机械加工工艺规程的设计示例

1、机械加工工艺规程设计示例（轴类零件）一、 设计任务：如图所示的某挖掘机减速器中间轴简图。该轴材料为 20CrMnTi ，进行渗碳 淬火处理，渗碳层深度为 0.81.2 ，淬火硬度为 HRC5862。在中批生产条件 下制订该轴加工工艺过程。图 5-1 中间轴二、 零件工艺过程分析与计算 （一）、分析研究产品的装配图和零件图 1、审查图纸的完整性和正确性 2、分析零件的技术要求（1）尺寸精度的分析：轴类零件的支承轴颈一般与轴承 配合，是轴类零件的主要表面， 通常对其 尺寸精度要求较高，为 IT5 IT7 。如挖掘机减速器中间轴的 40k5、50h5、 25h6等；其它尺寸相对而言精度要求低些。（2

2、）形状精度的分析： 轴类零件的形状精度主要是指支承轴颈的圆度、 圆柱度，一般应将其限制在 尺寸公差范围内（本例即如此） ，对形状精度要求高的轴，应在图样上标注其形 状公差。（3）位置精度的分析：轴的位置精度主要有轴颈之间的同轴度或跳动度 （本例两处对基准 A-B 的跳 动度 0.016 ），定位端面与轴线的垂直度（本例 25h6 轴颈左端面对基准 A-B的垂直度 0.03 ），键槽对轴线的对称度等。（4）表面粗糙度的分析：一般与传动件相配合的轴颈的表面粗糙度 Ra值为 2.5 0.63 m ，与轴承相 配合的支承轴颈的表面粗糙度 Ra值为 0.63 0.16 m。3、审查零件材料是否恰当本例挖

3、掘机减速器中间轴是在高转速、 重载荷的条件下工作， 选用 20CrMnTi 并进行渗碳淬火处理是恰当的， 这样做可获得很高的表面硬度、 较软的芯部， 因 此耐冲击韧性好。4、审查零件的结构工艺性 本例挖掘机减速器中间轴的结构工艺性符合要求。二、毛坯的选择 本例挖掘机减速器中间轴的材料为低合金钢，力学性能要求较高；生产类型为 中批生产；零件尺寸相差不大。因此选用 55×200 圆钢作为毛坯。三、选择定位基准 选择了定位基准就确定了工件的安装方法。轴类零件的安装应能保证加工后各 主要表面的相互位置精度，能在一次安装中加工出较多的表面，以便安装方便、 迅速，有利于提高生产率。为了满足上述要

4、求， 一般都选择两顶尖孔作为定位基准。 这不仅因各主要表 面的设计基准（或工序基准） 都是轴的轴线而符合基准重合的原则， 也符合基准 统一原则。其次，当不能用顶尖孔定位时（如加工轴的最初工序、加工轴的内表 面等），或为了提高零件的刚度时，也可以选择外圆表面作为定位基准。另外， 当加工孔不大的空心轴时， 为了能在一次安装中加工出全部外圆表面， 还可以选 择内孔作为定位基准。 选择的定位基准不同， 相应的安装方法也不同， 一般有以 下几种安装方法；1、用两顶尖安装（图 3-2a ）；2、用三爪卡盘安装（图 3-2b ）；3、用三爪卡盘和尾顶尖安装（图 3-2c ）；4、用带齿顶尖和光滑顶尖安装（图

5、 3-2d ）；5、用 V 型块安装（图 3-3 ）。在采用顶尖孔定位时， 为了定位准确， 减少定位误差对加工精度的影响， 顶 尖孔应加工精确。由于顶尖孔在许多工序中都要使用，它会磨损、拉毛，以及热 处理后的氧化、 变形，因此在粗加工、 热处理后， 或精加工前要修整顶尖孔。（研 磨中心孔）图 3.2 轴的几种安装方法图 3.3 V 型块装夹铣工件两端本例挖掘机减速器中间轴的定位基准选择如下： 粗加工 （加工两端面、 打顶 尖孔）采用外圆表面作为定位基准面（用 V 型块安装）；精加工采用外圆表面和 一个顶尖孔作为定位基准面（用三爪卡盘和尾顶尖安装） ；花键槽的加工和磨削 采用两顶尖孔作为定位基准

6、（用两顶尖安装） 。四、拟订工艺路线根据轴的结构特点， 轴的加工主要是用车削和磨削， 个别质量要求较高的表 面还需要进行光整加工。一般轴类零件加工的典型工艺路线如下：1、预备加工轴的毛坯经过热处理和对安装方法进行分析后， 就应对轴进行预备加工。 预 备加工包括校直： 对于细长的轴， 如果弯曲变形会造成加工余量不足， 应进行校 直；切断：对于直接用圆钢作毛坯的轴，应切断，对于批量较小的锻件毛坯，因 两端有较大的加工余量也必须切断； 切端面和打中心孔： 对于单件小批生产的轴， 可以经过划线后再切端面和打中心孔， 对于成批大量生产的轴， 可以采用铣端面 打顶尖孔的专用机床进行铣两端面、打两顶尖孔（见

7、图 3-2 ）。2、粗车外圆、粗加工空心轴的内孔为了保证轴在车削过程中的刚度， 应先车大直径外圆， 然后再车小直径外圆。 对于空心轴还要粗加工（如钻、镗）内孔。3、热处理对质量要求较高的轴， 在粗车后应进行正火、 调质等热处理， 以便消除工件 的内应力和提高机械性能。4、半精车外圆对一些精度要求较高的主要表面， 需要安排半精车来为精车作好准备， 如精 车前必要的精度和加工余量等。5、精车外圆为了保证定位精度， 精车前要修整顶尖孔或改打带保护锥的 B 型顶尖孔。对 一些精度要求更高的主要表面，还必须留有足够的磨削或光整加工余量。6、粗磨两端轴颈或中间轴颈当需要更换精基准或提高工件的刚度时， 应先

8、把精基准 （两端轴颈） 和中心 架支承表面（中间轴颈）加工出来。7、粗加工成形表面或非同轴线的表面 轴上的成形表面、非同轴线的表面是指轮齿、花键、螺纹、锥孔和偏心轴颈 等表面。8、加工次要表面轴上的次要表面是指键槽、小孔等表面。9、热处理对轴上一些要求耐磨的表面进行淬火或渗碳淬火处理。10、磨削和光整加工对一些质量要求高的表面（如轴颈、轮齿、花键、螺纹等）还应进行磨削和 光整加工。 但是磨削前必须进行对淬过火的顶尖孔进行研磨， 以消除氧化皮和提 高顶尖孔的质量。11、清洗、检验 轴加工完成后应进行清洗，然后检验其精度和表面粗糙度。对一些重要的轴必 要时还应进行超声波、放射线、磁粉等无损探伤。根

9、据以上分析，结合零件的技术要求和机械加工经济精度、经济表面粗糙度要 求，考虑是中批生产， 本例挖掘机减速器中间轴的工艺路线拟订为： 下料热处 理铣两端面打顶尖孔粗车外圆精车外圆铣花键槽热处理磨各轴颈 外圆清洗、检验。五、确定各工序的设备、刀具、量具和辅助工具1、设备的选择 考虑到本例挖掘机减速器中间轴的外形尺寸 （中等轴类零件）、加工精度（最 高 IT5 ）、生产类型（中批生产） ，机床设备选用普通车床、普通磨床、铣端面打 顶尖孔的专用机床、 花键铣床； 工艺装备主要是夹具， 本例尽量选用通用夹具如 三爪卡盘、顶尖、 V 型块等。2、刀具的选择 综合考虑挖掘机减速器中间轴的加工工序所采用的加工

10、方法、加工表面尺 寸、工件材料、加工精度、生产率和经济性，应尽量选用标准刀具。如YT 类硬质合金焊接车刀、花键滚刀等。3、量具的选择 量具的选择主要取决于生产类型和所要检验的精度。尽量选用通用量具。六、确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差1、加工余量的确定 确定加工余量的方法有三种： 经验估计法、 查表法和分析计算法， 在实际生 产中广泛应用查表法。挖掘机减速器中间轴的加工主要是车削和磨削，根据查表可知：粗车外圆 （长度 200）的加工余量一般为 1.53 ；精车外圆（长度 200）的加工余 量一般为 0.8 2 ；磨削外圆的加工余量一般为 0.1 0.5 。2、计算工序尺寸及公差 挖掘机

11、减速器中间轴的外圆加工其设计基准为轴线， 定位基准也是轴线， 符 合基准重合原则， 因此采用基准重合时工序尺寸及其公差的确定方法。 下面以 50h5的加工为例说明。 50h5 外圆的加工工艺路线为：粗车精车热处理磨削，毛坯是圆钢，具 体确定过程如下（各过程结果见表） ：（1）确定各工序余量 根据查表并结合实际加工情况进行修改得各工序余量（公称余量）（2）计算各工序尺寸（基本尺寸）（3）确定各工序尺寸的公差（4）确定各工序的表面粗糙度工序名 称工序余 量工序的经 济精度工序尺寸工序尺寸 及公差表面粗糙度磨削0.2h5（-00 . 011）5050-0.011Ra=0.4 m精车1.8h8（-00

12、 . 046）50+0.2=50.2 50.2 -0.046Ra=3.2 m粗车3h10（-00 . 12）50.2+1.8=5252-0.12Ra=12.5 m毛坯5（+0.2 ）（ -0.9 ）50+5=55+0.255-+00.92七、确定各工序的切削用量和时间定额1、切削用量的选择下面仍然以 50h5 外圆的车削为例说明切削用量的选择。 机床： CA6140刀具：焊接式硬质合金外圆车刀，刀片材料为 YT14 ，刀杆截面尺寸为 16 × 25 ，刀具几何参数： o 100, o 80,kr 750, s 0,r 1mm。（1）粗车时的切削用量 背吃刀量：取背吃刀量等于加工余量

13、1.5 。 进给量：根据工件材料，刀杆截面尺寸，工件直径及背吃刀量，查表得 f 0.5 0.7mm/r ，按机床说明书选取实际进给量 f 0.51mm / r 。 切削速度：切削速度可用公式计算得到，也可通过查表得到。现根据已知条件 查表得 vc 110m / min 。根据 vc 和已知条件，计算工件转速1000vc 1000 110m / minn 637r /mind 3.14 55mm按机床说明书选取实际主轴转速 n=560r/min ，为此，实际切削速度为dn 3.14 55mm 560r /minvc96.7m / minc 1000 1000机床功率校验：切削力Fc 9.81CF

14、c ap xFc f yFc vcnFc K9.81 270 1.5 0.510.75 96.7 0.15 0.75 0.92 1 1 0.93 775N切削功率FCvc pc60000775N 96.7m / min 1.25KW60000从机床说明书可知，车床电动机功率 PE 7.5KW取 机 床 传 动 效 率 m 0.8 ， 则 机 床 有 效 功 率 为 PE' PE m 7.5KW 0.8 6KW因为 Pc 1.25KW PE' 6KW ，所以机床功率足够。 粗车时的切削用量为：（2）粗车时的切削用量 ap 1.5mm, f 0.51mm/r,vc 96 .7m /

15、 min背吃刀量：取背吃刀量等于加工余量 0.9 。进给量：根据工件表面粗糙度 Ra 的值为 0.4 微米， r 1mm，工件材料为 20CrMnTi。查表（预估 vc 50m/ min ）得： f 0.16 0.20mm / r 。按机床说明 书选取实际进给量 f 0.16 mm/ r 。切削速度：根据已知条件查表得 vc 150m/ min ，再根据 vc和已知条件，计 算工件转速1000vc 1000 150m / min3.14 52mmn 918r /min按机床说明书选取实际主轴转速 n=900r/min ，为此，实际切削速度为 dn 3.14 52mm 900r /minvc10

16、00146.95m / min1000精车时的切削用量为 ： a0.9mm, f 0.16mm/r,vc 146.95m/ min2、时间定额的计算 以50h5外圆的粗车为例说明时间定额的计算。（1）基本时间的计算d （L L1L2 ）zi3.14 55 （35 10 2） 1.5tb 12i 0 .165min 10 s1000 vc fa p 1000 96 .7 0 .51 1 .5（2）辅助时间的计算 辅助时间一般是基本时间的 （0.150.2 ），则粗车50h5外圆的基本时间为 ta （0.15 0.2）tb 0.2 10 2s作业时间 tB tb ta 10s 2s 12sa（3）

17、其他时间的计算布置工作地时间 ts 一般按作业时间的 2%7%计算（取 4%计算），休息与生理 需要时间 tr 一般按作业时间的 2%4%计算（取 3%计算），忽略准备终结时间 te ， 则其他时间为12×（ 4%+3%）=0.84s粗车50h5 外圆的时间定额即单件时间tp tb ta ts tr 12.84s八、确定各主要工序的技术要求及检验方法九、进行技术经济分析，选择最佳方案 十、填写工艺文件 根据零件的分析结果，编制的工艺过程卡片如下：夹具设计实例一、设计任务如图所示为一连杆的铣槽工序简图。 本工序要求铣工件大孔两端面处的八 个槽，槽宽 100 ，深 3.2 0 ，表面粗糙

18、度 3.2 。加工的工艺 要求为槽的中心线与两连线成 45°± 30。上道工序已加工的表面作为本工序的 定位基准，即厚度为 14.3 -00 .1 ，生产纲领为中批生产。图 6-1 连杆二、设计方案分析过程1. 设计准备： 根据工序图的加工要求，选择卧式铣床，采用三面刃盘形铣刀完成加工，槽 宽由铣刀保证，槽深及角度由夹具来保证。2. 工件的定位方案： 根据连杆槽的工序尺寸、 形状和位置精度要求， 工件需完全定位。 工件在槽 深方向的工序基准是和槽相连的端面， 若以此端面为主要定位基准， 可以做到定位基准与 工序基准重合。 但这时夹具的定位势必要设计朝下， 这会给工件定位、

19、夹紧及装 卸带来不便，夹具结构较复杂。如果选择与所加工槽相对的另一端面为定位基准， 则引起基准不重合误差，其大小等于工件两端面的尺寸公差0.1mm。由于槽深的公差为 0.4mm，估计可以保证精度要求。这样，可用两孔一面定位，操作方便。槽的角度位置尺寸是 °± ，工序基准是两孔的连心线，以两孔为 定位基准，可以做到基准重合， 而且操作方便。 为了避免发生不必要的过定位现 象，采用一个圆柱销和一个菱形销作定位元件。 由于被加工槽的角度位置以大孔 为基准的， 槽的中心应通过大孔的中心， 并与两孔连线成 °角，因此将圆柱销 放在大孔，菱形销放在小孔，如图图 6-2 定位方

20、案图3. 工件的夹紧方案： 根据工件的定位方案，采用大孔端面为夹紧力的作用点，方向朝定位面。这样的夹紧点选择，接近被加工面，切削过程中不易产生振动，工件变形小。 但对夹紧机构的高度要加以限制，以防止和铣刀刀杆相碰。该工件较小，为使结构简单，采用手动螺旋压板夹紧。4. 变换工位方案： 考虑到该工件等分数较少，产品批量较小，且角度公差较大，采用在夹具 体上装两个相差 90°的菱形销，加工完一对槽后，卸下工件，将工件转过 90° 后套在另一个菱形销上，重新夹紧后加工另一个对槽。5. 刀具的对刀或引刀方案： 用对刀块调整刀具与夹具的相对位置， 适用于加工精度不超过级。 而 该工件的

21、槽深的公关较大，故采用直角对刀块，用螺钉、销钉固定在夹具上，用 塞尺调刀。6. 夹具在机床上的安装方式以及夹具的结构： 本夹具通过定向键与铣床工作台的形槽配合， 夹具体上的耳座用螺栓与机 床工作台坚固，保证夹具上的定位元件的工作表面对工作台的进给方向具有正确 的相对位置。7. 夹具的精度分析： 本夹具采用一面两销定位方式，定位元件的选择及定位误差分析如下： 两销中心距的尺寸及偏差。已知工件上两孔中心距尺寸为57mm± 0.06mm（0.12），取 d/30.04，则销距尺寸及偏差为 57mm±0.02mm.确定圆柱销的直径及偏差。 为了减少基准位移误差， 考虑到定位销制造时

22、 的经济性，可取销径和偏差为42.6 42.6mm-00.000295即连杆大孔与圆柱销间的最小配合间隙 0.009mm 确定菱形销的结构尺寸和偏差菱形销必须满足中心距的补偿量，补偿量 LD Ld 0.12 0.04 0.08m m22根据 JB/8014.1-1995 ，查得直径为 15.3 菱形销宽度菱形销定位的最小间隙X 2 min 2ab 2 0.08 3 0.0313 m m 0.031 m m2 min D 2 min 15 .3菱形销的直径 d2min D2min X 2min 15.3 0.031 15.269mm取公差带为 15.269-00 .01115.3mm-00.003421计算定位误差。槽深误差由基准不重合引起，由于槽深公差0.4mm，工件两定位面公差为 0.1mm，所以用对刀块及塞尺调整刀具与工件的加工位置，保证 槽深。转角定位误差arct an D 1 d 1 X 1 min D 2 d 2 X 2 min2L0 .025 0.016 0 .009 0.027 0.011 0.035 arct an2 570 .123 ' 1arct an 0 .0618 3.709 '114 32 30 60结论：采