X6132卧式铣床主轴
1.1 毕业设计的目的及意义 . .............................................................................................................. 2
1.2 毕业设计的基本要求 . .................................................................................................................. 2
1.1 毕业设计的目的及意义
(1)促进自身发展,提高自身学习质量。
通过毕业设计,我们有更多的机会在不同的情境下去运用自己所学到的知识,从而体现自己的首创精神;而且可以从毕业设计中反馈出自己在学习中的不足,进而改善自己的学习,提高学习质量。
(2)培养自己发现问题,分析问题和解决问题的能力。
在毕业设计的过程中,我们必定会遇到形形色色的意想不到的问题和麻烦,这就要求我们通过各种可能的渠道分析和解决问题,从而提高我们在这方面的能力。
(3)完善和发展自身的设计理论。
通过该项目的研究,可以比较各种设计方法和理论,从中找出他们的优缺点,使设计最优化,完善和发展自身的设计理论。
1.2 毕业设计的基本要求
随着现代技术的迅速发展,要求机械类高职学生,具有足够的理论知识、一定的创新能力和专业能力。机械基础系列课程涵盖了机械制图、工艺、 设计、维修等多门学科,对学生专业能力的培养有着非常重要的作用,从高职教育人才培养的目标来看,由于高职教育学时少,强调学生的应用能力和实践动手能力。要做到这些,学生应综合自己学到的专业理论知识和相关的实践及创新意识,进行某一产品或零部件的设计,借以巩固学到的知识。
2 X6132卧式铣床主轴所选材料特点
本课题来源于工厂X6132卧式铣床主轴,批量生产(1000根)。
为保证轴能可靠地传递动力,除了正确的结构设计外,还应合理地选择材料。 一般轴类零件的材料常用价格较为便宜的45钢,这种材料经调质或正火后,能得到较好的切削性能及较高的强度和一定的韧性,具有较好的综合力学性能。对于中等精度而转速较高的零件,可选用40Cr 等合金结构钢,经调质和表面淬火处理后同样具有较好的综合力学性能。对于较高精度的轴,可选用轴承钢GCr15和弹簧钢
65Mn 等材料,经调质和表面高频感应加热淬火后再回火,表面硬度可达50-58HRC, 并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性。对于高转速和重载荷轴,可选20CrMnTi 、20Cr 等渗碳钢或38CrMoAl 渗氮钢,经过淬火或氮化处理后获得较高的表面硬度、耐磨性和心部强度。
3 图纸分析
3.1 X6132卧式铣床主轴图纸分析
图1-1 X6132卧式铣床主轴零件分析图
产品型号:X6132
产品名称:卧式铣床
通空对X6132卧式铣床主轴零件的图纸分析,确定该轴类零件的毛坯工序简图:
图1-2 毛坯工序简图
3.1.1 确定X6132卧式铣床主轴的加工内容
(1)尺寸为φ128.57-0.018,φ48g6的左右两端面
(2)尺寸为φ128.57-0.018,φ125g7,φ90g6, φ85g7,φ70g7,φ60g6, φ48g6,
φ45d6各外圆
(3)大头部分7:24锥孔及小头部分内孔
(4)宽为50,100,8的各个键槽及定位槽
(5)4-M16,2-M12系列螺纹孔
(6)车螺纹M85×1.5f, M52×1.5f
(7)内孔及两端A8中心孔
3.1.2确定X6132卧式铣床主轴的加工要求
(1)尺寸为φ128.57 对φ90g6,及φ60g6之径向振摆允差为0.005
(2)7:24锥孔中心线对φ90g6, 及φ60g6, 轴颈的径向振摆在近主轴端处的允差为0.005,在离主轴端300mm 处为0.015
(3)端口B 对φ90g6的振摆允差为0.01 0 0
(4)125.415-0.023之沟对称于中心线之允差为±0.06
(5)16D4及12D4之键槽需对称于轴心线,其允差为0.01
(6)φ128.57 ,φ125g7,φ90g6, φ85g7,φ70g7,φ60g6, φ48g6, 之椭圆度与圆锥度的允差为其公差之半
(7)内孔的中心偏差之允差为0.1
(8)热处理,调质T220-250 3.1.3确定X6132卧式铣床主轴各表面的加工方法
(1)尺寸为φ128.57-0.018,φ90g6, φ60g6, φ48g6, φ45d6的外圆选择粗车 →
半精车 → 磨削的方案。
(2)端面类可用面铣刀粗铣 →车好的方法
(3)4-M16,2-M12系列螺纹孔处可选用钻中心孔 → 钻底孔 → 锪锥孔 →
攻螺纹
(4)钻孔φ29,车好大头部分7:24锥孔及小头部分内孔
(4)其余不重要表面可一次加工至尺寸
另外,在加工表面的形位公差的要求上,在加工时要根据定位基准来保证。 0 0
3.2用工序简图说明加工方法
1. 确定毛坯
2. 铣两端面
图1-4 工序4 铣两端面工序简图
3. 钻中心孔A8/16.8
图1-5 工序6 钻中心孔A8/16.8工序简图
4. 双顶尖装夹,粗车外圆
5. 半精车外圆
图1-7 工序9 半精车外圆工序简图
6. 钻孔Φ29
图1-8 工序10 钻孔Φ29工序简图
7. 车好两端面、大头部分7:24锥孔及小头部分内孔
图1-9
工序11 车好两端面、大头部分7:24锥孔及小头部分内孔工序简图
8. 粗磨外圆
图1-10 工序13 粗磨外圆工序简图
9. 铣定位槽及键槽
图1-11
工序14 铣定位槽及键槽工序简图
10. 钻、攻螺纹孔4-M16、2-M12
图1-12 工序16 钻、攻螺纹孔4-M16、2-M12工序简图
11. 车螺纹
图1-13 工序17 车螺纹工序简图
12. 精磨外圆
图1-14 工序18 精磨外圆工序简图
3.3机床的选择
● 热处理设备的选择
工序二、八、十二中,正火处理、调制处理、表面淬火设备选用
图1-15 热处理炉
● 平面铣削及键槽铣削设备的选择
工序四、十四中的铣削平面、键槽设备的选用
X6132卧式铣床主轴中有的平面结构较简单,可
采用X6132卧式铣床,该机床由普通机床发展而来。
它集于机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电
气自动控制、现代控制理论、计算机控制等技术于一
体,是一种高效率、高精度能保证加工质量、解决工
艺难题,而且又具有一定柔性的生产设备。 图1-16 X6132卧式铣床 ● 外圆表面加工设备的选择
工序七、十一中车削设备的选用
X6132卧式铣床主轴主要加工部位都属
于回转体,并且精度等级高,采用车床进行
粗、精加工。再用磨床进行表面光整。
车削时采用的是型号为CW6180普通车
床,其主要用于车削内外圆柱面、圆锥面及
其它旋转体零件,可加工各种常用的公制、
英制、模数和径节螺纹,并能拉削油沟和键
槽。其结构刚度与传动刚度均较高,精度稳
定,并能进行强力切削。
图1-17 CW6180普通车床
工序十三、十八中磨削设备的选用
磨削时采用的是型号为M3150外圆磨床。M3150
型万能外圆磨床用于磨削圆柱和圆锥形零件的外圆和
内孔。机床的外磨砂轮、内磨砂轮、工件、油泵及冷
却,均以单独的电机驱动。机床的工作台纵向运动,
可由液压驱动,也可用手轮摇动。砂轮架横向快速进
退由液压驱动,其进给运动由手轮机构实现。 图1-18 M3150外圆磨床 ● 孔类加工设备的选择
工序六、十中钻孔设备的选用
图1-19 CA6140普通车床
3.4加工路线的制定
3.4.1加工阶段划分的依据
对于一些加工质量要求较高或较复杂的零件,通常将整个工艺路线划分为以下几个阶段:
● 粗加工阶段——主要任务是切除各表面上的大部分余量,其关键问题是提高
生产率。
● 半精加工阶段——完成次要表面的加工,并为主要表面的精加工做准备。 ● 精加工阶段——保证各主要表面达到图样要求,其主要问题是如何保证加工
质量
● 光整加工阶段——对于表面粗糙度和尺寸精度要求很高的表面,还需要进行
光整加工阶段。这个阶段的主要目的是提高表面质量,一般不能用于提高形状精度和位置精度。常用的加工方法有金刚车(镗)、研磨、珩磨、超精加工、镜面磨、抛光及无屑加工等。
3.4.2 加工顺序的安排
机加工顺序的安排依据“基面先行,先粗后精,先主后次”的原则进行。对主轴零件一般准备好中心孔后,先加工外圆,再加工内孔,并注意粗精加工分开进行。在X6132卧式铣床主轴加工工艺中,以热处理为标志,调质处理前为粗加工,淬火处理前为半精加工,淬火后为精加工。这样,把各阶段分开后,保证了主要表面的精加工最后进行,不致因其他表面加工时的力影响主要表面的精度。
在安排轴的工序的次序时,还应注意以下几点:
(1)深孔加工应安排在调质以后进行,因为调质处理变形较大,深孔产生弯曲变形难纠正,不仅影响以后机床使用时棒料的通过,而且会引起主轴高速旋转的不平衡。此外,深孔加工还应安排在外圆粗车或半精车之后,以便有一个较精确的轴颈做定位基准,保证孔与外圆同心,使主轴壁厚均匀。若仅从定位基准考虑,希望始终用中心孔定位,避免使用锥堵,那么,孔加工安排到最后为好,但深孔加工是粗加工,发热量大,破坏外圆加工精度,所以深孔只能在半精加工阶段进行。
(2)外圆表面的加工顺序应先加工大直径外圆,然后加工小直径外圆,以免一开始就降低了工件的刚度。
(3)主轴上的花键、键槽等次要表面的加工一般应安排在外圆精车或粗磨之后、精磨外圆之前进行,因为如果在精车前就铣出键槽,一方面,在精车时,由于断续切削而产生振动,既影响加工质量,又容易损坏刀具;另一方面,键槽的尺寸要求也难以保证。这些表面加工也不宜安排在主要表面精磨后进行,以免破坏主要表面的精度。
(4)主轴上螺纹表面加工宜安排在主轴局部淬火之后进行,以免由于淬火后的变形影响螺纹表面和支撑轴颈的同轴度。
以X6132卧式铣床主轴为例,分析轴类零件的加工工艺: 1:确定毛坯:锻件(45#)——见毛坯图 2: 正火处理HB170-210 3:划线(画两端面的加工线)
4:铣两端面,留4mm 余量 5:划线(画两端面的中心孔十字线) 6:钻中心孔A8/16.8
7:双顶尖装夹,粗车外圆(留4mm 余量) 8:调质处理HB220-250
9:半精车各外圆,各主要档留0.4mm 余量,非主要挡(退刀槽等)车好,螺纹不车
10:钻孔Φ29
11:车好两端面、大头部分7:24锥孔及小头部分内孔 12:表面淬火
13:粗磨φ128.57-0.018,φ90g6, φ60g6, φ48g6, φ45d6外圆,留0.15mm 余量 14:铣定位槽及键槽 15:划线
16:钻、攻螺纹4-M16,2-M12 17:车螺纹
18:精磨φ128.57-0.018,φ90g6, φ60g6, φ48g6, φ45d6外圆 19: 检验
3.4.3热处理工序的安排
在主轴加工的整个工艺过程中,应安排足够的热处理工序,以保证主轴力学性能及加工精度要求,并改善工件加工性能。
一般在主轴毛坯锻造后,首先安排正火处理,以消除锻造内应力,细化晶粒,改善机加工时的切削性能。
在粗加工后安排调质处理。粗加工过程中切削力和发热都很大,在力和热的作
0 0
用下,主轴产生很到的内应力,通过调质处理可以消除内应力,代替时效处理,同时可得到所要求的韧性。
半精加工后,除重要表面外,其他表面均已达到设计尺寸。重要表面仅剩余精加工余量,这时对支承轴颈、配合轴颈、锥孔等安排淬火处理,使之达到设计的硬度要求,保证这些表面的耐磨性。而后序的精加工工序可以消除淬火的变形。
3.5加工工步的确定
3.5.1工步划分的依据
在一个工序中,当加工表面不变,切削刀具不变、切削用量中的进给量和切削速度不变的情况下所完成的那部分工艺过程称为工步。以下三个因素中任一因素改变后,即成为新的工步。每一工步通常包括一个工作行程,也可包括几个工作行程。
为了提高生产率,用几把刀具同时加工几个加工表面的工步,成为复合工步,也可以看作一个工步。对于在一次安装中连续进行的若干个相同的工步,为了简化工序内容的叙述,也视为一个工步。详细见附表 3.5.2 工步的划分
第4道工序铣两端面的工步顺序为:
V 形块装夹定位,铣右端面→V 形块装夹定位,铣左端面 第6道工序钻中心孔A8/16.8的工步顺序为:
四爪卡盘夹φ138毛坯外圆,中心架支撑φ80外圆,找正十字线,钻中心孔A8/16.8→掉头装夹φ60毛坯外圆,中心架支撑φ80外圆,找正十字线,钻中心孔A8/16.8
第7道工序双顶尖装夹,粗车外圆的工步顺序为:
双顶尖装夹,粗车大头部分外圆轮廓φ128.57-0.018至φ132-0.63、φ125g6至φ129-0.63、
0 0
φ90g6至φ94-0.54、φ85g6至φ89-0.54、φ80→双顶尖装夹,粗车小头部分外圆轮廓
0 0 0
φ70g6至φ74-0.46、φ60g6至φ64-0.46、φ48g6至φ52-0.39
第9道工序半精车各外圆,各主要档留0.4mm 余量,非主要挡(退刀槽等)车好,螺纹不车的工步顺序为:
双顶尖装夹,半精车大头部分外圆轮廓φ128.57-0.018至φ128.97-0.1、φ125g7、φ90g6至φ90.4-0.087、φ85g7→双顶尖装夹,半精车小头部分外圆轮廓φ70g7、φ
60g6至φ60.4-0.074、φ48g6至φ48.4-0.062→双顶尖装夹,车退刀槽
第10道工序钻孔Φ29的工步顺序为:
四爪卡盘装夹φ128.4,中心架支撑φ80,钻孔φ29→掉头装夹φ60.4,中心架支撑φ90.4,钻孔φ29
第11道工序车好两端面、大头部分7:24锥孔及小头部分内孔的工步顺序为: 车右端面→车φ38H9内孔并车孔口倒角及内孔倒角,保总长29→车左端面,保总长610→车7:24锥孔并倒角→配车7:24锥堵
第13道工序粗磨φ128.57-0.018,φ90g6, φ60g6, φ48g6, φ45d6外圆,留0.15mm 余量的工步顺序为:
双顶尖装夹, 粗磨大头部分外圆轮廓φ128.57-0.018→双顶尖装夹,粗磨大头部分外圆轮廓φ90g6→双顶尖装夹,粗磨小头部分外圆轮廓φ60g6→双顶尖装夹,粗磨小头部分外圆轮廓φ48g6→双顶尖装夹,粗磨小头部分外圆轮廓φ45d6
第14道工序:铣定位槽及键槽的工步顺序为:
铣左端部分定位槽→铣左端部分φ16键槽→铣右端部分φ12键槽→铣右端部分φ5键槽
第16道钻、攻螺纹4-M16、2-M12工序的工步顺序为:
钻4-M16螺纹底孔至Φ14→钻2-M12螺纹底孔至Φ10.25→锪Φ17(120度)锥孔→锪Φ13(120度)锥孔→攻4-M16螺纹至尺寸→攻2-M12螺纹至尺寸 第17道车螺纹的工步顺序为:
四爪卡盘装夹,车M85×1.5螺纹→掉头装夹, 车M52×1.5螺纹
0 0
3.6零件图的尺寸标注
零件图的尺寸是零件加工制造和检验的重要依据。在标注尺寸时必须满足正确、完整、清晰的要求。在零件图中标注尺寸时,还应使标注尺寸合理。标注尺寸合理是指所标注的尺寸既要满足设计要求,又要满足加工、测量、检验等制造工艺要求。但要做到标注尺寸的合理性要求,必须具有相关的专业知识和丰富的生产实践经验。本节简要介绍合理标注尺寸应考虑的几个问题。
(1)避免出现封闭尺寸链
一组首尾相连的链状尺寸称为尺寸链,如图1-20a 所示的阶梯轴上标注的长度尺寸D 、B 、C 。组成尺寸链各个尺寸称为组成环,未注尺寸一环称为开口环。在标注尺寸时,应尽量避免出现图1-20b 所示标注成封闭尺寸链的情况。因为长度方向尺寸A 、B 、C 首尾相连,每个组成环的尺寸在加工后都会产生误差,则尺寸D 的误差为三个尺寸误差的总和,不能满足设计要求。所以,应选一个次要尺寸空出不注,以便所有尺寸误差积累到这一段,保证主要尺寸的精度。
a b
图1-20避免出现封闭尺寸链
(2)标注尺寸便于加工和测量
a 考虑符合加工顺序的要求 见零件图,长度方向尺寸的标注符合加工顺序。 b 考虑测量、检验方便的要求 零件图的标注尺寸要符合加工顺序,见零件图所示。图1-21是常见的几种断面形状,图1-21a 中标注的尺寸便于测量和检验,而图1-21b 的尺寸不便于测量。
a b
图1-21 断面标注尺寸
3.7定位与加紧方案的分析
3.7.1 基准的分类与定位基准的选择
基准是零件上用来确定其他点、线、面位置所依据的那些点、线、面。按其功用不同,基准可分为设计基准和工艺基准两大类。
(1)设计基准 设计基准是图纸上所采用的基准。它是标注设计尺寸的起点。 (2)工艺基准 工艺基准是在工艺过程中所使用的基准。工艺过程是个复杂的过程,按用途不同工艺基准又可分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。这里需要选择的是定位基准。工艺基准是在加工、测量和装配时所使用的必须是实在的。然而作为基准的点、线、面有时并不一定具体存在(如孔和外圆的中心线,两平面的对称中心面等),往往通过具体的表面来体现,用以体现基准的表面称为基面。零件在加工过程中,定位基准的选择不仅对加工精度和确定加工顺序有很大的影响,而且对工装夹具的设计与制造影响也很大。由于定位基准是由零件上具体表面的体现,因此,定位基准的选择实际上是定位基面的选择。
在进行基准的选择时,一般遵循以下几条基本原则。
粗基准选择原则 用没有经过加工的表面作为定位基准称为粗基准。对于待加工零件而言,选择粗基准时,必须要达到以下两个基本要求:其一,应保证所有加工表面都有足够的加工余量;其二,应保证工件的加工表面和不加工表面之间有一定的位置精度。粗基准的选择如下:
① 相互位置要求原则 ② 加工余量合理分配原则 ③ 重要表面原则 ④ 不重复使用原则 ⑤ 便于工件装夹原则
精基准的选择原则 精加工的选择应有利于保证加工精度,并使零件装夹方便。在选择时,主要应考虑以下几点。
① 基准重合原则 ② ②基准统一原则 ③ 自为基准原则 ④ ④互为基准原则
⑤便于装夹原则
辅助基准的选择 辅助基准的选择是为了便于装夹或易于实现基准统一而认为制成的一种定位基准。
3.7.2各加工表面定位与夹紧方案的确定
工件的定位和夹紧方案是工件装夹的两个过程,为了保证工件被加工表面的技术要求必须使工件相对刀具和机床处于一个正确的加工位置,在使用夹具的情况下,就要使同工序中的所有工件都能在夹具中占据同一正确位置,这就是工件的定位问题。在工件定位以后,为了保证工件在切削力作用下保持既定位置不变,这就需要将工件在既定位置的夹紧。因此,定位是让工件有一个正确的加工位置,而夹紧是固定正确位置,两者是不同的,若认为把工件夹紧不能动也就是定位正确了,这是错误的看法。
工件的定位原则:工件在空间坐标系中有六个自由度,在夹具中用六个定位支承点限制六个自由度,使工件在夹具中的位置完全正确。这种用适当分布的六个支承点限制工件六个自由度的法则,称为六点定位原则。定位的实质是消除工件的自由度,支承点一定要与工件接触。 ● 在具体选择时应注意一下要求原则
(1)如果主要要求保证工件上某个表面的加工余量均匀,则应该选用该表面作为粗基准。
(2)如果主要要求保证加工面与不加工面间的位置要求,则应选不加工面为粗基准。
(3)作为粗基准的表面,应尽量平整光洁,有一定面积,以使工件定位可靠,夹紧方便。
(4)粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次,因为毛坯面粗糙且精度低,重复使用将产生较大误差。 ●夹紧装置的基本要求
(1)夹紧过程中,不能改变工件定位后所占据的正确位置。
(2)夹紧力的大小要适当,既要保证工件在整个过程中位置稳定不变,振动小,又要使工件不产生过大的变形。
(3)夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产类型相适应,在保证啥呢过程效率的前提下,结构要力求简单,便于制造和维修。
(4)夹紧装置的操作应方便、安全、省力。
(5)夹紧装置应具有好的自锁性能,以保证原动力波动或消失后,仍能保持夹紧状态。
另外,还要确定夹紧力的方向。夹紧力方向的确定应有助于定位稳定且主夹紧力应指向主要定位基面,夹紧力的作用点应落在的元件的支承范围内;夹紧力的作用点应落在工件刚性好的方向和部位;夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。
图1-22 V形块的定位方案图
限制4个自由度,X,Z 的移动和X,Z 的转动
图1-23 四爪卡盘的定位方案图 限制4个自由度,X,Y 的移动和X,Y 的转动
图1-24 双顶尖的定位方案图 限制5个自由度,X,Y ,Z 的移动和X,Y 的转动
3.8刀具、量具及夹具的选择
● 刀具的选择
根据工件材料和切削用量以及生产率的要求,选择刀具,应注意尽量选择标准的刀具。
(1) 根据表1-1:面铣刀的直径可参照D=(1.4-1.6)B进行选择.
表1-1
(2) 根据表1-2:可进行面铣齿数的选择
表1-2硬质合金面铣刀的齿数
具体的刀具选择见刀具选用一览表
● 刀具选用一览表