基于UG的万向节滑动叉零件的工艺规程及工装设计 毕业设计.doc

编号 南京航空航天大学 毕 业 设 计 题 目 基于 ug 的万向节滑动叉零件的工艺规程及工装设计 学生姓名 学 号 系 部 机电工程系 专 业 机械工程及自动化 班 级 指导教师 二 年 月 完整的毕设过程 ug 三维建模，包括零件，夹具各部分组件，夹具装配图，及装配动 画。 （图中只截取部分） 铣床、钻床夹具的 cad 零件图及装配图 这里贴上万向节滑动叉 cad 零件图 该毕设成果经过严格而完整的毕业答辩过程，并取得优秀。 南京航空航天大学 本科毕业设计（论文）诚信承诺书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） （题目：基于 ug 的 万向节滑动叉零件的工艺规程及工装设计）是本人在导师的指导下 独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文） 中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 作者签名： 年 月 日 （学号）： i 基于 ug 的万向节滑动叉零件的 工艺规程及工装设计 摘 要 万向节滑动叉主要用于在两个不同的心轴或有一定夹角的轴间传递动力，使用 万向节滑动叉可以简化万向传动装置的结构，因此对于万向节滑动叉的研究具有深 远的意义。 本次设计的主要内容就是制订万向节滑动叉的相关工艺规程，并设计其中的两 套专用夹具，运用 ug 软件建立实体图并导出装配动画和爆炸图，导出二维图并应 用 cad 修改。设计内容需要运用各方面的机械专业知识，是对我们学习成果的全面 考察也是对专业软件应用熟练程度的一次考验，ug 和 cad 等专业软件的运用大大 提高了设计者的工作效率，省去了手工绘图的麻烦，给设计过程带来了极大地方便。 总的来说本次设计是对四年专业知识学习的总结与提高，是一种知识层次的升 华。 关键词：万向节，滑动叉，工艺，专用夹具 ii the process procedures and tooling design of universal joint sliding fork based on ug abstract universal joint sliding fork is located in the top of the transmission shaft. the main use of it is transferring power between the two different heart shaft or the shaft that is having certain angle. the use of universal joint sliding fork may simplify the structure of universal transmission device, so it is important to make a research of it. the main purpose of research is improving the processing efficiency by making some process procedures. due to the complexity of its structure, it needs the assistant of special jig during the processing process. so we need to design two special jigs that is used during the processing process. in the process of designing, we need to use some professional drawing software, such as ug or cad. so the graduation design is not only the test for our professional knowledge, but also the investigation for our use of some software. through the professional knowledge work out relevant process planning and design related fixture. then we need to draw the fixture assembly drawings and explosion figure with ug, and using cad modify 2d figure. generally, the graduation design is an actual combat maneuvers for our abilities. it is important for us about the development of our future. key words: gimbal ; sliding ;forks ;craft ;special ; fixture iii 目 录 摘 要 .i abstract ii 第一章 引 言 1 1.1 概述 .1 1.2 课题研究的方法和意义 1 第二章 机械加工工艺规程设计 2 2.1 概述 .2 2.1.1 工艺规程的作用 2 2.1.2 工艺规程的设计原则 2 2.1.3 工艺规程设计所需原始材料 2 2.1.4 工艺规程设计的步骤及内容 3 2.2 零件的分析 3 2.2.1 生产类型的确定 4 2.2.2 零件的工艺分析 4 2.2.3 毛坯的选择和设计 6 2.3 工艺路线的拟定 .6 2.3.1 定位基准的选择 .6 2.3.2 表面加工方法和加 工方案的选择 7 2.3.3 制定工艺路线 8 2.4 机械加工余量及工艺尺寸 9 2.4.1 加工余量及工序尺寸的确定 9 2.4.2 确定切削用量 及工时定额 12 第三章 专用夹具设计 23 3.1 概述 .23 3.1.1 机床夹具的分类 23 3.1.2 机床夹具的作用 23 3.1.3 专用机床夹具的组成 24 iv 3.2 夹具设计的基本要求 .24 3.3 专用夹具的设计方法和步骤 .24 3.4 铣床专用夹具设计 .25 3.4.1 铣床夹具的设计要点 25 3.4.2 定位方案 25 3.4.3 定位基准的选择 .26 3.4.4 定位误差分析 26 3.4.5 切削力及夹紧力计算 27 3.4.6 夹具与机床连接元件 28 3.4.7 对刀块 28 3.4.8 铣床夹具使用说明 28 3.5 钻床专用夹具设计 .30 3.5.1 钻床专用夹具设计要点 30 3.5.2 定位方案 31 3.5.3 定位误差分析 31 3.5.4 钻床专用夹具使用说明 31 第四章 夹具辅助设计 33 4.1 概述 .33 4.2 最终传动箱盖立体图的绘制 .33 4.3 装配爆炸图 .33 4.3.1 创建默认的爆炸图 33 4.3.2 编辑爆炸图 33 4.3.3 二套夹具的爆炸图 34 4.4 装配动画设计 .35 4.4.1 简介 35 4.4.2 制作装配动画 35 第五章 总结与展望 37 参 考 文 献 38 致 谢 39 附 录 40 - 1 - 第一章 引 言 1.1 概述 机床夹具是零件在机床上加工时，用以装夹工件和引导刀具之间的一种工艺装 备，现代夹具有很多种类：按使用机床分为车床、铣床夹具。按夹紧动力源分手动、 气动、液压夹具。按夹具使用特点分为通用夹具、专用夹具、组合夹具、通用可调 整夹具和成组夹具等，本次设计主要是专用夹具，现在一般企业都习惯于大量采用 传统的专用夹具，特别是近几年来数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统 等新加工技术的应用，对专用夹具有了更大的需求。现代专用夹具的发展方向主要 表现为标准化精密化，高效化、柔性化。所以对专用夹具的设计和研究具有重大意 义。 1.2 课题研究的方法和意义 本次毕业设计的主要内容是完成万向节滑动叉的加工工艺，设计专用夹具并用 ug 软件绘制零件三维图和夹具装配图，并导工程图和装配动画以及爆出炸图。 对万向节滑动叉的研究不仅是对以前学过的所有专业知识的考查，也是对自我 能力提高的一个挑战，要求我们综合运用所学知识，而且设计过程要用到ug和cad 等制图软件，这些软件功能强大，在工业中应用极为广泛，对这些软件的熟练使用 是对我们将要步入工作岗位的必备要求，与将来走上岗位的实际演练有着密切关系， 研究成果对于万向节滑动叉的工业生产具有一定的积极作用。 - 2 - 第二章 机械加工工艺规程设计 2.1 概述 将工件在各个机加工工序中所采用的加工方法、应达到的加工要求、所需要的 工装设备、具体的操作规范等用文件的形式详细地规定下来，即形成了零件机加工 工艺规程。它既是指导零件生产的技术文件，也是新建或扩建零件机加工厂房的主 要依据，同时也是现有生产方法和技术的总结。加工工艺规程是机械制造厂的最主 要的技术文件之一。将工艺规程内容填入一定格式的卡片即成为生产准备和施工依 据的工艺文件。常用的有机械加工工艺过程卡片、机械加工工艺卡片、机械加工工 序卡片。 2.1.1 工艺规程的作用 (1) 工艺规程是工厂进行生产准备工作的主要依据。 (2) 工艺规程是企业组织生产的指导性文件。 (3) 工艺规程是创建和扩建机械制造厂（或车间）的重要技术文件。 2.1.2 工艺规程的设计原则 工艺规程设计必须遵循以下原则： (1)所设计的工艺规程必须保证机器零件的加工质量和机器的装配质量，达到设 计图样上规定的各项技术要求。 (2) 工艺过程应具有较高的生产效率，使产品能尽快投放市场。 (3) 尽量降低制造成本。 (4) 注意减轻工人的劳动强度，保证生产安全。 2.1.3 工艺规程设计所需原始材料 设计工艺规程必须具备以下原始材料： (1) 产品装配图、零件图。 (2) 产品验收质量标准。 - 3 - (3) 产品的年生产纲领。 (4) 毛坯材料与毛坯生产条件。 (5) 制造厂的生产条件，包括机床设备和工艺设备的规格、性能和当前的技 术状态，工人的技术水平，工厂自制工艺装备的能力以及工厂供电、供气的能力等 有关资料。 (6) 工艺规程的设计、工艺装备设计所用设计手册和相关标准。 2.1.4 工艺规程设计的步骤及内容 (1)分析零件图和产品装配图。设计工艺规程时，首先应分析零件图所在部件所 在零件在部件或总成的装配图。 (2) 对零件图和装配图进行工艺审查。 (3) 由产品的年生产纲领和产品自身特性研究确定零件生产类型。 (4) 确定毛坯。提高毛坯制造质量，可以减少机械加工劳动量，降低机械加工 成本。 (5) 拟定工艺路线。 (6) 确定各工序所用机床设备和工艺设备（含刀具、夹具、量具、辅助等） ，对 需要改装或重新设计的专用工艺装备要提出设计任务书。 (7) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 (8) 确定各工序的技术要求及检验方法。 (9) 确定各工序的切削用量和工时定额。 (10) 编制工艺文件。 2.2 零件的分析 题目所给定的零件是解放牌汽车底盘传动轴上的万向节滑动叉，它位于传动轴 的端部。主要作用：一是传递扭矩，使汽车获得前进的动力；二是当汽车后桥钢板 弹簧处在不同的状态时，由本零件可以调整传动轴的长短及其位置。零件的两个叉 头部位上有两个 mm 的孔，用以安装滚针轴承并与十字轴相连，起万向联轴02.1-39 节的作用。零件 65mm 外圆内为 50mm 花键孔与传动轴端部的花键轴相配合，用 于传递动力之用。 - 4 - 2.2.1 生产类型的确定 计算零件生产纲领的公式： n=qn(1+&%)(1+%) （2-1 ） 其中：q=5000 辆/年（产品的年产量） n = 1 件/辆（每辆汽车该零件的数量） & = 4（零件的备品率） = 1（零件的废品率） 。 则 n=50001(1+4%)(1+1%)=5252（件） 根据生产纲领确定该零件为大批量生产。 2.2.2 零件的工艺分析 1. 零件作用： 万向节滑动叉主要应用于工程机械和汽车传动装置上，主要作用是在两个不同 心轴或有一定夹角的轴间传递动力。万向节滑动叉不仅易于加工、成本低，而且强 度高，故其使用寿命与传统的万向节叉滑动套合件相比，有了成倍的提高。它的研 究和使用可以简化万向传动装置的结构，也能满足功能要求，因此对万向节滑动叉 的研究有及其重大的意义。 - 5 - 图 2.1 万向节滑动叉零件图 2. 结构分析： 该零件由两个叉头和一个圆套筒内有的花键孔组成，类似套筒类零件，各部分 作用如下： (1) 零件的两个叉头部位上有两个直径为 mm 的孔，用以安装滚针轴承02.1-39 和十字轴相联，起万向连轴节的作用； (2) 在叉头和花键孔套筒相联结的筋条起过渡联结和加强零件刚性作用，防止 零件受阻变形； (3) 外圆为 ，内圆 花键孔与传动轴端部的花键轴相配合，用以m6550 传递动力。 3. 加工表面的技术要求分析： 万向节滑动叉共有两组加工表面，他们相互间 有一定的位置要求。现分述如下： (1) 以 孔为中心的加工表面；m39 这一组加工表面包括：两个 的孔及其倒角，尺寸为 的与m-027.139 m07.18 两个孔 相垂直的平面，还有在平面上的四个 m8 螺孔。其中，主要加工-027.1 表面为 的两个孔。-.039 (2) 以 50mm 花键孔为中心的加工表面； 这一组加工表面包括： 十六齿方齿花键孔， 55mm 阶梯孔，以及m039.5 65mm 的外圆表面和 m601mm 的外螺纹表面。 这两组加工表面之间有着一定的 位置要求，主要是： 1) 花键孔与 二孔中心联线的垂直度公差为 100:0.2；m039.5-027.139 2) 39mm 二孔外端面对 39mm 孔垂直度公差为 0.1mm； 3) 花键槽宽中心线与 39mm 中心线偏转角度公差为 2。039. 由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后 借助于专用夹具加工另一组表面，并且保证它们之间的位置精确要求。 (3) 表面处理内容及作用 - 6 - 由于零件受正反向冲击性载荷，容易疲劳破坏，所以采用表面喷砂处理，提高 表面硬度，还可以在零件表面造成残余压应力，以抵消部分工作时产生的拉应力， 从而提高疲劳极限。 2.2.3 毛坯的选择和设计 选择零件材料时要考虑到零件的使用要求，同时也要兼顾材料的工艺性和经济 性。45 钢属于优等碳素结构钢，经调质处理后有良好的综合机械性能和加工工艺性 能，如表 2.1 所示 45 钢的性能可以满足零件的使用要求同时具有良好的工艺性和经 济性，所以万向节滑动叉的材料选用 45 钢。 表 2.1 45 钢调质后机械性能 屈服强度 抗拉强度 延伸 率 布氏硬 度 =550mn/s m 2 b=750 mn/m 2 s=20 % hb=23 5 考虑到汽车在运行中要经常加速及正、反向行驶，零件在工作过程中则经常承 受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选用锻件，以使金属纤维不被切断，保证零件 工作可靠。由于零件年产量为 5252 件，已达大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸 不大，故可采用模锻成型。 模锻毛坯具有以下特点： (1) 其轮廓尺寸接近零件的外形尺寸，加工余量及材料消耗均大量减少； (2) 其制造周期短，生产率高，保证产品质量。 所以选用模锻毛坯对提高生产率、保证加工质量也是有利的。 2.3 工艺路线的拟定 2.3.1 定位基准的选择 在工艺规程设计中，正确选择定位基准，对保证零件技术要求、确定加工先后 顺序有着至关重要的影响。定位基准有精基准与粗基准之分。用毛坯上未经加工的 - 7 - 表面作定位基准，这种定位基准称为粗基准；用加工过的表面作定位基准，这种定 位基准称为精基准。在选择定位基准时一般都是先根据零件的加工要求选择精基准， 然后再考虑用哪一组表面作粗基准才能把精基准加工出来。 1. 精基准的选择 选择精基准一般应遵行基准重合原则、统一基准原则、互为基准原则、自为基 准原则。 根据以上原则，故选择万向节滑动叉的叉部两个 孔的不加工外轮廓m-027.139 表面作为精基准( 既是装配基准，又是设计基准)。为避免由于基准不重合而产生的 误差，即遵循“基准重合”的原则。 2. 粗基准的选择 选择粗基准的原则是保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的 原则，合理分配加工余量的原则，便于装夹的原则，在同一尺寸方向上粗基准一般 不得重复使用的原则。 对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。但对本零件来说， 如果以 65mm 外圆（或 62mm 外圆）表面作基准（四点定位） ，则可能造成这一 组内外圆柱表面与零件的叉部外形不对称。按照有关粗基准的选择原则（即当零件 有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干个不加工表面时， 则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准） ，现选择叉部两 个 孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两个短 v 形块支承m-027.139 这两个 的外轮廓作主要定位面，以消除 四个自由度，再用一-.0 xy 对自动定心的窄口卡爪，夹持在 65mm 外圆柱面上，用以消除 、 两个自由度，z 达到完全定位。 2.3.2 表面加工方法和加工方案的选择 在选择加工方法的时要考虑加工材料的利用率、加工精度的要求、表面质量的要求、 对加工的适用程度、生产的效率以及加工零件的形状的复杂程度。 加工方法主要分为材料去除加工、材料成形加工和材料累积加工。此零件的加 工主要采用材料的去除加工。 - 8 - 零件各表面加工方法的选择，不但影响加工质量，而且也要影响生产率和成本。 同一表面的加工可以有不同的加工方法，这取决于表面形状，尺寸，精度，粗糙度 及零件的整体构型等因素。 主要加工面的加工方法选择： (1) 两个 孔及其倒角可选用加工方案如下：m-027.139 1) 该零件的批量不是很大，考虑到经济性，不适用于钻-拉方案。 2) 该零件除上述因素外，尺寸公差及粗糙度要求均不是很高，因此只需采用 钻-镗方案。 (2) 尺寸为 的两个与孔 相垂直的平面根据零件外形及尺m07.18 m-027.139 寸的要求，选用粗铣-磨的方案。 (3) 50mm 花键孔因孔径不大，所以不采用先车后拉，而采用钻 -扩-拉方案。 (4) 65mm 外圆和 m60x1 外螺纹表面均采用车削即可达到零件图纸的要求。 2.3.3 制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当适合零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技 术要求能得到合理的保证。由于生产类型为大批生产，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。除此之外，还应当考虑经济效果， 以便使生产成本尽量下降。机械中零件加工工序的先后顺序的安排，一般应遵循一 定的原则：先加工定位基面，在加工其他表面；先加工主要表面，后加工次要表面； 先安排粗加工工序，后安排精加工工序；先加工平面，后加工孔。 遵循以上原则现拟定如下加工路线； 工序 00 车端面及外圆 62mm，60mm，车螺纹 m601mm。以两个叉耳外轮 廓及 65mm 外圆为粗基准，选用 c620-1 卧式车床，专用夹具装夹。 工序 05 钻、扩花键底孔 43mm，并锪沉头孔 55mm。以 62mm 外圆为基 准，选用 c365l 转塔车床。 工序 10 内花键孔 560倒角。选用 c620-1 车床加专用夹具。 工序 15 钻锥螺纹 rc1/8 底孔。选用 z525 立式钻床及专用钻模。这里安排钻 rc1/8 底孔主要是为了下道工序拉花键时消除回转自由度而设置的一个定位基准。 本工序以花键内底孔定位，并利用叉部外轮廓消除回转自由度。 - 9 - 工序 20 拉花键孔。利用花键内底孔、55mm 端面及 rc1/8 锥纹孔定位，选用 l6120 卧式拉床加工。 工序 25 粗铣 39mm 二孔端面，以花键孔定位，选用 x63 卧式铣床加工。 工序 30 钻、扩 39mm 二孔及倒角。以花键孔及端面定位，选用 z550 立式钻 床加工。 工序 35 精、细镗 39mm 二孔。选用 t740 型卧式金刚镗床及用夹具加工，以 花键内孔及端面定位。 工序 40 磨 39mm 二孔端面，保证尺寸 1180-0.07mm，以 39mm 孔及花键孔定 位，选用 m7130 平面磨床及专用夹具加工。 工序 45 钻叉部四个 m8mm 螺纹底孔并倒角。选用 z4012 立式及专用夹具加 工，以花键孔及 39mm 孔定位。 工序 50 攻螺纹 4-m8mm，rc 1/8。 工序 55 冲箭头。 工序 60 终检。 以上工艺过程详见附录“机械加工工艺过程综合卡片” 。 2.4 机械加工余量及工艺尺寸 2.4.1 加工余量及工序尺寸的确定 确定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工 序尺寸按零件图样的要求标注。当无基准装换时，同一表面多次加工的工序尺寸只 与工序（或工步）的加工余量有关。当基准不重合时，工序尺寸应用工艺尺寸链解 算。 万向节滑动叉零件材料为 45 钢，硬度 207241hbs，毛坯重量约为 6kg，生产 类型为大批生产，采用在锻锤上合模模锻毛坯。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸及 毛坯尺寸如下： 1. 外圆表面（62mm 及 m601mm） 考虑其加工长度为 90mm，与其联结的非加工表面直径为 65mm，为简化模锻 毛坯的外形，现直接取其外圆表面直径为 65mm。 62mm 表面为自由尺寸公差， - 10 - 表面粗糙度值要求为 rz200m,只要求粗加工，此时直径余量 2z=3mm 已能满足加工 要求。 2. 外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差（m601mm 端面） 查机械制造工艺设计简明手册表 2.2-14，其中锻件重量为 6kg，锻件复杂 形状系数为 s1，锻件材质系数取 m1，锻件轮廓尺寸（长度方向）180315mm， 故长度方向偏差为-0.7+1.5 mm。 长度方向的余量查工艺手册表 2.22.5，其余量值规定为 2.02.5mm，现 取 2.0mm。 3. 两内孔 39mm（叉部） 毛坯为实心，不冲出孔。两内孔精度要求界于 it7it8 之间，参照参考文献8 表 2.3-9 及表 2.3-12 确定工序尺寸及余量为： 钻孔： 25mm ； 钻孔： 37mm 双边余量 2z=12mm； 扩钻： 38.7mm 双边余量 2z=1.7mm； 精镗： 38.9mm 双边余量 2z=0.2mm； 细镗： 双边余量 2z=0.1mm。m-027.139 4. 花键孔（16- mm mm mm）39.0516.04048.5 要求花键孔为外径定心，故采用拉削加工。 内孔尺寸为 mm。参照参考文献 8表 2.3-9 确定孔的加工余量分配：16.04 钻孔： 25mm； 钻孔： 41mm 双边余量 2z=19mm； 扩钻： 42mm 双边余量 2z=2mm； 拉花键孔（16- mm mm mm） ，花键孔要求外径定心，039.516.04048.5 拉削时的加工余量参照参考文献8表 2.3-19 取 2z=1mm。 5. 二孔外端面的加工余量（加工余量的计算长度为 mm）m-027.139 07.1- (1) 按照参考文献 8表 2.2-25，取加工精度 f2，锻件复杂系数 s3， 锻件重 6kg，则二孔外端面的单边加工余量为 2.03.0mm，取 z=2mm。锻件的公差 按参考文献8表 2.2-14，材质系数取 m1，复杂系数 s3，则锻件的偏差为-0.7+1.3 - 11 - mm。 (2) 磨削余量：单边 0.2mm（见参考文献8） ，磨削公差即零件公差 -0.07mm。 (3) 铣削余量：铣削的公差余量（单边）为： z=2.0-0.2=1.8（mm） 铣削公差：现规定本工序（粗铣）的加工精度为 it11 级，因此可知本工序的加 工公差为 。m-02.39 由于毛坯及以后各道工序（或工步）的加工都有加工公差，因此所规定的加工 余量其实只是名义上的加工余量。实际上，加工余量有最大加工余量及最小加工余 量之分。 由于本设计规定零件为大批生产，39mm 二孔外端面尺寸加工余量和工序间余 量如下。 毛坯名义尺寸：118+22=122（mm） 毛坯最大尺寸：122+1.3 2=124.6（mm） 毛坯最小尺寸：122-0.72=120.6（mm ） 粗铣后最大尺寸：118+0.22=118.4 （mm） 粗铣后最小尺寸：118.4-0.22=118.18（mm ） 磨后尺寸与零件图尺寸应相符，即 1180-0.07mm。 最后，将上述计算的工序间尺寸及公差整理成表 1。 表 2.1 加工余量计算表(mm ) 加工工尺 寸 工序 锻件毛坯 粗铣二端面 磨二端面 最大 124.6 118.4 加工前尺寸 最小 120.6 118.18 最大 124.6 118.4 118 加工后尺寸 最小 120.6 118.18 117.93 最大 3.1 0.2 加工余量（单边） 2 最小 1.21 0.125 加工公差 +1.3 -0.22/2 -0.07/2 - 12 - -0.7 2.4.2 确定切削用量及工时定额 工件材料：45 钢正火， b=0.60gpa、模锻。 加工要求：粗车 60mm，断面及 60mm、62mm 外圆，rz200m；车螺纹 m601mm。 机床：c620-1 卧式车床。 刀具：刀片材料 yt15，刀杆尺寸 1625mm2， r=90，r 0=15， 0= 12， r=0.5mm。60螺纹车刀： 刀片材料：w18cr4v 。 1. 粗车 m601mm 端面 (1) 已知毛坯长度方向的加工余量为 mm，考虑 7的模锻拔模斜度，则毛坯5.1702- 超过年度方向的最大加工余量 zmax=7.5mm。但实际上，由于以后还要钻花键底孔， 因此端面不必全部加工，而可以留出一个 40mm 芯部待以后钻孔时加工掉，故此 时实际端面最大加工余量可按 zmax=5.5mm 考虑，分两次加工， p=3mm 计。长度加 工公差按 it12 级，取 mm。046. (2) 进给量 f 根据参考文献1表 1.4，当刀杆尺寸为 16mm25mm， p3mm 以 及工件直径为 60mm 时 f=0.50.7mm/r。 按 c620-1 车床说明书（见参考文献11表 1.30）取 f=0.5mm/r。 (3) 计算切削速度按参考文献11表 1.27，切削速度的计算公式为（寿命选 t=60min） 。 vc=cv/tmpxvfyvkv（m/min） （2- 2） 其中：cv=242，xv=0.15 ，yv=0.35 ，m=0.2。修正系数 kv 见参考文献1表 1.28，即 kmv=1.44，k sv=0.8，k kv=1.04，k krv=0.81，k bv=0.97。 所以 vc=242/600.230.150.50.351.440.81.040.810.97 =108.6（m/min） (4) 确定机床主轴转速 ns=1000vc/ dw=532（m/min） - 13 - 按机床说明书（见参考文献11表 4.2-80）与 532r/min 相近的机床转速为 480r/min 及 600r/min。现选取 nw=600r/min。如果选 nw=480r/min，则速度损失太大。所以实 际切削速度 v=122m/min。 (5) 切削工时，按参考文献1表 6.2-1。 l =65-40/2=12.5（mm） ，l 1=2mm，l 2=0，l 3=0。 tm=l1+l2+l3/nwfi=12.5+2/6000.5=0.096（ min） 2. 粗车 62mm 外圆同时应校验机床功率及进给机构强度 (1) 切削深度：单边余量 z=1.5mm 可一次切除。 (2) 进给量：根据参考文献1表 1.4 选用 f=0.5 mm/r。 (3) 计算切削速度：见参考文献1表 1.27 ，根据公式（2-2） 。 (4) 确定主轴转速： ns=1000vc/ dw =568 （r/min） 按机床选取 n=600r/min 所以实际切削速度 v= dn/1000= 65600/1000=122 (m/min) 检验机床功率主切削力 fc 按参考文献11表 1.29 所示公式计算 fc= cfc fc fc fckfc （2-axpyfnc 3） 其中：c fc=2795，x fc=1.0，y fc=0.75，n fc=-0.15， =(b/650) =0.94，k kr=0.89。mpknf 所以 fc=27951.50.50.75122-0.150.940.89=1012.5（n） 切削时消耗功率 pc 为 pc=fcvc/6 =2.06(kw)410 由参考文献1表 1.30 中 c620-1 机床说明书可知， c620-1 主电动机功率为 7.8kw，当主轴转速为 600r/min 时，主轴传递的最大功率为 5.5kw，所以机床功率足 够，可以正常加工。 (5) 校验机床进给系统强度：已知主切削力 fc=1012.5n，径向切削力 fp 按参考 文献1表 1.29 所示公式计算（2-2）： 其中：c fp=1940，x fp=0.9，y fp=0.6，n fp=-0.3， = (b/650) =0.897， kkr=0.5。mpknf 所以 fp=19401.50.90.50.6122-0.30.8970.5 =195（n） 而轴向切削力 - 14 - ff= cff ff fpkfp （2-axfvnc 3） 其中：c ff =2880，x ff=1.0，y ff=0.5，n ff=-0.4，k m=(b/650) =0.923，k k=1.17。nf 轴向切削力 ff =28801.50.50.5122-0.40.9231.17 =480（n ） 取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数 =0.1，则切削力在纵向进给方向对进给机构的作 用力为 f=ff+（ fc+fp） =480+0.1（1012.5+195 ）=600 （n） 而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为 3530n（见参考文献4表 1.30） ，故机床 进给系统可正常工作。 (6) 切削工时： t=l+l1+l2/nf （2-4 ） 其中 l=90，l 1=4，l 2=0。 所以 t=90+4/6000.5=0.31（min） 3. 车 60mm 外圆柱面 查参考文献11表 1.6 取 p=1mm ， f=0.5mm/r， ，ra =6.3m，刀夹圆弧半径 rs=1.0mm。根据公式： vc=cv/tmpxvfyvkv （2-5 ） 其中：c v=242，m=0.2，t=60 ，x v=0.15，y v=0.35，k m=1.44，k k=0.81，vc= 159(m/min)， n=843(r/min)。 按机床说明书取 n=770r/min，则此时 v=145m/min，切削工时 t=（ l+l1+l2） /nf，其中： l=20， l1=4， l2=0，所以 t=（20+4 ）/7700.5=0.062 （min） 。 4. 车螺纹 m601mm (1) 切削速度的计算：见参考文献11（艾兴、肖诗纲编，机械工业出版社， 1985）表 21，刀具寿命 t=60min，采用高速螺纹车刀，规定粗车螺纹时 p =0.08， 走刀次数 i=2。根据公式（ 2-5）： 其中：c v=11.8，m=0.11，x v=0.70， yv=0.3，螺距 - 15 - t1=1， km=（0.637/0.6） 1.75=1.11，k k=0.75。 所以粗车螺纹时 vc=21.57(m/min) 精车螺纹时：vc=36.8(m/min) (2) 确定主轴转速： 粗车螺纹时：n 1=1000vc/ d=100021.57/ 60=114.4（r/min） 按机床说明书取：n=96r/min 实际切削速度：v c=18m/min 精车螺纹时：n 1=1000vc/ d=100036.8/ 60=195（r/min） 按机床说明书取：n=184r/min 实际切削速度：v c=34m/min (3) 切削工时：取切入长度 l1=3mm ： 粗车螺纹工时： t1 =（l+ l 1）/ nfi=0.75( min) 精车螺纹：t 2 =（l+ l 1） / n fi=0.18 所以车螺纹的总工时为：t=t 1+t2=0.93（m/min） 。 钻、扩花键底孔 43mm 及锪沉头孔 55mm，选用机床：转塔车床 c365l。 5. 钻孔 25mm f=0.41mm/r （见参考文献11表 2.7） v=12.25m/min （见参考文献11 表 2.13 及表 2.14，按 5 类加工性考虑） ns=1000v/ dw=100012.25/ 25=155（r/min） 按机床选取：n w=136r/min（按参考文献2表 4.2-2） 所以实际切削速度：v = dwnw/1000=10.68（m/min） 切削工时：t=（l+l 1+l2）/n wf=3(min) 其中：切入 l1=10mm，切出 l2=4mm l=150mm。 6. 钻孔 41mm 根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻同样尺寸 的实心孔时的进给量与切削速度之关系为： f=（1.21.8）f 钻 v=（1/21/3）v 钻 式中 f 钻 、 v 钻 -加工实心孔时的切削用量。现已知 - 16 - f 钻 =0.56mm/r5 v 钻 =19.25m/min （参考文献11 表 2.13） 并令 f=1.35f 钻 =0.76mm/r ，按机床选取 f=0.76mm/r，v=0.4v 钻 =7.7m/min， ns =1000v/ d=59(r/min) 。 按机床选取：n w=58r/min，所以实际切削速度为：v= 4158/1000=7.47(m/min)。 切削工时：l 1=7mm，l 2=2mm，l=150mm，t=(150+7+2)/0.7659=3.55( min) 。 7. 扩花键底孔 43mm 根据参考文献11表 2.10 规定，查得扩孔钻扩 43mm 孔时的进给量，并根据机 床规格选：f=1.24mm/r 。 扩孔钻扩孔时的切削速度，根据其他有关资料，确定为 v=0.4v 钻 其中 v 钻 为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度。故 v=0.4 19.25=7.7（m/min） ns =10007.7/ 43=57(r/min) 按机床选取：n w=58r/min 切削工时：切入 l1=3mm，切出 l2=1.5mm，t=(150+3+1.5)/581.24=2.14(min)。 8. 锪圆柱式沉头孔 55 根据有关资料介绍，锪沉头孔时进给量及切削速度约为钻孔时的 1/2 至 1/3，故 f=1/3f 钻 =1/30.6=0.2（mm/r） 按机床取 f=0.21mm/r 。 v=1/3v=1/325=8.33（m/mm） ns =1000v/ d=48(r/min) 按机床选取：n w=44r/min 所以实际切削速度：v= dnw /1000=8.29(m/min) 切削工时： 切入 l1=2mm，l 2=0，l=8mm t=（l+l 1+l2）/nf=1.08( min) 在本工步中，加工 55mm 沉头空的测量长度，由于工艺基准与设计基准不重 合，故需要进行尺寸换算。按图样要求，加工完毕后应保证尺寸 45mm。 尺寸链如下图所示： - 17 - 图 3.2 尺寸链 尺寸 45mm 为终结环，给定尺寸 185mm 及 45mm，由于基准不重合，加工时应 保证尺寸 a=185-45=140（ mm） 。 规定公差值：因封闭环公差等于各组成环公差之和，即 t（ 45） =t（ 185） +t（ 140） 现由于本尺寸链较简单，故分配公差采用等公差法。尺寸 45mm 按自由尺寸取 公差等级 it16，其公差 t（ 45） =1.6mm，并令 t（ 185） =t（ 140） =0.8 mm。 9. 43mm 内孔 530倒角 选用卧式车床 c620-1。由于最后的切削宽度很大，故按成形车削制定进给量。 根据手册及机床取：f=0.08 mm/r （见参考文献6表 1.8） 当采用高速钢车刀时，根据一般材料，确定切削速度：v=16m/min 则 ns=1000v/ d=100016/ 43=118（r/min） 。 按机床说明书取：n w=120r/min，则此时切削速度为： v= dnw/1000=16.2（m/min） 切削工时：l=5mm，l 1=3mm，t=（l+l 1）/ nwf=0.83（min） 10钻锥螺纹 rc1/8 底孔（8.8mm） f=0.11mm/r （参考文献11表 2.7） 。 v=25m/min （参考文献11 表 2.13） 。 所以 n=1000v/ d=100025/ 8.8=904（r/min） 。 按机床选取：n w=680r/min （参考文献7表 2.35） 。 实际切削速度：v = dn/1000= 8.8680/1000=18.8（m/min） 切削工时：l=11mm，l 1=4mm，l 2=3mm，t=（l+l 1+l2）/n wf=0.24(min) 。 11. 拉花键孔 单面齿升：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿升为 0.06mm，拉 削速度 v=0.06m/s（3.6m/min ） - 18 - 切削工时： t= zblk/1000vfzz （2- 5） 式中，z b-单面余量 3.5mm（由 43mm 拉削到 50mm） ； l-拉削表面长度， 140mm； -考虑校准部分的长度系数，取 1.2； k-考虑机床返回行程系数，取 1.4； v-拉削速度（m/min） ； fz-拉刀单面齿升； z-拉刀同时工作齿数，z=l/p； p-拉刀齿距。 p=（1.25 1.5） =1.35 =16mml140 所以拉刀同时工作齿数：z=l/p=140/169 所以 t=3.51401.21.4/10003.60.069=0.42（min） 。 12. 粗铣 39mm 二孔端面，保证尺寸 118.40-0.22mm fz=0.08mm/齿 （根据参考文献11表 3-3） 切削速度：参考有关手册，确定 v=0.45m/s 即 27m/min。采用高速钢镶齿三面刃铣刀， dw=225mm，齿数 z=20。则 ns=1000v/ dw=100027/ 225=38（r/min ） 。 现采用 x63 卧式铣床，根据机床使用说明书（见参考文献 8表 4.2-39） ，取 nw =37.5r/min，故实际切削速度为： v= dwnw/1000= 22537.5/1000=26.5（m/min） 当 nw =37.5r/min 时，工作台的每分钟进给量 fm 应为： fm=fzznw=0.082037.5=60（m/min） 。 查机床说明书，刚好有 fm=60m/min，故直接选用该值。 切削工时：由于是粗铣，故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件，利用作图法，可 得出铣刀的行程 l+l1+l2=105mm，则机动工时为 tm=（l+l 1+l2）/ fm=105/60=1.75(min)。 13. 钻、扩 39mm 二孔及倒角 (1) 钻孔 25mm 确定进给量 f：根据参考文献9表 2.7，当钢 b800mpa ，d 0=25mm - 19 - 时，f=0.39 0.47mm/r。由于本零件在加工 25mm 孔时属于低钢度零件，故进给量 应乘系数 0.75，则 f=（0.390.47 ）0.75=0.29 0.35（mm/r ） 。 根据 z535 机床说明书，现取 f=0.25mm/r。 切削速度：根据参考文献11表 2.13 及表 2.14，查得切削速度 v=18m/min。所以 ns=1000v/ dw=100018/ 25=229（r/min） 。 根据机床说明书，取 nw=195r/min，故实际切削速度为 v= dwnw/1000= 25195/1000=15.3（m/min） 。 切削工时： l=19mm ， l1=9mm ， l2=3mm ， tw1= （l+l 1+l2）/n wf=19+9+3/1950.25=0.635（min） 。 以上为钻一个孔时的机动时间。故本工序的机动工时为 tm=tm12=0.6352=1.27（min） 。 (2) 扩钻 37mm 孔 利用 37mm 的钻头对 25mm 的孔进行扩钻。根据有关手册的规定，扩 钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取： f=（ 1.21.8 ）f 钻 =（1.2 1.8）0.650.75 =0.5850.87（mm/r） 根据机床说明书，选取 f=0.57mm/r，v= （1/21/3） ，v 钻 =（1/21/3 ） 12=64（m/min） 。 则主轴转速为 n=51.634r/min 并按机床说明书取 nw=68r/min。 实际切削速度为：v= dwnw/1000= 25195/1000=15.3（m/min） 切削工时（一个孔）：l=19mm， l1=6mm， l2=3mm t1=（19+6+3）/n wf=0.72(min) 当扩钻两个孔时，机动工时为：t=0.722=1.44 （min） (3) 扩孔 38.7mm 采用刀具：38.7 专用扩孔钻。 进给量：f=（ 0.91.2） 0.7 （参考文献1