C6140主轴箱体加工工艺及夹具设计课程设计

C6140C6140 主轴箱体加工工艺及夹具设计主轴箱体加工工艺及夹具设计 摘要：摘要：本设计要求“以质量求发展，以效益求生存” ，在保证零件加工质量的前 提下，提高了生产率，降低了生产成本，是国内外现代机械加工工艺的主要发展 方面方向之一。通过对 60140 主轴箱体零件图的分析及结构形式的了解，从而对 主轴箱体进行工艺分析、工艺说明及加工过程的技术要求和精度分析。然后再对 主轴箱体的底孔、轴承孔的加工进行夹具设计与精度和误差分析，该工艺与夹具 设计结果能应用于生产要求。 关键词：关键词：主轴箱加工工艺定位夹具设计 1 前言前言 加工工艺及夹具毕业设计是对所学专业知识的一次巩固，是在进行社会实践 之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。 机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产 发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展,机床夹具的改进和 创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。 课题背景及发展趋势 材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计； 另一方面，技术也推动着设计。从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还 具有其本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和 适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术 潜在的“功能”。 技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的 结构，新的形态和新的造型风格。材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系 在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。 工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种， 对中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对 机床夹具提出更高的要求。 夹具的基本结构及夹具设计的内容夹具的基本结构及夹具设计的内容 按在夹具中的作用,地位结构特点,组成夹具的元件可以划分为以下几类: (1)定位元件及定位装置； (2)夹紧元件及定位装置(或者称夹紧机构)； (3)夹具体； (4)对刀,引导元件及装置(包括刀具导向元件,对刀装置及靠模装置等)； (5)动力装置； (6)分度,对定装置； (7)其它的元件及装置(包括夹具各部分相互连接用的以及夹具与机床相连接 用的紧固螺钉,销钉,键和各种手柄等)； 每个夹具不一定所有的各类元件都具备 ,如手动夹具就没有动力装置,一般的 车床夹具不一定有刀具导向元件及分度装置。反之 ,按照加工等方面的要求,有些 夹具上还需要设有其它装置及机构,例如在有的自动化夹具中必须有上下料装置。 专用夹具的设计主要是对以下几项内容进行设计： （1）定位装置的设计； （2） 夹紧装置的设计； （3）对刀-引导装置的设计； （4）夹具体的设计； （5）其他元件 2 及装置的设计。 3 目 录 11. 1 摘 要. 1 1. 2 前 言 . 2 2箱 体 加 工 工 艺 规 程 设 计 . 5 2. 1 零 件 的 分 析 . 5 2. 1. 1 零 件 的 作 用 . 5 2. 1. 2 零 件 的 工 艺 分 析 . 5 2. 2 箱 体 加 工 的 主 要 问 题 和 工 艺 过 程 设 计 所 应 采 取 的 相 应 措 施 5 2. 2. 1 确 定 毛 坯 的 制 造 形 式 . 6 2. 2. 2 基 面 的 选 择 . 6 2. 2. 3 确 定 工 艺 路 线 . 6 2. 2. 4 机 械 加 工 余 量 、 工 序 尺 寸 及 毛 坯 尺 寸 的 确 定 . 7 2. 2. 5 确 定 切 削 用 量 . 8 2. 3 小 结 .19 3专 用 夹 具 设 计 .20 3. 1 加 工 左 端 平 面 镗 孔 夹 具 设 计 .20 3. 1. 1 定 位 基 准 的 选 择 .21 3. 1. 2 切 削 力 的 计 算 与 夹 紧 力 分 析 .21 3. 1. 3 夹 紧 元 件 及 动 力 装 置 确 定 .24 3. 1. 4 镗 套 、 镗 套 、 镗 模 板 及 夹 具 体 设 计 .24 3. 1. 5 夹 具 精 度 分 析 .24 3. 1. 6 夹 具 设 计 及 操 作 的 简 要 说 明 .24 3. 2 小 结 .25 4心 得 .26 参 考 文 献 .27 致 谢 .28 4 2 2主轴箱体加工工艺规程设计主轴箱体加工工艺规程设计 2.1 零件的分析 2.1.1 零件的作用 题目给出的零件是 C6140 主轴箱体，它的主要的作用是用来支承、固定的。 它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需 的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴 箱中的主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工 质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值也将大打折扣。 2.1.2 零件的工艺分析 零件的材料为 HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，减震性能良好。 传动箱体需要加工表面以及加工表面的位置要求。现分析如下： （1）主要加工面： 1）铣上下平面保证尺寸 100mm，平行度误差为 0.03 2）铣侧面保证尺寸 62 与 20 与下平面的平行度误差为 0.02 3）镗上、下面平面各孔至所要求尺寸，并保证各位误差要求 4）钻侧面 4M6 螺纹孔 5）钻孔攻丝底平面各孔 （2）主要基准面： 1）以下平面为基准的加工表面 这一组加工表面包括：传动箱上表面各孔、传动箱上表面 2）以下平面为基准的加工表面 这一组加工表面包括：主要是下平面各孔及螺纹孔 2.2 主轴箱体加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措 施 箱体的结构特点箱体的结构特点 箱体是机器和部件的基础零件 ,由它将机器和部件中许多零件连接成一个整 体,并使之保持正确的相互位置,彼此能协调地运动.常见的箱体零件有:各种形式 的机床主轴箱.减速箱和变速箱等. 各种箱体类零件由于功用不同,形状结构差别较大,但结构上也存在着相同的 特点 : 1.1.尺寸较大尺寸较大 5 箱体通常是机器中最大的零件之一 ,它是其他零件的母体 ,如大型减速箱体长 达 56m,宽 34m,重 5060 吨,正因为它是一个母体,所以它是机器整体的最大零件. 2. 2.形状复杂形状复杂 其复杂程度取决于安装在箱体上的零件的数量及在空间的相互位置 ,为确保 零件的载荷与作用力,尽量缩小体积.有时为了减少机械加工量或减轻零件的重量 , 而又要保证足够的刚度,常在铸造时减小壁的厚度,再在必要的地方加筋板.凸台.凸 边等结构来满足工艺与力的要求. 3. 3.精度要求精度要求 有若干个尺寸精度和相互位置精度要求很高的平面和孔，这些平面和孔的加 工质量将直接影响机器的装配精度，使用性能和使用寿命。 4 4有许多紧固螺钉定位箱孔。有许多紧固螺钉定位箱孔。 这些孔虽然没有什么特殊要求。但由于分分布在大型零件上，有时给加工带 来很大的困难。 由于箱体有以上共特点，故机械加工劳动量相当大，困难也相当大，例如减 速箱体在镗孔时，要如何保证位置度问题，都是加工过程较困难的问题。 二箱体的材料、毛坯及热处理二箱体的材料、毛坯及热处理 1 1、 毛坯种类的确定。毛坯种类的确定。 常用毛坯种类有：铸件、锻件、焊件、冲压件。各种型材和工程塑料件等。在确 定毛坯时，一般要综合考虑以下几个因素： （1）依据零件的材料及机械性能要求确定毛坯。例如，零件材料为铸铁，须 用铸造毛坯；强度要求高而形状不太复杂的钢制品零件一般采用锻件。 （2）依据零件的结构形状和外形尺寸确定毛坯，例如结构比较的零件采用铸 件比锻件合理；结构简单的零件宜选用型材，锻件；大型轴类零件一般都采用锻 件。 （3）依据生产类型确定毛坯。大批大量生产中，应选用制造精度与生产率都 比较高的毛坯制造方法。例如模锻、压力铸造等。单件小批生产则采用设备简单 甚至用手工的毛坯制造方法，例如手工木模砂型铸造。 （4）确定毛坯时既要考虑毛坯车间现有生产能力又要充分注意采用新工艺、 新技术、新材料的可能性。 本主轴箱体是大批量的生产，材料为 HT2040 用铸造成型。 6 2 2毛坯的形状及尺寸的确定：毛坯的形状及尺寸的确定： 毛坯的尺寸等于零件的尺寸加上（对于外型尺寸）或减去（对内腔尺寸）加 工余量。毛坯的形状尽可能与零件相适应。在确定，毛坯的形状时，为了方便加 工，有时还要考虑下列问题： （1）为了装夹稳定、加工方便，对于形状不易装夹稳固或不易加工的零件要 考虑增加工艺搭子。 （2）为了提高机械加工的生产率，有些小零件可以作成一坯多件。 （3）有些形状比较特殊，单纯加工比较困难的零件可以考虑将两个甚至数个 合制成一个毛坯。例如连杆与连杆盖在一起模锻，待加工到一定程度再切割分开。 在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少 加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难， 需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及 尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。 在毛坯的种类形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。 3 3毛坯的材料热处理毛坯的材料热处理 长期使用经验证明，由于灰口铸铁有一系列的技术上（如耐磨性好，有一定 程度的吸震能力、良好的铸造性能等）和经济上的优点，通常箱体材料采用灰口 铸铁。最常用的是HT2040，HT2547，当载荷较大时，采用HT3054，HT3561 高强铸铁。 箱体的毛坯大部分采用整体铸铁件或铸钢件。当零件尺寸和重量很大无法采 用整体铸件（受铸造能力的限制）时，可以采用焊接结构件，它是由多块金属经 粗加工后用焊接的方法连成一整体毛坯。焊接结构有铸焊、铸煅焊、煅 焊等。采用焊接结构可以用小的铸造设备制造出大型毛坯，解决铸造生产能力不 足的问题。焊前对各种组合件进行粗加工，可以部分地减轻大型机床的负荷。 毛坯未进入机械加工车间之前，为不消除毛坯的内应力，对毛坯应进行人工 实效处理，对某些大型的毛坯和易变形的零件粗加工后要再进行时效处理。 毛坯铸造时，应防止沙眼、气孔、缩孔、非金属夹杂物等缺陷出现。特别是 主要加工面要求更高。重要的箱体毛坯还应该达到规定的化学成分和机械性能要 求。 7 2.2.1 确定毛坯的制造形式 零件的材料 HT200。由于年产量为4000 件，达到大批生产的水平，而且零件 的轮廓尺寸较大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批 生产的金属模铸造。便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。 2.2.2 基面的选择 （1）粗基准的选择对于本零件而言，按照互为基准的选择原则，选择本零 件的下表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，利用底面定位块支承 和底面作为主要定位基准，以限制 z、z、y、y、五个自由度。再以一面定位消除 x、 向自由度，达到定位,目的。 （2）精基准的选择主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用已加工 结束的上、下平面作为精基准。 2.2.3 确定工艺路线 表 2.1 工艺路线方案一 工序 1 工序 2 工序 3 工序 4 工序 5 工序 6 工序 7 工序 8 工序 9 工序 10 工序 11 工序 12 钻箱体直径 18 孔 钻前端面各孔 镗左平面各孔 镗右平面各孔 粗,精铣上平面至尺寸 粗,精铣下平面 粗,精铣左端平面 粗,精铣右端平面 粗,精铣前端平面 粗,精铣后端平面 钳工,去除锐边毛剌 检验 表 2.2 工艺路线方案二 工序 1 工序 2 工序 3 工序 4 工序 5 粗,精铣上平面至尺寸 粗,精铣下平面 粗,精铣左端平面 粗,精铣右端平面 粗,精铣前端平面 8 工序 6 工序 7 工序 8 工序 9 工序 10 工序 11 工序 12 粗,精铣后端平面 钻箱体直径 18 孔 钻前端面各孔 镗左平面各孔 镗右平面各孔 钳工,去除锐边毛剌 检验 工艺路线的比较与分析： 第二条工艺路线不同于第一条是将铣各平面工序放到前面。加工完上下平面 再加工各孔与,其它的先后顺序均没变化。通过分析发现这样的变动提高了生产效 率。而且对于零的尺寸精度和位置精度都有太大程度的帮助。 采用互为基准的原则，先加工上、下两平面，然后以下、下平面为精基准再 加工两平面上的各孔，这样便保证了，上、下两平面的平行度要求同时为加两平 面上各孔保证了垂直度要求。符合先加工面再钻孔的原则。若选第一条工艺路线， 加工不便于装夹，并且毛坯的端面与轴的轴线是否垂直决定了钻出来的孔的轴线 与轴的轴线是非平行这个问题。所以发现第一条工艺路线并不可行。如果选取第 二条工艺方案，先加工上、下平面，然后以这些已加工的面为精基准，加工其它 各孔便能保证孔的形位公差要求 从提高效率和保证精度这两个前提下，发现第二个方案比较合理。所以我决 定以第二个方案进行生产。具体的工艺过程见工艺卡片所示。 2.2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 主轴箱体的材料是 HT200，生产类型为大批生产。由于毛坯用采用金属模铸 造, 毛坯尺寸的确定如下： 由于毛坯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加工余量及最小加工余量 之分。 由于本设计规定零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与 最小余量时应按调整法加工方式予以确定。 1）加工箱体的上下平面，根据参考文献8表 4-35 和表 4-37 考虑 3mm，粗 加工 2mm 到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求，精加工 1mm， 2）加工的侧面时，用铣削的方法加工两侧面。由于侧面的加工表面有粗糙度 的要求Ra1.6m，而铣削的精度可以满足，故采取分二次的铣削的方式，粗铣削 的深度是 2mm，精铣削的深度是 1mm 9 3）镗上、下平面各孔时，由于粗糙度要求Ra1.6m，因此考虑加工余量 2.5mm。可一次粗加工 2mm，一次精加工 0.5 就可达到要求。 6）加工 6 10 孔，根据参考文献8表 4-23 考虑加工余量 1.2mm。可一次 钻削加工余量 5mm，就可达到要求。 7）加工 2 30 底孔时，根据参考文献8表 4-23 考虑加工余量 15mm。可 一次钻削加工余量 5mm，第二次扩孔就可达到要求。 8）加工上平面 2- 18孔，粗加工 10mm 到金属模铸造的质量和表面粗糙度要 求，精加工 4mm，可达到要求。 2.2.5 确定切削用量 工序 1：粗、精铣传动箱体下平面 （1）粗铣下平面 加工条件： 工件材料： HT200，铸造。 机床：X52K 立式铣床。 查参考文献7表 3034 刀具： 硬质合金三面刃圆盘铣刀 （面铣刀） ， 材料：YT15，D 100mm， 齿数Z 8， 此为粗齿铣刀。 因其单边余量：Z=2mm 所以铣削深度a p ：a p 2mm 每齿进给量a f ：根据参考文献3表 2.4-75，取a f 0.12mm/Z铣削速度V：参照 参考文献7表 3034，取V 1.33m/s。 1000V 机床主轴转速n：n 式（2.1） d 式中 V铣削速度； d刀具直径。 由式 2.1 机床主轴转速n： 1000V10001.3360 n 254r /min d3.14100 按照参考文献3表 3.1-74n 300r /min 实际铣削速度v：v dn 1000 3.14100300 1.57m/s 100060 进给量V f ：V f a f Zn 0.128300/ 60 4.8mm/s 工作台每分进给量f m： f m V f 4.8mm/s 288mm/min a：根据参考文献7表 2.4-81,a 40mm 10 （2）精铣下平面 加工条件： 工件材料： HT200，铸造。 机床： X52K 立式铣床。 参考文献7表 3031 刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀） ：YT15，D 100mm，齿数 12，此为细 齿铣刀。 精铣该平面的单边余量：Z=1mm 铣削深度a p ：a p 1mm 每齿进给量a f ：根据参考文献7表 3031，取a f 0.08mm/Z 铣削速度V：参照参考文献7表 3031，取V 0.32m/s 机床主轴转速n，由式（2.1）有： n 1000V10000.32 d 60 3.14100 61r /min 按照参考文献7表 3.1-31n 75r /min 实际铣削速度v：v dn3.1410075 1000 100060 0.4m/s 进给量V f ，由式（1.3）有：V f a f Zn 0.151275/ 60 2.25mm/s 工作台每分进给量f m： f m V f 2.25mm/s 135mm/min 粗铣的切削工时 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l 315mm， 刀具切入长度l 1 ： l 1 0.5(DD2a2 )(1 3) 0.5(100 1002402)(1 3)7mm 刀具切出长度l 2 ：取l 2 2mm 走刀次数为 1 机动时间t2 j1 ：t l 1 l j1 l f 31572 1.13min m 288 根据参考文献5表 2.5-45 可查得铣削的辅助时间t f1 1.04 精铣的切削工时 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l 315mm 刀具切入长度l 1 ：精铣时l 1 D 100mm 刀具切出长度l2：取l 2 2mm 走刀次数为 1 11 机动时间t j2 ：t j2 l l 1 l 2 3151002 1.09min f m 135 根据参考文献5表 2.5-45 可查得铣削的辅助时间t f 2 1.04 铣下平面的总工时为：t=t j1 +t j2 +t f1 +t f 2 =1.13+1.04+1.04 +1.09=2.58min 工序 2：加工其它平面，各切削用量与加工上平面相近，因此省略不算，参照 工序 1 执行。 工序 3：粗精铣左右端的侧面： （1）粗铣左右端的侧面 加工条件： 工件材料： HT200，铸造。 机床：X52K 立式铣床。 查参考文献7表 3034 刀具： 硬质合金三面刃圆盘铣刀 （面铣刀） ， 材料：YT15，D 100mm， 齿数Z 8， 此为粗齿铣刀。 因其单边余量：Z=2mm 所以铣削深度a p ：a p 2mm 每齿进给量a f ：根据参考文献3表 2.4-75，取a f 0.12mm/Z铣削速度V：参照 参考文献7表 3034，取V 1.33m/s。 由式 2.1 得机床主轴转速n： 1000V10001.3360 n 254r /min d3.14100 按照参考文献3表 3.1-74n 300r /min 实际铣削速度v：v dn 1000 3.14100300 1.57m/s 100060 进给量V f ：V f a f Zn 0.128300/ 60 4.8mm/s 工作台每分进给量f m： f m V f 4.8mm/s 288mm/min a：根据参考文献7表 2.4-81,a 60mm 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l 60mm， 刀具切入长度l 1 ： l 1 0.5(DD2a2)(1 3)式（2.2） 0.5(100 1002602)(1 3) 1113mm 刀具切出长度l 2：取 l 2 2mm 12 走刀次数为 1 （2）精铣左右端侧平面 加工条件： 工件材料： HT200，铸造。 机床： X52K 立式铣床。 由参考文献7表 3031 刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀） ：YT15，D 100mm，齿数 12，此为细 齿铣刀。 精铣该平面的单边余量：Z=1mm 铣削深度a p ：a p 1.0mm 每齿进给量a f ：根据参考文献7表 3031，取a f 0.08mm/Z 铣削速度V：参照参考文献7表 3031，取V 0.32m/s 机床主轴转速n，由式（2.1）有： 1000V10000.3260 n 61r /min d3.14100 按照参考文献3表 3.1-31n 75r /min 实际铣削速度v：v dn 1000 3.1410075 0.4m/s 100060 进给量V f ，由式（2.3）有：V f a f Zn 0.151275/ 60 2.25mm/s 工作台每分进给量f m： f m V f 2.25mm/s 135mm/min 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l 210mm 刀具切入长度l 1 ：精铣时l 1 D 100mm 刀具切出长度l2：取l 2 2mm 走刀次数为 1 根据参考文献9：t 1 =249/(37.53)=2.21min。 根据参考文献5表 2.5-45 可查得铣削的辅助时间t f1 0.41 精铣宽度为 20mm 的下平台 根据参考文献9切削工时：t 2 =249/(37.53)=2.21min 根据参考文献5表 2.5-45 可查得铣削的辅助时间t f 2 0.41 粗精铣宽度为 30mm 的下平台的总工时： t=t 1 +t 2 +t f1 +t f 2 =2.21+2.21+0.41+0.41=5.24min 工序：粗镗62H12 的孔 机床：卧式镗床T618 刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：YT5 13 切削深度a p ：a p 2.0mm，毛坯孔径d 0 57mm。 进给量f：根据参考文献表2.4-66，刀杆伸出长度取200mm，切削深度为 a F =2.0mm。因此确定进给量f 0.2mm/r。 切削速度V：参照参考文献3表 2.4-9 取V 2.4m/s 144m/min 机床主轴转速n： 1000V1000144 n 804.56r / min， d3.1457 按照参考文献3表 3.1-41 取n 1000r /min 实际切削速度v：v dn 1000 3.14571000 2.98m/ s 100060 工作台每分钟进给量f m ：f m fn 0.21000 200mm/min 被切削层长度l：l 35mm 刀具切入长度l 1 ：l 1 a p tgk r (2 3) 2.5 2 6.33mm tg30 刀具切出长度l2：l 2 3 5mm取l 2 4mm 行程次数i：i 1 机动时间t j1 ：t j1 l l 1 l 2 356.334 0.227min f m 200 查参考文献1，表 2.5-37 工步辅助时间为：2.61min 精镗下端孔62H12 机床：卧式镗床T618 刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：YT5 切削深度a p ：a p 0.5mm 进给量f：根据参考文献3表 2.4-66，刀杆伸出长度取200mm，切削深度为 a F =0.5mm。因此确定进给量f 0.15mm/r 切削速度V：参照参考文献3表 2.4-9，取V 3.18m/ s 190.8m/min 机床主轴转速n： n 1000V1000190.8 1029r / min，取n 1000r /min d03.1461 实际切削速度v， ：v dn1 4 3 . 6 11 0 1 0 1 0 6 2 0 9 3 . /m s 工作台每分钟进给量f m ：f m fn 0.151000150mm/min 被切削层长度l：l 35mm 14 刀具切入长度l 1 ：l 1 a p tgk r (2 3) 0.5 2 2.87mm tg30 刀具切出长度l 2 ：l 2 3 5mm取l 2 4mm 行程次数i：i 1 机动时间t j1 ：t j1 l l 1 l 2 352.874 0.279min f m 150 所以该工序总机动工时t j 0.2270.279 0.506min 查参考文献1，表 2.5-37 工步辅助时间为：1.86min 工序 5：粗镗 80H12 的孔 机床：卧式镗床T618 刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：YT5 切削深度a p ：a p 2.0mm，毛坯孔径d 0 75mm。 进给量f：根据参考文献表2.4-66，刀杆伸出长度取200mm，切削深度为 a F =2.0mm。因此确定进给量f 0.2mm/r。 切削速度V：参照参考文献3表 2.4-9 取V 1.92m/ s 115m/ min 机床主轴转速n： 1000V1000115 n 488.32r / min， d3.1475 按照参考文献3表 3.1-41 取n 600r / min 实际切削速度v：v dn 1000 3.1475600 1.79m/ s 100079 工作台每分钟进给量f m： f m fn 0.2600 120mm/min 被切削层长度l：l 65mm 刀具切入长度l 1 ：l 1 a p tgk r (2 3) 2.0 2 5.45mm tg30 刀具切出长度l 2 ：l 2 3 5mm取l 2 4mm 行程次数i：i 1 机动时间t j1 ：t j1 l l 1 l 2 655.454 0.496min f m 150 查参考文献1，表 2.5-37 工步辅助时间为：2.61min 精镗下端孔到 80H12 机床：卧式镗床T618 刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：YT5 15 切削深度a p ：a p 0.5mm 进给量f：根据参考文献3表 2.4-66，刀杆伸出长度取200mm，切削深度为 a F =0.5mm。因此确定进给量f 0.15mm/r 切削速度V：参照参考文献3表 2.4-9，取V 2.86m/ s 171.72m/ min 机床主轴转速n： n 1000V1000171.72 770.2r / min，取n 800r / min d03.1471 实际切削速度v， ：v dn1 4 3 . 6 18 0 1 0 1 0 7 2 0 9 3 . /m s 工作台每分钟进给量f m： f m fn 0.15800 120mm/ min 被切削层长度l：l 65mm 刀具切入长度l 1 ：l 1 a p tgk r (2 3) 0.5 2 2.87mm tg30 刀具切出长度l2：l 2 3 5mm取l 2 4mm 行程次数i：i 1 机动时间t j1 ：t j1 l l 1 l 2 652.874 0.599min f m 120 所以该工序总机动工时t j 0.4960.5991.094min 查参考文献1，表 2.5-37 工步辅助时间为：1.56min 工序 6：钻下平在 2- 18 工件材料为 HT200 铁，孔的直径为 18mm。加工机床为 Z535 立式钻床，加工工序为 选用 18 的麻花钻头。 进给量f：根据参考文献5表 2.4-39，取f 0.25mm/r 切削速度V：参照参考文献5表 2.4-41，取V 0.43m/s 由式（2.1）机床主轴转速n： n 1000V10000.4360 456r / min，取n 900r /min d03.1418 实际切削速度 V ：V d0n 1000 3.1418900 0.85m/ s 100060 被切削层长度l：l 45mm D5 刀具切入长度l1：l 1 ctgk r (1 2) ctg1202 3.5mm 22 16 刀具切出长度l 2 ：l 2 0 走刀次数为 1 被切削层长度l：l 45mm 刀具切入长度l 1 ：l 1 4.5mm 刀具切出长度l 2 ：l 2 0 走刀次数为 1 机动时间t j ：t j l l 1 l 2 453.5 0.118min fn0.25800 根据参考文献5表 2.5-41 可查得钻削的辅助时间t f1 1.77 工序：加工 6 10 底孔 工件材料为 HT200 铁，孔的直径为 10mm。加工机床为 Z535 立式钻床，加工工序为 选用 10 的麻花钻头。 进给量f：根据参考文献5表 2.4-39，取f 0.25mm/r 切削速度V：参照参考文献5表 2.4-41，取V 0.43m/s 由式（2.1）机床主轴转速n： n 1000V10000.4360 821r / min，取n 900r /min d03.1410 实际切削速度 V ：V d0n 1000 3.1410900 0.47m/ s 100060 被切削层长度l：l 20mm D7 刀具切入长度l 1 ：l 1 ctgk r (1 2) ctg1202 4.1mm 22 刀具切出长度l2：l 2 0 走刀次数为 1 根据参考文献5表 2.5-41 可查得钻削的辅助时间t f1 1.77 工序：钻 40 孔 工件材料为 HT200 铁，孔的直径为 40mm，表面粗糙度R a 3.2m。加工机 床为 Z535 立式钻床，加工工序为锪钻，加工刀具为：钻孔 40mm 小直径钻。 1）确定切削用量 确定进给量f根据参考文献7表 28-10 可查出f 表 0.25 0.31mm/r， 由 于孔深度比l / d 0 8/13 0.6，k lf 1.0，故 f表 (0.25 0.31)1.0 0.25 0.31mm/r。查 Z535 立式钻床说明书，取 17 f 0.23mm/r。 根据参考文献7表 28-8， 钻头强度所允许是进给量f1.75mm/r。 由于机床进给 机构允许的轴向力F max 15690N（由机床说明书查出） ， 根据参考文献7表 28-9， 允许的进给量f1.8mm/r。 由于所选进给量f远小于f及f，故所选f可用。 确定切削速度v、轴向力F、转矩T 及切削功率P m 根据表 28-15，由插入 法得： v 表 17m/min，F 表 4732N T 表 51.69N M，P m表 1.25kW 由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。 由参考文献7表 28-3，k Mv 0.88，k lv 0.75，故 v 表 17m/min0.880.7511.22(m/min) n 1000v 表 100011.22mm/min d 189r /min 0 40mm 查 Z535 机床说明书，取n 195r /min。实际切削速度为 v d0n30mm195r / min 1000 1000 18.37m/ min 由参考文献7表 28-5，k MF k MT 1.0，故 F 4732N 1.0 4732(N) T 51.69N m1.0 51.69N m 校验机床功率切削功率P m 为 P m P m表 （n/n)k MM 1. 2k5W (1 9 5 / 2 9 8 ) 1. k 0W 0 机床有效功率 P E P E 4.5kW 0.813.65kW P m 故选择的钻削用量可用。即 d 0 40mm，f 0.23mm/r，n 195r /min，v 7.35m/min 相应地 F 4732N，T 51.69N m，P m 0.82kW 工序 9：校验 （5）钻20 孔 加工条件： 工件材料：HT200，金属模铸造， 机床：Z535 立式钻床 18 刀具：高速钢钻头 20，被切削层长度l：l 20mm D7 刀具切入长度l 1 ：l 1 ctgk r (1 2) ctg1202 4.1mm 22 刀具切出长度l 2 ：l 2 0 走刀次数为 1 机动时间t j ：t j l l 1 l 2 12.54.1 0.07min fn0.25900 根据参考文献5表 2.5-41 可查得钻削的辅助时间t f1 1.77 锪钻 20 阶梯的工时 锪钻孔进给量f 0.23mm/r，机床主轴转速n 195r /min， 被切削层长度l：l 12mm D20 刀具切入长度l 1 ：l 1 ctgk r (1 2) ctg120 2 10.2mm 22 刀具切出长度l 2 ：l 2 0 走刀次数为 1 机动时间t j ：t j l l 1 l 2 310.2 0.27min fn0.25195 由参考文献5表 2.5-41 可查得钻削的辅助时间t f1 1.77 t=t j +t f t=0.27+1.77=2.04min 该工序的总工时为： 2.04+0.07+0.05+1.77+1.77=5.7min 所以该方案满足生产要求。 2.3 小结 机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工 艺文件。对加工工艺规程的设计，可以了解了加工工艺对生产、工艺水平有着极 其重要的影响。生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法 和手段都要通过机械加工工艺来体现。 19 3 3专用夹具设计专用夹具设计 镗床夹具又称镗模它主要用于加工相体，支架等工件上的单孔或孔系。镗模 不仅广泛用于一般镗床和镗孔组合机床上也可以用在一般车床、铣床和摇臂钻床 上，加工有较高精度要求的孔或孔系。镗床夹具，除具有定位元件、加紧机构和 夹具体等基本部分外，还有引导刀具的镗套。而且还像钻套布置在钻模板上一样， 镗套也按照被加工孔或孔系的坐标位置，布置在一个或几个专用的镗孔的位置精 度和孔的几何形状精度。因此，镗套、镗模支架和镗杆是镗床夹具的特有元件。 夹具的结构类型夹具的结构类型 镗床夹具按其结构特点，使用机床和镗套位置的不同，有以下分类方法。 （一） 按使用机床类别分，可分为万能镗床夹具、多轴组合机床镗床夹具、精密 镗床夹具，以及一般通用机床镗床夹具。 （二） 按夹具的结构特点分，可分为卧式镗床夹具和立式镗床夹具等。 （三） 按镗套的位置分布，可分为单支承前引导的镗床夹具，即镗套为于被加工 孔的前方；单支承后引导的镗床夹具。 本夹具属于单支承后引导的镗床夹具，本就加以说明介绍。 单支承后引导的镗床夹具，既镗套位于被加工孔的后方，介于工件与机床主 轴之间，主要用于加工 D90mm。但根据 1、镗削 L 有两种类型： D L D 的方式，则在加工这种较长的孔时，刀具的悬伸长 度 h 必然很大，起码应大于 L.由于刀具悬伸长度大，所以刀具易引偏，严重时会 使镗杆与镗套蹩住，否则须增加镗套长度，以保证足够的导引刚度。但这样将导 致整个镗套部分的结构庞大。 上述两种的单支承引导的镗杆与机床主轴作刚性联接，这样，要使镗套中心对准 机床主轴中心，不容易做到很准确，而且还需要技术水平较高的工人能胜 夹紧力大小的确定原则夹紧力大小的确定原则 夹紧力大小对于确定夹紧装置的结构尺寸，保证夹紧可靠性等有很大影响。 夹紧力过大易引起工件变形，影响加工精度。夹紧力过小则工件夹不紧，在加工 过程中容易发生工件位移，从而破坏工件定位，也影响加工精度，甚至造成安全 事故。由此可见夹紧力大小必须适当。 计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个刚性系统，然后根据工件受切削 力、夹紧力（大工件还应考虑重力，运动的工件还需考虑惯性）后处于静力平衡 条件，求出理论夹紧力，为了安全起见再乘以安全系数 K。 W kW 式中 W计算出的理论夹紧力； W实际夹紧力； K安全系数，通常k=1.53.当用于粗加工时， k=2.53,用于精加工时 k=1.52. 这里应注意三个问题： （一）切削力在加工过程中往往方向、大小在变化，在计算机中应按最不利的加 工条件下求得的切削力或切削合力计算。 如图 2-1 所示切削方向进行静力平衡，求 出理论夹紧力，再乘以安全系数即为实际夹紧力，图中 W 为夹紧力，N1、N1 为镗孔各方向镗削力，可按切削原理中求切削力。而 N1 切削力将使夹紧力变大， 在列静平衡方程式时，我们应按不利的加工条件下，即N1 时求夹紧力。既 W KN1 1.5KN 21 图2-1 （二）在分析受力时，往往可以列出不同的工件静平衡方程式。这时应选产生夹 紧力最大的一个方程，然后求出所需的夹紧力。如图所示垂直方向平衡式为 W=1.5KN;水平方向可以列出：W 1.5KN / f,f 为工件与定位件间的摩擦系数，一 般 0.15,即 W=10KN；对 o 点取矩可得下式 W KN2l l 220.5l l2l20.5l 2l 3.2KN 比较上面三种情况，选最大值，既 W=10KN。 （三）上述仅是粗略计算的应用注意点，可作大致参考。由于实际加工中切削力 是一个变值，受工件材料性质的不均匀、加工余量的变动、刀具的钝化等因素影 响，计算切削力大小的公式也与实际不可能完全一致，故夹紧力不可能通过这种 计算而得到结果。生产中也有根据一定生产实际经验而用类比法估算夹紧力的， 如果是一些关键性的重要夹具，则往往还需要通过实验的方法来确定所需夹紧力。 本夹具主要用来镗左端平面夹具， ，这个工艺孔有尺寸精度要求，表面粗糙度 要求， 表面粗糙度为Ra1.6m， 与顶面垂直。 并用于以后各面各孔加工中的定位。 其加工质量直接影响以后各工序的加工精度。本到工序为杠杆加工的第一道工序， 加工到本道工序时只完成了传动箱体上表面的粗、精铣。因此再本道工序加工时 主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产 率，降低劳动强度。 22 定位基准的选择 由零件图可知，有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与顶面垂直。为了保 证所钻的孔与顶面垂直并保证工艺孔能在后续的孔系加工工序中使各重要支承孔 的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择工艺孔的加工定位基准 时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣箱体的下表面工序的定位基准，以及设计 基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择选用下平作为定位基准， 为了提高加工效率，根据工序要求先采用标准硬质合金镗刀刀具对工艺孔进行粗 镗削加工；然后采用硬质合金镗刀对其进行精加工，准备采用手动夹紧方式夹紧。 3.1.2 切削力的计算与夹紧力分析 由于本道工序主要完成工艺孔的镗加工，参考文献9得： 镗削力F 26Df0.8HB0.6 镗削力矩T 10D1.9f0.8HB 0.6 11 2 5 5 2 3 2 HB HB 2 5 5 1 8 7式中：D 62mmHB HB m a xm a xm i n 33 f 0.15mmr1 0 . 850. 1 5 F 2 6 2 0 . 62 3 23 N7 5 5. 2 . 90 . 8T 1 0 215 0. 1 50 . 62 3 2 42