火箭模型工艺品组合件加工工艺.docx

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火箭模型工艺品组合件加工工艺

本项目是火箭模型工艺品制作加工，火箭模型头部是由圆锥线所形成的内外回转曲面的薄壁件；火箭模型中部为薄壁套；火箭模型尾部为薄壁喇叭口。

薄壁在此项目中占重要位置。

薄壁套筒类零件是机械中常见的一种零件，它的应用范围很广，广泛应用在各工业部门。

如支承旋转轴的各种形式的滑动轴承、夹具上引导刀具的导向套、内燃机气缸套、液压系统中的液压缸以及一般用途的套筒，由于其功用不同，套筒类零件的结构和尺寸有着很大的差别，但其结构上仍有共同点，即：

零件的主要表面为同轴度要求较高的内外圆表面；零件壁的厚度较薄且易变形；零件长度一般大于直径等。

同时它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。

一、项目任务

1.根据给定样图编制火箭模型工艺品的加工工艺规程

2.根据工艺方案加工火箭模型工艺品设计并制作所需专用刀具

3.设计并制作加工火箭模型工艺品所需专用夹具

4.薄壁件加工的特点，掌握减少薄壁件变形的方法

4.加工火箭模型工艺品组件

5.火箭模型工艺品零件质量检验及质量分析

二、重点难点

1.薄壁件技术要求及工艺分析

2.薄壁件加工精度和配合精度的保证方法

三、相关知识要点

1．零件加工精度、装配精度的获得方法及工艺尺寸链的计算

四、设备要求

1．普通车床CA6140若2台（平均两人一台配置）、钻床1台、焊机1台、线切割机一台、台虎钳1台、钻床1台、平口钳1台、锉刀一把

2．各种常用普通车刀若干把、攻丝、板牙

3．通用量具及工具若干

五、原材料准备

Q235钢,毛坯棒料ø20mm×270mm（1根）；ø15mm×80mm（5根）；13mm×2.16mm×1mm钢板。

六、相关资料

《机械加工手册》和《金属切削手册》。

七、项目任务分析

1．本项目的特点

2．本项目中的关键工作

3．预计完成本项目所需时间

八、分工与进度计划

1．我们组一共学员为5人，应注意强弱组合

2．编写项目计划（包括任务分配及完成时间）如下表:

项目计划安排表

任务

内容

零件

时间

安排

人员

安排

备注

任务1

工艺分析与工艺编制

零件1

2人

任务可以同时进行，人员可以交叉执行。

零件2、3、4、5

2人

零件3

1人

任务2

加工零件

零件1

1人

零件2、3、4、5

3人

零件6

1人

任务3

零件检验及质量分析及装配

零件1、2、3、4、5、6

5人

九、技术要求分析

1．件1与件2、件3、件4与件5组装后外圆接合处的间隙应最小，而且接合面应平整。

要保证该项精度，各零件加工后其相应端面必须与外圆中心线有一定垂直度要求，各零件加工时垂直度要求为0.05，因此，加工中只要保证零件的加工要求，该项精度就能保证。

2．组装后各件间的同轴度小于0.05。

要保证该项精度，同样注意各零件加工时的精度，工件有掉头要保证同轴度小于0.05或更小，这样该项精度就能保证。

3．件1与件2、件3与件4件5处的螺纹配合要牢固，保证该项要求，加工这三件螺纹时注意螺纹精度。

十、火箭模型（件1）中的相关知识

1.薄壁件的特点

对于薄壁套筒类零件，普遍存在的问题是壁薄，假如用卡盘直接装夹，零件就会发生变形；另外加工过程中薄壁零件还会在切削力的作用下，产生变形，而造成零件报废。

因此必须采取补强措施。

即加工内孔及内端面时，应从外侧补强；加工外圆及外端面时，应从内侧补强，往往从内向外胀，既可以提高薄壁的强度又可以提高工艺系统的刚性。

此类零件往往采用端面及内、外圆柱面作为定位基准。

定位方式常采取不完全定位方式。

所以有时会设计专用的数控车削夹具。

薄壁套筒类零件是机械中常见的一种零件，它的应用范围很广，广泛应用在各工业部门。

零件的主要表面为同轴度要求较高的内外圆表面；零件壁的厚度较薄且易变形；零件长度一般大于直径等。

同时它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。

但薄壁零件的加工车削中比较棘手的问题，原因是薄壁零件刚性差，强度弱，在加工中极容易变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。

为此对薄壁零件的装夹，刀具的选用，切削用量的选择要合理，保证薄壁零件加工质量。

2．车削薄壁套筒零件对刀具的要求：

（1）选用合理的切削用量

薄壁零件车削时变形是多方面的。

装夹工件时的夹紧力，切削工件时的切削力，工件阻碍刀具切削时产生的弹性变形和塑性变形，使切削区温度升高而产生热变形。

切削力的大小与切削用量密切相关。

从《金属切削原理》中可以知道:

背吃刀量ap，进给量f，切削速度V是切削用量的三个要素。

1）背吃刀量和进给量同时增大，切削力也增大，变形也大，对车削薄壁零件极为不利。

2）减少背吃刀量，增大进给量，切削力虽然有所下降，但工件表面残余面积增大，表面粗糙度值大，使强度不好的薄壁零件的内应力增加，同样也会导致零件的变形。

所以，粗加工时，背吃刀量和进给量可以取大些;精加工时，背吃刀量一般在0.2-0.5 mm,进给量一般在0.1-0.2 mm/r,甚至更小，切削速度6-120 m/min,精车时用尽量高的切削速度，但不易过高。

合理选用三要素就能减少切削力，从而减少变形。

（2）合理选择刀具的几何角度

在薄壁零件的车削中，合理的刀具几何角度对车削时切削力的大小，车削中产生的热变形、工件表面的微观质量都是至关重要的。

刀具前角大小，决定着切削变形与刀具前角的锋利程度。

前角大，切削变形和摩擦力减小，切削力减小，但前角太大，会使刀具的楔角减小，刀具强度减弱，刀具散热情况差，磨损加快。

所以，一般车削钢件材料的薄壁零件时，刀具的后角大，摩擦力小，切削力也相应减小，但后角过大也会使刀具强度减弱。

在车削薄壁零件时，精车时取较大的后角，粗车时取较小的后角。

主偏角在30°-90°范围内、车薄壁零件的内外圆时，取大的主偏角。

副偏角取8°-15°，精车时取较大的副偏角，粗车时取较小的副偏角。

十一、火箭模型（件1）工艺分析

（一）火箭模型（件1）的的结构特点及技术要求分析

火箭模型（件1）是带有内螺纹孔及椭球面的薄壁类零件，结构比较简单，但精度要求高，加工比较困难，适合在CA6140车床上加工。

难点是内椭球面的加工和薄壁的加工。

外圆精度较高的是端面上的2mm宽的ø17精度，公差是0.016，其它尺寸精度为未注公差，按照IT9-IT11加工。

外椭球表面粗糙度为Ra1.6µm；内椭球面表面粗糙度为Ra3.2µm，要求。

内外表面不能有磕碰，划痕，毛刺等，表面要光滑，而且内表面是实心的，加工时注意刀具的正确使用。

（二）火箭模型（件1）加工工艺编制

1.火箭模型（件1）加工的工艺过程见下表：

火箭模型（件1）普通车床CA6140

数控加工工艺过程综合卡片

产品名称

零件名称

零件图号

材料

厂名（或院校名称）

火箭模型组合件工艺品

火箭模型

序号

工序名称

工序内容及要求

工序简图

设备

工夹具

下料

毛坯棒料ø20mm×260mm（

略

CA6140

三爪自定略

钻中心孔

夹持毛坯外圆打中心孔

略

CA6140

三爪自定心卡盘

加工外圆

以毛坯外圆为夹持面，

（1）加工ø17mm×250mm的外圆并达到图纸要求

（2）加工ø14mm×63mm的外圆并达到图纸要求

略

CA6140

三爪自定心卡盘

加工外圆锥

以毛坯外圆为夹持面加工

（1）最左端外圆锥并达到图纸要求

略

CA6140

三爪自定心卡盘

加工外圆最右端40mm×5mm平面

用台虎钳夹持

（1）加工外圆最右端40mm×5mm平面并达到图纸要求

略

锉刀

盘台虎钳

钻外圆最右端40mm×5mm平面孔

用台虎钳夹持

（1）加工外圆最右端40mm×5ø平面8×ø4mm的孔并达到图纸要求

略

钻床

平口钳

攻内螺纹

（1）加工M4X1.5的内螺纹

略

攻丝

台虎钳

检验

通用量具检测各部分精度

略

CA6140

三爪自定心卡盘

2.火箭模型（件2）加工的工艺过程分析

（1）根据技术要求，零件外圆曲面应光滑无刀痕，无毛刺，且尺寸精度和表面粗糙度要求较高。

因此，外椭球面需一次装夹加工完成，并按粗车、精车两个工步进行车削，粗精加工刀具应分开。

（2）外椭球面车削时无装夹得地方，但是内轮廓有内螺纹，因此可以想到用工艺辅助件，配合加工外椭球面。

（3）内椭球面加工也是有一定困难，相当于端面圆弧，因此在刀具上注意刀具的选择，刀具的主副偏角要大，而且刀尖绝对对工件回转中心线。

如下图：

略

（4）注意内螺纹孔与外圆的同轴度要求及端面与外圆中心线的垂直度要求都很高。

因此，以毛坯外圆为基准，加工大端面及内螺纹时，必须采用减小工件的圆周跳动，并用百分表找正，才能保证加工要求。

另外，车端面时要保证总长尺寸。

3．刀具及切削用量的选择见表5-3

根据上述对薄壁零件特点、刀具的要求进行了分析选择刀具如下：

见表5-3

表5-3刀具切削参数表

序号

加工面

刀具号

刀具规格

主轴转速n/r.min-1

进给速度V/mm.r-1

类型

材料

以外圆为基准粗车工件外圆

T0101

75度偏刀

600

0.2

精车工件外圆

T0202

75度偏刀

1000

0.1

倒角

T030

45度偏刀

600

0.1

十二、火箭模型（件2、3、4、5）的相关知识

（一）薄壁工件相关知识

1.薄壁工件的加工特点

车削薄壁工件时，由于工件的刚度低，在车削过程中，可能产生以下现象:

（1）因工件薄壁，在加紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度。

（2）因工件壁较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难以控制。

（3）在切削力尤其是背向力的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、表面粗糙度、形状精度和位置精度。

针对以上车薄壁工件时可能产生的问题，下面介绍防止和减少薄壁工件变形的方法。

2.防止和减少薄壁工件变形的方法

（1）把薄壁工件的加工分为粗车和精车两个阶段

粗车时加紧力稍大些，变形虽然也相应大些，但是由于切削余量比较大，不会影响工件的最终精度；精车时加紧力可稍小些，一方面加紧变形小，另一方面精车时还可以消除粗车时因切削力过大而产生的变形。

（2）合理选择刀具的几何参数

精车薄壁工件时，要求刀柄的刚度高，车刀的修光刀刃不宜过长（一般取0.2～0.3mm），刃口要锋利。

（3）增加装夹接触面积

使用开缝套筒或特制的软卡爪（如下图），增大装夹时的接触面积，使加紧力分布在薄壁工件上，因而夹紧时工件不易产生变形。

（4）应用轴向夹紧夹具

车削薄壁工件时，尽量不使用径向夹紧，而优先选用轴向夹紧的方法（如下图）。

薄壁工件装夹在车床夹具体内，用螺母的端面来夹紧工件，使夹紧力F沿工件轴向分布，这样可以防止薄壁工件内孔产生夹紧变形。

（5）增加工艺肋

有些薄壁工件可以在其装夹部位特制几根工艺肋，以增强刚度，使夹紧力更多地作用在工艺肋上，以减少工件的变形。

加工完毕后，再去掉工艺肋。

（6）浇注充分的切削液

浇注充分的切削液，可降低切削温度，减少工件热变形，是防止和减少薄壁工件变形的有效方法。

3.车削薄壁工件时切削用量的选择

针对薄壁工件刚度低、易变形的特点，车薄壁工件时应适当降低切削用量。

实践中，一般按照中速、小吃刀和快进给的原则来选择，具体参数可参考下表5-4

表5-4车削薄壁工件时的切削用量

加工性质

切削速度

／m.

进给量f

／mm.

背吃刀量

／mm

粗车

70～80

0.6～0.8

精车

100～120

0.15～0.25

0.3～0.5

（二）偏心工件的相关知识

1.偏心工件的特点

（1）在机械传动中，一般多采用曲柄滑块机构来实现运动形式的转换，使回转运动转变为往复直线运动或使往复直线运动转变为回转运动，偏心轴、曲柄、曲轴都是偏心工件的实例。

（2）偏心工件就是外圆与外圆、内孔与外圆的轴线平行但不重合的工件；其中，外圆与外圆偏心的工件称为偏心轴；外圆与内孔的轴线相互平行但不重合的工件，称为偏心套；两轴线之间的距离称为偏心距e。

（3）偏心轴、偏心套一般都在车床上加工。

其基本原理基本相同，都市通过采取适当的装夹方法，将需要加工的偏心外圆或内孔的轴线校正到与机床主轴轴线重合的位置后，再进行车削。

（4）根据偏心工件的数量、形状、偏心距的大小和精度不同，偏心工件可以在车床上用三爪自定心卡盘四抓单动卡盘和用两顶尖装夹进行车削。

在成批生产或偏心距精度要求较高时，则采用专用偏心夹具车削。

（5）三爪自定心卡盘上车削偏心工件垫片厚度计算。

x=1.5e+kk≈1.5△e△e=e-e测

x—垫片厚度（mm）e—工件偏心距k—偏心距修正值，其正负值按实测结果确定（mm）

△e—试切后的实测偏心距误差值（mm）e测—试切后的实测偏心距（mm）

（6）偏心的基本原理:

把所要加工偏心部分的轴线找正到与车床主轴轴线重合，在三爪自定心卡盘的任意一个卡爪与工件基准外圆柱面（已加工好）的接触部位之间，垫上一预先选好厚度的垫片，使工件的轴线相对车床主轴轴线产生等于工件偏心距e的位移，加紧工件后，即可车削，垫垫片的卡爪应做好标记。

（7）偏心工件偏心距的检测。

用百分表检测偏心距的检测：

1）在两顶尖之间检测偏心距

两端有中心孔，偏心距较小，不易放在V型架上测量的偏心轴类工件，可以在两顶尖间检测偏心距。

检测时，将百分表测量杆触头垂直轴线接触在偏心部位，用手均匀，缓慢转动一周，百分表指示的最大值与最小值之差的一半即为偏心距。

将偏心套套在心轴上，在用两顶尖支撑，可用同样的方法，检测偏心套工件的偏心距。

2）在V型架上检测偏心距

无中心孔或长度较短，偏心距e＜5mm的偏心工件，可在V型架上检测偏心距。

检测时，将工件基准圆柱置放在V型架上，百分表测量杆触头垂直基准轴线接触在工件偏心部位，用手均匀，缓慢转动一周，百分表指示的最大值与最小值之差的一半即为偏心距。

（8）偏心工件实作技巧：

1）装夹工件时，工件轴线不能歪斜，以免影响加工质量。

2）为保证偏心轴两轴线平行，装夹时应用百分表校正工件外圆，使外圆侧素线与车床主轴轴线是否平行。

3）选择具有足够硬度的材料做垫片，以防装夹时发生挤压变形。

4）垫片与卡爪接触的以一面应做成与卡爪圆弧相匹配的圆弧面，否则垫片与卡爪之间会产生间隙，造成偏心距误差。

5）为防止因卡爪的同轴度误差，使找准偏心距麻烦。

因此在调整垫片厚度、垫垫片时应认准同一个卡爪。

（9）偏心工件加工注意的安全事项：

1）由于工件偏心，在开车前车刀不能靠近工件，以防工件碰撞车刀。

2）初学者车偏心工件时，建议采用高速钢车刀车削。

3）为了保证偏心零件的工作精度，在车削偏心工件时，应注意控制轴线间的平行度和偏心距的精度。

十三、火箭模型（件2、3、4、5）工艺分析

（一）火箭模型（件2、3、4、5）的结构特点及技术要求分析

火箭模型（件2、3、4、5）是一件典型的薄壁回转体零件，此零件的外圆尺寸精度为ø17（0、-0.016），表面粗糙度为Ra1.6µm，此外还有是在外径上加工一个M4×1.5的外三角螺纹，结构简单，精度要求严格。

没有标注精度公差，但技术要求是未注公差按照IT9-IT11来加工，内孔与外圆的同轴度和端面与外圆的垂直度要高，总长尺寸精度为110。

其中外圆偏心1mm，属于偏心轴加工，将来要与火箭模型（件2、3、4、5）内孔偏心形成偏心套配合，增加配合的牢固性。

整个工件表面不能有磕碰，划痕和毛刺等。

（二）火箭模型（件2、3、4、5）加工工艺编制

1．火箭模型（件2、3、4、5）单件加工的工艺过程见下表：

火箭模型（件2、3、4、5）普通车床CA6140

数控加工工艺过程综合卡片

产品名称

零件名称

零件图号

材料

厂名（或院校名称）

火箭模型组合件工艺品

火箭模型

45刚

序号

工序名称

工序内容及要求

工序简图

设备

工夹具

下料

毛坯棒料ø15mm×75mm

略

CA6140

三爪自定略

钻中心孔

夹持毛坯外圆打中心孔

略

CA6140

三爪自定心卡盘

加工外圆

以毛坯外圆为夹持面，

（1）粗精加工ø10mm×62mm的外圆并达到图纸要求

略

CA6140

三爪自定心卡盘

加工外圆锥

以毛坯外圆为夹持面加工

（1）最左端外圆锥并达到图纸要求

略

CA6140

三爪自定心卡盘

加工外圆最右端40mm×5mm平面

用台虎钳夹持

（1）加工外圆最右端40mm×5mm平面并达到图纸要求

略

锉刀

盘台虎钳

钻外圆最右端40mm×5mm平面孔

用台虎钳夹持

（1）加工外圆最右端40mm×5ø平面2×ø4mm的孔并达到图纸要求

略

钻床

平口钳

攻内螺纹

（1）加工M4X1.5的内螺纹

略

攻丝

台虎钳

检验

通用量具检测各部分精度

略

2.火箭模型（件2、3、4、5）加工的工艺过程分析

（1）根据技术要求，零件外圆曲面应光滑无刀痕，无毛刺，且尺寸精度和表面粗糙度要求较高。

因此，外圆面需一次装夹加工完成，并按粗车、精车两个工步进行车削，粗精加工刀具应分开。

（2）外圆面车削时无装夹得地方，但是毛坯较长，可以夹住工艺台阶，因此可以采用一夹一顶方式把外圆一刀车到位。

（3）内孔面加工也是有一定困难，既要保证精度表面粗糙度，还要加工偏心，而且是薄壁，所以这里设计了弹簧夹套，增大受力面积，保证切削刚性，车偏心时用偏心垫片，用软卡爪。

（4）注意内孔与外圆的同轴度要求及端面与外圆中心线的垂直度和未注公差为IT9-IT11加工，保证配合性，装夹时用百分表校正。

才能保证加工要求。

另外，车端面时要保证总长尺寸。

表5-3刀具切削参数表

3．刀具及切削用量的选择见表

序号

加工面

刀具号

刀具规格

主轴转速n/r.min-1

进给速度V/mm.r-1

类型

材料

以外圆为基准粗车工件外圆

T0101

75度偏刀

600

0.2

精车工件外圆

T0202

75度偏刀

1000

0.1

倒角

T030

45度偏刀

600

0.1

2.火箭模型（件2、3、4、5）加工的工艺过程分析

火箭模型（件6）也是典型的螺纹和孔加工的轴类工件，此件要与件5的内螺纹形成配合，注意在加工此件的螺纹与端面的垂直度和工件的跳动度，右端有个平底孔，加工钻孔是注意钻孔的深度，粗加工的时候留有余量，同时注意右端的壁厚较小，注意加工的粗精加工分开和切削用量的使用问题。

加工的表面粗糙度不能有毛刺和划痕，注意加工的同轴度。

十四、零件检验

根据工艺规程中的检验工序卡片，对零件进行检验

1.通用量具的应用

根据工艺规程中的检验工序卡片，对零件进行检验

通用量具的应用

0~300游标卡尺

0-150游标卡尺

内外螺纹样板

十五、质量分析

1．外圆有接刀痕迹。

根据刀痕的切削纹路，来判断是装夹的原因，还是刀具的原因。

2．内外螺纹出现乱扣，分析时是操作者的人为缘故，粗心大意，还是车削内孔时刀具的原因，还是程序的原因。

4．在加工螺纹的过程中，螺纹必须一次攻成型，达到图纸要求。

5.在加工薄壁件时，出现壁厚不对，表面粗糙度很差，检查是自己测量原因还是工艺设计问题，还要检查刀具和切削用量问题。

6.在加工偏心件时，出现偏心不准，检查偏心垫片是否准确。

7.在加工平底孔和端面槽、端面圆弧时，出现表面粗糙度较差，检查刀具和切削用量。

8．六件配合不牢，或旋上后，不好卸下，检查整个加工工艺是否有问题，工件装夹是否有注意跳动，是否考虑垂直度和同轴度等。

十六、总结

对本项目中所涉及的新知识和新技能和需要提示的关键点进行总结，等等。

1.薄壁件的加工是新知识之一，薄壁件大多是同轴度要求较高的内外圆表面；零件壁的厚度较薄且易变形；零件长度一般大于直径等。

同时它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。

加工的注意点是保证切削刚性问题，装夹工件时，不能使加紧力对薄壁件有变形，另外要注意切削用量，保证薄壁件的表面粗糙度。

2.偏心件的加工是新技能之一，在薄壁上再加工偏心，是本组合件的一个特点，既注意工件变形有注意偏心的精度，偏心配合主要可以增加配合的牢固性，所以再加工时特备要注意它的精度。

如果是用到偏心垫片，要注意保证偏心垫片的制作和装夹时的校正偏心。

3.平底孔的加工是本组合件的一个难点之一，注意孔底的平整和粗糙度，加工的方法上要注意孔深的保证，不能钻深，还要注意内孔刀具的角度问题。

4.端面槽，端面圆弧的加工，要注意刀具的选择角度和切削用量问题，装刀要注意刀具中心对准工件的旋转中心，不能有误差。

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