顶尖套筒的加工工艺及铣槽夹具设计

-2-第1章绪论1.1研究背景伴随全球社会与科技飞速进步，市场越来越走向全球，各个行业之间竞争也越来越激烈。为了激烈市场竞争中求得发展，企业必须不断地努力提升自己的竞争力。减少产品研发与设计周期，提升品质，减少费用，进行创新，唯有如此，才可以跟上市场发展趋势。在机器制造过程中，为了确保产品的品质，使产品的产量和产品的产量都得到了很大的提升。在日益加剧的市场竞争中，需要提高产品的技术效益，而合理生产计划又是决定产品质量的重要因素。套管构件为一类普遍构件，它的制造过程具有一定的特殊性，改进后套管构件能够获得更高精确度，而且，夹紧装置的构造简单、简便、可反复利用，从而大幅度地减少了制造费用。开展简化型构件的制造技术与工装制造技术的研究，对于完善简化型构件的制造方式、提升企业的工作效率、减少制造费用、改善产品质量等都有着十分重大的现实意义。1.2国内外发展现状1.2.1国内研究现状目前，关于顶尖套筒的技术规范很多，但是大部分技术规范都太概括了，很难找出比较具体技术规范，也很难在生产中使用到的夹具。许多企业新编制规章中，尽管有许多能够参考的规章，但仍然需要员工对设计过程进行分析、所用的夹具。此外，因为我们的水平比较低，特别是在CAD/CAM技术上，我们已经比发达国家差了十几年，因此，这些工作大部分都是依靠技术人员来进行的。这种做法不但会造成巨大人力、财力消耗，还会造成产品的效率低，产品的成本高，还会让人员把时间用在了重复工作上，制约其创新思维。在中国，有一些大型的机械制造企业，他们的技术已经非常的成熟，所以他们的产量也会比其他的小型机械制造企业要高。在我看来，这些国有企业都有缺点。一、为了降低竞争力，技术都是秘而不宣，不会泄露出去。这种做法可能会让他们在短时间保持领先，但是从长期来看，会影响到我们的生产和发展，特别是在我们的现代社会中，这种做法会让我们的生产变得更加困难。二、他们使用的大部分技术规范和工装都是十多年前陈旧技术。因此，新引进人才没有得到充分的训练，新引进仪器也没有得到充分的利用，从而导致了巨大的资源浪费。与此同时，企业的竞争力也在不断下降，无法抵御外部的竞争。顶尖套筒用于辅助支承零件，具有较低的效率和较高的劳动强度，特别在大量生产时，这一不足更加明显。1.2.2国外研究状况西方国家的水平比较高，CAD/CAM技术也成熟。另外，顶尖套筒是一种常见的零部件，目前生产轴套的时候，都是通过CAPP和CAFD来实现的，只需要手动调整一下就行了。目前广泛使用的可变性CAPP大多采用了以成组技术为基础方法。成组技术（GT）它指的是通过运用物品之间的相似，将类似的问题划分为一群，并寻找一种能够使这一群问题得到比较一致最优化的方法，以此来节省时间和能量，达到预期效果。在成组过程中，如何有效地利用产品的特征和制造过程中的相似度，从而实现产品质量的最大化，是成组过程中的一个关键问题。使用这种技术，可以极大地提升效率，减少成本，并减少设计周期，还能够让人员摆脱枯燥、重复工作，从而可以更好地发挥价值。但是这种方法也存在着不足：不能对某些不规范的零部件进行加工规范的研发；由电脑提供之作业程序及工装，未必是最佳作业程序。与此同时，在创造试CAPP系统，国外也有了一些进步。这个系统能被界定为可以对信息进行整合，并为零件制定工艺指南，也就是说，该系统可以在零件数据的基础上，自动地对知识进行提取，并生成所需要内容。自动选择机床、刀具及工艺参数；在此基础上，提出了一种基于模糊聚类分析的新方法。因为创造出一套完整的CAPP系统，需要非常高技术，才能做到这一点，因为创造出一套完整的CAPP系统，只能用于最简单部件。目前使用较为普遍的是半创成形CAPP系统，它将上述两种CAPP系统进行组合，也就是采用变异型CAPP系统和自动决策。

第2章零件的分析2.1零件的分析套筒的材质是20等级的钢材，也称高品质的碳构造钢，其硬度略高于15等级的钢材，极低的硬化，没有回火的脆性。由于其具有高的热变形，常用于弯曲等工艺，因此，采用电弧焊和接触焊具有良好焊接性，但由于其焊缝较薄，且在对零件轮廓有苛刻条件下，容易在零件上产生裂痕。可切削的加工性，经常制造低强度和高韧度的工件。本产品是经冷挤压和渗碳淬火的高品质的低碳碳钢。这种钢材具有较低的强度、韧性能。拉伸强度在355-500MPa之间，延伸率在24%以上.结果表明，在160HBS以下，常火法可以加速其球化，使大块的先共析铁素体得到细化，从而提高其切割能力。2.2零件的作用图2.1顶尖套筒2.3零件的工艺分析1、Φ70左端面2、Φ70右端面3、Φ40通孔4、Φ45孔，角度2°5’43”5、Φ50沉孔左端面6、铣宽12深5.2槽2.4生产纲领即需要进行大量的批量化生产。N=Qn(1+a+)式中：N——零件的生产纲领（件/年）Q——机器产品的年产量（台/年）n——每台产品中该零件的数量（件/台）a——备品百分率——废品百分率2.5生产效率分析第3章工艺规程设计3.1确定毛坯的制造形式3.2基面的选择3.2.1粗基准的选择原则3.2.2精基准选择的原则3.3制订工艺路线表3.1工艺路线工序号工序内容工序01型材工序02渗碳淬火、渗碳深度为0.5～0.8mm、淬火硬度为53～58HRC工序03铣Φ70左端面工序04铣Φ70右端面工序05钻Φ40孔工序06钻Φ45孔，角度2°5’43”左端面工序07粗车、半精车Φ40孔；粗车、半精车、精车Φ45孔工序08粗车、半精车、精车Φ70左端面；工序09粗铣、半精铣宽12深6.2槽工序10去毛刺工序11检验至图纸要求工序12包装、入库3.4确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差1.一种关于φ70左端加工余量参照《机械制造工艺设计简明手册》可得出锻造零件单侧切削余量Z=1.5毫米、锻造零件的尺寸误差CT8级别、表面光洁度6.3。一步铣削（也就是粗铣）才能符合手册中的表格所列的精度标准。2.Φ70右端面的加工余量参照手册中的表格可得出锻造零件单侧切削余量Z=1.5毫米、锻造零件的误差为CT8级别、表面光洁度6.3。一步铣削（也就是粗铣）才能符合手册中的表格1.4~8所列的精度标准。3.Φ38右端面的加工余量参照手册中的表格可得出锻造零件单侧切削余量Z=1.5毫米、锻造零件的误差为CT8级别、光洁度为6.3。只有按照手册中的表格的规定，进行一次切削（也就是粗切削），才能达到加工的精度。4.Φ38外圆的加工余量参照手册中的表格可得出锻造零件单侧切削余量Z=1.5毫米、锻造零件的误差为CT8级别、表面光洁度6.3。只有按照手册中的表格1.4~8的规定，进行一次切削（也就是粗切削），才能达到加工的精度。5.右Φ18外圆的加工余量参照手册中的表格2.2~4，可得出锻造零件单侧切削余量Z=1.5毫米、锻造零件的误差为CT8级别、表面光洁度6.3。只有按照手册中的表格1.4~8的规定，进行一次切削（也就是粗切削），才能达到加工的精度。6.Φ8.2孔的加工余量参照手册中的表2.2~4，由于需要对已被成形的工件进行整体锻打，得到的工件表面的粗糙度Ra3.2。按《机械制造工艺设计简明手册》中的表格1.4—8的规定，只有在加工φ40以上的孔后，才能进行粗车或半精车，才能达到加工的精度。钻单边余量Z=3.0mm粗车单边余量Z=1.0mm半精车单边余量Z=0.1mm7.Φ45孔的加工余量参照手册中的表2.2~4，由于被加工的工件的尺寸较小，所以使用了整体锻件，其表面的粗糙度Ra为0.8。按照手册中的表格1.4~8，对Φ8.2孔进行粗、细、精三次重车，方能达到所需的精度。粗车单边余量Z=1.4mm半精车单边余量Z=0.4mm精车单边余量Z=0.1mm8.Φ70左端面的加工余量参照手册中的表2.2~4，可得出锻造零件单侧切削余量Z=1.5毫米、锻造零件的尺寸误差具有CT8级别的误差和0.8的表面粗糙度。按手册中的表格1.4~8中的三步车加工（即粗加工、半精加工和精加工），才能达到所需的加工精度。粗车单边余量Z=1.0mm半精车单边余量Z=0.4mm精车单边余量Z=0.1mm9.左Φ18外圆的加工余量查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4，得锻件的单边加工余量Z=1.5mm,锻件尺寸公差为CT8级，表面粗糙度Ra为0.8。根据《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8，三步车削（即粗车、半精车、精车）方可满足其精度要求。粗车单边余量Z=1.0mm半精车单边余量Z=0.4mm精车单边余量Z=0.1mm10.3-Φ4.5孔、Φ8.5沉孔的加工余量根据手册中的表2.2~4，由于需要切削的孔径较小，所以在切削过程中使用了整体锻压，得到了磨削后的表面粗糙度Ra为6.3。按手册中的表格1.4~8中的规定，在钻孔中应首先钻孔3-4个直径5毫米的直径，然后再锪平直径8.5毫米的直径。11.宽3.5深12槽的加工余量参考手册中的表2.2~4，由于需要对已被成形的工件进行整体锻打，得到的工件表面的粗糙度Ra为3.2。二次铣加工（即粗铣，半精铣）才能符合手册中的表格1.4~8所规定的精度标准。粗铣单边余量Z=1.5mm半精铣单边余量Z=0.25mm12.宽3.5深12槽的加工余量参照手册中的表2.2~4，由于已被成形的工件的尺寸较小，因此，本发明所使用的工件为整体式，其表面的粗糙度Ra为6.3。要达到一步铣削的精度，必须符合手册中的表格1.4~8中的规定）。3.5基本工时的确立工序01：选取适当型材工序02：渗碳淬火、渗碳深度为0.5～0.8mm、淬火硬度为53～58HRC工序03：铣Φ18左端面1、选择刀具刀具选取硬质合金端面铣刀，刀片采用YG8,，，，。2.决定铣削用量（1）决定铣削深度因为加工余量不大，且表面粗糙Ra6.3，要求不高，故可在一次走刀内铣完，则（2）决定每次进给量及切削速度根据X52K型立式铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出，则3-1按机床标准选取＝4753-2当＝475r/min时3-3按机床标准选取（3）计算工时切削工时：，，则机动工时为3-4工序04：铣Φ18右端面1、选择刀具刀具选取硬质合金端面铣刀，刀片采用YG8,，，，。2.决定铣削用量（1）决定铣削深度因为加工余量不大，且表面粗糙Ra6.3，要求不高，故可在一次走刀内铣完，则（2）决定每次进给量及切削速度根据X52K型立式铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出，则3-5按机床标准选取＝4753-6当＝475r/min时按机床标准选取（3）计算工时切削工时：，，则机动工时为3-7工序05：钻Φ40孔选用高速钢锥柄麻花钻（《工艺》表3.1－6）由《切削》表2.7和《工艺》表4.2－16查得（《切削》表2.15）531r/min3-8按机床选取n=545r/min3-9切削工时：，，则机动工时为3-10工序06：车Φ38右端面、Φ38外圆面、右Φ18外圆工步一：车Φ38右端面1、切削用量该设备采用C620-1水平车床，采用YT5硬质合金表面切削工具。因为C620-1水平车床的中央高是200毫米（表格1.30)，所以按照《切削用量简明手册》第1章中的表格1.1，选择了一种刀杆大小BxH=16毫米x25毫米，刃厚4.5毫米的刀具。按照表1.3所述，所述车刀的几何结构为一种卷屑槽和一种倒棱型的前刀面，前角，后角，主偏角，副偏角，刃倾角，刀尖圆弧半径。（1）确定切削深度单侧宽度2.0毫米，可以一次完成切割。（2）确定进给量根据表1.4，在粗车QT500-7、刀杆尺寸为16mm×25mm、≤3mm、工件直径为0～100mm时，=0.1～0.6mm/r按C620-1型卧式车床的进给量（表4.2-9），选择=0.27mm/r所测得的进给率还必须符合进给装置的强度，因此需要对其校正。根据表1.30，C620-1机床进给机构允许的进给力=3530N。根据表1.21，当≤2mm,≤0.35mm/r，，=120m/min(预计)时，进给力=760N。的修正系数为=0.1，=1.17（表1.29-2），故实际进给力为=760×1.17N=889.2N由于切削时的进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选=0.27mm/r可用。（3）选择车刀磨钝标准及耐用度根据表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，端面车刀耐用度T=30min。（4）确定切削速度切削速度可根据公式计算，也可直接由表中查出。现采用查表法确定切削速度。根据表1.10，当用YT15硬质合金车刀加工铸件，≤3mm，≤0.27mm/r，切削速度=120m/min。切削速度的修正系数为=0.8，=0.65，=0.81,=1.15,==1.0(均见表1.28），故=1200.80.650.811.15m/min≈58.2m/min≈488r/min按C620-1机床的转速(表4.2-8），选择=480r/min则实际切削速度=58.2m/min（5）校验机床功率由表1.24，≤3mm，≤0.27mm/r，≥46m/min时，=1.7KW。切削功率的修正系数=1.17，，=1.13，=0.8，=0.65（表1.28），故实际切削时的功率为=0.72KW根据表1.30，当=480r/min时，机床主轴允许功率=5.9KW。<，故所选的切削用量可在C620-1机床上进行。最后决定的切削用量为=1.5mm，=0.27mm/r，=480r/min，=58.2m/min2、确定车右Φ38端面的基本时间，3-11式中=41mm，=21mm，=1.5mm，=4mm，=0mm，=0.27mm/r，=480r/min,=1则，3-12式中=7.5mm，=1.5mm，=4mm，=0mm，=0.27mm/r，=480r/min,=1则工步三：车右Φ18外圆的基本时间，式中=34mm，=1.5mm，=4mm，=0mm，=0.27mm/r，=480r/min,=1则工序07：粗车、半精车Φ8.2孔；粗车、半精车、精车Φ12孔工步一：粗车Φ6孔至Φ8的基本时间，式中=62mm，=1.0mm，=4mm，=0mm，=0.27mm/r，=480r/min,=1则工步二：半精车Φ8孔至Φ8.2的基本时间=0.1mm=0.15mm/r3、=1500.80.650.811.15m/min≈72.7m/min=610r/min4、确定基本工时，式中=62m，=0.1mm，=0mm，=0mm，=0.15mm/r，=610r/min,=1则工步三：粗车Φ8.2孔至Φ11的基本时间，式中=47mm，=1.4mm，=4mm，=0mm，=0.27mm/r，=480r/min,=1则工步四：半精车Φ11孔至Φ11.8的基本时间，式中=47mm，=0.4mm，=4mm，=0mm，=0.15mm/r，=610r/min,=1则工步五：精车Φ11.8孔至Φ12的基本时间=0.1mm=0.1mm/r3、=2000.80.650.811.15m/min≈96.9m/min=760r/min4、确定基本工时，式中=47m，=0.1mm，=0mm，=0mm，=0.1mm/r，=750r/min,=1则工序08：粗车、半精车、精车Φ38左端面；粗车、半精车、精车Φ18左外圆；车洁角工步一：粗车Φ38左端面的基本时间，式中=38mm，=21mm，=1.0mm，=4mm，=0mm，=0.27mm/r，=480r/min,=1则工步二：半精车Φ38左端面的基本时间，式中=38mm，=21mm，=0.4mm，=4mm，=0mm，=0.15m/r，=610r/min,=1则工步三：精车Φ38左端面的基本时间，式中=38mm，=21mm，=0.1mm，=0mm，=0mm，=0.1mm/r，=760r/min,=1则工步四：粗车左Φ21外圆至左Φ19的基本时间，式中=22mm，=1.0mm，=4mm，=0mm，=0.27mm/r，=480r/min,=1则工步五：半精车左Φ19外圆至左Φ18.2的基本时间，式中=22mm，=0.4mm，=4mm，=0mm，=0.15mm/r，=610r/min,=1则工步六：精车左Φ18.2外圆至左Φ18的基本时间，式中=22mm，=0.1mm，=4mm，=0mm，=0.115mm/r，=760r/min,=1则工步七：车洁角工序09：钻3-Φ4.5孔、锪平Φ8.5沉孔工步一：钻3-Φ4.5孔选用高速钢锥柄麻花钻（《工艺》表3.1－6）由《切削》表2.7和《工艺》表4.2－16查得（《切削》表2.15）566r/min3-13按机床选取n=545r/min3-14切削工时：，，则机动工时为工步二：锪平Φ8.5沉孔选用高速钢锥柄麻花钻（《工艺》表3.1－6）由《切削》表2.7和《工艺》表4.2－16查得（《切削》表2.15）563r/min按机床选取n=545r/min切削工时：，，则机动工时为工序10：粗铣、半精铣宽12深5.2槽工步一：粗铣宽3深12槽1、选择刀具刀具选取硬质合金三面刃铣刀，刀片采用YG8,，，，。2.决定铣削用量（1）决定铣削深度因为加工余量不大，且表面粗糙Ra6.3，要求不高，故可在一次走刀内铣完，则（2）决定每次进给量及切削速度根据X52K型立式铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出，则按机床标准选取＝475（3）计算工时切削工时：，，则机动工时为工步二：半精铣宽3深12槽至宽12深5.2槽1、选择刀具刀具选取硬质合金三面刃铣刀，刀片采用YG8,，，，。2.决定铣削用量（1）决定铣削深度因为加工余量不大，且表面粗糙Ra3.2，要求不高，故可在一次走刀内铣完，则（2）决定每次进给量及切削速度根据X52K型立式铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出，则按机床标准选取＝600（3）计算工时切削工时：，，则机动工时为工序11：铣宽3.5深1槽1、选择刀具刀具选取硬质合金三面刃铣刀，刀片采用YG8,，，，。2.决定铣削用量（1）决定铣削深度因为加工余量不大，且表面粗糙Ra6.3，要求不高，故可在一次走刀内铣完，则（2）决定每次进给量及切削速度根据X52K型立式铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出，则按机床标准选取＝475（3）计算工时切削工时：，，则机动工时为工序12：去毛刺工序13：检验至图纸要求工序14：包装、入库

第4章铣床夹具设计4.1专用夹具的提出该钻头的工作原理是：加工直径3.5，深度1条沟道，表面粗糙度为Ra6.3，对加工精度没有太高的要求，因此在进行钻头的加工时，首先要注意的是加工效率。4.2定位装置设计铣宽3.5深1槽，选择工件Φ38外圆面和左Φ18端面及Φ4.5孔来定位。4.3定位元件及夹紧元件的选择该工艺选择定位基础是：Φ38外圆面与左Φ18端面及Φ4.5孔，因此，应该是V形块和支撑钉及对定销。所以，在研发时，重点对V形块和支承钉及对定销，使用铰链支座、铰链压板、等构成夹紧机构进行夹紧。1.φ38外圆表面与V型块协同工作，限定了Y轴移动，Y轴旋转，Z轴旋转，Z轴旋转四个自由度。2.用支撑针将左侧的φ18的端部表面限定为X轴线的运动的一个自由度。3.φ4.5的钻孔与定位销的匹配，限定了X轴线旋转的一个自由度。被充分约束的零件有6个自由度，为充分定位4.4切削力和夹紧力的计算查表得切削力计算公式：4-1式中，f=1mm/r,查表得=736MPa,即==1547N所需夹紧力，查表5得，，安全系数K=式中为各种因素的安全系数，查表得：K==1.872，当计算K<2.5时，取K=2.5孔轴部分由M6螺母锁紧，查表得夹紧力为12360N==30900N由上计算得》，因此采用该夹紧机构工作是可靠的。4.5定位误差分析定位误差为在使用调试方法设计零件时，因为定位不精确，导致了进行一个步骤在工艺尺寸上造成的误差[8]。在使用夹具对零件进行加工的时候，因为零件的定位参考和表面都存在着误差，从而导致了定位参考的位置发生了改变，也就是，定位参考变动量发生了改变，所以，它所造成的误差被称作是参考位置误差。但是，在一批零件中，就会出现。见图4.1图4.1用V型块定位加工时的定位误差坐标不一致是指坐标坐标与工艺坐标不一致的情况。参考不一致误差是指工作参考与定位参考最大偏差。定位偏差是一种对一批次的零件进行调节方法时，只因定位不准确而造成的对该工艺的尺寸产生最大变化的幅度。其中，空间坐标系中的坐标系偏差和坐标系偏差构成了空间坐标系中的坐标系偏差。4-2根据相关公式和公差确定具体变动量。如图2，两个极端情况：情况1：d1=d1,d2=d2使工序基准尽可能地"高"得加工尺寸；情况2：d1=d1,d2=d2使工序基准尽可能地"低"得加工尺寸。且该工序定位误差图4.2定位误差=O1O2+(d2-（d2-Td2))/2=Td1/(2sina/2)+Td2/2=0.043/2sin45+0.03/20.3924.6定向键与对刀装置设计定位钥匙装在固定架底部的纵缝内，通常采用两把。这些魂导器，都是要尽量远离的。利用所述的定位钥匙和所述的铣刀盘T型槽，使得所述卡盘上所述的固定部件工作面与所述的机床的进给方向相匹配。按照GB2207-80的方向关键构造如下所示：图4.3夹具体槽形与螺钉图根据T形槽的宽度a=12mm定向键的结构尺寸如下：表4.1定向键数据表BLHhDd1夹具体槽形尺寸公称尺寸允差d允差公称尺寸允差D14-0.013-0.0332082105.514+0.0774对刀机构是一种用于测量工具与钳口之间的对刀机构。圆形对刀块的规格及主要尺寸(mm)(JB/T8031.1-1999)D:16，H:10，高度h:6，直径d:5.5，直径d1:10，C:0.5塞尺选用平塞尺，其结构如下图所示：图4.4平塞尺图塞尺尺寸为：表4.2平塞尺尺寸表公称尺寸H允差dC10-0.0140.54.7夹具设计及操作简要说明在工装的设计中，注重增加工作效率，防