机械制造及其零件设计

1、数控加工技术课程设计说明书一、零件的分析1.1 零件的作用支撑轴支座是印染机上的一个重要零件。印染机通过该零件的安装平面（即零件图上A、B两面及¢90mm孔、¢100mm孔）与印染机和工作轴相连，并圆柱销定位，用螺栓固定，实现与印染机的正确连接。1.2 零件的工艺分析由附图可知，其材料为HT200，该材料具有较高的强度，耐磨性，耐热性即减振性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。 该零件上主要加工面为A面、B面，2-¢25mm 孔，4-¢18mm台阶孔，¢90mm孔、¢100mm孔。 ¢90mm孔、¢100mm孔的

2、轴线平行度0.06mm以及¢100mm孔端面与基准面0.05mm的垂直度直接影响支座与轴的接触精度及配合精度。因此，它们的加工需一次装夹完成加工，同时也可以捎带加工出3-¢6mm及3-¢6.6mm孔。 2-¢25mm 孔间距40±0.2，4-¢18mm孔间距90±0.2,175±0.2，以及¢90mm孔、¢100mm孔的轴线至B面的距离120±0.2，影响支座与印染机和工作轴的正确定位，从而影响支座与轴配合的工作质量。 由参考文献【1】中有关面和孔加工的经济精度及机床能达到的位置精度可

3、知，上述技术要求是可以达到的。零件的结构工艺性也是可行的。二、零件的毛坯分析根据零件的材料确定毛坯为铸件，又由题目可知零件的质量为12.4Kg。毛坯的铸造方法选择砂型铸造，又由于¢90mm孔、¢100mm孔均需铸出，故还应安放型芯。此外，为消除残余应力，铸造后还要安排人工时效处理。 由参考文献【1】知，该种铸件的尺寸公差等级为CT-810级，加工余量为MA-G级，故CT取10级，MA取G级。 由参考文献【1】查表确定各表面的总余量如表2-1所示： 表2-1 各加工表面总余量 （mm）加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量数值说明B面20E3.0底面,双侧加工，取下行数据A面

4、292E4.0侧面,单侧加工，取上行数据¢90mm孔 90 G5.0¢100mm孔 100 G 5.0左端面120 G 3.O单侧加工，取下行数据右端面130 G 3.02-¢25mm端面间距400+0.2 G 3.5由参考文献【1】查表得到铸件主要尺寸的公差如表2-2所示： 表2-2 主要毛坯尺寸及公差 （mm） 主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差CTB面20 3.0 23 10A面 292 4.0 296 10¢90mm孔 90 10.0 80¢100mm孔 100 10.0 100左端面 42 3.0 45 10右端面 51 3.0 5

5、4 10三、工艺规程设计3.1定位基准的选择精基准的选择：由附图可知，支撑轴支座的B面既是装配基准，又是设计基准，用它做基准能使加工遵循“基准重合”的原则，实现支座“一面两孔”的典型定位方式，各基面的加工也能用它定位，这样使加工工艺路线遵循了“基准统一”的原则。 此外，B面的面积较大，定位比较稳定，加紧方案也比较简单，可靠，操作方便。 粗基准的选择：粗基准的选择应考虑以下几点要求，第一：在保证各加工表面均有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；第二，装入孔的旋转零件与孔内壁由足够的间隙。此外，还应能保证定位精确，加紧可靠。 最先进行机械加工的表面是精基准B面，这时可有两种夹紧方案实现定

6、位夹紧： 方案一：用一个圆柱销和削边销限定三个自由度；再以B面的支撑板限定三个自由度，这种方式符合“一面两孔”的定位方式。该方案适用于大批大量生产中，在加工B面及其上面的各孔及各孔的自动线上采用随行夹具时用。 方案二：用两根两头带反锥形的心棒插入毛坯孔中并夹紧，粗加工B面时，将心棒置于两头的V形架上限制四个自由度，再以B面本身找正限制一个自由度。这种“随行心棒”比上述随行夹具简单的多。又因随行工位少，准备的心棒数量少，因而此种方案是可行的。3.2 制定工艺路线 根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下：A面：粗铣精铣 B面：粗铣精铣¢90mm孔：粗镗

7、精镗 ¢100K7mm孔：粗镗精镗台阶孔：粗铣精铣 2-¢25H7：钻扩铰3-¢6mm孔：钻 3-¢6.6mm孔：钻R17凹面：锪 ¢5mm孔：钻因¢90mm孔、¢100K7mm孔轴线与A、B面有较高的平行度要求，故它们的加工宜采用工序集中的原则。即分别在一次装夹下将两面完成或两孔同时加工出来，以保证其位置精度。根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将A面、B面及¢90mm孔、¢100K7mm孔的粗加工放前面，精加工放后面。每一阶段又首先加工面，后加工¢90mm孔、

8、2;100K7mm孔，其它次要表面放在最后加工。初步拟定加工工艺路线如下：工序号 工序内容说明 铸造 时效消除内应力 涂漆防止生锈10 粗车B面及侧面先加工基准面 20粗铣A面 30粗铣4个台阶孔留余量 40 粗镗¢90mm孔，¢100K7mm孔，孔口倒角留精镗余量 50 钻扩铰2-¢25H7mm孔 60 精铣B面 ，A面精加工开始 70 精铣4个台阶孔 80 精镗¢90mm孔，¢100K7mm孔 90 钻3-¢6mm孔，3-¢6.6mm孔 100 检验 110 入库上述方案虽然遵循了加工工艺路线拟定的一般原则，但是某些工序

9、有些问题还值得进一步研究讨论。如粗车B面，因为工件和夹具比较大，在卧式车床上加工时，它们的惯性力较大，平衡较困难；又由于B面不是连续的圆环面，车削中出现断续切削，容易引起工艺系统的振动，故改为铣削加工。另外，3-¢6mm孔，3-¢6.6mm孔及¢5mm孔尽管是次要表面，但在镗¢90mm孔，¢100K7mm孔时，也可将其加工出来。这样可以节约一台钻床和一套专用夹具，能降低生产成本，而且时间不长。 修改后的工艺路线如下：工序号 工序内容 说明铸造时效消除内应力涂底漆防止生锈10粗、精铣B面粗、精铣A面先加工基准面，留精铣余量20粗、精铣台阶面留精铣

10、余量30粗、精铣¢90mm孔及¢100K7mm孔的左右端面和2-¢25H7mm两孔的内端面先加工面40钻扩铰2-¢25H7mm两孔，锪R17凹面后加工孔50粗、精镗¢90mm孔，孔口倒角，钻3-¢6mm孔粗、精镗¢100K7mm孔，孔口倒角，钻3-¢6.6mm孔及¢5mm孔60检验70入库3.3 选择加工设备及刀具、夹具由于生产类型为批量生产，故加工设备宜以采用通用机床为主，辅以少量专用机床。其生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线。工件在各机床上的装卸及各机床之间的传送均由人工

11、完成。粗精铣B、A基准面。考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣，选择X62W立式铣床（参考文献【1】表3.1-73）。选择直径D为¢100mm的C类圆柱形面铣刀（参考文献【1】表4.4-40）、专用夹具和游标卡尺。 粗精铣台阶面选用X53K立式铣床、莫氏锥柄立铣刀、专用铣夹具、专用检具。粗精铣¢90mm孔及¢100K7mm孔的内端面和2-¢25H7mm两孔的内端面时，选用 X53K立式铣床、端面铣刀、专用夹具及检具。工序40中钻扩铰2-¢25mm孔，孔口倒角1×45°，选用钻床、锥柄麻花钻、锥柄扩孔复合钻，

12、扩孔时倒角。选用锥柄机用单刃铰刀、专用夹具、快换夹头、游标卡尺及塞规。锪R17凹面时选择直径为¢17mm、带可换导柱锥柄平底锪钻，导柱直径为¢10mm.粗、精镗¢90mm孔、¢100K7mm采用卧式双面组合镗床，选择镗通孔的镗刀、专用夹具、游标卡尺。钻3-¢6mm孔及钻3-¢6.6mm孔,¢5孔时，选择相应尺寸的锥柄钻头和¢8mm×90°的钻头加工。3.4 加工工序设计3.4.1 工序10 B、A面粗、精铣工序设计由参考文献【1】查平面加工余量，得精加工余量Z精=1.5mm已知B面总余量为3mm

13、，故粗加工余量ZB粗=3-1.5=1.5mm如图所示，精铣B面工序中，以¢90mm孔（设为B孔）定位，B至该孔轴线工序尺寸即为设计尺寸XB-B精=120±0.2mm，则粗铣B面工序尺寸为121.5mm。查文献【1】，得粗加工公差等级为IT11IT14,取IT11，其公差为TB-B粗=0.16mm。所以，XB-B粗=121.5±0.8mm。校核精铣余量ZB精： ZB精 = XB-B粗min - XB-B精max = (121.5-0.16)-(120+0.2) = 1.14mm余量足够。由参考文献【1】，取粗铣的每齿进给量 fz = 0.2 mm/z, 取精铣 fz

14、 = 0.05 mm/z ，粗铣走刀一次，取ap = 2 mm,精铣走刀一次，取ap = 1.0 mm。由参考文献【2】，取粗铣铣削速度为40 m/min ,精铣铣削速度为70 m/min。又前面选定铣刀直径为¢110mm,故粗铣时主轴转速为： n=1000V/D=1000×40/3.14×110=115.8 r/min 故取n=120 r/min。精铣时主轴转速为： n=1000V/D=1000×70/3.14×110=202.6 r/min 故取n=205 r/min。铣削A面时，选用直径为D30mm的立铣刀，取粗铣时铣削速为12m/min

15、,精铣铣削速为18m/min，计算出粗铣时主轴转速为： n=1000V/D=1000×12/3.14×30=127.38 r/min故取n=130r/min。精铣时主轴转速为： n=1000V/D=1000×18/3.14×30=191.08r/min故取n=200 r/min。3.4.2 工序30粗、精铣¢90mm孔及¢100K7mm孔的内端面和2-¢25H7mm两孔的内端面粗加工大孔端面时，由参考文献【2】，选用直径为¢40mm硬质合金端铣刀，取每齿进给量fz=0.3mm，切削速度VC=18m/min, 粗铣走

16、刀一次，取ap = 2 mm,精铣走刀一次，取ap = 1.0 mm。由此计算出主轴转速为：n=1000VC/D =1000×18/(3.14×40)=143r/min故取主轴转速取150r/min。精加工时，取削速度VC=38r/min,每齿进给量fz=0.05mm，则精加工时切削速度为：n=1000VC/D =1000×38/(3.14×40)=302.5r/min故取主轴转速取310r/min。加工2-¢25mm孔端面时，选用直径为¢14mm的立铣刀，粗加工时，取VC=16m/min,每齿进给量取fz=0.1mm,由此计算出粗铣

17、时的主轴转速为： n=1000VC/D =1000×16/(3.14×14)=364r/min故取实际铣削时主轴转速为370r/min。由参考文献【3】表5-3，选用直径为10mm的立铣刀，取每齿进给量为fz=0.05mm，铣削速度取VC=18m/min，由此计算出精铣时的主轴转速为：n=1000VC/D =1000×18/(3.14×10)=573r/min故取实际铣削时主轴转速为580r/min。3.4.3工序20粗铣、精铣台阶面的设计 查参考文献【2】，选择粗铣台阶面的铣刀为直径D12mm的立铣刀。 由参考文献【3】表5-3，粗铣时铣削速度取VC=

18、16m/min,每齿进给量取fz=0.1mm,由此计算出粗铣时的主轴转速为： n=1000VC/D =1000×16/(3.14×12)=425r/min故取铣削时主轴转速为420r/min. 精铣时，选用直径为¢8mm的立铣刀，取每齿进给量为fz=0.05mm，铣削速度取VC=18m/min，由此计算出精铣时的主轴转速为： n=1000VC/D =1000×18/(3.14×8)=716r/min故取精铣时主轴转速为700 r/min。 3.4.4工序40钻扩铰2-¢25H8mm两孔及锪R17凹面 2-¢25H8mm的扩-

19、铰余量由参考文献【1】查得，取Z扩= 0.9mm，Z铰=0.1mm,由此可得出Z钻=12.5-0.9-0.1=11.5mm.各工步的余量和工序尺寸及公差列于表2-3：表2-3 各工步余量和工序尺寸及公差 （mm）加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸及公差2-¢25H8mm钻孔 11.5 ¢232-¢25H8mm扩孔 0.9 H10¢24.80+0.084mm2-¢25H8mm铰孔 0.1 H8¢25+0+0.033mm由参考文献【3】得，取钻削¢23时进给量f =0.3mm/r,钻削速度取VC=24m/min,由此计算出钻削

20、时主轴转速为：n=1000VC/D =1000×24/(3.14×23)=332r/min按照机床实际转速取主轴转速为340r/min。扩2-¢25H8mm孔，参考文献【2】，取进给量f=0.3mm,参考表10.4-35，扩孔时切削速度VC=0.3 m/s=18m/min，由此计算出扩孔时主轴转速为： n=1000VC/D =1000×18/(3.14×24.8)=231r/min 故取实际转速取主轴转速为240r/min。参考文献【2】表10.4-36，取铰孔的进给量f=0.8mm,切削速度为VC=16 m/min。由此计算出主轴转速：n=1

21、000VC/D =1000×16.8/(3.14×25)=214r/min。故取实际转速取主轴转速为220r/min。R17凹面的加工 查参考文献【2】，锪R17凹面时选择直径为¢17mm、带可换导柱锥柄平底锪钻，导柱直径为¢10mm。3.4.5 工序50粗镗、精镗¢90mm、¢100k7mm孔及钻3-¢6mm、3-¢6.6mm两孔的设计查文献【3】表6-5得，粗镗孔以后孔的直径为¢89.3mm,故孔的精镗余量为ZB精=（90-89.3）/2=0.35mm。又已知ZB总=5.0mm，故ZB粗=5.0-0.

22、35=4.75mm。对于¢100K7mm，查文献【3】表6-5得，粗镗孔以后孔的直径为¢99.3mm, 故孔的精镗余量为ZA精=（100-99.3）/2=0.35mm。又已知ZA总=5.0mm，故ZA粗=5.0-0.35=4.75mm。粗镗及精镗工序的余量和尺寸及公差列表与2-4： 表2-4 镗孔余量和工序尺寸及公差 （mm）加工表面加工方法余量精度等级工序尺寸及公差¢90mm粗镗孔4.75¢89.3mm¢90mm精镗孔0.35 H7¢90 mm ¢100K7mm粗镗孔4.75 ¢99.3 mm¢100K

23、7mm精镗孔0.35 K7¢100 mm3-¢6mm、钻孔3.0 ¢6mm3-¢6.6mm钻孔3.3 ¢6.6mm因为粗、精镗孔时都是以B面及两销孔定位，故孔轴线与B面之间的距离120±0.2及平行度0.06mm,均系基准重合，所以不做尺寸链计算。对于¢90mm孔，粗加工时取进给量f=0.3mm/r,ap=2.5mm，切削速度选择为VC=40m/min,则粗镗时主轴转速为：n=1000VC/D =1000×40/(3.14×89.3)=142.6r/min 故取按照机床实际功率取为150r/min。精加工

24、时选择直径为D=90mm的镗刀，进给量f=0.15mm/r,切削速度定为VC=80m/min，则精镗时主轴转速为：n=1000VC/D =1000×80/(3.14×90)=283.08r/min 故取按照机床实际主轴转速取290r/min。对于¢100mm孔，粗加工时取进给量f=0.4mm/r,ap=2.5mm，选¢99.3mm的镗刀，切削速度选择为VC=35m/min,则粗镗时主轴转速为：n=1000VC/D =1000×35/(3.14×99.3)=112.3r/min 故取按照机床实际功率取为120r/min。精加工时选择&#

25、162;100mm的镗刀，进给量f=0.5mm/r,切削速度定为VC=70m/min，则精镗时主轴转速为：n=1000VC/D =1000×70/(3.14×100)=222.9r/min 故取按照机床实际主轴转速取230r/min。对于¢6mm孔，取钻孔时的切削速度为18 m/min，进给量f=0.1mm/r，则镗孔时的主轴转速为：n=1000VC/D =1000×18/(3.14×6)=955.4r/min取实际主轴转速为960 r/min。对于¢6.6mm孔，取钻孔时的切削速度为16 m/min，进给量f=0.12mm/r，则镗

26、孔时的主轴转速为：n=1000VC/D =1000×16/(3.14×6.6)=772.05r/min取实际主轴转速为780r/min。加工¢5mm孔时，先用¢5mm的钻头钻通孔，然后用¢8×90°的钻头钻出90°锥孔。3.5时间定额的计算本次设计只计算一道工序的时间定额。下面计算工序钻-扩-铰2-¢25mm孔及锪R17凹面的时间定额。（1）、机动时间参考文献【1】表2.5-7，的钻孔的计算公式为： Tj=(l+l1+l2)/fn其中： l1=D/2*ctgkr+(12) l2=14钻2-¢23

27、mm孔时： l1=23/2*ctg（118/2）°+1.5=8.4mm l=20mm,取l2=3mm将以上数据及前面已经选定的f和n代入公式，得： Tj =(l+l1+l2)/fn =（20+8.4+3）/（320*0.3）min 0.33min 2Tj =0.66min参考文献【1】表2.5-7，得扩孔和铰孔的计算公式，得： Tj=(l+l1+l2)/fn l1=（D-d1）/2*ctgkr+(12)扩¢24.8mm孔时： l1=（D-d1）/2*ctgkr+(12) =（24.8-23）/2*ctg60°+1.5 mm 2mm又前面选定l2=3mm l=20m

28、m将将以上数据及前面已经选定的f和n代入公式，得： Tj =(l+l1+l2)/fn =（20+2+3）/(220*0.3)min 0.38min 2Tj = 0.76min铰2-¢25mm孔时： l1=（D-d1）/2*ctgkr+(12) =（25-24.8）/2*ctg45°+1.5 mm =1.6mm又前面选定l2=3mm l=20mm将将以上数据及前面已经选定的f和n代入公式，得： Tj =(l+l1+l2)/fn =（20+1.6+3）/(210*0.8)min 0.14min 2Tj = 0.28min总机动时间Tj总也就是基本时间Tb为： Tb =0.66min+0.76min+0.28min=1.7min(2)、辅助时间。参考文献【1】表2.5-41确定如表