设计犁刀变速齿轮机械加工工艺规程装备模板.doc

设计犁刀变速齿轮机械加工工艺规程装备模板

70
2020年4月19日
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学校代码: 115171
学 号: 50616107

HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING

机械制造技术基础课程设计

题 目设计犁刀变速齿轮箱体零件的机械加工工艺规程及工艺装备
学生姓名 魏振山
专业班级 机械设计制造及其自动化1221班
学 号 50616107
系 ( 部) 机械工程学院
指导教师( 职称) 杜可可 (教授)
完成时间 年 6 月 16日
机械制造技术基础课程
设计说明书

机械制造技术基础课程
设计任务书

题目: 设计犁刀变速齿轮箱体零件的机械加工工艺规程及铣凸台面工序的专用夹具
内容:
1) 零件——毛坯合图 1张
2) 机械加工工艺规程卡片 1套
3) 夹具装配总图 1张
4) 夹具零件图 1套
5) 课程设计说明书 1份
原始资料: 该零件图样一张;生产纲领为6000件∕年; 每日1班。

学生姓名 魏振山
专业班级 机械设计制造及其自动化1221班
学 号 50616107
系 ( 部) 机械工程学院
指导教师( 职称) 杜可可 (教授)
完成时间 年 6 月 16日

目录
摘 要 1
第1章 前言 2
第2章 零件工艺的分析 3
2.1 零件的作用 3
2.2 零件的工艺分析 4
第3章 确定毛坯、 画毛坯—零件合图 8
第4章 拟定梨刀箱体加工的工艺路线 9
4.1 定位基准的选择 9
4.2 制定工艺路线 9
第5章 选择加工设备及刀具、 夹具、 量具 11
第6章 确定切削用量及基本工时 12
6.1 切削用量的确定 12
6.2 时间定额计算 25
第7章 专用夹具的设计 29
7.1 确定夹紧力及螺杆直径 29
7.2 确定夹紧力及螺杆直径 29
7.3 定位精度分析 30
第8章 数控加工程序及装备 31
8.1 数控加工程序 31
8.2 数控加工刀具 36
结 论 37
参考文献 38
致 谢 39

摘要
本次课程设计是在完成了机械制造工艺学( 含机床夹具设计) 和大部分专业课, 并进行生产实习的基础上进行的一个教学环节。这次设计是我们能够运用制造工艺学中的基本理论, 并结合生产实习中学到的实践知识, 独立地分析和解决工艺问题, 初步具有了设计一个中等复杂程度的零件( 犁刀变速齿轮箱体) 的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法, 拟定夹具设计方案, 完成夹具结构设计的能力, 也熟悉和运用有关手册﹑图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会, 为以后的毕业设计几未来从事的工作打下良好的基础。
由于能力有限, 经验不足, 设计中还有许多不足之处, 希望老师多加指教。

关键词: 工艺规程, 设计, 专用夹具

第1章 前言
箱体零件是机器或部件的基础零件,它把有关零件联结成一个整体,使这些零件保持正确的相对位置,彼此能协调地工作.因此,箱体零件的制造精度将直接影响机器或部件的装配质量,进而影响机器的使用性能和寿命.因而箱体一般具有较高的技术要求.
由于机器的结构特点和箱体在机器中的不同功用,箱体零件具有多种不同的结构型式,其共同特点是:结构形状复杂,箱壁薄而不均匀,内部呈腔型;有若干精度要求较高的平面和孔系,还有较多的紧固螺纹孔等.
箱体零件的毛坯一般采用铸铁件.因为灰铸铁具有较好的耐磨性,减震性以及良好的铸造性能和切削性能,价格也比较便宜.有时为了减轻重量,用有色金属合金铸造箱体毛坯(如航空发动机上的箱体等).在单件小批生产中,为了缩短生产周期有时也采用焊接毛坯.
毛坯的铸造方法,取决于生产类型和毛坯尺寸.在单件小批生产中,多采用木模手工造型;在大批量生产中广泛采用金属模机器造型,毛坯的精度较高.箱体上大于30—50mm的孔,一般都铸造出顶孔,以减少加工余量.

第2章 零件的工艺分析
2.1 零件的作用
犁刀变速齿轮箱体是旋耕机的一个重要的机械装置如图2-1所示。旋耕机经过该零件的安装平面与手扶拖拉机变速箱的后部相连, 用两圆柱销定位, 四个螺栓固定, 实现旋耕机的正确联接。N面上的4―13㎜孔即为螺栓连接孔, 2―10F9孔为定位销孔。
如图所示, 犁刀变速齿轮箱体2内有一个空套在犁刀传动轴上的犁刀传动齿轮5, 它与变速箱的一倒挡齿轮常啮合。犁刀传动轴8的左端花键上有啮合套4, 经过拔叉能够轴向移动。啮合套4和犁刀传动轴5相正确一面都有牙嵌, 牙嵌结合时, 动力传给犁刀传动轴8.其操作过程经过安装在S30H9孔中的操纵杆3操纵拔叉而得以实现。

图2-1 犁刀变速齿轮箱传动示意图
1——左臂壳体 2——犁刀变速齿轮箱体 3——操纵杆
4——啮合套 5——犁刀传动齿轮6——轴承 7——右臂壳体
8——犁刀传动轴 9——链轮

2.2 零件的工艺分析

图2-2 犁刀变速齿轮箱箱
由图2-2得知箱体材料为HT200。该材料具有较高的强度、 耐磨性、 耐热性、 及减震性, 适用于承受较大应力 要求耐磨的零件。
该零件上的主要加工面为N面、 R面、 Q面和2- φ80H7孔。
N面的平面度0.05mm直接影响旋耕机与拖拉机变速箱的接触精度及密封。
2- φ80H7孔的尺寸精度、 同轴度0.04mm, 与N面的平行度0.07mm, 与R及Q面的垂直度0.1mm, 以及R相对Q面的平行度0.055mm, 直接影响犁刀传动轴对N面的平行度及犁刀传动齿轮的齿合精度、 左臂壳体及右臂壳体孔轴线的同轴度等。因此, 在加工它们时, 最好能在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来。
2-φ10F9孔的尺寸精度、 两孔距尺寸精度140±0.05mm以及140±0.05mm对R面的平行度0.06mm, 影响旋耕机与变速箱联接时的正确定位, 从而影响犁刀传动齿轮与变速箱倒档齿轮的齿合精度。
表2-1 加工表面分析
加工表面
尺寸及偏差/㎜
公差及精度等级
表面粗糙度Ra(μm)
形位公差(㎜)

N面
46±0.5
IT10
3.2

2―φ10F9孔

IT9
1.6

4―φ13孔
Φ13
IT13以下
12.5

R―Q面

IT9～IT10
3.2

凸台面

IT12～IT13
12.5
无
2―φ80孔

IT17
3.2

φ20
Φ20
IT13以下
≥12.5
无
φ30H9球形孔

IT9
3.2
无
4―M6螺纹孔
M6―6H深14
IT13以下
无

8―M2螺纹孔
M12―6H深22
IT13以下
无

2―φ8N8

IT8
3.2

4―φ22平面
φ22深18
无
1.25
无
由参考文献( 1) 中有关面和孔加工的经济精度及机床能达到的位置精度可知, 上述技术要求是能够达到的, 零件的结构工艺性也是可行的。

第3章 确定毛坯、 画毛坯—零件合图

图2-3 毛坯—零件合图
根据零件材料确定毛坯为铸件。确定零件生产类型根据参考文献【8】可知:
………( 1)
式中 N—零件的生产纲领( 件∕年) , N=6000;
Q—产品的年产量( 台∕年) ;
a—备品率, 取3%;
b—废品率, 取0.5%。
查参考文献【13】表1-3知, 属于轻型零件
查参考文献【13】表1-4知, 属于大批生产
毛坯的铸造方法为砂型机器造型。又由零件2-φ80mm空均需铸出, 故还应安放型芯, 另外, 为消除残余应力, 铸造后还应进行人工时效处理。
参考文献【1】表2.3-6, 该铸件的公差等级CT为810级, 加工余量MA等级为G级, 故取CT为10级, MA为 G 级。
铸件的分型面应选择经过C孔基准轴线, 且与R面和Q面平行的平面, 浇口位置分别位于C基准孔凸台的两侧。
参考文献【1】表2.3-5, 用查表法确定各表面的加工余量如下表所示。
表3-1 各加工表面的加工余量
加工表面
基本尺寸( mm)
加工余量等级
加工余量数值( mm)
说明
R面
168
G
( ) , 取4.0
底面, 双侧加工, 取下行数据
Q面
168
H
(), 取5.0
顶面降1级, 双侧加工
N面
168
G
(), 取5.0
侧面, 单侧加工, 去上行数据
凸台面
106
G
(), 取4.0
侧面单侧加工
2-φ80mm孔
80
H
(), 取3.0
孔降1级, 双侧加工
由参考文献【1】机械加工工艺手册表2.3-9可得主要毛坯尺寸及公差如下表所示。
表3-2 主要毛坯尺寸及公差
主要面尺寸
零件尺寸
总余量( 公差加余量)
毛坯尺寸
公差CT
N面轮廓尺寸
168 mm
—
168mm
4 mm
N面轮廓尺寸
168 mm
4.0+5.0 mm
177mm
4 mm
N面距φ80孔中心尺寸
46 mm
5.0 mm
51mm
2.8 mm
凸台面距φ80孔中心尺寸
100+6 mm
4.0 mm
110mm
3.6 mm
2-φ80mm孔
φ80 mm
3.2+3.0, 取6.0 mm
φ74mm
3.2 mm
第4章 拟定梨刀箱体加工的工艺路线
4.1 定位基准的选择
拟定工艺路线的第一步是选择定位基准。为使所选的定位基准能够保证整个机械加工工艺过程顺利进行, 一般应先考虑如何选择来加工各表面, 然后考虑如何选择粗基准作为精基准的表面先加工出来。
1.精基准的选择
精基准的选择: 犁刀变速齿轮箱体的N面和2-10F9孔既是装配基准, 又是设计基准, 用她们做精基准, 能使加工遵循”基准重合”的原则, 实现箱体零件”一面一孔”的典型定位方式; 其余各面和孔的加工也能用它定位, 这样使工艺路线尊选了”基准统一”的原则。另外, N面的面积比较大, 定位比较稳定, 夹紧方案也比较简单、 可靠, 操作方便。
2.粗基准的选择
粗基准的选择: 考虑到以下几点要求, 选择箱体零件的重要孔( 即2-80mm孔) 的毛坯孔与箱体内壁做粗基准: 第一, 在保证各加工面均有加工余量的前提下, 使重要孔的加工余量尽量均匀; 第二, 装入箱体的旋转零件( 如 齿轮、 轴套等) 与箱体内壁有足够的间隙; 另外还应能保证定位准确、 夹紧可靠。
最先进行机械加工的表面是精基准N面和2-10F9孔, 这时有两种定位方案:
方案一 用一浮动圆锥销伸入一2-80mm毛坯孔中限制二个自由度; 用三个支撑钉支承在与Q面相距32mm并平行与Q面的毛坯面上, 限制三个自由度; 再以N面本身找正限制一个自由度。这种方案适合大批大量生产类型中, 在加工N面及其面上的各孔和凸台面及其各孔的自动线上采用随行夹具时用。
方案二 用一根两头带反锥( 一端的反锥可取下, 以便装卸工件) 的心轴插入2-80mm毛坯孔中并夹紧, 粗加工N面时, 将心轴置于两头的V形架上限制四个自由度, 再以N面本身找正限制一个自由度。这种方案虽要安装一个心轴, 但由于下一道工序( 钻扩铰2-10F9孔) 还要用到这根心轴定位, 即将心轴置于两头的U形槽中限制两个自由度, 故本道工序可不用将心轴卸下, 而且这一”随行心轴”比上述随行夹具简单得多。又因随行工位少, 准备的心轴就少, 因而该方案是可行的。
方案三 用两根制造精度相同的锥销安装在2-80mm孔的两侧定位, 此时能够同时限制工件的五个自由度; 再以N面本身找正限制一个自由度。这种方案工件装拆方便方便, 可是由于工件连续装卸, 影响孔的定位精度, 且销轴的夹紧装置较为复杂。
方案四 在镗铣加工中心上加工时, 采用R面、 Q面定位, 能够同时限制六个自由度, 再以N面本身找正限制一个自由度, 加工N面及其上的孔; 之后在加工R面( Q面) 上的孔时采用N面和Q面( R面) 定位, 同时限制六个自由度, 保证定位精度。夹紧时采用专用夹具夹紧, 凸台面的铣削采用一般方式方式铣削。此方案可行, 但须制造专用夹具。
4.2 制定工艺路线
根据各表面的加工要求和各种加工方法能达到的经济精度, 确定各表面的加工方法如下:
N面: 粗车—精铣;
R面和Q面: 粗铣—精铣;
凸台面: 粗铣;
2-80mm孔: 粗镗—粗镗;
7级9级精度的未注出孔: 钻—扩—铰;
螺纹孔; 钻孔—攻螺纹孔。
因R面与Q面有较高的平行度要求, 2-80mm孔有较高的同轴度要求, 故它们的加工宜采用工序集中原则, 即分别在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来, 以保证其位置精度。
根据先面后孔、 先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则, 将N面、 R面、 Q面及2-80mm孔的粗加工放在前面, 精加工放在后面, 每一阶段中又首先加工N面, 后再镗2-80mm孔。R面及Q面上的8N8孔及4-M12螺纹孔等次要表面放在最后加工。
初步拟定加工工艺如下:
工序号
工序内容

铸造

时效

涂漆
1
粗车N面
2
钻扩铰2-10F9孔( 尺寸留精铰余量) , 孔口倒角1×45°
3
粗铣凸台面
4
粗铣R面及Q面
5
粗镗2-80mm孔, 孔口倒角1×45°
6
钻20mm孔
7
精铣N面
8
精铰2-10F9孔
9
精铣R面及Q面
10
精镗2-80H7孔
11
扩铰S30H9球形孔, 钻4-M6螺纹底孔, 孔口倒角1×45°, 攻螺纹4-M6
12
钻4-13mm孔
13
刮4-22mm平面
14
钻8-M12螺纹底孔, 孔口倒角1×45°, 钻铰2-8N8孔, 孔口倒角1×45°, 攻螺纹8-M12
15
检验
16
入库
上述方案遵循了工艺路线拟定的一般原则, 但某些工序有些问题。分析如下:
如粗车N面, 因工件和夹具的尺寸比较大, 在卧式车床上加工时, 她们的惯性力较大平衡较困难; 又由于N面不是连续的圆环面, 车雪中出现断续切削, 容易引起工艺系统的振动, 故改用铣削加工。
工序40应在工序30前完成, 使R面和Q面在粗加工后有较多的时间进行自然时效, 减少工件受力变形和受热变形对2-φ80mm孔加工精度的影响。
精铣N面后, N面与2-φ10F9孔的垂直度误差难以经过精铰孔矫正, 故对这两孔的加工改为扩铰, 并在前面的工序中预留足够的余量。
4-φ13mm孔尽管是次要表面, 可是在钻扩铰2-φ10F9孔时, 也将4-φ13mm孔钻出, 能够节约一台钻床和一套专用夹具, 能降低生产成本, 而且工时也不长。
同理, 钻φ20mm孔工序也应合并到扩铰Sφ30H9球形孔工序中。这组孔在精镗2-φ80H7孔后加工, 容易保证其轴线与2-φ80孔轴线的位置精度。
工序140中工步太多, 工时太长, 考虑到整个生产线的节拍, 应将8-M12螺纹孔的攻螺纹做为另一道工序。
修改后的工艺路线如下:

工序号
工序内容
简要说明
1
铸造

2
时效
消除内应力
3
涂底漆
防止生锈
4
粗铣N面, 钻扩铰2-10F9至9F9, 孔口倒角1×45°, 钻4-13
先加工基准面, 留精精扩铰余量
5
粗铣R面及Q面, 粗镗2-80孔, 空口倒角1×45°
先加工面, 后加工孔
6
精铣N面, 精扩铰2-10F9孔, 并提高至2-φ10F7
粗加工结束精加工开始, 提高工艺基准精度
7
精铣R面及Q面, 精镗2-80H7孔, 钻8-M12螺纹底孔, 孔口倒角1×45°, 钻铰2-8N8, 孔口倒角1×45°, 攻螺纹8-M12-6H
先加工面, 后加工孔, 工序分散, 平衡节拍
8
铣凸台面,钻20孔, 扩铰S30H9球形孔, 钻4-M6螺纹底孔, 孔口倒角1×45, 攻螺纹4-M6-6H
次要表面在后面加工,工序分散, 平衡节拍
9
锪4-22平面

10
检验

11
入库

第5章 加工设备以及加工装备的选用
由于生产类型为大批大量生产, 且加工对象非孔即面, 采用镗铣类机床实为方便, 为最大限度的满足生产, 选用卧式加工中心TH6350和立式加工中心KT1300V进行加工。工件在机床上只需变换夹紧姿态即可。经查询机床手册, TH6350其参数如下:
工作台尺寸(长/宽)mm : 500/500; 允许负载: 500k; 主轴锥孔: ISO5; 主轴电机: 7.5/11K; 转速范围: 28-3150r/min; 选刀方式: 随机近选; 刀库容量: 40Pc; 最大刀具重量8Kg; 最大刀具尺寸: 130/300mm ; 移动范围(X/Y/Z): 700/550/600; 进给轴电机: 220N.m; 定位精度: 0.04mm ; 重复定位精度: 0.02mm。
KT1300V其参数如下:
工作台尺寸(长/宽)mm: 420/720; 最大工作行程(X/Y/Z)mm:510/410/460; 主轴孔锥孔: CAT40;主轴转速范围: 20-5000r/min;定位精度: mm; 重复定位精度:mm;刀库容量: 24; 数控系统: FANUC;主轴电机: 5.5kw; 进给轴电机: 220N.m;
粗铣N面。根据机床的参数结合参考文献【8】, 由表21-26, 选取直径为160mm的可转位三面刃铣刀, 通用的专用夹具夹具以及游标卡尺等量具。
精铣N面。选择与粗铣相同型号的铣削刀具, 仍用通用的专用夹具夹具, 游标卡尺及刀口形直尺。
铣凸台面。采用莫氏锥柄面铣刀,其直径为D=63mm, 专用铣夹具、 专用检具。
粗铣R面、 Q面。参考文献【8】, 由表21-26, 选取直径为160mm的三面刃铣刀、 专用夹具及游标卡尺。
精铣R面、 Q面。刀具与粗铣刀具相同, 采用专用夹具。
粗镗2-80mm孔。选择精镗刀, 专用夹具。
参考文献【1】, 由表4.3-9可得, 工序20钻扩铰2-10F9孔口倒角1×45°, 钻4-13mm孔选用直柄麻花钻, 直柄扩孔复合钻, 直柄机用铰刀, 扩孔时倒角。选用通用夹具, 游标卡尺及塞规。
刮4-22mm孔平面。由参考文献【1】, 表4.3-38可知, 选用带可换导柱锥柄平底锪钻, 导柱直径为13mm。
工序8中所加工的最大钻孔直径为20mm, 扩铰孔直径为30mm, 故采用立式加工中心KT1300V.钻20mm孔选用锥柄麻花钻( 参考文献【10】表10-175) , 扩铰孔S30H9孔时采用锥柄机用铰刀( 【10】表10-192) ; 4-M6螺纹底孔采用锥柄阶梯麻花钻( 参考文献【10】表410-175) 攻螺纹采用长柄机用丝锥( 参考文献【10】表10-246) 及丝锥夹头。采用专用夹具20mm、 30mm孔径用游标卡尺测量, 4-M6螺纹用螺纹塞规检验, 球形S30H9及尺寸, 用专用测量检具, 孔轴线的30°用专用检具测量。
8-M12螺纹底孔及2-8N8孔 由参考文献【1】, 表4.3-16, 选用锥柄阶梯麻花钻, 2-8N8选用锥柄复合麻花钻及锥柄机用铰刀, 采用专用夹具。选用游标卡尺及塞规检查孔径。
由参考文献【1】表4.6-3知, 8-M12螺纹攻螺纹选用机用丝锥及丝锥夹头, 专用夹具和螺纹塞规。
第6章 确定切削用量以及工时定额
6.1 切削用量的确定
1. 加工工序设计、 粗铣、 精铣N面工序
查参考文献【2】, 由表3、 2-25平面加工余量表, 知精加工余量ZN精为1.5mm。已知N面总余量ZN总为5mm。故粗加工余量ZN粗=5－1.5=3.5mm.。加工N面工序中以N面自己为基准, 将3.5mm的粗加工余量和1.5mm的精加工余量切除, 存在工艺尺寸链和基准不重合误差。
查参考文献【2】由表1-8平面的经济加工精度表知, 粗加工公差等级为级, 取.其公差, 因此精加工距B面中心的距离为47.5±0.125精加工余量校核如下:

故余量充分。
查参考文献【1】由表9、 2-14知, 依据铸件材料为HT200, 粗加工断续切削采用可转位三面刃铣刀刀具, 机床功率5.5kw,则可查出粗加工每齿的进给量为; 取精铣的每转进给量为=0.5mm/r。粗铣每走刀一次, ; 精铣每走刀一次, ;
考虑到数控加工中心的主轴电机能够实现无级变速, 此处取转速为150r/min, 取精铣的主轴转速为300r/min, 又前面的铣刀直径D为200mm, 故相应的切削速度分别为

校核该机床的功率如下:
查参考文献【1】, 由表2.4-96知, 切削功率的计算式如下:

取z=8个齿,
将它们代入式中, 得:

由机床参考数据知机床功率为5.5KW,若取其效率为0.8, 则
故重新选择主轴转速为120r/min,则:

将其代入公式得:

故机床功率足够。

2. 工序钻扩铰2-10F9孔至2-9F9、 钻4-13mm孔加工工序
2-10F9孔的扩、 铰余量:
参考文献【1】, 由表2.3-48取, 由此可算出。
4-φ13mm孔因一次钻出, 故其钻削余量为。
表6-1 各工步的余量和工序尺寸及公差
加工表面
加工方法
余量
公差等级
工序尺寸及公差
2-9F9
钻孔
3.5mm
－
7mm
2-9F9
扩孔
0.9mm
H10
mm
2-9F9
铰孔
0.1mm
F9
mm
4-13
钻孔
6.5mm
－
13mm
孔和孔之间的位置尺寸如140±0.05, 以及140mm,142mm,40mm,4-13mm孔的位置度要求均有钻模保证。与2-80mm孔轴线相距尺寸66±02mm因基准重合, 无需换算。
沿孔2-80孔的轴线方向的定位是以N面为基准确定轴心线的位置, 孔轴线方向的定位是以两孔的内侧面用自定心机构实现的。

使用这种专用夹具能够保证两孔内侧中心面与R、 Q两端面的中心面重合, 外形对称。因此, 2-9F9两孔连心线至内侧中心面的距离尺寸需经过计算。其尺寸工艺链如下图所示。

图中, 为零件图上R面与内侧尺寸mm, 是封闭环。为内腔尺寸92±1mm的一半, 即为46±0.05mm。用概率法计算如下:

因为
因此
又
因此

故
参考文献【1】由表2.4-38知, 并参考机床说明书, 取钻4-13mm孔的进给量f=0.4mm/r; 取钻2-7mm孔的进给量f=0.3mm/r。
参考文献【1】 由表2.4-41知, 用插入法求得钻13mm孔的切削速度v=0.4445mm/s=26.7mm/min,由此计算出转速为
n
故机床实际转速取n=630r/min, 则实际的切削速度为

同理, 用插入法求得钻φ7mm孔的v=0.435m/s=26.1m/min, 由此计算出转速为:
n
此处取机床实际转速为n=1000r/min, 则实际的切削速度为

参考文献【1】, 由表2.4-69, 得:

分别求出钻φ13mm孔的和M及钻7孔的和M如下:

它们均小于机床的最大进给力5000N和机床的最大扭矩220N·m, 故机床刚度满足要求。
扩2-8.8mm孔, 参考文献【1】, 由表2.4-50知, 参考机床进给量, 取f=0.3mm/r( 因扩的是盲孔, 因此进给量取得较小) 。
参考文献【4】, 由表3-54, 扩孔的切削速度为, 故取,
由此算出转速。此处取机床实际转速为n=400r/min。
参考文献【1】, 由表2.4-85, 铰孔的进给量取f=0.3mm/r( 因铰的是盲孔, 因此进给量取得较小)
参考文献【1】, 由表2.4-60, 取铰孔的切削速度为v=0.3m/s=18m/min。由此算出转速。此处取实际转速为, 故实际切削速度为
3.工序粗镗、 工序7精镗2-80H7孔工序
查参考文献【2】表3.2-10可知粗镗加工后孔的直径为79.5mm, 故两孔的精镗余量 。
又已知 。
故 。
粗镗及精镗工序的加工余量和工序尺寸及公差列于表2-4。
表6-2 镗孔余量和工序尺寸及公差
加工表面
加工方法
加工前尺寸
加工单边余量
加工后尺寸
精度等级
工序尺寸及公差
2-80
粗镗
74mm
2.75mm
79.5mm
H11(0.19)
mm
2-80
精镗
79.5mm
0.25mm
80mm
H7(0.03)
mm
因粗、 精镗孔时都以N面及两销孔定位, 故孔与N面之间的粗镗工序尺寸47.5±0.08mm, 精镗工序尺寸46±0.05mm及平行度0.07mm, 与一销孔之间的尺寸66±0.2mm, 均系基准重合, 因此不需要做尺寸链计算。
两孔的同轴度0.04mm由机床保证与R面、 Q面的垂直度0.1mm是间接获得的。在垂直方向上, 它由2-80mm孔轴线与N面的平行度0.07mm及R面和Q面工序中对N面的垂直度来保证。取一极限位置( 如下图所示) 计算精铣R面及Q面工序中Q面对N面的垂直度公差。

图中, 为孔轴线对Q面的垂直度0.1mm, 它是封闭环; 为孔轴线对N面的平行度0.07mm, 为 Q面对N面在168mm长度上的垂直度。
因在精铣R面和Q面及精镗2-80mm孔两工序中, 面和孔轴心线的位置都做到极限位置的情况很少, 故用概率法计算此尺寸链, 使加工容易。
因为
因此
在图中, 因为 ∠BAC=∠EDF
因此
则
同理, R面与Q面的垂直度公差也应为0.04mm。
2-80mm孔轴线与R面的垂直度φ0.1mm在水平方向上是由R面对定位销孔连线的平行度0.06mm及2-80mm孔对定位销孔连线的垂直度保证的, 取一极限位置( 如下图所示) 计算精镗2-80mm孔工序中2-80mm孔轴线对定位销孔连线的垂直度公差。

R

图中, 为孔轴线对R面的垂直度0.1mm, 它是封闭环; 为R面对定位销孔连线的平行度0.06mm, 由于ΔABC≌ΔEFH, 因此, 。同理, 也用概率法计算此尺寸链如下:
因为

因此

受两定位销孔与定位销孔配合间隙而引起的转角误差的影响如下图所示。

下面分析定位副的定位精度。
参考文献【6】, 设计两定位销如下:
按零件图给出的尺寸, 两销孔为2-10F9, 即2-mm; 中心距尺寸为140±0.05mm。
取两定位销中心距尺寸为140±0.015mm。
按基轴制常见配合, 取孔与销的配合为, 即圆柱销为10h9=。
查参考文献【6】表1-6知, 取菱形销的b=4mm, B=8mm。
因为 ,
因此, 菱形销最小间隙为:

菱形销的最大直径为:

故菱形销为
下面计算转角误差:
由Δα引起的定位误差
该项误差大于工件误差, 即0.118m>0.08mm, 故该方案是不可行的。
同理, 该转角误差也影响精铣R面时R面对两销孔连线的平行度0.06mm, 此时定位误差也大于工件公差, 即0.018mm>0.06mm, 故该方案是不可行的。
解决上述问题的方法是尽量提高定位副的制造精度。如将2-φ10F9孔提高精度至2-φ10F7, 两孔中心距尺寸140±0.05mm提高精度至140±0.03mm, 并相应提高两定位销的径向尺寸及两销中心距尺寸的精度, 这样定位精度能大大提高, 因此工序70”精扩铰2-φ10F9孔并提高精度至2-φ10F7”对保证加工精度有着重要的作用。此时, 经误差计算平方和公式校核, 可满足精度要求。
粗镗孔时因余量为2.75mm, 故=2.75mm。
查参考文献【7】由表5-29, 取v=0.4m/s=24m/min。
取取进给量为f=0.2mm/r。

查参考文献【1】, 由表2.4-21得:

取 , , , ,
则

取机床效率为0.85, 则, , 故机床功率足够。
精镗孔时, 因余量为0.25mm, 故=0.25mm。
查参考文献【7】, 由表5-29知, 取v=1.2m/s=72m/min, 取f=0.12mm/r。

4.工序粗铣R面及Q面和工序8、 精铣R面及Q面
查参考文献【12】, 由表5-49, 知精加工的余量为,已知, R-Q面的加工余量为: ,于是, 粗加工的余量为。精铣R面及Q面之时, R面和Q面互为基准, 设计尺寸与工艺尺寸重合, 不存在基准不重合误差。
查参考文献【11】, 由表30-73, 知, 取粗铣的每齿进给量为=0.2mm; 取精铣的每转进给量为f=0.5mm/r; , ;粗铣走刀1次, 精铣走刀1次, 。
查参考文献【11】, 由表7-10, 取粗细的主轴转速为118r/min, 精铣的主轴转速为300r/min。又前面已选定三面刃铣刀, 铣刀直径为D=160mm,故相应的切削速度分别为:
====59.283m/min
====111.1m/min
查参考文献【1】, 由表2.4-96, 知切削功率的计算式如下:

取z=8个齿, n=118÷60=1.966r/s,=101mm, =3mm, =4mm, =0.2mm/z, 将它们带入式中:

由机床的功率为11kw,假设机床的功率为0.8, 则有11×0.8=8.8kw,8.8kw>7.514kw, 故机床的功率满足。
5.工序精扩铰2-10F9孔, 提高精度至2-10F7
由工序20已将孔2-10F9加工至2-9F9,则此工序的精扩铰余量为0.1mm。
查参考文献【1】, 由表2.3-48, 知孔的扩、 铰余量分别为: =0.9mm,=0.1mm。
查参考文献【1】, 由表2.4-52, 知扩孔的进给量f=0.3mm/r( 因为扩的是盲孔, 因此进给量取得较小)
同粗加工, 扩孔的速度=11m/min。由此计算出转速为:
。
此处为方便计算取n=400r/min。
查参考文献【1】, 由表2.4-58, 知, 取铰孔的进给量为f=0.1mm/r。(受加工余量的限制)
查参考文献【1】, 由表2.4-60, 知, 取铰孔的切削速度为v=0.1mm/s=6m/min。因此, 算出。此处为方便计算, 取转速为200r/min, 则实际的切削速度为。
6.工序8 、 铣凸台面
凸台面因要求不高, 故能够一次铣出, 其工序余量即等于总余量4mm。
凸台面距S30H9孔球面中心mm, 这个尺寸是在扩铰S30H9时直接保证的。球面中心( 设计基准) 距2-80mm空轴线( 工艺基准) 100±0.05mm则为间接保证的尺寸。本工序工艺基准与设计基准不重合, 有基准不重合误差。
铣凸台面时应保证的工序尺寸为凸台面距2-80mm孔轴线的距离XD-B.其工艺尺寸链如下图所示。

B
S
D

图中, , 用竖式法计算如下:
基本尺寸
上偏差
下偏差
増环106
+0.5
-0.3
减环6
+0.2
0
封闭环100
+0.5
-0.5
因此