机 械 制 造 技 术 基 础 期 未 作 业Word格式文档下载.docx
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一、零件的工艺分析
1、分析零件图
零件图是表达零件的形状、大小和特征,在生产中直接指导制造和检验零件,它是制造零件时的技术文件和依据。
零件图上的技术要求一般包括表面光洁度、尺寸偏差、表面形状偏差、表面相对位置偏差、某些特殊加工要求及装配要求,热处理和表面处理等要求。
2、零件的加工表面位置要求
低速轴需要加工的部分主要是回转面,长度为262mm。
轴的各个轴肩相邻处需要加工退刀槽,轴肩两端要进行倒角加工。
在轴径为Φ42和Φ58要加工键槽。
该低速轴需要加工的表面及加工表面之间的位置要求如下:
(1)Φ42表面粗糙度为1.6,外圆表面的圆跳动为0.012。
该段上面开有键槽,粗糙度为3.2,相对外圆的对称度为0.02。
(2)Φ48表面粗糙度为6.3,轴肩的粗糙度为3.2。
(3)Φ50表面粗糙度为0.8,同轴圆柱面之间的公差值为0.005,外圆表面的圆跳动为0.015。
(4)Φ58表面粗糙度为1.6,外圆表面的圆跳动为0.015,轴肩粗糙度为3.2。
该段上面开有键槽,槽底粗糙度为6.3,槽面粗糙度为3.2,相对外圆的对称度为0.02。
(5)Φ50,表面粗糙度为0.8,轴肩粗糙度为3.2,相对于Φ42外圆表面的圆跳动为0.015。
(6)其余表面粗糙度均为12.5。
3、零件的工艺
零件的材料选用45钢,其切削性能好,具有较高的强度和韧性等综合机械性能,适用于传递扭矩和承受载荷。
可切削性好。
为了保证技术要求,增加耐磨性,对零件进行调质处理。
二、选择毛坯的制造方式
考虑到轴在工作的时候经常要承受不稳定的冲击载荷,需要有较高的强度和冲击韧性,选用锻件。
因其采用中批生产,且零件的尺寸不大,故可用模锻成型。
可大量减少切削加工的劳动量,从而提高材料的利用率,降低机械加工的成本。
三、制定工艺路线
1、制订工艺路线
本零件的加工面有外圆,端面,槽等。
其加工方法如下:
端面尺寸要求不高,车削即可。
键槽加工键槽,铣键槽。
外圆公差等级和粗糙度要求不同,选择粗车,半精车,精车等加工方法。
各个轴径的选择要求如下:
(1)Φ48,Φ58,Φ64三个外圆面未标注公差尺寸,根据GB1800-79规定其公差等级按IT12,表面粗糙度为Ra6.3,需要进行粗车。
(2)Φ50有公差要求,公差等级为IT7,表面粗糙度为Ra0.8,可采用粗车→半精车→精车→磨削。
(3)Φ42,Φ58有公差要求,公差等级为IT7,表面粗糙度为Ra1.6,可采用粗车→半精车→精车。
(4)槽的槽深公差等级分别为IT13,IT14。
其表面粗糙度分别为Ra3.2和Ra6.3。
采用粗铣,半精铣。
该零件的加工质量要求比较高,因此加工阶段划分为:
粗加工、半精加工、精加工、磨削加工四个阶段。
由以上的分析可得到如下的方案:
方案一
序号
工序内容
设备
工序1
车两端面,钻中心孔
车床
工序2
车外圆,切槽,倒角
工序3
铣键槽
磨床
工序4
去毛刺
钳工
工序5
磨外圆
工序6
终检
方案二
两边同时车铣端面,钻中心孔
粗车轴上的各外圆表面,半精车Φ64
以Φ64和左端面孔定位,半精车轴左部的所有外表面
以Φ64和右端面孔定位,半精车轴右部的所有外表面
以两端面孔定位切退刀槽,倒角
工序7
磨削各外圆
工序8
方案分析:
对于方案一,工序比较集中,这样能减少工件安装的次数,有利于保证位置公差要求,减少辅助时间,提高劳动生产率。
对于小批量而言确实能降低生产成本;
但本题要求中批生产,反而会使生产成本增加。
对于方案二,工序比较分散,采用端面孔定位加工各轴的表面,会使各表面产生加工误差。
综合以上两个方案的优点,制定一个最优方案如下:
组合机床
粗车外圆
精车外圆,Φ42Φ50Φ58切退刀槽,倒角
铣床
磨外圆面H,M,G,P,N
2、选择定位基准
粗基准的选择:
根据粗基准的选择原则,为了使加工表面有足够而均匀的加工余量,应该选择毛坯上面加工余量小而均匀的重要表面为粗基准。
对于轴类而言,一般以外圆为粗基准。
对该轴来说,Φ64mm的外圆表面精度较小,故其加工余量也会小,从而可以作为粗基准加工其两边的表面。
加工两端面时,两个表面相互位置精度要求较高时,两个表面互为基准反复加工,可以不断提高定位基准的精度。
精基准的选择:
根据基准不变的原则,轴类零件在整个加工过程中大部分工序都以两个顶尖孔为定位基准。
可以保证其相互位置精度,使各表面之间达到很高的位置精度。
同时,各工序所用的夹具统一,从而减少了设计和制造夹具的时间和费用,有利于提高生产率。
3、选择机床及工、夹、量、刀具
机床的选择:
为了保证加工质量,又要经济合理,机床选用CA6140卧式车床,831005,M131W。
夹具的选择:
车床专用夹具,铣床专用夹具,三爪自定心卡盘,V型块。
量具的选择:
本零件属于中批量生产,一般情况下尽量使用通用量具,根据零件表面的精度要求和形状特点。
外圆表面的公差等级为7级,在粗车、半精车中使用读书值0.02测量范围0-500游标卡尺,在精车中因为批量较大,为提高测量效率,故采用专用卡规测量。
百分尺。
刀具的选择:
查表1.1,YT类硬质合金刀,粗加工YT5,半精加工YT15,精加工YT30。
镗刀,切槽刀采用低速钢。
端面用直柄立铣车刀;
磨削外圆用PZA400x50x203A80M4V35。
4、加工余量及工序间尺寸及公差的确定
已知机械加工后轴的重量为0.8kg,由此初步估计机械加工前铸件的毛坯重量为1kg。
由于该轴材料为45钢,是碳的质量分数大于0.65%的碳素钢,该铸件的采制系数属M1级。
轴经锻造后应安排退火,正火,以消除残留的锻造应力,并使不均匀的金相组织通过重新结晶而得到细化,均匀的组织,从而改善加工性能。
确定加工余量时,只需将零件的尺寸加上余量值即可。
若只需粗加工时,可取所查数据中的较小值,反而取较大值。
则其毛坯尺寸如下:
零件尺寸
单面加工尺寸
毛坯尺寸
Φ42
3
Φ48
1.5
Φ51
Φ50
2
Φ54
Φ58
Φ64
Φ67
Φ61
由零件图,低速轴毛坯尺寸的允许偏差为:
尺寸
尺寸偏差
+0.050
+0.034
+0.021
+0.002
+0.060
+0.041
加工表面加工余量偏差的确定:
加工表面
工序双边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
粗
半精
精
3.4
2.2
0.2
Φ42±
0.01
Ra6.3
Ra3.2
Ra0.8
Φ48±
2.4
Φ52.4±
Φ52.2±
Φ50.2±
Φ61.4±
Φ60.2±
Φ58.2±
Φ67±
Φ61±
5、切削用量的确定
(1)车两端面,打中心孔,粗车Φ48,Φ58,Φ64,表面粗糙度值为Ra6.3。
加工条件:
45钢,模锻,正火
机床:
CA6140
刀具:
刀片材料为YT15,刀杆尺寸16×
25。
Kr=90°
r0=15°
a0=12°
rR=0.5mm。
粗车Φ64
确定端面的最大加工余量:
已知毛坯长度方向的余量为2(-0.7~1.5)。
考虑7°
的锻模拔模斜度,则毛坯的最大加工余量为8mm。
分两次加工,切削深度为2mm,公差为IT13。
计算切削速度
按《切削手册》表1.27,切削速度公式为(刀具寿命选T=60min)
式中Cv=242xv=0.15yv=0.35m=0.2
修正系数km=1.44Ks=0.8Kk=1.04kr=0.81Kbv=0.97
所以V=108.6m/min
主轴转速n=1000×
V/π×
d=1000×
108.6/(3.14×
64)=500r/min
切削时T=l/(n×
f)=10/(0.52×
500)=0.038min
粗车50
切削深度:
单边余量为2mm可一次切削
进给量:
f=0.50
切削速度
得V=116m/min
主轴速度:
n=1000×
116/(3.14×
64)=577r/min
按照机床说明书,则去n=560r/min
切削工时T=l/(n×
f)=0.136min
验证机床功率:
主切削力F计算公式
F=cf×
apxv×
fyv×
km
式中cf=2880xv=1.0yv=0.75km=0.94kr=0.89
所以F=2780N
P=f×
v/(6×
1000)=6.43kw
由《切削手册》机床说明书可知CA6140卧式车床主电动机的功率为7.5kw。
所以机床的功率足够,能够保证正常加工。
验证机床进位系统强度
已知主切削力F=2780N,径向切削力Fp按《切削手册》有计算公式Fp=279N
轴向切削力Ff按《切削手册》有Ff=1292N
取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数μ=0.1则切削力在纵向进给方向上对进给机构的作用力
F=Ff+μ(Fp+F)=1597.9N
小于机床纵向方向可以承受的最大纵向力。
所以系统可以正常工作。
粗车时各轴径的切削用量和基本时间
工步
切削深度
进给量
车床速度
基本时间
0.5
118.7
900
0.182
107
710
0.101
116
560
0.136
138
760
0.179
4
108.6
500
0.038
0.021
0.071
精车时各轴径的切削用量和基本时间
车床转速
1.2
0.3
150
1200
0.228
0.106
0.189
0.056
背吃刀量确定i=h/ap通常i=1即一次铣削到规定深度ap=h=3.5mm
进给量确定按机床功率为1.5kw,工件-夹具系统刚度为中等条件选取,该工序的每齿进给量为0.04
铣削速度的计算按镶齿铣刀d/z=80/10的条件选取,铣削速度v可取44.9m/min。
有公式5-1n=1000v/πd可求得该工序铣刀转速,n=178.65r/min,参照831005型立式铣床的主轴转速,去主轴转速n=188r/min,即求得铣削速度v=47.22m/min
基本时间Tj=【(l+l1+l2)*i】/fmz
L1=0.5d+(1~2)l2=l-3
可得Tj=62.5s
磨削
选择砂轮,WA46kv6P350×
40
切削用量砂轮转速为n=1500r/min
砂轮切削速度V=27.3m/s
f=0.5轴向方向的进给量B=20mm
工件速度V=10m/min
径向方向的进给量f=0.015/20
切削加工时T=(2×
L×
b×
Z×
k)/(1000×
v×
Fa×
Fv)
L加工长度8236386810820
b加工宽度42485058645850
Z单边加工余量0.1
k系数1.10
v工作台移动速度
Fa工作台往返一次砂轮轴向进给量
Fv工作台往返一次砂轮轴向进给量
T=2×
(8+10+20+36+38+68+82)×
(42+48+50+50+58+58+64)×
0.1×
1.10/(1000×
10×
20×
0.015)
=7.11min
6、画毛坯图(1:
1)
附图1
7、填写机械加工工艺过程综合卡片
附图2
四、工艺装备设计
1)确定设计方案,绘制结构原理示意图。
本工序加工键槽,保证轴肩与键槽右端的长度为11,和外圆到键槽底部的距离为360-0.2及键宽140-0.043,为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。
该工序在立式铣床X5012上加工,零件属于中批量生产。
根据工件的加工要求,该工件必须限制工件的五个自由度,即X移动,X转动,Z移动,Y移动,Y转动,用V型块接触限制X移动,X转动,Y移动,Y转动,挡住Z移动。
为了保证定位的精度需要在外圆面上加一个压板。
2)选择定位元件,计算定位误差。
由零件图可知,Φ42+0.050+0.034二孔端对孔中心线有平行度和对称度要求,设计基准以孔中心线。
为了使误差为零,应选选择自动定心夹具,同时为了提高加工效率,两个孔端面同时加工,为了缩短辅助时间,准备采用气动夹紧。
由于此工序工件的定位是外圆,夹具上相应的定位元件选为V型块和压板。
(1)计算Φ42+0.050+0.034二孔外端面铣加工后与键孔中心线的最大平行度误差
键孔与定位轴外径的最大间隙为
△max=0.050-0.034=0.016
由于孔外端面还有进行磨削加工,故上述下平行度误差值是可以允许。
(2)工序基准为左端面,定位基准是外圆中心线,其联系尺寸为11定位尺寸,引起工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上产生的最大变化量为0,所以
△jb=0
工件以中心孔定位,定位基准是中心孔
△db=0
因此,△dw=△jb+△db=0<
1/3T即满足要求。
3)计算所需夹紧力,设计夹紧机构。
刀具:
低速钢镶齿三面刃铣刀,Φ225mm,Z=20
其中:
CF=650αp=3.1mmXF=1.0fz=0.08mmyF=0.72
Αe=40mmμF=0.86dD=225mmqF=0.86ωF=0z=20
∴F=1456N
当用两把刀铣削时,F’=2F=2912N
水平分力:
F1=1.1F’=3230N
垂直分力:
F2=0.3F’=873N
在计算切削力时,必须把安全系数考虑在内,安全系数K
基本安全系数1.5
加工性质系数1.1
刀具钝化系数1.1
断续切削系数1.1
∴Q=F1K=6395N
选用气缸一斜锲夹紧机构,锲角α=10°
其结构形式选用Ⅳ型
则扩大比i=3.42为克服水平切削力,夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数为0.25,实际夹紧力N为
N=12790N
气缸选用Φ100mm。
当压缩空气单位压力P=0.5Mpa时,气缸推力为3900N,故实际夹紧力为:
Q=3900i=13338N
此时Q大于所需的夹紧力,故夹具可安全工作。
4)画出夹具装配图。
附件:
毛坯图
机械加工工艺过程卡片
产品型号
零件图号
产品名称
零件名称
低速轴
共1页
第1页
材料牌号
45钢
毛坯种类
锻件
毛坯外形尺寸
长266
每毛坯可制件数
1
每台件数
备注
工序号
工序
车间
工段
工艺装备
工时
准终
单件
5
下料
锯棒料Φ67长266
锯床
锯尺卡尺
15
车
车床CA6140
车刀、卡尺、三爪自定心卡盘
25
35
45
铣
专用夹具、卡尺、铣刀
55
磨
顶装、砂轮、卡尺
65
75
检验
塞规、百分表、卡尺
设计(日期)
审核(日期)
标准(日期)
会签(日期)
标记
处数
更改文件号
签字
日期
粗车
机械加工工序卡片
共1页
第1页
工序名称
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
夹具编号
夹具名称
切削液
三爪自定心卡盘
工位器具编号
工位器具名称
工序工时
工步号
工步内容
工艺设备
主轴转速r/min
切削速度mm/min
进给量mm/r
背吃刀量mm
进给次数
工步工时
机动
辅助
装夹工件
三爪自定心卡盘、车刀
6
7
精车
精车外圆
0.15
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