HL2型弹性柱销联轴器零件工艺规程及加工柱销孔气动夹具设计【含CAD图纸、说明书】
IXX 大学课 程 设 计 论 文HL2 型弹性柱销联轴器零件工艺规程及加工柱销孔气动夹具设计所 在 学 院专 业班 级姓 名学 号指 导 老 师年 月 日II摘 要HL2 型弹性柱销联轴器零件加工工艺及夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析,了解零件的工艺再设计出毛坯的结构,并选择好零件的加工基准,设计出零件的工艺路线;接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算,关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量;然后进行专用夹具的设计,选择设计出夹具的各个组成部件,如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件;计算出夹具定位时产生的定位误差,分析夹具结构的合理性与不足之处,并在以后设计中注意改进。关键词:工艺,工序,切削用量,夹紧,定位,误差III目 录摘 要 II目 录 .III第 1 章 序 言.1第 2 章 零件的分析.22.1 零件的形状 .22.2 零件的工艺分析 .2第 3 章 工艺规程设计.33.1 确定毛坯的制造形式 33.2 定位基准的选择零件表面加工方法的选择 .33.3 制定工艺路线 43.4 选择加工设备和工艺装备 53.4.1 机床选用 .53.4.2 选择刀具 .63.4.3 选择量具 .63.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 6第 4 章 确定切削用量及基本时间.8第 5 章 加工柱销气动夹具设计.225.1 研究原始质料 225.2 定位、夹紧方案的选择 235.3 切削力及夹紧力的计算 235.3.1 气缸的直径确定 .265.3.2 气缸的选型 .275.4 误差分析与计算 285.5 定位销选用 .295.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用 295.7 确定夹具体结构和总体结构 .31IV5.8 夹具设计及操作的简要说明 .32总 结.34致 谢.35参 考 文 献.36123456第 1 章 序 言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品,并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用,也可以为其它行业的生产提供装备,社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业,因此制造业是国民经济发展的重要行业,是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲,机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。HL2 型弹性柱销联轴器零件加工工艺及夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等的基础下,进行的一个全面的考核。正确地解决一个零件在加工中的定位,夹紧以及工艺路线安排,工艺尺寸确定等问题,并设计出专用夹具,保证尺寸证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论,又要注意生产实践的需要,只有将各种理论与生产实践相结合,才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限,其中难免有缺点错误,敬请老师们批评指正。7第 2 章 零件的分析2.1 零件的形状题目给的零件是 HL2 型弹性柱销联轴器零件,主要作用是起连接作用。它主要用于轴与轴之间的连接,以传递动力和转矩。由于弹性套易发生弹性变形及其外径与圆柱孔为间隙配合,因而使联轴器具有补偿两轴相对位移和减震缓冲的功能。且不用设置中榫机构,以免丧失补偿相对位移的能力。零件的实际形状如上图所示,从零件图上看,该零件是典型的零件,结构比较简单。具体尺寸,公差如下图所示。2.2 零件的工艺分析由零件图可知,其材料为 45,具有较高强度,耐磨性,耐热性及减振性,适用于承受较大应力和要求耐磨零件。HL2 型弹性柱销联轴器零件主要加工表面为:1.车外圆及端面,表面粗糙度 值aR为 3.2 。2.车外圆及端面,表面粗糙度 值 3.2 。3.车装配孔,表面粗糙度 值maRm3.2 。4.半精车侧面,及表面粗糙度 值 3.2 。5.两侧面粗糙度 a值6.3 、20.5 ,法兰面粗糙度 值 6.3 。aHL2 型弹性柱销联轴器共有两组加工表面,他们之间有一定的位置要求。现分述如下:8(1)左端的加工表面:这一组加工表面包括:左端面,130 外圆,50 外圆,22 内圆,倒角钻孔并攻丝。这一部份只有端面有 6.3 的粗糙度要求,。其要求并不高,粗车后半精车就可以达到精度要求。而钻工没有精度要求,因此一道工序就可以达到要求,并不需要扩孔、铰孔等工序。(2).右端面的加工表面:这一组加工表面包括:右端面;130 的外圆,粗糙度为 1.6;50 的外圆并带有倒角其要求也不高,粗车后半精车就可以达到精度要求。其中,22 的孔或内圆直接在上做镗工就行了。第 3 章 工艺规程设计本 HL2 型弹性柱销联轴器假设年产量为 10 万台,每台车床需要该零件 1 个,备品率为 19%,废品率为 0.25%,每日工作班次为 2 班。该零件材料为 50,考虑到零件在工作时要有高的耐磨性,所以选择锻造。依据设计要求 Q=100000 件/年, n=1 件/台;结合生产实际,备品率 和 废品率 分别取 19%和0.25%代入公式得该工件的生产纲领N=2XQn(1+) (1+)=238595 件/ 年3.1 确定毛坯的制造形式零件材料为 50,考虑到零件在使用过程中起连接作用,分析其在工作过程中所受载荷,最后选用锻造,以便使金属纤维尽量不被切断,保证零件工作可靠。年产量已达成批生产水平,而且零件轮廓尺寸不大,可以采用锻造,这从提高生产效率,保证加工精度,减少生产成本上考虑,也是应该的。3.2 定位基准的选择零件表面加工方法的选择待加工的两零件是盘状零件,孔是设计基准(也是装配基准和测量基准) ,为避免由于基准不重合而产生的误差,应选孔为定位基准,即遵循“基准重合”的原则。具体而言,即选 22mm 的孔及其一端面作为精基准。由于待加工的两零件全部表面都需加工,而孔作为精基准应先进行加工,对主动端而言,应选面积较大的外圆及其端面为粗基准;对从动端而言,应选面积较大9130mm 的外圆及其端面为粗基准。待加工的两零件的加工面有外圆、内孔、端面、键槽、锥孔,材料为 30CrMnSi钢。以公差等级和表面粗糙度要求,参考相关资料,其加工方法选择如下。(1)50mm 的外圆面 为未注公差尺寸,根据 GB 180079 规定其公差等级按IT14,表面粗糙度为 Ra25um,粗车即可(表 5-14) 。(2)130mm 的外圆面 为未注公差尺寸,根据 GB 180079 规定其公差等级按IT14,表面粗糙度为 Ra6.3um,需进行精车和半精车。(3)20mm 的柱销孔 为未注尺寸公差,根据 GB 180079 规定其公差等级按IT14,表面粗糙度为 Ra6.3um,需进行粗镗(表 5-15) 。(4)22mm 的内孔,公差等级为 IT8,表面粗糙度为 Ra1.6um,需进行粗膛半精膛精镗加工(表 5-15) 。(5)键槽 槽宽和槽深的公差等级分别为 IT13 和 IT14,表面糙粗度分别为 Ra3.2um和 Ra6.3um,需采用三面刃铣刀,粗铣半精铣(表 5-16) 。(6)端面 本零件的端面为回转体端面,尺寸精度的都要求不高,表面粗糙度为Ra25um,粗车即可。3.3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点,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。在生产纲领已经确定为成批生产的条件下,可以考虑采用万能性机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。3.3.1 工艺路线方案一3.3.1 主动端工序 10 锻造出毛坯。工序 22 毛坯热处理,时效处理。工序 30:以 50mm 处外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车半精车外圆130mm,工序 40:以半精车后的 130mm 外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车外圆50mm,倒角。10工序 50:以半精车后的 130mm 外圆及其端面定位 ,半精车另一端面粗镗 22mm及锥度的孔。工序 60:以 130mm 外圆及其端面定位,精镗 22mm 及锥度的孔。工序 70:以 22mm 孔及端面定位,粗铣、半精铣键槽。工序 80:以 22mm 孔、端面及粗铣后的键槽定位,一共要加工 8 个 20mm 的锥销孔。工序 130:去毛刺。工序 100 终检入库。3.3.2 从动端工序 10 锻造出毛坯。工序 22 毛坯热处理,时效处理。工序 30:以 50mm 处外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车半精车外圆130mm,工序 40:以半精车后的 130mm 外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车外圆50mm,倒角。工序 50:以半精车后的 130mm 外圆及其端面定位 ,半精车另一端面粗镗 22mm孔。工序 60:以 130mm 外圆及其端面定位,精镗 22mm 孔。工序 70:以 402mm 孔及端面定位,粗铣、半精铣键槽。工序 80:以 22mm 孔端面及粗铣后的键槽定位,一共要加工 8 个 20mm 的锥销孔。工序 130:去毛刺。工序 100 终检入库。3.4 选择加工设备和工艺装备3.4.1 机床选用.工序和工序是粗车、粗镗和半精车、半精镗。各工序的工步数不多,成批量生产,故选用卧式车床就能满足要求。本零件外轮廓尺寸不大,精度要求属于中等要求,选用最常用的 CA6140 卧式车床。参考根据 机械制造设计工工艺简明手册表 4.2-7。11.工序是钻孔,选用 Z525 摇臂钻床。主、从动端工序 都为 CA6140 卧式车床。由于加工的零件外廓尺寸不大, 2又是回转体,故宜在车床上镗孔。由于要求的精度较高,表面粗糙度较小,需选用较精密的机床才能满足要求,因此选用 CA6140 卧式车床(表 5-55) 。3.4.2 选择刀具.在车床上加工的工序,一般选用硬质合金车刀和镗刀。加工刀具选用 YG6 类硬质合金车刀,它的主要应用范围为普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工和半精加工。为提高生产率及经济性,可选用可转位车刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。.钻孔时选用高速钢麻花钻,参考机械加工工艺手册 (主编 孟少农) ,第二卷表 10.21-47 及表 10.2-53 可得到所有参数。3.4.3 选择量具本零件属于成批量生产,一般均采用通常量具。选择量具的方法有两种:一是按计量器具的不确定度选择;二是按计量器的测量方法极限误差选择。采用其中的一种方法即可。3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“HL2 型弹性柱销联轴器” 零件材料为 50,查机械加工工艺手册 (以后简称工艺手册 ) ,表 2.2-17 各种铸铁的性能比较,硬度 HB 为 143269,表 2.2-23 球墨铸铁的物理性能,密度 =7.27.3( ) ,计算零件毛坯的重量约为 2 。3cmg kg表 3-1 机械加工车间的生产性质同类零件的年产量 件生产类别重型(零件重2200kg)中型(零件重1002200kg)轻型(零件重202250 6.04.0顶、侧面底 面铸孔的机械加工余量一般按浇注时位置处于顶面的机械加工余量选择。根据上述原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。13第 4 章 确定切削用量及基本时间切削用量包括背吃刀量 a 、进给量 f 和切削速度 v。确定顺序是先确定 a 、f 、p p再确定 v。4.1 工序切削用量的及基本时间的确定4.1.1 切削用量 以 50mm 外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车半精车外圆 130mm,所选刀具为 YG6 硬质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册表 1.1,由于CA6140 机床的中心高为 220 (表 1.30) ,故选刀杆尺寸 = ,刀mHBm2516片厚度为 。选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面,前角 = ,后角5.4 0V= ,主偏角 = ,副偏角 = ,刃倾角 = ,刀尖圆弧半径 = 。06vK09vK01s0sr8.确定切削深度 pa由于单边余量为 3mm,可在一次走刀内完成,故.确定进给量 f根据切削加工简明实用手册可知:表 1.4刀杆尺寸为 , ,工件直径 400 之间时,m1625pam410进给量 =0.51.0fr按 CA6140 机床进给量(表 4.29)在机械制造工艺设计手册 可知:=0.7f确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求,故需进行校验根据表 130,CA6140 机床进给机构允许进给力 =3530 。maxFN根据表 1.21,当强度在 174227 时, , , = 时,HBSp4f75.0rmrK045径向进给力: =950 。RFN切削时 的修正系数为 =1.0, =1.0, =1.17(表 1.292) ,故实际f roFfKsFfkrFfK进给力为:=950 =1111.5 (3-f17.N2)由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力,故所选 = 可用。frm7.0.选择刀具磨钝标准及耐用度根据切削用量简明使用手册表 1.9,车刀后刀面最大磨损量取为 ,车刀5.1寿命 = 。Tmin6014.确定切削速度 0V切削速度可根据公式计算,也可直接有表中查出。根据切削用量简明使用手册表 1.11,当 硬质合金刀加工硬度 2202196YG的铸件, , ,切削速度 = 。HBSpam4fr75. Vmin3切削速度的修正系数为 =1.0, =0.92, 0.8, =1.0, =1.0(见表tvKmvsvKTvKv1.28) ,故:= tVv=63 (3-00.184.920.13)in48= = =202 (3-nDc1127mir4)根据 CA6140 车床说明书选择=2050nmir这时实际切削速度 为:cV= = (3-1cD01257min5).校验机床功率切削时的功率可由表查出,也可按公式进行计算。由切削用量简明使用手册表 1.25, = , ,HBS160245pam3f,切削速度 时,rm75.0min50V=CPKW7.1切削功率的修正系数 =0.73, =0.9,故实际切削时间的功率为:krcPcr0=1.7 =1.2 (3-3.6)根据表 1.30,当 = 时,机床主轴允许功率为 = , ,故所nmi125r EPKW9.5CEP选切削用量可在 CA6140 机床上进行,最后决定的切削用量为:=3.75 , = , = = , =paf7.0ni125rsr08.Vmin0.倒角 为了缩短辅助时间,取倒角时的主轴转速与钻孔相同srn28.315换车刀气动进给。. 计算基本工时(3-nflt7)式中 = + + , = m127Llyl由切削用量简明使用手册表 1.26,车削时的入切量及超切量 y+ = ,则m1= + =1278= = (3-8)mt7.01258in463.6.1.3 确定粗镗的切削用量及基本工时.确定切削深度 pa= =p25.确定进给量 f根据切削用量简明使用手册表 1.5 可知,当粗镗铸件时,镗刀直径 ,m20pa,镗刀伸出长度为 时:m3m125=0.150.40fr按 CA6140 机床的进给量(表 4.29) ,选择,=0.25f.确定切削速度 V= (3-VyvxpmKfaTC9)式中 = , =0.2, =0.22, = , =0.15Cv8.19vyin60x(3-65.089.2560819.2. V10)=37 min= = (3-D10974.3min12r11)按 CA6140 机床的转速,选择16=160 =2.6nmirsr.计算基本工时选镗刀的主偏角 = ,则 = , , , ,rK0451L5.3m69L4203, , ,则:mf25.0s26.i= =117 iLT.249s4.1.2 基本时间5.1.2.1 主动端确定粗车主动端外圆 130 的基本时间。参考文献1 表 2-24,车外圆基本 1 m时间为T ifnllifLj 3211式中, =40mm, 3), 130, =2mm, =4mm, =0, l 2(tan1rpkl rk1l2l3lf=0.65mm/r,n=0.77r/s,is967.0541jT确定粗车主动端外圆 50 的基本时间: 2 mifnllj 3212式中, =9mm, =2mm, =4mm, =0, f=0.55mm/r, n=0.77r/s, ,则l1ll3l 1is57.0492JT确定粗车主动端端面的基本时间: 3,ifnLj3 321lld式中,d=164.8mm,d =0, =2mm, =4mm, =0, f=0.65mm/r, n=0.77r/s, ,则1l2l3 1i=177s7.065483JT确定粗车主动端台阶面的基本时间: 4,ifnLj4 321lld式中,d=164.8mm, =94.6mm, =0mm, =4mm, =0, f=0.6mm/r, n=0.77r/s, 1d1l17,则1i=85s7.0641354jT确定粗镗 22mm 孔的基本时间,选镗刀的主偏角 50。 5 rkifnllj 3215式中, =84mm, =3.5mm, =4mm, =0,f=0.1mm/r,n=6.17r/s, ,则 l1l2l3l 1i=148s7.61045385jT确定工序的基本时间: 6=50+35+2+85+148=643s51ijijT5.1.2.2 从动端确定粗车从动端外圆 的基本时间: =80s 1 m7.0652381jT确定粗车从动端端面的基本时间: =95s 2 .42j确定粗车从动端台阶面的基本时间: =94s 3 3jT7.069确定粗镗 22mm 孔的基本时间: =197s 4 1.454j确定工序的基本时间: 5=80+95+94+197=466s41ijijT4.2 工序切削用量的及基本时间的确定采用与工序确定切削用量的方法,得本工序的切削用量及基本时间如下:本工序为粗车(车端面、外圆及倒角) ,已知条件与工序相同。车端面、外圆可采用与工序相同的可转位车刀。4.2.1 主动端见表 5-1表 5-1 主动端工序的切削用量及基本时间工步 /mmpaf/mmr v/ms 1n/rs 1/siT181粗车端面 2 0.52 0.38 1.5 113粗车外圆50mm2.3 0.52 0.38 1.5 68倒角 气动 0.38 1.54.2.2 从动端见表 5-2表 5-2 从动端工序的切削用量及基本时间工步 /mmpaf/mmr 1v/ms 1n/rs 1/siT粗车端面 2 0.65 25.4 0.77 177粗车外圆160 m063.m2.4 0.65 25.4 0.77 1524.3 工序切削用量及基本时间的确定4.3.1 切削用量本工序为半精加工(车端面、外圆、镗孔) 。已知条件与粗加工工序相同。确定以半精车后的 130mm 外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车外圆 150mm,倒角。切削用量。所选刀具为 YT15 硬质合金可转位车刀。车刀形状所选刀具为 YT15 硬质合金可转位车刀。车刀形状、刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同,查参考文献6表 1-3,车刀几何形状为 , =00128,9rk, r5,0,.5serm. 确定背吃刀量= =0.75mmpa25. 确定进给量根据参考文献7表 1.6 及参考文献2 表 4.2-9 中 C622-1 机床进给量,选择。由于是半精加工,切削力较小,故不须校核机床进给机构强度。0.3/fmr. 选择车刀磨钝标准及耐用度查参考文献7表 1.9,选择车刀后刀面最大磨损量为 0.4mm,耐用度 T=30min。19查参考文献6表 1.10,当用 YT15 硬质合金车刀加工 b1000MPs 的合金钢, ,切削速度 =97m/min。1.4pam0.38/fr切削速度的修正系数查参考文献7表 1.28 得: ,其余的修正0.81,.5rKvTvk系数均为 1,故:V=970.811.15=130.4m/min=178r/min5.164.390d10vn查参考文献6表 4.2-8 选择 C622-1 机床的转速为:n=185r/min=3.08r/s则实际切削速度 v=1.56m/s半精加工,机床功率也可不校验。最后确定的切削用量为:=0.75mm, f=0.3mm/r, n=185r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=93.6m/min。pa确定半精车主动端端面的切削用量。采用车外圆 160mm 相同的刀具加工,切 2削用量为:,f=0.3mm/r,n=185r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=93.6m/min。map7.0确定半精车从动端外圆 71 mm 的切削用量。采用车外圆 160mm 相同的 3 019.刀具加工,切削用量为:,f=0.3mm/r, n=185r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=93.6m/min。ap5.021确定半精车从动端端面的切削用量。采用车外圆 160mm 相同的刀具加工,切 4削用量为:,f=0.3mm/r,n=185r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=93.6m/min。map7.0确定半精镗孔 22mm 的切削用量。所选刀具为 YT15 硬质合金、主偏角 5、直径为 20mm 的圆形镗刀。其耐用度 T=60min。4rk. 。ap75.021.参考文献1表 5-139 和表 5-57,f=0.2mm/r。.参考文献1表 2-8 的计算公式确定。V= vyxpmkfaTCv20式中,C =291,m=0.2,x =0.15,y =0.2,T=60min,k =0.9,则vvvvV= =150m/min9.02.75.0691.2. =2029.4r/min3.n选择 C622-1 车床的转速 n=2020r/min=22r/s。4.3.2 切削用量确定半精车主动端外圆 130mm 的基本时间: =52s 1 08.36241jT确定半精车主动端端面的基本时间: =94s 2 .752j确定半精车从动端外圆 50mm 的基本时间: =50s 3 08.343jT确定半精车从动端端面的基本时间: =50s 4 .264j确定半精镗主动端孔 22mm 的基本时间: =14s 5 0.55jT确定半精镗从动端孔 22mm 的基本时间: =30s 6 2.4316j4.4 工序切削用量及基本时间的确定4.4.1 切削用量本工序为精镗 22mm 的孔。确定精镗 22mm 孔的切削用量。选刀具为 YT30 硬质合金、主偏角 、45rT直径为 20mm 的圆形镗刀。其耐用度 T=60min。= =0.25mm 1 pa25.0f=0.15mm/r 2v= 1.4=230.77mm/min 3 9.015.2.0692. =1837.3r/min47.3n参考文献1表 5-56,根据 C6140 车床的转速表,选择 n=1400r/min=23.3r/s,则实际切削速度 v=4.98m/s。214.4.2 基本时间5.4.2.1 确定精镗主动端 22mm 孔的基本时间:=16s3.215.04jT5.4.2.2 确定精镗从动端 22mm 孔的基本时间:=34s2j4.5 工序切削用量及基本时间的确定4.5.1 粗铣5.5.1.1 切削用量粗铣以 22mm 孔及端面定位,粗铣、半精铣键槽,所选刀具为高速钢三面刃铣刀。铣刀直径 d=80,宽度 L=20mm,齿数 z=10。参考文献 1表 5-143 选铣刀的基本形状。由于加工材料的 1000MPs,故选前角 =10,后角 =20(周铣), =6(端铣) 。b 0r00已知铣削宽度 =9mm,铣削深度 =8mm。机床选用 X62W 型卧式铣床。eapa确定每齿进给量 。参考文献1表 5-144,X62W 卧式铣床的功率为 1 zf7.5KW(表 5-74) ,工艺系统刚性为中等,细齿盘铣刀加工钢料,查得每齿进给量=0.61.0mm/z 。现取 =0.07mm/z。zf zf确定铣刀磨钝标准及耐用度。参考文献1表 5-148,用高速钢盘铣刀粗加工钢 2料,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 0.6mm,铣刀直径 d=80mm,耐用度 T=202min(表 5-149) 。确定切削速度和工作台每分钟进给量 。参考文献1表 2-17 中公式计算: 3 MzfvpueyzxpmqvkafTdCv式中, =48, =0.25, =0.1, =0.2, =0.3, =0.1,m=0.2,T=202min, VCvqvxvvv=8, =0.07mm/z, =9mm, z=10,d=80mm, =1.0。pazfeak=2.62m/min1.03.02.1.02.59784vn= =10.4r/min622参考文献1表 5-75,根据 X62W 型卧式铣床主轴转速表,选择 n=30r/min=0.5r/s,则实际切削速度 v=0.13m/s,工作台每分钟进给量为=0.071030=28mm/minMzf参考文献1表 5-76, 根据 X62W 型卧式铣床工作台进给量,选择 =23.5mm/min,Mzf则实际的每齿进给量为 = =0.078mm/z。zf3015.2验证机床效率。参考文献1表 2-18 的计算公式,铣削时的功率(单位为 4KW)为 10vFPc(N )cFwqueyzxpckndafC式中, =650, =1.0, =0.72, =0.50, =0, =0.50, =8, =0.078mm/z, FCxFy pazf=9mm, z=10,d=80mm, n=30r/min, =0.63。eack=797.363.0308197.650686.21cv=0.13m/s=0.10KW1.cPX62W 铣床主电动机的功率为 7.5KW,故所选切削用量可以采用。所确定的切削用量为=0.078mm/z, =23.5mm/min, n=30r/min, v=0.13m/szfMzf5.5.1.2 基本时间参考文献1表 2-28,三面刃铣刀铣槽的基本时间为 iflTMzj21a.主动端:式中, =84mm, = +(13) , =9mm,d=80mm, =76mm, =4mm, l1l)(eeadea1l2l=23.5mm/min, =4Mzfi=6.98min=419s45.237681jT23b.从动端:=8.17min=4130s45.23761jT4.5.2 半精铣5.5.2.1 切削用量半精铣键槽,所选刀具为高速钢错齿三面刃铣刀。d=80mm, L=20mm, z=10。机床亦选用 X62W 型卧式铣床。确定每齿进给量 。加工要求保证的表面粗糙度 3.2m, 参考文献1 表 5- 1 zf aR144,每转进给量 =0.51.2mm/r,现取 =0.6mm/r,则rf rf= =0.06mm/rz106.确定铣刀磨钝标准及耐用度。参考文献1表 5-148,铣刀刀齿后刀面最大磨损 2量为 0.25mm;参考文献1 表 5-149,耐用度 T=202min。确定切削速度和工作台每分钟进给量 。参考文献1表 2-17 中公式计算,得 3 Mzf=17.79m/min=0.3m/s1.03.02.1.02.5784vn=1.19r/s=71r/min参考文献1表 5-75,根据 X62W 型卧式铣床主轴转速表,选择 n=75r/min=1.25r/s, 则实际切削速度 v=0.314m/s, 工作台每分钟进给量为 =0.061075=50mm/minMzf参考文献1表 5-76, 根据 X62W 型卧式铣床工作台进给量,选择 =47.5mm/min,Mzf则实际的每齿进给量为 = =0.063mm/z。zf7510.45.5.2.2 基本时间a.主动端:= 4=10s1jT5.47308b.从动端:= 4=20s2j.4.6 工序切削用量及基本时间的确定244.6.1 主动端(1)钻孔3.6.5.1 确定以 22mm 孔、端面及粗铣后的键槽定位,一共要加工 8 个 20mm 的锥销孔。钻孔 20,本工序采用计算法。表 3-5 高速钢麻花钻的类型和用途标准号 类型 直径范围(mm) 用途GB1436-85 直柄麻花钻 2.022.0在各种机床上,用钻模或不用钻模钻孔GB1437-85 直柄长麻花钻 1.031.5在各种机床上,用钻模或不用钻模钻孔GB1438-85 锥柄麻花钻 3.0100.0在各种机床上,用钻模或不用钻模钻孔GB1439-85 锥柄长麻花钻 5.050.0在各种机床上,用钻模或不用钻模钻孔选用 Z525 摇臂钻床,查机械加工工艺手册 孟少农 主编,查机表 2.4-37钻头的磨钝标准及耐用度可得,耐用度为 5000,表 10.2-5 标准高速钢麻花钻的直径系列选择锥柄长,麻花钻 ,则螺旋角 =30 ,锋交 2 =118 ,后角 a =10 ,横刃斜2500f0角 =50 ,L=197mm,l =116mm。01表 3-6 标准高速钢麻花钻的全长和沟槽长度(摘自 GB6137-85) mm直柄麻花钻直径范围l l111.8013.22 151 101表 3-7 通用型麻花钻的主要几何参数的推存值(根据 GB6137-85) ()d (mm) 2 f 8.618.00 30 118 20 4060表 3-8 钻头、扩孔钻和铰刀的磨钝标准及耐用度( 1)后刀面最大磨损限度 mm钻头刀具材料 加工材料直径 d0(mm)2522高速钢 铸铁 0.50.8(2)单刃加工刀具耐用度 T min刀具直径d0(mm)刀具类型 加工材料 刀具材料1122钻头(钻孔及扩孔)铸铁、铜合金及合金高速钢 60钻头后刀面最大磨损限度为 0.50.8mm 刀具耐用度 T = 60 min.确定进给量查机械加工工艺手册 孟少农 主编,第二卷表 10.4 高速钢钻头钻孔的进给量为 f=0.250.65 ,根据表 4.13 中可知,进给量取 f=0.60 。zm* rm.确定切削速度查机械加工工艺手册 孟少农 主编,表 10.4-17 高速钢钻头在球墨铸铁(1130HBS)上钻孔的切削速度轴向力,扭矩及功率得,V=20 ,参考机械in加工工艺手册 孟少农 主编,表 10.4-10 钻扩铰孔条件改变时切削速度修正系数 K=1.0,R =0.85。mvtvV=20 =10.32 (3-85.0min17)则 = =131 (3-nir18)查表 4.2-20 可知, 取 n = 150* mir则实际切削速度 = = =11.8v实 n.确定切削时间查机械加工工艺手册 孟少农 主编,表 10.4-43,钻孔时加工机动时间计算公式: T = (3-ifnllw119)其中 l = l =5 l =23f2mdRKcotwm1m则: t= =9.13 s确定钻孔的切削用量23.10dn054.36.057326钻孔选用机床为 Z525 摇臂机床,刀具选用 GB1436-85 直柄短麻花钻, 机械加工工艺手册第 2 卷。根据机械加工工艺手册第 2 卷表 10.4-2 查得钻头直径小于 10 的钻孔进给m量为 0.220.35 。rm则取 rmf30.确定切削速度,根据机械加工工艺手册第 2 卷表 10.4-9切削速度计算公式为 (3-inkfaTdcvvyxpzv22)查得参数为 ,刀具耐用度 T=3515.0,.,0,25.,1.8zcvvvv min则 = =1.65.0125.02.337min所以 = =72n4.6ir选取 mi120r所以实际切削速度为 =2.647.3vin确定切削时间(一个孔) =ts20.8产品型号 零件图号机械加工工序卡片产品名称 HL2 型弹性柱销联轴器 零件名称 HL2 型弹性柱销联轴器 共 1 页 第 1 页车间 工序号 工序名称 材 料 牌 号机加工 50 钻 45毛 坯 种 类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每 台 件 数锻造 1 1设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数钻床 Z525 1 1夹具编号 夹具名称 切削液专用夹具 乳化液工序工时 (分)工位器具编号 工位器具名称准终 单件主轴转速 切削速度 进给量 切削深度 工步工时工步号 工 步 内 容 工 艺 装 备 r/min m/min mm/min mm 进给次数 机动 辅助1 以 22mm 孔、端面及精插后的键槽定位,一共要加工 6个 20mm 的柱销孔 专用夹具,高速钢刀具,游标卡尺 350 35 0.3 20 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 期产品型号 零件图号机械加工工艺过程卡片产品名称 HL2 型弹性柱销联轴器 零件名称 HL2 型弹性柱销联轴器 共 1 页 第 1 页材 料 牌 号 45 毛 坯 种 类 锻造 毛坯外形尺寸 每毛坯件数 1 每 台 件 数 1 备 注工 时工序号工 名序 称工 序 内 容车间工段设 备 工 艺 装 备准终 单件10 锻造 锻造出毛坯22 热处 理 毛坯热处理,时效处理30 车 以 50mm 处外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车半精车外圆 130mm 机 二 卧式车床 专用夹具,高速钢刀具,游标卡40 车 以半精车后的 130mm 外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车外圆50mm,倒角 机 二 卧式车床 专用夹具,高速钢刀具,游标卡尺50 车 以半精车后的 130mm 外圆及其端面定位,半精车另一端面粗镗 22mm及锥度的孔 机 二 卧式车床 专用夹具,高速钢刀具,游标卡尺60 镗 以 130mm 外圆及其端面定位,精镗 22mm 及锥度的孔 机 二 卧式车床 专用夹具,镗刀,游标卡尺70 插 以 22mm 孔及端面定位,粗插、半精插键槽 机 二 插床 专用夹具,插刀,游标卡尺80 钻 以 22mm 孔、端面及精插后的键槽定位,一共要加工 6 个 20mm 的柱销孔 机 二 钻床 专用夹具,钻头,游标卡尺90 去毛刺 去毛刺100 终检 终检入库设 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IXX 大学课 程 设 计 论 文HL2 型弹性柱销联轴器零件工艺规程及加工柱销孔气动夹具设计所 在 学 院专 业班 级姓 名学 号指 导 老 师年 月 日II摘 要HL2 型弹性柱销联轴器零件加工工艺及夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析,了解零件的工艺再设计出毛坯的结构,并选择好零件的加工基准,设计出零件的工艺路线;接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算,关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量;然后进行专用夹具的设计,选择设计出夹具的各个组成部件,如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件;计算出夹具定位时产生的定位误差,分析夹具结构的合理性与不足之处,并在以后设计中注意改进。关键词:工艺,工序,切削用量,夹紧,定位,误差III目 录摘 要 II目 录 .III第 1 章 序 言.1第 2 章 零件的分析.22.1 零件的形状 .22.2 零件的工艺分析 .2第 3 章 工艺规程设计.33.1 确定毛坯的制造形式 33.2 定位基准的选择零件表面加工方法的选择 .33.3 制定工艺路线 43.4 选择加工设备和工艺装备 53.4.1 机床选用 .53.4.2 选择刀具 .63.4.3 选择量具 .63.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 6第 4 章 确定切削用量及基本时间.8第 5 章 加工柱销气动夹具设计.225.1 研究原始质料 225.2 定位、夹紧方案的选择 235.3 切削力及夹紧力的计算 235.3.1 气缸的直径确定 .265.3.2 气缸的选型 .275.4 误差分析与计算 285.5 定位销选用 .295.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用 295.7 确定夹具体结构和总体结构 .315.8 夹具设计及操作的简要说明 .32IV总 结.34致 谢.35参 考 文 献.361第 1 章 序 言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品,并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用,也可以为其它行业的生产提供装备,社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业,因此制造业是国民经济发展的重要行业,是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲,机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。HL2 型弹性柱销联轴器零件加工工艺及夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等的基础下,进行的一个全面的考核。正确地解决一个零件在加工中的定位,夹紧以及工艺路线安排,工艺尺寸确定等问题,并设计出专用夹具,保证尺寸证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论,又要注意生产实践的需要,只有将各种理论与生产实践相结合,才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限,其中难免有缺点错误,敬请老师们批评指正。2第 2 章 零件的分析2.1 零件的形状题目给的零件是 HL2 型弹性柱销联轴器零件,主要作用是起连接作用。它主要用于轴与轴之间的连接,以传递动力和转矩。由于弹性套易发生弹性变形及其外径与圆柱孔为间隙配合,因而使联轴器具有补偿两轴相对位移和减震缓冲的功能。且不用设置中榫机构,以免丧失补偿相对位移的能力。零件的实际形状如上图所示,从零件图上看,该零件是典型的零件,结构比较简单。具体尺寸,公差如下图所示。2.2 零件的工艺分析由零件图可知,其材料为 45,具有较高强度,耐磨性,耐热性及减振性,适用于承受较大应力和要求耐磨零件。HL2 型弹性柱销联轴器零件主要加工表面为:1.车外圆及端面,表面粗糙度 值aR为 3.2 。2.车外圆及端面,表面粗糙度 值 3.2 。3.车装配孔,表面粗糙度 值maRm3.2 。4.半精车侧面,及表面粗糙度 值 3.2 。5.两侧面粗糙度 a值6.3 、20.5 ,法兰面粗糙度 值 6.3 。aHL2 型弹性柱销联轴器共有两组加工表面,他们之间有一定的位置要求。现分述如下:3(1)左端的加工表面:这一组加工表面包括:左端面,130 外圆,50 外圆,22 内圆,倒角钻孔并攻丝。这一部份只有端面有 6.3 的粗糙度要求,。其要求并不高,粗车后半精车就可以达到精度要求。而钻工没有精度要求,因此一道工序就可以达到要求,并不需要扩孔、铰孔等工序。(2).右端面的加工表面:这一组加工表面包括:右端面;130 的外圆,粗糙度为 1.6;50 的外圆并带有倒角其要求也不高,粗车后半精车就可以达到精度要求。其中,22 的孔或内圆直接在上做镗工就行了。第 3 章 工艺规程设计本 HL2 型弹性柱销联轴器假设年产量为 10 万台,每台车床需要该零件 1 个,备品率为 19%,废品率为 0.25%,每日工作班次为 2 班。该零件材料为 50,考虑到零件在工作时要有高的耐磨性,所以选择锻造。依据设计要求 Q=100000 件/年, n=1 件/台;结合生产实际,备品率 和 废品率 分别取 19%和0.25%代入公式得该工件的生产纲领N=2XQn(1+) (1+)=238595 件/ 年3.1 确定毛坯的制造形式零件材料为 50,考虑到零件在使用过程中起连接作用,分析其在工作过程中所受载荷,最后选用锻造,以便使金属纤维尽量不被切断,保证零件工作可靠。年产量已达成批生产水平,而且零件轮廓尺寸不大,可以采用锻造,这从提高生产效率,保证加工精度,减少生产成本上考虑,也是应该的。3.2 定位基准的选择零件表面加工方法的选择待加工的两零件是盘状零件,孔是设计基准(也是装配基准和测量基准) ,为避免由于基准不重合而产生的误差,应选孔为定位基准,即遵循“基准重合”的原则。具体而言,即选 22mm 的孔及其一端面作为精基准。由于待加工的两零件全部表面都需加工,而孔作为精基准应先进行加工,对主动端而言,应选面积较大的外圆及其端面为粗基准;对从动端而言,应选面积较大4130mm 的外圆及其端面为粗基准。待加工的两零件的加工面有外圆、内孔、端面、键槽、锥孔,材料为 30CrMnSi钢。以公差等级和表面粗糙度要求,参考相关资料,其加工方法选择如下。(1)50mm 的外圆面 为未注公差尺寸,根据 GB 180079 规定其公差等级按IT14,表面粗糙度为 Ra25um,粗车即可(表 5-14) 。(2)130mm 的外圆面 为未注公差尺寸,根据 GB 180079 规定其公差等级按IT14,表面粗糙度为 Ra6.3um,需进行精车和半精车。(3)20mm 的柱销孔 为未注尺寸公差,根据 GB 180079 规定其公差等级按IT14,表面粗糙度为 Ra6.3um,需进行粗镗(表 5-15) 。(4)22mm 的内孔,公差等级为 IT8,表面粗糙度为 Ra1.6um,需进行粗膛半精膛精镗加工(表 5-15) 。(5)键槽 槽宽和槽深的公差等级分别为 IT13 和 IT14,表面糙粗度分别为 Ra3.2um和 Ra6.3um,需采用三面刃铣刀,粗铣半精铣(表 5-16) 。(6)端面 本零件的端面为回转体端面,尺寸精度的都要求不高,表面粗糙度为Ra25um,粗车即可。3.3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点,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。在生产纲领已经确定为成批生产的条件下,可以考虑采用万能性机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。3.3.1 工艺路线方案一3.3.1 主动端工序 10 锻造出毛坯。工序 22 毛坯热处理,时效处理。工序 30:以 50mm 处外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车半精车外圆130mm,工序 40:以半精车后的 130mm 外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车外圆50mm,倒角。工序 50:以半精车后的 130mm 外圆及其端面定位 ,半精车另一端面粗镗 22mm5及锥度的孔。工序 60:以 130mm 外圆及其端面定位,精镗 22mm 及锥度的孔。工序 70:以 22mm 孔及端面定位,粗铣、半精铣键槽。工序 80:以 22mm 孔、端面及粗铣后的键槽定位,一共要加工 8 个 20mm 的锥销孔。工序 130:去毛刺。工序 100 终检入库。3.3.2 从动端工序 10 锻造出毛坯。工序 22 毛坯热处理,时效处理。工序 30:以 50mm 处外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车半精车外圆130mm,工序 40:以半精车后的 130mm 外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车外圆50mm,倒角。工序 50:以半精车后的 130mm 外圆及其端面定位 ,半精车另一端面粗镗 22mm孔。工序 60:以 130mm 外圆及其端面定位,精镗 22mm 孔。工序 70:以 402mm 孔及端面定位,粗铣、半精铣键槽。工序 80:以 22mm 孔端面及粗铣后的键槽定位,一共要加工 8 个 20mm 的锥销孔。工序 130:去毛刺。工序 100 终检入库。3.4 选择加工设备和工艺装备3.4.1 机床选用.工序和工序是粗车、粗镗和半精车、半精镗。各工序的工步数不多,成批量生产,故选用卧式车床就能满足要求。本零件外轮廓尺寸不大,精度要求属于中等要求,选用最常用的 CA6140 卧式车床。参考根据 机械制造设计工工艺简明手册表 4.2-7。.工序是钻孔,选用 Z525 摇臂钻床。6主、从动端工序 都为 CA6140 卧式车床。由于加工的零件外廓尺寸不大, 2又是回转体,故宜在车床上镗孔。由于要求的精度较高,表面粗糙度较小,需选用较精密的机床才能满足要求,因此选用 CA6140 卧式车床(表 5-55) 。3.4.2 选择刀具.在车床上加工的工序,一般选用硬质合金车刀和镗刀。加工刀具选用 YG6 类硬质合金车刀,它的主要应用范围为普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工和半精加工。为提高生产率及经济性,可选用可转位车刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。.钻孔时选用高速钢麻花钻,参考机械加工工艺手册 (主编 孟少农) ,第二卷表 10.21-47 及表 10.2-53 可得到所有参数。3.4.3 选择量具本零件属于成批量生产,一般均采用通常量具。选择量具的方法有两种:一是按计量器具的不确定度选择;二是按计量器的测量方法极限误差选择。采用其中的一种方法即可。3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“HL2 型弹性柱销联轴器” 零件材料为 50,查机械加工工艺手册 (以后简称工艺手册 ) ,表 2.2-17 各种铸铁的性能比较,硬度 HB 为 143269,表 2.2-23 球墨铸铁的物理性能,密度 =7.27.3( ) ,计算零件毛坯的重量约为 2 。3cmg kg表 3-1 机械加工车间的生产性质同类零件的年产量 件生产类别重型(零件重2200kg)中型(零件重1002200kg)轻型(零件重202250 6.04.0顶、侧面底 面铸孔的机械加工余量一般按浇注时位置处于顶面的机械加工余量选择。根据上述原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。8第 4 章 确定切削用量及基本时间切削用量包括背吃刀量 a 、进给量 f 和切削速度 v。确定顺序是先确定 a 、f 、p p再确定 v。4.1 工序切削用量的及基本时间的确定4.1.1 切削用量 以 50mm 外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车半精车外圆 130mm,所选刀具为 YG6 硬质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册表 1.1,由于CA6140 机床的中心高为 220 (表 1.30) ,故选刀杆尺寸 = ,刀mHBm2516片厚度为 。选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面,前角 = ,后角5.4 0V= ,主偏角 = ,副偏角 = ,刃倾角 = ,刀尖圆弧半径 = 。06vK09vK01s0sr8.确定切削深度 pa由于单边余量为 3mm,可在一次走刀内完成,故.确定进给量 f根据切削加工简明实用手册可知:表 1.4刀杆尺寸为 , ,工件直径 400 之间时,m1625pam410进给量 =0.51.0fr按 CA6140 机床进给量(表 4.29)在机械制造工艺设计手册 可知:=0.7f确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求,故需进行校验根据表 130,CA6140 机床进给机构允许进给力 =3530 。maxFN根据表 1.21,当强度在 174227 时, , , = 时,HBSp4f75.0rmrK045径向进给力: =950 。RFN切削时 的修正系数为 =1.0, =1.0, =1.17(表 1.292) ,故实际f roFfKsFfkrFfK进给力为:=950 =1111.5 (3-f17.N2)由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力,故所选 = 可用。frm7.0.选择刀具磨钝标准及耐用度根据切削用量简明使用手册表 1.9,车刀后刀面最大磨损量取为 ,车刀5.1寿命 = 。Tmin60.确定切削速度 0V9切削速度可根据公式计算,也可直接有表中查出。根据切削用量简明使用手册表 1.11,当 硬质合金刀加工硬度 2202196YG的铸件, , ,切削速度 = 。HBSpam4fr75.0Vmin3切削速度的修正系数为 =1.0, =0.92, 0.8, =1.0, =1.0(见表tvKmvsvKTvKv1.28) ,故:= tVv=63 (3-00.184.920.13)in48= = =202 (3-nDc1127mir4)根据 CA6140 车床说明书选择=2050nmir这时实际切削速度 为:cV= = (3-1cD01257min5).校验机床功率切削时的功率可由表查出,也可按公式进行计算。由切削用量简明使用手册表 1.25, = , ,HBS160245pam3f,切削速度 时,rm75.0min50V=CPKW7.1切削功率的修正系数 =0.73, =0.9,故实际切削时间的功率为:krcPcr0=1.7 =1.2 (3-3.6)根据表 1.30,当 = 时,机床主轴允许功率为 = , ,故所nmi125r EPKW9.5CEP选切削用量可在 CA6140 机床上进行,最后决定的切削用量为:=3.75 , = , = = , =paf7.0ni125rsr08.Vmin0.倒角 为了缩短辅助时间,取倒角时的主轴转速与钻孔相同srn28.3换车刀气动进给。10. 计算基本工时(3-nflt7)式中 = + + , = m127Llyl由切削用量简明使用手册表 1.26,车削时的入切量及超切量 y+ = ,则m1= + =1278= = (3-8)mt7.01258in463.6.1.3 确定粗镗的切削用量及基本工时.确定切削深度 pa= =p25.确定进给量 f根据切削用量简明使用手册表 1.5 可知,当粗镗铸件时,镗刀直径 ,m20pa,镗刀伸出长度为 时:m3m125=0.150.40fr按 CA6140 机床的进给量(表 4.29) ,选择,=0.25f.确定切削速度 V= (3-VyvxpmKfaTC9)式中 = , =0.2, =0.22, = , =0.15Cv8.19vyin60x(3-65.089.2560819.2. V10)=37 min= = (3-D10974.3min12r11)按 CA6140 机床的转速,选择=160 =2.6nmirsr11.计算基本工时选镗刀的主偏角 = ,则 = , , , ,rK0451Lm5.369mL4203, , ,则:mf25.0sn26.i= =117 iLT.249s4.1.2 基本时间5.1.2.1 主动端确定粗车主动端外圆 130 的基本时间。参考文献1 表 2-24,车外圆基本 1 m时间为T ifnllifLj 3211式中, =40mm, 3), 130, =2mm, =4mm, =0, l 2(tan1rpkl rk1l2l3lf=0.65mm/r,n=0.77r/s,is967.0541jT确定粗车主动端外圆 50 的基本时间: 2 mifnllj 3212式中, =9mm, =2mm, =4mm, =0, f=0.55mm/r, n=0.77r/s, ,则l1ll3l 1is57.0492JT确定粗车主动端端面的基本时间: 3,ifnLj3 321lld式中,d=164.8mm,d =0, =2mm, =4mm, =0, f=0.65mm/r, n=0.77r/s, ,则1l2l3 1i=177s7.065483JT确定粗车主动端台阶面的基本时间: 4,ifnLj4 321lld式中,d=164.8mm, =94.6mm, =0mm, =4mm, =0, f=0.6mm/r, n=0.77r/s, 1d1l,则1i12=85s7.0641354jT确定粗镗 22mm 孔的基本时间,选镗刀的主偏角 50。 5 rkifnllj 3215式中, =84mm, =3.5mm, =4mm, =0,f=0.1mm/r,n=6.17r/s, ,则 l1l2l3l 1i=148s7.61045385jT确定工序的基本时间: 6=50+35+2+85+148=643s51ijijT5.1.2.2 从动端确定粗车从动端外圆 的基本时间: =80s 1 m7.0652381jT确定粗车从动端端面的基本时间: =95s 2 .42j确定粗车从动端台阶面的基本时间: =94s 3 3jT7.069确定粗镗 22mm 孔的基本时间: =197s 4 1.454j确定工序的基本时间: 5=80+95+94+197=466s41ijijT4.2 工序切削用量的及基本时间的确定采用与工序确定切削用量的方法,得本工序的切削用量及基本时间如下:本工序为粗车(车端面、外圆及倒角) ,已知条件与工序相同。车端面、外圆可采用与工序相同的可转位车刀。4.2.1 主动端见表 5-1表 5-1 主动端工序的切削用量及基本时间工步 /mmpaf/mmr1 v/ms 1n/rs 1/siT粗车端面 2 0.52 0.38 1.5 11313粗车外圆50mm2.3 0.52 0.38 1.5 68倒角 气动 0.38 1.54.2.2 从动端见表 5-2表 5-2 从动端工序的切削用量及基本时间工步 /mmpaf/mmr 1v/ms 1n/rs 1/siT粗车端面 2 0.65 25.4 0.77 177粗车外圆160 m063.m2.4 0.65 25.4 0.77 1524.3 工序切削用量及基本时间的确定4.3.1 切削用量本工序为半精加工(车端面、外圆、镗孔) 。已知条件与粗加工工序相同。确定以半精车后的 130mm 外圆及其端面定位,粗车另一端面,粗车外圆 150mm,倒角。切削用量。所选刀具为 YT15 硬质合金可转位车刀。车刀形状所选刀具为 YT15 硬质合金可转位车刀。车刀形状、刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同,查参考文献6表 1-3,车刀几何形状为 , =00128,9rk, r5,0,.5serm. 确定背吃刀量= =0.75mmpa25. 确定进给量根据参考文献7表 1.6 及参考文献2 表 4.2-9 中 C622-1 机床进给量,选择。由于是半精加工,切削力较小,故不须校核机床进给机构强度。0.3/fmr. 选择车刀磨钝标准及耐用度查参考文献7表 1.9,选择车刀后刀面最大磨损量为 0.4mm,耐用度 T=30min。查参考文献6表 1.10,当用 YT15 硬质合金车刀加工 b1000MPs 的合金钢, ,切削速度 =97m/min。1.4pa0.38/fr切削速度的修正系数查参考文献7表 1.28 得: ,其余的修正0.81,.5rKvTvk14系数均为 1,故:V=970.811.15=130.4m/min=178r/min5.164.390d10vn查参考文献6表 4.2-8 选择 C622-1 机床的转速为:n=185r/min=3.08r/s则实际切削速度 v=1.56m/s半精加工,机床功率也可不校验。最后确定的切削用量为:=0.75mm, f=0.3mm/r, n=185r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=93.6m/min。pa确定半精车主动端端面的切削用量。采用车外圆 160mm 相同的刀具加工,切 2削用量为:,f=0.3mm/r,n=185r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=93.6m/min。map7.0确定半精车从动端外圆 71 mm 的切削用量。采用车外圆 160mm 相同的 3 019.刀具加工,切削用量为:,f=0.3mm/r, n=185r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=93.6m/min。ap5.021确定半精车从动端端面的切削用量。采用车外圆 160mm 相同的刀具加工,切 4削用量为:,f=0.3mm/r,n=185r/min=3.08r/s, v=1.56m/s=93.6m/min。map7.0确定半精镗孔 22mm 的切削用量。所选刀具为 YT15 硬质合金、主偏角 5、直径为 20mm 的圆形镗刀。其耐用度 T=60min。4rk. 。ap75.021.参考文献1表 5-139 和表 5-57,f=0.2mm/r。.参考文献1表 2-8 的计算公式确定。V= vyxpmkfaTCv式中,C =291,m=0.2,x =0.15,y =0.2,T=60min,k =0.9,则vvvvV= =150m/min9.02.75.0691.2. 15=2029.4r/min39.510n选择 C622-1 车床的转速 n=2020r/min=22r/s。4.3.2 切削用量确定半精车主动端外圆 130mm 的基本时间: =52s 1 08.36241jT确定半精车主动端端面的基本时间: =94s 2 .752j确定半精车从动端外圆 50mm 的基本时间: =50s 3 08.343jT确定半精车从动端端面的基本时间: =50s 4 .264j确定半精镗主动端孔 22mm 的基本时间: =14s 5 0.55jT确定半精镗从动端孔 22mm 的基本时间: =30s 6 2.4316j4.4 工序切削用量及基本时间的确定4.4.1 切削用量本工序为精镗 22mm 的孔。确定精镗 22mm 孔的切削用量。选刀具为 YT30 硬质合金、主偏角 、45rT直径为 20mm 的圆形镗刀。其耐用度 T=60min。= =0.25mm 1 pa25.0f=0.15mm/r 2v= 1.4=230.77mm/min 3 9.015.2.0692. =1837.3r/min47.3n参考文献1表 5-56,根据 C6140 车床的转速表,选择 n=1400r/min=23.3r/s,则实际切削速度 v=4.98m/s。4.4.2 基本时间5.4.2.1 确定精镗主动端 22mm 孔的基本时间:=16s3.215.04jT165.4.2.2 确定精镗从动端 22mm 孔的基本时间:=34s3.215.042jT4.5 工序切削用量及基本时间的确定4.5.1 粗铣5.5.1.1 切削用量粗铣以 22mm 孔及端面定位,粗铣、半精铣键槽,所选刀具为高速钢三面刃铣刀。铣刀直径 d=80,宽度 L=20mm,齿数 z=10。参考文献 1表 5-143 选铣刀的基本形状。由于加工材料的 1000MPs,故选前角 =10,后角 =20(周铣), =6(端铣) 。b 0r00已知铣削宽度 =9mm,铣削深度 =8mm。机床选用 X62W 型卧式铣床。eapa确定每齿进给量 。参考文献1表 5-144,X62W 卧式铣床的功率为 1 zf7.5KW(表 5-74) ,工艺系统刚性为中等,细齿盘铣刀加工钢料,查得每齿进给量=0.61.0mm/z 。现取 =0.07mm/z。zf zf确定铣刀磨钝标准及耐用度。参考文献1表 5-148,用高速钢盘铣刀粗加工钢 2料,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 0.6mm,铣刀直径 d=80mm,耐用度 T=202min(表 5-149) 。确定切削速度和工作台每分钟进给量 。参考文献1表 2-17 中公式计算: 3 MzfvpueyzxpmqvkafTdCv式中, =48, =0.25, =0.1, =0.2, =0.3, =0.1,m=0.2,T=202min, VCvqvxvvv=8, =0.07mm/z, =9mm, z=10,d=80mm, =1.0。pazfeak=2.62m/min1.03.02.1.02.59784vn= =10.4r/min6参考文献1表 5-75,根据 X62W 型卧式铣床主轴转速表,选择 n=30r/min=0.5r/s,则实际切削速度 v=0.13m/s,工作台每分钟进给量为=0.071030=28mm/minMzf参考文献1表 5-76, 根据 X62W 型卧式铣床工作台进给量,选择 =23.5mm/min,Mzf17则实际的每齿进给量为 = =0.078mm/z。zf3015.2验证机床效率。参考文献1表 2-18 的计算公式,铣削时的功率(单位为 4KW)为 10vFPc(N )cFwqueyzxpckndafC式中, =650, =1.0, =0.72, =0.50, =0, =0.50, =8, =0.078mm/z, FCxFy pazf=9mm, z=10,d=80mm, n=30r/min, =0.63。eack=797.363.0308197.650686.21cv=0.13m/s=0.10KW1.cPX62W 铣床主电动机的功率为 7.5KW,故所选切削用量可以采用。所确定的切削用量为=0.078mm/z, =23.5mm/min, n=30r/min, v=0.13m/szfMzf5.5.1.2 基本时间参考文献1表 2-28,三面刃铣刀铣槽的基本时间为 iflTMzj21a.主动端:式中, =84mm, = +(13) , =9mm,d=80mm, =76mm, =4mm, l1l)(eeadea1l2l=23.5mm/min, =4Mzfi=6.98min=419s45.237681jTb.从动端:=8.17min=4130s45.23761jT4.5.2 半精铣185.5.2.1 切削用量半精铣键槽,所选刀具为高速钢错齿三面刃铣刀。d=80mm, L=20mm, z=10。机床亦选用 X62W 型卧式铣床。确定每齿进给量 。加工要求保证的表面粗糙度 3.2m, 参考文献1 表 5- 1 zf aR144,每转进给量 =0.51.2mm/r,现取 =0.6mm/r,则rf rf= =0.06mm/rz106.确定铣刀磨钝标准及耐用度。参考文献1表 5-148,铣刀刀齿后刀面最大磨损 2量为 0.25mm;参考文献1 表 5-149,耐用度 T=202min。确定切削速度和工作台每分钟进给量 。参考文献1表 2-17 中公式计算,得 3 Mzf=17.79m/min=0.3m/s1.03.02.1.02.5784vn=1.19r/s=71r/min参考文献1表 5-75,根据 X62W 型卧式铣床主轴转速表,选择 n=75r/min=1.25r/s, 则实际切削速度 v=0.314m/s, 工作台每分钟进给量为 =0.061075=50mm/minMzf参考文献1表 5-76, 根据 X62W 型卧式铣床工作台进给量,选择 =47.5mm/min,Mzf则实际的每齿进给量为 = =0.063mm/z。zf7510.45.5.2.2 基本时间a.主动端:= 4=10s1jT5.47308b.从动端:= 4=20s2j.4.6 工序切削用量及基本时间的确定4.6.1 主动端(1)钻孔3.6.5.1 确定以 22mm 孔、端面及粗铣后的键槽定位,一共要加工 8 个 20mm 的锥销孔。钻孔 20,本工序采用计算法。19表 3-5 高速钢麻花钻的类型和用途标准号 类型 直径范围(mm) 用途GB1436-85 直柄麻花钻 2.022.0在各种机床上,用钻模或不用钻模钻孔GB1437-85 直柄长麻花钻 1.031.5在各种机床上,用钻模或不用钻模钻孔GB1438-85 锥柄麻花钻 3.0100.0在各种机床上,用钻模或不用钻模钻孔GB1439-85 锥柄长麻花钻 5.050.0在各种机床上,用钻模或不用钻模钻孔选用 Z525 摇臂钻床,查机械加工工艺手册 孟少农 主编,查机表 2.4-37钻头的磨钝标准及耐用度可得,耐用度为 5000,表 10.2-5 标准高速钢麻花钻的直径系列选择锥柄长,麻花钻 ,则螺旋角 =30 ,锋交 2 =118 ,后角 a =10 ,横刃斜2500f0角 =50 ,L=197mm,l =116mm。01表 3-6 标准高速钢麻花钻的全长和沟槽长度(摘自 GB6137-85) mm直柄麻花钻直径范围l l111.8013.22 151 101表 3-7 通用型麻花钻的主要几何参数的推存值(根据 GB6137-85) ()d (mm) 2 f 8.618.00 30 118 20 4060表 3-8 钻头、扩孔钻和铰刀的磨钝标准及耐用度( 1)后刀面最大磨损限度 mm钻头直径 d0(mm)刀具材料 加工材料22高速钢 铸铁 0.50.8(2)单刃加工刀具耐用度 T min刀具类型 加工材料 刀具材料刀具直径d0(mm)201122钻头(钻孔及扩孔)铸铁、铜合金及合金高速钢 60钻头后刀面最大磨损限度为 0.50.8mm 刀具耐用度 T = 60 min.确定进给量查机械加工工艺手册 孟少农 主编,第二卷表 10.4 高速钢钻头钻孔的进给量为 f=0.250.65 ,根据表 4.13 中可知,进给量取 f=0.60 。zm* rm.确定切削速度查机械加工工艺手册 孟少农 主编,表 10.4-17 高速钢钻头在球墨铸铁(1130HBS)上钻孔的切削速度轴向力,扭矩及功率得,V=20 ,参考机械in加工工艺手册 孟少农 主编,表 10.4-10 钻扩铰孔条件改变时切削速度修正系数 K=1.0,R =0.85。mvtvV=20 =10.32 (3-85.0min17)则 = =131 (3-nir18)查表 4.2-20 可知, 取 n = 150* mir则实际切削速度 = = =11.8v实 n.确定切削时间查机械加工工艺手册 孟少农 主编,表 10.4-43,钻孔时加工机动时间计算公式: T = (3-ifnllw119)其中 l = l =5 l =23f2mdRKcotwm1m则: t= =9.13 s确定钻孔的切削用量钻孔选用机床为 Z525 摇臂机床,刀具选用 GB1436-85 直柄短麻花钻, 机械加工工艺手册第 2 卷。根据机械加工工艺手册第 2 卷表 10.4-2 查得钻头直径小于 10 的钻孔进给m量为 0.220.35 。rm则取 rmf30.23.10dn054.36.057321确定切削速度,根据机械加工工艺手册第 2 卷表 10.4-9切削速度计算公式为 (3-min0kfaTdcvvyxpmzv22)查得参数为 ,刀具耐用度 T=3515.0,.,25.,1.8zcvvvv min则 = =1.65.0125.02.337in所以 = =72n4.6mir选取 i120r所以实际切削速度为 =2.647.3vin确定切削时间(一个孔) =ts20.822第 5 章 加工柱销气动夹具设计5.1 研究原始质料利用本夹具主要用来加工柱销孔,加工时除了要满足粗糙度要求外,还应满足两孔轴线间公差要求。为了保证技术要求,最关键是找到定位基准。同时,应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。一、机床夹具定位元件工件定位方式不同,夹具定位元件的结构形式也不同,这里只介绍几种常用的基本定位元件。实际生产中使用的定位元件都是这些基本定位元件的组合。(一)工件以平面定位常用定位元件1支承钉 常用支承钉的结构形式如图6-1所示。平头支承钉(图 a)用于支承精基准面;球头支承钉(图 b)用于支承粗基准面;网纹顶面支承钉(图 c)能产生较大的摩擦力,但网槽中的切屑不易清除,常用在工件以粗基准定位且要求产生较大摩擦力的侧面定位场合。一个支承钉相当于一个支承点,限制一个自由度;在一个平面内,两个支承钉限制二个自由度;不在同一直线上的三个支承钉限制三个自由度。图6-1 常用支承钉的结构形式2支承板 常用的支承板结构形式如图6-2所示。平面型支承板(图 a)结构简单,但沉头螺钉处清理切屑比较困难,适于作侧面和顶面定位;带斜槽型支承板(图 b) ,在带有螺钉孔的斜槽中允许容纳少许切屑,适于作底面定位。当工件定位平面较大时,常用几块支承板组合成一个平面。一个支承板相当于两个支承点,限制两个自由度;两个(或多个)支承板组合,相当于一个平面,可以限制三个自由度。图6-2 常用支承板的结构形式3可调支承 常用可调支承结构形式如图6-3所示。可调支承多用于支承工件的粗基准面,支承高度可以根据需要进行调整,调整到位后用螺母锁紧。一个可调支承限制一个自由度。图6-3 常用可调支承的结构形式23(二) 工件以孔定位常用定位元件1定位销 图6-6是几种常用固定式定位销的结构形式。当工件的孔径尺寸较小时,可选用图 a 所示的结构;当孔径尺寸较大时,选用图 b 所示的结构;当工件同时以圆孔和端面组合定位时,则应选用图 c 所示的带有支承端面的结构。用定位销定位时,短圆柱销限制二个自由度;长圆柱销可以限制四个自由度;短圆锥销(图 d)限制三个自由度。图6-6 固定式定位销的结构形式5.2 定位、夹紧方案的选择由零件图可知:在对加工前,平面进行了粗、精铣加工,底面进行了钻、扩加工。因此,定位、夹紧方案有:为了使定位误差达到要求的范围之内,采用 1 面一销的定位方式,这种定位在结构上简单易操作。一面即底平面。5.3 切削力及夹紧力的计算刀具:钻头。则轴向力:见工艺师手册表 28.4F=C d f k 3.1F0zFy式中: C =422, Z =1.0, y =0.8, f=0.35FFk =(07.1)92()103.nHBF=422 1.0.8635723(N转矩T=C d f kT0ZTy式中: C =0.226, Z =2.0, y =0.8TTT=0.226 )(34.170.3518.02 MN24功率 P =mKWdTV726.08395.14.70在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数K=K K K K1234式中 K 基本安全系数,1.5;K 加工性质系数,1.1;2K 刀具钝化系数 , 1.1;3K 断续切削系数, 1.14则 F =KF=1.5/ )(42391.1. N钻削时 T=17.34 N M切向方向所受力: F =1LT2670534.取 .fF =4416f )(.41NF Ff1所以,时工件不会转动,故本夹具可安全工作。气缸的选型计算:根据气缸推力拉力的大小要求,选定气缸使用压力参数以及缸径尺寸气缸推力计算公式:气缸推力 F1=0.25D2P气缸拉力计算公式 F2=0.25(D2-d2)P公式式中:D-气缸活塞直径( cm)d-气缸活塞杆直径(cm)P-气缸的工作压力(kgf/cm2)F1,F2-气缸的理论推拉力( kgf)为了避免用户选用时的有关计算,下附双作用气缸输出力换算表,用户可根据负载、工作压力、动作方向从表格中选择合适的缸径尺寸双作用气缸输出力表单位 Kgf缸径 气缸的理论输出力(推力)单位:KG/公斤25使用空气压力 MPamm0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.810 1.57 2.36 3.14 3.93 4.71 5.50 6.2816 4.02 6.03 8.04 10.1 12.1 14.1 16.120 6.28 9.42 12.6 15.7 18.8 22.0 25.025 9.81 14.7 19.6 24.5 29.4 34.4 39.232 16.0 24.1 32.2 40.2 48.3 56.3 64.440 25.1 37.7 50.3 62.8 75.4 88.0 100.550 39.2 58.9 78.5 98.2 117 137 15763 62.3 93.5 125 156 187 218 25080 100 151 201 251 300 352 402100 157 236 314 393 471 550 628125 245 368 491 615 736 859 982160 402 603 804 1005 1206 1407 1608180 508 763 1018 1272 1527 1781 2036200 628 942 1257 1571 1885 2199 2514250 981 1473 1963 2454 2945 3436 3926320 1608 2412 3216 4021 4825 5629 6432400 2531 3796 5026 6283 7539 8796 10052 选定气缸的行程:确定工作的移动距离,考虑工况可选择满行程或预留行程。当行程超过推荐的最长行程时,要考虑活塞杆的刚度,可以选择支撑导向或选择特殊气缸。26 选定气缸缓冲方式:根据需要选择缓冲形式,无缓冲气缸,固定缓冲气缸,可调缓冲气缸 选择润滑方式:有给油润滑气缸,无给油润滑气缸 选择气缸系列:根据以上条件,按需选择适当系列的气缸 选择气缸的安装形式:根据不同的用途和安装需要,选用适当的安装形式5.3.1 气缸的直径确定本气缸属于单向作用气缸。根据力平衡原理,单向作用气缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力,其公式为: ztFPDF421式中: - 活塞杆上的推力,N- 弹簧反作用力,Nt- 气缸工作时的总阻力,Nz- 气缸工作压力,PaP弹簧反作用按下式计算: )1(sGFftnDdf314Gf = 3148式中: - 弹簧刚度,N/mfG- 弹簧预压缩量, m- 活塞行程,ms- 弹簧钢丝直径,m1d- 弹簧平均直径,.D- 弹簧有效圈数.n- 弹簧材料剪切模量,一般取GPaG9104.7在设计中,必须考虑负载率 的影响,则:tFp421由以上分析得单向作用气缸的直径: ptD)(1代入有关数据,可得 fGnd314843915)0(7
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