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通过分析该零件,其布局合理,方便加工,我们通过径向夹紧可保证其加工要求,整个图面清晰,尺寸完整合理,能够完整表达物体的形状和大小,符合要求。
二、毛坯的选择
毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一,也是一个比较重要的阶段,毛坯的形状和特征(硬度,精度,金相组织等)对机械加工的难易,工序数量的多少有直接影响,因此,合理选择毛坯在生产占相当重要的位置,同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。
一、毛坯的选择
毛坯种类的选择决定与零件的实际作用,材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性,所以推荐用型材或锻件,但从经济方面着想,如用型材中的棒料,加工余量太大,这样不仅浪费材料,而且还增加机床,刀具及能源等消耗,而锻件具有较高的强度,冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。
本零件生产批量为中批量,所以综上所叙选择锻件中的模锻。
二、毛坯图的设计
毛坯(锻件)图是根据产品零件设计的,经查《机械加工工艺手册》《金属机械加工工艺人员手册》知精车-半精车-粗车各余量,从而可得毛坯余量<
或查表得到>
见图1-2
1-2毛坯图
三、加工方案的确定
在市场经济的前提下,一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的,同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下,译稿工件的加工效率和经济性,而在具体的选择上,一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。
由于方法的多种多样,工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。
同样在该零件的加工方法的选择中,我们考虑了工件的具体情况和我们学校的具体加工条件,一般我们按加工顺序来阐述加工方案:
加工表面
表面粗糙度
公差/精度等级
加工方法
左端B3.5中心孔
Ra3.2
自由公差
钻孔
右端B3.5中心孔
M20X1.5
粗车-精车
φ29.295MorseNo.4外圆柱表面
Ra0.8
M30x1.5
φ35js5外圆柱面
IT5
粗车-精车-粗磨-精磨-精细磨
φ45外圆柱面及两端面
Ra1.6
φ35h5外圆柱面
φ30js6外圆柱面
IT6
左端面
右端面
键槽
IT9
粗铣-精铣
倒角
精车
表1-1各表面加工方法
(1)工序的安排
1加工阶段的划分
当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备,人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。
1粗加工阶段:
其任务是切除毛坯上大部分余量,使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品,因此,主要目标是提高生产率,去除内孔,端面以及外圆表面的大部分余量,并为后续工序提供精基准,如钻B3.5的中心孔。
加工M20X1.5、φ29.295MorseNo.4、M30X1.5、φ35js5、φ45、φ35h5、φ30js6外圆柱表面。
2半精加工阶段:
其任务是使主要表面达到一定的精加工余量,为主要表面的精加工做好准备,如M20X1.5、φ29.295MorseNo.4、M30X1.5、φ35js5、φ45、φ35h5、φ30js6外圆柱面,等。
3精加工阶段:
其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度,留一定的精加工余量,为主要表面的精加工做好准备,并可完成一些次要表面的加工。
如精度和表面粗糙度要求,主要目标是全面保证加工质量。
2基面先行原则
该零件进行加工时,要将端面先加工,再以左端面、外圆柱面为基准来加工,因为左端面和各外圆柱面及螺纹为后续精基准表面加工而设定的,才能使定位基准更准确,从而保证各位置精度的要求,然后再把其余部分加工出来。
3先粗后精
即要先安排粗加工工序,再安排精加工工序,粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉,一方面提高金属切削效率,另一方面满足精车的余量均匀性要求,若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时,则要安排半精车,以此为精车做准备。
4先面后孔
对该零件应该先加工端面和外圆柱面,后加工孔,这样安排加工顺序,一方面是利用加工过的外圆柱面定位,稳定可靠,另一方面是在加工过的端面上加工孔,比较容易,并能提高孔的加工精度,
(2)工序划分的确定
工序集中与工序分散:
工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多,工序集中使总工序数减少,这样就减少了安装次数,可以使装夹时间减少,减少夹具数目,并且利用采用高生产率的机床。
工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行,每道工序的内容很少,最少时每道工序只包括一简单工步,工序分散可使每个工序使用的设备,刀具等比较简单,机床调整工作简化,对操作工人的技术水平也要求低些。
综上所述:
考虑到工件是中批量生产的情况,采用工序分散
(3)、热处理工序的安排
热处理的目的是提高材料力学性能,消除残余应力和改善金属的加工性能,热处理主要分预备热处理,最终热处理和内应力处理等,本零件材料为45钢,在加工过程中预备热是消除零件的内应力,在毛坯锻造之后。
最终热处理在半精车之后精车之前,按规范在840℃温度中保持30分钟释放应力。
(4)、拟定加工工艺路线
根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则,可以初步确定加工工艺路线,具体方案如下:
方案一
1、备料锻造毛坯
2、普车夹左端钻右端B3.5中心孔,粗车φ30、φ35、φ45预留2mm余量
3、普车夹右端钻左端B3.5中心孔,粗车M20X1.5、φφ29.295MorseNo.4、M33X1.5、φ35预留2mm余量
4、调质在Φ35js5和Φ30js6圆柱面调质热处理
5、数控车夹左端精车φ30、φ35、φ45至尺寸,切两个3x1.5退刀槽,倒C2圆角
6、数控车夹右端精车螺纹M20X1.5、M33X1.5、外圆φ29.295MorseNo.4、φ35至尺寸,切3x1、4x1、3x0.5退刀槽,倒C2圆角
7、磨床粗磨、精磨、精细磨各外圆柱面至要求
8、数控铣粗精洗长30mm宽10mm深3.75mm、宽6mm深3mm、长100mm宽10mm深5mm键槽至尺寸
9、检验合格入库
方案二
1.备料锻造毛坯
2.数控车夹左端钻右端B3.5中心孔,粗车φ30、φ35、φ45预留2mm余量
3.数控车夹右端钻左端B3.5中心孔,粗车M20X1.5、φφ29.295MorseNo.4、M33X1.5、φ35预留2mm余量
4.调质在Φ35js5和Φ30js6圆柱面调质热处理
5.数控车夹左端精车φ30、φ35、φ45至尺寸,切两个3x1.5退刀槽,倒C2圆角
6.数控车夹右端精车螺纹M20X1.5、M33X1.5、外圆φ29.295MorseNo.4、φ35至尺寸,切3x1、4x1、3x0.5退刀槽,倒C2圆角
7.磨床粗磨、精磨、精细磨各外圆柱面至要求
8.数控铣长30mm宽10mm深3.75mm、宽6mm深3mm、长100mm宽10mm深5mm键槽至尺寸
9.检验合格入库
方案三
2.普车夹左端钻右端B3.5中心孔,粗车φ30、φ35、φ45预留2mm余量
3.普车夹右端钻左端B3.5中心孔,粗车M20X1.5、φφ29.295MorseNo.4、M33X1.5、φ35预留2mm余量
5.普车夹左端精车φ30、φ35、φ45至尺寸,切两个3x1.5退刀槽,倒C2圆角
6.普车夹右端精车螺纹M20X1.5、M33X1.5、外圆φ29.295MorseNo.4、φ35至尺寸,切3x1、4x1、3x0.5退刀槽,倒C2圆角
8.普铣粗精洗长30mm宽10mm深3.75mm、宽6mm深3mm、长100mm宽10mm深5mm键槽至尺寸
综上所述:
三个工艺方案的特点在于工序集中和工序分散和加工顺序,从零件本身来考虑,由于轴类零件在切削加工时易产生弯曲变形,如采用工序分散,在加工时零件的位置精度无法保证,为了同时保证零件图示的圆跳动要求,所以采用方案二。
四、工序尺寸的确定
一、粗车加工工序尺寸
1.M20X1.5
考虑其加工长度为24mm,与其连接的非加工外圆表面直径为φ25X27.5mm,为模锻毛坯,车其外圆表面直径至φ22。
φ22mm表面为自由尺寸公差,表面粗糙度值要求为3.2,只要求粗加工,此时直径余量2mm已能满足加工要求。
2.锥度φ29.295
锥型圆柱最小直径为φ29.295,最大直径为φ31.267,长度为43,为莫氏锥度4号,表面粗糙度为0.8。
其中开有键槽长3x10x3.75(上偏差为0,下偏差为-0.087,表面粗糙度为3.2)。
毛坯直径φ40,粗车其外圆表面预留2mm加工余量,表面为自由尺寸公差,表面粗糙度值要求为3.2,,此时直径余量2mm已能满足加工要求
3.(M33X1.5)
考虑其直径为33mm,长度为15,毛坯直径为φ40,粗车外圆表面直径至φ35,φ35为自由尺寸公差,表面粗糙度为3.2,只要求粗加工,此时直径余量2mm满足加工要求
4.φ35js5
2.查《机械制造工艺设计简明手册》,其中φ35js5公差值为0.011mm,上偏差为0.0055mm,下偏差为-0.0055mm;
毛坯直径为φ40,粗车外圆表面直径至φ37,φ37为自由尺寸公差,表面粗糙度为3.2,只要求粗加工,此时直径余量2mm满足加工要求
5.φ45及
外圆φ45长度为5,表面粗糙度为1.6,考虑其两边都有退刀槽,因此加工余量保证在1mm。
毛坯直径为φ50,粗车外圆表面直径至φ47,φ47为自由尺寸公差,表面粗糙度为3.2,只要求粗加工,此时直径余量2mm满足加工要求
7.φ35h5
考虑其直径为φ35,长度106.5,表面粗糙度为0.8,其中开有键槽100x10x5(上偏差为0,下偏差为-0.087,表面粗糙度为3.2)。
φ35h5公差值0.009上偏差为0,下偏差为-0.009。
长度方向的余量查《工艺手册》,其余量范围为2.0~2.5mm,现取为2.0mm,毛坯直径为φ40,粗车外圆表面直径至φ37,φ37为自由尺寸公差,表面粗糙度为3.2,只要求粗加工,此时直径余量2mm满足加工要求
6.φ30js6
外圆φ30长度为19.5,表面粗糙度为0.8,上偏差为0.0065,下偏差为-0.0065。
毛坯直径为φ40,粗车外圆表面直径至φ32,φ32为自由尺寸公差,表面粗糙度为3.2,只要求粗加工,此时直径余量2mm满足加工要求
二、精车及磨削及磨削加工工序尺寸
精车及磨削及磨削加工工序尺寸如表1-2
表1-2端面精车及磨削余量
五、定位基准的选择
工件在加工第一道或最初几道工序时,一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准,这个是粗基准,该零件选用左端φ40外圆柱面作为粗基准来加工φ45、φ35h5、φ30js6外圆柱面和右端面。
以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则,在以后的工序中,则使用经过加工的表面作为定位基准,φ35h7的外圆柱面和右端面作为定位基准,这个基准就是精基准。
在选精基准时采用有基准重合,基准统一。
这样定位比较简单可靠,为以后加工重要表面做好准备。
六、切削用量及基本工时
一.选用原则
粗车时,应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。
选择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量ap,其次根据机床动力和刚性的限制条件,选取尽可能大的进给量f,最后根据刀具耐用度要求,确定合适的切削速度vc。
增大背吃刀量ap可使走刀次数减少,增大进给量f有利于断屑。
精车时,对加工精度和表面粗糙度要求较高,加工余量不大且较均匀。
选择精车的切削用量时,应着重考虑如何保证加工质量,并在此基础土尽量提高生产率。
因此,精车时应选用较小(但不能太小)的背吃刀量和进给量,并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数,以尽可能提高切削速度。
二.切削用量的选取方法
1)背吃刀量的选择
粗加工时,除留下精加工余量外,一次走刀尽可能切除全部余量。
也可分多次走刀。
精加工的加工余量一般较小,可一次切除。
在中等功率机床上,粗加工的背吃刀量可达8~10mm;
半精加工的背吃刀量取0.5~5mm;
精加工的背吃刀量取0.2~1.5mm。
2)进给速度(进给量)的确定
粗加工时,由于对工件的表面质量没有太高的要求,这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。
精加工时,则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。
进给速度νf可以按公式νf=f×
n计算,式中f表示每转进给量,粗车时一般取0.3~0.8mm/r;
精车时常取0.1~0.3mm/r;
切断时常取0.05~0.2mm/r。
3)切削速度的确定
切削速度vc可根据己经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度进行选取。
实际加工过程中,也可根据生产实践经验和查表的方法来选取。
粗加工或工件材料的加工性能较差时,宜选用较低的切削速度。
精加工或刀具材料、工件材料的切削性能较好时,宜选用较高的切削速度。
切削速度vc确定后,可根据刀具或工件直径(D)按公式n=l000vc/πD来确定主轴转速n(r/min)。
表1-3切削用量
工序号
工
步
号
工步内容
主轴转速
(r/min)
进给速度
(mm/r)
(mm/min)
背吃刀量
(mm)
2
1
夹左端钻右端B3.5中心孔
300
粗车φ30、φ35、φ45预留2mm余量
600
0.2
1.5
3
夹右端钻左端B3.5中心孔
粗车M20X1.5、φφ29.295MorseNo.4、M33X1.5、φ35预留2mm余量
5
夹左端半精车、精车φ30、φ35、φ45至尺寸
800
0.15
0.5
倒C2圆角
切两个3x1.5退刀槽
400
0.1
6
夹右端半精车、精车外圆φ29.295MorseNo.4、φ35至尺寸
切3x1、4x1、3x0.5退刀槽
4
粗、精车螺纹M20X1.5、M33X1.5
8
粗精铣30x10x3.75、100x10x5键槽
50
粗精铣6x3键槽
三.确定部分加工工步基本工时
1、车右端面时T===13.3s
2、粗车右端Φ35mm外圆时T=*n=*2=142s
3、粗车右端Φ30mm外圆时T=*n=*1=13s
4、调头车左端面,保零件轴向长度285mm时T===13.3s
5、粗车左端Φ19.85mm时T=*n=*4=64s
6、粗车左端莫氏4号的圆锥时T=*n=*2=50.7s
7、粗车左端Φ32.85mm时T=*n=*2=20s
8、粗车左端Φ35mm时T=*n=*2=96s
9、粗车左端Φ45mm时T=*n=*2=6.7s
七、机床的选择
1、工序3采用CK7150A数控车床,车床的参数如表1-4
CK7150A机床参数
名
称
单
位
规
格
床身上最大回转直径
mm
Φ505
床鞍上最大回转直径
Φ340
最大车削直径
轴类直径
Φ250
盘类直径
Φ500
最大钻孔直径
Φ20
最小车削直径
最大车削长度
1000;
500
最
大
行
程
X
260
Z
1100;
主
轴
箱
主轴转速范围
r/min
20-2000
主轴定心轴颈锥度
14°
15′
锥孔锥度
公制
80
主轴通孔直径
Φ65
主轴中心至床面高度
290
主轴中心至地面高度
1000
尾
架
尾架套筒最大行程
尾架套简直径
Φ85
尾架套筒锥孔锥度
莫氏
5#
进给
量及
螺距
范围
工进
mm/min
0.0005-500
0.001-500
快进
12
螺纹导程
mm/r
O.O01-500
刀
盘
驱动方式
电动
刀位数
外圆刀方尺寸
25×
25
夹具
液压动力卡盘
主电机
台湾先马变频电机,
功
率
7.5/11Kw
额定转速
1000r/min
最高转速
4000r/min
X轴伺服电机
A06B-0226-B301
(αC8/2000i)
转
速
2000rpm
额定转矩
8Nm
1.2Kw
Z轴伺服电机
A06B-0241-B101
(αC12/2000i)
12Nm
1.8kW
控制系统
FANUCOi-mate
机床外形尺寸(长x宽x高)
3160×
1480×
1650
机床重量
净
重
Kg
3000
毛
4000
表1-4CK7150A机床参数
3、工序4采用数控车床XH713A,车床参数如表1-6
XH713A机床参数
名称
工作台
工作台面积
800x350
T形槽
3x18H8
工作台最大承重
kg
550
行程
X向、Y向、Z向行程
600x410x510
主轴端面至工作台面距离
126-635
主轴中心至立柱导轨面距离
215-625
主轴
rpm
60-4000(8000可选)
主轴电机功率(连续/30分)
kw
5.5/7.5
主轴孔锥度
-
BT-40
三向进给
切削进给速度
1-5000
快速移动速度
15000
进给电机扭矩
Nm
精度
定位精度
±
0.013
重复定位精度
0.005
电机进给电机容量
主轴电机
X、Y向
0.9
Z向
1.8
刀库
刀库容量
支(pcs)
16
换刀时间(秒)
sec
7
一般规格
2500x2630x2550
4500
总电源供应量
15
典型配用数控系统
FANUCOi
表1-6XH713A机床参数
2、工序5采用数控万能外圆磨床MK14150,参数如表1-5
表1-5MK14150数控万能外圆磨床部分主要参数
八、刀具的选择
由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率,工件的加工精度,已加工表面质量,刀具的磨损和加工成本,所以正确的选择刀具材料是数控加工工艺的一个重要部分,刀具应具有高刚度,足够的强度和韧度,高耐磨性,良好的导热性,良好的工艺性
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