锥套零件的机械加工工艺规程制订及锥套工序专用夹具设计

目录TOC\o"2-2"\h\z\t"标题1,1"一、设计题目及要求 1二、零件的分析 2（一）零件的作用 2（二）零件的工艺分析 2（三）锥套零件的技术要求 3三、工艺规程设计 3（一）确定毛坯的制造形式 3（二）基面的选择 4（三）确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 4（四）锥套毛坯尺寸公差及机械加工余量 4（五）拟定锥套工艺路线 6（六）机床设备及工艺装备的选用 11（七）加工余量，工序尺寸和公差的确定 12（八）确定切削用量及基本工时（机动时间） 12（九）本章小结 17四、加工工艺孔夹具设计 18（一）加工工艺孔夹具设计 18（二）定位方案的分析和定位基准的选择 18（三）定位误差分析 19（四）切削力的计算与夹紧力分析 19（五）钻套、衬套、钻模板及夹具体设计 20（六）夹具精度分析 21（七）夹具设计及操作的简要说明 22（八）本章小结 22五、课程设计心得体会 23参考文献 24PAGE24一、设计题目及要求题目：设计“锥套”零件的机制加工工艺规程及工艺装备设计内容：1.产品零件图和三维图1张2.产品毛坯图1张3.机械加工工艺过程卡片1张4.机械加工工艺卡片1张5.夹具设计装配图1张6.夹具设计零件图2张7.课程设计说明书1份二、零件的分析（一）零件的作用固定圆锥轴零件，上面的加油孔进行加润滑油，经过油槽流到锥孔上进行润滑，与圆锥轴配合。图2.1锥套零件图（二）零件的工艺分析由锥套零件图知可将其分为两组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：（1）以Ф175mm圆一个端面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：Ф175mm外圆端面的车削，加工Ф75mm的孔，Ф87.694mm孔，端面的粗糙度要求为Ra0.8锥孔的孔表面粗糙度要求为Ra0.4。车削到之间的槽，倒角1*45。（2）以端面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：1个的台阶，1个的台阶、1个槽的内外两侧面的车削，的表面粗糙度要求为Ra0.8和Ra1.6，垂直度要求为0.01以A为基准。（3）以孔为加工，主要是的钻孔，还有孔的加工，并且要求孔的内表面粗糙度要求为Ra1.6。（4）以加工6*孔为加工组，这组主要有钻孔的加工，并且扩成9*Ф13mm，还有钻2个Ф8mm孔的加工，铣宽度为半径为2mm环形的两个油槽和两个直油槽。（三）锥套零件的技术要求加工表面尺寸及技术要求/公差及精度等级表面粗糙度Ra/形位公差/两外圆端面175IT70.8//BA锥度IT60.4外圆长度IT106.3外员台阶IT66.3孔IT106.3孔IT71.6油槽4IT106.3环形槽IT106.3三、工艺规程设计（一）确定毛坯的制造形式“锥套”零件材料为40Cr，硬度HRC为50～55，生产类型为大批量生产。故毛坯选用锻件，零件材料为40Cr。由于生量已达到大批生产的水平（N=40000），而且零件的轮廓尺寸不大，为提高生产效率和锻件精度，故可以采用模锻制造毛坯。（二）基面的选择（1）粗基准的选择作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺。此处选择轴线作为粗基准，可以为后续工序准备好精基准。（2）精基准的选择根据该零件的技术要求，选择大端面作为精基准，零件上很多的表面都可以采用它们作为基准进行加工。选择轴线作为精基准，可以加工各外圆柱面和台阶面，在钻削均布圆周孔时和，应该采用轴线跟孔轴线一起作为精基准。（三）确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量由《机械加工余量手册》表可知，要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。（1）公差等级由锥套的功用及其技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。（2）锻件重量根据零件的基本尺寸和公差，由此可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为4kg。（3）锻件材质系数该锥套材料为40Cr，是碳的质量分数小于0.40%的合金钢，故该锻件的材质系数属级。（4）锻件分模线形状根据锥套的形位特点，故选择零件宽度方向的对称平面为分模面，属平直分模线，如图2-2-4弹簧吊耳锻造毛坯图所示。（5）锻件形状复杂系数对于锥套零件图的分析计算，可以大致的确定锻件外廓包容体的直径为，宽度为，由公式S==4kg/6kg≈0.66。（6）包容体重量根据零件图，可以估计零件包容体重量为6kg左右。（四）锥套毛坯尺寸公差及机械加工余量由锥套零件图可知，该零件各加工表面的粗糙度均小于。根据上述各因素，可查表确定该锻件的尺寸公差及机械加工余量，所得结果列于表2-2-4中。锻件重量/kg包容体重量/kg形状复杂系数材质系数公差等级46S2M1普通级项目/mm机械加工余量/mm尺寸公差/mm备注宽度363直径1754.5孔4.5孔4.5锥度4.5备注:表2-2-4毛坯尺寸公差及机械加工余量锥套毛坯图如下：图2-2-4（五）拟定锥套工艺路线（1）零件表面加工方法的确定，锥套各表面加工方案根据锥套零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工工件各表面的加工方法，如图2-3-2所示。加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra/加工方案备注两外圆端面IT70.8粗车-半精车-磨削《实用机械加工工艺手册第3版》表2-2到2-4外圆IT96.3粗车-半精车《实用机械加工工艺手册第3版》表2-2到2-4环形油槽IT106.3粗车-半精车《实用机械加工工艺手册第3版》表2-2到2-4孔IT106.3粗车-半精车《实用机械加工工艺手册第3版》表2-2到2-4孔IT106.3粗车-半精车《实用机械加工工艺手册第3版》表2-2到2-4锥度IT60.4粗车-半精车-粗磨-精磨《实用机械加工工艺手册第3版》表2-2到2-4圆柱面IT60.8粗车-半精车-磨削《《实用机械加工工艺手册第3版》表2-2到2-4圆柱面IT106.3粗车-半精车《实用机械加工工艺手册第3版》表2-2到2-4退刀槽IT106.3粗车-半精车《实用机械加工工艺手册第3版》表2-2到2-4端面IT101.6粗车-半精车-粗磨《实用机械加工工艺手册第3版》表2-2到2-4端面IT66.3粗车-半精车《实用机械加工工艺手册第3版》表2-2到2-4端面IT100.8粗车-半精车-磨削《实用机械加工工艺手册第3版》表2-2到2-4备注：《实用机械加工工艺手册第3版》陈宏钧主编机械工业出版社2009表2-3-2锥套零件各表面加工方案（2）工序顺序的安排由于生产类型为大批生产，应尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应降低生产成本。工艺方案，如表2-3-3-1所示。工序1：车外圆端面工序2：车外圆，倒角工序3：车的环形槽工序4：车孔工序5：车内孔工序6：车的锥度工序7：车mm圆台工序8：车圆台工序9：车退刀槽工序10车、mm、端面，3倒角1*45工序11钻通孔并扩12*工序126*通孔2*通孔，并扩孔9*工序13攻螺纹2*M8工序14洗油槽工序15热处理淬火并低温回火工序16精铰孔工序17磨端面和端面和圆台表面工序18磨大端面、锥孔工序19终检表2-3-3工艺方案一表工艺方案二，如表2-3-3-2所示。工序1：车外圆工序2：车外圆面工序3：车圆柱面工序4：车端面工序5：车退刀槽，3个倒角1*45工序6：车端面工序7：车外圆工序8：车环形槽孔工序9车孔车孔工序10车锥度工序11钻孔并铰孔至孔工序12洗油槽工序13钻6个孔工序14钻2个孔工序15铰6个孔工序16攻螺纹工序17热处理，低温回火工序18精铰孔工序19磨大端面工序20磨锥度工序21磨圆柱面工序22磨端面端面工序23终检表2-3-3-2工艺方案二表（3）工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工外圆端面，然后再以此为基面加工外圆，再加工环形槽，孔，孔以及锥度，在调装加工后面的圆台，然后加工进油口，以此为定位加工大端面的孔和螺纹。则与方案二相反，先加工圆台，再加工大端面，而后面的基本相同。经比较可见，先加工外圆端面和外圆，以后位置度较易保证，并且定位及装夹都较方便和可以保证外圆柱面的粗糙度要求，但方案一中的圆台可以在同一工序中完成，方案二中的工序比较分散，不符合工序集中的原则，所以合理具体加工艺如下表2-3-4：工序1：车端面和外圆，并倒角工序2：车环形槽工序3：车孔、车孔和车锥度工序4：车mm圆柱面和车mm圆柱面，并车端面工序5：车退刀槽，并倒角工序6：钻通孔并铰12*工序7：钻6*孔和2*孔工序8：对6*铰孔到，对孔攻螺纹工序9铣两个R＝2的油槽工序10热处理并低温回火工序11精铰孔工序12磨端面、端面和台阶工序13锥孔和mm圆柱面工序14终检表2-3-4最终工艺方案（4）锥套工艺路线在综合考虑以上工序顺序安排原则的基础上，以表2-3-5列出锥套的工艺路线。工序号工序名称机床设备刀具量具1车端面和外圆，并倒角数控车床Ck6140硬质合金刀游标卡尺2车环形槽数控车床Ck6140硬质合金切槽刀游标卡尺3车孔、车孔和车锥度数控车床Ck6140硬质合金刀游标卡尺螺旋测微器锥度规4车mm圆柱面和车mm圆柱面，并车端面数控车床Ck6140硬质合金刀游标卡尺螺旋测微器5车退刀槽，并倒角数控车床Ck6140硬质合金刀卡尺6钻通孔并铰12立式铣床X51麻花钻，铰刀卡尺螺旋测微器7钻6*孔和2*孔立式铣床X51麻花钻游标卡尺螺旋测微器8对6*铰孔到，对孔攻螺纹立式铣床X51麻花钻，铰刀，丝锥游标卡尺螺旋测微器9铣两个R＝2的油槽立式铣床X5110热处理并低温回火11精铰孔立式铣床X51铰刀游标卡尺螺旋测微器12磨端面、端面和台阶磨床M163013锥孔和mm圆柱面磨床M163014终检表2-3-5锥套工艺路线及设备，工装的选用（六）机床设备及工艺装备的选用（1）机床设备的选用在大批生产的条件下，可选用高效的专用设备和组合机床，也可选用通用设备。所选用的通用设备应提出机床型号，如该锥套零件选用的通用设备“立式铣床X51”。车端面和外圆面的通用设备Ck6140。而在钻孔和铣槽的工序上，可以根据铣床的铣刀可换性，可以在铣床上卸下铣刀装上钻头对工件进行加工，而对工序的集中和定位基准的集中，减小误差和定位误差，符合了加工的工序集中和定位集中的要求。（2）工艺装备的选用工艺装备主要包括刀具，夹具和量具。该锥套零件的工艺装备在工序卡中都有说明，其中由于生产类型为大批量生产，故夹具选用的是专用夹具。

（七）加工余量，工序尺寸和公差的确定吊耳各加工表面的机械加工余量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，工序尺寸如下：车外圆和端面考虑其加工表面粗糙度要求为、，需要经过粗车、半精车和磨削才可以达到，根据余量查询表，端面加工余量为2Z＝6mm，外圆加工余量2Z＝9mm外圆粗车：2.5半精车2端面粗车：2.0半精车0.6磨削0.4加工其最高表面粗糙度要求较高为，其加工方式需要经过粗车、半精车和磨削才可以达到，根据余量查询表，锥度加工余量为4.5mm，两个孔的加工余量都为4.5mm，粗车2.3半精车1.8粗磨0.25精磨0.15孔的加工考虑其表面粗糙度要求为Ra1.6um，需要精铰，根据加工余量表，取加工余量为0.3（八）确定切削用量及基本工时（机动时间）工序1：车端面和外圆，并倒角机床：数控车床Ck6140刀具：硬质合金刀，粗车端面背吃刀量：a=1每次进给量：根据《实用机械加工工艺手册》表11-28，取，即取0.8mm机床主轴转速=实际切削速度：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为2 机动时间：得t=2*0.41=0.82外圆，切削深度a=1.5根据根据《实用机械加工工艺手册》表11-28，选择进给量：根据《实用机械加工工艺手册》表11-28，取根据《实用机械加工工艺手册》表11-33，取取实际切削速度：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为3机动时间：得t=0.15*3=0.45min工序2：车孔、车孔和车锥度机床：数控车床Ck6140刀具：硬质合金刀车孔和切削深度a=1进给量：根据《实用机械加工工艺手册》表11-28，取根据《实用机械加工工艺手册》表11-33，取取实际切削速度：根据《实用机械加工工艺手册》表11-33被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为7 机动时间：得t=0.68min车锥度切削深度a=1进给量：根据《实用机械加工工艺手册》表11-28，取根据《实用机械加工工艺手册》表11-33，取取，因为跟孔是一起加工的所以被切削层长度：20.1刀具切入长度：20.1刀具切出长度：走刀次数为7 机动时间：得t=0.51min工序4：车mm圆柱面和车mm圆柱面，并车端面机床：数控车床Ck6140刀具：硬质合金刀车mm外圆切削深度a=1.5根据《实用机械加工工艺手册》表11-28，选择进给量：根据《实用机械加工工艺手册》表11-28，取根据《实用机械加工工艺手册》表11-33，取取实际切削速度：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为9机动时间：得t=9*0.13=1.17min车mm圆柱面切削深度a=1.5根据根据《实用机械加工工艺手册》表11-28，选择进给量：根据《实用机械加工工艺手册》表11-28，取根据《实用机械加工工艺手册》表11-33，取取实际切削速度：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为10机动时间：得t=10*0.10=1.00min车端面切削深度a=1进给量：根据《实用机械加工工艺手册》表11-28，取根据《实用机械加工工艺手册》表11-33，取取实际切削速度：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为2机动时间：得t=0.45*2=0.9min工序12：磨端面、端面和台阶磨端面磨削深度：0.2轮速：根据《实用机械加工工艺手册》表11-184轮速为18-20则选择20m/s。进给量：根据《实用机械加工工艺手册》表11-187选择20mm/r被磨削层长度：砂轮切入长度：砂轮切出长度：0.2磨削次数为2机动时间：得t=2*2.8=5.6min磨端面磨削深度：0.2轮速：根据《实用机械加工工艺手册》表11-184轮速为18-20则选择20m/s。进给量：根据《实用机械加工工艺手册》表11-187选择20mm/r被磨削层长度：砂轮切入长度：砂轮切出长度：0.2磨削次数为2机动时间：得t=2*1.58=3.16min磨台阶面磨削深度：0.2轮速：根据《实用机械加工工艺手册》表11-164轮速选择陶瓷结合剂砂轮轮速，则选择轮速为25m/s。进给量：根据《实用机械加工工艺手册》表11-166选择20mm/r被磨削层长度：砂轮切入长度：砂轮切出长度：0.2磨削次数为2机动时间：得t=2.5*2=5min（九）本章小结 本章主要是对锥套的加工工艺进行设计。先要明确零件的作用，本次设计的锥套的主要作用就是固定冲作用。确定了零件的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸后，就可以对零件的工艺路线进行分析，制定出两套工艺方案，然后对这两套方案进行分析比较，选择最优方案，然后再其基础上进行进一步的改进和工序集中，还在计算加工设备的转速和切削速度，并根据参数和查表最后进行时间定额计算及生产安排。优良的加工工艺是能否生产出合格，优质零件的必要前提，所以对加工工艺的设计十分重要，十分的认真计算，设计时要反复比较，选择最优方案，集中工序和定位集中，减少误差，为零件的加工保证质量和产量，而增加利润和减少成本。四、加工工艺孔夹具设计（一）加工工艺孔夹具设计本夹具主要用来铰这个工艺孔。这个工艺孔均有尺寸精度要求为IT7，内表面粗糙度为，与中心轴垂直。并以后加工孔为定位孔。其加工质量直接影响整个零件的整体质量。本道工序为锥套加工的第十一道工序，本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。所以根据零件图的要求，需要设计一个钻套和定位整体零件的专用夹具。（二）定位方案的分析和定位基准的选择由零件图可知，这个工艺孔位于零件外圆上，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与侧面垂直。为了保证所铰的孔与侧面垂直并保证这个工艺孔能能够达到要求。根据基准重合、基准统一原则。在选择两工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣顶面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择外圆端面和与之配合的心轴为主要定位基准限制工件的五个自由度，采用螺母夹紧。图3.2夹具零件图（三）定位误差分析本工序选用的工件以圆孔在间隙心轴上定位，心轴为垂直放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。不过这时的径向定位误差不再只是单向的了，而是在水平面内任意方向上都有可能发生，其最大值也比心轴水平放置时大一倍。见下图。式中——定位副间的最小配合间隙（mm）；——工件圆孔直径公差（mm）；——心轴外圆直径公差（mm）。图3.2心轴垂直放置时定位分析图（四）切削力的计算与夹紧力分析由于本道工序主要完成工艺孔的钻、铰加工，而钻削力远远大于铰的切削力。因此切削力应以钻削力为准。由《切削手册》得：钻削力式（3-1）钻削力矩式（3-2）式中：代入公式（3-1）和（3-2）得本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧立计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。（五）钻套、衬套、钻模板及夹具体设计工艺孔的加工需钻、扩、铰三次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔分钻、铰两个工步完成加工。即先用的麻花钻钻孔，根据GB/T6135.2-1996规定钻头上偏差为零，钻套孔径为。根据GB/T4256-1984规定铰孔的尺寸为，钻套尺寸为。最后用的标准铰刀铰孔，根据机GB/T1132-1984规定标准铰刀尺寸为故钻套孔径尺寸为。图3.3快换钻套图铰工艺孔钻套结构参数如下表：dHD公称尺寸允差101610-0.010-0.027302610411112045表3.1铰工艺孔钻套数据表衬套选用固定衬套其结构如图所示：图3.4固定衬套图其结构参数如下表：dHDC公称尺寸允差公称尺寸允差10+0.02301646+0.035+0.01832表3.2固定衬套数据表夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构见夹具装配图2所示。（六）夹具精度分析利用夹具在钻床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统。它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。本道工序加工中主要保证工艺孔尺寸及同轴度公差及表面粗糙度。本道工序最后采用精铰加工，根据GB/T1132-1984采用铰刀，直径为，并采用钻套，铰刀导套孔径为，外径为同轴度公差为。固定衬套采用孔径为，同轴度公差为。该工艺孔的位置度应用的是最大实体要求。即要求：（1）、各孔的实际轮廓受最大实体实效边界的控制即受直径为的理想圆柱面的控制。（2）、各孔的体外作用尺寸不能小于最大实体实效尺寸。（3）、当各孔的实际轮廓偏离其最大实体状态，即其直径偏离最大实体尺寸时可将偏离量补偿给位置度公差。（4）、如各孔的实际轮廓处于最小实体状态即其实际直径为时，相对于最大实体尺寸的偏离量为，此时轴线的位置度误差可达到其最大值。工艺孔的尺寸，由选用的铰刀尺寸满足。工艺孔的表面粗糙度，由本工序所选用的加工工步钻、铰满足。（七）夹具设计及操作的简要说明由零件图可知，工艺孔位于零件外圆上，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与侧面垂直。为了保证所钻、铰的孔与侧面垂直并保证工艺孔能在后续的孔加工工序中使孔的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择两工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣顶面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择外圆端面为主要定位基面以限制工件的三个自由度，以中心轴限制工件的两个自由度，用一个夹紧螺母和开口垫圈限制工件的另一个自由度，实现夹紧工件，进行加工。（八）本章小结在本章中，夹具主要用来加工锥套工艺孔。首先应明确本夹具中的夹紧定位机构，在进行锥套加工，外圆端面已经进行了半精加工，工艺孔已经加工出。本工艺孔的定位基准应选择外圆端面和与配合的心轴为主要定位基准限制工件的五个自由度，用一个夹紧螺母和开口垫圈限制另外一个自由度。采用螺母夹紧。然