机械工艺课程设计-钻床主轴套筒

1/31机械制造工艺课程设计说明书设计题目：设计“钻床主轴套筒”零件的机械加工工艺规程2/31机械制造工艺课程设计任务书题目：设计“钻床主轴套筒”零件的机械加工工艺规程内容：1、零件图2、毛坯图3、机械加工工艺规程4、课程设计说明书前言机械制造工艺学课程设计是我们对所学课程的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们大学四年生活中占有重要的地位。我们希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中培养自己分析问题、解决问题及与团队合作的能力，另外，这也是对自身意志力的一次很好的磨练机会。由于能力所限，本设计中尚难免有许多不足之处，恳请各位老师、同学不吝给予批评和指教。3/31一、零件的分析（一）、零件的作用题目中所给定的零件是钻床主轴套筒（见附图）。钻床主轴套筒是钻床主轴实现轴向进给运动的传动元件，主要作用一是传递钻孔所需的旋转运动,带动主轴的上下移动；二是承受并传递钻孔时的作用力；三是安装定位钻套。（二）、零件的工艺分析钻床主轴套筒可以按装夹方式分成两组加工表面。下面分述如下：1.装夹外圆时这时可以加工的表面包括两端面，Φ24mm的孔，Φ42mm的孔，两个Φ40mm的孔及其中一个孔的端面，Φ28mm的孔，尺寸为Φ46mm×2mm的内槽，尺寸为M45×1的内螺纹，Φ31mm的孔及其端面。其中两Φ42mm孔应保证0.01mm的圆柱度公差。2.两端顶尖装夹时这时可以加工的表面包括外圆Φ50mm，模数为2、齿数为18、压力角为20°的齿，尺寸为8mm×1.5mm的两处外槽。其中应保证齿槽底面与Φ50mm轴的垂直度公差0.025mm。这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是1)孔Φ28mm对Φ50mm轴的基准轴线的圆跳动公差为0.01mm；2)孔Φ31mm对Φ50mm轴的基准轴线的圆跳动公差为0.01mm；3)两Φ40mm的孔对Φ50mm轴的基准轴线的同轴度公差为0.012mm。由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后再加工另一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求。二、工艺规程设计（一）、确定毛坯的制造形式题目给定的零件材料是45钢。考虑到在加工过程中，钻床主轴会经常承受交变载荷和冲击性载荷，而主轴是安装在套筒上，从而套筒也会要经常承受交变载荷和冲击性载荷，尤其是套筒齿条在与齿轮啮合传动的过程中经常要受到很大的力，因此应该选用锻件作为毛坯，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作的可靠性。由于零件是中批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成型。（二）、基面的选择基面的选择是工艺设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得以保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，是生产无法正常进行。粗、精基准的选择。对于一般的轴类零件来说，以外圆作为粗基准是完全合理的。但对本零件而言，因为圆轴内部加工表面较复杂，而外圆加工表面较为简单，可以选用两中心孔作为粗基准（符合基准统一的原则），加工出外圆，然后以外圆为精基准，加工内孔。然后再以内孔为精基准，精加工外圆。最后一外圆为精基准，精镗内孔。这样可以保证精度的要求，且符合互为基准原则。（三）、制订工艺路线制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。在生产纲领已确定为中批量生产的条件下，可以考虑采用万能性机床，并4/31尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效益，以便使生产成本尽量下降。1.工艺路线方案一工序Ⅰ锻造，正火工序Ⅱ钻Φ24mm孔至尺寸工序Ⅲ粗车Φ50mm外圆，留2mm余量工序Ⅳ热处理：调质245HBA工序V精车外圆Φ50mm，留0.5mm余量工序VI半精车右端面、各阶梯孔（B孔留1mm余量），孔口倒角2×60°（工艺用）；调头车端面、各阶梯孔（C孔留1mm余量），切槽，车螺纹，孔口倒角2×60°（工艺用）工序VII检验工序VIII粗磨外圆，留余量至0.2mm工序IX铣齿工序X铣槽两处至8mm×1.5mm工序XI检验工序XII低温时效工序XIII修研两端孔口，倒角2×60°工序XIV检验工序XV精车Φ40mm孔及其端面至图纸要求（去掉工艺倒角），孔口倒角；调头，精车孔Φ40mm及孔Φ31mm端面至图纸要求（去掉工艺倒角），孔口倒角工序XVI总检，入库2.工艺路线方案二工序Ⅰ锻造，正火工序Ⅱ钻Φ24mm孔至尺寸工序Ⅲ粗车Φ50mm外圆，留2mm加工余量工序Ⅳ热处理，调质245HBA工序V精车外圆Φ50mm，留0.5mm加工余量工序VI车端面，车Φ42mm孔至尺寸，车Φ40mm孔（留1mm加工余量），车孔Φ28mm到尺寸，孔口倒角2×60°（工艺用）；调头，车端面，保证尺寸175mm要求，车孔Φ40mm（留1mm加工余量），切槽Φ46mm×2mm，车螺纹M45×1左至图纸要求，并孔口倒角2×60°（工艺用）工序VII检验工序VIII粗磨外圆Φ50mm，留加工余量0.2mm工序IX铣齿工序X铣槽两处至尺寸8mm×1.5mm工序XI检验工序XII热处理，低温时效工序XIII修研两端孔口，倒角2×60°工序XIV精磨外圆Φ50mm至图纸要求工序XV检验工序XVI精车Φ40mm孔及其端面至图纸要求（去掉工艺倒角），孔口倒角；调头，精车孔Φ40mm及孔Φ31mm端面至图纸要求（去掉工艺倒角），孔口倒角工序XVII总检，入库3.工艺路线方案三工序I锻造，正火工序II钻、扩孔，粗、精镗Φ24mm工序III粗车外圆5/31工序IV调质处理（HB245）工序V半精车外圆工序VI半精车右端面及各阶梯孔，车孔口倒角2×60°（工艺用）工序VII调头，车另一端面及各阶梯孔，切槽，车螺纹M45mm，同上，车孔口倒角2×60°（工艺用）工序VIII检验工序IX粗磨外圆工序X铣齿工序XI铣槽（两处）工序XII检验工序XIII低温时效处理工序XIV修研两端面孔口工艺倒角工序XV精磨外圆至要求尺寸工序XVI精车内孔Φ40+0.014-0.011mm，再调头精车内孔Φ40+0.014-0.011mm（注意切除工艺倒角）工序XVII检验4.工艺方案的比较与分析经分析与比较，权衡各方面因素后，最后的工艺加工路线制定如下：工序工序内容定位与夹紧工序I锻造，正火工序II钻、扩孔Φ24mm外圆工序III粗车外圆Φ50mm孔（两端顶夹）工序IV调质处理（HB245）工序V半精车外圆Φ50mm孔（两端顶夹）工序VI半精车右端面及车各阶梯孔，车孔口倒角2×60°（工艺用）外圆工序VII调头，车另一端面及车各阶梯孔，切槽，车螺纹M45mm，同上，车孔口倒角2×60°（工艺用）外圆工序VIII检验工序IX粗磨外圆工艺倒角两处顶夹工序X铣齿外圆及端面工序XI铣槽（两处）外圆及齿槽工序XII检验工序XIII低温时效处理工序XIV修研两端面孔口工艺倒角外圆工序XV精磨外圆Φ50mm至要求尺寸工艺倒角两处顶夹工序XVI精镗内孔Φ40+0.014-0.011mm，再调头精镗内孔Φ40+0.014-0.011mm（注意切除工艺倒角）外圆（可采用液塑定心夹具）工序XVII检验注：1.查资料知，工序16中，没有采用一次车完两孔，而是调头车另一端孔，是因为这样可以保证较高的同轴度，从而实现提高精度的目的。2.铣齿后，因结构不对称会引起内应力而发生弯曲变形，故利用调质处理，以稳定其组织性能。3.调质，即淬火和高温回火，调质件具有优良的综合力学性能，即高强度和高韧性的适当配合。4.以外圆或外圆两端孔口的工艺倒角作为定位基准面，本质为外圆中心线，6/31实现基准的重合，因而外圆和工艺倒角（内孔）互为基准，提高同轴度，尽量减小加工误差，提高产品精度。（四）、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“钻床主轴套筒”零件材料为45#钢，毛坯重量约为4kg左右。生产类型为中批生产，毛坯采用模锻毛坯。根据以上所述原始资料及加工工艺，可以分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸以及毛坯尺寸如下：1.孔Φ24mm此孔精度要求介于IT7-IT8之间，参照《工艺手册》相关数据表格，确定工序尺寸及工序余量为：钻孔Φ22mm扩孔Φ23.8mm2z=1.8mm粗镗Φ23.9mm2z=0.1mm精镗Φ24mm2z=0.1mm2.外圆Φ50+0.015-0.010mm坯料Φ55mm粗车Φ51.7mm2z=3.3mm半精车Φ50.7mm2z=1.0mm粗磨Φ50.4mm2z=0.3mm精磨Φ50+0.015-0.010mm2z=0.4mm1取加工精度为F2，锻件复杂系数为S1。锻件质量约为3.4kg,则查《工艺手册》表2.2-25知，锻件单边余量（厚度（直径）方向）为1.7~2.2mm,拟取z=1.7mm;由《工艺手册》表2.2-14（精密级），材质系数取M1，锻件复杂系数取S1，则锻件偏差为+1.3-0.7mm。2查《工艺手册》表2.3-2、2.3-3、2.3-4：车削余量：1.1mm(半精车工序加工精度为IT8~11，现拟取11，故可知本工序加工公差为-0.22mm(入体方向))。磨削余量：0.5mm,磨削公差即零件公差+0.015-0.010mm，利用调整法加工：毛坯名义尺寸：50+1.7×2=53.4mm,毛坯最大尺寸：53.4+1.3×2=56.0mm,毛坯最小尺寸：53.4-0.7×2=52.0mm，车削后最大尺寸：50+0.5×2=51.0mm,车削后最小尺寸：51.0-0.22=50.78mm,磨削后尺寸与零件图所示尺寸相符，即Φ50+0.015-0.010mm。工序加工尺寸及公差毛坯半精车磨削加工前最大56.0mm,51.0mm,最小52.0mm50.78mm,加工后最大56.0mm51.0mm50.0mm最小52.0mm50.78mm,49.975mm加工余量（2z）1.7mm最大2.5mm0.5mm最小0.61mm0.4mm加工公差（2z）+1.3-0.7mm-0.02mm0.025mm7/313.两内孔Φ40+0.014-0.011mm此二内孔Φ40+0.014-0.011mm是在加工通孔Φ24的基础上通过粗、精车达到要求尺寸。通孔Φ24mm半精车Φ39.7mm2z=15.7mm精车Φ40+0.014-0.011mm2z=0.3mm4.端面沿轴线方向的加工余量此锻件的坯料规模为Φ55mm×180mm,故其体积为mm3通过查询资料，得知，本锻件所使用的45#钢的密度约为7.85g/cm3，所以，锻件的质量约为3.4kg左右。现经查询手册等资料，由于本锻件质量约为3.4kg，锻件复杂形状系数为S1，锻件材质系数取M1，锻件轮廓尺寸(长度方向)＞180~315mm,故长度方向偏差为+1.3-0.7mm(由《工艺手册》中表2.2-10、2.2-11、2.2-14（精密级）)。由表2.2-25(《工艺手册》第54页)知，长度方向的余量值规定为1.7~2.2mm,现拟取1.7mm.（五）、确定切削用量及基本工时工件材料：45钢正火，=600MPa,模锻成型处理。工序02：钻、扩孔Φ24mm加工要求：钻孔至Φ22mm、扩孔至Φ23.8mm选用机床：转塔车床C365L（1）钻孔Φ22mm选用刀具：直径为Φ22mm的麻花钻切削用量计算：f=0.45(mm/r)(见切削手册表2.7)=13.92(m/min)(见切削手册表2.13及表2.14,按5类加工性考虑)ns==201(r/min)按机床选取nw=183(r/min)所以实际切削速度V钻==12.6(m/min)切削工时：t===2.3min（2）扩孔Φ23.8mm根据切削手册表2.10查得扩孔钻扩Φ23.8mm孔时的进给量，并根据机床选取f=0.8(mm/r)扩孔钻扩孔时的切削速度，查有关资料，确定为V=0.4＝0.413.92＝5.57(m/min)ns==75(r/min)按机床选取=78r/min所以实际切削速度v==5.83(m/min)8/31切削工时：t===3min综（1）、（2）可知，此工序总的工时为2.3