2105柴油机转速器盘加工工艺规程制订及夹具

2105柴油机转速器盘 加工工艺规程制订及夹具 西南农业大学工程技术学院 专业名称：机械设计制造及其自动化 班 级：2001级3班 学生姓名： 指导教师： 摘 要：工艺规程是工装设计、制造和确定零件加工方法与加工路线的主要依据，它对组织生产、保证产品质量、提高劳动生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有着直接的影响，因此是生产中的关键工作。夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响着机械加工的质量，生产效率和成本，因此，夹具设计是机械工艺准备和施工中的一项重要工作。本文对2105柴油机转速器盘的结构和工艺进行了分析，确定了机械加工工艺路线，制订出了零件的铸造工艺和机械加工工艺规程，并为加工零件上直径 mm的孔设计了一套专用钻床夹具。 关键词：加工工艺；铸造工艺；工艺规程；夹具设计 Abstract：The process is the base of frock design、manufacturing、the method of machining and machining route. Its function is flowing: organizing produce, controlling quality, enhancing productivity, reducing cost, reducing produce periods, improving work conditions, etc. So, the process planning is the core part of produce. Fixture is very important equipment in process of machine manufacturing because it can directly affect the quality of products and productivity and cost. So fixture designing is also a basilica portion in machine process preparative and manufacture. This thesis is about the analysis with the craftwork and the structure of the 2105 speed governor tray which is used for the diesel engine, make sure the process route, establish the foundry process project and the process planning of the parts, and design a set of appropriative fixture for the bore with diameter 10mm. Key Words：Group technology; Foundry technology; Process planning; Fixture design 文献综述 自新中国成立以来，我国的制造技术与制造业得到了长足发展，一个具有相当规模和一定技术基础的机械工业体系基本形成。改革开放二十多年来，我国制造业充分利用国内国外两方面的技术资源，有地推进企业的技术改造，引导企业走依靠科技进步的道路，使制造技术、产品质量和水平及经济效益发生了显著变化，为推动国民经济的发展做出了很大的贡献。尽管我国制造业的综合技术水平有了大幅度提高，但与工业发达国家相比，仍存在阶段性差距。进入二十一世纪，我国发展经济的主导产业仍然是制造业，特别是在我国加入世贸组织后，世界的制造中心就从发达国家迁移到了亚洲，我国有廉价的劳动力和广大的消费市场，因此，我国工业要想发展，就需要有相应的技术和设备来支持。 一、机械加工工艺规程制订 1.1 机械加工工艺过程的定义 机械加工工艺过程是指用机械加工方法改变毛坯的形状，尺寸，相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的全过程。机械加工工艺过程直接决定零件及产品的质量和性能，对产品的成本、生产周期都有较大的影响，是整个工艺过程的重要组成部分。 1.2 机械加工工艺过程的组成 组成机械加工工艺过程的基本单元是工序。工序又是由安装、工位、工步及走刀组成的。 ⑴ 工序是指一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。工序是制定劳动定额、配备工人及机床设备、安排作业计划和进行质量检验的基本单元。 ⑵ 安装是工件经一次装夹后所完成的那一部分工序。 ⑶ 当应用转位（或移位）加工的机床（或夹具）进行加工时，在一次装夹中，工件（或刀具）相对于机床要经过几个位置依次进行加工，在每一个工作位置上所完成的那一部分工序，称为工位。采用多工位加工可以减少装夹的次数，减少装夹误差，提高生产率。 ⑷ 工步是加工表面在切削刀具和切削用量（仅指主轴转速和进给量）都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程。 ⑸ 在一个工步中，如果要切掉的金属层很厚，可分几次切削，每切削一次就称为一次走刀。 1.3 机械加工工艺规程的定义 规定产品或零部件制造过程和操作方法等的工艺文件，称为工艺规程，它是企业生产中的指导性技术文件。 1.4 机械加工工艺规程的作用及内容 1.4.1机械加工工艺规程的主要作用 ①机械加工工艺规程是生产准备工作的主要依据。根据它来组织原材料和毛坯的供应，进行机床调整，专用工艺装备的设计与制造，编制生产作业计划，调配劳动力，以及进行生产成本核算等。 ②机械加工工艺规程也是组织生产、进行计划调度的依据。有了它就可以制定生产产品的进度计划和相应的调度计划，并能做到各工序科学地衔接，使生产均衡、顺利，实现优质、高产和低消耗。 ③机械加工工艺规程是新建工厂的基本技术文件。根据它和生产纲领，才能确定所需机床的种类和数量、工厂的面积、机床的平面布置、生产工人的工种、等级和数量、以及各辅助部门的安排等。 1.4.2机械加工工艺规程包括的内容 机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片，是两个主要的工艺文件。机械加工工艺过程卡片，是说明零件加工工艺过程的工艺文件。在单件、小批量生产中，以机械加工工艺过程卡片指导生产，过程卡的各个项目编制较为详细。机械加工工序卡片是为每个工序详细制定的，用于直接指导工人进行生产，多用于大批量生产的零件和成批生产中的重要零件。 1.5 制订机械加工工艺规程的原则及步骤 在一定的生产条件下，以最少的劳动消耗和最低的费用，按计划加工出符合图纸要求的零件，是制订机械加工工艺规程的基本原则。 制订机械加工工艺规程的步骤如下： ①根据零件的生产纲领决定生产类型； ②分析零件加工的工艺性； ③选择毛坯的种类和制造方法； ④拟订工艺过程； ⑤工序设计； ⑥编制工艺文件。 二、夹具设计 2.1 夹具的概念及组成 在机床上装夹工件所使用的工艺装备称为机床夹具。夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。 机床夹具由定位元件、夹紧装置、对刀及导引元件、连接元件、夹具体、其他装置或元件组成。定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具的基本组成部分。 2.2 夹具的类型及作用 按夹具的应用范围分类有通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具等；按夹具上的动力源分类有手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具、切削力及离心力夹具等。 机床夹具的主要作用为： ①易于保证加工精度，并使一批工件的加工精度稳定； ②缩短辅助时间，提高劳动生产率，降低生产成本； ③减轻工人操作强度，降低对工人的技术要求； ④扩大机床的工艺范围，实现一机多能； ⑤减少生产准备时间，缩短新产品试制周期。 2.3 夹具的定位和夹紧 定位是指确定工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。夹紧是指工件定位后将其固定，使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作。 工件在夹具中的定位通常有以下四种情况：完全定位、部分定位、欠定位、重复定位。工件在夹具中的夹紧是由夹具的夹紧装置完成的。夹紧装置通常由动力装置和夹紧机构两大部分组成。典型的夹紧机构有斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、圆偏心夹紧机构、定心夹紧机构、铰链夹紧机构、联动夹紧机构等。夹紧动力装置有气动夹紧装置、液压夹紧装置、电磁夹紧装置、真空夹紧装置等。 三、CAFD与CAPP 3.1 CAFD的概况 在过去的十几年中，研究人员的研究重点放在发展和改善计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)和计算机辅助工艺规划(CAPP)方面。只是在最近20年来，CAFD才发展成为CAD/CAM集成技术的一个重要组成部分，并且成为CAPP的一个重要方面，它是CIMS环境下设计和制造之间的连接纽带。随着CAD/CAM系统在工业中的建立， CAFD（计算机辅助夹具设计）很自然地应用到了夹具设计当中。由于夹具对制造成本和制造周期的影响非常大，研究人员才开始注意到CAFD的重要作用，并把缩短加工准备周期作为CAFD的一个重要目标。一些学者介绍了一种交互式的CAFD软件，该软件环境拥有夹具元件库和通过菜单选择夹具的组装顺序，这是最初的与CAD软件相配合，利用CAD处理图形的能力，并与使用者的经验相联系的第一代交互式I-CAFD (interact computer-aided fixture design，I-CAFD)夹具设计系统。80年代中期发展而来的第二代CAFD，根据变异式(variant)和生成式(generative)两种方法产生了基于成组技术(GT)和基于知识(KB)的两类CAFD系统。在变异式夹具设计方法中，属于同一部件族的工件被认为具有相似的加工特征，相似的操作和安装顺序，所以设计者可以通过对现有的设计稍加变化，就可获得对另一相似工件的夹具设计。通过成组技术的编码系统，对夹具库中原有的相似的夹具元件做相应的调整，从而适应新的工件的加工要求。当无法恢复相似的夹具时，就可以使用生成式夹具设计方法，产生新的夹具，将新产生的夹具编码添加到夹具库中，为下次设计作参考之用。90年代发展起来的CAFD是第三代，这个时代CAFD的特点是转向了以产品夹具结构为目的，实际生产应用为导向的夹具的软件设计上。 目前，CAFD的发展大大降低了制造研制周期，优化了制造加工过程，验证了制造工艺流程，在FMS及CIMS中正发挥着越来越重要的作用。计算机辅助夹具设计可归纳为四种方法：部分自动化夹具设计、夹具自动设计法(AFD)、参数夹具设计、据已有夹具方案进行夹具设计。 3.2 CAPP的概况 CAPP是一种通过计算机技术来辅助工艺人员以系统化方法确定零件从毛坯到成品的制造方法的技术。 CAPP的基本原理是： ①将零件的特征信息以代码或数据的形式，输入计算机，并建立起零件信息的数据库； ②第二、把工艺人员编制工艺的经验、工艺知识和逻辑思想以工艺决策规则的形式输入计算机，建立起工艺决策规则库（工艺知识库）； ③把制造资源、工艺参数以适当的形式输入计算机，建立起制造资源和工艺参数库； ④通过程序设计充分利用计算机的计算、逻辑分析判断、存贮以及编查询等功能来自动生成工艺规程。 CAPP的设计方法有三种：派生式方法、创成式方法、人工自能方法。 在CAD/CAPP/CAM集成系统中，CAPP是连接CAD和CAM之间的桥梁和纽带。CAD数据库信息只有经过CAPP系统才能变成CAM的加工信息。集成化的CAPP系统能够直接接收CAD的零件信息，进行工艺规划，生成有关工艺文件，并以工艺设计结果和零件信息为依据，经过适当的后置处理，生成NC程序，从而实现CAD/CAPP/CAM的集成。CAPP发展的趋势总体说来，CAPP的发展具有三大趋势:集成化趋势、工具化趋势、智能化趋势。未来的CAPP系统不仅要与CAD和CAM集成，还要与制造自动化系统(MAS)、管理信息化系统(NHS)以及质量监测与控制系统(CAQ)等集成。 四、夹具技术的发展趋势 4.1 CAFD的发展趋势 计算机技术的发展为夹具设计提供了有利的工具。CAFD系统已经从对二维绘图软件的二次开发发展到实现与三维绘图软件的集成设计，使夹具的结构表达更清晰。三维绘图软件成为CAFD的有利工具。 随着CIMS、并行工程和敏捷制造技术的发展，企业对CAFD的需求也越来越迫切。 归纳目前CAFD系统的研究方向主要包括以下几个方面： ①集成化：CAFD是生产准备的重要部分。确定该工序所使用的夹具，给出夹具的装配图和零件图是连接CAD与CAM的桥梁。集成化的CAFD应首先实现与CAPP的集成。集成化是CAFD系统发展的必然方向，是企业信息集成的必然要求。 ②化：标准化是提高CAFD系统适应性和促进集成的基础。功能模块标准化将有利于实现CAFD系统与CAPP的集成。 ③并行化：以往的CAFD总是在CAPP制定完所有工序之后才开始进行，并行化则强调CAFD与CAPP并行实现。CAFD并行化的发展将更加提高夹具设计效率，缩短生产准备周期。 ④智能化：人工智能技术在CAFD系统中的最初的主要应用是专家系统。但是，专家系统在知识获取、推理方法等方面还存在一些问题。各种技术的综合应用，如模糊数学与神经网络的结合，将更进一步推进CAFD智能化的发展。 4.2 CAPP的发展趋势 分析世界近30年和我国10年来CAPP发展概况，可以对CAPP的发展趋势分析如下： ⑴ 在并行工程思想的指导下实现CAD/CAPP/CAM的全面集成，进一步发挥CAPP在整个生产活动中的信息中枢和功能调节作用，这包括： ①与产品设计实现双向的信息交换与传送； ②与生产计划调度系统实现有效集成； ③与质量控制系统建立内在联系。 ⑵ 开发应用面广、适应性强的CAPP系统，即大力发展工具型CAPP系统。 ⑶ 进一步深入研究人工智能在工艺创成中的应用，更好的解决工艺设计的动态性和经验性。 ⑷ 对CAPP领域内的难题进行攻关，主要集中在： ①工艺知识的获取方法以及CAPP系统的自学习问题； ②基准选择和装夹方法的确定； ③工序图的自动生成等。 1 引 言 毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及全部专业课之后进行的。这是我们对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是我们在走进社会工作岗位前的一次理论联系实际的训练。因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。 本毕业设计的内容是制订2105柴油机转速器盘加工工艺规程及夹具设计。详细讨论转速器盘从毛坯到成品的机械加工工艺过程，分析总结转速器盘的结构特点、主要加工表面，并制定相应的机械加工工艺规程；针对转速器盘零件的主要技术要求，设计钻孔用的钻床夹具。 本着力求与生产实际相结合的指导思想，本次毕业设计达到了综合运用基本理论知识，解决实际生产问题的目的。由于个人能力所限、实践经验少、资料缺乏，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。 2 零件分析 2.1 零件的生产纲领及生产类型 生产纲领是企业在计划期内应当生产的产量。在毕业设计题目中，转速器盘的生产纲领为5000件/年。生产类型是企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。转速器盘轮廓尺寸小，属于轻型零件。因此，按生产纲领与生产类型的关系确定，该零件的生产类型属于中批生产。 2.2 零件的作用 毕业设计题目给定的零件是2105柴油机中调速机构的转速器盘，从整体上来说，其径向尺寸比轴向尺寸大，因此，可以将其划定为不规则的盘类零件。零件上直径为Φ10mm的孔装一偏心轴，此轴一端通过销与手柄相连，另一端与油门拉杆相连。转动手柄，偏心轴转动，油门拉杆即可打开油门（增速）或关小油门（减速）；两个直径为Φ6mm孔装两个定位销，起限位作用。手柄可在120°内转动，实现无级变速。转速器盘通过两个直径为Φ9mm的螺栓孔用M8螺栓与柴油机机体相连。 2.3 零件的加工工艺分析 转速器盘共有九个机械加工表面，其中，两个直径为Φ9mm的螺栓孔与Φ10mm孔有位置要求；120°圆弧端面与Φ10mm孔的中心线有位置度要求。现分述如下： ⑴ 两个直径为Φ9mm的螺栓孔 两个直径为Φ9mm的螺栓孔的表面粗糙度为Ra6.3，螺栓孔中心线与底平面的尺寸要求为18 mm；两个螺栓孔的中心线距离为 mm；螺栓孔与直径为Φ10mm的孔中心线距离为 mm；与柴油机机体相连的后平面，其表面粗糙度为Ra6.3。 ⑵ Φ10mm的孔及120°圆弧端面 Φ10mm的孔尺寸为Φ10 mm，表面粗糙度为Ra3.2，其孔口倒角0.5×45°，两个Φ6 mm的孔表面粗糙度为Ra3.2，120°圆弧端面相对Φ10mm孔的中心线有端面圆跳动为0.2mm的要求，其表面粗糙度为Ra6.3。 从以上分析可知，转速器盘的加工精度不是很高。因此，可以先将精度低的加工面加工完后，再以加工过的表面为定位基准加工精度较高的Φ10mm和Φ6mm孔。 2.4 零件主要技术条件分析及技术关键问题 从转速器盘的各个需要加工的表面来分析：后平面与机体相连，其长度尺寸精度不高，而表面质量较高；两个Φ9mm的螺栓孔，因需要装配螺栓进行连接，还要用于夹具 定位，其加工精度可定为IT9级；Φ25mm圆柱上端面和120º圆弧端面位置精度要求不高；两个Φ6mm的孔需要装配定位销，表面质量要求高；Φ10mm孔需要装配偏心轴，其表面质量要求高；各加工面之间的尺寸精度要求不高。 从以上分析可知，该零件在中批量生产条件下，不需要采用专用的机床进行加工，用普通机床配专用夹具即可保证其加工精度和表面质量要求。因此，该零件的加工不存在技术难题。为提高孔的表面质量，在孔加工工序中采用铰削对其进行精加工。 3 铸造工艺方案设计 3.1 确定毛坯的成形方法 该零件材料为HT200，考虑到转速器盘在工作过程中受力不大，轮廓尺寸也不大，各处壁厚相差较小，从结构形式看，几何形体不是很复杂，并且该零件年产量为5000件/年，采用铸造生产比较合适，故可采用铸造成形。 3.2 铸件结构工艺性分析 该零件底平面因散热面积大，壁厚较薄，冷却快，故有可能产生白口铁组织，但因为此件对防止白口的要求不严，又采用砂型铸造，保温性能好，冷却速度较慢，故能满足转速器盘的使用要求。 3.3 铸造工艺方案的确定 3.3.1铸造方法的选择 根据铸件的尺寸较小，形状比较简单，而且选用灰口铸铁为材料，并且铸件的表面精度要求不高，结合生产条件（参考《金属工艺学课程设计》表1-7）选用砂型铸造。 3.3.2造型及造芯方法的选择 在砂型铸造中，因铸件制造批量为中批生产（参考《金属工艺学课程设计》表1-8），故选用手工分模造型。型芯尺寸不大，形状简单（参考《金属工艺学课程设计》表1-9），故选择手工芯盒造芯。 3.3.3分型面的选择 选择分型面时要尽可能消除由它带来的不利影响，因为转速器盘有两个Φ18mm的圆柱，考虑起模方便，以两中心线所在平面为分型面。而以此平面为分型面时，Φ25mm的圆柱在上下箱中的深度相差很小。此外，底平面位于下箱中，能够保证其铸造质量。 3.3.4浇注位置的选择 因为分型面为水平面，所以内浇口开在水平分型面处，又因为该零件形状不规则，需要设计一个型芯，为不使铁水在浇注时冲刷型芯，采用与型芯面相切方向进行浇注。由于该零件在后平面壁厚相对较大，为了不使这些地方产生缩孔、缩松，在该处开出冒口进行补缩。注入方式采用中间注入式。 3.4 铸造工艺参数的确定 3.4.1加工余量的确定 按手工砂型铸造，灰铸铁查《金属工艺学课程设计》表1-11，查得加工余量等级为 ，转查表1-12，零件高度＜100mm，尺寸公差为13级，加工余量等级为H，得上下表面加工余量为6.5mm及4.5mm，实际调整取4.5mm。 3.4.2拔模斜度的确定 零件总体高度小于50mm（包括加工余量值在内），采用分模造型后铸件的厚度很小，靠松动模样完全可以起模，故可以不考虑拔模斜度。 3.4.3分型负数的确定 按公式 计算， mm， ＜1，取 。但考虑上型的许多面均是要加工的平面，而且加工余量已修正为小值，即使尺寸变化较大也不能使加工余量增多，对该零件影响不大，所以分型负数可以不给。 3.4.4收缩率的确定 通常，灰铸铁的收缩率为0.7%~1% ，在本设计中铸件取1% 的收缩率。 3.4.5不铸孔的确定 为简化铸件外形，减少型芯数量，直径小于Φ30mm的孔均不铸出，而采用机械加工形成。 3.4.6铸造圆角的确定 为防止产生铸造应力集中，铸件各表面相交处和尖角处，以R = 3mm~5mm圆滑过渡。 3.5 型芯设计 转速器盘的底平面形状简单，厚度较薄，且零件上两个Φ18mm的圆柱与底平面平行，不利于采用分模铸造，因此需要设计一个整体型芯，以形成铸件上的两个Φ18mm的圆柱和底平面，达到简化模样和铸造工艺的目的。型芯在砂箱中的位置用型芯头和型芯撑来固定，型芯头采用圆形水平式芯头。转速器盘上相差120°的两个筋板之间的空腔深度尺寸不大，形状也比较简单，可以考虑采用砂垛代替砂芯，减少型芯。型芯简图如图1所示。 3.6 绘制铸造工艺图 其工艺图见铸造工艺图。 4 机械加工工艺规程设计 4.1 基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工过程中会问题百出，甚至造成零件大批量报废，使生产无法正常进行。 图1 型芯简图 4.1.1粗基准的选择 对于一般盘类零件而言，按照粗基准的选择原则（当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面为粗基准）。选取转速器盘的底平面作为粗基准，加工出后平面。而加工Φ25mm圆柱上端面、120º圆弧端面时，选择转速器盘的底平面为粗基准；在加工Φ9mm螺栓孔、Φ18mm圆柱端面时，以加工过的后平面为定位基准；加工Φ10mm孔和Φ6mm孔时，则以后平面和两个Φ9mm孔为定位基准。 4.1.2精基准的选择 为保证加工精度，结合转速器盘的特征，主要采用基准重合原则和统一基准原则来进行加工。加工后平面、Φ25mm圆柱上端面、120º圆弧端面时，主要运用统一基准原则，即均以转速器盘的底平面作为定位基准；而在加工Φ9mm螺栓孔、Φ18mm圆柱端面、Φ10mm孔和Φ6mm孔时，选用基准重合原则，即选用设计基准作为定位基准。在实际加工中，为方便加工，各工序中运用专用夹具进行夹持，将以上两种原则综合运用。 4.2 表面加工方案的选择 ⑴ 后平面 表面粗糙度为Ra6.3，经济精度为IT9，加工方案确定为：粗铣→精铣； ⑵ Φ18mm圆柱端面 表面粗糙度为Ra12.5，经济精度为IT11，加工方案确定为：粗铣； ⑶ Φ9mm螺栓孔 表面粗糙度为Ra6.3，经济精度为IT9，加工方案确定为：钻削→铰孔； ⑷ Φ25mm圆柱上端面 表面粗糙度为Ra6.3，经济精度为IT9，加工方案确定为：粗铣→精铣； ⑸ Φ10mm孔 表面粗糙度为Ra6.3，经济精度为IT9，加工方案确定为：钻削→粗铰→精铰→孔倒角； ⑹ 120º圆弧端面 表面粗糙度为Ra6.3，经济精度为IT9，加工方案确定为：粗铣→精铣； ⑺ Φ6mm孔 表面粗糙度为Ra6.3，经济精度为IT9，加工方案确定为：钻削→铰孔。 4.3制订机械加工工艺路线 制订机械加工工艺路线的出发点，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，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，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降低。 ⑴ 工艺路线方案一 工序10 铸造； 工序20 热处理； 工序30 粗、精铣后平面； 工序40 粗铣两个直径为Φ18mm的圆柱前端面； 工序50 粗、精铣直径为Φ25mm的圆柱上端面； 工序60 钻削、铰削加工直径为Φ9mm的孔； 工序70 钻削、铰削加工直径为Φ10mm的孔并锪倒角0.5×45º； 工序80 粗、精铣加工120º圆弧端面； 工序90 钻削、铰削加工两个直径为Φ6mm的孔； 工序100 去毛刺； 工序110 检查； 工序120 入库。 ⑵ 工艺路线方案二 工序10 铸造； 工序20 热处理； 工序30 粗、精铣后平面； 工序40 粗铣两个直径为Φ18mm的圆柱前端面； 工序50 粗、精铣直径为Φ25mm的圆柱上端面； 工序60 粗、精铣加工120º圆弧端面； 工序70 钻削、铰削加工直径为Φ9mm的孔； 工序80 钻削并铰削加工直径为Φ10mm的孔并锪倒角0.5×45º； 工序90 钻削、铰削加工两个直径为Φ6mm的孔； 工序100 去毛刺； 工序110 检查； 工序120 入库。 ⑶ 工艺方案的比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于：方案一是按工序集中原则及保证各加工面之间的尺寸精度为基础而制订的工艺路线。而方案二只是按工序集中原则制订，没有考虑到各个加工面的加工要求及设计基准。这样虽然提高了生产率，但可能因设计基准与工序基准不重合而造成很大的尺寸误差，使工件报废。特别是铣削加工120º圆弧端面，如果按方案二进行加工，则是Φ10mm的孔在其后加工。这样，120º圆弧端面的形位公差0.2mm（端面圆跳动）根本不能保证，只保证了其与直径为Φ25mm的端面尺寸位置要求4 mm。另外，先加工出Φ10mm的孔，然后以该孔为定位基准，加工时工件在圆形回转工作台上围绕Φ10mm孔的轴线旋转，更便于加工120º圆弧端面。 因此，最后的加工路线确定如下： 工序10 铸造； 工序20 热处理； 工序30 粗、精铣后平面，以零件底平面及直径为Φ25mm的外圆柱面为粗基准。选用X63卧式铣床，并加专用夹具； 工序40 粗铣两个直径为Φ18mm的圆柱端面，以经过精加工的后平面及底平面为基准，选用X52K立式铣床，并加专用夹具； 工序50 粗、精铣直径为Φ25mm的圆柱上端面，以底平面为基准，Φ25mm圆柱下端面为辅助基准，选用X52K立式铣床，并加专用夹具； 工序60 钻削、铰削加工直径为Φ9mm的两个螺栓孔，以经过精加工的后平面和底平面为基准，选用Z525立式钻床，并加专用夹具； 工序70 钻、铰Φ10mm的孔，并锪倒角0.5×45º，以Φ9mm的孔及后平面为基准，选用Z525立式钻床，并加专用夹具； 工序80 粗、精铣120º圆弧端面，以Φ10mm的孔和底平面及后平面为定位基准，选用X52K立式铣床，并加专用夹具； 工序90 钻、铰加工两个Φ6mm的孔，以Φ10mm的孔和底平面及后平面定位。选用Z525立式钻床，并加专用夹具； 工序100 去毛刺； 工序110 检查； 工序120 入库。 以上工艺过程详见“机械加工工艺卡片”。 4.4 确定机械加工余量及工序尺寸 根据以上原始资料及机械加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸、毛坯尺寸如下： 1. 两螺栓孔Φ9mm 毛坯为实心，而螺栓孔的精度为IT9（参考《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-9）， 确定工序尺寸及余量： 钻孔：Φ8.9mm； 铰孔：Φ9 mm，2Z = 0.1mm。 具体工序尺寸见表1。 表1 工序尺寸表 工序 名称 工序间 余量/mm 工序间 工序间 尺寸/mm 工序间 经济精度 /μm 表面粗糙度 /μm 尺寸公差 /mm 表面粗糙度 /μm 铰孔 0.1 H9 Ra6.3 9 Ra6.3 钻孔 8.9 H12 Ra12.5 8.9 Ra12.5 2. Φ10 mm孔 毛坯为实心，而孔的精度要求界于IT8~IT9之间（参照《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-9及表2.3-12），确定工序尺寸及余量： 钻孔Φ9.8mm； 粗铰孔：Φ9.96mm，2Z = 0.16mm； 精铰孔：Φ10 mm，2Z = 0.04mm。 具体工序尺寸见表2。 表2 工序尺寸表 工序 名称 工序间 余量/mm 工序间 工序间 尺寸/mm 工序间 经济精度 /μm 表面粗糙度 /μm 尺寸公差 /mm 表面粗糙度 /μm 精铰孔 0.04 H9 Ra6.3 10 Ra6.3 粗铰孔 0.16 H10 Ra6.3 9.96 Ra6.3 钻孔 9.8 H12 Ra12.5 9.8 Ra12.5 3. 两个Φ6 mm孔 毛坯为实心，而孔的精度要求界于IT8~IT9之间（参照《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-9及表2.3-12），确定工序尺寸及余量为： 钻孔：Φ5.8mm； 铰孔：Φ6 mm，2Z = 0.2mm。 具体工序尺寸见表3。 表3 工序尺寸表 工序 名称 工序间 余量/mm 工序间 工序间 尺寸/mm 工序间 经济精度 /μm 表面粗糙度 /μm 尺寸公差 /mm 表面粗糙度 /μm 铰孔 0.2 H9 Ra6.3 6 Ra6.3 钻孔 5.8 H12 Ra12.5 5.8 Ra12.5 4. 后平面 粗铣：Z = 3.5mm； 精铣：Z = 1.0mm。 具体工序尺寸见表4。 表4 工序尺寸表 工序 名称 工序间 余量/mm 工序间 工序间 尺寸/mm 工序间 经济精度 /μm 表面粗糙度 /μm 尺寸公差 /mm 表面粗糙度 /μm 精铣 1.0 H8 Ra6.3 7 Ra6.3 粗铣 3.5 H11 Ra12.5 8 Ra12.5 毛坯 H13 Ra25 11.5 Ra25 5. Φ18mm圆柱前端面 粗铣：Z = 4.5mm。 具体工序尺寸见表5。 表5 工序尺寸表 工序 名称 工序间 余量/mm 工序间 工序间 尺寸/mm 工序间 经济精度 /μm 表面粗糙度 /μm 尺寸公差 /mm 表面粗糙度 /μm 粗铣 4.5 H11 Ra12.5 14 Ra12.5 毛坯 H13 Ra25 18.5 Ra25 6. Φ25mm上端面 粗铣：Z = 3.5mm； 精铣：Z = 1.0mm。 具体工序尺寸见表6。 表6 工序尺寸表 工序 名称 工序间 余量/mm 工序间 工序间 尺寸/mm 工序间 经济精度 /μm 表面粗糙度 /μm 尺寸公差 /mm 表面粗糙度 /μm 精铣 1.0 H8 Ra6.3 8 Ra6.3 粗铣 3.5 H11 Ra12.5 9 Ra12.5 毛坯 H16 12.5 Ra25 7. 120°圆弧端面 粗铣：Z = 3.5mm； 精铣：Z = 1.0mm。 具体工序尺寸见表7。 表7 工序尺寸表 工序 名称 工序间 余量/mm 工序间 工序间 尺寸/mm 工序间 经济精度 /μm 表面粗糙度 /μm 尺寸公差 /mm 表面粗糙度 /μm 精铣 1.0 H8 Ra6.3 11 Ra6.3 粗铣 3.5 H11 Ra12.5 12 Ra12.5 毛坯 H16 15.5 Ra25 4.5 确定切削用量及基本工时 4.5.1 工序30：粗、精铣后平面 1. 粗铣后平面 ⑴ 选择刀具和机床 查阅《机械制造工艺设计简明手册》，由铣削宽度 = 28mm，选择 = 80mm的镶齿套式面铣刀(GB1129-85)，根据《切削用量简明手册》表1.2，选择YG6硬质合金刀片，由于采用标准硬质合金面铣刀，故齿数z = 10，机床选择卧式铣床X63。 ⑵ 选择切削用量 ①切削深度 由于加工余量不大，可以在一次走刀内切完，故取 = 4.0mm。 ②每齿进给量 采用不对称端铣以提高进给量，查《切削用量简明手册》表3.5，当使用镶齿套式面铣刀及查阅《机械制造工艺设计简明手册》得机床的10kw时，得 = 0.14mm/z ~0.24mm/z ，故取 = 0.24mm/z。 ③确定铣刀磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据《切削用量简明手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm，由铣刀直径 = 80mm，查《切削用量简明手册》表3.8，故刀具磨钝寿命T = 180min。 ④切削速度 和每分钟进给量 根据《切削用量简明手册》表3.16，当 mm， ， ≤7.5mm， ≤0.24mm/z时， m/min， r/min， mm/min。 各修正系数： 故 (m/min) (r/min) (mm/min) 按机床选取： = 235r/min， = 300mm/min，则切削速度和每齿进给量为： (m/min) (mm/z) ⑤检验机床功率 根据《切削用量简明手册》表3.24，当工件的硬度在HBS =174~207时，a ≤35mm， ≤5.0mm， = 80mm，z =10， = 300mm/min。查得P = 2.7kw，根据铣床X63说明书，机床主轴允许功率为：P =10×0.75kw = 7.5kw，故P ＜P ，因此，所选择的切削用量是可以采用的，即 = 4.0mm， = 300mm/min， = 235r/min， = 59 m/min， = 0.13mm/z。 ⑥计算基本工时 式中， ， mm，查《切削用量简明手册》表3.26， mm，所以， (mm)， (min)。 2. 精铣后平面 ⑴ 选择刀具和机床 查阅《机械制造工艺设计简明手册》，由铣削宽度 = 28mm，选择 = 80mm的镶齿套式面铣刀(GB1129-85)。根据《切削用量简明手册》表1.2，选择YG6硬质合金刀片，由于采用标准硬质合金面铣刀，故齿数z = 10，机床选择卧式铣床X63。 ⑵ 选择切削用量 ①切削深度 由于加工余量不大，可以在一次走刀内切完，故取 = 0.5mm。 ②每齿进给量 采用对称端铣以提高加工精度，查《切削用量简明手册》表3.5，当使用镶齿套式面铣刀及查阅《机械制造工艺设计简明手册》得机床的功率为10kw时，得 = 0.14 mm/z ~0.24mm/z ，因采用对称端铣，故取 = 0.14mm/z。 ③确定铣刀磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据《切削用量简明手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.5mm，由铣刀直径 = 80mm，查《切削用量简明手册》表3.8，故刀具磨钝寿命T = 180min。 ④切削速度 和每分钟进给量 根据《切削用量简明手册》表3.16，当 mm， ， ≤1.5mm， ≤ 0.24mm/z时， m/min， r/min， mm/min。 各修正系数： 故 (m/min) (r/min) (mm/min) 按机床选取： = 375r/min， = 375mm/min，则切削速度和每齿进给量为： (m/min) (mm/z) ⑤检验机床功率 根据《切削用量简明手册》表3.24，当工件的硬度在HBS = 174~207时， ≤35mm， ≤1.0mm， = 80mm，z =10， = 375mm/min，查得P = 1.1kw，根据铣床X63说明书，机床主轴允许功率为：P =10×0.75kw = 7.5kw，故P ＜P ，因此，所选择的切削用量是可以采用的，即： = 0.5mm， = 375mm/min， = 375r/min， = 94.2m/min， = 0.1mm/z。 ⑥计算基本工时 式中， ， mm，查《切削用量简明手册》表3.26， mm，所以， (mm)， = = 0.15(min)。 4.5.2 工序40：粗铣两个Φ18 mm的圆柱前端面 ⑴ 选择刀具和机床 查阅《机械制造工艺设计简明手册》，由铣削宽度 =18mm，选择 = 20mm的高速钢莫氏锥柄立铣刀(GB1106-85)，故齿数z = 3，机床选择立式铣床X52K。 ⑵ 选择切削用量 ①切削深度 由于加工余量不大，可以在一次走刀内切完，故取 = 4.5mm。 ②每齿进给量 采用对称端铣以提高加工精度，查《切削用量简明手册》表3.3，当使用高速钢莫氏锥柄立铣刀及查阅《机械制造工艺设计简明手册》得机床的功率为7.5kw时，得 = 0.2 mm/z ~0.3mm/z，故取 = 0.2mm/z。 ③确定铣刀磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据《切削用量简明手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.8mm，由铣刀直径 = 20mm，查《切削用量简明手册》表3.8，故刀具磨钝寿命T = 60min。 ④切削速度 和每分钟进给量 根据《切削用量简明手册》表3.14，当 mm， ， ≤10mm， ≤0.24mm/z时， m/min， r/min， mm/min。 各修正系数： 故 (m/min) (r/min) (mm/min) 按机床说明书选取： =190r/min， = 78mm/min，则切削速度和每齿进给量为： (m/min) = = = 0.14(mm/z) ⑤检验机床功率 根据《切削用量简明手册》表3.22，当 ≤19mm， = 0.1mm/z ~0.15mm/z， ≤10mm， ≤184mm/min。查得P = 0.9kw，根据铣床X52K说明书，机床主轴允许功率为：P = 9.125×0.75kw = 6.84kw，故P ＜P ，因此，所选择的切削用量是可以采用的，即 = 4.5mm， = 78mm/min， = 190r/min， = 11.93m/min， = 0.14mm/z。 ⑥计算基本工时： 式中， ， mm，查《切削用量简明手册》表2.29， mm，所以， (mm)， (min)。 因为有两个圆柱端面，所以， = 0.16×2= 0.32(min)。 4.5.3 工序50：粗、精铣Φ25mm的圆柱上端面 1. 粗铣Φ25mm的圆柱上端面 ⑴ 选择刀具和机床 查阅《机械制造工艺设计简明手册》，由铣削宽度 = 25mm，选择 = 32mm的高速钢莫氏锥柄立铣刀(GB1106-85)，故齿数z = 4。机床选择立式铣床X52K。 ⑵ 选择切削用量 ①切削深度 由于加工余量不大，可以在一次走刀内切完，故取 = 3.5mm。 ②每齿进给量 查《切削用量简明手册》表3.3及根据机床的功率为7.5kw，得 = 0.2mm/z ~0.3mm/z ，故取 = 0.2mm/z。 ③确定铣刀磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据《切削用量简明手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.5mm，由铣刀直径 =32mm，查《切削用量简明手册》表3.8，故刀具磨钝寿命T = 90min。 ④切削速度 和每分钟进给量 根据《切削用量简明手册》表3.14，当 mm， ， ≤10mm， ≤0.20mm/z时， m/min， r/min， mm/min。 各修正系数： 故 (m/min) (r/min) (mm/min) 按机床选取： = 95r/min， = 50mm/min，则切削速度和每齿进给量为： (m/min) = = = 0.13(mm/z) ⑤检验机床功率 根据《切削用量简明手册》表3.22，当 ≤27mm， = 0.05 mm/z ~0.09mm/z， ≤10mm， ≤157mm/min。查得P =1.3kw，根据铣床X52K说明书，机床主轴允许功率为：P = 9.125×0.75kw = 6.84kw，故P ＜P 。因此，所选择的切削用量是可以采用的，即 = 3.5mm， = 50mm/min， = 95r/min， = 9.55m/min， = 0.13mm/z。 ⑥计算基本工时 式中， ， mm，查《切削用量简明手册》表2.29， mm，所以， (mm)， (min)。 2. 精铣Φ25mm的圆柱上端面 ⑴ 选择刀具和机床 查阅《机械制造工艺设计简明手册》，由铣削宽度 = 25mm，选择 = 32mm的高速钢莫氏锥柄立铣刀(GB1106-85)，故齿数z = 4。机床选择立式铣床X52K。 ⑵ 选择切削用量 ①切削深度 精加工，余量很小，故取 = 1.0mm。 ②每齿进给量 查《切削用量简明手册》表3.3及根据机床的功率为7.5kw，得 = 0.2mm/z ~0.3mm/z，故取 = 0.2mm/z。 ③确定铣刀磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据《切削用量简明手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.25mm，由铣刀直径 = 32mm，查《切削用量简明手册》表3.8，故刀具磨钝寿命T = 90min。 ④切削速度 和每分钟进给量 根据《切削用量简明手册》表3.14，当 mm， ， ≤10mm， ≤0.20mm/z时， m/min， r/min， mm/min。 各修正系数： 故 (m/min) (r/min) (mm/min) 按机床选取：n = 75r/min， = 39mm/min，则切削速度和每齿进给量为： (m/min) = = = 0.13(mm/z) ⑤检验机床功率 根据《切削用量简明手册》表3.22，当 ≤27mm， = 0.10 mm/z ~0.15mm/z， ≤10mm， ≤132mm/min。查得P =1.1kw，根据铣床X52K说明书，机床主轴允许功率为：P = 9.125×0.75kw = 6.84kw，故P ＜P ，因此，所选择的切削用量是可以采用的，即 =1.0mm， =39mm/min， = 75r/min， = 7.54m/min， = 0.13mm/z。 ⑥计算基本工时 式中， ， mm，查《切削用量简明手册》表2.29， mm，所以， (mm)， (min)。 4.5.4 工序60：钻削、铰削加工两个Φ9mm的孔 1. 钻削两个Φ8.9mm的孔 ⑴ 选择刀具和机床 查阅《机械制造工艺设计简明手册》，由钻削深度 = 4.45mm，选择 = 8.9mm的H11级高速钢麻花钻(GB1438-85)，机床选择立式钻床Z525。 ⑵ 选择切削用量 ①进给量f 根据《切削用量简明手册》表2.7，取f = 0.47 mm/r ~0.57mm/r，查阅《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-16，故取f = 0.43mm/r。 根据《切削用量简明手册》表2.19，可以查出钻孔时的轴向力，当f ≤0.51mm/r， ≤12mm时，轴向力 = 2990N。轴向力的修正系数均为1.0，故 = 2990N。根据立式钻床Z525说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力 = 8829N，由于 ≤ ， 故 f = 0.43mm/r可用。 ②切削速度 根据《切削用量简明手册》表2.15，根据f = 0.43mm/r和铸铁硬度为HBS = 200~ 217，取 =12m/min。根据《切削用量简明手册》表2.31，切削速度的修正系数为： ， ， ， ， ， ，故 = (m/min) = = = 285.6(r/min) 根据立式钻床Z525说明书，可以考虑选择选取：n = 272r/min，降低转速，使刀具磨钝寿命上升，所以， (m/min)。 ③确定钻头磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据《切削用量简明手册》表2.12，当 = 8.9mm时，钻头后刀面最大磨损量为0.5mm，故刀具磨钝寿命T = 35min。 ④检验机床扭矩及功率 根据《切削用量简明手册》表2.21，当 f = 0.51mm/r， ≤11.1mm。查得 =15N· m，根据立式钻床Z525说明书，当 = 272r/min， =72.6N· m，故 ＜ ，根据《切削用量简明手册》表2.23，P =1.0kw，根据立式钻床Z525说明书，P = 2.8kw，故P ＜ P 。因此，所选择的切削用量是可以采用的，即： f = 0.43mm/r， = 272r/min， = 7.6m/min。 ⑤计算基本工时 式中， ， mm，查《切削用量简明手册》表2.29， mm，所以， (mm)， = = 0.16(min)。 因有两个孔，所以，t = 2×0.16= 0.32(min)。 2.铰削两个Φ9H9mm孔 ⑴ 选择刀具和机床 查阅《机械制造工艺设计简明手册》，选择 = 9mm的H9级高速钢锥柄机用铰刀(GB1133-84)，机床选择立式钻床Z525。 ⑵ 选择切削用量 ①进给量f 查阅《切削用量简明手册》表2.11及表2.24，并根据机床说明书取f = 0.65mm/r ~1.3mm/r，故取f = 0.72mm/r。 ②切削速度 根据《切削用量简明手册》表2.24，取 = 8m/min。根据《切削用量简明手册》表2.31，切削速度的修正系数为： ， ，故： = (m/min) = = = 249.1(r/min) 根据立式钻床Z525机床说明书选取： =195r/min，所以， (m/min)。 ③确定铰刀磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据《切削用量简明手册》表2.12，当 = 9mm时，铰刀后刀面最大磨损量为0.4mm，故刀具磨钝寿命T = 60min。因此，所选择的切削用量： f = 0.72mm/r， = 195r/min， = 5.51m/min。 ④计算基本工时 式中， ， mm，查《切削用量简明手册》表2.29， mm，所以， (mm)， = = 0.14(min)。 因有两个孔，所以，t = 2×0.14 = 0.28(min)。 4.5.5 工序70：钻削、铰削加工Φ10 mm的孔并锪倒角0.5×45° 1. 钻削Φ9.8mm孔 ⑴ 选择刀具和机床 查阅《机械制造工艺设计简明手册》，由钻削深度 = 4.9mm，选择 =9.8mm的H12级高速钢麻花钻(GB1438-85)，机床选择立式钻床Z525。 ⑵ 选择切削用量 ①进给量f 根据《切削用量简明手册》表2.7，取f = 0.47 mm/r ~0.57mm/r， 查阅《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-16，故取f = 0.43mm/r。 根据《切削用量简明手册》表2.19 ，可以查出钻孔时的轴向力，当f ≤0.51mm/r， ≤12mm时，轴向力 = 2990N。轴向力的修正系数均为1.0，故 = 2990N。根据立式钻床Z525说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力 = 8829N， 由于 ≤ ，故f = 0.43mm/r可用。 ②切削速度 根据《切削用量简明手册》表2-15，根据f = 0.43mm/r和铸铁硬度为HBS = 200~217，取 =12m/min。根据《切削用量简明手册》表2.31，切削速度的修正系数为： ， ， ， ， ， ，故： = (m/min) = = = 259.3(r/min) 根据立式钻床Z525说明书，可以考虑选择选取： = 195r/min，所以， (m/min)。 ③确定钻头磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据《切削用量简明手册》表2.12，当 = 9.8mm时，钻头后刀面最大磨损量为0.5mm，故刀具磨钝寿命T = 35min。 ④检验机床扭矩及功率 根据《切削用量简明手册》表2.21，当f ≤0.51mm/r， ≤11.1mm。查得 =15N·m，根据立式钻床Z525说明书，当 =195 r/min， = 72.6N·m，故 ＜ ，根据《切削用量简明手册》表2.23，P = 1.0kw， 根据立式钻床Z525说明书，P = 2.8kw，故P ＜P 。因此，所选择的切削用量是可以采用的，即 f = 0.43mm/r， = 195r/min， = 6m/min。 ⑤计算基本工时 式中， ， mm，查《切削用量简明手册》表2.29， mm，所以， (mm)， = =0.16(min)。 2.粗铰Φ9.96H10mm孔 ⑴ 选择刀具和机床 查阅《机械制造工艺设计简明手册》，选择 = 9.96mm的H10级高速钢锥柄机用铰刀(GB1133-84)，机床选择立式钻床Z525。 ⑵ 选择切削用量 ①进给量f 查阅《切削用量简明手册》表2.11及表2.24，并根据机床说明书取f = 0.65mm/r ~1.3mm/r，故取f = 0.72mm/r。 ②切削速度 根据《切削用量简明手册》表2.24，取 = 8m/min。根据《切削用量简明手册》表2.31，切削速度的修正系数为： ， ，故： = (m/min) = = = 225.1(r/min) 根据立式钻床Z525机床说明书选取：n =195r/min，所以， (m/min)。 ③确定铰刀磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据《切削用量简明手册》表2.12，当 = 9.96mm时，铰刀后刀面最大磨损量为0.4mm，故刀具磨钝寿命T = 60min。因此，所选择的切削用量： f = 0.72mm/r， = 195r/min， = 6.1m/min。 ④计算基本工时 式中， ， m