车床轴套加工工艺及关键工序工装设计

车床轴套加工工艺及关键工序工装设计1引言机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程编制的好坏是生产该产品的重要保证和重要依据。夹具结构设计在加深对课程基本理论的理解和加强对解决工程实际问题能力的培养方面发挥极其重要的作用[1]。利用更好的夹具可以保证加工质量，机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工面与定位面以及被加工表面相互之间的位置精度；提高生产率、降低成本，使用夹具后可以减少划线、找正等辅助时间，且易于实现多工位加工[2]。扩大机床工艺范围，在机床上使用夹具可使加工变得方便，并可扩大机床工艺范围。减轻工人劳动强度，保证安全生产。为了让夹具有更好的发展，夹具行业应加强产、学、研协作的力度，加快用高新技术改造和提升夹具技术水平的步伐，创建夹具专业技术网站，充分利用现代信息和网络技术，与时俱进地创新和发展夹具技术。1.1机械制造业及其现状在国民经济的各条战线上广泛使用着大量的机械、机床、工具、仪器、仪表等工艺装备。这些工艺装备的制造过程总称为机械制造，生产这些工艺装备的工业即是机械制造业[3]。机械制造业的主要任务就是围绕各种工程材料的加工技术，研究其工艺，并设计和制造各种工艺装备。机械制造业是国民经济的基础和支柱，是向其他各部门提供工具、仪器和各种机械设备的技术装备部。据西方工业国家统计，机械制造业创造了60%的社会财富，完成45%的国民经济收入。如果没有机械制造业提供质量优良、技术先进的技术装备，那么信息技术、新材料技术、海洋工程技术、生物工程技术、以及空间技术等新技术群的发展将会受到严重的制约。因此，一个国家的经济竞争归根结底是机械制造业的竞争，机械制造业的发展水平是衡量一个国家经济实力和科学技术水平的重要标志之一。机械制造业是一个历史悠久的产业，经历了一个漫长发展过程。蒸汽机和电力的两次工业革命使机械制造业发生了巨大变革，世界各国都逐渐充分重视、发展和应用机械制造技术。经过建国五十多年的发展，机械工业已经成为我国工业中产品门类比较齐全，具有相当规模和一定技术基础的支柱产业之一。改革开放以来，机械工业引进了大量的国外先进技术，加上国内自行研究开发的成果，使机械产品的结构正向合理化方向发展，对市场的适应能力日益明显增强。但是，与工业发达国家相比，我国的机械制造仍存在阶段性的差距。集中表现为制造技术的落后——在设计方法和手段、制造工艺、制造过程自动化及管理技术诸方面都明显落后于工业发达国家。制造技术的落后严重制约了机械工业的进一步发展，使我国机械传动工业的技术来源大部分依赖引进国外技术，全员劳动生产率低，机械产品质量差，可靠性低，缺乏竞争力[4]。1.2机械制造业的发展趋势1.2.1常规工艺的不断优化常规工艺优化的方向是实现高效化、精密化、强韧化、轻量化，以形成优质高效、低耗、少（无）污染的先进实用工艺为主要目标，同时实现工艺设备、辅助工艺、工艺材料、检测控制系统的成套工艺服务，使优化工艺易于为企业采用[5]。1.2.2新型加工方法的不断出现和发展包括精密加工和超精密加工、微细加工、特种加工及高密度能加工、新硬材料加工技术、表面功能性覆盖技术和复合加工，以适应机械产品更新换代对制造工艺提出的更高、更新的制造模式。1.2.3自动化等高新技术与工艺的精密结合微电子、计算机和自动化技术与工艺及设备的相结合，使传统工艺面貌产生显著、本质的变化，如生产线自动控制、在线检测自适应控制、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助夹具设计、计算机辅助装备工艺设计和智能制造系统等。中国的机械制造工业任重而道远，我们必须不断开拓进取，改进制造技术，使制造业达到一个新的高度。2零件工艺性分析2.1零件的作用题目给的零件是CA6140卧式车床上的轴套，零件的Ф100外圆上标有刻度线，用来对齐调节刻度盘上的刻度值，从而能够直接读出所调整的数值。轴套中部的通孔则是给传递力矩通过，本身没有受到多少力的作用。设计题目给定的零件是CA6140车床轴套零件，生产纲领为50000件/年，查表可知该产品为大批生产。2.2零件的工艺分析轴套共有三组加工表面，它们之间有一定的位置要求。现分述如下：(1)以Ф20的孔为中心加工表面(2)两端面(3)以Ф90为中心的加工表面它们之间的位置要求主要是(1)Ф100mm左端面与Ф45mm孔中心轴的跳动度(2)Ф90mm右端面与Ф45mm孔中心轴线的跳动度经过对以上加工表面的分析，我们可先选定粗基准，加工出精基准所在的加工表面，然后借助专用夹具对其他加工表面进行加工，保证它们的位置精度。3毛坯的选择3.1毛坯的种类毛坯的种类主要有碳钢、合金钢、不锈钢与耐热钢、铸铁与黄铜、青铜、铝合金；在选择毛坯的制造方法时，首先考虑材料的工艺特性，如铸铁不能锻造，这类材料只能选择铸造；高碳钢的铸造性和焊接性都较差，一般都采用锻造。3.2确定毛坯是应考虑到的因素在确定毛坯时应考虑以下因素(1)零件的材料及其力学性能当零件的材料选定之后，毛坯的类型就大体确定了。例如，材料为铸铁的零件，自然应选择铸造毛坯；而对于重要的钢质零件，力学性能要求高时，可选择锻造毛坯。(2)零件的结构和尺寸形状复杂的毛坯常采用铸件，但对于形状复杂的薄壁件，一般不能采用砂型铸造；对于一般用途的阶梯轴，如果各段直接相差不大，力学性能要求不高时，可选择棒料做毛坯，倘若各段直径相差较大，为了节省材料，应选者锻件[6]。(3)生产类型当零件的生产批量较大时，应采用精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，这时毛坯制造增加的费用可由材料费减少的费用以及机械加工减少的费用来补偿。(4)现有生产条件选择毛坯类型时，要结合本企业的具体生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力，外协的可靠性等。(5)充分考虑利用新技术，新工艺和新材料的可靠性为了节约材料和能源，减少机械加工余量，提高经济效益，只要有可能，就必须尽量采用精密锻造，精密铸造，冷挤压。粉末冶金和工程塑料等新工艺，新技术和新材料[7]。3.3确定毛坯时的几项工艺措施实现少切削，无切削加工，是现代机械制造技术的发展趋势。但是，由于毛坯制造技术的限制，加之现代机器对精度和表面质量的要求越来越高，为了保证机械加工能达到质量要求，毛坯的某些表面仍需留有加工余量。加工毛坯时，由于一些零件形状特殊，安装和加工不大方便，必须采取一定的工艺措施才能进行机械加工。3.4毛坯的确定零件材料是HT15-33。零件年产量是大批量，而且零件加工的轮廓尺寸不大，在考虑提高生产率保证加工精度后可采用铸造成型，采用方法为砂模机器造型。零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，内孔不铸出。4工艺规程设计对于机器中的某一零件，可以采用多种不同的工艺过程完成。在特定条件下，总存在一种相对而言最为合理的工艺规程，将这个工艺规程用工艺文件的形式加以规定，由此得到的工艺文件统称工艺规程[8]。4.1工艺规程的作用工艺规程是生产准备、生产组织、计划调度的主要依据，是指导工人操作的主要技术文件，也是工厂和车间进行设计或技术改造的重要原始资料。工艺规程的制订须严格按照规定的程序和格式进行，并随技术进步和企业发展，定期修改完善。(1)根据机械加工工艺规程进行生产准备（包括技术准备）。在产品投入生产以前，需要做大量的生产准备和技术准备工作，例如，关键技术的分析与研究；刀、夹、量具的设计、制造或采购；设备改装与新设备的购置或定做等。这些工作都必须根据机械加工工艺规程来展开。(2)机械加工工艺规程是生产计划、调度、工人的操作、质量检查等的依据。(3)新建或扩建车间(或工段)，起原始依据也是机械加工工艺规程，根据机械加工工艺规程确定机床的种类和数量，确定机床的布置和动力配置，确定生产面积的大小和工人的数量。4.2定位基准的选择4.2.1粗基准的选择因为轴套可归为轴类零件，一般以外圆作为粗基准。一般以非加工表面作为粗基准，但本零件各面均需加工，此时应以加工余量最小的面为粗基准，所以对于本零件可以先以轴套右端Ф45的外圆及Ф90的右端面作为粗基准，利用三爪卡盘夹紧Ф45mm外圆可同时削除五个自由度，再以Ф90的右端面定位可削除自由度。4.2.2精基准的选择精基准的选择主要考虑基准重合与统一基准原则。以Ф20mm孔为精基准。4.3制定工艺路线制定工艺路线应该使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。还有，应当考虑经济效果，以便降低生产成本[9]。4.3.1工艺路线方案一工序Ⅰ粗车Ф100mm柱体左右端面及外圆，外圆留有余量。以右端Ф45mm为粗基准工序Ⅱ钻、扩、粗铰、精铰20mm孔至图样尺寸并车孔左端的倒角工序Ⅲ粗车Ф45，Ф90的外圆，粗车各端面，粗车Ф90的倒角，粗车3×2的槽，R5的圆角，以Ф20为精基准工序Ⅳ半精车Ф90外圆及各端面，车槽3×2，R5的圆角工序Ⅴ半精车Φ100左右端面及外圆，精车Ф100的左端面工序Ⅵ粗铣Ф90的左端面；粗铣、精铣Ф90柱体右侧面工序Ⅶ钻4—Φ9孔工序Ⅷ钻Φ4孔，铰Φ6孔工序Ⅸ磨削Φ100的右端面，Φ90外圆及左右端面，Φ45外圆工序Ⅹ磨削外圆面Φ100，Φ90工序Ⅺ刻字刻线工序Ⅻ镀铬工序ⅩⅢ检测入库4.3.2工艺路线方案二工序Ⅰ钻、扩、铰Φ20的孔，以右端Φ45的外圆为粗基准工序Ⅱ粗车Φ100外圆，B面，Φ90外圆及右侧面，3×2槽，Φ45外圆工序Ⅲ粗车零件左右端面，并倒Φ20孔的倒角，以及零件右端45度倒角工序Ⅳ半精车Ф100外圆，Ф90外圆工序Ⅴ半精车零件左端面工序Ⅵ精车Φ100外圆，并倒Φ100，Φ90的倒角工序Ⅶ精车零件左端面工序Ⅷ粗铣Ф90的左端面；粗铣、精铣Ф90柱体右侧面工序Ⅸ钻4—Φ9孔工序Ⅹ钻Φ4孔，铰Φ6孔工序Ⅺ磨削Φ90外圆及右侧Φ45外圆工序Ⅻ抛光B面工序ⅩⅢ刻字刻线工序ⅩⅣ镀铬工序ⅩⅤ检测入库4.3.3工艺方案的比较与分析上述两种工艺方案的特点在于：方案二考虑以Φ20孔为精加工基准，而方案一则是从右端面开始加工到左端面，然后再钻孔Φ20mm，这时很难保证其圆跳动的误差精度等。因此选择方案二作为加工工艺路线比较合理。4.4毛坯尺寸的确定与机械加工余量由于本零件材料为灰铸铁，由《工艺手册得》，毛坯为双侧加工，MA为G，加工精度为8到10级，这里选取9级。则由《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4得：零件延轴线方向的加工余量为：2×2.5mm=5mmФ100径向加工余量为6mm，轴向加工余量为2×2.5mm=5mmФ90径向加工余量为2×2.5mm=5mm，轴向加工余量为2×2.5mm=5mmФ45径向加工余量为2×2.5mm=5mm由《机械零件工艺性手册》表：2-64得：Ф100，Ф90柱体圆角为：R=2mm；右端Ф45的圆角为：R=4mm；铸件上的过渡部分尺寸确定为：R=5mm，C=3mm，H=15mm。由以上资料得出毛坯尺寸图。4.5确定切削用量及基本工时工序Ⅰ钻，扩，铰Ф20孔加工条件工件材料：HT15-33硬度170—241HB，取190HB，机器砂型铸造。加工要求：钻，扩，铰Ф20孔机床：转塔车床C365L计算切削用量(1)钻Ф18孔(a)刀具选择：查《机械制造工艺设计简明手册》选用18高速钢锥柄标准花钻(b)切削用量选择查《切削用量手册》得：f=0.70m手册》C365L车床进给量取f=0.76mm/r。查《切削用量简明手册》取V=13m/minw s d npn 1000==0.86mm/r，再由《机械制造工艺设计简明手册》按机床选取n=238r/m，故 18 1000== w w n dpnm/min(4.1)(c)计算基本工时：T=（L+L1+L2）/(f×n)=0.66min(4.2)(2)扩Ф19.8孔(a)刀具选择：选用19.8高速钢锥