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文档简介
主动齿轮零件工艺及夹具设计序 言全套图纸加扣3012250582 机械制造工艺学毕业设计时培养本专业学生得重要实践性教学环节。是学完机械制造工艺削、夹具设计、大部分专业课,并进行了生产实习得基础上进行得一个教学环节,这是对我们在进行毕业设计之前对所学课程进行得一次重要的、全面的复习,也是一次理论与实际相结合的整体训练,因此它在这几年的学习中占有重要地位。根据本次设计要求,本次主要设计“主动齿轮”的加工工艺及设计加工钻孔工序专用夹具。具体包括以下几方面:1、根据本次设计要求,绘制零件图;2、分析零件结构及作用,了解本次零件的技术要求及加工要求,明确加工部位及精度要求;3、根据零件材料特性及零件结构,明确零件的毛坯的制造方式,查阅相关资料确定零件的毛坯精度,确定零件毛坯尺寸,绘制零件毛坯图;4、明确本次零件加工的加工基准,制定零件加工工艺路线;5、根据工艺路线确定零件加工过程中的设备及刀具使用;6、计算相关的切削参数;7、设计钻孔工序加工专用夹具,分析零件夹具设计的定位及夹具结构,计算相关的定位误差;明确夹具夹紧方式,计算夹紧力;绘制零件夹具装配图及相关零件图;8、最终完成本次毕业设计说明书。关键词:零件图、毛坯图、工艺分析、基准的选用、设备、刀具的选用、切削参数、钻孔夹具、定位误差、夹紧力、切削力、装配图及非标零件。目录序 言1第一章 零件工艺结构分析31.1 零件的作用31.2零件尺寸精度分析4第二章 零件的工艺性分析52.1 零件毛坯的制造形式52.2 零件毛坯尺寸的确定62.3 零件毛坯图纸的绘制62.4零件加工基准的确定72.5零件的工艺路线的确定7第三章 设备及刀具、尺寸余量的确定9第四章 零件切削参数的计算12第五章 零件专用夹具的设计185.1设计要求185.2 夹具设计定位基准185.3 夹具整体设计185.4夹具体的设计195.5 定位误差分析205.6夹紧力切削力分析215.6.1钻削力计算215.6.2夹紧力计算22总 结24致 谢25参 考 文 献26第1章 零件工艺结构分析1.1 零件的作用根据本设计选择常用台阶轴作为工艺分析及夹具设计的对象,该类轴主要用与传递力矩或起到支撑作用。1.2零件尺寸精度分析零件材料选择45,该种材料在轴类零件种广泛应用,通过零件图纸的绘制,对零件的结构及尺寸精度有了更深的了解,如图1.2 轴零件图;图1.2主动齿轮零件图通过图纸可知本次零件加工表面主要表现为外径加工、端面加工、孔加工等组成,具体表现如下:1、 零件两端面加工,尺寸要求为68mm,粗糙度为Ra=6.3;2、 零件右端外径加工,要求直径为72mm,要求长度为28mm,粗糙度为Ra=3.2,倒角1x45度;3、 零件左端外径加工,尺寸直径分别为100mm,长度分别为40mm,倒角1x45度;粗糙度均为Ra=3.2;4、 零件从左端面开始为台阶孔56mm和40,其中56深度保证26mm;5、 40孔有键槽,键槽宽度为120.031。6、 100为齿顶圆,要求齿轮齿数32,模数3,压力角20度。第2章 零件的工艺性分析机械加工工艺在实际生产过程中起到至关重要的地位,是生产的指导方向,一份好的工艺在实际生产过程中不但使场频质量有保证同时一份好的加工工艺同时也可提高生产效率、减低劳动强度;所以,机械加工工艺规程是指导如何将零件加工成成品,工艺路线及工艺参数规划的合理性也是很关键的。机械加工工艺规程的作用:对现场生产指导;生产管理上起到组织和纲领性文件的作用。工艺设计原则:技术上的先进性;经济上的合理性;2.1 零件毛坯的制造形式零件常用的毛坯主要有:(1)、轧制件 主要为钢棒、板料等成型材料。(2)、铸造件 铸造件适用于形状较复杂的毛坯。(3)、锻造件 锻造件适用于强度要求高、形状较简单的毛坯。(4)、焊接件 焊接件是将成型材料焊接在一起形成毛坯,这种毛坯制造简单,而且制造时间短,唯有不足是这种毛坯由于焊接产生较大应力,需要时效处理去应力才能机械加工。(5)、其它毛坯 如冲压成型件、工程塑料件、粉末冶金等。在毛坯选择上需考虑的因素如下:(1)、需要根据零件材料的种类和材料的力学性能要求(2)、零件形状和结构也是考虑因素之一,根据形状选择棒料还是板料。(3)、产量的大小,根据产量大小选择毛坯有助于提高生产效率(4)、根据工厂车间现阶段加工能力、设备等(5)、要考虑新工艺、新材料等本文选则轴的材料为45,为批量产品。根据材料特性该材料,查看零件图分析,该零件尺寸不大、形状比较简单,为典型的轴类零件。本次零件毛坯采用标准45圆钢为本次零件的毛坯制造形式。2.2 零件毛坯尺寸的确定根据原始资料所给数据,计算出生产方式为:大批量生产。因为是轴类零件,采用圆钢为本次零件毛坯的原材料,根据零件图纸已知本次零件的总长度为68mm,最大外径为100mm,根据标准圆钢本次采用外径为105mm,长度为单面为2mm,即毛坯总长为72mm。2.3 零件毛坯图纸的绘制综上所述,具体零件毛坯图纸如下:图2.3 零件毛坯图2.4零件加工基准的确定设计基准是指产品图上所给出的尺寸所采用的基准。工艺基准是指零件在加工中用来定位限制自由度所采用的基准。所以基准的选用对于一个产品的加工起到至关的重要性。基准的选用必须满足一下原则:1)、选主要非加工表面原则;2)、余量均匀分配原则;3)、不重复使用原则;4)、便于工件装夹原则。根据零件结构采用装夹零件外圆同时加工零件两端面;后续工序利用中心孔进行外径加工;这样加工可保证零件两端外径的同轴度;2.5零件的工艺路线的确定若生产为批量生产,就应该考虑使用用夹具从而提高生产效率,除此之外还要考虑到加工的经济性,按不同的尺寸精度安排不同加工能力的设备,从而降低成本。方案101备料按毛坯图下料工序号工序名称工序内容01备料按毛坯图备料02车工车零件右端面至尺寸,保证零件总长为70m端面粗糙度6.303车工车零件左端面至尺寸,保证零件总长为69mm;端面粗糙度3.204车工车零件右端外圆至尺寸,保证尺寸为72mm,长度保证28mm;05车工车零件左端外圆至尺寸,保证尺寸为101.5mm,长度保证40mm;外圆粗糙度6.3。06车工1.车零件孔至尺寸,保证尺寸为54.5mm,长度保证25mm;2.车零件孔至尺寸,保证尺寸为38.5mm.07车工车零件外圆及孔至尺寸,保证尺寸56、 100h10, 56孔长度保证26mm及40mm;08镗找正 56孔,粗镗孔至尺寸38.5,并jin镗孔至尺寸40H7,粗糙度1.6。09滚 齿以 40H7孔为基准,滚齿加工外齿。保证齿部粗糙度3.210钳工去滚齿后翻边毛刺11线切割以 40H7孔为基准,割键槽,保证120.031,对称度0.02,粗糙度3.2。12终检按零件图检所有尺寸方案2通过对比以上两个工艺路线方案,由于方案2采用插齿加工,其效率较低,而方案1采用滚齿,效率较高。而且方案1的拉键槽效率比线切割块。因此,最终优选方案1.第三章 设备及刀具、尺寸余量的确定上一节已对零件的加工工艺做了详细的叙述并最终确定了工艺方案。“工欲善其事,必先利其器”,同样设备及刀具的选取也是影响零件加工精度及效率的重要关键部分,现根据具上述工艺及零件要求选择加工设备及刀具。1、 根据零件图纸中技术要求及机械加工工艺要求,确定本次加工用设备采用数控设备,具体如下表3.1-1 加工设备表:表3.1-1 各工序加工用设备表工序号工序名称设备备注02车CA614003车CA614004车CA614005车CA614006车CA614007车CA614008镗T61609滚齿YB312011线切割DK77152、 俗话说“三分手艺、七分刀”可以看出刀具在机械加工过程中的重要意义。设备的使用结合良好的刀具,对零件的表面质量起到至关重要的作用。本次刀具使用见下表 表3.2-1各工序刀具表:表3.2-1 各工序刀具表工序号工序名称加工方式刀具表备注30车车削端面车刀、中心钻02车车削端面车刀、中心钻03车车削外径车刀04车车削外径车刀05车车削外径车刀06车车削外径车刀07车车削外径车刀08镗镗削镗刀09滚齿通用滚刀11线切割电加工钼丝3、根据零件毛坯、加工精度、表面粗糙度来确定机械加工的余量,具体如下:表3.3-1 外径110mm加工余量表工艺路线工序余量/mm经济精度工序尺寸及偏差/mm表面粗糙度毛坯2.50.51150.250半精车0.75IT81133.2精车0.25IT6110h101.6表3.3-2 外径72mm加工余量表工艺路线工序余量/mm经济精度工序尺寸及偏差/mm表面粗糙度毛坯19.50.5740.550半精车0.75IT873.53.2精车0.25IT6721.6表3.3-3 孔56mm加工余量表工艺路线工序余量/mm经济精度工序尺寸及偏差/mm表面粗糙度粗车250.25012.5半精车0.75IT854.53.2精车0.25IT6561.6表3.3-4 孔40H7mm加工余量表工艺路线工序余量/mm经济精度工序尺寸及偏差/mm表面粗糙度毛坯190.51100.550粗车10.2380.212.5半精车0.75IT839.53.2精车0.25IT6401.6第四章零件切削参数的计算工序20:车,粗车零件右端端面、加工中心孔:设备选用CA6140型卧式车床,根据本次切削方式及切削部位,采用刀具为端面车刀4mm中心钻,刀具结构采用焊接式;根据零件材料刀片材料为YT15材质。具体切削参数如下分析计算:1、 端面切削:确定切削速度:切削速度为:;进给量为:;切削余量为选为2mm。计算主轴转速:根据公式计算得:;根据零件精度及设备参数取转速为:;实际切削速度:根据转速计算得:;计算切削时间:根据本次切削方式及切削部位分析,本次为车削加工,切削部位长度为72/2=36mm,查表结合刀具得本次过切量及入切量为5mm,即本次总切削量为36+5=41mm;根据公式计算得:;2、 加工中心孔:根据本次零件要求需加工中心孔,这样加工便于后续加工及保证零件精度;刀具采用4mm A型中心钻。确定进给量及切削速度:切削速度为:;由于采用普通机床,切削余量为选择4.25mm;计算主轴转速:根据公式计算得:;根据零件精度及设备参数取转速为:;实际切削速度:根据转速计算得:;工序30:车,粗车零件左端端面、加工中心孔:设备选用CA6140型卧式车床,根据本次切削方式及切削部位,采用刀具为端面车刀4mm中心钻,刀具结构采用焊接式;根据零件材料刀片材料为YT15材质。具体切削参数如下分析计算:1、端面切削:确定切削速度:切削速度为:;进给量为:;切削余量为2mm。计算主轴转速:根据公式计算得:;根据零件精度及设备参数取转速为:;实际切削速度:根据转速计算得:;计算切削时间:根据本次切削方式及切削部位分析,本次为车削加工,切削部位长度为72/2=36mm,查表结合刀具得本次过切量及入切量为5mm,即本次总切削量为36+5=41mm;根据公式计算得:;2、加工中心孔:根据本次零件要求需加工中心孔,这样加工便于后续加工及保证零件精度;刀具采用4mm A型中心钻。确定切削速度及进给:切削速度为:;切削余量为4.25mm;计算主轴转速:根据公式计算得:;根据零件精度及设备参数取转速为:;实际切削速度:根据转速计算得:;工序40:粗车零件右端面及外径设备选用CA6140型卧式车床,根据本次切削方式及切削部位,采用刀具为外径车刀,刀具结构采用焊接式;根据零件材料刀片材料为YT15材质。具体切削参数如下分析计算:确定切削速度:查切削用量简明手册得:切削速度为:;进给量为:;已知本次为粗加工,根据本次切削余量为213.5mm,本次为粗加工,余量为单面1mm,即本次切削余量为13.5-1=12.5,根据设备结构分三刀满足零件要求。计算主轴转速:根据公式计算得:;根据零件精度及设备参数取转速为:;实际切削速度:根据转速计算得:;计算切削时间:根据本次切削方式及切削部位分析,本次为车削加工,切削部位为两处,直径70mm处长度为25mm,因加工雨量不大采用一次加工;直径为47mm处长度174mm,根据上述描述为三刀加工,查表结合刀具得本次过切量及入切量为10mm;根据公式计算得:;后工序5090均为车削加工,设备相同,计算参数基本一致,在此不做详细计算,具体计算参考工序40。工序100:镗孔至尺寸根据本次加工方式,采用设备为T616型卧式镗床,根据本次加工孔径刀具采用镗刀4mm、8mm、9mm,具体切削参数如下:1、 粗镗38mm(通)确定切削速度:查切削用量简明手册得:切削速度;进给速度为:;根据公式得:,根据机床参数选取主轴转速为:;计算实际切削速度:;计算切削时间:已知零件加工深度为20.4mm,查切削用量简明手册得:过切量及如切量为:;即本次切削长度为:;数量为3;根据切削时间公式得:。2、 镗孔40H7mm确定切削速度:查切削用量简明手册得:切削速度;进给速度为:;根据公式得:,根据机床参数选取主轴转速为:;计算实际切削速度:;计算切削时间:已知零件加工深度为11.5mm,查切削用量简明手册得:过切量及如切量为:;即本次切削长度为:;数量为3;根据切削时间公式得:。第五章零件专用夹具的设计在批量生产过程中,为了提高生产效率,保证零件的加工质量,降低操作者的劳动强度,因此设计加工定位专用夹具。根据本次毕业设计要求,需设计加工零件钻孔专用夹具,根据工艺规程得知本次加工工序为工序100,设备采用T616卧式镗床。5.1设计保证要求5.2 夹具设计定位基准根据要求本次设计钻孔专用夹具;根据工序安排,该工序为工序100,位于总加工的最后工序;根据本次零件结构及加工过程。根据零件孔要求数量为三处均匀分布于零件外径68mm端面处,且与轴线呈12。本次夹具设计采用外径定位确定零件的轴线,确定零件轴线;夹紧方式采用手动锁紧。5.3 夹具整体设计为了提高劳动生产,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。下面即为镗床夹具(镗40H7内孔)的专用夹具,本夹具将用于T616卧式镗床。本夹具无严格的技术要求,因此,应主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,精度不是主要考虑的问题。其具体见下图 图5.3 夹具装配图:5.4夹具体的设计本夹具如图所示,是工序一、六,即用T68卧式镗床加工40内孔,采用专用夹具进行加工。该零件加工精度要求最高的是中间40 的内孔,且其余加工面都与该孔有关,因此在该孔时以56内孔为定位基准,保证同轴度。工序一,先对40内孔进行粗加工。到工序六时,零件的两个端面已经粗加工过,选左侧端面和56内孔为定位基准,定位中选用了一个A型可换定位销和一支承板限制零件的自由度,可换定位销直径为26,为一个短销,可以限制两个自由度,夹具侧板限制三个自由度。5.5 切削力及夹紧力的计算 刀具:硬质合金镗刀YT5。 根据切削用量简明手册表1.29查得:主切削力Fc=CFcapXFcfyFcVnFckFc径向切削力Fp=CFpapXFpfyFpVnFpkFp轴向力Ff=CFfapXFffyFfVnFfkFf 其中CFc=2795,XFc =1.0, yFc=0.75, nFc=-0.15; CFp=1940, XFp=0.9, yFp=0.6, nFp=-0.3;CFf =2880, XFf=1.0, yFf=0.5, nFf=-0.4;ap=1.5mm,f=0.74mm/r,V=500r/min。 可得: Fc=27951.51.00.740.75500-0.5=1316.9N Fp =19401.50.90.740.75500-0.3500=361.5N Ff=22801.51.00.740.5500-0.4=244.9N 根据切削用量简明手册1.29-1、1.29-2查得修正系数k 得: Fc=1316.91.0220.94=1265N Fp=361.51.0420.77=290N Ff=244.91.031.11=280N根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况,找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态,按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠,再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值,即:Wk=WK 式中:Wk-实际所需夹紧力 K-安全系数 K-在一定条件下,由静力平衡计算出的理论夹紧力其中,K=K0K1K2K3K3K5K6 K0考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数K1加工性质K2刀具钝化程度K3切削特点、K4夹紧力的稳定性K5手动夹紧时的手柄位置K6仅有力矩时工件回转时工件与支承面接触的情况根据机床夹具设计手册表1-2-1可得:主切削力FcFC安全系数: K0=1.2,K1=1.2,K2=1.0, K3 =1.0,K4=1.3,K5=1.0,K6 =1.0 径向切削力Fc安全系数:K0=1.2,K1=1.2,K2=1.0, K3 =1.0,K4=1.3,K5=1.0,K6 =1.0轴向力Ff安全系数: K0=1.2,K1=1.2,K2=1.0, K3 =1.0,K4=1.3, K5=1.0,K6 =1.0所以,可以计算出: Kc=1.21.21.01.01.31.01.0=1.872 Kp=1.21.21.41.01.31.01.0=2.62 Kf=1.21.21.61.01.31.01.0=2.99若安全系数K的计算结果小于2.5时,取K=2.5。 所以,WC =2.51265=3162.5N WP=2902.62=760N Wf=2802.99=837N镗孔时的主切削力由定位面和夹紧力产生的摩擦力平衡,f1,f2 分别为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数,F=3162.5/0.5=6325N定位面和夹紧力产生的摩擦力远大于镗孔产生的径向切削力,镗床侧板作为轴向力的支承。5.6 定位误差的分析 为了满足工序的加工要求,必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差:e基+T 其中,e定= e不+e基镗孔时,工序基准与定位基准重合,因此 e不=0定位销与孔配合公差为H7/h6,定位销水平放置时:e基=1/2(TD+Td+Cmin)=1/2Cmax=0.022 按加工经济精度查表得=0.13 e定+=0.152FJ需。夹紧装置其实就是将被加工件固定在某一定位元件上便于加工,一般的夹紧装置分为手动锁紧、液压锁进等几种方式。夹紧装置可以分为动力装置、传动过渡装置和夹紧元件,在此套夹具中,传动过渡装置和夹紧元件合二为一。动力采用手动锁紧,通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧作用。查参考文献51226可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算:螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有:式中参数由参考文献5可查得:螺旋夹紧力:该夹具采用夹紧机构, 由上述计算易得: 由计算可知所需实际夹紧力不是很大,为了使其夹具结构简单、操作方便,决定选用手动螺旋夹紧机构。总结通过本次设计,内心感受颇深,设计式对我梦对所学的一项检验及和考核,是一次实践与理
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