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箱体
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学校代码：A48学 号：12550106 机械制造技术基础课程设计题 目 箱体零件的机械加工工艺规程及工艺装备学生姓名 张俊 专业班级 机械设计制造及其自动化121班 学 号 12550106 系 （部） 工学院、职业技术教育学院 指导教师（职称） 丁金福 (副教授) 完成时间 2018年 9 月 16日 II 机械制造技术基础课程设计 机械制造技术基础课程设计说明书 机械制造技术基础课程设计任务书题目：箱体零件的机械加工工艺规程及车内孔的专用夹具内容：1) 机械加工工艺规程卡片 1套2) 夹具装配总图 1张3) 夹具零件图 1套4) 课程设计说明书 1份5) 动画 1份原始资料：该零件图样一张;生产纲领为20000件年；每日1班。学生姓名 张俊 专业班级 机械设计制造及其自动化121班 学 号 12550106 系 （部） 工学院、职业技术教育学院 指导教师（职称） 丁金福 (副教授) 完成时间 2018 年 9月 16日 机械制造技术基础课程设计 目录摘 要1第1章 前言6第2章 零件工艺的分析82.1 零件的作用82.2 零件的工艺分析9第3章 确定毛坯、画毛坯零件合图12第4章 拟定箱体加工的工艺路线134.1 定位基准的选择134.2 制定工艺路线14第5章 确定切削用量及基本工时165.1 切削用量的确定165.2 时间定额计算17第6章 车孔夹具的设计186.1 问题的提出186.2 定位基准的选择186.3 夹具方案的确定19第7章 夹具设计和使用设备197.1 夹具设计197.2 数控加工刀具22结 论23参考文献38致 谢39摘要本次课程设计是在完成了机械制造工艺学（含机床夹具设计）和大部分专业课的基础上进行的一个教学环节。它是主要是对零件的加工工艺和对零件的某几个工序加工进行专用夹具的设计，从零件的工艺来说，它主要是分析零件在进行加工时应注意什么问题，采用什么方法和工艺路线加工才能更好的保证精度，提高劳动生产率。就专用夹具而言，好的夹具设计可以提高产品生产率、精度、降低成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。这次设计是我们能够运用制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具有了设计一个中等复杂程度的零件（箱体）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也熟悉和运用有关手册图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会，为以后的毕业设计几未来从事的工作打下良好的基础。由于能力有限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望老师多加指教。关键词：工艺规程，设计，专用夹具第1章 前言箱体零件是机器或部件的基础零件,它把有关零件联结成一个整体,使这些零件保持正确的相对位置,彼此能协调地工作。因此,箱体零件的制造精度将直接影响机器或部件的装配质量,进而影响机器的使用性能和寿命。因而箱体一般具有较高的技术要求。由于机器的结构特点和箱体在机器中的不同功用,箱体零件具有多种不同的结构型式,其共同特点是:结构形状复杂,壳壁薄而不均匀,内部呈腔型；有若干精度要求较高的平面和孔系,还有较多的紧固螺纹孔等。箱体零件的毛坯通常采用铸铁件。因为灰铸铁具有较好的耐磨性,减震性以及良好的铸造性能和切削性能,价格也比较便宜。有时为了减轻重量,用有色金属合金铸造箱体毛坯。在单件小批生产中,为了缩短生产周期有时也采用焊接毛坯。毛坯的铸造方法,取决于生产类型和毛坯尺寸。在单件小批生产中,多采用木模手工造型；在大批量生产中广泛采用砂型铸造造型,毛坯的精度较高。第2章 零件的工艺分析2.1 零件的作用箱体一般用铸铁制造。对于重型减速机，也有用球墨铸铁或铸钢制造的，在单体生产中，也可用钢板焊接而成。焊接箱体比铸造箱体轻，生产周期短，但要求较高的焊接技术。为保证箱体具有足够的刚度，箱壁应有一定的厚度，特别是在轴承座处应该加厚，并加刚性加固筋。轴承座两侧的连接螺栓应紧靠座孔，但不得与端盖螺栓钉及箱内导油沟发生干涉，为此应在轴承座两侧设置凸台。凸台高度要保证有足够的螺母扳手空间。同时还要有利于提高轴承座刚度。有关凸台的尺寸，可查阅有关手册或资料。机盖和机座的联接凸缘应取厚些，机座底凸缘宽度应超过机体内壁。箱体的壁厚不得太薄，以免浇注时铁水流动困难，铸件最小壁厚可查阅有关资料。为便于造型的取模，铸件表面沿拔模方向应具有斜度，其数值可查阅有关资料。为避免铸件内部产生内应力、裂纹、缩孔等缺陷，应该尽量使壁厚均匀、过渡平缓而无尖角，铸造过渡尺寸和内、外圆角亦可查阅有关资料。2.2 零件的工艺分析图2-2 箱体该箱体是一个重要的零件，因为其零件尺寸精细，结构形状较复杂，但其加工孔和侧面有精度要求，此外还有侧面的斜孔要求加工，对精度有一定的要求。因为零件的尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工必须保证精度要求。2.3 箱体的工艺零件要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计者的要求。从设计箱体的加工工艺来说，应选择能够满足孔和端面加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。2.4加工要求在选择各表面、孔的加工方法时，要考虑加工表面的精度和表面粗糙度要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工；要根据生产类型选择设备，在大批量生产中可采用高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工，在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工；要考虑被加工材料的性质，例如：淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等；要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平；此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。2.4箱体的工艺分析 由图2-2得知箱体材料为HT200。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性、及减震性，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底端面、85的端面和100孔。底端面的平面度0.1mm直接影响工件之间的接触精度及密封。4- M8的螺纹孔的尺寸精度、同轴度0.15mm，与H面的垂直度0.15mm，直接影响主轴传动轴对N面的平行度及主轴传动齿轮的齿合精度等。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。表2-1 加工表面分析加工表面尺寸及偏差/公差及精度等级表面粗糙度Ra(m)形位公差()上平面1240.5IT103.24M8孔实心IT103.2底端面1240.5IT103.2100，850.01IT103.2280.01IT103.2侧面凸台1320.5IT10无无20孔实心IT121.614实心IT126.3M8，M6实心IT126.3无 由参考文献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。第3章 确定毛坯根据零件材料确定毛坯为铸件。确定零件生产类型根据参考文献可知：（1）式中 N零件的生产纲领（件年），N=6000； Q产品的年产量（台年）； a备品率，取3%； b废品率，取0.5%。查参考文献表知，属于轻型零件查参考文献表知，属于大批生产毛坯的铸造方法为砂型机器造型。参考文献，该铸件的公差等级CT为810级，加工余量MA等级为G级，故取CT为10级，MA为 G 级。参考文献, 用查表法确定各表面的加工余量如下表所示。 表3-1 各加工表面的加工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E面210G（），取4.0底面，双侧加工，取下行数据Q面270H()，取5.0顶面降1级，双侧加工H面270G()，取5.0侧面，单侧加工，去上行数据凸台面132G()，取4.0侧面单侧加工90mm90H()，取3.0孔降1级，双侧加工由参考文献【1】机械加工工艺手册表2.3-9可得主要毛坯尺寸及公差如下表所示。 表3-2 主要毛坯尺寸及公差主要面尺寸零件尺寸总余量（公差加余量）毛坯尺寸公差CTE面轮廓尺寸210 mm210mm4 mmE面轮廓尺寸210 mm4.0+5.0 mm220mm4 mmE面距10孔中心尺寸82 mm5.0 mm82mm2.8 mm90mm孔90mm4.0 mm84.5mm3.6 mm120mm孔120 mm3.2+3.0，取6.0 mm114.5mm3.2 mm第4章 箱体加工的工艺路线4.1 定位基准的选择拟定工艺路线的第一步是选择定位基准。为使所选的定位基准能够保证整个机械加工工艺过程顺利进行，通常应先考虑如何选择来加工各表面，然后考虑如何选择粗基准作为精基准的表面先加工出来。 1.精基准的选择精基准的选择：箱体的N面和4-15H7孔既是装配基准，又是设计基准，用他们做精基准，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，这样使工艺路线尊选了“基准统一”的原则。此外，N面的面积比较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。2.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100mm、85mm孔）的毛坯孔与箱体内壁做粗基准：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。最先进行机械加工的表面是精基准N面和4-15H7孔，这时有四种定位方案：方案一 用一浮动圆锥销伸入一100mm、85mm孔毛坯孔中限制二个自由度；用三个支撑钉支承在与Q面相距32mm并平行与Q面的毛坯面上，限制三个自由度；再以N面本身限制一个自由度。这种方案适合大批大量生产类型中，在加工N面及其面上的各孔和凸台面及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（一端的反锥可取下，以便装卸工件）的心轴插入100mm、85mm孔毛坯孔中并夹紧，粗加工N面时，将心轴置于两头的V形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轴，但由于下一道工序（钻扩铰4-15H7孔）还要用到这根心轴定位，即将心轴置于两头的U形槽中限制两个自由度，故本道工序可不用将心轴卸下，而且这一“随行心轴”比上述随行夹具简单得多。又因随行工位少，准备的心轴就少，因而该方案是可行的。方案三 用两根制造精度相同的锥销安装在100mm、85mm孔孔的两侧定位，此时可以同时限制工件的五个自由度；再以N面本身找正限制一个自由度。这种方案工件装拆方便方便，但是由于工 件连续装卸，影响孔的定位精度，且销轴的夹紧装置较为复杂。方案四 在镗铣加工中心上加工时，采用R面、Q面定位，可以同时限制六个自由度，再以N面本身找正限制一个自由度，加工N面及其上的孔；之后在加工R面（Q面）上的孔时采用N面和凸台面定位，同时限制六个自由度，保证定位精度。夹紧时采用V形块夹紧，凸台面的铣削采用一般方式方式铣削。此方案可行。4.2 制定工艺路线根据各表面的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： E面：粗铣精铣； H面：粗铣精铣； 凸台面：粗铣； 100mm、85mm孔孔：粗车精车； 7级9级精度的未注出孔：钻扩铰； 螺纹孔；钻孔攻螺纹孔。因R面与Q面有较高的平行度要求，100mm、85mm孔之间有较高的同轴度要求，故它们的加工宜采用工序集中原则，即分别在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来，以保证其位置精度。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E面、H面及100mm、85mm孔的粗加工放在前面，精加工放在后面，每一阶段中又首先加工N面，后再车100mm、85mm孔。H面上的2-8孔4-M6及6-M10H6螺纹孔等次要表面放在最后加工。初步拟定加工工艺如下：1、 工艺路线方案一：1铸造铸造毛坯2铣粗精铣上平面3钻钻螺纹孔4*84铣铣前后端面5车车100孔、车85孔6车车2*28孔7钻钻螺纹孔4*6、钻孔6*138钻钻螺纹孔4*8、钻孔4*159铣粗精铣侧面凸台10钻钻孔2011钻钻沉孔17、812攻螺纹攻螺纹孔4*M8、4*M613攻螺纹攻螺纹孔4*M814清洗去毛刺15清洗清洗16终验检验、入库2、 工艺路线方案二：1铸造铸造毛坯2钻钻螺纹孔4*83铣粗精铣上平面4铣铣前后端面5车车100孔、车85孔6车车2*28孔7钻钻螺纹孔4*6、钻孔6*138钻钻螺纹孔4*8、钻孔4*159铣粗精铣侧面凸台10钻钻孔2011钻钻沉孔17、812攻螺纹攻螺纹孔4*M8、4*M613攻螺纹攻螺纹孔4*M814清洗去毛刺15清洗清洗16终验检验、入库上述方案遵循了工艺路线拟定的一般原则，经过方案一和二的比较，最终确定的工艺路线如下：1铸造铸造毛坯2铣粗精铣上平面3钻钻螺纹孔4*84铣铣前后端面5车车100孔、车85孔6车车2*28孔7钻钻螺纹孔4*6、钻孔6*138钻钻螺纹孔4*8、钻孔4*159铣粗精铣侧面凸台10钻钻孔2011钻钻沉孔17、812攻螺纹攻螺纹孔4*M8、4*M613攻螺纹攻螺纹孔4*M814清洗去毛刺15清洗清洗16终验检验、入库该表格另有附件第5章 选择加工设备和计算切削用量5.1 确定切削用量及基本工时工序5 车100孔、车85孔孔的加工 85H7孔粗车4mm,精车0.5mm，孔的毛坯基本尺寸为85-(4+1.5+0.5)=79mm，考虑到铸造缺陷等影响，取毛坯孔直径为79.5。 100J7孔粗车4mm,，精车0.5mm.孔的毛坯基本尺100-(4+1.5+0.5)=94mm，考虑到铸造缺陷等影响，取毛坯孔直径为94.5。3.5.1粗车85H7孔本工序为粗车85H7孔，机床采用常用的C630车床，该工部采用YG6硬质合金刀具，根据加工条件和工件材料查表5-35、表5-36、表5-37、表5-38得刀具参数为主偏角Kr=45、前角。=10、刀刃角s=-5、刀尖圆弧半径R=0.6mm。车刀杆直径为20mm得圆形车刀，车刀合理耐用度为T=60min。1、确定粗车85H7孔的切削用量A.确定被吃刀量 由前述可知粗车时双边加工余量为4mm,粗车后孔得直径为81mm,故单边加工余量为2mm,即ap=2mm。B.确定进给量f 根据表5-41可知，当粗车材料时，车刀杆直径为20mm,ap=2mm,车刀伸出长度为125mm，f=0.25-0.50mm/r。根据表5-42，按照C630机床的进给量值，选取f=0.50mm/r。C.计算切削速度 根据表5-43的计算公式确定切削速度式中，Cv=158,Xv=0.15,Yv=0.40,m=0.20.选用Vc =82.87m/minD.确定主轴主轴转速:n=300r/min查表5-44得300r/min相近的机床转速为288r/min与361 r/min,现选288r/min，实际切削速度5.2 基本时间 由表5-47得车孔得基本时间为式中 l-切削加工长度，单位mm l-刀具切入长度，单位mm l-刀具切出长度，单位mm l-单件小批生产时的试切附加长度，单位mm i-进给次数，i=1。已知l=132mm，l1=2/tan45+2.5=4.5mm,l2=4mm,l3=0mm,f=0.50mm/r,n=288r/min.所以基本时间为F检验机床功率 由表5-45，查得切削力Fz和切削功率Pm计算公式如下：由表5-32得：与刀具耐用度有关的修正系数是1.0，与工件材料有关的修正系数是0.91，经插值得车孔相对于外圆纵车时的修正系数为1.03，与主偏角有关的修正系数是1.0，与前角有关的修正系数是0.98.因此总的修正系数是： K=1.0*0.91*1.03*1.0*0.98=0.9所以，切削力为： F=1062N切削功率为： 根据表5-46可知：C630机床主电动机功率Pe=10kW，因为PmPe,故上述切削用量可用。最后确定的切削用量为ap=2mm；f=0.50mm/r；v=79.58m/min；(n=288r/min)。6、车孔夹具设计为了达到提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度的目的。在加工该零件时，需要设计专用夹具。如前所述，应该注意提高生产率，虽然该夹具设计采用了铰链式连接方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。但是由于该工件体积小，工件材料易切削，切削力不大等特点。经过方案的认真分析和比较，选用了铰链式方式。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，支承钉采用可调节环节。以便随时根据情况进行调整。6.1问题的提出利用本夹具主要用来车100孔、车85孔。加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足孔轴线对底面有平行度公差要求。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。6.2 定位基准的选择由零件图可知：100孔、85孔的轴线与底面有平行度的要求，在对孔进行加工前，底面进行了粗、精加工。因此，选底面为定位精基准（设计基准）来满足平行度公差要求。6、3 夹具方案的确定设计专用夹具的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等的技术要求能够得到合理的保证。在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，应该使所设计的专用夹具在加工过程中装夹方便，有较高的生产效率。因此，我设计了两个夹具方案以供选择，其方案如下：方案一：用镗孔方案二：用车孔方案的分析比较： 如果采用车孔：首先，一次装夹，同时完成两端内孔加工，能够保证工件内外圆的同轴度要求，并且工序集中，生产效率高;其次，工件是靠底面和上端的平衡块和铰链链接定位，使得拆装方便，能够提高加工效率，容易保证加工要求，可大大提高劳动生产率。如果采用镗孔就没有这样的优势了。因此采用方案二车孔更加合理。7、 夹具设计和使用设备7、1夹具设计 如图夹具为：工序5 车100孔、车85孔1.工件的定位、夹紧该工件在车床上加工，用转盘作为一个支撑面来限制自由度。工件底面采用一面两销限制自由度。上端采用V形块进行夹紧，上端用铰链链接，方便拆装2. 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。与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 由参考文献5可得：定位误差 ： 其中：， 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查5表1215有。 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。2、 总结与体会本设计的特点是实践性强、涉及面广、灵活性大。它涉及毛坯的制造、热处理、机械加工方法、工艺装备、加工设备。本设计的内容来自生产和科研实践，其理论的发展有促进和指导生产的发展；而工艺理论和方法的应用十分灵活，随着具体情况的不同而千变万化。因此在设计时要注意联系实际，参加实践即毕业实习，在实习中根据所学的知识去分析和解决实际的工艺问题。此次设计的重点问题是夹具的设计，即在设计夹具时要考虑的很多因素。如工件的定位，夹紧方式，特别是工件夹紧方式的原动力的设计、工作原理是很困难的事。原因是在以前很少接触此方面的设计，对此并不是很了解。在设计夹具时，通过查工具书和在切削实验室的调研、观察，增添了我的理论分析、方案制定与分析比较的能力；锻炼了我分析与解决实际问题的能力。以前比较模糊的一些设计要点，现在能够理解，并能加以运用了。通过毕业设计使我树立正确的设计思想；培养我严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；树立了正确的工程意识、经济意识、社会意识、环境意识；树立了正确的生产观点、经济观点和全局观点。7.2数控加工刀具表8-2数控刀具 结论在这次课程设计中，我们将设计主要分为两大部分进行：工艺编制部分和夹具设计部分。在工艺部分中，我们涉及到要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。其中，工序机床的进给量，主轴转速和切削速度需要计算并查手册确定。 在夹具设计部分，首先需要对工件的定位基准进行确定，然后选择定位元件及工件的夹紧，在对工件夹紧的选择上，我用了两种不同的夹紧方法，即：粗铣下平面用的是螺钉压板夹紧机构，粗铣前后端面时用的是气动夹紧机构，两种方法在生产中都有各自的优点和不足，但都广泛运用在生产中
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