连杆螺钉工艺和铣螺纹端工艺凸台夹具设计【5张CAD图纸、工艺卡片和说明书】

一.零件的分析
1.零件的作用…………………………………………………1
2.零件的工艺分析……………………………………………1
二.工艺规程设计………………………………………………1
1.确定毛坯的制造形式………………………………………1
2.基准的选择…………………………………………………1
3.工艺路线的制定……………………………………………2
4.机械加工余量的确定………………………………………3
5.加工余量的确定……………………………………………4
6.确定切削用量及基本工时 ………………………………20
三.夹具设计……………………………………………………21
四.设计体会……………………………………………………23
五.参考资料……………………………………………………24
六.致谢…………………………………………………………24

一 零件的分析

零件的工艺分析:
连接螺钉共有3组加工表面，它们之间有一定的位置要求，具体分述如下：
1.以Φ45和Φ34为中心的加工表面。这一组加工表面包括：
所有外圆及倒角、退刀槽、两端面。
2.以Φ45为中心的加工表面。主要包括：Φ45上的削边。
3. M30×2-6g加工表面。主要包括： 2-Φ6孔。
这3组加工表面之间有着一定的位置要求，具体如下：
Φ45外圆侧面与Φ34有垂直度要求跳动0.015mm，M30×2-6g螺纹与Φ34跳动公差为0.04mm；
Φ34圆度与圆柱度公差为008mm
由以上分析可知，对于这3组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后再加工其他两组表面，并保证它们之间的位置精度要求。

二.工艺规程设计
(一).确定毛坯的制造形式
根据零件的工作情况，零件的材料为40Cr， 要承受较大的循环载荷、冲击载荷等，所以毛坯形式采用锻件，其晶粒细小，较均匀、致密，可以保证零件的工作可靠，由于零件为中批生产，为了提高生产率，保证加工质量，故采用模锻成型。
(二).基准的选择
粗基准的选择。由于该零件为普通的轴类零件，故选外圆为粗基准。
精基准的选择，选轴前端的圆锥孔和后端孔倒角作为精基准。
(三).工艺路线的制订
制定工艺路线的出发点，应使零件的几何形状精度、 尺寸精度、位置精度等技术要求得到保证。 在生产纲领成批生产的条件下， 可以考虑采用通用机床和专用夹具尽量使工序集中而提高生产率，除此还应考虑，经济效果使成本最低。
1.工艺路线方案一：
工序一：    下料 
工序二：    锻造
工序三：    热处理 （正火）
工序四：    车端面，钻中心孔
工序五：    半精车Φ45、Φ30、Φ34外圆及其倒角
工序六：    铣前端42的平台达到图纸要求
工序七：    钻2-Φ6孔
工序八：    精车Φ34外圆
工序九：    粗磨外圆Φ34
工序十：    车螺纹M30
工序十一：  精磨外圆Φ34至图纸要求
工序十二：  钳工
工序十三：检验
2.工艺方案路线二
工序一： 下料 
工序二： 锻造
工序三：热处理 （正火）
工序四：车平面，车两端中心孔
工序五：粗车两端外圆
工序六：热处理（调质）
工序七：车两端工艺凸台及半其外圆
工序八：半精车各外圆
工序九：车螺纹M30
工序十：精磨φ34外圆
工序十一：铣Φ45端尺寸42的平台达到图纸要求
工序十二：钻2-Φ6孔
工序十三：铣去两端工艺凸台
工序十四：钳工，去除锐边毛剌
工序十五：检验

经分析比较，方案一比方案二多增加了一道工序热处理，并且增加了工艺零件两端的凸台，方案二更容易保证零件图的尺寸要求，故采用方案二。
(四).机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定
该零件的材料为40Cr，硬度为HB220--250， 生产类型为中批生产，
采用在锻锤上合模模锻生成毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺，用查表法分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。
为简化模锻毛坯的外形，取直径为Φ30的各段的毛坯尺寸与Φ34相同。
1.毛坯直径的确定，查《机械制造工艺手册》以下简称《工艺手册》表1-27
名义直径（mm）         表面加工方法                直径余量（mm）
Φ45                 
 粗车                       2.6
半精车                     0.5
精车                       0.3
Φ34                
 粗车                       2.2
半精车                     0.45
精车                      0.3
粗磨                      0.1
精磨                      0.06
毛坯直径的确定：
工件直径Φ45，公差为0.015，机械加工总余量为：
2×(2.6+0.5+0.3) ＝2×3.4
∴毛坯尺寸为Φ51.8mm。
工件直径Φ34，公差0.013，机械加工总余量：
2×(2.2+0.45+0.3+0.1+0.06) ＝2×3.11
∴毛坯尺寸为Φ40.22mm
∴取毛坯直径为Φ52mm，Φ41mm。
2.毛坯长度L的确定：查《工艺手册》表(1-52)可知
Φ45的长度方向的加工余量为2.0mm
∴L1=17mm

Φ34及以后的外圆长度方向的加工余量为3.25mm
∴L2＝178.25
∴总长L＝17+178.25=195.25mm，根据工艺需要两端增加7mm的加工艺凸台，因此毛坯总长度为210m
模锻斜度为7°。查（《工艺手册》表1-51）
3.毛坯过渡圆角的确定查（《工艺手册》表1-51）
取L1段过渡到L2段的毛坯圆角半径R＝5mm
∴毛坯的内圆角半径取R＝5mm，外圆角半径取2mm。
（五）.确定切削用量及基本工时
车端面，钻中心孔，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：40Cr钢正火，σb＝0.735GPa，模锻。
加工要求：车两端面，打中心孔，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16×25mm  Kr＝90°, r0＝10°,
α。＝12°, λs＝0°,rε＝1.0mm.
（2）.计算切削用量
a.粗车Φ45端面，用计算法
切削深度：加工总余量＝2.0mm，留余量0.5mm，单边余量0.75mm，一次走刀，ap＝0.75mm
进给量：根据表4选f＝0.6-0.9mm/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t＝60min
V＝（1-m×Tm×apxv×fyv）×Kv
式中Cv=242，xv＝0.15，yv＝0.35，m＝0.20
Kv＝KMv ×Ktv×Kkrv×Ksv×KTv×KKv
其中Ktv＝1.0（表21-6），Kkrv＝0.81（表21-7），KSV＝0.8（表21-5），
KTv＝1.0（表11），KKv＝1.24（表21-9），KMv＝0.637/σb
＝0.637/0.735＝0.87（表21-1）
∴v=（242/601-0.2×36000.2×0.750.15×0.520.35）×0.87×1.0×0.81
×0.8×1.0×1.24＝1.623m/s
确定机床主轴转速：
ns＝1000v/πdw ＝1000×1.623/(3.14×45)＝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nw＝370r/min，所以实际切削速度
V＝nW×dw×π/1000 ＝370×96×3.14/1000＝111.53r/min（1.86r/s）
切削工时《工艺手册》表7-1：
T左＝L＋l1＋l2/n×f     式中L＝96/2＝48，l1＝4，l2＝0
∴T左＝48+4+0/0.52×370＝0.27min（16.2s）
T右＝L＋l1＋l2/n×f，   式中L＝96-72/2＝12，l1＝4，l2＝0
∴T右＝12+4+0/0.52×370＝0.083min（5s）
b.车Φ30端面：
切削深度： 加工总余量＝3.25mm，留余量0.5mm，单边余量2.75mm，一次走刀，ap＝2.75mm
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Φ45端面时的主轴转速和进给量。即n＝370r/min，f＝0.52mm/r。所以实际切削速度:
V＝πdwns/1000＝3.14×72×370/1000＝83.65m/min（1.394m/s）
切削工时《工艺手册》表7-1：
T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝72/2＝36，l1＝4，l2＝0
T＝36＋4＋0/0.52×370＝0.21min（12.6s）
2.车外圆
粗车Φ45外圆。要求校验机床功率及进给强度
切削深度：单边余量Z＝2.76mm，一次走刀。ap＝2.76mm，
进给量：查表4，f＝0.6-0.9mm/r。按机床说明书取f=0.6mm/r。
计算切削速度：按表21
V＝（1-m×Tm×apxv×fyv）×Kv，式中Cv=242，xv＝0.15，yv＝0.35，m＝0.20，Kv＝KMv ×Ktv×Kkrv×Ksv×KTv×KKv
其中Ktv＝1.0（表21-6），Kkrv＝0.81（表21-7），KSV＝0.8（表21-5），
KTv＝1.0（表11），KKv＝1.0（表21-9），KMv＝0.637/σb
＝0.637/0.735＝0.87（表21-1）
V＝（242/601-0.2×36000.2×2.760.15×0.60.35）×0.87×1.0×0.81
×0.8×1.0×1.0＝1.03m/s（61.8m/min）
确定主轴转速：
ns＝1000v/πdw ＝1000×61.8/3.14×30＝205.02r/min
按机床选取n＝230r/min，所以实际切削速度
V＝nW×dw×π/1000 ＝3.14×45×230/1000＝32.5m/min （1.94m/s）
校验机床功率：
由表22中查得：Pm＝FzV×10-3KW,式中Fz可由表13查出，当
σb＝0.569-0.951GPa，ap＜2.0mm，f≤0.6mm/r，
V＜1.66m/s时，Fz＝2350N，切削力Fz的修正系数为KKrFz＝0.89，
Kr0Fz＝1.0（表22-3）
故Fzc＝2350×0.89=2091.5N
∴Pmc＝ FzV×10-3＝2091.5×1.16×10-3＝2.43kw,按机床说明书，当n＝230r/min时，机床主轴允许功率PE＝5.9kw，因Pmc＜PE
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σb＝0.669-0.794GPa，ap＜2.8mm，
f＜0.75mm/r，V＜1.66m/s，Kr＝90°时，走刀力Fxc＝760N。
切削时Fx的修正系数为Kr0Fx＝1.0，KλsFx＝1.0，KKrFx＝1.17（表22-3）
故实际走刀力为Fxc＝760×1.0×1.0×1.17＝889.2N，则所选
f＝0.6mm/r的进给量可用。
切削工时《工艺手册》表7-1：
T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝35.5，l1＝4，l2＝3
∴T＝35.5+4+3/230×0.6＝0.31min（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f＝0.6mm/r。
粗车Φ34外圆
切削深度：单边余量2.59mm，一次走刀，ap＝2.59mm
进给量f=0.6mm/r
主轴转速n=230r/min，所以实际切削速度
V＝nW×dw×π/1000=3.14×72×230/1000=52m/min（0.87m/s）
切削工时：
T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝400.5，l1＝4，l2＝0
∴T＝400.5+4/230×0.6=2.93min
粗车Φ30外圆
切削深度：单边余量2mm，一次走刀，ap＝2mm
进给量f=0.6mm/r
主轴转速n=230r/min，所以实际切削速度
V＝nW×dw×π/1000=3.14×66.82×230/1000
=48.26m/min（0.804m/s）
切削工时：
T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝45，l1＝4，l2＝0
∴T＝45+4/230×0.6=0.36min
半精车Φ34外圆
切削深度ap＝0.45mm
进给量：因表面粗糙度Ra=0.8，rε=1.0mm。为了保证质量，查表6，f=0.2～0.3mm，按机床说明书取f=0.25mm/r。
计算切削速度：根据表21
Vc=（Cv/601-mTmapXvfyv）×Kv，   式中Cv=291，Xv=0.15，yv=0.2，m=0.2。
Kv＝KMv ×Ktv×Kkrv×Ksv×KTv×KKv 。其中KMv=0.637/0.735=0.87，
Ktv=1.0，Kkrv=1.0，Ksv=0.8，KTv=1.0，KKv=1.0
∴Vc=（291/601-0.2×36000.2×0.450.15×0.250.35）×0.87×1.0
×1.0×0.8×1.0×1.0＝2.21m/s（132.6m/min）
确定主轴转速：
ns＝1000v/πdw ＝1000×132.6/3.14×66.82＝632r/min
按机床选取n＝610r/min，所以实际切削速度
V＝nW×dw×π/1000
＝3.14×66.82×610/1000
＝127.99m/min （2.13m/s）
切削工时：
T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝60，l1＝4，l2＝0
∴T＝64+4+0/610×0.25＝0.446min（26.76s）
半精车Φ45
切削深度ap＝0.45mm
进给量与主轴转速：与Φ88.88相同，即f=0.55mm/r，n=370r/min
所以实际切削速度
V＝nW×dw×π/1000
＝3.14×46.5×370/1000
＝54m/min （0.9m/s）
切削工时：
T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝35，l1＝4，l2＝0
∴T＝35+4+0/370×0.55＝0.192min（11.5s）
半精车Φ30
切削深度ap＝0.45mm
进给量与主轴转速：与Φ45相同，即f=0.55mm/r，n=370r/min,
所以实际切削速度:
V＝nW×dw×π/1000
＝3.14×43.5×370/1000
＝50.54m/min （0.84m/s）
切削工时：
T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝45，l1＝4，l2＝0
∴T＝100+4+0/370×0.55＝0.51min（30.6s）
钻Φ6（如未特别注明，本工序相关数据的出示《切削手册》的孔加工削用量选择）
钻孔Φ6mm。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=20mm，钻头几何形状（表1及表2）：双锥修磨横刃、棱带，β=30°，2φ=118°，2φ1=70°，α0=10°，ψ=50°。
切削用量：
进给量：根据表5，当钢的σb＜0.784GPa，d=20m 时，
f=0.35～0.43mm/r，按机床取f=0.43mm/r.
切削速度：根据表11，σb=0.735GPa的40Cr钢加工性属7类。由表10，当加工性为第7类，f≤0.49mm/r，双横刃磨的钻头，d0=20mm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/πdw ＝1000×18/3.14×20＝286.6r/min
按机床说明书去取nW=400r/min，所以实际切削速度为：
V＝nW×dw×π/1000
＝3.14×6×400/1000
＝7.536m/min （0.45m/s）
校验机床功率及扭矩：
根据表17，当f＜0.51mm/r，d0＜21mm时，Mt=76.81N·m。扭矩的修正系数KMM=1.11，KWM=1.0，故Mc=76.81×1.1=85.26N·m。根据钻床说明书，当n=400r/min时，Mm=115.8N·m。据表19，当
σb=0.667～0.804GPa，d0=20mm，f＜0.38mm/r，V＜0.29m/s时，Pm=1.7Kw。根据钻床说明书，PE=4.5×0.81=3.645Kw。由于Mc＜Mm，Pm＜PE，故选择的切削用量可用。
粗精铣Φ45mm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=0.08～0.15mm/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=12～40mm，ae1=4mm，
af＜0.18mm/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=vt·Kv=0.35×0.69×0.8×0.9=0.17m/s
n=nt·Kn=1.13×0.69×0.8×0.9=0.56r/s
vf=vft·Kvf=1.40×0.69×0.8×2.7=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=πdnc=/1000=3.14×100×0.625/1000=0.196m/s
vfc=vfc/ncz=2.5/0.625×18=0.22mm/z
切削工时：
T＝L/vf，式中L＝l+y+Δ，l＝45，根据表19，y+Δ=23mm
∴T＝45+23/0.5＝0.746min（91s）
切槽3×2
1.选用刀具：W18Cr4V，几何形状：h1=20，h=25，H1=18，B=3r0=7°，α0=5°。车刀耐用度T=3600s（表10）
2.切削用量：
切削深度：ap=1.5mm
进给量：查《工艺手册》表3-16，f=0.1～0.14mm/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=ndπ/1000 ＝3.14×45×460/1000＝65m/min （1.1m/s）
切削工时：《工艺手册》表7-1
T＝L/n×f，式中L＝d-d1/2+l1，l1＝4，L=45-42/2+4=5.5
∴T＝5.5/460×0.12＝0.10min（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。
车螺纹:
切削速度：当公称直径D=30mm，螺距P=2，查《工艺手册》表3-57及《切削手册》表21，粗车螺纹的速度v=0.6m/s，并规定粗车螺纹时ap＝0.17，走刀次数i=4；精车螺纹的速度v=1.066m/s，精车时ap＝0.08，走刀次数i=2。
确定主轴转速：
粗车螺纹时：
n1=1000v/πd=1000×0.6/3.14×30=4.25r/s（255r/min）
按机床取n=230r/min，实际切削速度：
v=πd·n/1000=3.14×30×230/1000=32.50m/min
精车螺纹时：
n2=1000v/πd=1000×1.066/3.14×30=7.54r/s（452.4r/min）
按机床取n=460r/min，实际切削速度：
v=πd·n/1000=3.14×30×460/1000=65m/min（1.08m/s）
切削工时：取切入长度l1=3mm，
粗车螺纹的工时：
t1=（l+l1/n·f）·i=（40+3/230×1.5）×4=0.41min（24.6s）
精车螺纹的工时：
t2=（l+l1/n·f）·i=（32+3/450×1.5）×2=0.10min（6s）
粗精磨外圆Φ34（本工序未特别注明，数据均出自《工艺手册》）:
1.粗磨外圆Φ34：
选择砂轮：见表3-91～97，表4-10，其结果为GB50ZR1A6P600×63×305。
切削用量：表4-11
n砂=1110r/min，v砂=3.14×600×1110/1000=2091.24m/min（34.854m/s）
轴向进给量fa=0.7B=0.7×63=44.1mm（双行程）（P175）
工件速度vw=0.45m/s（表3-101）
径向进给量fr=0.025mm/双行程
切削工时：
t=2l·Zb·k/n·fB·f双 ，    式中l=64，Zb=0.1，k=1.1
∴t=2×64×0.1×1.1/1110×44.1×0.025=0.012min（0.72s）
精磨Φ34:
选择砂轮：参照有关资料及《工艺手册》表3-91～97。其结果为GB70R2A3P20×32×6
切削用量：
n砂=11000r/min，v砂=3.14×20×11000/1000=690.8m/min（11.5m/s）
轴向进给量fa=（0.25～0.7）B=（0.25～0.7）×32=8～22.4mm，取fa=20mm
工件速度vw=50m/min（表3-107）
径向进给量fr=0.006mm/双行程