机械制造工艺课程设计-星轮零件机械加工工艺规程及夹具设计（含全套图纸）.doc

全套cad图纸，工序卡等，联系qq153893706目录概述2第一章 零件的分析4 1.1 零件的工艺性分析4 1.1.1 加工方法的选择.4 1.1.2 保证星轮表面位置精度的方法.4第二章 工艺规程的设计42.1 确定毛坯的制造形式 42.2 基准的选择52.2.1 粗基准的选择52.2.2 精基准的选择52.3 制定工艺路线52.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯的确定5 2.4.1 两端外圆表面6 2.4.2 工件内孔加工72.5 确定切削用量及基本工时72.5.1工序1 锻造毛坯72.5.2工序2 车削工艺外圆72.5.3工序3 镗孔.112.5.4工序4 滚压孔.112.5.5工序5 精车外圆11第三章 钻三个4阶梯斜孔专用夹具计.14 3.1 工件的加工工艺. .14 3.2 定位元件的选择与设计. . .14 3.3 星轮在夹具中定位夹紧.14 3.3.1 夹紧装置的组成. .14 3.3.2夹紧力的确定. .15 3.3.3夹紧机构的选择与设计.15设计体会. 16参考文献17机械加工工序卡、机械加工工艺过程卡附图17概述一 零件的功用和结构特点 我国自行研发的“星轮传动”技术，可以使装备机械上的加速器、减速器、调速器、变速器的体积变小、功能增强，并减少进口。这一新技术得到中国星轮传动协会和机械工业部有关专家的认定。专家们认为，“星轮传动”技术的原理为我国独创，可应用在煤矿、石油开采、风力发电重型机械、建材水泥等储多领域，应用空间巨大。 据机械专家介绍，我国传统装备机械沿用的减、变速器品种繁杂，体积巨大。一台轧钢机的减速器达到22吨重，而大型水泥设备的减速器重达60吨，安装费力，又耗费巨大电能和热能，且国内有数千家减速器厂家，产品规模很不相同。经过三年的不断试验，哈尔滨国海星轮传动有限公司首次将新的“星轮传动”技术应用在生产领域，并获得成功。这项独创的星轮传动技术的核心是，将一个减、变速器内部170个单元，按用户要求任意组合，制出的部件标准化、系列化、通用化，有很强的互换性，到哪都能用得上。而且可以任意改变扭距，增大拉动能力，使一个很小的减速器带动庞大的装备机械。也就是说，原来22吨的减速器，应用新技术后，重量能够减少14.5吨，真正达到“以小带大”。不仅如此，由于不同的排列组合，只要客户对减、变速器有不同的要求，需要不同形状的产品，这项新技术都能完成它。目前，我国独创的“星轮传动”技术已经应用到三峡水电站、秦皇岛码头、山西部分大煤矿，并已形成为“上海路桥”“神华集团”等国家大型企业配套的能力。而其中最重要的零件便是星轮,它在其中作用是无与能比,现在就来探讨一下它作用与结构.二 星轮零件的技术要求该零件的主要表面是内孔和外圆，其主要技术要求如下：1、内孔 内孔是起支承作用或导向作用最主要的表面，它通常与运动着的轴、刀具或活塞相配合。内孔直径的尺寸精度一般为2级，精密轴套有时取1级. 内孔的形状精度，一般应控制在孔径公差以内，有些精密轴套控制在孔径公差的，甚至更严。对于长的套筒除了圆柱度和同轴度外，还应注意孔轴线直线度的要求。为保证零件的功能和提高其耐磨性，内孔表面粗糙度一般为，有的高达以上。2、 外圆 外圆表面一般是套筒零件的支承表面，常以静配合或过渡配合同箱体或机架沙锅内的孔相连接。外径的尺寸精度通常为23级；形状精度控制在外径公差以内；粗糙度一般为。1） 内外圆之间的同轴度 当内径的最终加工系将套筒装入机座后进行时，套筒内外圆间的同轴度要求较低；如果最终加工是在装配前完成时要求较高，一般为0.010.05mm。2） 孔轴线与端面的垂直度 星轮的端面（包括凸缘端面）如工作中承受轴向载荷，或虽不承受载荷但加工中是作为定位面时，与孔轴线的垂直度要求较高，一般为0.020.05mm。三 星轮零件的材料与毛坯齿轮零件一般都是用钢、铸铁、青铜或黄铜等材料制成。有些滑动轴承采用双金属机构，即用离心铸造法在钢或铸铁套的内壁上浇注巴氏合金等轴承合金材料，这样既可节省贵重的有色金属，又能提高轴承的寿命。星轮的毛坯选择与其材料、结构和尺寸等因素有关。孔径较小（如d20mm）的套筒一般选择热轧或冷拉棒料，也可以采用实心铸件。孔径较大时，采用无逢钢管或带孔的铸件和锻件。大量生产时可以采用冷挤压和粉末冶金等先进的毛坯制造工艺，既提高生产率又节约金属材料。第一章 零件的分析1.1 零件的工艺分析1.1.1 加工方法的选择该零件的主要加工表面为孔和外圆表面。外圆表面加工根据精度要求可选择车削和磨削。孔加工方法的选择比较复杂，需要考虑零件的结构特点、孔径大小、长径比、精度和粗糙度要求以及生产规模等各种因素。对于精度要求较高的孔往往还要采用几种不同的方法顺次进行加工。本次设计的星轮，为保证孔的精度和表面质量将先后经过粗镗、半精镗、精镗和滚压等四道加工1.1.2、保证星轮表面间位置精度的方法 由星轮零件的技术要求知，星轮零件内外表面间的同轴度以及端面与孔轴线的垂直度一般均有较高要求。为保证这些要求通常可采用下列方法：1.在一次安装中完成内外表面及端面的全部加工。这种方法除了工件的安装误差，所以可获得很高的相对位置精度。但是，这种方法的工序比较集中，对于尺寸较大（尤其是长径比较大）套筒也不便与安装，故多用于尺寸较小轴套的车削加工。2.星轮主要表面加工分在几次安装中进行，先加工外圆，然后以圆为精基准最终加工内孔。这种方法由于所用夹具机构简单，且制造和安装误差小，因此可保证较高的位置精度，在星轮加工中一般多采用这种方法。星轮主要表面加工在几次安装中进行，先终加工外圆，然后以外圆为精基准最终加工内孔。采用这种方法时工件装夹迅速可靠，但因一般卡盘安装误差较大，加工后工件的位置精度较低。若欲获得较小的同轴度，则必须采用定心精度高的夹具，如弹性膜片卡盘、液体塑料夹头和经过修磨的三爪卡盘等。对于较长的零件，为保证位置精度，往往以外圆定位，采用一端夹持，另一端用中心夹支托来最终加工内孔。对于本次设计加工零件的工艺不采用这种方法,是因为加工内孔时,安装工件需要45工艺外圆,只有当外圆加工完后,才可能车去加工内孔,进而车出与内孔有较小的同轴度的外圆表面及加工出其它三个斜面与斜孔第二章 工艺规程的设计2.1 确定毛坯的制造形式星轮零件的毛坯选择与材料、机构和尺寸等因素有关还与它在工作中所处的工作环境有关。孔径较小的星轮一般选择热轧或冷拉棒料，也可采实心铸件。孔径较大时，常采用无缝钢管或带孔的铸件和锻件。大量生产时可采用冷挤压和粉末冶金等先进的毛坯制造工艺，既提高生产率又节约金属材料。本零件为锻造件，材料为40cr优质合金钢，抗拉强度：；屈服强度：；硬度：hbw为235，最终成品调质处理到硬度为22-27hrc .2.2 基准的选择2.2.1 粗基准的选择对于零件而言，尽可能选择不加工表面作为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。对于较长的套筒零件，为保证位置精度，往往以外圆定位，采用一端夹持，另一端用中心夹支托来最终加工内孔。根据这个原则，本零件选取星轮外圆45为粗基准。工件一端用三爪卡盘夹持一端，另一端则用大头顶尖顶住另一端。采用这种方法时工件装夹迅速可靠，但因一般卡盘安装误差较大，加工后工件的位置精度较低。为了获得较小的同轴度，须采用定心精度高的夹具，如弹性膜片卡盘、液体塑料夹头和经过修磨的三爪卡盘等。2.2.2 精基准的选择星轮主要应用于超越离合器上面，其性轮的轴心线既是定位基准也是设计基准，在车削时选他作为精基准，能使加工遵循基准重合原则，实现外圆柱面的圆跳动和同轴度（采用专用夹具夹紧机构），这使得工艺路线基准统一原则。毛坯外表面加工余量大，定位时可以车一头换向车另一头，最后，两顶一夹。其定位方法比较精确，加紧也比较简单快捷，使操作者方便省力。2.3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能机床以及专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。工艺路线方案：详见附表，机械加工工艺过程卡片2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“星轮”：零件材料为40cr合金钢，硬度hbw235，生产类型中量，毛坯形式为锻造件根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。2.4.1 两端外圆表面：两外圆（45dmm）表面一端加工长度为60mm，与其联接的要求不高的加工外圆表面直径为64mm，现取其外圆表面直径为64mm。45mm表面尺寸公差0.02，表面粗糙度值1.6，要求半精车；精车，加工直径余量2z=3.5mm.由于本设计规定零件是大批生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法加工方式予以确定。45 mm的尺寸加工余量和工序间余量及公差分布见图2-1。图2-145外圆工序间尺寸公差分布图（调整法）由图可知：毛坯名义尺寸：45+3.52=52（mm）毛坯最大尺寸：52+1.32=54.6（mm）毛坯最小尺寸：52-0.52=51（mm）半精车后最大尺寸：52+0.52=53（mm）半精车最小尺寸：52-0.02=51.98（mm）精车后尺寸和零件图尺寸相同，即45mm.最后，将上述计算的工序间尺寸及公差整理成表2-1。 表2-1 加工余量计算表 工序加工尺寸及公差锻造件粗车外圆精车外圆加工前尺寸最大54.653最小5151.98加工后尺 寸最大54.65352.02最小4851.9851.98加工余量（单边）1.75最大1.750.27最小1.60.23加工公差（单边）-0.4/2-0.12/22.4.2 工件内孔加工毛坯为锻造件，参照工艺手册表2.3-9确定工序尺寸及余量为：钻孔: 19粗镗孔：24mm半精镗孔：26mm精镗：27.5mm精铰（浮动镗刀）：280.20mm2.5 确定切削用量及基本工时2.5.1 工序1：锻造毛坯2.5.2 工序2：车削，本工序采用计算法确定切削用量。（1）、加工条件工件材料：锻造件材料为40cr， 车45到尺寸48（工艺用）；车端面及倒角取总长27mm（余2mm）机床：ca6140车床刀具：刀具材料为yt15，刀杆尺寸16mm25mm，。（2）、计算切削用量 、车45到48 切削深度： 进给量f：根据切削用量简明手册（第三版）（以下简称切削手册）表1.4，当刀杆尺寸为16mm25mm,以及工件直径为100mm时：f=0.60.9。按ca6140车床的说明书（见切削手册表1.30）取f=0.7。 计算切削速度：按切削手册表1.27，切削速度的公式为（寿命选t=60min）： （m/min）式中，=242，=0.15，=0.35，m=0.2。修正系数见切削手册表1.28，即：=1.44，=0.8，=1.04，=0.81，=0.97。所以： = =123.8 (m/min) 确定主轴转速：= = 438 (r/min) 与438 r/min相近的机床转速为500 r/min，。现选取，所以实际切削速度 m/min. 切削工时：式中：,所以：2 =0.87（min） 、车外圆： 计算切削速度：按切削手册表1.27，切削速度的公式为（寿命选t=60min），采用高速钢外圆车刀，规定=0.25，走刀次数i=5，则 （m/min）式中，=11.8，=0.70，=0.30，m=0.11，。=1.11 所以： = =16.4 (m/min) 确定主轴转速：= = 116 (r/min)按机床说明书取 n=96r/min，所以实际切削速度 m/min. 由切削手册表1.30中ca6140机床说明书知，ca6140主电动机功率为7.5kw，故机床功率足够，可以正常工作。 计算切削工时： 切削工时：式中：=60, 所以：2 =0.086（min）、车端面及倒角： 确定端面最大加工余量：已知毛坯长度方向的加工余量为2mm确定进给量f：根据切削手册表1.4，当刀杆尺寸为16mm25mm,以及工件直径为100mm时：f=0.60.9。按ca6140车床的说明书（见切削手册表1.30）取f=0.7。 计算切削速度：按切削手册表1.27，切削速度的公式为（寿命选t=60min）： （m/min）式中，=242，=0.15，=0.35，m=0.2。修正系数见切削手册表1.28，即：=1.44，=0.8，=1.04，=0.81，=0.97。所以： = =251.6 (m/min) 确定主轴转速：= = 890 (r/min) 与890 r/min相近的机床转速为900 r/min，。现选取，所以实际切削速度 m/min. 计算切削工时： 切削工时：式中：=15,所以：2 =0.097（min） 、车45到尺寸48及； 同 、48外圆（工艺用）、车端面及倒角取总长20mm(余量2mm) 同2.5.3 工序3：镗孔：粗镗孔到24mm；半精镗孔到26mm；精镗孔到27.85mm;精铰（浮动镗刀）孔到700.20粗糙度=0.2。镗孔是常用的孔加工方法，可以作为粗加工，也可以作为精加工，加工范围很广。对于小批量生产中的非标准孔、大直径孔、精确的短孔及盲孔、有色金属孔等一般多采用镗孔。镗孔可以在车床、铣床和数控机床上进行，能获得的尺寸精度为13级，粗糙度为。镗孔刀具（镗杆与镗刀）因受孔径尺寸的限制（特别是小直径深孔），一般刚性较差，镗孔时容易产生振动，生产率低。但是由于不需要专用的尺寸刀具（绞刀），镗刀机构简单，又可以在各种机床上进行镗孔，故单件、小批生产中，镗孔是较经济的方法。此外，镗孔能修正前工序加工后所造成孔的轴线歪曲和偏斜，以获得较高位置精度。精细镗孔（又称金刚镗）精细镗常用于有色金属合金及铸铁件的光整加工，在汽车与拖拉机的连杆和汽缸套加工中应用较多。为了达到高精度与粗糙度要求，常采用精度高、刚度高、和具有高转速的金钢镗床。所用刀具（称金钢镗刀）是选用细颗粒耐磨的硬质合金或金刚石刀具，经过刃磨和研磨获得锋利的刃口。精细镗孔时，加工余量小，高速切削下切去截面很小的切屑。由于切削力非常小，故能达到1级精度和小的粗糙度，孔的几何形状误差小于0.0030.005mm。、 粗镗孔到24mm ，单边余量z=2.5mm，一次镗去余量,=2.5mm 选用机床：t612卧式镗床进给量： f=0.1mm/r切削速度：根据有关手册确定t612卧式镗床的切削速度为：m/min,则 = =359 r/min根据工艺手册表4.2-20知，和359r/min相近的有320r/min、414r/min,故取=320r/min。切削工时：=66mm，=3mm，=3mm.= =2.09（min）、 半精镗孔到26mm,单边余量z=1；一次镗去余量：=1mm；=0.1；=320r/min，m/mint=2.3 min、 精镗孔到69.85mm, 单边余量z=0.25；一次镗去余量：=1.25mm；=0.1；=320r/min，m/mint=2.37 min 、 精铰（浮动镗刀）孔到280.20粗糙度=0.2浮动镗孔是镗深孔后的精加工方法。浮动镗孔的特点是：消除了由于刀具及机床等误差引起孔尺寸不稳定；由于刀块浮动且处于旋转的情况下，刀块有自动对中性；镗刀的导向良好。导向块为双导向。弹性导向块调整时，前导向应与孔紧配，后导向应调整略大于刀块尺寸，在工作时能自动磨去而保持较准确导向精度。2.5.4 工序4：用滚压头滚压孔至280.02，粗糙度=0.2滚压内孔表面的圆锥型滚柱支承在锥套上，滚压时滚柱与工件有一个或的斜角，是工件能逐渐产生变形，以提高孔壁粗糙度。滚压中滚压速度：走刀量：冷却润滑液采用50%硫化油加50%柴油或煤油。2.5.5 工序5：精车外圆，将两端外圆加工到尺寸45与40，割r3.0槽；车端面；调头，将两端外圆加工到尺寸45，割r3.0槽； 切削深度： 进给量f：根据切削用量简明手册（第三版）（以下简称切削手册）表1.4，当刀杆尺寸为16mm25mm,以及工件直径为100mm时：f=0.60.9。按ca6140车床的说明书（见切削手册表1.30）取f=0.7。 计算切削速度：按切削手册表1.27，切削速度的公式为（寿命选t=60min）： （m/min）式中，=242，=0.15，=0.35，m=0.2。修正系数见切削手册表1.28，即：=1.44，=0.8，=1.04，=0.81，=0.97。所以： = =115.8 (m/min) 确定主轴转速：= = 410 (r/min) 与438 r/min相近的机床转速为500 r/min，。现选取，所以实际切削速度 m/min.切削工时：式中：,所以：2 =0.36（min）第三章 钻三个4阶梯斜孔专用夹具设计3.1 工件的加工工艺性分析因采用立式钻床，待加工孔处于水平位置。若设平行于待加工孔的面分别为顶面和底面，则使多孔那面为底面，即定位基准面。以基准面上的直径为5的两孔以及基准面定位。钻模板应垂直与定位基准面，钻套中心线与待加工孔中心线同轴。夹紧件由工件顶面向定位基准面夹紧。采用螺旋夹紧机构。3.2 定位元件的选择与设计工件在夹具中位置的确定，主要是通过各种类型的定位元件实现的。在机械加工中，虽然被加工工件的种类繁多和形状各异，但从它们的基本结构来看，不外乎是由平面、圆柱面、圆锥面及各种成形面所组成。在夹具设计中常用于圆孔表面的定位元件有定位销、刚性心轴和锥度心轴等。工件以圆孔表面定位时使用定位销定位；套类零件，为了简化定心装置，常常采用刚性心轴作为定位元件；为消除工件与心轴的配合间隙，提高定心定位精度，在夹具设计中还可选用小锥度心轴。在此次设计中，根据星轮的结构特点采用一面两孔定位。在夹具中，工件以圆孔表面定位时使用的定位销一般有固定式和可换式两种。在此次生产中，由于定位销磨损较快，为保证工序加工精度需定期维修更换，此时常采用便于更换的可换式定位销。在固定式和可换式中，为适应以工件上的两孔一起定位的需要，应在两个定位销中采用一个削边定位销。直径为350mm的削边定位销都做成菱形。3.3 星轮在夹具中的夹紧工件在夹具中的装夹是由定位和夹紧这两个过程紧密联系在一起的。仅仅定位好，在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件实行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。夹紧装置的基本任务就是保持工件在定位中所获得的既定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和振动，确保加工质量和生产安全。3.3.1 夹紧装置的组成一般夹紧装置由下面两个基本部分组成。1) 动力源 即产生原始作用力的部分。如果用人的体力对工件进行夹紧，称为手动夹紧；如果用气动、液压、气液联合、电动以及机床的运动等动力装置来代替人力进行夹紧，则称为机动夹紧。2) 夹紧机构根据动力源的不同和工件夹紧的实际需要，一般中间递力机构在传递夹紧力的过程中，可以起到以下作用：a 改变作用力的方向；b 改变作用力的大小；c 具有一定的自锁性能，以保证夹紧可靠，在手动夹紧时尤为重要。本次设计采用手动夹紧方式。3.3.2 夹紧力的确定在使用夹具时，为尽量减少工件的夹紧变形，可采用增大工件受力面积的措施。采用具有较大弧面的夹爪来防止薄壁套筒变形；可在压板下增加垫圈，使夹紧力均匀地作用在薄壁计算夹紧力 (2-6) 式中 实际所需要的夹紧力 (n)； 按力平衡条件计算之夹紧力 (n)； 安全系数，根据生产经验，一般取1.53。用于粗加工时，取2.53；用于精加工时，取1.52。夹紧工件所需夹紧力的大小，除与切削力的大小有关外，还与切削力对定位支撑的作用方向有关。3.3.3 夹紧机构的选择及设计夹紧机构可分为斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、定心对中夹紧机构等。斜楔夹紧机构中最基本的形式之一，螺旋夹紧机构 、偏心夹紧机构及定心对中夹紧机构等都是斜楔夹紧机构的变型。螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把斜楔绕在圆柱体上因它的夹紧作用原