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機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)示例（軸類零件） 一、 設(shè)計(jì)任務(wù)： 如圖所示的某挖掘機(jī)減速器中間軸簡(jiǎn)圖。該軸材料為20CrMnTi，進(jìn)行滲碳淬火處理，滲碳層深度為0.8～1.2㎜，淬火硬度為HRC58～62。在中批生產(chǎn)條件下制訂該軸加工工藝過程。 圖5-1 中間軸 二、 零件工藝過程分析與計(jì)算 （一）、分析研究產(chǎn)品的裝配圖和零件圖 1、審查圖紙的完整性和正確性 2、分析零件的技術(shù)要求 （1）尺寸精度的分析： 軸類零件的支承軸頸一般與軸承配合，是軸類零件的主要表面，通常對(duì)其尺寸精度要求較高，為IT5～I(xiàn)T7。如挖掘機(jī)減速器中間軸的Φ40k5、Φ50h5、Φ25h6等；其它尺寸相對(duì)而言精度要求低些。 （2）形狀精度的分析： 軸類零件的形狀精度主要是指支承軸頸的圓度、圓柱度，一般應(yīng)將其限制在尺寸公差范圍內(nèi)（本例即如此），對(duì)形狀精度要求高的軸，應(yīng)在圖樣上標(biāo)注其形狀公差。 （3）位置精度的分析： 軸的位置精度主要有軸頸之間的同軸度或跳動(dòng)度（本例兩處對(duì)基準(zhǔn)A-B的跳動(dòng)度0.016），定位端面與軸線的垂直度（本例Φ25h6軸頸左端面對(duì)基準(zhǔn)A-B的垂直度0.03），鍵槽對(duì)軸線的對(duì)稱度等。 （4）表面粗糙度的分析： 一般與傳動(dòng)件相配合的軸頸的表面粗糙度Ra值為2.5～0.63，與軸承相配合的支承軸頸的表面粗糙度Ra值為0.63～0.16。 3、審查零件材料是否恰當(dāng) 本例挖掘機(jī)減速器中間軸是在高轉(zhuǎn)速、重載荷的條件下工作，選用20CrMnTi并進(jìn)行滲碳淬火處理是恰當(dāng)?shù)?，這樣做可獲得很高的表面硬度、較軟的芯部，因此耐沖擊韌性好。 4、審查零件的結(jié)構(gòu)工藝性 本例挖掘機(jī)減速器中間軸的結(jié)構(gòu)工藝性符合要求。 二、毛坯的選擇 本例挖掘機(jī)減速器中間軸的材料為低合金鋼，力學(xué)性能要求較高；生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)；零件尺寸相差不大。因此選用Φ55200圓鋼作為毛坯。 三、選擇定位基準(zhǔn) 選擇了定位基準(zhǔn)就確定了工件的安裝方法。軸類零件的安裝應(yīng)能保證加工后各主要表面的相互位置精度，能在一次安裝中加工出較多的表面，以便安裝方便、迅速，有利于提高生產(chǎn)率。 為了滿足上述要求，一般都選擇兩頂尖孔作為定位基準(zhǔn)。這不僅因各主要表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)（或工序基準(zhǔn)）都是軸的軸線而符合基準(zhǔn)重合的原則，也符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。其次，當(dāng)不能用頂尖孔定位時(shí)（如加工軸的最初工序、加工軸的內(nèi)表面等），或?yàn)榱颂岣吡慵膭偠葧r(shí)，也可以選擇外圓表面作為定位基準(zhǔn)。另外，當(dāng)加工孔不大的空心軸時(shí)，為了能在一次安裝中加工出全部外圓表面，還可以選擇內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)。選擇的定位基準(zhǔn)不同，相應(yīng)的安裝方法也不同，一般有以下幾種安裝方法； 1、 用兩頂尖安裝（圖3-2a）； 2、 用三爪卡盤安裝（圖3-2b）； 3、 用三爪卡盤和尾頂尖安裝（圖3-2c）； 4、 用帶齒頂尖和光滑頂尖安裝（圖3-2d）； 5、 用V型塊安裝（圖3-3）。 在采用頂尖孔定位時(shí)，為了定位準(zhǔn)確，減少定位誤差對(duì)加工精度的影響，頂尖孔應(yīng)加工精確。由于頂尖孔在許多工序中都要使用，它會(huì)磨損、拉毛，以及熱處理后的氧化、變形，因此在粗加工、熱處理后，或精加工前要修整頂尖孔。（研磨中心孔） 圖3.2 軸的幾種安裝方法 圖3.3 V型塊裝夾銑工件兩端 本例挖掘機(jī)減速器中間軸的定位基準(zhǔn)選擇如下：粗加工（加工兩端面、打頂尖孔）采用外圓表面作為定位基準(zhǔn)面（用V型塊安裝）；精加工采用外圓表面和一個(gè)頂尖孔作為定位基準(zhǔn)面（用三爪卡盤和尾頂尖安裝）；花鍵槽的加工和磨削采用兩頂尖孔作為定位基準(zhǔn)（用兩頂尖安裝）。 四、擬訂工藝路線 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，軸的加工主要是用車削和磨削，個(gè)別質(zhì)量要求較高的表面還需要進(jìn)行光整加工。一般軸類零件加工的典型工藝路線如下： 1、預(yù)備加工 軸的毛坯經(jīng)過熱處理和對(duì)安裝方法進(jìn)行分析后，就應(yīng)對(duì)軸進(jìn)行預(yù)備加工。預(yù)備加工包括校直：對(duì)于細(xì)長(zhǎng)的軸，如果彎曲變形會(huì)造成加工余量不足，應(yīng)進(jìn)行校直；切斷：對(duì)于直接用圓鋼作毛坯的軸，應(yīng)切斷，對(duì)于批量較小的鍛件毛坯，因兩端有較大的加工余量也必須切斷；切端面和打中心孔：對(duì)于單件小批生產(chǎn)的軸，可以經(jīng)過劃線后再切端面和打中心孔，對(duì)于成批大量生產(chǎn)的軸，可以采用銑端面打頂尖孔的專用機(jī)床進(jìn)行銑兩端面、打兩頂尖孔（見圖3-2）。 2、粗車外圓、粗加工空心軸的內(nèi)孔 為了保證軸在車削過程中的剛度，應(yīng)先車大直徑外圓，然后再車小直徑外圓。對(duì)于空心軸還要粗加工（如鉆、鏜）內(nèi)孔。 3、熱處理 對(duì)質(zhì)量要求較高的軸，在粗車后應(yīng)進(jìn)行正火、調(diào)質(zhì)等熱處理，以便消除工件的內(nèi)應(yīng)力和提高機(jī)械性能。 4、半精車外圓 對(duì)一些精度要求較高的主要表面，需要安排半精車來為精車作好準(zhǔn)備，如精車前必要的精度和加工余量等。 5、精車外圓 為了保證定位精度，精車前要修整頂尖孔或改打帶保護(hù)錐的B型頂尖孔。對(duì)一些精度要求更高的主要表面，還必須留有足夠的磨削或光整加工余量。 6、粗磨兩端軸頸或中間軸頸 當(dāng)需要更換精基準(zhǔn)或提高工件的剛度時(shí)，應(yīng)先把精基準(zhǔn)（兩端軸頸）和中心架支承表面（中間軸頸）加工出來。 7、粗加工成形表面或非同軸線的表面 軸上的成形表面、非同軸線的表面是指輪齒、花鍵、螺紋、錐孔和偏心軸頸等表面。 8、加工次要表面 軸上的次要表面是指鍵槽、小孔等表面。 9、熱處理 對(duì)軸上一些要求耐磨的表面進(jìn)行淬火或滲碳淬火處理。 10、磨削和光整加工 對(duì)一些質(zhì)量要求高的表面（如軸頸、輪齒、花鍵、螺紋等）還應(yīng)進(jìn)行磨削和光整加工。但是磨削前必須進(jìn)行對(duì)淬過火的頂尖孔進(jìn)行研磨，以消除氧化皮和提高頂尖孔的質(zhì)量。 11、清洗、檢驗(yàn) 軸加工完成后應(yīng)進(jìn)行清洗，然后檢驗(yàn)其精度和表面粗糙度。對(duì)一些重要的軸必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行超聲波、放射線、磁粉等無損探傷。 根據(jù)以上分析，結(jié)合零件的技術(shù)要求和機(jī)械加工經(jīng)濟(jì)精度、經(jīng)濟(jì)表面粗糙度要求，考慮是中批生產(chǎn)，本例挖掘機(jī)減速器中間軸的工藝路線擬訂為：下料→熱處理→銑兩端面打頂尖孔→粗車外圓→精車外圓→銑花鍵槽→熱處理→磨各軸頸外圓→清洗、檢驗(yàn)。 五、確定各工序的設(shè)備、刀具、量具和輔助工具 1、設(shè)備的選擇 考慮到本例挖掘機(jī)減速器中間軸的外形尺寸（中等軸類零件）、加工精度（最高IT5）、生產(chǎn)類型（中批生產(chǎn)），機(jī)床設(shè)備選用普通車床、普通磨床、銑端面打頂尖孔的專用機(jī)床、花鍵銑床；工藝裝備主要是夾具，本例盡量選用通用夾具如三爪卡盤、頂尖、V型塊等。 2、刀具的選擇 綜合考慮挖掘機(jī)減速器中間軸的加工工序所采用的加工方法、加工表面尺寸、工件材料、加工精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)刀具。如YT類硬質(zhì)合金焊接車刀、花鍵滾刀等。 3、量具的選擇 量具的選擇主要取決于生產(chǎn)類型和所要檢驗(yàn)的精度。盡量選用通用量具。 六、確定各工序的加工余量，計(jì)算工序尺寸及公差 1、加工余量的確定 確定加工余量的方法有三種：經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法、查表法和分析計(jì)算法，在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用查表法。 挖掘機(jī)減速器中間軸的加工主要是車削和磨削，根據(jù)查表可知：粗車外圓（長(zhǎng)度≤200）的加工余量一般為1.5～3㎜；精車外圓（長(zhǎng)度≤200）的加工余量一般為0.8～2㎜；磨削外圓的加工余量一般為0.1～0.5㎜。 2、計(jì)算工序尺寸及公差 挖掘機(jī)減速器中間軸的外圓加工其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為軸線，定位基準(zhǔn)也是軸線，符合基準(zhǔn)重合原則，因此采用基準(zhǔn)重合時(shí)工序尺寸及其公差的確定方法。下面以Φ50h5的加工為例說明。 Φ50h5外圓的加工工藝路線為：粗車→精車→熱處理→磨削，毛坯是圓鋼，具體確定過程如下（各過程結(jié)果見表）： （1）確定各工序余量 根據(jù)查表并結(jié)合實(shí)際加工情況進(jìn)行修改得各工序余量（公稱余量） （2）計(jì)算各工序尺寸（基本尺寸） （3）確定各工序尺寸的公差 （4）確定各工序的表面粗糙度 工序名稱 工序余量 工序的經(jīng) 濟(jì)精度 工序尺寸 工序尺寸 及公差 表面粗糙度 磨削 0.2 h5（0 -0.011） 50 Φ500 -0.011 Ra=0.4 精車 1.8 h8（0 -0.046） 50+0.2=50.2 Φ50.20 -0.046 Ra=3.2 粗車 3 h10（0 -0.12） 50.2+1.8=52 Φ520 -0.12 Ra=12.5 毛坯 5 （+0.2 -0.9） 50+5=55 Φ55+0.2 -0.9 七、確定各工序的切削用量和時(shí)間定額 1、切削用量的選擇 下面仍然以Φ50h5外圓的車削為例說明切削用量的選擇。 機(jī)床：CA6140 刀具：焊接式硬質(zhì)合金外圓車刀，刀片材料為YT14，刀桿截面尺寸為16㎜25㎜，刀具幾何參數(shù)：。 （1）粗車時(shí)的切削用量 背吃刀量：取背吃刀量等于加工余量1.5㎜。 進(jìn)給量：根據(jù)工件材料，刀桿截面尺寸，工件直徑及背吃刀量，查表得，按機(jī)床說明書選取實(shí)際進(jìn)給量。 切削速度：切削速度可用公式計(jì)算得到，也可通過查表得到?，F(xiàn)根據(jù)已知條件查表得。 根據(jù)和已知條件，計(jì)算工件轉(zhuǎn)速 按機(jī)床說明書選取實(shí)際主軸轉(zhuǎn)速n=560r/min，為此，實(shí)際切削速度為 機(jī)床功率校驗(yàn)：切削力 切削功率 從機(jī)床說明書可知，車床電動(dòng)機(jī)功率 取機(jī)床傳動(dòng)效率，則機(jī)床有效功率為 因?yàn)椋詸C(jī)床功率足夠。 粗車時(shí)的切削用量為： （2）粗車時(shí)的切削用量 背吃刀量：取背吃刀量等于加工余量0.9㎜。 進(jìn)給量：根據(jù)工件表面粗糙度Ra的值為0.4微米，，工件材料為20CrMnTi。查表（預(yù)估）得：。按機(jī)床說明書選取實(shí)際進(jìn)給量。 切削速度：根據(jù)已知條件查表得，再根據(jù)和已知條件，計(jì)算工件轉(zhuǎn)速 按機(jī)床說明書選取實(shí)際主軸轉(zhuǎn)速n=900r/min，為此，實(shí)際切削速度為 精車時(shí)的切削用量為： 2、時(shí)間定額的計(jì)算 以Φ50h5外圓的粗車為例說明時(shí)間定額的計(jì)算。 （1）基本時(shí)間的計(jì)算 （2）輔助時(shí)間的計(jì)算 輔助時(shí)間一般是基本時(shí)間的（0.15～0.2），則粗車Φ50h5外圓的基本時(shí)間為 作業(yè)時(shí)間 a （3）其他時(shí)間的計(jì)算 布置工作地時(shí)間一般按作業(yè)時(shí)間的2%～7%計(jì)算（取4%計(jì)算），休息與生理需要時(shí)間一般按作業(yè)時(shí)間的2%～4%計(jì)算（取3%計(jì)算），忽略準(zhǔn)備終結(jié)時(shí)間，則其他時(shí)間為 12（4%+3%）=0.84s 粗車Φ50h5外圓的時(shí)間定額即單件時(shí)間 八、確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法 九、進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇最佳方案 十、填寫工藝文件 根據(jù)零件的分析結(jié)果，編制的工藝過程卡片如下： 夾具設(shè)計(jì)實(shí)例 一、設(shè)計(jì)任務(wù) 如圖所示為一連桿的銑槽工序簡(jiǎn)圖。本工序要求銑工件大孔兩端面處的八個(gè)槽，槽寬10+0.2 0ｍｍ，深3.2+0.4 0ｍｍ，表面粗糙度Ｒａ3.2ｕｍ。加工的工藝要求為槽的中心線與兩連線成4530。上道工序已加工的表面作為本工序的定位基準(zhǔn)，即厚度為14.30 -0.1ｍｍ，生產(chǎn)綱領(lǐng)為中批生產(chǎn)。 圖6-1 連桿 二、設(shè)計(jì)方案分析過程 1.設(shè)計(jì)準(zhǔn)備： 根據(jù)工序圖的加工要求，選擇臥式銑床，采用三面刃盤形銑刀完成加工，槽寬由 銑刀保證，槽深及角度由夾具來保證。 2.工件的定位方案： 根據(jù)連桿槽的工序尺寸、形狀和位置精度要求，工件需完全定位。工件在槽深方向的 工序基準(zhǔn)是和槽相連的端面，若以此端面為主要定位基準(zhǔn)，可以做到定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合。但這時(shí)夾具的定位勢(shì)必要設(shè)計(jì)朝下，這會(huì)給工件定位、夾緊及裝卸帶來不便，夾具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。如果選擇與所加工槽相對(duì)的另一端面為定位基準(zhǔn)，則引起基準(zhǔn)不重合誤差，其大小等于工件兩端面的尺寸公差0.1mm。由于槽深的公差為0.4mm，估計(jì)可以保證精度要求。這樣，可用兩孔一面定位，操作方便。 槽的角度位置尺寸是４５３０，工序基準(zhǔn)是兩孔的連心線，以兩孔為定位基準(zhǔn)，可以做到基準(zhǔn)重合，而且操作方便。為了避免發(fā)生不必要的過定位現(xiàn)象，采用一個(gè)圓柱銷和一個(gè)菱形銷作定位元件。由于被加工槽的角度位置以大孔為基準(zhǔn)的，槽的中心應(yīng)通過大孔的中心，并與兩孔連線成４５角，因此將圓柱銷放在大孔，菱形銷放在小孔，如圖 圖6-2 定位方案圖 3.工件的夾緊方案： 根據(jù)工件的定位方案，采用大孔端面為夾緊力的作用點(diǎn)，方向朝定位面。這樣的夾緊點(diǎn)選擇，接近被加工面，切削過程中不易產(chǎn)生振動(dòng)，工件變形小。但對(duì)夾緊機(jī)構(gòu)的高度要加以限制，以防止和銑刀刀桿相碰。 　　　該工件較小，為使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用手動(dòng)螺旋壓板夾緊。 4.變換工位方案： 考慮到該工件等分?jǐn)?shù)較少，產(chǎn)品批量較小，且角度公差較大，采用在夾具體上裝兩個(gè)相差90的菱形銷，加工完一對(duì)槽后，卸下工件，將工件轉(zhuǎn)過90后套在另一個(gè)菱形銷上，重新夾緊后加工另一個(gè)對(duì)槽。 5.刀具的對(duì)刀或引刀方案： 用對(duì)刀塊調(diào)整刀具與夾具的相對(duì)位置，適用于加工精度不超過ＩＴ８級(jí)。而該工件的槽深的公關(guān)較大，故采用直角對(duì)刀塊，用螺釘、銷釘固定在夾具上，用塞尺調(diào)刀。 6.夾具在機(jī)床上的安裝方式以及夾具的結(jié)構(gòu)： 本夾具通過定向鍵與銑床工作臺(tái)的Ｔ形槽配合，夾具體上的耳座用螺栓與機(jī)床工作臺(tái)堅(jiān)固，保證夾具上的定位元件的工作表面對(duì)工作臺(tái)的進(jìn)給方向具有正確的相對(duì)位置。 7.夾具的精度分析： 　　本夾具采用一面兩銷定位方式，定位元件的選擇及定位誤差分析如下： ⑴兩銷中心距的尺寸及偏差。已知工件上兩孔中心距尺寸為57mm0.06mm（δＬＤ＝0.12），取δＬＤ＝δＬd/3＝0.04，則銷距尺寸及偏差為57mm0.02mm. ⑵確定圓柱銷的直徑及偏差。為了減少基準(zhǔn)位移誤差，考慮到定位銷制造時(shí)的經(jīng)濟(jì)性，可取銷徑和偏差為 　　　　?。洌保?2.6ｇ６＝42.6mm-0.009 -0.025 即連桿大孔與圓柱銷間的最小配合間隙Ｘ１ｍｉｎ＝0.009mm 　　 ⑶確定菱形銷的結(jié)構(gòu)尺寸和偏差 　　　菱形銷必須滿足中心距的補(bǔ)償量， 補(bǔ)償量ａ＝ 　　　根據(jù)JB/8014.1-1995，查得直徑為Φ15.3菱形銷寬度ｂ＝３ｍｍ 　　　菱形銷定位的最小間隙 　　　菱形銷的直徑 　　　取公差帶為ｈ６　　?。洌玻?5.2690 -0.011＝15.3mm-0.031 -0.042 　　⑷計(jì)算定位誤差。槽深誤差由基準(zhǔn)不重合引起，由于槽深公差0.4mm，工件兩定位面公差為0.1mm，所以用對(duì)刀塊及塞尺調(diào)整刀具與工件的加工位置，保證槽深。 轉(zhuǎn)角定位誤差 　　　結(jié)論：采用這種定位方式，可保證此工件加工滿足要求 　8.繪制夾具總圖及技術(shù)要求　　如下圖 9.繪制零件圖，從略。