机械制造技术课程设计-涡轮箱零件工艺规程及钻φ20孔夹具设计【全套图纸】.pdf

辽宁工程技术大学 课 程 设 计 题 目： 涡轮箱零件的机械加工工艺规程涡轮箱零件的机械加工工艺规程 及工艺装备设计及工艺装备设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 班 级： 机电 05-2 班 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2008 年 7 月 1 日 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 i 一、设计题目一、设计题目 涡轮箱零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计涡轮箱零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计 二、原始资料二、原始资料 (1) 被加工零件的零件图（草图） 1 张 (2) 生产类型: 5000 件/年 三、上交材料三、上交材料 (1) 被加工工件的零件图 1 张 (2) 毛坯图 1 张 (3) 机械加工工艺过程综合卡片 1 张 (4) 与所设计夹具对应那道工序的工序卡片 1 张 (4) 夹具装配图 1 张 (5) 夹具体零件图 1 张 (6) 课程设计说明书(5000 字左右) 1 份 四、进度安排四、进度安排(参考参考) (1) 熟悉零件,画零件图 2 天 (2) 选择工艺方案,确定工艺路线,填写工艺过程综合卡片 5 天 (3) 工艺装备设计(画夹具装配图及夹具体图) 9 天 (4) 编写说明书 3 天 (5) 准备及答辩 2 天 五、指导教师评语五、指导教师评语 成成 绩：绩： 指导教师指导教师 日日 期期 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 ii 摘摘 要要 机械制造程设计的主要内容是机械加工工艺规程编制和 钻削孔工序专用夹具设计。 在设计的过程中，学生能综合运用机械制造技术基础和 其他课程的基本理论和方法，为了能够完成设计任务，必须 竭尽所学，找到一种正确的设计方法。正确的制定一个零件 的机械加工工艺规程。结合工艺设计内容，能够熟练的应用 工艺计算方法，正确的进行工艺计算，如工艺参数、切削力、 切削功率、切削速度、定位误差、夹紧力等。学生通过该课 程设计，将所学理论与生产实践相结合，得到解决问题和分 析问题能力的初步培养. 在三周的课程设计中， 学生对机械工程学的兴趣将大有 增长。他们将享受设计中的每一时刻。除此之外，他们将挖 掘隐含的动力去学习机械自动化及材料科学的本专业课程. 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 iii abstract the design course of manufacturing are the main contents of a point of order processing machinery and drilling holes for fixture design process. in the process of the design ,we can make comprehensive use of machinery manufacturing technology and other courses based on the basic theories and methods. in order to finish the design. we have to think about the method that make full use of what we have. combination of design, the application process can be skilled method of calculating the correct conduct of calculation, such as technical parameters, cutting force, cutting power, cutting speed, positioning error, the clamping force, and so on.through the curriculum design, students will learn theory and practice of combining production, resolved the issue of capacity issues and the initial training. in the course of three weeks of manufacturing design, students interest in mechanical engineering has been growing rapidly. they enjoy every moment of the lecture. besides, they will found large room for giving full play of my latent energy by studying the courses offered by departments of industrial automation and materials science 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 iv 目录目录 1.涡轮箱的工艺性分析及生产类型的确定涡轮箱的工艺性分析及生产类型的确定 1 1.1 涡轮箱的用途 . 1 1.2 涡轮箱的技术要求 . 1 1.3 审查涡轮箱的工艺性 . 2 1.4 确定蜗轮箱的生产类型 . 2 2 确定毛坯、绘制毛坯简图确定毛坯、绘制毛坯简图 . 3 2.1 选择毛坯 . 3 2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 . 3 3 拟定蜗轮箱工艺路线拟定蜗轮箱工艺路线 . 5 3.1 定位基准的选择 . 5 3.2 表面加工方法的确定 . 5 3.3 加工阶段的划分 . 6 3.4 工序的集中和分散 . 6 3.5 工序顺序的安排 . 7 3.6 确定工艺路线 . 7 4.20h7 的孔加工余量、工序尺寸和公差的确定的孔加工余量、工序尺寸和公差的确定 9 5.20h7 的孔切削用量的计算的孔切削用量的计算 10 6. 加工 加工 20mm 的孔专用钻床夹具设计的孔专用钻床夹具设计 . 11 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 v 6.1 夹具设计的任务 11 6.2 确定夹具的结构方案 11 6.2.1确定定位原件 11 6.2.2定位误差的分析与计算 11 6.2.3确定导向装置 11 6.2.4确定夹紧装置 11 6.2.5夹紧力的计算 12 7 方案的综合评价与结论方案的综合评价与结论 13 8设计体会设计体会 . 14 参考文献参考文献 16 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 1 1.涡轮箱的工艺性分析及生产类型的确定涡轮箱的工艺性分析及生产类型的确定 1.1 涡轮箱的用涡轮箱的用途途 涡轮箱主要用作减速器的箱体，用来支承涡轮蜗杆，其加工质量 的优劣，将直接影响到涡轮与蜗杆相互位置的准确性及机器总成的使 用寿命和可靠性。本箱体为典型的蜗杆下置箱体结构，涡轮箱通过 f 74mm 和 f 132mm 与 f 20mm 的孔分别与涡轮涡杆轴配合，其结构形状 复杂，壁薄且厚度不均匀，外部为了增加其强度加有加强筋。 涡轮箱是涡轮蜗杆传动的基础件，因此应具有足够的刚度和强 度，此外由于涡轮蜗杆机构是一个发热大的传动机构，还应要求箱体 具备较好的散热能力。涡轮箱的主要工作表面 f 74j7mm 和 f 20h7mm 的 轴 承 支撑 孔和 f 132h8mm 的轴承孔和结 合面的加工 精度必需达到要 求。因此对涡轮箱的输出输入轴承支撑孔的精度要求在设计工艺规时 应予以保证。 1.2 涡轮箱的技术要求涡轮箱的技术要求 加工表面 尺寸及偏 差/mm 公差及精 度等级 表面粗糙 度 ra/m 形位公差/mm f 74mm 孔 f 74j7 it7 1.6 f 0.025 a f 20mm 孔 f 20h7 it7 1.6 f 0.012 a f 132mm 孔 f 132h8 it8 3.2 f 74mm 孔 定位 91 0.011 it6 肋板 16 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 2 该零件形状特殊，机构复杂，属典型的箱体类零件。为实现支撑 涡轮蜗杆的功能，其轴承支撑孔与涡轮蜗杆轴有配合要求，这些孔和 面的加工精度直接影响机器的装配精度、使用性能和使用寿命，轴承 孔的尺寸精度和相互位置精度要求较高。为了保证蜗杆水平装配在涡 轮箱中， 要求 f 20h7mm 的两轴承孔同轴度要求为 0.012mm,且两轴线的 尺寸公差为 0.022mm。为了保证涡轮轴与蜗杆正确装配，传动准确， 要 求 涡 轮 轴 承 孔 ( f74j7) 与 蜗 杆 轴 承 孔 (f20h7) 垂 直 度 要 求 为 0.025mm。 综上所述，该涡轮箱的各项技术要求制订的较合理，符合该零件 在减速器中的应用。 1.3 审查涡轮箱的工艺性审查涡轮箱的工艺性 分析零件图可知，涡轮轴承孔的两端面与蜗杆轴承孔的两端面 均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相邻表面，这样可以减少加 工面积，提高生产率，同样，为了保证涡轮蜗杆安置在基座上的稳定 性，并尽可能减少底座平面的机械加工面积，箱体座不采用完整的平 面； f 74mm 和 f 132mm 的轴承孔与 f 20mm 的轴承孔的端面为平面，可 防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；此外，该零件除主 要工作表面（ f 74j7mm 和 f 132h8mm 的轴承孔与 f 20h7mm 的轴承孔） 外，其余表面的加工精度较低，不需要高精度机床加工；而主要工作 表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较 经济的方法保证质量地加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。 1.4 确定蜗轮箱的生产类型确定蜗轮箱的生产类型 依设计题目知：该零件年产量为 5000 件，设其备品率为 4%，机 械加工废品率为 1%， 则该零件的年生产纲领为： n=qm(1+a)(1+b)=5000 1(1+4%)(1+1%)=5252(件/年) 蜗轮箱的年产量为 5252 件，查表可知该产品为大量生产。 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 3 2 确定毛坯、绘制毛坯简图确定毛坯、绘制毛坯简图 2.1 选择选择毛坯毛坯 由于该蜗轮箱在工作过程中只起到定位和支撑作用，受到冲击较 小，不需要较大的强度和韧度，因此毛坯选择铸件。该蜗轮箱的轮廓 不是很大，且生产属于大量生产，为提高生产率和铸件精度，宜采用 砂型铸造（机器造型）方法制造毛坯。毛坯的拔模斜度为 o 5 。 2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 1）公差等级 因为毛坯选用灰铸铁，查表 2-1 得，公差等级为 812 级。 查表 2-5 得，毛坯铸件的机械加工余量等级为 e-g 查表 2-4 得，整个铸件机械加工余量（rma）为 2mm（f 级） 查表 2-3 得，铸件尺寸公差为 ct=10 利用公式 2-1，r=f+2rma+ct/2 以及公式 2-2， r=f-2rma-ct/2 2）零件表面粗糙度 由零件图可知，该蜗轮箱各加工表面的粗糙度 ra 均大于 1.6 微 米。 根据上述诸因素，可查表确定该铸件的尺寸公差和机械技工余 量，所得结果列于下表中。 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 4 项目 mm 机械加工余量 mm 尺寸公差 mm 毛坯尺寸 mm 孔径 74 2 3.2 68.4 孔径 132 2 3.6 126.2 距离为 173 2 4 179 地面高为 20 2 2.4 23.2 距离为 72 2 3.2 68.4 距离 52 2 2.8 55.4 距离为 184 2 4 190 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 5 3 拟定蜗轮箱工艺路线拟定蜗轮箱工艺路线 3.1 定定位基准位基准的的选择选择 定位基准有精基准和粗基准之分，通常先确定精基准，再确定粗 基准。 1）精基准的选择 根据该蜗轮箱零件的技术要求和装配要求，选择蜗轮箱左端面和 f 74j7 作为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加 工，即遵循“基准统一”原则。f74j7 的轴线是设计基准，选用其作 精基准定位加工 f 20h7 孔和端面，实现了设计基准和工艺基准的重 合，保证了被加工表面的垂直度要求。选用蜗轮箱左端面作为精基准 同样是遵循“基准重合”原则，因为该蜗轮箱在轴向的尺寸大多以该 面为设计基准。 2）粗基准的选择 作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺。本 例选择蜗轮箱的底面和右端面为粗基准。采用蜗轮箱右端面作粗基准 加工左端面，可以为后续工序准备好精基准。采用蜗轮箱底面作为粗 基准，有利于加工和定位。 3.2 表面表面加工方加工方法法的确定的确定 根据蜗轮箱零件图各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件 各表面的加工方法，如表所示 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 6 加工表面 尺寸精度等级 表面粗糙度mm 加工方案 蜗 轮 箱 左 右 端 面 it12 6.3 粗铣 蜗 轮 箱 前 后 端 面 it13 12.5 粗铣 涡轮箱上表面 it13 12.5 粗铣 蜗轮箱底面 it12 6.3 粗铣 f 74 孔 it7 1.6 粗 镗 半 精 镗 精镗 f 20 孔 it7 1.6 钻 粗 铰 精 铰 f 132 孔 it8 3.2 粗 扩 精 扩 铰 f 26 沉孔 锪钻 f 13 孔 钻 m8 螺纹孔 钻、攻 m10 螺纹孔 钻、攻 m12 螺纹孔 钻、攻 3.3 加工阶段的划分加工阶段的划分 该蜗轮箱加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精 加工、两个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准准备好，使后续工序 都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗 铣蜗轮箱的前后端面、左右端面、底面。在半精加工阶段，完成 f 20 孔的钻、铰加工和 f 74 孔，f132 孔的镗削加工以及 f 10 螺纹孔，f12 螺纹孔， f 13 孔的钻、铰加工。 3.4 工序的集中和分散工序的集中和分散 本例选用工序集中原则安排蜗轮箱的加工工序。该蜗轮箱的生产 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 7 类型为大量生产，可以采用万能型机床配以专用工具、夹具，以提高 生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅 助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多加工表面，有利于保证各 加工表面之间的相对位置精度要求。 3.5 工序顺序的安排工序顺序的安排 机械加工工序： 1 遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准。 2 遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，再安排精加工工序。 3.遵循“先主后次”原则，先加工主要表面，后加工次要表面。 4.遵循“先面后孔”原则。 综上所述，该蜗轮箱的安排顺序为：基准加工主要表面粗加 工及一些余量大的表面粗加工主要表面的半精加工和次要表面 加工 3.6 确定工艺路线确定工艺路线 工序号 工序名称 机床设备 刀具 1 粗铣蜗轮箱左 右端面 立式铣床 端铣刀 2 粗铣蜗轮箱底 面 立式铣床 端铣刀 3 粗铣蜗轮箱前 后面 立式铣床 端铣刀 4 粗铣蜗轮箱上 表面凸台面 立式铣床 端铣刀 5 粗镗、半精镗、 精镗 f 74 孔 万能卧式铣床 镗刀 6 粗扩、精扩、铰 f 132 孔 四面组合钻床 麻花钻、扩孔 钻、铰刀 7 钻、粗铰、精铰 f 20 孔 四面组合钻床 钻头复合铰刀 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 8 8 钻、粗铰 f 13 孔 四面组合钻床 钻头复合铰刀 9 锪平 f 26 沉孔 四面组合钻床 10 钻、攻 m12 螺纹 孔 四面组合钻床 麻花钻、丝锥 11 钻、攻 m10 螺纹 孔 四面组合钻床 麻花钻、丝锥 12 钻、攻 m8 螺纹 孔 四面组合钻床 麻花钻、丝锥 13 清洗 清洗机 14 终检 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 9 4.20h7 的孔加工余量、工序尺寸和公差的确定的孔加工余量、工序尺寸和公差的确定 由 表2-28可 查 得 ， 精 铰 余 量 0.06zmm= 精铰 ； 粗 铰 余 量 1.94zmm= 粗铰 ；钻孔余量 18zmm= 钻 。查表 1-20 可以确定各工序尺寸的 加工等级为精铰：t7；粗铰：t10;钻：t12。根据上述结果，再查标 准公差数值表(2-40)可确定各工步的公差值分别为，精铰：0.021mm; 粗铰：0.084mm；钻：0.21mm。综上所述，该工序各工步尺寸及公差 分别为，精铰： 0.021 0 20mm + ；粗铰： 0.084 0 19.94mm + ；钻孔： 0.21 0 18mm + 。 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 10 5.20h7 的孔切削用量的计算的孔切削用量的计算 （1）钻孔工步 1）背吃刀量的确定 取 pa =18mm。 2） 进 给 量 的 确 定 由 表5-22 ， 选 取 该 工 步 的 每 转 进 给 量 f=0.2mm/r。 3）切削速度的确定 由表 5-22,按工件材料 ht200 的条件选取， 切削速度可取为 14m/min。由公式（5-1）n=1000v/pd 可求得该工序 钻头转速 n=247.7r/min，参照表 4-9 所列的 z535 型立式钻床的主轴 转速，取转速 n=275r/min。再将此转速代入公式（5-1） ，可求出该工 序的实际钻削速度 v=npd/1000=15.54m/min. (2)粗铰工步 1）背吃刀量的确定 取 pa =1.94mm。 2） 进 给 量 的 确 定 由 表5-22 ， 选 取 该 工 步 的 每 转 进 给 量 f=1.2mm/r。 3）切削速度的确定 由表 5-22,按工件材料 ht200 的条件选取， 切削速度可取为 2m/min。由公式（5-1）n=1000v/pd 可求得该工序 钻头转速 n=31.94r/min，参照表 4-9 所列的 z535 型立式钻床的主轴 转速，取转速 n=68r/min。再将此转速代入公式（5-1） ，可求出该工 序的实际钻削速度 v=npd/1000=4.25m/min. （3）精铰工步 1）背吃刀量的确定 取 pa =0.06mm。 2） 进 给 量 的 确 定 由 表5-22 ， 选 取 该 工 步 的 每 转 进 给 量 f=1.0mm/r。 3）切削速度的确定 由表 5- 22,按工件材料 ht200 的条件选取， 切削速度可取为 4m/min。由公式（5- 1）n=1000v/pd 可求得该工序钻 头转速 n=63.69r/min， 参照表 4- 9 所列的 z535 型立式钻床的主轴转速， 取转速 n=68r/min。再将此转速代入公式（5- 1） ，可求出该工序的实 际钻削速度 v=npd/1000=4.27m/mi 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 11 6. 加工 加工 20mm 的孔专用钻床夹具设计的孔专用钻床夹具设计 6.1 夹具设计的夹具设计的任务任务 已知工件材料为 ht200，毛坯为铸件，所用机床为 z535 型立式 钻床，大批量生产。为该工序设计一钻床夹具。 6.2 确定夹具的确定夹具的结构结构方方案案 6.2.1 确定定确定定位位原件原件 根据工序简图规定的定位基准，选用两个支撑钉与零件后端面接 触限制一个移动和一个转动自由度，限制两个移动自用度，用平面与 零件左端面接触限制两个转动、一个移动三个自由度，支撑钉与工件 前底面接触限制一个移动自由度，此时由六点定位原理，工件的六个 自由度被完全限制，实现工件的正确定位。 6.2.2 定定位误位误差的分析差的分析与与计算计算 对于工序尺寸 53mm 而言，定位基准与工序基准重合，基准不重 合误差 b=0， 基准位移误差 j=0,所以定位误差 d=jb=0mm； 对于工序尺寸 47mm 而言，定位基准与工序基准重合，基准不重合误 差 b=0，这里基准位移误差为 0，所以定位误差 d=0；加工孔径尺 寸 20h7 由刀具直接保证，定位误差 b=0。由上述分析可知，定位 误差小于工件相应加工要求的公差的 11 53，该定位方案合理可行。 6.2.3 确定导确定导向向装装置置 本工序要求对被加工孔依次进行钻、 粗铰、 精铰 3 个工步的加工， 最终达到工序简图上规定的加工要求，故选用快换钻套作为刀具的导 向元件，查表 9-10 确定钻套高度 h=25mm，排屑空间 h=0.5d=10mm。 6.2.4 确定夹确定夹紧紧装装置置 针对大量生产的工艺特征，此夹具采用开口垫圈液动夹紧机构， 通过液压缸的活塞杆与开口垫圈组合来实现工件的夹紧。 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 12 6.2.5 夹紧力的计算夹紧力的计算 根 据 此 工 件 的 的 夹 紧 装 置 采 用 端 面 夹 紧 ， 根 据 公 式 3333 12 12 3232 12 3 2 f j kf d f dddd f dddd = - + - 3333 3232 3*1.5*176 987417674 2 2*2* 987417674 j f = - + - 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 13 7 方案的综合评价与结论方案的综合评价与结论 此次对涡轮箱的设计方案从毛胚的选择、工艺规程的设计到机 床专用夹具的设计，整个工艺过程设计合理，达到了加工要求。在设 计工艺规程时，各个工序合理可靠，一整套的的工艺过程有序的保证 了各个加工工序的加工；在设计机床专用夹具时，工件在夹具上的定 位合理，定位误差在要求的范围之内，夹紧可靠，能够保证工件在机 床上的正确合理的加 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 14 8设计体会设计体会 为期三周的课程设计终于在紧张的节奏中接近尾声，这三周，是 我不断学习不断提高的三周，是我查漏补缺受益匪浅的三周，可以说 它是繁忙的，但更是充实的。通过这三个星期的学习，发现了自己的 很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺 乏，理论联系实际的能力还急需提高。 经过几周的奋战我的课程设计终于完成了。这次课程设计是对这 几年来所学知识的总结，也是对我以前所学知识的检验，通过这次做 课程设计发现自己对知识的掌握程度还不够，一些知识的理解还很片 面。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要 学习的东西还太多， 以前老是觉得自己什么东西都会， 什么东西都懂， 有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的 过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识 和综合素质。 在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了， 同学之间互 相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好 的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。这次的课程设计也 让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队 需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。刚开始的 时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的绘制零件图，有的写说 明书，有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可 行性。在课程设计中只有一个人明白是远远不够的，必须让每个人都 知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个