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内容简介：

河北科技大学理工学院机械制造工程学课程设计任务书设计题目 机械加工工艺规程及其夹具设计 指导教师 宁辰校 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机械L144 学生姓名 许坤 学号 14L0551100 一、课程设计的目的和基本要求通过课程设计，使学生综合运用所学知识和机械制造工程的基本理论，分析和解决零件在加工中的定位、夹紧、合理安排机械加工工艺路线、确定工序余量及工序尺寸等问题，设计的夹具结构合理，能够保证加工质量，尽可能做到高效、省力、经济合理，学会使用手册图书资料，检索有用信息，设计说明书的编写培养学生的文字表述能力。二、课程设计的内容根据所给零件图纸要求，针对一般机械加工企业的加工条件，按照中批生产拟定其机械加工工艺规程，设计指定工序的专用机床夹具。主要完成以下内容：（1）毛坯图设计，绘制毛坯图图纸一张。（2）制订指定工件机械加工工艺规程，填写其工艺过程卡及指定工序的工序卡一套。（3）设计指定工序专用夹具及其主要零件。具体要求为，绘制机床夹具总装配图图纸一张，13个零件图。（4）撰写设计计算说明书一份，不少于8000字。三、课程设计进度安排本课程设计用三周时间完成。各部分所占时间分配大致如下：（1）明确任务，熟悉零件图，对零件进行工艺分析，绘制毛坯图 （2天） （2）选择加工方案，确定工艺过程，填写工艺文件 （2 天） （3）机床夹具设计，绘制总装配图、零件图（8天）（4）编写设计计算说明书（2天）（5）答辩（1天）四、课程设计教材及主要参考资料1 尹成湖，李保章，杜金萍，主编. 机械制造技术基础课程设计. 北京：高等教育 出版社，20092 方若愚等编.金属机械加工工艺人员手册.上海：上海科学技术出版社，19813 东北重机学院等编.机床夹具设计手册. 上海：上海科学技术出版社，19794 孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具设计指导.北京：冶金工业出版社，20025 孟少农主编.机械加工工艺手册.北京：机械工业出版社，1991 6 龚安定等编. 机床夹具设计.西安：西安交通大学出版社，1991I摘 要随着社会的发展，汽车在生产和生活中的越来越广泛，差速器是汽车中的重要部件，其壳体的结构及加工精度直接影响差速器的正常工作，因此研究差速器的加工方法和工艺的编制是十分必要和有意义的。本次设计主要内容有：差速器的工作原理结构分析，差速器壳体的工艺编制，夹具的设计及加工中对定位基准的选择，工序和工装设计中切削用量，夹紧力的计算等。机床夹具的种类很多，其中，使用范围最广的通用夹具，规格尺寸多已标准化，并且有专业的工厂进行生产。而广泛用于批量生产，专为某工件加工工序服务的专用夹具，则需要各制造厂根据工件加工工艺自行设计制造。本设计的主要内容是设计22的孔钻床夹具。关键词：差速器，壳体，工艺规程，夹具设计目 录摘 要1目 录II第1章 绪论4第2章 零件的分析52.1 零件的作用52.2 零件的工艺分析5第3章 工艺规程设计73.1 基准面的选择73.1.1 粗基准的选择73.1.2 精基准的选择73.2 毛坯的制造形式73.3 制订工艺路线73.3.1. 工艺线路方案一83.3.2 工艺路线方案二83.3.3. 工艺方案的比较与分析93.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定93.4.1 外圆表面103.4.2 内圆表面123.4.3 端面133.4.4 凸台133.4.5 孔类13第4章 确定差速器切削用量及基本工时15第5章 钻2-22H8孔夹具设计185.1问题的提出185.2定位基准的选择185.4切削力与夹紧力的计算185.5钻套、差速器壳、钻模板及夹具体设计195.6夹具精度分析215.7本章小结23总结与展望24参考文献25致 谢25第1章 绪论机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。差速器壳零件加工工艺及夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等的基础下，进行的一个全面的考核。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证尺寸证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。第2章 零件的分析2.1 零件的作用题目给定零件是差速器壳（见附件）。差速器的作用就是在向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。普通差速器由行星齿轮、差速器壳（行星轮架）、半轴齿轮等零件组成。发动机的动力经传动轴进入差速器，直接驱动差速器壳带动行星轮轴，再由行星轮带动左、右两条半轴，分别驱动左、右车轮。2.2 零件的工艺分析差速器壳的零件可以分四组加工表面，图中规定了一系列技术要求：现分叙如下：1. 零件上各段外圆表面：200 粗糙度Ra 12.5。154 公差等级 IT7，粗糙度Ra 1.6。50 公差等级 IT6，粗糙度Ra 1.6。2. 端面：200前后端面，粗糙度Ra3.250端面，粗糙度Ra 12.5中心内孔50台阶面，粗糙度Ra 3.23. 内圆孔表面：130 公差等级IT7。122 公差等级IT10 ，粗糙度Ra 6.3。50 公差等级IT8，粗糙度Ra 1.6。50 公差等级IT8，粗糙度Ra 1.6。40 公差等级IT11，粗糙度Ra 6.3。4.凸台孔系凸台上距中心线74.5的平面，粗糙度Ra 6.3222H8 公差等级IT8，粗糙度Ra 3.2。28H8 公差等级IT8，粗糙度Ra 3.2。4H13 公差等级IT81212.5 他们之间的要求：1.200端面及后端面对基准A2-A3的跳动为0.05、0.06，精度等级：8级。 2.154、122内孔对A2-A3基准跳动为0.05，精度等级：8级。3.两20孔对A2-A3基准位置度为0.06，精度等级：8级。4.8H孔对两20孔的位置度为0.1，精度等级：8级。5.12个12.5的孔对A3的位置度为0.2，精度等级：8级。6.两20孔之间的同轴度要求为0.025，精度等级： 6级。7.基准A2为孔50H8，基准A3为孔130H7。8.50外圆对A2-A3基准的跳动为0.03，位置度为0.03，精度等级：6级。由上分析可知，对于这几组加工表面，可以先加工好端面，内外圆表面可以用加工好的端面为基准先加工其中一组，然后借助专用夹具加工另一表面，并且保证它们之间的位置精度要求。21第3章 工艺规程设计3.1 基准面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，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，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。3.1.1 粗基准的选择按照有关的粗基准选择原则（保证某重要表面的加工余量均匀时，选该表面为粗基准。若工件每个表面都要求加工，为了保证各表面都有足够的余量，应选择加工余量最小的表面为粗基准，若工件必须保证不加工表面与加工表面之间的尺寸或位置要求，如壁厚均匀，先取不加工表面做粗基准）可以取铸件的大端作粗基准加工小端面，再以小端面为基准加工大端面，也可以取铸件的两个凸台作为粗基准，先加工好端面和要求不高的200外圆。3.1.2 精基准的选择按照有关的精基准选择原则（互为基准原则；基准统一原则；可靠方便原则），对于本零件，外圆和内圆两组加工表面相互之间有一定的精度要求，内圆粗加工时可以先选择加工好的端面作为加工基准，再以粗加工好的内圆表面为基准粗加工外圆表面，然后以粗加工好外圆表面为基准精加工内圆，最后再以基准精加工好的内圆精加工外圆。后面加工零件肩上的行星轮轴孔可以用夹具以大端面为基准铣出两侧平面，再用专用夹具以端面和平面为基准加工孔。3.2 毛坯的制造形式零件材料为QT420-10，球墨铸铁中的石墨呈球状，具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性，起综合性能接近钢，其铸性能好，成本低廉，生产方便，工业中广泛应用。生产纲领：大批量生产，而且零件轮廓尺寸不大，故可以采用砂型机械造型，这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。毛坯图见附件。3.3 制订工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为中批生产的条件下，考虑采用普通机床配以专用夹具，多用通用刀具，万能量具。部分采用专用刀具和专一量具。并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。3.3.1. 工艺线路方案一工序1 铸造毛坯，清除冒口。工序2 热处理：正火。工序3 粗车大端面、背面，8留余量。粗车200、154h7、130H7、122H10、152、50H8，留余量。轴向尺寸95、19留余量，倒角。工序4 粗车小端面50k6、40B11留余量，轴向尺寸153、133.5留余量，倒角。工序5 粗、半精车200、154、150、50外圆工序6 精车200、154、150、50外圆及端面。工序7 粗镗40、50、122、130孔。工序8 精镗内孔40、122、130孔50及内部端面，倒角。工序9 铣两凸台上平面。工序10 钻4孔。工序11 钻大端法兰上12个12.5孔。工序12 钻、铰两组22、8孔，8孔倒角。工序13 去毛刺，检查。3.3.2 工艺路线方案二工序1 铸造。工序2 热处理：退火。工序3 钻大端法兰上12个12.5孔。工序4钻、铰两组22、8孔，8孔倒角。工序5 钻4孔工序6 铣两凸台上平面。工序7 粗车、精车200及端面，倒角，钻40孔，工序8 粗镗40、50孔及端面、122、130孔。工序9 粗、半精车50、154外圆及端面，车凸台上150外圆。工序10 精镗50及端面、122、130孔，倒角。工序11 精车50，154外圆及端面，倒角。工序12 去毛刺，检查。 3.3.3. 工艺方案的比较与分析上述两个方案的特点在于：方案一在车床上先加工大端面，再以大端面定位加工小端面，方案二是先钻孔，车端面，然后以孔和大端面定位，加工其它部分。两相比较起来可以看出，工序一比较分散，适合大批量生产。方案二的加工不是很合理，钻孔缺少必要的定位，精度误差都比较大。在大批生产中，综合考虑，我们选择工艺路线一。工序1 铸造毛坯，清除冒口。工序2 热处理：正火。工序3 粗车大端面、背面，8留余量。粗车200、154h7、130H7、122H10、152、50H8，留余量。轴向尺寸95、19留余量，倒角。工序4 粗车小端面50k6、40B11留余量，轴向尺寸153、133.5留余量，倒角。工序5 粗、半精车200、154、150、50外圆工序6 精车200、154、150、50外圆及端面。工序7 粗镗40、50、122、130孔。工序8 精镗内孔40、122、130孔50及内部端面，倒角。工序9 铣两凸台上平面。工序10 钻4孔。工序11 钻大端法兰上12个12.5孔。工序12 钻、铰两组22、8孔，8孔倒角。工序13 去毛刺，检查。3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定差速器壳零件材料为QT420-10，硬度为156197HBS，毛坯质量约为2.4kg，生产类型为中批生产，采用砂型机械造型铸造。查机械制造工艺设计简明手册表2.2-5，毛坯铸造精度等级取9G。根据上述材料及加工工艺，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如下：3.4.1 外圆表面(1).200查机械制造工艺设计简明手册表2.21至2.24，加工余量为4mm，尺寸公差为2.8，所以其外圆毛坯名义直径为2081.4mm。参照机械制造工艺设计简明手册2.32至2.35，确定各工序尺寸及余量为：毛坯：2081.4mm车：200mm 2Z=8mm(2).154查机械制造工艺设计简明手册表2.21至2.24，加工余量为3mm，尺寸公差为2.5，所以其外圆毛坯名义直径为1601.25mm。参照机械制造工艺设计简明手册2.32至2.35，确定各工序尺寸及余量为：毛坯：1601.25mm粗车：155.6mm 2Z=4.4mm半精车：154.3mm 2Z=1.3mm精车：154mm 2Z=0.3mm(3).150查机械制造工艺设计简明手册表2.21至2.24，加工余量为3mm，尺寸公差为2.5，所以其外圆毛坯名义直径为1561.25mm。参照机械制造工艺设计简明手册2.32至2.35，确定各工序尺寸及余量为：毛坯：1561.25mm车：150mm 2Z=6mm(4). 50mm查机械制造工艺设计简明手册表2.21至2.24，加工余量2.5mm，尺寸公差为2，所以其外圆毛坯名义直径为551mm。参照机械制造工艺设计简明手册2.32至2.35，确定50外圆的加工余量和工序间余量分布见下图：图3.1毛坯余量分布图由图可知：毛坯名义直径：502.5255 mm毛坯最大直径：552/2=55 mm毛坯最小直径：55-2/2=53 mm粗车后最大直径：55-3.5=51.5 mm粗车后最小直径：51.5-0.39=51.11 mm半精车后最大直径：51.5-1.2=50.3 mm半精车后最小直径：50.3-0.062=50.238 mm精车后尺寸为零件尺寸，即50 mm将上叙计算的工序间尺寸及公差整理成表3.1。表3.1 加工余量计算表工序名称工序余量（mm）工序基本尺寸(mm)工序尺寸及公差(mm)精车外圆0.35050半精车外圆1.250+0.3=50.350.3粗车外圆3.550.3+1.2=51.551.5毛坯50+5=555513.4.2 内圆表面(1).122mm查机械制造工艺设计简明手册表2.21至2.24，加工余量3mm，尺寸公差为2.5mm，所以其孔毛坯名义直径为1161.25mm。参照机械制造工艺设计简明手册2.38至2.312，确定各工序尺寸及余量为：毛坯：451mm粗镗：121.6mm 2Z=5.5mm半精镗：122mm 2Z=0.4mm(2).130mm查机械制造工艺设计简明手册表2.21至2.24，加工余量3mm，尺寸公差为2.5，所以其孔毛坯名义直径为1241.25mm。参照机械制造工艺设计简明手册2.38至2.312，确定各工序尺寸及余量为：毛坯：1241.2mm粗镗：129.5mm 2Z=5.5mm半精镗：129.9mm 2Z=0.4mm精镗：130mm 2Z=0.1mm(3).40mm查机械制造工艺设计简明手册表2.21至2.24，加工余量2.5mm，尺寸公差为2mm，所以其孔毛坯名义直径为351mm。参照机械制造工艺设计简明手册2.38至2.312，确定各工序尺寸及余量为：毛坯：351mm钻孔：39.5mm 2Z=4.5mm镗： 40mm 2Z=0.5mm(4).50mm查机械制造工艺设计简明手册表2.21至2.24，加工余量2.5mm，尺寸公差为2mm，所以其孔毛坯名义直径为451mm。参照机械制造工艺设计简明手册2.38至2.312，确定各工序尺寸及余量为：毛坯：451mm粗镗：49.6mm 2Z=4.5mm半精镗：49.9mm 2Z=0.4mm精镗：50mm 2Z=0.1mm3.4.3 端面(1). 50小头端面铣前：157mm粗铣：153mm Z=4mm(2).内台阶孔50车前： 135.5mm粗镗：134.5mm Z=1mm半精镗：133.5mm Z=1mm(3).200前端面毛坯： 160mm粗铣：157mm Z=3mm(4).200后端面车前：11mm粗铣：9mm Z=2mm半精铣：8 mm Z=1mm3.4.4 凸台凸台上平面：铣前：距中心线75铣后：距中心线74.5， Z=0.5mm3.4.5 孔类(1).4H13、1212.5 孔 一次钻好即可。(2).28H8孔钻：7.8孔 2Z=7.8mm铰：8 2Z=0.2mm(3).222H8孔钻：20 2Z=20mm扩钻：21.8 2Z=1.8mm铰：22 2Z=0.2mm第4章 确定差速器切削用量及基本工时工序3 粗车大端面、背面，8留余量。粗车200、154h7、130H7、122H10、152、50H8，留余量。轴向尺寸95、19留余量，倒角。3）钻22孔底孔20查工艺师手册表28-13，V=18m/min确定主轴转速： n=272 (r/min)按照机床说明书，取n=272 r/min所以实际切削速度： V= n=272 =17.1(m/min)查工艺师手册表28-13，f=0.32mm/r，按照机床说明书，取0.28mm/r,切削工时:刀具行程L=15+1+3=19 (mm) =0.25 (min)以上为钻一个孔的机动时间，故本工步的机动时间为T=2 =0.252=0.5 (min)4）扩钻22孔至21.8查工艺师手册表28-32，V=18.7m/min确定主轴转速：n=273 (r/min)按照机床说明书，取n=272 r/min所以实际切削速度： V= n=272 =18.4(m/min)查工艺师手册表28-30f=0.91.2mm/r ，取系数0.5，按照机床说明书，取0.48mm/r,切削工时:刀具行程L= =15+1+3=19 (mm) =0.145 (min)以上为扩钻一个孔的机动时间，故本工步的机动时间为T=2 =0.1452=0.29 (min)5）铰22孔查工艺师手册表28-13，V=29m/min确定主轴转速：n=419 (r/min)按照机床说明书，取n=392 (r/min)所以实际切削速度： V= n=392 =26.7(m/min)查工艺师手册表28-13，f=0.32mm/r ，按照机床说明书，取0.28mm/r,切削工时:刀具行程L= =15+1+3=19(mm) =0.135 (min)以上为铰一个孔的机动时间，故本工步的机动时间为T=2=0.1352=0.27 ( min)第5章 钻2-22H8孔夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工此零件时，需要设计专用夹具。5.1问题的提出本夹具主要用来钻铰孔22孔。这个孔距右平面有尺寸精度要求为，与中心孔垂直。因为位置精度要求不高，也无需表面粗糙度要求，故再本道工序加工时主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。5.2定位基准的选择此零件放在Z535立式钻床上加工，刀具为21直柄短麻花钻。然后换用22的铰刀加工由零件分析，选择用中心孔的长销加上这个孔的一面定位，就可以限制5个自由度，在由下面的大孔加个削边销就可以实现完全定位。5.4切削力与夹紧力的计算由于本道工序完成螺纹底孔的钻削，因此切削力为钻削力。由参考文献1，表2.4-69得：轴向力F： 扭矩M： 式中： 夹紧力的方向在轴线上，与M产生的转矩同轴，所以夹紧力F不需要太大，只要工件相对与夹具体没有移动就可以了。5.5钻套、差速器壳、钻模板及夹具体设计螺纹底孔的加工只需钻削加工就能满足加工要求。考虑到钻套可能出现的磨损，故查参考文献1，表5.2-13选用可换钻套（GB2264-80其结构如下图所示），当磨损就可更换。与其装配的是钻套用差速器壳（GB2263-80查表5.2-14），起固定的是钻套螺钉（GB2268-80查表5.2-12）。图5.3 可换钻套表5.1 可换钻套dDHhCr基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差22+0.041+0.02030+0.021+0.008464230125.518132.529.5图5.4 钻套用差速器壳表5.2 钻套用差速器壳dDHC基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差30+0.041+0.02042+0.033+0.0173013图5.5 钻套螺钉表5.3 钻套螺钉dL1d1Dd2LL0nt基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差M85.5+0.20+0.0512-0.05-0.122062211.522.5钻模板选用伸出式钻模板，用螺钉将其连接在夹具体上。安装前先调整好位置然后用销定位，后用螺钉将其拧紧在夹具体上。钻模板参见钻孔装配图。5.6夹具精度分析利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统。它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。由工序可知，本道工序只需钻螺纹底孔，所以孔的精度无需考虑，只保证它垂直与中心孔就可以了。由于是立钻，又是一面两销定位，在垂直方向可能存在偏转（参见钻孔装配图）。其计算同前面的计算相同。除了上面的误差外，影响孔位置度的因素还有：1）、钻模板上装差速器壳孔的尺寸公差：2）、差速器壳与钻套配合的最大间隙：3）、钻套与钻头配合的最大间隙：4）、钻套的同轴度公差： 综合误差为：能满足零件要求。夹具体设计夹具体的设计参考钻孔夹具体零件图。5.7本章小结在本章是对夹具结构的设计和分析其精确度的阶段。重点在于选择基准面将零件如何定位、夹紧在夹具体上。在选择基准面时，主要参考已加工面，在此主要用到的是一面两销定位，一个圆柱销和一个削边销，他们分别穿过已加工过的长中心孔和大端面的孔，再由中心孔的一面定位，就使零件在夹具体上完全定位了。选用压紧件时，分别用了移动和转动压板。最后设计出夹具体，参考有关资料计算夹具的定位误差。总结与展望在本次设计中，考虑到零件的加工难易、材料、成本等问题，所选用的零、部件都是操作简单，通用性较强的标准件，从现时以最低的成本实现最先进的加工。但也有不足之处：特别是对于镗孔夹具，在刀具加工完退出工件孔时，有可能会划伤工件内孔表面，本可以在夹具体使工件孔这样，在刀具退出时，使定位立台连同工件孔一起升起，从而避免划伤。但考虑到成本问题，未采用这种方法。为此，镗孔的专用夹具还有待改进。无论怎样，这次的毕业设计使我获益良多，是我在学校的最后一次答卷，也是我成功迈向社会的第一步。23附 录参考文献1 尹成湖，李保章，杜金萍，主编. 机械制造技术基础课程设计. 北京：高等教育 出版社，20092 方若愚等编.金属机械加工工艺人员手册.上海：上海科学技术出版社，19813 东北重机学院等编.机床夹具设计手册. 上海：上海科学技术出版社，19794 孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具设计指导.北京：冶金工业出版社，20025 孟少农主编.机械加工工艺手册.北京：机械工业出版社，1991 6 龚安定等编. 机床夹具设计.西安：西安交通大学出版社，1991 致 谢我要特别感谢我的导师的精心指导，不仅指导我们解决了关键性技术难题，更重要的是为我们指引了设计的思路并给我们讲解了设计中用到的实际工程设计经验，从而使我们设计中始终保持着清晰的思维也少走了很多弯路，也使我学会综合应用所学知识，提高分析和解决实际问题的能力。不仅如此，老师的敬业精神更是深深的感染了我，鞭策着我在以后的工作中爱岗敬业，导师是真真正正作到了传道、授业、解惑。同时也要感谢其他同学、老师和同事的热心帮助，感谢院系领导对我们课程设计的重视和关心，为我们提供了作图工具和场所，使我们能够全身心的投入到设计中去，为更好、更快的完成课程设计提供了重要保障。27机 械 加 工 工 序 卡 片共 10 张第 9 张产品代号零部件代号零（部）件名称差速器壳工 序 号45 设 备材 料名称立式钻床名称QT420-10型号Z525硬度夹具名称、编号专用夹具009刀具量具辅具名称规格名称名称规格名称钻头千分尺铰刀技术等级工 时 定 额班产量准备及终结时间工作地点服务时间基本时 间辅助时 间