机械制造工艺学课程设计-丝杠的工艺设计.doc

课 程 设 计 任 务 书 课程名称: 机械制造工艺学 设计题目: 丝杠的工艺设计 课程设计内容与要求: 内容:设计一套丝杠的加工工艺 设计要求: 1. 要求绘制零件图一张，毛坯图一张，设计说明书一份。 2. 工艺设计要求合理，有利于提高加工精度，保证加工质量，降低加工成本，提高劳动生产率。 图 纸 共2张 说明书 共15页 目 录 前言 . 2 第1章 零件的分析 . 3 1.1 零件的作用 . 3 1.2零件的工艺分析 . 3 第2章 工艺规程设计 . 5 2.1确定毛坯的制造形式 . 5 2.2基面的选择. 6 2.3 制订工艺路线 . 6 2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 8 2.5确定切削用量 . 10 第3章 绘制零件图 . 13 总结 . 14 致谢 . 15 参考文献 . 16 1 前言 机械制造工艺学的研究对象是机械产品的制造工艺，包括零件加工和装配两方面，其指导思想是在保证质量的前提下达到高生产率、经济性。研究的重点是工艺过程，同样也包括零件加工工艺过程和装配工艺过程。 工艺是使各种原材料、半成品成为产品的方法和过程，它是生产中最活跃的因素，它既是构思和想法，又是实在的方法和手段，并落实在由工件、刀具、机床、夹具所构成的工艺系统中。 2 第1章 零件的分析 1.1 零件的作用 题目给定的零件是丝杠，丝杠是将旋转运动变成直线运动的传动副零件，它被用来完成机床的进给运动。机床丝杠不仅要能传递准确的运动，而且还要能传递一定的动力。所以它在精度、强度以及耐磨性各个方面，都有一定的要求。 其功用为支承传动零件(齿轮、皮带轮等)、传动扭矩、承受载荷，以及保证装在主轴上的工件或刀具具有一定的回转精度。表面特点:外圆、内孔、圆锥、螺纹、花键、横向孔。 1.2零件的工艺分析 丝杠是细而长的柔性轴，它的长径比往往很大，一般都在20,50左右，刚度很差。加上其结构形状比较复杂，有要求很高的螺纹表面，又有阶梯及沟槽，因此，在加工过程中，很容易产生变形。这是丝杠加工中影响精度的一个主要矛盾。 主要技术要求: 1、尺寸精度 轴颈是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的直径精度根据其使用要求通常为IT6,IT9，精密轴颈可达IT5。 2、几何形状精度 轴颈的几何形状精度(圆度、圆柱度)，一般应限制在直径公差点范围内。对几何形状精度要求较高时，可在零件图上另行规定其允许的公差。 3、位置精度 主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支承轴颈的同轴度，通常是用配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动来表示的;根据使用要求，规定高精度轴为0.001,0.005mm，而一般精度轴为0.01,0.03mm。 此外还有内外圆柱面的同轴度和轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。 4(表面粗糙度 3 根据零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度值，例如普通机床主轴支承轴颈的表面粗糙度为Ra0.16,0.63um，配合轴颈的表面粗糙度为Ra0.63,2.5um，随着机器运转速度的增大和精密程度的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。 轴类零件的加工工艺因其用途、结构形状、技术要求、产量大小的不同而有差异。而轴的工艺规程编制是生产中最常遇到的工艺工作。 轴类零件加工的主要问题:轴类零件加工的主要问题是如何保证各加工表面的尺寸精度、表面粗糙度和主要表面之间的相互位置精度。 具体指标有: (1)单个螺距允差 (2)中径圆度允差; (3)外径相等性允差; (4)外径跳动允差; (5)牙形半角允差; (6)中径为尺寸公差; (7)外径为尺寸公差; (8)内径为尺寸公差。 4 第2章 工艺规程设计 2.1确定毛坯的制造形式 题目给定的零件是丝杠，轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主;而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。 轴类零件的材料和毛坯,合理选用材料和规定热处理的技术要求，对提高轴类零件的强度和使用寿命有重要意义，同时，对轴的加工过程有极大的影响。 1、轴类零件的材料 一般轴类零件常用45钢，根据不同的工作条件采用不同的热处理规范(如正火、调质、淬火等)，以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 对中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等合金钢。这类钢经调质和表面淬火处理后，具有较高的综合力学件能。精度较高的轴，有时还用轴承钢GCrls和弹簧钢65Mn等材料，它们通过调质和表面淬火处理后，具有更高耐磨性和耐疲劳性能。 对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用20CrMnTi、20MnZB、20Cr等低碳含金钢或38CrMoAIA氮化钢。低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度、抗冲击韧性和心部强度，热处理变形却很小。 2、轴类零件的毛坯 轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻件，只有某些大型的、结构复杂的轴才采用铸件。 因而结合题目给定车床丝杠零件的作用及工作要求，材料可选用GCr15，毛坯应采用锻件，以保证机械性能。 5 2.2基面的选择 基面的选择是工艺规程设计的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得以保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，甚至会造成零件的大批报废，使生产无法正常运行。 (1)粗基准的选择。对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，以外圆为粗基准是完全合理的。 (2)精基准的选择。主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，以工件端面中心孔为精基准。 2.3 制订工艺路线 工艺路线方案一 毛坯(热处理)校直车端面打中心孔外圆粗加工校直热处理重打中心孔(修正)外圆半精加工加工螺纹校直、低温时效修正中心孔外圆、螺纹精加工。 工序? 毛坯(热处理) 工序? 校直 工序? 车端面打中心孔 工序? 外圆粗加工 工序? 校直热处理 工序? 重打中心孔(修正) 工序? 外圆半精加工 工序? 加工螺纹 工序? 校直、低温时效 工序? 修正中心孔 工序? 外圆、螺纹精加工 工艺路线方案二 工序? 锻造(弯曲度不超过5mm) 6 工序? 球面退火 车端面打中心孔 工序? 工序? 车外圆 工序V 粗车梯形螺纹槽 工序VI 半精车外圆 工序VII 粗磨外圆 工序VIII 车梯形螺纹 工序IX 半精磨外圆 工序X 精车螺纹 工序XI 研磨外圆 工序XII 终磨外圆 工艺方案的比较与分析 1、丝杠的校直及热处理: 丝杠工艺除毛坯工序外，在粗加工及半精加工阶段，都安排了校直及热处理工序。校直的目的是为了减少工件的弯曲度，使机械加工余量均匀。时效热处理以消除工件的残余应力，保证工件加工精度的稳定性。一般情况下，需安排三次。一次是校直及高温时效，它安排在粗车外圆以后，还有两次是校直及低温时效，它们分别安排在螺纹的粗加工及半精加工以后。 2、定位基准面的加工: 丝杠两端的中心孔是定位基准面，在安排工艺路线时，应一首先将它加工出来，中心孔的精度对加工质量有很大影响，丝。杠多选用带有120保护锥的中心孔。此外，在热处理后，最后精车螺纹以前，还应适当修整中心孔以保持其精度。 丝杠加工的定位基准面除中心孔外，还要用丝杠外圆表面作为辅助基准面，以便在加工中采用跟刀架，增加刚度。 3、螺纹的粗、精加工 粗车螺纹工序一般安排在精车外圆以后，半精车及精车螺纹工序则分别安排在粗磨及精磨外圆以后。不淬硬丝杠一般采用车削工艺，经多次加工，逐渐减少切削力和内应力;对于淬硬丝杠，则采用“先车后磨”或“全磨”两种不同的工艺。后者是从淬硬后的光杠上直接用单线或多线砂轮粗磨出螺纹，然后用单线砂轮精磨螺纹。 7 4、重钻中心孔:工件热处理后，会产生变形。其外圆面需要增加的加工余量，为减少其加工余量，而采用重钻中心孔的方法。在重钻中心孔之前，先找出工件上径向圆跳动为最大值的一半的两点，以这两点后作为定位基准面，用车端面的方法切去原来的中心孔，重新钻中心孔。当使用新的中心孔定位时，工件所必须切会的额外的加工余量将减少到原有值。 由于该丝杠为批量生产，故加工工艺过程按照工序划分阶段的原则，将整个工艺过程分为五个阶段:准备和预先热处理阶段，粗加工阶段，半精加工阶段，精加工阶段，终加工阶段。为了消除残余应力，整个工艺过程安排了四次消除残余应力的热处理，并严格规定机械加工和热处理后不准冷校直，以防止产生残余应力。为了消除加工过程中的变形，每次加工后工件应垂直吊放，并采用留加工余量分层加工的方法，经过多道工序逐步消除加工过程中引起的变形。 所以选择方案二为最佳方案。 2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 工序号 工种 工序内容 设备 1 备料 热轧圆钢35mm×337mm 2 热处理 球化退火 3 车 车削试样，车削后应保证零件总长为334mm 车床CA620 在平面磨床上磨试样两平面(磨出即可), 平面磨床4 磨 M820 表面粗糙度为Ra1.25um 检验试样，待试样合格后方可转入下道工5 检验 序 6 热处理 调质，校直 7 粗车 粗车外圆，均保留加工余量5mm 车床CA620 8 时效处理，除应力，要求全长弯曲小于8 热处理 1.5mm 1. 车端面取总长331mm修正两端面中心孔 2. 车外圆，车28e8外圆，留余量0.5-0.6，车20外圆及21.5x10的槽完成倒角。 9 车 车床CA620 3. 车螺纹Tr28×5-LH-7H中径，留余量0.3-0.4; 4. 车倒角，螺纹处圆跳动为0.16mm,其余为0.02mm; 粗磨螺纹大径，磨其它各外圆，均留磨量万能磨床10 粗磨 1.11.2um; M1432A 中温回火，冰冷处理，全长弯度小于11 热处理 0.05mm; 12 检验 检验硬度，磁性探伤，去磁; 研磨两端中心孔，表面粗糙度Ra为13 研 0.63um; 磨外圆，磨螺纹大经，均留磨量为万能磨床14 粗磨 0.650.75um，磨出左端垂直度为0.02mm以及M1432A 外圆表面粗糙度为1.25um; 半精磨螺纹，留精磨余量(使用三针测量丝杆磨床15 半精磨 仪)，齿形用样板透光检查， S7432 低温回火，消除磨削应力，要求全长弯曲16 热处理 小于0.10mm，不得冷校直; 9 修研两端中心孔，表面粗糙度Ra为17 研 车床CA6140 0.32um; 磨28e8以及25f7mm 22k6外圆至万能磨床18 半精磨 图样要求，要求圆跳动小于0.02mm，磨其余外M1432A 圆以及端面; 精磨梯形螺纹Tr28×5-LH-7H至图样要丝杆磨床19 精磨 求，齿间锥度为15º?20?，齿形按样板透光检S7432 查; 万能外圆磨20 终磨 终磨各外圆至图样要求，并涂防锈油; 床M1432A (表2-1) 2.5确定切削用量 工序一:粗车外圆 (1)确定背吃刀量 粗车外圆，加工余量为5mm，一次走刀。Asp=5/2=2.5mm. (2) 确定进给量 刀杆尺寸16 25，as 3,工件直径为35mm，则f=0.50.7。由简明手册表4.23查取f =0.56mm。 根据切削用量简明手册表1.11查取:VC=1.33(由182199HBS、asp=2.5、f =0.56mm/r、车刀为YG硬质合金),由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数:K =1.0,K =1.0,K =0.73,K =(190/HBS)1.25=1.0,KSV=0.85,Kkv=1.0。则 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 10 按CA6140车床转速(机械制造工艺设计简明手册表4.2,2)选择与157.5r/min相近似 的机床转速n =183r/min,则实际切削速度V = n /1000=3.14 100 183/1000=57.5m/min。 综上，此工步的切削用量为:a =2.5mm，f =0.56, n =183r/min, V =57.5m/min。 工序二: 精车外圆左端 (1) 确定背吃刀量 粗车外圆，加工余量为1.1mm，一次走刀。Asp=1.1/2=0.55mm. (2) 确定进给量 刀杆尺寸16 25，as 1.1,工件直径为35mm，则f=0.20.4。由简明手册表4.23查取f =0.26mm。 根据切削用量简明手册表1.11查取:VC=1.33(由182199HBS、asp=2.5、f =0.26mm/r、车刀为YG硬质合金),由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数:K =1.0,K =1.0,K =0.73,K =(190/HBS)1.25=1.0,KSV=0.85,Kkv=1.0。则 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车床转速(机械制造工艺设计简明手册表4.2,2)选择与157.5r/min相近似 的机床转速n =183r/min,则实际切削速度V = n /1000=3.14 100 183/1000=57.5m/min。 综上，此工步的切削用量为:a =2.5mm，f =0.26, n =183r/min, V =57.5m/min。 工序三: 精车外圆右端 (2) 确定背吃刀量 粗车外圆，加工余量为1.1mm，一次走刀。Asp=1.1/2=0.55mm. (2) 确定进给量 11 刀杆尺寸16 25，as 1.1,工件直径为55mm，则f=0.20.4。由简明手册表4.23查取f =0.26mm。 根据切削用量简明手册表1.11查取:VC=1.33(由182199HBS、asp=2.5、f =0.26mm/r、车刀为YG硬质合金),由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数:K =1.0,K =1.0,K =0.73,K =(190/HBS)1.25=1.0,KSV=0.85,Kkv=1.0。则 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车床转速(机械制造工艺设计简明手册表4.2,2)选择与157.5r/min相近似 的机床转速n =183r/min,则实际切削速度V = n /1000=3.14 100 183/1000=57.5m/min。 综上，此工步的切削用量为:a =1.1mm，f =0.26, n =183r/min, V =57.5m/min。 12 第3章 绘制零件图 0.005mm技术要求:螺距累积公差在25mm长度上为0.005mm 100mm长度上为0.006mm 300mm长度上为0.009mm 以后每增加300mm长度上为0.003mm,全长为0.02mm. 13 总结 本次机械课程设计是我们在学完机械制造工艺学课程、进行了参观生产实习之后，对机械加工工艺过程，和机械零件结构设计进一步了解的一个综合性和实践性很强的教学环节。 我们通过这次课程设计，将能综合运用所学基本理论以及在生产实习中学到的实践知识进行工艺及结构设计的基本训练，并逐步掌握中等复杂程度的机械零件制造工艺设计和工艺装备选用，机械制造过程中的加工方法、加工装备等基本知识，确定各工序的工装与设备等方面的综合知识。 总之，这次机械加工工艺设计课程给我们的帮助是巨大的，通过这次学习，我们更加深入的理解并掌握了大学的专业知识，加强了专业技能的锻炼。 14 致谢 在老师的耐心指导下，我的课程设计收获了很多，把我四年所学的东西进行了一个大整合。实践联系理论及实际中会遇到的问题，都给我们指了出来。从而使我的课程设计不断的优化。 首先，培养了我分析实际问题的能力和运用所学知识动手解决问题的能力，从而达到巩固，扩大和深化所学的理论知识，为即将走向的工作岗位打下坚实的基础。 其次，培养了我深入实际，调整研究的工作方法。 再次，培养了我熟悉有关技术政策，运用国家标准规范规定的能力，独立进行查找资料的能力。 15 参考文献 1. 王先逵。机械制造工艺学。机械工业出版社 2. 吴宗泽。机械零件设计手册。北京工业出版社 3. 翁世修。金属切削机床设计指导。上海交通大学出版社 4. 于华。机械制造装备设计。华中科技大学出版社 5. 高波。机械制造基础。北京高等教育出版社 6. 陆剑中，孙家宁。金属切削原理与刀具。机械工业出版社 7. 切削用量简明手册。机械工业出版社 16