工艺夹具毕业设计91西南大学CA6140主轴加工工艺规程

汽车制造工艺学课程设计 题 目 CA6140 主轴加工工艺规程 学 院 工程技术学院 专 业 车辆工程 年 级 2004 级 学 号 20040707118 姓 名 王 强 指 导 教 师 何辉波 成 绩 2007 年 12 月 20 日 目 录 1 审查零件图样的完整性及零件的工艺性 1 2 毛坯制造 1 2.1毛坯的选择及制造方法 1 2.2毛坯尺寸的确定 1 3 定位基准（面）的选择 2 3.1粗基准的选择 2 3.2精基准的选择 2 4 工件表面加工方法选择和工艺路线制定 3 4.1加工方法的分析 3 4.1.1加工阶段的划分 3 4.1.2加工顺序的安排和工序的确定 3 4.1.3工艺路线的确定 5 5 工序具体内容的确定 7 5.1确定工序尺寸 7 5.2加工设备与工艺装备的选择 8 5.2.1机床选择 8 5.2.2夹具选取 9 5.2.3刀具选择 9 5.2.4量检具选择 9 5.3切削用量及基本工时的确定 10 5.3.1刀具几何形状确定 10 5.3.2切削用 量确定 10 5.3.3切削速度确定 11 5.3.4检验机床扭矩及功率 12 5.3.5基本工时的计算 12 1 审查零件图样的完整性及零件的工艺性 通过对图样的仔细审查可知该零件属于轴类零件，并且视图完整、正确、尺寸、公差及技术要求合理、齐全，各表面加工工艺成熟，没有特殊要求，不存在加工困难。 2 毛坯制造 2.1 毛坯的选择及制造方法 从该零件的 使用场合来看，是车床的一个传动零件，在使用过程中要承受一定的冲击力和传递较大的扭矩，因此，要求主轴必须具有一定的强度和冲击韧性。从零件外廓尺寸分析，该轴所用材料为 45 钢，进行正火或调质而成。由于整个零件尺寸较大，小批量或单件生产时宜采用自由锻成形方式，但该零件属于成批生产，如果仍然采用自由锻方式，将不利于生产效率的提高，因此采用模锻成形方式。另外，该零件结构简单，在毛坯制作时，考虑到毛坯形状与零件尺寸较为接近，制作成台阶形，其中孔由于轴向尺寸较大，径向尺寸相对较小，因此可以采用钻削的方式形成。 2.2毛坯尺 寸的确定 通过对主轴空套齿轮轴颈的观察分析，可知空套齿轮轴颈是和齿轮孔相配合的表面，对支承轴颈应有一定的同轴度要求，否则会引起主轴传动齿轮啮合不良。当主轴转速很高时，还会产生振动和噪声，使工件外圆产生振纹，尤其在精车时，这种影响更为明显。在本零件中，空套齿轮轴颈对支承轴颈的径向圆跳动允差为0.015mm。 通过对螺纹的观察分析，可知主轴上螺纹的精度要求是用于限制压紧螺母端面跳动量的，如果压紧螺母端面跳动量过大，在压紧滚动轴承的过程中，会造成轴承内环轴心线的倾斜，引起主轴的径向跳动（在一定条件下，甚至会使主轴 产生弯曲变形），不但影响加工精度，而且影响到轴承的使用寿命。因此主轴螺纹的精度一般为 6h；其轴心线与支承轴颈轴心线 A-B 的同轴度允差为 0.025mm,柠在主轴螺纹上的螺母支承端面圆跳动允差在 50mm半径上为 0.025mm。 通过对主轴各表面的观察分析，可知该零件支承轴颈表面、工作表面及其它配合表面都受到不同程度的摩擦作用。在滑动轴承配合中，轴颈与轴瓦发生摩擦，要求轴颈表面有较高的耐磨性。在采用滚动轴承时，摩擦转移给轴承环和 滚动体，轴颈可以不要求很高的耐磨性，但仍然要求适当提高其硬度，以改善其装配工艺性和装 配精度。定心表面（内外锥面、圆柱面、法兰圆锥等）因相配件（顶尖、卡盘等）需经常拆卸，易碰伤，拉毛表面，影响接触精度，所以也必须有一定的耐磨性。当表面硬度在 HRC45以上时，拉毛现象可大大改善。主轴表面的粗糙度 Ra值在 0.0008-0.0002mm之间。 综上所述，可将毛坯尺寸确定为零件设计尺寸加上所查取的加工余量。 3 定位基准（面）的选择 3.1粗基准的选择 中心孔在以后的加工中将作为精基准使用，所以先对其进行加工，此时可用主轴圆柱面作为粗基准。 3.2精基准的选择 该主轴零件为带深孔的轴类零件，中孔是设计 基准，同时也是测量基准和装配基准，遵循“基准重合”原则，可避免因基准不重合产生的误差，因此可以根据不同工序的加工内容，选取中心孔及其它基准（面）为精基准。除了中心孔以外，加工过程中还会涉及到零件两端面及圆柱面等基准（面），因此可以在中心孔的基础上以其为精基准车两端面和圆柱面等，并以此为精基准。 4 工件表面加工方法选择和工艺路线制定 4.1加工方法的分析 4.1.1 加工阶段的划分 主轴加工过程中的各加工工序和热处理工序均会不同程度地产生加工误差和应力，因此要划分加工阶段。主轴加工基本上划分为下列三个阶段。 （ 1）、粗加工阶段 1）毛坯处理 毛坯备料、锻造和正火 2）粗加工 锯去多余部分，铣端面、钻中心孔和荒车外圆等 （ 2）、半精加工阶段 1)半精加工前热处理 对于 45钢一般采用调质处理以达到 220 240HBS。 2）半精加工 车工艺锥面（定位锥孔） 半精车外圆端面和钻深孔等。 （ 3）、精加工阶段 1）精加工前热处理 局部高频淬火 2）精加工前各种加工 粗磨定位锥面、粗磨外圆、铣键槽和花键槽，以及车螺纹等。 3）精加工 精磨外圆和内外锥面以保证主轴最重要表面的精度。 4.1.2 加工顺序的安排和工序的确定 1.加工顺序方案确定 具有空心和内锥特点的轴类零件，在考虑支承轴颈、一般轴颈和内锥等主要表面的加工顺序时，可有以下几种方案。 （ 1） 外表面粗加工 钻深孔 外表面精加工 锥孔粗加工 锥孔精加工； （ 2） 外表面粗加工 钻深孔 锥孔粗加工 锥孔精加工 外表面精加工； （ 3） 外表面粗加工 钻深孔 锥孔粗加工 外表面精加工 锥孔精加工。 针对 CA6140车床主轴的加工顺序来说，可作这样的分析比较： 第一方案：在锥孔粗加工时，由于要用已精加工过的外圆表面作精基准面，会破坏外圆表面的精度和粗糙度，所以此方案不宜采用。 第二方案：在精加工外圆表面时，还要再插上锥堵，这样会破坏锥孔精度。另外，在加工锥孔时不可避免地会有加工误差（锥孔的磨削条件比外圆磨削条件差人 加上锥堵本身的误差等就会造成外圆表面和内锥面的不同轴，故此方案也不宜采用。 第三方案：在锥孔精加工时，虽然也要用已精加工过的外圆表面作为精基准面；但由于锥面精加工的加工余量已很小，磨削力不大；同时锥孔的精加工已处于轴加工的最终阶段，对外圆表面的精度影响不大；加上这一方案的加工顺序，可以采用外圆表面和锥孔互为基准，交替使用，能逐步提高同轴度。 经过上述比较可知，象 CA6140主轴这类的轴件加工顺序，以第三方案为佳。 通过方案的分析比较也可看出，轴类零件各表面先后加工顺序，在很大程度上与定位基准的转换有关。当零件加工用的粗、精基准选定后，加工顺序就大致可以确定了。因为各阶段开始总是先加工定位基准面，即先行工序必须为后面的工序准备好所用的定位基准。例如 CA6140 主轴工艺过程，一开始就铣端面打中心孔。这是为粗车和半精车外圆准备定位基准；半精车外圆又为深孔加工准备了定位基准；半精车外圆也为前后的锥孔加工准备了定位基准。反过来，前后锥孔装上锥堵后的顶尖孔，又为此后的半精加工和精 加工外圆准备了定位基准；而最后磨锥孔的定位基准则又是上工序磨好的轴颈表面。 2.工序确定 工序的确定要按加工顺序进行，应当掌握两个原则： （ 1） 工序中的定位基准面要安排在该工序之前加工。例如，深孔加工所以安排在外圆表面粗车之后，是为了要有较精确的轴颈作为定位基准面，以保证深孔加工时壁厚均匀。 （ 2）对各表面的加工要粗、精分开，先粗后精，多次加工，以逐步提高其精度和粗糙度。主要表面的精加工应安排在最后。 为了改善金属组织和加工性能而安排的热处理工序，如退火、正火等，一般应安排在机械加工之前。 为了提 高零件的机械性能和消除内应力而安排的热处理工序，如调质、时效处理等，一般应安排在粗加工之后，精加工之前。 4.1.3 工艺路线的确定 该主轴零件结构较为复杂，其中涉及到了外圆、端面、孔、锥孔、花键、键槽等加工，据此，考虑加工的方便与精确度等因素，制定出表 1所示加工方法和工艺路线： 表 1： 工序号 加工内容 （ 1） 备料； （ 2） 模锻，使锻件尺寸大致接近加工尺寸； （ 3） 采用正火的方式进行热处理； （ 4） 以外圆为粗基准铣端面，钻中心孔； （ 5） 以端面中心孔为工序基准粗车外圆； （ 6） 以调质 的方式进行热处理； （ 7） 以已加工的外圆面和端面为工序基准车主轴大端各部； （ 8） 以已加工的端面为工序基准仿形车小端各部； （ 9） 以中心孔为工序基准钻 48 深孔； （ 10） 以中心孔为工序基准配以 1： 20锥堵车小端内锥孔； （ 11） 以中心孔为工序基准配以莫氏 6 号锥堵车大端锥孔，同时车外短锥及端面； （ 12） 以中心孔为工序基准钻大端端面各孔； （ 13） 局部高频淬火； （ 14） 以中心孔为工序基准（两端用锥堵定中心）精车各外圆并切槽； （ 15） 以中心孔为工序基准粗磨外圆； （ 16） 以中心孔为工序基准粗磨莫氏 6号内锥孔（重配莫氏 6号锥堵）； （ 17） 以中心孔为工序基准粗铣和精铣花键； （ 18） 以中心孔及键槽邻近端面为工序基准铣键槽； （ 19） 以中心孔及大端端面为工序基准车大端内侧面，车三处螺纹（配 以螺母）； （ 20） 以中心孔及主轴两端面为工序基准精磨各外圆及 E、 F两端面； （ 21） 以中心孔为工序基准粗磨两处 1： 12外锥面； （ 22） 以中心孔为工序基准精磨两处 1： 12 外锥面和 D 端面以及短锥面等； （ 23） 以中心孔为工序基准精磨莫氏 6号锥孔（卸堵） ； （ 24） 钳工，将 4个 23钻孔处锐边倒角； （ 25） 检查，按检验卡片或图纸技术要求全部检查。 5 工序具体内容的确定 5.1确定工序尺寸 由于本 主轴零件中多次加工的表面，如各内、外圆柱面、端面等使用的工序基准、定位基准、测量基准与设计基准重合，因此各工序尺寸只与加工余量有关，即各表面工序尺寸只须在设计尺寸基础上累计加上加工余量即可。具体尺寸参见表 2所示： 表 2： 加工表面 工序余量 /mm 工序尺寸及公差 /mm 表面粗糙度 粗加工 半精加工 精加工 粗加工 半精加工 精加 工 粗加工 半精加工 精加工 195 3 198 195 105.8 15.5 2.7 124 108.5 105.8 0.63 0.4 100h7 100h6 100h7 1.25 0.8 90g5 90g5 0.63 0.4 80h5 0.4 80.4h8 80h5 0.63 0.4 75.25h8 0.75 0.5 76.50+0.15 75.75 75.25h8 0.63 0.4 5 75h5 1.1 0.4 76.50+0.15 75.4h8 75h5 1.25 5.2加工设备与工艺装备的选择 5.2.1 机床选择 从整个主轴零件的加工工艺过程分析可知其加工内容主要是粗车、半精车、精车、粗磨、半精磨及精磨等，各工序加工内容不多，零件外廓尺寸不是太大，精度要求除不是很高，因此多数情况下可以选用常用的 C620-1 型卧式机床，具体选择如下： 工序 4钻中心孔可采用中心孔机床； 工 序 5、 7、 8、 10、 11、 19由于加工精度要求不是很高，所以采用 CA6140型卧式车床； 工序 14由于是精车，加工精度要求较高，所以采用较为精密的 C616A型车床； 工序 9、 12工序内容是钻孔，所以可以采用深孔钻床和 Z55型钻床； 工序 15、 16、 21 加工内容是粗磨，所以分别采用外圆磨床、内圆磨床 M2120、专用组合磨床； 工序 20、 22、 23均为精磨，加工精度要求较高，所以分别采用外圆磨床、专用组合磨床、专用主轴锥孔磨床； 工序 17、 18工序内容为粗铣和精铣花键和键槽，所以分别采用半自动花键轴铣床和 X25型铣床。 5.2.2 夹具选取 由于本零件为长轴类零件，加工工序内容又主要是车、铣、钻、磨，因此夹具主要采用三爪自定心卡盘 5.2.3 刀具选择 在 CA6140型卧式车床和 C616A型车床上加工时，选用硬质合金刀，其中，粗加工时采用 YT5，半精加工时采用 YT15，精加工时采用 YT30。根据零件材料特点和几何形状特点，钻削时采用高速钢钻头。 5.2.4 量检具选择 在本零件的加工过程中，可以采用两种方法：一是按计量器具的不确定度进行选择；二是按计量器具极限误差进行选择。下面以第一种方法进行举例说明： 在工序 7 车大端各部中，粗车外圆 1080+0.13,该尺寸公差为 T=0.13，查参考文献 2表 5.1-1，计量器具不确定允许值为 U1=0.009,有根据参考文献 2表5.1-2可知分度值为 0.01的外径百分尺的不确定允许值为 U=0.006，所以 U1 U，故选用分度值为 0.01 的外径百分尺。 其它工序尺寸的检测方法与此类似，在此不再赘述。 5.3切削用量及基本 工时 的确定 5.3.1 刀具几何形状确定 本说明书以工序 9钻 48深孔为例进行说明。钻头选择高速钢直柄麻花钻，0d =20mm ，夹具为成组夹具。钻头几何形状 : 双 锥 修 磨 横 刃 , mmlmmbammb4,2,55,12,5.3,702,1182,30 1 钻头子规格 :直径 0d =20mm,后角 311 ; 扩孔 d=45 L=359; 铰刀 :淬硬钢 50HRC 硬质合金刚 前角 15100r 5.3.2 切削用量确定 1、确定进给量 f （ 1)按加工要求参考文献 3决定进给量， ,当加工要求为 H12H13 精度 ,刚强度 800Mpa, 0d =20mm,时 ,f=0.350.43mm/r，由于 5.4320/8 7 0/ dl dl 故应乘孔修正系数 Klf=0.95,则 rmmf /2 1 5.01 7 5.05.0)43.035.0( 。 （ 2)按钻头强度决定进给量 ,根据参考文献 3表 2.8,当b=640Mpa, 0d =20mm钻头强度允许进给量 f=1.11mm/r。 （ 3)按机 床进给强度决定进给量 ,根据参考文献 3 表 2.9,当b=640Mpa,do 20.5mm,机床进给机构允许的轴向力为 8330N(参见参考文献 3表 2.35),进给量为 0.53mm/r。 从以上三个进给量比较可以看出 ,受限制的进给量是工艺要求 ,其值为f=0.1750.215mm/r.根据 Z525 钻床说明书 ,f=0.17mm.所以即将钻穿时候选用手动进给 ,从参考文献 3表 2.19 可查钻孔时的轴向力 ,当 f=0.2mm/r,do21mm 时f=0.20mm/r,do21mm/r时 ,轴向力 F1=3580N,轴向力修正系数为 1.0,故 F1=3580N。根据 Z525 钻 床 说 明 书 , 机 床 进 给 机 构 强 度 允 许 的 最 大 轴 向 力Fmax=8830N,F1Fmax,故 f=0.17mm/r,可用 (2)决定钻头磨钝标准及寿命 ,由参考文献 3表 2.12 得 ,当 0d =20mm 时 ,钻头后刀面最大磨损量为 0.6mm,寿命T=45min。 5.3.3 切削速度确定 由参考文献 3表 2.14 可知 Mpab 640 的 40 刚加工性属 5 类 .由参考 文献 3表 2.13,当加工性为第 5 类 ,f=0.17mm/r,双横刃磨的钻头 0d =20mm 时Vt=627m/min，切削速度的修正系数为 KTv=1.0,Kcv=1.0,Klv=0.85,Ktv=1.0 故 m in/4.3 6 5m in/20/95.221 0 0 0/1 0 0 0 m in/95.22m in/0.185.00.10.127 rrdVn mmKvVtV 根据 Z525 钻床说明书 ,可考虑选择 cn =380r/min 但转数较计算转数为高 ,会使刀具寿命下降 ,故可将进给量降一级 ,即 f=0.10,也可选较低一级转速cn =380r/min仍用 f=0.17r/min。 第一方案 ,f=