240排气摇臂钻深孔说明书

目 录 TOC \o "1-3" \h \z \u 一、零件的分析 2 1.1摇臂的作用 2 1.2摇臂的工艺结构分析 2 二、工艺规程的设计 3 2.1毛坯的选择 3 2.2基面的选择 3 2.3制定工艺路线 4 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 7 2.5 确定切削用量及基本时 8 三、刀具设计 16 四、夹具设计 23 参 考 文 献 30 一、零件的分析 1.1摇臂的作用 摇臂是一个双臂杠杆，它的作用是将挺杆的运动传递给气门，在柴油机凸轮轴旋臂转臂围绕摇臂转动，摇臂头部下降、与气门杆端面接触并向下推动气门而使气门开启，同时通过气门锁片和气门弹簧座而压缩气门主副弹簧；凸轮轴继续旋转，转过凸轮升程的最高点并进入将程部分后，被压缩的气门主副弹簧则通过气门弹簧座而逐渐将气门顶起，最终将气门关闭。排气摇臂是柴油机的基础件，它的质量好坏直接影响柴油机配气定时功能的顺利实现。 1.2摇臂的工艺结构分析 240排气摇臂为叉架类零件，结构复杂，加工的难度大。排气摇臂左右两侧深孔的倾角分别对应相等，但240排气摇臂深孔的倾角不同，左侧深孔和摇臂的回转中心成12º，右侧深孔和摇臂的回转中心成10º，两个深孔相交于摇臂的回转中心。其中，直径为￠60孔的公差要求为上下偏差0.03，距摇臂回转中心左侧116.5mm处为一个上端￠23的沉头孔，下端是一个M18×1.5-6H的螺纹孔，同轴度要求为0.03.距摇臂回转中心右侧153.5mm处是一个￠18H7的孔，粗糙度要求为3.2.为了提高加工效率，一次可装卡两个工件，同时进行加工。由于孔的尺寸精度和表面粗糙度要求都不高，采用长钻头一次钻孔即可完成。 二、工艺规程的设计 2.1毛坯的选择 240排气摇臂为叉架类零件，材料为42CrMo,结构复杂；硬度达HB300，粘性也比较大；加工表面要求不高，而且摇臂的生产为大批量生产，因此，应该选用铸件作为毛坯，且以铸造性良好，价格便宜，并有良好耐压、减磨和减振性能的灰铸铁为主。 2.2基面的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 （1）粗基准的选择：主要考虑如何保证加工表面与不加工表面之间的位置和尺寸要求，保证加工表面的加工余量均匀和足够，以及减少装夹次数等。具体原则有以下几方面： ①粗基准要选择平整、面积大的表面。 ②如果零件上有一个不需加工的表面，在该表面能够被利用的情况下，应尽量选择该表面作粗基准。 ③如果零件上有几个不需要加工的表面，应选择其中与加工表面有较高位置精度要求的不加工表面作第一次装夹的粗基准。 ④如果零件上所有表面都需机械加工，则应选择加工余量最小的毛坯表面作粗基准。 ⑤粗基准一般只能用一次。 根据以上粗基准原则，应以Φ60mm孔的端面为粗基准面，限制3个自由度(1个平移自由度和2个旋转自由度)，用短圆柱销定位Φ60mm孔，限制2个自由度（平移），在用支承钉定位左侧的小平面，限制1个自由度（旋转），并且确定了两深孔的10º和12º倾角，从而摇臂的6个自由度全部得到了限制，达到完全定位。主夹紧选择直径为Φ60mm孔的另一个非定位端面夹紧，基本处于零件的对称中心，再加上右侧小平面的辅助支撑，能够保证夹紧稳定、可靠、不变形。 （2）精基准的选择。精基准选择的原则有：基准重合原则、基准统一原则、互为基准原则和自为基准原则。在选择时，主要应考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。 2.3制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应该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，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工作集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效率，以便使生产成本尽量下降。 2.3.1、工艺路线一 工序1 粗铣、半精铣Φ60mm孔的端面。 工序2 粗铣、半精铣摇臂两侧的小平面。 工序3 钻Φ18H7mm孔，Φ60mm孔。 工序4 粗铰Φ18H7mm，Φ60mm孔。 工序5 精铰Φ18H7mm，Φ60mm孔。 工序6 锪Φ23mm沉头孔。 工序7 钻Φ18mm孔。 工序8 攻M18×1.5-6H螺纹孔。 工序9 钻Φ7mm的两孔。 工序10 终检。 2.3.2、工艺方案二 工序1 钻Φ60mm孔。 工序2 粗铣、半精铣摇臂两侧的小平面及Φ60mm孔的端面。 工序3 钻Φ18H7mm孔。 工序4 粗铰Φ18H7mm，Φ60mm两孔。 工序5 精铰Φ18H7mm，Φ60mm两孔。 工序6 锪Φ23mm沉头孔。 工序7 钻Φ18mm孔。 工序8 攻M18×1.5-6H螺纹孔。 工序9 钻Φ7mm的两孔。 工序10 终检。 2.3.3、工艺方案的比较与分析 上述两个方案的特点在于：方案一与方案二在最后几道工序相同，只是方案一、二的工艺流程主要存在下面两个问题： 基准精度问题：摇臂深孔加工的主要定位面为直径为Φ60mm的孔及其端面。由于原有工序安排不合理，导致该基准孔与其端面的垂直度不好，从而间接的影响深孔的加工质量； 工序干涉问题：按照原有的工艺流程，先加工出摇臂两侧的竖直孔，再钻深孔。存在的主要问题为由于深孔与两侧孔相交，使得钻深孔时为断续切削，而钻头又很细长，极易钻偏，无法保证深孔的位置精度。 基准孔的工序改进： 钻深孔的定位基准为Φ60孔的原有加工流程为：先铣两端面（面1，面2），再精加工孔3. 由于面1和孔3不是一次加工成型，因此不易保证垂直度要求。经过调整，现在的工艺流程调整为：粗铰孔3，精铰孔3、铣端面1，再铣端面2。由于孔3和端面1为一次装卡完成加工，保证了二者的垂直度，以它们为定位基准时能够保证工件的定位精度，从而间接保证深孔的位置精度。 加工顺序调整： 按照前面的分析，为了避免断续切削，将深孔1、深孔4工序安排在钻铰两端孔2、孔3之前进行，使之为连续钻削，无冲击，容易保证深孔位置（和原来的工序相反）。而对于两端孔2、孔3，相对于深孔1、深孔4来说，孔径比较大，长度尺寸小，虽然是断续加工，位置容易保证。所以最后的工艺流程确定为： 工序1 钻Φ60mm孔。选用Z575型立式钻床和专用夹具。 工序2 粗铰、精铰Φ60mm孔。选用Z575型立式钻床和专用夹具。 工序3 粗铣、半精铣Φ60mm孔的端面。以Φ60mm孔和一个端面为粗基准，选用X61W型万能升降台铣床并加专用夹具。 工序4 钻Φ7mm两深孔。选用Z518型立式钻床和专用夹具。 工序5 钻Φ18H7mm的孔。选用Z518型立式钻床和专用夹具。 工序6 粗铰Φ18H7mm孔。选用Z518型立式钻床和专用夹具。 工序7 精铰Φ18H7mm孔。选用Z518型立式钻床和专用夹具。 工序8 锪Φ23mm沉头孔。 工序9 钻Φ18mm孔，选用Z518型立式钻床和专用夹具。 工序10 攻M18×1.5-6H螺纹孔，选用CA6140型车床和专用夹具。 工序11 终检。 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “240排气摇臂”零件材料为42CrMo,生产类型为大批生产,采用铸造毛坯. 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: 1.φ60孔外端面的加工余量: (1)粗铣余量：单边为3mm。 (2)半精铣余量:单边为Z=1.3mm，（见《金属加工工艺及工装设计》表4-32） 2. φ60mm孔加工余量，内孔精度要求为IT5级，参照《金属加工工艺及工装设计》表4-27，确定工序尺寸及余量为 毛坯孔 φ50mm 钻孔： φ58mm 扩孔： φ59.5mm Z=1.5～2.0mm，取Z=1.5mm 粗铰： φ59.9mm Z=0.3～0.5mm，取Z=0.4mm 精铰： φ60mm Z=0.1mm 3. φ18mm孔的加工余量，孔的精度要求为IT7，《金属加工工艺及工装设计》表4-29，确定工序尺寸及余量为 钻孔： φ16.8mm 扩孔： φ17.8mm Z=1.0～1.5mm 取Z=1.0 粗铰： φ17.95mm Z=0.1～0.15mm 取Z=0.15mm 精铰： φ18mm Z=0.05mm 4. φ23螺钉沉头孔的加工余量，孔的精度要求为IT7，《金属加工工艺及工装设计》表4-32，确定工序尺寸及余量为 钻孔： φ20.98mm 扩孔： φ22.78mm Z=1.8mm 粗铰： φ22.94mm Z=0.16mm 精铰： φ23mm Z=0.06mm 5. φ7mm两孔的加工余量，《金属加工工艺及工装设计》表4-30，确定工序尺寸及余量为 钻孔： φ6.8mm 粗铰： φ6.95mm Z=0.1～0.15mm 取Z=0.15mm 精铰： φ7mm Z=0.05mm 6. M18×1.5-6H螺纹孔的加工余量为 钻孔： φ18mm 攻螺纹： M18×1.5-6H 2.5 确定切削用量及基本时 工序 1 钻Φ60mm孔. 选用Z575型立式钻床。 钻Φ58mm的孔，选用选用高速钢钻头，d=58mm,Z575型立式钻床。 查《金属加工工艺及工装设计》表4-65，进给量f=0.9～1.4mm/r，按照机床使用说明取进给量f=1mm/r. 查《金属机械加工工艺人员》表14-60，取U=45m/min,则 （r/min) 查《金属机械加工工艺人员手册》表11-7得 =1.2mm， =15mm，则钻孔Φ58mm的机动工时为： （min） 扩孔Φ58mm成为Φ59.5mm，选用硬质合金扩孔钻，d=59.5mm。 单边切削深度 =0.9mm. 查《金属加工工艺及工装设计》表4-67，进给量f=0.9～1.0mm/r，按照机床使用说明书取进给量f=1mm/r. 查《金属机械加工工艺人员手册》表14-60，取U=45m/min,则 （r/min) 查《金属机械加工工艺人员手册》表11-7得 =0.9mm， =18mm，则扩孔Φ59.5mm的机动工时为： （min） 工序2 粗铰、 精铰Φ60mm孔,选用Z575型立式钻床。 1.粗铰Φ59.9mm孔，选用硬质合金铰刀,d=59.9mm。 单边切削深度 =Z/2=0.4/2=0.2mm。 查《金属加工工艺及工装设计》表4-70，f=1.0～1.5mm/r，按机床使用说明书取f=1.2mm/r. 查《金属机械加工工艺人员手册》表14-60，取U=40m/min,则 (r/min) 按机床使用说明书取 =180r/min,所以实际切削速度为： （m/min） 切削工时：查《金属机械加工工艺人员手册》得 =1.30mm, =25mm,则粗铰Φ59.9mm孔的机动工时为： (min) 2.精铰Φ60mm的孔，选用硬质合金铰刀,d=60mm。 单边切削深度 =z/2=0.1/2=0.05mm。 查《金属加工工艺及工装设计》表4-70，f=1.0～1.5mm/r，按机床使用说明书取f=1.2mm/r. 查《金属机械加工工艺人员手册》表14-60，取U=40m/min,则 (r/min) 按机床使用说明书取 =180r/min,所以实际切削速度为： (m/min) 切削工时：查《金属机械加工工艺人员手册》得 =1.20mm, =25mm,则精铰Φ20H7mm孔的机动工时为： (min) 工序3 粗铣、半精铣Φ60mm孔的端面，选用X61W型万能升降台铣床。 1.零件材料为42CrMo，故可用高速钢直齿三面刃圆盘铣刀。查《金属机械加工工艺人员手册》（简称简明手册）表10-125，取铣刀直径d=125mm，粗齿，z=20齿。 由于粗铣加工单边余量为3mm，小于5mm，故铣削宽 =3mm。 查《金属机械加工工艺人员手册》（简称工艺手册）表10-125可知， =0.08-0.15mm/z, 取 =0.1 mm/z。 查《金属机械加工工艺人员手册》表14-60,取u=38m/min则： （r/min） 根据机床使用说明书，查表3-29，取主轴实际转速 =100r/min,则实际切削速度 （r/min） 当 =100r/min时，刀具每分钟进给量 应为 = =0.1×20×100=200(mm/min) 查机床说明书，取实际进给速度 =235mm/min,则实际进给量 = (mm/Z) 切削工时：查《金属机械加工工艺人员手册》，切入长度 =1.7mm,超出长度 =3 mm。于是行程长度为 ，则机动工时为 (min) 2 半精铣φ60mm孔的端面 选用高速钢直齿三面刃圆盘铣刀，细齿，d=125mm,z=20齿。 由于加工余量1mm，经查手册，只需一次半精铣，故铣削宽度 =1mm 查《金属机械加工工艺人员手册》（简称工艺手册）表10-125可知，f=0.23～0.5mm/齿,取f=0.3mm/z 查《金属机械加工工艺人员手册》表14-70，取U=45m/min,则 (r/min) 根据机床使用说明书,查表3.29,取主轴转速 =125r/min,则实际切削速度 (m/min) 当 =125r/min时,工作台每分钟进给量 为 = =0.3×20×125=750(mm/min) 查机床使用说明书,取刀具实际进给速度为 =205 mm/min,则实际进给量为 f= (mm/z) 切削工时:由粗铣加工可知,刀具行程为 ，则机动工时 (min) 工序4 钻Φ7mm两深孔，选用Z518型立式钻床和专用夹具。 1.钻Φ7mm深孔，左侧深孔和摇臂孔的中心线成12°，右侧深孔和摇臂孔的中心线成10°，由于有角度的限制，所以选用摇臂钻床。钻Φ7mm两孔，选用高速钢麻花钻,d=7mm。 单边切削深度 =d/2=7/2=3.5mm。 查《金属工装及工艺设计》表4-77，f=0.3～0.5mm/r，按照机床使用说明书取f=0.3mm/r。 查《金属机械加工工艺人员手册》表14-73，取U=25m/min，则 (r/min) 按机床使用说明书取 =960r/min,所以实际切削速度为： (m/min) 左侧深孔的长度为 切削工时：查《金属机械加工工艺人员手册》得 =2.4mm, =1.0mm,则钻左侧Φ7mm孔的机动工时为： (min) 右侧深孔的长度为 钻右侧Φ7mm孔的机动工时为： (min) 所以，钻Φ7mm两孔的总工时为 =0.36+0.49=0.85(min) 工序5 粗铰Φ18H7mm孔，选用Z518型立式钻床。 1.粗铰Φ17.95mm的孔，选用高速钢铰刀,d=17.95mm， 单边切削深度 =z/2=0.15/2=0.075mm。 查《金属机械加工工艺人员手册》，按机床使用说明书取f=0.81mm/r. 查《金属机械加工工艺人员手册》表11-19，取U=0.173m/s=10.38m/min,则 (r/min) 按机床使用说明书取 =260r/min,所以实际切削速度为： (m/min) 切削工时：查《金属机械加工工艺人员手册》得 =1.075mm, =11mm,则粗铰Φ18H7mm孔的机动工时为： (min) 工序6 精铰Φ18H7mm孔，选用Z518型立式钻床。 1.精铰Φ18mm的孔，选用高速钢铰刀,d=17.95mm， 单边切削深度 =z/2=0.05/2=0.025mm。 查《金属机械加工工艺人员手册》，按机床使用说明书取f=1mm/r. 查《金属机械加工工艺人员手册》表11-19，取U=18m/min,则 (r/min) 按机床使用说明书取 =320r/min,所以实际切削速度为： （m/min） 切削工时：查《金属机械加工工艺人员手册》得 =0.9mm, =16mm,则精铰Φ18H7mm孔的机动工时为： (min) 工序7 锪Φ23mm沉头孔,选用Z5125型立式钻床，120°锥面锪钻,d=25mm。 查《金属机械加工工艺人员手册》表14-48，f=0.10～0.15mm/r,按机床试用说明书取f=0.13mm/r. 为了缩短辅助时间，取锪沉头孔的主轴转速与铰孔相同，即 =960r/min。 切削工时：查《金属机械加工工艺人员手册》得 =0.5-2mm,取 =1mm，则锪Φ23mm沉头孔倒角的机动工时为： (min) 工序8 攻M18×1.5-6H螺纹孔，选用CA6140型车床，选用旋风切削头来攻螺纹。 由此螺纹的代号可以知道，此螺纹为公制细牙螺纹，螺距是1.5mm。 1.​ 钻￠18mm的孔，选用高速钢麻花钻，d=18mm，选用Z518型立式钻床。 查《金属加工工艺及工装设计》表4-65，进给量f=0.9～1.4mm/r，按照机床使用说明书取进给量f=1.2mm/r. 查《金属机械加工工艺人员手册》表14-60，取U=40m/min,则 按照机床使用说明书取 ； 查《金属机械加工工艺人员手册》表11-7得 =1.5mm， =18mm，则钻孔Φ18mm的机动工时为： 2.​ 粗铰￠18mm的孔，选用硬质合金铰刀,d=18mm，选用Z518型立式钻床。 查《金属加工工艺及工装设计》表4-70，f=1.0～1.5mm/r，按机床使用说明书取f=1.2mm/r. 查《金属机械加工工艺人员手册》表14-60，取U=25m/min,则 按机床使用说明书取 =420r/min,所以实际切削速度为： 切削工时：查《金属机械加工工艺人员手册》得 =0.9mm, =18mm,则粗铰Φ18mm孔的机动工时为： 3.攻螺纹孔M18×1.5-6H，查《金属机械加工工艺人员手册》表11-49，选用M18丝锥，由于螺距P=1.5mm，所以进给量 f=1.5mm/r. 查《金属机械加工工艺人员手册》表11-49，取U=12.8m/min,则 (r/min) 按机床使用说明书取 =230r/min,所以实际切削速度为： (m/min) 切削工时：查《金属机械加工工艺人员手册》得 =8mm, =2.4mm,则攻螺纹孔M18×1.5-6H的机动工时为： (min) 三、刀具设计 3.1深孔钻削特点 深孔一般是指孔深l和孔径d之比大于5-10的孔。对于普通的深孔，如l/d=5-20，可以将普通的麻花钻接长而在车床或者是钻床上加工，对于l/d≥20-100的特殊深孔，则需要专用设备或是深孔加工机床用深孔刀具进行加工。 深孔加工不同于普通的孔加工，一些问题更为突出，因而在设计和使用深孔刀具时，应予以重视。这些问题有： 第一：断屑和排屑。深孔加工时必须保证可靠的断屑和排屑，否则切屑堵塞，将会引起刀具损坏； 第二，冷却和润滑。孔加工摩擦大，切削热不易散出，工作条件差，而深孔加工时，切削热更难注入，必须采取有效的冷却和润滑措施； 第三，导向。由于深孔的长径比较大，钻杆细长，刚性较低，容易产生振动，并使钻孔偏斜而影响加工精度和生产率。 3.2刀具方案确定 3.2.1结构形式 摇臂深孔长径比l/d≤20，孔径为自由公差，粗糙度Ra25，要求不是很高。而且工件的刚性好，质量稳定可靠。为此选用麻花钻头加长的方案。选择深孔麻花钻头。 麻花钻的结构 3.2.2材料选择 钻头选用W18Cr4V高速钢材料。 高速钢具有较高的热稳定性，高的强度和韧性，具有一定的硬度和耐磨性，性能较硬质合金稳定，适合于各类切削刀具的要求，而且制造工艺简单。 W18钢具有较好的综合性能，淬火时过热倾向小，磨削加工性好，塑性变形抗力大。 3.3刀具几何参数的选择 在刀具的几何角度中，前角 对于切削力的影响最大。在这里，先讨论前角 的选择。 3.3.1前角 对于切削力F的影响 3.3.1.1理论分析 当加工钢材料时，切削力F随前角 的增大而减小。这是因为当前角 增大时，剪切角￠也随之增大，金属塑性变形减小，变形系数减小，沿着前刀面的摩擦力f也减小。因此切削力F降低。 由计算切削力的理论中也可以直接看出刀具前角 对于切削力F的影响，由李和谢弗根据直线滑移线场理论推导出的近似剪切角公式为： ￠= /4- = /4-( - ) 式中， ----刀具前角 -----摩擦角 -----作用角 = - 根据这个公式，可知：当前角 增大时，剪切角￠随之增大，变形＆减小。可见在保证切削刃强度的前提下，增大刀具前角对改善切削过程是有利的。 工件材料：45钢（正火），HB=187；刀具结构：焊接平前刀面硬质合金外圆车刀；刀片材料：YT15；切削线速度V=96.5～105m/min；ap---切削深度 mm；f---进给量 mm/r 刀具前角对切削力的影响 前角 对于切削力F的影响程度，随着切削速度的增大而减小。当切削速度较高时，随着前角 的减小，切削力F虽然也要增大，但比低速时增大的程度为小，这是因为高速时的切削温度最高。摩擦、加工硬化程度和塑性变形都减小，而切屑的塑性也由于切削温度的提高而增大的缘故。 3.3.2前角 对切削温度的影响 所谓切削温度，是指前刀面上刀屑接触区的平均温度。分析各因素对切削温度的影响。主要应从这些因素随单位时间内产生的热量和传出的热量入手。如果产生的热量大于传出的热量，则这些因素将使切削温度增高；某些因素使传出的热量增大，则这些因素将使切削温度降低。 切削温度随着前角的增大而降低，这是因为前角增大时，单位切削力下降，使产生的切削热减小的缘故，但前角大于18°～20°后，对切削温度的影响减小，这是因为楔角变小而使散热的体积减小的缘故。 切削深度ap=3mm；进给量f=0.1mm/r；1-V=135m/min；2-V=105m/min；3-V=81m/min 刀具前角和切削温度的关系 高切削温度是刀具磨损的主要原因，它将限制生产率的提高。切削温度还会使加工精度降低，使已加工表面产生残余应力以及其它缺陷。主切削刃上任意一点 的前角 与该点的螺旋角 、主偏角 以及刃倾角 的关系为： 因此，适当加大麻花钻的前角，即其螺旋角的大小，可以有效降低切削温度，保证加工精度，提高生产率。在图样上，钻头的前角不予标注，而用螺旋角表示。 3.3.3麻花钻螺旋角 与切削力F 麻花钻的螺旋角 就是钻头的轴向前角。它是指钻头外圆柱面与螺纹槽表面的交线（螺旋线）上任意点的切线和钻头轴线之间的夹角。钻头外径处的螺旋角最大，越是接近中心，螺旋角 越小。 螺旋角 增大，则前角 也增大，轴向力和扭矩减小，切削轻快。但若螺旋角 过大，则切削刃的强度削弱，所以麻花钻的螺旋角取为18°～30°，大直径取大些。专用麻花钻的螺旋角可以根据加工材料的性质而选定。 3.3.4麻花钻螺旋角 的选择 根据前面的分析，麻花钻的螺旋角选用范围为18°～30°，遵循大直径选大值的原则。240摇臂钻深孔的钻头直径为Φ6.7，属于小直径，应选小些。将其适当的加大，选择螺旋角为32°，从而在保证钻头强度的前提下，有效降低切削力和切削温度，提高刀具使用寿命和生产效率。 3.3.5顶角 的选择 麻花钻的顶角 是两个主切削刃在与它们平行的平面上投影的夹角。顶角 越小，则主切削刃越长，单位切削刃上的负荷减轻，轴向力减小，且可使刀尖角增加，有利于散热，提高钻头的耐用度。但是若顶角 过小，钻尖强度就会减弱，并且由于切屑平均厚度减小，变形增加，当钻削强度和硬度高的工件时，钻头容易折损。通常应该根据工件的材料选择钻头的顶角值。加工钢和铸铁的麻花钻取118°. 3.3.6主偏角 和端面刃倾角 的选择 麻花钻主切削刃上任意一点的主偏角，是主切削刃在该点基面上的投影和钻头进给方向之间的夹角。由于主切削刃上各点的基面不同，所以主切削面上各点的主偏角也不相等。麻花钻磨出顶角后，各点的主偏角也就随之确定，它们的关系为： 式中 ----任意一点端面刃倾角； 3.3.7后角 的选择 为了测量方便，钻头主切削刃上任意一点 的后角，经常是用通过 点的圆柱剖面中的轴向后角 来表示。钻头的后角沿主切削刃是变化的。名义后角是钻头外圆处的后角，该处的后角 为8°～10°；靠近中心接近横刃处的后角为20°～25°，这样可以增加横刃切削时的前角和后角，改善切削条件，又能够弥补由于钻头轴向进给运动而使切削刃上每点实际工作后角减小所产生的影响。 3.4刀具各个部分长度的选择 3.4.1刀具总长度L、导向部分l的选择 查《金属机械加工工艺人员手册》8—17可知，由于240排气摇臂的两个￠7深孔的长度较大，所以选用锥柄加长麻花钻。各个部分的长度分别为： 刀具总长度L——236mm 导向部分长度l—155mm 3.5刀具耐用度校验 切削金属时，刀具一方面切下金属，另一方面刀具本身也要发生损坏。刀具损坏到一定程度，就要换刀或更换新的刀刃，才能进行正常切削。刀具磨损后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并导致切削力和切削温度增加，甚至产生振动，不能继续正常切削。因此，刀具磨损直接影响加工效率、质量和成本。 刀具耐用度是指：由刃磨后开始切削，一直到磨损量达到刀具磨钝标准所经过的总实际切削时间。对于某一切削加工，当工件、刀具材料和刀具几何形状选定之后，切削速度是影响刀具耐用度的最主要因素，提高切削速度，耐用度就降低。这是由于切削速度对于切削温度的影响最大，因而对刀具磨损影响最大。另外，当增加进给量f和切削深度ap时，刀具耐用度也要减小。 刀具耐用度的校验： 高速钢刀具，钻孔，S=0.2mm/r，则刀具的耐用度公式为： （min） 式子中，D-----刀具直径（mm） V-----切削线速度（m/min） S-------走刀量（mm/r） -------工件材料抗拉强度（ ） 本工序，钻头直径Φ6.7，切削速度V=18m/min，走刀量S=0.2mm/r,b=100 .代入公式，得： （min） 即该麻花钻头的耐用度为30.2分钟。 高速钢钻头钻孔，工件为灰铸铁材料，钻头直径Φ6.7，则钻头平均耐用度应为25分钟左右，本机床耐用度的计算结果为30.2分钟，大于25分钟，可用，说明切削用量选择比较合理。 四、夹具设计 夹具在工艺装备中占有十分重要的地位。因为夹具的好坏将在很大程度上影响工件的加工精度、生产率及成本。一台好的夹具，往往可以使低精度的机床加工出高精度的产品；或者是使生产率成倍的增长。因此夹具使工艺过程中最活跃的因素之一，而夹具设计则是一项重要的工艺工作。为了提高劳动生产率，保证产品生产质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经老师指导决定设计240排气摇臂钻深孔专用夹具，本夹具将用于Z3025型摇臂钻床，刀具为深孔麻花钻。 一台夹具包括定位、夹紧、对刀元件和装置，以及动力装置、夹具体等。夹具的功能是：保证加工精度、缩短辅助时间、扩大机床的使用范围、减轻工人的劳动强度。 4.1设计依据 4.1.1生产纲领 工件的生产纲领即年产量，对于工艺过程即工艺装备都会产生十分重要的影响。由于工件为叉架类零件，结构比较复杂。为此，采用液压自动定位、夹紧机构，自动化程度高，劳动强度小。但是为了简化结构，节约成本，采用人工上下料。 4.1.2工序内容 工序的具体内容：钻左右两侧2个直径为Φ7mm的深孔。 可同时装夹件数：2件。 工件精度要求：孔径为自由公差，粗糙度Ra25，中心线与水平方向的夹角分别为12º和10º，角度为自由公差。 已经加工的表面有：直径为60mm的孔及两侧端面，两侧底平面，深孔小平面。 4.2定位机构 4.2.1定位原理 一个物体在空间可能具有的运动，称之为自由度。由运动学可知，刚体在空间有六种独立运动，即具有六个自由度，三个平移运动，三个回转运动。 工件的定位条件：采用适当的定位元件，限制工件在夹具中的六个自由度，即可实现完全定位，这称之为工件的定位原理。另外，为限制工件的六个自由度，需要也仅是需要六个约束点，因此定位条件可以换另外一种方式表达：采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度，即可实现完全定位。这称为六点定位原理。 上面谈及到了要使工件完全定位，必须限制它的六个自由度。但是并不是在任何情况下都一定要限制六个自由度，一般只要求限制足以影响加工精度的那些自由度。在保证加工精度的前提下，优势并不需要完全限制工件的六个自由度，此时称之为不完全定位。 总结上面的讨论，可以把定位的条件引申一步，即工件在定位时，应该限制的自由度数目，应该由工序的加工精度要求而定，不影响加工精度的自由度可以不限制。若要求工件限制六个自由度，则称之为完全定位，否则为不完全定位。它们都是定位的正常情况。 如果在夹具设计时违反了上述原则，将会出现定位的非正常情况。它包括了两个方面：第一，定位元件不足，致使应该限制的自由度未被限制，叫做欠定位。很显然此时工件的位置精度将会无法保证，这是不允许的情况。第二，定位元件过多，而使工件的一个自由度被两个以上的定位元件限制，此时称之为超定位或者是过定位。这种情况会出现定位干涉，有时会带来很大的误差，也是应该避免的。在判断是否出现超定位时，常常要看是那一种定位方式，是否会导致下面的定位后果：如使定位不稳定、工件或夹具变形以及定位干涉等。 4.2.2定位方案分析 定位方案：在摇臂的各结构要素中，直径为Φ60mm的孔为回转中心，基本上也是工件的重心，尺寸精度较高，而且也是设计基准，两侧深孔中心线的延长线相交于该孔的中心，而且该孔的中心也是两侧深孔相对位置的基准。为此取直径为Φ60mm的孔及其一个端面作为定位基准，限制了5个自由度。令取左侧底平面为定位基准，限制了工件在竖直平面的旋转自由度，从而使工件6个方向的自由度全部得到了限制，实现完全定位，定位可靠。由于定位基准和设计基准重合，避免了基准转换带来的误差。 本工序采用的是孔与平面联合定位的方式。下面分别对这两种定位方式加以简单介绍。 在实际加工中，以平面作为基准而实现工件定位，是最常见的定位方式之一。如箱体、床身、机座、支架等类零件，在其主要加工工序中，经常采用平面定位。当采用粗基准定位时，由于定位基面误差较大，因此只是适用于采用钉支撑。当采用精基准定位时，基面精度较高，一般可采用板支撑。 孔定位在夹具中有着广泛的应用。这种 定位方式的基本特点是：定位孔与定位元件之间处于配合状态，并要求确保孔的中心线与夹具规定的轴线相重合。孔定位经常与平面定位组合使用。孔定位的方式主要有心轴定位、一面两销定位等。 在多基准组合定位时，习惯上把限制自由度最多的定位基面称为第一定位基面，并且依照限制自由度的多少而划分为第二、第三定位基面。本工序以Φ60孔的端面为主定位基面，其外沿达到了Φ70，相对于工件来说属于大端面，限制了一个平移自由度和两个回转自由度，共限制了三个自由度，Φ60孔的端面称为第一定位基面；孔定位方面，如果是长圆柱销定位，则限制了4个自由度，会产生超定位。为此做成短圆柱销定位。Φ60f7定位圆柱面，有效定位长度为27mm，摇臂定位孔深度为40mm。短圆柱销能够限制2个方向的平移自由度，而不限制旋转自由度。这样Φ60的孔及其端面总共限制了5个自由度；另外，为了确定所加工深孔的倾斜角度，还需要限制工件绕Φ60孔轴线的回转自由度。为此，选择左侧M18×1.5-6H螺纹孔的小端面为另一个定位基准，采用钉支撑方式定位，限制了一个自由度。这样，工件的六个自由度则全部得到了限制，实现了完全定位，而不存在超定位现象。 4.3定位元件 4.3.1定位套 定位套是摇臂的主要定位元件。其前端是定位圆柱面和定位端面，后端是螺纹部分，以两个螺母固定在支座上。定位套做成中空，中间通夹紧机构的拉杆。 由于定位套要频繁承受夹紧力，对于强度要求较高，因此采用20Cr低碳合金钢材料。定位外圆要承受工件反复定位，内孔与夹紧拉杆反复摩擦，后端面也承受压紧力，上述表面进行火处理，以便增强硬度和表面耐磨性。 4.3.2支承钉 支承钉是限制摇臂竖直平面内旋转自由度的定位元件。它与摇臂左侧小平面接触，以确定摇臂的倾斜角度。 支承钉的头部做成SR12的球形，使之和摇臂成为点接触，以便提高定位精度。由于需要频繁定位，并承受一定的夹紧力，选用45钢材料，头部战火处理，以提高硬度和耐磨性。 4.3.3垫圈 垫圈与支撑钉配套，厚度为5mm，可作为调整垫来用，当摇臂的倾角不合适时，可以通过改变垫圈的厚度达到改变角度的目的。45钢材料，两端粗糙度Ra0.8。 4.4夹紧机构 工件的夹紧是为了保证工件的正确定位在加工过程中不发生变动，这是夹紧机构设计的主要出发点。一个夹具的复杂程度在很大程度上取决于其夹紧机构的复杂程度。夹紧机构是否可靠、操作是否方便也是考核一个夹具性能优劣的重要方面。 4.4.1夹紧机构的设计原则 再设计夹紧机构时应该遵循的主要原则则可以归纳为以下五条： 第1，​ 夹紧必须保证定位而不能破坏定位; 第2，​ 工件和夹具的夹紧变形必须在允许的范围内； 第3，​ 夹紧机构必须稳定可靠； 第4，​ 夹紧机构的复杂程度和自动化程度应该和生产规模及工厂的物力、财力相适应，不求盲目追求所谓的先进水平，而不注意经济效果。 4.4.2主夹紧结构 4.4.2.1夹紧原理 主夹紧是指摇臂端面的夹紧，为液压系统驱动，斜楔夹紧机构。夹紧油缸的活塞杆推动推杆移动。推杆端部的斜楔面推动拉杆的斜楔面移动，从而带动压紧垫将工件压紧在定位套的端面上。当活塞反向后退时，弹簧推动拉杆后退，夹紧松开。拉杆斜楔角度为15 º ，直径Φ32mm，则楔面长度，即夹紧机构的行程为8.6mm。 斜楔夹紧机构的优点是有较大的扩力作用。楔角越小，扩力越大。而且，它可以很方便的使力的方向改变90º。 4.4.2.2拉杆 拉杆式夹紧机构主要的要件，直接承受主夹紧力。为保证足够的抗拉强度，选用40Cr合金材料。前端有夹紧垫圈槽，后端有斜形方孔，与推杆前端的斜楔面相接触。方孔表面进行战火处理，以便提高硬度和耐磨性。方孔宽度12H13，对称度0.02。 4.4.2.3夹紧垫 夹紧垫是快换垫片，一端开口，开口宽度为22.6mm，垫片厚度为7mm，两个端面粗糙度为Ra0.8。选用45钢材料，战火处理，并且表面氧化处理，以便提高耐磨性，抗锈蚀等。 夹紧时拉杆的头部将垫片压在摇臂的端面上，夹紧松开后，由于垫片有开口，可以直接将垫片取下，并且取下工件，方便快捷，实现快换。 4.4.2.4定位夹紧 定位夹紧是辅助夹紧机构。工件在竖直平面内由于切削分力的作用，有绕定位中心旋转的趋势。为了防止工件的转动，设定定位夹紧机构。 该机构也为液压驱动，沿着竖直方向布置。油缸供油，活塞杆推动 推杆移动，以螺纹连接于推杆顶部的支承钉顶在工件右端的小平面上，使工件绕定位中心旋转，左端小平面与左侧定位机构的支承钉接触，工件达到应该倾斜的角度，实现定位及夹紧。 4.5夹具基础件 夹具基础件主要包括夹具体焊接件、夹具体、支座等。 夹具体焊接件是夹具的支承件，安装于机床底座上，以两个A12×70圆锥销定位，8个M16×45螺栓把紧。尺寸为600×640×300。厚钢板焊接结构。焊接技术要求为:锐边倒钝；焊接后回火处理；焊接平整光滑，不得有毛刺。 夹具体是安装于夹具体焊接件上的过渡件，平板型结构，以8个M12螺栓把紧。定位机构、夹紧机构、导向元件等的支承钉都安装于夹具体上。尺寸为573×495×40。选用HT300材料，抗振和减振性好。由于外形和结构比较简单，铸造周期也不会太长。平板上开有多处空洞，以减轻重量。 夹具体技术要求为：周边倒角1.5×45º；粗加工后时效处理。 4.5.1导向装置 在钻孔中，因为钻头结构细长，刚性差，在切削中容易偏斜、弯曲，所以为了保证精度，尤其是位置精度，在夹具上装有导向元件来确定刀具的位置，并作为刀具的支承，以减小刀具的变形。 本机床夹具共有4套导向装置，每动力头1套，左侧两套平卧，右侧两套斜卧。导向装置主要包括钻模架、可换钻套、中间套、压套螺钉等。 钻模架是基础件，安装于夹具体上，以2个Φ8锥销定位，6个M10螺栓把紧。钢板焊接结构，焊接后回火处理，并发蓝，防止锈蚀。 可换钻套材料为T10A或者是YG532，战火处理。内径Φ6.7F8，定位面外径Φ16m6，长度40。下端开有45º断屑槽，4处均布。 中间套是在可换钻套和钻模架孔之间的过渡件，45钢处理，战火处理。外径Φ26n6，内径Φ16H7。当工件孔径变化时，可以通过更换中间套及钻套实现，而不需要改变钻模架。 压套螺钉是固定可换钻套用。螺钉端面压在钻套端面上，防止钻套从孔内退出。螺纹尺寸M8-6g，45钢材料，调质处理，表面发蓝处理。 4.5.2动力装置 夹具的动力装置主要有手动夹紧和机动夹紧两种装置。手动夹紧装置，由于其结构简单，制造容易，成本低，因此在各种生产规模中都普遍应用。但是手动夹紧动作慢，劳动强度大，夹紧力变动较大，因此在大批大量生产中，通常都采用机动夹紧。机动夹紧除了减轻体力劳动，提高生产率外，还有下列优点：夹紧力通过试验可以调节在最合理的范围内，可以比手动加紧力小些，因此工件和夹具的变形小，夹具的磨损减轻；对于工人的操作经验要求可以降低；便于较远距离操纵，实现自动化等，但是成本较高。 参 考 文 献 [1] 林存增.摇臂深孔加工设备的研究[j].硕士学位论文.辽宁：大连理工大学，2006 [2] 吴宗泽.罗圣国.机械设计课程设计设计手册[M].3版.北京：高等教育出版社，2006 [3] 王先奎.机械制造工艺学.2版.北京：清华大学出版社，2010 [4] 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