锥齿轮座 工艺与夹具设计带CAD图和文档(1)
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工艺与夹具设计
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机械制造基础课程设计说明书 任务书题目：设计“锥齿轮座”零件的机械加工工艺规程及工艺装备要求：1、 生产纲领：年产量4000件。2、 绘制零件图样1张（A3）。3、 绘制毛配图样1张（A3）。4、 编制零件机械加工工艺1套、绘制综合工艺卡片（A1）图样1张。5、 设计其中1道工序的专用夹具，完成装配图1张（A2），夹具体零件图1张（A1）。6、 撰写设计说明书1份。机械制造基础课程设计摘要本文是有关锥齿轮座工艺步骤的说明和机床夹具设计方法的具体阐述。工艺设计是在学习机械制造技术工艺学及机床夹具设计后，在生产实习的基础上，综合运用所学相关知识对零件进行加工工艺规程的设计和机床夹具的设计，根据零件加工要求制定出可行的工艺路线和合理的夹具方案，以确保零件的加工质量。据资料所示,锥齿轮座是一个典型的交叉孔零件，主要应用在混凝土拖泵中的导向轮部件上，其上要安装两个配对锥齿轮，加工精度要求较高。在设计锥齿轮座机械加工工艺过程时要通过查表法准确的确定各表面的总余量及余量公差，合理选择机床加工设备以及相应的加工刀具，进给量，切削速度、功率，扭矩等用来提高加工精度，保证其加工质量。关键词：机械加工、工艺规程、专用夹具、锥齿轮座目录第一章 锥齿轮座工艺分析及生产类型的确定11.1 锥齿轮座的作用11.2锥齿轮座的技术要求11.3锥齿轮座工艺分析1第二章 确定毛坯以及绘制毛坯简图12.1选择毛坯12.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量12.3绘制锥齿轮座毛坯的铸造简图1第三章 拟定锥齿轮座工艺路线13.1定位基准的选择13.1.1 精基准的选择13.1.2 粗基准的选择13.2各面、孔加工方法的确定13.3加工阶段的划分13.4工序的集中与分散23.5工序顺序的安排23.5.1机械加工工序23.5.2热处理工序23.5.3辅助工序23.6确定加工路线2第四章 机床设备及工艺装备的选用24.1机床设备的选用24.2工艺装备的选用2第五章 加工余量及工序尺寸和公差的确定2第六章 切削用量及时间定额的计算26.1切削用量的计算26.1.1扩孔工步26.1.2粗铰工步26.1.3精铰工步36.2时间定额的计算36.2.1基本时间 的计算36.2.2辅助时间 的计算36.2.3其他时间的计算36.2.4单件时间 的计算3第七章 夹具设计37.2.1 定位方案37.2.2 夹紧机构37.2.3 定位误差分析37.2.4切削力及夹紧力的计算3参考文献3第一章 锥齿轮座的工艺分析及生产类型的确定1.1 锥齿轮座的作用 锥齿轮座是一个典型的交叉孔零件（见图11），主要应用在混凝土拖泵中导向轮部件上，其上要安装两个配对锥齿轮座，因此主要的工作表面为90mm和52mm的两个孔。图1-11.2锥齿轮座的技术要求 锥齿轮座的技术要求见表1-1表1-1 锥齿轮座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Ram形位公差mm80mm孔80IT136.373mm孔73IT136.390mm孔90IT71.652mm孔52IT71.6垂直于90mm孔，公差为0.05两端面164IT136.380mm孔的外圆面100IT71.652mm孔轴线101mm的端面101IT93.2锥销孔8IT81.652mm孔端面82IT136.3从锥齿轮座技术要求表来看，加工锥齿轮座主要存在以下加工难点：（1）52mm孔和90mm孔两尺寸属于空间尺寸，加工过程中难以测量，因而两尺寸的加工精度难以保证；（2）安装齿轮的两个交叉孔的中心线必须相交处于同一基准平面内，才能确保锥齿轮的传动效果。为此，通过对该零件的加工工艺性分析，找出了合理的加工方法，保证零件的加工质量。1.3锥齿轮座的工艺分析分析可知本零件材料为灰口铸铁，HT200。该零件具有较高的强度，耐磨性，耐热性，减震性，适应于承受较大的应力，要求耐磨的零件。锥齿轮座具有两组工作表面，他们之间有一定的位置要求。由零件图可知，90mm孔和52mm孔的中心线是主要的设计基准和加工基准。该零件的主要加工面可分为两组：1.以90mm孔为中心加工表面这一组加工表面包括，80mm的端面和倒角及内孔73mm、90mm的孔及退刀槽，120mm的孔，M5螺纹孔，M8螺纹孔，8锥销孔。 2.52mm孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：52mm的端面，孔和倒角及M6螺纹孔。这两组的加工表面有着一定的位置要求，主要是：1.52mm孔的中心线与90mm中心线垂直度公差为0.05；2.52mm孔端面与90mm孔中心线的距离为119mm。由以上分析可知，对这两组加工表面而言，先加工第一组，再加工第二组。由参考文献中有关面和孔加工精度及机床所能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。另外考虑到零件的精度不高可以在普通机床上加工。第二章 确定毛坯及绘制毛坯简图2.1选择毛坯根据零件查资料知：零件材料确定毛坯为灰铸铁，通过计算和查询资料可知，毛坯重量约为11.7kg。生产类型为大批量，可采用砂型铸造毛坯。由于各个孔都需要预先铸造出来，故还需要安放型心。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效进行处理。2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量零件基本尺寸在150170之间，由表1.70可知，查得该铸件的尺寸公差等级CT为10级。由表1.70可知，机械加工余量等级MA为G级，选取CT=9级，MA为G级。表2-1用查表法确定各加工表面的总余量加工表面基本尺寸加工余量等级机械加工余量/mm尺寸公差备注上下端面164G82.8顶面降一级，双侧加工52mm的端面119G3.52.5单侧加工52mm孔52G52.8孔降一级，双侧加工73mm孔73G53.2孔降一级，双侧加工圆82mm82mmG02.2圆155mm155mmG02.5表2-2 铸件主要尺寸的公差主要加工表面零件尺寸/mm总余量/mm毛坯尺寸/mm上下端面164817252mm的端面1193.5122.552mm的孔5254773mm的孔73568圆82mm82mm082圆155mm155mm01552.3绘制锥齿轮座毛坯的铸造简图由表2-1和表22所得结果，绘制毛坯简图如图2-2所示。图22 工件毛胚图第三章 拟定锥齿轮座工艺路线3.1定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。3.1.1 精基准的选择精基准的选择主要考虑基准重合的问题。选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。为使基准统一，先选择52mm孔的中心线和90mm孔的中心线作为精基准。3.1.2 粗基准的选择对一般的箱体类零件来说，以底面作为基准是合理的，按照有关零件的粗基准的选择原则：当零件有不加工表面时，应选择这些不加工的表面作为粗基准，当零件有很多个不加工表面的时候，则应当选择与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准，从零件的分析得知，锥齿轮座以下底面作为粗基准。3.2面与孔加工方法的确定根据锥齿轮座零件图上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3-1：表3-1 锥齿轮座各表面加工方案加工表面尺寸精度等级表面粗糙度 Ra/m加工方案80mm孔IT136.3粗车73mm孔IT136.3粗车90mm孔IT71.6粗车半精车磨52mm孔IT71.6扩粗铰精铰两端面IT136.3粗车80mm孔的外圆面IT71.6粗车半精车距52mm孔轴线101mm的端面IT93.2粗车半精车52mm孔端面IT136.3粗铣锥销孔IT81.6钻粗绞精绞3.3加工阶段的划分该锥齿轮座的加工质量要求较高，可将加工阶段划分成面加工和孔加工两个阶段。加工过程中，首先加工面，然后加工各孔，最后加工各细节部分（攻丝、拉槽等）。3.4工序的集中与分散该零件选用工序集中原则安排锥齿轮座的加工工序。该锥齿轮座的生产类型是大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、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3.5.1机械加工工序由于设计加工方案时要遵循“先基准后其他”原则 、“先粗后精”原则、“先主后次”原则、“先面后孔”原则。制定机械加工工序如下：表3-1 锥齿轮座各表面加工方案工序1粗车下端面工序2粗车内孔73孔工序3粗车90孔工序4粗车120孔工序5粗车上端面工序6粗车外圆面100工序7粗车80孔工序8半精车90内孔，切退刀槽3*0.5工序9半精车100外圆面，切3*1退刀槽工序10粗铣右端面工序11扩粗铰精铰52内孔工序12钻孔4M8螺纹底孔，攻丝4M8工序13钻孔4M5螺纹底孔，攻丝4M5工序14钻孔3M6螺纹底孔，攻丝3M6工序15钻孔M3螺纹底孔2通孔工序16磨90内孔工序17磨100外圆工序18磨52内孔因为工序集中有利于采用搞生产率机床；减少工件装夹次数，节省装夹工作时间；有利于保证各加工面的相互位置精度；减少工序数目，缩短了工艺路线，也简化了生产计划和组织工作；所以最终制定机械加工工序如下：表3-1 锥齿轮座各表面加工方案工序1铸造工序2时效，硬度要求HBS187220工序3粗车下端面，粗车内孔73孔，粗车90孔，粗车120孔工序4粗车上端面，粗车外圆面100，粗车80孔工序5半精车90内孔，切退刀槽3*0.5工序6半精车100外圆面，切3*1退刀槽工序7粗铣右端面工序8扩粗铰精铰52内孔工序9钻孔4M8螺纹底孔，攻丝4M8工序10钻孔4M5螺纹底孔，攻丝4M5工序11钻孔3M6螺纹底孔，攻丝3M6工序12钻孔M3螺纹底孔,攻丝M3工序13去毛刺工序14磨90内孔工序15磨100外圆工序16磨52内孔工序17终检3.5.2热处理工序加工之前进行时效处理。3.5.3辅助工序在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。综上所述，该锥齿轮座工序的安排顺序为：热处理（时效处理）主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工主要表面半精加工和次要表面加工主要表面精加工。3.6确定加工路线在综合考虑上述工序安排的原则基础上，由表3-2列出锥齿轮座的工艺路线：表32工序号工序内容工艺装备1铸造2时效，硬度要求HBS1872203粗车下端面，粗车内孔73孔，粗车90孔，粗车120孔端面车刀，内孔车刀，盲孔车刀，游标卡尺4粗车上端面，粗车外圆面100，粗车80孔外圆车刀，端面车刀，盲孔车刀，游标卡尺5半精车90内孔，切退刀槽3*0.5盲孔车刀，切槽刀，游标卡尺6半精车100外圆面，切3*1退刀槽端面车刀，切槽刀，游标卡尺7粗铣右端面端铣刀，游标卡尺8扩粗铰精铰扩孔钻，铰刀，卡尺，塞规9钻孔4M8螺纹底孔，攻丝4M86.7的麻花钻，M8丝锥，游标卡尺，螺纹塞规10 钻孔4M5螺纹底孔，攻丝4M54麻花钻，M5丝锥，游标卡尺，螺纹塞规11钻孔3M6螺纹底孔，攻丝3M65麻花钻，M6丝锥，游标卡尺，螺纹塞规12钻孔M3螺纹底孔2通孔2麻花钻，M3丝锥13去毛刺14磨90内孔砂轮，内径千分尺15磨100外圆砂轮，外径千分尺16磨52内孔砂轮，内径千分尺17终检第四章 机床设备及工艺装备的选用4.1机床设备的选用在大批生产条件下，可以选用高效的专用设备和组合机床，也可选用通用设备。所选用的通用设备应提出机床型号，所选用的组合机床应提出机床特征，如“四面组合机床”。主要已由表3.2给出。4.2工艺装备的选用工艺装配主要包括刀具、夹具和量具。在工艺卡片中应简要写出它们的名称，如“钻头”、“百分表”、“车床夹具”等。刀具、量具已在3.2给出。该零件的生产类型为大批生产，所选用的夹具均为专用夹具。第五章 加工余量、工序尺寸和公差的确定此处只对对第8道工序进行相关计算。由表1-20可以依次确定各工序的加工精度等级为：精铰：IT7;粗铰：IT10;扩孔：IT12。根据上述结果，再查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为，精铰：0.030mm; 粗铰：0.120mm; 扩孔：0.300mm。 毛坯为空心，通孔，孔内要求尺寸精度等级介于IT7，由表2-28可查得工序尺寸及余量：扩孔：51.5 2z=4.5mm 粗铰: 51.9 2z=0.4mm精铰：52.0 2z=0.1mm第六章 切削用量、时间定额的计算6.1切削用量的计算计算工序8扩、粗铰、精铰52mm孔。6.1.1 扩孔工步 1）背吃刀量的确定取双边被吃刀量p=4.5mm。2）进给量的确定查机械加工工艺简明速查手册表8.11，该工步的每转的进给量=1.31.5mm/r。3）切削速度的计算由表8.5，按工件材料为灰铸铁的条件选取，钻削速度可以取为1426m/min,而扩孔切削速度。由公式（5-1） 可求得该工序钻头转速=123.67r/min,参照表36所列Z550型立式钻床的主轴转速，取转速=125r/min。再将此转速带入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度：=125r/min51.5mm/1000=20.2m/min。6.1.2粗铰工步1)背吃刀量的确定取双面被吃刀量p=0.4mm。进给量的确定2)由表8.15，选取该工步的每转的进给量=1.2mm/r。3)切削速度的计算由表8.6，按工件材料为灰铸铁的条件选取，切削速度可以取为8.5m/min。由公式（5-1） 可求得该工序钻头转速=52.4r/min,参照表36所列Z550型立式钻床的主轴转速，取转速=63r/min。再将此转速带入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度=63r/min51.9mm/1000=10.26m/min。6.1.3精铰工步1) 背吃刀量的确定取双面被吃刀量p=0.1mm。2) 进给量的确定由表8.15，选取该工步的每转进给量=0.90mm/r。3) 切削速度的计算由表8.6，按工件材料为灰铸铁的条件选取，切削速度可以取为3m/min。由公式（5-1） 可求得该工序钻头转速=37.5r/min,参照表36所列Z550型立式钻床的主轴转速，取转速=47r/min。再将此转速带入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度=47r/min52mm/1000=7.67m/min。6.2时间定额的计算6.2.1基本时间的计算1）扩孔工步根据表6.2-5，本工序时间可由公式求得。式中=59mm；=24mm；，取= ，2.4mm；=4mm；=1.30mm/r；n=125r/min。将上述结果带入公式，则该工序的基本时间t=(59+2.4+4)/1.30mm/r / 125r/min=24.17s2）粗铰工步根据表6.2-5，铰圆柱孔的基本时间可由公式求得。式中、由表6.2-5按=、p=0.4mm条件查得=0.37mm；=15mm；而=59mm；=1.20mm/r；n=63r/min。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间t=(59+0.37+15)/1.20mm/r / 63r/min=59.02s。3）精铰工步根据表6.2-5，铰圆柱孔的基本时间可由公式求得。式中、由表6.2-5按=、p=0.1mm条件查得=0.19mm；=13mm；而=59mm；n=47r/min。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间t=(59+0.19+13)/0.90mm/r / 47r/min=102.39s。6.2.2辅助时间的计算辅助时间与基本时间之间的关系为=(0.150.2)，该零件取=0.15,则该工序的辅助时间为：扩孔孔工步的辅助时间：=0.1524.17=3.62s；粗铰孔工步的辅助时间：=0.1559.02=8.85s；精铰工步的辅助时间：=0.15102.39=15.35s；6.2.3其他时间的计算除了作业时间（基本时间与辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于该锥齿轮座的生产类型大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可以忽略不计；布置工作地时间是作业时间的2%7%，休息与生理需要时间是作业时间的2%4%,本工件均取3%，则各工序的其他时间（+）可按关系式（3%+3%）（+）计算，他们分别为：扩孔孔工步的其他时间：+=6%（24.17+3.62）=1.66s；粗铰孔工步的其他时间：+=6%（59.02+8.85）=4.07s；精铰工步的其他时间：+=6%（102.39+15.35）=7.06s；6.2.4单件时间的计算工序VI的单件时间为三个工步单价时间的和，其中扩孔工步=24.17+3.62+1.66=29.45s；粗铰工步=59.02+8.85+4.07=71.94s；精铰工步=102.39+15.35+7.06=124.8s；因此，工序8的单件时间=+=29.45+71.94+124.8=226.19s。将上述零件的工艺规程设计的结果，填入工艺文件。第七章 夹具设计夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。根据给定的题目，设计工序10-钻孔4M5螺纹底孔，攻丝4M5。本专用夹具将用于Z550立式钻床的加工。刀具为麻花钻、攻丝刀等，制造夹具体毛坯的材料为HT200，通过铸造得到。7.1问题的提出本夹具主要用于工序10-钻孔4M5螺纹底孔，攻丝4M5。由于工序较多，工艺要求相对较高，加工相对复杂。本夹具的设计工程中应主要考虑以下四点：（1）怎样限制零件的自由度；一对双排V型夹具限制3个自由度，定位板限制2个自由度，夹具体限制1个自由度。（2）怎样夹紧；设计夹具由气缸夹紧工件。（3）设计的夹具怎样排削；此次加工利用麻花钻和攻丝刀，排削通过钻模板与工件之间的间隙排削。（4）怎样使夹具使用合理，便于装卸。7.2夹具设计7.2.1 定位方案工件以80mm孔轴线为定位基准，采用双排V型夹具和定位板组合的定位方案。其中双排V型夹具限制工件三个自由度，定位板限制二个自由度，夹具体限制一个自由度。综上，该定位方案可行。7.2.2 夹紧机构采用气缸快速夹紧装置夹紧工件。7.2.3 定位误差分析定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为一个支承钉和一个心轴，定位基准与工序基准相重合，所以基准不重合误差b=0，由于存在间隙，定位基准会发生相对位置的变化即存在基准位移误差。由表2-3铸件尺寸
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