车床尾座套筒的材料与加工工艺设计

1、第二章加工工艺规程设计2.1车床尾座套筒零件的作用车床尾座是车床上常用的部件，在轴类工件的加工、端面钻孔、铰孔等工序中经常应用，其工作状 况好坏对工件加工质量有着较大的影响。车床尾座的主要作用是为轴类零件定心，同时具有辅助支撑和 夹紧的功能。尾座顶尖的定位精度直接影响机床加工工件的径向尺寸精度，以及圆度、圆柱度、同轴度 等形位精度，而车床尾座套筒直接用来装载顶尖，对顶尖，对加工的零件会产生重要的影响。2.2车床尾座套筒的零件图分析朋爱話吋(1啦WWW.*临I询ms4atjjl14-iS.4卷侥昭斡蹄臥t石航图2-1车床尾座套筒零件车床尾座的具体技术要求如下： $ 55 O0.oi3 mm外圆的

2、圆柱度公差为0.005mm。(2) 莫氏4号锥孔轴心线与$ 550o.oi3 mm外圆轴心线的同轴度公差为$0.01mm。(3) 莫氏4号锥孔轴心线对$ 5500.013 mm外圆轴心线的径向跳动公差为0.01mm。(4) 键槽8 0.85mm对$ 55 00013 mm外圆轴心线的平行度公差为0.025mm,对称度公差为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。2.3 车床尾座套筒的毛坯设计2.3.1 毛坯材料的选择在制订机械加工工艺规程时，正确选择合适的毛坯，对零件的加工质量、材料消耗和加工时都有很 大的

3、影响。显然毛坯的尺寸和形状越接近成品零件，机械加工的劳动量就越少，但是毛坯的制造成本就 越高， 所以应根据生产纲领， 综合考虑毛坯制造和机械加工的费用来确定毛坯，以求得最好的经济效益。机械加工中常用的毛坯有铸件、锻件、冲压件和型材等，选用时主要考虑一下因素。（ 1）零件的材料与力学性能； （2）零件的结构形状与外形尺寸； （3）生产类型；（4）毛坯车间的生产条件； （5）利用新工艺、 新技术、新材料的可能性。本设计根据零件图的技术要求采用 45 钢作为毛坯材料。2.3.2 毛坯的成型方式、尺寸套筒类零件的毛坯制造形式主要有铸造与锻造（压）等方法。本设计中，毛坯制造形式为模锻。下 面是两种方案的

4、比较与选用过程：（ 1）铸造：铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状、尺寸和性能 铸件的成形方法。铸造方法常用于制造承受静载荷及压应力的结构件，如箱体、床身、支架等。此外， 有一些特殊性能要求的构件，如球磨机的轧辊等也常用铸造方法制造。优点：1）较强的适应性；a、铸件材料不受限制。工业生产中常用的金属材料，如各种合金钢、铸铁、有色金属等，都可用铸造方法成形。b、铸件形状不受限制。铸造可生产出形状复杂的铸件，特别是能够制造具有复杂内腔的铸件。C、铸件的尺寸、质量和生产批量不受限制。2）良好的经济性；3 ）实现了少切削和无切削；铸件的形状和尺寸与零件非常相近，铸型精密

5、，型腔表面极为光洁，铸件的精度可达CT5CT7级，表面粗糙度可达 Ra253.2 um,实现少切削和无切削加工。缺点：铸件力学性能较差：由于铸造生产工艺的特点是液态成形，铸造的工序多，铸件在浇注、凝固和固态冷却过程中，受许多因素影响，故铸件缺陷往往较多，如晶粒粗大、成分偏析、缩孔、气孔、夹渣等，废品率较高，质量不够稳定。所以，铸件的力学性能较差，其应用范围也受到一定限制。（2）锻造：锻造是对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零 件、工件或毛坯的成形加工方法。大多数金属材料在冷态或热态下都具有一定的塑性，因此他们可以在 室温或高温下进行各种锻压加工。常见的锻压

6、方法有自由锻造、模锻、轧制、挤压等。优点： 1）锻压加工后，可使金属获得较细密的晶粒；可以压合铸造组织内部的气孔、缩松等缺陷； 能使高合金工具钢中的合金碳化物被击碎和均匀分布；并能合理控制金属纤维方向，以使纤维方向与应 力方向相适应，提高零件的性能。 2）锻压加工后，坯料的形状和尺寸发生改变而其体积基本不变，与切 削加工相比可节约金属材料和加工工时。 3）除自由锻外，其它锻压方法如模锻、冲压、冷镦等都具有较 高的劳动生产率。 4）能制造各种形状、不同质量和批量的零件，适用范围广。一般常用的金属型材、板材、管材和线材等原材料，大都是通过轧制、挤压、拉拔等方法制成的。 机器制造工业中常用压力加工的

7、方法来制造毛坯和零件。凡承受重载荷的机器零件，如机器的主轴、重 要齿轮、连杆、炮管和枪管等，通常需采用锻件作毛坯，再经切削加工而制成。锻件在制造方法上又分自由锻和模锻两种。 自由锻使用的设备比较简单， 但毛坯精度较低、 余量较 大、生产率低，只是用于单件小批生产。模锻一般在模锻压力机上进行，设备比较昂贵，并需要专用锻 模，但毛坯精度高、加工余量小、生产率高。由于本设计是加工车床尾座套筒，是大批量加工，所以选 择摸锻。模锻件的公差及机械加工余量按 GB/T12362-2003 确定 .要确定毛坯的尺寸公差首先要确定以下几个 因素 :（1）锻件公差等级 由该零件的功用和技术要求 ,确定其锻件公差等

8、级为普通级。（2） 锻件质量 mf 估计其质量为 6 kg 。（3）该零件的形状复杂系数为 S1 级。（4）锻件毛坯的直径方向单边余量为 2.5mm，水平方向的单边余量为 2mm。（5）锻件的模锻斜度为 5 ；外圆角半径为 2.5mm。2.4 工件基准的选择液压缸零件内、外表面轴线的同轴度以及端面与孔轴线的垂直度要求较高，若能在一次装夹中完成 内，外表面及端面的加工，则可获得很高的位置精度，但这种方法的工序比较集中，对于尺寸较大的， 尤其是长径比大的液压缸，不便一次完成。于是，将液压缸内、外表面加工分在几次装夹中进行。一般 可以先加工孔然后以孔为精基准最后加工外圆。由于这种方法所用夹具（心轴）

9、的结构简单、定心精度 高，可获得较高的位置精度，因为此应用甚广，这是采用孔定位的方式。另一种方法是先加工外圆，然 后以外圆为精基准最后加工孔。采用这种方法时，工件装夹迅速、可靠，但夹具较上述定位的复杂，加 工精度略比上法差。本设计采用先加工孔然后以孔为精基准最后加工外圆的方法定位。（ 1）选择外圆表面作为粗基准。 以它作粗基准定位加工孔， 为后续工序加工出精基准。 这样使外 圆加工时的余量均匀，避免后续工序加工精度受到“误差复映”的影响。(2) 选择孔作为精基准。这样还能在一次装夹中把大多数外圆表面加工出来，有利于保证加工面间的相互位置精度。(3)在加工 R2 x 160mm 槽，80.085

10、0.035mm x 200mm键槽时以半精车后外圆为定位基准。2.5工艺路线拟订工艺路线是指拟订零件加工所经过的有关部门和工序的先后顺序。工艺路线的拟订是制订工艺规程的重要内容，其主要任务是选择各个加工表面的加工方法，确定各个表面的加工顺序以及整个工艺过程的工序数目和工序内容。它与零件的加工要求，生产批量及生产条件等多种因素有关。本节主要叙述工艺路线拟订的一些共性问题，具体拟订时，应结合实际情况分析比较，确定较为合理的工艺路线。车床尾座套筒的生产类型是大批量生产；毛坯材料是45钢；毛坯种类是模锻件。 车床尾座套筒工艺路线见下表2.1所示。表2.1车床尾座套筒的工艺路线表工序号工序名称工序内容工

11、艺装备1备料 60mm x 285mm2锻造3热处理正火4粗车粗车外圆及端面CA61405钻孔钻孔 20mmZ5356热处理调质2832HRC7粗车车外圆及端面，扩孔，车右端头32mm x 60内锥面CA6140中心架8半精车车外圆及倒角CA61409精车车外圆和切槽10精车车莫氏4号内锥孔CA614011精车精车内孔 30 0035CA6140中心架12划线0.085划 R2 x 160mm 槽线，8 . 035 mm x 200mm 键槽线， 6mm 孔线13铣铳R2深2mm，长160mm圆弧槽X62W专用工装或组合夹具14铣厶0.085.铳键槽 8 0.035 mm 长 200mmX62

12、W专用工装或组合夹具、专用检具15钻钻0 6mm孑LZ535组合夹具16钳修毛刺17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4550HRC18研磨研磨两端60内锥面19粗磨粗莫氏4号锥孔M2110A中心架20粗磨粗磨0 550.013 mm外圆M1432A表2.1车床尾座套筒的工艺路线表(续)工序号工序名称工序内容工艺装备21粗磨磨莫氏4号锥孔至图样尺寸，涂色检查，接触面积应大于75%。修研60锥面M2110A莫氏4号锥度塞规22精磨精磨外圆至图样尺寸0550.013mmM1432A24检验按图样检查各部尺寸及精度25入库涂油入库(1)在安排加工工序时，应将粗、精加工分

13、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，使工件内孔得到较好的处理。(3) 精磨0 5500.0!3mm外圆时，以两端 60锥面定位，分两次装夹，这样有利于消除磨削应力引起工件变形。也可采用专用锥度或心轴定位装夹工件，精磨05500.013 mm外圆。(4) 工序18以后，再采用中心架托夹工件外圆时，由于键槽8 0085 mm的影响，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，不发生振动。(5) 0 5

14、50o.013mm外圆的轴心线是工件的测量基准，所以磨削莫氏4号锥孔时，定位基准必须采 用0 550o.o13mm外圆。加工时还应找正其上母线与侧母线之后进行。（6）加工8 0.085 mm键槽时，应在夹具上设置对称度测量基准，在加工对刀时，可边对刀边测量,以保证键槽8需；mm对$ 55 0.013 mm外圆轴心线的对称度。（7）$ 55oi3mm外圆的圆柱度检验，可将工件外圆放置在示准V形块上（V形块放在标准平板上），用百分表测量出外圆点的圆度值，然后再算出圆柱度值。也可采用偏摆仪方法，先测出工件的圆度值，然后再计算出圆柱度值。(8) 80.0850.035mm键槽对称度的检验，采用键槽时对

15、称度量规进行检查。（9）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%。2.6加工余量和工序尺寸的确定加工余量是指在加工过程中从被加工表面上切除的金属层厚度。加工余量可分为总加工余量和工序加工余量（工序余量）两种。总加工余量为同一表面上毛坯尺寸与零件图设计尺寸之差（即从加工表面上切除的金属层总厚度）工序余量是指某一表面相邻两工序尺寸之差（即在一道工序中所切除的金属层厚度）。加工余量又可分为单边余量和双边余量两种。显然某表面总加工余量等于该表面各工序余量之和。表2.2零件的加工余量与工序尺寸表加工表面加工余量工序尺寸粗车半精车粗磨精磨粗车半精车粗磨精磨5500.0132.520.

16、30.257 557.5 0.30055.5 0.07455.200.0305500.013282622628302621.50.5262829.5 .50.02530034234槽 R2X 1602键槽8X 2004.56662.7切削用量的确定切削用量包括背吃刀量 ap，进给量f和切削速度v。正确选择切削用量，对保证加工质量，提高生产率，合理利用设备，降低加工成本和刀具的消耗等 都有很大的作用。因此，在选择切削用量时，应根据加工表面的质量、生产率、切削时引起的工艺系统 的变形与振动、刀具的耐用度及机床的功率等因素来进行选择。单件小批生产中，为简化工艺文件一般不具体规定切削用量，由操作工人根

17、据具体情况确定。在大 量生产中， 为充分利用高生产率设备的潜力以及高精度机床的使用， 必须科学地、 严格地确定切削用量， 其选用原则如下：（ 1）粗加工切削用量的选择原则 粗加工毛坯余量大，加工的精度和表面粗糙度要求不高。因此，粗加工切削用量的选择应在保证必 要的刀具耐用度的前提下，以尽可能提高生产率和降低成本为目的。通常生产率以单位时间内的金属切除率表示Zfap 1000 （2-1）式中 Z 单位时间内金属的切除率（ mm3 /s）。 由上式可以看出，提高切削速度、增大进给量和切削深度都能提高切削加工生产率。但在这三因素中对刀具耐用度 T的影响以 最大，ap最小，所以在粗加工中选择切削用量时

18、， 应首先选用尽可能大的 背吃刀量ap，其次是选用较大的进给量 f ,最后才根据合理的刀具耐用度， 用计算法或用查表法确定一 个合理的切削速度 。1） 背吃刀量的选择粗加工时的背吃刀量由工件的加工余量和工艺系统的刚度决定。在保留必要 的半精加工、精加工余量的前提下，尽可能将粗加工余量一次切除掉，只有在总余量太大，一次切不完 时，才考虑分几次走刀。2） 进给量的选择粗加工时限制进给量提高的主要因素是切削力。 在工艺系统的刚性和强度良好 的情况下，可用较大的 f 值，反之适当减小 f 值。具体可查表选用。3） 切削速度的选择 切削速度主要受刀具耐用度的限制，在ap及f选定后，可按下式计算求得x C

19、T /Tf yazp（2-2）切削用量 ap、 f 和 三者决定了切削功率，故在选用 时还必须考虑到机床的许用功率。（2）精加工切削用量的选择原则 在精加工时，加工精度和表面粗糙度的要求都较高，加工余量小而均匀。因此，在选择精加工的切 削用量时，着重是考虑保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。1）背吃刀量的选择 ap由粗加工后留下的余量决定，一般ap不能太大，否则会影响加工质量。2）进给量的选择 限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。在车脆性材料时，理论粗糙度轮廓最大高度 Rmax f 2 /8r （当 f 2r sin kr 时）或 Rmax f / cot kr cot kr （当刀尖

20、圆弧半径 r 为零时）。因此， 进给量 f 是根据加工表面粗糙度的要求、 刀尖圆弧半径 r 、工件材料、 主偏角 kr 及副偏角 kr等来选取的。具体可查机械加工工艺手册中的有关表格。2.8 时间定额的确定时间定额是在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间。它是说明生产率的指标。时间定额是安排生产作业计划、成本核算的主要依据。在新建或扩建工厂时，也是计算设备数 量、布置车间、计算人员数量的重要资料。因此，时间定额是工艺规程的重要组成部分。完成一个零件的一道工序的时间定额称为单件时间定额，一般由下列部分组成：（1）基本时间 t j ，指直接改变工件尺寸、形状、相互位置和表面质

21、量等所消耗的时间。基本时间在切削用量确定以后，可以计算出来。（2）辅助时间 t f ，是为了完成切削的各种辅助动作的时间。对大批量生产，可将辅助动作分解，然后按各分解的动作分别进行查表确定。（ 3）布置工作地时间（4）休息和生理需要时间（5）准备结束时间。在本工艺设计中，时间定额的计算主要是根据计算得出，具体的时间定额见附录机械加工工艺过程卡片。2.9 本章小结本章内容是车床尾座套筒加工的工艺规程设计。首先选择毛坯的制造形式，然后分析定位基准对加 工精度的影响，进而制定工艺路线，其次，分析了机械加工余量、切削用量及时间定额的选用，在此基 础上，编写了机械加工工艺过程卡片与工序卡片。4.1 总结套筒类零件是指在回转体零件中的空心薄壁件，是机械加工中常见的一种零件，在各类机器中应用很广，主要起支承或导向作用。本次设计以CA6140 车床尾座套筒为设计对象，进行结构分析，毛坯材料选择，成形方法选择 、 加工方案及加工工艺设计。在设计过程中，涉及到 机械设计、工程材料与成形、机械工程原理等机械类专业基础或专业课程，但这些课程都是在不同的时间段里分别独立完成教学的，所以很多知识都有不同程度的遗忘， 设计过程中