原稿-插入耳環(huán)工藝及車外圓夾具設計

原稿-插入耳環(huán)工藝及車外圓夾具設計,原稿,插入,耳環(huán),工藝,車外圓,夾具,設計 機械制造工藝學課程設計 課 程 設 計 題 目 插入耳環(huán)工藝及夾具設計 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生姓名 學 號 指導老師 完成日期 31 目 錄 第一章 零件分析 1 一、零件的功用分析 1 二、零件的工藝分析 1 第二章 機械加工工藝規(guī)程制定 1 一、選擇毛坯種類并確定制造方法 1 二、基面的選擇 1 （一）粗基準的選擇 2 （二）精基準的選擇 2 三、選擇加工方法 2 （一）平面的加工 2 （二）孔的加工 2 （三）外圓與退刀槽、攻螺紋 2 （四）槽加工 2 四、制定工藝路線 2 五、確定加工余量及毛坯尺寸 3 （一） 確定加工余量 3 （二） 確定毛坯基本尺寸 4 （三） 確定毛坯尺寸公差 4 （四） 繪制毛坯簡圖 4 六、工序設計 5 （一）選擇加工設備與工藝裝備 5 （二）確定工序尺寸 6 七、確定切削用量和基本時間 6 （一）工序05（粗銑兩邊面D、E）切削用量及基本時間的確定 7 （二） 工序15（粗車Φ35外圓）切削用量及基本時間的確定 8 （三） 工序20、25（粗車Φ27外圓、倒角C2、錐面及切退刀槽）切削用量及基本時間的確定 10 （四）工序35、40(鉆及擴Φ32mm孔) 切削用量及基本時間的確定 12 （五） 工序45（半精車Φ35外圓）切削用量及基本時間的確定 15 （六） 工序50（精車Φ35外圓）切削用量及基本時間的確定 17 （七） 工序60（車削螺紋）切削用量及基本時間的確定 19 （八）工序70（粗銑鍵槽）切削用量及基本時間的確定 21 （九）工序75（精銑鍵槽）切削用量及基本時間的確定 23 八 夾具設計 24 參考文獻 25 第一章 零件分析 一、零件的功用分析 題目所給的零件是插入耳環(huán)，其作用是用來固定晾衣架的上端，當然插入耳環(huán)的作用還有很多，主要起固定功能。 二、零件的工藝分析 如圖1-1可以看出，標有表面粗糙度符號的表面有平面、退刀槽、內孔、鍵槽等。其中，表面粗糙度要求最低的是表面D、E，粗糙度為Ra50，粗糙度要求最高的是外圓Φ35，表面粗糙度為Ra1.6。該外圓也是插入耳環(huán)的主要設計基準。 從工藝上看，鍵槽對Φ35軸線的對稱度公差為0.1，孔Φ32軸線對Φ35軸線的垂直度公差為0.5/50，可以通過使用專用機床夾具來保證。Φ35的公差等級為IT7級，表面粗糙度為Ra1.6，可以通過精車來保證。表面D、E精度要去不高可以通過粗銑來完成，Φ32孔的內孔粗糙度為Ra6.5可以通過鉆床，然后再擴鉆，可達到精度。C面通過粗銑就可以達到要求。A面也通過粗銑。 對插入耳環(huán)零件圖進行工藝審核后，可知該零件圖視圖正確、完整，尺寸、公差及技術要求齊全，加工要求合理，零件的結構工藝性較好。 C面 A面 D面，對立面為E面 圖1-1 第二章 機械加工工藝規(guī)程制定 一、選擇毛坯種類并確定制造方法 按設計任務書，插入耳環(huán)成大批大量生產。 由該零件的功用和原始零件圖可知，該零件材料為45鋼，屈服強度為600MPA，該零件的形狀不是十分復雜，因此毛坯的形狀與零件的形狀應盡量接近，Φ35軸的單邊余量2.5mm，兩邊余量5.0mm，所以毛坯尺寸Φ40，在軸向方向3mm，所以毛坯軸向長度為150mm，所以用150×79×41的毛坯，確定加工余量及毛坯尺寸。 二、基面的選擇 定位基準的選擇是工藝規(guī)程制定中的重要工作，它是工藝路線是否正確合理的前提。正確合理地選擇定位基準，可以確保加工質量、縮短工藝過程、簡化工藝裝備結構與種類、提高生產率。 （一）粗基準的選擇 對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準。Φ35mm軸為重要表面，加工時要求余量小而均勻，盡量通過粗基準，加工出一個精基準面，因此應選擇該Φ35mm軸線為粗基準。 （二）精基準的選擇 精基準的選擇有利于保證加工精度，并使工件裝夾方便。在選擇時，主要應該考慮基準重合、基準統(tǒng)一等問題。插入耳環(huán)是帶有孔的零件。Φ32mm孔是精度要求最高的高的孔，俄日避免由于基準不重合而產生誤差，保證加工精度，應選Φ32mm孔為精基準，即遵循“基準重合”的原則。還由于零件的要求是Φ35mm軸和Φ32mm孔在垂直度上有較高的精度要求，因此選擇Φ32mm孔作為精基準，這樣就保證精度要求最高的Φ35mm軸的加工精度，減少加工誤差。在插入耳環(huán)的加工過程中，該孔還可以作為大部分工序的定位基準，加工其他次要表面，體現了“基準統(tǒng)一”的選擇原則。 三、選擇加工方法 （一）平面的加工 平面加工的方法很多，有車、刨、銑、磨、拉等。對于本零件由于表面D、E粗糙度為Ra50，通過粗銑就可以達到。而對于C面粗糙度為Ra6.3通過粗銑也可以達到。而表面A的粗糙度要求為Ra12.5，由表5-11，根據GB/T 1804-2000規(guī)定，選用中等級（m），相當于IT13級，故可考慮粗車或粗端銑，根據零件的結構特點，選用端銑加工方式。 （二）孔的加工 孔的加工方式有鉆、擴、鏜、拉、磨等。Φ32孔內壁粗糙度為Ra6.3，采以就用鉆-擴方式進行加工，鉆孔后擴孔就可以達到這個精度要求，滿足安裝配合E9。Φ5的銷孔，直接用槍孔鉆就可以加工出來。 （三）外圓與退刀槽、攻螺紋 外圓Φ35的加工在本零件中最重要部分。由于外圓的公差等級為IT7級，表面粗糙度Ra1.6，所以采用粗車-半精車-精車。而對于外圓Φ27，表面要進行攻螺紋，所以進行粗車就可以了。在粗車過后再用螺紋車刀進行攻螺紋。退刀槽可以用切斷刀車出。 （四）槽加工 對槽的加工，槽的要求為Ra3.2，進過粗銑-精銑就可以達到。 四、制定工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產綱領已確定為大批生產的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。故采用如下加工工藝： 工序5：粗銑二邊表面D、E 定位基準：外圓Φ35 工序10：粗銑C面 定位基準：底面D面以及E面。 工序15：粗車外圓Φ35 定位基準：底面D面以及E面。 工序20：粗車外圓Φ27（工步1）、倒角C1（工步2）及車退刀槽Φ24 定位基準：底面D面以及E面。 工序25：進行熱處理調質 工序30：鉆Φ32的孔 定位基準：外圓Φ35以及R25外圓面。 工序35：擴Φ32的孔 定位基準：外圓Φ35以及R25外圓面。 工序40：半精車外圓Φ35 定位基準：Φ32的孔及兩邊表面D、E。 工序45：精車Φ35 定位基準：Φ32的孔及兩邊表面D、E。 工序50：車錐面，倒角C2 定位基準：Φ32的孔及兩邊表面D、E。 工序55：攻螺紋M27×1.5-6h 定位基準：Φ32的孔及兩邊表面D、E。 工序60：鉆Φ5的銷孔 定位基準：Φ32的孔及兩邊表面D、E。 工序65：粗銑鍵槽 用銑床專用夾具，進行鍵的加工。 工序70：精銑鍵槽 用銑床專用夾具，進行鍵的加工 工序75：銑A面 定位基準：Φ32的孔及兩邊表面D、E。 五、確定加工余量及毛坯尺寸 （一） 確定加工余量 插入耳環(huán)的材料為45鋼，屈服強度600MPa，采用砂型機器造型，且為批量生產。由表5-2知，鑄鋼件采用砂型機器造型時，鑄件的尺寸公差為CT8-CT12級，此處選為CT9級。由表5-3選擇加工余量為H級，根據機械加工后鑄件的最大輪廓尺寸由表5-4可查得個加工表面余量如下表： 表1-1 加工表面 單邊余量/mm 雙邊余量/mm 備注 兩邊面D、E面 3 6 粗銑一次完成 φ35外圓 3 6 基本尺寸為81mm φ32孔E9 3 6 先用鉆頭鉆孔至Φ31，再擴至Φ32。基本尺寸為孔深尺寸36mm。 銑鍵槽 3 無 基本尺寸為Φ25 M27x1.5-6h的螺紋 7 14 主要由φ35外圓的毛坯尺寸決定 軸向長度84尺寸 3 無 車錐面、粗車Φ27端面、粗車Φ35端面共同決定 （二） 確定毛坯基本尺寸 加工表面的毛坯尺寸只需將零件尺寸加上查取得相應加工余量即可，所得毛坯尺寸如表3-2所示： 表3-2 零件尺寸/mm 加工余量/mm 毛坯尺寸/mm 36 6 42 Φ35 6 Φ41 81 3 84 （三） 確定毛坯尺寸公差 由表5-1，選用CT7級查的各鑄件加工尺寸公差如表3-3所示： 表3-3 毛坯尺寸/mm 公差/mm 標注 結果 42 1.8 ±0.9 42±0.9 41 1.8 ±0.9 41±0.9 84 2.2 ±1.1 84±1.1 （四） 繪制毛坯簡圖 根據以上內容及砂型鑄件的有關標準與規(guī)定，繪制毛坯簡圖，如圖3-1： 如圖3-1 毛坯簡圖 六、工序設計 （一）選擇加工設備與工藝裝備 1.選擇加工設備 選擇加工設備即選擇機床類型。由于已經根據零件的形狀、精度特點，選擇了加工方法，因此機床的類型也隨之確定。至于機床的型號，主要取決于現場設備情況。若零件加工余量較大，加工材料又較硬，有必要校驗機床功率。根據以上內容和考慮零件經濟度與零件表面設計相適應，又本零件的加工余量和硬度不是很大，故選定各工序機床如下： （1）工序05：XA5032立式升降臺銑床，主要技術參數見表5-13。 （2）工序10、65、70、75、80：X6132萬能銑床。 （3）工序15、20、25、45、50、55、60：選擇CA6140車床 （4）工序35、40：選用Z3025搖臂鉆床。 2.選擇夾具 對于成批生產的零件，大多采用專用機床夾具。在保證加工質量、操作方便、滿足高效率的前提下，亦可部分采用通用夾具。本機械加工工藝規(guī)程中所有工序均采用了專用機床夾具，專門設、制造。 3.選擇刀具 根據加工工藝需要刀具的選擇情況如下： （1）工序05 二邊表面D、E 高速鋼鑲齒套式面銑刀 （2）工序35 鉆Φ32 高速鋼錐柄麻花鉆 （3）工序15、45、50 YT類硬質合金 （4）工序 70、75銑鍵槽 高速鋼鑲齒套式面銑刀 在刀具選擇過程中盡量選擇通用刀具。在中批生產中，不排除在某些工序中使用專用刀具，但專用刀具需要專門定做，詳細的內容可參閱《金屬切削刀具》等教材及相關資料。 4.選擇量具 選擇量具的原則是根據被測對象的要求，在滿足測量精度的前提下，盡量選用操作方便、測量效率搞的量具。量具由通用量具和各種專業(yè)量具，其種類的選擇主要應考慮被測尺寸的性質，如內徑、外徑、深度、角度、幾何形狀等以及被測工件的特點，如工件的形狀、大小、精度、生產類型等。本零件屬于成批生產，一般采用通用量具。選擇量具的方法有兩種：一種按計量器具的不確定度選擇。一般根據被測對象的公差帶寬度先查得相應的安全裕度A和計量器具的不確定度允許值(),然后在量具手冊中選擇一種不確定度等于或小于U1的量具；二是按計量器具的測量方法極限誤差選擇。 下面以精車Φ35為例選擇量具。外圓Φ35的尺寸公差T=0.025，選擇刻度值為0.001mm的千分尺。 （二）確定工序尺寸 確定工序尺寸時，對于加工精度要求較低的表面，只需粗加工工序就能保證設計要求，將設計尺寸作為工序尺寸即可，上下偏差的標注也按設計規(guī)定。當加工表面精度較高時，往往要經過數道工序才能達到要求。 工序的尺寸的確定采用的是由后往前推算的方法，由加工表面的最后工序即設計尺寸開始，逐次加上每道加工工序余量，分別得到各工序基本尺寸。各個工序加工余量可查手冊得到，工序尺寸的公差帶寬度按經濟精度確定，上下偏差按“入體”原則標注，最后一道工序的公差應按設計要求標注。 下面確定各工序的工序尺寸、余量及確定公差。 （1）Φ35的外圓表面： 工序名稱 工序基本余量 工序尺寸 精度 粗糙度 精車 0.5 Φ35 IT7 Ra1.6 半精車 1.5 Φ35.5 IT9 Ra6.3 粗車 4 Φ37 IT11 Ra12.5 毛坯 Φ41 （2）加工M27x1.5-6h的螺紋： 工序名稱 工序基本余量 工序尺寸 精度 粗糙度 攻螺紋 M27x1.5-6h 粗車 14 Φ27 IT11 Ra12.5 （3） Φ32E9的孔： 工序名稱 工序基本余量 工序尺寸 精度 粗糙度 擴 1 32 IT10 R6.3 鉆 30 30 IT11 R12.5 （4）銑鍵槽 工序名稱 工序基本余量 工序尺寸 精度 粗糙度 精銑 0.5 8 IT8 Ra3.2 半精銑 1.5 7.5 IT11 Ra6.3 粗銑 5 5 （5）軸向長度84尺寸： 工序名稱 工序基本余量 工序尺寸 精度 粗糙度 車錐面 1 84 IT8 Ra6.3 粗車Φ27端面 1 85 IT11 Ra12.5 粗車Φ35端面 1 86 IT11 Ra12.5 毛坯 87 七、確定切削用量和基本時間 切削用量包括切削速度、進給量和背吃刀量，確定方法是先確定背吃刀量，再進給量，最后確定切削速度。不同的加工性質，對切削加工的要求不一樣。粗加工時，應盡量保證較高的金屬切削率和必要的刀具耐用度，故一般優(yōu)先選擇盡可能大的背吃刀量，其次選擇較大的進給量，最后根據刀具耐用度要求，確定適合的切削速度。精加工時，首先應保證工件的加工精度和表面質量要去，故一般選用較小的背吃刀量和進給量，而盡可能選用較高的切削速度。 （一）工序05（粗銑兩邊面D、E）切削用量及基本時間的確定 1.切削用量 本道工序是粗銑端面，已知加工材料為45鋼，機床選用XA5032立式銑床，選用刀具為高速鋼鑲齒套式面銑刀，其參數：直徑d=125mm,孔徑D=40mm，寬L=40mm，齒數z=14.根據表5-26確定銑刀角度，選擇前角Υ=20°，后角α=12°，主偏角k=60°，螺旋角β=10°，已知銑削寬度為63mm，銑削背吃刀量為ap=6mm。 （1）確定每齒進給量 根據表5-13知XA5032型立式銑床的主電機功率為7.5kw,查表5-27知當工藝系統(tǒng)剛性中等、鑲齒端銑刀加工鑄鐵時，其每齒進給量。由于本工序被吃刀量和銑削寬度較小，故選擇最大的每齒進給量。 （2）選擇銑刀磨鈍標準和耐用時度 根據表5-28，用高速鋼鑲齒端銑刀粗加工鑄劍時，選擇銑刀后刀面磨損極限值為2.0mm，查表5-29知銑刀直徑d=80mm時，經插值的端銑刀的合力耐用度T=50min。刀具耐磨用度是指刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達到磨鈍的標準所經歷的總切削時間。 （3）確定切削速度和工作臺每分鐘進給量 查表5-30知，高速鋼銑刀銑削速度為，則所需銑床主軸轉速范圍是 根據XA5032機床的標準主軸轉速，由表5-13選取n=60r/min,則實際銑削速度為 工作臺每分鐘進給量為 根據表5-13中工作臺標準縱向進給量，選取，則實際每齒進給量為 （4）校驗機床功率 由表5-31和表5-32知，銑削力和銑削功率計算公式如下： 式中。所以，銑削梨為 XA5023銑床主電機功率為7.5kW。故選用切削用量合適。最后的切削用量為 2.基本時間 根據表5-33知，的端銑刀對銑削的基本時間為 式中， —工件銑削部分長度，單位為mm； —切入行程長度，單位為mm，； —切出行程長度，單位mm； —工作臺每分鐘進給量，單位為mm/min。 已知。由表5-34查的切入切出行程長度。所以，基本時間為 （二） 工序15（粗車Φ35外圓）切削用量及基本時間的確定 本工序為粗車外圓，機床采用最常用的CA6140臥式車床，采用YT15硬質合金刀具，根據加工條件和工件材料由表5-35、表5-36、表5-37、表5-38得刀具參數為主偏角、前角、刃傾角、刀尖圓弧半徑車刀加工。由表5-39知，選用桿部直徑為20mm的圓形車刀。由表5-40知，車刀合理耐用度為。 1.確定粗車Φ35外圓切削用量 （1）確定背吃刀量 由前述可知粗車時雙邊加工余量為4mm，,粗車后外圓直徑為，故單邊余量為2mm，即。 （2）確定進給量 對于粗加工，根據表5-42，按照CA6140機床的進給量值，以及參考《金屬加工工藝及工裝設計》第95頁表4-53可知，當加工45鋼時，車刀刀桿尺寸B×H為20×30，背吃刀量a =2.0mm，則進給量f=0.4~0.5mm/r，因此選取。 （3）確定切削速度 根據表5-43的計算公式確定切削速度 式中，，因本例的加工條件與該公式應用條件不完全相同，故需根據表5-32對車削速度進行修正：根據刀具耐用度T=60min，得修正系數為；根據工件材料，得修正系數為；根據毛坯表面狀態(tài)得修正系數為，刀具材料為YT15，得修正系數；主偏角，經插值得修正系數。所以 查表5-44，以及參考《金屬加工工藝及工裝設計》第98頁表4-58外圓切削速度參考值可知，V =1.5~1.83m/s，則所需車床主軸轉速范圍n= =709~874.2r/min，根據CA6140機床上的主軸轉速選擇，則實際切削速度為 （4）檢驗機床功率 由表5-45，查得切削力和切削功率計算公式如下： 式中，，，由表5-32得：與刀具耐用度有關的修正系數，與工件材料有關的修正系數，與主偏角相關的修正系數；與前角有關的修正系數。因此總的修正系數為 所以，切削力為 切削功率為 根據表5-46知：CA6140機床主電機功率，因，故上述切削用量可用，最后所確定的切削用量為 ； 。 2. 基本時間 由表5-47得外圓的基本時間為 式中，——切削加工長度，單位為mm； ——刀具切人長度，單位為mm，； ——刀具切入長度，單位為mm，； ——單件小批量生產時的試切附加長度，單位為mm； ——進給次數。 已知，，，，，，。所以，基本時間為 （三） 工序20、25（粗車Φ27外圓、倒角C2、錐面及切退刀槽）切削用量及基本時間的確定 本工序為粗車外圓，機床采用最常用的CA6140臥式車床，采用YT15硬質合金刀具，根據加工條件和工件材料由表5-35、表5-36、表5-37、表5-38得刀具參數為主偏角、前角、刃傾角、刀尖圓弧半徑車刀加工。由表5-39知，選用桿部直徑為20mm的圓形車刀。由表5-40知，車刀合理耐用度為。 1.確定粗車Φ27外圓切削用量 （1）確定背吃刀量 由前述可知粗車時雙邊加工余量為8mm，,粗車后外圓直徑為，故單邊余量為4mm，即。 （2）確定進給量 對于粗加工，根據表5-42，按照CA6140機床的進給量值，以及參考《金屬加工工藝及工裝設計》第95頁表4-53可知，當加工45鋼時，車刀刀桿尺寸B×H為20×30，背吃刀量a =4.0mm，則進給量f=0.4~0.5mm/r，因此選取。 （3）確定切削速度 根據表5-43的計算公式確定切削速度 式中，，因本例的加工條件與該公式應用條件不完全相同，故需根據表5-32對鏜削速度進行修正：根據刀具耐用度T=60min，得修正系數為；根據工件材料，得修正系數為；根據毛坯表面狀態(tài)得修正系數為，刀具材料為YT15，得修正系數；主偏角，經插值得修正系數。所以 查表5-44，以及參考《金屬加工工藝及工裝設計》第98頁表4-58外圓切削速度參考值可知，V =1.5~1.83m/s，則所需車床主軸轉速范圍n= =709~874.2r/min，根據CA6140機床上的主軸轉速選擇，則實際切削速度為 （4）檢驗機床功率 由表5-45，查得切削力和切削功率計算公式如下： 式中，，，由表5-32得：與刀具耐用度有關的修正系數，與工件材料有關的修正系數，與主偏角相關的修正系數；與前角有關的修正系數。因此總的修正系數為 所以，切削力為 切削功率為 根據表5-46知：CA6140機床主電機功率，因，故上述切削用量可用，最后所確定的切削用量為 ； 。 2. 基本時間 由表5-47得外圓的基本時間為 式中，——切削加工長度，單位為mm； ——刀具切人長度，單位為mm，； ——刀具切入長度，單位為mm，； ——單件小批量生產時的試切附加長度，單位為mm； ——進給次數。 已知，，，，，，。所以，基本時間為 （四）工序35、40(鉆及擴Φ32mm孔) 切削用量及基本時間的確定 本工序為鉆及擴Φ32mm的孔，所選用機床為Z3025搖臂鉆床。根據表5-19知選取d=30mm,l=294mm,莫氏圓錐號為3號的高速鋼錐柄麻花鉆作為刀具。根據表5-48選擇的麻花鉆參數由表5-49知，當時，選擇鉆頭后刀面磨損極限值為0.9mm，耐用度T=50min。 1.切削用量 （1） 確定背吃刀梁鉆孔時，，故可取=15mm。 （2）確定進給量按照加工要求決定進給量。鉆頭直徑，工件材料為45鋼時，根據表5-50，鉆頭進給范圍mm/r.根據表5-51，選取。因為孔的深度與孔的直徑相差不多，故無需修正系數來修正。 （3）確定切削速度v 根據表5-52的計算公式 式中，。因本例的加工的條件與該公式應用條件不完全相同，故對切削速度進行修正，由表5-53得：根據刀具耐磨度T=50min，得修正系數k;工件材料=600MPa，得修正系數為；刀具材料為高速鋼，得修正系數；鉆頭為標準刃磨形狀，得修正系數。所以 根據Z3025機床標準主軸轉速，由表5-54選取n=125m/min,實際轉速為： （4）校驗機床功率 由表5-55，查的轉矩T和切削功率計算公式如下： 式中，，由表5-56得：與加工材料有關的修正系數45鋼的修整系數為；與刃磨形狀有關的修正系數；與刀具磨鈍有關的修正系數。因此總的修正系數為 所以鉆孔時的轉矩為 切削功率為 由表5-14知，Z3025機床主軸的最大轉矩 ，主電機功率。由于 ，故選用的切削用量可以用。最后確定的切削用量為 =15mm 2.基本時間 由表5-57的鉆孔的基本時間為 式中，—共建切削部分長度，單位為mm； —切入量，單位mm，； —超入量，單位mm, : 已知=36mm, ==10.73mm 所以，加工3個空所用基本時間為 =3=3 （五） 工序45（半精車Φ35外圓）切削用量及基本時間的確定 本工序為半精車外圓，機床采用最常用的CA6140臥式車床，采用YT15硬質合金刀具，根據加工條件和工件材料由表5-35、表5-36、表5-37、表5-38得刀具參數為主偏角、前角、刃傾角、刀尖圓弧半徑車刀加工。由表5-39知，選用桿部直徑為20mm的圓形車刀。由表5-40知，車刀合理耐用度為。 1.確定粗車Φ35外圓切削用量 （1）確定背吃刀量 由前述可知粗車時雙邊加工余量為1.5mm，,半精車后外圓直徑為，故單邊余量為0.75mm，即。 （2）確定進給量 對于半精加工，根據表5-42，按照CA6140機床的進給量值，以及參考《金屬加工工藝及工裝設計》第95頁表4-53可知，當加工45鋼時，車刀刀桿尺寸B×H為20×30，背吃刀量a =0.75mm，因此選取。 （3）確定切削速度 根據表5-43的計算公式確定切削速度 式中，，因本例的加工條件與該公式應用條件不完全相同，故需根據表5-32對車削速度進行修正：根據刀具耐用度T=60min，得修正系數為；根據工件材料，得修正系數為；根據毛坯表面狀態(tài)得修正系數為，刀具材料為YT15，得修正系數；主偏角，經插值得修正系數。所以 查表5-44，根據CA6140機床上的主軸轉速選擇，則實際切削速度為 （4）檢驗機床功率 由表5-45，查得切削力和切削功率計算公式如下： 式中，，，由表5-32得：與刀具耐用度有關的修正系數，與工件材料有關的修正系數，與主偏角相關的修正系數；與前角有關的修正系數。因此總的修正系數為 所以，切削力為 切削功率為 根據表5-46知：CA6140機床主電機功率，因，故上述切削用量可用，最后所確定的切削用量為 ； 。 2. 基本時間 由表5-47得外圓的基本時間為 式中，——切削加工長度，單位為mm； ——刀具切人長度，單位為mm，； ——刀具切入長度，單位為mm，； ——單件小批量生產時的試切附加長度，單位為mm； ——進給次數。 已知，，，，，，。所以，基本時間為 （六） 工序50（精車Φ35外圓）切削用量及基本時間的確定 本工序為精車外圓，機床采用最常用的CA6140臥式車床，采用YT15硬質合金刀具，根據加工條件和工件材料由表5-35、表5-36、表5-37、表5-38得刀具參數為主偏角、前角、刃傾角、刀尖圓弧半徑車刀加工。由表5-39知，選用桿部直徑為20mm的圓形車刀。由表5-40知，車刀合理耐用度為。 1.確定精車Φ35外圓切削用量 （1）確定背吃刀量 由前述可知粗車時雙邊加工余量為0.5mm，精車后外圓直徑為，故單邊余量為0.25mm，即。 （2）確定進給量 對于精加工，根據表5-42，按照CA6140機床的進給量值，以及參考《金屬加工工藝及工裝設計》第95頁表4-53可知，當加工45鋼時，車刀刀桿尺寸B×H為20×30，背吃刀量a =0.75mm，因此選取。 （3）確定切削速度 根據表5-43的計算公式確定切削速度 式中，，因本例的加工條件與該公式應用條件不完全相同，故需根據表5-32對車削速度進行修正：根據刀具耐用度T=60min，得修正系數為；根據工件材料，得修正系數為；根據毛坯表面狀態(tài)得修正系數為，刀具材料為YT15，得修正系數；主偏角，經插值得修正系數。所以 查表5-44，根據CA6140機床上的主軸轉速選擇，則實際切削速度為 （4）檢驗機床功率 由表5-45，查得切削力和切削功率計算公式如下： 式中，，，由表5-32得：與刀具耐用度有關的修正系數，與工件材料有關的修正系數，與主偏角相關的修正系數；與前角有關的修正系數。因此總的修正系數為 所以，切削力為 切削功率為 根據表5-46知：CA6140機床主電機功率，因，故上述切削用量可用，最后所確定的切削用量為 ； 。 2. 基本時間 由表5-47得外圓的基本時間為 式中，——切削加工長度，單位為mm； ——刀具切人長度，單位為mm，； ——刀具切入長度，單位為mm，； ——單件小批量生產時的試切附加長度，單位為mm； ——進給次數。 已知，，，，，，。所以，基本時間為 （七） 工序60（車削螺紋）切削用量及基本時間的確定 本工序為車削外圓，機床采用最常用的CA6140臥式車床，采用YT15硬質合金刀具，根據加工條件和工件材料由表5-35、表5-36、表5-37、表5-38得刀具參數為主偏角、前角、刃傾角、刀尖圓弧半徑車刀加工。由表5-39知，選用桿部直徑為20mm的圓形刀。由表5-40知，車刀合理耐用度為。 1.確定外圓切削用量 （1）確定背吃刀量 由前述可知車削時雙邊加工余量為1.5mm，,車削螺紋后外圓直徑為，故單邊余量為0.75mm，即。 （2）確定進給量 對于粗加工，根據表5-42，按照CA6140機床的進給量值，以及參考《金屬加工工藝及工裝設計》第95頁表4-53可知，當加工45鋼時，車刀刀桿尺寸B×H為20×30，背吃刀量a =0.75mm，因此選取。 （3）確定切削速度 根據表5-43的計算公式確定切削速度 式中，，因本例的加工條件與該公式應用條件不完全相同，故需根據表5-32對車削速度進行修正：根據刀具耐用度T=60min，得修正系數為；根據工件材料，得修正系數為；根據毛坯表面狀態(tài)得修正系數為，刀具材料為高速鋼，得修正系數；主偏角，經插值得修正系數。所以 查表5-44，根據CA6140機床上的主軸轉速選擇，則實際切削速度為 （4）檢驗機床功率 由表5-45，查得切削力和切削功率計算公式如下： 式中，，，由表5-32得：與刀具耐用度有關的修正系數，與工件材料有關的修正系數，與主偏角相關的修正系數；與前角有關的修正系數。因此總的修正系數為 所以，切削力為 切削功率為 根據表5-46知：CA6140機床主電機功率，因，故上述切削用量可用，最后所確定的切削用量為 ； 。 2. 基本時間 由表5-47得外圓的基本時間為 式中，——切削加工長度，單位為mm； ——刀具切人長度，單位為mm，； ——刀具切入長度，單位為mm，； ——單件小批量生產時的試切附加長度，單位為mm； ——進給次數。 已知，，，，，，。所以，基本時間為 （八）工序70（粗銑鍵槽）切削用量及基本時間的確定 1.切削用量 本道工序是粗銑端面，已知加工材料為45鋼，機床選用X6132萬能銑床，選用刀具為高速鋼鑲齒套式面銑刀，其參數：直徑d=80mm,孔徑D=27mm，寬L=36mm，齒數z=10.根據表5-26確定銑刀角度，選擇前角。已知銑削寬度為8mm，銑削背吃刀量為ap=2.5mm。 （1）確定每齒進給量 根據表5-13知X6132萬能銑床的主電機功率為7.5kw,查表5-27知當工藝系統(tǒng)剛性中等、鑲齒端銑刀加工鑄鐵時，其每齒進給量。由于本工序被吃刀量和銑削寬度較小，故選擇最大的每齒進給量。 （2）選擇銑刀磨鈍標準和耐用時度 根據表5-28，用高速鋼鑲齒端銑刀粗加工鑄劍時，選擇銑刀后刀面磨損極限值為2.0mm，查表5-29知銑刀直徑d=80mm時，經插值的端銑刀的合力耐用度T=50min。刀具耐磨用度是指刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達到磨鈍的標準所經歷的總切削時間。 （3）確定切削速度和工作臺每分鐘進給量 查表5-30知，高速鋼銑刀銑削速度為，則所需銑床主軸轉速范圍是 根據X6132萬能銑床的標準主軸轉速，由表5-13選取n=75r/min,則實際銑削速度為 工作臺每分鐘進給量為 根據表5-13中工作臺標準縱向進給量，選取，則實際每齒進給量為 （4）校驗機床功率 由表5-31和表5-32知，銑削力和銑削功率計算公式如下： 式中。所以，銑削梨為 XA5023銑床主電機功率為7.5kW。故選用切削用量合適。最后的切削用量為 2.基本時間 根據表5-33知，的端銑刀對銑削的基本時間為 式中， —工件銑削部分長度，單位為mm； —切入行程長度，單位為mm，； —切出行程長度，單位mm； —工作臺每分鐘進給量，單位為mm/min。 已知。由表5-34查的切入切出行程長度。所以，基本時間為 （九）工序75（精銑鍵槽）切削用量及基本時間的確定 1.切削用量 本道工序為精銑鍵槽，已知加工材料為45鋼，機床選用X6132萬能銑床，選用刀具為高速鋼鑲齒套式面銑刀，其參數：直徑d=80mm,孔徑D=27mm，寬L=36mm，齒數z=10.根據表5-26確定銑刀角度，選擇前角。已知銑削寬度為8mm，銑削背吃刀量為ap=0.5mm。 （1）確定每齒進給量 根據表5-13知X6132萬能銑床的主電機功率為7.5kw,查表5-27知當工藝系統(tǒng)剛性中等、鑲齒端銑刀加工鑄鐵時，其每齒進給量。由于本工序被吃刀量和銑削寬度較小，故選擇最大的每齒進給量。 （2）選擇銑刀磨鈍標準和耐用時度 根據表5-28，用高速鋼鑲齒端銑刀粗加工鑄劍時，選擇銑刀后刀面磨損極限值為2.0mm，查表5-29知銑刀直徑d=80mm時，經插值的端銑刀的合力耐用度T=50min。刀具耐磨用度是指刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達到磨鈍的標準所經歷的總切削時間。 （3）確定切削速度和工作臺每分鐘進給量 查表5-30知，高速鋼銑刀銑削速度為，則所需銑床主軸轉速范圍是 根據X6132萬能銑床的標準主軸轉速，由表5-13選取n=75r/min,則實際銑削速度為 工作臺每分鐘進給量為 根據表5-13中工作臺標準縱向進給量，選取，則實際每齒進給量為 （4）校驗機床功率 由表5-31和表5-32知，銑削力和銑削功率計算公式如下： 式中。所以，銑削梨為 XA5023銑床主電機功率為7.5kW。故選用切削用量合適。最后的切削用量為 2.基本時間 根據表5-33知，的端銑刀對銑削的基本時間為 式中， —工件銑削部分長度，單位為mm； —切入行程長度，單位為mm，； —切出行程長度，單位mm； —工作臺每分鐘進給量，單位為mm/min。 已知。由表5-34查的切入切出行程長度。所以，基本時間為 4 加工外圓車夾具設計 4.1 車床夾具設計要求說明 車床夾具主要用于加工外圓及孔車夾具設計。因而車床夾具的主要特點是工件加工表面的中心線與機床主軸的回轉軸線同軸。 （1） 安裝在車床主軸上的夾具。這類夾具很多，有通用的三爪卡盤、四爪卡盤，花盤，頂尖等，還有自行設計的心軸；專用夾具通?？煞譃樾妮S式、夾頭式、卡盤式、角鐵式和花盤式。這類夾具的特點是加工時隨機床主軸一起旋轉，刀具做進給運動 定心式車床夾具 在定心式車床夾具上，工件常以孔或外圓定位，夾具采用定心夾緊機構。 角鐵式車床夾具 在車床上加工殼體、支座、杠桿、接頭等零件的回轉端面時，由于零件形狀較復雜，難以裝夾在通用卡盤上，因而須設計專用夾具。這種夾具的夾具體呈角鐵狀，故稱其為角鐵式車床夾具。 花盤式車床夾具 這類夾具的夾具體稱花盤，上面開有若干個T形槽，安裝定位元件、夾緊元件和分度元件等輔助元件，可加工形狀復雜工件的外圓和內孔。這類夾具不對稱，要注意平衡。 （2） 安裝在托板上的夾具。某些重型、畸形工件，常常將夾具安裝在托板上。刀具則安裝在車床主軸上做旋轉運動，夾具做進給運動。 由于后一類夾具應用很少，屬于機床改裝范疇。而生產中需自行設計的較多是安裝在車床主軸上的專用夾具，所以零件在車床上加工用專用夾具。 4.2車床夾具的設計要點 （1）定位裝置的設計特點和夾緊裝置的設計要求 當加工回轉表面時，要求工件加工面的軸線與機床主軸軸線重合，夾具上定位裝置的結構和布置必須保證這一點。 當加工的表面與工序基準之間有尺寸聯(lián)系或相互位置精度要求時，則應以夾具的回轉軸線為基準來確定定位元件的位置。 工件的夾緊應可靠。由于加工時工件和夾具一起隨主軸高速回轉，故在加工過程中工件除受切削力矩的作用外，整個夾具還要受到重力和離心力的作用，轉速越高離心力越大，這些力不僅降低夾緊力，同時會使主軸振動。因此，夾緊機構必須具有足夠的夾緊力，自鎖性能好，以防止工件在加工過程中移動或發(fā)生事故。對于角鐵式夾具，夾緊力的施力方式要注意防止引起夾具變形。 （2）夾具與機床主軸的連接 車床夾具與機床主軸的連接精度對夾具的加工精度有一定的影響。因此，要求夾具的回轉軸線與臥式車床主軸軸線應具有盡可能小的同軸度誤差。 心軸類車床夾具以莫氏錐柄與機床主軸錐孔配合連接，用螺桿拉緊。有的心軸則以中心孔與車床前、后頂尖安裝使用。 根據徑向尺寸的大小，其它專用夾具在機床主軸上的安裝連接一般有兩種方式： 1)對于徑向尺寸D＜140mm，或D＜(2～3)d的小型夾具，一般用錐柄安裝在車床主軸的錐孔中，并用螺桿拉緊，如圖1-a所示。這種連接方式定心精度較高。 2)對于徑向尺寸較大的夾具，一般用過渡盤與車床主軸軸頸連接。過渡盤與主軸配合處的形狀取決于主軸前端的結構。 圖1-b所示的過渡盤，其上有一個定位圓孔按H7/h6或H7/js6與主軸軸頸相配合，并用螺紋和主軸連接。為防止停車和倒車時因慣性作用使兩者松開，可用壓板將過渡盤壓在主軸上。專用夾具則以其定位止口按H7/h6或H7/js6裝配在過渡盤的凸緣上，用螺釘緊固。這種連接方式的定心精度受配合間隙的影響。為了提高定心精度，可按找正圓校正夾具與機床主軸的同軸度。 對于車床主軸前端為圓錐體并有凸緣的結構，如圖1-c所示，過渡盤在其長錐面上配合定心，用活套在主軸上的螺母鎖緊，由鍵傳遞扭矩。這種安裝方式的定心精度較高，但端面要求緊貼，制造上較困難。 圖1-d所示是以主軸前端短錐面與過渡盤連接的方式。過渡盤推入主軸后，其端面與主軸端面只允許有0.05～0.1mm的間隙，用螺釘均勻擰緊后，即可保證端面與錐面全部接觸，以使定心準確、剛度好。 圖1 車床夾具與機床主軸的連接 過渡盤常作為車床附件備用，設計夾具時應按過渡盤凸緣確定專用夾具體的止口尺寸。過渡盤的材料通常為鑄鐵。各種車床主軸前端的結構尺寸，可查閱有關手冊 4.3 定位機構 由零件圖分析孔F的加工要求，必須保證孔軸向和徑向的加工尺寸，得出，夾具必須限制工件的六個自由度，才可以達到加工要求。先設計夾具模型如下： 選擇定位元件為：支承板，支撐釘，定位銷，上下蓋板。支撐板限制了X,Y,Z方向的移動自由度，X,Y方向的轉動自由度，支撐釘限制了Z方向的轉動自由度。可見，定位方案選擇合理。 4.4夾緊機構 選擇工件的夾緊方案，夾緊方案的選擇原則是夾得穩(wěn)，夾得勞，夾得快。選擇夾緊機構時，要合理確定夾緊力的三要素：大小、方向、作用點。夾緊裝置的基本要求如下： 1.夾緊時不能破壞工件在夾具中占有的正確位置； 2.夾緊力要適當，既要保證工件在加工過程中不移動、不轉動、不震動，又不因夾緊力過大而使工件表面損傷、變形。 3夾緊機構的操作應安全、方便、迅速、省力。 4機構應盡量簡單，制造、維修要方便。 分析零件加工要素的性質，確定夾緊動力源類型為手動夾緊，夾緊裝置為壓板，壓緊力來源為螺旋力。夾具的具體結構與參數見夾具裝配圖和零件圖。 4.5零件的車床夾具的加工誤差分析 工件在車床夾具上加工時，加工誤差的大小受工件在夾具上的定位誤差、夾具誤差、夾具在主軸上的安裝誤差和加工方法誤差的影響。 如夾具圖所示，在夾具上加工時，尺寸的加工誤差的影響因素如下所述： （1）定位誤差 由于C面既是工序基準，又是定位基準，基準不重合誤差為零。工件在夾具上定位時，定位基準與限位基準是重合的，基準位移誤差為零。因此，尺寸的定位誤差等于零。 （2）夾具誤差 夾具誤差為限位基面與軸線間的距離誤差，以及限位基面相對安裝基面C的平行度誤差是0.01. （3）安裝誤差 因為夾具和主軸是莫氏錐度配合，夾具的安裝誤差幾乎可以忽略不計。 （4）加工方法誤差 如車床主軸上安裝夾具基準與主軸回轉軸線間的誤差、主軸的徑向跳動、車床溜板進給方向與主軸軸線的平行度或垂直度等。它的大小取決于機床的制造精度、夾具的懸伸長度和離心力的大小等因素。一般取 =/3=0.05/3=0.017mm 零件的車床夾具總加工誤差是： 精度儲備： 故此方案可行。 4.6 確定夾具體結構尺寸和總體結構 夾具體設計的基本要求 （1）應有適當的精度和尺寸穩(wěn)定性 夾具體上的重要表面，如安裝定位元件的表面、安裝對刀塊或導向元件的表面以及夾具體的安裝基面，應有適當的尺寸精度和形狀精度，它們之間應有適當的位置精度。 為使夾具體的尺寸保持穩(wěn)定，鑄造夾具體要進行時效處理，焊接和鍛造夾具體要進行退火處理。 （2）應有足夠的強度和剛度 為了保證在加工過程中不因夾緊力、切削力等外力的作用而產生不允許的變形和振動，夾具體應有足夠的壁厚，剛性不足處可適當增設加強筋。 （3）應有良好的結構工藝性和使用性 夾具體一般外形尺寸較大，結構比較復雜，而且各表面間的相互位置精度要求高，因此應特別注意其結構工藝性，應做到裝卸工件方便，夾具維修方便。在滿足剛度和強度的前提下，應盡量能減輕重量，縮小體積，力求簡單。 （4）應便于排除切屑 在機械加工過程中，切屑會不斷地積聚在夾具體周圍，如不及時排除，切削熱量的積聚會破壞夾具的定位精度，切屑的拋甩可能纏繞定位元件，也會破壞定位精度，甚至發(fā)生安全事故。因此，對于加工過程中切屑產生不多的情況，可適當加大定位元件工作表面與夾具體之間的距離以增大容屑空間：對于加工過程中切削產生較多的情況，一般應在夾具體上設置排屑槽。 （5）在機床上的安裝應穩(wěn)定可靠 夾具在機床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面與機床上的相應表面的接觸或配合實現的。當夾具在機床工作臺上安裝時，夾具的重心應盡量低，支承面積應足夠大，安裝基面應有較高的配合精度，保證安裝穩(wěn)定可靠。夾具底部一般應中空，大型夾具還應設置吊環(huán)或起重孔。 確定夾具體的結構尺寸，然后繪制夾具總圖。詳見繪制的夾具裝配圖。 4.7 零件的車床專用夾具簡單使用說明 （1）夾具的總體結構應力力求緊湊、輕便，懸臂尺寸要短，重心盡可能靠近主軸。 （2）當工件和夾具上個元件相對機床主軸的旋轉軸線不平衡時，將產生較大的離心力和振動，影響工件的加工質量、刀具的壽命、機床的精度和安全生產，特別是在轉速較高的情況下影響更大。因此，對于重量不對稱的夾具，要有平衡要求。平衡的方法有兩種：設置平衡塊或加工減重孔。在工廠實際生產中，常用適配的方法進行夾具的平衡工作。 （3）為了保證安全，夾具上各種元件一般不超過夾具的圓形輪廓之外。因此，還應該注意防止切削和冷卻液的飛濺問題，必要時應該加防護罩。 參考文獻 [1] 王先逵主編，《機械制造工藝學》，第二版，北京：機械工業(yè)出版社，2006 [2] 王棟主編，《機械制造工藝學課程設計指導書》，北京：機械工業(yè)出版社，2010 [3] 成大先主編，《機械設計手冊》，第五版，北京：化工工業(yè)出版社，2007 [4] 王蘭美主編，《畫法幾何及工程制圖》，北京：機械工業(yè)出版社，2002 [5] 王先逵，《機械制造工藝學手冊》，第二版，北京：機械工業(yè)出版社，2007