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基于支承套零件工藝及工裝設計 1 緒論 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 機械的加工工藝及夾具設計是在完成了大學的全部課程之后，進行的一次理論聯(lián)系實際的綜合運用，使我對專業(yè)知識、技能有了進一步的提高，為以后從事專業(yè)技術(shù)的工作打下基礎。機械加工工藝是實現(xiàn)產(chǎn)品設計，保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本的重要手段，合理的機械加工工藝過程是企業(yè)進行生產(chǎn)準備、計劃調(diào)度、加工操作、生產(chǎn)安全、技術(shù)檢測和健全勞動組織的重要依據(jù)，也是企業(yè)上品種、上質(zhì)量、上水平，加速產(chǎn)品更新，提高經(jīng)濟效益的技術(shù)保證。 合理的機械加工工藝文件不僅能提高一個企業(yè)的技術(shù)革新能力，而且可以較大程度地提高企業(yè)的利潤，因而合理地編制零件的加工工藝文件就顯得時常重要。機械加工工藝文件的合理性也會受到企業(yè)各方面因素的制約，比如企業(yè)的生產(chǎn)設備、工人的技術(shù)水平及夾具的設計水平等，其中較為重要的是夾具的生產(chǎn)和設計。夾具是機械加工系統(tǒng)的重要組成部分，不論是傳統(tǒng)制造，還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)，夾具的設計都是十分重要的。好的夾具設計可以提高產(chǎn)品勞動生產(chǎn)率，保證和提高加工精度，降低生產(chǎn)成本等，還可以擴大機床的使用范圍，從而使產(chǎn)品在保證精度的前提下提高效率、降低成本。當今激烈的市場競爭和企業(yè)信息化的要求,企業(yè)對夾具的設計及制造提出了更高的要求。所以對機械的加工工藝及夾具設計具有十分重要的意義。 因而不僅要合理結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)實際來進行零件加工工藝文件的編制，而且還要根據(jù)零件的加工要求和先進的加工機床來設計先進高效的夾具。 該課題主要是為了培養(yǎng)學生開發(fā)、設計和創(chuàng)新機械產(chǎn)品的能力，要求學生能夠結(jié)合常規(guī)機床與零件加工工藝，針對實際使用過程中存在的金屬加工中所需要的三維造型、機床的驅(qū)動及工件夾緊問題，綜合所學的機械三維造型、機械理論設計與方法、機械加工工藝及裝備、液壓與氣動傳動等知識，對高效、快速夾緊裝置進行改進設計，從而實現(xiàn)金屬加工機床驅(qū)動與夾緊的半自動控制。 在設計液壓系統(tǒng)裝置時，在滿足產(chǎn)品工作要求的情況下，應盡可能多的采用標準件，提高其互換性要求，以減少產(chǎn)品的設計生產(chǎn)成本。 1.2國內(nèi)外的發(fā)展概況 夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在，大約可以分為三個階段：第一個階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結(jié)合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是加工過程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機床之間的橋梁，夾具的機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊。人們越來越認識到，夾具與操作人員改進工作及機床性能的提高有著密切的關系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現(xiàn)為夾具與機床的結(jié)合，夾具作為機床的一部分，成為機械加工中不可缺少的工藝裝備。 在夾具設計過程中，對于被加工零件的定位、夾緊等主要問題,設計人員一般都會考慮的比較周全，但是，夾具設計還經(jīng)常會遇到一些小問題，這些小問題如果處理不好，也會給夾具的使用造成許多不便，甚至會影響到工件的加工精度。我們把多年來在夾具設計中遇到的一些小問題歸納如下：清根問題在設計端面和內(nèi)孔定位的夾具時，會遇到夾具體定位端面和定位外圓交界處清根問題。端面和定位外圓分為兩體時無此問題,。夾具要不要清根，應根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)而定。如果零件定位內(nèi)孔孔口倒角較小或無倒角，則必須清根,如果零件定位孔孔口倒角較大或孔口是空位，則不需要清根，而且交界處可以倒為圓角R。端面與外圓定位時，與上述相同。讓刀問題在設計圓盤類刀具(如銑刀、砂輪等)加工的夾具時，會存在讓刀問題。設計這類夾具時，應考慮銑刀或砂輪完成切削或磨削后，銑刀或砂輪的退刀位置，其位置大小應根據(jù)所使用的銑刀或砂輪的直徑大小，留出超過刀具半徑的尺寸位置即可。更換問題在設計加工結(jié)構(gòu)相同或相似，尺寸不同的系列產(chǎn)品零件夾具時，為了降低生產(chǎn)成本,提高夾具的利用率，往往會把夾具設計為只更換某一個或幾個零件的通用型夾具。 由于現(xiàn)代加工的高速發(fā)展，對傳統(tǒng)的夾具提出了較高要求，如快速、高效、安全等?；谝簤簥A緊的專用夾具設計，必須計算加工工序所受的切削力及切削力矩，按照夾緊方式進行夾緊力的計算，進而可以確定液壓缸的負載，通過選定整個液壓系統(tǒng)的壓力，最終可以確定液壓缸的各參數(shù)。 隨著機械工業(yè)的迅速發(fā)展，對產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)率提出了愈來愈高的要求，使多品種，中小批生產(chǎn)作為機械生產(chǎn)的主流，為了適應機械生產(chǎn)的這種發(fā)展趨勢，必然對機床夾具提出更高的要求。特別像后鋼板彈簧吊耳類不規(guī)則零件的加工還處于落后階段。在今后的發(fā)展過程中，應大力推廣使用組合夾具、半組合夾具、可調(diào)夾具，尤其是成組夾具。在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精高效模塊組合通用經(jīng)濟方向發(fā)展。 1.3 本課題應達到的要求 通過實際調(diào)研和采集相應的設計數(shù)據(jù)、閱讀相關資料相結(jié)合，在對金屬切削加工、金屬切削機床、機械設計與理論及液壓與氣動傳動等相關知識充分掌握后，分析金屬切削加工過程中的機床工作臺驅(qū)動、工件夾緊等方面的相關數(shù)據(jù)，結(jié)合液壓與氣動傳動的相關理論知識，完成液壓傳動方案分析及液壓原理圖的擬定，設計液壓專用夾具的驅(qū)動、夾緊裝置，并進行主要液壓元件的設計與選擇及傳動系統(tǒng)的驗算校核等，來達到產(chǎn)品的最優(yōu)化設計。 針對實際使用過程中存在的金屬加工工藝文件編制、工件夾緊及工藝參數(shù)確定及計算問題，綜合所學的機械理論設計與方法、機械加工工藝文件編制及實施等方面的知識，設計出一套適合于實際的零件加工工藝路線，從而實現(xiàn)適合于現(xiàn)代加工制造業(yè)、夾緊裝置的優(yōu)化設計。 2 零件的造型 2.1 零件造型軟件介紹 1) Solid Works?軟件介紹 創(chuàng)新的、易學易用的而且價格便宜的Solid Works是Windows原創(chuàng)的三維設計軟件。其易用和友好的界面，能夠體現(xiàn)在整個產(chǎn)品設計的工作中。Solid Works完全自動捕捉設計意圖和引導設計修改。在Solid Works的裝配設計中可以直接參照已有的零件生成新的零件。不論設計采用"自頂而下"方法還是"自底而上"的方法進行裝配設計，SolidWorks都將以其易用的操作大幅度地提高設計的效率。SolidWorks有全面的零件實體建模功能，其豐富程度有時會出乎設計者的期望。用SolidWorks的標注和細節(jié)繪制工具，能快捷地生成完整的、符合實際產(chǎn)品表示的工程圖紙。?Solid有Works還具有全相關的鈑金設計能力。鈑金件的設計即可以先設計立體的產(chǎn)品也可以先按平面展開圖進行設計。Solid Works軟件提供完整的、免費的開發(fā)工具(API)，用戶可以用微軟的Visual?Basic、Visual?C++或其它支持OLE的編程語言建立自己的應用方案。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，SolidWorks可以很容易地將目前市場幾乎所有的機械CAD軟件集成到現(xiàn)在的設計環(huán)境中來。?? 為比較評價不同的設計方案，減少設計錯誤，提高產(chǎn)量，Solid Works強勁的實體建模能力和易用友好的Windows界面形成了三維產(chǎn)品設計的標準。機械工程師不論有無CAD的使用經(jīng)驗，都能用SolidWorks提高工作效率，使企業(yè)以較低的成本、更好的質(zhì)量更快將產(chǎn)品投放市場。而最有意義的是，用于SolidWorks的投資是容易承受的，這使得參加工程設計的所有人員都能在他們桌面上的計算機進行三維設計。?對于模具設計師來講，還可以利用XYZ縮放因子直接生成模腔。 在新版中，還增加了智能裝配功能，能夠在裝配過程中自動捕捉裝配關系，而無須用戶另行指定。在裝配過程中，還新增加了球面的配合關系和圓錐面的配合關系，這就使得將球插到孔里的操作變得更加容易。? 2) UG?軟件介紹 UG是美國UGS(Unigraphics?Solutions)公司的主導產(chǎn)品，是集CAD/CAE/CAM于一體的三維參數(shù)化軟件，是面向制造行業(yè)的CAID/CAD/CAE/CAM高端軟件,是當今最先進,最流行的工業(yè)設計軟件之一.它集合了概念設計.工程設計,分析與加工制造的功能,實現(xiàn)了優(yōu)化設計與產(chǎn)品生產(chǎn)過程的組合。被廣泛應用于機械、汽車、航空航天、家電以及化工等各個行業(yè)?！? CAD/CAM/CAE三大系統(tǒng)緊密集成。用戶在使用UG強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配及創(chuàng)建工程圖等功能時，可以使用CAE模塊進行有限元分析、運動學分析和仿真模擬，以提高設計的可靠性；根據(jù)建立起的三維模型，還可由CAE模塊直接生成數(shù)控代碼，用于產(chǎn)品加工。 靈活性的建模方式。采用復合建模技術(shù)，將實體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建模及參數(shù)化建模融為一體。 3) CAD(Computer Aided Design） 　　CAD最早的應用是在汽車制造、航空航天以及電子工業(yè)的大公司中。隨著計算機變得更便宜，應用范圍也逐漸變廣。 　　CAD的實現(xiàn)技術(shù)從那個時候起經(jīng)過了許多演變。這個領域剛開始的時候主要被用于產(chǎn)生和手繪的圖紙相仿的圖紙。計算機技術(shù)的發(fā)展使得計算機在設計活動中得到更有技巧的應用。如今，CAD已經(jīng)不僅僅用于繪圖和顯示，它開始進入設計者的專業(yè)知識中更“智能”的部分。 　　隨著電腦科技的日益發(fā)展，性能的提升和更便宜的價格，許多公司已采用立體的繪圖設計。以往，礙于電腦性能的限制，繪圖軟件只能停留在平面設計，欠缺真實感，而立體繪圖則沖破了這一限制，令設計藍圖更實體化。 2.2 零件造型過程 編輯草圖，選擇零件的上視面為基準面生成實體草圖,如圖2.1所示。 圖2.1 選擇基準面 圖2.2 拉伸Φ80mm高25mm的圓柱體 在基準面內(nèi)繪制Φ80mm的圓，并進行高為25mm的拉伸，得到的圓柱體，如圖2.2所示。 在Φ80mm的圓柱面上繼續(xù)進行Φ76mm圓的繪制，并進行高為3mm的拉伸，所得的圓柱體如圖2.3所示。 圖2.3 拉伸Φ76mm高3mm的圓柱體 圖2.4 拉伸Φ85mm高45mm的圓柱體 在Φ76mm的圓柱體上再繼續(xù)進行Φ85mm高45mm的圓柱體拉伸，如圖2.4所示。 在Φ85mm的圓柱體上進行Φ81mm高3mm的圓柱體拉伸，如圖2.5所示。 圖2.5 拉伸Φ81mm高3mm的圓柱體 圖2.6 拉伸Φ135mm高7mm的圓柱體 在Φ81mm的圓柱體對Φ135mm高7mm的圓柱進行拉伸，如圖2.6所示。 在Φ135mm的圓柱體上再拉伸一個Φ110mm高32mm的圓柱體，如圖2.7所示。 圖2.7 拉伸Φ110mm高32mm的圓柱體 圖2.8 拉伸長31mm寬30半徑R=15的實體 在Φ110mm的圓柱體中心對稱位置拉伸一個長31mm寬30半徑R=15的耳座，其實體造型如圖2.8所示。 在Φ110mm的圓柱體的另一條對稱線拉伸另個耳座，其實體如圖2.9所示。 圖2.9 拉伸如圖所示實體 圖2.10 切除長35深4.5半徑R=4的鍵槽 在Φ85外圓上運用差集進行長35深4.5半徑R=4的鍵槽的繪制，如圖2.10所示。 在以上步驟所建的實體上運用差集，對支承套頭部進行長100mm寬20mm槽的切除，如圖2.11所示。 圖2.11 100mm寬20mm槽 圖2.12 開Φ10mm深60mm的孔 繼續(xù)在實體上切除一個Φ10mm高60mm的圓柱體，如圖2.12所示。 對造型出的孔進行螺紋孔的造型，以12中的圓心為基準插入一個M12×1.25mm螺紋現(xiàn)為12mm深為18mm的螺紋孔，如圖2.13所示。 圖2.13 M12×1.25mm螺紋 圖2.14 Φ10mm深100mm孔 在實體上運用差集對兩個Φ10mm高100mm的孔進行造型，如圖2.14所示。 在耳座槽的底部運用差集，切除兩個Φ10mm完全貫穿的孔，如圖2.15所示。 圖2.15 兩個Φ10mm孔的造型 圖2.16 開兩個Φ11mm深3.5mm沉孔 對所造型的孔再進行沉孔的造型，以15中的圓心為基準，在Φ135mm的右端面上拉伸切除兩個Φ11mm高3.5mm的圓柱體，如圖2.16所示。 圖2.17 拉花鍵孔 在圓柱體的內(nèi)部進行花鍵孔的拉削，如圖2.17所示。 在Φ110mm底面繪制四個M6mm深15mm的螺紋孔，如圖2.18所示。 圖2.18 M6mm深15mm的螺紋孔 圖2.19 零件三維圖 零件圖繪制完成，如圖2.19所示。 3 零件的工藝分析 3.1 零件的功用分析 套筒類零件是機械中常見的一種零件，它的應用范圍很廣，主要起支承和導向作用，如圖3.1所示是常見套類零件。由于其功用不同，套筒類零件的結(jié)構(gòu)和尺寸有著很大的差別，但其結(jié)構(gòu)上仍有共同點：零件的主要表面為同軸度要求較高的內(nèi)外圓表面；零件壁的厚度較薄且易變形；零件長度一般大于直徑等。 圖3.1 套筒零件 由支承套零件圖可知該零件屬于短套筒，主要功能是起支承、導向作用。該零件結(jié)構(gòu)簡單，主要表面內(nèi)外圓柱面、端面。其主要技術(shù)要求為：外圓表面（Φ80、Φ85、Φ110、Φ115）內(nèi)圓表面（Φ75H8、Φ10）、花鍵孔（Φ62×Φ71×4.5）；外圓表面對Φ75H8孔的徑向圓跳動公差為0.02mm，Φ10孔系間有同軸度要求Φ0.02 mm；左右端面孔有位置度要求為0.1mm。材料為HT200，批量生產(chǎn)。 3.2 零件的工藝分析 1）該支撐套的結(jié)構(gòu)比較典型，代表了一般支撐套的結(jié)構(gòu)形式，其加工工藝過程具有普遍性。 2）支承套在加工前，要進行人工時效處理，以消除鑄件內(nèi)應力。加工時應注意夾緊位置，夾緊力大小及輔助支承的合理使用主，防止零件的變形。 3)支撐套底面上的4-M6mm孔的加工，采用同一鉆模，均按外形找正，這樣可保證孔的位置精度要求。 4）外圓表面采用車削方法可完成粗、半精加工，其加工可安排磨削加工。 5）內(nèi)圓表面根據(jù)其直徑可分別采用鉆-擴-鉸及鏜削加工。對于花鍵孔可采用拉削方法進行加工。 6）端面的加工可采用車削完成，端部開槽可采用銑削方法完成。 4 零件工藝規(guī)程設計 4.1確定毛坯的制造形式 套筒零件毛坯的選擇與其材料、結(jié)構(gòu)、尺寸及生產(chǎn)批量有關?？讖叫〉奶淄?，一般選擇熱軋或冷拉棒料，也可采用實心鑄件；孔徑較大的套筒，常選擇無縫鋼管或帶孔的鑄件、鍛件；大量生產(chǎn)時，可采用冷擠壓和粉未冶金等先進的毛坯制造工藝，既提高生產(chǎn)率，又節(jié)約材料。 支撐套工作時要承受很大的轉(zhuǎn)矩及變形的彎曲硬力，容易產(chǎn)生扭振、折斷及磨損，要求材料應有較高的強度、沖擊韌度、疲勞強度和耐磨性，由支撐套的形狀相對比較復雜，而且它只是用來起連接作用和支撐作用，查閱《機械加工工藝手冊》表2.2-2.3，考慮到灰鑄鐵容易成形，切削性能、強度、耐磨性、耐熱性均較好且價格低廉，而且一般零件的材料大都采用鑄鐵，故選用牌號為HT200的灰鑄鐵。 表4-1 HT200的力學性能 牌號 抗壓強度 /MPa 抗剪強度 /MPa 彈性模量 /GPa 疲勞極限 /MPa HT200 588～785 243 78～108 88～108 支撐套的毛坯：此零件屬中批生產(chǎn)，故采用鑄造毛坯。 4.2 定位基準的選擇 套筒類零件主要技術(shù)是內(nèi)外圓的同軸度，選擇定位基準和裝夾方法時，應考慮在一次裝夾中盡可能完成各主要表面的加工，或以內(nèi)孔和外圓互為基準反復加工以逐步提高其精度，同時，由于套類零件壁薄、剛性差，選擇裝夾方法、定位元件和夾緊機構(gòu)時，要特別注意防止工件變形。 1）以外圓或內(nèi)孔為粗基準一次安裝，完成主要表面的加工 這種方法可消除定位誤差對加工精度的影響，能保證一次裝夾加工出的各表面間有很高的相互位置精度。但它要求毛坯留有夾持部位，等各表面加工好后再切掉，造成了材料浪費。故多用于尺寸較小的軸套零件車削加工中。 2）以內(nèi)孔為精基準用心軸裝夾 這種方法在生產(chǎn)實踐中用途較廣，且以孔為定位基準的心軸類夾具，結(jié)構(gòu)簡單、剛性較好、易于制造，在機床上裝夾的誤差較小，這一方法特別適合于加工小直徑深孔套筒零件，對于較長的套筒零件，可用帶中心孔的“堵頭”裝夾。 3）以外圓為精基準使用專用夾具裝夾 當套筒零件內(nèi)孔的直徑太小不適于作定位基準時，可先加工外圓，再以外圓為精基準，用卡盤夾緊加工內(nèi)孔。這種裝夾方法，迅速可靠，能傳遞較大的扭矩。但是，一般的卡盤定位誤差較大，加工后內(nèi)外圓的同軸度較低。常采用彈性膜片卡盤、液性塑料夾頭或高精度三爪自定心卡盤等定心精度高的專用夾具，以滿足較高的同軸度要求。 4.2.1 精基準的選擇 大批量生產(chǎn)的支承套，通常以底平面和內(nèi)孔花鍵為精基準。這種定位方式很簡單地限制了工件六個自由度，定位穩(wěn)定可靠；在一次安裝下，可以加工除定位面以外的所有五個面上的孔或平面，也可以作為從粗加工到精加工的大部分工序的定位基準，實現(xiàn)“基準統(tǒng)一”原則，此外，這種定位方式夾緊方便，工件的夾緊變形?。灰子趯崿F(xiàn)自動定位和自動夾緊，且不存在基準不重合誤差。 4.2.2 粗基準的選擇 加工支承套底平面時，取要加工的面得對稱面為粗基準，符合工作表面間相互位置要求原則。這樣可以保證對合面加工后凸緣的厚薄較為均勻，減少的變形。 4.3 切削用量的選擇原則 4.3.1 粗加工時切削用量的選擇 粗加工時加工精度與表面粗糙度要求不高，毛坯余量較大。因此，選擇粗加工的切削用量時，要盡可能保證較高的單位時間金屬切削量（金屬切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生產(chǎn)效率和降低加工成本。 1）切削深度的選擇 粗加工時切削深度應根據(jù)工件的加工余量和由機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)的剛性來確定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，應當盡量將粗加工余量一次切除。只有當總加工余量太大，一次切不完時，才考慮幾次走刀。 2）進給量的選擇 粗加工時限制進給量提高的因素主要是切削力。因此，進給量應根據(jù)工藝系統(tǒng)的剛性和強度來確定。選擇進給量時應考慮到機床進給機構(gòu)的強度、刀桿尺寸、刀片厚度、工件的直徑和長度等。在工藝系統(tǒng)的剛性和強度好的情況下，可選用大一些的進給量；在剛性和強度較差的情況下，應適當減小進給量。 3）切削速度的選擇 粗加工時，切削速度主要受刀具耐用度和機床功率的限制。切削深度、進給量和切削速度三者決定了切削速率，在確定切削速度時必須考慮到機床的許用功率。如超過了機床的許用功率，則應適當降低切削速度。 4.3.2精加工時切削用量的選擇 精加工時加工精度和表面質(zhì)量要求較高，加工余量要小且均勻。因此，選擇精加工的切削用量時應先考慮如何保證質(zhì)量，并在此基礎上盡量提高生產(chǎn)效率。 1）切削深度的選擇 精加工時的切削深度應根據(jù)加工留下的余量確定。通常希望精加工余量不要留得太大，否則，當吃刀深度較大時，切削力增加較顯著，影響加工質(zhì)量。 2）進給量的選擇 精加工時限制進給量提高的主要因素是表面粗糙度。進給量增大時，雖有利于斷屑，但殘留面積高度增大，切削力上升，表面質(zhì)量下降。 3）切削速度的選擇 切削速度提高時，切削變形減小，切削力有所下降，而且不會產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺。一般選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數(shù)，盡可能提高切削速度。只有當切削速度受到工藝條件限制而不能提高時，才選用低速，以避開積屑瘤產(chǎn)生的范圍。 4. 4 擬定零件加工的工藝路線 擬定工藝路線的出發(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(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領和生產(chǎn)類型已確定為大批量生產(chǎn)的條件下，可以采用萬能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，還考慮經(jīng)濟效果，以便降低生產(chǎn)成本。 1) 工藝路線方案一如表4-2所示： 表4-2 工藝路線方案一 工序號 工序內(nèi)容 10 鑄造 20 熱處理 30 粗車Φ85，Φ80外圓 40 半精車Φ85，Φ80外圓 50 精車Φ85，Φ80外圓 60 割退刀槽，并倒Φ80外圓的倒角 70 銑8×4.5鍵槽 80 粗車Φ110外圓端面 90 精車Φ110外圓端面 100 粗車Φ135外圓端面 110 精車Φ135外圓端面 120 粗銑-精銑20H8端面 130 鏜Φ62內(nèi)圓 140 拉花鍵孔 150 鉆-擴-鉸20H8面上的Φ10孔 160 鉆M12孔至Φ10孔并攻螺紋 170 鉆-擴-鉸 4-Φ10H7孔 180 鉆4-M6深至15并攻螺紋 190 檢驗 2) 工藝路線方案二如表4-3所示： 表4-3 工藝路線方案二 工序號 工序內(nèi)容 10 鑄造 20 熱處理 30 粗車Φ85，Φ80外圓 續(xù)表4-3 工序號 工序內(nèi)容 40 半精車Φ85，Φ80外圓 50 精車Φ85，Φ80外圓 60 割退刀槽槽，并倒Φ80外圓的倒角 70 銑8×4.5鍵槽 80 粗車Φ135外圓端面 90 精車Φ135外圓端面 100 粗車Φ110外圓端面 110 精車Φ110外圓端面 120 粗銑-精銑20H8端面 130 鉆-擴-鉸20H8面上的Φ10孔 140 鉆M12孔至Φ10孔并攻螺紋 150 鉆-擴-鉸 4-Φ10H7孔 160 鉆4-M6深至15并攻螺紋 170 鏜Φ62內(nèi)圓 180 拉花鍵孔 190 檢驗 3) 工藝方案的比較與分析 上訴兩個工藝方案的特點在于：方案一是先加工花鍵，然后以花鍵孔為定位基準加工各孔。而方案二是加工兩個外圓端面，然后以此為精基準加工各孔最后加工花鍵。經(jīng)比較可知，先加工花鍵孔后再以花鍵孔為定位基準面加工，此時零件的位置精度較易保證，并且定位及裝夾等都較為方便。方案一中的工序80,90,100,110與方案二中的工序80，90，100，110比較，方案二中工序內(nèi)容一致但減少了裝夾次數(shù)，所以決定將方案二中的工序80，90，100，110取代方案一中的工序80，90，100，110。 具體工藝過程如表4-4所示： 表4-4 最終工藝路線方案 工序號 工序內(nèi)容 10 鑄造 20 熱處理 30 粗車Φ85，Φ80外圓 40 半精車Φ85，Φ80外圓 50 精車Φ85，Φ80外圓 60 割退刀槽，并倒Φ80外圓的倒角 70 銑8×4.5鍵槽 80 粗車Φ135外圓端面 90 精車Φ135外圓端面 續(xù)表4-4 工序號 工序內(nèi)容 100 粗車Φ110外圓端面 110 精車Φ110外圓端面 120 粗銑-精銑20H8端面 130 鏜Φ62內(nèi)圓 140 拉花鍵孔 150 鉆-擴-鉸20H8面上的Φ10孔 160 鉆M12孔至Φ10孔并攻螺紋 170 鉆-擴-鉸 4-Φ10H7孔 180 鉆4-M6深至15并攻螺紋 190 檢驗 4.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 “支撐套”零件材料為HT200的灰鑄鐵，抗壓強度588～785MPa 抗剪強度243MPa 彈性模量78～108GPa 疲勞極限88～108MPa，硬度是187~220HBS,毛胚重量為2.3kg，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，可采用鑄造毛坯。 各加工表面毛坯尺寸確定如下： 1) 外圓表面（Φ80）的加工余量 由《機械加工工藝設計》資料表1.2-10查得毛坯加工余量為5，毛坯尺寸偏差由表1.2-2查得為1.4 mm。 2) 外圓表面（Φ85）的加工余量 圖 4.2 支撐套鑄件毛胚 由《機械加工工藝設計》資料表1.2-10查得毛坯加工余量為5，毛坯尺寸偏差由表1.2-2查得為1.4 mm。 3) 花鍵孔（Φ62×Φ71×4.5）的加工余量 要求花鍵孔為外徑定心，故采用拉削加工。 鏜孔Φ61 2Z=1mm 拉花鍵孔（Φ80，Φ85） 花鍵孔要求外徑定心，拉削時加工余量參照《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.3～19取2Z=1 mm。 4) Φ110與外圓端面的加工余量 按照《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.2～25知兩外圓端面的加工余量為2.0～3.0mm。 5) Φ135外圓端面的加工余量 按照《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.2～25知兩外圓端面的加工余量為2.0～3.0mm 由于毛坯及以后各道工序（或工步）的加工都有加工公差，因此所規(guī)定的加工余量其實只是名義上的加工余量。實際上，加工余量有最大最小之分。 由于本設計規(guī)定的零件為大批量生產(chǎn)，應采用調(diào)整法加工，因此在計算最大最小加工余量是應采用調(diào)整法予以加工。 支撐套鑄件毛胚圖見圖4.2。 4.6 確定切削用量及基本工時 工時定額是在一定生產(chǎn)條件下，規(guī)定生產(chǎn)一件產(chǎn)品或完成一道工序所需消耗的時間，用t1表示。工時定額是安排生產(chǎn)計劃、成本核算的主要依據(jù)，在設計新廠時，是計算設備數(shù)量、布置車間、計算工人數(shù)量的依據(jù)。時間定額由下述部分組成： 1）基本時間：直接改變生產(chǎn)對象的尺寸、形狀、相對位置、表面狀態(tài)或材料性質(zhì)等工藝過程所消耗的時間，用tm?表示。 2）準備與終結(jié)時間：工人為了生產(chǎn)一批產(chǎn)品和零部件，進行準備和結(jié)束工作所消耗的時間，用te表示。 3）布置工作地時間：為使加工正常進行，工人照管工作地所消耗的時間，一般按作業(yè)時間的百分數(shù)α表示。 4）休息與生理需要時間：工人在工作班內(nèi)為恢復體力和滿足生理上的需要所消耗的時間，一般按作業(yè)時間的百分數(shù)β表示。 則大量生產(chǎn)時的時間定額為： t=（t+t）｛1+（α+β）/100｝ 1) 粗車Φ85外圓(工序30) 計算切削速度，按《切削手冊》表1.27，切削速度的公式為（壽命選T=60min），采用高速鋼外圓車刀，規(guī)定=2，走刀次數(shù)i=1，則： （m/min） (4.1) 式中： =11.8，=0.70，=0.30，m=0.11。 =1.11 所以 ，= =16.4 m/min 確定主軸轉(zhuǎn)速 (4.2) =116 r/min 按機床說明書取n=96r/min，所以實際切削速度m/min。 由《切削手冊》表1.30中CA6140機床說明書知，CA6140主電動機功率為7.5kw，故機床功率足夠，可以正常工作。 計算切削工時 切削工時： (4.3) 式中： =60,, 所以 ： ×2 =5.61（s） 2) 車Φ135端面（工序80，90） 確定端面加工余量：已知毛坯長度方向的加工余量為4mm 確定進給量f：根據(jù)《切削手冊》表1.4，當?shù)稐U尺寸為16mm×25mm,以及工件直徑為100mm時：f=0.6~0.9。按CA6140車床的說明書（見《切削手冊》表1.30）取f=0.7。 計算切削速度：按《切削手冊》表1.27，切削速度的公式為（壽命選T=60min） （m/min） 式中： =242，=0.15，=0.35，m=0.2。 修正系數(shù)見《切削手冊》表1.28，即 =1.44，=0.8，=1.04，=0.81，=0.97。 所以 = =251.6 m/min 確定主軸轉(zhuǎn)速 =890 r/min 與890 r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為900 r/min?，F(xiàn)選取，所以實際切削速度 m/min. 檢驗機床功率 主切削力 按《切削手冊》表1.29所示公式計算 (4.4) 式中： =0.89 所以 ： = =768 N 切削時消耗功率為： =1.81 kw 由《切削手冊》表1.30中CA6140機床說明書知，CA6140主電動機功率為7.5kw，故機床功率足夠，可以正常工作。 計算切削工時： 式中 ： =15,, 所以： ×2=58.2 （s） 3) 車Φ110端面，車削，本工序采用計算法確定切削用量。（工序100，110） ①加工條件 工件材料：鍛造件材料為HT200， 。 車端面取總長110mm（余2mm）。 機床：CA6140車床 刀具：刀具材料為YT15，刀桿尺寸16mm×25mm， 。 ②計算切削用量 切削深度： 進給量f：根據(jù)《切削用量簡明手冊》（第三版）（以下簡稱《切削手冊》）表1.4，當?shù)稐U尺寸為16mm×25mm,以及工件直徑為100mm時：f=0.6~0.9。按CA6140車床的說明書（見《切削手冊》表1.30）取f=0.7。 計算切削速度：按《切削手冊》表1.27，切削速度的公式為（壽命選T=60min）： （m/min） 式中： =242，=0.15，=0.35，m=0.2。 修正系數(shù)見《切削手冊》表1.2.8 即 =1.44，=0.8，=1.04，=0.81，=0.97。 所以 = =123.8 (m/min) 確定主軸轉(zhuǎn)速 =438 (r/min) 與438 r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為500 r/min?，F(xiàn)選取，所以實際切削速度 m/min. 檢驗機床功率 主切削力 按《切削手冊》表1.29所示公式計算 式中： =0.89 所以 ： = =784 N 切削時消耗功率為 ==1.85 kw 由《切削手冊》表1.30中CA6140機床說明書知，CA6140主電動機功率為7.5kw，故機床功率足夠，可以正常工作。 校驗機床進給系統(tǒng)強度：已知主切削力= 791 N，徑向力按《切削手冊》表1.29所示公式計算 (4.5) 式中： 所以 = =116.9 N 軸向切削力 (4.6) 式中： ： 所以 = =267 N 取機床導軌與床鞍的摩擦系數(shù)=0.1，則切削力在縱向進給方向?qū)M給機構(gòu)的作用力為： =267+0.1（784+116.9）=357.09357 N 而機床進給機構(gòu)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)可以正常工作。 切削工時 式中： ,, 所以 ×2=52.2（s） 4) 鉆20H8面上的Φ10mm孔（工序130） 選擇高速鋼麻花鉆頭，因選擇高速鋼麻花鉆頭，因通孔加工精度要求較低，且還要進行攻螺紋，由《實用機械加工工藝手冊》表11-57，選取鉆頭直徑為d=7mm，鉆頭幾何形狀為（《切削用量手冊》P63-65）標準，β=30°，2Φ=118°，α0=12°，Ψ=55°。 選擇切削用量 ① 確定進給量f： 按加工要求決定進給量：當d=10mm時，由《切削用量手冊》表5.f=0.36～0.44mm/r。 按鉆頭強度決定進給量：由《切削用量手冊》表7，當d=7mm≤8.4mm時，鉆頭強度允許的進給量f=0.86mm/r。 按機床進給機構(gòu)強度決定進給量：由《切削用量手冊》表8，當d=7mm≤10.2mm，機床進給機構(gòu)允許的軸向力為9800N，（Z35型搖臂鉆床允許的軸向力為19620N，《切削用量手冊》表34）時，進給量f=2.0mm/r。 從以上三個進給量比較可以看出，最受限制的進給量是工藝要求，其值為f=0.36～0.44mm/r，根據(jù)Z35型搖臂鉆床說明書，選擇f=0.40mm/r。 ②決定鉆頭磨鈍標準及耐用度 由《切削用量手冊》表9，當d=7mm，鉆頭后刀面最大磨損量取為0.8mm，耐用度T為35min。 ③決定切削速度 由《切削用量手冊》表11，HT200的灰鑄鐵可加工性為第5類。 由《切削用量手冊》P78表12，當加工性為第5類，f=0.40mm/r,d=7mm，標準鉆頭時，vi=0.33m/s。切削速度的修正系數(shù)為：加工材料強度與硬度改變時的修正系數(shù)kmv=0.94，鉆頭材料改變時，kiv=0.83，故 V= v k k=0.33×0.83×0.94=0.26m/s n===11.83r/s 根據(jù)Z35型搖臂鉆床說明書，可考慮選擇n=12.5r/s，但因所選轉(zhuǎn)速較計算轉(zhuǎn)速高，這樣會使刀具耐用度下降，故可以將進給量降低1級，即f=0.32mm/r。 也可以選擇較低一級轉(zhuǎn)速n=10r/s，仍用f=0.4mm/r，比較這兩種方案： 第一方案：n=12.5r/s，f=0.32mm/r時： =12.5×0.32=4 mm /s。 第二方案：n=10r/s，f=0.4mm/r時： =10×0.4=4 mm /s。 兩方案乘積相同，所用基本工時相同，但第一種方案所選用的進給量較小，零件可獲得較好的加工表面，故選擇第一方案n=12.5r/s，f=0.32mm/r。 ④檢驗機床功率及扭矩 由《切削用量手冊》表18，當f≤0.32mm/r≤0.33mm/r，d=7mm≤11.1mm時，扭矩M=10.49N/m，扭矩的修正系數(shù)為1.0，故M=10.49N/m。根據(jù)Z35型搖臂鉆床說明書，當n=12.5r/s時，扭矩M=53N/m。 由《切削用量手冊》表20，當d=7mm，v=0.27m/s，f=0.32mm/r時，P=1.0kw，根據(jù)Z35型搖臂鉆床說明書，P=4.5×0.75=3.375kw。 由于M

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