毕业设计（论文）-CG6125主轴加工工艺及夹具设计（全套图纸）.doc

四川理工学院毕业设计（论文）前 言机械加工工艺规程必须保证零件的加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求，同时还应该具有较高的生产率和经济性。因此，机械加工工艺规程设计是一项重要的工作，要求设计者必须具有丰富的生产实践经验和广博的机械制造工艺基础理论知识。题目来自于CG6125机床主轴生产原图，选择这样的一个题目来研究，可以促使学生充分调动大学本科四年来学的大部分知识，并将这些知识综合运用和实践经验相结合，培养自觉查手册，设计遵循行业标准的习惯。生产不仅要考虑质量还要考虑经济性等一个工艺人员必须具备的素质。有利于加快学生适应生产岗位的步伐，有利于高等教育和企业人才需求的衔接。通过这次设计实践，能更好的掌握和巩固所学的书本知识，学以致用，加强读图，熟悉图纸，分析图纸的能力，是从理论到实际的一个过渡，为毕业走上工作岗位适应具体工作要求做准备。全套图纸，一章 零件的分析1.1根据生产纲领确定生产类型CG6125机床主轴，年产量为5000件，已知该产品属于轻型机械，根据生产类型与生产纲领之间的关系，确定其生产类型为中批生产。1.2审查零件图样的工艺性主轴零件图样的视图正确完整，尺寸公差及技术要求齐全。CG6125机床主轴为多阶梯的空心主轴，具有中心通孔，孔的一端有精密的椎孔。当棒料需从主轴中心通孔通过作贯穿送料时。主轴内孔具有支承和导向作用。由于主轴需要在负荷条件下作回转运动，故要求较高的抗疲劳能力，表面不允许有裂纹等缺陷。 主轴的主要技术要求：(1) 尺寸精度和表面粗糙度：主轴的支承轴颈和安装齿轮的轴颈是决定机床工件精度的关键表面，其精度要求最高，一般不低于IT6级，精度要求较高的机床不低于IT5级，表面粗糙度为Ra0.631.25m。本零件60(配磨)处由于要与轴承配合，精度要求很高，为10,Ra0.1m，需精磨才能达到要求。(2) 表面形状和相对位置精度：主轴支承轴颈的圆度直接影响加工工件的圆度，故要求较高，其误差一般不大于尺寸公差的30%。零件图中两60+0.005配磨轴颈和50d定心轴颈的椭圆度允差都不得大于0.003mm，要求有些高。主轴锥孔对支承轴颈的跳动公差，用标准检验棒检查时，在近主轴端处为0.0050.001mm，零件图上要求不大于0.003mm。其它定位表面对支承轴颈的同轴度，平行度或垂直度公差一般为0.01mm。(3) 主轴上螺纹精度：一般要求不低于2级，图示两处螺纹为7，在车床上不难加工。第二章 工艺过程设计2.1毛坯的选择主轴毛坯的选择和制造方法主要与主轴的结构，使用要求和生产类型有关。该主轴零件的材料为20Cr，轮廓尺寸不是很大，形状亦不复杂，又属成批生产，故毛坯采用胎模锻成型，并且局部镦粗，这种毛坯精度较高，加工余量小。毛坯尺寸通过确定加工余量后决定。2.2定位基准的选择在CG6125主轴的加工工艺过程中，一开始就先加工两端面和中心孔，为粗车、半精车外圆提供定位基准，而加工好的外圆又为加工中心通孔和锥孔提供定位基准，此后，锥孔和外圆又互为基准，如此反复运用，直至最后完工。1.粗基准的选择为取得两中心孔作为精加工的定位基准，所以机械加工的第一道工序是铣两端面和钻两中心孔。为此可选择前、后两支承轴颈(或近处的外圆表面)作为粗基准。这样，当反过来再用中心孔定位，加工支承轴颈时，可以获得均匀的加工余量，有利于保证这两个高精度轴颈的加工精度。2.精基准的选择为了避免基准不重合误差，考虑工艺基准和设计基准重合和各工序定位基准的统一，以及尽可能在一次装夹中加工较多的工件表面，所以在主轴精加工的全部工序中(右端锥孔加工除外)均采用二中心孔作为定位基准。在主轴中心通孔钻出以后，原中心孔消失，需采用锥堵，解颐重新建立定位基准(二端中心孔)。锥堵结构如图示使用锥堵时应注意，当锥堵装入主轴之后，在使用过程中，不能随意拆卸或更换。锥堵本身存在一定的误差，在与主轴配装时还有安装误差，所以，无论是重新安装或是更换都会引起基准的位置变动，从而造成定位误差。中心孔在使用过程中的磨损会影响定位精度，故须经常注意保护并及时修整。特别是在关键的精加工工序之前，为了保证和提高定位精度，均需重新修整中心孔。2.3零件表面加工方法的选择本零件的加工面有外圆、内孔、锥孔、端面、槽、小孔及螺纹等，材料20Cr，参考有关资料，加工方法如下：（1） （配磨）外圆面：公差等级为10，表面粗糙度为，由于要与轴承配合，精度要求很高，需经粗车，半精车，粗磨，精磨才能达到（2）59外圆面：夹在两处 （配磨）之间，公差等级为7，表面粗糙度为，经粗车，半精车，粗磨（3） 外圆面：公差等级为7，表面粗糙度为，进行粗车，半精车，粗磨（4）和螺纹：公差等级为7，表面粗糙度为，经粗车，半精车后车螺纹（5）外圆面：公差等级为7，表面粗糙度为，进行粗车，半精车，粗磨（6）100外圆面：公差等级为5，表面粗糙度为，胎模锻局部镦粗后，经粗车，半精车（7）68和60外圆面：公差等级为5，表面粗糙度为，经粗车，半精车（8）通孔：公差等级为7，表面粗糙度为，使用能达到此精度的深孔钻钻头，一次钻削得到（9）端面：本零件的端面为回转体端面，公差等级为7，表面粗糙度为，经粗铣，精铣。100处的一侧端面，公差等级为9，表面粗糙度为，精度很高，需经粗车，半精车，粗磨，精磨才能达到（10）槽：公差等级为7，表面粗糙度为，采用直柄键槽铣刀，一次铣成（11）小孔：采用复合钻头一次钻出即可2.4加工工艺过程序号工序名称设备1备料2胎模锻,局部镦粗3热处理(正火)4铣端面,钻中心孔中心孔机床5粗车外圆普通车床6半精车外圆各部,车沟槽,车螺纹普通车床7钻29深孔深孔钻8镗孔内沟槽,车大端锥孔普通车床9钻4D小孔钻床和钻模10粗磨外圆及台阶面外圆磨床11精磨外圆60(配磨)处及台阶面一端外圆磨床12磨大端锥孔内圆磨床13铣键槽,铣B-B处平面万能铣床14钳工,去毛刺15检查2.5加工阶段的划分1.粗加工阶段该阶段是在主轴毛坯锻造和正火之后进行的，包括铣端面、打中心孔，粗车外圆等工序，其主要任务是切除毛坯大部分余量，同时可以发现锻件裂纹或其它缺陷。2.半精加工阶段主轴毛坯在粗加工之后需进行调质处理，然后再进行半精加工。半精加工阶段包括半精车工序，中心通孔及螺纹等次要表面的最终加工等工序。其主要任务是：为精加工作好准备，对一些要求不高的表面，使之达到图样要求。3.精加工阶段此阶段实在最终热处理（高频淬火）之后进行的，包括各支承轴颈及锥孔的最终加工工序，其主要任务是最后全面地保证工件达到图样要求第三章 确定机械加工余量及毛坯尺寸、设计毛坯图3.1确定机械加工余量通过分析主轴零件，各外圆间尺寸相差不大，只有一处100的台阶，故可将主轴毛坯由胎模锻并局部镦粗得到。机械加工余量查表得到（机械加工工艺系统学的附表10 光轴类和多台阶轴类锻件的机械加工余量及公差）机标JI4-59 取加工余量a及公差为72mm3.2确定毛坯尺寸,设计毛坯图 毛坯的各部分尺寸，及大致形状如下图所示。3.3确定毛坯的热处理毛坯经锻造后，应安排正火，以消除残留的锻造应力，并使不均匀的金相组织通过重新结晶而得到细化成为均匀的组织，从而改善了加工性。第四章 工序设计4.1选择加工设备和工艺设备4.1.1选择机床（1）工序4选兼有铣端面和钻中心孔的中心孔机床ZBT8216-1（2）工序5、6、8，由于主轴零件较长，且外圆直径较大，另外，镗孔内沟槽宜使用车床，故选C630-1型卧式普通车床。（3）工序7钻主轴通孔，通孔直径较大而且很长，应选用专用的深孔钻机床，根据零件尺寸及各技术要求选深孔钻床Z2115。（4）工序9钻1个4Dmm的小孔，选Z518型立式钻床即可。（5）工序10和11查表选取外圆磨床MQ1320可满足要求（6）工序11的内圆磨床选M2110A（7）工序13铣键槽及一小部分平面，考虑大本零件属成批生产，所选机床使用范围较广为宜，故选常用的X62型能满足加工要求4.1.2选择夹具本零件除铣槽，钻通孔，钻小孔，磨锥孔等工序需要专用夹具外，其它各工序使用通用夹具即可。钻29通孔的夹具设计，后面祥述。4.1.3选择刀具（1）在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金车刀和镗刀。加工钢质零件采用YT类硬质合金，粗加工采用YT5，半精加工用YT15，精加工用YT30。为提高生产率及经济性，可选用可转位车刀，切槽刀宜选用高速钢。车螺纹采用螺纹车刀。（2）钻中心孔选用中心钻GB6078-85（HB22（6163）-76）A型（3）深孔钻机床选用专门的钻深孔的钻头，选外排屑深孔钻（单刃外排屑深孔钻-枪钻）。外排屑深孔钻适于加工230mm的孔，孔的长径比大于100，加工精度IT8IT10，表面粗糙度可达Ra3.20.8m。（4）主轴两端面铣削用端铣刀，B-B处一小块平面采用圆柱铣刀GB1115-85，铣键槽采用直柄键槽铣刀GB1112-81。（5）磨削外圆，纵磨，磨具选平形砂轮，代号P，GB2485-84，D 101100mm，d 2050mm，H 6500mm。4.1.4选择量具本零件属成批生产，一般均采用通用量具。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法极限误差选择。选择时，采用其中的一种方法即可。（1） 选择各外圆加工面的量具粗加工时选用分度值0.05测量范围0150的游标卡尺(GB1214-85)；半精加工时选用分度值0.02测量范围0150的游标卡尺（GB1214-85）；60+0.005(配磨)处选用分度值0.01mm测量范围50125mm的外径百分尺。（2） 选择加工孔用量具孔径选用分度值0.01mm,测量范围50125mm的内径百分尺(GB8177-87)。（3） 选择轴向尺寸所用量具加工轴向尺寸所选量具为分度值0.02mm测量范围0150游标卡尺(GB1214-85)。（4） 选择加工槽所用量具均可采用分度值0.02mm，测量范围0150mm（GB1214-85）的游标卡尺进行测量4.2确定工序尺寸确定工序尺寸的一般方法是，由表面加工的最后工序往前推算。最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。当基准不重合时，工序尺寸应用工艺尺寸链解算。机械加工余量的概念总余量Z在由毛坯变为成品的过程中，在某加工表面上切除的金属层总厚度，亦称毛坯的机械加工余量工序余量Zb完成一个工序中某一表面所需切除的金属层厚度公称余量Zb前工序的基本尺寸与本工序的基本尺寸之差，就是通常所说的加工余量及查表所得的加工余量最大工序余量Zbmax对被包容面是指前工序最大极限尺寸与本工序最小极限尺寸之差；对包容面是指本工序的最大极限尺寸与前工序的最小极限尺寸之差最小工序余量Zbmin对被包容面是指前工序的最小极限尺寸与本工序最大极限尺寸之差；对包容面指本工序的最小极限尺寸与前工序的最大极限尺寸之差工序余量公差zb本工序最大余量与最小余量之差单边余量Zb对平面是指一个表面的余量；对回转面是指加工前后半径之差双边余量2Zb对回转面是指前后直径之差4.2.1确定圆柱面的工序尺寸圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。前面根据有关资料已查出本零件各圆柱面的总加工余量（毛坯余量）a为72mm，应将总加工余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算出工序尺寸，中间工序尺寸的公差按加工方法的经济加工精度确定。粗车后得到主轴零件的大致形状，层层车削，每一工步在上一工步的基础上粗车，得到阶梯轴。加工圆柱表面的工序双边余量（mm）加工表面粗车半精车粗磨精磨41.610.41021-6.51.5-521-52-52-82-921-32-62-加工圆柱表面的工序尺寸公差(mm)加工表面粗车半精车粗磨精磨-59的圆柱表面在加工的圆柱表面时，粗磨得到后再一次粗磨得到，双边余量为1.4mm。表面粗糙度：粗车后为 半精车后为 粗磨后为 精磨后为4.2.2确定轴向工序尺寸铣两端面时，两端面互为基准，粗铣后尺寸为502，单边余量为6mm；精铣后保证尺寸500mm，单边余量为1mm。 （a） （b） （c）如上图所示 （a）以大端端面为基准，车凸台一端，保证尺寸35mm，工序余量3.5mm 如（b）示基准面不变，保证工序尺寸25mm如（c）所示，加工凸台台另一端，此端面要求精度很高，为9，故需粗车，半精车，粗磨，精磨。保证工序尺寸45mm。单边余量为 粗车2mm 半精车1mm 粗磨0.4mm 精磨0.1mm第五章 确定切削用量及基本时间(机动时间)切削用量一般包括切削深度,进给量及切削速度三项，确定方法是先确定切削深度，再确定切削速度。5.1工序4(铣端面钻中心孔)切削用量及基本时间的确定5.1.1切削用量（1）铣端面本工序为粗铣后精铣,使两端面达到图样要求7，并保证尺寸500mm，钻中心孔。已知加工材料为20Cr，b =835MPa，锻件。机床为中心孔机床ZBT8216-1可用来铣端面和钻中心孔，所选刀具，端铣刀铣削平面，硬质合金；钻头用中心钻GB6078-85 A型，高速钢。v-铣削速度（m/s） d-铣刀外径（mm）n-铣刀转速（r/s）f-铣刀每转工作台移动距离，即每转进给量（mm/r）af-铣刀每齿进给量（mm/z）vf-进给速度（mm/s）vf = fn = afznz-铣刀齿数ae -铣削宽度（mm）是指垂直于铣刀轴线方向的切削层尺寸ap-铣削深度（mm）是指平行于铣刀轴线方向的切削层尺寸T-耐用度（s）查机械加工工艺手册（主编 李洪 哈尔滨工业出版社）得（后面计算中无说明时，查表数据均选自此书）端铣刀磨钝标准：后刀面最大磨损限度，粗加工时为1.2mm；精加工时为0.5mm。刀具耐用度：10.8103s铣刀直径d0=100mm 齿数z=6 铣削宽度ae=60mm粗铣时根据机械加工余量定铣削深度ap=5mm 查表后得 铣削速度v=0.45m/s = 27m/min 铣削功率Pm=5.2kw (机床功率为7.5kw)铣刀每齿进给量fz=0.3mm/r铣刀转速根据机床使用说明书，并查工艺手册取 n=82.5r/min故实际切削速度 v=25.9m/min精铣时铣削深度 ap=2mm查表后得 铣削速度v=0.38m/s = 22.8m/min 铣削功率Pm=4.1kw (机床功率为7.5kw)铣刀每齿进给量fz=0.15mm/r铣刀转速根据机床使用说明书，并查工艺手册取 n=70r/min故实际切削速度 v=22.0m/min（2）钻中心孔由于本工序的中心孔是为后面粗车外圆时作为定位基准而用，之后要在此基础上钻通孔，故中心孔必须对中性好，位置准确，但对切削用量没有固定严格的要求。中心孔形状为A型中心孔（GB145-85）主要尺寸 D=4.00mm D1=8.50mm L1=3.90mm t=3.5mm5.1.2基本时间 （1）端面铣刀铣平面 -工作台的进给量（mm/min） -被切削层的长度（mm）-刀具的切入长度（mm）-刀具的切出长度（mm）粗铣时 精铣时则（2）钻中心孔根据实际切削情况，设定钻每个中心孔的时间为2s所以本工序的基本时间为T=37.3+88.2+34.2+80.4+2+2=244.1s5.2工序5(粗车各外圆)的切削用量及基本时间5.2.1切削用量在普通车床上车削,粗车时刀具选刀杆尺寸BH=16mm25mm 刀片厚度为4.5mm选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱形前刀面。前角 后角 主偏角 副偏角 刃倾角 刀尖圆角半径 车刀后刀面最大磨损量取为1mm 耐用度T=60min7.2.1.1粗车得到 的切削用量 （1）切削深度单边余量 z=2mm 可一次走刀完成 （2）确定进给量f查表取 f=0.65mm/r （3）确定切削速度 切削速度v可根据公式计算，也可直接由表中查出，现根据公式计算确定切削速度 其中： 切削速度的修正系数 故 （4）确定机床主轴的转速按车床C630-1的转速说明，取n=500r/min=8.3r/s 则实际切削速度 （5）检验机床功率 当 时切削功率的修正系数 故实际切削时的功率为当n=500r/min时 主轴允许功率 故所选切削用量可在C630-1机床上进行最后决定的切削用量为 5.2.1.2粗车得到mm的切削用量 （1）切削深度单边余量为5mm，采用两次走刀完成，切削深度（2）确定进给量 f=0.65mm/r （3）确定切削速度（4）确定机床主轴的转速按车床C630-1的转速说明，与513.3r/min相近的有500r/min和560r/min现取500r/min则实际切削速度 （5）检验机床功率 检验过程与上步相同最后决定的切削用量为 5.2.1.3粗车得到的切削用量（1）切削深度在的基础上，单边余量为3.25mm，两次走刀完成，切削深度分别为和（2）确定进给量 f=0.65mm/r（3）确定切削速度 （4）确定机床主轴的转速按车床C630-1的转速说明，取n=630 r/min = 10.5 r/s则实际切削速度 （5） 检验机床功率实际切削时的功率与前两步相同，即。当n=630r/min时，主轴允许功率 故所选切削用量可在C630-1机床上进行最后决定的切削用量为和 n=630 r/min = 10.5 r/s5.2.1.4粗车其余外圆的切削用量切削用量的计算与确定原理与上面相同，如下表示外圆尺寸(mm)单边余量(mm)走刀次数(mm)f (mm)v (m/min)n(r/min)1.7511.750.65109.67502.512.50.65107.63202.512.50.65106.0450624220.65110.1500534.522.5和20.6597.4500501.511.50.65104.963045321.50.65113.8710机床功率经检验后得,所选切削用量均可在C630-1机床上进行5.2.1基本时间车外圆的基本时间公式i为走刀次数所以 （） （） （46.5） （） （102） （70） （62） （53） （50）所以本工序的基本时间为5.3工序6(半精车各外圆，车沟槽，车螺纹及倒角)的切削用量及基本时间5.3.1切削用量本工序为半精加工，已知条件与粗加工工序相同5.3.1.1外圆半精车的切削用量所选刀具为YT15硬质合金可转位车刀。车刀的几何形状为 （1） 切削深度 （2）确定进给量 选f=0.3mm/r 由于是半精加工，切削力较小，故不须校核机床进给机构强度（3）确定切削速度当用YT15硬质合金车刀加工钢料 切削速度 切削速度的修正系数为 其余的修正系数为1故 按C630-1机床的转速 选n=630r/min = 10.5r/s 则实际切削速度为 半精加工机床功率也可不校验 最后决定的切削用量 加工其余的外圆各部分 均采用以上切削用量和刀具，只是切削深度不同 半精车 单边余量为1mm 切削深度 46.5的切削深度 半精车的 100的单边余量为1mm， 半精车后达到图样要求同样68，43和60的切削深度都为 达到图样要求 的切削深度 5.3.1.2车沟槽，倒角 车沟槽采用高速钢成型切槽刀，进给时采用手动方式。车沟槽时取v=0.17m/sn = 0.5r/s 倒角时取 v = 0.69m/s n = 2r/s 5.3.1.3车M451.5 M483两处螺纹 M451.5 进给量 f=1.5mm/r (f=螺距)查表后 切削速度v 取0.48 m/s = 28.8 m/min 转速 根据车床实际转速 取n =200r/min = 3.3r/s 故实际切削速度 M483 进给量f = 3mm/s (f=螺距)查表后 v取 0.41m/s = 24.6 m/min 转速 根据车床实际转速 取n =150r/min = 2.5r/s 故实际切削速度 5.3.2基本时间 在车床上车螺纹的基本时间公式为车通螺纹时 车不通螺纹时 q为螺纹的线数所以本工序基本时间 T=112.1+7.9+6.3+24.4+4.8+3.2+3.2+9.5+35.8+8=215.2s5.4工序7(钻29通孔)的切削用量及基本时间5.4.1切削用量 刀具选用外排屑深孔钻 直径d = 29mm 使用切削液 深孔钻机床Z2115查表 确定进给量 f= 0.43mm/r 切削速度 v=0.69m/s = 41.4m/min 主轴转速 根据机床Z2115的主轴转速 取 n = 450r/min = 7.5r/s实际切削速度 v = 41.0m/min = 0.68 m/s5.4.2基本时间计算钻孔基本时间的公式所以本工序基本时间5.5工序8(镗孔内沟槽，车锥孔)的切削用量及基本时间5.5.1切削用量5.5.1.1镗孔内沟槽 在普通车床上选用高速钢切槽刀，手动进给。主轴转速n = 40r/min = 0.67r/s切削速度 v = 0.14m/s5.5.1.1车锥孔普通车床上，使用镗刀，倾斜一定的角度，手动进给，主轴转速取n = 0.67r/s5.5.2基本时间 由于本工序均采用手动进给，估计总共的切削时间 T = 60 s5.6工序9(钻