机械制造技术课程设计-凸轮杆加工工艺及钻23.85孔夹具设计

机械制造技术基础课程设计题目：凸轮杆机械加工工艺规程及23.85孔夹具设计 第第页1.凸轮杆零件工艺分析1.1凸轮杆零件的作用传递转矩，使车床主轴获得旋转动力。二.工作过程经常承受载荷。三.支撑传动零部件。零件的材料为45钢，是最常用的碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。综合全部技术要求，选择锻件。由于是大批量生产，采用模锻.1.2凸轮杆零件的工艺性分析从零件分析，该凸轮杆结构简单，属于阶梯轴类件。其结构复杂程度一般，其有三个过渡台阶，一个锥度台阶。根据表面粗糙度要求和生产类型，表面加工根围粗加工和精加工。加工时应把精加工和粗加工分开，这样经多次加工以后逐渐减少了零件的变形误差。此零件的毛坯为模锻件，外形不需要加工。该轴的加工以车削为主，车削时应保证外圆的同轴度。在精车前安排了热处理工艺，以提高轴的疲劳强度和保证零件的内应力减少，稳定尺寸、减少零件变形。并能保证工件变形之后能在半精车时纠正。2．确定毛坯2.1选择毛坯毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。根据零件的材料，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而锻件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。本零件生产批量为大批量，所以综上所叙选择锻件中的模锻2.2确定毛坯尺寸初步估算毛坯质量约8Kg，查机械制造技术基础课程设计指导书，锻件尺寸如下：名称基本尺寸加工余量1552.5*22602.5*23652.5*24752.5*25504.06802.5*271042.6*2水平方向尺寸801021271972442~2.5*2竖直方向尺寸1161762~2.5*2模锻：外圆角半径2mm3.工艺路线的确定3.1选择定位基准本零件为带孔的管状零件，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵守“基准重合”的原则。具体而言，即选一端面作为精基准。由于本零件全部表面都需要加工，而孔作为精基准，应先进行加工，因此应选外圆及一端面为粗基准。3.2各表面加工方法的选择当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。1.粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工外圆柱表面。2.半精加工阶段：其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如外圆柱面，φ20孔等。3.精加工阶段：其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。4.热处理工序的安排:热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能。热处理主要分:预备热处理，最终热处理和内应力处理等。本零件凸轮杆材料为45钢，在加工过程中预备热处理是在毛坯锻造之后消除零件的内应力。基面先行原则该零件进行加工时，要将端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和φ55外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。先粗后精即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。先面后孔对该零件应该先加工圆柱表面，后加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于凸轮杆来讲先加工φ75外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。3.3确定工艺路线保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须制定合理的工艺路线。由于生产类型为中批量生产，故采用通用机床配以专用的工,夹,量具，并尽量使工序集中来提高生产效率。除此之外，还应降低生产成本。工艺路线方案:10 锻 下料，采用锻造毛坯20 热 时效退火，去应力30 车 粗车、半精车φ74.5外圆、φ50外圆、φ45外圆及右端面，单边留余量1mm40 车 粗车左端面，保证全长196mm50 热 调质处理60 车 精车φ74.5外圆、φ50外圆、φ45外圆及右端面70 车 车外圆3X0.5退刀槽80 车 车外螺纹M45X1.590 钻 钻扩铰φ20的孔100 镗 粗镗、半精镗φ23.825锥孔、φ64孔110 镗 精镗φ23.825锥孔、φ64孔120 铣 铣大头凸轮外轮廓130 热 凸轮圆周面及锥孔火焰淬火45~50HRC140 磨 磨Ø50f9外圆及左台阶面150 磨 磨φ23.825锥孔160 磨 磨大头凸轮外轮廓170 钳工 去毛刺180 检 检验190 入库 涂上防锈油入库4.加工余量和工序尺寸的确定4.1加工余量和工序尺寸及毛坯尺寸的确定确定圆柱面工序尺寸，圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。前面已确定各圆柱面的总加工余量（毛坯余量），应将毛坯余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。本零件各圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度见下表：外圆柱面74.5轴段加工余量计算工序名称工序间余量/mm精度等级/mm表面粗糙度Ra/Um工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm粗车3IT1212.51781780-0.4精车2IT1012.51761760-0.16毛坯±2181181±2外圆柱面φ50轴段加工余量计算工序名称工序间余量/mm精度等级/mm表面粗糙度Ra/Um工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm粗车2.5IT126.357.557.50-0。3半精车1.5IT103.256560-0。12精车1.0IT61.655550-0.019毛坯±26060±2外圆柱面φ450轴段加工余量计算工序名称工序间余量/mm精度等级/mm表面粗糙度Ra/Um工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm粗车2.5IT126.362.562.50-0。3半精车1.5IT103.261610-0。12精车1.0IT60.860600-0.019毛坯±26565±2Φ104孔加工余量计算工序名称工序间余量/mm精度等级/mm表面粗糙度Ra/Um工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm粗镗3.2IT1212.5101.8101.8+0.40精镗2IT73.21041040+0.035毛坯±29999±2Φ20孔加工余量计算工序名称工序间余量/mm精度等级/mm表面粗糙度Ra/Um工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm粗镗3IT1212.57777+0.40精镗2IT73.280800+0.035毛坯±27575±2Φ23.85孔加工余量计算工序名称工序间余量/mm精度等级/mm表面粗糙度Ra/Um工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm粗镗2.5IT1212.549.547.5+0.40精镗1.5IT73.250500+0.035毛坯±24846±2Φ20孔加工余量计算工序名称工序间余量/mm精度等级/mm表面粗糙度Ra/Um工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm精铰0.06IT73.22020-0.019-0.042粗铰0.14IT106.319.9419.940-0.084扩孔1.8IT1112.519.819.80-0.13钻孔18IT1218180-0.18毛坯0Φ20孔加工余量计算工序名称工序间余量/mm精度等级/mm表面粗糙度Ra/Um工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm钻孔8IT1212.5880-0。15毛坯05.切削用量和基本时间的确定5.1切削用量的确定工序1粗车圆柱面φ176及端面粗车前φ181mm，背吃刀量ap为（181-178）/2=1.5mm。采用硬质合金车刀YT15，查表5-2，f=0.7~1mm/r,取0.81mm/r，切削速度v=50~65m/min,初取60m/min。可求出主轴转速n=108.6,取110r/min。实际速度为60.8m/min。粗车右端面，背吃刀量ap为4mm，采用硬质合金车刀YT15，查表5-2，f=0.7~1mm/r,取0.81mm/r，切削速度v=50~65m/min,初取60m/min。可求出主轴转速n=108.6,取110r/min。实际速度为60.8m/min。工序2粗车圆柱面φ55，φ60，φ65，φ75及台阶面背吃刀量ap都为1.25mm，与φ176圆柱面相同，可求出主轴转速分别为332.3r/min,305.7r/min,283.1r/min,246.6r/min，分别取340r/min，310r/min，290r/min，250r/min实际速度分别61.4m/min,60.8m/min，61.5m/min，60.8m/min。，工序3精车圆柱面φ176及倒角背吃刀量ap为（178-176）/2=1mm，采用硬质合金车刀YT15，查表5-2，f=0.1~0.3mm/r,取0.2mm/r，切削速度v=110~130m/min,初取120m/min。可求出主轴转速n=217.1r/min,取220r/min。实际速度为121.6m/min。工序4半精车圆柱面φ55，φ60，φ65，φ75及台阶面背吃刀量ap都为0.75mm，采用硬质合金车刀YT15，查表5-2，f=0.35~0.65mm/r,取0.5mm/r，切削速度v=80~100m/min,初取90m/min。可求出主轴转速分别为498.5r/min,458.6r/min,424.7r/min,369.9r/min,分别取500r/min,460r/min,430r/min,370r/min，实际速度为90.3m/min,90.3m/min,91.1m/min,90.04m/min。工序5精车圆柱面φ55，φ60，φ65，φ75及台阶面背吃刀量ap都为0.5mm,采用硬质合金车刀YT15，查表5-2，f=0.1~0.3mm/r,取0.2mm/r，切削速度v=110~130m/min,初取120m/min。可求出主轴转速为664.6r/min,611.4r/min,566.2r/min,493.2r/min，分别取670r/min,620r/min,570r/min,500r/min，实际速度分别为121.0m/min,121.7m/min,120.8m/min,121.7m/min。工序7粗镗内孔φ50，φ80，φ104选用硬质合金镗刀，背吃刀量ap分别为1.5mm,1.5mm,1.6mm,查表5-30，f=0.3~1.0mm/r，取0.81mm/r，切削速度v=40~60m/min,初取50m/min，可求出主轴速度分别为509.5r/min,318.5r/min,245r/min,分别取510r/min，320r/min，250r/min，实际速度分别为80.1m/min,80.4m/min,81.6m/min。工序8精镗内孔φ50，φ80，φ104背吃刀量ap分别为0.5mm,1.0mm,1.0mm,查表5-30，f=0.15~0.5mm/r，取0.3mm/r，切削速度v=60~100m/min,初取,80m/min，可求出主轴速度分别为321.7r/min,201.6r/min,154.6r/min,分别取330r/min，210r/min，160r/min，实际速度分别为51.3m/min,52.1m/min,51.7m/min。工序9钻孔10*φ20钻孔,直径18mm,背吃刀量ap为9mm，查表5-22，f=0.20~0.30mm/r，取0.28mm/r，切削速度v=18~25m/min，取20m/min，可求出主轴转速为353r/min，取392r/min，实际速度为22.2m/min。扩孔10*φ20背吃刀量ap为0.9mm，查表5-23，f=0.6~0.7mm/r，取0.62mm/r，查表5-24,切削速度约53m/min，可求出主轴转速为859r/min，取960r/min，实际速度为58.5m/min。铰孔10*φ20用高速钢铰刀，粗铰背吃刀量ap为0.03mm，查表5-31，f=0.40~0.60mm/r，取0.48mm/r，切削速度1.2~5m/min，取4m/min，可求出主轴转速为63.7r/min，取97r/min，实际速度为6.1m/min。工序11铣键槽用高速钢立铣刀，查表5-14，f=0.02~0.04mm/r，取0.03mm/r,查表5-15,切削速度44m/min,可求出主轴转速为254.8r/min,取255r/min，实际速度为44.1m/min。工序12钻斜孔2*φ8背吃刀量ap为4mm，查表5-22，f=0.10~0.20mm/r，取0.15mm/r，切削速度18~25m/min，取20m/min，,可求出主轴转速为796.1r/min，取960r/min，实际转速为24.1m/min。5.2时间定额的确定基本时间tj=(l+l1+l2)/(f*n)*i(表5-39)，l2为3~5，取4，l1=ap/tankr+(2~3)，辅助时间tf为（0.1~-0.2）*tj，取0.15，布置工作的时间tb为（0.02-0.07）*tj，取0.05，休息和生理需要时间为tx=（0.02~0.04）*tj，取0.03，准备和中结时间tz=（0.03-0.05）*tj，取0.03。工序1粗车圆柱面φ176及端面刀具为90°车刀，i取6，基本时间为732s，，tf=109.8s,tb=36.6s,tx=tz=22s。粗车右端面，基本时间为138s，tf=20.7s,tb=7s,tx=tz=4.1s。工序2粗车圆柱面φ55，φ60，φ65，φ75及台阶面粗车圆柱面φ50，基本时间tj=105s,，tf=16s,tb=5.3s,tx=tz=3.2s。粗车圆柱面φ64，基本时间tj=31.8s,，tf=4.7s,tb=1.6s,tx=tz=1s。粗车圆柱面φ74.5，基本时间tj=39.6s,，tf=6s,tb=2s,tx=tz=1.2s。粗车圆柱面φ45，基本时间tj=126s,，tf=19.2s,tb=6.6s,tx=tz=3.6s。工序3精车圆柱面φ176及倒角基本时间tj=1458s,，tf=219s,tb=73.8s,tx=tz=43.8s。工序4半精车圆柱面φ55，φ60，φ65，φ75及台阶面半精车圆柱面φ45，基本时间tj=120s,，tf=18s,tb=6s,tx=tz=3.6s。半精车圆柱面φ50，基本时间tj=36s,，tf=5.4s,tb=1.8s,tx=tz=4.8s。半精车圆柱面φ64，基本时间tj=43.8s,，tf=6.6s,tb=2.2s,tx=tz=1.3s。半精车圆柱面φ74.5，基本时间tj=138s,，tf=21s,tb=7.2s,tx=tz=4.2s。工序5精车圆柱面φ55，φ60，φ65，φ75及台阶面精车圆柱面φ45，基本时间tj=222s,，tf=30.6s,tb=11.4s,tx=tz=6.6s。精车圆柱面φ50，基本时间tj=66s,，tf=10.2s,tb=3.6s,tx=tz=2s。精车圆柱面φ64，基本时间tj=84s,，tf=12.6s,tb=4.2s,tx=tz=2.4s。精车圆柱面φ74.5，基本时间tj=252s,，tf=37.8s,tb=12.6s,tx=tz=4.8s。工序7粗镗内孔φ20，φ64φ50孔，基本时间tj=69s,，tf=12s,tb=3.6s,tx=tz=2.1s。φ80孔，基本时间tj=108s,，tf=18s,tb=6s,tx=tz=3.2s。φ104孔，基本时间tj=144s,，tf=24s,tb=7.2s,tx=tz=4.2s。工序8精镗内孔φ20φ50孔，基本时间tj=288s,，tf=43.2s,tb=14.4s,tx=tz=8.6s。φ80孔，基本时间tj=444.3s,，tf=66.6s,tb=22.2s,tx=tz=13.3s。φ104孔，基本时间tj=607.5s,，tf=91.1s,tb=30.4s,tx=tz=18.2s。钻，扩，铰，孔基本时间tj=(l+l1+l2)/(f*n)，l1=D/2cotkr+(1~2),l2=0工序9钻孔23.85钻孔基本时间tj=17.5s,，tf=2.6s,tb=0.9s,tx=tz=0.5s。扩孔基本时间tj=3.2s,，tf=0.5s,tb=0.16s,tx=tz=0.1s。铰孔10×φ20基本时间tj=70.7s,，tf=10.6s,tb=3.5s,tx=tz=2.1s。工序11退刀槽基本时间tj=(l+l1+l2)/(f*n)*i(表5-39)，l2为1~3，取2，l1=0.5*d+(1~2)，辅助时间tf为（0.1~-0.2）*tj，取0.15，布置工作的时间tb为（0.02-0.07）*tj，取0.05，休息和生理需要时间为tx=（0.02~0.04）*tj，取0.03，准备和中结时间tz=（0.03-0.05）*tj，取0.03。基本时间tj=480s,，tf=72s,tb=24s,tx=tz=14.4s。工序12磨φ23.825锥孔基本时间tj=10.2s,，tf=1.8s,tb=0.06s,tx=tz=0.03s。6.机床夹具设计为了提高生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具，设计钻23.85孔的专用夹具。6.1定位分析与定位误差分析定位误差主要取决于作为基准的内孔，以及夹具中钻套轴线与固定夹具中的孔的同轴度。6.2夹