车床尾座套筒加工工艺规程及夹具设计设计说明书.docx
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车床尾座套筒加工工艺规程及夹具设计设计说明书
摘要
本次毕业设计针对车床尾座套筒工艺规程进行设计,涉及套筒的选材、确定毛坯和机械加工余量及工序尺寸与公差、拟定工艺路线、选择工艺设备；并进行切削用量和时间定额的计算,填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡片。
为了保证加工质量，提高生产效率,对关键工序进行夹具设计。
本文对夹具的工作原理、作用、分类和组成做了简单概述；着重分析了工序特点和要求,根据结果确定定位方案，设计定位元件、夹紧机构、对刀元件和夹具体。
因此，保证了加工精度和设计质量。
关键词：
车床尾座套筒；工艺规程设计；夹具设计；生产规划
Abstract
Thispapercarriesonthedesigninviewofthetailstocksleevetechnologicalprocess，involvestheselectionofthesleeve，thedeterminationofsemi—finishedmaterials,themachiningallowance,theworkingproceduresizeandthecommondifference.Idrawupthesleeveroute,andchoosetheprocessunit。
AndthenIcarryonthecomputationofthecuttingspecificationsandthetimenorm，nextIfillabove—mentionedresultsinmachine—finishingtechnologicalprocesscardandthemachine—finishingworkingprocedurecard.Inordertoguaranteetheprocessingqualityandenhancetheproductionefficiency,Icarryoutthejigdesigntotheessentialworkingprocedure.InthispaperIhavemadethesimpleoutlinetotheoperatingprinciple,thefunction,theclassificationandthecompositionofthejig。
Ihavealsoemphaticallyanalyzedthecharacteristicandtherequestoftheworkingprocedure,determinedthelocalizationplanaccordingtotheresult,anddesignedthelocalizationpart,theclamporganization,theguidingcomponentandthejigbody.Therefore,theprocessingprecisionandthedesignqualityhavebeenguaranteed。
Keywords:
tailstocksleeve；Technologicalprocessdesign；Jigdesign；Productionplan
第1章绪论
1。
1车床尾座套筒加工技术现状及发展方向
（1）国内研究现状
车床尾座套筒现在已经有很多可以供参考的工艺规程，但大多工艺规程过于笼统，要找到较为详细的加工工艺规程和加工过程中所用的夹具很困难。
很多厂家在新编写加工工艺规程的过程中，虽然他们有大量的可以提供的参考加工工艺规程，但还是要由技术人员添加很多详细的加工过程、进行大量的计算和分析、新设计加工过程中所用的的夹具。
同时由于我国的制造业落后,尤其在CAD/CAM方面落后与发达国家好几十年,所以以上过程大多是技术人员手工完成的。
这样不仅浪费了大量的人力和物力，而且生产效率低下，生产成本高，使的技术人员的大量时间和精力都用在了重复繁重的体力劳动上，从而限制了他们创造思维的发展.
国内有很多大的老牌机床厂虽然他们有比较成熟的加工工艺规程,而且生产效率相对其它小的厂家较高。
根据我的总结这些大型国企还是有缺陷：
一、为了减少竞争压力,他们的工艺规程大多是保密的不外泻的。
这样虽然在一段时间内可以暂时保住他们的龙头地位，但从长远看它却是阻碍我国制造也发展的，尤其在这个各种先进制造系统正在不断孕育而生的时代.二、他们现在所用的工艺规程和夹具大多数是十几年前甚至几十年前的老工艺。
这样就使得新进的技术人员得不到锻炼的机会，新进的设备得不到最好的使用,造成了人力物力的大量浪费.同时竞争力逐渐衰退，经不起外界竞争的冲击.
车床尾座套筒作为辅助支撑工件之用，存在着生产效率低、生产劳动强度大的缺陷，尤其是大批量生产，此问题更为突出。
国内车床现在大多采用顶尖式心轴夹紧如图1。
所以在制定车床尾座加工工艺过程中可以在夹具上有所创新，实现更高的定心精度。
图1顶尖式心轴
1-心轴2—固定顶尖套3—工件4—活动顶尖套
5—快换垫圈 6—螺母
（2）国外研究状况
发达国家制造业比我国先进，CAD/CAM技术发展相对较成熟.而且车床尾座套筒属于典型零件的范畴，他们现在做机床尾座套筒加工工艺规程主要用CAPP，、CAFD完成，然后用人工做一些简单的修改就可以完成了.现在常用的变异型CAPP系统主要是基于成组技术（GT）的.所谓成组技术（GT）是一门生产技术科学，即利用事物相似性,把相似问题归类成组，寻求解决这一类问题相对统一的最优方案，从而节约时间和精力以取得所期望的经济效益。
成组技术的核心问题是充分利用零件上的几何形状及加工工艺相似性组织生产，以获得最大的经济效益。
利用这样的技术大大提高了生产效率，降低了产品的生产成本和缩短了产品研发周期，也可以把技术人员从繁琐重复的劳动中解放出来，能够充分发挥他们的创造性。
但这门技术也有缺点:
对一些非典型零件无法完成工艺规程设计；数据库容量过大；计算机所生成的加工工艺规程和夹具并不一定是最优的方案。
同时,国外在创成试CAPP系统方面也有一定发展，这种系统可以定义为一个能综合加工信息，自动为新的零件制定出工艺规程的系统，即根据零件信息，系统能够自动提取制造知识，产生零件所需要的各个工序和工步的加工内容;自动完成机床、工具的选择和加工过程的最优化；通过应用决策逻辑，可以模拟工艺设计人员的决策过程。
由于一个真正的创成型CAPP系统是要求很高的，现在的技术很难达到完全创成，尤其对于一些较为复杂的零件,所以完全创成的CAPP系统应用范围很小，只适用一些简单的零件。
现在应用比较广泛的是半创成型CAPP系统，是将以上两种CAPP系统相结合，即采用变异型CAPP系统与自动决策相结合的方式.
CA6140尾座箱的组成图如图2.
（3）发展方向
在新世纪里,随着电子信息等高科技技术的发展以及市场需求的个性话与多样化，先进制造技术正在向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化方向发展。
车床尾座套筒的生产效率也会随着CAD/CAM技术和机床技术的发展不断得到提高,随着计算机集成制造系统（CIMS）和并行工程（CE）的迅速崛起，它的生产成本也会不断降低。
1。
2本课题研究的目的、意义
车床尾座套筒加工工艺规程设计属于一种典型零件的加工工艺规程设计,在编写它的加工工艺规程的过程中涉及到热处理、各类机床的选用、夹具设计等很多方面的知识,它综合了《机械制造技术基础》、《材料成型》、《工程材料》、《夹具设计》、《机床概论》等多门机械制造专业的主干专业课，因此在这个过程中不但可以使我加深以前所学的专业课的理解，也可以让我把以前所学的一些专业课程融会贯通,起到温故而知新的作用，为以后的继续学习和深造打下坚实的基础。
车床尾座套筒属于一类典型的零件,掌握了它的加工工艺规程就等于掌握了这一类零件的加工工艺规程。
研究车床尾座套筒加工工艺规程就等于在研究一类零件的加工工艺规程,因此制定出一套经济的加工工艺规程意义深远.这不紧影响到这一类零件的加工成本,还可以为将来CAPP系统的发展准备出一套最优的检索资料。
车床尾座套筒同时又属于一种精度要求比较高的难加工零件，它包括高精度外圆表面加工、内圆表面加工、内锥面加工、键槽加工等,加工方法包括车削、钻削、铣削、磨削等几种应用最广泛的加工方法，所以研究它的工艺规程有利于我们对几种常用的加工方法有一个更深层次的了解。
基于以上的加工原因，本课题研究的目的在于设计比较经济的工艺规程和设计一套专用的夹具，使得作为车床重要附件的尾座套筒能够更好的便于机械加工为将来实现集成化生产创造条件.
1。
3课题的主要内容
分析对比综合现有车床尾座套筒加工工艺的基础上,设计出高效的加工工艺规程和夹具设计方案,达到降低成本，提高生产效率的目的。
车床尾座套筒需求量大，所编写的工艺规程主要适用于大量生产的情况使用。
在加工过程中主要有一下问题：
（1）车床尾座套筒属于回转件在以内圆为基准加工半精加工和精加工外圆面时装夹固定必须使用夹具实现定心，因此在进行半精加工和精加工前必须分别设计一套夹具;
（2）由于套筒是回转件，在铣床上铣键槽时没有夹具无法实现定心和夹紧,所以在铣键槽前也要设计一套夹具；（3）国内车床尾座套筒生产工艺基本成型,要在前人基础上提出一套更加优化的方案也是一个很大的挑战。
如图3所示是车床尾座套筒零件图
设计的主要内容：
1）车床尾座套筒零件图和各部分所起的作用进行分析；
2）各类机床加工工艺研究；
3）重点对车床加工工艺进行研究；
4）车床尾座套筒加工工艺规程设计；
5）车床尾座套筒半精加工、精加工、铣键槽过程中所用到的定心夹具的设计；
6）加工结束后检验过程的设计;
编写加工工艺规程卡片、夹具总图设计、论文撰写.
图3车床尾座套筒
第2章车床尾座套筒的机械加工工艺规程设计
2。
1车床尾座套筒的工艺分析及生产类型的确定
2.1.1车床尾座套筒概述
车床尾座套筒是车床尾座箱的重要零件。
它的作用是:
一、用来安装尾座套筒顶尖,利用尾座套筒顶尖来顶紧工件,并和主轴卡盘一起起支撑作用，做为工件车削时的定位基准;二、莫氏四号锥孔可以安装钻头、铰刀、镗刀，用来在工件上加工孔。
车床尾座套筒在工作时承受着不断变化的压力、惯性力和它们的力矩作用,而且它的精度直接影响工件的定位精度，因此要求车床尾座套筒具有强度高、刚度大、耐磨性好，莫氏四号锥孔表面加工尺寸精确，并且润滑可靠。
2.1。
2车床尾座套筒零件的技术要求
图2。
1是车床尾座套筒的简图，图2。
2是它的三维图样。
它是常用的一种车床尾座套筒类型，有一个莫氏四号锥面，锥面可以用来插入后顶尖和其他加工刀具；平键槽是用来安装平键的，起导向作用,所以尾座套筒只能轴向移动，不能够转动;
的小孔是排气孔，主要用来排气的;与平键相对的半圆键主要也是用来导向的。
车床尾座套筒的结构简单，加工尺寸精确、形位精度和表面质量要求较高;刚性差，定位和夹紧都比较困难,属易变形的套筒类零件。
车床尾座套筒的主要加工表面有：
莫氏四号锥面、外圆表面、内圆表面和键槽面等。
其机械加工的主要技术要求已标注在零件图上，但还应满足下列加工要求:
1）
mm外圆的圆柱度公差为0.005mm；
2）莫氏4号锥孔轴心线与
mm外圆轴心线的同轴度公差为0.01mm；
3）莫氏4号锥孔轴心线对
mm外圆轴心线的径向跳动公差为0.01mm；
4）键槽
mm对
mm外圆轴心的平行度公差为0.025mm，对称度公差为0。
1mm；
5）锥孔涂色检查其接触面积应大于75％；
6）调质处理28～32HRC；
7）局部外圆及锥孔淬火45～50HRC。
图2。
1车床尾座套筒零件简图
图2.2车床尾座套筒三维图样
2.1。
3确定车床尾座套筒的生产类型和工艺特征分析
零件的生产类型对工艺规程的制订，具有决定性的影响。
生产类型就是对企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类，一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种生产类型。
不同的生产类型有着完全不同的工艺特征。
零件的生产类型是按零件的生产纲领来确定的。
生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划[3].零件在计划期为一年的生产纲领N可按下式计算：
（件/年）（2。
1）
式中，Q—-产品的年产量（台/年）;n—-每台产品中该零件的数量（件/台）；a%——备品的百分率，取2％~4％；b％—-废品的百分率，取0。
3%~0。
7％.
本次设计的CA6140车床上的尾座套筒，产品类型轻型机械，年产量为5000台/年，根据实际生产情况分两批投产,备品率取3％，而废品率取0.5%。
依设计课题知：
Q=5000，n=1,a%=3％，b％=0.5％；代入式（2。
1）有:
=
=5175。
75（件/年）
根据计算结果，查《机械制造技术基础》第292页,表7—3［3］可确定该套筒零件属于轻型零件，其生产类型为大批量生产。
由于零件机械加工工艺过程与其所采用的生产组织类型密切相关，所以在制定零件机械加工工艺规程时，应首先确定零件机械加工的生产组织类型.而生产组织类型又主要是与零件的年生产纲领有关。
现在所制定的车床尾座套筒生产类型主要针对大批量生产的情况下制定的。
因此车床尾座套筒的生产纲领及工艺特征如表2—1.
表2-1车床尾座套筒生产纲领及工艺特征
生产类型
大量生产
工
艺
特
征
毛坯特点
广泛采用模锻，机械造型等高效方法,毛坯精度高、余量小
机床设备及组织形式
广泛采用自动机床、专用机床，采用自动线或专用机床流水线排列
夹具及尺寸保证
高效专用夹具，采用定程及在线自动测量来控制尺寸
刀具、量具
专用刀具、量具，自动测量仪
零件的互换性
全部互换,高精度偶件采用分组装配、配磨
工艺文件的要求
编制详细的工艺规程、工序卡片、检验卡片和调整卡片
生产率
高
成本
低
发展趋势
用计算机控制的自动化制造系统、车间或无人工厂，实现自适应控制
2。
2车床尾座套筒的材料和毛坯确定
2.2.1车床尾座套筒毛坯材料、加工方法及技术要求
选择毛坯应综合考虑一下几方面的因素:
1）零件材料及对零件力学性能的要求。
图纸上明确要求零件材料是45号钢料，且零件力学性能要求较高，所以不管形状简单与复杂，套筒毛坯都应该选择锻件。
如果零件材料是铸铁或青铜，毛坯就只能够采用铸造，而不是锻造。
2）零件结构形状与外形尺寸。
套筒外圆表面直径均匀,所以可以选择棒料。
属于小型零件，可以选用模锻。
3）生产类型.车床尾座套筒生产属于大批量生产,应选毛坯精度和生产率都较高的先进毛坯制造方法，使毛坯的形状、尺寸精良接近零件的形状、尺寸，以节约材料减少机械加工工作量，因此所节约的费用远远超出毛坯制造所增加的费用，获得好的经济效益。
4）生产条件。
选择套筒毛坯时应尽可能考虑现有的生产条件,如现有的毛坯制造水平和设备情况、外协的可能性等。
5）充分考虑利用新工艺、新技术和新材料。
本次设计套筒采用的是45号钢。
由于该套筒在工作过程中要承受冲击载荷和摩擦，为增强套筒的耐摩强度和抗冲击韧度,获得更好的纤维组织，毛坯选用锻件。
又因为该套筒属于轻型零件,且生产类型属大批生产，为提高生产效率和锻件精度，现采用模锻［5］方法制造毛坯。
其锻造工艺过程为：
将棒料
㎜×165㎜坯料加热至1180~1240℃，经模锻尺寸为
㎜×165㎜;在压床上切边；再在模锻锤上进行热校正；最后经热处理消除内应力，调整其硬度值到28~32HRC。
套筒毛坯主要技术要求有:
1）热处理:
正火28～32HRC.正火：
指将钢材或钢件加热到或（钢的上临界点温度）以上，30~50℃保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。
正火的目的：
主要是提高材料的力学性能,改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。
2）棒料端面对主轴中心线的垂直度不大于1mm；
3）棒料弯曲不大于1mm。
2.2。
2车床尾座套筒毛坯的尺寸公差和机械加工余量
1.公差等级
由套筒零件的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级.
2.用锻造的毛坯尺寸确定
锻造后的毛坯尺寸应该为Ф60×285mm,选择标准热轧圆钢（GB/T702—1986），d=80mm,根据体积相等的原则，所选坯料尺寸为Ф80×165mm，则满足1。
25D≤H≤2.5D要求。
3。
锻件形状复杂系数
对套筒零件图进行分析计算,可大致确定锻件外廓包容体的长度、宽度和高度，按照圆形锻件进行处理；锻件形状复杂系数是锻件重量
与相应的锻件外廓包容体重量
之比，即:
（2。
2）
则此套筒零件的
根据S值的大小，锻件形状复杂系数分为4级:
S1级（简单）：
0。
630。
32S3级（较复杂）：
0.16〈S≤0。
32；S4级（复杂）:
0故该套筒的形状复杂系数属于
级，简单。
4。
锻件材质系数M
由于该套筒选用的材料为45钢，其中碳的质量分数[4]小于0.65%，故该锻件的材质系数属M1级。
5.零件表面粗糙度
由零件图可知，该套筒待加工表面中，粗糙度值既有大于等于1。
6μm的，也有小于1。
6μm的.
根据上述因素，查《金属切削手册》［6]表1—8有该锻件的错差公差为1。
8mm，残留飞边公差为2.0mm，最大尺寸方向上的公差值为8。
0mm。
其机械加工余量为主轴颈和连杆轴颈的余量取7mm,法兰盘外圆余量取6mm，内孔直径的加工余量取2.0mm，水平方向单面余量为3.0~4。
5mm，径向余量为3.0～4。
0mm.
2。
2。
3绘制车床尾座套筒毛坯简图
结合加工的实际情况,综合上面的数据,绘制毛坯简图如图2.3所示。
图2。
3套筒毛坯简图
2。
3拟定车床尾座套筒工艺路线
2.3.1定位基准的选择
定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准,然后确定粗基准［7］。
1）精基准的选择选择精基准时，应从整个工艺过程来考虑，如何保证工件尺寸精度和位置精度，并使工件装夹方便可靠,夹具结构简单。
选择精基准应该遵循以下原则：
（1）“基准重合”原则；
（2）“基准统一"原则；（3）“互为基准”原则；（4）“自为基准”原则。
加工外圆表面时候应该遵循“基准统一”原则,采用内孔作统一基准加工各外圆表面，这样可以保证个外圆表面之间较高的同轴度要求，并简化夹具的设计和制造工作。
2）粗基准的选择选择粗基准时，应从零件加工的全过程来考虑.一是要考虑如何合理分配各加工表面的余量,二是要考虑怎样保证不加工表面与加工表面间的尺寸及相互位置关系。
夹一端粗车外圆至尺寸Ф58mm，长200mm,车端面、钻孔、扩孔。
倒头,夹Ф58mm外圆,车另外一端外圆、车端面、钻孔。
2.3.2表面加工方法的确定
套筒的主要加工表面有：
外圆表面、内圆表面及键槽[8]等。
根据曲轴零件图上各加工表面的尺寸精度、形位公差和表面粗糙度，选定加工件各表面的加工方法如表2。
1所示。
表2.1曲轴零件主要表面加工方案
加工表面
经济精度
表面粗糙度Ra/μm
加工方案
套筒外圆面
IT6
0。
4
粗车→粗磨→精磨→抛光
莫氏4号锥面
IT6
0。
4
粗车→粗磨→精磨→抛光
套筒内孔右表面
IT7
1。
6
钻→扩→粗铰→精铰
套筒内孔中表面
IT12
12.5
钻→扩
平键槽
IT7
0。
8
粗铣→半精铣→精铣
半圆键槽
IT8
3.2
粗铣→半精铣→精铣
2.3。
3加工阶段的划分
在选定了车床尾座套筒主要表面的加工方法以后，还需要进一步确定这些加工方法在工艺路线中的安排顺序,这就涉及到加工阶段的划分。
对于精度要求较高的表面，总是先粗加工后精加工,但工艺过程划分成几个阶段是对整个加工过程而言的，不能拘泥于某一表面的加工。
考虑到车床尾座套筒零件的技术要求,可以将加工阶段划分成粗加工、半精加工、精加工和光整加工几个阶段［9］。
分析车床尾座套筒零件，其工艺工程大致包括以下几个阶段:
定位基准的加工;粗车外圆表面、端面和钻孔；调质28～32HRC；扩孔、半精车外圆和倒角;精车孔、槽和莫氏4号锥孔；划线;铣平键和半圆键;钻孔；修毛刺；左端莫氏4号锥孔及160mm长的外圆部分，高频感应加热淬火45～50HRC；研磨两端60°内锥面；粗磨、精磨外圆和莫氏4号锥面。
2。
3。
4加工工艺路线方案确定
工艺路线方案
工序1棒料Ф80mm×165mm
工序2锻造尺寸Ф600mm×285mm
工序3正火
工序4夹一端粗车外圆尺寸Ф58mm，长200mm，车端面见平即可。
钻孔Ф20mm，深188mm，扩孔Ф26mm深188mm
工序5倒头,夹Ф58mm外圆并找正,车另外一端面外圆至Ф58mm，与上工序光滑接刀,车端面保证总长280mm。
钻孔Ф23.5mm钻通
工序6调质28～32HRC
工序7夹左端外圆,中心架托右端外圆，车右端面保证总长278mm，扩Ф26mm孔至Ф28mm,深186mm，车右端头Ф32mm×60°内锥面
工序8采用两顶尖装夹工件，上卡箍，车外圆至
±0.05mm倒头，车另外一端外圆,光滑接刀。
右端倒角2×45°，左端R3圆角，保持总长276mm
工序9夹左端外圆，中心架托右端外圆，找正外圆,车
mm孔至
mm，深44。
5mm，车Ф34mm×1。
7mm槽，保证3.5mm和1。
7mm
工序10倒头，夹右端外圆中心架左端外圆,找正外圆，车莫氏4号内锥孔，至大端尺寸为
mm，车左端头Ф36mm×60°
工序11划R2×160mm槽线，
mm×200mm键槽线，Ф6mm孔线
工序12以
±0.05mm外圆定位装夹铣键槽
mm×200mm，并保证
mm（注意外圆加工余量）保证键槽与Ф
mm外圆轴心线的平行度和对称度
工序13以
±0.05mm外圆定位装夹铣R2深2mm，长160mm圆弧槽
工序14钻Ф6mm孔，其中心距右端面为25mm
工序15修毛刺
工序16左端莫氏4号锥孔及160mm长的外圆部分,高频感应加热淬火45～50HRC
工序17研磨60°内锥面
工序18夹右端外圆，中心架左托外圆，找正外圆,粗磨莫氏4号锥孔,留磨余量0。
2mm
工序19采用两顶尖定位装夹工件，粗磨Ф
mm外圆，留磨余量0.2mm
工序20夹右端外圆，中心架托左端外圆，找正外圆，精磨莫氏4号锥孔图样尺寸,大端为Ф
±0.05mm,涂色检查,接触面积应大于75％。
修研60°锥面
工序21夹左端外圆，中心架托右端外圆,找正外圆，精车内孔Ф
mm至图样尺寸，深45±0.05mm，修研60°锥面
工序22采用两顶尖定位装夹工件，精磨外圆至尺寸Ф
mm
工序23按照图样检查各部分尺寸精度
工序24涂油入库
2。
4机床设备及工艺装备的选用
工艺装备包括加工过程中所需要的夹具、量具、检具、量仪、刀具、工具及辅助等，选择机床及工艺装备是制订工艺规程的一个重要环节。
机床和工艺装备都是零件加工质量和生产率的重要保证条件.同时，机床及工艺装备的选择,对零件加工的经济性也有较大的影响。
为了合理地选择机床及工艺装备，必须对各种机床、工艺装备的规格、性能等有较详细的了解。
2.4。
1机床设备的选用
选择机床等加工设
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