机械毕业设计（论文）-犁刀变速齿轮箱体数控加工工艺及夹具设计【全套图纸】.doc

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书第一章 绪论箱体类零件是机器及其部件的基础件，它将机器及其部件中的轴、轴承、套和齿轮等零件按一定的相互关系装配成一个整体，并按一定的传动关系协调其运动。因此，箱体加工质量的好与坏不仅影响这个装配精度及运动关系，而且还影响到机械的工作精度、使用性能和寿命。箱体零件的结构特点：多为铸造件，结构复杂，壁薄且不均匀，加工部位多，加工难得大。11 箱体零件的主要技术要求轴颈支承孔孔径精度以及相互之间关系的位置精度，定位销孔的精度与孔距精度；主要平面的精度，表面粗糙度等。全套图纸，加153893706 箱体零件材料及毛坯：箱体零件唱选用灰铸铁，汽车、摩托车的曲轴箱选用铝合金作为曲轴箱的主要材料，其毛坯一般采用铸件，因而轴箱是大批大量的生产，且毛坯的形状复杂，所以采用压铸毛坯，镶套与箱体在压铸时铸成一体。压铸的毛坯精度高，加工余量小，有利于机械加工。为减少毛坯铸造时的产生的残余应力，箱体铸造后应安排人工时效。111 箱体类零件的结构特点 箱体的种类很多，其尺寸大小和结构形式随着机器的结构和箱体在机器中的功用的不同有着较大的差异，但从工艺上分析它们仍然有着许多共同之处，其结构特点是：1）外形上基本是由六个或者五个平面组成的闭封式多面体，又分成整体式和组合式两种；2)结构形状比较复杂。内部常为空腔，某些部位有着“隔墙”，箱体壁薄且厚薄不均匀。3)箱体上通常都布置有平行孔系或者垂直孔系；4)箱体上的加工面，主要是大量的平面，此外还有许多精度要求较高的轴承支承孔和精度要求较低的紧固用孔。112 箱体类零件的结构特点1)轴承支承孔的尺寸精度和形状精度、表面粗糙度要求。2)位置精度包括孔系之间的距离尺寸精度和平行度，同一轴线轴线上的同轴度以及孔端面对孔轴线的垂直度等。3)此外，为满足箱体加工中的定位需要及箱体与机器总装要求，箱体的装配基准面与加工中的定位基准应有一定的平面度和表面粗糙度要求；各支承孔与装配基准面之间应有一定距离储存精度的要求。113 箱体类零件的材料和毛坯箱体类零件的材料一般用灰口铸铁，常用的牌号有HT100HT400。毛坯为铸造件，其铸造方法视为铸件精度和生产批量而定。单件小批量生产多用木模手工造型，毛坯精度低，加工余量大。有时也采用钢板焊接方式。大批生产常用金属模机器造型，毛坯精度较高，加工余量可适当减小。 为了消除铸造时形成的内应力，减小变形，保证其加工精度的稳定性，毛坯铸后应安排人工时效处理。精度要求高或形状复杂的箱体还应在粗加工后多加一次人工时效处理，以消除粗加工造成的内应力，进一步提高加工竟的的稳定性。12箱体类零件的加工工艺分析121工艺路线的安排箱体要求加工的表面很多。早这些加工表面中，平面加工的精度比孔的加工精度容易保证，于是，箱体中主轴孔（主要孔）的 加工精度、孔系加工精度就成为工艺关键的问题。因此，在工艺路线的安排中应该注意三个问题：(1)工件的时效处箱体结构复杂壁厚不均匀，铸造内应力较大。由于内应力会引起变形，因此铸造后应安排人工时效处理以消除内应力减少变形。一般精度要求的箱体，可利用粗、精加工工序之间的自然停放和运输时间，得到自然时效的效果，但自然时效需要的时间较长，否则会影响箱体精度的稳定性。对于特别精密的箱体，在粗加工和精加工工序之间还应该安排一次人工时效，迅速充分影响箱体精度的稳定性。(2)安排加工工艺的顺序时应先面后孔 由于平面面积较大定位稳定可靠，有利于化简夹具结构减少安装变形。从加工难度来看，平面比孔加工容易。先加工批平面，把铸件表面的凹凸不平和夹砂等缺陷切除，在加工分布在平面上的孔时，对便于孔的加工和保证孔的加工精度都是有利的，因此，一般应该先加工平面。(3)粗、精加工阶段要分开箱体均为铸件，加工余量较大，而在粗加工中切除的金属较多，因而夹紧力、切削力都较大，切削热也较多。在粗加工之后，工件内应力重新分布也会引起工件变形，因次，对于加工精度影响较大。为此，把粗精加工分开进行，有利于把已加工后由于各种原因引起的工件变形充分暴露出来，然后在精加工中将其消除。122 定位基准的选择箱体定位基准的选择，直接关系到箱体打夯各个平面与平面之间，孔与平面之间，孔与孔之间的尺寸精度和位置精度要求是否能够保证。在选择基准时，首先要遵守“基准重合”和“基准统一”的原则，同时必须考虑批量生产的大小，生产设备、特别是夹具的选用等因素。(1)粗基准的选择：粗基准的作用是决定不加工平面与加工面的位置关系，保证加工面的余量均匀。箱体零件上一般有一个（或几个）主要的大孔，为了保证加工面的余量均匀，应以该毛坯孔为粗基准（如主轴上的主轴孔）。箱体零件上的不加工面主要考虑内腔表面，它和加工面之间的距离尺寸有一定的要求，因为箱体中往往装有齿轮等传动件，它们与不加工的内壁之间的间隙较小，如果加工出的轴承孔端面与箱体内壁之间的距离尺寸相差太大，就有可能使齿轮安装时与箱体内壁相碰。从这一要求出发，应选内壁为粗基准。但这将使夹具的结构十分复杂，甚至不能实现。考虑到铸造时内壁与主要孔都是一个泥心浇注的，因此实际生产中常以孔为主要粗基准，限制四个自由度，而辅之以内腔或其他的毛坯为次要基准，以达到完全定位的目的。(2）精基准的选择：箱体零件的精基准一般有两种选择方案：一种是以装配面为精基准。它的优点是对于孔与底面的距离和平行度要求，基准是重合的，没有基准不重合误差，而且箱口向上，观察和测量、调刀都比较方便，但是在镗削中间壁上的孔时，由于无法安装中间导向支承而不得不采用吊架形式，吊架刚性差，操作不方便，安装误差大，不容易实现自动化，故这只能使用于无中间孔壁饿简单箱体或批量不大的场合。针对采用吊架式中间导向支承的问题，采用箱口向下的安装方式，以箱体顶面和顶面上的两个工艺孔为精基准。在镗孔时，由于中间导向支承直接固定在夹具外行，使夹具的刚度提高，有利于保证各支承孔的尺寸和位置精度，并且工件装卸方便，减少了辅助时间，有利于提高生产率，但是这种定位方式也有不足之处，如箱口向下无法检查和测量中间壁上孔的加工情况；以顶面个两个工艺孔作为定位基准，要提高顶面和孔的要求；加工基准与装配基准不重合需要进行尺寸链的计算或采用装配时用修刮尾座底板的办法来保证精度。123 主要表面的加工1231 箱体的平面加工箱体平面的粗加工和半精加工长选择刨削和切削加工。刨削箱体平面的主要特点：刀具结构简单；机场调整方便；在龙门刨床上可以用几个刀架，在一次安装中，同时加工几个表面，于是，经济地保证了这些表面的位置精度。箱体平面铣削加工的生产率比刨削高。在成批生产中，常采用铣削加工。当批量较大时，常在多轴铣床上用几把铣刀同时加工几个平面，即保证了平面间的位置精度又提高了生产率。(1)主轴孔的加工：由于主轴孔的精度比其他轴孔的精度高，表面粗糙度值比其他轴孔小，故应在其它轴孔加工后在单独进行主轴孔的精加工（或光整加工）。目前机床主轴箱主轴孔的精加工方案有：精镗浮动镗；金刚镗滚压。上述主轴孔精加工方案中的最终工序所使用的刀具都具有径向“浮动”的性质，这对提高孔的尺寸精度，减小表面粗糙值是有利的，但不能提高孔的位置精度。孔的位置精度应由前一工序（或工步）予以保证。从工艺上要求，精镗和半精镗应在不同的设备上进行。若设备条件不足，也应该在半精镗之后，把被夹紧的工件送开，以便夹紧压力或内应力造成的工件变形在精镗工序中得以纠正。1232 孔系加工车床箱体的孔系，是有位置精度要求的各轴承孔的总和，其中有平行孔系和同轴孔系两类。平行孔系主要技术要求是个平行孔中心线之间以及中心线与基准面之间的尺寸精度和平行精度根据生产类型的不同，可以在普通镗床上或者专用镗床上加工。单件小批生产箱体时，为保证孔距精度主要采用划线法。为了提高划线找正的精度，可以采用试切法，虽然精度有所提高，但是由于划线、试切、测量都要消耗较多的时间，所以生产率仍然很低。坐标加工孔系，许多工厂在单件小批量生产中也广泛采用，特别是在普通镗床上加装较精密的测量装置（如数显等）后，可以较大地提高其坐标位移精度。必须指出，采用坐标法加工孔系时，原始孔和加工顺序的选定很重要，因为各排孔的孔距是靠坐标尺寸保证的。坐标尺寸的积累误差会影响孔距精度。如果原始孔和孔的假定顺序选择的合理，就可以减少误差。成批或大批生产箱体时，加工孔系都采用镗模。孔距精度主要取决于镗模的精度和安装的质量。虽然镗模制造比较复杂，造价较高，但可以利用精度不高的机床加工出精度较高的工件。因此，在某些情况下，小批生产也可以考虑使用镗模加工平行孔系。同轴孔系的主要技术要求是各孔的同轴度精度。成批生产时，箱体的同轴孔系的同轴度大部分是用镗模保证。单件小批量生产中，在普通镗床上用以下良种方法进行加工：(1)从箱体的一端进行加工，加工同轴孔系时，出现同轴度误差的主要原因是：当主轴进给时，镗杆在重力作用下，使主轴产生挠度而引起孔的同轴度误差；当工作台进给时，导轨的直线度误差会影响各孔的同轴度精度。对于箱壁较近的同轴孔，可以采用导向套加工同轴孔。对于大箱体，可以利用镗床后立柱导套支承镗杆。（2)从箱体的两断进行镗孔一般都是采用“调头镗”。使工件依次安装下，镗完一端的孔后，将镗床工作台回转，再镗另一段的孔。具体办法是：加工好一端后面，将工件退出主轴，使工作台回转，用百（千）分表找正已加工孔壁与主轴同轴，即可以加工另有一孔。13 夹具的组成根据夹具元件在结构中所起的作用不同，可将各种夹具元件分为下列几种：定位件起定位作用的元件或部件夹紧装置起加紧作用的一些元件或部件自动定心装置可同时起定位与夹紧作用的一些元件或部件刀具引导件引导刀具并确定刀具对夹具的相对位置的元件其他件包括与机床连接用的零件，各种连接件，特殊元件及其它辅助装置等分度装置用于改变工件与刀具相对位置以获得多个工位的一种装置，可作为某些夹具的一部分夹具本体用来连接夹具上的所有各种元件和装置成为一个夹具整体靠模装置它是作为用来加工型面的一种特殊装置动力装置在非手动夹具中，作为产生动力的部分，如气缸，油缸，电磁装置等但是并非所有夹具都包括上述各类元件，然而其中定位元件，夹紧装置和夹具体本体则是每一夹具都不可缺少的组成部分。14 钻模的分类与设计这次课题研究的是钻床夹具（钻模），钻模的分类为：(1)固定式钻模，加工中钻模相对于工件的位置保持不变的钻模称为固定大直径单孔，或摇臂钻上加工平行孔。(2)回转式钻模，带有回转分度装置的钻模，加工同一圆周上的平行孔系，同一截面内径向孔系，同一直线上的等距孔系。(3)翻转式钻模，加工小型工件不同表面上的孔，夹具工件总质量不大于Kg,孔径 810mm，精度不高。(4)盖板式钻模，大中型工件上加工孔，将钻套的定位元件直接装在钻模板上，无夹具体，设手柄，吊耳，常用一面二孔定位。(5)带有升降钻模板的通用可调夹具。钻模设计要点： (1)钻套，钻套是引导刀具的元件，用以保证孔的加工位置，并防止加工过程中刀具的偏斜。钻套按其结构可分为4种即固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套。固定钻套直接压入钻模板或夹具体的孔中，位置精度较高，但磨损后不易拆卸，故多用于中、小批量生产。可换钻套以间隙配合安装在衬套中，而衬套则压入钻模板或夹具体的孔中。为防止钻套在衬套中转动，加一固定螺钉。可换钻套在磨损后可以更换，故多用于大批量生产。快速钻套具有快速更换的特点，更换时不需拧动螺钉，而只要将钻套逆时针方向转动一个角度，使螺钉头部对准钻套缺口即可取下钻套，多用于同一孔需经多个共步加工情况。上述3种钻套均已标准化，其规格可查阅有关手册。特殊钻套用于特殊加工的场合，例如在斜面上钻孔，在工件凹陷处钻孔，钻多个小间距孔等等。此时不宜使用标准钻套，可根据特殊要求设计专用钻套。 (2)钻模板，钻模板用于安装钻套。钻模板与夹具体的联接方式有固定式、铰链式、分离式和悬挂式等几种。钻模采用的是固定式钻模板。这种钻模板直接固定在夹具体上，结构简单，精度较高。分离式钻模板，这种钻模板是可拆卸的，工件每装卸一次，钻模板也要装卸一次。塌实为了装卸工件方便而设计的。悬挂式钻模板。这种钻模板悬挂在机床主轴上，并随主轴一起靠近或离开工件。它与夹具体的相对位置由滑柱来保证。这种钻模板多与组合机床的多轴头联用。 (3)夹具体，钻模夹具体一般没有定位或导向装置，夹具通过夹具体底面安放在钻床上，可直接用钻套找正用压板压紧。第二章 零件的功用与结构分析21 零件的功用题目所给的零件是犁刀变速齿轮箱箱体。犁刀变速齿轮箱体是旋耕机的一个主要零件。旋耕机通过该零件的安装平面（犁刀变速齿轮箱体图图上的N面）与手扶拖拉机变速箱的后部相连，用两圆柱销定位，四个螺栓固定，实现旋耕机的正确联接。N面上的413mm孔即为螺栓联接孔，210F9孔为定位销孔。如犁刀变速齿轮箱传动示意图所示，犁刀变速齿轮箱体2内有一个空套在犁刀传动轴上的犁刀传动齿轮5，它与变速箱的一倒档齿轮常啮合（图中未画出）。犁刀传动轴8的左端花键上套有啮合套4，通过拔叉可以轴向移动。啮合套4和犁刀传动齿轮5相对的一面都有牙嵌，牙嵌结合时，动力传给犁刀传动轴8。其操作过程通过安装在S30H9孔中的操纵杆拔叉而得以实现。22 零件的工艺分析该箱体其材料为HT200。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。该零件上的主要加工面为N面、R面、Q面和280H7孔。1左臂壳体 2犁刀变速齿轮箱体 3操纵杆 4啮合套 5犁刀传动齿轮 6轴承 7右臂壳体 8犁刀传动轴 9链轮图2.1 犁刀变速齿轮箱传动示意图N面的平面度0.05mm直接影响旋耕机与拖拉机变速箱的接触精度及密封。280H7孔的尺寸精度、同轴度0.04mm，与N面的平行度0.07mm ，与R及Q 面的垂直度0.1mm，以及R相对于Q面的平行度0.055mm，直接影响犁刀传动轴对N面的平行度及犁刀传动齿轮的啮合精度、左臂壳体及右臂壳体孔轴线的同轴度等。因此，在加工它们时，最好能在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来。210F9孔的尺寸精度、两孔距尺寸精度mm以及mm对R面的平行度0.06mm，影响旋耕机与变速箱联接时的正确定位，从而影响犁刀传动齿轮与变速箱倒档齿轮的啮合精度。由参考文献1中有关面和孔加工的经济精度及机床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。图2.2 犁刀变速齿轮箱体图221零件主要加工表面尺寸1、主要孔： 8M12螺纹底孔 2、主要平面： N面 R面 Q面 等 3 、其他加工部分 凸台等222零件的材质。热处理及工艺分析通常箱体材料采用灰铸铁，载荷较大时采用高强度铸铁HT30HT54 HT35HT61等 ，毛坯大都采用整体铸件或铸钢件，若尺寸和重量无法整体铸造时采用焊接结构件。毛坯未进入机械加工车间之前，为清除其内应力，应进行人工时效处理，大型和易变形的应先粗加工后进行时效处理。 第三章 工艺规程设计31 确定毛坯的制造形式箱体材料一般选用HT200HT400的各牌号灰铸铁，常用为HT200，因其成本低，而且具有较好的耐磨性、可铸性、可切削性和阻尼特性。考虑到犁刀变速齿轮箱体的震动及耐磨性，本箱体选用HT200的灰铸铁。考虑到箱体的形状，而且箱体是固定件，不受到冲击性载荷和交变载荷的作用，为保证各个内孔之间不错位，有加工余量，保证加工精度。因此，选用砂型机器造型，即可满足要求。又由于箱体零件的内腔及280mm孔均需铸出，故还应安放型芯。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。32基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的合理正确，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，不但使加工工艺过程的问题百出，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。321 精基准的选择犁刀变速齿轮箱体的N面和210F9孔既是装配基准，又是设计基准，用它们作精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，实现箱体零件“一面两孔”的典型定位方式；其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。此外，N面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。322 粗基准的选择 粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择箱体零件的重要孔（即280mm孔）的毛坯孔与箱体内壁作粗基准：第一，在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；第二，装入箱体内的旋转零件（如齿轮、轴套等）与箱体内壁有足够的间隙；此外还应能保证定位准确、夹紧可靠。323 定位夹紧方案的制定最先进行机械加工的表面是精基准N面和210F9孔，这时可有两种定位夹紧方案：方案一：用一浮动圆锥销插入一80mm毛坯孔中限制二个自由度；用三个支承钉支承在与Q面相距32mm并平行于Q面的毛坯上，限制三个自由度；再以N面本身找正限制一个自由度。这种方案适合于大批量生产类型中，在加工N面及其表面上各孔和凸台面极其各孔的自动线上采用随行夹具时用。方案二：用一根两头带反锥形（一端的反锥可以取下，以便卸装工件）的心棒插入280mm毛坯孔中并加紧。粗加工N面时。将心棒至于两头V型架上限制四个自由度，再以N面本身找正限制一个自由度。这种方案虽要安装一个心棒，但由于下一道工序（钻扩铰210F9孔）还要用一根心棒定位，即将心棒至于两头的U型槽中限制两各自由度，故本道工序可不用将心棒数量就少，因而该方案是可行的。33工艺过程的划分 由于犁刀变速齿轮箱体本身结构简单，保证加工精度为孔加工精度，在加工时以N面为加工精基准，所以先对箱体的基准面进行粗/精加工，然后对孔进行加工。箱体加工面时以铸出孔和箱体外廓为定位基准进行粗加工，然后以定位基准定位加工各面，再对定位基准面进行精加工，然后对定位基准定位孔进行加工。34工艺路程的制定 零件加工的工艺规程就是一系列不同工序的综合。由于生产规模和具体情况的不同，对同一零件的加工工序综合可能有很多方案。应当根据具体条件采用最合理、最完善，最经济的一个方案。根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度。确定各表面的加工方法如下：N面：粗车精铣；R面和Q面：粗铣精铣；凸台面：粗铣；280mm孔：粗镗精镗；7级9级精度未铸出孔：钻扩铰；螺纹孔；钻孔攻螺纹。因R面和Q面有较高的平行度要求，280mm孔较高的同轴度要求，故他们的加工宜采用工序集中的原则，即分别在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来，以保证其精度。根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将N面、R面、Q面及280mm孔的粗加工放在前面，精加工放在后面，每一阶段中又先加工N面后在镗280mm孔。R面及Q面上的8N8孔及4M12螺纹孔等次要表面放在最后加工。表3-1 工艺路线一工序号工 序 内 容铸造时效涂底漆10粗铣N面20钻扩铰210F9孔(尺寸留精铰余量)，孔口倒角14530粗铣凸台面40粗铣R面及Q面50粗镗280mm 孔，孔口倒角14560钻20mm孔70精铣N面80精铰210F9 孔90精铣R面及Q面100精镗280H7孔110扩铰S30H9球形孔，钻4M6螺纹底孔，孔口倒角145，攻螺纹4M6120钻413mm孔130刮422mm平面140钻8M12螺纹底孔，孔口倒角145，钻铰28N8，孔口倒角145，攻螺纹 8M12150检验160入库表3-2 工艺路线二工序号工 序 内 容简 要 说 明铸造时效消除内应力涂底漆防止生锈10粗铣N面先加工基准面20钻扩铰210F9孔至9F9，孔口倒角145钻413留精扩铰余量30粗铣R面及Q面先加工面40铣凸台面后加工孔50粗镗280 孔，孔口倒角145 粗加工结束60粗铣N面精加工开始70粗扩铰210F9 孔，并提高精度至210F7提高工艺基准精80精铣R面及Q面先加工面90精镗2 80H7孔后加工孔100钻20孔，扩铰S30H9球形孔，钻4M6螺纹底孔，孔口倒角145，攻螺纹4M66H次要表面在后面加工110刮422mm平面120钻8M12螺纹底孔，孔口倒角145，钻铰28N8，孔口倒角145 130攻螺纹8M126H工序分散，平衡节拍140检验150入库35 工艺方案的分析与比较351 工艺规程选择的基本因素（1）生产规模 生产规模是决定生产类型的主要因素，既是设备、用具、机械化与自动化程度的选择依据。（2）制造零件所选用的坯料或型材的形状、尺寸和精度。 它是选择加工总余量和加工过程中的头几道工序的决定因素；本设计采用HT200的毛坯材料。（3）零件材料的性质 它是决定热处理工序和选用设备及切削用量的依据；（4）零件制造的精度 包括尺寸公差、形位公差以及零件图上所指定的或技术条件中所补充指定的要求。（5）零件表面粗糙度是决定表面上光精加工工序的类别和次数的主要因素。（6）特殊的条件 如工厂的设备和用具的条件等。（7）编制的加工规程要在既定的生产规模与生产条件下达到最经济与安全的效。352 工艺规程的基本分析（1）底面、侧面、端面可采用粗铣精铣，粗刨精刨工艺。因为底面个导向面的精度个粗糙度要求较高，又是装配基准和定位基准，所以在精刨后竟进行精细加工研磨。（2）直径小于50mm的孔，一般不铸造，可采用钻扩（本精镗）铰（精镗）的工艺。对已铸出的孔，可采用粗镗一半精镗一精镗的工艺。（3）为了保证箱体主要表面精度和粗糙度的要求，避免粗加工时有与切削量较大引起工件变形或可能划伤已加工表面，整个工艺过程分为粗加工和精加工两个阶段。（4）为了保证各主要表面位置精度的要求，粗加工和精加工时应采用统一的定位基准，此外，各主要孔的加工应在一次安装中完成，并可采用钻模卡具，这样可以保证位置精度的要求。（5）整个工艺过程中，无论是粗加工阶段还是精加工阶段，都应遵循“先面后孔”的原则，就是先加工平面，然后以平面定位在加工孔。这是因为：第一，平面常常是箱体的装配基准；第二，平面的面积较孔的面积大，以平面定位零件装卡稳定、可靠。因此，以平面定位加工孔，有利于提高定位精度和加工精度。 在方案一中，如粗车N面，因工件和夹具的尺寸较大，在卧式车床上加工时，它们的惯性较大，平衡较困难；又由于N 面不是连续的圆环面，车削中出现断续切削，容易引起工艺系统的振动，故改用铣削加工。工序40应在工序30前完成，使R面和Q 面在粗加工后有较多的时间进行自然时效，减少工件受力变形和受热变形对2-80mm孔加工精度的影响。精铣N面后，N 面与2-10F9孔的垂直度误差难以通过精铰孔纠正，故对这两孔的加工改为扩铰，并在前面的工序中预留足够的余量。4-13mm孔尽管是次要表面，但在钻扩铰2-10F9孔时，也将4-13mm孔钻出，可以节约一台钻床和一套专用夹具，能降低生产成本，而且工时也不长。同理，钻孔工序也应合并到扩铰球形孔工序中。这组孔在精镗孔后加工，容易保证其轴线与2-80H7孔轴线的位置精度。工序140中工步太多，工时太长，考虑到整个生产线的节拍，应将8-M12螺孔的攻螺纹作另一道工序。综上所述，方案二是方案一的进一步改进，所以选择第二种工艺路线方案。第四章 确定切削用量及工序设计41 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定根据零件材料HT200确定毛坯为铸件。又由题目已知零件的生产纲领为6000件/年。通过计算，该零件质量约为7kg。由参考文献5表1-4、表1-3可知，其生产类型为大批生产。毛坯的铸造方法选用砂型机器造型，又由于箱体零件的内腔及2-80mm孔均需铸出，故还应安放型芯。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。参考文献1表2.3-6，该种铸件的尺寸公差等级CT为8-10级，加工余量等级MA为G级。故取CT为10级，MA为G级。铸件的分型面选择通过C基准孔轴线，且与R面（或Q面）平行的面。浇冒口位置分别位于C基准孔凸台的两侧。参考文献1表2.3-5，用查表法确定各表面的总余量如表4-1所示。表4-1 各加工表面总余量加工表面基本尺寸（mm）加工余 量等级加工余量数值（mm）说 明R面168G4底面，双侧加工（取下行数据）Q面168H5顶面降1级，双侧加工N面168G5侧面，单侧加工（取下行数据）凸 台 面106G4侧面单侧加工2-80mm孔80H3孔降1级，双侧加工 由参考文献1表2.3-9可得铸件主要尺寸的公差，如表4-2所示。表4-2 主要毛坯尺寸及公差（mm）主要面尺寸零件尺寸 总余量毛坯尺寸公差CTN面轮廓尺寸168-1684N面轮廓尺寸1684+51774N面距80mm孔中心尺寸465512.8凸台面距80mm孔中心尺寸100+641103.62-80mm孔803+3743.2图4-1 毛坯图42 确定切削用量及工序计算421工序10：精铣N面毛坯尺寸外形，由资料得，选择立式铣床，刀具可转位面铣刀。因为面铣刀能采用较大直径的铣刀，提高效率。心轴短，刚度较好能采用较大的进给量，工作更为平稳，可以从不同方向同时铣工件的几个平面，寿命也较长。因此可以查出取。实际切削速度： 切削工时计算：422工序20：粗扩铰2-9 ，钻4-13工步一：钻4-13 mm孔 查资料得： 选择组合钻床和专用钻夹具 ，因此可以查出：主轴转速： ；D=13mm,取f=0.4mm/r ; 实际切削速度：=25.7m/min切削工时计算：=min工步二：钻2-7 mm孔由资料得 ： 选择组合钻床和专用钻夹具 ，因此可以查出：主轴转速： ；D=7mm; 实际切削速度：切削工时计算：工步三：扩2-8.8mm孔并孔口倒角145由资料得： 选择摇臂钻床（Z3025）和的麻花钻，因此可查出：主轴转速： ；取mm/r；实际切削速度： ；切削工时计算：工步四：铰2孔由资料得： 选择摇臂钻床（Z3025）和铰刀，因此可查出主轴转速： ；D=9mm； mm；取f=0.3mm/r;实际切削速度：m/min切削工时计算：423 工序30: 精铣R面及Q面由资料得：选用组合机床和可转位面铣刀，因此可查出：主轴转速：；D=160mm; mm; 取f=0.3mm/r :实际切削速度：切削工时计算：min424 工序40: 铣凸台面 由资料得：选用X52K型立式铣床和80 mm莫氏锥柄面铣刀，因此可查出：主轴转速：； 取f=1.2mm/r; D=80mm;实际切削速度：;切削工时计算：425 工序50: 粗镗2-80 mm孔并倒角由资料得：选用组合机床和的镗刀，因此可查出：主轴转速： ； 取mm/r； D=79.5 ; ;H=20; L=300;d=40;实际切削速度：=24m/min; i=1;切削工时计算：426 工序60: 精铣N面 由资料得：选用（X62W）卧式铣床和200 mm可转位面铣刀，因此可查出：主轴转速：；D=200；取f=0.5mm/r; ;实际切削速度：切削工时计算：427 工序70: 精扩铰2-10 mm孔工步一：扩2-9.9 F9孔由资料得：选用(Z3025)摇臂钻床和9.9 mm扩孔刀，因此可以查出：主轴转速：；D=9.9mm ; 取f=0.3mm/f; 实际切削速度：; ; ;切削工时计算：=0.12min工步二：精铰2-10 F7孔由资料得： 选用(Z3025)摇臂钻床和10 F7孔铰刀，因此可得出：主轴转速： ；D=10mm; 取f=0.3mm/r ; ;实际切削速度：; ; ;切削工时计算：428 工序80: 精铣R及Q面由资料得：选用组合机床和160 mm可转位面铣刀，因此可查出：主轴转速：；D=160mm； 取f=1.2mm/r; ;实际切削速度：; ; ;切削工时计算：429工序90: 精镗2-80H7孔由资料得：选用组合机床和镗刀，因此可查出：主轴转速：；D=80； ，取；实际切削速度：d=30; L=300; B=20; H=20 ; ;切削工时计算：4210 工序100: 凸台面各孔钻、攻螺纹工步一：钻20mm孔由资料得：选用（Z3025）摇臂钻床和的专用钻夹具，因此可得出：主轴转速：； 取；实际切削速度：； ； ；切削工时计算：工步二：扩球形孔至有资料得：选用（Z3025）摇臂钻床和及麻花钻，因此可查出：主轴转速：；取；实际切削速度：； ； ；切削工时计算：工步三：铰球形孔至尺寸由资料得：选用选用（Z3025）摇臂钻床和29.8mm球形扩孔钻，因此可查出：主轴转速：； 取；实际切削速度：； ； ；切削工时计算：工步四：钻4M6螺纹底孔并孔口倒角由资料得：选用选用（Z3025）摇臂钻床和球形铰刀，因此可得出： 主轴转速：；取；实际切削速度：； ； ；切削工时计算：工步五：攻螺纹4M66H由资料得：选用选择摇臂钻床（Z3025）和M6丝锥一副，因此可得出：主轴转速：；取；实际切削速度：； ； ；切削工时计算：4211 工序110:刮平面由资料得：选用选择摇臂钻床（Z3025）和22mm专用锪孔钻，因此可得：主轴转速：； ； mm；实际切削速度：； ；切削工时计算：4212 工序120: 钻铰R、Q面各孔工步一：钻R面4-M12螺纹底孔10.2并孔口倒角145由资料得：选用选用组合夹具和专用夹具，因此可查出：主轴转速：； 实际切削速度：切削工时计算：工步二：钻R面8N8至7H10由资料得：选用组合机床和7mm、10.2mm麻花钻，因此可查出：主轴转速：实际切削速度：切削工时计算：工步三：扩R面8N8至7.9N9由资料得：选用组合机床和7.9mm扩孔钻，因此可查出：主轴转速：； ；实际切削速度：切削工时计算：工步四：精铰R面8N8至尺寸由资料得：选用组合机床和8N8孔铰刀，因此可查出：主轴转速： ； ；D=7.9mm ；实际切削速度： ；切削工时计算：工步五：钻Q面4-M12螺纹底孔并孔口倒角145由资料得：选用选用组合机床和专用钻夹具，因此可查得：主轴转速：；D=10mm ；实际切削速度：切削工时计算：工步六：钻Q面8N8至7H10由资料得：选用组合机床和专用钻夹具，因此可查得：主轴转速：； ；D=7.6mm;实际切削速度： 切削工时计算：工步七：扩Q面8N8至7.9N9由资料得：选用组合机床和专用钻夹具，因此可查得“主轴转速：； ； D=7.9mm；实际切削速度： 切削工时计算： 工步八：精铰Q面8N8至尺寸由资料得：选用组合机床和专用夹具，因此可得到：主轴转速：； 实际切削速度： 切削工时计算：4213 工序130：攻螺纹8-M12-6H工步1：R面4-M12-6H攻螺纹 由资料得：选用组合机和专用攻螺纹夹具，因此可得到：主轴转速：； 实际切削速度： 切削工时计算：工步2：Q面4-M12-6H攻螺纹由资料得：选用组合机和专用攻螺纹夹具，因此可得到：主轴转速：； 实际切削速度： 切削工时计算：第五章 夹具设计51 夹具设计的概述在机械制造过程中，用来固定加工对象，使其占有正确的位置，以便接受施工，检测的装置，都可统称为“夹具”。在钻床上进行孔的钻，扩，铰，攻螺纹加工时所用的夹具称为钻床夹具，又成为钻模。机床夹具为机床的一种附加装置，安装工件后使之获得相对于机床或刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。一个优良的机床夹具必须满足下列基本要求：（1）保证工件的加工精度 保证加工精度的关键，首先在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还需进行定位误差分析，还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求。（2）提高生产效率 专用夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。（3）工艺性能好 专用夹具的结构应力求简单、合理，便于制造、装配、调整、检验、维修等。专用夹具的制造属于单件生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整和修配结构。（4）使用性能好 专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。专用夹具还应排屑方便。必要时可设置排屑结构，防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具，防止切屑的积聚带来大量的热量而引起工艺系统变形。（5）经济性好 专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹具的制造成本。因此，设计时应根据生产纲领对夹具方案进行必要的技术经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。在夹具设计过程中，对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题，设计人员一般都会考虑的比较周全，但是，夹具设计还经常会遇到一些小问题，这些小问题如果处理不好，也会给夹具的使用造成许多不便，甚至会影响到工件的加工精度。我们把多年来在夹具设计中遇到的一些小问题，归纳如下：（1）清根问题在设计端面和内孔定位的夹具时，会遇到夹具体定位端面和定位外圆交界处清根问题。夹具要不要清根，应根据工件的结构而定。如果零件定位内孔孔口倒角较小或无倒角，则必须清根；如果零件定位孔孔口倒角较大或孔口是空位，则不需要清根。（2）让刀问题在设计圆盘类刀具(如铣刀、砂轮等)加工的夹具时，会存在让刀问题。（3）更换问题在设计加工结构相同或相似，尺寸不同的系列产品零件夹具时，为了降低生产成本，提高夹具的利用率，往往会把夹具设计为只更换某一个或几个零件的通用型夹具。（4）防松问题（5）防磕碰问题52确定工件的定位方案本次设计的夹具为第20道工序 钻扩铰210F9孔、孔口倒角145，钻413mm孔夹具。该夹具适用于Z3025摇臂钻。这道工序所加工的孔在N面上，且与N面垂直。按照基准重合原则并考虑到目前只有N面经过加工，为避免重复使用粗基准，应以N面定位。又为避免钻头引偏，413mm孔应从N面钻孔，且29F9孔是盲孔，也只能从N面加工，这要求钻孔时N面必须朝上。这给装夹工件带来了一定的困难。从对工件的结构形状分析，若工件以N面朝下放置在支承板上，定位夹紧都比较稳定，可靠，也容易实现。待夹紧后将夹具翻转180度，N面就能朝上，满足加工要求。这个翻转过程可以借助于标准的卧式回转工作台来实现。夹具以夹具体安装面和定位孔、定位销定位，用T型槽螺栓连接。工件以N面在夹具上定位，限制了三个自由度，其余的三个自由度也必须限制。定位方案有以下两种：方案（1）：在280H7的B孔内插入一削边销限制一个移动自由度；再以B孔内侧面用两个支承钉限制一个移动自由度和一个转动自由度。这种定位方案从定位原理上分析是合理的，夹具结构也很简单。但由于B孔和其内侧面均为毛胚面，又因结构原因，夹紧力不宜施加在这样的定位元件上，故工件定位面和定位元件之间很可能会接触不好，使定位不稳定。这个方案不宜采用。方案（2）用一根两头带反锥形的心棒插入280mm毛坯孔中并夹紧。将心棒两端的轴颈放入两U形槽中定位，限制一个移动自由度和一个旋转自由度。此外以280mm毛坯孔的两内侧面在自定心机构上定位，限制一个移动自由度。这种方案定位可靠，夹紧也很方便，用一铰链压板压在工件R80外圆上即可。图5.1 心棒、零件装配剖视图本道工序与前道粗铣N面工序共用一根心棒，这根“随行心棒”在铣完N面后立即连同工件一同转入本道工序，其间不得重新卸装心棒，待本道工序加工完后，方可卸下心棒，否则将违背粗基准一般只使用一次的原则而影响N面各孔与280mm孔轴线的位置精度。本道工序的夹具因需要回转，若采用气动或液压夹紧，则气管或油管会妨碍操作，故选用手动夹紧，使夹具简单，操作方便。53 定位误差的分析使用夹具加工工件时，加工表面的位置误差与工件在夹具中的定位等因素密切相关，为了保证工件的加工精度，必须是工序中各项加工误差的总和小于或等于该工序规定的公差值。与机床夹具有关的误差与工序中夹具以外其他因素有关的误差定位误差是工件在夹具中定位时，工序基准位置在工序尺寸方向或沿加工要求方向上的变动所引起的，因此，在夹具设计时应尽可能选择工序基准为定位基准，一般应使定位误差控制在有关尺寸或位置公差的1/31/5。基准位移误差 因为元件的形状以及定位元件各表面间的饿位置精度较高，因此在计算工件以平面定位的基准位移误差时，通常可以忽略它们的影响。工件以平面定位的基准位移误差受平面度和垂直度的影响。通常因精基准面的形状误差很小，所以可以忽略影响。以粗基准面定位时虽因基准面误差较大，但可以考虑增加下道工序的加工余量。以后以景基准面定位时最终考虑保证加工精度。基准不重合误差由于工件存在加工误差，必然使工序基准在沿工序尺寸方向上产生最大的位移量，这一误差叫基准不重合误差。在本次设计中： 54 计算夹紧里并确定螺杆直径因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力F架与切削力F之间的关系为F夹=KF式中K为安全系数。当夹紧力与切削力方向相反时，取K=3。由之前的计算可知F1=2616N,所以F夹=KF1=32616=7848N。由于采用了铰链压板，其受力图如图22所示。图5.2 压板受力图从图中可知：F0= F夹/2=7848/2=3924 N从强度考虑，因一个M10的螺栓能承受3924N的许用夹紧力，所以用M10的螺栓完全能满足强度要求。但从夹具的刚度及整体结构的对称性考虑，这里选用M16的螺栓。定位精度分析 413mm孔及29F9孔在一次装夹下完成加工，它们之间的位置精度由钻模保证。因413mm孔的位置度为0.5mm，与其有关的夹具尺寸如135mm、142mm、40mm的尺寸公差参考文献3表1101，取工件公差的1/4，即夹具尺寸公差为+0.125mm。同理，29F9孔相距135+0.05mm，故取夹具钻模板上相应的钻套孔相距140+0.013mm。心棒两轴颈与U形槽的配合，选为。最大配合间隙为（+0.025mm）（0.087mm）=0.112mm。配合时，两轴颈与U形槽接触的极限状况如图23所示。图5.3 心棒与U型槽接触的极限状况心棒轴线相对于U形槽的最大位移量为 =。它不应超过工件公差的1/3，即。故尺寸660.20mm可以保证。实际上，这一公差还可以放大。因为孔轴线位置最终是以两销孔定位后精镗孔确定的。最终取袖套与家夹具体模板的配合为；钻套、扩孔套和铰套与袖套的配合为；钻、扩孔时刀具与导套内孔的配合为；铰孔时取刀具与导套内孔的配合为；此外，夹具上还应标注下列技术要求：钻套轴线与定位面的垂直度；定位面的平面度0.05mm；定位面与夹具安装面