螺杆的工艺与工装设计.doc

螺杆毕业设计数 控 车 床 职 业 文 章文章类型：案例报告文章题目：螺杆的工艺与工装设计姓 名：凌 俊准考证号：所在学校：衡阳技师学院所在班级：08数控技师五班指导老师：邓小单 陈君 2 0 1 1年 10 月 22日目 录 序言 -3一.零件的工艺分析及生产类型的确定-3二.选择毛胚尺寸，设计毛胚图-4三.选择加工方法，制定工艺路线-7四.工序设计-8五.确定切削用量及基本时间-10六.工艺过程卡和加工工序卡-11七.编 程-13 八.加工中的难点与解决方案-16九.成品自检数据-16主要参考文献-17螺杆工艺与工装设计衡阳技师学院 凌俊 摘要：本设计对螺杆的各个加工难点，生产类型进行分析，针对零件的结构特点进行毛坯设计，对其工艺过程进行了设计。为提高生产效率，设计了各个加工工序的方法，对高硬度，高耐磨材料分析，选用最合理的加工刀具以及对形状精度和表面精度的保证方法。对其他轴类零件的加工有一定的借鉴意义序 言机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础和大部分专业课程，并进行了实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我们能综合运用数控加工加工技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。一. 件的工艺分析及生产类型的确定1.零件的作用螺杆(见 实体图1-1) 是机用台虎钳里的螺杆，是一根低速回转的高精度螺杆，它主要的作用是用来传递运动和动力的。右端的1414的方形截面与扳手相连；18-0.016 -0.034与12-0.016 -0.034两段轴段与固定钳身配合；Tr182梯形螺纹与螺母联接。6的销孔与销相配合，限制螺杆的轴向移动。2.零件的工艺分析通过对该零件图的重新绘制，知道了得原图的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。该零件属于轴类零件，结构简单，整体对尺寸要求较高。但对圆度，同轴度，平行度的要求较低。根据这一特点，它的机械加工工艺过程必须分粗、精加工两步进行。与螺母、固定钳身配合的表面Tr182、18-0.016 -0.034、12-0.016 -0.034粗糙度要求较高，需用车床精车才可保证。右端的1414的方形截面与扳手相连，可用铣削的方法获得。用两顶尖装夹零件可以以轴中心线为径向基准，使设计基准与工艺基准相重合，实现基准统一。3零件的生产类型依设计题目知：Q=200台/年，n=件/台；结合生产实际，备品率和废品率分别取为2%和5%。代入机械制造技术基础课程设计指南的公式（2-1）得该零件的生产纲领 N=2005000（1+2%）（1+5%）=1071000件/年零件是机用台虎钳里的螺杆，质量为0.34kg，查表2-1可知其属轻型零件，生产类型为大批生产。二.选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图1. 选择毛坯该零件的材料为45#号钢，主要用于与活动钳身里的螺母旋合，随着螺杆的转动，带动活动钳身在钳座上左右移动，所以它主要的作用是用来传递运动动力的。在工作过程中经常承受载荷，要有良好的力学性能，因此选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件的年产量为214件，属小批生产，故可采用自由锻，虽然毛坯精度低，加工余量大，生产率不高，但不需要专用模具，成本较低。 2.确定机械加工余量，毛坯尺寸及公差。参见机械制造技术基础课程设计指南第五章第一节，钢质模锻件的公差及加工余量按GB/T12362-2003确定。要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。（1）锻件公差等级由该零件的功用和技术要求，确定其锻件公差等级为普通级。（2）锻件质量根据零件成品质量0.34kg，估算为mf=0.53kg （3）锻件形状复杂系数S mf/mn该铸件为圆形，假设其最大长度为250mm，最大高度为30mm，则由公式kgmN.0.891085.721426462=-p由于0.60介于0.63和0.32之间，故该零件的形状复杂系数S属S2级。（4）铸件的材质系数M 由于该零件的材料45钢，是碳的分子质量小于0.65%的材料，故该铸件的材质系数为M1级。（5）零件的表面粗糙度 由零件图知，3个轴的表面粗糙度为1.6um，其他部分为6.3 um，属于大于1.6 um的范围。 3. 确定机械加工余量根据铸件质量，零件表面粗糙度、形状复杂系数查表5-9，由此查得单边余量在厚度方向为1.5 2.0 mm，水平方向亦为1.52.0mm，即铸件各外径的单面余量为1.5 2.0 mm，各轴向的单面尺寸余量亦为1.52.0mm。4. 确定毛坯尺寸上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度大于等于1.6.小于1.6的表面，余量要适当增大。分析本零件，除前面3个轴之外其余部分的毛坯尺寸只需加上所查尺寸即可（由于有的表面只需粗加工，这时可取所查数据中的小值（当表面需经粗加工和半精加工时，可取其较大值）。由于是自由锻，适当加0.5，综上所述，确定毛坯尺寸见表1.表1 螺杆毛坯（锻件）尺寸零件尺寸单面加工余量铸件尺寸零件尺寸单面加工余量铸件尺寸 122.0 16402.042 T18*22.0 221002.0102 142.0 1872.07 182.0 22 30 2.030 222.0 26 210 2.0214142.018 5.确定毛坯尺寸公差毛坯尺寸公差根据铸件质量、材质系数、形状复杂系数从表5-6、表5-7中查得。本零件的毛坯尺寸允许偏差见表2.表2 螺杆毛坯（铸件）尺寸允许偏差锻件尺寸偏差根据锻件尺寸偏差根据17+0.8 -0.3表5640+1.0 -0.4表5723+0.9 -0.3137+1.2 -0.623+0.9 -0.380.627+0.9 -0.330+0.8 -0.419+0.9 -0.3 2151.0设计毛坯图确定圆角半径锻件的外圆角半径按表5-12确定。本锻件大部分的t/H为1，故均按表中第二行。为简化起见，本锻件的外圆角均取相同数值，以台阶高H10进行确定，结果为R=2，这样就能保证各表面的加工 7.确定毛坯的热处理方式： 毛坯锻造完成后正火处理。以消除残余的锻造内应力，并使不均匀的金相组织通过重新结晶而得到细化、均匀的组织，从而改善加工性。图3 螺杆毛坯图三.选择加工方法，制定工艺路线1.定位基准的选择本零件总体是通轴。以轴的中心线为其设计基准（也是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应以轴为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。具体而言，用两顶尖定位粗基准和精基准。2.零件表面加工方法的选择 本零件的加工面有外圆、槽、削孔、罗纹等，材料为38CrMoAIA。以公差等级和表面粗糙度要求，参考有关指南资料，其加工方法选择如下。外圆的加工方法 .两个端面的尺寸精度要求不高，表面粗糙度只有Ra6.3um,经过粗车即可达到要求（指南表5-16）。 .T182的螺纹表面粗糙度需通过粗加工、半精加工、精加工来获得。.其余外圆面 公差等级为IT6，表面粗糙度为Ra1.6um,需进行粗车、半精车及精磨（指南表5-14）。3.制定工艺路线本零件按照先加工基准面和先粗后精的加工原则，该零件加工可以按下述工艺路线进行。工序1： 下料：铸造22mm214mm，按铸件毛坯图锻造成形。工序2： 正火。消除残余的锻造内应力工序3： 用车床。去毛刺。可以确保装夹稳固和基准的重合。工序4： 用车床。平端面保证总长。打两个B型中心孔。工序5： 用车床。粗车右端18的外圆和。 工序6： 用车床。粗车、半精车12、18、22的外圆和147的槽。工序7： 调质处理工序8： 用车床。精车12、18、22的外圆，粗、半精、精车T182的螺纹。工序9： 用铣床 铣1414的正方形柱。工序10； 钳工。钻6的孔，然后精绞6的孔。工序11： 去毛刺。工序12： 检验。工序13： 入库。四工序设计 1. 选择加工设备与工艺设备（1）选择机床 根据不同的工序选择机床。 精度要求较好，故选用CK6140型数控卧式车床。（表5-60） 铣方形柱用立式铣床X51。（表5-71）（2）选择夹具 由于该零件形状并不复杂，通用夹具可以可靠的夹持并进行加工，所以不需设计专用夹具，用三爪自定心卡盘和一夹一顶装夹就可以啦。 (3)刀具的选择 1) 直槽A型中心钻。(表-91)2）刀片材质的选择主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和振动，故加工此零件选择硬质合金刀片。根据零件的外形结构，加工需要如下刀具：45硬质合金端面车刀、90外圆车刀、外切槽刀、T型外螺纹刀、30外圆尖刀。 3）铣刀直柄立铣刀。（表5-99）2、确定工序尺寸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。前面已确定各圆柱面的总加工余量（毛坯余量），应将毛坯余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。本零件各圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度见表3。表3 圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度加工表面工序双边余量工序尺寸表面粗糙度粗半精精粗半精精粗半精精右端18外圆4186.3 22台阶4226.3左端1821.50.52018.5186.33.21.6左端1221.50.51412.5126.33.21.6 槽1421.50.51614.514 2）确定轴向工序尺寸总长在平端面、钻中心孔时就应保证。粗车第一段台阶（12、18外圆长度）时留1mm余量，半精车和精车不留余量。五.确定切削用量及基本时间 切削用量包括背吃刀量、进给量和切削速度。粗加工应遵守先背吃刀量（切削深度），再进给量，最后切削速度。精加工应遵守先切削速度，再进给量，最后背吃刀量（切削深度）的原则，正确选择各个切削用量。以工序6粗车、半精车12、18外圆面为例确定切削用量及基本时间: 根据数控车削用量推荐表,选择合适的切削用量。（1） 车端面时选择主轴转速为500r/min；（2） 粗车外圆时，选取Vc=120m/min，f=0.2mm/r，ap=2mm，粗加工时直径为26mm。则：主轴转速：n =1000Vc/d =（1000120）/（3.1426）r/min=1469r/min 进给速度：F =fn =（0.21496）mm/min=229.2mm/min考虑刀具强度、机床刚度等实际情况，选择n=600r/min，F=150mm/min，ap=2mm。（3） 精车外圆时，选取Vc=150m/min，f=0.1mm/r，ap=0.2mm，精加工时取直径为22mm。则：主轴转速：n =1000Vc/d =（1000150）/（3.1422）r/min=2171r/min进给速度：F =fn=0.12171mm/min=217.1mm/min考虑刀具强度、机床刚度等实际情况，选取n=1200r/min，F=100r/min，ap=0.5mm。（4） 车槽时，选择Vc=70m/min，f=0.1mm/r，车槽时直径为18mm。则：主轴转速：n =1000Vc/d =（100070）/（3.1418）r/min=1238r/min 进给速度：F =fn=（0.11238）mm/min=123.8mm/min考虑刀具强度、机床刚度等实际情况，选取n=400r/min，F=30r/min。（5） 车螺纹时，主轴转速n（1200/P）k，k为安全系数，一般取80。 则：n（1200/2）-80/r/min=520r/min 考虑刀具强度、机床刚度等实际加工情况，选取n=400r/min. （6）计算基本时间 被加工轴的长度l=210mm粗车=半精= （7）确定辅助时间查指导一书相关资料有，变换刀架的时间为3s，变速或变换进给量的时间为1.2s，启动和调节切削液的时间为3s，启动机床的时间为1.2s,取量具并测量的时间为30s,共计=38.4s。 （8）确定工序的基本时间 Tj=总+总=205.2s六.工艺过程卡和加工工序卡机械加工工艺过程卡零件名称产品名称零件图号螺杆螺杆A3材料名称及牌号45#钢毛坯种类或材料规格模锻件48405总工时49min工序号工序名称工序简要内容夹具1. 量具设备型号工时1 下料铸造22mm214mm，按铸件毛坯图锻造而成0250mm游标卡尺2 热处理正火消除残余的锻造内应力3粗车去毛刺。可以确保装夹稳固和基准的重合。专用夹具CK61404 平端面、钻中心孔 平端面保证总长。打两个B型中心孔专用夹具0250mm游标卡尺CK61405粗车粗车右端18的外圆专用夹具0150mm游标卡尺CK61406粗车、半精车粗车、半精车12、18、22的外圆和147的槽专用夹具2550mm千分尺CK61407热处理调质处理8粗车、半精车、精车精车12、18、22的外圆，粗、半精、精车T182的螺纹专用夹具2550mm千分尺CK61409粗铣、半精铣铣1414的正方形柱通用夹具0150mm游标卡尺X5110钳工钻6的孔，然后精绞6的孔11去毛刺去除全部毛刺12检验按零件图纸要求全面检查13入库车端面T0545端面车刀0.8500300自动粗车 外圆T0190菱形外圆车刀0.860021500.5自动精车 外圆T0230菱形外圆车刀0.812000.51000自动切槽T03外切 槽刀5400300自动车螺纹T0490外螺纹刀0.84000自动七、加工程序和编程（一）加工以下部分程序00001 ；程序头G97G99M03S750 ；程序开始T0101 ；选择1号刀G00X28.Z2. ；定位G90X24.Z-30.F0.2 ；车第一刀外圆X22.Z-30. ；车第刀外圆X20.Z-30. ；车第三刀外圆X18.Z-30. ；车第四刀外圆G00X100.Z100. ；快速退刀M05 ；主轴停止M00 ；暂停掉头车端面，保证总长，用一夹一顶装夹。M03S600 ；主轴以600r/min的速度正转T0101 ；选择1号90外圆车刀G00X28.Z2. ；将刀具定位在工件外表面G71U1.R0.5 ; 外轮廓粗车循环G71P10Q20U0.5W0F0.2 ；外轮廓粗车循环并指定精车路线N10N20N10 G00 X8. ；刀具快速移动G01Z0. ;刀具移动X12.Z-2. ；倒45度2mm倒角Z-40. ；车直径40mm外圆X18. ；车直径18mm圆柱Z-177. ；车直径177mm外圆X22. ；车直径22mm圆柱N20Z-180 ；车直径22mm外圆G00X100.Z100. ；快速退刀M05 ；主轴停止M00 ；暂停M03S1000 ;主轴正转，转速1000r/minT0202 ；换2号30精车外圆刀G00X28.Z2. ；定位G70P10Q20F0.1 ；精车循环G00X100.Z100. ；快速退刀M05 ；主轴停止M00 ；暂停M03S600 ；主轴正转，速度600r/minT0303 ；换3号槽刀G00X35.Z-147. ；快速定位G01X18.F0.2 ；定位G01X14.F0.06 ；切槽G00X30. ；快速退刀X100.Z100. ；快速退刀M05 ；主轴停止M00 ；暂停MO3S600 ；程序开始T0404 ；4号螺纹刀G00X19.Z-38. ；定位G92X16.4Z-143.F2. ；车螺纹第一刀X15.2 ；第二刀X14.6 ；第三刀X14.2 ；第四刀X14. ；第五刀X14. ；修光第六刀G00X100.Z100. ；快速退刀M05 ；主轴停止M30 ； 程序停止并返回钻6的孔，绞6的孔，使其达到要求。用铣床1414的方形柱。八、加工中的难点与解决方案（1）螺纹切削说明：螺纹切削应注意在两端设置足够的升速进刀段和降速退刀段，以剔除两端因变速而出现的非标准螺距的螺纹段； 在螺纹切削过程中，进给速度修调功能和