插入耳环工艺及钻φ5孔夹具设计【含CAD高清图纸和文档】【WG系列】
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可持续夹具及固定装置的高精度安装的方法论J. Jamshidi,P.G. maropoulos 英国巴斯大学机械工程学系摘要在夹具安装阶段,夹具组件的精确测量能力决定其精确性,尤其是对大尺寸的产品和应用来说。大量定制一些在设计上有多样性的小批量产品和零部件是十分重要的。产品质量应该与迅速转换理念相互协调,对于敏感元器件及组件而言,以牺牲产品质量来提高速度是不明智的,例如在航空航天工业中所看到的那些零部件。提高精确性对于夹具的安装是很有必要的,为了要尽量少用,这可取决于夹具和夹具定位变化的耐受性预算。在航空航天工业中,灵活和可重构夹具的概念的发展及固定装置是夹具的主要开销成本。吸引他们的是重构夹具的可重用性,可持续使用是由于那些零部件也能够被重新应用到许多种产品和装配中去。一直不佳的准确性和可靠性为这类夹具的缺点,这篇论文主要是研究可持续夹具主要零部件的精确定位,影响夹具性能的因素在安装阶段会得以审查。本文介绍了一种在灵活夹具中为了最大限度地减少定位和夹紧的不确定性的方法。关键词:可持续性夹具;夹具安装;校准不确定性;夹具的监测;计量;可重复使用的夹具1引言质量和可靠性等因素早已经转换为新零件固有的特征。在他们的产品和服务范围内,近期市场趋势已经迫使制造业走向大规模定制。其次增加新陈品的多样化设计在部件和组件级别上遵循第二次高幅度的变化。有先进制造系统和技术的国家提供了更多的灵活性,能使设计师更加自由的发挥想象。例如在过去几十年发展起来的一种新的大体积测量方法,就能测量及公丈的距离。用来检测大尺寸零件的这些设备通常是由多个组装部件所制造出来的。在重组和装配期间,那些大尺寸产品的制造需要用到专用的夹具和固定装置,以便于他们的零部件能够被定位在设计基准上。对于大批量产品,在计算机辅助软件上就能估算出其主要的花费需求,否则,在某些情况下或以其他方式生产的产品成本可能会是非常高的。这个问题与客户不断用钱来寻求具有更高价值的市场需求相互矛盾。用一种典型的变化产品可以创建一个更加具有持续性的商业,因为它能够满足相对比较大地市场需求。由支持产品变化的不同形状的产品而形成的灵活和可重构夹具及固定装置则是应对上述挑战关键的解决方案。灵活夹具的概念已经在研究领域存在了几年1。然而,它们在很大程度上没有充分利用真正的生产设施,尤其是大尺寸产品的制造,如航空航天设备。这是由于关于它们的初始安装、校准困难和可重复性等挑战往往超出公差要求。这些夹具和高品质关键部件装置的制造以及大量的集成计量系统,都可以减少上述限制。本文包括了有关安装的计量问题和灵活的夹具校准以及检测服务。2相关工作2.1大型零件的制造和装配通常把要精密制造的机械零件移动到机床工作台是必需的,先进行粗加工,然后精对准和夹紧。在这个阶段,一方面是准备用于加工高精度的关键所在,然而,这对于一些大尺寸或重的零部件并不总是可以实现的。大型产品是指那些与一些不经济的可能需要处理或在工厂周围移动的的组件一起来达到制造和装配的目的2。制造业和这些部件的装配工艺包括所需机器和系统的运动以及这些部件的位置和方向。这些零部件通常定位在大尺寸夹具及固定装置上该定位的位置。如果这些部件以小批量生产,在航空航天工业、高开销的情况下,每个产品将会出现。在设计和制造夹具上,已经有了许多尝试,以便于能够持有许多种组件的变种。然而,这方法是不可行的,因为敏感或关键的零部件完全是由它们的高精度要求所决定的。与固定的夹具相比较,可调、可重构夹具会产生更低的重复性。固定夹具有固定的方式,可以通过焊接或铆接的接头固定在一起来实现。这些机械故障,例如夹具和固定装置由于疲劳和塑料变形就是一个终止其服务的主要原因,发送它们再进行回收。小批量制造的需求是目前常见的淘汰不合格夹具,其使用寿命取决于产品的生命周期。换句话说,在制造变种零件停止不久之后,与之有关联的夹具和固定装置将会变得多余。即使夹具有工作顺序,但它们仍然有报废并送往循环再造。这种方法会带来高负担回收的能耗。在大尺寸零件下的固定夹具和夹具的漂移以及夹具都能影响大尺寸零件组装的精确性5。对于大尺寸的夹具已经开发出了几种分析夹具刚性的方法,可用来评估振动的影响因素。在任何情况下更加可持续生产要通过选择性方案才能得以实现。如图2.1所示。图2.1 典型的大型夹具元件用于制造所延误的时间是固定夹具的又一重大缺点,这些夹具应该在制造前就被订购,在生产计划和产品上市前还可以创建额外的复杂性。不管他们的类型,大型夹具有一些共同的元素,包括一个主框架、内在的框架,有可能有一个或数多个可移动的机制或更小的组件,如钳、套管、皮卡和可调螺丝表1。2.2柔性夹具开发的柔性夹具的概念增加了其可持续性、快速转换以及降低了成本。现在可以使用现成的模块来设计和组装夹具。根据规定,只有极少数夹具的专用零件需要设计和制造。以这种概念看,大多数散装部件、附件关节都应用的很具体。一旦产品设计变异完全制造出来,然后就可以拆卸上述组件和重组成一种新的元件来与未来的设计变异相匹配。因为组装和组件范围上的设计都相当接近,所以这种方法是最能降低夹具成本的。根据组件的变化水平和工作类型的需求,每一个不同比例的柔性夹具都需要被重新安排。为了增加使用这种类型夹具的效益,这个问题在设计阶段考虑是十分重要的。例如,在可能的情况下,皮卡车的位置和三维定位夹具上的组件的不同变种,甚至完全不同的部分应该是在靠近增加兼容性和夹具子系统间变性。夹具关键部件的收集在短期内能保证所需夹具的可用性。另外,这些夹具的存储需要很少空间,因为拆除所有模块是可能的,通常以脚手架的形式并把它们彼此放在一起。目前在一些汽车公司应用到柔性夹具,因为它们的精度等级是足够满足的。大尺寸制造的夹具设施尽管没有许多柔性夹具那样操作灵活,比如航空航天设备。准确性和定位销的不确定性、夹具的可重复性以及夹具结构的漂移都出现这样一个事实,这些夹具在发电和航空航天等工业不能满足公差要求。一旦它们的精度问题得以解决,这些夹具在上述的工业中将会有很高的利用价值。图2.2 夹具与汽车行业中的可重构组件大量的体积计量系统和技术一直有许多新的发展。依靠计量系统和技术的现代激光技术现在就能够测量一些可接受精度的大尺寸产品甚至到几公丈的产品。在安装和初期安装调试期间,这些系统能够用来精确定位一些夹具的关键部件。夹具的安装通常开始形成机架或主要框架,然后是那些大的部件和像皮卡和夹具那样逐渐更小的零部件。计量系统能够用于柔性夹具的主要框架和其内部框架的安装,从而来保证每个零部件彼此之间的准确定位。表1显示了这些大规模的测量系统数。跟踪系统能够测量基准点,它是实现这一目的的最合适的测量系统。一起跟踪球式反射镜在三维空间内都可以认准所要记录的位置。球式反射镜可以直接练习目标对象来提供几何位置信息或可以在机械重复的球式反射镜下应用,从这个角度用激光来跟踪目标或短期目标。像一些其他测量仪器的激光跟踪有时候不确定,在夹具的安装过程中需要做以说明。此外,激光跟踪和目标点之间的光线问题还应该考虑到。如果必要的话,多个跟踪职位都可以使用,在实际测量活动中,其结果必然是伴随着一个不确定的说明。经过测量,这些给定的分散的特征值是合理的,这个问题与一些夹具或夹具的安装及以后的审核都是一样的。这些知识阐明了一个给定的定位夹具的能力和装配任务。换句话说,它表示在其相关流程中一套夹具是否能够满足公差要求。2.3夹具理论比较为了用于多种生产装置和组装应用,在不同的公司也有大量不同形状和设计的夹具。这些夹具中的某一些的形式都是标准形式,然而另一些是经过专门设计和制造的特殊零部件。后者可以说是建立在产品的复杂性和大规模的基础上的,所以可能会是非常昂贵的9。无论成本和目的如何,制造和组装过程都可以完成,要么不使用夹具,要么用固定帧夹具或用可重构或柔性夹具。表2对它们的典型应用的这些方法做出了比较。固定框夹具通常用于重型应用上,它们更适合于应用在能够减轻花费开销的大量产品上。对于制造业和大型组装及复杂产品来说,柔性夹具的应用有很多好处。特别是在研究和发展工作中,以及低容量产品的情况下,制造柔性夹具和夹具可能会是非常有益的。除了在时间和金钱上使利益均衡外,柔性夹具还会有一个更加灵活的设计思路。由于在夹具的制造和装配过程中,会直接和经常改变夹具的拓扑成本。与传统夹具相比较,这种类型的柔性夹具的可重用性和可重构性是一个主要的优点。这一点尤为重要,因为它在绿色制造方面符合行业的发展方向,通过回收使用系统的组成部件,为相关项目的工装费用降低了项目成本。表2.1 用于验证夹具大量的例子、便携式测量仪器仪器辅助部件测量类型接触式 非接触式图像激光跟踪仪赛立信探头是T型探头是激光雷达球形目标是摄影目标是光投影是关节臂三坐标测量机基于激光扫描头是接触探头是2.4 柔性夹具的安装本节中描述的夹具在安装过程中需要考虑一些问题。夹具元件安装在合适位置可以说是一种挑战,尤其是当定位公差比较小时,柔性夹具也应当被监测以便于开发和与传统夹具相比较它们的刚性。给出了一个通用的描述阶段根据初步夹具安装在仿真软件环境和利用一些尺寸为5m4m3m的大尺寸夹具的实际实验结果来测量指令阶段。这是不论这个夹具是否是第一次安装在夹具中还是对已经存在的夹具只做外形上的更换,其都是为了定位不同的零部件。根据其复杂性,一种典型的大尺寸夹具具有三至五个结构。通常除了有一个主框架之外,在每一个级别的基本水平,也可以由一个或多个结构。这些结构用来作为参考以便于作为夹具基准来定位。在一个自动化固定的平台上,机器系统会进行多项任务,比如定位、加工和进行装配。因此机器人的工作基准与夹具的工作框架相联系。仔细考虑夹具的综合数据,会确保后续安装达到预期的公差要求。2.4.1 测试辅助柔性夹具的安装柔性夹具的安装在第一次进行模拟仿真时有几个安装阶段。使用模拟演习,在这个工程中可以减少一些潜在的错误和返工。测量辅助安装过程是类似的跟踪对象位置的过程,是常见的大尺寸组件用到的。夹具的组件先用这种方法使其大致位置公差在1mm以内,然后当所有的夹具组件被放到所设计的位置时,在0.1mm至0.15mm公差内,它们可以使用适当的扭矩收紧。典型的计量协助柔性夹具安装阶段如下:在出厂时设置初试参考结构;测量初始参照系;安装基地或其位置的主框架;安装脱机内结构;安装控股和定位;在内框和主框架位置安装钳、套管和皮卡。底座上安装内框;重点定位元件的精细调整和紧固;核查参照系和夹具;对于夹具关键位置的服务监测。这些阶段是从无到有夹具的完整安装。更不用说,在设计变化略有变化的情况下,一些下面的操作将被忽略。 表2.2 不同夹具理念之间简明的比较典型特征固定框架柔性夹具夹具应用大批量产品小批量产品样机优点唯一性可重复性可重构性成本效益耐用性非常高高低刚度非常高刚性不确定低缺点重量重中低可移植性不可移植难以在每一个安装中定位难以进行成本非常高中等低生产时间长中等短2.4.2 柔性夹具的安装柔性夹具安装过程中采取了以下阶段:安装夹具的主框架;移动单元和子系统组装;夹具内框架在夹具装配中的安装;皮卡和夹具的装配。主框架通常是夹具的骨干。因此,它一般不会改变外形,和内框架及较小的元素如衬套、皮卡和夹具一样具有规律性。慎重考虑制造过程可以减少夹具元件较大元素的重新排列,也会更进一步节约时间和成本。图3显示了三组不同活动小组对于柔性夹具的安装过程。在这个过程中,假定夹具的标准件是从可供选择的现成的部件和组件中选出来的,然后提前在大量的物理安装测试和调试时以降低测量不确定度来进行一次夹具安装。一旦达到可接受水平的不确定性的物理安装才能进行。图2.3 柔性夹具的测量辅助安装程序在夹具安装过程中,它可能需要用到多个测量系统或用到包括一套完整夹具安装关键点的测量系统。这应该包括在夹具维修期间放在工厂的地板和墙壁上的稳定性及漂移检查的目标参考点。在夹具上定位的关键点、测量仪器的不确定性应该予以考虑。作为一个经验法则,每个夹具关键位置的定位的准确性应该是在10倍,甚至比所需的耐受性更好。换句话说,如果组件公差指定至0.1mm,则夹具定位精度至少应为0.01mm。柔性夹具安装的最佳做法如下:一个工厂的墙壁和地板上的初始参考点的位置是首选,以减少测量的不确定性;应验证该仪器所在位置上经常使用初始参考点的基地;在每个夹具的大节上,为更好地具有跟踪和可重复性,可以附加多个球式反射跟踪系统;夹具大型组件有关于弯曲或扭曲的测量应集中在角梁的中央部分,以减少定位误差;内框架参考点应选择尽可能远的创建框的坐标系统。这可能会导致在内框坐标系时的较小的不确定性。3.不确定性由于评估的结果旨在对于所描述物体真正价值范围内的评估定位,则不确定性被定义为胶8。这里的不确定性来自两方面的审查,首先是与测量过程中有关的,其次是与夹具定位的不确定性有关。测量不确定性的一些因素,如灰尘、重力、温度、气压、湿度、测量仪器和相关软件中的系统误差、操作人员的技能、接触探针或球式反射跟踪仪。基于胶8的定义,测量结果应伴随着它的不确定性说明,这些错误详细来源的讨论超出了本文的范围。已经有多项研究来建立真正的不确定性的一些测量仪器10、11。夹具关键点的测量结果应该包括相关的置信水平。除了最初的不确定性上升的测量仪器,夹具的不确定性还有其他方面的影响。夹具框架方面的应用由于产品重量以及制造工艺过程在夹具框架中能创建一些弹性变形。夹具有了集成化、自动化和移动部分,是这个问题变得更加复杂。仔细考虑夹具设计阶段不确定性的来源可以在一个给定的情况下减少过度使用公差预算的风险。夹具的精度和夹具的成本之间有着直接的关系。然而,整体的成本也应该被考虑在内。高数额的零部件有更长的使用寿命。换句话说,质量特征接近平均值是,在使用过程中会很少失效。朝六个方向靠近在安装时是很必要的,然后是在高精度夹具和敏感部位上的可重构、柔性夹具及夹具的监测。4.讨论柔性夹具适用于组装和在加工部分有不同的设计和几何参数。尤其是当这些部件之间的设计变化小时,这种类型的夹具被证明是具有成本效益和快速的解决方案,这是因为它可能会通过夹具重新配置到一个新的产品或组件的变种上。然而,当所需的零件盒装配的设计完全不同时,可能需要不同尺寸夹具组件的完整地重排,因此,在设计一个新的零件和重组夹具的拓扑结构时应该考虑到要便于减少夹具的安装和重新配置的时间以及成本,并最大限度的重用现在的组件在当前的装配中。一个柔性夹具有许多种装配方式,是由于其灵活性。在正确的安装顺序下选择合适的组件,可以最大限度的节约成本和时间。本次选择的过程中应该对未来产品的夹具的潜在的重用予以考虑。在产品不断变化的情况下,计划和设计夹具框架是很重要的。使用定制的夹具、紧固件、轴套和其他夹具元件都是降低成本的关键问题。仿真软件和工具的广泛使用,可以减少返工和浪费夹具材料相关的成本。例如测量仪器,其目标点之间的视线检查就会使用这些软件来辅助。图4显示了柔性夹具安装在测量仿真软件中的第一个阶段。由于夹具正在兴建的模拟的效益越来越明显,因此它可以突出仪器与目标测量点的水平视线的问题和不确定性。由于关于夹具操作中重量和力使夹具元件的电位漂移和变形,则可以提前在仿真中分析以及在购买夹具元件方面的财政。更重要的是,这种工具允许更好的装配和制造等操作,因为它们能提前分析出夹具的长处和弱点,揭示其物理设置。选择合适的测量仪器最重要的是要协助夹具安装的的计量。一个连贯的计量系统,其测量结果的不确定性能够决定夹具的不确定性,也暴露了夹具和是否符合一个给定的公差范围内所需任务的能力。图4.1 测量辅助夹具安装的模拟过程由于关于夹具操作中重量和力使夹具元件的电位漂移和变形,则可以提前在仿真中分析以及在购买夹具元件方面的财政。更重要的是,这种工具允许更好的装配和制造等操作,因为它们能提前分析出夹具的长处和弱点,揭示其物理设置。选择合适的测量仪器最重要的是要协助夹具安装的的计量。一个连贯的计量系统,其测量结果的不确定性能够决定夹具的不确定性,也暴露了夹具和是否符合一个给定的公差范围内所需任务的能力。总结零件和装配体应该以尽量减少夹具成本的方式来设计,以满足使用标准组件。如果在夹具更新至下一产品时提前思考,则其速度和成本可能会增加。在夹具和固定装置的设计上有强大的总成本、碳足迹及其可持续性。它往往要求生产出只有极少数的典型设计或产品,子系统或组件,以满足产品的变化和客户的需求。对于大型产品的几何尺寸超出几米夹具的可能会造成重大的开销。此外,一旦所需的零部件倍制造出来,这些夹具则会变得多余。常规回收多余夹具是不经济的。因此,找到增加夹具的灵活性才是所需求的方法。柔性夹具和夹具的概念已存于二十余年。然而它们的潜能还没有真正发挥,是由于其精度可可重复性的不确定性。高精度计量系统现在能够用来对夹具进行初始安装和服务。然后使用该系统有可能重新设定夹具元素使其精确到一个新的拓扑结构,以便于定位不同几何位置的组件,允许几次使用夹具。本文提出了一种对于大规模柔性夹具及夹具初始定位和安装的通用的算法。计量辅助夹具安装的新概念被证明对复杂的设置和夹具的安装是有益的。当完全装配好时,夹具的稳定性可以通过慎重考虑和选择夹具几何位置上的关键点来予以保证。这种方法将应用于大尺寸元件和产品的制造以及装配件,尤其是应用于航空航天和发电工业中。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插入耳环共 17 页第 1 页材料牌号45毛坯种类铸 件毛坯外形尺寸每件毛坯可制件数1每台件数1备注工序号工步号工 序 内 容车间工段设 备工 艺 装 备工 时准终单件05粗铣二边表面D、EXA5032高速钢镶齿铣刀10粗铣C面X6132高速钢镶齿铣刀15粗车外圆35CA6140硬质合金YT15车刀20粗车外圆27(工步1)、倒角C1(工步2)及车退刀槽24CA6140硬质合金YT15车刀25进行热处理调质描 图30钻32的孔Z3025高速钢锥柄麻花钻35扩32的孔Z3025高速钢锥柄麻花钻描 校40半精车外圆35CA6140硬质合金YT15车刀45精车35CA6140硬质合金YT15车刀底 图50车锥面,倒角C2CA6140硬质合金YT15车刀设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)装订号标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期机 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插入耳环共 17 页第 2 页材料牌号45毛坯种类铸 件毛坯外形尺寸每件毛坯可制件数1每台件数1备注工序号工步号工 序 内 容车间工段设 备工 艺 装 备工 时准终单件55攻螺纹M271.5-6hCA6140硬质合金YT15车刀60钻5的销孔Z3025高速钢锥柄麻花钻65粗铣键槽X6132高速钢镶齿铣刀70精铣键槽X6132高速钢镶齿铣刀75铣A面X6132高速钢镶齿铣刀描 图描 校底 图设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)装订号标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称插入耳环共17页第3页车间工序号工序名称材 料 牌 号05铣表面45钢毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件15079411设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床XA50321夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助01铣毛坯表面D刀具:高速钢镰齿套式端铣刀 量具:游标卡尺6023.551.12511.25202铣毛坯表面E刀具:高速钢镰齿套式端铣刀 量具:游标卡尺6023.551.12511.252 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称插入耳环共17页第4页车间工序号工序名称材 料 牌 号10铣表面C45钢毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件15079411设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床X61321夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助01铣毛坯表面C刀具:高速钢镰齿套式端铣刀 量具:游标卡尺6023.551.12210.140.9 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称插入耳环共17页第5页车间工序号工序名称材 料 牌 号15粗车外圆45钢毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件15077441设备名称设备型号设备编号同时加工件数车床CA61401夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助01粗车外圆35刀具:YT15 硬质合金45偏头外圆车刀量具:游标卡尺71078.10.4410.341.1 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称插入耳环共17页第6页车间工序号工序名称材 料 牌 号20车工件45钢毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件15077441设备名称设备型号设备编号同时加工件数车床CA61401夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助01粗车27的外圆刀具:YT15 硬质合金45偏头外圆车刀量具:游标卡尺71078.10.4410.16102倒角C1刀具:YT15 硬质合金45偏头外圆车刀71078.10.4110.1103车退刀槽24刀具:YT15 硬质合金45偏头外圆车刀71078.10.4310.21 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称插入耳环共17页第7页车间工序号工序名称材 料 牌 号25进行热处理调质45钢毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件1设备名称设备型号设备编号同时加工件数1夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助01进行热处理调质 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称插入耳环共17页第8页车间工序号工序名称材 料 牌 号加工车间30钻32的孔45钢毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件15079411设备名称设备型号设备编号同时加工件数钻床Z30251夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助01钻32的孔刀具:高速钢锥柄麻花钻量具:塞规12511.780.53612.32 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称插入耳环共17页第9页车间工序号工序名称材 料 牌 号加工车间35扩32的孔45钢毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件15079411设备名称设备型号设备编号同时加工件数钻床Z30251夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助01把30的孔扩成32的孔刀具:高速钢锥柄麻花钻量具:塞规12511.780.53610.852 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称插入耳环共17页第10页车间工序号工序名称材 料 牌 号加工车间40半精车外圆3545钢毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件15079411设备名称设备型号设备编号同时加工件数车床CA61401夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助01半精车35刀具:YT15 硬质合金45偏头外圆车刀量具:游标卡尺1400153.90.11.510.670.6 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称插入耳环共17页第11页车间工序号工序名称材 料 牌 号加工车间45精车外圆3545钢毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件15079411设备名称设备型号设备编号同时加工件数车床CA61401夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助01精车外圆35刀具:YT15 硬质合金45偏头外圆车刀量具:游标卡尺1400153.90.080.510.842 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称插入耳环共17页第12页车间工序号工序名称材 料 牌 号加工车间50车工件45钢毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数模锻15079411设备名称设备型号设备编号同时加工件数车床CA61401夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助01车锥面刀具:YT15 硬质合金45偏头外圆车刀量具:游标卡尺4001380.1110.0750.1502车倒角C2刀具:YT15 硬质合金45偏头外圆车刀量具:游标卡尺4001380.1110.11 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称插入耳环共17页第13页车间工序号工序名称材 料 牌 号加工车间55攻螺纹45钢毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件15079411设备名称设备型号设备编号同时加工件数车床CA61401夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助01攻螺纹M271.5-6h刀具:YT15 硬质合金外螺纹车刀20016.960.081.512.582 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称插入耳环共17页第14页车间工序号工序名称材 料 牌 号加工车间60钻5的销孔45钢毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件1设备名称设备型号设备编号同时加工件数钻床Z30251夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助01钻5的销孔刀具:枪孔钻量具:塞规8011.5310.552710.6132 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称插入耳环共17页第15页车间工序号工序名称材 料 牌 号加工车间65粗铣键槽45钢毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件15079411设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床X61321夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助01粗铣键槽刀具:三面铣刀 量具:卡盘7518.60.8510.520.6 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称插入耳环共17页第16页车间工序号工序名称材 料 牌 号加工车间70精铣键槽45钢毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件1设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床X61321夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助01精铣键槽刀具:三面铣刀量具:卡板7518.850.08110.030.6 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称插入耳环共17页第17页车间工序号工序名称材 料 牌 号加工车间75铣A面45钢毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件15079411设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床X6132 1夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助01铣A面刀具:高速钢镰齿套式端铣刀量具:游标卡尺6023.551.12510.1480.5 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机 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插入耳环共 17 页第 1 页材料牌号45毛坯种类铸 件毛坯外形尺寸每件毛坯可制件数1每台件数1备注工序号工步号工 序 内 容车间工段设 备工 艺 装 备工 时准终单件05粗铣二边表面D、EXA5032高速钢镶齿铣刀10粗铣C面X6132高速钢镶齿铣刀15粗车外圆35CA6140硬质合金YT15车刀20粗车外圆27(工步1)、倒角C1(工步2)及车退刀槽24CA6140硬质合金YT15车刀25进行热处理调质描 图30钻32的孔Z3025高速钢锥柄麻花钻35扩32的孔Z3025高速钢锥柄麻花钻描 校40半精车外圆35CA6140硬质合金YT15车刀45精车35CA6140硬质合金YT15车刀底 图50车锥面,倒角C2CA6140硬质合金YT15车刀设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)装订号标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期机 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插入耳环共 17 页第 2 页材料牌号45毛坯种类铸 件毛坯外形尺寸每件毛坯可制件数1每台件数1备注工序号工步号工 序 内 容车间工段设 备工 艺 装 备工 时准终单件55攻螺纹M271.5-6hCA6140硬质合金YT15车刀60钻5的销孔Z3025高速钢锥柄麻花钻65粗铣键槽X6132高速钢镶齿铣刀70精铣键槽X6132高速钢镶齿铣刀75铣A面X6132高速钢镶齿铣刀描 图描 校底 图设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)装订号标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期 机械制造工艺学课程设计课 程 设 计 题 目 插入耳环工艺及夹具设计 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名学 号指导老师完成日期27目 录第一章 零件分析1一、零件的功用分析1二、零件的工艺分析1第二章 机械加工工艺规程制定1一、选择毛坯种类并确定制造方法1二、基面的选择1(一)粗基准的选择2(二)精基准的选择2三、选择加工方法2(一)平面的加工2(二)孔的加工2(三)外圆与退刀槽、攻螺纹2(四)槽加工2四、制定工艺路线2五、确定加工余量及毛坯尺寸3(一) 确定加工余量3(二) 确定毛坯基本尺寸4(三) 确定毛坯尺寸公差4(四) 绘制毛坯简图4六、工序设计5(一)选择加工设备与工艺装备5(二)确定工序尺寸6七、确定切削用量和基本时间6(一)工序05(粗铣两边面D、E)切削用量及基本时间的确定7(二) 工序15(粗车35外圆)切削用量及基本时间的确定8(三) 工序20、25(粗车27外圆、倒角C2、锥面及切退刀槽)切削用量及基本时间的确定10(四)工序35、40(钻及扩32mm孔) 切削用量及基本时间的确定12(五) 工序45(半精车35外圆)切削用量及基本时间的确定15(六) 工序50(精车35外圆)切削用量及基本时间的确定17(七) 工序60(车削螺纹)切削用量及基本时间的确定19(八)工序70(粗铣键槽)切削用量及基本时间的确定21(九)工序75(精铣键槽)切削用量及基本时间的确定23八 夹具设计24参考文献25第一章 零件分析一、零件的功用分析题目所给的零件是插入耳环,其作用是用来固定晾衣架的上端,当然插入耳环的作用还有很多,主要起固定功能。二、零件的工艺分析如图1-1可以看出,标有表面粗糙度符号的表面有平面、退刀槽、内孔、键槽等。其中,表面粗糙度要求最低的是表面D、E,粗糙度为Ra50,粗糙度要求最高的是外圆35,表面粗糙度为Ra1.6。该外圆也是插入耳环的主要设计基准。从工艺上看,键槽对35轴线的对称度公差为0.1,孔32轴线对35轴线的垂直度公差为0.5/50,可以通过使用专用机床夹具来保证。35的公差等级为IT7级,表面粗糙度为Ra1.6,可以通过精车来保证。表面D、E精度要去不高可以通过粗铣来完成,32孔的内孔粗糙度为Ra6.5可以通过钻床,然后再扩钻,可达到精度。C面通过粗铣就可以达到要求。A面也通过粗铣。对插入耳环零件图进行工艺审核后,可知该零件图视图正确、完整,尺寸、公差及技术要求齐全,加工要求合理,零件的结构工艺性较好。C面A面D面,对立面为E面图1-1第二章 机械加工工艺规程制定一、选择毛坯种类并确定制造方法按设计任务书,插入耳环成大批大量生产。由该零件的功用和原始零件图可知,该零件材料为45钢,屈服强度为600MPA,该零件的形状不是十分复杂,因此毛坯的形状与零件的形状应尽量接近,35轴的单边余量2.5mm,两边余量5.0mm,所以毛坯尺寸40,在轴向方向3mm,所以毛坯轴向长度为150mm,所以用1507941的毛坯,确定加工余量及毛坯尺寸。二、基面的选择定位基准的选择是工艺规程制定中的重要工作,它是工艺路线是否正确合理的前提。正确合理地选择定位基准,可以确保加工质量、缩短工艺过程、简化工艺装备结构与种类、提高生产率。(一)粗基准的选择对于零件而言,尽可能选择不加工表面为粗基准。35mm轴为重要表面,加工时要求余量小而均匀,尽量通过粗基准,加工出一个精基准面,因此应选择该35mm轴线为粗基准。(二)精基准的选择精基准的选择有利于保证加工精度,并使工件装夹方便。在选择时,主要应该考虑基准重合、基准统一等问题。插入耳环是带有孔的零件。32mm孔是精度要求最高的高的孔,俄日避免由于基准不重合而产生误差,保证加工精度,应选32mm孔为精基准,即遵循“基准重合”的原则。还由于零件的要求是35mm轴和32mm孔在垂直度上有较高的精度要求,因此选择32mm孔作为精基准,这样就保证精度要求最高的35mm轴的加工精度,减少加工误差。在插入耳环的加工过程中,该孔还可以作为大部分工序的定位基准,加工其他次要表面,体现了“基准统一”的选择原则。三、选择加工方法(一)平面的加工平面加工的方法很多,有车、刨、铣、磨、拉等。对于本零件由于表面D、E粗糙度为Ra50,通过粗铣就可以达到。而对于C面粗糙度为Ra6.3通过粗铣也可以达到。而表面A的粗糙度要求为Ra12.5,由表5-11,根据GB/T 1804-2000规定,选用中等级(m),相当于IT13级,故可考虑粗车或粗端铣,根据零件的结构特点,选用端铣加工方式。(二)孔的加工孔的加工方式有钻、扩、镗、拉、磨等。32孔内壁粗糙度为Ra6.3,采以就用钻-扩方式进行加工,钻孔后扩孔就可以达到这个精度要求,满足安装配合E9。5的销孔,直接用枪孔钻就可以加工出来。(三)外圆与退刀槽、攻螺纹外圆35的加工在本零件中最重要部分。由于外圆的公差等级为IT7级,表面粗糙度Ra1.6,所以采用粗车-半精车-精车。而对于外圆27,表面要进行攻螺纹,所以进行粗车就可以了。在粗车过后再用螺纹车刀进行攻螺纹。退刀槽可以用切断刀车出。(四)槽加工对槽的加工,槽的要求为Ra3.2,进过粗铣-精铣就可以达到。四、制定工艺路线制订工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下,可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。故采用如下加工工艺:工序5:粗铣二边表面D、E 定位基准:外圆35工序10:粗铣C面 定位基准:底面D面以及E面。工序15:粗车外圆35 定位基准:底面D面以及E面。工序20:粗车外圆27(工步1)、倒角C1(工步2)及车退刀槽24 定位基准:底面D面以及E面。工序25:进行热处理调质工序30:钻32的孔 定位基准:外圆35以及R25外圆面。工序35:扩32的孔 定位基准:外圆35以及R25外圆面。工序40:半精车外圆35 定位基准:32的孔及两边表面D、E。工序45:精车35 定位基准:32的孔及两边表面D、E。工序50:车锥面,倒角C2 定位基准:32的孔及两边表面D、E。工序55:攻螺纹M271.5-6h 定位基准:32的孔及两边表面D、E。工序60:钻5的销孔 定位基准:32的孔及两边表面D、E。工序65:粗铣键槽 用铣床专用夹具,进行键的加工。工序70:精铣键槽 用铣床专用夹具,进行键的加工工序75:铣A面 定位基准:32的孔及两边表面D、E。五、确定加工余量及毛坯尺寸(一) 确定加工余量插入耳环的材料为45钢,屈服强度600MPa,采用砂型机器造型,且为批量生产。由表5-2知,铸钢件采用砂型机器造型时,铸件的尺寸公差为CT8-CT12级,此处选为CT9级。由表5-3选择加工余量为H级,根据机械加工后铸件的最大轮廓尺寸由表5-4可查得个加工表面余量如下表:表1-1加工表面单边余量/mm双边余量/mm备注两边面D、E面36粗铣一次完成35外圆36基本尺寸为81mm32孔E936先用钻头钻孔至31,再扩至32。基本尺寸为孔深尺寸36mm。铣键槽3无基本尺寸为25M27x1.5-6h的螺纹714主要由35外圆的毛坯尺寸决定轴向长度84尺寸3无车锥面、粗车27端面、粗车35端面共同决定(二) 确定毛坯基本尺寸加工表面的毛坯尺寸只需将零件尺寸加上查取得相应加工余量即可,所得毛坯尺寸如表3-2所示:表3-2零件尺寸/mm加工余量/mm毛坯尺寸/mm366423564181384(三) 确定毛坯尺寸公差由表5-1,选用CT7级查的各铸件加工尺寸公差如表3-3所示:表3-3毛坯尺寸/mm公差/mm标注结果421.8 0.9420.9411.80.9410.9842.21.1841.1(四) 绘制毛坯简图根据以上内容及砂型铸件的有关标准与规定,绘制毛坯简图,如图3-1:如图3-1 毛坯简图六、工序设计(一)选择加工设备与工艺装备1.选择加工设备 选择加工设备即选择机床类型。由于已经根据零件的形状、精度特点,选择了加工方法,因此机床的类型也随之确定。至于机床的型号,主要取决于现场设备情况。若零件加工余量较大,加工材料又较硬,有必要校验机床功率。根据以上内容和考虑零件经济度与零件表面设计相适应,又本零件的加工余量和硬度不是很大,故选定各工序机床如下:(1)工序05:XA5032立式升降台铣床,主要技术参数见表5-13。(2)工序10、65、70、75、80:X6132万能铣床。(3)工序15、20、25、45、50、55、60:选择CA6140车床(4)工序35、40:选用Z3025摇臂钻床。2.选择夹具对于成批生产的零件,大多采用专用机床夹具。在保证加工质量、操作方便、满足高效率的前提下,亦可部分采用通用夹具。本机械加工工艺规程中所有工序均采用了专用机床夹具,专门设、制造。3.选择刀具根据加工工艺需要刀具的选择情况如下:(1)工序05 二边表面D、E 高速钢镶齿套式面铣刀(2)工序35 钻32 高速钢锥柄麻花钻(3)工序15、45、50 YT类硬质合金(4)工序 70、75铣键槽 高速钢镶齿套式面铣刀在刀具选择过程中尽量选择通用刀具。在中批生产中,不排除在某些工序中使用专用刀具,但专用刀具需要专门定做,详细的内容可参阅金属切削刀具等教材及相关资料。4.选择量具 选择量具的原则是根据被测对象的要求,在满足测量精度的前提下,尽量选用操作方便、测量效率搞的量具。量具由通用量具和各种专业量具,其种类的选择主要应考虑被测尺寸的性质,如内径、外径、深度、角度、几何形状等以及被测工件的特点,如工件的形状、大小、精度、生产类型等。本零件属于成批生产,一般采用通用量具。选择量具的方法有两种:一种按计量器具的不确定度选择。一般根据被测对象的公差带宽度先查得相应的安全裕度A和计量器具的不确定度允许值(),然后在量具手册中选择一种不确定度等于或小于U1的量具;二是按计量器具的测量方法极限误差选择。下面以精车35为例选择量具。外圆35的尺寸公差T=0.025,选择刻度值为0.001mm的千分尺。(二)确定工序尺寸确定工序尺寸时,对于加工精度要求较低的表面,只需粗加工工序就能保证设计要求,将设计尺寸作为工序尺寸即可,上下偏差的标注也按设计规定。当加工表面精度较高时,往往要经过数道工序才能达到要求。工序的尺寸的确定采用的是由后往前推算的方法,由加工表面的最后工序即设计尺寸开始,逐次加上每道加工工序余量,分别得到各工序基本尺寸。各个工序加工余量可查手册得到,工序尺寸的公差带宽度按经济精度确定,上下偏差按“入体”原则标注,最后一道工序的公差应按设计要求标注。下面确定各工序的工序尺寸、余量及确定公差。(1)35的外圆表面:工序名称工序基本余量工序尺寸精度粗糙度精车0.535IT7Ra1.6半精车1.535.5IT9Ra6.3粗车437IT11Ra12.5毛坯41(2)加工M27x1.5-6h的螺纹:工序名称工序基本余量工序尺寸精度粗糙度攻螺纹M27x1.5-6h粗车1427IT11Ra12.5(3) 32E9的孔:工序名称工序基本余量工序尺寸精度粗糙度扩132IT10R6.3钻3030IT11R12.5(4)铣键槽工序名称工序基本余量工序尺寸精度粗糙度精铣0.58IT8Ra3.2半精铣1.57.5IT11Ra6.3粗铣55(5)轴向长度84尺寸:工序名称工序基本余量工序尺寸精度粗糙度车锥面184IT8Ra6.3粗车27端面185IT11Ra12.5粗车35端面186IT11Ra12.5毛坯87七、确定切削用量和基本时间切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量,确定方法是先确定背吃刀量,再进给量,最后确定切削速度。不同的加工性质,对切削加工的要求不一样。粗加工时,应尽量保证较高的金属切削率和必要的刀具耐用度,故一般优先选择尽可能大的背吃刀量,其次选择较大的进给量,最后根据刀具耐用度要求,确定适合的切削速度。精加工时,首先应保证工件的加工精度和表面质量要去,故一般选用较小的背吃刀量和进给量,而尽可能选用较高的切削速度。(一)工序05(粗铣两边面D、E)切削用量及基本时间的确定1.切削用量 本道工序是粗铣端面,已知加工材料为45钢,机床选用XA5032立式铣床,选用刀具为高速钢镶齿套式面铣刀,其参数:直径d=125mm,孔径D=40mm,宽L=40mm,齿数z=14.根据表5-26确定铣刀角度,选择前角=20,后角=12,主偏角k=60,螺旋角=10,已知铣削宽度为63mm,铣削背吃刀量为ap=6mm。(1)确定每齿进给量 根据表5-13知XA5032型立式铣床的主电机功率为7.5kw,查表5-27知当工艺系统刚性中等、镶齿端铣刀加工铸铁时,其每齿进给量。由于本工序被吃刀量和铣削宽度较小,故选择最大的每齿进给量。 (2)选择铣刀磨钝标准和耐用时度 根据表5-28,用高速钢镶齿端铣刀粗加工铸剑时,选择铣刀后刀面磨损极限值为2.0mm,查表5-29知铣刀直径d=80mm时,经插值的端铣刀的合力耐用度T=50min。刀具耐磨用度是指刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝的标准所经历的总切削时间。 (3)确定切削速度和工作台每分钟进给量 查表5-30知,高速钢铣刀铣削速度为,则所需铣床主轴转速范围是 根据XA5032机床的标准主轴转速,由表5-13选取n=60r/min,则实际铣削速度为 工作台每分钟进给量为 根据表5-13中工作台标准纵向进给量,选取,则实际每齿进给量为 (4)校验机床功率 由表5-31和表5-32知,铣削力和铣削功率计算公式如下: 式中。所以,铣削梨为XA5023铣床主电机功率为7.5kW。故选用切削用量合适。最后的切削用量为2.基本时间根据表5-33知,的端铣刀对铣削的基本时间为式中,工件铣削部分长度,单位为mm;切入行程长度,单位为mm,;切出行程长度,单位mm;工作台每分钟进给量,单位为mm/min。已知。由表5-34查的切入切出行程长度。所以,基本时间为(二) 工序15(粗车35外圆)切削用量及基本时间的确定本工序为粗车外圆,机床采用最常用的CA6140卧式车床,采用YT15硬质合金刀具,根据加工条件和工件材料由表5-35、表5-36、表5-37、表5-38得刀具参数为主偏角、前角、刃倾角、刀尖圆弧半径车刀加工。由表5-39知,选用杆部直径为20mm的圆形车刀。由表5-40知,车刀合理耐用度为。1.确定粗车35外圆切削用量(1)确定背吃刀量 由前述可知粗车时双边加工余量为4mm,,粗车后外圆直径为,故单边余量为2mm,即。(2)确定进给量 对于粗加工,根据表5-42,按照CA6140机床的进给量值,以及参考金属加工工艺及工装设计第95页表4-53可知,当加工45钢时,车刀刀杆尺寸BH为2030,背吃刀量a =2.0mm,则进给量f=0.40.5mm/r,因此选取。(3)确定切削速度 根据表5-43的计算公式确定切削速度式中,因本例的加工条件与该公式应用条件不完全相同,故需根据表5-32对车削速度进行修正:根据刀具耐用度T=60min,得修正系数为;根据工件材料,得修正系数为;根据毛坯表面状态得修正系数为,刀具材料为YT15,得修正系数;主偏角,经插值得修正系数。所以查表5-44,以及参考金属加工工艺及工装设计第98页表4-58外圆切削速度参考值可知,V =1.51.83m/s,则所需车床主轴转速范围n= =709874.2r/min,根据CA6140机床上的主轴转速选择,则实际切削速度为(4)检验机床功率 由表5-45,查得切削力和切削功率计算公式如下:式中,由表5-32得:与刀具耐用度有关的修正系数,与工件材料有关的修正系数,与主偏角相关的修正系数;与前角有关的修正系数。因此总的修正系数为所以,切削力为切削功率为根据表5-46知:CA6140机床主电机功率,因,故上述切削用量可用,最后所确定的切削用量为;。2. 基本时间由表5-47得外圆的基本时间为式中,切削加工长度,单位为mm; 刀具切人长度,单位为mm,; 刀具切入长度,单位为mm,; 单件小批量生产时的试切附加长度,单位为mm; 进给次数。已知,。所以,基本时间为(三) 工序20、25(粗车27外圆、倒角C2、锥面及切退刀槽)切削用量及基本时间的确定本工序为粗车外圆,机床采用最常用的CA6140卧式车床,采用YT15硬质合金刀具,根据加工条件和工件材料由表5-35、表5-36、表5-37、表5-38得刀具参数为主偏角、前角、刃倾角、刀尖圆弧半径车刀加工。由表5-39知,选用杆部直径为20mm的圆形车刀。由表5-40知,车刀合理耐用度为。1.确定粗车27外圆切削用量(1)确定背吃刀量 由前述可知粗车时双边加工余量为8mm,,粗车后外圆直径为,故单边余量为4mm,即。(2)确定进给量 对于粗加工,根据表5-42,按照CA6140机床的进给量值,以及参考金属加工工艺及工装设计第95页表4-53可知,当加工45钢时,车刀刀杆尺寸BH为2030,背吃刀量a =4.0mm,则进给量f=0.40.5mm/r,因此选取。(3)确定切削速度 根据表5-43的计算公式确定切削速度式中,因本例的加工条件与该公式应用条件不完全相同,故需根据表5-32对镗削速度进行修正:根据刀具耐用度T=60min,得修正系数为;根据工件材料,得修正系数为;根据毛坯表面状态得修正系数为,刀具材料为YT15,得修正系数;主偏角,经插值得修正系数。所以查表5-44,以及参考金属加工工艺及工装设计第98页表4-58外圆切削速度参考值可知,V =1.51.83m/s,则所需车床主轴转速范围n= =709874.2r/min,根据CA6140机床上的主轴转速选择,则实际切削速度为(4)检验机床功率 由表5-45,查得切削力和切削功率计算公式如下:式中,由表5-32得:与刀具耐用度有关的修正系数,与工件材料有关的修正系数,与主偏角相关的修正系数;与前角有关的修正系数。因此总的修正系数为所以,切削力为切削功率为根据表5-46知:CA6140机床主电机功率,因,故上述切削用量可用,最后所确定的切削用量为;。2. 基本时间由表5-47得外圆的基本时间为式中,切削加工长度,单位为mm; 刀具切人长度,单位为mm,; 刀具切入长度,单位为mm,; 单件小批量生产时的试切附加长度,单位为mm; 进给次数。已知,。所以,基本时间为(四)工序35、40(钻及扩32mm孔) 切削用量及基本时间的确定本工序为钻及扩32mm的孔,所选用机床为Z3025摇臂钻床。根据表5-19知选取d=30mm,l=294mm,莫氏圆锥号为3号的高速钢锥柄麻花钻作为刀具。根据表5-48选择的麻花钻参数由表5-49知,当时,选择钻头后刀面磨损极限值为0.9mm,耐用度T=50min。1.切削用量(1) 确定背吃刀梁钻孔时,故可取=15mm。(2)确定进给量按照加工要求决定进给量。钻头直径,工件材料为45钢时,根据表5-50,钻头进给范围mm/r.根据表5-51,选取。因为孔的深度与孔的直径相差不多,故无需修正系数来修正。(3)确定切削速度v 根据表5-52的计算公式式中,。因本例的加工的条件与该公式应用条件不完全相同,故对切削速度进行修正,由表5-53得:根据刀具耐磨度T=50min,得修正系数k;工件材料=600MPa,得修正系数为;刀具材料为高速钢,得修正系数;钻头为标准刃磨形状,得修正系数。所以 根据Z3025机床标准主轴转速,由表5-54选取n=125m/min,实际转速为:(4)校验机床功率 由表5-55,查的转矩T和切削功率计算公式如下:式中,由表5-56得:与加工材料有关的修正系数45钢的修整系数为;与刃磨形状有关的修正系数;与刀具磨钝有关的修正系数。因此总的修正系数为所以钻孔时的转矩为切削功率为由表5-14知,Z3025机床主轴的最大转矩,主电机功率。由于 ,故选用的切削用量可以用。最后确定的切削用量为 =15mm 2.基本时间由表5-57的钻孔的基本时间为式中,共建切削部分长度,单位为mm;切入量,单位mm,;超入量,单位mm, :已知=36mm, =10.73mm所以,加工3个空所用基本时间为=3=3(五) 工序45(半精车35外圆)切削用量及基本时间的确定本工序为半精车外圆,机床采用最常用的CA6140卧式车床,采用YT15硬质合金刀具,根据加工条件和工件材料由表5-35、表5-36、表5-37、表5-38得刀具参数为主偏角、前角、刃倾角、刀尖圆弧半径车刀加工。由表5-39知,选用杆部直径为20mm的圆形车刀。由表5-40知,车刀合理耐用度为。1.确定粗车35外圆切削用量(1)确定背吃刀量 由前述可知粗车时双边加工余量为1.5mm,,半精车后外圆直径为,故单边余量为0.75mm,即。(2)确定进给量 对于半精加工,根据表5-42,按照CA6140机床的进给量值,以及参考金属加工工艺及工装设计第95页表4-53可知,当加工45钢时,车刀刀杆尺寸BH为2030,背吃刀量a =0.75mm,因此选取。(3)确定切削速度 根据表5-43的计算公式确定切削速度式中,因本例的加工条件与该公式应用条件不完全相同,故需根据表5-32对车削速度进行修正:根据刀具耐用度T=60min,得修正系数为;根据工件材料,得修正系数为;根据毛坯表面状态得修正系数为,刀具材料为YT15,得修正系数;主偏角,经插值得修正系数。所以查表5-44,根据CA6140机床上的主轴转速选择,则实际切削速度为(4)检验机床功率 由表5-45,查得切削力和切削功率计算公式如下:式中,由表5-32得:与刀具耐用度有关的修正系数,与工件材料有关的修正系数,与主偏角相关的修正系数;与前角有关的修正系数。因此总的修正系数为所以,切削力为切削功率为根据表5-46知:CA6140机床主电机功率,因,故上述切削用量可用,最后所确定的切削用量为;。2. 基本时间由表5-47得外圆的基本时间为式中,切削加工长度,单位为mm; 刀具切人长度,单位为mm,; 刀具切入长度,单位为mm,; 单件小批量生产时的试切附加长度,单位为mm; 进给次数。已知,。所以,基本时间为(六) 工序50(精车35外圆)切削用量及基本时间的确定本工序为精车外圆,机床采用最常用的CA6140卧式车床,采用YT15硬质合金刀具,根据加工条件和工件材料由表5-35、表5-36、表5-37、表5-38得刀具参数为主偏角、前角、刃倾角、刀尖圆弧半径车刀加工。由表5-39知,选用杆部直径为20mm的圆形车刀。由表5-40知,车刀合理耐用度为。1.确定精车35外圆切削用量(1)确定背吃刀量 由前述可知粗车时双边加工余量为0.5mm,精车后外圆直径为,故单边余量为0.25mm,即。(2)确定进给量 对于精加工,根据表5-42,按照CA6140机床的进给量值,以及参考金属加工工艺及工装设计第95页表4-53可知,当加工45钢时,车刀刀杆尺寸BH为2030,背吃刀量a =0.75mm,因此选取。(3)确定切削速度 根据表5-43的计算公式确定切削速度式中,因本例的加工条件与该公式应用条件不完全相同,故需根据表5-32对车削速度进行修正:根据刀具耐用度T=60min,得修正系数为;根据工件材料,得修正系数为;根据毛坯表面状态得修正系数为,刀具材料为YT15,得修正系数;主偏角,经插值得修正系数。所以查表5-44,根据CA6140机床上的主轴转速选择,则实际切削速度为(4)检验机床功率 由表5-45,查得切削力和切削功率计算公式如下:式中,由表5-32得:与刀具耐用度有关的修正系数,与工件材料有关的修正系数,与主偏角相关的修正系数;与前角有关的修正系数。因此总的修正系数为所以,切削力为切削功率为根据表5-46知:CA6140机床主电机功率,因,故上述切削用量可用,最后所确定的切削用量为;。2. 基本时间由表5-47得外圆的基本时间为式中,切削加工长度,单位为mm; 刀具切人长度,单位为mm,; 刀具切入长度,单位为mm,; 单件小批量生产时的试切附加长度,单位为mm; 进给次数。已知,。所以,基本时间为(七) 工序60(车削螺纹)切削用量及基本时间的确定本工序为车削外圆,机床采用最常用的CA6140卧式车床,采用YT15硬质合金刀具,根据加工条件和工件材料由表5-35、表5-36、表5-37、表5-38得刀具参数为主偏角、前角、刃倾角、刀尖圆弧半径车刀加工。由表5-39知,选用杆部直径为20mm的圆形刀。由表5-40知,车刀合理耐用度为。1.确定外圆切削用量(1)确定背吃刀量 由前述可知车削时双边加工余量为1.5mm,,车削螺纹后外圆直径为,故单边余量为0.75mm,即。(2)确定进给量 对于粗加工,根据表5-42,按照CA6140机床的进给量值,以及参考金属加工工艺及工装设计第95页表4-53可知,当加工45钢时,车刀刀杆尺寸BH为2030,背吃刀量a =0.75mm,因此选取。(3)确定切削速度 根据表5-43的计算公式确定切削速度式中,因本例的加工条件与该公式应用条件不完全相同,故需根据表5-32对车削速度进行修正:根据刀具耐用度T=60min,得修正系数为;根据工件材料,得修正系数为;根据毛坯表面状态得修正系数为,刀具材料为高速钢,得修正系数;主偏角,经插值得修正系数。所以查表5-44,根据CA6140机床上的主轴转速选择,则实际切削速度为(4)检验机床功率 由表5-45,查得切削力和切削功率计算公式如下:式中,由表5-32得:与刀具耐用度有关的修正系数,与工件材料有关的修正系数,与主偏角相关的修正系数;与前角有关的修正系数。因此总的修正系数为所以,切削力为切削功率为根据表5-46知:CA6140机床主电机功率,因,故上述切削用量可用,最后所确定的切削用量为;。2. 基本时间由表5-47得外圆的基本时间为式中,切削加工长度,单位为mm; 刀具切人长度,单位为mm,; 刀具切入长度,单位为mm,; 单件小批量生产时的试切附加长度,单位为mm; 进给次数。已知,。所以,基本时间为(八)工序70(粗铣键槽)切削用量及基本时间的确定 1.切削用量 本道工序是粗铣端面,已知加工材料为45钢,机床选用X6132万能铣床,选用刀具为高速钢镶齿套式面铣刀,其参数:直径d=80mm,孔径D=27mm,宽L=36mm,齿数z=10.根据表5-26确定铣刀角度,选择前角。已知铣削宽度为8mm,铣削背吃刀量为ap=2.5mm。(1)确定每齿进给量 根据表5-13知X6132万能铣床的主电机功率为7.5kw,查表5-27知当工艺系统刚性中等、镶齿端铣刀加工铸铁时,其每齿进给量。由于本工序被吃刀量和铣削宽度较小,故选择最大的每齿进给量。(2)选择铣刀磨钝标准和耐用时度 根据表5-28,用高速钢镶齿端铣刀粗加工铸剑时,选择铣刀后刀面磨损极限值为2.0mm,查表5-29知铣刀直径d=80mm时,经插值的端铣刀的合力耐用度T=50min。刀具耐磨用度是指刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝的标准所经历的总切削时间。(3)确定切削速度和工作台每分钟进给量 查表5-30知,高速钢铣刀铣削速度为,则所需铣床主轴转速范围是 根据X6132万能铣床的标准主轴转速,由表5-13选取n=75r/min,则实际铣削速度为 工作台每分钟进给量为 根据表5-13中工作台标准纵向进给量,选取,则实际每齿进给量为 (4)校验机床功率 由表5-31和表5-32知,铣削力和铣削功率计算公式如下: 式中。所以,铣削梨为XA5023铣床主电机功率为7.5kW。故选用切削用量合适。最后的切削用量为2.基本时间根据表5-33知,的端铣刀对铣削的基本时间为式中,工件铣削部分长度,单位为mm;切入行程长度,单位为mm,;切出行程长度,单位mm;工作台每分钟进给量,单位为mm/min。已知。由表5-34查的切入切出行程长度。所以,基本时间为(九)工序75(精铣键槽)切削用量及基本时间的确定1.切削用量 本道工序为精铣键槽,已知加工材料为45钢,机床选用X6132万能铣床,选用刀具为高速钢镶齿套式面铣刀,其参数:直径d=80mm,孔径D=27mm,宽L=36mm,齿数z=10.根据表5-26确定铣刀角度,选择前角。已知铣削宽度为8mm,铣削背吃刀量为ap=0.5mm。(1)确定每齿进给量 根据表5-13知X6132万能铣床的主电机功率为7.5kw,查表5-27知当工艺系统刚性中等、镶齿端铣刀加工铸铁时,其每齿进给量。由于本工序被吃刀量和铣削宽度较小,故选择最大的每齿进给量。(2)选择铣刀磨钝标准和耐用时度 根据表5-28,用高速钢镶齿端铣刀粗加工铸剑时,选择铣刀后刀面磨损极限值为2.0mm,查表5-29知铣刀直径d=80mm时,经插值的端铣刀的合力耐用度T=50min。刀具耐磨用度是指刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝的标准所经历的总切削时间。(3)确定切削速度和工作台每分钟进给量 查表5-30知,高速钢铣刀铣削速度为,则所需铣床主轴转速范围是根据X6132万能铣床的标准主轴转速,由表5-13选取n=75r/min,则实际铣削速度为 工作台每分钟进给量为 根据表5-13中工作台标准纵向进给量,选取,则实际每齿进给量为 (4)校验机床功率 由表5-31和表5-32知,铣削力和铣削功率计算公式如下:式中。所以,铣削梨为XA5023铣床主电机功率为7.5kW。故选用切削用量合适。最后的切削用量为2.基本时间根据表5-33知,的端铣刀对铣削的基本时间为式中,工件铣削部分长度,单位为mm;切入行程长度,单位为mm,;切出行程长度,单位mm;工作台每分钟进给量,单位为mm/min。已知。由表5-34查的切入切出行程长度。所以,基本时间为八 夹具设计本夹具是用32孔和27.5外圆定位,定位原件是V型块和定位轴,用直压板压紧,钻模座铰链形式,加紧工件后将钻模座旋转到指定位置,用圆压块压紧,开始钻孔。钻套采用可换钻套,方便在钻套磨损候更换夹具装配图如下:参考文献1 王先逵主编,机械制造工艺学,第二版,北京:机械工业出版社,20062 王栋主编,机械制造工艺学课程设计指导书,北京:机械工业出版社,20103 成大先主编,机械设计手册,第五版,北京:化工工业出版社,20074 王兰美主编,画法几何及工程制图,北京:机械工业出版社,20025 王先逵,机械制造工艺学手册,第二版,北京:机械工业出版社,2007
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