内齿圈成组数控加工工艺及其钻床夹具设计

内齿圈成组数控加工工艺及其钻床夹具设计摘 要成组技术是把相似的问题归类成组，寻求解决这一组问题相对统一的最优方案，以取得所期望的经济效益。在本次设计中的零件为内齿圈，应用成组技术原理对零件进行分类编码，结果得到 4 种零件编码而且编码相同，所以可以在应用成组技术加工时将其编为一组。编码相同也就是形状特征相同，所以可以编制出一套相同的加工工艺组织生产这批零件。在本次的夹具设计中主要设计成组钻床夹具设计，由于 4 个零件的外型相似可以在此夹具中加工，由于尺寸不同、孔的位置度不一样，可以通过钻模和齿轮齿条来调节左右和上下的位置，用分度台来保证孔的各个位置。内齿轮的外形加工主要在车床上加工，其精加工在 CK6150 上加工，而且为了方便操作还编制了数控宏程序（数控车的程序） 。通过自己对成组技术的学习及其应用，对这门学科有了深入的了解。在对工艺编制和数控程序的编制、夹具的设计也有了明显的提高。得出了一些经验教训，也都做了粗浅的分析和总结。对以后在工作中也是一次锻炼的机会。关键词：成组技术，分类编码，位置度，宏程序Gear group within NC machining and drillingFixture DesignABSTRACTGroup technology is similar to the problem fall into a group seeking solutions to the problems relatively uniform group the best option, to achieve the desired economic results. In the current design of the components within the ring gear, Group Technology Application of the principle components classification coding, Results of four parts coding and coding the same, the application of group technology at its processing classified as a group. Coding is the same as the shape of the same, it can produce the same set of processing production of these parts. In the current design of the fixture design group drilling fixture design, As the four components of similar appearance in this fixture can be processed, due to size, the hole location was not the same, through Jig gear rack and about to regulate the location and the next, with hours of Taiwan to ensure that the various hole locations. Gear appearance in the main processing lathe machining, finishing in CK6150 processing, And to facilitate the operation has produced a NC - (NC procedures).Through their own group to study the technology and its applications, this subject has in-depth understanding. Process for the preparation of the NC program and the establishment of the fixture design also has increased noticeably. Draw some lessons have done a very shallow analysis and summary. Right after the work is also a training opportunity.Keywords : Group technology, Coding, Location, Macro 前 言成组技术是近几年来国内外机械制造领域内得到迅速发展的另一种加工方式，通过成组技术的应用可以解决中小批量的零件加工，也是实现各种柔性制造方式并使之获得最优的技术经济效益的重要学科。本次毕业设计的题目是内齿轮成组数控加工艺及其钻床夹具设计，是银川起重机厂有关齿套类零件的成组数控加工工艺的设计课题的一部分。既然选择了这个设计的课题，就要知道成组技术的基本原理，理解现代的加工技术和典型的机加工工艺。应用成组技术来解决这个课题，通过编码分类来编制出形状相似的零件我为一组，来编制出相近的一套加工工艺，不需要单独对每个零件去编制工艺，这样可以降低成本，节约时间，提高生产效率。在加工中小批量的零件时，采用成组夹具，其夹具的范围可以针对相似的零件进行设计，这样减少专用夹具的设计，既省材料，又省时间，范围也很广。如本次设计的成组夹具，不仅针对内齿圈上分布的若干个孔进行加工，而且还能加工类似于内齿圈的回转体。实心的回转体在本夹具中还能以外圆定位，这样大大减少了调整时间。在本次设计中有的工序是要在数控机床上加工的，应用成粗技术，编制了成组数控加工程序，此设计的内容及方向对工厂的生产加工是有积极的意义的。在设计中也参考了许多的文献和资料，并对这些文献、资料加以学习，应用这些所讲的东西并且结合自己所想的、所理解的，编写了成组技术在本次设计中的应用。成组技术不仅是现有企业为适应多品种生产进行技术改造的有效手段，也是为实现企业高度现代化而采用高技术的一个重要基础 。毕业设计是综合运用所学的知识的训练过程，也是对自我学习能力的检验和创新能力、实践能力及创业精神的重要环节。由于知识水平有限，设计经验不足，设计中会出现不少错误，也诚恳希望老师和同学批评指正。目 录摘要 .1前言 .1第一章成组技术简介 .71-1 成组技术概述 .71-2 零件分类编码系统在成组技术中的应用 .101-3 零件分类系统实例分析 .13第二章零件的作用和结构工艺性分析及系统编码组 .162-1 零件的工艺性分析 .162-2 应用 OPITZ 编码系统对零件进行编码分组 .18第三章成组加工工艺设计 .213-1 生产类型的确定 .213-2 毛胚的选择及零件的加工工艺设计 .22第四章成组夹具设计 .324-1 夹具设计 .324-2 成组夹具设计 .334-3 成组夹具的设计内容 .344-4 导向装置 .38第五章数控加工程序编制 .405-1 数控机床的构成与工作原理 .405-2 数控编程 .405-3 数控宏程序 .42总结 .49参考文献 .50第一章 成组技术简介1-1成组技术概述1-11 成组工艺的概念在现代机械工业中，多品种、中小批量生产占的比重很大，其特点是，在一个企业中，产品的品种多，而批量很小。在“批量法则”的主导下，使这类生产性质的企业，一直沿用着传统和落后的技术和经营方式，这样就形成了周期长、效率低、成本高、质量差和经营管理混乱等缺点。为了提高生产率、缩短生产周期和降低成本，逐渐推广采用成组工艺。所谓成组工艺，就是把结构、形状和尺寸相似，而加工工艺又相近的不同产品中的零件，规划为一组（或一族），并为该组（族）零件制定典型的工艺过程及设计继承性、可调性的工艺装备。由于采用成组工艺，扩大了批量，使多品种、中小批量生产的企业，可以把经济合理地采用先进工艺方法和高效率的自动化或机械化的工艺装备。1-12 成组技术的基本原理及其经济效益在机械制造中，小批量生产占较大的比重，各类机器的生产大约70%80%属于单件、小批量生产。由于国内外市场竞争日益加剧和科技飞跃发展，要求产品不断改进和更新，因此预计多品种、小批量方式的比重今后将有继续增长的趋势。统计资料表明，我们国家的机械工业亦有此发展趋势。我国机械制造业也正朝着品种逐渐增多，批量逐渐减少的方向发展，这是适应当前对机械产品需求多样化的发展趋势的。回顾传统的做法，则是习惯于对每个事物采取孤立的原则和方法去解决相似 或相同的问题。结果，必然导致不必要的多样化和重复性。例如：相同或相似功能的零部件，或者将其结构设计得完全不同，或者将其工艺编制成截然不同，这就是相同或相似功能零部件的结构和工艺的多样化；或者不断重复设计出完全相同的结构，不断重复编制出完全相同的工艺，这就是相同或相似功能零部件的结构和工艺的重复性。多样性将导致生产和管理的复杂化，而重复性则是徒然浪费资源。因此，如何摆脱小批量、多品种所造成的困境，而使之获得接近大批量生产的经济效益是一个很值得重视的技术问题。为此，近代在组织上、技术上提出了不少措施和办法，例如，生产专业化、产品设计的三化（标准化、系列化及通用化）及模块化数控机床及加工中心的应用等等，这些都取得了一定的效果，但都有局限性。成组技术的科学理论及其实践表明，它能从根本上解决生产中由于品种多、产量小而带来的矛盾。成组技术（GT-Group Technology）是一门生产技术科学，研究如何识别和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它，即把相似的问题归类成组，寻求解决这一组问题相对统一的最优方案，以取得所期望的经济效益。成组技术应用于机械加工方面，乃是将多种零件按其工艺的相似性分类以形成零件族，把同一零件族中零件分散的小生产量汇集成较大的成组生产量，从而使小批生产能获得接近于大批生产的经济效果。根据以上所述，可以把成组技术的原理归结为：依靠设计标准而有效地保持不同产品之间的结构-工艺继承性；通过工艺标准化而充分利用零部件之间的结构-工艺相似性。结构-工艺继承性是设计标准化的前提，结构-工艺相似性则是工艺标准化的基础。就方法论的角度来看，成组技术不啻是一种杂乱无章事物合理化、系统化、标准化的有效方法。成组技术的基本原理是符合辩证法的，所以它可以作为指导生产的一般方法。实际上，人们很早经来已应用成组技术的哲理指导生产实践，诸如生产专业化、零部件标准化等皆可以认为成组技术在机械工业中的应用。现代发展了成组技术已广泛应用于设计、制造和管理等各个方面，并取得了显著的效果。成组技术基本原理既然是要求充分认识和利用客观存在着的有关事物的相似性，所以按一定的相似性标准将有关事物归类成组是实施成组技术的基础。目前，将零件分类成组常用的方法有：（1）视检法；（2）生产流程法；（3）编码分类法。视检法是由有生产经验的人员通过对零件图纸仔细阅读和判断，把具有某些特征属性的一些零件归结为一类。它的效果主要取决于个人的生产经验，多少带有主观性和片面性。生产流程法（PFAProbucfion FIow Anaiysis）是以零件生产流程为依据的。为此，需要有较完整的工艺流程及生产设备明细表等技术文件。通过对零件生产流程的分析，可以把工艺过程相近的，即使用同一组机床进行加工的零件归结为一类。采用此法分类的正确性是分析方法以及所依据的工厂技术资料有关。虽然，采用此法可以按工艺相似性将零件分类，以形成加工族。按编码分类法，首先需要将待分类和诸零件进行编码，即将零件的有关设计、制造等方面的信息转译为代码（代码可以是数字或数字、字母兼用）。为此，需选用或制定零件分类编码系统。由于零件有关信息的代码化，将有助于应用计算机辅助成组技术的实施。具统计成组技术能使产量提高成本降低，同时又使固定资产库存资金和流动资金统统减少。因此，最终能使投资回收率增大。这就足以证明成组技术的经济效益十分显著。在促使企业生产合理化和现代化的综合改造中，成组技术无疑是一条投资小而效益大的首选综合改造途径。1-1.3成组技术的发展成组技术是 50 年代由前苏联 c.n.米特洛方诺夫首先提出来的。当时称作“成组技术”，主要用于零件的机械加工方面。米氏在工作中就发现由于产品品种和规格繁多、批量较小、产品更新频繁，使得工艺准备工作十分繁重。但经过仔细分析和观察，在机床加工零件时，零件具有一定的结构-工艺相似性。如果把这些相似的零件归并成组，则同组零件的工艺过程便可进一步统一，然后有可能按照统一的工艺过程设计共用的凸轮，共用的刀具布置，并进行统一的调正。这样就能显著节约工艺准备时间，节约制造资源，节约因更换加工对象所花的调整时间。50 年代末，成组技术初级阶段的成组加工迅速在前苏联以及东欧获得推广应用。与此同时，成组加工也被传播到西欧。原来米氏只是把成组加工局限在机械加工领域，及至 50 年代末，却逐渐从机械加工延伸到其他更加广泛的领域。因此，成组加工也旋即改称为成组工艺。60 年代初到 60 年代中期由原捷克斯伐克的卡洛茨和英国的伯别奇提出了分类编码系统及提出了生产流程分析原理，借此找出工艺相似的零件组，以建立与 之对应生产单元，从而使企业的物流路线和生产流程更趋合理，有效的解决了多工序零件的成组加工问题，特别是生产管理问题。由此而使成组工艺进一步发展成为一种把生产技术与组织管理揉合成一体的综合技术成组技术。通过世界各国具体而深入地应用和研究成组技术，极大地丰富和发展了米氏的原理，而使这更瑧完善。今天，成组技术已成为生产合理化和现代化的一项基础技术。1-2零件分类编码系统在成组技术中的作用 1-2.1零件分类编码系统概述零件分类编码系统已经成为成组技术原理的重要组成部分，也是有效实施成组技术的重要手段，因此在实施成组技术的过程中，建立相应的零件分类编码系统，也就成为一项首要的准备工作。最早实施成组技术时并未采用零件分类编码技术，那时对零件的分选主要用视检法，显然这种方法比较粗略。为此，随着成组技术实践的深入和应用的需要，又提出了零件的分类编码技术和分类编码系统。就零件的分类编码理论而言，可以说至今还未完备。因此，世界上的零件分类编码系统层次不穷。但是，随着人们的不断实践和总结经验，产品零件的分类编码理论必将日益完善，从而终将出现比较典型的通用分类编码系统。1-2.2零件分类编码的作用零件分类是成组技术的基础，分类的合理与否直接影响到成组技术的效果，因此国外对成组技术的分类方法很重视。随着电子计算机和电子数据处理系统的发展，以采用电子计算机进行零件的分类和编码。其作用为：1）提高设计工作的标准化与合理化零件分类编码后，可建立零件图册，实现产品零件的标准化、合理化，与扩大零件通用化的程度，减少设计工作量。2）有助于工件分类归并成组（族），推行成组加工利用适宜的零件分类系统，可以划分零件组，制定成组零件的工艺路线，选择设备进行成组加工。3）有利于生产管理科学化利用分类编码系统，可借助计算机实现生产管理科学化和现代化。1-2.3零件分类原理和概念分类是欲使相似或相同事物聚合在一起，而却又使相异的事物彼此分开。它是人类认识客观世界的重要工具，是科学赖以生产的基础。分类系统是为达到一定分类目的和要求而采用的相应分类原理规则和步骤所构成的一个体系总称。目前国内外在实施成组技术中已经采用的分类系统为数甚多，归结起来有以下基本形式：1.按横向分类环节多少来分：（1）少环节分类系统 这类分系统的横向分类环节数量一般9 。主要适用于手工分类场合，以便记忆和实际使用。（2）多环节分类系统 这类分类系统的横向公分类环节数量都在9 。主要宜于采用计算机辅助分类。因为横向分类环节多则不便于人要记忆，所以易于发生分类差错.2按横向分类环节间的相互关系来分：（1）独立环节的分类系统 若系统内各横向分类环节这之间彼此完全独立而互不相干，则这样的横向分类环节便是独立环节。（2）关联环节的分类系统 一般地说，若系统中相邻横向分类环节之间有从属关系而相互关联，则这样的横向分类环节便称作关联环节。通常在关联环节中，都是后面一个横向分类环节从属于前面一个横向分类环节。（3）混合环节的分类系统 这种分类系统中的横向分类环节既有独立环节又有关联环节，因此属于兼有链式结构和树式结构的混合结构。3按分类系统的用途来分（1）供设计检索用的分类系统 这种系统的主要特点在于所选用的分类标志偏重在零件结构特征方面。（2）供工艺标准化用的分类系统 这种主要偏重零件的工艺特点。（3）设计与工艺兼顾的分类系统 目前许多分类系统都是制订成设计与工艺兼顾的。4按分类系统结构的表达形式分（1）表格式分类系统 这种用表格形式来表达的分类系统，是目前流行的表达形式。（2）决策树式分类系统 这是一种新的、有发展前途的表达形式。1-2.4零件的编码原理1编码的目的它是用规定的字符来代表复杂的概念2.编码的作用（1）用于简单的字符来代替对事物复杂的特征和属性概念的描述，因此可以利用计算机作分类处理。（2）便于信息的传输、存储和检索。（3）相同编码的信息可以避免重复存储。（4）便于共用数据库。3.编码所用代码的类型（1）用阿拉伯数字作代码（2）用英文字母作代码（3）数字-字母混合作为代码4选择代码的原则（1）紧凑性（2）易辨认性（3）具有用计算机处理的可能性1-3零件分类系统的实例分析1-3.1VUOSO零件分类编码系统VUOSO 零件分类编码是成组技术中最早出现的零件的零件分类编码系统。它是前捷克斯洛伐克金属切削机床研究所在 Koloc Dr.制定的。VUOSO 是十进制四位代码系统，有四个横向分类环节，每个横向分类环节下含十个纵向分类环节，其基本构成为：类 级 组型 基本环节 尺寸关系 形状要素 材料第一横向分“类”环节下，设有 8 个纵向分类环节。其中代码 15 供回转体（指一般回转体类和带齿形或键的回转体）零件用，6、7 供非回转体类（指不规则形体类和箱体类）零件用。8 则供其他工艺方法制成的零件用。0 和 9 空着可作备用。第二环节“级”主要用来区分零件的重量和大小。借此也同时描述零件的基本形状。有助于选择加工时所用的机床型号和装夹方法。第三环节“组”，主要是在上述两个分类环节所确定的零件基本形状的基础上，进一步描述零件结构形状的细节。第四环节“型”，主要用来表示零件所用的材料和毛胚种类，这是一个独立的环节，并不属于前面的横向分类环节。1-3.2 OPITZ零件分类编码系统OPITZ 系统是一个十进制的九位代码和混合结构分类编码系统。它由德国 Aachen 工业大学 H.Opitz 教授领导的机床和生产工程实验室所开发。其主要结构为： 零件类别码 形状尺寸码 辅助码：按是否回转体分类 ：外形尺寸要素 ：内形要素 ：材料平面加工：辅助孔及齿轮 ：主要尺寸：材料及热处理 ：毛胚原始材料及形状：精度1-3.3 KK-3零件分类编码系统KK-3 系统是由日本通产省机械技术研究所提出草案。复经日本机械振兴协会成组技术研究会下属的零件编码系统分多次讨论修改的结果。1-3.4 JLBM-1零件分类编码系统JLBM-1 系统是由我国机械工业部门为在机械加工中推行成组技术而开发的一种零件分类编码系统。这一系统经过先后四次修订已于1984 年正式作为我国机械工业部的技术指导资料。第二章 零件的作用和结构工艺性分析及系统编码2-1零件的工艺性分析2-1.1零件的作用法兰盘是一个统称，通常是指在一个类似盘状的金属体色的周边开上几个固定用的孔用于连接其它东西，它的作用是连接及传动。在此次设计内齿圈属于齿轮法兰盘系列，该产品是用于银川起重机厂的起重机的一个传动零件，该零件依靠内齿进行动力、力矩传动，故齿部要求淬火硬度达到 HRC33HRC38，其中孔 n-D8 要和别的零件配合而精度要求。图 2-1.1由于起重机设备的型号各不相同，所以用到的内齿圈有 4 种不同的系列的尺寸。如表 2-1.1图号 S31-72 S32-72 S33-72 S34-72D0 100h9 120h9 140h9 170h9D1 170 185 220 250D2 105 120 150 175D3 90H9 105H9 130H9 155H6D4 94H12 105H9 134H12 160H12D5 85 105 120 155D6 71H9 91H9 115.2H9 139.2H9D7 140 155 185 215nD8 6-13H9 6-13H9 6-17H9 8-17H9D9 11 11 14 14MZ 75 95 120 144M M6-6H M6-6H M8-6H M8-6HL0 55.5 72.5 87.5 111.5L1 22 23.5 24 29.5L2 2.3 2.3 2.8 3.3L3 2.70.06 3.20.08 3.20.08 3.20.08L4 2 2 2 2L5 17 17 20 20L6 15.7 27 35.5 47L7 8.5 8.5 10 10钻模 ZJ21193 ZJ21-194 ZJ21-200 ZJ21-197L9 22 22 25 25L8 10 10 10 10表 2-1.1由表 2-1.1 可见这四种零件虽然尺寸不一样,但是结构、形状一致，故可以采用成组技术。可将这四种为一组，采用相同的加工方法来加工。2-1.2零件的结构分析该零件的材料为 45 钢，刚度、硬度都比较大。可用于重载和承受较大圆周速度的传动。该零件形状简单，由于是用在起重机上，所以一般为单件小批量生产，为了提高生产效率采用成组技术。在图 2-1.1 中我们可以看到齿面的它是主要的受力面，用于传动力矩，因此齿部要淬火。盘底孔 n-D8 的同轴度的要求不高，而且孔与孔之间的位置度要求也不高，属于自由公差，但是在加工中还是一定要保证其精度。最好用钻套和分度盘来加工，保证精度和位置度。又端面和 G 面的精度也较高，在精加工中可以在数控机床上加工。2-2应用 OPITZ编码系统编码2-2.1内齿圈的 OPITZ分类编码OPITZ 编码系统部分内容前面我们已经提到过了，主要参考成组技术（许香蕙、蔡建国编著.机械工业出版社，1987.11）它的编码优点有： 系统的结构比较简单。仅有 9 个横向分类环节，便于记忆和手工分类； 系统的分类标志虽然形式上偏重于零件特征，但隐含着工艺信息；不足之处有： 精度环节不够； 系统分类标志尚欠严密和准确； 总体结构看。系统简单，但是局部十分复杂码位零件 S35-71 0 1 9 0 6 5 4 7 2S36-71 0 1 9 0 6 5 4 7 2S37-71 0 1 9 0 6 5 4 7 2S38-71 0 1 9 0 6 5 4 7 2内齿圈零件组 OPITZ分类编码表 2-2.1由表 2-2.1 分析计算得出：位：都是回转体，所以为“0”；位：外形都是规则的回转体；位：有功能槽齿轮台阶；位：无平面加工要求；位：内孔有圆柱齿轮的齿；位：外圆最大直径；位：材料为 45 钢，需要局部热处理；位：毛胚原始形状，锻件；位：外形有同轴度要求；2-2.2零件码域表根据 OPITZ 编码，画出下表 2-2.2： 0123456789表 2-2.2零件码域表分析零件编码可知，该系列零件代码相同，因而不用绘制频谱图来分析。该组零件夹具基本统一，只在加工时做一定的尺寸调整即可。码位第三章 成组加工工艺设计3-1生产类型的确定生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。不同的生产类型决定了不同的毛胚制造方法，生产类型一般分为：1单件生产单个地生产不同结构和不同尺寸的产品，并且很少重复。例如，重型机器制造、专用设备制造和新产品试制等。2成批生产一年中分批地制造相同的产品，制造过程有一定的重复性。例如，机床制造就是比较典型的成批生产。根据批量的大小，批量生产又可以：小批生产、中批生产和大批生产。3. 大量生产产品数量很大，大多数工作地点经常重复地进行某一个零件的某一道工序的加工。例如，汽车、拖拉机、轴承等的制造通常都是以大量生产的方式进行。由于零件是用在起重机上的，根据上面的分类，可知本组零件为单件小批生产，虽然为单件小批生产，但是对这一组而言可以采用大批量生产来获得更高的经济效益。3-2毛胚的选择及零件加工工艺设计3-2.1毛胚的确定毛胚的确定包括毛胚的种类和制造方法两个方面，常用的毛胚种类有铸件、锻件、型材、焊接等。一般来说，铸铁材料毛胚均为铸件，钢材料毛胚一般为锻件或型材。毛胚的制造方法越先进，毛胚精度越高，其形状和尺寸越接近于成品零件，这就使机械加工的劳动量大为减少，材料的消耗也低，使机械加工成本降低；但毛胚的制造费用却因采用了先进的设备而提高。在本次设计中的零件为内齿圈，其中的内齿起着传递力矩的作用，材料又为 45 钢，根据力学的性能要求，毛胚最好选用锻件。由于是单件小批量生产又结构简单采用的锻造方法可用自由锻造，毛胚外型为单向台阶轴，且内部冲有一通孔。毛胚所能达到的精度取决于毛胚的制造方法，精度越高，其尺寸、形状、位置偏差及余量要求就越高，对毛胚的安装误差，装夹可靠性影响越小。图 3-2.13-2.2毛胚余量的确 参数 S31-72 S32-72 S33-72 S34-72H 55.5 72.5 87.5 111.5D 170 185 220 250A 7.5 8.3 9.5 10毛胚大小 17863 19381 229.597260121.5表 3-2.2注:用于钢胚锻造，其余按此表 10%金属机械加工工艺人员手册3-2.3拟订机械加工工艺路线1加工方法的选择首先要根据每个加工表面的技术要求，确定加工方法及加工方案，选择零件的表面加工方案，必须在保证零件达到图纸要求方面是稳定而可靠的，并在生产率和加工成本方面是最经济合理的。其次任何一种加工方法获得的精度只在一定范围内才是经济的，这种一定范围内的加工精度即为该种加工方法的经济精度。它是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准等级的工人，不延长加工时间）所能达到的加工精度。相应的表面粗糙度称为经济粗糙度。2加工阶段的划分按工序的性质不同，零件的加工可分为四个阶段：（1）粗加工阶段 其任务是切除毛胚上大部分多余的金属，使毛胚在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率。（2）半精加工阶段 其任务是使主要表面达到一定的精度，留有一定的精加工余量，为主要表面的加工做好准备。（3）精加工阶段 其任务是保证各主要表面达到规定的尺寸精度和表面粗糙度的要求。（4）光整加工阶段 对零件上精度和表面粗糙度要求很高的表面，需进行光整加工，其主要目标是提高尺寸精度、减小表面粗糙度。3工序的划分（1）工序划分原则 工序的划分可以采用两种不同的原则，即工序集中原则和工序分散原则。（2）工序划分方法 工序划分主要考虑生产纲领、所用设备及零件本身的结构和技术要求等因素。在单件小批生产时，工序划分通常采用集中原则；成批生产时，工序可按集中原则划分，也按分散原则划分，按具体情况定。其方法有以下四种：按所用刀具划分 即以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序。按安装次数划分 即以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。按粗、精加工划分 即粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。按加工部位划分 即完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序。4.加工顺序的安排 零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等 。（1） 按切削加工工序的安排基面先行原则先粗后精原则先主后次原则先面后孔原则（2） 热处理工序的安排预备热处理 目的是改善材料的切削加工性能，消除毛胚应力，改善组织。消除残余应力热处理最终热处理 提高零件的强度、硬度和耐磨性。（3） 辅助工序的安排图 3-3.1零件加工图（4）工序衔接由于本次的零件为内齿圈，又是应用在起重机上，因此为小批量生产，根据以上所述，工艺路线可以有两种方案：方案：05 粗车 粗车左端面 A；粗车外圆 D2 且倒角；粗镗孔 D6；粗镗孔 D3；一次完成钩槽 D4；调头粗车右端面 B；粗镗孔 D3；10 正火15 半精镗 半精车右端面 B；半精车 G 面；半精镗孔 D6；20 钻 钻 8 个角度位置相差为 45 度的孔；铰 8 个角度位置相差为 45 度的孔；倒角去毛刺；25 钻 钻通孔 D9；锪孔 D9 深 L8；攻丝 M86H 深 L9；去毛刺；30 插 插 MZ 的齿；35 检验 按图纸技术要求项目检验；40 热处理 齿部淬火处理 HRC3338；45 最终检验方案：05 粗车 粗车作端面 A；粗车外圆 D2 且倒角；粗镗孔 D6；粗镗孔 D3；一次完成钩槽 D4；10 粗车 粗车右端面 B；粗镗孔 D3；15 正火 20 钻 钻 8 个角度位置相差为 45 度的孔；铰 8 个角度位置相差为 45 度的孔；倒角；25 钳 去毛刺；30 钻 钻通孔 D9；锪孔 D9 深 L8；攻丝 M86H 深 L9；35 钳 去毛刺；40 插 插 MZ 的齿；45 检验 按图纸技术要求项目检验；50 热处理 齿部淬火处理 HRC3338；55 最终检验这是加工工艺的两种方案，可以根据前面所说的，可以将两种方案进行比较，因为零件的是单件小批量生产，为了提高生产率，减少装夹次数和运输量，应按集中原则划分工序，方案就做到了工序集中，而方案的工序太分散装夹次数太多，不仅费时，又费力，在方案又能看到，光去毛刺就为两道工序，这样不利于生产。那么为甚么在粗加工后和插完齿有热处理这一道工序呢？这是因为在粗加工后，要安排去应力的热处理，以消除内应力，由前面知道零件的齿是工作量最大的，所以要安排齿面淬火，以增加齿面的硬度。综上所述，方案为最佳方案。5.工序设计工艺路线确定之后，各道工序的内容已基本确定，接下来便可着手工序设计。工序设计时所用机床不同，工序设计的要求也不一样，对普通机床加工工序，有些细节问题可不必考虑，由操作人员在加工过程中处理。对数控机床加工工序，针对数控机床高度自动化、自适应性差的特点，要充分考虑到加工过程的每个细节。工序设计的主要任务是为每道工序选择机床夹具刀具及量具，确定定位夹紧方案、刀具的进给路线、加工余量、工序尺寸及公差切削用量和工时定额。（1）机床的选择 当工件表面的加工方法确定之后，机床的种类就基本上确定了，由于该零件的是按工序集中划分的，则应选择通用机床或数控机床，机床的主要规格尺寸应与工件的外形尺寸和加工表面的有关尺寸相适应，对精度高的表面应选用精度高的机床，如在内齿圈的粗车可在 C6140 上完成，而精车在 CK6150 上完成。（2）定位基准与夹紧方案的确定 力求基准统一，减少基准不重合误差和数控编程中的计算量，减少装夹次数，提高加工表面之间的相互位置精度，避免采用占机人工调整式方案。如在四组零件中以第四组的钻孔的余量最大，因此应以第四组的孔的加工为例子作为计算的标准。参考金属切削机床夹具设计手册可知切削孔的计算公式为：切削力的计算公式为 Px=68Ds0.7Kp切削扭矩计算公式为 M=34.5D2S查该手册表 3-55 得 Kp=1Px=368N M=2835Nm夹紧力的公式为 Q=KP式中 Q夹紧力；P切削力；K安全系数；其中 K=K0K1K2K3K4K5K6查该手册表 3-20 K2=1.8而 K=4.86Q=1788.48N因此 QPX，则可靠，所以最大的孔的加工的夹紧力可靠，以下三组孔的加工也可靠。（3）夹具的选择 在粗车、半精车和插齿中可选用三爪，而在钻孔中采用成组夹具，这样可以节省用费和缩短生产准备时间。（4）刀具的选择 在该零件中根据零件的精度和硬度都有合适的刀具，选用硬质合金刀具。（5）量具的选择 单件小批生产采用通用夹具，本零件所用的量具为游标卡尺、塞规、内径百分表。（6）进给路线的确定 进给路线是指刀具相对于工件运动的轨迹，在普通机床加工中，进给路线由操作者决定，在设计中，不必考虑。而在数控机床中，进给路线是由数控系统控制的，因此，必须拟订好刀具的进给路线，以便编写在数控加工程序中。（7）工序余量与切削用量的确定 这是加工中重要的参数，对加工质量、加工效率生产成本等有着非常重要的影响，由于本组零件表面粗糙度要求较低，所以用量可较大。由表 3-2.2 可知四组零件的锻造出来的毛胚的尺寸，由于是单件小批量生产可采取经验估算法，这种方法仅用于单件小批量生产。切削用量在精加工时要注意，有的精加工要分几次走。工序余量 S31-72 S32-72 S33-72 S34-72粗车 粗车左端面 A 4 4 5 5粗车外圆 D2 且倒角 7.5 8.3 9.5 10粗镗孔 D6 5 6 7 7粗镗孔 D3 19 14 14.8 15.8一次完成钩槽 D4 4 4 5调头粗车右端面 B 3 4 4 4粗镗孔 D5 14 14 4.8 15.8半精镗 半精车右端面 B 0.5 0.3 0.5 1半精车 G 面 2 2 2 2半精镗孔 D6 0.6 0.2 0.1 0.2钻 钻 8 个角度位置相差为 45 度的孔12 12 16 16铰 8 个角度位置相差为 45 度的孔13 13 17 17倒角去毛刺 245 245 245 245钻 钻通孔 D9 4 4 6 6锪孔 D9 深 L8 11 11 14 14攻丝 M6H 深 L9 6 6 8 8插 插 MZ 的齿 4 4 4.8 4.8表 3-3.3工序加工余量表（8）时间定额的确定时间定额的是指在一定的生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需要消耗的时间。完成一个零件的一道工序的时间定额，称单件时间定额。它由以下几部分组成： 基本时间 Tb 是直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间。 辅助时间 Ta 是为实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。 布置工作时间 Ts 是为实现加工正常进行，工人照管工作地所消耗的时间。 准备与终结时间 是工人在工作为了生产一批产品或零件，进行准备和结束工作所消耗的时间。 休息与生理需要的时间 Tr 工人在工作班内为恢复体力和满足生理上的需要所消耗的时间。根据综上所述，各道工序的时间定额为表 3-3.3 时间定额表（参考金属机械加工工艺人员手册表 11-4 11-5 11-9）工序 准终（min） 单件（min）粗车 2 35半精车 2 25钻 2 40钻 3 20插 2 30表 3-3.3时间定额表第四章 成组夹具设计4-1夹具设计4-1.1机床夹具概述在数控机床或普通机床上加零件时，为保证加工精度，必须先使工件在机床上占据一个正确的位置，既定位，然后将其夹紧。这种定位与夹紧的过程称为工件的装夹。用于装夹工件的工艺装备就是机床夹具。1.机床夹具的分类（1）按专业化程度分类通用夹具 通用夹具是指已经标准化、无需调整或稍加调整就可用于装夹不同工件的夹具。如三爪自定心卡盘和四爪单动卡盘、平口钳、回转工作台、分度头等。这类夹具主要用于单件、小批量生产。专用夹具 专为某一工件的一定工序加工而设计制造的夹具。结构紧凑，操作方便，主要用于产品固定的大批量生产中。可调夹具 可调夹具是指加工完一种工件后，通过调整或更换个别元件就可加工形状相似、尺寸相近的工件。多用于中小批量生产。组合夹具 组合夹具是指按一定的工艺要求，由一套预先制造好的通用标准元件和部件组合而成的夹具。这种夹具使用完后，可进行拆卸划重新组装夹具，具有缩短生产周期，减少专用夹具的品种和数量的优点。适用于新产品的试制及多品种、小批量的生产。随行夹具 随行夹具是在自动线加工中针对某一种工件而采用的一种夹具。除了具有一般夹具所担负的装夹工件的任务外，还担负着沿自动线输送工件的任务。（2）按机床类型分类 可分为车床夹具、铣床夹具、镗床夹具、加工中心机床夹具和其它机床夹具等。（3）按驱动夹具工作的动力源分类 可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具及自夹紧夹具等 。4-1.2机床夹具的的组成1.定位装置 定位装置是由定位元件及组合而构成。2.夹紧装置 用于保证工件在夹具中的既定位置，使其在外力作用下不致产生移动。3.夹具体 用于连接夹具各元件及装置，使其成为一个整体的基础件，以保证夹具的精度和刚度。4.其它元件及装置 如定位键、操作件和分度装置，以及标准化连接元件.4-2成组夹具的设计4-2.1成组夹具的概念及其组成在成组技术基本原理指导下，为执行成组工序而设计、制造的夹具称为成组夹具。它与专用夹具设计相比，其最本质的差异在于成组夹具的设计不是针对一种零件，而是针对同一工序加工的一组零件，即设计的成组夹具能适应用于这一组零件中的每一种零件。成组夹具的是由两部分组成：基础部分和调整部分。基础部分是成组夹具的通用部分，一般包括夹具体、夹紧机构和传动机构。调整部分采用一定的调整的方式以适应零件组各种零件的安装。4-2.2成组夹具的调整方式及设计原则1.调整方式 （1）更换式（2）调节式（3）综合式（4）组合式2.设计的原则（1）设计的成组夹具应具有良好的可调性；（2）夹具结构紧凑；（3）应保证同组零件的加工技术要求；（4）设计的成组夹具应与零件组成的成组生产量相适应；（5）夹具设计标准化；（6）设计的成组夹具应具有继承性；4-2.3成组夹具的结构特点及其分类1.成组夹具由基础部分和可调整部分组成。2.成组夹具由于扩大了批量，就有条件采用先进结构。3.成组夹具的夹具体是可调部分的基础，鼓在夹具体上应设有 T 形槽、燕尾槽孔及凸台等结构，供调整部分作为调整的基础。4.成组夹具要特别注意刚度问题。根据成组夹具的特点可以把成组夹具分为以下四大类：1.更换式成组夹具；2.调节式成组夹具；3.综合调整式成组夹具；4.配置多套定位式成组夹具；4-3成组夹具的设计内容4-3.1定位设计针对本次设计的内齿圈钻 n-D8 孔的要求，分析零件的各项尺寸精度等要求后，设计成组夹具。本次夹具设计的是钻孔的夹具，要考虑它的定位问题，因此要根据六点定位原理来考虑，即沿 xyz 三个坐标方向的移动自由度和 绕x、y、z 三个坐标的转动的自由度，因此，要完全确定工件的位置，就要按一定的要求布置六个支承点限制相应的一个自由度。定位原理通常分为以下几种：（1）完全定位工件在夹具中的定位，六个自由度都被限制的定位。（2）不完全定位工件被限制的自由度少于六个，但不影响加工要求的定位。（3）过定位工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位。（4）欠定位按照加工要求应该限制的自由度没有被限制的定位。下图该零件的定位情况：图 4-3.1定位夹紧图在图 4-3.1 中可以看到共限制了 5 个自由度，没有限制 Z 的转动，若 Z 的转动被限制了，在夹具中只能加工一个孔，分度装置也就没有用了。所以这种属于不完全定位。4-3.2夹紧力的方向以及夹具的具体设计1.针对本零件，夹紧力与重力、切削力的方向一致，所以夹紧力方向应从上到下，沿工件轴向夹紧在端面上。2.夹具的工作原理本夹具体的结构和工作原理相对简单，就是在加工时根据零件的大小，可以通过齿轮、齿条机构来上下调节和左右调节，且齿轮和齿条的每个齿为 45 度，具有自锁的特性，工件中有若干个孔，在夹具专门设计有回转分度台，且工作台的每个齿夹角为 15 度，这样就可以完成各个孔的加工。另外在回转分度台上有三个 T 型槽，这三个 T 型槽的作用是，若以外圆定位夹紧时，可以在工作台上放三爪和 V 型块，通过 T 型槽用压板把定位元件压