机械加工工艺规程设计示例.docx
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机械加工工艺规程设计示例
机械加工工艺规程设计示例（轴类零件）
一、设计任务：
如图所示的某挖掘机减速器中间轴简图。
该轴材料为20CrMnTi，进行渗碳淬火处理，渗碳层深度为0.8～1.2㎜，淬火硬度为HRC58～62。
在中批生产条件下制订该轴加工工艺过程。
图5-1中间轴
二、零件工艺过程分析与计算
（一）、分析研究产品的装配图和零件图
1、审查图纸的完整性和正确性
2、分析零件的技术要求
（1）尺寸精度的分析：
轴类零件的支承轴颈一般与轴承配合，是轴类零件的主要表面，通常对其尺寸精度要求较高，为IT5～IT7。
如挖掘机减速器中间轴的Φ40k5、Φ50h5、Φ25h6等；其它尺寸相对而言精度要求低些。
（2）形状精度的分析：
轴类零件的形状精度主要是指支承轴颈的圆度、圆柱度，一般应将其限制在尺寸公差范围内（本例即如此），对形状精度要求高的轴，应在图样上标注其形状公差。
（3）位置精度的分析：
轴的位置精度主要有轴颈之间的同轴度或跳动度（本例两处对基准A-B的跳动度0.016），定位端面与轴线的垂直度（本例Φ25h6轴颈左端面对基准A-B的垂直度0.03），键槽对轴线的对称度等。
（4）表面粗糙度的分析：
一般与传动件相配合的轴颈的表面粗糙度Ra值为2.5～0.63
，与轴承相配合的支承轴颈的表面粗糙度Ra值为0.63～0.16
。
3、审查零件材料是否恰当
本例挖掘机减速器中间轴是在高转速、重载荷的条件下工作，选用20CrMnTi并进行渗碳淬火处理是恰当的，这样做可获得很高的表面硬度、较软的芯部，因此耐冲击韧性好。
4、审查零件的结构工艺性
本例挖掘机减速器中间轴的结构工艺性符合要求。
二、毛坯的选择
本例挖掘机减速器中间轴的材料为低合金钢，力学性能要求较高；生产类型为中批生产；零件尺寸相差不大。
因此选用Φ55×200圆钢作为毛坯。
三、选择定位基准
选择了定位基准就确定了工件的安装方法。
轴类零件的安装应能保证加工后各主要表面的相互位置精度，能在一次安装中加工出较多的表面，以便安装方便、迅速，有利于提高生产率。
为了满足上述要求，一般都选择两顶尖孔作为定位基准。
这不仅因各主要表面的设计基准（或工序基准）都是轴的轴线而符合基准重合的原则，也符合基准统一原则。
其次，当不能用顶尖孔定位时（如加工轴的最初工序、加工轴的内表面等），或为了提高零件的刚度时，也可以选择外圆表面作为定位基准。
另外，当加工孔不大的空心轴时，为了能在一次安装中加工出全部外圆表面，还可以选择内孔作为定位基准。
选择的定位基准不同，相应的安装方法也不同，一般有以下几种安装方法；
1、用两顶尖安装（图3-2a）；
2、用三爪卡盘安装（图3-2b）；
3、用三爪卡盘和尾顶尖安装（图3-2c）；
4、用带齿顶尖和光滑顶尖安装（图3-2d）；
5、用V型块安装（图3-3）。
在采用顶尖孔定位时，为了定位准确，减少定位误差对加工精度的影响，顶尖孔应加工精确。
由于顶尖孔在许多工序中都要使用，它会磨损、拉毛，以及热处理后的氧化、变形，因此在粗加工、热处理后，或精加工前要修整顶尖孔。
（研磨中心孔）
图3.2轴的几种安装方法
图3.3V型块装夹铣工件两端
本例挖掘机减速器中间轴的定位基准选择如下：
粗加工（加工两端面、打顶尖孔）采用外圆表面作为定位基准面（用V型块安装）；精加工采用外圆表面和一个顶尖孔作为定位基准面（用三爪卡盘和尾顶尖安装）；花键槽的加工和磨削采用两顶尖孔作为定位基准（用两顶尖安装）。
四、拟订工艺路线
根据轴的结构特点，轴的加工主要是用车削和磨削，个别质量要求较高的表面还需要进行光整加工。
一般轴类零件加工的典型工艺路线如下：
1、预备加工
轴的毛坯经过热处理和对安装方法进行分析后，就应对轴进行预备加工。
预备加工包括校直：
对于细长的轴，如果弯曲变形会造成加工余量不足，应进行校直；切断：
对于直接用圆钢作毛坯的轴，应切断，对于批量较小的锻件毛坯，因两端有较大的加工余量也必须切断；切端面和打中心孔：
对于单件小批生产的轴，可以经过划线后再切端面和打中心孔，对于成批大量生产的轴，可以采用铣端面打顶尖孔的专用机床进行铣两端面、打两顶尖孔（见图3-2）。
2、粗车外圆、粗加工空心轴的内孔
为了保证轴在车削过程中的刚度，应先车大直径外圆，然后再车小直径外圆。
对于空心轴还要粗加工（如钻、镗）内孔。
3、热处理
对质量要求较高的轴，在粗车后应进行正火、调质等热处理，以便消除工件的内应力和提高机械性能。
4、半精车外圆
对一些精度要求较高的主要表面，需要安排半精车来为精车作好准备，如精车前必要的精度和加工余量等。
5、精车外圆
为了保证定位精度，精车前要修整顶尖孔或改打带保护锥的B型顶尖孔。
对一些精度要求更高的主要表面，还必须留有足够的磨削或光整加工余量。
6、粗磨两端轴颈或中间轴颈
当需要更换精基准或提高工件的刚度时，应先把精基准（两端轴颈）和中心架支承表面（中间轴颈）加工出来。
7、粗加工成形表面或非同轴线的表面
轴上的成形表面、非同轴线的表面是指轮齿、花键、螺纹、锥孔和偏心轴颈等表面。
8、加工次要表面轴上的次要表面是指键槽、小孔等表面。
9、热处理对轴上一些要求耐磨的表面进行淬火或渗碳淬火处理。
10、磨削和光整加工
对一些质量要求高的表面（如轴颈、轮齿、花键、螺纹等）还应进行磨削和光整加工。
但是磨削前必须进行对淬过火的顶尖孔进行研磨，以消除氧化皮和提高顶尖孔的质量。
11、清洗、检验
轴加工完成后应进行清洗，然后检验其精度和表面粗糙度。
对一些重要的轴必要时还应进行超声波、放射线、磁粉等无损探伤。
根据以上分析，结合零件的技术要求和机械加工经济精度、经济表面粗糙度要求，考虑是中批生产，本例挖掘机减速器中间轴的工艺路线拟订为：
下料→热处理→铣两端面打顶尖孔→粗车外圆→精车外圆→铣花键槽→热处理→磨各轴颈外圆→清洗、检验。
五、确定各工序的设备、刀具、量具和辅助工具
1、设备的选择
考虑到本例挖掘机减速器中间轴的外形尺寸（中等轴类零件）、加工精度（最高IT5）、生产类型（中批生产），机床设备选用普通车床、普通磨床、铣端面打顶尖孔的专用机床、花键铣床；工艺装备主要是夹具，本例尽量选用通用夹具如三爪卡盘、顶尖、V型块等。
2、刀具的选择
综合考虑挖掘机减速器中间轴的加工工序所采用的加工方法、加工表面尺寸、工件材料、加工精度、生产率和经济性，应尽量选用标准刀具。
如YT类硬质合金焊接车刀、花键滚刀等。
3、量具的选择
量具的选择主要取决于生产类型和所要检验的精度。
尽量选用通用量具。
六、确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差
1、加工余量的确定
确定加工余量的方法有三种：
经验估计法、查表法和分析计算法，在实际生产中广泛应用查表法。
挖掘机减速器中间轴的加工主要是车削和磨削，根据查表可知：
粗车外圆（长度≤200）的加工余量一般为1.5～3㎜；精车外圆（长度≤200）的加工余量一般为0.8～2㎜；磨削外圆的加工余量一般为0.1～0.5㎜。
2、计算工序尺寸及公差
挖掘机减速器中间轴的外圆加工其设计基准为轴线，定位基准也是轴线，符合基准重合原则，因此采用基准重合时工序尺寸及其公差的确定方法。
下面以Φ50h5的加工为例说明。
Φ50h5外圆的加工工艺路线为：
粗车→精车→热处理→磨削，毛坯是圆钢，具体确定过程如下（各过程结果见表）：
（1）确定各工序余量
根据查表并结合实际加工情况进行修改得各工序余量（公称余量）
（2）计算各工序尺寸（基本尺寸）
（3）确定各工序尺寸的公差
（4）确定各工序的表面粗糙度
工序名称
工序余量
工序的经
济精度
工序尺寸
工序尺寸
及公差
表面粗糙度
磨削
0.2
h5（0-0.011）
50
Φ500-0.011
Ra=0.4
精车
1.8
h8（0-0.046）
50+0.2=50.2
Φ50.20-0.046
Ra=3.2
粗车
3
h10（0-0.12）
50.2+1.8=52
Φ520-0.12
Ra=12.5
毛坯
5
（+0.2-0.9）
50+5=55
Φ55+0.2-0.9
七、确定各工序的切削用量和时间定额
1、切削用量的选择
下面仍然以Φ50h5外圆的车削为例说明切削用量的选择。
机床：
CA6140
刀具：
焊接式硬质合金外圆车刀，刀片材料为YT14，刀杆截面尺寸为16㎜×25㎜，刀具几何参数：
。
（1）粗车时的切削用量
背吃刀量：
取背吃刀量等于加工余量1.5㎜。
进给量：
根据工件材料，刀杆截面尺寸，工件直径及背吃刀量，查表得
，按机床说明书选取实际进给量
。
切削速度：
切削速度可用公式计算得到，也可通过查表得到。
现根据已知条件查表得
。
根据
和已知条件，计算工件转速
按机床说明书选取实际主轴转速n=560r/min，为此，实际切削速度为
机床功率校验：
切削力
切削功率
从机床说明书可知，车床电动机功率
取机床传动效率
，则机床有效功率为
因为
，所以机床功率足够。
粗车时的切削用量为：
（2）粗车时的切削用量
背吃刀量：
取背吃刀量等于加工余量0.9㎜。
进给量：
根据工件表面粗糙度Ra的值为0.4微米，
，工件材料为20CrMnTi。
查表（预估
）得：
。
按机床说明书选取实际进给量
。
切削速度：
根据已知条件查表得
，再根据
和已知条件，计算工件转速
按机床说明书选取实际主轴转速n=900r/min，为此，实际切削速度为
精车时的切削用量为：
2、时间定额的计算
以Φ50h5外圆的粗车为例说明时间定额的计算。
（1）基本时间的计算
（2）辅助时间的计算
辅助时间一般是基本时间的（0.15～0.2），则粗车Φ50h5外圆的基本时间为
作业时间
a
（3）其他时间的计算
布置工作地时间
一般按作业时间的2%～7%计算（取4%计算），休息与生理需要时间
一般按作业时间的2%～4%计算（取3%计算），忽略准备终结时间
，则其他时间为
12×（4%+3%）=0.84s
粗车Φ50h5外圆的时间定额即单件时间
八、确定各主要工序的技术要求及检验方法
九、进行技术经济分析，选择最佳方案
十、填写工艺文件根据零件的分析结果，编制的工艺过程卡片如下：
夹具设计实例
一、设计任务
如图所示为一连杆的铣槽工序简图。
本工序要求铣工件大孔两端面处的八个槽，槽宽10+0.20ｍｍ
，深3.2+0.40ｍｍ，表面粗糙度Ｒａ3.2ｕｍ。
加工的工艺要求为槽的中心线与两连线成45°±30。
上道工序已加工的表面作为本工序的定位基准，即厚度为14.30-0.1ｍｍ，生产纲领为中批生产。
图6-1连杆
二、设计方案分析过程
1.设计准备：
根据工序图的加工要求，选择卧式铣床，采用三面刃盘形铣刀完成加工，槽宽由
铣刀保证，槽深及角度由夹具来保证。
2.工件的定位方案：
根据连杆槽的工序尺寸、形状和位置精度要求，工件需完全定位。
工件在槽深方向的
工序基准是和槽相连的端面，若以此端面为主要定位基准，可以做到定位基准与工序基准重合。
但这时夹具的定位势必要设计朝下，这会给工件定位、夹紧及装卸带来不便，夹具结构较复杂。
如果选择与所加工槽相对的另一端面为定位基准，则引起基准不重合误差，其大小等于工件两端面的尺寸公差0.1mm。
由于槽深的公差为0.4mm，估计可以保证精度要求。
这样，可用两孔一面定位，操作方便。
槽的角度位置尺寸是４５°±３０´，工序基准是两孔的连心线，以两孔为定位基准，可以做到基准重合，而且操作方便。
为了避免发生不必要的过定位现象，采用一个圆柱销和一个菱形销作定位元件。
由于被加工槽的角度位置以大孔为基准的，槽的中心应通过大孔的中心，并与两孔连线成４５°角，因此将圆柱销放在大孔，菱形销放在小孔，如图
图6-2定位方案图
3.工件的夹紧方案：
根据工件的定位方案，采用大孔端面为夹紧力的作用点，方向朝定位面。
这样的夹紧点选择，接近被加工面，切削过程中不易产生振动，工件变形小。
但对夹紧机构的高度要加以限制，以防止和铣刀刀杆相碰。
该工件较小，为使结构简单，采用手动螺旋压板夹紧。
4.变换工位方案：
考虑到该工件等分数较少，产品批量较小，且角度公差较大，采用在夹具体上装两个相差90°的菱形销，加工完一对槽后，卸下工件，将工件转过90°后套在另一个菱形销上，重新夹紧后加工另一个对槽。
5.刀具的对刀或引刀方案：
用对刀块调整刀具与夹具的相对位置，适用于加工精度不超过ＩＴ８级。
而该工件的槽深的公关较大，故采用直角对刀块，用螺钉、销钉固定在夹具上，用塞尺调刀。
6.夹具在机床上的安装方式以及夹具的结构：
本夹具通过定向键与铣床工作台的Ｔ形槽配合，夹具体上的耳座用螺栓与机床工作台坚固，保证夹具上的定位元件的工作表面对工作台的进给方向具有正确的相对位置。
7.夹具的精度分析：
本夹具采用一面两销定位方式，定位元件的选择及定位误差分析如下：
⑴两销中心距的尺寸及偏差。
已知工件上两孔中心距尺寸为57mm±0.06mm（δＬＤ＝0.12），取δＬＤ＝δＬd/3＝0.04，则销距尺寸及偏差为57mm±0.02mm.
⑵确定圆柱销的直径及偏差。
为了减少基准位移误差，考虑到定位销制造时的经济性，可取销径和偏差为
ｄ１＝42.6ｇ６＝42.6mm-0.009-0.025
即连杆大孔与圆柱销间的最小配合间隙Ｘ１ｍｉｎ＝0.009mm
⑶确定菱形销的结构尺寸和偏差
菱形销必须满足中心距的补偿量，
补偿量ａ＝
根据JB/8014.1-1995，查得直径为Φ15.3菱形销宽度ｂ＝３ｍｍ
菱形销定位的最小间隙
菱形销的直径
取公差带为ｈ６ ｄ２＝15.2690-0.011＝15.3mm-0.031-0.042
⑷计算定位误差。
槽深误差由基准不重合引起，由于槽深公差0.4mm，工件两定位面公差为0.1mm，所以用对刀块及塞尺调整刀具与工件的加工位置，保证槽深。
转角定位误差
结论：
采用这种定位方式，可保证此工件加工满足要求
8.绘制夹具总图及技术要求 如下图
9.绘制零件图，从略。
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