芯轴的加工工艺规程和夹具的设计计划书

1 芯轴的加工工艺规程和夹具的设计计划书 第一章 轴套零件数控车削加工工艺 第一节 零件图工艺分析 1、结构工艺性分析 从上图结构上看，该芯轴类零件由外圆柱面，平面等表面所组成，先进行加工过程选择。该芯轴零件由外圆柱面，内孔等所组成，芯轴零件较复杂，适合数控车削加工，数控铣床。另外，该零件的尺寸标注完整，轮廓描述清楚，零件为 45 号钢，无热处理和硬度要求，且尺寸标注都有利于定位基准和编程原点的统一，符合数控加工尺寸标注的要求。 通过上述分析，可采用以下几点工艺措施。 1）对图中给定的几个精度要 求较高的尺寸，因其公差数值较小，故加工和编程时只有外圆柱面的公差取 2）为了便宜装夹，进行稳固，右端也应该粗车并钻好中心孔进行稳固。 2、毛坯的确定 根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由和模锻两种，中小批量生产多采用自由锻，大批量生产时采用模锻 芯轴类零件应根据不同的工作条件要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火等）以获得一定强度、韧性和耐磨性。 45 钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较多的切削性能，而且能获 得较高的强度和韧性等综合机械性能，其表面硬度可达到 452 由于该零件精度较高，各个台阶相差不大，故该零件材料为 45 钢，毛坯结构简单，材料的加工性能较好。其芯轴毛坯外形尺寸为 #8535于切削加工性较好，该配合零件无热处理和硬度要求。 综合所述采取以下几点工艺措施： 1， 零件图样上带公差的尺寸因公差值较小，故编程时不必采用平均值，而全部取基本尺寸即可。 2， 在芯轴加工时，为保证零件部产生变形，需设计一辅助心轴 3， 为便于装夹，提高定位精度，可预先光一刀外圆，并钻好中心孔 除上表面外的其他表面均 已加工，并符合尺寸与表面粗糙度值要求，材料为 45钢圆棒材料，平面，钻孔、镗孔。 3、芯轴零件的装夹 此次装夹是用百分表、划线盘或眼睛目测机床上找正工件位置装夹方法，确定芯轴零件的左端面为定位基准，左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧 其中具体的装夹的步骤如下： 序号 加工步骤 设备 夹具 型号 名称 名称 编号 1 钻孔 台钻 钻夹具 切槽 控机床 车外圆 车间自备 3 车外圆 控机床 车外圆夹具 车间自备 4 车端面 控机床 内螺纹芯轴 车间自备 3 5 洗平面 床 洗平面夹具 、制定机械加工工艺方案 1,确定生产类型 零件数量为 4000 件，属于大批量生产。可以选精度和生产率都比较高的毛坯制造方法。用于毛坯制造的费用可由材料消耗和机械加工成本的降低来进行补偿，如 1，尺寸精度 从尺寸上看，芯轴零件 #403577处加工精度较高，芯轴零件内孔 #538处加工精度较高，其芯轴的加工工艺精度要求较高，都需要仔细对刀和认真调整机床。 2，位置精度 1） 该芯轴零件右向和定位要求，装配定向用的是以 #77 为定位基准，定向是左端面对于基准 A 的垂直度要求，其公差为 ，表面粗糙度 芯轴零件都有较高的表面粗糙度要求，外圆柱面的粗糙度值为 差等级在 间，其余为 4制定工艺路线 加工按粗到精 由远到近（由右到左）的原则确定。即先从右到左进行粗车（留 车余量），然后从右到左进行办精车，最后进行切槽 步骤： (1)#80X#135 下料、（ 2）车削各个表面 (3)半精车各个表面（ 4）切槽（ 5）用平底钻头进行打孔，（ 6）铰孔钻头扩孔（ 7）平底钻头铣 平面（ 8）去毛 刺 （ 9）检验 表 1类零件机械加工工艺路线卡 机械加工工艺路线卡 产品名称 零 件 名称 零件图号 材料 毛坯规格 芯 轴 零件 45 号钢 85序号 工序名称 工序简要内容 设备 工艺设备 工时 5 下料 按 直 径85锯床 10 车 车削各个表面 爪卡盘、游标卡尺、千分尺、外圆机夹粗车刀、外圆机夹精车刀、切断刀 15 洗 洗平面 数 控 钻床 平底钻、 4 20 钻孔 钻孔 数 控 钻床 平底钻、铰刀、扩孔钻 25 钳 去毛刺 钳工 台 30 检验 只要 控车床的编程指令正确， 控系统就会自动确定进给路线，因此，该零件由右向左沿零件表面轮廓到的进给路线， 从容的进行加工零件 . 5、设计数控加工工序 1） 选择机床是，应注意以下几个基本原则： 1、机床的加工范围与工件尺寸相适应 2、机床的精度与工序 要求的精度相适应 3、机床的生产效率应与工件的类型相适应。如果工件尺寸太大，精度要求过高、没有适当的设备可供选择时，应考虑机床改装或设计专用机床。这时需要根据具体工序提出机床改 装（或设计）任务书，任务书中提出与工序有关的必要数据、资料。例如：工序尺寸、工序公差及技术要求、工件的定位、加压方式。以及机床的总体布局、机床的生产率等 此选择加工设备，选择广州生产的广州数控车床，系统为 置后置式刀架 ,还有数控钻床，系统为 样的配置后置刀架 2） 选择工艺设备 该零件选择工艺装备时应该注意以下几点原则： 1、对夹具的选择：单件小批量生产，一般选择通用夹具。这是为了提高劳动生产率。应积极推广使用组合夹具；大批量生产应依据工序要求设计用高效夹具， 这时尚需提出设计的任务书 2、对刀具的选择：一般情况下应尽量选用标准刀具，在组合机床上加工时，按工序集中 原则组织生产，可采用专用的复合刀具。 3、对量具的选择：量具主要是根据生产类型和所要求 检验的精度来选择的。单件小批量生产中应采用通用夹具，大批量生产中应采用极限量规、高生产率 的检验夹具和检验仪器等采用三爪自动定心卡盘自定心夹紧。 刀具的选择如下： 钻孔的刀具较多，有普通麻花钻，可钻位浅孔钻及扁钻等。应该根据，加工尺寸及加工要求合理选用。在数控车床上孔，大多采用普通麻花钻，麻花钻由高速钢和硬质合金。这里选 用： 中心钻 #5中心钻。钻头 #8麻花钻。 外圆机夹粗车刀 片的刀尖角为 55 度）：车端面，粗车、半精车各个外圆。 外圆机夹精车刀 片的刀尖角为 35 度）：精车各个外圆 切断刀（宽 于切槽 表 1类零件的车削加工刀具调整卡 产品名称或代号 零件名称 芯轴零件 零件图号 序号 刀具号 刀具规格名称 刀具参数 刀补地址 刀 尖 半径 刀杆规格 半径 形状 5 1 圆机夹粗车刀（刀片的刀尖角 55 度） 501 2 圆机夹精车刀（刀片的刀尖角 35 度） 52 02 3 断 刀 （ 503 4 中心钻 04 5 花钻 4 05 3） 量具的选择应考虑与被测工件的外形，位置，被测尺寸的大小，尺寸公差相适应，其选择如下 游标卡尺量程 200度值为 径千分尺测量 范围（ 50分度值为 径百分尺测量范围（ 05分度值为 弧样板（ 50, 6，确定工步顺序安排及其走到路线 在确定加工工步中必须要全面的考虑切削加工、处理和辅助工序三者的方方面面才行。 1) 工顺序的安排原则：基面先行、先主后次、先粗后精、先面后孔（注意：有些表面的最后精加工安排在部装或总装过程中进行，以保证较高的精度配合） 2) 热处理工序的安排 热处理工序在工艺路线中的位置安排，主要取决于零材料及 热 处理的目的。它是改善材料的切削加工性能、消除残余应力和最 热处理做好组织准备 3）辅助工序的安排：检验、清洗、去毛刺、去磁、倒 由于该零件外圆加工简单，工件部位不是很多，而且零件时大批量生产，要求的精度不是很高，故在确定走刀路线是必须考虑最近走刀路线可沿零件轮廓顺序进行加工。仅可能采用少量的刀具进行加工完成切削加工。 根据芯轴零件外圆表面加工方案，：选取车端面 半精车各外圆切槽等可达到加工要求，芯轴内孔是重要表面的加工，故采用钻孔，粗铣 车各个外圆的走刀路线如图 6 7、芯轴加工零件的加工工艺 在生产实际中，大部分零件的加工是以混合工艺的形式进行编制的 1）数控加工前的零件预加工、 预加工的目的是为数控车削加工工序提供可靠的装夹工艺基准。其工艺内容如下： 1、锻造毛呸、锻造的毛呸尺寸为： #8535、正火 2）数控车削加工 数控车削加工分粗车和半精车进行，其工艺内容见下述数控工艺文件。 1、粗车加工 ：使用确定的外圆精车车刀，车削加工零件左端零件各个外圆型面与所在端面。工件各部位均精 车余量 0.4 1 7 表 1控加工检验芯轴工序卡片 工序号 工序内容 加工面 刀具号 刀具规格 主轴转速/(r/进给速度/(mm/背吃刀量/注 1 粗车零件左端面外形轨迹 e=175 120 粗车 2 半精车零件左端面外形轨迹 e=100 80 车 3 切槽 00 80 槽 表 1控加工轴工序卡 数控轴加工工序卡片 产品名称 零件名称 芯轴 芯轴 工序号 编号 材料 数量 夹具名称 使用设备 车间 10 02001 45 号钢 3000 件 三爪卡盘 控加工车间 工步号 工步内容 切削用量 刀具 量具 V(m/N(r/F(mm/r) Ap(mm/编号 名称 编号 名称 1 车端面 125 8000 圆机夹粗车刀 1 游标卡尺 2 粗车各 个外圆 125 800 圆机夹粗车刀 1 游标卡尺 3 精车各个128 800 圆机夹游标 8 外圆 粗车刀 卡尺 4 切槽 60 600 断刀 1 游标卡尺 2） 半精车加工： 使用外圆精车车刀、切槽刀，精车加工零件左端轮廓的外圆型面与所在的端面、切槽达到零件的需求。检验轴零件精车加工工艺同此，检验轴零件数控加工工艺卡机器切削用量选择见表1 18、切削用量的选择和确定 数控车床加工中的切削用量包括：背吃刀量，主轴转速（切 削速度），进给速度或进给量，切削用量的大小对切削力，切削功率，刀具磨损，加工质量和加工成本均有显著影响，对不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入程序中，大批量生产需要考虑经济性和加工成本，提高生产效率为主 1） 背吃刀量粗车的时候，确定被吃刀量为 2） 主轴转速：粗车外圆时，确定主轴转速为 800r精车外圆时，确定主轴转速为 1200r槽时，确定主轴转速为 600r3） 进给量：粗车外圆是，确定进给量为 r,半精车外圆时确定进给量为 定进给量为 r 切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能 (功率、扭矩 )，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。 9 第二章 孔工序设计钻床夹具 零件分析 : 以 8孔为初基准的加工表面：公差等级为 面粗糙度为 用钻铰精铰的加工方法，倒角用车刀加工 确 定毛坯制造方法，初步确定毛坯形状 零件材料是 件年产量是中批量 ,而且零件加工的轮廓尺寸不大 ,在考虑提高 生产率保证加工精度后可采用铸造成型的金 型铸造。零件形状并不复杂，因此毛坯形状可 以与零件的形状尽量接近，内孔不铸出。毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。 基面的选择是工艺规程 计中重要的工作之一。定位选择得正确与合理，可以使加工质 量得到保证，生产率得宜提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零 件大批报废，使生产无法正 行。 10 钻孔和洗削、车外轮廓的程序编写 1）钻孔 台式钻床简称台钻，如图 1所示。台钻是一种小型机床，安放在钳工台上使用。其钻孔直径一般在 12下。由于加工的孔径较小，台钻主轴转速较高，最高时每分钟可近万转，故可加工 1轴转速一般用改变三角胶带在带轮上的位置来调节。台钻的主轴进给运动由手动完成。台钻小巧灵便，主要用于加工小型工件上的各种孔。在钳工中台钻使用得最多。 在此我利用 平口钳装夹 如图 (b)所示。 （ 1）刀具选择：查机械制造工艺设计简明手册选用 18 高速钢锥柄标准花钻。 （ 2）切削用量选择：查切削用量手册得： f=r,再由机械制造工艺设计简明手册 车床 给量取 f=r 。查切削用量简明手册取 V =s=n =1000V/( p D)=1000 18=350r/按机床选取 n =322r/m,故 V = p 000= 18 322/1000=18m/(3)计算基本工时： T= （ L+2） /(f n) =(91+11+0)/(322)= 其中 L=91， （ D/2 ） =11, ( ) 粗铰 （ 1）刀具选择： 速钢锥柄铰刀。后刀面磨钝标准为 用度 T=60（ 2）确定切削用量： 背吃刀量 查切削用量简明手册得： f=r，取 f=r 。 计算切削速度 V=C d (601 其中 V o V p 11 C = = =0.5,m= =(190/,则： V V=V V V 1 V= /60 3600 ( ( =s=n=1000 V/( d)=1000 134r/按机床选取 n =132r/V = p 000=32000=(3)计算基本工时： T= （ L+L +L ） /(f n) 1 2 =(91+14+2)/(132)= 其中 L=91， L =14,L =2 1 2 一 )钻孔 选用 摇臂钻床。 （ 1）刀具选择： 由工艺手册选用 4 高速钢锥柄标准花钻。 （ 2）确定切削用量： 查 切削用量手册 f=r, 由钻床取 f=r. 由切削用量手册取 s=197r/m 由 床取 n =1700r/ 故 V =21m/ C (3)基本工时： T=(L+L +L )/其中 L =10， L =0， L=1 2 1 2 T=了提高劳动生产，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹 具。 定位 误差分析： 1 定位元件尺寸及公差的确定：夹具的主要定位元件为一平面一短销，该定 位短销的尺寸与公差规定和本零件在工作时的尺寸与公差配合，即 2 由于存在两平面配合，由于零件的表面粗糙度 因此需要与配合 平面有一粗糙度的要求 3 钻削力的计算： 419D 12 刀具选用高速钢材料 查机床夹具设计手册表 1 200 k p 190 190 D S S 1 2 419D 419 419D 419 9 4 夹紧力计算： 查机床夹具设计手册由表 1可以知道 用点接触螺旋副的当量摩擦半径 0 查表 1 10 d p r z 2 29 选用梯形螺纹有利于自锁 j, 8 50 2 25L 25 40 w 1120N 0 , 11 g g 2 tg a 由于工件 垂直安装在夹具之间，所以夹紧力 w w 所以夹具设计符合要 2）洗平面 编制数控加工程序卡 编制原点选择在工件左端面的中心处， 洗平面 时，可以采用 43 编程。 零件图号 件名称 芯轴 编制日期 序号 控系统 制 罗成 程序内容 程序说明 54 x0 置编程原点 刀具定位于 13 1500 主轴正转，转速 1500 r 43 2 建立刀具长度补偿 10 07 刀具到 (开启冷却液 100 刀具 100 025 具 100 具沿 闭冷却液 0 具回 0点上方 3） 车外轮廓 编制数控加工程序卡 编制原点选择在工件左端面的中心处， 车外圆 时，可以采用 00编程。 零件图号 件名称 芯、轴 编制日期 序号 控系统 制 罗成 程序内容 程序说明 60 800 换刀 转速 800 r 0 2 40 100 35 100 60 换切槽刀 转速 400 r 0 40 回到原点（ 60、 60） 60 程序结束 14 第三章 芯轴的程序调试 需要的设备有的 计算机、宇航数控仿真软件 数控车削仿真系统名称 宇航数控仿真软件 1；进入宇航（ i）数控仿真软件并开机 （ 1） 在“开始 程序 数 控 加 工 仿 真 系 统 ” 菜 单 里 依 次 单 击图标 图标；或者在桌面双击快捷方 式；弹出登录窗口，单击 按钮即可进入数控系统。 （ 2） 单击菜单栏中 菜单，弹出 设置窗口；依次选择 或，单击确定，就进入了 2：机床回零 单击 启动机床单击回零按钮 单击 单击 X 轴亮然后单击 单击 ； 3：手动移动机床，使机床各轴的位置距离机床零点一定的距离 单击 分别单击 、 按钮，选择移动的坐标轴。 单击 按钮，控制机床的移动方向。 4：输入程序 （ 1） 当程序段较少时，可以直接在数控 系统中编辑数控加工程序。步骤如下：单击 按钮，进入编辑模式，单击 按钮，进入程序管理窗口，在缓冲区输入程序号（例如： 单击 按钮键，新建程序，每编辑一段数控加工程序，单击 换行。 （ 2） 当程序段较长时，建议用 事本等编辑数控加工程序，并保存。 5、调用程序 （ 1） 直接调用 (方法很多此处只介绍一种） ;单击 在缓冲区输入 15 程序号单击 按钮 按钮即可导入程序。 （ 2）从系统外部导入程序（方法很多此处只介绍一种）；单击 按钮单击 按钮单击 按钮单击 按钮找到放置程序的文件夹找到程 序单击确定在缓冲区输入该程序号单击 按钮单击按钮即可导入程序。 6、安装工件 单击 按钮定义毛胚尺寸单击确定按钮单击 按钮选择毛胚单击确定按钮；单击 、 、 按钮，调整工件位置。 7、装刀并对刀 装刀：单击 按钮选择刀具类型定义刀具参数选择刀位号单击确定按钮。 对刀：稍后详细介绍 8、让刀具退到距离工件较远处 单击 按钮，将机床设置为手动。 分别单击 、 按钮，单击 按钮，使刀具沿 X+方向 Z+方向移动到安全距离。 9、自动加工 单击 按钮或 ，将机床设置为自动加工模式或单步加工 模式。 单击“循环启动”按钮 ，程序开始执行。 10、测量工件 单击“测量”菜单，执行“剖面图测量”命令，弹出测量窗口，依次测量零件各部分。 11、退出宇航（ i）数控仿真系统。 单击数控仿真软件窗口“关闭”按钮，退出宇航仿真软件。 四 详细说明使用该系统对刀的操作步骤 对刀详细步骤如下： 1、 对 1号刀。 （ 1） 击 按钮，将机床设置为手动模式。 单击 按钮使主轴转动单击 按钮按下 按钮 使机床快 16 速移动到靠近工件的位置；单击 按钮 使机床向 刀具快靠近工件时取消 按钮； 试切工件端面（试切背吃刀量不应过大），然后使刀具沿 X+方向退刀；单击按钮单击 按钮单击 按钮在缓冲区输入 光标移动到番号 栏中单击 按钮，即完成 （ 2） X 方向对刀（接 Z 方向对刀）：单击 按钮单击 按钮使机床向 ： 具移动到工件一定位置时，试切工件直径（刀具背吃刀量尽量小），然后使刀具沿 Z+方向退刀；单击 按钮，停止主轴旋转，单击“测量”菜单， 执行 “剖面图测量”命令，弹出测量窗口，测量零件试切直径部分尺寸；单击 按钮单击 按钮单击 按钮 在缓冲区输入试切直径值（例如 将光标移动到番号栏中单击 按钮，即完成 X 方向的对刀。 2、对 2号刀。 （ 1）换刀；单击 按钮单击 按钮新建一个程序输入 次单击 按钮，单击 按钮运行程序 2号刀更换完毕。 （ 2） 2号刀对刀与 1号刀原理相同（主要差别在于对 是去靠工件端面） ,依次对 Z 方向、 意输入 值时应将光标移动到番号 栏中。 我认为难一点的在对刀时刀具的误差，个人无法对其准确地把握 ,比如在对 二号刀时端面的进给 让刀具慢慢接近工件端面，尽量减小对刀误差或者还有就是要加上刀具的刀补，从而有效地提高整个零件加工的精度和准 17 确定时间额定 1）时间定额是在指在一定的生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。时间定额不仅是衡量劳动生产 率的指标也是安排生产计划，计算生产成本的重要依据，还是新建或扩建工厂（或车间）时计算设备和工人数量的依据。其组成部分： 1、基本时间 2。、