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第一節(jié) 零件分析
本次課程設(shè)計我們小組的任務(wù)是針對生產(chǎn)實際中的一個零件———插入耳環(huán)。其用于晾衣架的上端固定，當(dāng)然插入耳環(huán)并不僅僅用于此，還有很多功能。從零件圖上可以看出，標(biāo)有表面粗糙度符號的表面有平面、退刀槽、內(nèi)孔、鍵槽等。其中，表面粗糙度要求最低的是表面D、E，粗糙度為Ra50，粗糙度要求最高的是外圓Φ35，表面粗糙度為Ra1.6。該外圓也是插入耳環(huán)的主要設(shè)計基準(zhǔn)。從工藝上看，鍵槽對Φ35軸線的對稱度公差為0.1，孔Φ32軸線對Φ35軸線的垂直度公差為0.5/50，可以通過使用專用機床夾具來保證。Φ35的公差等級為IT7級，表面粗糙度為Ra1.6，可以通過精車來保證。表面D、E精度要去不高可以通過粗銑來完成，Φ32孔的內(nèi)孔粗糙度為Ra6.5可以通過鉆床，鉆后再擴鉆就可以達到精度。C面通過粗銑就可以達到要求。A面因為在零件工作過程中不起作用所以也通過粗銑。
對插入耳環(huán)零件圖進行工藝審核后，可知該零件圖視圖正確、完整，尺寸、公差及技術(shù)要求齊全，加工要求合理，零件的結(jié)構(gòu)工藝性較好。
第2節(jié) 機械加工工藝規(guī)程制訂
一、確定生產(chǎn)類型
按設(shè)計任務(wù)書，插入耳環(huán)年產(chǎn)量為4000件；每日3班，若插入耳環(huán)備品率為8%，機械加工廢品率為1%，則該零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)為N=Qn(1+α%+β%)=4000×1×（1+8%+1%）件=4360件/年;可見，插入耳環(huán)的年生產(chǎn)量為4360件。插入耳環(huán)可看成獨立的一部分，屬輕型機械。因此，根據(jù)A表5-8，由生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型的關(guān)系可確定該零件的生產(chǎn)為中批生產(chǎn)，其毛坯制造、加工設(shè)備及工藝裝備的選擇應(yīng)呈現(xiàn)中批生產(chǎn)的工藝特點，如多采用通用設(shè)備配以專用的工藝裝備等，其工藝特點見A表5-9.。
2、 確定毛坯制造形成
由該零件的功用及其的工作狀況知。因此，原設(shè)計單位選用了既能滿足要求，價格又相對低廉的45鋼，因此可以確定毛坯形式為鍛造。由B表4-3中常用毛坯的制造方法與工藝特點選擇模鍛。
該零件的形狀不是十分復(fù)雜，因此毛坯的形狀與零件的形狀應(yīng)盡量接近。所以用150×77×44的毛坯。確定加工余量及毛坯尺寸
該零件材料為45鋼，屈服強度為600MPA，Φ35軸用單邊余量2.5mm，兩邊余量5.0mm，所以毛坯尺寸Φ40，在軸向方向3mm，所以毛坯軸向長度為150mm
選擇加工設(shè)備
三、選擇定位基準(zhǔn)
定位基準(zhǔn)的選擇是工藝規(guī)程制訂中的重要工作，它是工藝路線是否正確合理的前提。正確與合理地選擇定位基準(zhǔn)，可以確保加工質(zhì)量、縮短工藝過程、簡化工藝裝備結(jié)構(gòu)與種類、提高生產(chǎn)率。
所以在做此零件時，我們選擇Φ35軸線為基準(zhǔn)，并且此基準(zhǔn)為設(shè)計基準(zhǔn)，即遵循“基準(zhǔn)重合”的原則。該基準(zhǔn)還可作為大部分工序的定位基準(zhǔn)，加工其他的次要表面，體現(xiàn)了“基準(zhǔn)統(tǒng)一”的選擇原則。
4、 選擇加工方法
1. 平面的加工
平面的加工方法很多，有車、刨、銑、磨、拉等。對于本零件由于表面D、E粗糙度為Ra50，通過粗銑就可以達到。而對于C面粗糙度為Ra6.3通過粗銑也可以達到。而表面A的粗糙度要求為Ra12.5根據(jù)GB/T 1804-2000規(guī)定，選用中等級，相當(dāng)于IT13級，故可考慮粗車或粗端銑。
2 外圓與退刀槽、攻螺紋
外圓Φ35的加工在本零件中很重要。本次選用CA6140車床，由于表面粗糙度Ra1.6，所以采用粗車-半精車-精車。而對于外圓Φ27，表面要進行攻螺紋，所以進行粗車就可以了。在粗車過后再用螺紋車刀進行攻螺紋。
3孔加工
Φ32孔內(nèi)壁粗糙度為Ra6.3所以就用鉆-擴，鉆孔后擴孔就可以達到這個精度要求，滿足安裝配合E9，并且用YT錐柄麻花鉆。Φ5的銷孔，直接用槍孔鉆就可以加工出來。
4槽加工
對槽的加工，槽的要求為Ra3.2所以用X6132萬能銑床，進過粗銑-精銑就可以達到。
5、 制定工藝路線
根據(jù)零件本身要求及先粗后精的加工原則，插入耳環(huán)的加工工藝路線如下：
工序05：模鍛毛坯
工序10：45鋼正火，為機加工作準(zhǔn)備
工序15：粗銑二邊表面
由于表面粗糙度要求很低所以以任意端面為粗定位，用專用夾具夾緊，銑表面到尺寸。
工序20：粗銑C面
由于C面有粗糙度要求所以用專用夾具夾緊，銑表面到尺寸。
工序25：粗車Φ35外圓
粗車毛坯Φ40到Φ36外圓，用專用夾具夾緊，粗車到規(guī)定尺寸
工序30：粗車Φ27，倒角C1
在已經(jīng)被粗車到Φ36的外圓上，用專用夾具夾緊，繼續(xù)粗車相應(yīng)的尺寸到Φ27，并且倒倒角C1
工序35：車退刀槽Φ24
在相應(yīng)尺寸用切槽刀加工退刀槽Φ24，用專用夾具夾緊。
工序40：進行熱處理調(diào)質(zhì)
工序45：半精車Φ35
在粗加工過后進行半精加工，由Φ36的外圓車到Φ35.2
工序50：精車Φ35
在半精加工后進行精加工，由Φ35.2的外圓到Φ35
工序55：車錐面，倒角C2
進行車錐面，并且倒倒角C2
工序60：攻螺紋M27×1.5-6h
用螺紋車刀在Φ27外圓上進行攻螺紋。
工序65：鉆Φ32的孔
用專業(yè)的鉆床夾具，進行鉆孔
工序70：擴Φ32的孔
為達到內(nèi)壁粗糙度進行擴孔，滿足精度要求。
工序75：鉆Φ5的銷孔
在螺紋規(guī)定尺寸處進行銷孔的加工。
工序80：粗銑鍵槽
用銑床專用夾具，進行鍵的加工。
工序85：精銑鍵槽
用銑床專用夾具，進行鍵的加工
工序90：銑A面
按照零件圖規(guī)定銑A面
確定加工余量
由《機械制造工藝學(xué)》第30至31頁的表1—10，表1——11，表1——12確定其加工的的經(jīng)濟精度和經(jīng)濟粗糙度。
（1）Φ35的外圓表面：
工序名稱
工序基本余量
工序尺寸
精度
粗糙度
精車
0.2
Φ35
IT7
Ra1.6
半精車
0.8
Φ35.2
IT9
Ra6.3
粗車
4
Φ36
IT11
Ra12.5
毛坯
Φ40
（2）加工M27x1.5-6h的螺紋：
工序名稱
工序基本余量
工序尺寸
精度
粗糙度
攻螺紋
M27x1.5-6h
粗車
9
Φ27
IT11
Ra12.5
（3） Φ32E9的孔：
工序名稱
工序基本余量
工序尺寸
精度
粗糙度
擴
1
32
IT10
R6.3
鉆
31
31
IT11
R12.5
（4）銑鍵槽
工序名稱
工序基本余量
工序尺寸
精度
粗糙度
精銑
0.5
7.5
IT8
Ra6.3
半精銑
2
7
IT11
Ra12.5
粗銑
5
5
（5）軸向長度84尺寸：
工序名稱
工序基本余量
工序尺寸
精度
粗糙度
車錐面
1
84
IT8
Ra6.3
粗車Φ27端面
1
85
IT11
Ra12.5
粗車Φ35端面
1
86
IT11
Ra12.5
毛坯
87
選擇加工設(shè)備即選擇機床類型。由于已經(jīng)根據(jù)零件的形狀、精度特點，。選擇加工方法，因此機床的類型也隨之確定。至于機床的型號，主要取決于現(xiàn)場的設(shè)備情況。若零件加工余量比較大，加工材料又較硬，有必要校驗機床功率。
在本設(shè)計中，我們小組最終選擇的機床，其經(jīng)濟精度和零件表面的設(shè)計要求相適應(yīng)，初步選定各工序機床如下：
（1） 工序15：X62W臥式銑床。
（2） 工序20、75、80、85：X6132萬能銑床。
（3） 工序25、30、35、45、50、55、60：選擇CA6140車床
（4） 工序65、70：選用Z3025鉆床。
選擇夾具
對于成批生產(chǎn)的零件，大多采用專用機床夾具。在保證加工質(zhì)量、操作方便、滿足高校的前提下，亦可部分采用通用夾具。本機械加工工藝規(guī)程中所有工序采用了專用機床夾具，需專門設(shè)計，制造。
確定切削用量及基本時間
切削用量包括切削速度、進給量和背吃刀量，確定方法是先確定背吃刀量，再進給量，最后確定切削速度。不同的加工性質(zhì)，對切削加工的要求不一樣。粗加工時，應(yīng)盡量保證較高的金屬切削率和必要的刀具耐用度，故一般優(yōu)先選擇盡可能大的背吃刀量，其次選擇較大的進給量，最后根據(jù)刀具耐用度要求，確定適合的切削速度。精加工時，首先應(yīng)保證工件的加工精度和表面質(zhì)量要去，故一般選用較小的背吃刀量和進給量，而盡可能選用較高的切削速度。
（1） 工序15
本道工序是粗銑端面，已知加工材料為45鋼，機床選用XA5032立式銑床，選用刀具為高速鋼鑲齒套式面銑刀，其參數(shù)：直徑d-125mm,孔徑D=40mm，寬L=40mm，齒數(shù)z=14.根據(jù)【8】表5-26確定銑刀角度，選擇前角Υ=200，后角α=120，主偏角k=600,，螺旋角β=100，已知銑削寬度為57mm，銑削背吃刀量為ap=4mm
1.確定每齒進給量
根據(jù)【8】表5-13知XA5032型立式銑床的主電動機功率為7.5KW，查表5-27知當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性中等、鐮齒端銑刀加工鋼料時，其每齒進ap=0.08-0.15mm/z。由于本工序背吃刀量和銑削寬度較大，選擇最小的每齒進給量af=0.08mm/z。根2. 選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)和耐用度
據(jù)【8】表5-28，用高速鋼鐮齒端銑刀粗加工鋼料時，選擇銑刀后刀面磨損極限為1.8mm，查表【8】5-29知銑刀直徑d=125mm時，經(jīng)插值得端銑刀的合理耐用度T=150min。銑削速度可以通過計算得出，但是其計算公式比較復(fù)雜，實際生產(chǎn)中使用并不多，這里通過查表確定。
3.確定切削速度V和工作臺每分鐘進給量vf
查表【8】5-30知，高速鋼銑刀銑削速度為15-25m/min，則所需銑床主軸轉(zhuǎn)速范圍是
n==38.2--63.7r/m
根據(jù)XA5032機床的標(biāo)準(zhǔn)主軸轉(zhuǎn)速，由表5-13選取n=60r/min，則實際銑削速度為
V==23.55m/min
工作臺每分鐘進給量為vf=fn=afzn=0.08x14x60mm/min=67.2mm/min
根據(jù)表5-13中工作臺標(biāo)準(zhǔn)縱向進給量，選取vf=60mm/min,則實際的每齒進給量為af=vf/zn=0.071mm/z；
4. 校驗機床功率
由表【8】5-31和5-32知，銑削力FZ和銑削功率P計算如下：
F=336.15N P=1.31KW
最后所確定的切削用量為
ap=4mm
af=0.071mm/z
vf=60mm/min
v=0.39mm/s
5基本時間
T=l/fn=0.94min
2t=1.84min
(2) 粗車Φ35外圓
本道工序是粗車Φ35外圓，已知加工材料為45鋼,機床為CA6140臥式車床，專用夾具，所選刀具為YT15硬質(zhì)合金車刀 。
1. 確定背吃刀量
由前述可知，切削單邊加工余量為2.0mm，即背吃刀量a=2.0mm
2. 確定進給量：
根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第95頁表4-53可知，當(dāng)加工45鋼時，車刀刀桿尺寸B×H為20×30，背吃刀量a=2.0mm，則進給量f=0.4~0.5mm/r，根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第91頁表4-43進給量值可知，取橫向f=0.4mm/r。
3.確定切削速度
根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第98頁表4-58外圓切削速度參考值可知，V=1.5~1.83m/s，
則所需車床主軸轉(zhuǎn)速范圍n==709~874.2r/min
根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第91頁表4-43可知，n=710r/min，V==89.17m/min
T=l/fn=0.306min
（三）粗車Φ27外圓。
本道工序是粗車Φ27外圓，已知加工材料為45鋼,機床為CA6140臥式車床，專用夾具，所選刀具為YT15硬質(zhì)合金車刀
1.確定背吃刀量
由前述可知，切削單邊加工余量為4.5mm，即背吃刀量a=4.5mm
2.確定進給量：
根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第95頁表4-53可知，當(dāng)加工45鋼時，車刀刀桿尺寸B×H為20×30，背吃刀量a=4.5mm，則進給量f=0.3~0.4mm/r，根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第91頁表4-43進給量值可知，取橫向f=0.3mm/r。
3.確定切削速度
根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第98頁表4-58外圓切削速度參考值可知
V=1.5~1.83m/s，
則所需車床主軸轉(zhuǎn)速范圍n==709~874.2r/min
根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第91頁表4-43可知，n=710r/min，V==89.17m/min
T=l/fn=0.15min
(四)半精車Φ35外圓
本道工序是半精車Φ35外圓，由粗車到Φ36后在進行半精車到Φ35.2.已知加工材料為45鋼,機床為CA6140臥式車床，專用夾具，所選刀具為YT15硬質(zhì)合金車刀
1.確定背吃刀量
由前述可知，切削單邊加工余量為0.4mm，即背吃刀量a=0.4mm
2.確定進給量：
根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第96頁表4-54可知，當(dāng)加工45鋼時，背吃刀量a=0.4mm，則進給量f=0.45~0.8mm/r，根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第91頁表4-43進給量值可知，取f橫向=0.5mm/r。
3.確定切削速度
根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第98頁表4-58切削速度參考值可知，V=1.5~2.0m/s，
則所需車床主軸轉(zhuǎn)速范圍n==511~682r/min
根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第91頁表4-43可知，n=560r/min，V==98.4m/min
T=l/fn=0.189min
（五）精車Φ35外圓
本道工序是精車Φ35外圓，由半精車到Φ35.2后在進行半精車到Φ35
已知加工材料為45鋼,機床為CA6140臥式車床，專用夾具，所選刀具為YT15硬質(zhì)合金車刀
1.確定背吃刀量
由前述可知，切削單邊加工余量為0.1mm，即背吃刀量a=0.1mm
2.確定進給量：
根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第96頁表4-54可知，當(dāng)加工45鋼時，背吃刀量a=0.1mm，則進給量f=0.11~0.15mm/r，根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第91頁表4-43進給量值可知，取f橫向=0.11mm/r。
3.確定切削速度：根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第98頁表4-58切削速度參考值可知，V=0.5~0.833m/s，
n= =271.42~452.19
根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第91頁表4-43可知n=320
Vc==35.36m/min
T=l/fn=1.5min
(6) 鉆Φ32孔
本道工序是鉆Φ32的孔。由鉆Φ31的刀具：YT錐柄麻花鉆用鉆床專用夾在鉆
床上進行加工。已知加工材料為45鋼,機床為z3025
1.確定背吃刀量
由前述可知，切削加工余量為36mm，即背吃刀量a=36mm
2.確定進給量：根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第101頁表4-64查得f=0.45~0.55mm/r根據(jù)【8】表5-51查得f=0.55
3. 確定切削速度：根據(jù)《金屬加工工藝及工裝設(shè)計》第102頁表4-66查得vc=11.531m/min
N==122.4r/min
根據(jù)【8】表5-54可以查出n=80
T=l/fn=0.85
第三節(jié) 專用機床夾具設(shè)計
本次專用機床夾具設(shè)計任務(wù)是設(shè)計用于插入耳環(huán)的Φ32孔。即專用的鉆床夾具。由零件圖樣和課程設(shè)計任務(wù)書中能得到本工序加工要求如下：
（1）1個Φ32孔表面粗糙度要求Ra6.3。
（2）1個Φ32孔軸向長度為36mm。
(3) 1個Φ32孔的配合為E9
(4)Φ32孔軸線對Φ35軸線的垂直度公差為0.5/50
（5） 零件毛坯材料為45鋼
（6） 產(chǎn)品生產(chǎn)綱領(lǐng)：4360件/年
鉆Φ32孔在整個機加工工藝規(guī)程中為工序65，加工之前Φ35外圓已經(jīng)進行精加工，其尺寸為Φ35mm,表面粗糙度為Ra1.6，其加工表面經(jīng)過模鍛后粗加工已經(jīng)達到Ra50，零件外部未加工表面基本平整光滑。
由零件圖樣和該零件的機械加工工藝規(guī)程可知，Φ35外圓已經(jīng)精加工完成，表面粗糙度 Ra1.6，Φ32孔的中心距離為25，距離表面C之間的距離為38±0.34，所以應(yīng)以Φ35外圓的軸線為工序基準(zhǔn)，在定位基準(zhǔn)面以及定位方案選擇上要盡可能以Φ35外圓的軸線為定位基準(zhǔn)，以避免由于基準(zhǔn)不重合帶來的加工誤差。
由零件的加工要求可知，工件定位是需要限制六個自由度，以Φ35外圓的軸線為定位基準(zhǔn)，所以用一個通孔套塊來限制零件在軸向和徑向移動和二個旋轉(zhuǎn)，同時通過一個壓塊來限制一個旋轉(zhuǎn)，保證其能限制它的六個自由度。
在零件下部用一個螺栓來進行調(diào)整，以防止因為兩邊面不平而產(chǎn)生中心線傾斜，其目的為了更好的保證零件加工精度要求，夾緊力是用壓塊和螺栓產(chǎn)生的，夾具原理圖如下
圖3 鉆床夾具
夾具底座通過T型槽與工作臺相連。
當(dāng)工件的定位方案確定以后，還必須進行夾緊方案和夾緊機構(gòu)的設(shè)計，以保證在切削加工過程中工件的正確位置不在切削力、重力、慣性力等作用下發(fā)生變化。根據(jù)工件的形狀特點和定位方案，可以采用手動螺旋夾緊機構(gòu)。為了克服單螺旋夾緊機構(gòu)動作緩慢的缺點，此處采用開口墊圈。工人在操作時，不必將夾緊螺母全部擰下，只需擰松半扣后將開口墊圈徑向取出，然后把壓板向后推出，以實現(xiàn)快速裝卸工作。
工件在機床上加工，能否保證加工精度，主要取決于設(shè)備自身精度以及夾具與工藝和合理性，及刀具與工件間的相對位置。在裝配時采用樣件對刀法，由于零件只加工一個孔。不需要使用分度裝置，零件較小，采用固定式鉆模板加工孔時所獲得位置精度較高。
由于鑄造夾具體的工藝性好，可以鑄造出各種形狀，具有較好的抗壓強度、剛度和抗震性，故選用鑄造夾具體，材料選用HT200，為了使夾具體穩(wěn)定，需要時效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力，為增強夾具體的強度、剛度、應(yīng)增加夾具體的壁厚，設(shè)置加強筋。
由加工誤差不等式知，使用夾具加工工件時，加工誤差的來源有工件的安裝誤差、夾具的對定位誤差和在加工過程中的各種因素造成的誤差。為了達到加工要求，必須是三個誤差之和小于或等于工件的相應(yīng)尺寸公差。在本夾具中，影響零件的誤差主要是通孔套塊軸線與鉆套軸心的距離，通孔套塊軸線與鉆套軸心距離影響了孔的位置精度。但通過夾具體的制作可以吧其位置控制在尺寸內(nèi)。Φ32對Φ35軸線的垂直度公差為0.5/50。對刀鉆模套的配合為H7/g6鉆孔的加工精度為IT9為，在技術(shù)條件保證工件相應(yīng)的加工要求，其夾具上的數(shù)值應(yīng)取零件的相應(yīng)技術(shù)要去所規(guī)定的數(shù)值的1/3到1/5，從結(jié)構(gòu)上看，若裝配后，通孔套塊軸線到鉆模套的中心線的距離小于或等于零件公差的1/3能滿足加工要求，故夾具的定位尺寸25±0.015mm。能滿足零件精度要去。
最終繪制的用于加工Φ32孔的鉆模裝配圖，在該圖中應(yīng)標(biāo)有的相關(guān)尺寸：
（1） 夾具外形的最大輪廓尺寸：長：275mm寬：189mm高：214mm
（2） 鉆模板與鉆套的元件的聯(lián)系配合尺寸：Φ38H7/g6。
（3） 鉆套中心線與通孔套塊軸線的距離為：25±0.015mm。
總結(jié)
本設(shè)計研究過程中仍然存在一些不足，有的問題還有待進一步深入，具體如下：
1）、系統(tǒng)的設(shè)計不太完善，還可結(jié)合計算機數(shù)據(jù)庫計算分析，整理出更加合理的設(shè)計方案；
2）、存在一定的浪費，夾具的易磨損件在設(shè)計中未明確磨損程度和使用極限。
3）、計算零件加工時間時考慮的是主要的工作時間，沒將操作者輔助時間加上去。
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