轮边减速器行星架总成加工工艺及工装设备设计

PAGEPAGE37第1章绪论1.1课题背景及设计任务现代制造技术是当前世界各国研究和发展的主题。制造技术的重要性是不言而喻的，它是科学技术物化的基础，是所有工业的支柱。狭义的制造被定位于加工工艺，与设计区别开来，而开始往“重设计，轻工艺”的方向发展，这是一种非积极的趋势。当前我国已是一个制造大国，世界制造中心将可能要转移到中国，这对我国的制造业是一个机遇和挑战。在这一场变革之中，只有往“大制造”的方向发展，将设计制造一体化，将现代设计技术、现代成形和改性技术、现代加工技术、制造系统和管理技术融合一体，才能使我国真正成为独立自主又具有国际水平的制造中心。设计任务内容要求：某型号特种汽车上轮边减速器行星架总成是由行星架与轮边减速器壳连接而成。属中批量生产。（1）了解轮边减速器的工作原理，根据行星架总成的作用，分析行星架与轮边减速器壳的几何特征、加工工艺特征、以及装配质量要求，合理制定总成的机械加工工艺方案，确保行星轮系运转正常。并进行行星架工艺规程设计。（2）夹具设计设计减速器行星架总成夹具，完成轴向孔系的加工。（3）刀具设计1.1机床夹具概述及其现状与发展方向1.1.1.机床夹具的分类：在机械制造企业生产中，机械加工、检验、焊接、热处理和装配等冷、热加工工艺，都用着大量的夹具，用以安装加工对象，使之占有正确的加工位置。夹具在保证加工资质量，改善劳动条件，提高生产率和降低成本等方面有着极其明显的经济效益。因此，夹具是企业生产中的一种重要的工艺装备。随着机械制造业的发展，机床夹具的种类在不断的增加。为了便于研究各种夹具的特性，找出规律性的东西，从而运用这些规律有必要将夹具加以分类如下：通用夹具是指已经标准化的、可用于一定范围内加工不同工件的夹具。如三爪自定心或四爪单动卡盘、机用虎钳、回转工作台、万能分度头、磁力工作台等。这类夹具已作为机床附件，可充分发挥机床技术性能和扩大工艺范围。不论何种生产类型，都被广泛使用。专用夹具是专门为某种加工件某道工序设计制造的夹具。它一般在一定批量生产中应用。通用可调与成组夹具这两类夹具结构相似。共同点是：在加工完一种工件后，经过调整或更换个别元件，即可加工形状相似，尺寸相近或加工工艺相似的多种工件。在当前多品种小批量生产条件下，这两类夹具是改革工艺装备设计的一个发展方向组合夹具是指按某一工件的某道工序的加工要求，由一套事先准备好的通用的标准元件和部件组合成的夹具。这种家具用完后可以拆卸存放，还可以多次反复使用，具有组装迅速，周期短的特点，故特别适用于多品种小批量生产或新产品试制1.1.2.夹具的组成由于各种专用夹具装夹的工件是不相同的，所以夹具结构也各种各样。尽管新的夹具层出不穷，但它们的工作原理基本相似。我们在认识了一定数量的夹具后，加以概括，找出它们的内在联系和共性，以便对尚未研究过的各种夹具进行研究。由此可以得出一般夹具共有的如下组成元件和装置：定位元件和装置它的作用是确定工件在夹具中的加工位置。夹紧装置这种装置包括夹紧元件或其组合和动力源。起作用是将工件压紧夹牢，保证工件的定位在加工中不因受外力而产生位移，同时防止或减少振动。确定夹具位置的元件其作用是确定夹具在机床上的安装位置，从而保证工件与机床之间的正确加工位置对刀导向装置用于对刀位置并引导刀具进行加工的元件称为对刀导向元件其他装置有些夹具还设有分度装置、上下料装置、工件顶出装置等1.1.3.机床夹具的作用夹具虽然是机床的附加装置，但它在生产中起的作用却很大，应用也十分广泛。因此，我国广大机械工人和技术人员，历来都把机床夹具的设计和改进，作为技术革新和改造的一个重要举措。夹具在机械加工中的作用，可以归纳为以下四个方面（1）保证工件的加工质量在用夹具后，工件上各有关表面的相互位置精度是由夹具保证的，不仅省去了十分费时又不十分精确的划线和找正工序，而且精度稳定可靠，还可降低对操作者的技术水平要求。（2）提高劳动生产率和降低加工成本生产率的高低是以单位时间内生产出工件数量的多少来衡量的。要提高生产率，就需要降低加工的单件工时。在用夹具后，不仅省去划线、找正等辅助时间，简化工件的装夹工作，而且当才用较先进的夹紧装置后，还可进一步加快夹紧速度。（3）改善工人劳动条件设计和制造夹具，必须“以人为本”，对于减轻工人的体力劳动强度，保证生产安全，应给予足够的重视。才用专用夹具装卸工件显然要比不用夹具方便、省力、安全、迅速。（4）扩大机床工艺范围，改变或扩大机床用途在单件小批量生产或多品种成批生产的条件下，企业内的机床种类，数量将会与成品生产需要发生矛盾，因此可设计制造专用夹具，使机床“一机多用”。1.1.4.现代机床夹具的发展方向由于市场需求的变化多端及机电产品的竞争日益激烈，产品更新换代的周期短，多品种、中小批量生产的比例在提高。为了适应现代化机械工业向高、精、尖方向发展的需要，现代机床夹具也必须与时俱进，传统的生产技术准备工作和传统的夹具结构已不适应新的生产特点，其发展方向主要表现为“四化”。（1）标准化完善的标准化，不仅指现有夹具零部件（包括毛坯半成品）的标准，而且应有各种类型夹具结构的标准（如通用可调夹具标准、组合夹具标准、自动线夹具标准等）。同时应对专用夹具零部件，实行统一的标准化、系列化，以便使有一部分零部件，能在各类夹具实现通用化。无疑这“三化”是夹具发展的基础工作，有此基础，就有可能组织夹具零件，传动装置甚至整套夹具的专业化定点生产，使原来单件生产的夹具，转变为专业化生产，以保证质量，降低成本，缩短生产周期。（2）可调化、组合化当前机床夹具发展的两个主要方面，一是要把专门用于某一特定的专用夹具，扩大其应用范围，使能用于同一类零件的加工，并实现快速调整；二是要改变专用夹具当工件或工艺有修改就得报废的问题，使夹具能重复利用，实行组合化的原则，用少数元件能满足多种需要。特别是随着数控机床等的大量出现，如何使用可调化或组合化夹具来适应这类机床的需要，成为当前机床夹具又一重要发展方向。（3）精密化由于机械产品加工精度日益提高，高精度机床大量涌现，势必要求机床夹具也相应精密。例如精密多齿分度盘，分度精度可达0.1；高精度通用定心卡盘可达0.005mm的定心精度。（4）高效自动化为了实现机械加工过程自动化，以改善劳动条件，提高生产率，降低加工成本，不仅是生产流水线、自动线的需要，而且对多品种、中小批量生产同样可考虑采用合适的高效自动化夹具，以获得良好的效益。1.1.5数控加工中心机床夹具介绍（1）数控机床夹具的特点数控加工具有工序集中的特点，较少出现工序间的频繁转换，而且工序基准确定之后，一般不能变动，因为数控加工的基准大多以坐标确立，一旦卸下工件，便无法再找到坐标原点。因此，即使是批量生产，数控加工也大多可以使用可调夹具、成组夹具和模块化夹具，尤其是加工中心的夹具更为简单，通常仅由支撑件、压板、夹紧件、紧固件等组成。数控机床夹具必须适应数控机床的高精度、高效率、多方向同时加工、数字程序控制及单件小批生产的特点，因此主要采用可调夹具、组合夹具、拼装夹具。拼装夹具是在成组工艺基础上，用标准化、系列化的夹具零部件拼装而成的夹具。它具有组合夹具的优点，比组合夹具具有更好的精度和刚性、更小的体积和更高的效率，因而较适合柔性加工的要求，常用作数控机床的夹具。（2）设计时应注意的问题数控机床夹具具有高效化、柔性化和高精度等特点，设计时，除了应遵循一般夹具设计的原则外，还应注意以下几点。1）数控机床夹具应具有较高的精度，以满足数控加工的精度要求；2）数控机床夹具应有利于实现加工工序集中，即可使工件在一次装夹后能进行多个表面的加工，以减少工件装夹次数；3）数控机床夹具的夹紧应牢固可靠、操作方便；夹紧件的位置应固定不变，防止在自动加工过程中，元件与刀具相碰。4）夹具上应具有工件坐标原点及对刀点。每种数控机床都有自己的坐标系和坐标原点，它们是编制程序的重要依据之一。设计数控机床夹具时，应按坐标图上规定的定位和夹紧表面以及机床坐标的起始点，确定夹具坐标原点的位置。5）各类数控机床夹具的设计时，还应考虑自身的工艺特点，注意合理性。数控铣床夹具通常可不设对刀装置，由夹具坐标系原点与机床坐标系原点建立联系，通过对刀点的程序编制，采用试切法加工、刀具补偿功能、或采用机外对刀仪来保证工件与刀具的正确位置，位置精度由机床运动精度保证。数控铣床通常采用通用夹具装夹工件，例如机床用平口虎钳、回转工作台等，对大型工件，常采用液压、气压作为夹紧动力源。数控钻床夹具，一般可不用钻模，而对加工方法、选用刀具形式及工件装夹方式上采取一些措施，保证孔的位置和加工精度。可先用中心钻定孔位，然后用钻削刀具加工孔深，孔的位置由数控装置控制。当孔属于细长孔时，可利用程序控制采用往复排屑钻削方式；再者，采用高速钻削，刀具的刚度及切削性能都比较好。这样的加工方式，孔的垂直度比较能保证1.2.刀具概述1.2.1.刀具材料应具备的性能刀具在工作时，要承受很大的压力和冲击力。同时，由于切削时生产的金属塑料变形以及在刀具、切屑、工件相互接触表面见产生的强烈摩擦，使刀具切削刃上产生很高的温度和受到很大的应力。因此，作为刀具材料应具备以下特性：高的硬度刀具材料必须具有高于被加工材料的硬度，一般刀具材料的常温硬度都在62HRC以上高的耐磨性耐磨性是刀具抵抗磨损的能力。它是刀具材料力学性能、组织结构和化学性能的综合反映。足够的强度和韧性为能承受很大的压力，以及冲击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧度。一般强度用抗弯强度表示，韧度用冲击值表示。高的耐热性耐热性是指刀具材料子在高温下保持硬度、耐磨性，强度和韧度的性能。良好的热物理性能和耐热冲击性良好的工艺性这里指的是锻造性能、热处理性能、高温塑性变形性能以及磨削加工性能等。经济性经济性是刀具材料的重要指标之一。常用刀具材料的种类（1）碳素工具钢碳素工具钢是指含碳量为0.65%~1.35%的优质高碳钢，最常用的牌号是T12A。这类钢由于耐热性很差（200~250C），允许切削速度很低，只适宜做一些手动工具（2）合金工具钢合金工具钢是指含铬、钨、硅、锰等合金元素的低合金钢种。这类钢淬透性较好，热处理变形小，耐磨性较好，因此可用于截面积较大，要求热处理变形较小，对耐磨性及韧度有一定要求的低速切削刀具。（3）高速钢高速钢是一种加入了较多的钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素的高合金工具钢。高速钢具有优良的综合性能，是应用较多的一种刀具材料。（4）铸造钴基合金铸造钴基合金具有高的耐热性（与高速钢相比）和抗弯强度（与硬质合金相比），其常温硬度虽不及高速钢，但高温硬度较高，故具有较好的切削性能。此种合金在美国应用较多（5）硬质合金硬质合金是由难熔金属碳化物（WC、TiC）和金属粘结剂（如Co）的粉末在高温下烧结而成的。硬质合金可分为碳化钨基和碳（氮）化钛基两大类。硬质合金是应用较广的一种刀具材料。（6）陶瓷基本成分一般是氧化铝（7）超硬刀具材料金刚石和氮化硼等1.2.2.刀具的分类刀具按加工方式和具体用途可以分为以下几种类型（1）车刀类单齿刀具，包括车刀、刨刀、插刀、镗刀、成型车刀。自动机床和半自动机床切刀以及一些专用切刀。（2）铣刀类多齿刀具，用于铣床上加工各种平面、侧面、台阶面、成型表面以及用于切断、切槽等。根据齿形不同，铣刀可以分为尖齿铣刀与铲齿铣刀两种。（3）孔加工刀具类它包括从实体材料加工孔以及对已有孔进行再加工的刀具。如各种钻头、扩孔钻、锪钻、铰刀、复合孔加工刀具等。（4）拉刀类这类刀具用于加工各种形状的通孔、贯通平面及成型表面等，是高生产率的多齿刀具，常用于大批量生产。（5）齿轮加工刀具类它用于加工各种渐开线齿轮及其他非渐开线齿形的工件，如齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、涡轮滚刀、花键滚刀等。1.3.机械加工工艺规程概述。产品在完成图样设计后正式投产之前，要对产品及其零件进行工艺规程的制定。工艺规程的设计是制造系统中技术、经验、信息流集中的焦点。不论生产类型如何都必须制定机械加工工艺规程，它直接关系到生产计划调度、工人操作、质量检验、生产准备、新建扩建车间等各个方面。工艺规程的设计与修改是一项严肃的工作，必须经过认真讨论和严格的审批手续，同时工艺规程的设计经过修改和完善才能不断地吸收先进经验、保证其合理性。机械加工工艺规程核心内容为：工艺路线、工序的具体内容、各工序所用的机床设备、切削用量及工时定额等1.3.1.（1）机械加工工艺规程的概念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。为了使所制造出的零件能满足“保证质量、降低成本、提高生产率”的原则，零件的工艺过程就不能仅凭经验来确定，必需按照机械制造工艺学的原理和方法，结合生产实践和具体的生产条件下，以较合理的工艺过程和操作方法，并按图表或文字形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产。1.3.2.（2）机械加工工艺规程的作用机械加工工艺规程有如下作用：

1.

机械加工工艺规程是机械加工工艺过程的主要技术文件，是计划、调度、加工操作、质量检验等的依据。生产单位有关人员必须遵守，才能保证零件的加工要求，获得较高的生产率和良好的经济效益。2．机械加工工艺规程是新产品投产前生产准备和技术准备的依据。例如刀、夹、量具的设计，原材料、半成品外购件的供应，确定零件投料的时间和批量，调整设备负荷等必须以工艺规程为依据。3．机械加工工艺规程是大批量生产中新建、扩建厂房的依据，用来确定生产所需设备种类数量、厂房面积、操作者工种及数量等。1.3.3.（3）计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺设计（CAPP：ComputerAidedProcessPlanning）通常是指机械产品制造工艺过程的计算机辅助设计与文档编制。CAPP系统的主要任务是通过计算机辅助工艺过程设计完成产品设计信息向制造信息的传递、是连接CAD与CAM的桥梁，也是CIMS系统中的重要组成部分。对产品质量和制造成本具有极为重要的影响。应用CAPP技术，可以使工艺人员从繁琐重复的事务中解放出来，迅速编制出完整而详尽的工艺文件，缩短生产准备周期，提高产品制造质量，进而缩短整个产品的生命周期。第2章加工工艺规程设计2.1一、零件的分析：2.1.1（一）、零件的作用所需加工的零件为轮边减速器行星架总成（工程图及零件三维图见附录一），位于汽车的动力输出终端，从主减速器输出扭矩传递到轮边减速器，再传递到车轮，驱动汽车行驶。总成上5-Φ32mm孔作用是承载行星轮，中间Φ125mm孔用于安装太阳轮。要求加工出来的成品装配后保证行星轮不卡死。2.1.2（二）、零件的工艺分析轮边减速器行星架总成由两个零件组成：行星架和轮边减速器壳。主要加工表面分述如下：1.行星架上的加工表面主要包括：Φ125mm通孔及其端面，五个凸台（5Φ16mm孔端面），Φ260mm外圆面，5M141.5-7H螺纹孔，五个Φ32H7mm2.轮边减速器壳上加工表面主要包括：Φ311mm孔及其端面，Φ95mm通孔及其端面，5Φ30mm台阶孔，5Φ32H7mm通孔。这两零件的加工表面之间有一定的位置要求，表现为：（1）.5M141.5-7H螺纹孔与5Φ30mm台阶孔中心线共线，圆柱度公差为0.03，同轴度公差为Φ0.05（2）.两组五个Φ32H7mm通孔要求同轴，同轴度公差为Φ0.05（3）.轮壳上台阶孔Φ30mm底面与连接两件的5M141.5-7H螺纹孔中心线垂直度公差为0.05由此可知，这两个零件加工表面并不复杂，可以分别加工，也可以装配成总成加工，重点要保证两零件之间的位置度要求。2.2二、工艺规程设计在这一章中，由于轮边减速器壳结构相对简单，本次设计不作出详细的工艺规程，仅对行星架及最后的总成做完整的工艺规程设计。2.2.1（一）确定毛坯的制造形式该零件用于轮边减速器，而轮边减速器作用为降速增距，受力的主要对象为齿轮，行星架总成受力程度一般，且行星架形状较为复杂，因此选用有一定的强度、韧性和塑性的铸钢件。该零件属于中批量生产，从提高生产率、保证加工精度上考虑，选用砂型机器造型。2.2.2（二）基面的选择。基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得意提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。粗基准的选择。该零件属于回转体零件，故以外圆作为粗基准即可。用三爪自定心卡盘可以实现完全定位精基准的选择。以Φ1252.2.3（三）制定工艺路线在制定工艺路线时，应当确保根据工艺路线加工出来的零件其几何尺寸、尺寸精度、位置精度等能达到合理的技术要求水平，尽量减少废品率，提高经济效益。该零件的工艺路线有如下方案。1.工艺路线方案一行星架工序Ⅰ粗车Φ125mm孔，粗车Φ260mm外圆工序Ⅱ精车Φ125mm孔工序Ⅲ粗铣Φ16mm孔端面，粗铣Φ125mm孔下端面工序Ⅳ精铣Φ16mm孔端面，精铣Φ125mm孔下端面工序Ⅴ钻孔Φ12mm底孔，攻螺纹M16至深度48.扩孔Φ16mm至尺寸工序Ⅵ钻、扩、粗镗、精镗5Φ32mm孔至图样尺寸工序Ⅶ检查轮边减速器壳工序Ⅰ粗车外圆，粗车Φ95mm通孔工序Ⅱ精车Φ95mm孔工序Ⅲ粗铣Φ311mm端面，粗铣Φ95mm端面工序Ⅳ精铣Φ311mm端面，精铣Φ95mm端面工序Ⅴ钻、扩、绞5Φ32mm、5Φ16mm孔，以及12Φ30mm周边各孔工序Ⅵ检查2.工艺路线二行星架工序Ⅰ粗车Φ125mm孔，粗车Φ260mm外圆工序Ⅱ精车Φ125mm孔工序Ⅲ粗铣Φ16mm孔端面，粗铣Φ125mm孔下端面工序Ⅳ精铣Φ16mm孔端面，精铣Φ125mm孔下端面工序Ⅴ钻孔，钻Φ32mm孔所需底孔，留以后工序加工轮边减速器壳工序Ⅰ粗车外圆，粗车Φ95mm通孔工序Ⅱ精车Φ95mm孔工序Ⅲ粗铣Φ311mm端面，粗铣Φ95mm端面工序Ⅳ精铣Φ311mm端面，精铣Φ95mm端面工序Ⅴ钻、扩、绞12Φ30mm周边各孔。钻Φ32mm孔底孔留下一步工序加工总成工序Ⅰ钻、扩、绞Φ16mm孔并攻螺纹至图纸要求工序Ⅱ扩、镗Φ32mm孔至图纸要求工序Ⅲ检查工艺方案的分析与比较在上述两个加工工艺方案中，方案一的特点是分别加工，没有总成一起加工的工序；方案二是先分开加工，然后在有位置度要求的加工面上，两零件一起加工。两个比较可以看出，方案一中分开加工虽然减少了装夹次数，但是重点需要保证的两组Φ32mm孔同轴度和Φ16mm圆柱度及同轴度都难以保证，这样加工出来的产品容易出现装配后错位过大或行星齿轮卡死等现象导致报废，显然不可取。在方案二中，将Φ32mm孔与Φ16mm装成总成一起加工，可以达到位置度要求合理，但主要到行星架上5-Φ16mm孔，孔深度/直径=78/14.5=5.38>5属于深孔，再与轮壳上孔一起加工，容易导致钻孔时引偏，故此处还是分开加工为好，只在总成上扩绞Φ16mm孔。此外在行星架的加工工艺中，铣削的工序加工面是上下两个底面，这就牵涉到重新装夹，不如改将下端面即Φ125mm孔端面用端面车刀车削，放入第一道工序，使得加工过程更为简便。改进后的工艺过程如下：行星架工序Ⅰ粗车Φ125mm孔，粗车Φ260mm外圆，粗Φ125mm车端面，以外圆面为粗基准，选用C620-1卧式车床并加三爪定心卡盘装夹工序Ⅱ精车Φ125mm孔，精车Φ125mm端面工序Ⅲ粗铣Φ16mm孔端面，以加工好的内孔面为精基准，选用XA5032铣床并用专用夹具工序Ⅳ精铣Φ16mm孔端面，保证尺寸78mm工序Ⅴ钻螺纹底孔Φ12mm，钻Φ32孔系底孔Φ15mm，其中一孔加工至Φ30H8mm，为夹具定位使用。选用Z525摇臂钻床工序Ⅵ攻螺纹14至深度48mm工序Ⅶ检查轮边减速器壳工序Ⅰ粗车外圆，粗车Φ95mm通孔工序Ⅱ精车Φ95mm孔工序Ⅲ粗铣Φ311mm端面，粗铣Φ95mm端面工序Ⅳ精铣Φ311mm端面，精铣Φ95mm端面工序Ⅴ钻Φ32mm孔底孔总成工序Ⅰ钻、扩、绞Φ16mm孔至图纸要求。钻、扩、绞12Φ30mm周边各孔轮边减速器壳周边各孔至图纸要求工序Ⅱ粗镗、精镗Φ32mm孔系至图纸要求工序Ⅲ检查以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程综合卡片”。2.2.4.（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“轮边减速器行星架总成”的零件材料为ZG310-570，强度极限=570MPa,生产类型为大批量生产，采用砂型机器造型铸模。根据上述原始资料，参考《机械制造工艺设计简明手册》，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯量如下（轮壳较简单，只介绍最后结果。以下只对行星架做详细介绍）：外圆表面（Φ260mm）查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-3，铸件的尺寸公差等级为8~10.这里里取值9。查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4，铸件的尺寸公差等级为9，铸件尺寸为260mm，加工余量等级取H，查得加工余量为2Z=12mmΦ125mm端面（底面）该面的公差等级、加工余量等级取与侧面相同，单侧加工，查《设计手册》2.2-4，Z=3.5mm.该面为与轮壳配合面，粗糙度要求较高，需精车。3.Φ16mm孔系端面（顶面）砂型铸造的铸件，顶面的加工余量，比底、侧面的加工余量等级需降低一级，若底、侧面所采用的加工余量等级为选定的尺寸公差等级所对应的全部加工余量等级中最粗级时，起顶面的加工余量等级则需选用尺寸公差降一级所对应的与底、侧面相同的加工余量等级。在本工艺中，侧面与底面的CT=9，MA=H，故顶面取公差等级10，加工余量等级H级。查《设计手册》表2.2-4得Z=4.0mm。CT=9，高度78，高度方向的公差值查表2.2-1，查的公差为2.2mm。4.Φ125mm孔该孔直径大于30mm，可以直接铸出。砂型铸造孔的加工余量可选用与顶面相同的等级，故此处CT取10，MA取H，查《设计手册》2.2-4，加工余量为2Z=4.5mm。5.钻孔Φ16mm孔该孔不铸出，毛坯实心，精度要求为IT7-IT8级，参照《工艺设计手册》表2.3-9及表2.3-12确定工序尺寸及余量为：钻孔：Φ12mm，通孔攻螺纹M141.5-7H，深度30mm扩孔：Φ15.85mm2Z=3.85mm粗铰：Φ15.95mm2Z=0.1mm精铰：Φ16H7mm2Z=0.05mmΦ32mm孔系。该孔不铸出，参考上文确定工序尺寸及余量为：钻孔：Φ15mm钻孔：Φ30.0mm2Z=15mm粗镗：Φ31.8mm2Z=精镗：Φ32H72Z=0.3mm由于毛坯及以后各道工序（或供步）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，才用调整法进行加工。2.2.5.工序Ⅰ：车削外圆、端面及Φ125mm孔1.加工条件工件材料：ZG310-570正火，=570MPa,，碳素铸钢。加工要求：粗车Φ125mm端面及Φ125mm孔，Φ260mm外圆，200。机床：C620-1卧式车床。刀具：外圆车刀：YT15，刀杆尺寸1625，端面车刀：同外圆车刀内孔车刀：刀片材料：YT15，刀杆尺寸2525，2.计算切削用量粗车Φ260mm外圆1）确定切削深度外圆的车削余量为6mm，工艺要求为只需粗车，故分两次走刀，一次3mm，故=2）确定进给量f根据《切削用量简明手册》表1.4，在粗车钢料、刀杆尺寸为1625mm、以及工件直径为400mm以下时按C620-1车床说明书选择确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。根据C620-1车床说明书，其进给机构允许的进给力3530N。根据表1.21，当钢的强度切削时的修正系数为=1.0，=1.0，=1.11(见《切削用量简明手册》表1.29-2)，故实际进给力为由于切削时进给力小于车床进给机构允许的进给力，故所选的进给量可用3）选择车刀磨钝标准及寿命根据《切削用量简明手册》表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，车刀寿命T=60min。4）确定切削速度切削速度可根据公式计算。根据《切削用量简明手册》表1.10，当用YT15硬质合金车刀加工=560~620MPa钢料，3mm，,切削速度=97.0m/min。切削速度的修正系数为（查《切削用量简明手册》表1.28），故根据C620-1车床说明书，选择=96r/min这时实际切削速度为5）校验机床功率切削时功率可由《切削用量简明手册》表1.24查出。当580MPa,时，切削功率的修正系数(见《切削用量简明手册》表1.29)，故实际切削时的功率为：根据C620-1车床说明书，当，车床主轴允许功率为，因,故所选切削用量可在C620-1C车床上进行。最后决定的车削用量为：3.计算基本工时式中根据《切削用量简明手册》1.26，车削时的入切亮及超切量，则，故粗车Φ125mm孔1）确定切削深度=2）确定进给量f根据《切削用量简明手册》表1.4，在粗车钢料、刀杆尺寸为2525mm、以及工件直径为125mm时按C620-1车床说明书选择3）选择车刀磨钝标准及寿命根据《切削用量简明手册》表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，车刀寿命T=60min。4）确定切削速度(m/min)其中：，修正系数，查《切削用量简明手册》表1.18，即：由于加工面为内表面，故乘系数0.9根据C620-1车床说明书，选择=185r/min这时实际切削速度为5）校验机床功率切削时功率可由《切削用量简明手册》表1.24查出。当580MPa,时，切削功率的修正系数(见《切削用量简明手册》表1.29)，故实际切削时的功率为：根据C620-1车床说明书，当，车床主轴允许功率为，因,故所选切削用量可在C620-1C车床上进行。3.计算基本工时=1.67min最后确定的切削用量为粗车底面=3mm(《切削用量简明手册表1.6，，刀夹圆弧半径》切削速度根据《切削用量简明手册》表1.10，当用YT15硬质合金车刀加工=560~620MPa钢料，3mm，,切削速度=109m/min。切削速度的修正系数为（查《切削用量简明手册》表1.28），故根据C620-1车床说明书，选择=96r/min这时实际切削速度为切削工时min最后确定的切削用量为精车Φ125mm孔1.选择刀具车刀形状、刀杆尺寸与刀片厚度均与粗车相同。精车的刀牌号选为YT15。2.选择切削用量1）决定切削深度=2）确定进给量f精加工进给量主要受加工表面粗糙度的限制。根据《切削用量简明手册》表1.6，当表面粗糙度为，，，（预计）时，。根据C620-1车床说明书，选择3）选择车刀磨钝标准及寿命根据《切削用量简明手册》表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为0.5mm，车刀寿命T=60min。4）确定切削速度切削速度可根据公式计算。根据《切削用量简明手册》表1.10，当用YT15硬质合金车刀加工=560~620MPa钢料，1.4mm，,切削速度=176m/min。根据C620-1车床说明书，选择=230r/min这时实际切削速度为5）校验机床功率切削时功率可由《切削用量简明手册》表1.24查出。当580MPa,时，根据C620-1车床说明书，当，车床主轴允许功率为，因,故所选切削用量可在C620-1C车床上进行。最后决定的车削用量为：3.计算基本工时式中根据《切削用量简明手册》1.26，车削时的入切亮及超切量，则，故精车底面1.选择刀具车刀形状、刀杆尺寸与刀片厚度均与粗车相同。精车的刀牌号选为YT15。2.选择切削用量1）决定切削深度=2）确定进给量f精加工进给量主要受加工表面粗糙度的限制。根据《切削用量简明手册》表1.6，当表面粗糙度为，，，（预计）时，。根据C620-1车床说明书，选择3）选择车刀磨钝标准及寿命根据《切削用量简明手册》表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为0.5mm，车刀寿命T=60min。4）确定切削速度切削速度可根据公式计算。根据《切削用量简明手册》表1.10，当用YT15硬质合金车刀加工=560~620MPa钢料，1.4mm，,切削速度=176m/min。根据C620-1车床说明书，选择=230r/min这时实际切削速度为5）校验机床功率切削时功率可由《切削用量简明手册》表1.24查出。当580MPa,时，根据C620-1车床说明书，当，车床主轴允许功率为，因,故所选切削用量可在C620-1C车床上进行。最后决定的车削用量为：3.计算基本工时式中根据《切削用量简明手册》1.26，车削时的入切亮及超切量，则，故工序Ⅱ：粗铣Φ16mm孔系端面1.选择刀具1）查《切削用量简明手册》表1.2，选择YT15硬质合金刀片查该书表3.1，铣削深度时，端铣刀直径为80mm，为60mm。但已知铣削宽度为260mm，故应根据铣削宽度，选择。由于采用标准硬质合金端铣刀，故齿数2）铣刀的几何形状查表《切削用量简明手册》表3.2，由于,故选择。2.选择切削用量1）决定铣削深度设计粗铣加工余量为3.5mm，一次走刀内切完，即：2）决定每齿进给量采用不对称端铣以提高进给量。根据表3.5，当使用YT15，铣床功率为7.5kW时，但采用不对称端铣，故取3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命根据表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.8mm，由于铣刀直径，故刀具寿命T=180min（表3.8）4）决定切削速度和每分钟进给量切削速度可根据表3.27中的公式计算，也可直接由表中查出。根据表3.13，当，z=12,,时，。各修正系数为：故根据XA5032型立铣说明书，选择因此实际切削速度和每齿进给量为5）校验机床功率根据表3.23，当，近似为对照XA5032立铣说明书，机床主轴允许功率为7.5kW，显然不能用，切削用量需要重新修改现将被吃刀量改为1.75mm，粗铣分两次走刀，参照如上步骤，通过查表及计算得：校验机床功率时查得，而，切削用量可行，即：6）计算基本工时式中，。根据表3.26，不对称安装铣刀，入切量及超切量，故：工序Ⅳ：精铣Φ16mm孔系端面1.选择刀具,。2.选择切削用量1）决定铣削深度2）决定每齿进给量3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.8mm,T=180min（表3.8）4）决定切削速度和每分钟进给量根据表3.13，当，z=12,,时，。各修正系数为：故根据XA5032型立铣说明书，选择因此实际切削速度和每齿进给量为5）校验机床功率根据表3.23校验机床功率时查得，而，切削用量可行，即：6）计算基本工时式中，。根据表3.26，不对称安装铣刀，入切量及超切量，故：min工序Ⅴ：钻螺纹底孔Φ12mm，钻Φ32孔系底孔Φ15mm钻螺纹底孔Φ12mm1.选择钻头选择高速钢麻花钻头，其直径=12mm根据《切削用量简明手册》（本工序参考书均为该书下文不写明）表2.1及表2.2，选定钻头几何形状为双锥修磨横刃，参数如下：2.选择切削用量（1）决定进给量1）按加工要求决定进给量：根据表2.7，精度要求H12~H13，钢的强度,=12mm时，由于加工孔为深孔，故应乘孔深系数，则2）按钻头强度决定进给量：根据表2.8，当，=12mm时，钻头强度允许值为3）按机床进给机构强度决定进给量：根据表2.9，当，机床进给机构允许的轴向力为8330N（Z525钻床允许的轴向力8830N，见表2.35）时，进给强度允许的进给量为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，根据Z525钻床说明书，选择由于加工的是通孔，为了避免孔即将钻穿时钻头容易折断，故宜在孔即将钻穿时停止自动进给，改为手动进给。（2）确定钻头磨钝标准及寿命由表2.12，当=12mm时，钻头后刀面最大磨损量取为0.6mm，寿命T=45min。（3）决定切削速度由表2.14，当的合金铸钢加工性属5类。由表2.13，当加工性为第五类，，爽横刃磨的钻头，=12mm时，切削速度的修正系数为：根据Z525钻床说明书，选择（4）检验机床扭矩及功率根据表2.20，当时，.。扭矩的修正系数均为1.0，故.。根据Z525钻床使用说明书，当根据表2.23，当时，。根据Z525钻床说明书，。由于，故选择切削用量可用，即。3.计算基本工时5个孔，钻Φ32孔系底孔Φ15mm参照前文钻孔步骤选用钻头确定进给量：，取切削速度：查得根据机床说明书，选取，实际切削速度切削工时5个孔，工序Ⅵ：攻螺纹5-M141.5-H7按机床说明书，则实际速度为机动工时工序Ⅶ：扩钻总15.85mm，扩Φ32mm孔系至Φ30mm1.扩钻总成Φ15.85mm采用刀具：Φ15.85mm专用扩孔钻根据《切削用量简明手册》表2.10，，材料为铸钢时，进给量，根据机床说明书，选择：确定切削速度扩孔时切削速度计算公式查《切削用量简明手册》=11.1，，T=45.，故按机床说明书，选择，实际切削速度：机动工时：2.扩钻Φ30mm孔采用刀具：Φ30mm高速钢麻花钻头进给量：查《切削用量简明手册》2.10，按机床选取主轴转速：取，切削速度机动工时：（五个孔）工序Ⅷ.绞孔Φ16mm选用刀具：高速钢Φ16mm铰刀进给量：查《切削用量简明手册》表2.11，。本工序用一把铰刀实现精度H8，故宜选用最小进给量，结合机床说明书，选择切削速度：查表2.24，切削速度则主轴转速为，按机床说明书，选择，则实际速度为机动工时：（五个孔）工序Ⅷ.粗镗Φ31.8mm孔系选择机床：V-60A数控加工中心选用刀具：YT30镗刀加工余量：双边余量，进给量：查《切削用量简明手册》表1.5.选择切削速度：根据有关资料，粗镗时切削速度40~60m/min，选择中间量，则主轴转速为：由于V-60A数控加工中心转速为无级调速，故以上转速可以作为加工时使用的转速。切削工时：加工五个孔时工序Ⅸ.精镗Φ32mm孔选择机床：V-60A数控加工中心选用刀具：YT30镗刀加工余量：双边余量，进给量：查《切削用量简明手册》表1.5.选择切削速度：根据有关资料，精镗时切削速度20~35m/min，选择中间量，则主轴转速为：。切削工时：加工五个孔时第三章夹具设计3.1.问题的提出为了提高生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。在零件工艺设计中，有多处需要用到专用夹具。总成上有两组分别位于轮边减速器壳与行星架上的Φ32mm孔系以及Φ16mm孔系，这两组孔系的位置度要求很高，如何保证其精度是总成在加工过程中的重点和难点。经过和指导老师贺小涛老师讨论，决定设计总成上钻扩孔的夹具。本夹具将用于V-60A数控加工中心。刀具为多把高速钢麻花钻，分别完成扩，绞加工。由于使用的是数控加工中心，在保证质量的前提下，如何提高效率，保证经济性，也是夹具设计需要考虑的一个方面。3.2.夹具的设计3.2.1.夹具类型的选择主要考虑选用普通钻床、铣床上用专用夹具还是用于数控加工中心的数控夹具。这两者之间的区别是：普通钻床、铣床上用专用夹具，除工件准确定位外，需要分度机构满足孔系加工。另外，需要钻套引导刀具，这会产生对刀误差，影响加工精度。而数控机床上夹具只需准确定位工件，刀具位置只需准确编程即可；专用夹具一旦产品改变即报废，适应能力差。因此，综合考虑采用数控夹具。本次设计的夹具夹具将用于V-60A数控加工中心。刀具为多把高速钢麻花钻，分别完成扩，绞加工。由于使用的是数控加工中心，在保证质量的前提下，如何提高效率，保证经济性，也是夹具设计需要考虑的一个方面3.2.2.本夹具用于钻床上钻Φ32mm孔系以及Φ16mm孔系。此处可用轮边减速器壳的Φ311H7内孔定位。前文工艺设计中，在扩Φ30mm孔系的过程中，已经将其中一孔加工至Φ30H8，粗糙度保证3.2，作为夹具定位使用，故此处可用一定位销，用Φ30H8孔定位，将轮边减速器壳和行星架连接在一起，同时行星架底部可用一托盘托住，托盘又用一个拧紧螺栓脱住，拧紧螺栓连接在底座上，通过拧紧螺栓向上运动调整，使轮边减速器壳和行星架的结合面无缝隙，保证整个总成的精度。然后通过轮边减速器壳上钩形压板紧固。此夹具也可用于轮边减速器壳的周边孔的加工。3.2.31）底座底座内孔与拧紧螺栓配合的部位，为了便于磨损后修复，用一轴套与底座内孔连接，降低修复的难度，同时为了底座平面耐磨，做连接盘与底座连接，连接盘表面采用淬火处理，以提高夹具的使用寿命。2）托盘托盘为夹具中的重要部件，内孔加工为球面更有利于调整间隙。托盘上和行星架接合面有位置度要求。3）定位销定位销设计为削边销，便于调整，这种结构在夹具设计中普遍使用。4）拧紧螺栓拧紧螺栓的作用为使轮边减速器壳与行星架配合面无缝隙，下部是M421.5螺纹，上部通过拧紧扳手拧紧。5）定位心轴定位心轴用于内孔定位，将轮边减速器壳和行星架通过内孔组合在一起。6）球面垫圈在本夹具中，若托盘的精度不高，有可能出现过定位，影响零件的精度。设计一个球面垫圈，可以消除过定位。7）轴套若直接在底座上攻螺纹，螺纹磨损后无法修复，使得底座报废。在底座内孔中镶一轴套，可以在磨损后只需更换轴套，底座可以重复使用，提高了经济效益。8）连接盘设计一个连接盘的作用也是为了磨损后更换，使底座可以重复使用。9）构型压板压板用于将总成固定在底座上。这种设计只需一个螺栓实现紧固和松开，便于拆卸。夹具的总装图及各零件图见附录。3.2.4.1.加工精度分析由于一批零部件在夹具上定位时，各个工件所占据的位置不完全一样，加工后，各工体的加工尺寸必然大小不一，形成误差。现对Φ32H7QUOTE孔进行误差分析。用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件精度的因素很多，与夹具有关的因素如图3-1所示：图3-1工件在夹具中加工时的各项误差1)定位误差：由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。2)对刀误差：由刀具与对刀元件产生的误差3)安装误差：由夹具在机床上安装时引起的误差4)制造误差：夹具上的定位元件、对刀元件与安装基准三者之间因制造不准确造成的误差5)加工方法误差：由机床运动精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和热变形等因素造成的误差因此，为了保证工件规定的加工精度，必须采取各种措施来限制和减少上述各种误差，并将总误差控制在本工序加工要求的尺寸公差δK之内。由于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。因此保证工件加工精度的条件是：现分别对各项误差进行计算：1）定位误差因定位基准与设计基准重合，故=02）对刀误差数控加工中心上，在加工前，一般手动通过计算机控制刀具对刀，此项误差较小且属于随机误差难以计算，故忽略不计3）安装误差由于夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差，=04）制造误差式中：，则：mm5）加工方法误差因该项误差影响因素多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的1/3，故：6）尺寸公差δK根据《极限配合与测量技术基础》表2-8，取m（中等级）即：孔的尺寸偏差为，故计算得从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。2.计算Φ32H7孔中心线与mm中心线的最大平行度误差本夹具中，设计工件以圆柱孔在间隙配合的圆柱芯轴上定位，属于任意边接触B：在本夹具中，基准重合，故B=0y：y=定位芯轴与Φmm的最大间隙为0.2+0.063=0.263mm，与Φmm的最大间隙为0.174+0.051=0.226mm，故：y=0.263mm，即平行度误差为0.263，转角误差为

第四章刀具设计4.1.刀具设计基本条件。在零件加工的各个环节，都要用到刀具，由于加工位置不同，条件不同，刀具的种类、参数、结构，均需分别设计在本文的设计过程中，经过于老师协商后，决定设计粗车内孔mmmm的硬质合金可转位内孔车刀，参考书籍为《刀具设计手册》（袁哲俊，刘华明主编，机械工业出版社，本章下文无说明均为此书）已知条件：材料为铸钢。内径134mm，长度28mm加工要求：粗车内孔，表面粗糙度为，单边余量为3.5mm。切削用量：使用机床：C620-1卧式车床，电动机功率为7.5kW.4.2.设计计算步骤4.2.1.刀片材料的选择由原始条件给定：被加工工件材料为为铸钢310-570（正火），连续切削，完成粗车一道工序，查书第二章，按照硬质合金的选用原则，选取刀片材料为YT154.2.2.车刀合理几何参数的选择参照表3-9,表3-10,表3-11,表3-12，选取如下切削角度。4.2.3.刀片固定型式的选择参照《设计手册》表3-189，表3-190，在加工内表面时，适用度最高的是杠杆式，故此处选择杠杆式装夹结构。根据表3-188，刀片的夹紧方式选择P型。因此，参照表3-187，刀片的固定型式选取M型。4.2.4.可转位刀片形状及规格的选择：刀片形状选择，参照本章本节3.3.1所述，及表3-54，表3-191，选用正方形刀片，代号为S。刀片法后角参照表3-192。本车刀用于加工内孔，故选择刀片法后角为，代号为N。刀片的内切圆直径d(或刀片的边长L)，根据已选定的，和，将，，代入公式：则所选的刀片边长，所以刀片厚度参照表3-194，选取刀片厚度S=4.76mm刀尖圆弧半径根据已选定，查表3-16，选取刀尖圆弧半径4.2.5.刀片精度的选择因选用的刀片为正方形刀片，所以参照表3-199，选取刀片精度为U级。4.2.6.可转位刀片断屑槽型的选择根据表3-196，选用A型断屑槽，这种槽型主用用于切削用量变化不大的外圆，端面车削，其左刀片也用于内孔镗刀。故在此处，用作内孔车刀。4.2.7.可转位刀片型号的确定经过前六项的选择，参照表3-54，表3-118。确定可转位刀片的型号为：SNUM120408-A3.，刀片前角4.2.8.可转位车刀刀杆槽的几何角度计算已知参数：刀片法后角，刀片刃倾角。车刀的独立角度：。参照表3-203，刀杆槽的各几何角度计算如下：刀杆槽主偏角：刀杆槽刃倾角：刀杆槽前角：则，取检验车刀后角：则与预选值非常接近，合理。刀杆槽刀尖角：则刀杆槽副偏角：检验车刀副偏角：由于所选用的课转位刀片是环形断屑槽，所以有检验车刀副后角：