機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)-絲杠的工藝設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 課程名稱: 機(jī)械制造工藝學(xué) 設(shè)計(jì)題目: 絲杠的工藝設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求: 內(nèi)容:設(shè)計(jì)一套絲杠的加工工藝 設(shè)計(jì)要求: 1. 要求繪制零件圖一張，毛坯圖一張，設(shè)計(jì)說明書一份。 2. 工藝設(shè)計(jì)要求合理，有利于提高加工精度，保證加工質(zhì)量，降低加工成本，提高勞動生產(chǎn)率。 圖 紙 共2張 說明書 共15頁 目 錄 前言 . 2 第1章 零件的分析 . 3 1.1 零件的作用 . 3 1.2零件的工藝分析 . 3 第2章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) . 5 2.1確定毛坯的制造形式 . 5 2.2基面的選擇. 6 2.3 制訂工藝路線 . 6 2.4機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定

2、. 8 2.5確定切削用量 . 10 第3章 繪制零件圖 . 13 總結(jié) . 14 致謝 . 15 參考文獻(xiàn) . 16 1 前言 機(jī)械制造工藝學(xué)的研究對象是機(jī)械產(chǎn)品的制造工藝，包括零件加工和裝配兩方面，其指導(dǎo)思想是在保證質(zhì)量的前提下達(dá)到高生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)性。研究的重點(diǎn)是工藝過程，同樣也包括零件加工工藝過程和裝配工藝過程。 工藝是使各種原材料、半成品成為產(chǎn)品的方法和過程，它是生產(chǎn)中最活躍的因素，它既是構(gòu)思和想法，又是實(shí)在的方法和手段，并落實(shí)在由工件、刀具、機(jī)床、夾具所構(gòu)成的工藝系統(tǒng)中。 2 第1章 零件的分析 1.1 零件的作用 題目給定的零件是絲杠，絲杠是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成直線運(yùn)動的傳動副零件，它被用

3、來完成機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動。機(jī)床絲杠不僅要能傳遞準(zhǔn)確的運(yùn)動，而且還要能傳遞一定的動力。所以它在精度、強(qiáng)度以及耐磨性各個(gè)方面，都有一定的要求。 其功用為支承傳動零件(齒輪、皮帶輪等)、傳動扭矩、承受載荷，以及保證裝在主軸上的工件或刀具具有一定的回轉(zhuǎn)精度。表面特點(diǎn):外圓、內(nèi)孔、圓錐、螺紋、花鍵、橫向孔。 1.2零件的工藝分析 絲杠是細(xì)而長的柔性軸，它的長徑比往往很大，一般都在20,50左右，剛度很差。加上其結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜，有要求很高的螺紋表面，又有階梯及溝槽，因此，在加工過程中，很容易產(chǎn)生變形。這是絲杠加工中影響精度的一個(gè)主要矛盾。 主要技術(shù)要求: 1、尺寸精度 軸頸是軸類零件的主要表面，它影響軸的回

4、轉(zhuǎn)精度及工作狀態(tài)。軸頸的直徑精度根據(jù)其使用要求通常為IT6,IT9，精密軸頸可達(dá)IT5。 2、幾何形狀精度 軸頸的幾何形狀精度(圓度、圓柱度)，一般應(yīng)限制在直徑公差點(diǎn)范圍內(nèi)。對幾何形狀精度要求較高時(shí)，可在零件圖上另行規(guī)定其允許的公差。 3、位置精度 主要是指裝配傳動件的配合軸頸相對于裝配軸承的支承軸頸的同軸度，通常是用配合軸頸對支承軸頸的徑向圓跳動來表示的;根據(jù)使用要求，規(guī)定高精度軸為0.001,0.005mm，而一般精度軸為0.01,0.03mm。 此外還有內(nèi)外圓柱面的同軸度和軸向定位端面與軸心線的垂直度要求等。 4(表面粗糙度 3 根據(jù)零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度值，例如

5、普通機(jī)床主軸支承軸頸的表面粗糙度為Ra0.16,0.63um，配合軸頸的表面粗糙度為Ra0.63,2.5um，隨著機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度的增大和精密程度的提高，軸類零件表面粗糙度值要求也將越來越小。 軸類零件的加工工藝因其用途、結(jié)構(gòu)形狀、技術(shù)要求、產(chǎn)量大小的不同而有差異。而軸的工藝規(guī)程編制是生產(chǎn)中最常遇到的工藝工作。 軸類零件加工的主要問題:軸類零件加工的主要問題是如何保證各加工表面的尺寸精度、表面粗糙度和主要表面之間的相互位置精度。 具體指標(biāo)有: (1)單個(gè)螺距允差 (2)中徑圓度允差; (3)外徑相等性允差; (4)外徑跳動允差; (5)牙形半角允差; (6)中徑為尺寸公差; (7)外徑為尺寸公差;

6、 (8)內(nèi)徑為尺寸公差。 4 第2章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 2.1確定毛坯的制造形式 題目給定的零件是絲杠，軸類零件可根據(jù)使用要求、生產(chǎn)類型、設(shè)備條件及結(jié)構(gòu)，選用棒料、鍛件等毛坯形式。對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主;而對于外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節(jié)約材料又減少機(jī)械加工的工作量，還可改善機(jī)械性能。 軸類零件的材料和毛坯,合理選用材料和規(guī)定熱處理的技術(shù)要求，對提高軸類零件的強(qiáng)度和使用壽命有重要意義，同時(shí)，對軸的加工過程有極大的影響。 1、軸類零件的材料 一般軸類零件常用45鋼，根據(jù)不同的工作條件采用不同的熱處理規(guī)范(如正火、調(diào)質(zhì)、淬火等)，以獲得一定的強(qiáng)度、韌性和耐磨

7、性。 對中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件，可選用40Cr等合金鋼。這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火處理后，具有較高的綜合力學(xué)件能。精度較高的軸，有時(shí)還用軸承鋼GCrls和彈簧鋼65Mn等材料，它們通過調(diào)質(zhì)和表面淬火處理后，具有更高耐磨性和耐疲勞性能。 對于高轉(zhuǎn)速、重載荷等條件下工作的軸，可選用20CrMnTi、20MnZB、20Cr等低碳含金鋼或38CrMoAIA氮化鋼。低碳合金鋼經(jīng)滲碳淬火處理后，具有很高的表面硬度、抗沖擊韌性和心部強(qiáng)度，熱處理變形卻很小。 2、軸類零件的毛坯 軸類零件的毛坯最常用的是圓棒料和鍛件，只有某些大型的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸才采用鑄件。 因而結(jié)合題目給定車床絲杠零件的作用及工作要求，材料

8、可選用GCr15，毛坯應(yīng)采用鍛件，以保證機(jī)械性能。 5 2.2基面的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得以保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，甚至?xí)斐闪慵拇笈鷪?bào)廢，使生產(chǎn)無法正常運(yùn)行。 (1)粗基準(zhǔn)的選擇。對于本零件而言，按照粗基準(zhǔn)的選擇原則，以外圓為粗基準(zhǔn)是完全合理的。 (2)精基準(zhǔn)的選擇。主要考慮到基準(zhǔn)重合的問題，和便于裝夾，以工件端面中心孔為精基準(zhǔn)。 2.3 制訂工藝路線 工藝路線方案一 毛坯(熱處理)校直車端面打中心孔外圓粗加工校直熱處理重打中心孔(修正)外圓半精加工加工螺紋校直、低溫時(shí)效修正中心孔外圓、螺紋精加工。

9、 工序? 毛坯(熱處理) 工序? 校直 工序? 車端面打中心孔 工序? 外圓粗加工 工序? 校直熱處理 工序? 重打中心孔(修正) 工序? 外圓半精加工 工序? 加工螺紋 工序? 校直、低溫時(shí)效 工序? 修正中心孔 工序? 外圓、螺紋精加工 工藝路線方案二 工序? 鍛造(彎曲度不超過5mm) 6 工序? 球面退火 車端面打中心孔 工序? 工序? 車外圓 工序V 粗車梯形螺紋槽 工序VI 半精車外圓 工序VII 粗磨外圓 工序VIII 車梯形螺紋 工序IX 半精磨外圓 工序X 精車螺紋 工序XI 研磨外圓 工序XII 終磨外圓 工藝方案的比較與分析 1、絲杠的校直及熱處理: 絲杠工藝除毛坯工序外

10、，在粗加工及半精加工階段，都安排了校直及熱處理工序。校直的目的是為了減少工件的彎曲度，使機(jī)械加工余量均勻。時(shí)效熱處理以消除工件的殘余應(yīng)力，保證工件加工精度的穩(wěn)定性。一般情況下，需安排三次。一次是校直及高溫時(shí)效，它安排在粗車外圓以后，還有兩次是校直及低溫時(shí)效，它們分別安排在螺紋的粗加工及半精加工以后。 2、定位基準(zhǔn)面的加工: 絲杠兩端的中心孔是定位基準(zhǔn)面，在安排工藝路線時(shí)，應(yīng)一首先將它加工出來，中心孔的精度對加工質(zhì)量有很大影響，絲。杠多選用帶有120保護(hù)錐的中心孔。此外，在熱處理后，最后精車螺紋以前，還應(yīng)適當(dāng)修整中心孔以保持其精度。 絲杠加工的定位基準(zhǔn)面除中心孔外，還要用絲杠外圓表面作為輔助基準(zhǔn)

11、面，以便在加工中采用跟刀架，增加剛度。 3、螺紋的粗、精加工 粗車螺紋工序一般安排在精車外圓以后，半精車及精車螺紋工序則分別安排在粗磨及精磨外圓以后。不淬硬絲杠一般采用車削工藝，經(jīng)多次加工，逐漸減少切削力和內(nèi)應(yīng)力;對于淬硬絲杠，則采用“先車后磨”或“全磨”兩種不同的工藝。后者是從淬硬后的光杠上直接用單線或多線砂輪粗磨出螺紋，然后用單線砂輪精磨螺紋。 7 4、重鉆中心孔:工件熱處理后，會產(chǎn)生變形。其外圓面需要增加的加工余量，為減少其加工余量，而采用重鉆中心孔的方法。在重鉆中心孔之前，先找出工件上徑向圓跳動為最大值的一半的兩點(diǎn)，以這兩點(diǎn)后作為定位基準(zhǔn)面，用車端面的方法切去原來的中心孔，重新鉆中心孔

12、。當(dāng)使用新的中心孔定位時(shí)，工件所必須切會的額外的加工余量將減少到原有值。 由于該絲杠為批量生產(chǎn)，故加工工藝過程按照工序劃分階段的原則，將整個(gè)工藝過程分為五個(gè)階段:準(zhǔn)備和預(yù)先熱處理階段，粗加工階段，半精加工階段，精加工階段，終加工階段。為了消除殘余應(yīng)力，整個(gè)工藝過程安排了四次消除殘余應(yīng)力的熱處理，并嚴(yán)格規(guī)定機(jī)械加工和熱處理后不準(zhǔn)冷校直，以防止產(chǎn)生殘余應(yīng)力。為了消除加工過程中的變形，每次加工后工件應(yīng)垂直吊放，并采用留加工余量分層加工的方法，經(jīng)過多道工序逐步消除加工過程中引起的變形。 所以選擇方案二為最佳方案。 2.4機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 工序號 工種 工序內(nèi)容 設(shè)備 1 備料 熱

13、軋圓鋼35mm337mm 2 熱處理 球化退火 3 車 車削試樣，車削后應(yīng)保證零件總長為334mm 車床CA620 在平面磨床上磨試樣兩平面(磨出即可), 平面磨床4 磨 M820 表面粗糙度為Ra1.25um 檢驗(yàn)試樣，待試樣合格后方可轉(zhuǎn)入下道工5 檢驗(yàn) 序 6 熱處理 調(diào)質(zhì)，校直 7 粗車 粗車外圓，均保留加工余量5mm 車床CA620 8 時(shí)效處理，除應(yīng)力，要求全長彎曲小于8 熱處理 1.5mm 1. 車端面取總長331mm修正兩端面中心孔 2. 車外圓，車28e8外圓，留余量0.5-0.6，車20外圓及21.5x10的槽完成倒角。 9 車 車床CA620 3. 車螺紋Tr285-LH-

14、7H中徑，留余量0.3-0.4; 4. 車倒角，螺紋處圓跳動為0.16mm,其余為0.02mm; 粗磨螺紋大徑，磨其它各外圓，均留磨量萬能磨床10 粗磨 1.11.2um; M1432A 中溫回火，冰冷處理，全長彎度小于11 熱處理 0.05mm; 12 檢驗(yàn) 檢驗(yàn)硬度，磁性探傷，去磁; 研磨兩端中心孔，表面粗糙度Ra為13 研 0.63um; 磨外圓，磨螺紋大經(jīng)，均留磨量為萬能磨床14 粗磨 0.650.75um，磨出左端垂直度為0.02mm以及M1432A 外圓表面粗糙度為1.25um; 半精磨螺紋，留精磨余量(使用三針測量絲桿磨床15 半精磨 儀)，齒形用樣板透光檢查， S7432 低溫

15、回火，消除磨削應(yīng)力，要求全長彎曲16 熱處理 小于0.10mm，不得冷校直; 9 修研兩端中心孔，表面粗糙度Ra為17 研 車床CA6140 0.32um; 磨28e8以及25f7mm 22k6外圓至萬能磨床18 半精磨 圖樣要求，要求圓跳動小于0.02mm，磨其余外M1432A 圓以及端面; 精磨梯形螺紋Tr285-LH-7H至圖樣要絲桿磨床19 精磨 求，齒間錐度為15?20?，齒形按樣板透光檢S7432 查; 萬能外圓磨20 終磨 終磨各外圓至圖樣要求，并涂防銹油; 床M1432A (表2-1) 2.5確定切削用量 工序一:粗車外圓 (1)確定背吃刀量 粗車外圓，加工余量為5mm，一次走

16、刀。Asp=5/2=2.5mm. (2) 確定進(jìn)給量 刀桿尺寸16 25，as 3,工件直徑為35mm，則f=0.50.7。由簡明手冊表4.23查取f =0.56mm。 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.11查取:VC=1.33(由182199HBS、asp=2.5、f =0.56mm/r、車刀為YG硬質(zhì)合金),由于實(shí)際車削過程使用條件的改變，查取切削速度修正系數(shù):K =1.0,K =1.0,K =0.73,K =(190/HBS)1.25=1.0,KSV=0.85,Kkv=1.0。則 VC =VC 60 V = VC K K K K KSV K = 1.33 60 1.0 1.0 0.73 1.0

17、0.85 1.0=49.5 n = 157.6r/min 10 按CA6140車床轉(zhuǎn)速(機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊表4.2,2)選擇與157.5r/min相近似 的機(jī)床轉(zhuǎn)速n =183r/min,則實(shí)際切削速度V = n /1000=3.14 100 183/1000=57.5m/min。 綜上，此工步的切削用量為:a =2.5mm，f =0.56, n =183r/min, V =57.5m/min。 工序二: 精車外圓左端 (1) 確定背吃刀量 粗車外圓，加工余量為1.1mm，一次走刀。Asp=1.1/2=0.55mm. (2) 確定進(jìn)給量 刀桿尺寸16 25，as 1.1,工件直徑為35m

18、m，則f=0.20.4。由簡明手冊表4.23查取f =0.26mm。 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.11查取:VC=1.33(由182199HBS、asp=2.5、f =0.26mm/r、車刀為YG硬質(zhì)合金),由于實(shí)際車削過程使用條件的改變，查取切削速度修正系數(shù):K =1.0,K =1.0,K =0.73,K =(190/HBS)1.25=1.0,KSV=0.85,Kkv=1.0。則 VC =VC 60 V = VC K K K K KSV K = 1.33 60 1.0 1.0 0.73 1.0 0.85 1.0=49.5 n = 157.6r/min 按CA620車床轉(zhuǎn)速(機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明

19、手冊表4.2,2)選擇與157.5r/min相近似 的機(jī)床轉(zhuǎn)速n =183r/min,則實(shí)際切削速度V = n /1000=3.14 100 183/1000=57.5m/min。 綜上，此工步的切削用量為:a =2.5mm，f =0.26, n =183r/min, V =57.5m/min。 工序三: 精車外圓右端 (2) 確定背吃刀量 粗車外圓，加工余量為1.1mm，一次走刀。Asp=1.1/2=0.55mm. (2) 確定進(jìn)給量 11 刀桿尺寸16 25，as 1.1,工件直徑為55mm，則f=0.20.4。由簡明手冊表4.23查取f =0.26mm。 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.11查

20、取:VC=1.33(由182199HBS、asp=2.5、f =0.26mm/r、車刀為YG硬質(zhì)合金),由于實(shí)際車削過程使用條件的改變，查取切削速度修正系數(shù):K =1.0,K =1.0,K =0.73,K =(190/HBS)1.25=1.0,KSV=0.85,Kkv=1.0。則 VC =VC 60 V = VC K K K K KSV K = 1.33 60 1.0 1.0 0.73 1.0 0.85 1.0=49.5 n = = =157.6r/min 按CA6140車床轉(zhuǎn)速(機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊表4.2,2)選擇與157.5r/min相近似 的機(jī)床轉(zhuǎn)速n =183r/min,則實(shí)際切削速度V = n /1000=3.14 100 183/1000=57.5m/min。 綜上，此工步的切削用量為:a =1.1mm，f =0.26, n =183r/min, V =57.5m/min。 12 第3章 繪制零件圖 0.005mm技術(shù)要求:螺距累積公差在25mm長度上為0.005mm 100mm長度上為0.006mm 300mm長度上為0.009mm 以后每增加300mm長度上為0.003mm,全長為0.02