DF4芯轴机械加工工艺设计说明书

1DF4芯轴设计说明书一、零件图1零件的功用本零件为DF4机车轴箱拉杆的芯轴，其功用是用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩。2零件工艺分析本零件为回转体零件，本零件共有两组加工表面，现分析如下：A.以Φ22孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：两个Φ22孔，两个粗糙度为Ra1.6μm的1：10斜面，两个粗糙度为Ra6.3μm的平面及相关圆角、倒角。B.Φ60的圆柱面的加工该圆柱面直径为Φ60−0.2−0mm,长度为115−0.70−0.23b12mm，要求粗糙度为Ra0.8μm。这两组加工面中，加工1：10斜面是整个零件加工中的关键工序，需重点考虑。两组加工面无特殊的位置要求。对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面。二、工艺规程的设计1确定毛坯的制造形式零件材料为45钢。考虑到列车在运行中要经常加速及正、反向行驶，零件在工作过程中则经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选用锻件，以使金属尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件年产量5000件，已达大批生产水平，且零件的轮廓尺寸不大，故可以采用锻模成型。这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。22基面的选择基面选择是工艺规程设计的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得以保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中就会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。A.粗基准的选择由于零件毛坯为阶梯轴。毛坯制造时，大小外圆有制造工艺导致的不同轴度误差。此时，选择小端外圆为粗基准面，先加工大端外圆，然后以车过的外圆为精基准面，加工小端外圆。这样可以保证小端外圆有足够的加工余量。B．精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该对尺寸进行换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。3制定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大批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。在本设计中，先加工Φ60外圆，然后再以此为粗基准加工Φ54外圆，易于保证足够的加工余量。铣平行平面和铣1：10斜度斜面，后者需要前者定位，且所使用的工装不同，因此，两者分成两个工序。因此，最后的工序确定如下：工序号内容设备0锻毛坯件5正火处理10打中心孔、车Φ60外圆C620-1卧式车床15车Φ54外圆，倒角2X45°，倒圆角R2，其余棱角倒钝C620-1卧式车床320调质处理25修中心孔、磨Φ60、Φ54外圆30铣平行平面X53K铣床35粗铣、精铣1：10斜度斜面X53K铣床40钻2XΦ22通孔Z3050钻床45钳工去除飞边毛刺50检查，入库以上工艺过程详见《机械加工工艺过程卡片》。4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定DF4芯轴零件材料为45钢，硬度HB269-311，生产类型为大批生产，毛坯质量约5kg。采用在锻锤毛坯合模模锻毛坯。此法锻出的零件尺寸精度高，尺寸公差0.1mm-0.2mm，表面粗糙度为Ra12.5μm，毛坯的纤维组织好、强度高，生产率较高，适于大批生产。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、工序尺寸及毛坯尺寸如下：A.外圆表面（Φ60外圆）查表5-14（参考文献【5】，p115）得：粗车：直径余量2Z=3.6mm(＞2.3mm)，直径偏差-0.74mm查表5-21（参考文献【5】，p118）得：磨：2Z=0.4mmB.外圆表面（Φ54外圆）查表5-14（参考文献【5】，p115）得：粗车：直径余量2Z=3.6mm(＞2.3mm)，直径偏差-0.74mm查表5-15（参考文献【5】，p115）得：4磨：2Z=0.4mmC.外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差查表2.2-13（文献【1】，p47）得：锻件质量为5kg，复杂形状系数为S1，材质系数取M1。同轴度错差为1mm，长度方向的偏差为mm−0.9+1.9。查表2.2-25（文献【1】，p54）得：水平方向的余量为1.7-2.2mm，取2.0mm。D.平行平面查表5-45（文献【5】，p129）得：加工余量取Z=5.0mm。E.1：10斜度斜面查表5-45（文献【5】，p129）得：粗铣加工余量为4mm。半精铣：Z=1.0mmF.2XΦ22内孔查表2.3-8（文献【1】，p65）钻孔Φ22：2Z=20mm。由于毛坯及以后的各道工序的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。实际上，加工余量有最大加工余量和最小加工余量之分。由于本设计规定的零件为大批生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法的加工方式予以确定。中间大端：毛坯名义尺寸：60+2X2=64mm毛坯最小尺寸：64-0.9X2=62.2mm5毛坯最大尺寸：64+1.9X2=67.8mm两头小端：毛坯名义尺寸：54+2X2=58mm毛坯最小尺寸：58-0.9X2=56.2mm毛坯最大尺寸：58+1.9X2=61.8mm5确定切削用量及基本工时A.工序10：车Φ60外圆①加工条件工件材料：45钢正火，σb=600MPa，模锻加工要求：车Φ60外圆，Ra6.3μm机床：C620-1卧式车床刀具：刀片材料YT15，刀杆尺寸16X25mm2，𝑘𝛾=90°,𝛾0=15°,𝛼0=12°,𝑟𝜖=0.5𝑚𝑚。②切削深度：单边余量Z=1.8mm，可一次切除。③进给量：查表1.4（文献【6】，p9），选用f=0.5r/min。④计算切削速度：查表1.27（文献【6】，p30）切削速度的计算公式为：𝑣𝑐=𝐶𝑣𝑇𝑚𝑎𝑝𝑥𝑣𝑓𝑦𝑣𝑘𝑣(m/min)其中：𝐶𝑣=242,𝑥𝑣=0.15,𝑦𝑣=0.35,𝑚=0.2。修正系数𝑘𝑣查表1.28（文献【6】，p31）：𝑘𝑀𝑣=0.69,𝑘𝑠𝑣=0.8,𝑘𝑣=1.04，𝑘𝑘𝑟𝑣=0.81,𝑘𝐵𝑣=0.97。经计算得：𝑣𝑐=55.7（m/min）⑤确定主轴转速𝑛𝑠=1000𝑣𝑐𝜋𝑑𝑤=1000𝑋55.764𝜋=277r/min按机床选取n=305r/min6所以实际切削速度v=𝜋𝑑𝑛1000=61.3r/min。⑥检验机床功率主切削力FC按表1.29（文献【6】，p37）所示公式计算𝐹𝑐=𝐶𝐹𝑐𝑎𝑝𝑥𝐹𝑐𝑓𝑦𝐹𝑐𝑣𝑐𝑛𝐹𝑐𝑘𝐹𝑝其中：𝐶𝐹𝑐=2795,𝑥𝐹𝑐=1.0,𝑦𝐹𝑐=0.75,𝑛𝐹𝑐=−0.15。𝑘𝑀𝑝=(𝜎𝑏650)𝑛𝐹=0.94,𝑘𝑘𝑟=0.89所以𝐹𝑐=2795X1.8X0.50.75X61.3-0.15X0.94X0.89=1349.83（N）切削时消耗的功率为𝑃𝐶=𝐹𝑐𝑣𝑐6𝑋104=1.38KW。由表1.30（文献【6】，p40）可知，C620-1主电机功率为7.8KW，当主轴转速为305r/min时。主轴传递的最大功率为5.9KW，所以机床功率足够，可以正常加工。⑦校验机床进给系统强度已知主切削力Fc=1349.83N，查表1.29（文献【6】，p37）得：径向切削力Fp=283.43（N），轴向切削力Ff=763.05（N）。取机床导轨与床鞍的摩擦系数μ=0.1，则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为F=Ff+μ（Fc+Fp）=763.05+0.1X(1349.83+283.43)=926.38（N）。由表1.30（文献【6】，p40）可知，进给机构可承受的最大纵向力为3530N，故机床的进给系统可正常工作。⑧切削工时t=𝑙+𝑙1+𝑙2𝑛𝑓其中𝑙=114，𝑙1=3，𝑙2=0。所以t=0.77（min）。B.工序15：车Φ54外圆ap=1.9mm，f=0.5r/min（表1.4，参考文献【6】，p9）7经计算得：𝑣𝑐=69.03（m/min）𝑛𝑠=1000𝑣𝑐𝜋𝑑𝑤=1000𝑋69.358𝜋=379.06r/min按机床说明书取n=380r/min，则此时v=69.20（m/min）切削工时：其中𝑙=50X2，𝑙1=3，𝑙2=0，所以t=0.54min。C.工序25：【1】磨Φ60外圆①加工条件工件材料：45钢调质处理，σb=600MPa，模锻加工要求：磨Φ60外圆，Ra0.8μm机床：M120磨床砂轮：GB46ZRA6P②确定进给量f根据表1.7及M120机床进给量，选择轴向进给量25.13famm/r,径向进给量25.13famm/r。③确定切削速度v根据表1.10，。切削速度min/54.34,/38.0,2mvrmmfmmapn=24r/min④加工时间ssxxxxxxnfafrbkLXT46015.025.1324225.02110222【2】磨Φ54外圆①加工条件工件材料：45钢调质处理，σb=600MPa，模锻8加工要求：磨Φ54外圆，Ra0.8μm机床：M120磨床砂轮：GB46ZRA6P②确定进给量f根据表1.7及M120机床进给量，选择轴向进给量25.13famm/r,径向进给量25.13famm/r。③确定切削速度v根据表1.10，。切削速度min/54.34,/38.0,2mvrmmfmmapn=24r/min⑤加工时间ssxxxxxxnfafrbkLXT21015.025.1324225.0250222'因为有两端，因而T=2T’=42sD.工序30、35：【1】铣平行平面①加工条件选用X53K铣床，机床功率为10KW。平面宽度31.3mm，加工余量5mm，可一次加工完，表面粗糙度Ra6.3μm，选用YT15硬质合金刀片。查表3.1（文献【6】，p84），铣削深度ap=4mm，端铣刀直径d0=80mm，ae=60mm，齿数Z=4。为保证加工出零件图过渡处R2mm的圆弧，采用将刀头处磨出R2mm圆角的方法进行加工。②选择切削用量决定铣削深度ap由于加工余量为5mm，可一次铣完，故ap=5mm。决定每齿进给量fz采用不对称端铣以提高进给量。查表3.5（文献【6】，p88）fz=0.09-0.18mm/z，由于采用不对称端铣，取fz=0.18mm/z。9③选择铣刀磨钝标准及刀具寿命查表3.7-3.8（文献【6】，p88-89），铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.2mm，刀具寿命T=180min④决定铣削速度vc和每分钟进给量vf查表3.15（文献【6】，p95）：vct=137m/min，nt=349r/min，vft=223mm/min。各修正系数：KMv=KMn=1.0,KBv=Ksn=0.8故vc=vctkv=137X1.0X0.8=109.6m/min。n=ntkv=349X1.0X0.8=279.2。vf=vftkvt=223X1.0X0.8=178.4mm/min根据机床说明书，选择nc=300r/minvfc=200mm/min。因此实际的铣削速度和每齿进给量为vc=75.36m/min，fzc=0.17mm/z。⑤校验机床功率查表3.23（文献【6】，p104），Pce近似为2.3KW，根据机床说明书，主轴允许的功率为10KW，故机床能正常工作。⑥计算基本工时𝑡𝑚=𝐿𝑣𝑓其中L=l+y+∆，l=54mm，查表3.26（文献【6】，p106），采用不对称安装，入切量及超切量y+∆=25mm。𝑡𝑚=0.395min。所以铣两平行平面的基本工时𝑡𝑚=0.79min。【2】铣1：10斜度斜面①加工条件选用X53K铣床，机床功率为10KW。平面宽度32.6mm，加工余量5mm，表面粗糙度Ra3.2μm，故采用粗铣加精铣。选用YT15硬质合金刀片。由于有斜度，采用专用夹具相对偏移的方法，以上工序所铣的平面为基准，对其进行加工。采用工序30的机床及刀具。②选择粗