機(jī)械加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)示例

1、機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)示例（軸類零件）一、 設(shè)計(jì)任務(wù)：如圖所示的某挖掘機(jī)減速器中間軸簡圖。該軸材料為 20CrMnTi ，進(jìn)行滲碳 淬火處理，滲碳層深度為 0.81.2 ，淬火硬度為 HRC5862。在中批生產(chǎn)條件 下制訂該軸加工工藝過程。圖 5-1 中間軸二、 零件工藝過程分析與計(jì)算 （一）、分析研究產(chǎn)品的裝配圖和零件圖 1、審查圖紙的完整性和正確性 2、分析零件的技術(shù)要求（1）尺寸精度的分析：軸類零件的支承軸頸一般與軸承 配合，是軸類零件的主要表面， 通常對其 尺寸精度要求較高，為 IT5 IT7 。如挖掘機(jī)減速器中間軸的 40k5、50h5、 25h6等；其它尺寸相對而言精度要求低些。（2

2、）形狀精度的分析： 軸類零件的形狀精度主要是指支承軸頸的圓度、 圓柱度，一般應(yīng)將其限制在 尺寸公差范圍內(nèi)（本例即如此） ，對形狀精度要求高的軸，應(yīng)在圖樣上標(biāo)注其形 狀公差。（3）位置精度的分析：軸的位置精度主要有軸頸之間的同軸度或跳動度 （本例兩處對基準(zhǔn) A-B 的跳 動度 0.016 ），定位端面與軸線的垂直度（本例 25h6 軸頸左端面對基準(zhǔn) A-B的垂直度 0.03 ），鍵槽對軸線的對稱度等。（4）表面粗糙度的分析：一般與傳動件相配合的軸頸的表面粗糙度 Ra值為 2.5 0.63 m ，與軸承相 配合的支承軸頸的表面粗糙度 Ra值為 0.63 0.16 m。3、審查零件材料是否恰當(dāng)本例挖

3、掘機(jī)減速器中間軸是在高轉(zhuǎn)速、 重載荷的條件下工作， 選用 20CrMnTi 并進(jìn)行滲碳淬火處理是恰當(dāng)?shù)模?這樣做可獲得很高的表面硬度、 較軟的芯部， 因 此耐沖擊韌性好。4、審查零件的結(jié)構(gòu)工藝性 本例挖掘機(jī)減速器中間軸的結(jié)構(gòu)工藝性符合要求。二、毛坯的選擇 本例挖掘機(jī)減速器中間軸的材料為低合金鋼，力學(xué)性能要求較高；生產(chǎn)類型為 中批生產(chǎn)；零件尺寸相差不大。因此選用 55×200 圓鋼作為毛坯。三、選擇定位基準(zhǔn) 選擇了定位基準(zhǔn)就確定了工件的安裝方法。軸類零件的安裝應(yīng)能保證加工后各 主要表面的相互位置精度，能在一次安裝中加工出較多的表面，以便安裝方便、 迅速，有利于提高生產(chǎn)率。為了滿足上述要

4、求， 一般都選擇兩頂尖孔作為定位基準(zhǔn)。 這不僅因各主要表 面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)（或工序基準(zhǔn)） 都是軸的軸線而符合基準(zhǔn)重合的原則， 也符合基準(zhǔn) 統(tǒng)一原則。其次，當(dāng)不能用頂尖孔定位時（如加工軸的最初工序、加工軸的內(nèi)表 面等），或?yàn)榱颂岣吡慵膭偠葧r，也可以選擇外圓表面作為定位基準(zhǔn)。另外， 當(dāng)加工孔不大的空心軸時， 為了能在一次安裝中加工出全部外圓表面， 還可以選 擇內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)。 選擇的定位基準(zhǔn)不同， 相應(yīng)的安裝方法也不同， 一般有以 下幾種安裝方法；1、用兩頂尖安裝（圖 3-2a ）；2、用三爪卡盤安裝（圖 3-2b ）；3、用三爪卡盤和尾頂尖安裝（圖 3-2c ）；4、用帶齒頂尖和光滑頂尖安裝（圖

5、 3-2d ）；5、用 V 型塊安裝（圖 3-3 ）。在采用頂尖孔定位時， 為了定位準(zhǔn)確， 減少定位誤差對加工精度的影響， 頂 尖孔應(yīng)加工精確。由于頂尖孔在許多工序中都要使用，它會磨損、拉毛，以及熱 處理后的氧化、 變形，因此在粗加工、 熱處理后， 或精加工前要修整頂尖孔。（研 磨中心孔）圖 3.2 軸的幾種安裝方法圖 3.3 V 型塊裝夾銑工件兩端本例挖掘機(jī)減速器中間軸的定位基準(zhǔn)選擇如下： 粗加工 （加工兩端面、 打頂 尖孔）采用外圓表面作為定位基準(zhǔn)面（用 V 型塊安裝）；精加工采用外圓表面和 一個頂尖孔作為定位基準(zhǔn)面（用三爪卡盤和尾頂尖安裝） ；花鍵槽的加工和磨削 采用兩頂尖孔作為定位基準(zhǔn)

6、（用兩頂尖安裝） 。四、擬訂工藝路線根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 軸的加工主要是用車削和磨削， 個別質(zhì)量要求較高的表 面還需要進(jìn)行光整加工。一般軸類零件加工的典型工藝路線如下：1、預(yù)備加工軸的毛坯經(jīng)過熱處理和對安裝方法進(jìn)行分析后， 就應(yīng)對軸進(jìn)行預(yù)備加工。 預(yù) 備加工包括校直： 對于細(xì)長的軸， 如果彎曲變形會造成加工余量不足， 應(yīng)進(jìn)行校 直；切斷：對于直接用圓鋼作毛坯的軸，應(yīng)切斷，對于批量較小的鍛件毛坯，因 兩端有較大的加工余量也必須切斷； 切端面和打中心孔： 對于單件小批生產(chǎn)的軸， 可以經(jīng)過劃線后再切端面和打中心孔， 對于成批大量生產(chǎn)的軸， 可以采用銑端面 打頂尖孔的專用機(jī)床進(jìn)行銑兩端面、打兩頂尖孔（見

7、圖 3-2 ）。2、粗車外圓、粗加工空心軸的內(nèi)孔為了保證軸在車削過程中的剛度， 應(yīng)先車大直徑外圓， 然后再車小直徑外圓。 對于空心軸還要粗加工（如鉆、鏜）內(nèi)孔。3、熱處理對質(zhì)量要求較高的軸， 在粗車后應(yīng)進(jìn)行正火、 調(diào)質(zhì)等熱處理， 以便消除工件 的內(nèi)應(yīng)力和提高機(jī)械性能。4、半精車外圓對一些精度要求較高的主要表面， 需要安排半精車來為精車作好準(zhǔn)備， 如精 車前必要的精度和加工余量等。5、精車外圓為了保證定位精度， 精車前要修整頂尖孔或改打帶保護(hù)錐的 B 型頂尖孔。對 一些精度要求更高的主要表面，還必須留有足夠的磨削或光整加工余量。6、粗磨兩端軸頸或中間軸頸當(dāng)需要更換精基準(zhǔn)或提高工件的剛度時， 應(yīng)先

8、把精基準(zhǔn) （兩端軸頸） 和中心 架支承表面（中間軸頸）加工出來。7、粗加工成形表面或非同軸線的表面 軸上的成形表面、非同軸線的表面是指輪齒、花鍵、螺紋、錐孔和偏心軸頸 等表面。8、加工次要表面軸上的次要表面是指鍵槽、小孔等表面。9、熱處理對軸上一些要求耐磨的表面進(jìn)行淬火或滲碳淬火處理。10、磨削和光整加工對一些質(zhì)量要求高的表面（如軸頸、輪齒、花鍵、螺紋等）還應(yīng)進(jìn)行磨削和 光整加工。 但是磨削前必須進(jìn)行對淬過火的頂尖孔進(jìn)行研磨， 以消除氧化皮和提 高頂尖孔的質(zhì)量。11、清洗、檢驗(yàn) 軸加工完成后應(yīng)進(jìn)行清洗，然后檢驗(yàn)其精度和表面粗糙度。對一些重要的軸必 要時還應(yīng)進(jìn)行超聲波、放射線、磁粉等無損探傷。根

9、據(jù)以上分析，結(jié)合零件的技術(shù)要求和機(jī)械加工經(jīng)濟(jì)精度、經(jīng)濟(jì)表面粗糙度要 求，考慮是中批生產(chǎn)， 本例挖掘機(jī)減速器中間軸的工藝路線擬訂為： 下料熱處 理銑兩端面打頂尖孔粗車外圓精車外圓銑花鍵槽熱處理磨各軸頸 外圓清洗、檢驗(yàn)。五、確定各工序的設(shè)備、刀具、量具和輔助工具1、設(shè)備的選擇 考慮到本例挖掘機(jī)減速器中間軸的外形尺寸 （中等軸類零件）、加工精度（最 高 IT5 ）、生產(chǎn)類型（中批生產(chǎn)） ，機(jī)床設(shè)備選用普通車床、普通磨床、銑端面打 頂尖孔的專用機(jī)床、 花鍵銑床； 工藝裝備主要是夾具， 本例盡量選用通用夾具如 三爪卡盤、頂尖、 V 型塊等。2、刀具的選擇 綜合考慮挖掘機(jī)減速器中間軸的加工工序所采用的加工

10、方法、加工表面尺 寸、工件材料、加工精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)刀具。如YT 類硬質(zhì)合金焊接車刀、花鍵滾刀等。3、量具的選擇 量具的選擇主要取決于生產(chǎn)類型和所要檢驗(yàn)的精度。盡量選用通用量具。六、確定各工序的加工余量，計(jì)算工序尺寸及公差1、加工余量的確定 確定加工余量的方法有三種： 經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法、 查表法和分析計(jì)算法， 在實(shí)際生 產(chǎn)中廣泛應(yīng)用查表法。挖掘機(jī)減速器中間軸的加工主要是車削和磨削，根據(jù)查表可知：粗車外圓 （長度 200）的加工余量一般為 1.53 ；精車外圓（長度 200）的加工余 量一般為 0.8 2 ；磨削外圓的加工余量一般為 0.1 0.5 。2、計(jì)算工序尺寸及公差 挖掘機(jī)

11、減速器中間軸的外圓加工其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為軸線， 定位基準(zhǔn)也是軸線， 符 合基準(zhǔn)重合原則， 因此采用基準(zhǔn)重合時工序尺寸及其公差的確定方法。 下面以 50h5的加工為例說明。 50h5 外圓的加工工藝路線為：粗車精車熱處理磨削，毛坯是圓鋼，具 體確定過程如下（各過程結(jié)果見表） ：（1）確定各工序余量 根據(jù)查表并結(jié)合實(shí)際加工情況進(jìn)行修改得各工序余量（公稱余量）（2）計(jì)算各工序尺寸（基本尺寸）（3）確定各工序尺寸的公差（4）確定各工序的表面粗糙度工序名 稱工序余 量工序的經(jīng) 濟(jì)精度工序尺寸工序尺寸 及公差表面粗糙度磨削0.2h5（-00 . 011）5050-0.011Ra=0.4 m精車1.8h8（-00

12、 . 046）50+0.2=50.2 50.2 -0.046Ra=3.2 m粗車3h10（-00 . 12）50.2+1.8=5252-0.12Ra=12.5 m毛坯5（+0.2 ）（ -0.9 ）50+5=55+0.255-+00.92七、確定各工序的切削用量和時間定額1、切削用量的選擇下面仍然以 50h5 外圓的車削為例說明切削用量的選擇。 機(jī)床： CA6140刀具：焊接式硬質(zhì)合金外圓車刀，刀片材料為 YT14 ，刀桿截面尺寸為 16 × 25 ，刀具幾何參數(shù)： o 100, o 80,kr 750, s 0,r 1mm。（1）粗車時的切削用量 背吃刀量：取背吃刀量等于加工余量

13、1.5 。 進(jìn)給量：根據(jù)工件材料，刀桿截面尺寸，工件直徑及背吃刀量，查表得 f 0.5 0.7mm/r ，按機(jī)床說明書選取實(shí)際進(jìn)給量 f 0.51mm / r 。 切削速度：切削速度可用公式計(jì)算得到，也可通過查表得到。現(xiàn)根據(jù)已知條件 查表得 vc 110m / min 。根據(jù) vc 和已知條件，計(jì)算工件轉(zhuǎn)速1000vc 1000 110m / minn 637r /mind 3.14 55mm按機(jī)床說明書選取實(shí)際主軸轉(zhuǎn)速 n=560r/min ，為此，實(shí)際切削速度為dn 3.14 55mm 560r /minvc96.7m / minc 1000 1000機(jī)床功率校驗(yàn)：切削力Fc 9.81CF

14、c ap xFc f yFc vcnFc K9.81 270 1.5 0.510.75 96.7 0.15 0.75 0.92 1 1 0.93 775N切削功率FCvc pc60000775N 96.7m / min 1.25KW60000從機(jī)床說明書可知，車床電動機(jī)功率 PE 7.5KW取 機(jī) 床 傳 動 效 率 m 0.8 ， 則 機(jī) 床 有 效 功 率 為 PE' PE m 7.5KW 0.8 6KW因?yàn)?Pc 1.25KW PE' 6KW ，所以機(jī)床功率足夠。 粗車時的切削用量為：（2）粗車時的切削用量 ap 1.5mm, f 0.51mm/r,vc 96 .7m /

15、 min背吃刀量：取背吃刀量等于加工余量 0.9 。進(jìn)給量：根據(jù)工件表面粗糙度 Ra 的值為 0.4 微米， r 1mm，工件材料為 20CrMnTi。查表（預(yù)估 vc 50m/ min ）得： f 0.16 0.20mm / r 。按機(jī)床說明 書選取實(shí)際進(jìn)給量 f 0.16 mm/ r 。切削速度：根據(jù)已知條件查表得 vc 150m/ min ，再根據(jù) vc和已知條件，計(jì) 算工件轉(zhuǎn)速1000vc 1000 150m / min3.14 52mmn 918r /min按機(jī)床說明書選取實(shí)際主軸轉(zhuǎn)速 n=900r/min ，為此，實(shí)際切削速度為 dn 3.14 52mm 900r /minvc10

16、00146.95m / min1000精車時的切削用量為 ： a0.9mm, f 0.16mm/r,vc 146.95m/ min2、時間定額的計(jì)算 以50h5外圓的粗車為例說明時間定額的計(jì)算。（1）基本時間的計(jì)算d （L L1L2 ）zi3.14 55 （35 10 2） 1.5tb 12i 0 .165min 10 s1000 vc fa p 1000 96 .7 0 .51 1 .5（2）輔助時間的計(jì)算 輔助時間一般是基本時間的 （0.150.2 ），則粗車50h5外圓的基本時間為 ta （0.15 0.2）tb 0.2 10 2s作業(yè)時間 tB tb ta 10s 2s 12sa（3）

17、其他時間的計(jì)算布置工作地時間 ts 一般按作業(yè)時間的 2%7%計(jì)算（取 4%計(jì)算），休息與生理 需要時間 tr 一般按作業(yè)時間的 2%4%計(jì)算（取 3%計(jì)算），忽略準(zhǔn)備終結(jié)時間 te ， 則其他時間為12×（ 4%+3%）=0.84s粗車50h5 外圓的時間定額即單件時間tp tb ta ts tr 12.84s八、確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法九、進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇最佳方案 十、填寫工藝文件 根據(jù)零件的分析結(jié)果，編制的工藝過程卡片如下：夾具設(shè)計(jì)實(shí)例一、設(shè)計(jì)任務(wù)如圖所示為一連桿的銑槽工序簡圖。 本工序要求銑工件大孔兩端面處的八 個槽，槽寬 100 ，深 3.2 0 ，表面粗糙

18、度 3.2 。加工的工藝 要求為槽的中心線與兩連線成 45°± 30。上道工序已加工的表面作為本工序的 定位基準(zhǔn)，即厚度為 14.3 -00 .1 ，生產(chǎn)綱領(lǐng)為中批生產(chǎn)。圖 6-1 連桿二、設(shè)計(jì)方案分析過程1. 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備： 根據(jù)工序圖的加工要求，選擇臥式銑床，采用三面刃盤形銑刀完成加工，槽 寬由銑刀保證，槽深及角度由夾具來保證。2. 工件的定位方案： 根據(jù)連桿槽的工序尺寸、 形狀和位置精度要求， 工件需完全定位。 工件在槽 深方向的工序基準(zhǔn)是和槽相連的端面， 若以此端面為主要定位基準(zhǔn)， 可以做到定位基準(zhǔn)與 工序基準(zhǔn)重合。 但這時夾具的定位勢必要設(shè)計(jì)朝下， 這會給工件定位、

19、夾緊及裝 卸帶來不便，夾具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。如果選擇與所加工槽相對的另一端面為定位基準(zhǔn)， 則引起基準(zhǔn)不重合誤差，其大小等于工件兩端面的尺寸公差0.1mm。由于槽深的公差為 0.4mm，估計(jì)可以保證精度要求。這樣，可用兩孔一面定位，操作方便。槽的角度位置尺寸是 °± ，工序基準(zhǔn)是兩孔的連心線，以兩孔為 定位基準(zhǔn)，可以做到基準(zhǔn)重合， 而且操作方便。 為了避免發(fā)生不必要的過定位現(xiàn) 象，采用一個圓柱銷和一個菱形銷作定位元件。 由于被加工槽的角度位置以大孔 為基準(zhǔn)的， 槽的中心應(yīng)通過大孔的中心， 并與兩孔連線成 °角，因此將圓柱銷 放在大孔，菱形銷放在小孔，如圖圖 6-2 定位方

20、案圖3. 工件的夾緊方案： 根據(jù)工件的定位方案，采用大孔端面為夾緊力的作用點(diǎn)，方向朝定位面。這樣的夾緊點(diǎn)選擇，接近被加工面，切削過程中不易產(chǎn)生振動，工件變形小。 但對夾緊機(jī)構(gòu)的高度要加以限制，以防止和銑刀刀桿相碰。該工件較小，為使結(jié)構(gòu)簡單，采用手動螺旋壓板夾緊。4. 變換工位方案： 考慮到該工件等分?jǐn)?shù)較少，產(chǎn)品批量較小，且角度公差較大，采用在夾具 體上裝兩個相差 90°的菱形銷，加工完一對槽后，卸下工件，將工件轉(zhuǎn)過 90° 后套在另一個菱形銷上，重新夾緊后加工另一個對槽。5. 刀具的對刀或引刀方案： 用對刀塊調(diào)整刀具與夾具的相對位置， 適用于加工精度不超過級。 而 該工件的

21、槽深的公關(guān)較大，故采用直角對刀塊，用螺釘、銷釘固定在夾具上，用 塞尺調(diào)刀。6. 夾具在機(jī)床上的安裝方式以及夾具的結(jié)構(gòu)： 本夾具通過定向鍵與銑床工作臺的形槽配合， 夾具體上的耳座用螺栓與機(jī) 床工作臺堅(jiān)固，保證夾具上的定位元件的工作表面對工作臺的進(jìn)給方向具有正確 的相對位置。7. 夾具的精度分析： 本夾具采用一面兩銷定位方式，定位元件的選擇及定位誤差分析如下： 兩銷中心距的尺寸及偏差。已知工件上兩孔中心距尺寸為57mm± 0.06mm（0.12），取 d/30.04，則銷距尺寸及偏差為 57mm±0.02mm.確定圓柱銷的直徑及偏差。 為了減少基準(zhǔn)位移誤差， 考慮到定位銷制造時

22、 的經(jīng)濟(jì)性，可取銷徑和偏差為42.6 42.6mm-00.000295即連桿大孔與圓柱銷間的最小配合間隙 0.009mm 確定菱形銷的結(jié)構(gòu)尺寸和偏差菱形銷必須滿足中心距的補(bǔ)償量，補(bǔ)償量 LD Ld 0.12 0.04 0.08m m22根據(jù) JB/8014.1-1995 ，查得直徑為 15.3 菱形銷寬度菱形銷定位的最小間隙X 2 min 2ab 2 0.08 3 0.0313 m m 0.031 m m2 min D 2 min 15 .3菱形銷的直徑 d2min D2min X 2min 15.3 0.031 15.269mm取公差帶為 15.269-00 .01115.3mm-00.003421計(jì)算定位誤差。槽深誤差由基準(zhǔn)不重合引起，由于槽深公差0.4mm，工件兩定位面公差為 0.1mm，所以用對刀塊及塞尺調(diào)整刀具與工件的加工位置，保證 槽深。轉(zhuǎn)角定位誤差arct an D 1 d 1 X 1 min D 2 d 2 X 2 min2L0 .025 0.016 0 .009 0.027 0.011 0.035 arct an2 570 .123 ' 1arct an 0 .0618 3.709 '114 32 30 60結(jié)論：采