機(jī)械制造手柄軸夾具課程設(shè)計(jì)[銑手柄軸M30X1.5Φ30js6軸段鍵槽夾具]
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第一部分 工藝設(shè)計(jì)1. 設(shè)計(jì)任務(wù) 本次所要加工的零件為手柄軸,示意圖如圖(1) 圖(1) 材料:45 零件生產(chǎn)類型:中批量生產(chǎn)2. 零件工藝性分析 中心軸零件圖的視圖正確、完整;尺寸、公差齊全,但技術(shù)要求未注明淬火層深度,該零件的結(jié)構(gòu)較為典型,其中, 30js6的直徑尺寸要求較高,表面粗糙度為Ra0.8.為主要表面,但加工并不成問(wèn)題。零件的另一端面的表面粗糙度度要求并不高為Ra6.3,但在零件的加工過(guò)程中均要利用這兩個(gè)端面來(lái)定位,所以也為主要表面。整個(gè)零件中最復(fù)雜也是最難加工的地方就是鍵槽,可使用專門的夾具在普通銑床上加工 此軸為細(xì)長(zhǎng)軸,考慮到軸的剛性,在加工各軸段外圓表面的過(guò)程中特別是是磨削加工的過(guò)程中使用三爪卡盤和頂尖定位裝夾3. 毛坯的選擇 該軸零件加工中,刀具與工件之間的切削力較大。工件材料的可切削性能。強(qiáng)度、硬度、塑性、提供冷切削加工、機(jī)械性能都跟工件的材料有關(guān)。所以選擇45鋼為該軸類零件的材料。45鋼相對(duì)切削性硬質(zhì)合金刀具1.0,高速鋼刀具1.0,45鋼經(jīng)濟(jì)合理對(duì)加工刀具的要求也合理,45鋼用途廣泛,主要是用來(lái)制造汽輪機(jī)、壓縮機(jī),泵的運(yùn)動(dòng)零件制造齒輪、軸活塞銷等零件。根據(jù)以上數(shù)據(jù)適合該軸的加工。軸類零件的毛坯有棒料、鍛件和鑄件三種。鍛件:適用與零件強(qiáng)度較高,形狀較簡(jiǎn)單的零件。尺寸大的零件因受設(shè)備限制,故一般用自由鍛;中、小型零件可選模鍛;形狀復(fù)雜的剛質(zhì)零件不宜用自由鍛。鑄件:適用于形狀復(fù)雜的毛坯。鋼質(zhì)零件的鍛造毛坯,其力學(xué)性能高于鋼質(zhì)棒料和鑄鋼件。根據(jù)該軸零件的結(jié)構(gòu)形狀和外輪廓尺寸,所以采用棒料。毛坯的尺寸通過(guò)確定加工余量最后可確定尺寸為43*290mm,毛壞示意圖如圖(2) 圖(2)4. 工藝過(guò)程設(shè)計(jì) 4.1 定位基準(zhǔn)的選擇 對(duì)于中心軸的外圓表面的加工均利用外圓表面定位,對(duì)于軸向定位則使用被加工一端的相對(duì)端的端面來(lái)定位以遵循“基準(zhǔn)重合”原則,當(dāng)?shù)纛^裝夾的時(shí)候使用相反的那端來(lái)定位 加工鍵槽、平面使用起所在軸端的軸線以及與之最靠近的端面來(lái)定位,這也符合“基準(zhǔn)重合”原則。4.2 零件表面加工方法的選擇 本零件的加工表面有外圓、平面、鍵槽、螺紋、端面、槽等,這里只列舉其中較為典型的三個(gè)表面來(lái)說(shuō)明其加工方法(1) 30js6外圓表面 精度等級(jí):IT6 表面粗糙度:Ra0.8 m 加工路線有為 粗車半精車粗磨精磨(2) 鍵槽側(cè)面 精度等級(jí):IT9 表面粗糙度:Ra3.2 m 加工路線為 粗銑半精銑(3) 螺紋M20 精度等級(jí): 表面粗糙度:Ra6.3 m 加工路線為 在粗磨外圓表面后可車螺紋4.3 制定工藝路線方案一: 工序10: 下料 工序15: 粗車外圓32mm,車中心孔 工序20: 粗車外圓40mm,車臺(tái)階面,溝槽,車中心孔 工序25: 半精車外圓38.5mm,車倒角C0.5 工序30: 半精車外圓30mm,車30.5mm,車倒角、溝槽、螺紋 工序35: 調(diào)質(zhì)處理235HBS 工序40: 修研中心孔 工序45: 中檢 工序50: 粗磨外圓至尺寸為38.06h8mm,30.06h8mm 工序55: 精磨外圓至尺寸為38mm,30js6mm 工序60: 銑六方工序65: 銑鍵槽 工序70: 終檢 工序75: 油封入庫(kù)方案二: 工序10: 下料 工序15: 粗車外圓32mm,車中心孔 工序20: 粗車外圓40mm,車臺(tái)階面,車中心孔 工序25: 半精車外圓38.5mm,車倒角C0.5 工序30: 半精車外圓30mm,車30.5mm,車倒角、溝槽、螺紋 工序35: 粗磨外圓至尺寸為38.06h8mm,30.06h8mm 工序40: 調(diào)質(zhì)處理235HBS 工序45: 修研中心孔 工序50: 銑六方 工序55: 銑鍵槽 工序60: 精磨外圓至尺寸為38mm,30js6mm 工序65: 終檢 工序70: 油封入庫(kù) 方案比較:方案二中將粗磨放在銑削加工之前,其理由是為其后的銑削加工鍵槽準(zhǔn)備較好的輔助基礎(chǔ),但這樣會(huì)使工件在兩臺(tái)機(jī)床之間來(lái)回移動(dòng),浪費(fèi)工時(shí),降低生產(chǎn)效率,而且這樣做對(duì)提高鍵槽的加工精度的意義并不大,因?yàn)樵阪I槽的加工過(guò)程中是以其所在軸段的軸線為定位基準(zhǔn)。在淬火前進(jìn)行磨削加工,由于材料較軟,對(duì)磨削加工不利,且會(huì)在零件的表面產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力。方案二中還缺少必要的中檢工序。在其精磨后無(wú)去應(yīng)力處理,會(huì)使表面有較大的殘余應(yīng)力。綜上所述,選擇方案一為此零件的加工路線。5 確定毛坯尺寸、機(jī)械加工余量及工序尺寸5.1 確定毛坯的尺寸 零件的最大軸徑處為38mm,此外圓表面的路線為:粗車半精車 半精車的余量為1mm 粗車的余量為2mm 選擇直徑為38+1+2=41的棒料端面的加工路線為:粗車半精車 余量同上 所以棒料的長(zhǎng)度為:287+(1+2)*2=293mm 所以選擇棒料尺寸為:41X293mm5.2 確定加工余量、工序尺寸以及表面粗糙度 這里選擇二個(gè)比較典型表面來(lái)說(shuō)明計(jì)算其工序尺寸 (1)38 0 -0.1mm外圓表面 表1工序雙邊余量工序尺寸及公差表面粗糙度 精磨 0.06mm38 0 -0.1mm Ra0.8m 粗磨 0.5mm38.06h8mm Ra1.6m半精車 1mm38.5mm Ra6.3m 粗車 2mm40mm Ra12.5m (2)30js6軸段上的鍵槽和平面工序尺寸的計(jì)算。 圖(3 銑削加工鍵槽的工序是在粗磨工序之前,因此需要考慮銑削加工工序完成之后工序尺寸的精度6.刀具的選擇及切削參數(shù)6.1進(jìn)給量f的確定 進(jìn)給量是刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)于工件的位移量. 粗加工時(shí)進(jìn)給量的選擇主要受切削力的限制。根據(jù)加工材料、刀桿尺寸、工件直徑及已確定的背吃刀量來(lái)選取較大的進(jìn)給量。在半精加工和精加工時(shí),則按表面粗糙度要求,根據(jù)工件材料、刀尖圓弧半徑、切削速度來(lái)選擇合理的進(jìn)給量。當(dāng)切削速度提高,刀尖圓弧半徑增大或刀具磨有修光刃時(shí)可以選擇較大的進(jìn)給量以提高生產(chǎn)率。 粗銑時(shí) 高速鋼銑刀每齒進(jìn)給量 f=0.100.15 mm/z 硬質(zhì)合金鋼銑刀每齒進(jìn)給量 f=0.100.25 mm/z 精銑時(shí) 高速鋼銑刀每齒進(jìn)給量 f=0.020.05 mm/z 硬質(zhì)合金鋼銑刀每齒進(jìn)給量 f=0.100.15 mm/z 鉆孔時(shí) 鉆頭每齒進(jìn)給量f=0.10.2mm/r 擴(kuò)孔時(shí) 鉆頭每齒進(jìn)給量 f=0.2mm/r 粗鉸時(shí) 鉸刀每齒進(jìn)給量 f=0.4mm/r 精鉸時(shí) 鉸刀每齒進(jìn)給量 f=0.15mm/r 6.2切削深度p的確定 切削深度是指在垂直于進(jìn)給方向上待加工表面與已加工表面間的距離。對(duì)于工藝系統(tǒng)剛性允許時(shí),可以選取較大的切削深度,以減少走刀次數(shù),提高生產(chǎn)效率。對(duì)于零件的精度要求較高時(shí),考慮適當(dāng)留出半精加工和精加工的切削余量。然而對(duì)于數(shù)控加工所留的精加工余量一般情況下比普通加工時(shí)所留余量小。銑削時(shí),精加工余量通常為0.20.8mm。和鏜削加根據(jù)加工余量確定。粗加工(Ra1080m)時(shí)一次進(jìn)給應(yīng)盡可能切除全部余量。在中等功率機(jī)床上背吃刀量可達(dá)810mm。半精加工(Ra 1.2510m)時(shí),背吃刀量取為0.52mm。精加工(Ra0.321.25m)時(shí),背吃刀量取為0.10.4mm。在工藝系統(tǒng)剛性不足或毛坯余量很大或余量不均勻時(shí),粗加工要分幾次進(jìn)給一般第一次走刀為總加工余量的2/33/4。當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra 0.83.2m時(shí),銑削分為粗銑、半精銑、精銑三個(gè)階段進(jìn)行。精銑時(shí)面銑刀的背吃刀量取0.51.0mm。 總結(jié)本圖的背吃刀量選取如下 粗加工時(shí) p=3mm 精加工時(shí) p=0.5mm 粗鉸通孔時(shí) p=0.05mm 精鉸通孔時(shí) p=0.02mm 6.3切削速度Vc的確定 切削速度是在進(jìn)行切削加工時(shí),刀具切削刃的某一點(diǎn)相對(duì)于待加工表面在主運(yùn)動(dòng)方向上的瞬時(shí)速度。 Vc主要根據(jù)工件材料、刀具材料和機(jī)床功率來(lái)選擇。 刀具材料好,Vc可選得高些。 Ra要求小的,要避開(kāi)積屑瘤、鱗刺產(chǎn)生的Vc,高速鋼Vc刀取小于5m/min,硬質(zhì)合金鋼刀Vc取較高的Vc130160m/min。 表面有硬皮或斷續(xù)切削時(shí),應(yīng)適當(dāng)降低Vc。 工藝系統(tǒng)剛性差的,Vc應(yīng)減小。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),Vc可按下式計(jì)算Vc=Dn/1000 D為工件待加工表面或刀具的最大直徑(mm)n為主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速。6.4主軸轉(zhuǎn)速n的確定 在確定主軸轉(zhuǎn)速時(shí),要根據(jù)所選擇的工件材料、刀具材料、機(jī)床功率和加工性質(zhì)。如粗、精加工等條件下來(lái)確定其允許的切削速度。切削速度確定之后,再根據(jù)n=1000c/D就可以計(jì)算出主軸轉(zhuǎn)速了。刀具選擇的結(jié)果如下: 圖(4)刀具切削參數(shù)主軸轉(zhuǎn)速序號(hào)加工內(nèi)容刀具規(guī)格n/r.min進(jìn)給速度v/mm.min類型材料1粗加工外輪廓(T01)93外圓偏刀硬質(zhì)合金180542精加工外輪廓(T02)93外圓偏刀5053切螺紋退刀槽(T03)切槽刀50104車M30螺紋(T04)60普通螺紋車刀505 表1 刀具的切削參數(shù) 第二部分 夾具設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)加工銑手柄軸M30X1.5,30js6軸段鍵槽夾具2 確定定位方案、選擇定位元件根據(jù)加工槽兩側(cè)面相對(duì)于中心面對(duì)稱要求,需要限制工件X方向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度、Y方向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和Z方向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度;根據(jù)加工槽寬度和深度要求,需要限制工件X方向移動(dòng)自由度和Z方向移動(dòng)自由度。但考慮到加工時(shí)工件定位的穩(wěn)定性,可以將六個(gè)不定度全部限制。工件相對(duì)中心面對(duì)稱,要實(shí)現(xiàn)加工槽兩側(cè)面相對(duì)中心面對(duì)稱的要求,根據(jù)基準(zhǔn)重合選擇A、C2個(gè)面作為定位基準(zhǔn),限制了4個(gè)自由度,為了不使工件左右移動(dòng),用頂尖限制其一個(gè)自由度,采用不完全定位即可。3 夾緊機(jī)構(gòu)的選擇及設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)有斜楔夾緊機(jī)構(gòu)、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)、偏心夾緊機(jī)構(gòu)、鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)、聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)等。夾緊方式采用手動(dòng)夾緊,采用壓塊與螺桿螺母配合夾緊,如圖(5) 圖(5)4 定位誤差的計(jì)算工件在夾具中定位產(chǎn)生的定位誤差,其值應(yīng)控制在工件相對(duì)尺寸或位置公差的,為此需對(duì)每一項(xiàng)工序加工要求逐一進(jìn)行分析。對(duì)加工槽兩側(cè)面對(duì)中心面B對(duì)稱度進(jìn)行分析:由于加工槽的工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)重合,所以B=0 B=0 d=0-(-0.021)=0.021 Y=0.707x0.021=0.01 D=0+Y=0.010.02 故滿足定位誤差。5 夾具在機(jī)床上的定位和夾緊銑床夾具依靠夾具體底面和定向鍵側(cè)面與機(jī)床工作臺(tái)上平面及T型槽相連接,以保證定位元件對(duì)工作臺(tái)和導(dǎo)軌具有正確的相對(duì)位置。為了減小安裝時(shí)的偏斜角的誤差,安裝定向鍵時(shí)應(yīng)當(dāng)使它們靠向T型槽的同一側(cè)。 圖(6) 小結(jié) 經(jīng)過(guò)三個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)、查閱資料、繪圖、計(jì)算、等一系列的步驟,最終完成了手柄軸設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了不少的問(wèn)題,通過(guò)網(wǎng)上查詢、請(qǐng)老師和同學(xué)討論之后得到了解決問(wèn)題的辦法。 經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì),讓我了解了在學(xué)校中所學(xué)的東西,也為我以后的工作打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。這篇設(shè)計(jì)雖然已經(jīng)完成了,但由于本人缺少實(shí)際經(jīng)驗(yàn),所以在設(shè)計(jì)中肯定還存在一定的問(wèn)題,需要改進(jìn)。希望老師能給我提點(diǎn)意見(jiàn)和建議。最后本人會(huì)在公司里好好學(xué)習(xí),以提高自己的實(shí)踐水平,為將來(lái)的工作打下更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在這里,我要感謝我們的指導(dǎo)老師趙學(xué)海老師,是她給了我設(shè)計(jì)的想法,在我的課題中給了我很多的指導(dǎo)和改進(jìn),在一些對(duì)我來(lái)說(shuō)比較難懂難理解的細(xì)節(jié)問(wèn)題上,給予了我詳細(xì)的說(shuō)明,幫我除去了許多不必要的麻煩使我有充足的時(shí)間來(lái)完成本課題。參考書(shū)目1. 李益民主編 機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 北京:機(jī)械工藝出版社,1993.62. 徐圣群主編 簡(jiǎn)明機(jī)械加工工藝手冊(cè) 上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社。3. 倪森壽主編 機(jī)械制造工藝與裝備習(xí)題集和課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 北京:化學(xué)工業(yè)出版社 20034. 孫本緒 熊萬(wàn)武主編 機(jī)械加工余量手冊(cè) 北京:國(guó)防工業(yè)出版社5. 王少俊主編 機(jī)械制造工藝手冊(cè) 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 19846. 孟少農(nóng)主編 機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京:機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)出版社 19827. 趙家齊主編 機(jī)械制造工藝學(xué)課程指導(dǎo)書(shū) 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 19938. 張龍勛主編 機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)和課程習(xí)題集 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 19949. 馬智賢主編 機(jī)械加工余量手冊(cè) 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 199410. 趙如福主編 金屬加工工藝手冊(cè) 上海:上??茖W(xué)工藝出版社 199211. 張進(jìn)生主編 機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo) 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 1995
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