K534-插入耳環(huán)工藝及凸臺夾具設計

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機械制造工藝學課程設計 課 程 設 計 題 目 插入耳環(huán)工藝及夾具設計 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生姓名 學 號 指導老師 完成日期 27 目 錄 第一章 零件分析 1 一、零件的功用分析 1 二、零件的工藝分析 1 第二章 機械加工工藝規(guī)程制定 1 一、選擇毛坯種類并確定制造方法 1 二、基面的選擇 1 （一）粗基準的選擇 2 （二）精基準的選擇 2 三、選擇加工方法 2 （一）平面的加工 2 （二）孔的加工 2 （三）外圓與退刀槽、攻螺紋 2 （四）槽加工 2 四、制定工藝路線 2 五、確定加工余量及毛坯尺寸 3 （一） 確定加工余量 3 （二） 確定毛坯基本尺寸 4 （三） 確定毛坯尺寸公差 4 （四） 繪制毛坯簡圖 4 六、工序設計 5 （一）選擇加工設備與工藝裝備 5 （二）確定工序尺寸 6 七、確定切削用量和基本時間 6 （一）工序05（粗銑兩邊面D、E）切削用量及基本時間的確定 7 （二） 工序15（粗車Φ35外圓）切削用量及基本時間的確定 8 （三） 工序20、25（粗車Φ27外圓、倒角C2、錐面及切退刀槽）切削用量及基本時間的確定 10 （四）工序35、40(鉆及擴Φ32mm孔) 切削用量及基本時間的確定 12 （五） 工序45（半精車Φ35外圓）切削用量及基本時間的確定 15 （六） 工序50（精車Φ35外圓）切削用量及基本時間的確定 17 （七） 工序60（車削螺紋）切削用量及基本時間的確定 19 （八）工序70（粗銑鍵槽）切削用量及基本時間的確定 21 （九）工序75（精銑鍵槽）切削用量及基本時間的確定 23 八 夾具設計 24 參考文獻 25 第一章 零件分析 一、零件的功用分析 題目所給的零件是插入耳環(huán)，其作用是用來固定晾衣架的上端，當然插入耳環(huán)的作用還有很多，主要起固定功能。 二、零件的工藝分析 如圖1-1可以看出，標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)的主要設計基準。 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，然后再擴鉆，可達到精度。C面通過粗銑就可以達到要求。A面也通過粗銑。 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、公差及技術要求齊全，加工要求合理，零件的結(jié)構(gòu)工藝性較好。 C面 A面 D面，對立面為E面 圖1-1 第二章 機械加工工藝規(guī)程制定 一、選擇毛坯種類并確定制造方法 按設計任務書，插入耳環(huán)成大批大量生產(chǎn)。 由該零件的功用和原始零件圖可知，該零件材料為45鋼，屈服強度為600MPA，該零件的形狀不是十分復雜，因此毛坯的形狀與零件的形狀應盡量接近，Φ35軸的單邊余量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，所以用150×79×41的毛坯，確定加工余量及毛坯尺寸。 二、基面的選擇 定位基準的選擇是工藝規(guī)程制定中的重要工作，它是工藝路線是否正確合理的前提。正確合理地選擇定位基準，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。 （一）粗基準的選擇 對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準。Φ35mm軸為重要表面，加工時要求余量小而均勻，盡量通過粗基準，加工出一個精基準面，因此應選擇該Φ35mm軸線為粗基準。 （二）精基準的選擇 精基準的選擇有利于保證加工精度，并使工件裝夾方便。在選擇時，主要應該考慮基準重合、基準統(tǒng)一等問題。插入耳環(huán)是帶有孔的零件。Φ32mm孔是精度要求最高的高的孔，俄日避免由于基準不重合而產(chǎn)生誤差，保證加工精度，應選Φ32mm孔為精基準，即遵循“基準重合”的原則。還由于零件的要求是Φ35mm軸和Φ32mm孔在垂直度上有較高的精度要求，因此選擇Φ32mm孔作為精基準，這樣就保證精度要求最高的Φ35mm軸的加工精度，減少加工誤差。在插入耳環(huán)的加工過程中，該孔還可以作為大部分工序的定位基準，加工其他次要表面，體現(xiàn)了“基準統(tǒng)一”的選擇原則。 三、選擇加工方法 （一）平面的加工 平面加工的方法很多，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，由表5-11，根據(jù)GB/T 1804-2000規(guī)定，選用中等級（m），相當于IT13級，故可考慮粗車或粗端銑，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點，選用端銑加工方式。 （二）孔的加工 孔的加工方式有鉆、擴、鏜、拉、磨等。Φ32孔內(nèi)壁粗糙度為Ra6.3，采以就用鉆-擴方式進行加工，鉆孔后擴孔就可以達到這個精度要求，滿足安裝配合E9。Φ5的銷孔，直接用槍孔鉆就可以加工出來。 （三）外圓與退刀槽、攻螺紋 外圓Φ35的加工在本零件中最重要部分。由于外圓的公差等級為IT7級，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。退刀槽可以用切斷刀車出。 （四）槽加工 對槽的加工，槽的要求為Ra3.2，進過粗銑-精銑就可以達到。 四、制定工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。故采用如下加工工藝： 工序5：粗銑二邊表面D、E 定位基準：外圓Φ35 工序10：粗銑C面 定位基準：底面D面以及E面。 工序15：粗車外圓Φ35 定位基準：底面D面以及E面。 工序20：粗車外圓Φ27（工步1）、倒角C1（工步2）及車退刀槽Φ24 定位基準：底面D面以及E面。 工序25：進行熱處理調(diào)質(zhì) 工序30：鉆Φ32的孔 定位基準：外圓Φ35以及R25外圓面。 工序35：擴Φ32的孔 定位基準：外圓Φ35以及R25外圓面。 工序40：半精車外圓Φ35 定位基準：Φ32的孔及兩邊表面D、E。 工序45：精車Φ35 定位基準：Φ32的孔及兩邊表面D、E。 工序50：車錐面，倒角C2 定位基準：Φ32的孔及兩邊表面D、E。 工序55：攻螺紋M27×1.5-6h 定位基準：Φ32的孔及兩邊表面D、E。 工序60：鉆Φ5的銷孔 定位基準：Φ32的孔及兩邊表面D、E。 工序65：粗銑鍵槽 用銑床專用夾具，進行鍵的加工。 工序70：精銑鍵槽 用銑床專用夾具，進行鍵的加工 工序75：銑A面 定位基準：Φ32的孔及兩邊表面D、E。 五、確定加工余量及毛坯尺寸 （一） 確定加工余量 插入耳環(huán)的材料為45鋼，屈服強度600MPa，采用砂型機器造型，且為批量生產(chǎn)。由表5-2知，鑄鋼件采用砂型機器造型時，鑄件的尺寸公差為CT8-CT12級，此處選為CT9級。由表5-3選擇加工余量為H級，根據(jù)機械加工后鑄件的最大輪廓尺寸由表5-4可查得個加工表面余量如下表： 表1-1 加工表面 單邊余量/mm 雙邊余量/mm 備注 兩邊面D、E面 3 6 粗銑一次完成 φ35外圓 3 6 基本尺寸為81mm φ32孔E9 3 6 先用鉆頭鉆孔至Φ31，再擴至Φ32。基本尺寸為孔深尺寸36mm。 銑鍵槽 3 無 基本尺寸為Φ25 M27x1.5-6h的螺紋 7 14 主要由φ35外圓的毛坯尺寸決定 軸向長度84尺寸 3 無 車錐面、粗車Φ27端面、粗車Φ35端面共同決定 （二） 確定毛坯基本尺寸 加工表面的毛坯尺寸只需將零件尺寸加上查取得相應加工余量即可，所得毛坯尺寸如表3-2所示： 表3-2 零件尺寸/mm 加工余量/mm 毛坯尺寸/mm 36 6 42 Φ35 6 Φ41 81 3 84 （三） 確定毛坯尺寸公差 由表5-1，選用CT7級查的各鑄件加工尺寸公差如表3-3所示： 表3-3 毛坯尺寸/mm 公差/mm 標注 結(jié)果 42 1.8 ±0.9 42±0.9 41 1.8 ±0.9 41±0.9 84 2.2 ±1.1 84±1.1 （四） 繪制毛坯簡圖 根據(jù)以上內(nèi)容及砂型鑄件的有關標準與規(guī)定，繪制毛坯簡圖，如圖3-1： 如圖3-1 毛坯簡圖 六、工序設計 （一）選擇加工設備與工藝裝備 1.選擇加工設備 選擇加工設備即選擇機床類型。由于已經(jīng)根據(jù)零件的形狀、精度特點，選擇了加工方法，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)場設備情況。若零件加工余量較大，加工材料又較硬，有必要校驗機床功率。根據(jù)以上內(nèi)容和考慮零件經(jīng)濟度與零件表面設計相適應，又本零件的加工余量和硬度不是很大，故選定各工序機床如下： （1）工序05：XA5032立式升降臺銑床，主要技術參數(shù)見表5-13。 （2）工序10、65、70、75、80：X6132萬能銑床。 （3）工序15、20、25、45、50、55、60：選擇CA6140車床 （4）工序35、40：選用Z3025搖臂鉆床。 2.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、滿足高效率的前提下，亦可部分采用通用夾具。本機械加工工藝規(guī)程中所有工序均采用了專用機床夾具，專門設、制造。 3.選擇刀具 根據(jù)加工工藝需要刀具的選擇情況如下： （1）工序05 二邊表面D、E 高速鋼鑲齒套式面銑刀 （2）工序35 鉆Φ32 高速鋼錐柄麻花鉆 （3）工序15、45、50 YT類硬質(zhì)合金 （4）工序 70、75銑鍵槽 高速鋼鑲齒套式面銑刀 在刀具選擇過程中盡量選擇通用刀具。在中批生產(chǎn)中，不排除在某些工序中使用專用刀具，但專用刀具需要專門定做，詳細的內(nèi)容可參閱《金屬切削刀具》等教材及相關資料。 4.選擇量具 選擇量具的原則是根據(jù)被測對象的要求，在滿足測量精度的前提下，盡量選用操作方便、測量效率搞的量具。量具由通用量具和各種專業(yè)量具，其種類的選擇主要應考慮被測尺寸的性質(zhì)，如內(nèi)徑、外徑、深度、角度、幾何形狀等以及被測工件的特點，如工件的形狀、大小、精度、生產(chǎn)類型等。本零件屬于成批生產(chǎn)，一般采用通用量具。選擇量具的方法有兩種：一種按計量器具的不確定度選擇。一般根據(jù)被測對象的公差帶寬度先查得相應的安全裕度A和計量器具的不確定度允許值(),然后在量具手冊中選擇一種不確定度等于或小于U1的量具；二是按計量器具的測量方法極限誤差選擇。 下面以精車Φ35為例選擇量具。外圓Φ35的尺寸公差T=0.025，選擇刻度值為0.001mm的千分尺。 （二）確定工序尺寸 確定工序尺寸時，對于加工精度要求較低的表面，只需粗加工工序就能保證設計要求，將設計尺寸作為工序尺寸即可，上下偏差的標注也按設計規(guī)定。當加工表面精度較高時，往往要經(jīng)過數(shù)道工序才能達到要求。 工序的尺寸的確定采用的是由后往前推算的方法，由加工表面的最后工序即設計尺寸開始，逐次加上每道加工工序余量，分別得到各工序基本尺寸。各個工序加工余量可查手冊得到，工序尺寸的公差帶寬度按經(jīng)濟精度確定，上下偏差按“入體”原則標注，最后一道工序的公差應按設計要求標注。 下面確定各工序的工序尺寸、余量及確定公差。 （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 0.5 Φ35 IT7 Ra1.6 半精車 1.5 Φ35.5 IT9 Ra6.3 粗車 4 Φ37 IT11 Ra12.5 毛坯 Φ41 （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 14 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 30 30 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 8 IT8 Ra3.2 半精銑 1.5 7.5 IT11 Ra6.3 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 七、確定切削用量和基本時間 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。 （一）工序05（粗銑兩邊面D、E）切削用量及基本時間的確定 1.切削用量 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)表5-26確定銑刀角度，選擇前角Υ=20°，后角α=12°，主偏角k=60°，螺旋角β=10°，已知銑削寬度為63mm，銑削背吃刀量為ap=6mm。 （1）確定每齒進給量 根據(jù)表5-13知XA5032型立式銑床的主電機功率為7.5kw,查表5-27知當工藝系統(tǒng)剛性中等、鑲齒端銑刀加工鑄鐵時，其每齒進給量。由于本工序被吃刀量和銑削寬度較小，故選擇最大的每齒進給量。 （2）選擇銑刀磨鈍標準和耐用時度 根據(jù)表5-28，用高速鋼鑲齒端銑刀粗加工鑄劍時，選擇銑刀后刀面磨損極限值為2.0mm，查表5-29知銑刀直徑d=80mm時，經(jīng)插值的端銑刀的合力耐用度T=50min。刀具耐磨用度是指刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達到磨鈍的標準所經(jīng)歷的總切削時間。 （3）確定切削速度和工作臺每分鐘進給量 查表5-30知，高速鋼銑刀銑削速度為，則所需銑床主軸轉(zhuǎn)速范圍是 根據(jù)XA5032機床的標準主軸轉(zhuǎn)速，由表5-13選取n=60r/min,則實際銑削速度為 工作臺每分鐘進給量為 根據(jù)表5-13中工作臺標準縱向進給量，選取，則實際每齒進給量為 （4）校驗機床功率 由表5-31和表5-32知，銑削力和銑削功率計算公式如下： 式中。所以，銑削梨為 XA5023銑床主電機功率為7.5kW。故選用切削用量合適。最后的切削用量為 2.基本時間 根據(jù)表5-33知，的端銑刀對銑削的基本時間為 式中， —工件銑削部分長度，單位為mm； —切入行程長度，單位為mm，； —切出行程長度，單位mm； —工作臺每分鐘進給量，單位為mm/min。 已知。由表5-34查的切入切出行程長度。所以，基本時間為 （二） 工序15（粗車Φ35外圓）切削用量及基本時間的確定 本工序為粗車外圓，機床采用最常用的CA6140臥式車床，采用YT15硬質(zhì)合金刀具，根據(jù)加工條件和工件材料由表5-35、表5-36、表5-37、表5-38得刀具參數(shù)為主偏角、前角、刃傾角、刀尖圓弧半徑車刀加工。由表5-39知，選用桿部直徑為20mm的圓形車刀。由表5-40知，車刀合理耐用度為。 1.確定粗車Φ35外圓切削用量 （1）確定背吃刀量 由前述可知粗車時雙邊加工余量為4mm，,粗車后外圓直徑為，故單邊余量為2mm，即。 （2）確定進給量 對于粗加工，根據(jù)表5-42，按照CA6140機床的進給量值，以及參考《金屬加工工藝及工裝設計》第95頁表4-53可知，當加工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，因此選取。 （3）確定切削速度 根據(jù)表5-43的計算公式確定切削速度 式中，，因本例的加工條件與該公式應用條件不完全相同，故需根據(jù)表5-32對車削速度進行修正：根據(jù)刀具耐用度T=60min，得修正系數(shù)為；根據(jù)工件材料，得修正系數(shù)為；根據(jù)毛坯表面狀態(tài)得修正系數(shù)為，刀具材料為YT15，得修正系數(shù)；主偏角，經(jīng)插值得修正系數(shù)。所以 查表5-44，以及參考《金屬加工工藝及工裝設計》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)CA6140機床上的主軸轉(zhuǎn)速選擇，則實際切削速度為 （4）檢驗機床功率 由表5-45，查得切削力和切削功率計算公式如下： 式中，，，由表5-32得：與刀具耐用度有關的修正系數(shù)，與工件材料有關的修正系數(shù)，與主偏角相關的修正系數(shù)；與前角有關的修正系數(shù)。因此總的修正系數(shù)為 所以，切削力為 切削功率為 根據(jù)表5-46知：CA6140機床主電機功率，因，故上述切削用量可用，最后所確定的切削用量為 ； 。 2. 基本時間 由表5-47得外圓的基本時間為 式中，——切削加工長度，單位為mm； ——刀具切人長度，單位為mm，； ——刀具切入長度，單位為mm，； ——單件小批量生產(chǎn)時的試切附加長度，單位為mm； ——進給次數(shù)。 已知，，，，，，。所以，基本時間為 （三） 工序20、25（粗車Φ27外圓、倒角C2、錐面及切退刀槽）切削用量及基本時間的確定 本工序為粗車外圓，機床采用最常用的CA6140臥式車床，采用YT15硬質(zhì)合金刀具，根據(jù)加工條件和工件材料由表5-35、表5-36、表5-37、表5-38得刀具參數(shù)為主偏角、前角、刃傾角、刀尖圓弧半徑車刀加工。由表5-39知，選用桿部直徑為20mm的圓形車刀。由表5-40知，車刀合理耐用度為。 1.確定粗車Φ27外圓切削用量 （1）確定背吃刀量 由前述可知粗車時雙邊加工余量為8mm，,粗車后外圓直徑為，故單邊余量為4mm，即。 （2）確定進給量 對于粗加工，根據(jù)表5-42，按照CA6140機床的進給量值，以及參考《金屬加工工藝及工裝設計》第95頁表4-53可知，當加工45鋼時，車刀刀桿尺寸B×H為20×30，背吃刀量a =4.0mm，則進給量f=0.4~0.5mm/r，因此選取。 （3）確定切削速度 根據(jù)表5-43的計算公式確定切削速度 式中，，因本例的加工條件與該公式應用條件不完全相同，故需根據(jù)表5-32對鏜削速度進行修正：根據(jù)刀具耐用度T=60min，得修正系數(shù)為；根據(jù)工件材料，得修正系數(shù)為；根據(jù)毛坯表面狀態(tài)得修正系數(shù)為，刀具材料為YT15，得修正系數(shù)；主偏角，經(jīng)插值得修正系數(shù)。所以 查表5-44，以及參考《金屬加工工藝及工裝設計》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)CA6140機床上的主軸轉(zhuǎn)速選擇，則實際切削速度為 （4）檢驗機床功率 由表5-45，查得切削力和切削功率計算公式如下： 式中，，，由表5-32得：與刀具耐用度有關的修正系數(shù)，與工件材料有關的修正系數(shù)，與主偏角相關的修正系數(shù)；與前角有關的修正系數(shù)。因此總的修正系數(shù)為 所以，切削力為 切削功率為 根據(jù)表5-46知：CA6140機床主電機功率，因，故上述切削用量可用，最后所確定的切削用量為 ； 。 2. 基本時間 由表5-47得外圓的基本時間為 式中，——切削加工長度，單位為mm； ——刀具切人長度，單位為mm，； ——刀具切入長度，單位為mm，； ——單件小批量生產(chǎn)時的試切附加長度，單位為mm； ——進給次數(shù)。 已知，，，，，，。所以，基本時間為 （四）工序35、40(鉆及擴Φ32mm孔) 切削用量及基本時間的確定 本工序為鉆及擴Φ32mm的孔，所選用機床為Z3025搖臂鉆床。根據(jù)表5-19知選取d=30mm,l=294mm,莫氏圓錐號為3號的高速鋼錐柄麻花鉆作為刀具。根據(jù)表5-48選擇的麻花鉆參數(shù)由表5-49知，當時，選擇鉆頭后刀面磨損極限值為0.9mm，耐用度T=50min。 1.切削用量 （1） 確定背吃刀梁鉆孔時，，故可取=15mm。 （2）確定進給量按照加工要求決定進給量。鉆頭直徑，工件材料為45鋼時，根據(jù)表5-50，鉆頭進給范圍mm/r.根據(jù)表5-51，選取。因為孔的深度與孔的直徑相差不多，故無需修正系數(shù)來修正。 （3）確定切削速度v 根據(jù)表5-52的計算公式 式中，。因本例的加工的條件與該公式應用條件不完全相同，故對切削速度進行修正，由表5-53得：根據(jù)刀具耐磨度T=50min，得修正系數(shù)k;工件材料=600MPa，得修正系數(shù)為；刀具材料為高速鋼，得修正系數(shù)；鉆頭為標準刃磨形狀，得修正系數(shù)。所以 根據(jù)Z3025機床標準主軸轉(zhuǎn)速，由表5-54選取n=125m/min,實際轉(zhuǎn)速為： （4）校驗機床功率 由表5-55，查的轉(zhuǎn)矩T和切削功率計算公式如下： 式中，，由表5-56得：與加工材料有關的修正系數(shù)45鋼的修整系數(shù)為；與刃磨形狀有關的修正系數(shù)；與刀具磨鈍有關的修正系數(shù)。因此總的修正系數(shù)為 所以鉆孔時的轉(zhuǎn)矩為 切削功率為 由表5-14知，Z3025機床主軸的最大轉(zhuǎn)矩 ，主電機功率。由于 ，故選用的切削用量可以用。最后確定的切削用量為 =15mm 2.基本時間 由表5-57的鉆孔的基本時間為 式中，—共建切削部分長度，單位為mm； —切入量，單位mm，； —超入量，單位mm, : 已知=36mm, ==10.73mm 所以，加工3個空所用基本時間為 =3=3 （五） 工序45（半精車Φ35外圓）切削用量及基本時間的確定 本工序為半精車外圓，機床采用最常用的CA6140臥式車床，采用YT15硬質(zhì)合金刀具，根據(jù)加工條件和工件材料由表5-35、表5-36、表5-37、表5-38得刀具參數(shù)為主偏角、前角、刃傾角、刀尖圓弧半徑車刀加工。由表5-39知，選用桿部直徑為20mm的圓形車刀。由表5-40知，車刀合理耐用度為。 1.確定粗車Φ35外圓切削用量 （1）確定背吃刀量 由前述可知粗車時雙邊加工余量為1.5mm，,半精車后外圓直徑為，故單邊余量為0.75mm，即。 （2）確定進給量 對于半精加工，根據(jù)表5-42，按照CA6140機床的進給量值，以及參考《金屬加工工藝及工裝設計》第95頁表4-53可知，當加工45鋼時，車刀刀桿尺寸B×H為20×30，背吃刀量a =0.75mm，因此選取。 （3）確定切削速度 根據(jù)表5-43的計算公式確定切削速度 式中，，因本例的加工條件與該公式應用條件不完全相同，故需根據(jù)表5-32對車削速度進行修正：根據(jù)刀具耐用度T=60min，得修正系數(shù)為；根據(jù)工件材料，得修正系數(shù)為；根據(jù)毛坯表面狀態(tài)得修正系數(shù)為，刀具材料為YT15，得修正系數(shù)；主偏角，經(jīng)插值得修正系數(shù)。所以 查表5-44，根據(jù)CA6140機床上的主軸轉(zhuǎn)速選擇，則實際切削速度為 （4）檢驗機床功率 由表5-45，查得切削力和切削功率計算公式如下： 式中，，，由表5-32得：與刀具耐用度有關的修正系數(shù)，與工件材料有關的修正系數(shù)，與主偏角相關的修正系數(shù)；與前角有關的修正系數(shù)。因此總的修正系數(shù)為 所以，切削力為 切削功率為 根據(jù)表5-46知：CA6140機床主電機功率，因，故上述切削用量可用，最后所確定的切削用量為 ； 。 2. 基本時間 由表5-47得外圓的基本時間為 式中，——切削加工長度，單位為mm； ——刀具切人長度，單位為mm，； ——刀具切入長度，單位為mm，； ——單件小批量生產(chǎn)時的試切附加長度，單位為mm； ——進給次數(shù)。 已知，，，，，，。所以，基本時間為 （六） 工序50（精車Φ35外圓）切削用量及基本時間的確定 本工序為精車外圓，機床采用最常用的CA6140臥式車床，采用YT15硬質(zhì)合金刀具，根據(jù)加工條件和工件材料由表5-35、表5-36、表5-37、表5-38得刀具參數(shù)為主偏角、前角、刃傾角、刀尖圓弧半徑車刀加工。由表5-39知，選用桿部直徑為20mm的圓形車刀。由表5-40知，車刀合理耐用度為。 1.確定精車Φ35外圓切削用量 （1）確定背吃刀量 由前述可知粗車時雙邊加工余量為0.5mm，精車后外圓直徑為，故單邊余量為0.25mm，即。 （2）確定進給量 對于精加工，根據(jù)表5-42，按照CA6140機床的進給量值，以及參考《金屬加工工藝及工裝設計》第95頁表4-53可知，當加工45鋼時，車刀刀桿尺寸B×H為20×30，背吃刀量a =0.75mm，因此選取。 （3）確定切削速度 根據(jù)表5-43的計算公式確定切削速度 式中，，因本例的加工條件與該公式應用條件不完全相同，故需根據(jù)表5-32對車削速度進行修正：根據(jù)刀具耐用度T=60min，得修正系數(shù)為；根據(jù)工件材料，得修正系數(shù)為；根據(jù)毛坯表面狀態(tài)得修正系數(shù)為，刀具材料為YT15，得修正系數(shù)；主偏角，經(jīng)插值得修正系數(shù)。所以 查表5-44，根據(jù)CA6140機床上的主軸轉(zhuǎn)速選擇，則實際切削速度為 （4）檢驗機床功率 由表5-45，查得切削力和切削功率計算公式如下： 式中，，，由表5-32得：與刀具耐用度有關的修正系數(shù)，與工件材料有關的修正系數(shù)，與主偏角相關的修正系數(shù)；與前角有關的修正系數(shù)。因此總的修正系數(shù)為 所以，切削力為 切削功率為 根據(jù)表5-46知：CA6140機床主電機功率，因，故上述切削用量可用，最后所確定的切削用量為 ； 。 2. 基本時間 由表5-47得外圓的基本時間為 式中，——切削加工長度，單位為mm； ——刀具切人長度，單位為mm，； ——刀具切入長度，單位為mm，； ——單件小批量生產(chǎn)時的試切附加長度，單位為mm； ——進給次數(shù)。 已知，，，，，，。所以，基本時間為 （七） 工序60（車削螺紋）切削用量及基本時間的確定 本工序為車削外圓，機床采用最常用的CA6140臥式車床，采用YT15硬質(zhì)合金刀具，根據(jù)加工條件和工件材料由表5-35、表5-36、表5-37、表5-38得刀具參數(shù)為主偏角、前角、刃傾角、刀尖圓弧半徑車刀加工。由表5-39知，選用桿部直徑為20mm的圓形刀。由表5-40知，車刀合理耐用度為。 1.確定外圓切削用量 （1）確定背吃刀量 由前述可知車削時雙邊加工余量為1.5mm，,車削螺紋后外圓直徑為，故單邊余量為0.75mm，即。 （2）確定進給量 對于粗加工，根據(jù)表5-42，按照CA6140機床的進給量值，以及參考《金屬加工工藝及工裝設計》第95頁表4-53可知，當加工45鋼時，車刀刀桿尺寸B×H為20×30，背吃刀量a =0.75mm，因此選取。 （3）確定切削速度 根據(jù)表5-43的計算公式確定切削速度 式中，，因本例的加工條件與該公式應用條件不完全相同，故需根據(jù)表5-32對車削速度進行修正：根據(jù)刀具耐用度T=60min，得修正系數(shù)為；根據(jù)工件材料，得修正系數(shù)為；根據(jù)毛坯表面狀態(tài)得修正系數(shù)為，刀具材料為高速鋼，得修正系數(shù)；主偏角，經(jīng)插值得修正系數(shù)。所以 查表5-44，根據(jù)CA6140機床上的主軸轉(zhuǎn)速選擇，則實際切削速度為 （4）檢驗機床功率 由表5-45，查得切削力和切削功率計算公式如下： 式中，，，由表5-32得：與刀具耐用度有關的修正系數(shù)，與工件材料有關的修正系數(shù)，與主偏角相關的修正系數(shù)；與前角有關的修正系數(shù)。因此總的修正系數(shù)為 所以，切削力為 切削功率為 根據(jù)表5-46知：CA6140機床主電機功率，因，故上述切削用量可用，最后所確定的切削用量為 ； 。 2. 基本時間 由表5-47得外圓的基本時間為 式中，——切削加工長度，單位為mm； ——刀具切人長度，單位為mm，； ——刀具切入長度，單位為mm，； ——單件小批量生產(chǎn)時的試切附加長度，單位為mm； ——進給次數(shù)。 已知，，，，，，。所以，基本時間為 （八）工序70（粗銑鍵槽）切削用量及基本時間的確定 1.切削用量 本道工序是粗銑端面，已知加工材料為45鋼，機床選用X6132萬能銑床，選用刀具為高速鋼鑲齒套式面銑刀，其參數(shù)：直徑d=80mm,孔徑D=27mm，寬L=36mm，齒數(shù)z=10.根據(jù)表5-26確定銑刀角度，選擇前角。已知銑削寬度為8mm，銑削背吃刀量為ap=2.5mm。 （1）確定每齒進給量 根據(jù)表5-13知X6132萬能銑床的主電機功率為7.5kw,查表5-27知當工藝系統(tǒng)剛性中等、鑲齒端銑刀加工鑄鐵時，其每齒進給量。由于本工序被吃刀量和銑削寬度較小，故選擇最大的每齒進給量。 （2）選擇銑刀磨鈍標準和耐用時度 根據(jù)表5-28，用高速鋼鑲齒端銑刀粗加工鑄劍時，選擇銑刀后刀面磨損極限值為2.0mm，查表5-29知銑刀直徑d=80mm時，經(jīng)插值的端銑刀的合力耐用度T=50min。刀具耐磨用度是指刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達到磨鈍的標準所經(jīng)歷的總切削時間。 （3）確定切削速度和工作臺每分鐘進給量 查表5-30知，高速鋼銑刀銑削速度為，則所需銑床主軸轉(zhuǎn)速范圍是 根據(jù)X6132萬能銑床的標準主軸轉(zhuǎn)速，由表5-13選取n=75r/min,則實際銑削速度為 工作臺每分鐘進給量為 根據(jù)表5-13中工作臺標準縱向進給量，選取，則實際每齒進給量為 （4）校驗機床功率 由表5-31和表5-32知，銑削力和銑削功率計算公式如下： 式中。所以，銑削梨為 XA5023銑床主電機功率為7.5kW。故選用切削用量合適。最后的切削用量為 2.基本時間 根據(jù)表5-33知，的端銑刀對銑削的基本時間為 式中， —工件銑削部分長度，單位為mm； —切入行程長度，單位為mm，； —切出行程長度，單位mm； —工作臺每分鐘進給量，單位為mm/min。 已知。由表5-34查的切入切出行程長度。所以，基本時間為 （九）工序75（精銑鍵槽）切削用量及基本時間的確定 1.切削用量 本道工序為精銑鍵槽，已知加工材料為45鋼，機床選用X6132萬能銑床，選用刀具為高速鋼鑲齒套式面銑刀，其參數(shù)：直徑d=80mm,孔徑D=27mm，寬L=36mm，齒數(shù)z=10.根據(jù)表5-26確定銑刀角度，選擇前角。已知銑削寬度為8mm，銑削背吃刀量為ap=0.5mm。 （1）確定每齒進給量 根據(jù)表5-13知X6132萬能銑床的主電機功率為7.5kw,查表5-27知當工藝系統(tǒng)剛性中等、鑲齒端銑刀加工鑄鐵時，其每齒進給量。由于本工序被吃刀量和銑削寬度較小，故選擇最大的每齒進給量。 （2）選擇銑刀磨鈍標準和耐用時度 根據(jù)表5-28，用高速鋼鑲齒端銑刀粗加工鑄劍時，選擇銑刀后刀面磨損極限值為2.0mm，查表5-29知銑刀直徑d=80mm時，經(jīng)插值的端銑刀的合力耐用度T=50min。刀具耐磨用度是指刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達到磨鈍的標準所經(jīng)歷的總切削時間。 （3）確定切削速度和工作臺每分鐘進給量 查表5-30知，高速鋼銑刀銑削速度為，則所需銑床主軸轉(zhuǎn)速范圍是 根據(jù)X6132萬能銑床的標準主軸轉(zhuǎn)速，由表5-13選取n=75r/min,則實際銑削速度為 工作臺每分鐘進給量為 根據(jù)表5-13中工作臺標準縱向進給量，選取，則實際每齒進給量為 （4）校驗機床功率 由表5-31和表5-32知，銑削力和銑削功率計算公式如下： 式中。所以，銑削梨為 XA5023銑床主電機功率為7.5kW。故選用切削用量合適。最后的切削用量為 2.基本時間 根據(jù)表5-33知，的端銑刀對銑削的基本時間為 式中， —工件銑削部分長度，單位為mm； —切入行程長度，單位為mm，； —切出行程長度，單位mm； —工作臺每分鐘進給量，單位為mm/min。 已知。由表5-34查的切入切出行程長度。所以，基本時間為 八 夾具設計 本夾具是用32孔和27.5外圓定位，定位原件是V型塊和定位軸，用直壓板壓緊，鉆模座鉸鏈形式，加緊工件后將鉆模座旋轉(zhuǎn)到指定位置，用圓壓塊壓緊，開始鉆孔。鉆套采用可換鉆套，方便在鉆套磨損候更換 夾具裝配圖如下: 參考文獻 [1] 王先逵主編，《機械制造工藝學》，第二版，北京：機械工業(yè)出版社，2006 [2] 王棟主編，《機械制造工藝學課程設計指導書》，北京：機械工業(yè)出版社，2010 [3] 成大先主編，《機械設計手冊》，第五版，北京：化工工業(yè)出版社，2007 [4] 王蘭美主編，《畫法幾何及工程制圖》，北京：機械工業(yè)出版社，2002 [5] 王先逵，《機械制造工藝學手冊》，第二版，北京：機械工業(yè)出版社，2007 第3章 銑工藝凸臺的銑床夾具 3.1 研究原始質(zhì)料 利用本夾具主要用來加工為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。 由指導老師的分配，決定設計銑工藝凸臺的銑床夾具。加工時除了要滿足粗糙度要求外，還應滿足兩孔軸線間公差要求。為了保證技術要求，最關鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強度。 一、機床夾具定位元件 工件定位方式不同，夾具定位元件的結(jié)構(gòu)形式也不同，這里只介紹幾種常用的基本定位元件。實際生產(chǎn)中使用的定位元件都是這些基本定位元件的組合。 （一）工件以平面定位常用定位元件 1．支承釘 常用支承釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式如圖6-1所示。平頭支承釘（圖a）用于支承精基準面；球頭支承釘（圖b）用于支承粗基準面；網(wǎng)紋頂面支承釘（圖c）能產(chǎn)生較大的摩擦力，但網(wǎng)槽中的切屑不易清除，常用在工件以粗基準定位且要求產(chǎn)生較大摩擦力的側(cè)面定位場合。一個支承釘相當于一個支承點，限制一個自由度；在一個平面內(nèi)，兩個支承釘限制二個自由度；不在同一直線上的三個支承釘限制三個自由度。 圖6-1 常用支承釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式 2．支承板 常用的支承板結(jié)構(gòu)形式如圖6-2所示。平面型支承板（圖a）結(jié)構(gòu)簡單，但沉頭螺釘處清理切屑比較困難，適于作側(cè)面和頂面定位；帶斜槽型支承板（圖b），在帶有螺釘孔的斜槽中允許容納少許切屑，適于作底面定位。當工件定位平面較大時，常用幾塊支承板組合成一個平面。一個支承板相當于兩個支承點，限制兩個自由度；兩個（或多個）支承板組合，相當于一個平面，可以限制三個自由度。 圖6-2 常用支承板的結(jié)構(gòu)形式 3．可調(diào)支承 常用可調(diào)支承結(jié)構(gòu)形式如圖6-3所示?？烧{(diào)支承多用于支承工件的粗基準面，支承高度可以根據(jù)需要進行調(diào)整，調(diào)整到位后用螺母鎖緊。一個可調(diào)支承限制一個自由度。 圖6-3 常用可調(diào)支承的結(jié)構(gòu)形式 (二) 工件以孔定位常用定位元件 1．定位銷 圖6-6是幾種常用固定式定位銷的結(jié)構(gòu)形式。當工件的孔徑尺寸較小時，可選用圖 a 所示的結(jié)構(gòu)；當孔徑尺寸較大時，選用圖 b 所示的結(jié)構(gòu)；當工件同時以圓孔和端面組合定位時，則應選用圖c所示的帶有支承端面的結(jié)構(gòu)。用定位銷定位時，短圓柱銷限制二個自由度；長圓柱銷可以限制四個自由度；短圓錐銷（圖d）限制三個自由度。 圖6-6 固定式定位銷的結(jié)構(gòu)形式 3.2 定位、夾緊方案的選擇 由零件圖可知：在對加工前，平面進行了粗、精銑加工，Φ32孔進行了鉆、擴加工。因此，定位、夾緊方案有： 為了使定位誤差達到要求的范圍之內(nèi)，采用一面一銷定位方式，這種定位在結(jié)構(gòu)上簡單易操作。一面即底平面。 3.3 切削力及夾緊力的計算 刀具：面銑刀（硬質(zhì)合金） 刀具有關幾何參數(shù)： 由參考文獻[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計算公式： 有： 根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值，即： 安全系數(shù)K可按下式計算： 式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]1～2～1可知其公式參數(shù)： 由此可得： 所以 根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即： 安全系數(shù)K可按下式計算有：： 式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]表可得： 所以有： 參考文獻，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力F夾與切削力Ｆ之間的關系F夾＝KF軸向力：F夾＝KF （N） 扭距： Nm 3.4 誤差分析與計算 該夾具以采用一面一銷再加上一擋銷的定位方式，為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。 與機床夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示： 由參考文獻[5]可得： ⑴銷的定位誤差 ： 其中： ， ， ， ⑵ 夾緊誤差 ： 其中接觸變形位移值： 查[5]表1～2～15有。 ⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過 ⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取 誤差總和： 3. 5 定向鍵與對刀裝置設計 定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負荷，加強夾具在加工中的穩(wěn)固性。 根據(jù)GB2207—80定向鍵結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖5.1 夾具體槽形與螺釘 根據(jù)T形槽的寬度 a=18mm 定向鍵的結(jié)構(gòu)尺寸如表5.4： 表5.4 定向鍵 B L H h D 夾具體槽形尺寸 公稱尺寸 允差d 允差 公稱尺寸 允差D 18 ～0.012 ～0.035 25 12 4 12 4.5 18 +0.019 5 對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。 塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如圖5.3所示： 圖5.3 平塞尺 塞尺尺寸參數(shù)如表5.5： 表5.5 塞尺 公稱尺寸H 允差d C 3 ～0.006 0.25 上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。 3.6 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 對夾具體的設計的基本要求 （1）應該保持精度和穩(wěn)定性 在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。 （2）應具有足夠的強度和剛度 保證在加工過程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動是不允許的，夾具應有足夠的厚度，剛度可以適當加固。 （3）結(jié)構(gòu)的方法和使用應該不錯 夾較大的工件的外觀，更復雜的結(jié)構(gòu)，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應特別注意結(jié)構(gòu)的過程中，應處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強度）前提下，應能減小體積減輕重量，結(jié)構(gòu)應該簡單。 （4）應便于鐵屑去除 在加工過程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時清除，切削熱的積累會破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個過程中的鐵屑不多，可適當增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對切削過程中產(chǎn)生更多的，一般應在夾具體上面。 （5）安裝應牢固、可靠 夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當夾安裝在重力的中心，夾具應盡可能低，支撐面積應足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識別特定的文件夾結(jié)構(gòu)，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。 加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產(chǎn)生沖擊和振動，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結(jié)構(gòu)應便于鐵屑。此外，夾點技術，經(jīng)濟的具體結(jié)構(gòu)和操作、安裝方便等特點，在設計中還應考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結(jié)構(gòu)應便排出鐵屑。 3.7夾具設計及操作的簡要說明 為提高生產(chǎn)率，經(jīng)過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋機構(gòu)）。這類夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。 此外，當夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時根據(jù)情況進行調(diào)整換取。