精密主轴工艺规程制定和工装设计

哈尔滨理工大学专科生毕业论文精密主轴工艺规程制定和工装设计摘要机械制造业是一个国家技术进步和社会发展的支柱产业之一，无论是传统产业，还是新型产业，都离不开各式各样的机械设备。而加快产品上市的时间，提高质量，降低成本，加强服务是制造也追求的永恒主题。此篇论文主要内容是对精密主轴加工工艺路线进行的研究、设计，其中包括了各道工序的加工方法，机床、刀具、夹具、辅具、量具的选择，基准面的选取，定位和夹紧方案的拟定。主轴零件是机床实线旋转运动的执行件，它直接带动工件或刀具参加表面成型运动是机床上的一个关键组件。它是机械加工中经常也遇到的典型零件之一。在机器中，它主要用来支撑传动零件、传递运动和扭矩。主轴零件是机床主要部件之一，它的性能，对整机性能有很大的影响，主轴直接承受切削力，速度范围很大，所以对主轴组件的主要性能提出很高的要求。本文论述精密主轴零件的工艺编制，研究零件机械加工工艺规程的设计问题，介绍工艺规程的组成、制定程序等。说明零件的机械加工工艺结构性，结合生产主要从零件分析、毛坯的选择、工艺路线的拟定、工序内容的确定等几个方面详细的讲述了精密主轴零件工艺过程设计以及工艺编制中应注意的问题，以及如何才能达到最理想的表面质量和经济效益。关键词 工艺；装配图；夹具；轴I目 录摘要I第1章 零件分析11.1 零件的作用11.2 零件的技术要求11.3 零件的工艺分析11.3.1 加工阶段的划分11.3.2 工序顺序安排1第2章 工艺规程设计32.1 主轴的材料、毛坯与热处理32.1.1 主轴的毛坯32.1.2 主轴的材料32.1.3 主轴的热处理42.2 主轴加工工艺过程42.2.1 主轴加工的主要问题和工艺过程设计42.2.2 主轴加工定位基准的选择52.2.3 主轴主要加工表面加工工序的安排62.2.4 主轴加工工艺过程72.3 工序内容的拟定101 机床的选择10第3章 机械加工余量和工序尺寸的确定123.1 各外圆表面121 用查表方法确定加工余量123.2 各内圆表面12第4章 切削用量及基本工时的确定134.1 车端面134.1.1 加工条件134.1.2 切削参数134.2钻中心孔144.2.1 加工条件144.2.2 切削参数144.2.3 切削工时144.3 各粗车外圆工序切削参数154.4 车螺纹M451.5，M481.5，M644194.4.1 加工条件194.4.2 切削参数194.4.3 切削工时194.5 磨削内圆锥面204.5.1 加工条件204.5.2 切削参数204.5.3 加工工时20第5章 专用夹具设计215.1 问题的指出215.2 夹具设计215.2.1 定位分析215.2.2 定位基准的选择215.2.3 定位元件的选择215.2.4 力的计算225.3 夹具工作原理23结论24致谢25参考文献26III第1章 零件分析1.1 零件的作用该零件为铣床主轴，属于精密机床主轴零件。它主要起支撑和传动转矩的作用，是旋转体零件。其主要由内外圆柱面、内锥面、螺纹及横向深孔等组成，是空心类机床主轴。所以它的主要表面的精度和表面质量要求很高，而且精度也要求稳定。1.2 零件的技术要求1、精密主轴的支撑轴颈是主轴的装配基准，它的制造精度直接影响到主轴部件的旋转精度，故对它提出很高的技术要求。2、主轴前段锥孔是安装顶尖等小型夹具或工具锥柄的，其中心线必须与支撑轴颈中心线严格同轴。3、主轴前端圆锥面是安装卡盘等较大型夹具的重要表面，其中心线必须与支撑轴颈中心线同轴。4、主轴轴向定位面与主轴旋转中心线必须垂直，否则会引起主轴周期性的轴向窜动。因此，必须控制其垂直度要求。1.3 零件的工艺分析在拟定精密主轴工艺工艺过程时，应考虑一些问题。1.3.1 加工阶段的划分加工过程大致划分为四个阶段： 顶尖孔之前是预加工阶段；打顶尖孔之后至调质前的工序为粗加工阶段调质处理后至表面淬火前的工序为半精加工阶段；表面淬火后工序为精加工阶段。要求较高的支承轴颈和3:20锥孔的精加工，则应在最后进行。整个主轴加工的工艺过程，是以主要表面（特别是支承轴颈）的加工为主线，穿插其它表面的加工工序组成的。这样安排的优点是：粗加工时切除大量金属是产生的变形，可以在半精加工和精加工中去掉。而主要表面放在最后，可不受其它表面加工的影响，并方便安排热处理工序，有利于机床的选择。1.3.2 工序顺序安排工序顺序的安排主要根据基面先行、先粗后精、先主后次的原则。并注意下列几点。1.3.2.1 热处理的安排主轴毛坯锻造后，一般安排正火处理。其目的是，消除锻造残余应力，改善金属组织，降低硬度，改善切削加工性能。棒料毛坯可不进行该道热处理工序。粗加工后，安排调质处理。其目的是获得均匀细致的索氏体组织，提高零件的综合力学性能，以便在表面淬火时得到均匀致密的硬度层，并使硬化层的硬度由表面向中心逐渐降低。同时索氏体的金属结构经加工后，表面粗糙度较细。最后，还须对有相对运动的轴颈表面和经常与夹具接触的锥面进行淬火或氮处理，以提高其耐磨性。一般高频淬火安排在粗磨之前；氮化安排在粗磨之后，精磨之前。1.3.2.2 外圆表面的加工顺序 先加工大直径外圆，以免一开始就降低工件刚度。1.3.2.3 深孔加工1、应安排在调质以后进行，因为调质处理变形大，深孔产生弯曲变形后没法纠正，不仅影响棒料通过，还会造成主轴高速转动的不平衡。2、深孔加工应安排在外圆粗车或半精车之后，以便有一个较精确的轴颈作定位基面，保证孔与外圆同轴度，时主轴壁厚均匀。如果仅从定位基准考虑，希望始终用顶尖孔定位，避免使用锥堵，深孔加工安排在最后为好。但是深孔加工是粗加工，发热量大，会破坏外圆加工的精度，而且钻偏时，要有余量纠正。所以，深孔加工只能在半精加工阶段进行。13第2章 工艺规程设计2.1 主轴的材料、毛坯与热处理2.1.1 主轴的毛坯主轴属于外圆直径相差较大的阶梯轴，为了节省材料和减少加工的劳动量，毛坯常采用锻件。在热锻过程中金属纤维按轴向排列，组织细蜜，具有较高的抗拉、抗弯和抗扭强度。锻件在铸造方法上又分自由锻和模锻两种。自由锻使用的设备比较简单，但毛坯的精度较低、余量大、生产率低，只适用于单件、小批生产。模锻一般在模锻压力机上进行，设备比较昂贵，并须专用锻模，但毛坯精度高、加工余量小、生产率高。目前国内精锻毛坯公差外径可达0.3mm，内径达0.1mm，表面粗糙度Ra可达3.21.6um。它适于在大批条件下锻造形状复杂、精度要求高的主轴。图2-1所示为模锻主轴毛坯示意图图2-1 主轴毛坯图2.1.2 主轴的材料根据主轴的功用，主轴应具有良好的机械强度和刚度；主轴工作表面应具有高的耐磨性与加工后尺寸精度的稳定性。这些都与主轴的材料与所选用的热处理方法有关。45钢是主轴常用的材料，价格较便宜。它经过调质（或正火）、局部加热淬火后回火，表面硬度HRC4552，一般能满足普通机床要求。但与65Mn、40Cr等合金钢比较，45钢淬透性差、淬火后变形大、加工后尺寸稳定性差，故高精度主轴常用合金钢。40Cr是含碳量为0.37%0.45%的合金结构钢，经调质淬火后具有较高的综合机械性能。38CrMnAlA是中碳合金氮化钢，由于氮化温度（540550）比淬火温度低，变形小。此材料硬度高（中心硬度大于HRC28），并具有优良的耐疲劳性能、尺寸稳定性好，是制造高精度主轴的理想材料。因此选择38CrMnAlA。2.1.3 主轴的热处理2.1.3.1 改善切削加工性能、消除锻造残余应力的热处理 主轴毛坯在锻造过程中，若温度过高，则将使金属组织的晶粒粗大；若锻造温度过低，则造成组织不均匀和过大的残余应力，甚至出现裂纹。这两种情况在主轴锻造过程中往往同时存在，致使主轴强度降低，并由于表面泠硬而不易切削。因此在粗加工前需进行热处理，以改善切削性能，消除锻造残余应力，细化晶粒，并使金属组织均匀。通常采用退火或正火处理。2.1.3.2 预备热处理主轴在粗加工后，最终热处理以前常进行预备热处理，通常为调质或正火。调质处理是淬火后高温回火（回火温度为500 650），调质后可得到均匀细密的回火索氏体组织，使主轴获得较高的强度和韧性等综合机械性能。调质时由于回火温度高，故主轴容易变形并产生较多的氧化皮。2.1.3.3 最终热处理 主轴最终热处理包括局部加热淬火后回火（铅浴炉加热淬火、火焰加热淬火、电感应加热淬火等）、渗碳淬火、淡化等。其目的是在保持心部韧性的同时提高表面硬度，使主轴各工作表面获得较高的耐磨性和抗疲劳强度，以保持主轴的工作精度和提高使用寿命。最终热处理一般放在半精加工之后，因局部淬火后总会有些变形，故需在淬火后安排磨削加工工序以消除淬火变形。2.2 主轴加工工艺过程2.2.1 主轴加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施主轴加工的主要问题是如何保持主轴支承轴颈的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度，主轴前端内锥面的形状精度、表面粗糙度以及它们对支承轴颈的位置精度。主轴支承轴颈的尺寸精度、形状精度以及表面粗糙度要求，可以采用精密磨削方法保证，磨前应提高精基准的精度。保证主轴前端内锥面的形状精度、表面粗糙度同样应采用精密磨削的方法。为了保证外锥面相对支承轴颈的位置精度，以及支承轴颈之间的位置精度，通常采用组合磨削法，在一次装夹中加工这些表面。主轴锥孔相对于支承轴颈的位置精度是靠采用支承轴颈A、B作为定位基准，而让被加工主轴装夹在磨床工作台上（不是装夹在磨床头架主轴上）加工保证的。以支承轴颈作为定位基准加工内锥面，符合“基准重合”原则。让被加工主轴装夹在磨床工作台上而不装夹在磨床头架主轴上，可以避免磨床主轴回转误差对锥孔形状精度的影响；因为磨床头架主轴与被加工主轴零件只是柔性连接，磨床头架主轴只起带动工件回转的作用，而工件的回转轴心，则取决于定位基准面A、B与定位元件的精度。在精磨前端锥孔之前，应使作为定位基准的支承轴颈A、B达到一定精度。主轴外圆表面的加工，应该以顶尖孔作为统一的定位基准。如果主轴上有通孔，一旦通孔加工完毕，就要用带顶尖孔的工艺锥堵塞到主轴两端孔中，让锥堵的顶尖孔起附加定位基准的作用。既然工艺锥堵要起定位作用，所以工艺锥堵与主轴锥孔的配合质量就十分重要了。随着被加工主轴加工精度的逐步提高，也要相应提高工艺锥堵的精度。主轴上的通孔，虽然加工精度要求不高，但深孔的加工比较困难，排屑方式都是不可忽视的问题。主轴深孔的加工属于粗加工，应安排在工艺过程的前部。2.2.2 主轴加工定位基准的选择主轴加工中，为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应遵循“基准重合”与“互为基准”的原则，并能在一次装夹中尽可能加工出较多的表面。由于主轴外圆表面的设计基准主轴轴心线，根据基准重合的原则考虑选择主轴两端的顶尖孔作为精基准面。用顶尖孔定位，还能在一次装夹中把许多外圆表面及其端面加工出来，有利于保证加工面间的位置精度。所以实心轴在粗加工之前先打顶尖孔。对于空心轴则以外圆定位，加工通孔，并在两端孔口加工出30度倒角或内锥孔（工艺锥面），用两个带顶尖孔的锥堵或带锥堵的心轴装夹工件。为了保证支承轴颈与主轴内锥面的同轴度要求，宜按“互为基准”的原则选择基准面。例如车大端3:20内锥孔时，以与前支承轴颈相邻而它们又是用同一基准加工出来的外圆柱面为定位基准面（因支承轴颈系外锥面不便装夹）；在精车各外圆（包括两个支承轴颈）时，以前、后锥孔内所配锥堵的顶尖孔为定位基面；在粗磨3:20内锥孔时，又以两圆柱面为定位基准面；再次用锥堵顶尖孔定位；最后精磨3:20内锥孔时，直接以精莫后的前支承轴颈和另一圆柱面定位。定位基准每转换一次，都使主轴的加工精度提高一步。2.2.3 主轴主要加工表面加工工序的安排精密主轴主要加工表面是45、46、50轴颈，两支轴颈及大头锥孔。它们的加工公差都在IT3-IT4之间，表面粗糙度Ra为0.16m。要达到这样高的精度要求，其一般加工路线应是：粗车（IT11，Ra12.5m）半精车（IT9-IT10，Ra6.3-3.2m）精车（IT8，Ra1.6m）粗磨（IT7，Ra0.8 Ram） 精磨（IT5-IT6，Ra0.4m） 精细磨（IT3-IT4，Ra0.16m）在机械加工工序中间尚需插入必要的热处理工序，这就决定了主轴加工各主要表面总是循着以下顺序进行的，即粗车调质（预备热处理）半精车精车淬火（最终热处理）粗磨精磨精细磨主轴加工工艺过程可划分为三个加工阶段，即粗加工阶段（包括铣端面打顶尖孔、粗车外圆等）；半精加工阶段（半精车外圆，钻通孔，锥孔，钻大头端面各孔，精车外圆等）；精加工阶段（包括精铣键槽，粗、精磨外圆、锥孔等）。铣床主轴主轴表面的加工顺序有如下几种方案：1、通孔（以毛坯外圆定位，加工后配锥堵）外圆表面粗加工（以锥堵顶尖孔定位）锥孔粗加工（以半精加工后外圆定位，加工后配锥堵）外圆精加工（以锥堵顶尖孔定位）锥孔粗加工以精加工后的外圆定位）。2、圆表面粗加工（以顶尖孔定位）外圆表面半精加工（以顶尖孔定位）钻通孔（以半精加工后外圆定位，加工后配锥堵）外圆表面精加（以锥堵顶尖孔定位）锥孔粗加工（以精加工后外圆表面定位） 锥孔精加工（以精加工后外圆表面定位）3、外圆表面粗加工（以顶尖孔定位）外圆表面半精加工（以顶尖孔定位）钻通孔（以半精加工后外圆表面定位）锥孔粗加工（以精加工后外圆表面定位）锥孔精加工（以精加工后外圆表面定位，加工后配锥堵）外圆表面精加（以锥堵顶尖孔定位）4、外圆表面粗加工（以顶尖孔定位）外圆表面半精加工（以顶尖孔定位）钻通孔（以半精加工后外圆表面定位）锥孔粗加工（以精加工后外圆表面定位，加工后配锥堵）外圆表面精加（以锥堵顶尖孔定位）锥孔精加工（以精加工外圆表面定位）。上述四种加工方案各有优缺点，现简要分析如下：方案1：钻通孔放在外圆表面粗加工之前，则需在钻通孔后增加配锥堵的工作；另外，粗加工外圆表面时，加工余量大，切削力、夹紧力也相应较大，所以用锥堵顶尖孔定位不如用实心轴顶尖孔定位稳定可靠。故此方案对毛坯是实心轴的情况则不适宜，对于实心轴在成批生产情况下是可行的。方案2：锥孔粗加工在外圆表面精加工之后，锥孔粗加工时以精加工外圆表面定位，会破坏外圆表面的精度，故此方案不可行。方案3：锥孔精加工放在外圆精加工前，锥孔精加工时以半精加工 外圆表面定位，这会影响锥孔加工精度（内孔磨削条件比外圆磨削条件差）；另外精加工外圆时以锥堵顶尖孔定位，有可能破坏锥孔精度，同时锥堵的加工误差还会使外圆表面和内锥表面产生较大的同轴误差，故此方案也不行。方案4：锥孔精加工方在外圆精加工之后，锥孔精加工时以精加工过的外圆定位，锥孔精加工工序的加工余量小，磨削力不大，故不会破坏外圆表面的精度。此外，以外圆表面定位，定位稳定可靠，相比之下此方案最佳。当主要表面加工顺序确定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。对主轴来说非主要表面指的是螺孔、键槽、螺纹等。这些表面的加工一般不易出现废品，所以尽量安排在后边进行，主要表面加工一旦出了废品，非主要表面就不需要加工了，这样可以避免工时的浪费。但是也不能放在最后，以防在加工非主要表面过程中损害已精加工过程的主要表面。 对凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、键槽等，都应安排在淬火前加工完毕，否则表面淬硬后就不易加工。在非淬硬表面上的螺孔、键槽等一般在外圆精车之后精磨之前进行。如果在精车之前就加工出这些表面，精车就将在断续表面上进行，容易产生震动，影响表面质量，还容易损坏车刀，加工精度也难以保证。至于主轴螺纹，因它与主轴支承轴颈之间有一定的同轴度要求，所以螺纹应安排在最终热处理之后的精加工阶段进行，这样半精加工后残余应力重新分布所引起变形和热处理后的变形，就不会影响螺纹的加工精度了。 检验工序的合理安排是保证产品质量的重要措施。每道工序除操作者自检外，还必须安排单独的检验工序。一般在粗加工结束后安排检验工序以检查主轴是否出现气孔、裂纹等毛坯缺陷。对重要工序前后安排检验工序，以便及时发现废品。在主轴从一个车间到另 一个车间时要安排检验工序，使后续车间内产生的废品不致误认为是前车间产生的。在主轴全部加工结束之后要经全面检验方可入库。2.2.4 主轴加工工艺过程主轴加工工艺过程制定的依据是主轴的结构、技术要求、生产批量和设备条件等。表2-1列出了中批生产类型工厂加工精密主轴的机械加工工艺过程。表2-1 精密主轴机械加工工艺过程工序号工序名称工 序 内 容定位及夹紧1段 自由锻造2热处理 退火3车 荒车两端面，钻中心孔，荒车各外圆留加工余量5mm外圆，中心孔4热处理 调质5车 粗车各外圆留加工余量2mm，割试片（金相检验用），钻中心通孔留加工余量3mm，两端60倒角（工艺用）外圆，中心孔6热处理 吊挂在炉内高温时效7车 修研倒角，半精车各外圆和轴肩及端面留加工余量1mm，车锥孔留加工余量2mm,倒角6060倒角，外圆，中心架8热处理 中温时效9磨 修研倒角，粗磨各外圆留磨量0.8mm，45mm和50mm外圆备上中心架用60倒角10检验 磁粉探伤11车 扩孔28.2mm和21.5mm至尺寸，精车端面、锥孔和60倒角，精车各外圆留加工余量0.4mm，车空刀槽，车螺纹部分留加工余量1mm（备去氮化层用）外圆，中心架，60倒角12磨 磨各部分外圆留加工余量0.15mm，螺纹部分留余量0.7mm（备去氮化层用），上中心架处外圆尺寸一批要一致60倒角13磨 磨锥孔及60倒角、左端内孔各处，34mm磨至33.2mm，备装堵头用外圆，中心架14铣 铣右端两处扁平面55mm和70mm及铣12mm深9mm外圆，扁平面15钳 锐边倒钝，两端装防氮化堵头16氮化 工件与试件一起氮化，检验氮化深度0.450.6mm，零件上进行硬度检查17车 拆去两端防氮化堵头，修光锥孔，两端装上工艺堵头外圆，中心架18磨 精磨各外圆留磨量0.08mm，50mm和45mm两处一批尺寸要求一致，备上中心架用，检验后拆开工艺堵头两端中心孔19磨 内磨右端锥孔留磨量0.05mm及倒角，内磨右端各孔及端面至样图要求外圆，中心架20热处理 定性处理21车 精车M361.55h螺纹至图样要求，装两端堵头外圆，中心架22磨 精磨46mm和M481.54h螺纹大径至图样要求，其它外圆留磨量0.04mm两端中心孔23磨 精磨外螺纹三处至图样要求两端中心孔24磨 精细磨外圆至图样要求，两处50mm和45mm与轴承内环至图样要求两端中心孔25磨 主轴与主轴套筒部装后精细磨主轴锥孔从上面的工艺路线可以看出精密主轴有以下特点：1、从主要表面的加工工序分得很细。如支撑主轴颈45的外圆表面经过粗车、精车、粗磨、精磨、精细磨多道加工工序，其中还穿插一些热处理工序，以减少轴内应力所引起的变形。2、顶尖孔要多次修研，使顶尖孔的表面粗糙度值减小，以提高接触精度。3、合理安排热处理工序。为保证渗氮处理的质量和主轴精度的稳定，渗氮处理前要安排调制和消除应力两道热处理工序。调质处理对渗氮轴非常重要，因为对渗氮主轴，不仅要求调质后获得均匀细致的索氏体组织，而且要求离表面810的表面层内的铁素体含量不得超过5%。表层铁素体的存在，会造成渗氮脆性，引起渗氮质量下降。故渗氮主轴在调质后，必须每件割试样进行检查，不合格者不得转入下道工序。渗氮主轴由于渗氮很薄，渗氮前如果主轴内应力消除不好，渗氮后出现较大的弯曲变形，以致渗氮层的厚度不够抵消磨削加工时纠正弯曲变形的余量，所以精密主轴渗氮处理前，都要安排除应力工序。对于非渗氮主轴，虽然表面淬火前不必安排除应力处理，但是在淬火及粗磨后，为了稳定淬硬钢的残余奥氏体组织，使工件尺寸稳定和消除加工应力，需要安排低温人工时效。时效的次数视零件的精度和结构特点而定。4、精密主轴上的螺纹在螺纹磨床上直接磨出。为了避免装卸砂轮和带轮时将螺纹碰伤，一般要求对螺纹部分进行淬火处理。但若对已车好的螺纹进行淬火，则会因为应力集中而产生裂纹，故精密主轴上的螺纹多不采用车削、而在淬火、粗磨外圆后用螺纹磨床直接磨出。2.3 工序内容的拟定零件的加工工艺路线拟定以后，下一步该进行的就是工序内容的设计。工序内容包括为每一道工序选择机床和工艺装备，划分工步，确定加工余量、工序尺寸和公差，确定切削用量和工时定额，确定工序要求的检测方法等。1 机床的选择对该零件的加工中所用的机床选择如下表2-2 螺纹磨床型号最大安装直径最大安装长度，mm加工螺纹螺纹头数工作精度等级螺距误差，mm主电机功率，kw直径，mm长度，mmS7520A200750202005001326级+0.003-0.0034表2-3 磨床型号最大磨削范围（直径长度），mm最小磨削直径，mm中心高中心距，mm工件最大重量，kg回转角度，砂轮最大外径厚度，mm圆度，mm表面粗糙度，um主电机功率，kw工作台头架砂轮架M1432320-100081801000150+3-7+90-90+30-30400500.0050.165.5表2-4 车床型号加工范围，mm最大加工直径，mm最大加工长度，mm刀架行程，mm主轴转速圆度，mm圆柱度表面粗糙度，um床身上刀架上纵向横向级数范围，r/minCA61404901500490280150015003002411.2-22400.0070.02/3001.6第3章 机械加工余量和工序尺寸的确定精密主轴零件材料为38CrMnAlA，生产类型为小批生产，采用摸锻毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸。3.1 各外圆表面由前面确定的加工工艺路线可知，其加工方案为：粗车半精车粗磨磨精磨精细磨（至图样要求）1 用查表方法确定加工余量粗车余量 z粗车=2mm精车余量 z精车=1mm粗磨余量 z粗磨=0.8mm磨余量 z磨=0.15mm精磨余量 z精磨=0.04mm总余量 z总=2+1+0.8+0.15+0.04=3.99mm3.2 各内圆表面由前面确定的加工工艺路线可知，其加工方案为：钻孔扩孔粗磨磨精磨工件图样上21.5和28.2的内孔钻孔余量 z钻=3mm扩孔余量 z扩孔至图样要求工件图样上34的内孔钻孔余量 z钻=3mm扩孔余量 z扩=1.2mm磨孔余量 z钻=0.8mm由于毛柸及以后各道工序（或工步）的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。实际上，加工余量有最大和最小之分。有本设计规定的零件为中批生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按照调整法加工方式予以确定。第4章 切削用量及基本工时的确定4.1 车端面4.1.1 加工条件机床选择：CA6140卧式车床刀具选择：刀具材料 YT15 刀杆尺寸 2030(mmmm)刀具角度 主偏角Kr=90前角r。=5刃倾角s=0刀尖圆弧半径=0.5mm查表12-77。4.1.2 切削参数查表5-211、被吃刀量的确定 大端：粗车ap=5.8mm，精车ap=1.4mm 小端：粗车ap=6.4mm，精车ap=1.2mm2、进给量的确定 大端：粗车f=0.7 mm/r，精车f=0.4 mm/r 小端：粗车f=0.7 mm/r，精车f=0.4 mm/r3、切削速度的确定查表取粗车速度V=60m/min，精车速度V=100m/min转速（r/min）计算公式 (4-1)则： 查表3.1-187，分别取转速为粗加工400r/min，精加工710r/min。则实际切削速度： 4、查表5-15，实体的端面切削工时计算公式： (4-2)同时查表5-3、表5-6粗加工工时：d小=50mm l1=0 l2=2 l3=5 L=32d大=70mm l1=0 l2=2 l3=5 L=42 精加工工时：d小=50mm l1=0 l2=2 l3=5 L=32d大=70mm l1=0 l2=2 l3=5 L=42 切削工时的计算：T小=0.320+0.073=0.393min T大=0.42+0.096=0.516min4.2钻中心孔4.2.1 加工条件机床选择：Z35摇臂钻床加工要求：查表4.3-23，确定加工A型中心孔4.2.2 切削参数查表15-397，进给量f=0.08mm/r，切削速度V=18m/min查表2.5-73，取=400r/min，则4.2.3 切削工时查表5-14，钻中心孔工时计算公式： 同时查表5-9，表5-104.3 各粗车外圆工序切削参数1、粗车外圆（1）外圆同时应校验机床功率及进给机构强度l=55mm，切削单边余量Z=3mm查表15-107，选用f=0.6mm/r查表8.4-87，取V=110m/min确定主轴转速： 按机床选取n=400r/min,所以实际切削速度：V实=114.1mm/min（2）检验机床功率：主切削力Fz按表8.4-107所示计算： (4-3)其中：=2650，=1.0，=0.75，=-0.15所以 Fc=2876.5N切削时消耗功率 =6.32kw卧式车床CA6140主电机功率为7.5kw，所以机床主轴功率足够可以正常加工7。(3）检验机床进给系统强度已求得主切削力Fc=2876.5N，查表8.4-102径向切削力Fp： (4-4)式中：=1950，=0.9，=0.6，=-0.3所以=640.635N轴向切削力Ff： (4-5)式中：，轴向切削力：=1376.5N取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数=0.1则机床切削力在纵向进给方向对进给机构的作用为：=1376.5+0.1(2876.5+640.635)=1728.2N查表1.106，机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为3530N见，故机床进给系统可正常工作。(4）切削工时计算查表2.5-37，切削工时计算公式：其中，l1=4，l2=0所以，切削工时T=0.245min2、粗车外圆（1）切削深度，单边余量 Z=2mm查表15-107，可选用f=0.6mm/r查表8.4-87，取V=132m/min确定主轴转速：按机床选取n=430r/min,所以实际切削速度：V实=128m/min(2）检验机床功率查表8.4-107，主切削力Fc=1473.5N，消耗功率Pc=3.32kw卧式车床CA6140主电机功率为7.5kw，所以机床主轴功率足够，可以正常加工2。(3）检验机床进给系统强度已求得主切削力Fc=1473.5N，径向切削里Fp按表8.4-107所示公式计算：=331N轴向切削力： =772.7N取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数=0.1则机床切削力在纵向进给方向对进给机构的作用为=987.5N查表1.106，机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为3530N见，故机床进给系统可正常工作。（4）切削工时计算查表2.5-37，切削工时计算公式：其中l=325，l1=4所以，切削工时T=1.537min3、粗车外圆（1）切削深度，单边余量 Z=3.5mm 共进行4次切削查表15-107，可选用f=0.6mm/r查表8.4-87，取V=125m/min确定主轴转速：按机床选取n=430r/min,所以实际切削速度：V实=135.6m/min（2）切削工时计算查表2.5-37，切削工时计算公式：其中l=325，l1=2，l2=4所以，切削工时T=1.28min4、粗车M481.5外圆（1）切削深度，单边余量 Z=2mm查表15-107，可选用f=0.6mm/r查表8.4-87，取V=125m/min确定主轴转速：按机床选取n=430r/min,所以实际切削速度：V实=135.6m/min（2）检验机床功率查表8.4-107，主切削力Fc=1783.23N，消耗功率Pc=4.86kw卧式车床CA6140主电机功率为7.5kw，所以机床主轴功率足够，可以正常加工3。（3）切削工时计算查表2.5-37，切削工时计算公式：其中l=23，l1=2，l2=4所以，切削工时T=0.34min5、粗车外圆（1）切削深度，单边余量 Z=2mm查表15-107，可选用f=0.6mm/r查表8.4-87，取V=138m/min确定主轴转速按机床选取n=560r/min,所以实际切削速度：V实=175m/min（2）检验机床功率查表8.4-104，主切削力Fc=1357.8N，消耗功率Pc=3.8kw卧式车床CA6140主电机功率为7.5kw，所以机床主轴功率足够，可以正常加工3。（3）切削工时计算查表2.5-37，切削工时计算公式：其中l=75，l1=2，l2=4所以，切削工时T=0.24min4.4 车螺纹M451.5，M481.5，M6444.4.1 加工条件车削的螺纹螺距P小于3mm，则采用直线进发进行切削。采用YT15螺纹车刀，切削速度V=6090m/min，采用乳化液冷却和润滑5。4.4.2 切削参数1、切削速度ap=0.17mm，H=0.866P，h=0.52P，则h=1.08mm，车削走到次数I=6，刀具寿命T=30min6 (4-6)其中Cv=11.8，m=0.11, xu=0.70，yu=0.30，km=1.11，kw=0.75则Vc=16.8m/min2、主轴转速当车D=64时, n=83r/min；当车D=48时, n=110r/min；当车D=45时, n=110r/min4.4.3 切削工时取切入长度l1=3mm车螺纹M644时，车螺纹M481.5时，车螺纹M451.5时，4.5 磨削内圆锥面4.5.1 加工条件查表11-106，选PZA系列单面凹带锥砂轮来磨削外圆查表11-176，磨床的加工精度圆度为0.003mm，圆柱度为0.006mm，Ra可达 0.4um砂轮选择：WA20KV6ZRA.PZA35050203其含义：WA-白刚玉，粒度号-20 , K-中软1级，陶瓷结合剂6号组织，其尺寸为：3505065 (DBd，机床参数确定)4.5.2 切削参数1、粗磨钢件：n=2200r/min，ap=0.3mm，则切削速度=24m/min，进给量=（0.30.7）B=0.015mm/r2、精磨钢件：n=10000r/min，ap=0.15mm，则切削速度=50m/min，进给量=（0.10.1）B=0.005mm/r4.5.3 加工工时查表6.2-87 (4-7)26第5章 专用夹具设计要保证工件在加工时有足够的尺寸精度和形位公差精度，就需要夹具能够准确可靠的定位，本设计中需要对磨削3：20内锥孔设计专用夹具，以提高劳动生产率、保证加工质量、降低劳动强度。已知：工件材料38CrMnAlA，毛坯为模锻件，所用机床为专用磨内圆锥孔磨床，成批生产规模。5.1 问题的指出本夹具主要用于磨削锥度为3：20的内孔，主要的技术要求是保证锥孔的圆柱度和轴心线的位置精度，精度要求高。因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何能保证加工表面本身的精度要求，以及同其他工序之间的位置精度要求，同时还应考虑如何可以提高劳动生产率，降低劳动强度。5.2 夹具设计5.2.1 定位分析由零件图可知：要磨削锥度为3：20的内孔,主要的技术要求是保证锥孔的圆柱度和轴心线到的位置精度。则设计夹具时，必须要限制Z轴的移动、转动；X轴的转动、移动；Y轴的移动也要有控制，这种定位属于部分定位。5.2.2 定位基准的选择由零件图可知：50支撑轴颈作为定位基准且与锥孔互为基准，有利于保证锥孔中心线对50，45轴径的径向跳动误差。5.2.3 定位元件的选择根据分析，采用V形块定位和装卸都很方便，V形块对工件外圆表面进行定心定位，为了满足定位要求应限制四个自由度，其下半部分固定在夹具体上，起定位作用；其上半部分采用螺栓与压紧块压在主轴零件的圆柱表面上，起夹紧作用。V形块与定位基准的接触面积较大，加紧力均匀，可有效的减少工件圆柱表面的变形。采用V形块定位，其工件定位基准的精度应在级以上，而且能使工件的定位基准轴线对中在V形块两斜面的对中平面上，而不受定位基准直径误差的影响，即对中性好有利于保证锥孔中心线对50、45轴径的径向跳动误差。当加上弹性套时在夹紧力作用下可以限制了Y的移动同时通过弹性套带动轴的转动进而对内锥孔的磨削，这样就限制了5个自由度。5.2.4 力的计算5.2.4.1 磨削力的计算：1，1且 ，故： =137N=198N总切削力=241N5.2.4.2 夹紧力的计算轴要转动，我们的夹紧力就不须很大。查表7-566，采用螺钉夹紧力的计算公式： (5-1)其中：Q原始作用力L作用力的力臂r作用力