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        ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸加工工藝設(shè)計與研究

        2016-02-23 10:33:53李慧娟吳凡
        裝備制造技術(shù) 2016年12期
        關(guān)鍵詞:工藝

        李慧娟,吳凡

        (咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北咸寧437100)

        ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸加工工藝設(shè)計與研究

        李慧娟,吳凡

        (咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北咸寧437100)

        本文針對錐形電動機軸加工工藝方案設(shè)計進(jìn)行了深入分析與研究,運用“倒退法”及“單向入體法則”分析計算了工序尺寸及偏差,采用“工序分散”的原則,對ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸提出了較為完整的加工工藝方案,在實際加工中改善了電動機軸的加工質(zhì)量,提高了電動機的裝配精度,從而提高了電動機的使用性能。

        加工工藝;加工精度;錐形電動機

        電動機在國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)應(yīng)用非常廣泛,電動機內(nèi)部零件的加工質(zhì)量好壞直接影響電動機的裝配及使用性能[1]。電動機機軸是電動機中一個非常重要的零件,其加工質(zhì)量直接影響電動機的性能,而加工工藝方案的合理與否直接影響零件的加工質(zhì)量[2]。

        ZD1系列電動機為臥式電動機,主要應(yīng)用于電動葫蘆的起升,或要求起動轉(zhuǎn)矩較大,制動速度較快的場合[3]。研究錐形電動軸加工工藝,改善了電動機軸的加工質(zhì)量,提高了電動機的裝配精度,從而提高了電動機的使用性能,所以研究該類電動機軸加工工藝設(shè)計方案有著非常重要的意義。

        1 ZDⅢ41—4G型錐形電動機機軸原始資料

        1.1 ZDⅢ41—4G型錐形電動機機軸零件

        ZDⅢ41—4G型錐形電動機機軸零件圖,如圖1所示。

        圖1 ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸零件圖

        1.2 具備的原始數(shù)據(jù)

        材料:40Cr;毛坯:圓鋼Φ55;產(chǎn)品年產(chǎn)量:4 000臺;備品率為10%,廢品率為5%.

        1.3 企業(yè)所具有的設(shè)備

        (1)機床設(shè)備

        加工過程中采用的主要設(shè)備有:圓盤鋸床(G75)、車床(CA6140、CA6150、CAK6140)、液壓仿形車床(CE7112)、銑端面鉆中心孔機床(XZ224)、鉆床(Z4015A)。

        (2)工藝輔助裝備

        加工過程中采用的主要工藝裝備有:中心鉆(B5/ 18B、3.5/11.2)、500 mm規(guī)格游標(biāo)卡尺、模軸(ZD37.04B—611—7)、鉆頭(Φ5.1 mm)、絲錐(M6)、通規(guī)和止規(guī)(M6)、布氏硬度計、圓弧樣板、花鍵滾刀(25—50外徑尺)。

        2生產(chǎn)綱領(lǐng)、生產(chǎn)類型及工藝特點分析與確定

        2.1 生產(chǎn)綱領(lǐng)的計算公式

        N=Qn(1+a+b)

        式中,a為備品率;b為廢品率;Q為產(chǎn)品的計劃期內(nèi)產(chǎn)量;n為每件產(chǎn)品中該種零件的數(shù)量;N為零件的計劃期內(nèi)產(chǎn)量。

        根據(jù)已知數(shù)據(jù)可知:備品率為10%,廢品率為5%,產(chǎn)品年產(chǎn)量為4 000臺,每臺電動機1個機軸,電動機軸生產(chǎn)綱領(lǐng)計算結(jié)果為:

        N=4 000×1(1+10%+5%)=4 600(個)

        生產(chǎn)綱領(lǐng)和零件的類型決定了企業(yè)的生產(chǎn)類型和生產(chǎn)方式[4]。

        2.2 生產(chǎn)類型的確定

        按照年生產(chǎn)綱領(lǐng),生產(chǎn)類型可劃分成單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)、大量生產(chǎn)[4]。成批生產(chǎn)又可以分為小批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)和大批生產(chǎn)3種。表1所示是各種生產(chǎn)類型的劃分狀況。

        一般零件質(zhì)量小于100 kg為輕型零件,大于100 kg且小于2000 kg為中型零件,大于2000 kg為重型零件[5]。

        ZDⅢ41—4G型7.5 kW錐形電動機軸的重量小于100 kg,故為輕型零件。

        因為ZDⅢ41—4G型7.5 kW錐形電動機軸的生產(chǎn)綱領(lǐng)計算為4 600個,根據(jù)表1可得,其生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)。

        表1 各種生產(chǎn)類型的劃分

        不同生產(chǎn)類型,生產(chǎn)特點不同,在生產(chǎn)組織上往往有很大的區(qū)別。中批零件的工藝特征為:大部分有互換性,少量鉗工修配;毛坯精度和加工余量中等;部分通用機床和部分專用機床;廣泛采用夾具,部分靠找正裝夾,達(dá)到精度要求;較多采用專用刀具和量具;需一定技術(shù)水平的工人,成本中等水平。

        3 ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸零件圖分析

        3.1 ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸的結(jié)構(gòu)及功用

        該軸主要由圓柱面、槽、花鍵、圓弧面、圓錐面、臺階面、內(nèi)外螺紋等組成,主要用于傳動、承載載荷、傳遞轉(zhuǎn)矩以及保證裝在軸上零件的回轉(zhuǎn)精度。

        3.2 ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸加工精度分析

        (1)花鍵加工精度

        1)制動花鍵8×42H7×45H10×8H9

        42H7:小徑直徑為Φ42mm,公差等級為7級,查表公差值為25μm,上偏差為+0.025mm,下偏差為0.

        45H10:大徑直徑為Φ45 mm,公差等級為10級,查表公差值為100μm,上偏差為+0.1 mm,下偏差為0.

        8H9:鍵寬為8 mm,公差等級為9級,查表公差值為36μm,上偏差為+0.36 mm,下偏差為0.

        2)輸出花鍵8×32H7×38H10×6H9

        32H7:小徑直徑為Φ32 mm,公差等級為7級,查表公差值為100μm,上偏差為+0.1 mm,下偏差為0.

        38H10:大徑直徑為Φ38 mm,公差等級為10級,查表公差值為100μm,上偏差為+0.1 mm,下偏差為0.

        6H9:鍵寬為6 mm,公差等級為9級,查表公差值為30μm,上偏差為+0.30mm,下偏差為0.

        (2)螺紋加工精度

        M33×1.5:普通螺紋,公稱直徑為33 mm,螺距為1.5 mm,右旋螺紋,中等旋合長度。

        (3)外圓柱面的加工精度

        根據(jù)零件圖上尺寸的極限偏差、基本尺寸及表面粗糙度查手冊可以確定各表面的加工精度,最高尺寸精度為8級,根據(jù)尺寸精度的要求及企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備,確定外圓柱表面的加工方法主要以車削為主。

        4 ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸毛坯的確定

        因為該電動機軸生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn),根據(jù)零件圖可知,ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸的最大直徑為Φ55 mm,且該段軸不需要加工,從而確定ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸的毛坯的直徑為Φ55 mm;材料根據(jù)需要選40Cr;從零件圖可知該錐形電動機軸的總長為496 mm,從而確定毛坯長度為500 mm.因為該錐形電動機軸各段軸之間的直徑相差不大,故毛坯結(jié)構(gòu)選圓鋼;根據(jù)毛坯整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度及精度等級從而確定了毛坯制造方法為型材。

        所以,采用毛坯為Φ55×500 mm的棒料,材料40Cr,毛坯制造方法為型材。

        5 ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸工藝基準(zhǔn)和加工階段的分析研究

        5.1 基準(zhǔn)的選擇

        該零件為軸,主要定位基準(zhǔn)為軸的中心線和外圓柱面。在粗加工中主要采用三爪卡盤和頂尖配合裝夾,主要以外圓柱表面為定位基準(zhǔn);在精加工中主要采用雙頂尖的形式進(jìn)行裝夾,以軸的中心線為定位基準(zhǔn)。

        5.2 加工階段的劃分

        根據(jù)ZDⅢ41—4G錐形電動機機軸的零件圖上的標(biāo)注可知該零件的加工精度,根據(jù)加工精度將該零件的加工劃分為三個加工階段,即粗加工階段、半精加工階段、精加工階段。

        6 ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸各表面加工方法及工序尺寸的確定

        各外圓柱表面及外螺紋的加工方法采用車削,花鍵采用銑削,內(nèi)螺紋孔采用攻絲。

        因為該錐形電動機機軸的生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn),所以在工序安排原則上采用工序分散的原則來安排整個工序。

        加工余量:半精加工直徑方向余量留2 mm,長度方向1 mm;精加工直徑方向余量留0.5 mm;銑花鍵徑向留0.5 mm的余量[6]。

        各工序基本尺寸利用“倒推法”結(jié)合工序余量進(jìn)行計算可以得到,各工序的極限偏差可以采用單向入體原則查表計算得到。

        查手冊可知粗車加工所獲得的外圓表面的加工精度為IT13-11級,在此取中間精度等級12級,根據(jù)各段軸的基本尺寸,查手冊可得其公差0.25 mm,根據(jù)單向入體原則,該零件為軸類零件,所以上偏差為0,下偏差為-0.25 mm[6]。

        查手冊可知半精車加工所獲得的外圓表面的加工精度為IT10-8級,在此取中間精度等級9級,根據(jù)各段軸的基本尺寸,查手冊可得其公差0.062 mm,根據(jù)單向入體原則,該零件為軸類零件,所以上偏差為0,下偏差為-0.062 mm[6]。

        從左至右為制動端

        第一段軸:毛坯Φ55 mm——粗車Φ35 mm——半精車Φ33 mm——車螺紋M33×1.5

        第二段軸:毛坯Φ55mm——粗車Φ47.5mm——半精車Φ45.5 mm——銑花鍵8×42H7×45H10×8H9

        第三段軸:毛坯Φ55 mm——粗車Φ49 mm——精車Φ47 mm

        第四段軸:毛坯Φ55 mm——粗車Φ53 mm——半精車Φ51 mm

        第五段軸:毛坯Φ55 mm——粗車Φ53 mm——半精車Φ52 mm

        從右至左為輸出端

        第一段軸:毛坯Φ55 mm——粗車Φ40.5 mm——半精車Φ38.5 mm——銑花鍵8×32H7×38H10 ×6H9

        第二段軸:毛坯Φ55 mm——粗車Φ42 mm——半精車Φ40 mm

        第三段軸:毛坯Φ55 mm——粗車Φ47 mm——半精車Φ45 mm

        第四段軸:毛坯Φ55 mm——粗車Φ50.5 mm——半精車Φ48.5 mm——精車Φ48mm

        第五段軸:不需要加工。

        7 ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸的工藝路線

        根據(jù)工序分散的原則安排工序錐形電動機軸的工藝路線如下:

        (1)下料:Φ55×500 mm圓鋼。

        (2)車:車兩端面,控制總長496 mm,同時打兩端面中心孔。

        (3)粗車Ⅰ:用三爪卡盤裝夾工件,車輸出端。

        (4)粗車Ⅱ:調(diào)頭用三爪卡盤和頂尖裝夾,粗車制動輪端。

        (5)攻螺紋:用絲錐攻軸頭絲M6×1.8.

        (6)熱處理:調(diào)質(zhì)處理HRC.

        (7)半精車Ⅰ:用兩頂尖裝夾工件,車輸出端Φ45mm、Φ40 mm兩段軸至圖紙尺寸,車Φ48 mm的外圓至Φ48.5 mm,留0.5 mm的精加工余量,右花鍵加工至Φ38.5 mm,留0.5 mm的余量。

        (8)半精車Ⅱ:調(diào)頭用雙頂尖裝夾,車制動端Φ45.5 mm、Φ47 mm、Φ51 mm、Φ52 mm外圓柱面至圖紙尺寸,車螺紋軸段至Φ33 mm、左花鍵加工至Φ45.5mm留0.5 mm的余量。

        (9)車螺紋:車M33×1.5的螺紋達(dá)到圖紙尺寸要求。

        (10)銑花鍵Ⅰ:銑左花鍵至圖紙尺寸8×42H7 ×45H10×8H9.

        (11)銑花鍵Ⅱ:銑左花鍵至圖紙尺寸8×32H7 ×38H10×6H9.

        (12)熱處理:淬火。

        (13)鉗:修磨兩中心孔。

        (14)精車:精車Φ48 mm的外圓達(dá)到圖紙尺寸要求。

        (15)檢驗。

        8方案加工的效果

        本工藝方案改善了ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸的加工質(zhì)量,提高了電動機的裝配精度,從而提高了電動機的使用性能,而且在加工過程中盡可能地減少了工件的裝夾次數(shù),提高了加工的效率。

        9結(jié)束語

        本文主要研究了ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸的加工工藝方案。通過生產(chǎn)綱領(lǐng)的計算結(jié)果確定了生產(chǎn)類型,從而確定了工藝特點,根據(jù)工藝特點采用工序分散的原則安排加工順序,結(jié)合企業(yè)所擁有的實際工裝設(shè)備情況,設(shè)計了ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸加工工藝方案。當(dāng)今是一個數(shù)字化的時代,機械制造行業(yè)也不例外,該設(shè)計方案針對自動化設(shè)備更新后是否適用還有待進(jìn)一步探討。

        [1]王亞杰.論我國工程機械發(fā)展趨勢[J].改革與開放,2009,118(01):74.

        [2]袁廣.機械制造工藝與夾具[M].北京:人民郵電出版社,2009:43-47.

        [3]陽祎.機械制造技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新[J].裝備制造,2010(01):116-121.

        [4]王先逵.機械制造工藝學(xué)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1989:151-155.

        [5]倪森壽.機械制造工藝與裝備[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009:132-140.

        [6]王紹俊.機械制造工藝設(shè)計手冊[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),1984.

        Study and Design of ZDⅢ41—4G Cone-shaped Motor Shaft Processing Technology

        LIHui-juan,WU Fan
        (Xianning Vocational Technical College,Xianyang Hubei 437100,China)

        This article has an in-depth analysis and researchof cone-shaped motor axis machining process plan design,it uses the method of“backward”and“one-way rule”into the body and the principle of“proceduredispersion”to analyze and calculate the size and deviation,it putts forwardthe comparatively completeprocessing technologyproject for ZDⅢ41—4G type cone-shaped motor shaft,improved the motor shaft.In the actual process,weimprovethe processing quality and the assembly precision of the motor,so as to improve the performance of themotor.

        machining process;machining accuracy;cone-shapedmotor

        TH 162

        A

        1672-545X(2016)12-0071-04

        2016-09-06

        咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級題《錐形電動機軸先進(jìn)加工工藝設(shè)計與研究》階段性成果(主持人:李慧娟,編號2015Y005)

        李慧娟(1981-),女,湖北鄂州人,講師,碩士,主要從事機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)教育的研究與教學(xué);吳凡(1985-),女,湖北黃石人,講師,碩士,主要從事機械類英語的教學(xué)和機械類外文資料的研究。

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