主轴尾堵机械加工工艺规程及钻Φ14.5深38的孔,攻螺纹M16x1.5深16夹具设计
课程设计说明书
题目：主轴尾堵机械加工工艺规程及钻Φ14.5深38的孔，
攻螺纹M16x1.5深16夹具设计
学院（系）：机械工程系
年级专业： 09级机制一班
学号：
学生姓名：
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教师职称：
燕山大学课程设计（论文）任务书
2012年 07月 26 日
目录
第1章零件的分析 (1)
1.1 零件的功用及结构分析 (1)
1.2 零件的工艺分析 (1)
第2章主轴尾堵零件机械加工工艺规程设计 (2)
2.1 毛坯的选择 (2)
2.2 基准的选择 (2)
2.3 工艺路线的拟定 (2)
2.3.1表面加工方法及加工方案的确定
2.3.2加工顺序的确定
2.4 加工余量、工序尺寸及其公差的确定 (3)
2.5 切削用量及工时定额的确定 (4)
第3章钻Φ14.5深38的孔，攻螺纹M16 x1.5深16的工序夹具设计 (7)
3.1 任务的提出 (7)
3.2 定位方案及定位装置的设计计算 (7)
3.2.1定位方案的确定
3.2.2定位元件及装置设计
3.2.3定位误差的分析计算
3.3 对刀或导引元件（装置）设计 (8)
3.4 夹紧方案及装置的设计计算 (8)
3.4.1夹紧方案的确定
3.4.2夹紧力大小的分析计算
3.4.3夹紧机构及装置设计
3.5 连接元件及夹具体设计 (8)
3.6 夹具操作及维护简要说明 (8)
参考文献 (9)
附录Ⅰ机械加工工艺过程卡片 (10)
附录Ⅱ机械加工工序卡片 (12)
第1章零件的分析
1.1 零件的功用及结构分析
主轴尾堵，位于主轴的端部，通液压油，连接油管和其它件。孔用于通油，外圆表面用于和其它表面配合。
1.2 零件的工艺分析
零件的视图正确、完整，尺寸、公差和位置要求齐全。但孔φ12有点偏深，深80。
该零件属回转体零件，它的所有表面均需切削加工，各表面的加工精度和表面粗糙度都不难获得。应该说，这个零件的工艺性较好。
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第2章主轴尾堵零件机械加工工艺规程设计
2.1 毛坯的选择
该零件的材料为Q235。由于含碳适中综合性能较好，强度、塑性有较好的配合。由于零件为中批生产，且零件的轮廓尺寸不大，故采用模锻成型。中批生产考虑到经济问题，模具不宜太复杂，毛皮选用只有一个台阶面的形式。
2.2 基准的选择
1、粗基准的选择
考虑到粗基准便于工件装夹的原则，优先选用Φ70的外圆中心轴线为粗基准，用三爪卡盘自动定心即可达到要求。
2、精基准的选择
零件的设计基准为Φ60的外圆轴线，零件图中Φ70的外圆的同轴度要求是以Φ60的外圆轴线为基准，同时Φ120的外圆的右端面的垂直度要求也以Φ60的外圆轴线为基准，考虑到精基准重合的原则，故以Φ60的外圆轴线为精基准。
2.3 工艺路线的拟定
2.3.1表面加工方法及加工方案的确定
本零件的加工面有外圆，内孔，槽及螺纹等，材料为Q235，以公差等级和表面粗糙度要求，查阅工艺手册中零件表面加工方法、加工经济精度与表面粗糙度相关内容，其加工方法选择如下。
（1）Φ70的外圆面。保证其圆度误差在0.025之内，圆度误差在0.08之内，需要精加工。即粗车—半精车—精车。
（2）Φ120的外圆面及左端面。未注公差尺寸，根据GB1800-79规定其公差等级按IT14，表面粗糙度为Ra12.5，不需精加工。即粗车。
（3）Φ120圆柱的右端面。保证其与圆柱中心轴线的垂直度误差在0.05之内，表面粗糙度为Ra3.2需要精加工。即粗车—半精车—精车。
（4）Φ60h7的外圆面。保证圆柱度误差为在0.08之内，公差等级为IT7，表面粗糙度为Ra3.2，需要精加工。即粗车—半精车—精车。
（5）Φ54.5 ，宽为4.8 的槽。有圆角要求且侧面及外圆面的粗糙度为Ra1.6，精度要求较高，需精加工。另外沟槽用普通车刀不易进行加工，所以选用高速钢成型车刀（W18Cr4V）进行精车加工。即
（6）Φ70外圆上的平面。未注公差尺寸，公差等级按IT14，表面粗糙度为Ra12.5，只需粗加工即可。即粗铣。
（7）4x30 o的倒角。表面粗糙度要求为Ra3.2，需精加工。
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（8）1x45 o的倒角及2x45 o的倒角。表面粗糙度要求为Ra12.5，粗加工即可。即粗车。
（9）孔的加工。零件中的孔均无公差要求，粗糙度要求为Ra12.5，只需钻孔，不需扩孔和铰孔的精加工。其中Φ15深10的沉孔，不易加工，可采用反向锪钻的方法进行加工；M16x1.5深16的螺纹可用攻螺纹的方法进行加工。
2.3.2加工顺序的确定
按照先加工基准面，再加工其他表面的原则，应先加工Φ60的外圆表面。再有先安排粗加工工序，后安排精加工工序的原则和先加工平面后加工孔的原则，该零件加工可按下述工艺路线进行加工。
工序1：以Φ70的外圆及端面为粗基准定位，粗车Φ60的端面，外圆及Φ120的外圆及右肩面。
工序2：以Φ60的外圆及其肩面为精基准定位，粗车Φ70的端面，外圆及其肩面。
工序3：半精车Φ70的外圆。
工序4：以Φ70的外圆及端面定位，半精车Φ60的外圆及Φ120的外圆右肩面。
工序5：精车Φ60的外圆及Φ120的外圆右肩面，车4×45°倒角。
工序6：用高速钢成型车刀车沟槽，倒圆角。
工序7：钻4×Φ9通孔，反向锪钻Φ15深10的孔。
工序8：钻Φ12深孔80。
工序9：粗铣Φ70外圆上的平面。
工序:10：钻Φ14.5深38的孔，攻螺纹M16x1.5深16。
工序11：钳工去毛刺。
工序12：终检。
2.4 加工余量、工序尺寸及其公差的确定
1.粗车工序：Φ60的外圆及Φ120的右端面，Φ70的端面及外圆及Φ120的外圆左端面。加工余量为外圆双边余量
2.3mm，端面单边余量2.3mm。
2.半精车工序：Φ70的外圆，Φ60的外圆及Φ120的外圆右端面。加工余量为外圆双边余量：1.5mm。端面单边余量1.5mm
3.精车工序：Φ60的外圆，Φ70 外圆及Φ120的外圆右端面，车4×45°，倒角1×45°倒角。精车余量为外圆双边余量0.3mm。端面单边余量0.3mm
4.粗铣工序：Φ70外圆上平面。加工余量：2.5mm
5.钻孔工序：钻Φ9通孔，钻Φ12深孔80，反向锪钻Φ15深10的孔，
钻Φ14.5深38的孔，攻螺纹M16x1.5深16。
6.其他耗时：终检，换刀，装夹等。
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2.5 切削用量及工时定额的确定
㈠工序七：钻4×Φ9通孔，反向锪钻Φ15深10的孔
自由度限制分析：
φ9的孔在平面上有位置要求，需限制X、Y方向上的移动且需限制X、Y的转动；，。
说明：使用平面+V型块定位，使用图示夹紧机构夹紧。
限制自由度：
平面：Z移动，X转动，Y转动
V型块：X移动，Y移动
工序7 ：钻4×φ9通孔反向锪钻φ15深10的孔选用机床：KZ2-B1—8组合钻床
1.钻4×φ9mm通孔
d=φ9 f=0.22—0.28/r (见《切削手册》表2.7)
选修正系数k=1
f=（0.22—0.28）×1=0.22-0.28（mm/r）
取f=0.28mm/r
v=10.5×1×1×1×0.85=8.9 (见《切削手册》表 2.13及表2.14，按第七类加工性考虑)
Ns=1000v÷πDω=315.8r/min
选用较大Nω=351r/min(按《工艺手册》表4.2-2)
所以实际切削速度V=πDωNω÷1000=9.92（m/min）
所以取较小f=0.19
切削工时：L=16mm L1+L2=10mm Tm=0.39(min)
2.反向锪钻φ15深10的孔
根据有关资料介绍，锪沉头孔时切削速度和进给量约为钻孔时1/2-1/3 故：
f=1/3f钻=（0.31-0.37）×1/3=0.12（mm/r）
v=1/3v钻=6（m/min）
Ns=1000v÷πD=127(r/min)
按机床选取Nω=125（r/min）所以实际切削速度
v=πDNω÷1000=5.89（m/min）
切削工时 L=10 L1+L2=8 T=（L+L1+L2）÷nf=1.2 min
㈡工序八：钻φ12mm，深80mm孔
1)加工材料为Q235，σb=300MPa
2)选择钻头：根据加工要求选取硬质合金麻花钻d=12mm
3)确定进给量f:根据《切削手册》表2.7，当钢的σb＜800MPa,d=Φ12时，f=0.25~0.31mm/r.由于本零件在加工Φ12孔时属于低刚度零件，故进给量应
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乘系数0.75，则：
F=(0.25~0.31) π×0.75=0.19~0.23(mm/r) 根据Z550机床说明书，现取f=0.19mm/r
4)切削速度：根据《切削手册》表2.13及表2.14，查得切削速度V=10.2
Ns=1000V/πdw=1000×10.2/12π270.7r/min
根据机床说明书，取Nw=250r/min,故实际切削速度为： V=πdNw/1000=π×12×250/1000=9.42m/min 5)切削工时：L=80,L1+L2=10mm
Tm=(80+10)/(250×0.19)=1.89min ㈢工序九：铣Φ70外圆上平面。 1、加工条件
工件材料：Q235，σb=300Mpa 、模锻。
加工要求：标准硬质合金端铣刀粗铣，加工余量h=21mm 用乳化液冷却。 机床：立式铣床XA5032。 2、选择刀具
1）YT15硬质合金刀片
铣削深度p a ≤4mm 时，端铣刀直径0d 为80mm ，e a 为60mm 。但已知铣削深度为32.08mm 。齿数Z=4。
2）铣刀几何形状：由于σb ≤800Mpa ，故选择r k =60 o，εr k =30 o，'r k =5 o，
0α=8 o，'0α=10 o，λs=-15 o，0γ=-5 o。 3、选择切削用量
1）决定铣削深度p a 由于加工余量较大，故选择六次走刀切削宽度
p a =3.5mm 。
2）决定每齿进给量 当实用YT13，铣床功率7.5KW z f =0.09～0.18mm ／z 。所以z f =0.18mm ／z 。
3）最大磨损量0.8mm ，刀具寿命T=180min 。
4）当0d =80mm ，z=4，p a ≤4mm ，z f =0.18mm ／z 时，t v =123m ／min ，t n =313r ／min ，ft v =263mm ／min 。
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根据机床说明书可知：c n =300r ／min ，fc v =235mm ／min ，因此实际切削速度和每齿进给量为
min 36.751000300
8014.31000d 0m
n v c =??==π z mm z
n v f c fc zc 20.04
300235
?=
=
5）检验机床功率 。mm a mm a Mpa p e b 5.3,45,560=≤≤σ
min 235,4,800mm v z mm d f === 近似为KW p KW p cm cc 63.575.05.7,1.4=?==。故cm cc p p ＜。
min 300,min
235,5.3r
n mm
v mm a f p ===，z
m f m v z c 20.0,min 36.75== 1）6) 计算基本工时 L=l+y+? l=72mm y+?=25mm 所以min 29.218
.023597=?=?=
f v L t m ㈣工序十：钻φ14.5孔
1.进给量f ：根据《切削手册》表
2.7，d 0=14.5mm ，f=0.31-0.37mm ，修正系数为1.0。 取f=0.28mm 。 2.切削速度：根据《切削手册》表2.13和2.14，查的切削速度v=11.5mm/min ，乘以修正系数0.85，v=11.5×0.85=9.8mm/min ，n s =1000×v ÷∏÷d w =1000×11.5÷
3.14÷1
4.5=21
5.2r/mm 。
根据选定机床的说明书，取n w =250r/mm ，所以实际切削速度为v=∏×d w ×n w ÷1000=3.14×14.5×250÷1000=11.38mm/min 。
3.切削工时：l=38，l 1+l 2=8，t m =（l+ l 1+l 2）÷f ÷n w =（38+8）÷0.28÷250=0.66min. 攻螺纹m16:
1.进给量f ：根据《切削手册》表
2.7，d 0=16mm ，f=0.31-0.37mm ，修正系数为1.0。
取f=0.37mm 。
2.切削速度：根据《切削手册》表2.13和2.14，查的切削速度v=10mm/min ，n s =1000×v ÷∏÷d w =1000×10÷
3.14÷16=199r/mm 。
根据选定机床的说明书，取n w =185r/mm ，所以实际切削速度为v=∏×d w ×n w
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÷1000=3.14×16×185÷1000=9.3mm/min 。
3.切削工时：l=16，l 1+l 2=8，t m =（l+ l 1+l 2）÷f ÷n w =（16+8）÷0.37÷185=0.35min 。
第三章 钻Φ14.5深38的孔，攻螺纹M16x1.5深16工序夹具
设计
3.1任务的提出
为了在考虑零件的技术要求的前提下降低劳动强度提高劳动生产率。根据任务要求中的设计内容，需要设计专用夹具来来钻Φ14.5孔和攻螺纹M16x1.5，，该孔相对于平面有一定的技术要求。加工底槽的夹具将用于Z550钻床，刀具采用Φ14.5麻花钻和m16丝锥。
3.2 定位方案及定位装置的设计计算 3.2.1 定位方案的确定
由零件图可知：加工的孔位于Φ70的粗铣平面上，采用v 型块定位下圆面，
上面采用压板定位，一共限制了6个自由度。
3.2.2 定位元件及装置设计
定位元件有v 型块和上压板。
3.2.3定位误差的分析计算
1）定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为v 型块,在加工时要保证夹具定位块的位置要求.
2）计算钻套中心线与工作台的垂直度误差。 钻套外径与衬套孔的最大间隙为：
026.0)011.0(015.0m ax =--=?
衬套外径与钻模板孔的最大间隙为：
005.0023.0018.0m ax -=-=?
则钻套中心与工作台平面的垂直度误差为： 0.031mm 。
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3.3 对刀或导引元件（装置）设计
要求结构简单且保证精度应用固定钻模板作为刀具的导向元件。该夹具 放在机床工作台上，钻对准钻套，并用压板将夹具固定在钻床工作台上，以确定夹具在机床上相对于刀具的正确位置。这样加工时只需将工件装夹到夹具上，就可方便的钻孔，以保证工序尺寸及位置公差要求。在压板上设置一个钻套，因为钻完孔要攻螺纹，故采用快换钻套。
3.4 夹紧方案及装置的设计计算 3.
4.1夹紧方案的确定
V 型块和压板一起夹紧。
3.4.2夹紧力大小的分析计算
刀具：硬质合金麻花钻，d=14.5mm
由实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于工作台,查《切削手册》表2.3，切削力计算公式为：
F
F
F
k f d C F y Z
F f 0
=
其中：410=C F ，2.1=Z F ，75.0=y F ，d 0
=14.5mm ，f=0.28mm/r
k k k k hF xF MF F ??=，k MF 与加工材料有关,取0.94；k xF 与刀具刃磨形状有关,
取1.33；k hF 与刀具磨钝标准有关,取1.0，则：
F=410×14.51.2×0.280.75×1.0=3906N 3.4.3夹紧机构及装置设计
夹紧机构为v 型块和上压板，钻套安装在压板上，既压紧工件，又方便刀具导引。
3.5 连接元件及夹具体设计
采用滑柱式钻模，在底座上固定一个v 型块，钻模板上固定钻套，把衬套加长用来定位压紧工件平面。
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3.6 夹具操作及维护简要说明
转动手臂，将滑柱式钻模板升起来，将工件Φ70外圆面放在v型块上，Φ120端面挨紧v型块，转动手臂，将钻模板降下来，使衬套底面压紧Φ70平面，然后Φ14.5麻花钻直接钻下来即可，钻完Φ14.5后，将快换钻套换为内径为16的，在进行攻螺纹。
夹具的维护与滑柱式钻模的维护类似。
参考文献
1 赵家齐．机械制造工艺学课程设计指导书．（第2版）．机械工业出版社，2000年10月：1～41。
2 王先逵．机械制造工艺学．（第2版）．机械工业出版社，2007年8月：13～183。
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课程设计评审意见表