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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 31 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?；境叽鐬榭咨畛叽?6mm。 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 2.1設計要求 為了提高勞動生產(chǎn)，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。本夾具將用于Z525鉆床。成批生產(chǎn)，任務為設計一鉆孔φ5孔。 本夾具無嚴格的技術要求，因此，應主要考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，精度不是主要考慮的問題。 2.2夾具設計 2.2.1 定位基準的選擇 為了提高加工效率及方便加工，決定材料使用高速鋼，用于對進行加工，準備采用手動夾緊。 由零件圖可知：進行加工前，外圓面進行了粗、精銑加工，進行了粗、精加工。因此，定位、夾緊方案有： 方案Ⅰ：選外圓面平面、和側(cè)面和V型塊定位夾緊方式用操作簡單，通用性較強的螺旋壓塊V塊來夾緊。 為了使定位誤差達到要求的范圍之內(nèi)，這種定位在結(jié)構(gòu)上簡單易操作。 2.2.2 切削力及夾緊力的計算 鉆該孔時選用：鉆床Z525，刀具用高速鋼刀具。 由參考文獻[5]查表可得： 切削力公式： 式中 查表得： 其中： 即： 實際所需夾緊力：由參考文獻[5]表得： 有： 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)，見參考文獻[5]表 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： 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 由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。 夾緊力的確定 夾緊力方向的確定 夾緊力應朝向主要的定位基面。 夾緊力的方向盡可能與切削力和工件重力同向。 (1) 夾緊力作用點的選擇 a. 夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內(nèi)。 b. 夾緊力的作用點應落在工件剛性較好的部位上，這樣可以防止或減少工件變形變形對加工精度的影響。 c. 夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面。 (3)夾緊力大小的估算 理論上確定夾緊力的大小，必須知道加工過程中，工件所受到的切削力、離心力、慣性力及重力等，然后利用夾緊力的作用應與上述各力的作用平衡而計算出。但實際上，夾緊里的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性、夾緊機構(gòu)的傳遞效率等有關。而且，切削力的大小在加工過程中是變化的，因此，夾緊力的計算是個很復雜的問題，只能進行粗略的估算。 估算的方法：一是找出對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，估算此狀態(tài)下所需的夾緊力；二是只考慮主要因素在力系中的影響，略去次要因素在力系中的影響。 估算的步驟： a.建立理論夾緊力FJ理與主要最大切削力FP的靜平衡方程：FJ理=Ф (FP)。 b.實際需要的夾緊力FJ需，應考慮安全系數(shù)，F(xiàn)J需=KFJ理。 c.校核夾緊機構(gòu)的夾緊力FJ是否滿足條件：FJ>FJ需。 夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個過程緊密聯(lián)系在一起的。定位問題已在前面研究過，其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。 僅僅定好位在大多數(shù)場合下，還無法進行加工。只有進而在夾具上設置相應的夾緊裝置對工件進行夾緊，才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務。 夾緊裝置的基本任務是保持工件在定位中所獲得的即定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發(fā)生移動和震動，確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。有時工件的定位是在夾緊過程中實現(xiàn)的，正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。 一般夾緊裝置由動源即產(chǎn)生原始作用力的部分。夾緊機構(gòu)即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)行夾緊任務的部分。他包括中間遞力機構(gòu)和夾緊元件。 考慮到機床的性能、生產(chǎn)批量以及加工時的具體切削量決定采用手動夾緊。 螺旋夾緊機構(gòu)是斜契夾緊的另一種形式，利用螺旋桿直接夾緊元件，或者與其他元件或機構(gòu)組成復合夾緊機構(gòu)來夾緊工件。是應用最廣泛的一種夾緊機構(gòu)。 螺旋夾緊機構(gòu)中所用的螺旋，實際上相當于把契繞在圓柱體上，因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動時所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件的。不過這里上是通過轉(zhuǎn)動螺旋，使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來夾緊的。 典型的螺旋夾緊機構(gòu)的特點： （1）結(jié)構(gòu)簡單； （2）擴力比大； （3）自瑣性能好； （4）行程不受限制； （5）夾緊動作慢。 夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動裝置和夾緊裝置，在此套夾具中，中間傳動裝置和夾緊元件合二為一。力源為機動夾緊，通過螺栓夾緊移動壓板。達到夾緊和定心作用。 工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉(zhuǎn)，通過螺栓夾緊移動壓板，實現(xiàn)對工件的夾緊。并且移動壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動壓板，通過精確的圓弧定位，實現(xiàn)定心。此套移動壓板制作簡單，便于手動調(diào)整。通過松緊螺栓實現(xiàn)壓板的前后移動，以達到壓緊的目的。壓緊的同時，實現(xiàn)工件的定心，使其定位基準的對稱中心在規(guī)定位置上。 查參考文獻[5]1～2～26可知螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算：螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算有： 式中參數(shù)由參考文獻[5]可查得： 螺旋夾緊力： 該夾具采用夾緊機構(gòu)， 由上述計算易得： 由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。 2.3定位誤差的分析 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： ⑴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： 從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。 2.4夾具設計及操作的簡要說明 由于是大批大量生產(chǎn)，主要考慮提高勞動生產(chǎn)率。因此設計時，需要更換零件加工時速度要求快。本夾具設計，用移動夾緊的大平面定位三個自由度，定位兩個自由度，用定位塊定位最后一個轉(zhuǎn)動自由度。 夾具體是夾具的基礎件，夾具體上所有組成部分都必須最終通過這一基礎件連接成一個有機整體。為了滿足加工要求，夾具體應有足夠的剛度和強度，同時結(jié)構(gòu)工藝性要好。 由于鑄造工藝性好，幾乎不受零件大小、形狀、重量和結(jié)構(gòu)復雜程度的限制，同時吸振性良好、抗壓能力好，故此選用鑄造夾具體，材料選取HT200，鑄造成型后時效處理，以消除內(nèi)應力。 由于工件采用V型塊定位Φ35mm外圓面，這就要求V型塊固定在一個與水平面成45°的支撐面上。我們可以采用加工一有45°面的支撐塊固定在夾具體上，經(jīng)過切削加工達到我們要求的定位尺寸。 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