1、MMT 1 1-8 某机床厂年产CA6140 车床2000 台 , 已知每 台车床 只有一 根主轴 , 主 轴零 件的备品率为14% , 机械加 工废品率为4% , 试计算机 床主轴 零 件的 年 生 产 纲 领 。 从生产纲领来分析 , 试说明主轴零件属于何种生产类型 , 其工艺过程有何特点 。 若一年按282 个工作日 、 一月按26 个工作日来计 算 , 试计 算主 轴零件 月 平均 生产批 量 。 解: 1 ) 年生产纲领 根 据 式(1-1 ),有 N Qn(1 + %+ %) 2000 1 (1+14%+4%) 2360 ( 件/ 年) 2 ) 生产类型 CA6140 车床属 中
2、型机 械,根 据 表1-5 ,主轴零件 属于大批 生产 。 3 ) 工艺特点 毛 坯采用 模锻, 毛坯精 度较高 ,加工 余量较 小。 采 用高效 、专用 设备和 工艺装 备(如 铣钻联 合机床 、组合 外 圆磨床 、 专用 锥孔磨 床 、磨 锥孔专 用 夹具 、专用 检 具等 )。 工 艺文件 详尽, 有全套 的工艺 过程卡 、工序 卡、检 验卡。 4 ) 主轴零件月 平均生 产批量 N m N(26/282) 2360 (26/282) 218 (件 ) 机械制 造工艺 学习题 解答( 第一章 )MMT 2 习图1-1 CA6140 车床主 轴结构 35 44 30 280 106.5 3
3、 30 5 2 M701.5 7 5h5 75.2 5 8 0h5 7 7.5 4 8 9 0g5 M1001.5 M1151.5 9 9 5 6 108 .5 6 3.34 8 106.3 73 19 5 115 112 46 32 12 25 465 870 +0.2 +0.05 +0.500 +0.5 +0.1 +0.30 -0.3 5 2h6 C D 莫式6 号 0.008A-B 0.008 15 A 0.008 B A-B 0.005 锥度1:12 0.005A-B 锥度1:12 A-B 0.01 0.01 A-B A-B 0.01 8 9f6 -0.20 74.8 -0.11 -0
4、.06 14 120.015 1.6 1.6 0.8 3.2 其余 0.4 0.40 -0.5 0.4 锥度1:20 100 h6 0.8 0.4 0.4 0.4 1.6 机械制 造工艺 学习题 解答( 第一章 ) 附:CA6140 车床 主轴零 件图( 习图1-1 )及工 艺 过程(习表1-1 )MMT 3 习表1-1 CA6140 车床主轴加工 工艺过程 工 序号 工序 名称 及内容 定 位基 准 设备 1 锻造 (模锻 ) 立 式精 锻 机 2 热 处理 ( 正火) 3 铣端面钻中心 孔 毛 坯外 圆 铣 钻联合 机床 4 粗车外 圆 顶 尖孔 多 刀半自 动车床 5 热处理 ( 调质2
5、20-240HBS ) 6 半精 车大 端各 部 顶 尖孔 卧 式车床 7 仿 形车小 端各部外 圆 顶 尖孔 仿 形车床 8 钻 通孔 两 端支 承 轴颈 深 孔钻床 9 车小端锥 孔 ,配1 20锥堵, 涂色法 检查 夹 大头 托 小头 卧 式车床 10 车大端锥 孔 ,配莫氏6 锥堵;车 外短 锥及端 面 两 端支 承 轴颈 卧 式车床 11 钻 大头 端 面各 孔 大 端内锥 孔 摇 臂钻 床 12 热处理 ( 高 频淬 火 :轴颈 、 短锥 及莫 氏6 锥 孔 ) 高 频淬 火 设备 13 精 车各外 圆并切槽 、倒角 锥 堵顶 尖 孔 数 控车床 14 粗磨外 圆 75h6 、 9
6、0g5 及 100h6 外圆 及端面 锥 堵顶 尖 孔 组 合外圆 磨床 15 粗 磨 大 端 内 锥孔 ( 配莫氏6 锥 堵 ,涂 色法检查 ) 主 轴颈及 75h5 外圆 内 圆磨床 16 铣 花键 锥 堵顶 尖 孔 花 键铣床 17 铣 键槽 80h5 外 圆 立 式铣床 18 车 三处螺 纹 (与螺 母配车 ) 锥 堵顶 尖 孔 卧 式车床 19 精磨各外圆及E 、F 两端面 锥 堵顶 尖 孔 外 圆磨床 20 粗 、 精磨两处1 12 外 锥面 、D 端面及 短锥面 锥 堵顶 尖 孔 专 用组合 磨床 21 精磨大端莫氏6 号内 锥 孔 (卸堵 ,涂 色法检查 ) 主 轴颈及 75h
7、5 外圆 专 用锥 孔 磨床 26 检验 (图 样要求全 部检验 ) 专 用检具MMT 4 解: 1)图a 必须限制5 个自由度 机械制 造工艺 学习题 解答( 第一章 ) 1-11 在图1-30 中 , 注有 “ ” 的 表 面 为 待 加 工 表 面 , 试 分 别 确 定 其 应 限制的自 由度 。 y x z y x , , , , z y x z y x , , , , , y x z z x z x y a ) x z x y x z z y b ) c ) d ) 图1-30 z y x z y x , , , , , z y x y x , , , , 2 )图b 必须 限制6
8、 个自 由度 3)图c 必须限制6 个自由度 4 )图d 必须 限制5 个自 由度MMT 注 : 粗 加工时 , 此 过 定 位允 许 ; 精 加 工时 不 允 许 ( 会引 起 工 件 或 夹具 变 形 , 影响加工精度 。 5 解: 机械制 造工艺 学习题 解答( 第一章 ) 1-12 根据六点定位原理 , 试用总 体分析法和分 件分析法分别 分析图 1-31中六种加工定位方案所限制的 自由度 ,并分 析是否有欠定 位和过 定位 , 其 过定 位是否 允 许 。 1 ) 图a :总体 分析法 限制4 个自由度 ,只车外圆 , 无欠 定 位 ; 车外圆 车台 阶面 ( 或切槽 ) , 存 在
9、欠定 位 (z 轴移动 未限制 ) 。 y x y x , , , 分件分析 法三爪 卡盘 限制 4 个自由 度 ;后顶尖 与三 爪 卡盘一 起 限制 2 个自 由度; 2 个自由 度 被重 复限制 , 存在 过 定位 。 y x , y x y x , , , y x , z x o y 图1-31 a )MMT 3 ) 图c:总体分析法限制 4 个自由 度 , 只车外 圆 , 无欠定位 ; 车外圆 车端 面 ,存在 欠定 位 (z 轴移 动 未 限制 ) 。 y x y x , , , 分件分析 法弹簧 胀套 限制 4 个自 由度 , 无 过定 位 。 y x y x , , , 6 2
10、) 图b : 总 体 分 析 法 限 制 5 个 自 由 度 , 无 欠定 位 。 y x z y x , , , , 分件分析 法前顶 尖限 制 3 个 自 由 度 ; 后 顶 尖 与 三 爪 卡 盘 一 起 限 制 2 个 自 由度 , 无 过定位 。 y x , z y x , , 图1-31 c ) z x o y 4 ) 图d : 总 体 分 析 法 限 制 5 个 自 由 度 , 无 欠定 位 。 y x z y x , , , , 分件分析 法前顶 尖限 制 3 个 自 由 度 ; 后 顶 尖 与 前 顶 尖 一 起 限 制 2 个 自 由度 , 无 过定位 。 y x , z
11、y x , , 图1-31 d ) z x o y 图1-31 b ) z x o yMMT 6 ) 图 f :总体分析法 限 制全部 6 个自由度, 无欠定位 。 5 ) 图e : 总 体 分 析 法 限 制 全 部 6 个 自 由 度 , 无欠定位 。 7 分 件 分 析 法 支 承 板A 、B 组 合 限 制3 个 自 由 度 ;支 承钉C 与D 限制 2 个自由度 , 菱 形 销限制1 个自由度 , 无 过定 位 。 z x y , , y z , x 图1-31 e ) z l y z x A B C 分 件 分 析 法 V 形块A 、B 组合限制4 个自由 度 ;V 形块C 与V
12、形块A 、B 组合一起 限制 2 个 自 由度 , 无过定 位 。 x x , z y z y , , , A B C D z y x y 图1-31 f )MMT 8 解: 结构不 合 理处 1 ) 磨削轴颈无 越程槽 ; 2 )螺纹无倒 角及退刀 槽; 3 )2 个键槽 方向不 一致。 改进见图2-72(修改 后 ), 修改处用 红线 标出。 机械制 造工艺 学习题 解答( 第二章 ) 2-4 试分析 如图2-72 所示 零件 有 哪 些 结 构 工 艺 性 问 题 , 并提 出正确的 改进 意见 。 图2-72 A-A 0.4 0.8 0.4 A A 0.4 0.8 0.4 图2-72
13、( 修 改 后)MMT 9 解: 1 ) 粗基准选择 孔(5 点定位 ) 和 孔(1 点定位) 。 2 ) 精基准 ,两 种选择: 选 择主 轴箱体 安装面M 和N ; 选 择顶 面R 及顶面2 个工艺孔 。 详见2.7.2 节。 机械制 造工艺 学习题 解答( 第二章 ) 2-5 图2-73 所示 为车床主轴箱 体的一个视图 ,其中 孔为 主轴孔 , 是重 要孔 , 加 工时 希望余 量 均匀 。 试选择 加工 主轴孔的 粗 、 精基准。 图2-73 l 4 l 5 l 1 l 2 l 3 M N RMMT 10 解: 1 )图a :粗基 准 外圆 柱面; 精基准 孔 端面A 2 )图b :
14、粗 基准 外圆A ;精基准 孔B 端 面C 3 )图c :粗基准 不加 工孔; 精基准 孔B 左端面 2-6 试 分别选择图2-74所示各 零件的 粗、精 基准( 其中, 图2-74a 为齿轮 零件简图 ,毛 坯为模锻 件; 图2-74 b 为液 压缸体零 件简 图,毛坯 为铸 件; 图2-74c 为飞轮 简图 ,毛坯 为铸件 ) a ) b ) c ) 图2-74 B A CMMT 11 解:重新 安排 如下 1 ) 在 加 工 中 心 上 加 工 粗 、 精 铣 底 面 ; ( 重 新 安装 ,以 底 面 定位 )粗 、 精铣 顶 面; 粗 、 精 铣 两 端 面 ; 粗 镗 、 半 精
15、镗 、 精镗 80H7 孔和 60H7 孔 。 ( 注 : 可 在 其 他 机 床 上先加工好底面 , 再上加工中心 , 以 底 面定 位 加工其他面 ) 2 ) 在 流 水 线 上 加 工 粗 刨 、 半精刨底面 , 留 精 刨 余 量;粗 、 精 铣 两端面 ; 粗 镗 、 半 精镗 80H7 和 60H7 孔 , 留 精 镗 余 量 ; 粗 刨 、 半精刨 、精 刨 顶 面 ;精刨 底 面 ; 精镗 80H7 和 60H7 孔 。 ( 注 : 更 多 情 况 是 以 铣 代刨 ) 2-9 图2-75 所示 箱体零 件的两 种工艺 安排如 下: (1 )在加工中 心上加 工粗 、精铣 底面
16、; 粗、精 铣顶面 ;粗镗 、半精 镗 、 精镗 80H7 孔和6 0H7 孔;粗 、精铣 两端面 。 (2 )在流水线 上加工 粗刨 、半精 刨底面 ,留精 刨余量 ;粗、 精铣两 端 面 ;粗镗 、半精 镗 8 0H7 和60H7 孔, 留精镗 余量; 粗刨、 半精刨 、 精 刨 顶面; 精镗 8 0 H7 和 6 0H7 孔;精刨 底面。 试分别分 析上 述两种工 艺安 排有无问 题, 若有问题 需提 出改进意 见。 图2-75 3.2 3.2 1.6 0.8 0.8 1.6MMT 12 解: 列表计算(题2-11 工序尺寸计算 表) 精 磨 工序最 大余量 :z max =30.1 (
17、30 0.013)=1.013 (mm) 精 磨 工序最 大余量 :z min =(30.1 0.033) 30=0.067 (mm) 图2-76 0.2 2-11 图2-76所示小轴系大量生产 , 毛坯为热轧棒 料 , 经过粗车 、 精车、 淬火、 粗磨 、 精磨后达到 图样要求 。 现给出各工序的加工余量及工序尺寸 公差 , 见表2-26 。 毛坯的尺寸公差为 1.5mm 。 试 计算工序尺寸 , 标注工序尺寸公差 , 计算精磨工 序的最大 余量 和最小余 量 。 题2-11 工序尺寸计算表 工序 名称 加工 余量 工序基本尺寸 加工经济 精度(IT) 工序尺寸 及公差 精磨 0.1 30
18、 7 粗磨 0.4 30 0.1=30.1 8 精车 1.1 30.1 0.4=30.5 10 粗车 3.4 30.5 1.1=31.6 12 毛坯 31.6 3.4 =35 1.5 工序 名称 加工 余量 工序 公差 粗车 3.00 0.210 精车 1.10 0.052 粗磨 0.40 0.033 精磨 0.10 0.013 表2-26加工余量及工 序尺寸公差(mm ) 0 013 . 0 30 0 033 . 0 1 . 30 0 052 . 0 5 . 30 0 21 . 0 6 . 31 5 . 1 35 注:毛坯 (棒料)直径为标准值 ,故粗车加工余量由计算得到 。MMT 13 解
19、: 列表计算(题2-12工序余 量 计算表) 机械制 造工艺 学习题 解答( 第二章 ) 2-12 欲 在 某工 件上加 工 72.5 0.03 mm 孔 ,其材 料为45 钢, 加工工 序:扩 孔;粗镗 孔; 半精镗、 精镗 孔;精磨 孔。 已知各工 序尺 寸及公差 如下 : 精磨 72.5 0.03 mm ; 精镗 71.8 0.046 mm ; 半 精镗 70.5 0.19 mm;粗 镗 68 0.3 mm;扩孔 64 0.46 mm ; 模 锻孔 59 1 mm 。 试计算各 工序 加工余量 及余 量公差。 0 0 0 0 0 0 2 题2-12工序余量计算表 工序名称 工序尺寸 及公
20、差 加工余量 余量公差 精磨 72.5 71.8 0.7 0.03 0.046 0.076 精镗 71.8 70.5 1.3 0.046 0.19 0.236 半精镗 70.5 682.5 0.19 0.3 0.49 粗镗 68644 0.3 0.46 0.76 扩孔 64595 0.46 3 3.46 模锻孔 03 . 0 0 5 . 72 046 . 0 0 8 . 71 19 . 0 0 5 . 70 3 . 0 0 68 46 . 0 0 64 1 2 59 MMT 14 解: 可测量尺寸x ,见图2-77 a 。 2-13 在图2-77 所示工件中 ,L 1 =70 0.025 ,
21、L 2 =60 0.025 ,L 3 =20 0.15 ,L 3 不便直接测量 , 试 重 新 给 出 测 量 尺 寸 , 并 标 注 该 测 量 尺 寸 的公差 。 0.050 0 0 尺寸x 、L 1 、L 2 、L 3 构 成 尺 寸 链 ( 图2- 77b ) , 其中L 3 是封闭环 ,x 、L 2 是增环 , L 1 是 减环 。 图2-77 图2-77 a x 图2-77 b x L 3 L 2 L 1 故 测 量尺寸:x 30 0.1 0 由 尺 寸链基本尺寸 公式 L 3 (x+L 2 ) L 1 可 求 出:x 30 由尺寸链 偏差 计算公式 ES L3 (ES x +ES
22、 L2 ) EI L1 0.15(ES x +0) (-0.05) 可 求 出:ES x 0.1 EI L3 (EI x +EI L2 ) ES L1 0 (EI x 0.025) (-0.025) 可 求 出:EI x 0MMT 15 解:1 )测量 尺 寸x 1 ,见图2-78 a 。 2-14 图2-78为某零 件的一 个视图 ,其中 槽 深为5 +0.3 mm , 该尺寸不 便直接 测量, 为检 验槽深是 否合 格,可直 接测 量哪些尺 寸? 试标出它 们的 尺寸及公 差。 0 图2-78 图2-78 a x 2 x 1 图2-78 b x 1 R L 0 r e 尺寸x 1 、L 0
23、 ( 槽深5 +0.3 ) 、R( 孔半径30 +0.025 ) 、 r( 外圆半径45 0.05 ) 和e(0 0.025 孔与外圆 偏心) 构 成 尺 寸 链 , 其中L 0 是封闭环 ,e 、 r 是增环 ,x 1 、R 是减环, 见图2-78b ( 注: 尺寸链未按比例画 )。 0 0 0 可 求 出:x 1 10 0.275 0.1 2 ) 测量尺寸x 2 ,见图2-78 a 。 可 求 出:x 2 85 0.3 0.1 尺寸x 2 、L 0 ( 槽深5 +0.3 ) 、d( 外圆直径90 0.1 ) 构成尺寸链 , 其中L 0 是封闭环,d是增环, x 2 是减环 , 见图2-78
24、c ( 注 : 尺 寸 链 未 按 比 例画 ) 。 0 0 x 2 L 0 d 图2-78 cMMT 16 解: 2-15 某齿轮 零件 ,其 轴向 设计尺寸 如图2-79 所示 , 试根据 下 述工 艺方案 标 注各 工序尺 寸 的公 差: 1 ) 车端面1 和端面4 。 2 ) 以端面1 为 轴 向 定 位 基 准 车 端 面3 ; 直 接 测 量 端 面4 和3 之间 的距离 。 3 ) 以端面4 为 轴 向 定 位 基 准 车 端 面2 , 直 接 测 量 端 面1 和 端 面2 之 间 的 距 离 ( 提 示 : 属 公 差 分 配 问 题 ) 。 根据等公 差分 配法可确 定各
25、工序尺寸 : L 1 =400.05,L 2 =L 3 =15 0.05 图2-79 图2-79 a L 2 L 0 L 3 L 1 1 2 3 4 若 工 序1 保 证 尺 寸 为L 1 , 工序2 保证尺寸为L 2 , 工 序3 保证尺寸为L 3 ,则尺寸L 1 、L 2 、L 3 和L 0 构成尺 寸链 ( 见图2-79a ) , 其中L 0 =100.15 是 封 闭 环 , L 1 是 增环 ,L 2 、L 3 是减 环 。 机械制 造工艺 学习题 解答( 第二章 )MMT 17 解: 2-13 图2-80所示小 轴的部 分工艺 过程: 车外圆 至 30.5 0.1 mm , 铣键槽
26、深 度为H +T ,热 处理, 磨外圆 至 30 +0.036 mm 。 设磨后外圆 与车后 外圆的 同轴 度 公 差为 0.05mm , 求保证 键槽 深度为4 +0.2 mm 的 铣槽深度H +T 。 +0.015 0 0 0 0 图2-80 经 计 算得到 :H=4.25 0.107 =4.2675 +0.0895 +0.0175 0 尺寸r 1 ( 车削外圆半径) 、r 2 ( 磨削外圆半 径) 、H 、e( 两外圆偏心量e=0 0.025) 、 L 0 =4 +0.2 构成尺寸链 ( 见图2-80a ) , 其 中L 0 是封闭环 ,H 、r 2 是 增 环 ,r 1 、e 是 减环
27、 。 0 图2-80 a L 0 r 2 r 1 H e 图2-80 b L 0 r 2 r 1 H e 注:由于e=0 0.025 , 可放在不同 位置 , 如图2-80b 所示 。 此时 ,e 为 增环 , 但 结果 与上相同 。MMT t 18 解: 机械制 造工艺 学习题 解答( 第二章 ) 习图2-17 2-17 一 批 小轴 其部分 工艺过 程:车 外圆至 20.6 0.04 mm , 渗碳淬火, 磨 外圆至 2 0 0.02 mm 。 试计算保 证淬火 层深度 为0.7 1.0mm 的 渗 碳工 序渗 入深度 t 。 0 0 t 0 r 1 r 2 设最终淬火层深度为t 0 (t
28、 0 =0.71 ), 车 外 圆 半 径 为r 1 (r 1 =10.3 0.02 ) , 磨 外 圆 半径为r 2 (r 2 =10 0.01 ) 。 则尺寸t 0 、t 、 r 1 、r 2 构成 尺寸链 ( 如图示), 其中t 0 是 最后 ( 间接 )保证的 , 是封闭环 ,t 和r 2 是增环 ,r 1 是减环 。 0 0 解 尺 寸链可 求出: t =1.011.28 注 : 上 述 计 算 没 有 考 虑 两 次 外 圆 加 工 可 能 存 在 偏 心 ( 同 轴 度 误 差 ) 。 若考 虑 偏 心 量e=0 0.025 ( 两 外 圆 同 轴 度 误 差0.05 ) , 则
29、 尺 寸 链 中 增 加 一 环 e , 最 终 求 得结果 为: t =1.035 1.255MMT 19 解: 根据加工 过程 ,建立尺 寸链 ,如 图示 。 2-18 图2-81a 所示为 某 零件 轴向设 计 尺寸 简图, 其 部分 工序如 图2-81 b 、 c 、d 所 示 。试 校核工 序图上 所标注 的工序 尺寸及 公差是 否正确 ,如有 错 误,应 如 何改 正? a ) b ) c ) d ) 图2-81 H 0 0 3 . 0 40 0 3 . 0 30 由 尺 寸链 可求出 :L 0 =39.9 0.2 ,不满 足要求 。 可 将 工序尺 寸10.4 0.2 改为10.
30、4 0.1 。 0 0 由 尺 寸链 可求出 :H 0 =10 0.3 , 不满 足要求 。 可 将 工序尺 寸30 0.2 改为30 0.4 。 0 0.3 L 0 0 2 . 0 4 . 10 0 1 . 0 3 . 40 0 1 . 0 10 MMT 20 解: 2-19 拟 用 数 控 镗 铣 床 加 工 某 箱 体 孔 系 , 该 箱 体O 1 、O 2 孔 的 位 置 尺 寸 如 图2-82 所示 , 试 确 定 镗 孔 顺 序 , 并 计 算 有 关 坐 标 尺 寸 及 坐标尺寸 公差 。 1 )O 1 孔坐标尺寸已给 , 应先加工O 1 孔 , 再加工O 2 孔 。 由尺寸链
31、可求 出: = sin 1 (18/121.125) = 8.564 L Y = 121.125 cos = 119.774 T LX = 0.05 sin =0.0074 T LY = 0.05 cos =0.0494 2 ) 建立平面尺 寸链 , 见图2-82 a 。 O 2 孔 相对于O 1 孔 的坐标 尺寸: L X =180.0074 (mm ) L Y =119.774 0.0494 (mm ) 图2-82 a L X =18 T LX L Y T LY R121.125 0.05 图2-82MMT 21 解: 2-25 拟 在 立式 数控铣 床上对 图2-83 所示 零件铣 槽,
32、试 编制该 工序的 加 工程序( 假定 其他表面 已按 技术要求 加工 好)。 图2-82 1 ) 设置坐标系 ,选择 10 立铣刀, 确定起 刀点P 0 ,如 图示 。 4 ) 编写数 控程 序如下: 3 ) 确定切削用 量: 主 轴 转速600r/min 进 给 量150mm/min 图2-83 6.3 6.3 2 ) 确定刀心运 动轨迹 :P 0 P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 P 0 。 20 20 60 P 0 x z y x P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 8 N01 G92 X-60.0 Y-20.0 Z20.0 N02 G90 G00 X-27.
33、5 Y-8.0 Z-5.0 N03 G01 Y25.0 S600 M03 F150 M08 N04 G02 X-22.5 Y35.0 R10.0 N05 G01 X22.5 N06 G02 X27.5 Y25.0 R10.0 N07 G01 Y-8.0 N08 G00 X-60.0 Y-20.0 Z20.0 M09 N09 M30MMT 22 解:各位 编码 及含义 说 明见 下表。 2-27 试按JLBM-1 编码系 统对图2-84所示的零 件进行 编码。 图2-84 码位 码值 说明 1 2 销、杆、轴类 2 3 阀杆 3 1 单一轴线,单向台阶 4 0 外部形状无功能要素 5 0 无轴线孔 6 0 内部形状无功能要素 7 8 外端面为曲面(球面) 8 0 无内面 9 0 无辅助孔 10 4 材料:合金钢 11 0 毛坯:棒料 12 3 热处理:调质 13 2 直径:14 20 14 2 长度:30 50 15 3 回转面 平面, 中等精度 3.2 12.5 3.2 12.5 材料:20Cr13 调质:220250HBW A A 向 编码:2 1 3 0 0 0 8 0 0 4 0 3 2 2 3