机械制造技术课程设计-制定芯轴零件的加工工艺设计铣V形槽的铣床夹具【全套图纸】

哈尔滨理工大学课程设计说明书 机械制造技术课程设计说明书 设计题目： 制定芯轴零件的加工工艺，设计铣V形槽的铣床夹具 专 业： 机电一体化技术 班 级： 学 号： 1130320201 姓 名： 指导教师： 机械工程系2013年 11 月 20 日目 录摘要2前言3绪论4第一章 轴套零件数控车削加工6 第一节 零件图工业分析61、结构工艺性分析62、毛坯的确定73、芯轴零件的装夹7第二节 制定机械加工工艺方案8 1,确定生产类型8 2，位置精度93，表面粗糙度94制定工艺路线95，确定工步顺序安排及其走刀路线106、芯轴加工零件的加工工艺127、切削用量的选择和确定15第二章 孔工序设计钻床夹具和程序编写18设计小结23参考文献241摘要 机械制造技术工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术技术课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际的训练。因此，他在我们的大学学习生活中占有身份重要的地位。全套图纸，加153893706 2前言在学完了机械设计，机械制造以及加工工艺，等课程后，是学生在校期间十分重要的综合性实践环节，是学生全面运用所学基础理论，专业知识和基础技能，对实际问题进行研究（或设计）的综合训练，旨在培养学生的专业研究素养，提高分析和解决问题的能力，使学生的创新意识和专业素质得到提升，使学生的创造性得以发挥。 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。 3绪论 1.机械制造工业在国民经济中的地位社会生产的各行各业，诸如交通、动力、矿山、冶金、航空、航天、电力、电子、石化、轻纺、建筑、医疗、军事、科研乃至人民的日常生活中，都使用着各种各样的机械、机床、仪器和工具。它们的品种、数量和性能极大地影响着这些行业的生产能力、质量水平及经济效益等。这些机械、机床、仪器和工具统称为机械装备，它们的大部分构件都是一些具有一定形状和尺寸的金属零件。能够生产这些零件并将其装配成机械装备的工业，称之为机械制造工业。显然，机械制造工业的主要任务，就是向国民经济的各行各业提供先进的机械装备。因此，机械制造工业是国民经济发展的重要基础和有力支柱，其规模和水平是反映国家经济实力和科学技术水平的重要标志。2.机械制造技术国内外状况近年来，随着现代科学技术的发展，特别是微电子技术、电子计算机技术的迅猛发展，机械制造工业的各方面都已发生了深刻的变革。制造技术、特别是自动化制造技术，不但采用了计算机控制，并且具有柔性化、集成化、智能化的特点；在超精密加工技术方面，其加工精度已进入纳米级（0.001m）,表面粗糙度已成功地小于0.005m；在切削速度方面,国外车削钢通常为200m/min,最高可达915 m/min；对于新兴工业需要的难加工材料、复杂型面、型腔以及微小深孔，采用了电化学（电解成型、电解磨削、电解抛光）、超声波、电子加工（电火花成型、电火花切割、电子束、离子束、等离子）、光化学加工（激光）等新的加工方法进行加工。我国的机械制造工业经过50多年的发展，特别是近20多年来的改革开放，各种机械产品如机床、汽车、重型机械、航空航天器、仪器仪表等都具有相当的规模，已经形成了品种繁多、门类齐全、布局基本合理的机械制造工业体系。研制出了一批重大成套技术装备和多种高精尖产品，有了自己的数控加工设备及柔性制造单元、柔性制造系统等，机械制造的技术水平普遍有了很大的提高，近年来开发的新产品70%可达到国际20世纪80年代初期的水平，有些已接近或达到国际先进水平。 4 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3.2，.其余的基本公差全部取12.5。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5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45-52HRC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#85mmX#135mm、由于切削加工性较好，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6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Z512 台钻钻夹具X732-3352切槽CA6140数控机床车外圆车间自备3车外圆CA6140数控机床车外圆夹具车间自备4车端面CA6140数控机床内螺纹芯轴车间自备5洗平面Z512-4洗床洗平面夹具X732-336二、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#40mm,#35mm,#77mm三处加工精度较高，7芯轴零件内孔#53mm,#8mm两处加工精度较高，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0.016mm3，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3.2um,公差等级在IT8-IT7之间，其余为12.5um.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。即先从右到进行粗车（留0.25mm精车余量），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8轴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85mmX135mm工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85mmX135mm下料锯床10车车削各个表面GSK928三爪卡盘、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、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CA6140数控车床的编程指令正确，GSK928数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9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GSK928，配置后置式刀架,还有数控钻床，系统为FANUC0i,一样的配置后置刀架选择工艺设备 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#5mm的中心钻。钻头#8mm的麻花钻。外圆机夹粗车刀T01（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T02刀片的刀尖角为35度）：精车各个外圆切断刀（宽1.7mm）T03：用于切槽 10轴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1T1外圆机夹粗车刀（刀片的刀尖角55度）0.8mm25mmX25mm012T1外圆机夹精车刀（刀片的刀尖角35度）0.4mm25mmX25mm02023T2切断刀（宽1.7mm）0.4mm25mmX25mm034T3.中心钻2.5mm045T4麻花钻4 mm05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200mm分度值为0.02外径千分尺测量范围（50-100，）分度值为0.001内径百分尺测量范围（0-25,25-50，）分度值为0.001圆弧样板（R10,R50, R100mm）.各一套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。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。3）辅助工序的安排：检验、清洗、去毛刺、去磁 11 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-粗车各外圆-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-精铣内孔的方案进行加工， 车各个外圆的走刀路线如图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：#85mmX#135mm2、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。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 mm.检验轴零件数控加工工艺卡片及其切削用量的选择如下： 13 数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/min)进给速度/(mm/min)背吃刀量/mm备注1粗车零件左端面外形轨迹T1Re=1mm475120粗车2半精车零件左端面外形轨迹T1Re=1mm600800.4精车3切槽T2刀宽1.7mm600800.1切槽14数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100200145号钢3000件三爪卡盘GSK928数控加工车间工步号工步内容切削用量 刀具 量具V(m/min)N(r/min)F(mm/r)Ap(mm/mm)编号名称编号名称1车端面12580000.21T1外圆机夹粗车刀1游标卡尺2粗车各个外圆1258000.22T1外圆机夹粗车刀1游标卡尺3精车各个外圆1288000.2T1外圆机夹粗车刀游标卡尺4切槽606000.005T2切断刀1游标卡尺半精车加工：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1-1、表1-2/8、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，提高生产效率为主背吃刀量粗车的时候，确定被吃刀量为2mm，半精车背吃刀量为0.5mm主轴转速：粗车外圆时，确定主轴转速为800rmin半精车外圆时，确定主轴转速为1200rmin，切槽时，确定主轴转速为600rmin.进给量：粗车外圆是，确定进给量为0.2mmr,半精车外圆时确定进给量为0.1mmr.切槽时，确定进给量为0.05mmr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。15第二章 孔工序设计钻床夹具零件分析:以 8mm 内孔为初基准的加工表面：公差等级为IT7IT8，表面粗糙度为1.6，采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HT200。零件年产量是中批量,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。 2.基准的选择 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16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。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12mm以下。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1mm以下小孔。主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。 （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=0.70-0.86mm/r,再由机械制造工艺设计简明手册C365L 车床 给量取f=0.76mm/r 。查切削用量简明手册取V =0.33m/s=19.8m/min n =1000V/( p D)=1000 19.8/3.14 18=350r/min 按机床选取n =322r/m,故V = p Dn/1000=3.14 18322/1000=18m/min (3)计算基本工时： 19T= （L+L1+L2）/(f n) =(91+11+0)/(0.76322)=0.42min。 其中L=91，L1= （D/2 ）cotKr+2=11,L2=0( ) 粗铰 19.94 （1）刀具选择： 1719.94 高速钢锥柄铰刀。后刀面磨钝标准为0.4-0.6，耐用度T=60min （2）确定切削用量： 背吃刀量asp=0.07 查切削用量简明手册得：f=1.0-2.0mm/r，取f=1.68mm/r 。 计算切削速度 V=C d ZvK /(601mTma XvfYv), 其中 V o V p C =15.6,Z 0.2,X =0.1,Y =0.5,m=0.3,K =(190/HB)0.125=1,则： V V=V V V 0.2 10.3 0.3 0.1 0.5 V=15.6(19.94) /60 3600 (0.07) (1.68) =0.14m/s=8.4m/min n=1000 V/( d)=1000 8.4/(3.14 19.94)=134r/min 按机床选取n =132r/min V = p dn/1000=3.1413219.94/1000=8.26m/min (3)计算基本工时： T= （L+L +L ）/(f n) 1 2 =(91+14+2)/(1.68132)=0.48min。 其中L=91，L =14,L =2 1 2一)钻孔 选用Z525 型摇臂钻床。 （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=0.180.22mm/r, 由钻床取 f=0.20mm/r. 由切削用量手册取 Vc=0.46m/s=27.6m/min =197r/m 由Z35 钻床取n =1700r/min. 故V =21m/min. C (3)基本工时： T=(L+L +L )/fn 其中L =10，L =0，L=12.5 1 2 1 2 T=0.07min为了提高劳动生产，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用18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 f200 0.045 2 由于存在两平面配合，由于零件的表面粗糙度 0.4mm ，因此需要与配合 平面有一粗糙度的要求 1.6mm 3 钻削力的计算： px 419D S0.8kp 刀具选用高速钢材料 查机床夹具设计手册表1-2-8 0.6 0.6 HB 200 k 1.03 p 190 190 D 8.4 、S 0.25 、S 0.125 1 2 px 1 419D S0.8kp 419 8.4 0.250.8 1.03 1195.8N px 2 419D S0.8kp 419 9 0.1250.8 1.03 735.9N 4 夹紧力计算： 查机床夹具设计手册由表1-2-23 可以知道 用点接触螺旋副的当量摩擦半径 0 21 查表1-2-21： 10 d mm p 1.25 r z 4.594 229 选用梯形螺纹有利于自锁j, 850 2 25L 25 40 w 1120N 19 0 , 4.594 tg 11 g tgj1 g 2 tg a j2 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 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G01，G02，G00，G43编程。零件图号C20零件名称芯轴编制日期2013.11.20程序号O1002数控系统FANUC0I编制程序内容程序说明G90 G54 G00 x0 y0设置编程原点 刀具定位于O点上方M03 S1500主轴正转，转速1500 rminG43 H01 Z2建立刀具长度补偿G00 X10 Y20 M07刀具到(10.20),开启冷却液GO1 Y-10 Z-4 F100刀具Z向斜线下刀X-50 F100G02 X0Y0 R25Z4刀具Z回到上表面处G00 Z100 M09刀具沿Z向快退至起始平面，关闭冷却液X0 Y0 M05刀具回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G01，G71,G00编程。零件图号C30零件名称芯、轴编制日期2013.11.20程序号O1003数控系统GSK928编制程序内容程序说明G0 X60 Z60T11 S800换刀 转速800 rminG0 X600 Z2G90 X40 Z-85 F100G90 X35 Z-83 F100G0 X60 Z60T22 S400 换切槽刀 转速400 rminG0 X40 Z-5G01 W-1G0 X40回到原点（60、60）G0 X60 Z6