课程设计（论文）-五心偏心轴的加工工艺及工装设计.doc

目 录一、分析零件图- 1 -二、毛坯的确定- 5 -三、定位基准的选择- 6 -四、拟定工艺路线- 8 -五、加工余量、工序尺寸及其偏差- 11 -六、设备及工装的选择- 13 -七、切削用量选择- 16 -八、重点工序工艺分析- 16 -后 记- 18 -主要参考文献- 19 -工艺规程设计 尾座偏心轴的工艺规程设计是这次课程设计的重要组成部分，其设计步骤如下：一、分析零件图零件图是制订工艺规程的主要原始资料之一，在制订工艺规程时必须首先对零件图进行认真分析，用以了解零件的功用、结构特点、主要技术要求，为制订工艺规程奠定基础。本课题为ca6140上的偏心轴，其材质为45号钢。（一）零件的结构与功用1、功用尾座偏心轴是滚切式双边剪的主要零件，其主要功能是将旋转运动转化成直线往复运动，并将扭转力转化为压力，形成剪切的主要动力。固定侧和移动侧的切边、碎边上刀的运动分别由一台直流电机驱动，电动机经鼓形齿联轴器直接带动蜗杆、涡轮（2、3）转动，涡轮与偏心轴的联结采用二对鼓形齿内外齿套。由原理图可知，偏心轴两端靠2个双列向心球面滚子轴承1支承在机架上，偏心轴上有三个相位角不同的偏心，在偏心轴轴颈处分别装上切边刀左、右连杆（6、7）和碎边连杆（4），切边刀连杆的大小头部均采用球铰连接，导向连杆5一端与上刀架相连，另一端与机架联结。当偏心轴回转时，由于切边刀左、右连杆在偏心轴上所处相位不同、长短有别，加之导向连杆的约束，以及上刀片是弧形刃口等因素。在经过精确计算后，迫使上刀片在切边过程中相对钢板的运动是滚切运动，这也是滚切式双边剪得最大特点，而且偏心轴在工作时承受周期性的强大扭矩和压应力。因此偏心轴必须具有很高的强度和刚性，轴颈处还要具有良好的耐磨性能。2、结构分析偏心轴上有一个回转中心和四个偏心，故称之为五心偏心轴。其最大偏心距为120mm，最小偏心距为80mm，工件总长4030mm，该件在偏心类回转体零件中是比较大型的，而且重量重，结构也属较为复杂的。从零件图可看出，该工件表面制造精度较高，粗糙度要求多处达0.8 ，且尺寸精度、几何精度、形位精度要求与同类零件相比要求都是很高的。可想而知，其制造难度是很困难的。又由于我厂无专用设备，其加工均由普通机床完成。因此，该五心偏心轴的制造过程，是对我厂工艺方案和设备能力的一次检验。（二） 技术要求分析1、加工精度：尺寸精度，形状精度，位置精度。尺寸精度该五心偏心轴尺寸精度较高的部位径向尺寸如下： 、 、。图1 装置工作原理图形状精度该偏心轴形状精度要求较高的有：两轴颈外圆柱表面有圆柱度要求0.027mm，偏心、外圆柱表面也有0.06mm。相互位置精度a、偏心、圆轴心线相对于轴颈轴心轴线的平行度为0.1mm，偏心圆轴心线与轴颈轴心线平行度0.02mm。b、两端轴颈外圆对其轴心线的径向跳动为0.06mm，外圆对其轴心线的径向跳动为0.06mm。c、两轴颈端面对其轴心线的端面跳动为0.06mm。d、传动端面90键槽对轴颈轴心线对称度0.04mm。2、表面粗糙度 偏心、外圆柱面ra为1.6m，偏心为ra6.3； 两轴颈处外圆柱面ra1.6，、外圆柱面ra0.8、外圆柱面为ra1.6，其余外圆均为ra6.3。 键槽侧面为ra3.2，底面ra6.3。 所有过渡圆角r均抛光至ra1.6。3、材料与热处理材料该偏心轴材料为34crnimo，属高淬透性合金调质钢。其综合机械性能良好（主要适用于承载大，冲击载荷高的零件），其化学成份如下表：成份牌号cmnsipscrnimocu34gn imo0.30.40.50.80.170.370.030.0351.31.71.31.70.20.30.2机械性能如下表指标钢号60.234gn imo/mm2/mm2/cm278093059045由上表格可知：该零件材料具有较好的切削加工性和锻造性能。综合机械性能良好，是制作偏心轴的理想材料。热处理该偏心轴采用调质处理，调质处理即淬火加高温回火的热处理方式。淬火是为回火时调整和改善钢的性能做好组织准备，而回火则决定了工件的最终机械性能，经过调质处理可获得强度、塑性、韧性都较好的综合机械性能。4、其它技术要求 机械性能试验由于该偏心轴在机械性能上有要求，故需要在调质处理后，在冒口端套取纵向试棒。a、套取纵向试棒位置如图二所示。b、试棒规格为共套取两根，每根试棒可作一个拉伸和二个冲击试验。 探伤要求根据第二重型机器厂工厂标准ezb/n37-90规定，偏心轴在调质前后各进行一次超声波探伤，最终精加工完成后还需对所有加工表面进行磁粉探伤。图2 套取纵向试棒示意图a、探伤对工件的要求探伤表面必须除去铁屑、污垢、油脂、锈蚀、氧化皮以及其它附着物，探伤表面粗糙度应达 3.2 1.6 。b、探伤面必须在两个相互垂直的方向上的表面对所测表面进行检查。（三）生产特性分析生产特性分析主要是分析产品和零件的产量，以确定生产类型，以便合理选择毛坯，以及制造方法及工艺装备。该零件由于只生产一件，属于单件小批量生产，因此应按单件小批量生产类型组织毛坯生产和制造。因此，在毕业设计中也是按此种生产类型设计。二、毛坯的确定在制定工艺规程时，正确选择毛坯类型的种类具有重要意义。它不仅影响到毛坯的制造工艺、设备、费用，而且对零件的加工工艺、设备、消耗也有较大影响。（一）毛坯的种类特点及应用1、铸件：通常分为砂型铸造和特种铸造。其特点是精度不高，加工余量较大，冒口也较大，铸造缺陷也较多。主要用于形状复杂，承受重载的大、中型零件。如轧机机架、减速器箱体等。2、锻件：包括模锻件和自由锻件，重型机械厂一般多采用自由锻件。这类毛坯精度低、余量大，主要用于受力较大且要求性能较严的大中型重要零件。如轧辊，偏心轴等。3、其它类型毛坯：型材。多用于毛坯精度要求较高的中小型零件。焊接件，多用于大型架体。组合毛坯，与焊接件用途接近也多用于架体等零件。（二）毛坯选择及具体应用毛坯选择原则：（1）零件材料的工艺性及零件对材料组织和性能要求；（2）零件结构及形状；（3）生产批量大小；（4）现场生产条件。根据以上选择原则，并结合我厂实际，该偏心轴材料为34crnimo，要求有良好的综合机械性能，外形较简单，又属单件小批量生产，因此选取易于操作，又能保证毛坯性能的自由锻件毛坯。（三）确定毛坯的形状和尺寸在确定毛坯形状和尺寸时，在考虑合理加工余量的同时，也应兼顾毛坯制造方法和工艺特点，以及零件在加工时的工艺卡头作性能试验用的试料区等。在综合考虑这些因素后，根据工艺手册及实际工作经验及我厂具体情况，得出毛坯尺寸如图三所示。图3 五心偏心轴毛坯图三、定位基准的选择在设计工艺方案时，首先要确定的就是要正确、合理地选取零件的定位基准，定位基准选取的好坏，不仅影响加工过程的合理性，而且直接影响到零件的制造精度。（一）粗基准的选择1、选择原则粗基准的选择原则：选不加工表面、重要表面，选加工余量小的表面、加工面积大的表面，一般粗基准只使用一次。2、具体选择 根据粗基准选择原则，该偏心轴在制造过程中选择粗基准时，主要按下面步骤获取粗基准。在划线时，应以重要表面两端轴颈各外圆柱面为基准，合理分配各段外径加工余量为前提，划出各段外圆十字中心线并引至两端面。打顶尖孔时，应按线为粗基准。采用双“v”型铁定位，加工出两端加工外圆用基准顶尖孔。（二）精基准的选择1、选择原则 精基准的选择原则主要有：基准重合、基准统一、互为基准、自为基准。2、具体选择根据精基准选择原则，在加工五组顶尖孔时，选择两端两组互相垂直的基准面a、b为精基准。如图四，在车削偏心轴各段外圆时，根据精基准选择原则，选取两端五组顶尖孔定位加工外圆并作为加工外圆的精基准。这样既体现基准重合，又体现基准统一，有利于保证各外圆制造精度要求。精基准的工作状态如图五所示。图4图5 双顶尖定位车外园示意图四、拟定工艺路线 在工艺方案设计时，应分两步走。首先就是拟定出合理的工艺路线，然后再根据工艺路线确定出工艺过程中各工序的工序尺寸、设备及工装、切削用量、工时定额等。因此，工艺路线是拟定工艺过程的总体布局，其主要任务有：（一） 表面加工方法与方案的确定在选择加工方法时，应结合零件的结构特点和技术要求，在满足加工质量的前提下，还应注意生产效率、经济效益等要求。1、 加工方法的选择各外圆柱表面：车削、抛光端面：车削、铣（镗） 中心孔：镗（钻）键槽及定位槽：铣 螺孔：钻、攻2、 加工方案的确定 对于、等ra值低于1.6m，其加工方案为：粗车调质半精车（精车）砂带抛光 对于、外圆等ra值在6.33.2之间的，其加工方案为：粗车调质半精车（精车） 对于、键槽加工方案为：粗铣精铣 各处r圆角的加工方案：粗车半精车（精车）抛光 螺孔m24、m20的加工方案：钻攻（二）加工顺序的安排1、加工阶段的划分工艺过程划分中加工阶段的划分是为了保证加工质量，合理使用机床以及便于安排热处理工序等。加工阶段通常划分粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段和光整阶段。针对五心偏心轴的加工，我们将其共划分为五个加工阶段 荒加工阶段由于该偏心轴毛坯为自由锻件，加工余量较大。因此，在毛坯锻造出来后，首先采用荒车去除大部分余量，使毛坯初步成形并初步暴露工件毛坯缺陷。 粗加工阶段在荒加工基础上，进一步去除较多余量，进一步暴露缺陷，使毛坯形状和尺寸接近成品。此时，经粗加工使毛坯形状及尺寸符粗加工图，并具备第一次超声波探伤条件，从而发现并去除毛坯缺陷，粗加工图如图六所示。图6 粗加工示意图 半精加工阶段在这一阶段，主要完成次要表面的精加工，同时为重要表面的精加工做好前期准备工作。与此同时，进一步发现缺陷，并进行第二次超声波探伤。 精加工阶段精加工阶段，主要将各主要表面加工符图纸要求，同时为光整加工做好准备工作。 光整加工阶段主要对表面质量要求很高的部位进行降低表面粗糙度和提高尺寸精度的加工，主要对ra1.6、ra0.8及r圆角进行抛光。2、工序集中与分散工序集中就是零件的加工集中在少数工序内完成，而每一工序的加工内容却比较多。根据工序集中地特征，工件一次安装可完成多个表面的加工，机床数量少且按机床群布置。而偏心轴正合适工序集中，这样可减少工件安装次数和往返吊运次数，缩短辅助时间，提高生产率。3、工序顺序的安排 机械加工顺序的安排应按：先粗后精、先主后次、先面后孔、先基准后其它的原则。根据这个原则，该偏心轴工序应按以下顺序：a、先粗后精：先以轴颈为粗基准。在双v型铁上定位，粗铣两端面，并打中心孔，然后再以各中心孔定位粗车外圆。调质后，按基面定位，用钻模打中心孔，车外圆符图。b、先主后次：先加工轴颈，再按轴颈找正加工其余外圆。c、先基面、后其它：偏心轴加工时的定位基准是五组顶尖孔，而打顶尖孔的定位基面必须先按要求加工出，这样才可加工出高质量的顶尖孔。 热处理工序的安排热处理按其功能不同，分为预备热处理和最终热处理。预备热处理有：退火、正火其主要目的是改善切削加工性能、消除内应力，为最终热处理作组织准备。它通常安排在粗加工之前，在毛坯阶段即进行预备热处理。最终热处理有：淬火、回火。其目的是使工件满足使用条件下的性能要求。本偏心轴采用自由锻件毛坯，材料34crnimo，技术要求硬度为中等硬度。因此，需采用调质热处理，以提高该偏心轴的综合机械性能，其工序安排在粗车外圆之后。 辅助工序安排a、中间检验：一般安排在各道工序完成后，都应进行检验。b、特种检验：主要包括超探和磁探。超探主要用于发现工件内部缺陷。因此，一般安排在粗加工后。有最终热处理的，应在最终热处理后也进行一次超探。磁探主要对工件最终状态下外表面进行检验，一般安排在精加工后进行。c、机械性能试验：为检验调质处理后，工件材料的最终机械性能是否满足技术要求。则需要取样做机械性能试验，待机械性能试验合格后，方可转精加工工序。4、工艺路线的拟定根据以上述说，拟定出该工件工艺路线：锻造热处理加工热处理加工具体加工方案，先拟定出两种供选择：方案1：划镗划镗粗车镗粗车镗粗车钳探伤调质划镗划镗半精车镗半精车镗半精车探伤镗精车镗精车镗精车划镗锯镗钳磁探终检方案2：划镗划镗(nc)粗车镗(nc)粗车镗(nc)粗车钳探伤调质划镗划镗(nc)半精车镗(nc)半精车镗(nc)半精车探伤镗(nc)精车镗(nc)精车镗(nc)精车划镗钳磁探终检从以上两方案可以看出，其共同点是：1、都是粗、精分开加工；2、都进行了调质处理；3、都安排了超声波和磁粉探伤。其不同点是：1、顶尖孔的加工方法不同。方案1加工顶尖孔时，采用铣基面，用钻模定位加工方法，其采用的设备为普通wd200镗床。而方案2在加工顶尖孔时，采用的是用精度很高的517米数控铣镗床来加工顶尖孔。这两种方案来加工该偏心轴的五组顶尖孔，从方案本身来说都可达到要求。但从经济性分析，方案2所需费用则远大于方案1所需费用。这是因为在wd200加工顶尖孔，工时为28小时，工时费为28h96元/h=2688元、专业钻模费用为1000-1500元左右，共消费为3688-4188元；而在517米加工，仅工时费用就为28h800元/h=22400元，比wd200镗多消费18712元，很明显这是十分不经济的。2、光整加工手段不同。方案1中主要表面光整加工采用砂带磨削抛光。方案2采用大型重型车床车带磨头对主要表面进行磨削加工。方案1采用设备为sr2000，砂带磨削装置结构简单、易制造、操作方便、工艺灵活性大、散热条件好且不需冷却装置，也不会使磨削表面烧伤、微观金相组织变化及表面产生裂纹等缺陷，加之设备规格与工件规格匹配较好，有较好的工艺性和经济性。而方案2中采用设备为20米重车，光整加工时采用车床自备磨头磨削。但由于采用磨削时，砂轮与工件为刚性接触，在无良好冷却的条件下，工件磨削表面极易产生燃烧引起龟裂，而且由于该设备规格远远大于工件规格，从经济角度出发也不够经济，因此方案2在工艺性和经济性上都不是理想的方案。综上所述，加工该偏心轴较为理想的方案为方案1。五、加工余量、工序尺寸及其偏差偏心轴的加工工艺路线拟定后，在进一步安排各道工序的具体内容时应正确地确定各工序的工序尺寸，而工序尺寸的确定与加工余量有着密切的关系。（一）加工余量的确定加工余量是指加工过程中从被加工表面上切除的金属层厚度，它包括加工总余量和工序余量。影响加工余量的因素主要有：上道工序的表面粗糙度与表面层缺陷、上道工序的尺寸公差、上道工序的位置误差及本工序安装误差、热处理的影响。加工余量的确定方法：经验估算法、查表修正法和分析计算法三种，其中前两种适合于单件小批生产。本偏心轴就是采用前两种方法确定其加工余量。根据重型机器制造工艺手册及生产实际得出轴类毛坯（自由锻件）、粗加工、半精加工、抛光余量，如表一；砂带磨削前的工艺余量（mm），如表二；端面加工余量（单边余量），如表三。（表一）直径余量加工性 质毛坯140180240275350150120100250荒车585819819830878785858粗车70110306530603030180半精车101010101010101010精车1.91.91.9221.91.91.91.9抛光0.100.100.100.100.100.100.10（表二）工件材料磨削前另件表面状态热处理状态另件直径余量合金钢刀具加工后，工件表面rq3.2且为缺陷调质0.070.15mm（表三）另件长度（全长）mm余量mm按端面最大值径取500粗车端面尺寸（长度）公差it12it13半精车500单边余量2.0mm-0.8精车500单边余量1.7mm-0.6工序尺寸偏差如下表示（参考常用标准简明手册）径直及偏差尺寸工序性 质1.60.81.66.36.31.60.80.83.2抛光后精车后半精车后粗车后荒车后毛坯尺寸六、设备及工装的选择1、选择设备机床设备选择原则：机床主要规格尺寸应与零件外廓尺寸相适应，机床精度与工序要求的精度相适应，机床的生产率与加工零件类型相适应，机床功率、切削用量与工序加工要求相适应，还应与生产现场条件相适应。该偏心轴总长4030mm、最大外径830h10/重量9210。根据这些情况选择sr2000重车加工外圆柱面较为合适（sq2000技术规格见下表）。主要技术规格型号加工工件最大直径sr2000在床身上2000mm在刀架上1600mm加工工件最大长度mm6000 mm顶尖间工件最大重量50000kg 花盘直径1920 mm花盘卡件直径3001920 mm花盘最大扭矩90000nm主轴锥孔120 1:1主轴转速1.4280r/min刀架最大移动纵向6000 mm横向810 mm刀架回转角度360刀杆尺寸8080中心架直径范围300700机床功率110kw主由机1400r/min顶尖角度90选择wd200镗床加工总长端面、打顶尖孔较为合适（wd200技术规格见下表）。镗轴直径200wd200内孔锥度（公制）iso060最大伸出长度2000中心线至工作台最大距离3750中心线至工作台最小距离600中心线至床身导轨面距离4200中心线至床身导轨面最小距离1050镗孔最大直径最大扭距nm20000转速范围r/min1.6-635进给范围/min1.6-1600快速移动速度/min1600滑枕截面尺寸abmm520520w200hc最大伸出长度mm1600与镗轴联合伸出长度mm3600进给范围mm/min1.61600主轴箱最大升降行程mm3150沿立柱快速移动mm/min1600垂直铣削进给范围mm/min1.61600尾架数量 个1纵向最大行程mm2000镗杆支承最大垂直行程mm3150镗杆承孔径mm200电机主传动功率kw9.835.5主传动转速r/min2572570镗削进给功率kw 4铣削进给功率kw4回转台长宽 mm40003000承重 kg600002、工装选择工装选择包括：刀具、夹具、量具和辅具。其选择原则为：对单件小批量生产多采用标准工装，以降低生产成本。 夹具的选择a、车床通用夹具：顶尖、四爪卡盘。 镗床通用夹具：箱式垫铁、v形铁、压板、千斤顶。b、专用夹具：钻模 刀具的选择a、外圆车刀度刀角何几具刀料材具质性工加粗加工精加工yt5yt15主偏角kr7590副偏角kr128前角r0515后角2058刀倾角-20b、圆盘铣刀：可转位铣刀盘 250刀片材料yt5 kr=75c、立铣刀基本尺寸极限偏差ll莫氏锥度500.31751775#d、钻头（锥柄麻花钻）材料w18cr4vdll莫氏锥度232531552#1922381402#162181202#e、螺纹丝锥dllm2413045锥、锥m1611237锥、锥f、专用刀具：r50圆弧刀片、砂带磨削装置、套料装置 量具的选择量具的名称规 格精度等级百分表0100.01杠杆百分表01.50.01长度卡尺0200010000.02外径4分尺300400、400500、500600、8009000.01角度规032002钢卷尺5m 辅具选用a、过渡套：2#锥度内锥/120#外锥 b、90键槽样板c、配重块七、切削用量选择根据机械加工工艺人员手册切削用量选择如下1、qp切削深度 粗 车：10-15mm 半精车：1-3mm精 车：0.2-0.5mm2、f进给量 粗 车：0.7-1.5mm/r半精车：0.5-1mm/r精 车：0.3-0.5mm/r3、v切削速度 粗 车：60-80m/min 半精车：80-100m/min 精 车：80-100m/min (二)工时定额工时定额是一定生产技术组织条件下生产出合格产品或完成单个工序所消耗的时间。由于本设计主要以工艺、工装为主，在这就不对工时定额进行叙述。八、重点工序工艺分析为保证偏心轴的加工质量，提高生产效率、降低生产成本、改善操作工人劳动条件，必须对加工偏心轴的重点工序进行工序分析，以便在工艺上采取相应措施，来保证工件加工质量。（一）基准面得加工为了在工件两端加工高质量的五组顶尖孔，必须借助相应的定位，测量基面，因此基准面质量的好坏将直接影响到顶尖孔的加工质量,最终影响工件的加工质量，因此在镗床(wd200)中加工定位，测量基面a、b(粗加工时)；a、b(精加工时)，必须严格按工艺基面示意图要求进行加工，只有这样才能为下一步加工出高质量顶尖孔做好准备工作，工艺基面示意见图八。图7 工艺基面示意图（二）顶尖孔的加工顶尖孔是加工各类回转体零件的定位基准，该偏心轴也不例外，而且从偏心轴零件图可以看出，工件五组顶尖孔密集地分布在约1082的范围内。如果在wd200镗床直接加工出五组顶尖孔，势必造成各顶尖孔相互干涉、定位锥面残缺的现象出现。如果出现这种情况，一方面按此顶尖孔加工出的外圆柱面精度达不到要求，另一方面也违背了安全操作规程，这是不允许的。因此，只有采取分级加工顶尖孔的方法来克服这些缺陷，具体方法即在确定锻件毛坯时，有意识地在总长两端面增加工艺用料头，即先在端面在保证各顶尖孔锥面完整情况下打出一定数量顶尖孔。车完相应外圆后，将端面原有顶尖孔平去，重新加工剩余顶尖孔，依此类推，直至加工完所有偏心外径。这样只需在工件两端增加料头即解决这一难题。另外，在加工五组顶尖孔时，还有可能出现以下两种情况：第一、同组顶尖孔