毕业设计（论文）-齿轮箱加工工艺及夹具设计（全套图纸）.pdf

学院 毕业设计论文 齿轮箱机械加工工艺及夹具设计 所 在 学 院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指 导 老 师 年 月 日 沈阳工学院毕业论文 II 摘 要 齿轮箱零件加工工艺及夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹 具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯 的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工 序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的 设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与 机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合 理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。 关键词：工艺，工序，切削用量，夹紧，定位，误差 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 沈阳工学院毕业论文 III Abstract The fixture design of a certain type of motor armature bracket parts processing and drilling machine is design process design, including the parts processing process design and the three part special fixture. In the process of design should first of all parts to analyze, understand parts of the process and then design a blank structure, and choose the good parts of the machining datum, designs the process routes of the parts; then the parts each step process dimension calculation, the key is to determine the process equipment and cutting the amount of each working procedure design; then a special fixture, fixture for the various components of a design, such as the connecting part positioning device, clamping element, a guide element, clamp and the machine tool and other components; the positioning error caused calculate fixture when positioning, analysis of the rationality and deficiency of fixture structure, pay attention to improving and will design in. Keywords: process, process, cutting, clamping, positioning, 沈阳工学院毕业论文 IV 目目 录录 摘 要 . II Abstract. III 第 1 章 序 言 . 1 第 2 章 零件的分析 . 2 2.1零件的形状 . 2 2.2零件的工艺分析 . 2 第 3 章 工艺规程设计 . 4 3.1 确定毛坯的制造形式 . 4 3.2 基面的选择 . 4 3.3 制定工艺路线 . 5 3.3.1 工艺路线方案一 . 5 3.3.2 工艺路线方案二 . 5 3.3.3 工艺方案的比较与分析 . 6 3.4 选择加工设备和工艺装备 . 7 3.4.1 机床选用 . 7 3.4.2 选择刀具 . 7 3.4.3 选择量具 . 7 3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 7 3.6确定切削用量及基本工时 . 9 第4章 车125内孔夹具设计 . 21 4.1 车床夹具设计要求说明 . 21 4.2车床夹具的设计要点 . 21 4.3 定位机构 . 23 4.4 夹紧机构 . 23 4.5零件的车床夹具的加工误差分析 . 24 4.6 确定夹具体结构尺寸和总体结构 . 25 4.7 零件的车床专用夹具简单使用说明 . 26 沈阳工学院毕业论文 V 第5章 钻6- M10螺纹底孔夹具设计. 27 5.1 夹具的夹紧装置和定位装置 . 27 5.2 夹具的导向 . 28 5.3 切削力及夹紧力的计算 . 28 5.4 钻孔与工件之间的切屑间隙 . 31 5.5 钻模板 . 31 5.6定位误差的分析 . 32 5.7 钻套、衬套、钻模板设计与选用 . 32 5.8 确定夹具体结构和总体结构 . 33 5.9 夹具设计及操作的简要说明 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 总 结 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 沈阳工学院毕业论文 1 第 1 章 序 言 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。 齿轮箱零件加工工艺及钻床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。 沈阳工学院毕业论文 2 第 2 章 零件的分析 2.1零件的形状 题目给的零件是齿轮箱零件，主要作用是安装齿轮零件作用。 零件的实际形状如上图所示，从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单。 具体尺寸，公差如下图所示。 2.2零件的工艺分析 由零件图可知，其材料为 HT200 ，该材料为 HT200，具有较高强度，耐磨性，耐热 性及减振性，适用于承受较大应力和要求耐磨零件。 齿轮箱零件主要加工表面为：1.铣端面，表面粗糙度 a R 值为 3.2 m。2.车外圆及 台阶面，表面粗糙度 a R 值 3.2 m。3.车装配孔，表面粗糙度 a R 值 3.2 m。4.半精车 侧面，及表面粗糙度 a R 值 3.2 m。 齿轮箱共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下： 沈阳工学院毕业论文 3 (1)前端面的加工表面： 这一组加工表面包括：前端面，9- M8。 (2). 后端面的加工表面： 这一组加工表面包括：后端面，165 端面，9- M8、6- 16 孔，6- 26 孔钻孔。 沈阳工学院毕业论文 4 第 3 章 工艺规程设计 本齿轮箱假设年产量为 10 万台，每台车床需要该零件 1 个，备品率为 19%，废品 率为 0.25%，每日工作班次为 2 班。 该零件材料为 HT200 ， 考虑到零件在工作时要有高的耐磨性， 所以选择铸铝铸造。 依据设计要求 Q=100000 件/年，n=1 件/台；结合生产实际，备品率和 废品率分别取 19%和 0.25%代入公式得该工件的生产纲领 N=2XQn(1+)（1+)=238595 件/年 3.1 确定毛坯的制造形式 零件材料为 HT200 ，铸件的特点是液态成形，其主要优点是适应性强，即适用于 不同重量、不同壁厚的铸件，也适用于不同的金属，还特别适应制造形状复杂的铸件。 考虑到零件在使用过程中起连接作用，分析其在工作过程中所受载荷，最后选用铸件， 以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。年产量已达成批生产水平，而且零 件轮廓尺寸不大，可以采用砂型铸造，这从提高生产效率，保证加工精度，减少生产成 本上考虑，也是应该的。 3.2 基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工 质量得到保证，生产效率得以提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚 者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 粗基准的选择，对像齿轮箱这样的零件来说，选好粗基准是至关重要的。对本零件 来说，如果外圆的端面做基准，则可能造成这一组内外圆的面与零件的外形不对称，按 照有关粗基准的选择原则(即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面做粗基准， 若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对应位置精度较高的不加工表 面做为粗基准)。 对于精基准而言， 主要应该考虑基准重合的问题， 当设计基准与工序基准不重合时， 应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不在重复。 沈阳工学院毕业论文 5 3.3 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。在生产纲领已经确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能性 机床配以专用夹具， 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 工艺路线方案一 10 铸造 铸造出毛坯 20 热处理 毛坯热处理，时效处理 30 铣 粗铣、精铣前端面 40 铣 粗铣、精铣后端面 50 铣 粗铣、精铣165 端面 60 钻孔攻丝 钻孔 9- M8 钻底孔并进行攻丝 70 钻孔 钻 6- 16 孔，6- 26 孔 80 钻孔 钻 2- 8 孔 90 粗车 粗车125 内孔 100 精车 粗车125 内孔，达到图纸尺寸公差要求 110 粗车 粗车另外一端150 内孔，120 内孔，达到图纸尺寸公差要求 120 精车 精车另外一端150 内孔，120 内孔，达到图纸尺寸公差要求 130 钳 去毛刺，清洗 140 终检 终检入库 3.3.2 工艺路线方案二 10 铸造 铸造出毛坯 20 热处理 毛坯热处理，时效处理 30 铣 粗铣、精铣前端面 40 铣 粗铣、精铣后端面 50 铣 粗铣、精铣165 端面 沈阳工学院毕业论文 6 60 粗车 粗车125 内孔 70 钻孔攻丝 钻孔 9- M8 钻底孔并进行攻丝 80 钻孔 钻 6- 16 孔，6- 26 孔 90 钻孔 钻 2- 8 孔 100 精车 粗车125 内孔，达到图纸尺寸公差要求 110 粗车 粗车另外一端150 内孔，120 内孔，达到图纸尺寸公差要求 120 精车 精车另外一端150 内孔，120 内孔，达到图纸尺寸公差要求 130 钳 去毛刺，清洗 140 终检 终检入库 3.3.3 工艺方案的比较与分析 上述两个方案的特点在于：方案一的定位和装夹等都比较方便，但是要更换多台设 备， 加工过程比较繁琐， 而且在加工过程中位置精度不易保证。 方案二减少了装夹次数， 但是要及时更换刀具，因为有些工序在车床上也可以加工，镗、钻孔等等，需要换上相 应的刀具。要设计专用夹具。因此综合两个工艺方案，取优弃劣，具体工艺过程如下： 10 铸造 铸造出毛坯 20 热处理 毛坯热处理，时效处理 30 铣 粗铣、精铣前端面 40 铣 粗铣、精铣后端面 50 铣 粗铣、精铣165 端面 60 钻孔攻丝 钻孔 9- M8 钻底孔并进行攻丝 70 钻孔 钻 6- 16 孔，6- 26 孔 80 钻孔 钻 2- 8 孔 90 粗车 粗车125 内孔 100 精车 精车125 内孔，达到图纸尺寸公差要求 110 粗车 粗车另外一端150 内孔，120 内孔，达到图纸尺寸公差要求 120 精车 精车另外一端150 内孔，120 内孔，达到图纸尺寸公差要求 130 钳 去毛刺，清洗 140 终检 终检入库 沈阳工学院毕业论文 7 3.4 选择加工设备和工艺装备 3.4.1 机床选用 .工序是粗车、粗镗和精车、精镗。各工序的工步数不多，成批量生产，故选用卧 式车床就能满足要求。本零件外轮廓尺寸不大，精度要求属于中等要求，选用最常用的 CA6140 卧式车床。参考根据机械制造设计工工艺简明手册表 4.2-7。 .工序钻孔，选用 Z525 摇臂钻床。 3.4.2 选择刀具 .在车床上加工的工序,一般选用硬质合金车刀和镗刀。加工刀具选用 YG6 类硬质 合金车刀，它的主要应用范围为普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工和半精加工。 为提高生产率及经济性,可选用可转位车刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。 .钻孔时选用高速钢麻花钻，参考机械加工工艺手册 （主编 孟少农） ，第二卷 表 10.21-47 及表 10.2-53 可得到所有参数。 3.4.3 选择量具 本零件属于成批量生产，一般均采用通常量具。选择量具的方法有两种：一是按计 量器具的不确定度选择；二是按计量器的测量方法极限误差选择。采用其中的一种方法 即可。 3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “齿轮箱” 零件材料为 HT200 ，查机械加工工艺手册 （以后简称工艺手册 ） ， 表 2.2-17 各种铸铁的性能比较，HT200 的硬度 HB 为 143269，表 2.2-23 HT200 的物 理性能，HT200 密度=7.27.3（ 3 cmg） ，计算零件毛坯的重量约为 2kg 。 表 3-1 机械加工车间的生产性质 生产类别 同类零件的年产量件 重型 （零件重2000kg） 中型 （零件重 1002000kg） 轻型 （零件重11.8013.20 151 101 沈阳工学院毕业论文 14 表 3-7 通用型麻花钻的主要几何参数的推存值（根据 GB6137-85） （） d (mm) 2 f 8.618.00 30 118 12 4060 表 3-8 钻头、扩孔钻和铰刀的磨钝标准及耐用度 （1）后刀面最大磨损限度 mm 刀具材料 加工材料 钻头 直径 d0（mm） 20 高速钢 铸铁 0.50.8 （2）单刃加工刀具耐用度 T min 刀具类型 加工材料 刀具材料 刀具直径 d0（mm） 1120 钻头（钻孔及扩 孔） 铸铁、铜合金及合 金 高速钢 60 钻头后刀面最大磨损限度为 0.50.8mm 刀具耐用度 T = 60 min .确定进给量 查机械加工工艺手册 孟少农 主编，第二卷表 10.4 高速钢钻头钻孔的进给量 为 f=0.250.65zmm,根据表 4.13 *中可知，进给量取 f=0.60 rmm。 .确定切削速度 查机械加工工艺手册 孟少农 主编，表 10.4-17 高速钢钻头在 HT200（190HBS） 上钻孔的切削速度轴向力， 扭矩及功率得， V=12minm， 参考 机械加工工艺手册 孟 少农 主编，表 10.4-10 钻扩铰孔条件改变时切削速度修正系数 Kmv=1.0，Rtv=0.85。 V=1285. 0=10.32minm （3-17） 则 n= =131minr （3-18） 查表 4.2-12 *可知， 取 n = 150 minr 则实际切削速度 v 实= = =11.8 minm 工序 70 钻 6- 16 孔，6- 26 孔 25 32.101000 1000 dn 1000 2514. 3150 沈阳工学院毕业论文 15 钻孔选用机床为 Z525 摇臂机床，刀具选用 GB1436-85 直柄短麻花钻， 机械加工工 艺手册第 2 卷。 根据 机械加工工艺手册 第 2 卷表 10.4-2 查得钻头直径小于 10mm的钻孔进给量 为 0.200.35 rmm 。 则取 rmmf30 . 0 = 确定切削速度，根据机械加工工艺手册第 2 卷表 10.4-9 切削速度计算公式为 min 0 mk faT dc v v yx p m z v vv v = （3-20） 查得参数为125 . 0 ,55 . 0 , 0,25 . 0 , 1 . 8=myxzc vvvv ，刀具耐用度 T=35min 则 v= 55. 00125 . 0 25 . 0 3 . 0535 71 . 8 =1.6minm 所以 n= 714 . 3 6 . 11000 =72minr 选取 min120rn = 所以实际切削速度为 1000 714 . 3 120 =v =2.64 minm 确定切削时间（一个孔） t= s20 3 . 02 228 = + 工序 80 钻 2- 8 孔 rmmf2 . 0=rmm1 . 050 . 0 = 取 rmmf1 . 0= smv25 . 0 = （min15m） 所以 srn18.11= （min713r） 按机床选取 w n =min800r （sr 3 . 13） 所以实际切削速度smv28 . 0 = （min 3 . 15m） 切削工时（一个孔） ： st 3 . 11 1 . 0 3 . 13 1212 = + = 工序 90 粗车125 内孔 所选刀具为 YG6 硬质合金可转位车刀。 根据 切削用量简明手册 表 1.1， 由于 CA6140 机床的中心高为 200mm（表 1.30） ，故选刀杆尺寸HB=mmmm2516，刀片厚度为 沈阳工学院毕业论文 16 mm5 . 4。选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角 0 V = 0 12 ，后角 0 = 0 6 ，主偏 角 v K = 0 90 ，副偏角 v K = 0 10 ，刃倾角s= 0 0 ，刀尖圆弧半径 s r =mm8 . 0。 .确定切削深度 p a 由于单边余量为mm5，可在一次走刀内完成，故 p a = 2 69 5 . 76 =mm75. 3 （3-1） .确定进给量 f 根据切削加工简明实用手册可知：表 1.4 刀杆尺寸为mm16mm25， p amm4，工件直径100400 之间时， 进给量 f =0.51.0rmm 按 CA6140 机床进给量（表 4.29）在机械制造工艺设计手册可知： f =0.7rmm 确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表 130， CA6140 机床进给机构允许进给力 max F=3530N。 根据表 1.21，当强度在 174207HBS时， p amm4，f75. 0rmm， r K = 0 45 时， 径向进给力： R F =950N。 切削时 f F 的修正系数为 roFf K=1.0， sFf K=1.0， krFf K=1.17（表 1.292） ，故实际 进给力为： f F =95017. 1=1111.5N （3-2） 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选 f =rmm7 . 0可用。 .选择刀具磨钝标准及耐用度 根据切削用量简明使用手册表 1.9，车刀后刀面最大磨损量取为mm5 . 1，车刀 寿命T =min60。 .确定切削速度 0 V 切削速度可根据公式计算，也可直接有表中查出。 根据 切削用量简明使用手册 表 1.11， 当6YG硬质合金刀加工硬度 200219HBS 的铸件， p amm4， frmm75 . 0 ，切削速度V=min63m。 切削速度的修正系数为 tv K =1.0， mv K=0.92， sv K0.8， Tv K=1.0， Kv K=1.0（见表 1.28） ，故： 0 V = t V v K =630 . 10 . 184. 092. 00 . 10 . 1 （3-3） 沈阳工学院毕业论文 17 min48m n= D Vc 1000 = 127 481000 =120minr （3-4） 根据 CA6140 车床说明书选择 0 n =125minr 这时实际切削速度 c V 为： c V = 1000 c Dn = 1000 125127 min50m （3-5） .校验机床功率 切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。 由 切削用量简明使用手册 表 1.25，HBS=160245， p amm3，f rmm75 . 0 ， 切削速度min50mV 时， C P =KW7 . 1 切削功率的修正系数 krPc k=0.73， Pcr K 0 =0.9，故实际切削时间的功率为： C P =1.773. 0=1.2KW （3-6） 根据表 1.30，当n=min125r时，机床主轴允许功率为 E P =KW9 . 5， C P E P ，故所 选切削用量可在 CA6140 机床上进行，最后决定的切削用量为： p a =3.75mm， f =rmm7 . 0，n=min125r=sr08 . 2 ，V=min50m 工序 100 粗车125 内孔，达到图纸尺寸公差要求 所选刀具为 YG6 硬质合金可转位车刀。 根据 切削用量简明手册 表 1.1， 由于 CA6140 机床的中心高为 200mm（表 1.30） ，故选刀杆尺寸HB=mmmm2516，刀片厚度为 mm5 . 4。选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角 0 V = 0 12 ，后角 0 = 0 6 ，主偏 角 v K = 0 90 ，副偏角 v K = 0 10 ，刃倾角s= 0 0 ，刀尖圆弧半径 s r =mm8 . 0。 .确定切削深度 p a 由于单边余量为mm5 . 2，可在一次走刀内完成，故 p a = 2 5 . 2 =mm25. 1 .确定进给量 f 根据切削加工简明实用手册可知：表 1.4 刀杆尺寸为mm16mm25， p amm4，工件直径100400 之间时， 沈阳工学院毕业论文 18 进给量 f =0.51.0rmm 按 CA6140 机床进给量（表 4.29）在机械制造工艺设计手册可知： f =0.7rmm 确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表 130， CA6140 机床进给机构允许进给力 max F=3530N。 根据表 1.21，当强度在 174207HBS时， p amm4，f75. 0rmm， r K = 0 45 时， 径向进给力： R F =950N。 切削时 f F 的修正系数为 roFf K=1.0， sFf K=1.0， krFf K=1.17（表 1.292） ，故实际 进给力为： f F =95017. 1=1111.5N 由 于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选 f =rmm7 . 0可用。 .选择刀具磨钝标准及耐用度 根据切削用量简明使用手册表 1.9，车刀后刀面最大磨损量取为mm5 . 1，车刀 寿命=min60。 .确定切削速度 0 V 切削速度可根据公式计算，也可直接有表中查出。 根据 切削用量简明使用手册 表 1.11， 当15YT硬质合金刀加工硬度 200219HBS 的铸件， p amm4， frmm75 . 0 ，切削速度V=min63m。 切削速度的修正系数为 tv K =1.0， mv K=0.92， sv K0.8， Tv K=1.0， Kv K=1.0（见表 1.28） ，故： 0 V = t V v K =630 . 10 . 184. 092. 00 . 10 . 1 （3-12） min48m n= D Vc 1000 = 127 100048 =120minr （3-13） 根据 CA6140 车床说明书选择 0 n =125minr 这时实际切削速度 c V 为： c V = 1000 c Dn = 1000 125127 min