机械原理课程设计-离心机主轴加工工艺规程设计.doc

湖 南 科 技 大 学课程设计题目 离心机主轴加工工艺规程设计 工艺卡等，联系153893706学 生 姓 名： 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业及班级： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 09 年 6月 5 日目录一. 零件分析11、零件的功用12、零件的技术条件13、离心机主轴的工艺性作用24、离心机主轴的技术要求35、确定零件的生产类型4二确定毛坯、绘制毛坯零件5 1、确定毛坯种类52、 确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量6三、拟定离心机主轴工艺路线71、定位基准的选择72、零件表面加工方法的选定93、加工阶段的划分104、工序的集中与分散105、工序顺序的安排106、拟定工艺路线13四、选择机床和工艺装备13五、确定工序的基本余量15六、确定切削用量和时间定额17七、参考书目20八、课程设计体会21一、零件分析1、零件的功用 离心机主轴用来支持离心器机，安装各种零件，使离心机转动，利用离心机转子高速旋转产生的强大的离心力，加快液体中颗粒的沉降速度，把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。 离心机主轴是一种高速回转轴，要满足高速旋转的工作要求，故它与其他非回转件，支承件间的摩擦应尽可能小，这就需要提高离心机主轴与支座相接触表面的尺寸公差等级和表面粗糙度，以减少阻力，进而减小摩擦，提高运行平稳性，减少振动，噪声，提高轴的使用寿命。2、零件的技术条件离心机主轴毛坯材料为45号钢。该材料属于优质碳素钢，经热处理（淬火加高温回火）后具有良好的综合力学性能，即具有较高的的强度和较高的塑性、韧性，一般用来制作机床主轴，机床齿轮和其他受力不大的轴类零件。主要技术要求如下：1 孔的精度：孔的尺寸精度和位置精度直接影响该轴的配合质量，因而对轴的回转精度、传动平稳性、噪声和轴承寿命有重大关系。轴的尺寸精度、表面粗糙度、位置精度都要求较高。其中150h7, 150k6，148h7的精度等级要求最高，其尺寸精度为it6和it7，其余轴孔的尺寸精度为it7或it12。表面粗糙度的要求分别为0.8um ，1.6um，3.2um，12.5um，6.3um。2 轴孔的位置精度：同一轴心线上各轴孔的同轴度误差会导致轴承装配时歪斜，影响轴的回转精度和轴承的使用寿命。零件图中规定：a、 轴肩处两轴颈同轴度公差为0.02mm，表面粗糙度0.8umb、 孔85h7的同轴度公差为0.015mm。c、 锥轴142的直线度公差为0.008mm，同轴度公差为0.012mm。3，离心机主轴的工艺性作用 分析零件图可知,离心机主轴两端面和轴面均要求切削加工,并在轴向方向上产生台阶表面, 并且粗糙程度都不同 ,这样有利于主轴高速旋转时的各表面的应力条件, 55mm孔、85mm孔、105mm孔的端面均为平面，因此只要防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度就可以了；另外，该离心机主轴除了主要工作表面（主轴两端面及外圆、内孔850+0.035mm和锥面）外，其余表面加工精度均低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度要求相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。所以，该零件的工艺性较好。4、离心机主轴的技术要求根据零件图，将离心机主轴的全部技术要求列于表1中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）主轴左端面1500-0。040it70.80.02a-b主轴右端螺纹m130*26it63.2右端锥面1420+0。1it70.8锥度1:20主轴左端内表面850+0。035it71.6主轴右端内表面850+0。035it71.6主轴右端内表面1056.3150轴面1500-0。04it70.80.02a-b148轴面1480-0。04it71.685内孔850+0.035it71.655内孔5512.5键槽1156.3167轴167自由公差6.3150轴1500-0.040it60.8表1：5、确定零件的生产类型 设计题目给定的零件时离心机主轴，要求产量为批量200件，下表为生产类型的规范生产类型生产纲领/（台/年或件/年）工作地每月担负的工序数小型机械或轻型零件中型机械或中型零件重型机械或重型零件工序数/月单件生产100105不做规定小批生产1005001015051002040中批生产50050001505001003001020大批生产50005000050050003001000110大量生产500000500010001由以上表格可知本次生产为小批生产。二、确定毛坯、绘制毛坯零件合图1、 确定毛坯种类由于该离心机主轴在工作过程中承受冲击载荷、扭转力矩，为增强离心机主轴的抗扭强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用热扎圆钢经拔长得到。该离心机主轴的轮廓尺寸较大，且生产类型属于小批生产，为提高生产效率和圆钢的精度，宜采用自由锻件方法制造毛坯。2、确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量（1）、公差等级由工艺手册查得该锻件的尺寸公差等级ct为812级，加工余量等级为普通级。（2）零件表面的粗糙度由零件图可知，该轴各加工表面的粗糙度均大于等于0.8m。（3）、毛坯加工余量的确定根据锻造手册，左右端面的加工余量确定为8mm，总长度尺寸为990+2*8=1006mm，车外圆的单边加工余量为6mm，轴直径为150+2*6=162mm，167+2*6=179mm。为保证质量，减少加工余量，采用立式精锻机锻造，用热轧棒料经拔长得到，根据锻造手册，锥面部分无法通过拔长得到，轴上多处退刀槽，砂轮越程槽，锥面，键面及轴孔无法锻出，故以上各处均采用工艺敷料。另外，为简化锻造工艺，对直径相近的台阶适当合并。根据零件图和以上条件绘制零件毛坯图。三、拟定离心机主轴工艺路线1、定位基准的选择（1）、粗基准的选择为符合基准重合原则和能够最大限度地在一次安装中加工出多个外圆的端面，所以采用顶尖孔作为轴加工的定位基准，或采用外圆表面和顶尖孔共同作为定位基准。加工过程中，顶尖孔应始终保持准确和清洁。每次热处理后，以及转入下一加工阶段前，应对顶尖孔进行研磨或修整，一去除顶尖孔表面的氧化皮和其他损伤。用外圆表面定位时，因基准面的加工和工作装夹都比较方便，一般用卡盘装夹。但是，卡盘的定位精度较低，且工件调头车削时，两端外圆表面会产生同轴度误差，影响位置精度（2）、精基准的选择根据该离心机主轴的技术要求和装配要求，选择主轴左端面和左右两端850+0.035为精基准,零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工，即遵循“基准统一”原则。左右两端孔850+0.035mm的轴线是设计基准，选用其作精基准定位加工离心机主轴两端面及内孔55mm，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的同轴度要求，选用主轴的左端面作为精基准同样是遵循“基准统一”的原则，因为该离心机主轴在轴向方向上的尺寸多以该端面作设计基准；另外，由于离心机主轴刚性要求高，受较大的扭转力矩作用，为了避免在机械加工中产生刚性脆断，根据夹紧力应垂直于主要定位基面，并应作用在刚度大的部位的原则，夹紧力作用点不能在螺纹表面上。选用离心机主轴左端面作精基准，夹紧可作用在离心机主轴的右端面上，夹紧稳定可靠。2零件表面加工方法的选择 本零件的加工面由外圆，内孔，端面，外螺纹，平键等，材料为45钢，参考工艺手册，并根据离心轴零件图上各加工表面的尺寸精度和表面的粗糙度确定其加工方法选择如下：左端面：公差等级为it7，表面粗糙度为6.3um，加工方法为粗车半精车右端面：公差等级为it6，表面粗糙度为3.2um加工方法为粗车半精车150h7外圆表面：公差等级为it7，表面粗糙度为0.8um，采用粗车半精车磨削150k6外圆表面：公差等级为it6，表面粗糙度为0.8um，采用粗车半精车磨削167外圆表面：公差等级it9，表面粗糙度6.3um采用粗车半精车150h12外圆表面：公差等级为it12，表面粗糙度为6.3um，采用粗车即可148h7外圆表面:公差等级为it7，表面粗糙度为1.6um，采用粗车半精车磨削1420+0。1锥面：公差等级为it9，表面粗糙度为0.8um，采用粗车半精车磨削左右两端85h7孔：公差等级为it7，内表面粗糙度为1.6um，采用粗镗半精镗精镗右端105孔：公差等级it7，内表面粗糙度为1.6um，采用粗镗半精镗精镗55孔：公差等级it10，表面粗糙度为12.5um，采用深钻即可右端外螺纹：加工方法为粗车半精车车螺纹左端螺孔（8-m12）：加工方法为钻孔攻丝对轴上深孔加工应注意一下两个问题应安排在调质以后加工，以免因调质处理变形较大而导致深孔产生弯曲变形难以纠正，引起轴高速转动的不平衡；应安排在外圆粗车或半精车之后进行，这样可以有一个较精确的轴颈作为定位基面，从而保证孔与外圆同心，并使轴的壁厚均匀。3、加工阶段的划分该离心机主轴的加工质量要求较高，可将加工阶段分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。（1）粗加工阶段，这一阶段的主要目的是采用大切削用量切除大部分加工余量，把毛坯加工至接近工件的最终形状和尺寸，只留下适当的加工余量。此外，还可及早发现锻件裂缝等缺陷，以便及时修补或作报废处理。主要包括：先粗铣主轴左右端面，钻中心孔，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求。（2）半精加工阶段,这一阶段的主要目的是为精加工做好准备，尤其是做好基面准备。对一些要求不高的表面(如左右端面和167外圆面)，应在这一阶段完成全部加工，达到图样规定的技术要求。（3）精加工阶段,进行离心机主轴的主轴左端内表面、主轴右端内表面、850+0.035mm内孔的精铣，右端锥面、150mm轴面、150轴的精磨。4、工序的集中与分散工序适当集中，以减少设备使用更换次数，并尽量采用通用设备，关键工序必要时采用专用设备。较多采用夹具，在确保质量的前提下，尽量是生产具备较大的柔性。5、工序顺序的安排1、机械加工工序（1）遵循“先加工基准面，再加工其他表面”原则，首先加工基准将端面先加工,再钻中心孔，以中心孔定位车表面的外圆。（2）遵循“先加工平面后加工孔”原则，先加工左右端面，再以端面定位来加工各个镗孔。（3）遵循“先加工主要表面，后加工次要表面”，先加工主要表面车外圆各个表面及镗各个孔，后加工次要表面铣键槽和加工各个小槽。由于次要表面和主要表面之间往往有相互位置精度要求，因此一般应在主要表面达到一定精度后，再以主要表面定位加工次要表面。（4）遵循“先安排粗加工工序，后安排精加工工序”原则，先安排粗加工工序，粗车外圆，粗镗孔。后安排精加工工序， 磨削外圆，精镗孔。2、热处理工序锻造后，在切削加工前宜采用正火，能提高改善轴的硬度，消除毛坯的内应力，改善其切削性能。在粗加工后进行调质，调质处理使轴达到220-240hbs，调质处理能使主轴获得更高的综合力学性能。在精加工之后，进行表面淬火加低温回火，提高其耐磨性和工作中承受冲击载荷的能力。3、辅助工序在粗加工和热处理后，安排校直工序；在半精加工之后，安排去毛刺处理和中间检验工序，零件表层或内部的毛刺会影响装配操作和装配质量，甚至会影响整机性能，应予以充分重视；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。综上所述，该轴的工序的安排顺序为：基准加工主要表面粗加工及镗孔的粗加工主要表面半精加工和槽的加工热处理主要表面的精加工。6、拟定工艺路线工艺路线：下料正火锻造粗车端面，打顶尖孔粗车各外圆热处理（调质220-240hbs）钻深孔切槽，镗孔车定位面切槽，半精车外圆，端面中间检验铣键槽车螺纹磨削外圆（含锥面）倒角，去毛刺最后检验离心机主轴加工工艺过程序号工序名称工艺过程加工设备10下料20锻造尺寸162x1006mm，两处凸肩179x50mm30热处理正火40粗车端面，打顶尖孔先粗车左端面，打顶尖孔，调头，车右端面，打顶尖孔，保证轴长度尺寸992.4mm卧式机床c616a50粗车外圆以顶尖孔定位，粗车各外圆卧式机床c616a60热处理调质（220-240hbs）70钻孔以左右外圆定位，用深孔麻花钻55通孔深孔钻床80镗孔以外圆定位，加工好退刀槽，粗镗半精镗精镗85h7和105镗床t61290车定位面以心轴和顶尖定位，为精车定位100半精车端面半精车左端面，保证尺寸991.2mm，调头，半精车右端面保证尺寸990mm卧式机床c616a110半精车各外圆卧式机床c616a120中间检验检验各尺寸是否达到预定要求，以便修正130铣键槽铣床140车螺纹150磨削各外圆面重新检查各定位是否准确，用磨床磨削各外圆，并磨出1：20的锥度磨床mbs1320160最后检验将钻深孔放在粗车和半精车之间，主要是为了在钻孔时有一个较精确地轴颈作为定位基准面，从而保证孔与外圆同心，并使轴的壁厚均匀，钻孔后镗孔，表面粗糙度搞的外圆用磨削加工，精度易保证。四 选择机床和工艺装备 1选择机床：该零件为小批生产，应采用专用机床 打中心孔机床z8220b用来加工顶尖孔来进行定位 端面加工和车外圆均可采用卧式车床c616a，可以进行粗车和精车。 各外圆的磨削采用外圆磨床mbs1320 轴孔属深孔，必须采用深孔钻头加工，如采用深孔麻花钻头加工完成。 85h7孔轴孔的加工，粗镗，精镗采用卧式镗床t618加工.2选择夹具 粗车，半精车可采用自定心卡盘，尾座顶尖及其他专用家具 轴孔加工出后，车，磨工序均采用心轴和顶尖装夹3选择刀具 车端面和外圆时，用硬质合金刀具yt15，这种刀具适用于碳钢与合金钢加工中。 镗孔采用双刃镗刀，适用于半精加工和精加工 钻深孔采用专用的深孔麻花钻头 磨削外圆采用平形砂轮具体刀具尺寸如下：粗车采用前角12度，后角6度，主偏角45度，刃倾角+5度的焊接式车刀，精车采用前角11度，后角7度，主偏角90度，刃倾角8度的焊接式车刀，以上两种车刀，长度l=90-240mm，h=10-50mm，b=10-50mm。深孔麻花钻头的锋角120度，后角13度，横刀斜角45度，螺旋角25度。双刃镗刀d=50-260mm粗磨用p400x60x127am6v35，粒度40-60，硬度l-m，使用陶瓷结合剂，精磨用p400x60x127wak5v35，粒度60-80，硬度m-p，使用陶瓷结合剂。4选择量具 粗加工，半精加工选用通用量具 左端工序尺寸150h7，查参考文献知计量具不确定允许值u=0.012mm 精加工工序尺寸精度要求高，通用量具使用不便，故应选用专用量具。如外圆测量宜采用卡规，测量时要注意从相互垂直的两个方向测量。锥面测量用专业锥度量规检验。 各车端面尺寸测量可用分度值为0.02mm的游标尺。五 确定工序的基本余量 150h7，加工过程为粗车半精车磨削。查参考文献取外圆磨削余量0.4mm，半精车外圆加工余量1.2mm，再根据已确定的毛坯余量6mm，可算出粗车余量为4.4mm，小于粗车一次能切削的最大余量4.49mm，故只需走刀一次。工序名称工序单边余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度/工序基本尺寸/mm磨削0.4h70.8150半精车1.2h96.3150.8粗车4.4h11=50153.2锻造2162167，加工过程为粗车半精车，查参考文献取半精车余量1.2mm，再根据毛坯余量，算出粗车余量为4.8mm大于粗车一次能且学的最大余量4.49mm，故分两次走刀完成。工序名称工序单边余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度/工序基本尺寸/mm半精车1.2h96.3167粗车4.8h11=50169.4锻造2179其他外圆面加工余量选取方法相同，轴的尺寸大于250mm的取半精车余量1.6mm。通孔55，由其加工经济精度选用通孔加工方法，用钻孔即可达到要求 85孔，其加工过程为：粗镗半精镗精镗。第一次粗镗至80mm，第二次粗镗至83mm，加工余量3mm，半精镗至84.3mm，加工余量1.3mm, 精镗至850+0.035mm， 加工余量0.7mm。 工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度/工序基本尺寸/mm精镗0.7h70.885半精镗1.3h96.384.3粗镗3h11=5083 105孔，其加工过程为：粗镗半精镗精镗。第一次粗镗至100mm，第二次粗镗至103mm，加工余量3mm，半精镗至104.3mm，加工余量1.3mm, 精镗至105mm， 加工余量0.7mm。工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度/工序基本尺寸/mm精镗0.7h70.8105半精镗1.3h96.3104.3粗镗3h11=50103六 确定切削用量和时间定额加工外圆柱面150，选用机床c616a，切削材料为45钢，用yt15，查参考文献，由经验公式t=60，cv=235，xv=0.15，yv=0.45，m=0.2，查机械加工工艺设计手册p433 得知：f=0.81.2mm/r取f=0.81mm/r ap=2.5mm ，vc=100.4m/min，机床转速n=1000vc/ d=1000x100.4/3.14x150r/min=213.16 r/min，取n=215 r/min，实际切削速度vc=nd/1000=101.3 m/min根据切削用量与刀具耐用度的关系可知，影响最小的是ap，其次是f，最大是v，这是因为切削温度的影响最大，温度升高，刀具磨损加快，寿命明显下降。所以在刀具耐用度一定的情况下，为提高生产率，选择切削用量的基本原则是：首先应选取尽可能大背吃刀量；其次要在机床动力和刚度允许的条件下，同时又满足已加工表面粗糙度要求的情况下，选取尽可能大的进给量；最后根据公式确定最佳切削速度。时间定额的确定时间定额是在一定生产条件下，生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间，由基本时间按tj，辅助实际tf，布置工作地时间tfw，休息和生理需要时间tx，准备与终结时间tz组成。计算基本时间: 150外圆，走刀一次t1=（140+475）/nf=615/215*0.81min=3.5min，148，130, 167走刀两次t2=（295+80）*2/nf=4min，.粗镗85h7孔至83mm步骤如下：(1)确定进给量。根据参考文献2表5-4得，取f=0.56。（2）确定切削速度vc。按表5-113，取vc=25m/min。（3）确定机床主轴的转速n。 n=(100vc)/(3.14d)=（100025）/（3.1483）r/min=96r/min根据参考文献2表5-4，按机床实际转速n=142r/min.(4)计算基本时间tj被加工孔长度l=120mm查