離心機主軸加工工藝規(guī)程設計說明書

湖 南 科 技 大 學 課程設計 題目 離心機主軸加工工藝規(guī)程設計 學 生 姓 名： 學 院： 機電工程學院 學 號： 專業(yè)及班級 ： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 09 年 6 月 5 日 目錄 一 . 零件分析 1 1、 零件的功用 1 2、零件的技術條件 1 3、離心機主軸的工藝性作用 2 4、離心機主軸的技術要求 3 5、確定零件的生產(chǎn)類型 4 二確定毛坯、繪制毛坯 零件 5 1、確定毛 坯種類 5 2、 確定毛坯的尺寸公差及機械加工余量 6 三、擬定離心機主軸工藝路線 7 1、定位基準的選擇 7 2、零件表面加工方法的選定 9 3、加工階段的劃分 10 4、工序的集中與分散 10 5、工序順序的安排 10 6、擬定工藝路線 13 四、選擇機 床和工藝裝備 13 五、確定工序的基本余量 15 六、確定切削用量和時間定額 17 七、參考書目 20 八、課程設計體會 21 一、零件分析 1、零件的功用 離心機主軸用來支持離心器機，安裝各種零件，使離心機轉(zhuǎn)動，利用離心機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強大的離心力，加快液體中顆粒的沉降速度，把樣品中不同沉降系數(shù)和浮力密度的物質(zhì)分離開。 離心機主軸是一種高速回轉(zhuǎn)軸，要滿足高速旋轉(zhuǎn)的工作要求，故它與其他非回轉(zhuǎn)件，支承件間的摩擦應盡可能小，這就需要提高離心機主軸與支座相接觸表面的尺寸公差等級和表面粗糙度，以減少阻力，進而減小摩擦，提高運行平穩(wěn)性，減少振動，噪聲，提高軸的使用壽命。 2、零件的技術條件 離心機主軸毛坯材料為 45 號鋼。該材料屬于優(yōu)質(zhì)碳素鋼，經(jīng)熱處理（淬火加高溫回火）后具有良好的綜合力學性能，即具有較高的的強度和較高的塑性、韌性，一般用來制作機床主軸，機床齒輪和其他受力不大的軸類零件。 主要技術要求如下： 孔的精度：孔的尺寸精度和位 置精度直接影響該軸的配合質(zhì)量，因而對軸的回轉(zhuǎn)精度、傳動平穩(wěn)性、噪聲和軸承壽命有重大關系。軸的尺寸精度、表面粗糙度、位置精度都要求較高。其中 150h7, 150k6， 148h7的精度等級要求最高，其尺寸精度為 IT6 和 IT7，其余軸孔的尺寸精度為 IT7 或 IT12。表面粗糙度的要求分別為0.8um ， 1.6um， 3.2um， 12.5um， 6.3um。 軸孔的位 置精度：同一軸心線上各軸孔的同軸度誤差會導致軸承裝配時歪斜，影響軸的回轉(zhuǎn)精度和軸承的使用壽命。零件圖中規(guī)定： a、 軸肩處兩軸頸同軸度公差為 0.02mm，表面粗糙度0.8um b、 孔 85H7的同軸度公差為 0.015mm。 c、 錐軸 1420.10的直線度公差為 0.008mm，同軸度公差為 0.012mm。 3，離心機主軸的工藝性作用 分析零件圖可知 ,離心機主軸兩端面和軸面均 要求切削加工 ,并在軸向方向上產(chǎn)生臺階表面 , 并且粗糙程度都不同 ,這樣有利于主軸高速旋轉(zhuǎn)時的各表面的應力條件 , 55mm孔、 85mm 孔、 105mm孔的端面均為平面，因此只要防止加工過程中鉆頭鉆偏，以保證孔的加工精度就可以了；另外，該離心機主軸除了主要工作表面（主軸兩端面及外圓、內(nèi)孔 850+0.035mm 和錐面）外，其余表面加工精度均低，不需要高精度機床加工，通過銑削、鉆床的粗加工就可以達到加工要求；而主要工作表面雖然加工精度要求相對較高，但也可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用較經(jīng)濟的方法保質(zhì)保量地加工出來 。所以，該零件的工藝性較好。 4、離心機主軸的技術要求 根據(jù)零件圖，將離心機主軸的全部技術要求列于表 1中 加工表面 尺寸及偏差(mm) 公差及精度等級 表面粗糙度Ra( m) 形位公差（ mm） 主軸左端面 1500-0。 040 IT7 0.8 0.02 A-B 主軸右端螺紋 M130*2 6 IT6 3.2 右端錐面 1420+0。 1 IT7 0.8 錐度 1:20 主軸左端內(nèi)表面 850+0。 035 IT7 1.6 主軸右端內(nèi)表面 850+0。 035 IT7 1.6 主軸右端內(nèi)表面 105 6.3 150軸面 1500-0。 04 IT7 0.8 0.02 A-B 表 1： 5、確定零件的生產(chǎn)類型 設計題目給定的零件時離心機主軸，要求產(chǎn)量為批量 200 件，下表為生產(chǎn)類型的規(guī)范 生產(chǎn)類型 生產(chǎn)綱領 /（臺 /年或件 /年） 工作地每月?lián)摰墓ば驍?shù) 小型機械或輕型零件 中型機械或中型零件 重型機械或重型零件 工序數(shù) /月 單件生 100 10 5 不做規(guī)定 148軸面 1480-0。 04 IT7 1.6 85 內(nèi)孔 850+0.035 IT7 1.6 55 內(nèi)孔 55 12.5 鍵槽 115 6.3 167軸 167 自由公差 6.3 150軸 1500-0.040 IT6 0.8 產(chǎn) 小批生產(chǎn) 100 500 10 150 5 100 20 40 中批生產(chǎn) 500 5000 150 500 100 300 10 20 大批生產(chǎn) 5000 50000 500 5000 300 1000 1 10 大量生產(chǎn) 500000 5000 1000 1 由以上表格可知本次生產(chǎn)為小批生產(chǎn)。 二 、確定毛坯、繪制毛坯 零件合圖 1、 確定毛坯種類 由于該離心機主軸在工作過程中承受沖擊載荷、扭轉(zhuǎn)力矩，為增強離心機主軸的抗扭強度和沖擊韌度，獲得纖維組織，毛坯選用熱扎圓鋼經(jīng)拔長得到。該離心機主軸的輪廓尺寸較大，且生產(chǎn)類型屬于小批生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)效率和圓鋼的精度，宜采用自由鍛件方法制造毛坯。 2、確定毛坯的尺寸公差及機械加工余量 （ 1）、公差等級 由工藝手冊查得該鍛件的尺寸公差等級 CT 為 8 12級，加工余量等級為普通級。 （ 2）零件表面的粗糙度 由零件圖可知，該軸各加工表 面的粗糙度均大于等于 0.8 m。 （ 3）、毛坯加工余量的確定 根據(jù)鍛造手冊，左右端面的加工余量確定為 8mm，總長度尺寸為 990+2*8=1006mm，車外圓的單邊加工余量為6mm，軸直徑為 150+2*6=162mm， 167+2*6=179mm。為保證質(zhì)量，減少加工余量，采用立式精鍛機鍛造，用熱軋棒料經(jīng)拔長得到，根據(jù)鍛造手冊，錐面部分無法通過拔長得到，軸上多處退刀槽，砂輪越程槽，錐面，鍵面及軸孔無法鍛出，故以上各處均采用工藝敷料。另外，為簡化鍛造工藝 ，對直徑相近的臺階適當合并。根據(jù)零件圖和以上條件繪制零件毛坯圖。 三、擬定離心機主軸工藝路線 1、定位基準的選擇 （ 1）、粗基準的選擇 為符合基準重合原則和能夠最大限度地在一次安裝中加工出多個外圓的端面，所以采用頂尖孔作為軸加工的定位基準，或采用外圓表面和頂尖孔共同作為定位基準。加工過程中，頂尖孔應始終保持準確和清潔。每次熱處理后，以及轉(zhuǎn)入下一加工階段前，應對頂尖孔進行研磨或修整，一去除頂尖孔表面的氧化皮和其他損傷。用外圓表面定位時，因基準面的加工和工作裝夾都比較方便，一般用卡盤裝夾。但是，卡盤的定位精度較 低，且工件調(diào)頭車削時，兩端外圓表面會產(chǎn)生同軸度誤差，影響位置精度 （ 2）、精基準的選擇 根據(jù)該離心機主軸的技術要求和裝配要求，選擇主軸左端面和左右兩端 850+0.035為精基準 ,零件上的很多表面都可以采用它們作基準進行加工，即遵循“基準統(tǒng)一”原則。左右兩端孔 850+0.035mm 的軸線是設計基準，選用其作精基準定位加工離心機主軸兩端面及內(nèi)孔 55mm，實現(xiàn)了設計基準和工藝基準的重合，保證了被加工表面的同軸度要求，選用主軸的左端面作為精基準同樣是遵循“基準統(tǒng)一”的原則，因為該離心機主軸在軸向方向上的尺寸多 以該端面作設計基準；另外，由于離心機主軸剛性要求高，受較大的扭轉(zhuǎn)力矩作用，為了避免在機械加工中產(chǎn)生剛性脆斷，根據(jù)夾緊力應垂直于主要定位基面，并應作用在剛度大的部位的原則，夾緊力作用點不能在螺紋表面上。選用離心機主軸左端面作精基準，夾緊可作用在離心機主軸的右端面上，夾緊穩(wěn)定可靠。 2 零件表面加工方法的選擇 本零件的加工面由外圓，內(nèi)孔，端面，外螺紋，平鍵等，材料為 45 鋼，參考工藝手冊，并根據(jù)離心軸零件圖上各加工表面的尺寸精度和表面的粗糙度確定其加工方法選擇如下： 左端面：公差等級為 IT7，表面粗糙 度為 6.3um，加工方法為粗車半精車 右端面：公差等級為 IT6，表面粗糙度為 3.2um加工方法為粗車半精車 150h7外圓表面：公差等級為 IT7，表面粗糙度為 0.8um，采用粗車半精車磨削 150k6外圓表面：公差等級為 IT6，表面粗糙度為 0.8um，采用粗車半精車磨削 167外圓表面：公差等級 IT9，表面粗糙度 6.3um采用粗車半精車 150h12外圓表面：公差等級為 IT12，表面粗糙度為 6.3um，采用粗車即可 148h7外圓表面 :公差等級為 IT7，表面粗糙度為 1.6um，采用粗車半精車磨削 1420+0。 1錐面：公差等級為 IT9，表面粗糙度為 0.8um，采用粗車半精車磨削 左右兩端 85H7孔：公差等級為 IT7，內(nèi)表面粗糙度為 1.6um，采用粗鏜半精鏜精鏜 右端 105孔：公差等級 IT7，內(nèi)表面粗糙度為 1.6um，采用粗鏜半精鏜精鏜 55 孔：公差等級 IT10，表面粗糙度為 12.5um，采用深鉆 即可 右端外螺紋：加工方法為粗車 半精車 車螺紋 左端螺孔（ 8-M12） ：加工方法為鉆孔 攻絲 對軸上深孔加工應注意一下兩個問題應安排在調(diào)質(zhì)以后加工，以免因調(diào)質(zhì)處理變形較大而導致深孔產(chǎn)生彎曲變形難以糾正，引起軸高速轉(zhuǎn)動的不平衡；應安排在外圓粗車或半精車之后進行，這樣可以有一個較精確的軸頸作為定位基面，從而保證孔與外圓同心，并使軸的壁厚均勻。 3、加工階段的劃分 該離心機主軸的加工質(zhì)量要求較高，可將加工階段分成粗加工、半精加工和精加工幾個階段。 （ 1） 粗加工階段，這一階段的主要目的是采用大切削 用量切除大部分加工余量，把毛坯加工至接近工件的最終形狀和尺寸，只留下適當?shù)募庸び嗔俊４送?，還可及早發(fā)現(xiàn)鍛件裂縫等缺陷，以便及時修補或作報廢處理。主要包括：先粗銑主軸左右端面，鉆中心孔，使后續(xù)工序都可以采用精基準定位加工，保證其他加工表面的精度要求。 （ 2）半精加工階段 ,這一階段的主要目的是為精加工做好準備，尤其是做好基面準備。對一些要求不高的表面 (如左右端面和 167 外圓面 )，應在這一階段完成全部加工，達到圖樣規(guī)定的技術要求。 （ 3）精加工階段 ,進行離心機主軸的主軸左端內(nèi)表面、主軸右端內(nèi)表面、 850+0.035mm 內(nèi)孔的精銑，右端錐面、 150mm軸面、 150軸的精磨。 4、工序的集中與分散 工序適當集中，以減少設備使用更換次數(shù)，并盡量采用通用設備， 關鍵工序必要時采用專用設備。較多采用夾具，在確保質(zhì)量的前 提下，盡量是生產(chǎn)具備較大的柔性。 5、工序順序的安排 1、機械加工工序 （ 1）遵循“先加工基準面，再加工其他表面”原則，首先加工基準 將端面先加工 ,再 鉆中心孔，以中心孔定位車表面的外圓。 （ 2）遵循“先加工平面后加工孔”原則，先加工左右端面， 再以端面定位來加工各個鏜孔。 （ 3）遵循“先加工主要 表面，后加工次要表面”，先加工主要表面 車外圓各個表面及鏜各個孔，后加工次要表面 銑鍵槽和加工各個小槽。由于次要表面和主要表面之間往往有相互位置精度要求，因此一般應在主要表面達到一定精度后，再以主要表面定位加工次要表面。 （ 4）遵循“先安排粗加工工序，后安排精加工工序”原則，先安排粗加工工序，粗車外圓，粗鏜孔。后安排精加工工序， 磨削外圓，精鏜孔。 2、熱處理工序 鍛造后，在切削加工前宜采用正火，能提高改善軸的硬度，消除毛坯的內(nèi)應力，改善其切削性能。在粗加工后進行調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)處理使軸達到 220-240HBS，調(diào)質(zhì)處理能使主軸獲得更高的綜合力學性能。在精加工之后，進行表面淬火加低溫回火，提高其耐磨性和工作中承受沖擊載荷的能力。 3、輔助工序 在粗加工和熱處理后，安排校直工序；在半精加工之后，安排去毛刺處理和中間檢驗工序，零件表層或內(nèi)部的毛刺會影響裝配操作和裝配質(zhì)量，甚至會影響整機性能，應予以充分重視；精加工后，安排去毛刺、清洗和終檢工序。 綜上所述，該軸的工序的安排順序為：基準加工 主要表面粗加工及鏜孔的粗加工 主要表面半精加工和槽的加工 熱處理 主要表面的精加工。 6、擬定工藝路線 工藝路線 ： 下料 正火 鍛造 粗車端面，打頂尖孔 粗車各外圓 熱處理（調(diào)質(zhì) 220-240HBS） 鉆深孔 切槽，鏜孔 車定位面 切槽，半精車外圓，端面 中間檢驗 銑鍵槽 車螺紋 磨削外圓（含錐面） 倒角，去毛刺 最后檢驗 離心機主軸加工工藝過程 序號 工序名稱 工藝過程 加工設備 10 下料 20 鍛造 尺寸 162X1006mm，兩處凸肩 179X50mm 30 熱處理 正火 40 粗車端面，打頂尖孔 先粗車左端面，打頂尖孔，調(diào)頭，車右端面，打頂尖孔，保證軸長度尺寸 992.4mm 臥 式 機 床C616A 50 粗車外圓 以頂尖孔定位，粗車各外圓 臥 式 機 床C616A 60 熱處理 調(diào)質(zhì)（ 220-240HBS） 70 鉆孔 以左右外圓定位，用深孔麻花鉆 55通孔 深孔鉆床 80 鏜孔 以外圓定位，加工好退刀槽，粗鏜半精鏜精鏜 85H7 和 105 鏜床 T612 90 車定位面 以心軸和頂尖定位，為精車定位 100 半精車端面 半精車左端面，保證 臥 式 機 床尺寸 991.2mm，調(diào)頭，半精車右端面保證尺寸 990mm C616A 110 半精車各外圓 臥 式 機 床C616A 120 中間檢驗 檢驗各尺寸是否達到預定要求，以便修正 130 銑鍵槽 銑床 140 車螺紋 150 磨削各外圓面 重新檢查各定位是否準確，用磨床磨削各外圓，并磨出 1： 20的錐度 磨床 MBS1320 160 最后檢驗 將鉆深孔 放在粗車和半精車之間，主要是為了在鉆孔時有一個較精確地軸頸作為定位基準面，從而保證孔與外圓同心，并使軸的壁厚均勻，鉆孔后鏜孔，表面粗糙度搞的外圓用磨削加工，精度易保證。 四 選擇機床和工藝裝備 1 選擇機床：該零件為小批生產(chǎn)，應采用專用機床 打中心孔機床 Z8220B用來加工頂尖孔來進行定位 端面加工和車外圓均可采用臥式車床 C616A，可以進行粗車和 精車。 各外圓的磨削采用外圓磨床 MBS1320 軸孔屬深孔，必須采用深孔鉆頭加工，如采用深孔麻花鉆頭加工完成。 85H7孔軸孔的加工，粗鏜，精鏜采用臥式鏜床 T618 加工 . 2 選擇夾具 粗車，半精車可采用自定心卡盤，尾座頂尖及其他專用家具 軸孔加工出后，車，磨工序均采用心軸和頂尖裝夾 3 選擇刀具 車端面和外圓時，用硬質(zhì)合金刀具 YT15，這種刀具適用于碳 鋼與合金鋼加工中。 鏜孔采用雙刃鏜刀，適用于半精加工和精加工 鉆深孔采用專用的深孔麻花鉆頭 磨削外圓采用平形砂輪 具體刀具尺寸如下： 粗車采用前角 12 度，后角 6度，主偏角 45 度，刃傾角 +5度的焊接式車刀，精車采用前角 11 度，后角 7 度，主偏角90 度，刃傾角 8 度的焊 接式車刀，以上兩種車刀，長度L=90-240mm， h=10-50mm， b=10-50mm。 深孔麻花鉆頭的鋒角 120 度，后角 13 度，橫刀斜角 45 度，螺旋角 25 度。 雙刃鏜刀 D=50-260mm 粗磨用 P400X60X127AM6V35，粒度 40-60，硬度 L-M，使用陶瓷結合劑，精磨用 P400X60X127WAK5V35，粒度 60-80，硬度 M-P，使用陶瓷結合劑。 4 選擇量具 粗加工，半精加工選用通用量具 左端工序尺寸 150h7，查參考文獻知計量具 不確定允許值u=0.012mm 精加工工序尺寸精度要求高，通用量具使用不便，故應選用專用量具。如外圓測量宜采用卡規(guī)，測量時要注意從相互垂直的兩個方向測量。錐面測量用專業(yè)錐度量規(guī)檢驗。 各車端面尺寸測量可用分度值為 0.02mm的游標尺。 五 確定工序的基本余量 150h7，加工過程為粗車 半精車 磨削。查參考文獻取外圓磨削余量 0.4mm，半精車外圓加工余量 1.2mm，再根據(jù)已確定的毛坯余量 6mm，可算出粗車余量為 4.4mm，小于粗車一次能切削的最 大余量 4.49mm，故只需走刀一次。 工序名稱 工序單 加工經(jīng) 表面粗糙 工序基本尺邊余量/mm 濟精度/mm 度aR/ m 寸 /mm 磨削 0.4 h7 0.8 150 半精車 1.2 h9 6.3 150.8 粗車 4.4 h11 zR =50 153.2 鍛造 2 162 167，加工過程為粗車 半精車，查參考文獻取半精車余量1.2mm，再根據(jù)毛坯余量，算出粗車余量為 4.8mm 大于粗車一次能且學的最大余量 4.49mm，故分兩次走刀完成。 工序名稱 工序單邊余量/mm 加工經(jīng)濟精度/mm 表面粗糙度aR/ m 工序基本尺寸 /mm 半精車 1.2 h9 6.3 167 粗車 4.8 h11 zR =50 169.4 鍛造 2 179 其他外圓面加工余量選取方法相同，軸的尺寸大于 250mm 的取半精車余量 1.6mm。 通孔 55，由其加工經(jīng)濟精度選用通孔加工方法，用鉆孔即可達到要求 85 孔，其加工過程為：粗鏜 半精鏜 精鏜。第一次粗鏜至 80mm，第二次粗鏜至 83mm，加工余量 3mm，半精鏜至84.3mm，加工余量 1.3mm, 精鏜至 850+0.035mm， 加工余量 0.7mm。 工序名稱 工序余量 /mm 加工經(jīng)濟精度/mm 表面粗糙度aR/ m 工序基本尺寸 /mm 精鏜 0.7 h7 0.8 85 半精鏜 1.3 h9 6.3 84.3 粗鏜 3 h11 zR =50 83 105孔，其加工過程為：粗鏜 半精鏜 精鏜。第一次粗鏜至 100mm，第二次粗鏜至 103mm，加工 余量 3mm，半精鏜至104.3mm，加工余量 1.3mm, 精鏜至 105mm， 加工余量 0.7mm。 工序名稱 工序余量 /mm 加工經(jīng)濟精度/mm 表面粗糙度aR/ m 工序基本尺寸 /mm 精鏜 0.7 h7 0.8 105 半精鏜 1.3 h9 6.3 104.3 粗鏜 3 h11 zR =50 103 六 確定切削用量和時間定額 加工外圓柱面 150，選用機床 C616A，切削材料為 45 鋼，用YT15，查參考文獻，由經(jīng)驗公式 T=60， Cv=235， Xv=0.15， Yv=0.45， m=0.2， 查機械加工工藝設 計 手 冊 P433 得知： f=0.8 1.2mm/r 取 f=0.81mm/r ap=2.5mm ， Vc=100.4m/min， 機床轉(zhuǎn)速 n=1000Vc/ d=1000x100.4/3.14x150r/min=213.16 r/min，取 n=215 r/min，實際切削速度 Vc=nd/1000=101.3 m/min 根據(jù)切削用量與刀具耐用度的關系可知，影響最小的是 ap，其次是 f，最大是 V，這是因為切削溫度的影響最大，溫度升高，刀具磨損加快，壽命明顯下降。所以在刀具耐用度一定的情況下，為提高生產(chǎn)率，選擇切削用量的基本原則是：首先應選取盡可能大背吃刀量；其次要在機床動力和剛度允許的 條件下，同時又滿足已加工表面粗糙度要求的情況下，選取盡可能大的進給量；最后根據(jù)公式確定最佳切削速度。 時間定額的確定 時間定額是在一定生產(chǎn)條件下，生產(chǎn)一件產(chǎn)品或完成一道工序所需消耗的時間，由基本時間按 Tj，輔助實際 Tf，布置工作地時間 Tfw，休息和生理需要時間 Tx，準備與終結時間 Tz 組成。 計算基本時間 : 150 外圓，走刀一次 T1=（ 140+475）/nf=615/215*0.81min=3.5min， 148， 130, 167走刀兩次 T2=（ 295+80） *2/nf=4min， .粗鏜 85h7 孔至 83mm步驟如下： (1)確定進給量。 根據(jù)參考文獻 2表 5-4得，取 f=0.56。 （ 2）確定切削速度 Vc。 按表 5-113，取 Vc=25m/min。 （ 3）確定機床主軸的轉(zhuǎn)速 n。 n=(100Vc)/(3.14 d)=（ 1000 25） /（ 3.14 83） r/min =96r/min 根據(jù)參考文 獻 2表 5-4，按機床實際轉(zhuǎn)速 n=142r/min. (4)計算