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車床軸套加工工藝及關鍵工序工裝設計
1 引言
機械加工工藝是規(guī)定產品或零件機械加工工藝過程和操作方法，是指導生產的重要的技術性文件。它直接關系到產品的質量、生產率及其加工產品的經濟效益，生產規(guī)模的大小、工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機械加工工藝來體現(xiàn)，因此工藝規(guī)程編制的好壞是生產該產品的重要保證和重要依據。夾具結構設計在加深對課程基本理論的理解和加強對解決工程實際問題能力的培養(yǎng)方面發(fā)揮極其重要的作用[1]。
利用更好的夾具可以保證加工質量，機床夾具的首要任務是保證加工精度，特別是保證被加工工件的加工面與定位面以及被加工表面相互之間的位置精度；提高生產率、降低成本，使用夾具后可以減少劃線、找正等輔助時間，且易于實現(xiàn)多工位加工[2]。擴大機床工藝范圍，在機床上使用夾具可使加工變得方便，并可擴大機床工藝范圍。減輕工人勞動強度，保證安全生產。為了讓夾具有更好的發(fā)展，夾具行業(yè)應加強產、學、研協(xié)作的力度，加快用高新技術改造和提升夾具技術水平的步伐，創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網站，充分利用現(xiàn)代信息和網絡技術，與時俱進地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術。
?1.1 機械制造業(yè)及其現(xiàn)狀
在國民經濟的各條戰(zhàn)線上廣泛使用著大量的機械、機床、工具、儀器、儀表等工藝裝備。這些工藝裝備的制造過程總稱為機械制造，生產這些工藝裝備的工業(yè)即是機械制造業(yè)[3]。機械制造業(yè)的主要任務就是圍繞各種工程材料的加工技術，研究其工藝，并設計和制造各種工藝裝備。
機械制造業(yè)是國民經濟的基礎和支柱，是向其他各部門提供工具、儀器和各種機械設備的技術裝備部。據西方工業(yè)國家統(tǒng)計，機械制造業(yè)創(chuàng)造了60%的社會財富，完成45%的國民經濟收入。如果沒有機械制造業(yè)提供質量優(yōu)良、技術先進的技術裝備，那么信息技術、新材料技術、海洋工程技術、生物工程技術、以及空間技術等新技術群的發(fā)展將會受到嚴重的制約。因此，一個國家的經濟競爭歸根結底是機械制造業(yè)的競爭，機械制造業(yè)的發(fā)展水平是衡量一個國家經濟實力和科學技術水平的重要標志之一。
機械制造業(yè)是一個歷史悠久的產業(yè)，經歷了一個漫長發(fā)展過程。蒸汽機和電力的兩次工業(yè)革命使機械制造業(yè)發(fā)生了巨大變革，世界各國都逐漸充分重視、發(fā)展和應用機械制造技術。經過建國五十多年的發(fā)展，機械工業(yè)已經成為我國工業(yè)中產品門類比較齊全，具有相當規(guī)模和一定技術基礎的支柱產業(yè)之一。改革開放以來，機械工業(yè)引進了大量的國外先進技術，加上國內自行研究開發(fā)的成果，使機械產品的結構正向合理化方向發(fā)展，對市場的適應能力日益明顯增強。
但是，與工業(yè)發(fā)達國家相比，我國的機械制造仍存在階段性的差距。集中表現(xiàn)為制造技術的落后——在設計方法和手段、制造工藝、制造過程自動化及管理技術諸方面都明顯落后于工業(yè)發(fā)達國家。制造技術的落后嚴重制約了機械工業(yè)的進一步發(fā)展，使我國機械傳動工業(yè)的技術來源大部分依賴引進國外技術，全員勞動生產率低，機械產品質量差，可靠性低，缺乏競爭力[4]。
1.2 機械制造業(yè)的發(fā)展趨勢
1.2.1 常規(guī)工藝的不斷優(yōu)化
常規(guī)工藝優(yōu)化的方向是實現(xiàn)高效化、精密化、強韌化、輕量化，以形成優(yōu)質高效、低耗、少（無）污染的先進實用工藝為主要目標，同時實現(xiàn)工藝設備、輔助工藝、工藝材料、檢測控制系統(tǒng)的成套工藝服務，使優(yōu)化工藝易于為企業(yè)采用[5]。
1.2.2 新型加工方法的不斷出現(xiàn)和發(fā)展
包括精密加工和超精密加工、微細加工、特種加工及高密度能加工、新硬材料加工技術、表面功能性覆蓋技術和復合加工，以適應機械產品更新?lián)Q代對制造工藝提出的更高、更新的制造模式。
1.2.3 自動化等高新技術與工藝的精密結合
微電子、計算機和自動化技術與工藝及設備的相結合，使傳統(tǒng)工藝面貌產生顯著、本質的變化，如生產線自動控制、在線檢測自適應控制、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助夾具設計、計算機輔助裝備工藝設計和智能制造系統(tǒng)等。
中國的機械制造工業(yè)任重而道遠，我們必須不斷開拓進取，改進制造技術，使制造業(yè)達到一個新的高度。
2 零件工藝性分析
2.1 零件的作用
題目給的零件是CA6140臥式車床上的軸套，零件的Ф100外圓上標有刻度線，用來對齊調節(jié)刻度盤上的刻度值，從而能夠直接讀出所調整的數值。軸套中部的通孔則是給傳遞力矩通過，本身沒有受到多少力的作用。設計題目給定的零件是CA6140車床軸套零件，生產綱領為50000件/年，查表可知該產品為大批生產。
2.2 零件的工藝分析
軸套共有三組加工表面，它們之間有一定的位置要求?，F(xiàn)分述如下：
(1)以Ф20 的孔為中心加工表面
(2)兩端面
(3)以Ф90為中心的加工表面
它們之間的位置要求主要是
(1)Ф100mm 左端面與Ф45mm孔中心軸的跳動度
(2)Ф90mm 右端面與 Ф45mm孔中心軸線的跳動度
經過對以上加工表面的分析，我們可先選定粗基準，加工出精基準所在的加工表面，然后借助專用夾具對其他加工表面進行加工，保證它們的位置精度。
3 毛坯的選擇
3.1 毛坯的種類
毛坯的種類主要有碳鋼、合金鋼、不銹鋼與耐熱鋼、鑄鐵與黃銅、青銅、鋁合金；在選擇毛坯的制造方法時，首先考慮材料的工藝特性，如鑄鐵不能鍛造，這類材料只能選擇鑄造；高碳鋼的鑄造性和焊接性都較差，一般都采用鍛造。
3.2 確定毛坯是應考慮到的因素
在確定毛坯時應考慮以下因素
(1)零件的材料及其力學性能
當零件的材料選定之后，毛坯的類型就大體確定了。例如，材料為鑄鐵的零件，自然應選擇鑄造毛坯；而對于重要的鋼質零件，力學性能要求高時，可選擇鍛造毛坯。
(2)零件的結構和尺寸
形狀復雜的毛坯常采用鑄件，但對于形狀復雜的薄壁件，一般不能采用砂型鑄造；對于一般用途的階梯軸，如果各段直接相差不大，力學性能要求不高時，可選擇棒料做毛坯，倘若各段直徑相差較大，為了節(jié)省材料，應選者鍛件[6]。
(3)生產類型
當零件的生產批量較大時，應采用精度和生產率都比較高的毛坯制造方法，這時毛坯制造增加的費用可由材料費減少的費用以及機械加工減少的費用來補償。
(4)現(xiàn)有生產條件
選擇毛坯類型時，要結合本企業(yè)的具體生產條件，如現(xiàn)場毛坯制造的實際水平和能力，外協(xié)的可靠性等。
(5)充分考慮利用新技術，新工藝和新材料的可靠性
為了節(jié)約材料和能源，減少機械加工余量，提高經濟效益，只要有可能，就必須盡量采用精密鍛造，精密鑄造，冷擠壓。粉末冶金和工程塑料等新工藝，新技術和新材料[7]。
3.3 確定毛坯時的幾項工藝措施
實現(xiàn)少切削，無切削加工，是現(xiàn)代機械制造技術的發(fā)展趨勢。但是，由于毛坯制造技術的限制，加之現(xiàn)代機器對精度和表面質量的要求越來越高，為了保證機械加工能達到質量要求，毛坯的某些表面仍需留有加工余量。加工毛坯時，由于一些零件形狀特殊，安裝和加工不大方便，必須采取一定的工藝措施才能進行機械加工。
3.4 毛坯的確定
零件材料是HT15-33。零件年產量是大批量，而且零件加工的輪廓尺寸不大，在考慮提高生產率保證加工精度后可采用鑄造成型，采用方法為砂模機器造型。零件形狀并不復雜，因此毛坯形狀可以與零件的形狀盡量接近，內孔不鑄出。
4 工藝規(guī)程設計
對于機器中的某一零件，可以采用多種不同的工藝過程完成。在特定條件下，總存在一種相對而言最為合理的工藝規(guī)程，將這個工藝規(guī)程用工藝文件的形式加以規(guī)定，由此得到的工藝文件統(tǒng)稱工藝規(guī)程[8]。
4.1 工藝規(guī)程的作用
工藝規(guī)程是生產準備、生產組織、計劃調度的主要依據，是指導工人操作的主要技術文件，也是工廠和車間進行設計或技術改造的重要原始資料。工藝規(guī)程的制訂須嚴格按照規(guī)定的程序和格式進行，并隨技術進步和企業(yè)發(fā)展，定期修改完善。
(1)根據機械加工工藝規(guī)程進行生產準備（包括技術準備）。在產品投入生產以前，需要做大量的生產準備和技術準備工作，例如，關鍵技術的分析與研究；刀、夾、量具的設計、制造或采購；設備改裝與新設備的購置或定做等。這些工作都必須根據機械加工工藝規(guī)程來展開。
(2)機械加工工藝規(guī)程是生產計劃、調度、工人的操作、質量檢查等的依據。
(3)新建或擴建車間(或工段)，起原始依據也是機械加工工藝規(guī)程，根據機械加工工藝規(guī)程確定機床的種類和數量，確定機床的布置和動力配置，確定生產面積的大小和工人的數量。
4.2 定位基準的選擇
4.2.1 粗基準的選擇
因為軸套可歸為軸類零件，一般以外圓作為粗基準。一般以非加工表面作為粗基準，但本零件各面均需加工，此時應以加工余量最小的面為粗基準，所以對于本零件可以先以軸套右端Ф45的外圓及Ф 90的右端面作為粗基準，利用三爪卡盤夾緊Ф45 mm外圓可同時削除五個自由度，再以Ф90的右端面定位可削除自由度。
4.2.2 精基準的選擇
精基準的選擇主要考慮基準重合與統(tǒng)一基準原則。以Ф20mm孔為精基準。
4.3 制定工藝路線
制定工藝路線應該使零件的加工精度（尺寸精度、形狀精度、位置精度）和表面質量等技術要求能得到合理的保證。在生產綱領已經確定為大批生產的條件下，可以考慮采用通用機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產率。還有，應當考慮經濟效果，以便降低生產成本[9]。
4.3.1 工藝路線方案一
工序Ⅰ 粗車Ф100mm柱體左右端面及外圓，外圓留有余量。以右端Ф45mm為粗基準
工序Ⅱ 鉆、擴、粗鉸、精鉸20mm孔至圖樣尺寸并車孔左端的倒角
工序Ⅲ 粗車Ф45，Ф90的外圓，粗車各端面，粗車Ф90的倒角，粗車3×2的槽，R5的圓角，以Ф20為精基準
工序Ⅳ 半精車Ф90外圓及各端面，車槽3×2，R5的圓角
工序Ⅴ 半精車Φ100左右端面及外圓，精車Ф100的左端面
工序Ⅵ 粗銑Ф90的左端面；粗銑、精銑Ф90柱體右側面
工序Ⅶ 鉆 4—Φ9孔
工序Ⅷ 鉆Φ4孔，鉸Φ 6孔
工序Ⅸ 磨削Φ100的右端面，Φ90外圓及左右端面，Φ45外圓
工序Ⅹ 磨削外圓面 Φ100，Φ90
工序Ⅺ 刻字刻線
工序Ⅻ 鍍鉻
工序ⅩⅢ 檢測入庫
4.3.2 工藝路線方案二
工序Ⅰ 鉆、擴、鉸Φ20的孔，以右端Φ45的外圓為粗基準
工序Ⅱ 粗車Φ100外圓，B面，Φ90外圓及右側面，3×2槽，Φ45外圓
工序Ⅲ 粗車零件左右端面，并倒Φ20孔的倒角，以及零件右端45度倒角
工序Ⅳ 半精車Ф100外圓，Ф90外圓
工序Ⅴ 半精車零件左端面
工序Ⅵ 精車Φ100外圓，并倒Φ100，Φ90的倒角
工序Ⅶ 精車零件左端面
工序Ⅷ 粗銑 Ф90的左端面；粗銑、精銑Ф90柱體右側面
工序Ⅸ 鉆 4—Φ9孔
工序Ⅹ 鉆Φ4孔，鉸Φ 6孔
工序Ⅺ 磨削Φ90外圓及右側Φ45外圓
工序Ⅻ 拋光B面
工序ⅩⅢ 刻字刻線
工序ⅩⅣ 鍍鉻
工序ⅩⅤ 檢測入庫
4.3.3 工藝方案的比較與分析
上述兩種工藝方案的特點在于：方案二考慮以Φ20孔為精加工基準，而方案一則是從右端面開始加工到左端面，然后再鉆孔Φ20mm，這時很難保證其圓跳動的誤差精度等。因此選擇方案二作為加工工藝路線比較合理。
4.4 毛坯尺寸的確定與機械加工余量
由于本零件材料為灰鑄鐵，由《工藝手冊得》，毛坯為雙側加工，MA為G，加工精度為8到10級，這里選取9級。則由《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.2-4得：
零件延軸線方向的加工余量為：2×2.5mm=5mm
Ф100徑向加工余量為6mm，軸向加工余量為2×2.5mm=5mm
Ф90徑向加工余量為2×2.5mm=5mm，軸向加工余量為2×2.5mm=5mm
Ф45徑向加工余量為2×2.5mm=5mm
由《機械零件工藝性手冊》表：2-64得：Ф100，Ф90柱體圓角為：R=2mm；右端Ф45的圓角為：R=4mm；鑄件上的過渡部分尺寸確定為：R=5mm，C=3mm，H=15mm。
由以上資料得出毛坯尺寸圖。
4.5 確定切削用量及基本工時
工序Ⅰ 鉆，擴，鉸Ф20孔
加工條件
工件材料：HT15-33 硬度170—241HB，取190HB，機器砂型鑄造。
加工要求：鉆，擴，鉸Ф20孔
機床：轉塔車床C365L
計算切削用量
(1)鉆Ф18孔
(a)刀具選擇：查《機械制造工藝設計簡明手冊》選用 18高速鋼錐柄標準花鉆
(b)切削用量選擇
查《切削用量手冊》得：f=0.70m手冊》C365L車床進給量取f =0.76mm/r。查《切削用量簡明手冊》取V =13m/min
=0.86mm/r，再由《機械制造工藝設計簡明手冊》
按機床選取n =238r/m，故m/min (4.1)
(c)計算基本工時：
T=（L+L1+L2）/(f×n) =0.66min (4.2)
(2)擴Ф19.8 孔
(a)刀具選擇：選用 19.8高速鋼錐柄擴孔鉆
(b)確定切削用量
查《切削用量簡明手冊》得：f=0.90mm/r～1.1mm/r，再由《機械制造工藝設計簡明手冊》C365L車床進給量取f =0.92mm/r。擴孔時的切削速度，由《現(xiàn)代機械制造工藝流程設計實訓教程》得公式：Vc擴=（1/2～1/3）Vc鉆
查《切削用量簡明手冊》取Vc =0.29m/s=17.4m/min
Vc=（1/2～1/3）Vc =5.8 m/min～8.7m/min (4.3)
r/min～140r/min
按機床選取n =136r/m，故m/min
(3)計算基本工時
T=（L+L1+L2）/(f×n) =(91+14+2)/(0.92×136)=0.86min。
其中L=91，L1=14，L2=23
鉸Ф20
(a)刀具選擇：20高速鋼錐柄機用鉸刀
(b)確定切削用量
背吃刀量
由《切削用量簡明手冊》表2.11 f=1.3mm/r～2.5mm/r，取f=1.68
由《切削用量簡明手冊》表2.30得m/min
r/min (4.4)
按機床選取 r/min
所以實際切削速度m/min
(c)計算基本工時
T=(L+L1+L2)/(f×n) =0.44min
工序Ⅱ 粗車Ф100外圓、車B面。車Ф90外圓及右側面、3×2槽、Ф45外圓
(1)加工條件
機床選擇：CA6140車床
刀具1：刀片材料YG6，刀桿尺寸B×H=16×25mm，
刀具2：刀片材料為高速鋼，成型車刀，刀桿尺寸30×45
刀具3：刀片材料為高速鋼，切斷車刀，刀桿尺寸16×25
(2)計算切削用量
粗車Ф100外圓用刀具1
(a)確定背吃刀量a (即切深a ) 粗車的余量為1.5mm，一次走刀完成，即a =1.5mm
(b)確定進給量
查《切削用量簡明手冊》：加工材料HT15-33、工件直徑100mm、切削深度a =1.5mm，則進給量為0.6mm/r～0.9mm/r。再根據CA6140車床說明書，取橫向進給f=0.86mm/r。
選擇磨鈍標準及耐用度：根據《切削用量簡明手冊》表1.9，取車刀后面最大磨損量為0.8mm/r～1.0mm/r。焊接車刀耐用度T=60mm。
(c)確定切削速度Vc
根據《切削用量簡明手冊》表1.27
m/min (4.5)
r/min
按CA6140車床轉速（《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2－8）選擇與172r/min相近似的機床轉速n=200r/min，則實際切削速度Vc=66.6m/min。
(d)計算基本工時
按《機械制造工藝設計簡明手冊》公式計算：T=0.149min
(3)粗車Ф90外圓 選擇刀具：用刀具1
(a)確定背吃刀量 粗車外圓mm
(b)確定進給量
由《切削用量簡明手冊》HT15-33，刀桿尺寸16x25，工件直徑為Ф90mm，則f=0.6 mm/r～0.9 mm/r。再根據CA6140車床說明書，取橫向進給量取f =0.86mm/r。由《切削用量簡明手冊》表1.9查取后刀面磨損最大限度為0.8～1.0，焊接耐用度T=60mm。
(c)確定切削速度Vc
根據《切削用量簡明手冊》表1.27
m/min
r/min
按CA6140車床轉速 選擇與157.5r/min相近似的機床轉速n =160r/min，則實際切削速度
V =47.728m/min
(d)確定進給量
T=（L+L1+L2+L3）×i/(f×n)=0.153min (4.6)
(4) 粗車Ф45 外圓 選擇刀具1
(a)確定切削深度
粗車外圓，一次走刀，則，HT15-33，刀桿尺寸16× 25，，工件直徑為Ф45mm，則f=0.4mm/r～0.5mm/r。再由《簡明手冊》表4.2—3查取f =0.45mm/r。
(c)確定切削速度Vc
根據《切削用量手冊》表1.27查?。?
m/min
r/min
按CA6140車床說明書，選擇與399r/min相近似的機床 轉速n =400r/min，則實際切削速度
V = 62.8m/min
(d)計算基本工時
T=（L+L1+L2+L3）×i/(f×n) =0.286min
(5)成型車刀加工B面
(a)確定切削深度，一次走刀，則mm，T=120min
(b)確定進給量
f=0.035mm/r～0.070mm/r。取f =0.050mm/r
(c)確定切削速度Vc
根據《切削用量手冊》表1.27查?。?
m/min
r/min
按CA6140車床說明書，選擇與121.987r/min相近似的機床轉速n =125r/min，則實際切削速度
V =41.605m/min
(d)計算基本工時：
T=（L+L1+L2+L3）×i/(f×n) =11.04min
(6)車90右端面及3×2槽
(a)確定切削深度，一次走刀，則mm
(b)確定進給量
由《切削用量手冊》表1.4，f=0.6mm/r～0.9mm/r。根據CA6140機床說明書（見《工藝手冊》表1.31）取f=0.86mm/r
(c)確定切削速度Vc
根據《切削用量手冊》表1.27查?。?
m/min
r/min
按CA6140車床說明書，選擇與46.815r/min相近似的機床轉速n =50r/min，則實際切削速度V = 15.072m/min
(d)計算基本工時：
T=（L+L1+L2+L3）×i/(f×n) =1.419min。
工序Ⅲ 粗車零件左右端面，并倒Ф20孔的倒角，零件右端45度倒角
(1) 加工條件
機床選擇：CA6140車床
刀具1：刀片材料YG6，刀桿尺寸B×H=16×25mm，
(2)計算切削用量
粗車零件左端面，即粗車Ф100左端面
(a)確定切削用量mm
(b)確定進給量
查《切削用量簡明手冊》取進給量為0.6 mm/r～0.9 mm/r。再根據CA6140車床說明書（見《機械制造工藝設計簡明手冊》表1.31查取）進給量取f =0.86mm/r。
根據《切削用量簡明手冊》表1.9，取車刀后面最大磨損量為0.8 mm/r～1.0 mm/r。焊接車刀耐用度T=60mm。
(3)確定切削速度Vc
根據《切削用量簡明手冊》表1.27
m/min
r/min
按CA6140車床說明書，選擇與149r/min相近似的機床轉速n =160r/min，則實際切削速度
Vc =53m/min
(4）計算基本工時
按《機械制造工藝設計簡明手冊》公式計算：
T= 0.385min
粗車零件右端面
(a)確定切削用量mm
(b)確定進給量
查《切削用量簡明手冊》：取進給量為0.4 mm/r～0.5 mm/r。再根據CA6140車床說明書（見《機械制造工藝設計簡明手冊》表1.31查?。┻M給量取f =0.45mm/r。
根據《切削用量簡明手冊》，取車刀后面最大磨損量為0.8mm/r～1.0mm/r。焊接車刀耐用度T=60mm。
(c)確定切削速度Vc
根據《切削用量簡明手冊》表1.27
m/min
r/min
按CA6140說明書，選擇與89r/min相近似的機床轉速n =100r/min，則實際切削速度
V =15.7m/min
(d)計算基本工時：
按《機械制造工藝設計簡明手冊》公式計算：
T= 0.674min
工序Ⅳ 半精車Ф100外圓、B面，Ф90外圓、Ф45外圓
(1)加工條件
機床選擇：CA6140車床
刀具1：刀片材料YG6，刀桿尺寸B×H=16x25mm， 刀尖圓弧半徑0.5mm
(2)計算切削用量
(a)半精車Ф100外圓 用刀具1
(b)確定背吃刀量a (即切深a )半車的余量為0.9mm，一次走刀完成，即a =0.9mm
(3)確定進給量
查《切削用量簡明手冊》表1.6：加工材料HT15-33、工件直徑100mm、切削深度a =0.9mm,表面粗糙度為6.3刀尖,圓弧半徑0.5mm，則進給量為0.25 mm/r～0.40 mm/r。再根據CA6140車床說明書，取橫向進給量取f =0.30mm/r。車刀耐用度T=60mm
(4)確定切削速度Vc
根據《切削用量簡明手冊》表1.27
m/min
r/min
按CA6140車床轉速（《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2－8）選擇與309.871r/min相近似的機床轉速n =320r/min，則實際切削速度Vc =106.509m/min
(5)計算基本工時
按《機械制造工藝設計簡明手冊》公式計算：T =0.2.6min
半精車Ф90外圓 選擇刀具：用刀具1
(a)確定背吃刀量 半精車外圓mm。
(b)確定進給量
由《切削用量簡明手冊》表1.6，HT15-33，刀桿尺寸16×25，表面粗糙度為6.3，刀尖圓弧半徑0.5mm，工件直徑為Ф90mm，則f =0.25 mm/r～0.40 mm/r。再根據CA6140車床說明書，取橫向進給量取f =0.30mm/r，車刀耐用度T =60mm
(c)確定切削速度Vc
根據《切削用量簡明手冊》表1.27
m/min
r/min
按CA6140車床轉速 選擇與353.719r/min相近似的機床轉速n =400r/min，則實際切削速度
Vc =116.557m/min
(d)計算基本工時
T=（L+L1+L2+L3）×i/(f×n)=0.115min
半精車Ф45 外圓 選擇刀具1
(a)確定切削深度
粗車外圓，一次走刀，則mm
(b)確定進給量
由《切削用量手冊》，HT15-33，刀桿尺寸16× 25，，工件直徑為Ф45mm，表面粗糙度為6.3，刀尖圓弧半徑0.5mm，則f=0.25 mm/r～0.40mm/r。再由《簡明手冊》表4.2—3查取f =0.30mm/r
(c)確定切削速度Vc
根據《切削用量手冊》表1.27查?。?
m/min
r/min
按CA6140車床說明書，選擇與686.719r/min相近似的機床轉速n =710r/min，則實際切削速度
Vc = 107.457m/min
(d)計算基本工時
T=（L+L1+L2+L3）×i/(f×n) =0.246min
工序Ⅴ 半精車零件左端面，即Ф100左端面
(1)加工條件
機床選擇：CA6140車床
刀具1：刀片材料YG6，刀桿尺寸B×H=16×25mm， 刀尖圓弧半徑0.5mm
(2)計算切削用量
半精車Ф100左端面
(a)確定背吃刀量a (即切深a )半車的余量為0.9mm，一次走刀完成，即a =0.9mm。
(b)確定進給量
查《切削用量簡明手冊》表1.6：加工材料HT15-33、工件直徑100mm、切削深度a =0.9mm，表面粗糙度為6.3，刀尖圓弧半徑0.5mm，則進給量為0.25 mm/r～0.40 mm/r。再根據CA6140車床說明書，取橫向進給量取f =0.30mm/r。車刀耐用度T=60mm
(c)確定切削速度Vc
根據《切削用量簡明手冊》表1.27
m/min
r/min
按CA6140車床轉速（《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2－8）選擇與316.235r/min相近似的機床轉速n =320r/min，則實際切削速度Vc =106.509m/min
(d）計算基本工時
按《機械制造工藝設計簡明手冊》公式計算：T=1.158min
工序Ⅵ 精車Ф100外圓，并倒Ф90，Ф100的倒角
(1)確定背吃刀量a (即切深a )半車的余量為0.5mm，一次走刀完成，即a =0.5mm。
(2)確定進給量
查《切削用量簡明手冊》表1.6：加工材料HT15-33、工件直徑100mm、切削深度a =0.5mm，表面粗糙度為1.6，刀尖圓弧半徑0.5mm，則進給量為0.10mm/r～0.15mm/r。再根據CA6140車床說明書，取橫向進給量取f =0.12mm/r。車刀耐用度T=60mm。
(3)確定切削速度Vc
根據《切削用量簡明手冊》表1.27
m/min
r/min
按CA6140車床轉速（《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2－8）選擇與452.292r/min相近似的機床轉速n =450r/min，則實際切削速度Vc = 141.3m/min。
(4）計算基本工時
按《機械制造工藝設計簡明手冊》公式計算：T=0.315min
工序Ⅶ 精車零件左端面，即Ф100左端面
(1)確定背吃刀量a (即切深a )半車的余量為0.5mm，一次走刀完成，即a =0.5mm。
(2)確定進給量
查《切削用量簡明手冊》表1.6：加工材料HT15-33、工件直徑100mm、切削深度a =0.5mm，表面粗糙度為1.6，刀尖圓弧半徑0.5mm，則進給量為0.10mm/r～0.15mm/r。再根據CA6140車床說明書，取橫向進給量取f =0.12mm/r 車刀耐用度T=60mm
(3)確定切削速度Vc
根據《切削用量簡明手冊》表1.27
m/min
r/min
按CA6140車床轉速（《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2－8）選擇與452.292r/min相近似的機床轉速n =450r/min，則實際切削速度Vc = 141.3m/min
(4)計算基本工時
按《機械制造工藝設計簡明手冊》公式計算：T=2.00min
工序Ⅷ 粗銑Ф90左右側面，精銑Ф90右側面
(1)加工條件：機床的選擇：X62W，功率7.5KW，裝夾系統(tǒng)剛性好；刀具的選擇：銑刀材料為YG6，由，mm～21mm，根據《工藝手冊》表3.1—28，銑刀選擇為80 mm～110mm；由《切削手冊》表6-7選擇刀具如下：粗銑刀為粗齒圓柱形銑刀D0=100，，，r0=15o，Z=10；精銑刀為細齒圓柱形銑刀D0=100，，，r0=15o，Z=14，圓柱銑刀壽命為180min。
(2)切削用量選擇
粗銑左側面，粗銑刀具
(a)切削用量mm，mm，一次完成
(b)確定進給量 由《切削手冊》表3.5當機床X62W功率為5KW～10KW，采用YG6硬質合金材料加工鑄鐵取=0.14mm/z～0.24mm/z，取=0.24mm/z
(c)確定切削速度Vc
由《切削手冊》表3，27
m/min
r/min
根據X61W機床說明書(見《切削手冊》表4.2-39)取主軸轉速n =475r/min.則實際切削速度為Vc =149.15m/min
當n =475r/min時，工作臺為每分鐘進給量是進給速度=×z×n =0.24×10×475=1140mm/min
X62W機床說明書(見《切削手冊》表3.23)取=950mm/min
(d)計算基本工時
T=(L+L1)/=(38+5)/950=0.0453min (4.7)
粗銑右側面，粗銑刀具
(1)粗銑左側面，粗銑刀具
(a)切削用量mm，mm，兩次完成
(b)確定進給量 由《切削手冊》表3.5當機床X62W功率為5KW～10KW，采用YG6硬質合金材料加工鑄鐵取fz =0.14mm/z～0.24mm/z，取mm/z
(c)確定切削速度Vc
由《切削手冊》表3，27
m/min
r/min
根據X61W機床說明書(見《切削手冊》表4.2-39)取主軸轉速n =600r/min.則實際切削速度為Vc =188.4m/min
當n =600r/min時，工作臺為每分鐘進給量是進給速度mm/min (4.8)
X62W機床說明書(見《切削手冊》表3.23)取mm/min
(d)計算基本工時
T=(L+L1)/=(48.2+5+38)/950=0.096min
精銑右側面精銑刀具
(a)切削用量，mm，一次完成
(b)確定進給量 由《切削手冊》表3.5當機床X62W功率為5KW～10KW，采用YG6硬質合金材料加工鑄鐵取mm/z～0.24mm/z，取mm/z
(c)確定切削速度Vc
由《切削手冊》表3.27
m/min
r/min
根據X61W機床說明書(見《切削手冊》表4.2-39)取主軸轉速n =1180r/min.則實際切削速度為Vc =370.52m/min
當n =1180r/min時，工作臺為每分鐘進給量是進給速度=×z×n=0.24×14×1180=2832mm/min
X62W機床說明書(見《切削手冊》表3.23)取mm/min
(d)計算基本工時
T=(L+L1)/=(48.2+5)/1180=0.0451min (4.9)
工序Ⅸ 鉆4-Ф9孔
(1)刀具選擇
選用Ф9高速鋼，錐柄標準麻花鉆。選用Z525型搖臂鉆床。
(2)確定切削用量
4個孔共走四次刀。由《切削用量手冊》f=0.47mm/r～0.57mm/r，由鉆床取 f =0.40mm/r
由《切削用量手冊》，取V查=0.36m/s=21.6m/min，則n=764.331r/min
由鉆床說明書，取n機=850r/min
(3)計算基本工時
其中L1=8，L2=0，L=8
4T= 4x0.047min=0.188min
工序Ⅹ
(1)鉆Ф 4mm孔，鉸Ф6mm孔
選用Z525型搖臂鉆床。
(a)刀具選擇：
由《工藝手冊》選用 高速鋼錐柄標準花鉆。
(b)確定切削用量
查《切削用量手冊》f=0.18mm/r～0.22mm/r，由鉆床取f=0.22mm/r.由《切削用量手冊》取V =0.46m/s=27.6m/min=197r/m
由Z525鉆床取n =1700r/min
故Vc =21m/min
(c)基本工時
L1=10，L2=0，L=12.5
T= 0.07min
鉸Ф6孔
(1)刀具選擇
6高速鋼錐柄機用鉸刀，刀具磨鈍標準為0.4—0.6，耐用度T=60min
(2)確定切削用量
(a)加工余量為2mm，故背吃刀量asp=1mm。查《切削用量手冊》f=0.27 mm/r～0.33mm/r，由《工藝手冊》f=0.26mm/r
(b)確定切削速度
計算切削速度， (4.10)
其中KV=1，CV=15.6，ZV=0.2，XV=0.1，YV=0.5，m=0.3
V = 0.21m/s=12.8m/min
n = 679r/min
取n =670
V =8.415 m/min
(c)基本工時
其中L1=10，L2=2，L=7
T= 0.109min
工序Ⅺ 磨削Ф90外圓以及零件右端Ф45外圓
選擇砂輪：WA46KV6P350×40×12
(1)切削用量的選擇。砂輪轉速n =1500r/min，v =27.5m/s
軸向進給量mm
工件速度m/min
徑向進給量mm/min（雙行程）
(2)切削工時
(a)加工Ф90外圓min (4.11)
(b)加工Ф45外圓min
工序Ⅻ 拋光B面
工序ⅩⅢ 刻線、刻字
工序XIV 鍍鉻
工序XV 檢測入庫
5 夾具的設計
5.1 夾具的概述
5.1.1 機床夾具的基本組成部分
(1)定位元件及定位裝置 它與工件的定位基準相接處，用于確定工件在夾具中的正確位置，從而保證加工時工件相對于刀具和機床加工運動之間的相對正確位置。
(2)對刀及引導元件 這些元件的作用是保證工件與刀具之間的正確位置，用于確定刀具在加工前正確位置的元件，稱為對刀元件。用于確定刀具位置并引導刀具進行加工的元件，稱為引導元件[10]。
(a)夾緊裝置 用于加緊工作，在切削時使使工件在夾具中保持既定位置。
(b)聯(lián)接元件 用以確定夾具在機床上的位置并于機床相連接
(c)夾具體 用以聯(lián)接夾具各元件或裝置，使之成為一個整體，并通過它將夾具安裝在機床上。
(d)其他聯(lián)接或裝置 除上述元件或裝置以外的元件或裝置。如某些夾具上的分度裝置、防錯裝置、安全保護裝置、為便于拆下工件而設置的頂出器等。
5.1.2 機床夾具的作用
(1)保障加工質量
使用機床夾具的首要任務是保證加工精度，特別是保證被加工工件加工面與定位面之間以及被加工表面互相之間的位置精度。使用機床夾具后，這種精度主要是靠夾具和機床來保證，不再依賴于工人的技術水平。
(a)提高生產效率，降低生產成本
使用夾具后可以減少劃線、找正等輔助時間，而且易實現(xiàn)多件、多工位加工?，F(xiàn)代機床夾具中廣泛采用氣動、液壓等機動夾緊裝置，可使輔助時間進一步減少。
(b)擴大機床工藝范圍
在機床上使用可使加工變得方便，并可擴大機床的工藝范圍。例如，在車床或鉆床上使用鏜膜，可以代替鏜床鏜孔。又如，使用靠模夾具，可在車床或銑床上進行仿形加工。
(c)減輕工人勞動強度，保證安全生產。
5.1.3 機床夾具的分類
按機床夾具的使用范圍，可劃分為5種類型
(1)通用夾具 如車床上常用的三爪自定心卡盤、頂尖，銑床上常用的平口鉗、分度頭、回轉工作臺等均屬此類夾具。該類夾具由于具有較大的通用性，故得其名。通用夾具一般以標準化，并有專門的專業(yè)工廠生產，常作為機床的標準附件提供給用戶。
(2)專用夾具 這類夾具是針對某一工件的某一工序而專門設計的，因其用途專一而得名。專用夾具廣泛用于批量生產中。
(3)可調整夾具和成組夾具 這類夾具的特點是夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調整，以適應不同的零件的加工。用于相似零件成組加工的夾具，通常稱為成組夾具。與成組夾具相比，可調整夾具的加工對象不很明顯，適用范圍更廣一些。
(4)組合夾具 這類家具有一套標準化的元件，根據零件的加工要求拼裝而成，不同元件的不同組合和聯(lián)接可構成不同結構和用途的夾具。夾具用完以后，元件可以拆卸重復使用。這類夾具特別適合于新產品試制和小批生產。
(5) 隨行夾具 這是一種在自動線或柔線制造系統(tǒng)中使用的夾具。工件安裝在隨行夾具上，除完成對工件的定位和夾緊外，還裝載著工件隨輸送裝置送往各機床，并在機床上被定位夾緊。
為提高生產效率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用的夾具。根據我們所需加工的零件，由于其結構較為特殊，一般機床的通用夾具較難以定位及夾緊，因此每道工序都運用專用夾具來加工，加工本零件所需的專用夾具為四個。
5.1.4 夾具設計的基本要求
一臺優(yōu)良的機床必須滿足下列基本要求
(1)保證工件的加工精度 保證加工精度的關鍵，首先在于正確的選定定位基準，定位方法和定位元件，必要時還需要進行定位誤差分析，還要注意夾具中其他零件的結構對加工精度的影響，確保夾具能滿足工件的加工精度要求。
(2)提高生產效率 專用夾具的復雜程度應與生產綱領相對應，應盡量采用各種快速高效的裝夾機構，保證操作方便，縮短輔助時間，提高生產效率[11]。
(3)工藝性能好 專用夾具的結構應力求簡單、合理，便于操作、裝配、調整、檢驗、維修等。
(4)使用性能好 專用夾具的操作應簡便，省力，安全可靠。在客觀條件允許且又經濟適用的前提下，應盡可能采用氣動、液壓等機械化夾具裝置，以減輕操作者的勞動強度。
5.1.5 夾具設計規(guī)范化的意義
研究夾具設計規(guī)范化程序的主要目的在于
(1)保證設計質量，提高生產效率，夾具設計質量主要表現(xiàn)在
(a)設計方案與生產綱領的適應性；
(b)高位設計與定位副設置的相容性；
(c)夾具設計技術經濟指標的先進性；
(d)精度控制項目的完備性以及各種控制項目公差數值規(guī)定的合理性；
(e)夾具結構設計的工藝性；
(f)家具制造成本低經濟型。
有了規(guī)范的設計程序，可以指導設計人員有步驟、有計劃、有條理的進行工作，提高設計效率，縮短設計周期。
(2)有利于計算機輔助設計，有了規(guī)范化的設計程序，就可以利用計算機進行輔助設計，實現(xiàn)優(yōu)化設計，減輕設計人員的負擔。有利于計算機進行輔助設計，除了進行精度設計之外，還可以尋找最佳夾緊狀態(tài)，利用有限對零件的強度、剛度進行設計計算，實現(xiàn)包括繪圖在內的設計過程的全部計算機控制。
(3)有利于初學者盡快掌握夾具設計的方法。近年來，關于夾具設計的理論、研究和實踐經驗總結已日漸完備，在此基礎上總結出來的夾具規(guī)范化設計程序，使初級夾具設計人員的設計工作提高到了一個新的科學化水平[12]。
5.2 夾具的設計及操作簡要說明
5.2.1 問題的提出
本夾具用來鉆Ф4的孔，有一定的公差要求，但同時應考慮提高生產率；因此設計時，對本夾具有一定的形位要求，還應裝夾方便。本夾具使用在Z525型搖臂鉆床上，選用偏心輪夾緊。
5.2.2 夾具設計
(1)定位基準的選擇
由零件圖可知孔Ф4對于Ф90右端面有公差要求，經過尺寸鏈計算，選用Ф100左端面作為基準；采用偏心輪夾緊便于裝卸。
切削力及夾緊力計算
(2)切削力的計算：
軸向力： (5.1)
其中： （新的鉆頭）
則：
扭矩: (5.2)
其中：
則： N·m
(3)夾緊力的計算：
由《機床夾具設計手冊》表1-2-20，查得：當D=32，d=8，e=1.7，Ⅲ型，得夾緊力為N
5.2.3 切削力與夾緊力比較
由夾具結構知，軸向力與夾緊力垂直，欲使夾具安全工作，夾緊力產生的摩擦力必須大于軸向力。一般鋼鐵接觸面的摩擦系數為：0.1～0.15。此處取小值0.1。
則F總=2×368=736>449.238 所以安全 。
由于鉆頭直徑為Ф4，所以產生的扭矩非常小，夾具可安全工作。
5.2.4 夾具圖（見附圖）
夾具中的V形塊用于對心，使用了快換鉆套，便于鉸Ф6孔。
5.2.5 操作說明
如前所述，在設計夾具時，應該注意提高勞動率.為此，在螺母夾緊時采用開口墊圈，以便裝卸，夾具體底面上的一對定位鍵可使整個夾具在機床工作臺上有正確的安裝位置，以利于銑削加工。結果，本夾具總體的感覺還比較緊湊。
夾具上裝有對刀塊裝置，可使夾具在一批零件的加工之前很好的對刀（與塞尺配合使用）；同時，夾具體底面上的一對定位鍵可使整個夾具在機床工作臺上有一正確的安裝位置，有利于銑削加工。
6 組合機床
組合機床是根據工件加工需要，以大量系列化、標準化的通用部件為基礎，配以少量專用部件，對一種或數種工件按預先確定的工序進行加工的高效專用機床。組合機床能對工件進行多刀、多軸、多面、多工位同時加工。組合機床可分為具有固定夾具的單工位組合機床、具有移動夾具的多工位組合機床和轉塔式組合機床三類[13]。
6.1 組合機床總體設計----“三圖一卡”
繪制組合機床“三圖一卡”，就是針對具體，在選定的工藝和結構方案的基礎上，進行組合機床總體方案圖樣文件設計。其內容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產率計算卡等。
6.1.1 被加工零件工序圖的作用及內容
被加工零件工序圖是根據制訂的工藝方案，表示所設計的組合機床（或自動線）上完成的工藝內容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求，加工用的定位基準、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設計研究合同外，它是組合機床設計的具體依據，也是制造、使用、調整和檢驗機床精度的重要文件。被加工零件工序圖是在被加工零件工序圖基礎上，突出本機床或自動線的加工內容，并作必要的說明而繪制的。其主要內容包括：
(1)被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機床設計有關部位結構形狀和尺寸。本工序加工部位用粗實線表示，其余部位用細實線表示。當需要設置中間導向時，則應把設置中間導向臨近的工件內部肋、壁布置及有關結構形狀和尺寸表示清楚，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否相互干涉。
(2)本工序所選用的定位基準、夾壓部位及夾緊方向。以便據此進行夾具的支撐、定位、夾緊和導向等機構設計。
(3)本工序所選用加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術要求以及對上道工序的技術要求。本工序加工部位的位置尺寸應與定位基地直接發(fā)生關系。當本工序定位基準與設計基準不符時，必須對加工部位的位置精度進行分析和換算，并把不對稱公差換算為對稱公差。對工件毛坯應有要求，對孔的加工余量要認真分析。當本工序有特殊要求時必須注明。
(4)注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量。
6.1.2 加工示意圖
(1)加工示意圖的作用和內容
加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎上繪制的，是表達工藝方案具體內容的機床工藝方案圖；是設計刀具，輔具，夾具，多軸箱和液壓、電氣系統(tǒng)以及選擇動力件，繪制機床總聯(lián)系尺寸圖的主要依據是對機床總體布局和性能的原始要求，也是調整機床和刀具所必需的重要技術文件[14]。
加工示意圖應表達和標注的內容有：機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程，工件、夾具、刀具及多軸箱之間的相對位置及其聯(lián)系尺寸，主軸結構類型、尺寸及外伸長度。
(2)繪制加工示意圖的注意事項
加工示意圖應繪制成展開圖，按比例用細實線畫出工件外形、加工部位，加工表面畫粗實線，必須使工件和加工方位與機床布局相吻合。為簡化設計，同一多軸箱上結構尺寸完全相同的主軸(即指加工表面，所用刀具及導向，主軸及接桿等規(guī)格尺寸，精度完全相同時，只畫一根，但必須在主軸上標注與工件孔號相對應的軸號)。一般主軸的布置不受真實距離的限制，當主細彼此間很近或需設置結構尺寸較大的導向裝置時，必須以實際中心距嚴格按比例畫，以便檢查相鄰主軸、刀具、輔具、導向裝置等是否相互干涉[15]。
(3)選擇刀具、導向裝置及切削用量、轉矩、進給力、功率和有關聯(lián)系尺寸的計算。
(a)刀具的選擇
選擇刀具應考慮工件材質、加工精度、表面粗糙度、排屑及生產率等要求。只要條件允許，應盡量選用標準刀具。本工序是粗銑，選用硬質合金銑刀配合通用銑刀桿。刀具尺寸應滿足加工要求。
(b)導向結構的選擇
導向裝置的作用：保證刀具相對工作的正確位置，保證刀具間正確的位置，提高刀具系統(tǒng)的支撐剛性[16]。本工序的切削速度最大不過V =50m/min。
(c)確定切削轉矩、軸向力和切削功率
確定切削轉矩、軸向力和切削功率是為了分別確定主軸及其他傳動件尺寸、選擇滑臺、主電動機提供依據。
銑削轉矩、軸向力和切削功率根據《機械加工工藝手冊第二版》第1卷（王先逵主編 機械工業(yè)出版社）P1-61 表1.6-10可得：
粗銑周向力為3883.1N 功率為1.476kW，銑削轉矩為310N·mm
(d)確定主軸類型及相關尺寸
主軸類型主要依據工藝方法和刀桿與主軸的聯(lián)結結構進行確定。主軸軸頸及軸端尺寸主要取決于進給力和主軸、刀具系統(tǒng)結構。主軸軸頸尺寸規(guī)格應根據切削轉矩T來確定。
強度條件下45鋼質主軸的直徑為mm
剛度條件下45鋼質主軸的直徑為mm
因此粗銑時主軸直徑至少為13mm。查《組合機床設計簡明手冊》表5-16可確定使用的銑削頭為1TX25型頂置式齒輪傳動銑削頭。該銑削頭縱向總尺寸為750mm。
(e)銑刀刀桿尺寸的確定
銑刀刀桿直徑至少為65mm，但不能過大，否則強度不夠。銑刀刀桿伸出長度至少為53mm，但也不能過長否則影響加工精度。這里銑刀刀桿直徑取48mm，銑刀刀桿伸出長度取100mm。
(f)確定聯(lián)系尺寸
其中最重要的聯(lián)系尺寸是工件端面到軸箱端面之間的距離，它等于刀具懸伸長度、主軸外伸長度之和，再減去加工端面的厚度。為了使機床結構緊湊，應盡量使工件端面至軸箱距離最小。因此首先從所有刀具中找出影響聯(lián)系尺寸的關鍵刀具，使其接桿最短，以獲得加工終了時軸箱前端面到工件端面之間所需的最小距離，并據此確定全部刀具、接桿(或卡頭)、導向托架及工件之間的聯(lián)系尺寸。主軸端部須標注外徑和孔徑(D／d)、外伸長度L；刀具結構尺寸須標注直徑和長度；導向結構尺寸應標注直徑、長度、配合；工件至夾具之間的尺寸須標注工件離導套端面的距離；還須標注托架與夾具之間的尺寸。
本設計中工件端面到銑削頭端面之間的距離定為125mm。
(g)標注切削用量
粗銑小端面 n=45.36r/min Vf=23.7879m/min Fv=0.15mm/r
(h)動力部件工作循環(huán)及行程的確定
動力部件的工作循環(huán)是指加工時，動力部件從原始位置開始運動到加工終了位置，又返回到原位的動作過程。一般包括快速引進、工作進給和快速退回等動作。有時還有中間停止，多次往復進紿，跳躍進給，擋鐵停留等特殊要求[17]。
工作進給長度L，應等于加工部位長度與刀具切入長度和切出長度之和。即mm。快速進給是指動力部件把刀具送到工作進給位置，其長度按具體情況確定.工件離銑削頭端面最大距離為125mm，快速進給長度定為100mm。快速退回長度等于快速進給和工作進給長度之和?？焱碎L度L=113mm。動力部件的總行程除了滿足工作循環(huán)向前和向后所需的行程外，還