基于支承套零件工艺及工装设计

基于支承套零件工艺及工装设计1 绪论1.1 本课题的研究内容和意义机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，合理的机械加工工艺过程是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。合理的机械加工工艺文件不仅能提高一个企业的技术革新能力，而且可以较大程度地提高企业的利润，因而合理地编制零件的加工工艺文件就显得时常重要。机械加工工艺文件的合理性也会受到企业各方面因素的制约，比如企业的生产设备、工人的技术水平及夹具的设计水平等，其中较为重要的是夹具的生产和设计。夹具是机械加工系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具的设计都是十分重要的。好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。因而不仅要合理结合企业的生产实际来进行零件加工工艺文件的编制，而且还要根据零件的加工要求和先进的加工机床来设计先进高效的夹具。该课题主要是为了培养学生开发、设计和创新机械产品的能力，要求学生能够结合常规机床与零件加工工艺，针对实际使用过程中存在的金属加工中所需要的三维造型、机床的驱动及工件夹紧问题，综合所学的机械三维造型、机械理论设计与方法、机械加工工艺及装备、液压与气动传动等知识，对高效、快速夹紧装置进行改进设计，从而实现金属加工机床驱动与夹紧的半自动控制。在设计液压系统装置时，在满足产品工作要求的情况下，应尽可能多的采用标准件，提高其互换性要求，以减少产品的设计生产成本。1.2国内外的发展概况夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。在夹具设计过程中，对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题,设计人员一般都会考虑的比较周全，但是，夹具设计还经常会遇到一些小问题，这些小问题如果处理不好，也会给夹具的使用造成许多不便，甚至会影响到工件的加工精度。我们把多年来在夹具设计中遇到的一些小问题归纳如下：清根问题在设计端面和内孔定位的夹具时，会遇到夹具体定位端面和定位外圆交界处清根问题。端面和定位外圆分为两体时无此问题,。夹具要不要清根，应根据工件的结构而定。如果零件定位内孔孔口倒角较小或无倒角，则必须清根,如果零件定位孔孔口倒角较大或孔口是空位，则不需要清根，而且交界处可以倒为圆角R。端面与外圆定位时，与上述相同。让刀问题在设计圆盘类刀具(如铣刀、砂轮等)加工的夹具时，会存在让刀问题。设计这类夹具时，应考虑铣刀或砂轮完成切削或磨削后，铣刀或砂轮的退刀位置，其位置大小应根据所使用的铣刀或砂轮的直径大小，留出超过刀具半径的尺寸位置即可。更换问题在设计加工结构相同或相似，尺寸不同的系列产品零件夹具时，为了降低生产成本,提高夹具的利用率，往往会把夹具设计为只更换某一个或几个零件的通用型夹具。由于现代加工的高速发展，对传统的夹具提出了较高要求，如快速、高效、安全等。基于液压夹紧的专用夹具设计，必须计算加工工序所受的切削力及切削力矩，按照夹紧方式进行夹紧力的计算，进而可以确定液压缸的负载，通过选定整个液压系统的压力，最终可以确定液压缸的各参数。随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还处于落后阶段。在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成组夹具。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展。1.3 本课题应达到的要求通过实际调研和采集相应的设计数据、阅读相关资料相结合，在对金属切削加工、金属切削机床、机械设计与理论及液压与气动传动等相关知识充分掌握后，分析金属切削加工过程中的机床工作台驱动、工件夹紧等方面的相关数据，结合液压与气动传动的相关理论知识，完成液压传动方案分析及液压原理图的拟定，设计液压专用夹具的驱动、夹紧装置，并进行主要液压元件的设计与选择及传动系统的验算校核等，来达到产品的最优化设计。针对实际使用过程中存在的金属加工工艺文件编制、工件夹紧及工艺参数确定及计算问题，综合所学的机械理论设计与方法、机械加工工艺文件编制及实施等方面的知识，设计出一套适合于实际的零件加工工艺路线，从而实现适合于现代加工制造业、夹紧装置的优化设计。2 零件的造型2.1 零件造型软件介绍 1) Solid Works软件介绍创新的、易学易用的而且价格便宜的Solid Works是Windows原创的三维设计软件。其易用和友好的界面，能够体现在整个产品设计的工作中。Solid Works完全自动捕捉设计意图和引导设计修改。在Solid Works的装配设计中可以直接参照已有的零件生成新的零件。不论设计采用自顶而下方法还是自底而上的方法进行装配设计，SolidWorks都将以其易用的操作大幅度地提高设计的效率。SolidWorks有全面的零件实体建模功能，其丰富程度有时会出乎设计者的期望。用SolidWorks的标注和细节绘制工具，能快捷地生成完整的、符合实际产品表示的工程图纸。Solid有Works还具有全相关的钣金设计能力。钣金件的设计即可以先设计立体的产品也可以先按平面展开图进行设计。Solid Works软件提供完整的、免费的开发工具(API)，用户可以用微软的VisualBasic、VisualC+或其它支持OLE的编程语言建立自己的应用方案。通过数据转换接口，SolidWorks可以很容易地将目前市场几乎所有的机械CAD软件集成到现在的设计环境中来。为比较评价不同的设计方案，减少设计错误，提高产量，Solid Works强劲的实体建模能力和易用友好的Windows界面形成了三维产品设计的标准。机械工程师不论有无CAD的使用经验，都能用SolidWorks提高工作效率，使企业以较低的成本、更好的质量更快将产品投放市场。而最有意义的是，用于SolidWorks的投资是容易承受的，这使得参加工程设计的所有人员都能在他们桌面上的计算机进行三维设计。对于模具设计师来讲，还可以利用XYZ缩放因子直接生成模腔。在新版中，还增加了智能装配功能，能够在装配过程中自动捕捉装配关系，而无须用户另行指定。在装配过程中，还新增加了球面的配合关系和圆锥面的配合关系，这就使得将球插到孔里的操作变得更加容易。 2) UG软件介绍UG是美国UGS(UnigraphicsSolutions)公司的主导产品，是集CAD/CAE/CAM于一体的三维参数化软件，是面向制造行业的CAID/CAD/CAE/CAM高端软件,是当今最先进,最流行的工业设计软件之一.它集合了概念设计.工程设计,分析与加工制造的功能,实现了优化设计与产品生产过程的组合。被广泛应用于机械、汽车、航空航天、家电以及化工等各个行业。CAD/CAM/CAE三大系统紧密集成。用户在使用UG强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配及创建工程图等功能时，可以使用CAE模块进行有限元分析、运动学分析和仿真模拟，以提高设计的可靠性；根据建立起的三维模型，还可由CAE模块直接生成数控代码，用于产品加工。灵活性的建模方式。采用复合建模技术，将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模及参数化建模融为一体。 3) CAD(Computer Aided Design）CAD最早的应用是在汽车制造、航空航天以及电子工业的大公司中。随着计算机变得更便宜，应用范围也逐渐变广。 CAD的实现技术从那个时候起经过了许多演变。这个领域刚开始的时候主要被用于产生和手绘的图纸相仿的图纸。计算机技术的发展使得计算机在设计活动中得到更有技巧的应用。如今，CAD已经不仅仅用于绘图和显示，它开始进入设计者的专业知识中更“智能”的部分。 随着电脑科技的日益发展，性能的提升和更便宜的价格，许多公司已采用立体的绘图设计。以往，碍于电脑性能的限制，绘图软件只能停留在平面设计，欠缺真实感，而立体绘图则冲破了这一限制，令设计蓝图更实体化。2.2 零件造型过程编辑草图，选择零件的上视面为基准面生成实体草图,如图2.1所示。图2.1 选择基准面图2.2 拉伸80mm高25mm的圆柱体在基准面内绘制80mm的圆，并进行高为25mm的拉伸，得到的圆柱体，如图2.2所示。在80mm的圆柱面上继续进行76mm圆的绘制，并进行高为3mm的拉伸，所得的圆柱体如图2.3所示。图2.3 拉伸76mm高3mm的圆柱体图2.4 拉伸85mm高45mm的圆柱体在76mm的圆柱体上再继续进行85mm高45mm的圆柱体拉伸，如图2.4所示。在85mm的圆柱体上进行81mm高3mm的圆柱体拉伸，如图2.5所示。图2.5 拉伸81mm高3mm的圆柱体图2.6 拉伸135mm高7mm的圆柱体在81mm的圆柱体对135mm高7mm的圆柱进行拉伸，如图2.6所示。在135mm的圆柱体上再拉伸一个110mm高32mm的圆柱体，如图2.7所示。图2.7 拉伸110mm高32mm的圆柱体图2.8 拉伸长31mm宽30半径R=15的实体在110mm的圆柱体中心对称位置拉伸一个长31mm宽30半径R=15的耳座，其实体造型如图2.8所示。在110mm的圆柱体的另一条对称线拉伸另个耳座，其实体如图2.9所示。图2.9 拉伸如图所示实体图2.10 切除长35深4.5半径R=4的键槽在85外圆上运用差集进行长35深4.5半径R=4的键槽的绘制，如图2.10所示。在以上步骤所建的实体上运用差集，对支承套头部进行长100mm宽20mm槽的切除，如图2.11所示。图2.11 100mm宽20mm槽图2.12 开10mm深60mm的孔继续在实体上切除一个10mm高60mm的圆柱体，如图2.12所示。对造型出的孔进行螺纹孔的造型，以12中的圆心为基准插入一个M121.25mm螺纹现为12mm深为18mm的螺纹孔，如图2.13所示。图2.13 M121.25mm螺纹图2.14 10mm深100mm孔在实体上运用差集对两个10mm高100mm的孔进行造型，如图2.14所示。在耳座槽的底部运用差集，切除两个10mm完全贯穿的孔，如图2.15所示。图2.15 两个10mm孔的造型图2.16 开两个11mm深3.5mm沉孔对所造型的孔再进行沉孔的造型，以15中的圆心为基准，在135mm的右端面上拉伸切除两个11mm高3.5mm的圆柱体，如图2.16所示。图2.17 拉花键孔在圆柱体的内部进行花键孔的拉削，如图2.17所示。在110mm底面绘制四个M6mm深15mm的螺纹孔，如图2.18所示。图2.18 M6mm深15mm的螺纹孔图2.19 零件三维图零件图绘制完成，如图2.19所示。3 零件的工艺分析3.1 零件的功用分析套筒类零件是机械中常见的一种零件，它的应用范围很广，主要起支承和导向作用，如图3.1所示是常见套类零件。由于其功用不同，套筒类零件的结构和尺寸有着很大的差别，但其结构上仍有共同点：零件的主要表面为同轴度要求较高的内外圆表面；零件壁的厚度较薄且易变形；零件长度一般大于直径等。图3.1 套筒零件 由支承套零件图可知该零件属于短套筒，主要功能是起支承、导向作用。该零件结构简单，主要表面内外圆柱面、端面。其主要技术要求为：外圆表面（80、85、110、115）内圆表面（75H8、10）、花键孔（62714.5）；外圆表面对75H8孔的径向圆跳动公差为0.02mm，10孔系间有同轴度要求0.02 mm；左右端面孔有位置度要求为0.1mm。材料为HT200，批量生产。3.2 零件的工艺分析1）该支撑套的结构比较典型，代表了一般支撑套的结构形式，其加工工艺过程具有普遍性。2）支承套在加工前，要进行人工时效处理，以消除铸件内应力。加工时应注意夹紧位置，夹紧力大小及辅助支承的合理使用主，防止零件的变形。3)支撑套底面上的4-M6mm孔的加工，采用同一钻模，均按外形找正，这样可保证孔的位置精度要求。4）外圆表面采用车削方法可完成粗、半精加工，其加工可安排磨削加工。5）内圆表面根据其直径可分别采用钻-扩-铰及镗削加工。对于花键孔可采用拉削方法进行加工。6）端面的加工可采用车削完成，端部开槽可采用铣削方法完成。4 零件工艺规程设计4.1确定毛坯的制造形式套筒零件毛坯的选择与其材料、结构、尺寸及生产批量有关。孔径小的套筒，一般选择热轧或冷拉棒料，也可采用实心铸件；孔径较大的套筒，常选择无缝钢管或带孔的铸件、锻件；大量生产时，可采用冷挤压和粉未冶金等先进的毛坯制造工艺，既提高生产率，又节约材料。支撑套工作时要承受很大的转矩及变形的弯曲硬力，容易产生扭振、折断及磨损，要求材料应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性，由支撑套的形状相对比较复杂，而且它只是用来起连接作用和支撑作用，查阅机械加工工艺手册表2.2-2.3，考虑到灰铸铁容易成形，切削性能、强度、耐磨性、耐热性均较好且价格低廉，而且一般零件的材料大都采用铸铁，故选用牌号为HT200的灰铸铁。表4-1 HT200的力学性能牌号抗压强度/MPa抗剪强度/MPa弹性模量/GPa疲劳极限/MPaHT2005887852437810888108支撑套的毛坯：此零件属中批生产，故采用铸造毛坯。4.2 定位基准的选择套筒类零件主要技术是内外圆的同轴度，选择定位基准和装夹方法时，应考虑在一次装夹中尽可能完成各主要表面的加工，或以内孔和外圆互为基准反复加工以逐步提高其精度，同时，由于套类零件壁薄、刚性差，选择装夹方法、定位元件和夹紧机构时，要特别注意防止工件变形。1）以外圆或内孔为粗基准一次安装，完成主要表面的加工这种方法可消除定位误差对加工精度的影响，能保证一次装夹加工出的各表面间有很高的相互位置精度。但它要求毛坯留有夹持部位，等各表面加工好后再切掉，造成了材料浪费。故多用于尺寸较小的轴套零件车削加工中。2）以内孔为精基准用心轴装夹这种方法在生产实践中用途较广，且以孔为定位基准的心轴类夹具，结构简单、刚性较好、易于制造，在机床上装夹的误差较小，这一方法特别适合于加工小直径深孔套筒零件，对于较长的套筒零件，可用带中心孔的“堵头”装夹。3）以外圆为精基准使用专用夹具装夹当套筒零件内孔的直径太小不适于作定位基准时，可先加工外圆，再以外圆为精基准，用卡盘夹紧加工内孔。这种装夹方法，迅速可靠，能传递较大的扭矩。但是，一般的卡盘定位误差较大，加工后内外圆的同轴度较低。常采用弹性膜片卡盘、液性塑料夹头或高精度三爪自定心卡盘等定心精度高的专用夹具，以满足较高的同轴度要求。 4.2.1 精基准的选择大批量生产的支承套，通常以底平面和内孔花键为精基准。这种定位方式很简单地限制了工件六个自由度，定位稳定可靠；在一次安装下，可以加工除定位面以外的所有五个面上的孔或平面，也可以作为从粗加工到精加工的大部分工序的定位基准，实现“基准统一”原则，此外，这种定位方式夹紧方便，工件的夹紧变形小；易于实现自动定位和自动夹紧，且不存在基准不重合误差。4.2.2 粗基准的选择加工支承套底平面时，取要加工的面得对称面为粗基准，符合工作表面间相互位置要求原则。这样可以保证对合面加工后凸缘的厚薄较为均匀，减少的变形。4.3 切削用量的选择原则4.3.1 粗加工时切削用量的选择粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高，毛坯余量较大。因此，选择粗加工的切削用量时，要尽可能保证较高的单位时间金属切削量（金属切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生产效率和降低加工成本。1）切削深度的选择粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚性来确定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，应当尽量将粗加工余量一次切除。只有当总加工余量太大，一次切不完时，才考虑几次走刀。2）进给量的选择粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力。因此，进给量应根据工艺系统的刚性和强度来确定。选择进给量时应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。在工艺系统的刚性和强度好的情况下，可选用大一些的进给量；在刚性和强度较差的情况下，应适当减小进给量。3）切削速度的选择粗加工时，切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制。切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削速率，在确定切削速度时必须考虑到机床的许用功率。如超过了机床的许用功率，则应适当降低切削速度。 4.3.2精加工时切削用量的选择精加工时加工精度和表面质量要求较高，加工余量要小且均匀。因此，选择精加工的切削用量时应先考虑如何保证质量，并在此基础上尽量提高生产效率。1）切削深度的选择精加工时的切削深度应根据加工留下的余量确定。通常希望精加工余量不要留得太大，否则，当吃刀深度较大时，切削力增加较显著，影响加工质量。2）进给量的选择精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。进给量增大时，虽有利于断屑，但残留面积高度增大，切削力上升，表面质量下降。3）切削速度的选择切削速度提高时，切削变形减小，切削力有所下降，而且不会产生积屑瘤和鳞刺。一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，尽可能提高切削速度。只有当切削速度受到工艺条件限制而不能提高时，才选用低速，以避开积屑瘤产生的范围。4. 4 拟定零件加工的工艺路线拟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。在生产纲领和生产类型已确定为大批量生产的条件下，可以采用万能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，还考虑经济效果，以便降低生产成本。 1) 工艺路线方案一如表4-2所示：表4-2 工艺路线方案一工序号工序内容10铸造20热处理30粗车85，80外圆40半精车85，80外圆50精车85，80外圆60割退刀槽，并倒80外圆的倒角70铣84.5键槽80粗车110外圆端面90精车110外圆端面100粗车135外圆端面110精车135外圆端面120粗铣-精铣20H8端面130镗62内圆140拉花键孔150钻-扩-铰20H8面上的10孔160钻M12孔至10孔并攻螺纹170钻-扩-铰 4-10H7孔180钻4-M6深至15并攻螺纹190检验2) 工艺路线方案二如表4-3所示：表4-3 工艺路线方案二工序号工序内容10铸造20热处理30粗车85，80外圆续表4-3工序号工序内容40半精车85，80外圆50精车85，80外圆60割退刀槽槽，并倒80外圆的倒角70铣84.5键槽80粗车135外圆端面90精车135外圆端面100粗车110外圆端面110精车110外圆端面120粗铣-精铣20H8端面130钻-扩-铰20H8面上的10孔140钻M12孔至10孔并攻螺纹150钻-扩-铰 4-10H7孔160钻4-M6深至15并攻螺纹170镗62内圆180拉花键孔190检验 3) 工艺方案的比较与分析上诉两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工花键，然后以花键孔为定位基准加工各孔。而方案二是加工两个外圆端面，然后以此为精基准加工各孔最后加工花键。经比较可知，先加工花键孔后再以花键孔为定位基准面加工，此时零件的位置精度较易保证，并且定位及装夹等都较为方便。方案一中的工序80,90,100,110与方案二中的工序80，90，100，110比较，方案二中工序内容一致但减少了装夹次数，所以决定将方案二中的工序80，90，100，110取代方案一中的工序80，90，100，110。具体工艺过程如表4-4所示：表4-4 最终工艺路线方案工序号工序内容10铸造20热处理30粗车85，80外圆40半精车85，80外圆50精车85，80外圆60割退刀槽，并倒80外圆的倒角70铣84.5键槽80粗车135外圆端面90精车135外圆端面续表4-4工序号工序内容100粗车110外圆端面110精车110外圆端面120粗铣-精铣20H8端面130镗62内圆140拉花键孔150钻-扩-铰20H8面上的10孔160钻M12孔至10孔并攻螺纹170钻-扩-铰 4-10H7孔180钻4-M6深至15并攻螺纹190检验4.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“支撑套”零件材料为HT200的灰铸铁，抗压强度588785MPa 抗剪强度243MPa 弹性模量78108GPa 疲劳极限88108MPa，硬度是187220HBS,毛胚重量为2.3kg，生产类型为大批量生产，可采用铸造毛坯。各加工表面毛坯尺寸确定如下：1) 外圆表面（80）的加工余量由机械加工工艺设计资料表1.2-10查得毛坯加工余量为5，毛坯尺寸偏差由表1.2-2查得为1.4 mm。 2) 外圆表面（85）的加工余量图 4.2 支撑套铸件毛胚由机械加工工艺设计资料表1.2-10查得毛坯加工余量为5，毛坯尺寸偏差由表1.2-2查得为1.4 mm。 3) 花键孔（62714.5）的加工余量要求花键孔为外径定心，故采用拉削加工。镗孔61 2Z=1mm拉花键孔（80，85）花键孔要求外径定心，拉削时加工余量参照机械制造工艺设计简明手册表2.319取2Z=1 mm。4) 110与外圆端面的加工余量按照机械制造工艺设计简明手册表2.225知两外圆端面的加工余量为2.03.0mm。5) 135外圆端面的加工余量按照机械制造工艺设计简明手册表2.225知两外圆端面的加工余量为2.03.0mm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，加工余量有最大最小之分。由于本设计规定的零件为大批量生产，应采用调整法加工，因此在计算最大最小加工余量是应采用调整法予以加工。支撑套铸件毛胚图见图4.2。4.6 确定切削用量及基本工时工时定额是在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间，用t1表示。工时定额是安排生产计划、成本核算的主要依据，在设计新厂时，是计算设备数量、布置车间、计算工人数量的依据。时间定额由下述部分组成：1）基本时间：直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间，用tm表示。2）准备与终结时间：工人为了生产一批产品和零部件，进行准备和结束工作所消耗的时间，用te表示。3）布置工作地时间：为使加工正常进行，工人照管工作地所消耗的时间，一般按作业时间的百分数表示。4）休息与生理需要时间：工人在工作班内为恢复体力和满足生理上的需要所消耗的时间，一般按作业时间的百分数表示。则大量生产时的时间定额为：t=（t+t）1+（+）/1001) 粗车85外圆(工序30) 计算切削速度，按切削手册表1.27，切削速度的公式为（寿命选T=60min），采用高速钢外圆车刀，规定=2，走刀次数i=1，则： （m/min） (4.1)式中：=11.8，=0.70，=0.30，m=0.11。=1.11 所以 ，= =16.4 m/min确定主轴转速 (4.2)=116 r/min按机床说明书取n=96r/min，所以实际切削速度m/min。 由切削手册表1.30中CA6140机床说明书知，CA6140主电动机功率为7.5kw，故机床功率足够，可以正常工作。计算切削工时 切削工时： (4.3)式中： =60, 所以 ：2 =5.61（s）2) 车135端面（工序80，90）确定端面加工余量：已知毛坯长度方向的加工余量为4mm确定进给量f：根据切削手册表1.4，当刀杆尺寸为16mm25mm,以及工件直径为100mm时：f=0.60.9。按CA6140车床的说明书（见切削手册表1.30）取f=0.7。 计算切削速度：按切削手册表1.27，切削速度的公式为（寿命选T=60min） （m/min） 式中：=242，=0.15，=0.35，m=0.2。修正系数见切削手册表1.28，即 =1.44，=0.8，=1.04，=0.81，=0.97。所以 = =251.6 m/min 确定主轴转速=890 r/min 与890 r/min相近的机床转速为900 r/min。现选取，所以实际切削速度 m/min.检验机床功率 主切削力 按切削手册表1.29所示公式计算 (4.4)式中： =0.89所以 ： = =768 N 切削时消耗功率为：=1.81 kw由切削手册表1.30中CA6140机床说明书知，CA6140主电动机功率为7.5kw，故机床功率足够，可以正常工作。 计算切削工时： 式中 ： =15,所以：2=58.2 （s）3) 车110端面，车削，本工序采用计算法确定切削用量。（工序100，110）加工条件工件材料：锻造件材料为HT200， 。车端面取总长110mm（余2mm）。机床：CA6140车床刀具：刀具材料为YT15，刀杆尺寸16mm25mm，。计算切削用量切削深度：进给量f：根据切削用量简明手册（第三版）（以下简称切削手册）表1.4，当刀杆尺寸为16mm25mm,以及工件直径为100mm时：f=0.60.9。按CA6140车床的说明书（见切削手册表1.30）取f=0.7。计算切削速度：按切削手册表1.27，切削速度的公式为（寿命选T=60min）： （m/min） 式中：=242，=0.15，=0.35，m=0.2。修正系数见切削手册表1.2.8 即 =1.44，=0.8，=1.04，=0.81，=0.97。所以 = =123.8 (m/min)确定主轴转速 =438 (r/min) 与438 r/min相近的机床转速为500 r/min。现选取，所以实际切削速度 m/min. 检验机床功率主切削力 按切削手册表1.29所示公式计算 式中： =0.89所以 ： = =784 N切削时消耗功率为 =1.85 kw由切削手册表1.30中CA6140机床说明书知，CA6140主电动机功率为7.5kw，故机床功率足够，可以正常工作。 校验机床进给系统强度：已知主切削力= 791 N，径向力按切削手册表1.29所示公式计算 (4.5)式中： 所以 =116.9 N轴向切削力 (4.6)式中： ： 所以 = =267 N取机床导轨与床鞍的摩擦系数=0.1，则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为： =267+0.1（784+116.9）=357.09357 N而机床进给机构可承受的最大纵向力为3530N（见切削手册表1.30），故机床进给系统可以正常工作。切削工时 式中： ,所以 2=52.2（s）4) 钻20H8面上的10mm孔（工序130）选择高速钢麻花钻头，因选择高速钢麻花钻头，因通孔加工精度要求较低，且还要进行攻螺纹，由实用机械加工工艺手册表11-57，选取钻头直径为d=7mm，钻头几何形状为（切削用量手册P63-65）标准，=30，2=118，0=12，=55。选择切削用量 确定进给量f：按加工要求决定进给量：当d=10mm时，由切削用量手册表5.f=0.360.44mm/r。按钻头强度决定进给量：由切削用量手册表7，当d=7mm8.4mm时，钻头强度允许的进给量f=0.86mm/r。按机床进给机构强度决定进给量：由切削用量手册表8，当d=7mm10.2mm，机床进给机构允许的轴向力为9800N，（Z35型摇臂钻床允许的轴向力为19620N，切削用量手册表34）时，进给量f=2.0mm/r。从以上三个进给量比较可以看出，最受限制的进给量是工艺要求，其值为f=0.360.44mm/r，根据Z35型摇臂钻床说明书，选择f=0.40mm/r。决定钻头磨钝标准及耐用度由切削用量手册表9，当d=7mm，钻头后刀面最大磨损量取为0.8mm，耐用度T为35min。决定切削速度由切削用量手册表11，HT200的灰铸铁可加工性为第5类。由切削用量手册P78表12，当加工性为第5类，f=0.40mm/r,d=7mm，标准钻头时，vi=0.33m/s。切削速度的修正系数为：加工材料强度与硬度改变时的修正系数kmv=0.94，钻头材料改变时，kiv=0.83，故V= v k k=0.330.830.94=0.26m/sn=11.83r/s根据Z35型摇臂钻床说明书，可考虑选择n=12.5r/s，但因所选转速较计算转速高，这样会使刀具耐用度下降，故可以将进给量降低1级，即f=0.32mm/r。也可以选择较低一级转速n=10r/s，仍用f=0.4mm/r，比较这两种方案：第一方案：n=12.5r/s，f=0.32mm/r时：=12.50.32=4 mm /s。第二方案：n=10r/s，f=0.4mm/r时：=100.4=4 mm /s。两方案乘积相同，所用基本工时相同，但第一种方案所选用的进给量较小，零件可获得较好的加工表面，故选择第一方案n=12.5r/s，f=0.32mm/r。检验机床功率及扭矩由切削用量手册表18，当f0.32mm/r0.33mm/r，d=7mm11.1mm时，扭矩M=10.49N/m，扭矩的修正系数为1.0，故M=10.49N/m。根据Z35型摇臂钻床说明书，当n=12.5r/s时，扭矩M=53N/m。由切削用量手册表20，当d=7mm，v=0.27m/s，f=0.32mm/r时，P=1.0kw，根据Z35型摇臂钻床说明书，P=4.50.75=3.375kw。由于MM，PP，故选择的切削用量可用，即：n=12.5r/s，f=0.32mm/r,V=0.26m/s计算基本工时：t=L/nf式中，其中l=15mm，入切量及超切量由切削用量手册表22得y+=10mm，则：=20/12.50.32=5s准备与终结时间t：由机械加工工艺手册表5.2经验公式得=0.15 =0.75s布置工作地时间与休息生理时间：由机械加工工艺手册表5.2-46得+=17.4%，故工序100的单件时间：Ti=（t+t）1+（+）/100Ti=（5+0.75）（1+0.174）=6.75s由于加工2个孔，故：Ti=26.75=13.5s5) 攻4M6mm螺纹（工序180）选用丝锥进行机动攻螺纹，由实用机械加工工艺手册表7-78，选取M6快换夹头，螺距P=1，细牙螺纹，由实用机械加工工艺手册表11-56得，当工件为灰铸铁时，丝锥切削速度为v=810m/min，即v=0.13m/s，进给量f要小于钻孔时的进给量0.32mm/r，参考Z35型摇臂机床说明书，取f=0.2mm/r，则：n=6.18r/s根据Z35型摇臂钻床说明书，可考虑选择n=6.25r/s，但因所选转速较计算转速高，这样会使刀具耐用度下降，故可以将进给量降低1级，即f=0.19mm/r。也可以选择较低一级转速n=5r/s，仍用f=0.2mm/r，比较这两种方案：第一方案：n=6.25r/s，f=0.19mm/r=6.250.19=1.19 mm /s。第二方案：n=5r/s，f=0.2mm/r=50.2=1 mm /s。因为第一方案乘积较大，基本工时较少，故选择第一方案n=6.25r/s，f=0.19mm/r。则计算基本工时，L为螺纹深度=15mm，得：tm=15/6.250.19=12.63s由于要攻4个螺纹孔，则tm=412.63=50.52s辅助时间为：t=0.15 t=5.68s则总工时为：ti=15.43+20.25+50.52+5.68=91.88s5 专用夹具设计5.1 问题的提出本夹具主要用来钻支撑套底面10的孔，这四个孔对花键孔和M121.25的螺纹孔都有一定的技术要求。在机械制造的机械加工、检验、装配、焊接和热处理等冷、热工艺过程中，使用着大量的夹具。所谓夹具就是一切用来固定加工对象，使之占有正确位置，接受施工或者检测的装置。在机械制造中采用大量的夹具，机床夹具就是夹具中的一种。它装在机床上，使工件相对刀具与机床保持正确的相对位置，并能承受切削力的作用。机床夹具的作用主要有以下几个方面：较容易、较稳定地保证加工精度，因为用夹具装夹工件时，工件相对机床（刀具）的位置由夹具来保证，基本不受工人技术水平的影响，因而能较容易、较稳定地保证工件的加工精度；提高劳动生产率，因为采用夹具后，工件不需要进行划线找正，装夹也方便迅速，显著地减少了辅助时间，提高了劳动生产率；扩大机床的使用范围，因为使用专用夹具可以改变机床的用途、扩大机床的使用范围。例如，在车床或摇臂钻床上安装钻模夹具后，就可以对支承套孔系进行钻削加工；改善劳动条件、保证生产安全，因为使用专用机床夹具可以减轻工人的劳动强度、改善劳动条件，降低对工人操作技术水平的要求，保证安全。5.2 夹具设计本夹具是工序120用10麻花钻直接钻斜孔的专用夹具，在Z5150摇臂钻床加工出10通孔。所设计的夹具装配图，夹具体零件图如附图所示。有关说明如下：1) 工艺装备的选择因孔加工所用刀具除镗刀外，大都为定尺寸刀具，所以可根据确定的加工方法、被加工孔的孔径大小来选择刀具。选择高速钢麻花钻头，因选择高速钢麻花钻头，因通孔加工精度要求较低，且还要进行攻螺纹，由实用机械加工工艺手册表11-57，选取钻头直径为d=7mm，钻头几何形状为（切削用量手册P63-65）标准，=30，2=118，0=12，=55。量具的选取单件小批生产中应选用通用量具，如游标卡尺、百分表等。大批大量生产应采用各种量规和一些高生产率的专用检具。现选用内径百分表、内径卡尺测量内孔，用千分尺测量套筒外径。1)选择切削用量确定进给量f：按加工要求决定进给量：当d=10mm时，由切削用量手册表5.f=0.360.44mm/r。按钻头强度决定进给量：由切削用量手册表7，当d=7mm8.4mm时，钻头强度允许的进给量f=0.86mm/r。按机床进给机构强度决定进给量：由切削用量手册表8，当d=7mm10.2mm，机床进给机构允许的轴向力为9800N，（Z35型摇臂钻床允许的轴向力为19620N，切削用量手册表34）时，进给量f=2.0mm/r。从以上三个进给量比较可以看出，最受限制的进给量是工艺要求，其值为f=0.360.44mm/r，根据Z35型摇臂钻床说明书，选择f=0.40mm/r。决定钻头磨钝标准及耐用度由切削用量手册表9，当d=7mm，钻头后刀面最大磨损量取为0.8mm，耐用度T为35min。决定切削速度由切削用量手册表11，HT200的灰铸铁可加工性为第5类。由切削用量手册P78表12，当加工性为第5类，f=0.40mm/r，d=7mm，标准钻头时，vi=0.33m/s。切削速度的修正系数为：加工材料强度与硬度改变时的修正系数kmv=0.94，钻头材料改变时，ktv=0.83，故V= v k k=0.330.830.94=0.26m/sn=11.83r/s根据Z35型摇臂钻床说明书，可考虑选择n=12.5r/s，但因所选转速较计算转速高，这样会使刀具耐用度下降，故可以将进给量降低1级，即f=0.32mm/r。也可以选择较低一级转速n=10r/s，仍用f=0.4mm/r，比较这两种方案： 第一方案：n=12.5r/s，f=0.32mm/r=12.50.32=4第二方案：n=10r/s，f=0.4mm/r=100.4=4两方案乘积相同，所用基本工时相同，选择第一方案n=12.5r/s，f=0.32mm/r。检验机床功率及扭矩由切削用量手册表18，当f0.32mm/r0.33mm/r，d=7mm11.1mm时，扭矩M=10.49N/m，扭矩的修正系数为1.0，故M=10.49N/m。根据Z35型摇臂钻床说明书，当n=12.5r/s时，扭矩M=53N/m。由切削用量手册表20，当d=7mm，v=0.27m/s，f=0.32mm/r时，P=1.0kw，根据Z35型摇臂钻床说明书，P=4.50.75=3.375kw。由于MM，PP，故选择的切削用量可用，即n=12.5r/s，f=0.32mm/r,V=0.26m/s分析后本夹具可安全工作。3) 定位误差分析定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为一花键轴，该定位花键轴的尺寸与公差与本零件在装配时采用间隙配合，其配合误差为0.043mm，小于该处孔的位置误差。故满足定位要求。4) 对刀装置本工序为内孔的加工，因此选择钻套来对麻花钻头进行导向。钻套类型的选择钻套用来引导钻头、铰刀等孔加工刀具，增强刀具刚度，并保证被加工孔和工件其它表面准确的相对位置精度。根据钻套的结构和使用特点，主要有四种类型。1）固定钻套该类钻套外圆以H7/n6或H7/r6配合，直接压入钻模板上的钻套底孔内。在使用过程中若不需要更换钻套（据经验统计,钻套一般可使用100012000次），则用固定钻套较为经济，钻孔的位置精度也较高。2）可换钻套当生产批量较大，需要更换磨损的钻套时，则用可换钻套较为方便。可换钻套装在衬套中，衬套是以H7/n6或H7/r6的配合直接压入钻模板的底孔内，钻套外圆与衬套内孔之间常采用F7/m6或F7/k6配合。3）快换钻套当被加工孔需依次进行钻、扩、铰时，由于刀具直径逐渐增大，应使用外径相同而内径不同的钻套来引导刀具，这时使用快换钻套可减少更换钻套的时间。快换钻套的有关配合与可换钻套的相同。更换钻套时，将钻套的削边处转至螺钉处，即可取出钻套。钻套的削边方向应考虑刀具的旋向，以免钻套随刀具自行拔出。