工艺路线制定

1.设计任务1.1题目：EQ140汽车转向器壳体工艺及夹具设计1.2产品批量：2万件/年1.3任务要求:EQ140汽车转向器壳体零件图;毛坯图;机械加工工艺卡片一套;工艺装备设计典型夹具结构装配图;工艺装备的主要零件图;设计说明书。2.零件的分析2.1零件的作用采用动力转向系统的汽车转向所需的能量，在正常情况下，只有小部分是驾驶员提供的体能，而大部分是发动机(或电机)驱动的油泵(或空气压缩机)所提供的液压能(或气压能)。用以将发动机(或电机)输出的部分机械能转化为压力能，并在驾驶员控制下，对转向传动装置或转向器中某一传动件施加不同方向的液压或气压作用力，以助驾驶员施力不足的一系列零部件，总称为动力转向器。而汽车转向器壳体是汽车转向器的一个重要组成部分。壳体的三维图如下：2.2零件的工艺分析汽车转向器一共有五个重要的加工表面，这些表面不仅要满足自身的精度等级和粗糙度等级，同时他们之间也有一定的位置要求。 2.2.1底面T3 底面的粗糙度要求是：Ra的最大允许值为1.6m。 采用的加工工艺方法是：粗铣半精铣精铣。 2.2.2侧面T1、T2侧面的粗糙度要求是：Ra的最大允许值为3.2m。 采用的加工工艺方法是：粗铣半精铣精铣。 2.2.3主轴孔D3、D4 主轴孔的尺寸为600+0.03，公差等级为IT7；主轴孔的粗糙度要求是：Ra的最大允许值为1.6m。 采用的加工工艺方法是：粗镗半精镗精镗。 2.2.4摇臂轴孔D1、D2 靠内摇臂轴孔D1的尺寸为390+0.039，公差等级为IT8；靠内摇臂轴孔的粗糙度要求是：Ra的最大允许值为1.6m。采用的加工工艺方法是：粗镗半精镗精镗。 靠外摇臂轴孔D2的尺寸为560+0.05，公差等级为IT8；靠外摇臂轴孔的粗糙度要求是：Ra的最大允许值为3.2m。采用的加工工艺方法是：粗镗半精镗精镗。D1对D2的表面跳动量为0.10。 2.2.5摇臂轴外圆 摇臂轴外圆的基本尺寸是62；摇臂轴外圆的粗糙度要求是：Ra的最大允许值为6.3m。 采用的加工工艺方法是：粗车半精车。 2.2.6 T1、T2对D3、D4垂直度0.05/100; T3对D1轴线的垂直度0.10/100; D1轴线和D3、D4轴线的垂直度0.05/100; T1 、T2同T3垂直度0.05/100; 2.2.7 62和39同轴度用工艺保证，即采用一次装夹加工成型的方法来进行。3.工艺规程设计 3.1确定毛坯的制造方式 零件材料是HT200。由于零件年产量为20000件，已达大批生产的水平，采用砂型机器造型的方法生产毛坯。 3.2基准的选择 基准选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。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，使生产无法正常进行。 定位基准有粗基准和精基准之分。工件加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作为定位基准，这种定位基准为粗基准；在以后的工序中则使用经过加工的表面作为定位基准，这种定位基准称为精基准。 3.2.1粗基准的选择 粗基准的选择有以下几条原则： （1）若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选择该表面为粗基准； （2）在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件上每个表面都要加工，则应该以加工余量最小的表面作为粗基准；（3）在与上项相同的前提条件下，若零件上有的表面不需加工，则应以不加工表面中与加工表面的位置精度要求较高的表面作为粗基准；（4）选用粗基准的表面应尽量平整光洁，不应有飞边、浇口、冒口及其他缺陷。现选取主轴孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两个短V形块支撑主轴孔的外轮廓表面作主要定位面，以消除四个自由度，再用一个支撑钉支撑在摇臂轴外圆的台阶面上 ，再消除一个自由度。由于这是要完成粗铣底面的加工，所以限制五个自由度就可以满足加工要求了。 3.2.2精基准的选择 精基准的选择要遵循以下一些原则： （1）“基准重合”原则； （2）“基准统一”原则； （3）“互为基准”原则； （4）“自为基准”原则。 所以在本零件加工中，选择已加工的底面作为精基准。3.3制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 3.3.1工艺路线方案一 工序1 粗铣底面 工序2 转M8螺纹的的孔；倒角，攻丝 工序3 转M14螺纹的的孔；倒角，攻丝 工序4 粗车摇臂轴外圆 工序5 粗镗主轴孔工序6 粗镗摇臂轴56孔；粗镗摇臂轴39孔，倒角工序7 粗铣两侧面，倒角工序8 转两侧面M10螺纹的的孔；倒角，攻丝工序9 半精铣底面工序10 精铣底面工序11 半精车摇臂轴外圆工序12 半精镗主轴孔工序13 精镗主轴孔；主轴孔两端倒角工序14 半精镗摇臂轴56孔；半精镗摇臂轴39孔工序15 精镗摇臂轴56孔；精镗摇臂轴39孔工序16 半精铣两侧面工序17 精铣两侧面工序18 去毛刺，清洗工序19 终检 3.3.2工艺路线方案二 工序1 粗铣底面 工序2 转M8螺纹的孔；倒角，攻丝 工序3 转M14螺纹的孔；倒角，攻丝工序4 粗铣两侧面，倒角工序5 转两侧面M10螺纹的孔；倒角，攻丝工序6 粗镗主轴孔工序7 粗镗摇臂轴56孔工序8 粗车摇臂轴外圆；粗镗摇臂轴39孔，倒角工序9 半精铣底面工序10 精铣底面工序11 半精铣两侧面工序12 精铣两侧面工序13 半精镗主轴孔工序14 精镗主轴孔工序15 半精镗摇臂轴56孔工序16 精镗摇臂轴56孔工序17 半精车摇臂轴外圆；半精镗摇臂轴39孔工序18 精镗摇臂轴39孔工序19 去毛刺，清洗工序20 终检 3.3.3两种工艺方案的比较与分析 上述两种方案的最大区别在于：方案一中是先加工孔面再加工两侧面，方案二中是先加工两侧面再加工表面。而拟定工艺路线的基本原则中包含这样两条：先面后孔；先基准面后其他功能面。两侧面在精加工阶段可能会做辅助基准，所以应该是先加工两侧面再加工孔面。 方案一中将39孔和56孔的加工合到一个工序中，而方案而中则将此分为两个工序。由于铸造工艺的限制，在铸造毛坯时，39孔和56孔初始值是一样的，那么在后续加工过程中56孔的加工次数将多于39孔，那么将这两到工序分开则更为合理。其次62孔和39孔的同轴度需要用工艺保证，所以应该在一次装夹中完成对这两个面的加工。 鉴于以上原因，方案二较方案一更符合此零件的加工要求。 3.4毛坯尺寸、机械加工余量及工序尺寸的确定 3.4.1铸件毛坯的加工余量 以下所查表均来自实用机械制造工艺设计手册（机械工业出版设）。根据AQ140汽车转向器壳体的使用要求和现有参考资料的情况，转向器壳体材料定为HT200。由于要求的是每年生产2万件，所以采用砂型机器造型。查表2-3可知铸件的尺寸公差是CT9级，加工余量等级MA为G。铸件底面的基本尺寸是242mm，查表2-4可知其加工余量为5.5mm；侧面的基本尺寸是91mm, 查表2-4可知两侧面分别的加工余量为2.5mm;主轴孔的基本尺寸是其长度为242mm，查表2-4可知其单侧加工余量是4.0mm ;对于摇臂轴孔，考虑到铸造的便宜性,在铸造时，摇臂轴仅有两种孔径，即中间不加工孔和两端需加工的孔。需加工孔的基本尺寸是其长度45mm，查表2-4可知其单侧加工余量是2.5mm。摇臂轴外圆的基本尺寸是其直径62mm，查表2-4可知其单侧加工余量是2.5mm。 3.4.2机械加工余量及工序尺寸 （a）摇臂轴外圆 工序名称工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/mm表面粗糙度/m尺寸公差/mm表面粗糙度m精车2h10-0.1200Ra6.36262-0.1200Ra6.3半精车3h12-0.30Ra12.56464-0.30Ra12.5毛坯IT14（0.74）6767-0.34+0.40 （b）底面加工（此时的尺寸指的是底面与另一端的尺寸）工序名称工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/mm表面粗糙度/m尺寸公差/mm表面粗糙度m精铣0.3IT8Ra1.6150150-0.10+0.10Ra1.6半精铣1.0IT11（0.25）Ra6.3150.3150.3-0.125+0.125Ra6.3第二次粗铣1.7IT12（0.40）Ra12.5151.3151.3-0.20+0.20Ra12.5第一次粗铣2.5IT13（0.63）Ra25153153-0.30+0.33Ra25毛坯IT14（1.00）155.5153-0.50+0.50 （c）两侧面加工（此时的尺寸指的是某侧面与中心线之间的距离，余量是单边余量） 工序名称工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/mm表面粗糙度/m尺寸公差/mm表面粗糙度m精铣0.3IT7Ra3.2121121-0.10+0.10Ra3.2半精铣0.7IT11（0.25）Ra6.3121.3121.3-0.125+0.125Ra6.3粗铣1.5IT13（0.63）Ra12.5122122-0.30+0.33Ra12.5毛坯IT14（1.00）123.5123.5-0.50+0.50 （d）39孔加工工序名称工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/mm表面粗糙度/m尺寸公差/mm表面粗糙度m精镗0.3H80+0.039Ra1.639390+0.039Ra1.6半精镗1H100+0.10Ra3.238.738.70+0.10Ra3.2第二次粗镗1.5H120+0.25Ra6.337.737.70+0.25Ra6.3第一次粗镗2.2H130+0.39Ra12.536.236.20+0.39Ra12.5毛坯IT14-0.35+0.273434-0.35+0.27（e）60孔加工工序名称工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/mm表面粗糙度/m尺寸公差/mm表面粗糙度m精镗0.4H70+0.03Ra1.660600+0.03Ra1.6半精镗1.0H100+0.12Ra3.259.659.60+0.12Ra3.2第三次粗镗2.0H120+0.30Ra6.358.658.60+0.30Ra6.3第二次粗镗2.3H130+0.46Ra12.556.656.60+0.46Ra12.5第一次粗镗2.3H130+0.46Ra12.554.354.30+0.46Ra12.5毛坯IT14-0.42+0.325252-0.42+0.32（f）56孔加工出于铸造工艺可行性的考虑，56孔铸造所得到的毛坯孔的尺寸与39孔的一样，即为34-0.25+0.27，所以在加工56孔之前，先经过一系列的粗镗，这些加工结束后只要保证孔的尺寸为52.5-0.42+0.32即可，无粗糙度要求。然后再开始下面的加工。工序名称工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/mm表面粗糙度/m尺寸公差/mm表面粗糙度m精镗0.4H80+0.046Ra3.256560+0.046Ra3.2半精镗1.0H100+0.12Ra6.355.655.60+0.12Ra6.3粗镗2.1H120+0.30Ra12.554.654.60+0.30Ra12.5毛坯IT14-0.42+0.3252.552.5-0.42+0.32 （d）螺纹孔的加工 此零件的所有螺纹孔均采用粗牙普通螺纹，则攻螺纹前的钻孔直径如下：螺纹孔钻孔直径（mm）M1411.9M108.5M86.8注：以上数据均查自实用机械制造工艺设计手册（机械工业出版设）第七章。 3.5确定切削用量及基本工时 这里我仅考虑具有代表性的一道工序，此工序所耗时间也基本上是最大的。我选择分析精镗主轴孔这道工序来进行分析。 精镗主轴孔之前的尺寸是59.60+0.12，表面粗糙度是Ra3.2。 精镗之后所要得到的尺寸要求是600+0.03，表面粗糙度要求是Ra1.6。孔的长度为242mm。 3.5.1机床选择 选用卧式铣镗床TX618，其主要技术参数如下： 主轴直径：200mm 最大镗孔直径：200mm 主轴转速：级数是14，范围是81000r/min 工作台行程：纵向是1100mm，横向是850mm 工作精度：表面粗糙度为Ra1.6m 电动机功率：5.5kw 3.5.2刀具选择 这里道具材料是硬质合金，刀具类型是镗刀块，镗杆以镗套支撑。 3.5.3切削用量选择 查实用机械制造工艺设计手册中表8-15可知： 切削速度vc=0.4m/s，进给量f=2.5mm/r，被吃刀量ap=0.4mm（直径上） 3.5.4有关量的计算 a）转速的验算假设镗刀块的旋转直径d是镗床主轴直径，即d=200mm。 则转速为由上可知，主轴转速：级数是14，范围是81000r/min。所以所选择的机床是可以满足加工要求的。 b）时间的验算 精镗主轴孔的加工余量是0.4mm（直径上），而被吃刀量ap=0.4mm（直径上），所以只需要走刀一次即可完成加工。 而主轴孔的长度是l=242mm，考虑到镗刀块的旋转直径大于镗床主轴直径，取转数n=35r/min，则单件加工时间为： 一年按生产300天计算，每天的工作时间是8小时，由于零件加工是流水线作业，则年生产能力是： 由此可见，此种零件加工的工艺安排是可以满足加工能力要求的。4.夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。 老师布置的任务是设计精镗摇臂轴孔夹具的设计。本夹具将用于卧式铣镗床TX618。刀具为硬质合金的镗刀块。 4.1问题的提出 本夹具主要用来精镗摇臂轴内39孔，39孔是主要的工作面，尺寸精度和表面质量要求高。本到工序是此孔加工的最后一道工序，所以在本道工序加工时，应主要考虑如何满足精度和表面质量要求，同时兼顾一下劳动生产率和劳动强度。 4.2夹具设计 4.2.1定位基准及夹紧方式的选择 由零件图可知所要加工孔的轴线与底面和主轴孔的轴线均有垂直度要求，其设计基准是所加工孔的中心线。为了与其他加工工序相对应，还是选择底面为主定位基准，其约束三个自由度；再在主轴孔两端放两个在底面垂直方向上削边的短销，其约束另外三个自由度。这样六个自由度就被完全被约束，零件完全定位。 由于主轴孔两边短销的放置采用了手动的方法，所以为了提高劳动生产率、完成所要求的加工量，夹