《典型零件制造工艺-以项目为导向》-项目五

任务5.1箱体类零件加工常用机床与刀具概述在镗床上除可加工孔或孔系外,还可加工平面(车端面或铣平面)、沟槽,钻、扩、铰孔,车外圆和车螺纹等。图5-1是镗削的一些典型加工方法。3)镗削精度:镗削加工通常作为大型和箱体零件上已有孔的半精加工或精加工工序。镗削加工的经济精度为IT7~IT6,表面粗糙度Ra为2.5~0.63μm。一般镗孔加工精度为IT8~IT7,表面粗糙度Ra为1.6~0.8μm;精细镗加工精度为IT7~IT6,表面粗糙度Ra为0.8~0.2μm。4)卧式镗床:应用最广,它可加工各种复杂和大型工件(如箱体)上有预制孔的孔,尤其是直径较大的孔或孔系,一次安装多面加工,精度高。上一页下一页返回任务5.1箱体类零件加工常用机床与刀具概述卧式镗床加工精度为IT8~IT7,表面粗糙度Ra值为0.8~0.1μm。在卧式铣镗床上除可加工孔或孔系外,还可加工平面、沟槽,钻、扩、铰孔和车螺纹、攻螺纹等。卧式镗床外形如图5-2所示。5)镗床刀具———镗刀简介。(1)单刃镗刀(刀头结构与车刀类似)。A.适应性较广,灵活性较大。可粗加工、半精加工和精加工,一把镗刀可加工直径不同的孔。B.可以校正原有孔轴线歪斜或位置偏差。C.生产率较低,较适用于单件小批量生产。上一页下一页返回任务5.1箱体类零件加工常用机床与刀具概述单刃镗刀的刚度较低,为减少变形和振动,采用较小的切削用量,另外,仅有一个主切削刃工作,所以生产率较低。(2)双刃镗刀(固定式和浮动式)。常用的是浮动式双刃镗刀,这种双刃镗刀的镗刀片是浮动的,两个对称的切削刃产生的切削力,能自动平衡其位置。其特点如下。A.加工质量较高。刀片浮动可抵偿偏摆引起不良影响,较宽的修光刃可减少孔壁粗糙度值。B.生产率较高。两刀刃同时工作,故生产率较高。C.刀具成本较单刃镗刀高。浮动镗刀主要用于批量生产,精加工箱体零件上直径较大的孔。上一页下一页返回任务5.1箱体类零件加工常用机床与刀具概述5.1.2直线运动机床———刨削加工与拉削加工刨削和拉削加工分别是在刨床与拉床上完成的,其主运动都是直线往复运动,故刨床和拉床也称为直线运动机床。1)刨削加工。(1)刨削定义与运动:在刨床上用刨刀对工件进行切削加工的过程称为刨削加工。刨削是以刨刀相对工件的往复直线运动与工作台(或刀架)的间歇进给运动实现切削加工的。上一页下一页返回任务5.1箱体类零件加工常用机床与刀具概述刨削加工时,用台虎钳或螺栓将工件固定在刨床的工作台上,刨刀则安装在刀架上。牛头刨床刨削加工时,刨刀做水平的往复直线运动,工件做间歇直线进给运动。龙门刨床刨削加工时,工件做水平的往复直线运动,刀具做间歇直线进给运动。(2)刨削范围与精度:刨削主要用于加工平面、斜面、沟槽和成形面等,如图5-3所示。刨削是平面加工的主要方法之一,其加工的经济精度为IT9~IT7,也可达IT6,表面粗糙度Ra值一般为6.3~1.6μm,也可达0.8μm。(3)刨削常用机床如图5-4、图5-5和图5-6所示。上一页下一页返回任务5.1箱体类零件加工常用机床与刀具概述常用机床有牛头刨床、龙门刨床和插床(立式刨床)。牛头刨床是应用较广的一种刨床,机床和刀具简单,应用灵活方便。但有空行程,有冲击,效率低。用于单件小批生产中加工平面、沟槽及纵向成形面等。适用于刨削长度不超过1000mm的中、小型零件。龙门刨床适用于加工大型零件的大平面,尤其是长而窄的平面,也可加工沟槽,或同时加工数个中、小型工件。其加工长度和宽度都较大,如济南二机床生产的B236龙门刨,最大加工尺寸为2.0m×6.3m。但生产率不如铣削高,主要用于中小批量生产及修理车间。插床实质是立式牛头刨床,插刀上下运动为主运动,工件可做纵横两个方向的移动,工作台还可做分度运动。上一页下一页返回任务5.1箱体类零件加工常用机床与刀具概述以插削与安装面垂直的面、沟槽为主。主要用于加工工件内表面,如键槽、花键、四方孔、六方孔,也可加工盲孔和有台肩的内表面等。图5-7是在插床上插削锥齿轮内孔键槽的示意图。(4)刨削工艺特点:A.通用性好。可加工垂直面、水平面,还可加工T形槽、V形槽和燕尾槽等;B.生产率低。往复运动,惯性大,限制速度,单次加工,但加工狭长表面不比铣削效率低;C.加工精度不高。精度一般为IT8~IT7,粗糙度Ra为6.3~1.6μm,但在龙门刨床上用宽刀细刨,Ra为0.8~0.4μm;上一页下一页返回任务5.1箱体类零件加工常用机床与刀具概述所以刨削主要用在单件、小批生产或维修车间中。2)拉削加工。(1)拉削定义与运动:用拉刀在拉床上加工工件的工艺方法叫拉削,它是用拉刀切削工件材料的高精度、高效率的一种加工方法。拉削可看成是多把刨刀排列成队的多刃刨削,拉削时工件不动,拉刀相对工件做直线运动,一次完成。故拉削只有主运动,无进给运动。(2)拉削范围及精度:拉削可加工平面、齿形及在已有孔上拉出各种形状的通孔、通槽和成形表面等。上一页下一页返回任务5.1箱体类零件加工常用机床与刀具概述图5-8和图5-9是适合于拉削的一些典型表面形状。拉削加工精度一般为IT8~IT7,表面粗糙度Ra为0.8~0.4μm。(3)拉床与拉刀:拉床是使用拉刀加工各种内外成形表面的机床。拉床只有主运动,结构简单,可一次加工成型,质量好,效率高,但刀具设计、制造复杂,适用于大批量生产。拉床按加工表面可分为内拉床和外拉床;按结构布局可分为卧式拉床和立式拉床两类,如图5-10~图5-12所示。拉刀是以阶梯分层或分段组合为特征的多齿结构刀具。拉刀种类很多,构造各不相同。上一页下一页返回任务5.1箱体类零件加工常用机床与刀具概述拉刀按加工表面可分为内拉刀和外拉刀;按拉削方式可分为普通式、轮切式及综合式;按受力不同可分为拉刀和推刀。拉刀的结构由零件的加工表面决定,不同形状的表面决定不同结构的拉刀。图5-13是普通圆孔拉刀的结构图。(4)拉削的工艺特点:拉削是在拉床上用拉刀通过工件已有孔的粗、精加工并为一个工步完成的加工方法。拉削是大批大量生产中常用的一种精加工方法,其特点如下。A.生产率高。一次完成粗———半精———精加工。B.机床管理简单。拉床结构、操作均较简单和方便。上一页下一页返回任务5.1箱体类零件加工常用机床与刀具概述C.简化了工艺过程。一把拉刀代替了扩孔钻、铰刀和砂轮等,且拉刀寿命长。D.加工范围较广。能加工通孔,如圆孔、方孔、内齿轮等,也可加工平面、键槽等,还能加工特殊形状孔(如花键孔)。E.加工精度高,粗糙度值较小。拉削精度为IT8~IT6,表面粗糙度Ra值为0.8~0.4μm。其主要原因是:切削量小,仅切去工件的弹性恢复量;拉刀上的校准部分具有校准、修光作用;切削速度较低,避免积屑瘤,切削过程平稳,故粗糙度较小。F.拉刀价格昂贵,加工批量大时,可使成本下降。G.对盲孔、深孔、阶梯孔等不能加工。图5-14是拉削过程示意。上一页返回任务5.2机壳零件加工工艺分析与工艺规程编制5.2.1机壳零件加工工艺分析1)机壳零件的作用与结构特点。机壳是平缝机最重要的基础件,它的作用是将有关轴、套、轴承和齿轮、凸轮等主要传动零件集中组合装配在一起,使其保持正确的相互位置关系,并彼此按照设定的传动关系协调运动,最终实行平缝机的缝纫功能。该零件属于箱体类零件,结构比较复杂,整体呈封闭状态,壁厚不均匀,主要加工表面为平面与孔系等,且加工精度要求较高。缝纫机机壳的三维图和缝纫机机壳的一组视图照片分别如图5-15和图5-16所示;机壳的零件图如图5-17所示(图见书)。下一页返回任务5.2机壳零件加工工艺分析与工艺规程编制2)机壳的生产类型与工艺分析。平缝机每年生产20万~30万台,每个平缝机一个机壳,即机壳的年生产纲领为20万~30万个,所以属于大批量生产。机壳材料为HT200,毛坯为铸件,其铸造工艺与缝纫机底板相同。主要加工表面是平面与孔系,主要技术要求如下:(1)支承孔的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度要求:主轴支承孔的尺寸精度为IT7级,表面粗糙度为0.8μm。其余支承孔的尺寸精度为IT8~IT7级,表面粗糙度Ra为1.6~0.8μm。并要求圆度、圆柱度公差不超过孔公差的一半。上一页下一页返回任务5.2机壳零件加工工艺分析与工艺规程编制(2)支承孔的相互位置公差要求:主轴3个支承孔的同轴度为0.02,与针杆孔ϕ18和ϕ10孔的垂直度为0.02。(3)主要平面的形状精度、相互位置精度和表面粗糙度均按图纸要求。5.2.2机壳零件工艺规程编制1)确定加工阶段和加工顺序。加工阶段:由于机壳采用树脂砂铸造,外形较好,外表面可采用一次铣加工即可达到精度要求,由于各孔径较小,因此主轴孔可采用先钻后铰或先扩后铰来保证精度要求。上一页下一页返回任务5.2机壳零件加工工艺分析与工艺规程编制加工顺序:a.先加工外表平面,以保证后续加工基准;b.再加工主要孔,包括主轴孔和机针孔等;c.最后加工次要表面、辅助表面、沟槽、连接孔及螺孔等。2)拟定加工工艺路线。平缝机机壳外形较为复杂,加工的面与孔较多,部分孔相互之间有较高的位置精度要求。根据基准先行和先面后孔的加工原则,应先加工外表面,由于加工平面不大,表面粗糙度要求不是很高,且材料为HT200,故选用铣加工最为合适;根据先主后次、先难后易和先粗后精的原则,再加工主要孔,其中主轴孔(IT7、Ra0.8μm)可采用钻→铰或钻→扩→铰,其余主要孔(机针孔)可采用钻→铰;上一页下一页返回任务5.2机壳零件加工工艺分析与工艺规程编制根据先主后次和先难后易的原则,最后加工次要表面、辅助表面、沟槽、连接孔及螺孔等。加工工艺路线具体可见机壳零件的制造工艺流程表。3)编制机壳零件的工艺过程卡片(表5-1（表见书）)及其大批量生产的制造工艺流程表(表5-2(表见书))。上一页返回任务5.3机壳零件专用夹具的设计案例及分析5.3.1定位方案确定箱体类零件通常采用一面两孔或三面定位法,平缝机机壳属于箱体类零件,粗加工可采用三面定位法。由于机壳主轴孔精度要求较高,并且要求与机针孔有较高的垂直度,故在加工相关孔时,采用了以主轴孔为主要定位基准的方式。现以工序9钻铰机针孔(,Ra1.6μm)和钻孔(,Ra6.3μm)的专用钻夹具为设计案例加以分析。该专用夹具的装配图如图5-18所示。该工序要求加工的三孔轴心线与机壳主轴孔中心线相交,并位于同一平面内,且机针孔与主轴孔有较高的垂直度要求。下一页返回任务5.3机壳零件专用夹具的设计案例及分析为使定位基准与设计基准重合,选择了机壳的主轴孔为主要定位基准,并采用定位芯轴与机壳主轴孔配合定位,以限制零件的4个自由度(2个移动和2个转动);用支承板与机壳前端面接触定位,以限制零件的1个转动自由度;为保证加工孔沿机壳主轴孔的轴向位置尺寸,用位于后面的定位螺母左端面与机壳小(右)端面接触定位,以限制零件的1个轴向移动自由度。这样共限制了零件的6个自由度。工件装夹时,先在位于底面的支承板和位于后面的定位螺母左端面上同时接触定位,然后再插入长芯轴进行组合定位,满足了“定位迅速”的基本要求。5.3.2夹紧机构设计上一页下一页返回任务5.3机壳零件专用夹具的设计案例及分析该专用钻夹具采用了螺旋夹紧机构,螺旋夹紧机构结构简单、操作比较方便,且能自锁,满足“夹紧可靠”的基本要求。为简化夹具结构,夹具的夹紧装置同时设在定位元件芯轴上,该芯轴是经淬硬的阶梯轴,芯轴的小端设有一小段外螺纹M24,与夹具上的内螺纹M24配合组成螺旋机构,芯轴第二段直径为ϕ28g6,与夹具定位孔ϕ28H7进行配合定位(ϕ28H7/g6),芯轴第三、四段直径为ϕ30g6、ϕ35g6,分别与机壳主轴孔的ϕ30H7和ϕ35H7进行配合定位(ϕ30H7/g6与ϕ35H7/g6),芯轴第五段直径为ϕ40g6,与夹具另一端定位孔ϕ40H7进行配合定位(ϕ40H7/g6),芯轴第六段的外径为ϕ50,其圆周外侧配焊着4根均匀布置的销轴柄,以便于拧紧和松开。上一页下一页返回任务5.3机壳零件专用夹具的设计案例及分析芯轴在完成全部配合定位后,通过拧紧芯轴的4根销轴柄,使芯轴的小端外螺纹与夹具上的内螺纹组成螺旋机构,此时芯轴的ϕ40端面顶住工件向前轴向移动,使机壳的小端面紧紧贴住定位螺母左端面上,从而实现了对零件的夹紧。