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機械加工工藝規(guī)程設計示例（軸類零件） 一、 設計任務： 如圖所示的某挖掘機減速器中間軸簡圖。該軸材料為20CrMnTi，進行滲碳淬火處理，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，通常對其尺寸精度要求較高，為IT5～IT7。如挖掘機減速器中間軸的Φ40k5、Φ50h5、Φ25h6等；其它尺寸相對而言精度要求低些。 （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，一般應將其限制在尺寸公差范圍內(nèi)（本例即如此），對形狀精度要求高的軸，應在圖樣上標注其形狀公差。 （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度（本例兩處對基準A-B的跳動度0.016），定位端面與軸線的垂直度（本例Φ25h6軸頸左端面對基準A-B的垂直度0.03），鍵槽對軸線的對稱度等。 （4）表面粗糙度的分析： 一般與傳動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 本例挖掘機減速器中間軸是在高轉(zhuǎn)速、重載荷的條件下工作，選用20CrMnTi并進行滲碳淬火處理是恰當?shù)模@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、審查零件的結構工藝性 本例挖掘機減速器中間軸的結構工藝性符合要求。 二、毛坯的選擇 本例挖掘機減速器中間軸的材料為低合金鋼，力學性能要求較高；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 選擇了定位基準就確定了工件的安裝方法。軸類零件的安裝應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。這不僅因各主要表面的設計基準（或工序基準）都是軸的軸線而符合基準重合的原則，也符合基準統(tǒng)一原則。其次，當不能用頂尖孔定位時（如加工軸的最初工序、加工軸的內(nèi)表面等），或為了提高零件的剛度時，也可以選擇外圓表面作為定位基準。另外，當加工孔不大的空心軸時，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。選擇的定位基準不同，相應的安裝方法也不同，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，為了定位準確，減少定位誤差對加工精度的影響，頂尖孔應加工精確。由于頂尖孔在許多工序中都要使用，它會磨損、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 本例挖掘機減速器中間軸的定位基準選擇如下：粗加工（加工兩端面、打頂尖孔）采用外圓表面作為定位基準面（用V型塊安裝）；精加工采用外圓表面和一個頂尖孔作為定位基準面（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（用兩頂尖安裝）。 四、擬訂工藝路線 根據(jù)軸的結構特點，軸的加工主要是用車削和磨削，個別質(zhì)量要求較高的表面還需要進行光整加工。一般軸類零件加工的典型工藝路線如下： 1、預備加工 軸的毛坯經(jīng)過熱處理和對安裝方法進行分析后，就應對軸進行預備加工。預備加工包括校直：對于細長的軸，如果彎曲變形會造成加工余量不足，應進行校直；切斷：對于直接用圓鋼作毛坯的軸，應切斷，對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床進行銑兩端面、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，應先車大直徑外圓，然后再車小直徑外圓。對于空心軸還要粗加工（如鉆、鏜）內(nèi)孔。 3、熱處理 對質(zhì)量要求較高的軸，在粗車后應進行正火、調(diào)質(zhì)等熱處理，以便消除工件的內(nèi)應力和提高機械性能。 4、半精車外圓 對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錐的B型頂尖孔。對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 當需要更換精基準或提高工件的剛度時，應先把精基準（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 對軸上一些要求耐磨的表面進行淬火或滲碳淬火處理。 10、磨削和光整加工 對一些質(zhì)量要求高的表面（如軸頸、輪齒、花鍵、螺紋等）還應進行磨削和光整加工。但是磨削前必須進行對淬過火的頂尖孔進行研磨，以消除氧化皮和提高頂尖孔的質(zhì)量。 11、清洗、檢驗 軸加工完成后應進行清洗，然后檢驗其精度和表面粗糙度。對一些重要的軸必要時還應進行超聲波、放射線、磁粉等無損探傷。 根據(jù)以上分析，結合零件的技術要求和機械加工經(jīng)濟精度、經(jīng)濟表面粗糙度要求，考慮是中批生產(chǎn)，本例挖掘機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。 五、確定各工序的設備、刀具、量具和輔助工具 1、設備的選擇 考慮到本例挖掘機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)），機床設備選用普通車床、普通磨床、銑端面打頂尖孔的專用機床、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)濟性，應盡量選用標準刀具。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)類型和所要檢驗的精度。盡量選用通用量具。 六、確定各工序的加工余量，計算工序尺寸及公差 1、加工余量的確定 確定加工余量的方法有三種：經(jīng)驗估計法、查表法和分析計算法，在實際生產(chǎn)中廣泛應用查表法。 挖掘機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（長度≤200）的加工余量一般為1.5～3㎜；精車外圓（長度≤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、計算工序尺寸及公差 挖掘機減速器中間軸的外圓加工其設計基準為軸線，定位基準也是軸線，符合基準重合原則，因此采用基準重合時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（各過程結果見表）： （1）確定各工序余量 根據(jù)查表并結合實際加工情況進行修改得各工序余量（公稱余量） （2）計算各工序尺寸（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）粗車時的切削用量 背吃刀量：取背吃刀量等于加工余量1.5㎜。 進給量：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，按機床說明書選取實際進給量。 切削速度：切削速度可用公式計算得到，也可通過查表得到。現(xiàn)根據(jù)已知條件查表得。 根據(jù)和已知條件，計算工件轉(zhuǎn)速 按機床說明書選取實際主軸轉(zhuǎn)速n=560r/min，為此，實際切削速度為 機床功率校驗：切削力 切削功率 從機床說明書可知，車床電動機功率 取機床傳動效率，則機床有效功率為 因為，所以機床功率足夠。 粗車時的切削用量為： （2）粗車時的切削用量 背吃刀量：取背吃刀量等于加工余量0.9㎜。 進給量：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（預估）得：。按機床說明書選取實際進給量。 切削速度：根據(jù)已知條件查表得，再根據(jù)和已知條件，計算工件轉(zhuǎn)速 按機床說明書選取實際主軸轉(zhuǎn)速n=900r/min，為此，實際切削速度為 精車時的切削用量為： 2、時間定額的計算 以Φ50h5外圓的粗車為例說明時間定額的計算。 （1）基本時間的計算 （2）輔助時間的計算 輔助時間一般是基本時間的（0.15～0.2），則粗車Φ50h5外圓的基本時間為 作業(yè)時間 a （3）其他時間的計算 布置工作地時間一般按作業(yè)時間的2%～7%計算（取4%計算），休息與生理需要時間一般按作業(yè)時間的2%～4%計算（取3%計算），忽略準備終結時間，則其他時間為 12（4%+3%）=0.84s 粗車Φ50h5外圓的時間定額即單件時間 八、確定各主要工序的技術要求及檢驗方法 九、進行技術經(jīng)濟分析，選擇最佳方案 十、填寫工藝文件 根據(jù)零件的分析結果，編制的工藝過程卡片如下： 夾具設計實例 一、設計任務 如圖所示為一連桿的銑槽工序簡圖。本工序要求銑工件大孔兩端面處的八個槽，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，即厚度為14.30 -0.1ｍｍ，生產(chǎn)綱領為中批生產(chǎn)。 圖6-1 連桿 二、設計方案分析過程 1.設計準備： 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 工序基準是和槽相連的端面，若以此端面為主要定位基準，可以做到定位基準與工序基準重合。但這時夾具的定位勢必要設計朝下，這會給工件定位、夾緊及裝卸帶來不便，夾具結構較復雜。如果選擇與所加工槽相對的另一端面為定位基準，則引起基準不重合誤差，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，工序基準是兩孔的連心線，以兩孔為定位基準，可以做到基準重合，而且操作方便。為了避免發(fā)生不必要的過定位現(xiàn)象，采用一個圓柱銷和一個菱形銷作定位元件。由于被加工槽的角度位置以大孔為基準的，槽的中心應通過大孔的中心，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，方向朝定位面。這樣的夾緊點選擇，接近被加工面，切削過程中不易產(chǎn)生振動，工件變形小。但對夾緊機構的高度要加以限制，以防止和銑刀刀桿相碰。 　　　該工件較小，為使結構簡單，采用手動螺旋壓板夾緊。 4.變換工位方案： 考慮到該工件等分數(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相差90的菱形銷，加工完一對槽后，卸下工件，將工件轉(zhuǎn)過90后套在另一個菱形銷上，重新夾緊后加工另一個對槽。 5.刀具的對刀或引刀方案： 用對刀塊調(diào)整刀具與夾具的相對位置，適用于加工精度不超過ＩＴ８級。而該工件的槽深的公關較大，故采用直角對刀塊，用螺釘、銷釘固定在夾具上，用塞尺調(diào)刀。 6.夾具在機床上的安裝方式以及夾具的結構： 本夾具通過定向鍵與銑床工作臺的Ｔ形槽配合，夾具體上的耳座用螺栓與機床工作臺堅固，保證夾具上的定位元件的工作表面對工作臺的進給方向具有正確的相對位置。 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。為了減少基準位移誤差，考慮到定位銷制造時的經(jīng)濟性，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確定菱形銷的結構尺寸和偏差 　　　菱形銷必須滿足中心距的補償量， 補償量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　　　ｄ２＝15.2690 -0.011＝15.3mm-0.031 -0.042 　?、扔嬎愣ㄎ徽`差。槽深誤差由基準不重合引起，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要求　　如下圖 9.繪制零件圖，從略。