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车床输出轴机械加工工艺设计  

2009-11-24 14:52:31|  分类: 史提芬邹电动工具 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                                    序言
      机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业之后进行的。这是我们进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接,也是一次理论联系实际训练。因此,它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。
      就我个人而言,我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,从锻炼自己分析问题、解决问题的能力,为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。
     我也相信通过课程设计能将零碎的知识点都联系起来,系统而全面的做好设计。
一、零 件 图 分 析
(一)零件的作用
题目所给定的零件为CA6140车床输出轴,其主要作用,一是传递转矩,使车床主轴获得旋转的动力;二是工作过程中经常承受载荷;三是支撑传动零部件。
(二)零件的材料及其力学性能
零件的材料为45钢,是最常用中碳调质钢,综合力学性能良好,淬透性低,水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理,大型件宜采用正火处理。其价格较便宜,经过调质或正火后可得到较好的切削性能,而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能,局部淬火后再回火,表面硬度可达52HRC-45HRC.
     
(三)零件的结构工艺分析
从零件图上看,该零件是典型的零件,结构比较简单,其主要加工的面有φ55、φ60、φ65、φ75、φ176的外圆柱面,φ50、φ80、φ104的内圆柱表面,10个φ20的通孔,图中所给的尺寸精度高,大部分是IT6级;粗糙度方面表现在键槽两侧面、φ80内圆柱表面为Ra3.2um, φ55外圆柱面、大端端面为Ra1.6um, φ60、φ75外圆柱面为Ra0.8um,其余为Ra6.3um,要求不高;位置要求较严格,表现在φ55的左端面、φ80内孔圆柱面对φ75、φ60外圆轴线的跳动量为0.04mm, φ25孔的轴线对φ80内孔轴线的位置度为φ0.05mm,键槽对φ55外圆轴线的对称度为.0.08mm;热处理方面需要调质处理,到200HBW,保持均匀。 通过分析该零件,其布局合理,方便加工,我们通过径向夹紧可保证其加工要求,整个图面清晰,尺寸完整合理,能够完整表达物体的形状和大小,符合要求。
二、毛坯的分析
毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一,也是一个比较重要的阶段,毛坯的形状和特征(硬度,精度,金相组织等)对机械加工的难易,工序数量的多少有直接影响,因此,合理选择毛坯在生产占相当重要的位置,同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。
一、
毛坯的选择
毛坯种类的选择决定与零件的实际作用,材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性,毛坯的制造方法主要有以下几种:1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。根据零件的材料,推荐用型材或锻件,但从经济方面着想,如用型材中的棒料,加工余量太大,这样不仅浪费材料,而且还增加机床,刀具及能源等消耗,而锻件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度,冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。本零件生产批量为中批量,所以综上所叙选择锻件中的模锻。
二、
毛坯图的设计
毛坯(锻件)图是根据产品零件设计的,经查《机械加工工艺手册》《金属机械加工工艺人员手册》知精车-半精车-粗车各余量,从而可得毛坯余量<或查表得到>,见图2.
                                图2
   三、工艺路线拟定
(1)定位基准的选择
工件在加工第一道或最初几道工序时,一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准,这个是粗基准,该零件选用φ55外圆柱面作为粗基准来加工φ176外圆柱面和右端面。以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则,在以后的工序中,则使用经过加工的表面作为定位基准,φ176的外圆柱面和右端面作为定位基准,这个基准就是精基准。在选精基准时采用有基准重合,基准统一。这样定位比较简单可靠,为以后加工重要表面做好准备。
(2)加工方法的确定
在市场经济的前提下,一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的,同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下,译稿工件的加工效率和经济性,而在具体的选择上,一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。由于方法的多种多样,工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。
同样在该零件的加工方法的选择中,我们考虑了工件的具体情况和我们学校的具体加工条件,一般我们按加工顺序来阐述加工方案:

加工表面
表面粗糙度
公差/精度等级
加工方法
φ176外圆柱面        Ra6.3        自由公差
粗车-半精车
φ55外圆柱表面        Ra1.6        IT6        粗车-半精车-精车
φ60外圆柱面        Ra0.8        IT6        粗车-半精车-精车
φ65外圆柱面        Ra1.6        IT6        粗车-半精车-精车
φ75外圆柱面        Ra0.8        IT6        粗车-半精车-精车
φ50内圆柱面        Ra6.3        自由公差
粗铣
φ80孔        Ra3.2        IT7        钻孔-车孔-铰孔
φ104孔        Ra6.3        自由公差
钻孔-车孔
φ20通孔        Ra3.2        IT7        钻孔-铰孔
左端面        Ra6.3                粗车
右端面        Ra1.6                粗车-精车
键槽        Ra3.2        IT9        粗铣-精铣
倒角        Ra6.3               
                  四、加工顺序的安排   
(1)工序的安排
1、加工阶段的划分
当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。
①        粗加工阶段:其任务是切除毛坯上大部分余量,使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品,因此,主要目标是提高生产率,去除内孔,端面以及外圆表面的大部分余量,并为后续工序提供精基准,如加工φ176、φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱表面。
②        半精加工阶段:其任务是使主要表面达到一定的精加工余量,为主要表面的精加工做好准备,如φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱面,φ80、φ20孔等。
③        精加工阶段:其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度,留一定的精加工余量,为主要表面的精加工做好准备,并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求,主要目标是全面保证加工质量。
2、基面先行原则
该零件进行加工时,要将端面先加工,再以左端面、外圆柱面为基准来加工,因为左端面和φ55外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的,才能使定位基准更准确,从而保证各位置精度的要求,然后再把其余部分加工出来。
3、先粗后精
即要先安排粗加工工序,再安排精加工工序,粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉,一方面提高金属切削效率,另一方面满足精车的余量均匀性要求,若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时,则要安排半精车,以此为精车做准备。
4、先面后孔
对该零件应该先加工平面,后加工孔,这样安排加工顺序,一方面是利用加工过的平面定位,稳定可靠,另一方面是在加工过的平面上加工孔,比较容易,并能提高孔的加工精度,所以对于CA6140车床输出轴来讲先加工φ75外圆柱面,做为定位基准再来加工其余各孔。
(2)工序划分的确定
工序集中与工序分散:工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多,工序集中使总工序数减少,这样就减少了安装次数,可以使装夹时间减少,减少夹具数目,并且利用采用高生产率的机床。工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行,每道工序的内容很少,最少时每道工序只包括一简单工步,工序分散可使每个工序使用的设备,刀具等比较简单,机床调整工作简化,对操作工人的技术水平也要求低些。
综上所述:考虑到工件是中批量生产的情况,采用工序分散
辅助工序的安排:辅助工序一般包括去毛刺,倒棱角,清洗,除锈,退磁,检验等。
(3)、热处理工序的安排
热处理的目的是提高材料力学性能,消除残余应力和改善金属的加工性能,热处理主要分预备热处理,最终热处理和内应力处理等,本零件CA6140车床输出轴材料为45钢,在加工过程中预备热是消除零件的内应力,在毛坯锻造之后。最终热处理在半精车之后精车之前,按规范在840℃温度中保持30分钟释放应力。
(4)、拟定加工工艺路线
根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则,可以初步确定加工工艺路线,具体方案如下:
方案一
1、
备料
锻造毛坯
2、
热处理
退火(消除内应力)
3、
普车
粗、精车右端面 钻中心孔
4、
普车
粗φ176外圆柱面 倒角
5、
普车
粗车各外圆柱面留半精车、精车余量,左端面
6、
热处理
调质
7、
数控车
半精车、精车各外圆柱面到要求 倒角
8、
数控车
钻φ30的底孔,车φ104,车φ80孔留镗孔余量
9、
数控车
镗φ80孔到要求,倒角
10 数控车
倒角
11 数控铣
铣φ50、钻、扩、铰φ20到要求
12、数控铣
铣键槽
13、去毛刺
14、检验  


方案二
1    备料
锻造毛坯
2   热处理
退火(消除内应力)
3   普车
粗车各圆柱面留半精车、精车余量以及左端面
4   普车
粗、精车右端面 钻中心孔
5   普车
粗车φ176外圆柱面 倒角
6   热处理
调质
7   数控车
半精车左端各圆柱面到要求
8   数控车
精车左端台阶到要求并倒角
9   数控车
钻φ30的底孔,车φ104,车φ80孔留镗孔余量
10 数控车
铰φ80孔到要求,倒角   
11 数控车
倒角
12 铣
铣φ50、钻、扩、铰φ20到要求
13 铣
铣键槽
14 去毛刺
15 检验


方案三
1   备料
锻造毛坯
2   热处理
退火(消除内应力)
3   数控铣
铣端面 钻中心孔
4   普车
车大端外圆
5   普车
车φ55
6   普车        φ60
7   普车        φ65
8   普车        φ75
9   普车
车内孔
10 数控铣
铣φ50、钻、扩、铰φ20到要求 铣键槽
11 倒角
12 去毛刺
13 检验


综上所述:三个工艺方案的特点在于工序集中和工序分散和加工顺序,从零件本身来考虑,由于轴类零件在切削加工时易产生弯曲变形,如采用工序分散,在加工时零件的位置精度无法保证,为了同时保证零件图示的圆跳动要求,所以采用方案二。

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