联轴器箱体机械加工工艺规程及专用钻床夹具设计 精品.doc

一、设计题目: 联轴器箱体机械加工工艺规程及专用钻床夹具设计第一节 联轴器的工艺分析一，联轴器的用途联轴器是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。二，联轴器的技术要求通过对该零件图的重新绘制，对设计尺寸，尺寸公差、技术参数进行了深入的分析后发现在零件的某些地方需要较细的表面粗糙度，各装配基面要求有一定的尺寸精度，否则会影响机械设备的传动性能和精度。因零件的结构比较简单，大部分工序在车床加工时只需要三爪卡盘，并加载适当的力即可定位。但是对于孔的加工要设计较复杂的夹具才能准确的定位，并保持适当的夹紧力。同时基准面的选择也是很重要的。在加工小轴端面时应选择大轴端面做粗基准，用铣刀铣出小轴表面，加工完后再用小轴端面作精基准加工大轴端面。加工孔时，由于直径较大，在加工过程应采用先钻削再镗削。注意在整个加工过程中，应尽量减少安装的次数，以减少安装时带来的安装误差。材料为HT200，制造方法为铸造。将改联轴器的全部技术要求列于表1-1中。表1-1 联轴器零件技术要求表加工表面尺寸及偏差/mm公差及精度等级表面粗糙度Ra/m形位公差/mm联轴器左端面1090 -0.3IT123.2联轴器右端面1090 -0.3IT126.380mm孔80H7IT71.690mm轴90H7IT71.610mm孔10+0.015 0IT71.6三，审查联轴器的工艺性分析零件图可知，联轴器两端面均要求切削加工，在轴向方向上均高于相邻表明，这样减少了加工面积。孔80和孔10mm的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度。另外，该零件除主要工作表面外，其余表面的加工精度均比较低，不需要高精度机床加工，通过铣削，钻床的粗加工就可以达到加工要求。而主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量的加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。四，确定联轴器的生产类型依设计题目知：Q=2000个/年，m=1件/台；结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%。代入公式（1-1）得N=2000*1*（1+3%）*（1+0.5%）=2070.3个/年设联轴器箱体重量5kg，有表1-3知，属于轻零件；由表1-4知，生产类型为中批量生产。第二节 确定毛坯，绘制毛坯简图一，选择毛坯该零件的材料为HT200，零件为中批生产、结构简单，在使用过程中，它的主要作用是传递力矩，受到的冲击不是很大用铸造的方法。HT200铸铁材料是最常见的材料，其优点是：容易成型，切削性能好，价格低廉，且吸振性好。为了得到较好的强度和表面硬度，可在加工过程中进行调质处理，淬火，同时为了消除内应力对工件的影响，可进行适当的人工时效处理（如果需要的话）。从提高生产率、加工精度方面并在生产条件许可的条件下，还可以采用一般机器造型的振压式或高压造型中的脱箱射压法，这里采用上采用砂型机器造型的振压式来制造零件的轮廓。二，确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量由表2-102-12可知1 公差等级 由联轴器的功用和技术要求，确定改零件的公差等级为普通级。 2 铸铁重量 已知机械加工后联轴器的重量为5kg，由此可初步估计机械加工前铸铁毛坯的重量为6kg。3 铸铁形状复杂系数 对联轴器零件图进行分析计算，可大致确定铸铁外廓包容体的长、宽度、和高度，即l=134mm，b=96mm，h=120mm；由公式可计算出该联轴器箱体的形状复杂系数S=mt/mn=6/（lbhp）=6kg/（134mm*96mm*120mm*7.8*10-6kg/mm3）=0.498由于0.498介于0.32到0.63之间，故该联轴器箱体的形状复杂系数属S2级。4 铸铁材质系数 由于该联轴器箱体材料为HT200，故该材质系数属M1级 5 分模线形状 根据该联轴器箱体的形位特点，属平直分模线。6 零件表面粗糙度 由零件可知，该联轴器箱体的各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6m。根据上述因素，可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于表1-2中。表1-2 联轴器箱体铸造毛坯尺寸公差及机械加工余量铸件重量/kg包容体重量/kg形状复杂系数材质系数公差等级612.1S2M1普通级项目/mm机械加工余量/mm尺寸公差/mm备注厚度1093.2（+2.4 -0.8）表2-1122.5（两端面分别取2和2.5）表2-13孔径802.5（+1.7 -0.8）表2-103表2-14轴径902.8（+1.9 -0.9）表2-103表2-14中心距114+ -0.3表2-12中心距100+ -0.2表2-12中心距76+ -0.3表2-12中心距70+ -0.3表2-12三，绘制联轴器箱体锻造毛坯简图第三节 拟定联轴器箱体工艺路线一，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。1 精基准的选择 根据该联轴器箱体技术要求和装配要求，选择联轴器左端面和孔80mm作为精基准，零件上很多表面都可以采用它们作基准进行加工，即遵循了基准统一原则。孔80的轴线是设计基准，选用其作为精基准定位加工10mm，实现了设计基准和工艺基准重合，保证了被加工表面的垂直度要求。选用联轴器左端面作为精基准同样是遵循了基准重合原则，以为该联轴器在轴向方向上的尺寸多以该端面作设计基准。2 粗基准的选择 作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺、或其他表面缺欠。选用80的外圆面和右端面作为粗基准。采用80mm外圆面定位加工内孔可以保证孔的壁厚均匀；采用右端面作为粗基准加工左端面，可以为后援工序准备好精基准。二，表面加工方法的确定根据联轴器箱体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1-3所示。表6-3 联轴器箱体零件各表面加工方案加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra/m加工方案备注左端面IT113.2粗铣-半精铣表1-8右端面IT126.3粗铣表1-8孔80mmIT71.6粗镗-精镗-粗铰-精铰表1-8轴90mmIT71.6粗车-半精车-精车表1-8孔10mmIY71.6钻-粗铰-精铰表1-8一，加工阶段的划分该联轴器箱体加工质量要求一般，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工两个阶段。精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣右端面、。在半精加工阶段，完成孔10mm的钻，铰加工。二，工序的集中与分散选用工序集中原则安排联轴器箱体的加工工序。该联轴器的生产类型为中批生产，可以采用普通机床；而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，有利于保证各表面之间的相对位置精度要求。三，工序顺序的安排3 机械加工工序 遵循先基准后其他原则，首先加工精基准联轴器左端面和孔80mm。 遵循先粗后精原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 遵循先主后次原则，先加工主要表面，再加工次要表面。 遵循先面后孔原则。4 热处理工序 模锻成型后切边，进行调质，并进行酸洗、喷丸处理。5 辅助工序 粗加工两端面和热处理后，安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序并安排去毛刺、清洗和终检工序。四，确定工艺路线在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表1-4列出了联轴器箱体的工艺路线。表1-4 联轴器箱体工艺路线及设备、工装的选用工序号工序名称机床设备刀具量具1粗铣联轴器箱体两端面立式铣床X51端铣刀游标卡尺2半精铣联轴器箱体左端面立式铣床X51端铣刀游标卡尺3粗镗-精镗-粗铰-精铰80mm孔四面组合钻床麻花钻、镗刀、铰刀卡尺、塞规4粗车-半精车-精车90mm轴普通车床车刀游标卡尺5钻、粗铰、精铰10mm孔四面组合钻床钻头复合铰刀卡尺、塞规6去毛刺钳工台平锉7中检塞规、百分表、卡尺等8热处理9清洗清洗机10终检塞规、百分表、卡尺等第四节 机床设备及工艺装备的选用一，机床设备的选用因零件的结构比较简单，大部分工序在车床加工时只需要三爪卡盘，并加载适当的力即可定位。二，工艺装备的选用工艺装备主要包括刀具、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。第五节 加工余量、工序尺寸和公差的确定一，工序1和工序2加工联轴器箱体两端面至设计尺寸的加工余量、工序尺寸和公差的确定第1、2两道工序的加工过程为：1）以右端面定位，粗铣左端面，保证工序尺寸P1；2）以左端面定位，粗铣右端面，保证工序尺寸P2；3）以右端面定位，半精铣左端面，保证工序尺寸P3，达到零件图设计尺寸D的要求，D=1090 -0.3mm。1）P3= D=1090 -0.3mm；2）P2=P3+Z3，其中Z3为半精铣余量，查表2-38确定Z3=1mm，则P2=（109+1）mm=110mm。由于工序尺寸P2是在粗铣加工中保证的，查表1-20知，粗铣工序的经济加工精度等级柯达到右端面的最终加工要求IT12，因此确定该工序尺寸公差为IT12，其公差值为0.35mm，故P2=（110 + - 0.175）mm；3）因为P1=P2+Z2，其中Z2为粗铣余量，由于右端面的加工余量是经粗铣一次切除的，故Z2应等于右端面的毛坯余量，即Z2=2mm，P1=110+2=112mm。由表1-20确定应粗铣工序的经济加工精度等级为IT13，其公差值为0.54mm，故P1=（112 + - 0.27）mm。所以工序尺寸按入体原则表示：P3=1090 -0.3mm，P2=110.1750 -0.35mm，P1=112.270 -0.54mm。二，工序3粗镗-精镗-粗铰-精铰80mm孔的加工余量、工序尺寸和公差的确定查表2-19可得，精铰余量为0.1mm，粗铰余量为0.4mm，精镗余量为1.5mm，粗镗余量为4mm，查表1-20可知上述对应的加工精度，精铰：IT7，粗铰：IT8，精镗：IT11，粗镗：IT12。综上所述各工步的工序尺寸及公差为80+0.03 0，79.9+0.046 0，79.5+0.19 0，78+0.3 0。它们的互相关系如图。三，工序4粗车-半精车-精车90mm轴的加工余量、工序尺寸和公差的确定查表2-162-21可知粗车余量为4mm，半精车余量为1.5mm，精车余量为0.5mm。对应加工精度为IT11，IT9，IT7。综上所述各工步的工序尺寸及公差为920 -0.35，90.50 -0.087，900 -0.03。四，工序5钻、粗铰、精铰10mm孔的加工余量、工序尺寸和公差的确定查表2-28可知，精铰余量为0.04mm，粗铰余量为0.16mm，钻孔余量为9.8mm。差表1-20可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为IT7，IT10，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0.015mm，0.058mm，0.015mm。综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为10+0.015 0，9.96+0.058 0，9.8+0.15 0。它们如图。第六节 切削用量、时间定额的计算一，切削用量的计算1工序1粗铣两端面 该工序分两个工步，工步1是以右端面定位，粗铣左端面；工步2是以左端面定位，嘘唏右端面。由于这两个工步是在一台机床上经一次走到完成，因此它们所选用的切削速度v和进给量f是一样的，只有背吃刀量不同。（1） 背吃刀量的确定 工步1的背吃刀量ap1取Z1，Z1等于左端面的毛坯总余量减去工序2的余量Z3。故ap2=2mm。（2） 进给量的确定 表5-7知，按机床功率为510kw、工件夹具系统刚度为中等条件选取，所以f=0.08mm/z。（3） 铣削速度的计算 n=1000v/d=1000*44.9/*109=131.2r/min，参照4-15去转速n=160r/min，求实际速度v=160*109/1000=54.76m/min。2工序2半精铣左端面（1） ap=1mm。（2） f=0.4mm/r。（3） n=1000*48.4/*109=141.4m/min。取转速n=160r/min，实际速度v=160*109/1000=54.8m/min。3工序3粗镗-精镗80mm孔1粗镗工步（1） 背吃刀量ap=4mm。（2） 进给量f=0.5mm/r。（3） 切削速度v=30m/min，由n=1000v/d可求n=122.5 m/min，取n=125 r/min，实际速度v=125*78/1000=30.6 m/min。2.精镗工步（1） 背吃刀量ap=1.5mm。（2） 进给量f=0.2mm/r。（3） 切削速度v=20m/min，由n=1000v/d可求n=80.1m/min，取n=80 r/min，实际速度v=80*79.5/1000=19.97 m/min。3.粗铰工步（1） 背吃刀量ap=0.4mm。（2） 进给量f=1.5r/mm。（3） 切削速度v=4m/min，由n=1000v/d可求n=15.9m/min，取n=18 r/min，实际速度v=18*79.9/1000=4.5 m/min。4.精铰工步（1）背吃刀量ap=0.1mm。（2）进给量f=1.5r/mm。（3） 切削速度v=4m/min，由n=1000v/d可求n=15.9m/min，取n=18 r/min，实际速度v=18*79.9/1000=4.5 m/min。4工序4粗车-半精车-精车90mm外圆1.粗车工步（1）背吃刀量ap=4mm。（2）进给量f=0.8r/mm。（3） 切削速度v=10m/min。2.半精车工步（1）背吃刀量ap=1.5mm。（2）进给量f=0.4r/mm。（3） 切削速度v=10m/min。3.精车工步（1）背吃刀量ap=0.5mm。（2）进给量f=0.2r/mm。（3） 切削速度v=20m/min。5工序5钻、粗铰、精铰10mm孔1.钻孔工步（1）背吃刀量ap=9.8mm。（2）进给量f=0.1r/mm。（3） 切削速度v=15m/min，由n=1000v/d可求n=487.5m/min，取n=545 r/min，实际速度v=545*9.8/1000=16.8 m/min。2.粗铰工步（1）背吃刀量ap=0.16mm。（2）进给量f=0.4r/mm。（3） 切削速度v=4m/min，由n=1000v/d可求n=127.4m/min，取n=140 r/min，实际速度v=140*9.96/1000=4.4 m/min。3.精铰工步（1）背吃刀量ap=0.04mm。（2）进给量f=0.4r/mm。（3） 切削速度v=4m/min，由n=1000v/d可求n=127.4m/min，取n=140 r/min，实际速度v=140*10/1000=4.4 m/min。二，时间定额的计算1基本时间tm的计算（kr=15 ）（1） 工序1粗铣两端面 根据表5-43中面铣刀铣平面的基本时间计算公式tj=（L+L1+L2）/fMz可求出该工序的基本时间。工步1：L=96mm，L2=1mm，L1=0.5（d-（d-ae）+1=【0.5*（109-109-96）+1】mm=29.7mm。 fMz=f*n=fz*Z*n=0.08*10*160=128mm/min。由tj=（L+L1+L2）/fMz， 则tj=（96+1+29.7）/128=59.4s。工步2：L1=0.5*（109-109-（134-90）+1）=5.6mm，所以tj1=（96+1+5.6）/128=48.1s。（2） 工序2半精铣左端面 同理，L=96，L1=29.7，L2=1mm；fMz=f*n=0.4*160=64mm/min则tj=（L+L1+L2）/fMz=（96+1+29.7）/64=118.8s。（3） 工序3粗镗-精镗-粗铰-精铰80mm孔粗镗工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=2mm，L1=ap/tankr+（23）=9.5mm，L2=35mm，L=15mm，f=0.5mm/r，n=125r/min。则tj=（9.5+4+15）/0.5/125=27.4s。精镗工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.75mm，L1=ap/tankr+（23）=4.8mm，L2=35mm，L=15mm，f=0.2mm/r，n=80r/min。则tj=（4.8+4+15）/0.2/80=89.3s。粗铰工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.2mm，查5-42表可得L1=0.75mm，L2=28mm，L=15mm，f=1.5mm/r，n=18r/min。则tj=（0.75+28+15）/1.5/18=97.2s。精铰工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.05mm，查5-42表可得L1=0.19mm，L2=13mm，L=15mm，f=1.5mm/r，n=18r/min。则tj=（0.19+13+15）/1.5/18=62.6s。（4） 工序4粗车-半精车-精车90mm轴 粗车工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=2mm，L1=ap/tankr+（23）=9.5mm，L2=35mm，L=5mm，f=0.8mm/r，n=10r/min。则tj=（9.5+3+5）/0.8/10=131.25s。半精车工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.75mm，L1=ap/tankr+（23）=4.8mm，L2=35mm，L=5mm，f=0.4mm/r，n=10r/min。则tj=（4.8+3+5）/0.4/10=192s。精车工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.25mm，L1=ap/tankr+（23）=2.9mm，L2=35mm，L=5mm，f=0.2mm/r，n=20r/min。则tj=（2.9+3+5）/0.2/20=163.5s。（5） 工序5钻、粗铰、精铰10mm孔钻孔工步：根据表5-41，tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，可得L1=D/2cotkr+（12）=19.7mm，L2=1mm，L=8mm，f=0.1mm/r，n=545r/min。则tj=（19.7+1+8）/0.1/545=31.6s。粗铰工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.08mm，查5-42表可得L1=0.37mm，L2=15mm，L=8mm，f=0.4mm/r，n=140r/min。则tj=（0.37+15+8）/0.4/140=25s。精铰工步：tj=L/fn=（L+L1+L2）/fn，ap=（D-d）/2=0.02mm，查5-42表可得L1=0.19mm，L2=13mm，L=8mm，f=0.4mm/r，n=140r/min。则tj=（0.19+13+8）/0.4/140=22.7s。2辅助时间tf的计算（1） tf与基本时间tj之间的关系为tf=（0.150.2）tj，取tf=0.15tj，则工序的辅助时间分别为：工序1工步1：tf=0.15*59.4s=8.91s；工步2：tf=0.15*48.1s=7.22s；工序2：tf=0.15*118.8s=17.82s；工序3粗镗：tf=0.15*27.4s=4.11s；工序3精镗：tf=0.15*89.3s=13.40s；工序3粗铰：tf=0.15*97.2s=14.58s；工序3粗镗：tf=0.15*62.6s=9.39s；工序4粗车：tf=0.15*131.25s=19.69s；工序4半精车：tf=0.15*192s=28.8s；工序4精车：tf=0.15*163.5s=24.52s；工序5钻孔：tf=0.15*31.6s=4.74s；工序5粗铰：tf=0.15*25s=3.75s；工序5精铰：tf=0.15*22.7s=3.4s；3其他时间计算除了作业时间以外，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终结时间。布置工作地时间tb和休息与生需要时间tx，（tb+tx）=（3%+3%）*（tj+tf）则工序1工步1：tb+tx=6%*（59.4+8.91）=4.1s；工序1工步2：tb+tx =6%*（48.1s+7.22s）=3.3s；工序2：tb+tx =6%*（118.8s+17.82s）=8.2s；工序3粗镗：tb+tx =6%*(27.4s+4.11s）=1.9s；工序3精镗：tb+tx =6%*(89.3s+13.40s）=6.2s；工序3粗铰：tb+tx =6%*(97.2s+14.58s）=6.7s；工序3精铰：tb+tx =6%*(62.6s+9.39s）=4.3s；工序4粗车：tb+tx =6%*(131.25s+19.69s）=9.1s;工序4半精车：tb+tx =6%*(192s+28.8s)；=13.3s；工序4精车：tb+tx =6%*(163.5s+24.52s) =11.3s；工序5钻孔：tb+tx =6%*(31.6s+4.74s) =2.2s；工序5粗铰：tb+tx =6%*(25+3.75s) =1.7s；工序5精铰：tb+tx =6%*(22.7s+3.4s) =1.6s；4单件时间tdj的计算工序1的单件时间：tdj=59.4+8.91+4.1s+48.1s+7.22s+3.3=131.03s；工序2的单件时间：tdj=118.8s+17.82s+8.2s=114.82s；工序3的单件时间：tdj=33.41s+108.9+118.48+76.29=337.08s；工序4的单件时间：tdj=160.04+234.1+199.32=593.46s；工序5的单件时间：tdj=38.54+30.45+27.7=96.69s；第七节 镗孔夹具设计1 研究原始质料利用本夹具主要用来加工孔，加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足两孔轴线间公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。2 定位、夹紧方案的选择由零件图可知：在对孔进行加工前，底平面进行了粗、精铣加工，孔进行了钻、扩、铰加工。因此，定位、夹紧方案选一面两销定位方式，夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。3切削力及夹紧力的计算镗刀材料：（硬质合金镗刀）刀具的几何参数： 由参考文献5查表可得：圆周切削分力公式： 式中 查5表得： 查5表 取 由表可得参数： 即：同理：径向切削分力公式 ： 式中参数： 即：轴向切削分力公式 ： 式中参数： 即：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：