机械制造技术课程设计-镶轴套的加工工艺及专用夹具设计

目 录第一节 镶轴套的工艺性分析及生产类型确定21.1镶轴套的用途21.2镶轴套的技术要求21.3镶轴套的生产类型2第二节 确定毛坯 、 绘制毛坯简图42.1选择毛坯42.2确定毛坯的尺寸和机械加工余量42.3 锻造毛坯简图4第三节 拟定镶轴套的工艺路线53.1 定位基准的选择53.1.1 精基准的选择53.1.2粗基准的选择53.2 各表面加工方案的确定53.3 工序顺序的安排63.4 机床设备及工艺装备的选用63.5 确定工艺路线7第四节 确定切削及时间定额84.1 确定切削要量84.2 时间定额的计算91、工序15切削用量9第五节 镶轴套专用夹具的设计125.1 镶轴套夹具结构设计12511确定定位方案，选择定位元件1251 .2夹具设计的有关计算125.2 计算定位误差分析定位方案的可行性125.3夹具结构设计及操作简要说明12 5.3.1 确定主夹紧机构：135.1.2 结构设计及操作说明135.4 切削力及夹紧力分析计算13小结15参考文献16全套图纸加扣3012250582第一节 镶轴套的工艺性分析及生产类型确定一、镶轴套的用途一般情况下镶轴套是作为主軴支撑用的，前后端均为柱承支撑。机床上使用最为普遍。轴向固定，比如轴很长，轴上的齿轮啊轴承啊什么的很少，在轴上来回动，这就需要轴镶轴套来把他们固定住。1、适用于承受拉、压双向作用力的各类构筑物钢筋混凝结构中的钢筋连接施工。2、节材、节能，不受钢筋成份及种类的限制。3、可全方位连接。4、可提前予制，工厂化作业，不占用工期，全天候施工。5、操作方便、快捷，施工速度快，可大大缩短工期。二、镶轴套的技术要求1、锻件必须进行水韧处理；2、锻件未注圆角R3、倒角C3；3、锻件不许有裂纹、气孔、疏松等缺陷。4、零件的加工表面精度满足图纸尺寸要求，注重零件的公差和位置度的要求。三、镶轴套的生产类型由零件图可知：生产纲领10000件/年，备品率为1%，废品率为2%，因此年产量：Q生产纲领每台件数(1+备品率)(1+废品率)Q10300件日产量Q260=40(件)日产量(一天2班)日产量Days=20件/天查工艺人员手册，轻型（100公斤以内）零件的生产性质：中批5005000 大批500050000考虑到保证产品按时定量完成，生产该产品的每一道工序的单件核算时间必须小于生产节拍（工艺卡填写过程考虑到客观随机因素的影响，将节拍乘80%后与单件核算时间比较），若大于生产节拍，就会造成完不成年产量，因此应改用多台机床加工。1、 钢筋连接镶轴套筒接头强度达到行业标准JGJ107-96中A级接头性能要求。2、钢筋连接镶轴套筒螺纹牙形好、精度高、连接质量稳定可靠。3、钢筋连接镶轴套筒应用范围广，适用于直径16-80mm。4、级钢筋在任意方向和位置的同异径连接。5、可调型：正反丝扣型镶轴套筒适用于拐铁钢筋笼等不能转动处钢筋的连接。6、施工速度快：螺纹加工提前预制和现场加工，装配施工。7、节约能源、无污染，施工安全可靠。由以上可知，该零件为大批生产，所以工艺安排应考虑工序适当集中，考虑零件成批生产，产量比较大，综合经济与生产效率等因素，确定加工设备为通用机床，采用专用夹具。 第2节 确定毛坯 、 绘制毛坯简图一、选择毛坯 根据生产纲领的要求，本是大批大量生产，还有的复杂程度及加工表面与非加工表面的技术要求，我们选择毛坯的制造方式为金属模机器造型，锻件的机械加工余量等级则为57级，我们选择6级。二、确定毛坯的尺寸和机械加工余量从锻件一尺寸公差与机械加工余量（GB/T6414-1999）中查的全长90mm的加工余量为4mm，即该毛胚的尺寸为65x98mm。42孔的加工余量为4mm，毛胚尺寸64x98mmmm。其他尺寸从图1-1中查得。锻造难达到这样的形状要求，生产成本也较高。锻造可以大批量生产，成本较低，能够造出这样形状复杂的锻件。查资料知材料为45钢，采用金属型锻造，精度可达到3.210，因此毛坯的加工余量比较小。3、 锻造毛坯简图第3节 拟定镶轴套的工艺路线1、 定位基准的选择1、 精基准的选择该工件的重要加工表面是支承孔42，其与外圆55应该有同轴度关系，所以底面自然就成了精基准面，考虑到第二基准面选择的方便性，同时外圆面的一对6孔成为工艺孔，该定位基准组合在后续底面台阶孔及支承孔上径向孔的加工中都将作为精基准面，自然应该在工艺开始阶段安排加工将来作为精基准的底面和底面工艺孔。2、粗基准的选择粗基准的选择应是未经加工的面，第一步工序是粗车底面，根据以重要加工表面为粗基准的选用原则我们选择毛坯支承孔和底面台阶孔平面作为粗基准。支承孔为重要加工表面，精度要求高，故采用中心支承孔互为基准，反复加工，可以保证工件图技术要求所以粗基准就是毛坯支承孔和底面台阶孔平面，精基准就是底面。2、 各表面加工方案的确定面的加工： 该零件的基准面为底面 ，底面的加工需要粗车再精车，保证表面精度要求。42孔的加工也是车加工，也是采要车削的方式加工，凸台凹槽的加工是要数铣加工，数铣凹槽的时候直接使用数控钻孔加工。孔的加工：零件上的孔有R3横槽孔，铣削的时候加工，零件的6孔的加工采要加工中心钻扩铰孔加工。大孔42的加工采要车销加工，使用卧式数控车床加工。3、 工序顺序的安排1、 机械加工工序 长圆柱销4点定位，限制沿Y轴的移动，限制沿Y轴的转动，限制沿Z轴的移动，限制沿Z轴的转动；端面1点定位，限制沿x轴的移动；定位销1点定位，限制沿x轴的转动。这样就一共限制了6个自由度，实现了六点定位原理。在机械加工工序安排中，要满足先面后孔，先粗后精的而价格原则。2、 热处理工序锻件在锻造以后，需要进行热处理，高温回火，在退火的形式来进行处理，增加零件的使用性能。四、机床设备及工艺装备的选用按照零件材料，批量大小，现场条件等因素，并对照各加工方法特点及适应范围确定采用车削加工底面外圆内孔面。结合主要表面加工及表面形状特点，6孔和6孔倒角采用钻、铰的加工方式。底面上的槽宜采用铣削加工方法。铣削采用立式铣床，6孔和6孔倒角的加工采用立式钻床。零件在铣床上或者钻床上的加工都应采用专用夹具进行装夹。立式车床的主要参数如下：型号：CA6140 功率：6.5KW主轴转速：30-1000转/分立式钻床的主要参数如下：型号：Z5025功率：1.5kW主轴转速：1001360转/分机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定零件材料为45，毛坯为锻件，毛重2.25kg，数量为10000件/年，属于大批量生产。五、 确定工艺路线工序号工 名 序 称工 序 内 容5锻造毛坯锻造10调质退火，回火15粗车装夹左端面，粗车右端面；粗车右外圆至尺寸57，长度66mm，保留1mm精车余量装夹左端面，半精车右端面；半精车外圆至尺寸56，长度66mm，保留1mm精车余量20精车装夹左端面，精车右端面；精车外圆至尺寸55至图纸尺寸要求，长度66mm ；车倒角C125车装夹外圆，车左端面至图纸尺寸要求，长度尺寸65mm；车倒角C1装夹外圆，粗车内孔至尺寸41，保留1mm精车余量30精车装夹外圆，精车内孔至图纸尺寸42， 车倒角C135数控铣找正中心，定位内孔，两端夹持铣R3槽至图纸尺寸要求40线切割线切割加工键槽8mmx44mm。45线切割找正中心，两边装夹，钻孔6单边通50钻孔钳工去毛刺 55清洗60检验终检65入库第4节 确定切削及时间定额1、 确定切削要量根据上述资料及加工工艺,分别确定各加工表面的机加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸如下:1. 车外圆面参照表3.1-56,因为其公差等级太低,可直接粗车再精车.2. 加工车底面参照表3.1-56,其加工余量Z=4mm.可直接粗车再精车.3. 加工车上顶面 参照表3.1-56, 其加工余量Z=4mm.可直接粗车再精车.4. 车42mm孔的两侧面,铣削公差0.02mm. 参照表3.1-56, 其加工余量Z=2mm.精车余量:单边0.7mm(见表8-31),车削余量:Z=2.0-0.7=1.3mm,锻件偏差mm。5 切削速度：v=nD/1000=(5003.1425) 1000=39.25m/minn为主轴转速，D为工件或刀具外圆直径6 背吃刀量：根据零件毛坯的尺寸的确定，即背吃刀量为4.5mm。7 进给量：根据所选机床功率和铣刀类型，查机械加工工艺手册9-100表9.4-1，材质为钢。确定粗铣时每齿进给量af=0.10.15mm,取0.1mm。f=afz=0.18=0.8mm/rz为细齿的齿数8 铣刀磨钝标准和耐用度:由机械制造工艺设计简明手册查得 磨钝标准为 0.20.3耐用度为 T=150min 。2、 时间定额的计算 切削用量包括切削深度，切削速度和进给量。确定顺序是先确定a、f，再确定v。1、工序15切削用量本工序为粗车（车端面、外圆及钻中心孔）。已知加工材料为45钢，=670Mp，锻件，有外皮；机床为CA6140，工件装卡在三爪自定心卡盘中。确定粗车外圆的切削用量。所选刀具为YT15硬质合金可转位刀具。查参考文献【5】选择切削深度a=2mm（双边余量）/2=1mm.确定进给量f。查参考文献【4】，硬质合金及高速钢车刀粗车外圆和端面进给量表1.4，在粗车钢料，车刀刀杆尺寸为1625mm，a3mm,工件直径为20-68mm，f=0.4-0.7mm/r，查参考文献【3】，查的CA6140车床进给量选择f=0.61mm/r。计算切削力F=4269N。选择车床磨钝标准及耐用度。查阅参考文献【3】，后刀面最大磨损量取1mm，可转位车刀耐用度为T=60min。确定切削速度v。查参考文献【4】，表1.0，用YT15硬质合金切削速度，选择109m/min。查切削速度的修正系数得 v=1090.800.650.811.15=52.8m/min。 n=1000v/(d)=100052.8/(44）=382.2r/min根据CA6140车床的转速，选择400r/min,实际切削速度为55.26m/min。(5)校验机床功率。根据切削过程中切削功率计算公式，求得切削功率P=2.25KW.CA6140主电机功率7.5kw，故所选切削用量合适。最后的切削用量为a=1mm,f=0.61mm,n=400r/min,v=55.26m/min。车端面 a=1.5mm，主轴转速n=400r/min，f=0.61mm/r。工序20 该工序为半精车（1） 确定该工序的加工余量。所选刀具为YT15硬质合金刀具，车刀刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同。查参考文献【3】得半精车加工余量为1.5，切削深度a=0.75mm，将工件车至20.2mm，需两次半精车，第一次半精车a=0.75,第二次半精车切削深度a=1.3/2=0.65mm。（2） 确定进给量。根据参考文献【3】，查得CA6140进给量选择f=0.3mm/r，由于半精车加工，切削力较小，故不需要校验机床进给机构强度。（3） 选择车刀磨钝标准及耐用度。查参考文献【4】最大磨钝标准为0.4mm。耐用度为60min,（4） 确定切削速度。查参考文献【4】，切削速度为156m/min， V=1560.811.15=145.3m/min n=1000145.33.1430=1541r/min查CA6140主轴转速选择n=1400r/min，实际切削速度v=131.88m/min。半精加工机床功率可不校验。最后确定切削用量为a=0.75mm，f=0.3mm/r，n=1400r/min，v=131.88m/min。3、 工序25 车加工，改工序为普通端面的车销加工，其加工时间切削确定可按照以上工序为基础来加工，故不再做详细计算。4、工序30钻铰加工 当采用高速钢车刀时,切削速度:V=16mm/min. 钻铰6孔 采用麻花钻,V=20m/min. 5、工序35钻铰加工 当采用高速钢车刀时,切削速度:V=16mm/min. 钻铰6孔 采用麻花钻,V=20m/min. 工序40数控铣 本工序为铣槽和台阶，工步一为粗槽。工步二维铣台阶，所选刀具为立铣刀，硬质合金刀具YT15，铣刀直径12mm，齿数z=4, （1）确定切削深度a=3mm铣削宽度8mm，长度为18mm.每齿的进给量f=0.04-0.03mm/r，取f=0.03mm/r。 （2）确定铣刀磨钝标准及耐用度。查参考文献【3】，取最大磨损量为0.2mm，耐用度为60min。 （3）确定铣削速度及工作台每分钟进给量f,V=30-60m/min,在保证正常的铣刀耐用度及在机床动力和刚性允许的条件下,应尽量选取较大的铣削速度,应此选择v=60m/min按照切削速度计算公式，计算的v=31.77m/min，n=632r/min。取X51铣床主轴转速725r/min。实际切削速度为36.42m/s。工作台每齿进给量为0.03mm/z.工序50钳工去毛刺，清洗 工序55 终检工序60入库。第五节 镶轴套专用夹具的设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工镶轴套时，需要设计专用夹具。机床夹具（夹具）是在机械加工中使用的一种工艺装备，它的主要功能是实现对被加工镶轴套的定位和夹紧。通过定位，使被加工镶轴套在夹具中占有同一个正确的加工位置；通过夹紧，克服加工中存在的各种作用力，使这一正确的位置得到保证，从而使加工过程得以顺利进行。3.1 镶轴套夹具结构设计311确定定位方案，选择定位元件 镶轴套在加工顶面夹具孔平面时采用面作为定位基准，易于做到工艺过程中的基准统一，保证镶轴套的相对位置精度，且具有支撑面大，支撑刚性好等优点；本镶轴套采用底面和一对对角工艺孔作为定位基准，镶轴套底面为第一定位基准；槽孔为第二定位基准，它和支撑原件联合限制了z方向转动自由度，所以此定位方案符合六点定位原理，采用对称压板将镶轴套压紧。31 .2 夹具设计的有关计算1. “确定夹紧原件中心距及尺寸公差（中心距公差需采用对称公差的标注形式）两销中心距基本尺寸Ld两原件中心距基本尺寸=1200.05mm，公差按划线等级取0.05mm”3.2 计算定位误差分析定位方案的可行性因为定位方向与加工尺寸方向垂直，且被加工表面无尺寸公差要求，为此要加工表面，只要保证粗糙度为Ra12.5，故只需进行转角误差计算即可。=转角误差很小，符合定位要求，可以使用。3.3夹具结构设计及操作简要说明本镶轴套在加工底面A时，根据以重要加工表面为粗基准的选用原则我们选择毛坯支承孔和底面台阶孔平面作为粗基准，考虑到第二基准面选择的方便性，同时底面的一对槽孔成为工艺孔。两支撑板和V型块（支撑板用螺钉固定在低板上）相当于一个平面，限制x、y方向转动，z方向移动三个自由度了，后面的一个平面限制了y方向的移动，利用压块将镶轴套夹紧。1、 确定主夹紧机构：用压板块夹紧。当进行铣削加工时，将支撑板用螺栓在夹具体的支撑臂上，镶轴套放于其上相当于有一个面的约束，限制了三个自由度。然后用辅助支撑支撑固定紧，拿下镶轴套即可。2、 结构设计及操作说明本夹具按两个V型块定位，可以限制6个自由度，属于过定位方式。镶轴套靠螺栓和V型块夹紧，夹具靠两个支撑板与底板链接。 3.4 切削力及夹紧力分析计算刀具材料： 刀具有关几何参数： 由参考文献16机床夹具设计手册表1-2-9 可得铣削切削力的计算公式： 式（3.1）查参考文献16机床夹具设计手册表得：对于灰铸铁： 式（3.2）取 ， 即所以 由参考文献17金属切削刀具表1-2可得：垂直切削力 ：（对称铣削） 式（2.3）背向力：根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即： 式（3.4） 安全系数K可按下式计算： 式（3.5）式中：为各种因素的安全系数，见机床夹具设计手册表可得： 所以 式（3.6） 式（3.7） 式（3.8）由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算： 式（3.9）式中参数由参考文献16机床夹具设计手册可查得： 其中： 螺旋夹紧力：易得：经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可靠的。小结机械制造工艺学课程设计是我们在学完了大学的大部分基础课专业基础课以及专业课后进行的。这是进行了生产实习之后的一项重要的实践性教学环节也是在进行毕业设计之前对所学的各科课程一次深入的综合性总复习和一次理论联系实际的训练。经过三周的课程设计，我对机械制造技术