机械制造技术课程设计-锥齿轮座加工工艺及钻φ52孔夹具设计

任务书一、设计题目:锥齿轮座机械加工工艺规程及钻φ52孔夹具设计二、原始资料(1)被加工零件的零件图1张(2)生产类型:（中批或大批大量生产）三、上交材料1．所加工的零件图1张2．毛坯图1张3．编制机械加工工艺过程卡片1套4．编制所设计夹具对应的那道工序的机械加工工序卡片1套5．绘制夹具装配图（A0或A1）1张6．绘制夹具中1个零件图（A1或A2。装配图出来后，由指导教师为学生指定需绘制的零件图，一般为夹具体）。1张7．课程设计说明书，包括机械加工工艺规程的编制和机床夹具设计全部内容。（约5000-8000字）1份四、进度安排本课程设计要求在3周内完成。1．第l～2天查资料，绘制零件图。2．第3～7天，完成零件的工艺性分析,确定毛坯的类型、制造方法，编制机械加工工艺规程和所加工工序的机械加工工序卡片。3．第8～10天，完成夹具总体方案设计（画出草图，与指导教师沟通，在其同意的前提下，进行课程设计的下一步）。4．第11～13天，完成夹具装配图的绘制。5．第14～15天，零件图的绘制。6．第16～18天，整理并完成设计说明书的编写。7．第19天～21天，完成图纸和说明书的输出打印。答辩五、指导教师评语该生设计的过程中表现，设计内容反映的基本概念及计算，设计方案，图纸表达，说明书撰写，答辩表现。综合评定成绩：指导教师日期摘要本文是有关锥齿轮座工艺步骤的说明和机床夹具设计方法的具体阐述。工艺设计是在学习机械制造技术工艺学及机床夹具设计后，在生产实习的基础上，综合运用所学相关知识对零件进行加工工艺规程的设计和机床夹具的设计，根据零件加工要求制定出可行的工艺路线和合理的夹具方案，以确保零件的加工质量。据资料所示,锥齿轮座是一个典型的交叉孔零件，主要应用在混凝土拖泵中的导向轮部件上，其上要安装两个配对锥齿轮，加工精度要求较高。在设计锥齿轮座机械加工工艺过程时要通过查表法准确的确定各表面的总余量及余量公差，合理选择机床加工设备以及相应的加工刀具，进给量，切削速度、功率，扭矩等用来提高加工精度，保证其加工质量。全套图纸加V信153893706或扣3346389411AbstractThispaperdescribestheprocessofbevelgearbaseandthedesignmethodofmachinetoolfixture.Afterlearningthetechnologyofmechanicalmanufacturingandthedesignofmachinetoolfixture,theprocessdesignisbasedontheproductionpractice,makinguseoftherelevantknowledgetodesigntheprocessrulesofpartsandthedesignofmachinetoolfixture.Accordingtotherequirementsofpartsprocessing,afeasibleprocessrouteandareasonablefixtureschemeareworkedouttoensurethequalityofparts.Processingqualityofparts.Accordingtothedata,bevelgearseatisatypicalcross-holepart,whichismainlyusedintheguidewheelpartsofconcretetowingpump.Twopairedbevelgearsareinstalledonthebevelgearseat,whichrequireshighprocessingaccuracy.Inthedesignofbevelgearbasemachiningprocess,thetotalallowanceandallowancetoleranceofeachsurfaceshouldbeaccuratelydeterminedbylooking-uptablemethod,andtheprocessingequipmentandcorrespondingcuttingtools,feed,cuttingspeed,powerandtorqueshouldbereasonablyselectedtoimprovetheprocessingaccuracyandensuretheprocessingquality.目录TOC\o"1-3"\u1锥齿轮座的工艺分析及生产类型的确定 11.1锥齿轮座的作用 11.2锥齿轮座的技术要求 11.3锥齿轮座的工艺分析 22确定毛坯及绘制毛坯简图 32.1选择毛坯 32.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 32.3绘制锥齿轮座毛坯的铸造简图 43拟定锥齿轮座工艺路线 53.1定位基准的选择 53.1.1精基准的选择 53.1.2粗基准的选择 53.2面与孔加工方法的确定 53.3确定加工路线 64加工余量、工序尺寸和公差的确定 85切削用量、时间定额的计算 96夹具设计 136.1研究原始质料 136.2定位、夹紧方案的选择 136.3切削力及夹紧力的计算 136.4误差分析与计算 156.5确定夹具体结构尺寸和总体结构 15参考文献 331锥齿轮座的工艺分析及生产类型的确定1.1锥齿轮座的作用锥齿轮座是一个典型的交叉孔零件（见图1—1），主要应用在混凝土拖泵中导向轮部件上，其上要安装两个配对锥齿轮座，因此主要的工作表面为Φ90mm和Φ52mm的两个孔。1.2锥齿轮座的技术要求锥齿轮座的技术要求见表1-1表1-1锥齿轮座技术要求加工表面尺寸及偏差mm公差及精度等级表面粗糙Raμm形位公差mmΦ80mm孔Φ80IT136.3Φ73mm孔Φ73IT136.3Φ90mm孔Φ90IT71.6Φ52mm孔Φ52IT71.6垂直于Φ90mm孔，公差为0.05两端面164IT136.3Φ80mm孔的外圆面Φ100IT71.6φ52mm孔轴线101mm的端面Φ101IT93.2锥销孔Φ8IT81.6Φ52mm孔端面Φ82IT136.3从锥齿轮座技术要求表来看，加工锥齿轮座主要存在以下加工难点：（1）Φ52mm孔和Φ90mm孔两尺寸属于空间尺寸，加工过程中难以测量，因而两尺寸的加工精度难以保证；（2）安装齿轮的两个交叉孔的中心线必须相交处于同一基准平面内，才能确保锥齿轮的传动效果。为此，通过对该零件的加工工艺性分析，找出了合理的加工方法，保证零件的加工质量。1.3锥齿轮座的工艺分析分析可知本零件材料为灰口铸铁，HT200。该零件具有较高的强度，耐磨性，耐热性，减震性，适应于承受较大的应力，要求耐磨的零件。锥齿轮座具有两组工作表面，他们之间有一定的位置要求。由零件图可知，φ90mm孔和φ52mm孔的中心线是主要的设计基准和加工基准。该零件的主要加工面可分为两组：1.以φ90mm孔为中心加工表面这一组加工表面包括，φ80mm的端面和倒角及内孔φ73mm、φ90mm的孔及退刀槽，φ120mm的孔，M5螺纹孔，M8螺纹孔，φ8锥销孔。2.φ52mm孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：φ52mm的端面，孔和倒角及M6螺纹孔。这两组的加工表面有着一定的位置要求，主要是：1.φ52mm孔的中心线与φ90mm中心线垂直度公差为0.05；2.φ52mm孔端面与φ90mm孔中心线的距离为119mm。由以上分析可知，对这两组加工表面而言，先加工第一组，再加工第二组。由参考文献中有关面和孔加工精度及机床所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。另外考虑到零件的精度不高可以在普通机床上加工。2确定毛坯及绘制毛坯简图2.1选择毛坯根据零件查资料知：零件材料确定毛坯为灰铸铁，通过计算和查询资料可知，毛坯重量约为11.7kg。生产类型为大批量，可采用砂型铸造毛坯。由于各个孔都需要预先铸造出来，故还需要安放型心。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效进行处理。2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量零件基本尺寸在150—170之间，由表1.70可知，查得该铸件的尺寸公差等级CT为10级。由表1.70可知，机械加工余量等级MA为G级，选取CT=9级，MA为G级。表2-1用查表法确定各加工表面的总余量加工表面基本尺寸加工余量等级机械加工余量/mm尺寸公差备注上下端面164G82.8顶面降一级，双侧加工Φ52mm的端面119G3.52.5单侧加工Φ52mm孔Φ52G52.8孔降一级，双侧加工Φ73mm孔Φ73G53.2孔降一级，双侧加工圆Φ82mmΦ82mmG02.2圆Φ155mmΦ155mmG02.5表2-2铸件主要尺寸的公差主要加工表面零件尺寸/mm总余量/mm毛坯尺寸/mm上下端面1648172Φ52mm的端面1193.5122.5Φ52mm的孔Φ525Φ47Φ73mm的孔Φ735Φ68圆Φ82mmΦ82mm0Φ82圆Φ155mmΦ155mm0Φ1552.3绘制锥齿轮座毛坯的铸造简图3拟定锥齿轮座工艺路线3.1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。基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。3.1.1精基准的选择精基准的选择主要考虑基准重合的问题。选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。为使基准统一，先选择φ52mm孔的中心线和φ90mm孔的中心线作为精基准。3.1.2粗基准的选择对一般的箱体类零件来说，以底面作为基准是合理的，按照有关零件的粗基准的选择原则：当零件有不加工表面时，应选择这些不加工的表面作为粗基准，当零件有很多个不加工表面的时候，则应当选择与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准，从零件的分析得知，锥齿轮座以下底面作为粗基准。3.2面与孔加工方法的确定根据锥齿轮座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3-1：表3-1锥齿轮座各表面加工方案加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra/µm加工方案Φ80mm孔IT136.3粗车Φ73mm孔IT136.3粗车Φ90mm孔IT71.6粗车—半精车—磨Φ52mm孔IT71.6扩—粗铰—精铰两端面IT136.3粗车Φ80mm孔的外圆面IT71.6粗车—半精车距Φ52mm孔轴线101mm的端面IT93.2粗车—半精车Φ52mm孔端面IT136.3粗铣锥销孔IT81.6钻—粗绞—精绞3.3确定加工路线该锥齿轮座的加工质量要求较高，可将加工阶段划分成面加工和孔加工两个阶段。加工过程中，首先加工面，然后加工各孔，最后加工各细节部分（攻丝、拉槽等）。由于设计加工方案时要遵循“先基准后其他”原则、“先粗后精”原则、“先主后次”原则、“先面后孔”原则。制定机械加工工序如下：因为工序集中有利于采用搞生产率机床；减少工件装夹次数，节省装夹工作时间；有利于保证各加工面的相互位置精度；减少工序数目，缩短了工艺路线，也简化了生产计划和组织工作表3-2列出锥齿轮座的工艺路线：表3—2工序号工序内容工艺装备00铸造05时效，硬度要求HBS187~22010粗车下端面，粗车内孔Φ73孔，粗车Φ90孔，粗车Φ120孔端面车刀，内孔车刀，盲孔车刀，游标卡尺15粗车上端面，粗车外圆面Φ100，粗车Φ80孔外圆车刀，端面车刀，盲孔车刀，游标卡尺20半精车Φ90内孔，切退刀槽3*0.5盲孔车刀，切槽刀，游标卡尺25半精车Φ100外圆面，切3*1退刀槽端面车刀，切槽刀，游标卡尺30粗铣右端面端铣刀，游标卡尺35扩—粗铰—精铰扩孔钻，铰刀，卡尺，塞规40钻孔4—M8螺纹底孔，攻丝4—M8Φ6.7的麻花钻，M8丝锥，游标卡尺，螺纹塞规45钻孔4—M5螺纹底孔，攻丝4—M5Φ4麻花钻，M5丝锥，游标卡尺，螺纹塞规50钻孔3—M6螺纹底孔，攻丝3—M6Φ5麻花钻，M6丝锥，游标卡尺，螺纹塞规55钻孔M3螺纹底孔Φ2通孔Φ2麻花钻，M3丝锥60去毛刺65磨Φ90内孔砂轮，内径千分尺70磨Φ100外圆砂轮，外径千分尺75磨Φ52内孔砂轮，内径千分尺80终检4加工余量、工序尺寸和公差的确定确定加工余量是为适应机床的性能、刀具的切削刃所能承受的切削力，有利于保证设备的最大利用化，同时还能保证加工精度，在粗加工阶段加工余量较大，所达到的加工精度较低，精加工阶段加工余量较小，所达到的加工精度较高，能到达到所要求的精度。表3粗车—半精车左端面工序名称工序加工余量工序加工精度等级半精车1.50.033（IT8）粗车30.13（IT11）毛坯3——表4粗车—半精车右端面工序名称工序加工余量工序加工精度等级半精车1.50.039（IT8）粗车30.16（IT11）毛坯3——由表1-20可以依次确定各工序的加工精度等级为：精铰：IT7;粗铰：IT10;扩孔：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，精铰：0.030mm;粗铰：0.120mm;扩孔：0.300mm。毛坯为空心，通孔，孔内要求尺寸精度等级介于IT7，由表2-28可查得工序尺寸及余量：扩孔：Φ51.52z=4.5mm粗铰:Φ51.92z=0.4mm精铰：Φ52.02z=0.1mm5切削用量、时间定额的计算工序35:扩、粗铰、精铰φ52mm孔。1扩孔工步1）背吃刀量的确定取双边被吃刀量аp=4.5mm。2）进给量的确定查《机械加工工艺简明速查手册》表8.11，该工步的每转的进给量=1.3~1.5mm/r。3）切削速度的计算由表8.5，按工件材料为灰铸铁的条件选取，钻削速度可以取为14~26m/min,而扩孔切削速度。由公式（5-1）可求得该工序钻头转速=123.67r/min,参照表36所列Z550型立式钻床的主轴转速，取转速=125r/min。再将此转速带入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度：=125r/min51.5mm/1000=20.2m/min。2粗铰工步1)背吃刀量的确定取双面被吃刀量аp=0.4mm。进给量的确定2)由表8.15，选取该工步的每转的进给量=1.2mm/r。3)切削速度的计算由表8.6，按工件材料为灰铸铁的条件选取，切削速度可以取为8.5m/min。由公式（5-1）可求得该工序钻头转速=52.4r/min,参照表36所列Z550型立式钻床的主轴转速，取转速=63r/min。再将此转速带入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度=63r/min51.9mm/1000=10.26m/min。3精铰工步1）背吃刀量的确定取双面被吃刀量аp=0.1mm。2）进给量的确定由表8.15，选取该工步的每转进给量=0.90mm/r。3）切削速度的计算由表8.6，按工件材料为灰铸铁的条件选取，切削速度可以取为3m/min。由公式（5-1）可求得该工序钻头转速=37.5r/min,参照表36所列Z550型立式钻床的主轴转速，取转速=47r/min。再将此转速带入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度=47r/min52mm/1000=7.67m/min。时间定额的计算1基本时间的计算1）扩孔工步根据表6.2-5，本工序时间可由公式求得。式中=59mm；=2~4mm；，取=，2.4mm；=4mm；=1.30mm/r；n=125r/min。将上述结果带入公式，则该工序的基本时间t=(59+2.4+4)/1.30mm/r/125r/min=24.17s2）粗铰工步根据表6.2-5，铰圆柱孔的基本时间可由公式求得。式中、由表6.2-5按=、аp=0.4mm条件查得=0.37mm；=15mm；而=59mm；=1.20mm/r；n=63r/min。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间t=(59+0.37+15)/1.20mm/r/63r/min=59.02s。3）精铰工步根据表6.2-5，铰圆柱孔的基本时间可由公式求得。式中、由表6.2-5按=、аp=0.1mm条件查得=0.19mm；=13mm；而=59mm；；n=47r/min。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间t=(59+0.19+13)/0.90mm/r/47r/min=102.39s。2辅助时间的计算辅助时间与基本时间之间的关系为=(0.150.2)，该零件取=0.15,则该工序的辅助时间为：扩孔孔工步的辅助时间：=0.1524.17=3.62s；粗铰孔工步的辅助时间：=0.1559.02=8.85s；精铰工步的辅助时间：=0.15102.39=15.35s；3其他时间的计算除了作业时间（基本时间与辅助时间之和）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与终结时间。由于该锥齿轮座的生产类型大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可以忽略不计；布置工作地时间是作业时间的2%7%，休息与生理需要时间是作业时间的2%4%,本工件均取3%，则各工序的其他时间（+）可按关系式（3%+3%）（+）计算，他们分别为：扩孔孔工步的其他时间：+=6%（24.17+3.62）=1.66s；粗铰孔工步的其他时间：+=6%（59.02+8.85）=4.07s；精铰工步的其他时间：+=6%（102.39+15.35）=7.06s；4单件时间的计算工序=6\*ROMANVI的单件时间为三个工步单价时间的和，其中扩孔工步=24.17+3.62+1.66=29.45s；粗铰工步=59.02+8.85+4.07=71.94s；精铰工步=102.39+15.35+7.06=124.8s；因此，工序8的单件时间=++=29.45+71.94+124.8=226.19s。将上述零件的工艺规程设计的结果，填入工艺文件。6夹具设计6.1研究原始质料利用本夹具主要用来加工φ52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。6.2定位、夹紧方案的选择由零件图可知：在对孔进行加工前，底平面进行了粗进行了加工，利用一面2销作为定位基准，即为一芯轴和一个菱形销。等为定位基准来设计夹具，从而保证其尺寸公差要求。6.3切削力及夹紧力的计算加工该孔时选用：Z525，刀具用高速钢刀具。由参考文献[5]查表可得：切削力公式：式中D=50MM查表得：其中：即：实际所需夹紧力：由参考文献[5]表得：有：安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献[5]表可得：所以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。取，，查参考文献[5]1～2～26可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：式中参数由参考文献[5]可查得：其中：螺旋夹紧力：由上述计算易得：因此采用该夹紧机构工作是可靠的。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：其中：螺旋夹紧力：由表得：原动力计算公式即：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。6.4误差分析与计算该夹具以一个平面和和2个定位销定位，要求保证孔轴线间的尺寸公差。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。由[5]和[6]可得：夹紧误差：其中接触变形位移值：⑶磨损造成的加工误差：通常不超过⑷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。6.5确定夹具体结构尺寸和总体结构夹具体的形状和尺寸取决于夹具上各种装置的布置以及夹具与机床的连接，而且在零件的加工过程中，夹具还要承受夹紧力、切削力以及由此产生的冲击和振动，因此夹具体必须具有必要的强度和刚度。切削加工过程中产生的切屑有一部分还会落在夹具体上，切屑积聚过多将影响工件的可靠的定位和夹紧，因此设计夹具体时，必须考虑结构应便于排屑。此外，夹具体结构的工艺性、经济性以及操作和装拆的便捷性等，在设计时也应加以考虑。夹具体设计的基本要求（1）应有适当的精度和尺寸稳定性夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀块或导向元件的表面以及夹具体的安装基面，应有适当的尺寸