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機械制造技術課程設計說明書 設計題目： 制定帶輪的加工工藝，設 計鉆2XФ18孔的鉆床夾具 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 學 號： 姓 名： 指導教師： 設計時間 20**年11月26日至20**年12月14日 摘要 作為主要的車削加工機床，CA6140機床廣泛的應用于機械加工行業(yè)中，本設計主要針對CA6140機床的皮帶輪進行測繪、設計與制造，設計的內容主要有皮帶輪和皮帶的主要參數(shù)的確定，傳動比的擬定，對主要參數(shù)進行了計算和驗算，對鉆孔夾具的設計。最后還對皮帶輪的加工工藝進行了設計以滿足皮帶輪制造時在精度方面的要求，通過對該零件車削加工工藝設計，進一步加強了設計者對車削加工工藝設計的基礎知識，使設計者在擬定工藝分析方案過程中對皮帶輪加工工藝規(guī)程制定。 目 錄 摘要1 目錄 前言 第一章皮帶輪工藝分析與測繪 一、圖紙分析 第二章 皮帶輪的設計 第三章工藝規(guī)程設計 一、確定毛坯的制造形式 二、基面的選擇 三、工藝路線的制定 四、機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 五、刀具選擇 六、確定切削用量及基本工時 第四章 夾具設計 第五章 參考文獻 前言 皮帶輪屬于盤、轂類零件，一般相對尺寸比較大，制造工藝上一般以鑄造、鍛造為主。一般尺寸較大的設計為用鑄造的方法，材料一般都是鑄鐵（鑄造性能較好），很少用鑄鋼（鋼的鑄造性能不佳）；一般尺寸較小的，可以設計為鍛造，材料為鋼。皮帶輪各項指標及材質的選用是以能夠達到使用要求的前提下上盡量減少原材料、工藝可行、成本最低的選擇原則！皮帶輪主要用于遠距離傳送動力的場合，例如小型柴油機動力的輸出，農用車，拖拉機，汽車，礦山機械，機械加工設備，紡織機械，包裝機械，車床，鍛床，一些小馬力摩托車動力的傳動，農業(yè)機械動力的傳送，空壓機，減速器，減速機，發(fā)電機，軋花機等等。 皮帶輪傳動的優(yōu)點有：皮帶輪傳動能緩和載荷沖擊；皮帶輪傳動運行平穩(wěn)、低噪音、低振動；皮帶輪傳動的結構簡單，調整方便；皮帶輪傳動對于皮帶輪的制造和安裝精度不像嚙合傳動嚴格；皮帶輪傳動具有過載保護的功能；皮帶輪傳動的兩軸中心距調節(jié)范圍較大。皮帶傳動的缺點有：皮帶輪傳動有彈性滑動和打滑，傳動效率較低和不能保持準確的傳動比；皮帶輪傳動傳遞同樣大的圓周力時，輪廓尺寸和軸上的壓力比嚙合傳動大；皮帶輪傳動皮帶的壽命較短。各類機械設備的皮帶輪的直徑等尺寸都是自己根據(jù)減速比配的，根據(jù)工作轉速與電機的轉速自己設計。 工作轉速/電機轉速=從動輪直徑/主動輪直徑*0.98(滑動系數(shù))，如使用鋼為材料的皮帶輪,要求線速度不高于40m/s,如使用鑄鐵的材料,要求線速度不高于35m/s，電機轉速與皮帶輪直徑換算比，速度比=輸出轉速:輸入轉速=負載皮帶輪節(jié)圓直徑:電機皮帶輪節(jié)圓直徑。節(jié)圓直徑和基準直徑是一樣的，直徑-2h=節(jié)圓直徑，h是基準線上槽深，不同型號的V帶h是不一樣的，Y Z A B C D E，基準線上槽深分別為h=1.6 2 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6。皮帶輪節(jié)圓直徑就是皮帶輪節(jié)線位置理論直徑,有點像齒輪的分度圓直徑.一般用PD表示,外圓一般用OD表示.不同的槽型節(jié)圓與外圓的換算公式不一樣,一般我們比較容易測量到皮帶輪的外圓,在根據(jù)公式計算出節(jié)圓.SPZ:OD=PD+4;SPA:OD=PD+5.5;SPB:OD=PD+7;SPC:OD=PD+9.6。A或SPA的帶輪最小外徑尺寸為80mm，如小于該尺寸，特別是在高速的情況下，皮帶容易出現(xiàn)分層及底部出現(xiàn)裂紋等毛病。SPZ帶，小輪不小于63mm即可。同時要注意皮帶安裝的手法及張力，過小易打滑，過大易損壞皮帶與軸承。 就我個人而言，我希望能通過設計對自己未來從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛 煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國的現(xiàn)代化建設打下一個良好的基礎。 第一章 皮帶輪工藝分析與測繪 圖-1 測繪尺寸如圖示 該零件是軸類零件，形狀不太復雜，尺寸精度要求比較高。零件的主要技術要求分析如下： (1) 三個M8螺紋孔有位置度要求，整個零件的精度要求都非常高。 (2) Φ240的外圓和Φ150H7的內孔,都有很高的尺寸精度要求,兩端面都有形位公差值來保證。輪槽的中心線也有跳動值誤差。這些主要是為了和其裝配件很好的裝配。 (3)在Φ240的外圓上車V形帶,要注意他們的相互位置。 一、 圖紙分析 （一）零件圖的完整性、正確性分析 零件圖的完整性、正確性分析主要是檢查零件設計圖紙是否存在漏標尺寸或各種標注錯誤。設計圖紙常常遇到漏標尺寸現(xiàn)象或構成零件輪廓的幾何元素的條件不充分，如圓弧與直線、圓弧與圓弧在圖樣上相切，可是依據(jù)圖樣給出的尺寸計算相切條件時卻變成了相交或相離狀態(tài)，這種情況導致工作無法進行。 本零件圖經過檢查，未發(fā)現(xiàn)漏標尺寸或標注錯誤。 （二） 零件的技術要求分析 1、尺寸精度分析：主要根據(jù)設備精度及工藝水平能夠達到的尺寸精度以及過往是否有過類似零件的加工經驗來判斷是否有能力做到圖紙要求的尺寸精度。本零件外圓尺寸精度要求相當于IT6-7級，角度公差0.2分，必須選用硬質合金車刀通過精車來達到。 2、 形狀精度分析：主要根據(jù)設備精度及工藝水平能夠達到的形狀精度以及過往是否有過類似零件的加工經驗來判斷是否有能力做到圖紙要求的形狀精度。形狀精度誤差通常是由于機床、刀具或工件的剛性不好引起，例如：刀具不夠鋒利或切削量太大導致切削力太大引起工件變形，刀尖高度安裝不正確或磨損導致形狀誤差。本零件形狀精度包含在尺寸精度內。 3、位置精度分析：主要考慮設備精度及工藝水平能夠達到的位置精度及過往的類似零件加工水平判斷是否有能力做到圖紙要求的位置精度，發(fā)現(xiàn)問題應及時與零件設計者協(xié)商解決。位置精度主要依靠精加工的加工工藝來保證，例如有同軸度和垂直度要求的幾何形狀，一般要求在一次裝夾中加工完成。 4、 表面粗糙度分析：主要考慮設備及工藝水平能夠達到的表面粗糙度及過往的類似零件加工水平判斷是否有能力做到圖紙要求的表面粗糙度。 （1）熱處理要求分析：主要考慮熱處理設備及工藝水平及過往的類似零件熱處理水平判斷是否有能力做到圖紙要求的熱處理工藝。一般零件熱處理工藝要注意以下4點要求:(1)鍛造毛坯在加工前，均需安排正火或退火處理，使鋼材內部晶粒細化，消除鍛造應力，降低材料硬度，改善切削加工性能。(2)調質一般安排在粗車之后、半精車之前，以獲得良好的物理力學性能。(3)表面淬火一般安排在精加工之前，這樣可以糾正因淬火引起的局部變形。(4)精度要求高的零件，在局部淬火或粗磨之后，還需進行低溫時效處理。 （2）其它技術條件分析：如工件材料要求、清潔要求、包裝及運輸要求等等。 第一章 皮帶輪的設計 帶傳動是一種撓性傳動，基本組成零件為帶輪（包括主動帶輪和從動帶輪）和傳動帶。 按照工作原理的不同，帶傳動可分為摩擦型帶傳動和嚙合型帶傳動，根據(jù)你問題里提出的“皮帶輪傳動設計”，可以知道屬于前者，即摩擦型帶傳動，根據(jù)傳動帶的橫截面形狀的不同其又分為：平帶傳動、圓帶傳動、V帶傳動和多楔帶傳動。由于V帶傳動允許的傳動比大，結構緊湊，且大多數(shù)V帶已標準化，因此獲得了廣泛的應用 普通V帶的選擇應保證帶傳動不打滑的前提下能傳遞最大功率，同時要有足夠的疲勞強度，以滿足一定的使用壽命。 帶對軸壓力皮帶傳動主要有：平皮帶、三角帶、同步齒型帶三種，三種皮帶都有國家標準，但是皮帶輪因傳動比、功率的變化較大，沒有完全對應的國家標準或國家標準無法涵蓋所有內容，但國家標準確定了選用范圍、使用條件、設計方法等內容。 例如：國家標準規(guī)定了三角皮帶的型號有O、A、B、C、D、E、F七種型號，相應的皮帶輪輪槽角度有三種34°、36°、38°，同時規(guī)定了每種型號三角帶對應每種輪槽角度的小皮帶輪的最小直徑，但大皮帶輪未作規(guī)定。 皮帶輪的槽角分34度、36度、38度，具體的選擇要根據(jù)帶輪的槽型和基準直徑選擇；皮帶輪的槽角跟皮帶輪的直徑有關系,不同型號的皮帶輪的槽角在不同直徑范圍下的推薦皮帶輪槽角度數(shù)如下： 一、O型皮帶輪在帶輪直徑范圍在50mm～71mm時為34度；在71mm～90mm時為36度， >90mm時為38度； A型皮帶輪在帶輪直徑范圍在71mm～100mm時為34度，100mm～125mm時為36度；>125mm時為38度； 二、B型皮帶輪在帶輪直徑范圍在 125mm～160mm時為34度；160mm～200mm時為36度，>200mm時為38度； 三、C型皮帶輪在帶輪直徑范圍在200mm～250mm時為34度，250mm～315mm時為36度，>315mm時為38度； 四、D型皮帶輪在帶輪直徑范圍在 355mm～450mm時為36度，>450mm時為38度； 五、E型 500mm～630mm時為36度，>630mm時為38度。 三角帶的型號有：普通型O A B C D E 3V 5V 8V，普通加強型AX BX CX DX EX 3VX 5VX 8VX，窄V帶SPZ SPA SPB SPC，強力窄V帶XPA XPB XPC；三角帶的每一個型號規(guī)定了三角帶的斷面尺寸，A型三角帶的斷面尺寸是：頂端寬度13mm、厚度為8mm；B型三角帶的斷面尺寸是：頂端寬度17MM，厚度為10.5MM；C型三角帶的斷面尺寸是：頂端寬度22MM，厚度為13.5MM；D型三角帶的斷面尺寸是：頂端寬度21.5MM，厚度為19MM；E型三角帶的斷面尺寸是：頂端寬度38MM，厚度為25.5MM。對應尺寸(寬*高)：O（10*6）、A（12.5*9）、B（16.5*11）、C（22*14）、D（21.5*19）、E（38*25.5）。 皮帶輪的直徑等尺寸都是自己根據(jù)減速比配的，根據(jù)工作轉速與電機的轉速自己設計。 工作轉速/電機轉速=從動輪直徑/主動輪直徑*0.98(滑動系數(shù))，如使用鋼為材料的皮帶輪,要求線速度不高于40m/s,如使用鑄鐵的材料,要求線速度不高于35m/s，電機轉速與皮帶輪直徑換算比，速度比=輸出轉速:輸入轉速=負載皮帶輪節(jié)圓直徑:電機皮帶輪節(jié)圓直徑。節(jié)圓直徑和基準直徑是一樣的，直徑-2h=節(jié)圓直徑，h是基準線上槽深，不同型號的V帶h是不一樣的，Y Z A B C D E，基準線上槽深分別為h=1.6 2 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6。皮帶輪節(jié)圓直徑就是皮帶輪節(jié)線位置理論直徑,有點像齒輪的分度圓直徑.一般用PD表示,外圓一般用OD表示.不同的槽型節(jié)圓與外圓的換算公式不一樣,一般我們比較容易測量到皮帶輪的外圓,在根據(jù)公式計算出節(jié)圓.SPZ:OD=PD+4;SPA:OD=PD+5.5;SPB:OD=PD+7;SPC:OD=PD+9.6。A或SPA的帶輪最小外徑尺寸為80mm，如小于該尺寸，特別是在高速的情況下，皮帶容易出現(xiàn)分層及底部出現(xiàn)裂紋等毛病。SPZ帶，小輪不小于63mm即可。同時要注意皮帶安裝的手法及張力，過小易打滑，過大易損壞皮帶與軸承。另外與國標類似的標準編號為ISO 1081-1995 的標準規(guī)定了皮帶傳動、三角皮帶和三角有棱皮帶,及有槽皮帶輪的選用、設計規(guī)范。分為SPZ，SPA，SPB，SPC，SPD型五種皮帶輪。 第二章 工藝規(guī)程設計 一、確定毛坯的制造形式 零件的材料為HT200.考慮到皮帶輪在工作過程中會受到一定的載荷,因此選擇鑄件,以使金屬纖維不被切斷,保證零件工作可靠.由于零件的輪廓尺寸不大,故可采用鑄造成型,這對于提高生產率,保證加工質量也是有利的。 二、基面的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一?；孢x擇的正確、合理，可以保證加工質量，提高生產效率。否則，就會使加工工藝過程問題百出，嚴重的還會造成零件大批報廢，使生產無法進行。 （一）粗基準的選擇 對于一般的軸類零件而言，以外圓作為基準是完全合理的。按照有關粗基準的選擇原則（即當零件又不加工表面時，應以這些不加工的表面作為粗基準；若零件有若干個不加工表面時，則應以與加工要求相對位置精度較高的不加工表面作為粗基準），現(xiàn)在應為都要加工就要結合加工工藝來確定粗基準，現(xiàn)取Φ240的外圓作為粗基準，利用三爪卡盤裝夾。利用不完全定位來加工工件。 （二）精基準的選擇 精基準的選擇主要考慮基準重合的問題。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算。 三、工藝路線的制定 制定工藝路線的相互發(fā)點,應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度要求等技術能得到合理的保證.在生產綱領已確定為大批生產的條件下,可以采用萬能機床配以專用夾具,并盡量使工序集中來提高生產率.除此以外,還應考慮經濟效益,以便降低生產成本。 （一）.工藝路線方案一: 工序1: 車端面,打中心孔, 車Φ240的外圓表面，倒角。 工序2: 調頭車另一端面,打中心孔,工序3: 修研兩端中心孔。 工序4: 鉆中心孔。 工序5: 擴中心孔。 工序6：車Φ170內孔 工序7: 車Φ150內孔 工序8: 粗精車V形帶。 工序9：鉆左端面螺紋孔、錐銷孔 工序10：終檢。 工序11：入庫。 （二）.工藝路線方案二： 工序1：銑端面，打中心孔。 工序2：掉頭銑另一端面，打中心孔。 工序3：車Φ240的外圓，掉頭車Φ240的外圓。 工序5：鉆中心孔、中心孔、車Φ150內孔 工序6: 車Φ170內孔 工序8: 粗精車V形帶。 工序9：鉆左端面螺紋孔、錐銷孔 工序9：終檢。 工序10：入庫. （三）.工藝方案的比較與分析 上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是在車床上用三爪卡盤裝夾，車一端面在打中細孔，然后用頂尖頂住來車外圓再掉頭加工另一端，以此為基準來完成后面的工序。方案二則與之不同，是先銑削好兩個端面，打中心孔，以此為基準來加工余下的工序。經比較可見，先加工好一端面和它所在端的外圓，以此為基準來加工后面的工序，這是的位置和尺寸精度較易保證，并且定位也較方便。在加工螺紋和銑凹槽的時候，方案一中的工序6、7、8，雖然只是在加工的先后順序不同，這樣的話可能會造成鉆孔時的讓刀。故決定將方案二中的工序5、6、7移入方案一。具體工藝過程如下： 工序1: 車端面,打中心孔, 車Φ240的外圓表面，倒角。 工序2: 調頭車另一端面,打中心孔。 工序3: 修研兩端中心孔。 工序4: 鉆中心孔。 工序5: 擴中心孔。 工序6：車Φ150內孔 工序7: 車Φ170內孔 工序8: 粗精車V形帶。 工序9：鉆左端面螺紋孔、錐銷孔 工序10：終檢。 工序11：入庫. 四、機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 “皮帶輪”零件材料為HT200，生產類型為大批生產，可采用在鍛錘上合模鑄造毛坯。 根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定個加工表面的機械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1.外圓表面（Φ240） 查《機械制造工藝設計簡明手冊》（以下簡稱《工藝手冊》）表2.2-14，其中鑄件重量為4kg，鑄件復雜形狀系數(shù)為S1，鑄件材質系數(shù)取M1，鑄件輪廓尺寸（直徑方向）＞180～315mm，其余量值規(guī)定為1.7～2.2mm，現(xiàn)取2.0mm。 2.外圓表面沿軸線長度方向的加工余量及公差 查《工藝手冊》表2.2-25，其中鑄件重量為4kg，鑄件復雜形狀系數(shù)為S1，鑄件材質系數(shù)取M1，鑄件輪廓尺寸（直徑方向）＞120～180mm，故長度方向偏差為（+1.2；-0.6）mm. 長度方向的余量查《工藝手冊》表2.2-25，其余量值規(guī)定為1.7～2.2mm,現(xiàn)取2.0mm。 五、刀具選擇 由于在數(shù)控機床上要加工多種工件，并完成工件上多道工序的加工，因此需要使用的刀具品種、規(guī)格和數(shù)量就較多。要加工不同工件所需刀具更多，因品種規(guī)格繁多而將造成很大困難。為了減少刀具的品種規(guī)格，有必要發(fā)展柔性制造系統(tǒng)和加工中心使用的工具系統(tǒng)。工具系統(tǒng)一般為模塊化組合結構，在一個通用的刀柄上可以裝多種不同的刀具，使數(shù)控加工中的刀具品種規(guī)格大大減少，同時也便于刀具的管理。 車削加工中心上加工工件時選用的刀具數(shù)控車削加工用工具系統(tǒng)的構成和結構，與機床刀架的形式、刀具類型及刀具是否需要動力驅動等因素有關。數(shù)控車床常采用立式或臥式轉塔刀架作為刀庫，刀庫容量一般為4~8把刀具，常按加工工藝順序布置，由程序控制實現(xiàn)自動換刀。其特點是結構簡單，換刀快速，每次換刀僅需l~2s。 (一) 車刀和刀片的種類 由于工件材料、生產批量、加工精度以及機床類型、工藝方案的不同，車刀的種類也異常繁多。根據(jù)刀片與刀體材料的異同，車刀主要可分為整體式與機械夾固式兩大類。 1、整體式車刀 用工具鋼制成。這種車刀的優(yōu)點是結構簡單，經濟，剛性較好。缺點是刀片材料強度較低，刃口易磨損，可靠性差，不太適合用于數(shù)控加工。另外，刃口磨損后需要操作者手工刃磨后方可繼續(xù)使用，對操作者技術要求較高。根據(jù)工件加工表面以及用途不同，整體式車刀又可分為切斷刀、外圓車刀、端面車刀、內孔車刀、螺紋車刀以及成形車刀等。 車刀的種類 1—切斷刀 2—90°左偏刀 3—90°右偏刀 4—彎頭車刀 5—直頭車刀 6—成形車刀 7—寬刃精車刀 8—外螺紋車刀 9—端面車刀 10—內螺紋車刀 11—內槽車刀 12—通孔車刀 13—盲孔車刀 2、機夾可轉位車刀 為了減少換刀時間和方便對刀，便于實現(xiàn)機械加工的標準化，數(shù)控車削加工時應盡量采用機夾刀和機夾可轉位刀片。 （1）刀片材質的選擇 車刀刀片的材料主要有高速鋼、硬質合金、涂層硬質合金、陶瓷、立方氮化硼和金剛石等。其中應用最多的是硬質合金和涂層硬質合金刀片。選擇刀片材質，主要依據(jù)被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面質量要求、切削載荷的大小以及切削過程中有無沖擊和振動等。 （2）刀片尺寸的選擇 刀片尺寸的大小取決于必要的有效切削刃長度L，有效切削刃長度與背吃刀量αp和車刀的主偏角Kr有關，使用時可查閱有關刀具手冊選取,如圖所示。 （3）刀片形狀的選擇 刀片形狀主要依據(jù)被加工工件的表面形狀、切削方法、刀具壽命和刀片的轉位次數(shù)等因素選擇。 機械夾固式可轉位車刀由刀桿l、刀片2、刀墊3以及夾緊元件4組成。刀片材料用硬質合金制造，每邊都有切削刃，當某切削刃磨損鈍化后，只需松開夾緊元件，將刀片轉一個位置便可繼續(xù)使用，刀桿材料一般用中碳鋼制造，為了提高刀桿的剛性也可用硬質合金制造（例如7倍長徑比鏜刀桿），機械夾固式可轉位車刀刀桿可反復使用。 機械夾固式可轉位車刀的組成 1—刀桿 2—刀片 3—刀墊 4—夾緊元件 硬質合金刀片是機夾可轉位車刀的一個最重要組成元件，大致形狀有：三角形、正方形、五邊形、六邊形、圓形以及菱形等，圖示為常見的幾種刀片形狀及角度。 (二) 孔加工刀具的類型 孔加工刀具分為鉆孔刀具、擴孔刀具、鏜孔刀具和鉸孔刀具四大類。鉆孔刀具類型有：普通麻花鉆、可轉位淺孔鉆及扁鉆等，鉆孔刀具通常用于沒有孔的地方鉆孔，孔的質量相當于粗加工質量。擴孔刀具、鏜孔刀具通常用于有孔之后的孔粗加工和精加工，鉸孔刀具通常用于孔的精加工。直徑特別大的孔（例如80mm以上），因沒有相應尺寸的鉆頭，不可能一次性鉆出來，只能先鉆一個小孔，然后用擴孔刀具、鏜孔刀具將孔逐步擴大?？傊瑧鶕?jù)工件材料、加工尺寸及加工質量要求等合理選用孔加工刀具。 1. 麻花鉆 在工件上鉆孔，大多是采用普通麻花鉆。麻花鉆的材料有高速鋼和硬質合金兩種。 麻花鉆的切削部分有兩個主切削刃、兩個副切削刃和一個橫刃。兩個螺旋糟是切屑流經的表面，為前刀面；與工件過渡表面（即孔底）相對的端部兩曲面為主后刀面；與工件已加工表面（即孔壁）相對的兩條刃帶為副后刀面。前刀面與主后刀面的交線為主切削刃，前刀面與副后刀面的交線為副切削刃，兩個主后刀面的交線為橫刃。橫刃與主切削刃在端面上投影之間的夾角稱為橫刃斜角，橫刃斜角ψ＝50°～55°；主切削刃上各點的前角、后角是變化的，外緣處前角約為30°，鉆心處前角接近0°，甚至是負值；兩條主切削刃在與其平行的平面內的投影之間的夾角為頂角，標準麻花鉆的頂角2φ＝118°。 根據(jù)柄部不同，麻花鉆有莫氏錐柄和圓柱柄兩種。直徑為8～80mm的麻花鉆多為莫氏錐柄，可直接裝在帶有莫氏錐孔的刀柄內，刀具長度不能調節(jié)。直徑為0.l～20mm的麻花鉆多為圓柱柄，可裝在鉆夾頭刀柄上。中等尺寸麻花鉆兩種形式均可選用。 麻花鉆有標準型和加長型。 鉆孔時，受兩切削刃上切削力不對稱的影響，容易引起鉆孔偏斜，故要求鉆頭的兩切削刃必須有較高的刃磨精度，麻花鉆通常用于孔的粗加工。 2. 擴孔刀具 標準擴孔鉆一般有3~4條主切削刃，切削部分的材料為高速鋼或硬質合金，結構形式有直柄式、錐柄式和套式等。 擴孔直徑較小時，可選用直柄式擴孔鉆，擴孔直徑中等時，可選用錐柄式擴孔鉆，擴孔直徑較大時，可選用套式擴孔鉆。 擴孔鉆的加工余量較小，主切削刃較短，因而容屑槽淺、刀體的強度和剛度較好。它無麻花鉆的橫刃，加之刀齒多，所以導向性好，切削平穩(wěn)，加工質量和生產率都比麻花鉆高。 擴孔直徑在20~60mm之間時，且機床剛性好、功率大，可選用可轉位擴孔鉆。這種擴孔鉆的兩個可轉位刀片的外刃位于同一個外圓直徑上，并且刀片徑向可作微量（±0.1mm）調整，以控制擴孔直徑。 3. 鏜孔刀具 鏜孔所用刀具為鏜刀。鏜刀種類很多，按切削刃數(shù)量可分為單刃鏜刀和雙刃鏜刀。 單刃鏜刀剛性差，切削時易引起振動，所以鏜刀的主偏角選得較大，以減小徑向力。鏜鑄鐵孔或精鏜時，一般?。?0°；粗鏜鋼件孔時，取＝60°~75°，以提高刀具的耐用度。鏜孔孔徑的大小要靠調整刀具的懸伸長度來保證，調整麻煩，效率低，只能用于單件小批生產。但單刃鏜刀結構簡單，適應性較廣，粗、精加工都適用。 在孔的精鏜中，目前較多地選用精鏜微調鏜刀。這種鏜刀的徑向尺寸可以在一定范圍內進行微調，調節(jié)方便，且精度高，其結構如圖3-13所示。調整尺寸時，先松開拉緊螺釘4，然后轉動帶刻度盤的調整螺母5，等調至所需尺寸，再擰緊螺釘4，使用時應保證錐面靠近大端接觸（即鏜桿90°錐孔的角度公差為負值），且與直孔部分同心。健與健槽配合間隙不能太大，否則微調時就不能達到較高的精度。 鏜削大直徑的孔可選用雙刃鏜刀。這種鏜刀頭部可以在較大范圍內進行調整，且調整方便，最大鏜孔直徑可達1000 mm。雙刃鏜刀的兩端有一對對稱的切削刃同時參加切削，與單刃鏜刀相比，每轉進給量可提高一倍左右，生產效率高。同時，可以消除切削力對鏜桿的影響。 4. 鉸孔刀具 加工中心上使用的鉸刀多是通用標準鉸刀。此外，還有機夾硬質合金刀片單刃鉸刀和浮動鉸刀等。 加工精度為IT 7～IT10級、表面粗糙度Ra為0.8~1.6μm的孔時，多選用通用標準鉸刀。 通用標準鉸刀如圖所示，有直柄、錐柄和套式三種。錐柄鉸刀直徑為10~32mm，直柄鉸刀直徑為6~20mm，小孔直柄鉸刀直徑為l~6 mm，套式鉸刀直徑為25~80mm。 鉸刀工作部分包括切削部分與校準部分。切削部分為錐形，擔負主要切削工作。切削部分的主偏角為5°~15°，前角一般為0°，后角一般為5°~8°。校準部分的作用是校正孔徑、修光孔壁和導向。為此，這部分帶有很窄的刃帶（＝0°，＝0°）。校準部分包括圓柱部分和倒錐部分。圓柱部分保證鉸刀直徑和便于測量，倒錐部分可減少鉸刀與孔壁的摩擦和減小孔徑擴大量。 a）直柄機用鉸刀 b）錐柄機用鉸刀 c）套式機用鉸刀 d）切削校準部分角度 標準鉸刀有4～12齒。鉸刀的齒數(shù)除與鉸刀直徑有關外，主要根據(jù)加工精度的要求選擇。齒數(shù)過多，刀具的制造重磨都比較麻煩，而且會因齒間容屑槽減小，而造成切屑堵塞和劃傷孔壁以致使鉸刀折斷的后果。齒數(shù)過少，則鉸削時的穩(wěn)定性差，刀齒的切削負荷增大，且容易產生幾何形狀誤差。加工IT 5～IT7級、表面粗糙度Ra為0.7μm的孔時，可采用機夾硬質合金刀片的單刃鉸刀。這種鉸刀的結構如圖所示，刀片3通過楔套4用螺釘1固定在刀體上，通過螺釘7、銷子6可調節(jié)鉸刀尺寸。導向塊2可采用粘結和銅焊固定。機夾單刀鉸刀應有很高的刃磨質量。因為精密鉸削時，半徑上的鉸削余量是在10μm以下，所以刀片的切削刃口要磨得異常鋒利。 硬質合金單刃鉸刀 l、7—螺釘 2—導向塊 3—刀片 4—模套 5—刀體 6—鋪子 鉸削精度為IT 6～IT7級，表面粗糙度Ra為0.8～1.6μm的大直徑通孔時，可選用專為加工中心設計的浮動鉸刀。 六、確定切削用量及基本工時 工序1：車端面, 打中心孔,車Φ240的外圓表面，倒角。本工序采用計算法確定切削用量。 1. 加工條件 工件材料：HT200，正火，鑄造。 加工要求：粗車Φ240端面及Φ240的外圓，Φ240的端面和外圓表面的粗糙度值為Ra 3.2。 機床：CA6140臥式車床。 刀具：刀片材料為YT15，刀桿尺寸為16mmX25mm,kr=90°,γo=15°,αo=8°,rε=0.5mm 2.切削用量計算 (1)車Φ150端面。 1）確定端面最大加工余量：已知毛坯長度方向的加工余量為2+1.2考慮7°的鑄造拔模斜度，則毛坯長度方向的最大加工余量Zmax=7mm,故實際端面余量可按Zmax=7mm考慮，分三次加工，ap=3mm計。 2）確定進給量f:根據(jù)《機械制造工藝與機床夾具課程設計指導》表2-19，當?shù)稐U尺寸為16mmX25mm,ap≦3mm，以及工件直徑為Φ81mm時 F=0.5～0.7mm/r 按CA6140車床說明書取f=0.51mm/r（參見表3-9） 3)計算切削速度：按《切削用量簡明手冊》（第三版）（以下簡稱《切削手冊》）表1.27，切削速度的計算公式為（壽命選T=60min）。 vc=(Cv*kv)/(Tm*apxv*fyv) 式中，Cv=242,xv=0.15,yv=0.35,m=0.2。kv見《切削手冊》表 １.２８，即 　　 kMv=1.44,ksv=0.8,kkv=1.04,kkrv=0.81,kBv=0.97 所以vc=(242X1.44X0.8X1.04X0.81X0.97)/(600.2X30.15X0.510.35)m/min =108.8m/min 4）確定機床主軸轉速： ns=1000vc/πdw=1000X108.6/πX81=427r/min 按機床說明書，與427r/min相近的機床轉速為400r/min及450r/min?，F(xiàn)選取450r/min。所以實際切削速度v=114.45r/min。 5）計算切削工時：按《工藝手冊》表6.2-1，取 l=40.5mm,l1=2mm,l2=0,l3=0 tm=(l+l1+l2+l3)*i/n f=3X(40.5+2)/450X0.51=0.556min (2)車Φ240外圓，同時應校驗機床功率及進給機構強度。 1）被吃刀量：單邊余量Z=2mm，可一次切除。 2）進給量：根據(jù)《切削手冊》表1.4，選用f=0.5mm/r。 3）計算切削速度：見《切削手冊》表1.27 vc=(Cv*kv)/(Tm*apxv*fyv) =(242X1.44X0.8X0.81X0.97)/(600.2X20.15X 0.510.35) =110.17m/min 4)確定主軸轉速： ns=1000 vc/πdw =1000X110.17/πX81 =433.16r/min 按機床選取n=450r/min。所以實際切削速度為 V=πdn/1000=πX81X450/1000m/min=114.45m/min 5)檢驗機床功率：主切削力Fc按《切削手冊》表1.29所示工時計算 Fc=C ap f v k 式中，C =2795，x =1.0, y =0.75, n=-0.15 k =(σb/650) =(600/650)0.75=0.94, k =0.89 所以 Fc=2795X2X0.50.75X114.45-0.15X0.94X0.89N= 1318.9N 切削是消耗功率Pc為 Pc= Fc*vc/6X104 =1318.9X114.45/6X104kW =3.175kW 由CA6140機床說明書可知，CA6140主電動機功率為7.8 kW,當主軸轉速為450r/min時，主軸傳遞的最大功率為4.5kW，所以機床功率足夠，可以正常加工。 6）校驗機床進給系統(tǒng)強度：已知主切削力Fc=1318.9N，徑向切削力Fp按,《切削手冊》表1.29所示公式計算 Fp=C ap f v k 式中，C =1940，x =0.9, y =0.6 n=-0.3 k =(σb/650) =(600/650)1.35=0.897, k =0.5 所以， Fp=1940X20.9X0.50.6X114.45-0.3X0.897X0.5N=258.4N 而軸向切削力 Ff =C ap f v k 式中，C =2880，x =1.0, y =0.5, n =-0.4 k =(σb/650)= (600/650)1=0.923,k =1.17 于是軸向切削力 Ff=2880X2X0.50.5X114.45-0.4X0.923X1.17N=601.7N 取機床導軌與床鞍之間的摩擦系數(shù)μ=0.1，則切削力在縱向進給方向對進給機構的作用力為 F= Ff+μ(Fc+ Fp) =601.7+0.1X(1318.9+258.4)N =759.43N 而機床縱向進給機構可承受的最大縱向力為3530N（見《切削手冊》表1.30），故機床進給系統(tǒng)可正常工作。 7）切削工時： t =(l+l1+l2)/nf 式中， l=42, l1=4, l2=0, 所以 t =(l+l1+l2)/nf=（42+4+0)/450X0.5min=0.205min 不難看出,以后在CA6140車床上加工此皮帶輪.只要在主軸轉速不變、進給量f≦0.5mm和被吃刀量ap≦3mm的情況下,機床進給系統(tǒng)都可正常工作、電機功率都足夠. 工序2：車調頭車另一端面, 打中心孔,車Φ240的外圓，倒角。 1.加工條件 加工要求：粗車Φ240及Φ240的外圓，Φ240外圓面的粗糙度值為Ra 3.2 機床：CA6140臥式車床。 刀具：刀片材料為YT15，刀桿尺寸為16mmX25mm,kr=90°,γo=15°,αo=8°,rε=0.5mm 2.切削用量計算 (1)車Φ240端面。 1）確定端面最大加工余量：已知毛坯長度方向的加工余量為2+1.2考慮7°的鑄造拔模斜度，則毛坯長度方向的最大加工余量Zmax=5.9mm,故實際端面余量可按Zmax=5.9mm考慮，分三次加工，ap=3mm計。 2）確定進給量f: 選用和工序1車端面相同的進給量即f=0.51mm/r 3) 計算切削速度: 選用和工序1相同的主軸轉速即n=450r/min,故實際速度為: V=πdn/1000=πX39X450/1000m/min =55.1m/min 4）計算切削工時：按《工藝手冊》表6.2-1，取 l=19.5mm,l1=2mm,l2=0,l3=0 tm=(l+l1+l2+l3)*i/n f =2X(19.5+2)/450X0.51=0.188min (4) 車Φ240的外圓面,同時應校驗機床功率及進給機構強度。 1）被吃刀量：單邊余量Z=1.8mm，可一次切除。 2）進給量：選用和工序1車外圓相同的進給量即f=0.5mm/r。 3）確定主軸轉速：選用和工序1相同的主軸轉速即n=450r/min 4) 計算切削速度： V=πdn/1000 =πX39X450/1000m/min=55.1m/min 5）切削工時： t =(l+l1+l2)/nf 式中， l=85, l1=4, l2=0, 所以 t =(l+l1+l2)/nf =（85+4+0)/450X0.5min=0.396min 工序3: 修研兩端中心孔。 工序4: 半精車Φ240的外圓表面并切槽,同時應校驗機床功率及進給機構強度。 （1）半精車Φ240的外圓表面 1）被吃刀量：單邊余量Z=0.19mm，可一次切除。 2）進給量：選用和工序1車外圓相同的進給量即f=0.5mm/r。 3）確定主軸轉速：選用和工序1相同的主軸轉速即n=450r/min 4）計算切削速度： V=πdn/1000 =πX35.4X450/1000m/min=50m/min 5）切削工時： t =(l+l1+l2)/nf 式中， l=85, l1=4, l2=0, 所以 t =(l+l1+l2)/nf =（85+4+0)/450X0.5min=0.396min 工序5: 銑38度V型槽槽。 f =0.08/齒(參考《切削手冊》表3-3) 切削速度：參考有關手冊，確定V=0.45mm/s,即27m/min. 采用高速鋼鑲齒三面刃銑刀，d =225mm,齒數(shù)z=20。則 n = 1000v/πdw =1000X27/πX225=38r/min 現(xiàn)選用X63臥式銑床，根據(jù)機床使用說明書，取n =37.5r/min,故實際切削速度為 V=πd n /1000 =πX225X37.5/1000m/min=26.5m/min 當n =37.5r/min時，工作臺的每分鐘進給量f 應為 f =f zn =0.08X20X37.5mm/min=60mm/min 查機床說明書，剛好有f =60mm/min，故直接選用該值。 切削工時：由于所銑的槽表面光潔度不高，粗糙度值為R12.5，故只要粗銑就能達到要求。銑刀的行程為l+l1+l2=90。因此，機動工時為 tm=(l+l1+l2)/f =90/60min=1.5min 4、 夾具設計 夾具的設計是為了提高勞動生產效率，保證加工質量、降低勞動強度。在加工零件曲柄時， 需要設計專用夾具。機床夾具是在機械加工中使用的一種工藝裝備， 它的主要功能是實現(xiàn)對被加工工件的定位和夾緊。通過定位，使被加工工件在 夾具中占有同一個正確的加工位置，通過夾緊，克服加工中存在的各種作用力， 使這一正確的位置得到保證，從而使加工過程得以順利進行。 本夾具是為了鉆3-M8螺紋底孔而設計的專用夾具，從零件圖上可以看出，三個孔的形位公差要求較高。為了滿足圖紙位置度的要求，需要設計鉆床夾具一套。 1、鉆套的選用： 鉆套可分為下面三種： ①固定鉆套 　　該類鉆套外圓以H7/n6或H7/r6配合，直接壓入鉆模板上的鉆套底孔內。在使用過程中若不需要更換鉆套（據(jù)經驗統(tǒng)計，鉆套一般可使用1000~12000次），則用固定鉆套較為經濟，鉆孔的位置精度也較高。 ②可換鉆套 　　當生產批量較大，需要更換磨損的鉆套時，則用可換鉆套較為方便，如圖所示?？蓳Q鉆套裝在襯套中，襯套是以H7/n6或H7/r6的配合直接壓入鉆模板的底孔內，鉆套外圓與襯套內孔之間常采用F7/m6或F7/k6配合。當鉆套磨損后，可卸下螺釘，更換新的鉆套。螺釘還能防止加工時鉆套轉動或退刀時鉆套隨刀具拔出。 ③快換鉆套 　　當被加工孔需依次進行鉆、擴、鉸時，由于刀具直徑逐漸增大，應使用外徑相同而內徑不同的鉆套來引導刀具，這時使用快換鉆套可減少更換鉆套的時間?？鞊Q鉆套的有關配合與可換鉆套的相同。更換鉆套時，將鉆套的削邊處轉至螺釘處，即可取出鉆套。鉆套的削邊方向應考慮刀具的旋向，以免鉆套隨刀具自行拔出。 鉆套各尺寸的配合： 鉆套內孔（又稱導向孔）直徑的基本尺寸應為所用刀具的最大極限尺寸，并采用基軸制間隙配合。鉆孔或擴孔時其公差取F7或F8，粗鉸時取G7，精鉸時取G6。若鉆套引導的是刀具的導柱部分，則可按基孔制的相應配合選取，如H7/f7、H7/g6或H6/g5等。 導向長度H 　　鉆套的導向長度H對刀具的導向作用影響很大，H較大時，刀具在鉆套內不易產生偏斜，但會加快刀具與鉆套的磨損；H過小時，則鉆孔時導向性不好。通常取導向長度H與其孔徑之比為：H/d=1~2.5。當加工精度要求較高或加工的孔徑較小時，由于所用的鉆頭剛性較差，則H/d值可取大些，如鉆孔直徑d<5mm時，應取H/d≥2.5；如加工兩孔的距離公差為±0.05mm時，可取H/d=2.5~3.5。 排屑間隙h 　　排屑間隙h是指鉆套底部與工件表面之間的空間。如果h太小，則切屑排出困難，會損傷加工表面，甚至還可能折斷鉆頭。如果h太大，則會使鉆頭的偏斜增大，影響被加工孔的位置精度。一般加工鑄鐵件時，h=(0.3~0.7)d；加工鋼件時， h=(0.7~1.5)d；式中d為所用鉆頭的直徑。對于位置精度要求很高的孔或在斜面上鉆孔時，可將h值取得盡量小些，甚至可以取為零。 根據(jù)生產批量和鉆套的性能，選擇固定鉆套，保證較高的位置度。因為本設計的螺紋孔至M8,查閱螺紋底孔標準，選擇直徑6.6的鉆頭。 選擇根據(jù)國家機械行業(yè)標準TB/T8045.1-1999。設計的鉆套如下圖： 　　鉆模板的類型和設計 　　鉆模板通常是裝配在夾具體或支架上，或與夾具體上的其它元件相連接，常見的有以下幾種類型： ① 固定式鉆模板:這種鉆模板是直接固定在夾具體上的，故鉆套相對于夾具體也是固定的，鉆孔精度較高。但是這種結構對某些工件而言，裝拆不太方便。該鉆模板與夾具體多采用圓錐銷定位、螺釘緊固的結構。對于簡單鉆模也可采用整體鑄造或焊接結構。 　?、诜蛛x式鉆模板:這種鉆模板與夾具體是分離的，并成為一個獨立部分，且模板對工作要確定定位要求。工件在夾具體中每裝卸一次，鉆模板也要裝卸一次。該鉆模板鉆孔精度較高，但裝卸工件的時間較長，因而效率較低。 　?、坫q鏈式鉆模板:這種鉆模板是通過鉸鏈與夾具體或固定支架連接在一起的，鉆模板可繞鉸鏈軸翻轉。鉸鏈軸和鉆模板上相應孔的配合為基軸制間隙配合(G7/h6)，鉸鏈軸和支座孔的配合為基軸制過盈配合(N7/h6)，鉆模板和支座兩側面間的配合則按基孔制間隙配合(H7/g6)。當鉆孔的位置精度要求較高時，應予配制，并將鉆模板與支座側面間的配合間隙控制在0.01~0.02mm之內。同時還要注意使鉆模板工作時處于正確位置。這種鉆模板常采用蝶形螺母鎖緊，裝卸工件比較方便，對于鉆孔后還需要進行锪平面、攻絲等工步尤為適宜。但該鉆模板可達到的位置精度較低，結構也較復雜。 根據(jù)本零件的特點，我們選擇φ150內孔進行定位鉆模板，因為該孔的精度較高，能保證各孔的同心度和位置度。 為了便于裝夾，光有鉆套和鉆模還不行，需要設計一個底座，便于帶輪的放置。經過分析零件，通過φ170內圓，將零件放置在底座上，底座通過打壓板，固定在鉆床的工作臺上不動。然后將鉆模板放上去后，通過中間的孔內，穿螺桿扭緊，即可進行加工。最終裝配效果如下： 五、參考文獻 [1]焦小明 《機械加工技術》[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007； [2] 劉海漁 《機械制造基礎》[M].長沙：中南大學出版社.2008； [3]邢鴻雁、陳榕林 《機械制造難加工技術（電子版）》[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2009； [4]柯明楊 《機械制造工藝學（電子版）》[M].北京：北京航空航天大學出版社，1996； [5]馮冠大 《典型零件機械加工工藝（電子版）》[M] .北京：機械工業(yè)出版社，1986； [6]李洪主編.《機械加工工藝手冊》.北京:北京出版社,1990 [7]王紹俊主編.《機械制造工藝設計手冊》.北京:機械工業(yè)出版社,1987 [8]劉紅普、張曉妍主編。《機械加工技術》。北京：中國人民大學出版社，2009