盘167h6mm外圆与130H7mm孔有同轴度要求，为保证加工精度，工艺安排应粗、精加工分开。3）主要表面虽然加工精度较高，但可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保证质量地加工出来。2.2.4确定零件的生产类型 依设计题目可知生产类型为：大批大量生产2.3确定毛坯 绘制毛胚图2.3.1毛坯选择 根据材料45钢，生产类型为大批大量生产及零件形状要求，可选择模锻件。毛坯的拔模斜度5。2.3.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量1）公差等级 由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）锻件重量 根据机械加工后零件的形状及零件材料，估算锻件毛坯重量为=7kg。3）锻件复杂系数 对零件图进行分析计算，可大致确定锻件外廓包容体的直径d=228mm，高H=64mm。由公式S=7.50kg/12.0kg0.63。由此可确定该分度盘零件的复杂系数为级。4）锻件材质系数 由于该分度盘零件材料为45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数为级。5）锻件分模线形状与零件表面粗糙度 根据该分度盘零件的形位特点，采用平直分模面。由零件图可知，该分度盘零件各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6m 。 根据上述诸因素，可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于表2-2中。表2-2 零件锻造毛坯尺寸公差及机械加工余量锻件重量/kg包容体重量/kg形状复杂系数材质系数公差等级7.311.9普通级项目/mm机械加工余量/mm尺寸公差/mm备注228外圆表2-142.0表2-10169外圆表2-142.6表2-10高度64表2-112.0表2-13高度23（台阶面)表2-112.0表2-13注：根据表2-10的表注，将此表中所有公差按1/2分配。2.3.3绘制零件锻造毛坯简图 由表2-2所得结果，绘制毛坯简图如图2-1所示。 图 2-12.4 拟定零件工艺路线2.4.1定位基准的选择2.5.1精基准的选择 根据该分度盘零件的技术要求和装配要求，选择零件大端面为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。零件167h6mm的轴线是设计基准，选用其作为精基准定位加工零件226g8mm外圆柱面和台阶面，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度和同轴度要求。在钻削均布圆周孔时采用167g6mm的轴心线作为精基准，做到了设计基准与工艺基准的统一。2.5.2粗基准的选择 作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。此处选择分度盘226g8mm轴线作为粗基准，可以为后续工序准备好精基准。2.5.2表面加工方法的确定 根据分度盘零件图上个加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工工件各表面的加工方法，如表2-3所示。表2-3 分度盘零件各表面加工方案加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra/m 加工方案备注大端面IT1112.5粗车表1-8外圆台阶IT63.2粗车半精车表1-8小端面IT1112.5粗车表1-8大外圆IT1012.5粗车半精车表1-6小外圆IT63.2粗车半精车表1-8118孔IT1312.5扩表1-7130孔IT83.2粗镗半精镗表1-8螺纹孔IT63.2钻攻螺纹表2-391014孔IT912.5钻表1-72.5.3加工阶段划分 该零件加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工两个阶段。2.5.4 工序集中与分散 采用工序集中原则，尽可能在一次安装中加工许多表面，或尽量在同一台设备上连续完成较多的加工要求。2.5.5工序顺序的安排1）机械加工工序 遵循”先基准后其他“、“先粗后精”、“先主后次”、“先面后孔”的原则。2)热处理工序 因模锻件的表面层有硬皮，会加速刀具磨损和钝化，为改善切削加工性，模锻后对毛坯进行正火处理，软化硬皮；零件167g8mm外圆面和台阶面需进行正火，由于零件壁厚小，易变形，加之加工精度要求高，为尽量控制正火变形，在零件粗加工后安排调质处理作预处理。3)辅助工序 在粗加工和半精加工后各安排一次中间检验，精加工后安排去毛刺、清洗和终检工序。2.6.6确定工艺路线 在综合考虑上述工序安排原则基础上，表2-4列出了零件的工艺路线。表2-4 零件工艺路线及设备、工装的选用工序号工序名称机床设备刀具量具1锻造2正火3车226 mm外圆及其大平面C620偏刀游标卡尺4车167 mm外圆成型C620偏刀游标卡尺5扩孔至118 mm立式钻床Z550麻花钻卡尺、塞规610mm孔及阶梯孔20mm立式钻床Z550麻花钻麻花钻、卡尺、塞规、专用夹具纹7钻攻丝立式钻床Z550麻花钻卡尺、塞规、专用夹具纹8中间检验工作台塞规、百分表、卡尺等9调质处理硬度230250HB10镗130孔卧式镗床镗刀内径千分尺、塞规11去毛刺钳工台平锉12清洗清洗机13终检塞规、百分表、卡尺等确定切削用量及基本工时车端面，粗车各外圆工序（如未特别注明，本工序相关数据的出示切削用量手册的车削用量选择）1. 车端面（1）.加工条件工作材料：45钢正火，b0.735GPa，模锻。加工要求：车两端面，粗车各外圆表面机床：C620-1卧式车床刀具：刀片材料YT15 ， 刀杆尺寸1625mm Kr90, r010,。12, s0,r1.0mm.（2）.计算切削用量a.粗车226端面，用计算法切削深度：加工总余量2.0mm，单边余量1mm，一次走刀，ap2mm进给量：根据表4选f0.6-0.9mm/r。按C620-1机床说明书选f=0.52mm/r表26计算切削速度：见表21根据表10，车刀耐用度t60minV（1-mTmapxvfyv）Kv式中Cv=242，xv0.15，yv0.35，m0.20KvKMv KtvKkrvKsvKTvKKv其中Ktv1.0（表21-6），Kkrv0.81（表21-7），KSV0.8（表21-5），KTv1.0（表11），KKv1.24（表21-9），KMv0.637/b0.637/0.7350.87（表21-1）v=（242/601-0.236000.20.750.150.520.35）0.871.00.810.81.01.241.623m/s确定机床主轴转速：ns1000v/dw 10001.623/(3.1445)5.38r/s（323r/min）按C620-1机床说明书（表26），与323r/min相近的机床转速为305r/min及370r/min，现选nw370r/min，所以实际切削速度VnWdw/1000 3702263.14/1000111.53r/min（1.86r/s）切削工时工艺手册表7-1：T左Ll1l2/nf 式中L96/248，l14，l20T左48+4+0/0.523700.27min（16.2s）T右Ll1l2/nf， 式中L96-72/212，l14，l20T右12+4+0/0.523700.083min（5s）b.车167端面：切削深度： 加工总余量2mm，一次走刀，ap2mm主轴转速和进给量：为了提高生产率，在不影响加工质量的情况下，取与车45端面时的主轴转速和进给量。即n370r/min，f0.52mm/r。所以实际切削速度:Vdwns/10003.14167370/100083.65m/min（1.394m/s）切削工时工艺手册表7-1：TLl1l2/nf，式中L72/236，l14，l20T3640/0.523700.21min（12.6s）2.车外圆粗车226外圆。要求校验机床功率及进给强度削深度：单边余量Z2mm，一次走刀。ap2mm，进给量：查表4，f0.6-0.9mm/r。按机床说明书取f=0.6mm/r。计算切削速度：按表21V（1-mTmapxvfyv）Kv，式中Cv=242，xv0.15，yv0.35，m0.20，KvKMv KtvKkrvKsvKTvKKv其中Ktv1.0（表21-6），Kkrv0.81（表21-7），KSV0.8（表21-5），KTv1.0（表11），KKv1.0（表21-9），KMv0.637/b0.637/0.7350.87（表21-1）V（242/601-0.236000.22.760.150.60.35）0.871.00.810.81.01.01.03m/s（61.8m/min）确定主轴转速：ns1000v/dw 100061.8/3.14226205.02r/min按机床选取n230r/min，所以实际切削速度VnWdw/1000 3.14226230/100032.5m/min （1.94m/s）校验机床功率：由表22中查得：PmFzV10-3KW,式中Fz可由表13查出，当b0.569-0.951GPa，ap2.0mm，f0.6mm/r，V1.66m/s时，Fz2350N，切削力Fz的修正系数为KKrFz0.89，Kr0Fz1.0（表22-3）故Fzc23500.89=2091.5NPmc FzV10-32091.51.1610-32.43kw,按机床说明书，当n230r/min时，机床主轴允许功率PE5.9kw，因PmcPE故所选切削用量可在C620-1车床上进行。校验机床进给系统强度：根据C620-1机床说明书，其进给机构允许走刀力Fmax3530N,由表16，当b0.669-0.794GPa，ap2.8mm，f0.75mm/r，V1.66m/s，Kr90时，走刀力Fxc760N。切削时Fx的修正系数为Kr0Fx1.0，KsFx1.0，KKrFx1.17（表22-3）故实际走刀力为Fxc7601.01.01.17889.2N，则所选f0.6mm/r的进给量可用。切削工时工艺手册表7-1：TLl1l2/nf，式中L35.5，l14，l23T35.5+4+3/2300.60.31min（18.6s）考虑到该零件台阶面较多，如若各台阶面都采用不同的转速和不同的进给量，则效率不高，故在不影响加工质量的情况下， 粗车该轴时，采用主轴转速230r/min，粗车进给量f0.6mm/r。粗车167外圆切削深度：单边余量1mm，一次走刀，ap1mm进给量f=0.6mm/r主轴转速n=230r/min，所以实际切削速度VnWdw/1000=3.14167230/1000=52m/min（0.87m/s）切削工时：TLl1l2/nf，式中L400.5，l14，l20T400.5+4/2300.6=2.93min钻孔10mm。要求校验机床的功率和扭矩。选择钻头：选莫氏锥柄麻花钻，其直径d0=10mm，钻头几何形状（表1及表2）：双锥修磨横刃、棱带，=30，2=118，21=70，0=10，=50。切削用量：进给量：根据表5，当钢的b0.784GPa，d=20m 时，f=0.350.43mm/r，按机床取f=0.43mm/r.切削速度：根据表11，b=0.735GPa的40Cr钢加工性属7类。由表10，当加工性为第7类，f0.49mm/r，双横刃磨的钻头，d0=10mm时，Vt=0.30m/s（18m/min），切削速度的修正系数：KTV=1.0（表10），KCV=1.0（表23），Klv=1.0（表23），Ktv=1.0（表21-6）。故V=0.30主轴转速：n=1000V/dw 100018/3.1410286.6r/min按机床说明书去取nW=400r/min，所以实际切削速度为：VnWdw/1000 3.146400/10007.536m/min （0.45m/s）校验机床功率及扭矩：根据表17，当f0.51mm/r，d021mm时，Mt=76.81Nm。扭矩的修正系数KMM=1.11，KWM=1.0，故Mc=76.811.1=85.26Nm。根据钻床说明书，当n=400r/min时，Mm=115.8Nm。据表19，当b=0.6670.804GPa，d0=20mm，f0.38mm/r，V0.29m/s时，Pm=1.7Kw。根据钻床说明书，PE=4.50.81=3.645Kw。由于McMm，PmPE，故选择的切削用量可用。粗精铣45mm端削边（如未特别注明，本工序相关数据的出示切削手册的铣削用量选择）1.粗铣：选择铣刀：采用错齿三面刃盘铣刀，齿数为18。耐用度T=7200s（表8）机床：X62W铣床切削用量：进给量af：根据X62W铣床说明书（表24），其功率为7Kw。属中等系统刚度。根据表3，af=0.080.15mm/z，现取af=0.15mm/z。切削速度和每秒进给量vf：根据表9，当d=100mm，z=18，ap=1240mm，ae1=4mm，af0.18mm/z时，vt=0.35m/s，nt=1.13r/s，vft=1.40mm/r各修正系数为KMv=KMn=KMvf=0.69，KSv=KSn=KSvf=0.8，KZv=KZn=0.9，KZvf=2.7所以v=vtKv=0.350.690.80.9=0.17m/sn=ntKn=1.130.690.80.9=0.56r/svf=vftKvf=1.400.690.82.7=2.087mm/r根据机床取nc=0.625r/s，vfc=2.5mm/s，因此实际切削速度和每齿进给量为：vc=dnc=/1000=3.141000.625/1000=0.196m/svfc=vfc/ncz=2.5/0.62518=0.22mm/z切削工时：TL/vf，式中Ll+y+，l45，根据表19，y+=23mmT45+23/0.50.746min（91s）切槽4.82.51.选用刀具：W18Cr4V，几何形状：h1=20，h=25，H1=18，B=3r0=7，0=5。车刀耐用度T=3600s（表10）2.切削用量：切削深度：ap=2.5mm进给量：查工艺手册表3-16，f=0.10.14mm/r主轴转速：为了缩短辅助时间，取主轴转速n=460r/min，所以实际切削速度v=nd/1000 3.14162460/100065m/min （1.1m/s）切削工时：工艺手册表7-1TL/nf，式中Ld-d1/2+l1，l14，L=45-42/2+4=5.5T5.5/4600.120.10min（6s）倒角：采用45车刀，为了缩短辅助时间，取倒角时的主轴转速n=460r/min，手动进给。3 孔加工夹具设计3.1夹具设计任务.一个优良的机床夹具必须满足下列基本要求： （1）保证工件的加工精度 保证加工精度的关键，首先在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还需进行定位误差分析，还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求。 （2）提高生产效率 专用夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。（3）工艺性能好 专用夹具的结构应力求简单、合理，便于制造、装配、调整、检验、维修等。专用夹具的制造属于单件生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整和修配结构。 （4）使用性能好 专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。专用夹具还应排屑方便。必要时可设置排屑结构，防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具，防止切屑的积聚带来大量的热量而引起工艺系统变形。 （5）经济性好 专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹具的制造成本。因此，设计时应根据生产纲领对夹具方案进行必要的技术经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。图3-1所示为钻分度盘1014mm孔的工序简图。已知：零件材料为45钢，毛坯为模锻件，所用机床为立式钻床Z550，大批大量生产规模。图 3-13.2定位方案确定 按基准重合原则选择118mm孔轴心线和底平面作为定位基准，定位方案如图3-1所示。圆柱外圆的内表面限制工件五个自由度，属于过定位。因两个定位面经过精加工，垂直度较高，允许过定位。此外，由于加工零件直径比较大、壁薄，采用如上定位方案，有利于提高定位的稳定性与支撑刚度。3.3刀具导向方案确定 为能迅速、准确地确定刀具与夹具的相对位置，钻夹具上都应设置引导刀具的元件钻套。钻套一般安装在钻模板上，此处，采用钻模板与夹具体一体的结构，有利于提高夹具刚度。钻套与工件之间留有排削间隙。3.4夹紧方案确定3.4.1夹紧机构的选择 采用简单手动螺旋夹紧机构，使工件的装卸迅速、方便，如图3-2所示。3.4.2夹紧力的计算分析 夹紧力的大小，对工件装夹的可靠性，工件和夹具的变形，夹紧装置的复杂程度等都有很大的影响，可根据公式计算夹紧力。考虑到切削力的变化和工艺系统变形等因素，一般在粗加工时取K=2.53；精加工时取K=1.52。此处，通过受力分析可知，夹紧力方向与与钻头进给方向相同，因此，所选夹紧机构能够满足要求。 3.5夹具体的设计 夹具体必须将定位、导向、夹紧装置链接成一体，并能正确地安装机床上。本夹具采用铸铁夹具体，此方案安装稳定、刚性好，但周期较长，成本略高。3.7定位误差分析与计算 定位误差由基准不重合误差和基准移位两部分组成，定位误差的大小是两项误差在工序尺寸方向上的代数和，即= 由3.1定位方案可知定位基准与工序基准重合，所以=0。零件在定位衬套中定位时，由于（最小间隙）无法通过调整刀具预先予以补偿，所以在加工尺寸方向上的最大基准移位误差可按最大孔和最小轴（配合代号H7/p6)求得（配合代号H7/p6)，则 =0.087mm 综上所述，夹具的定位误差为=0.087mm，满足要求。4 方案综合评价与结论4.1方案评价1) 机械加工工艺规程的制定较为合理。2) 1014mm孔加工夹具设计的定位方案合理，置可以实现在一次装夹中不断加工6个表面。但当分度装置在工作负荷较大时，容易产生振动，迫使定位销受力变形，而影响加工精度。所以，应当设计锁紧机构，以防止分度盘松动。3) 分度回转体与夹具体的连接不稳固，可以通过改善二者结构形式解决这一问题。4) 底板铸成一体的夹具体结构虽然有助于提高刚度，但是增加了铸造和加工难度。5) 此零件适合于采用组合机床（夹具：浮动钻模板），进行加工，以提高生产效率。4.2结论 本设计方案基本达到课程设计的要求，但仍然有许多需要改进之处。5 体会与展望5.1体会专用夹具的设计，可以了解机床夹具在切削加工中的作用：可靠地保证工件的加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的给以性能。本夹具设计可以反应夹具设计时应注意的问题，如定位精度、夹紧方式、夹具结构的刚度和强度、结构工艺性等问题。5.2展望 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、经济方向发展。.参考文献1陈国香，机械制造与模具制造工艺学，情话大学出版社，2006.52李彩霞，机械精度设计与检测技术，上海交通大学出版社，2006.13黄健求，机械制造技术基础，机械工业出版社，2005.114陈宏钧，实用金属切削手册，机械工业出版社，2005.95杨峻峰，机床及夹具，清华大学出版社，2005.36方子良，机械制造技术基础，上海交通大学出版社，2005.1 7王伯平，互换性与测量技术基础，机械工业出版社，2004.48武良臣，敏捷夹具设计理论及应用，煤炭工业出版社，2003.9 9孙丽媛，机械制造工艺及专用夹具设计指导，冶金工业出版社，2002.1210杨叔子，机械加工工艺师手册，机械工业出版社，2001.811秦宝荣，机床夹具设计，中国建材工业出版社，1998.2
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