蜗轮箱加工工艺及钻4-M4螺纹底孔气动夹具设计-传动箱体

蜗轮箱机械加工工艺及气动夹具设计目录摘要 IABSTRACT II第1章绪论 21.1课题目的及意义 21.2国内外发展动态 31.3主要研究内容和设计思路 4第2章零件分析 72.1零件的功用分析 72.2零件的工艺分析 8第3章机械加工工艺规程制定 93.1确定生产类型 93.2确定毛坯制造形式 93.3选择定位基准 103.4选择加工方法 103.5制定工艺路线 113.6确定加工余量及毛坯尺寸 133.6.1确定加工余量 133.6.2确定毛坯基本尺寸 153.6.3确定毛坯尺寸公差 163.6.4绘制毛坯简图 163.7工序设计 173.7.1选择加工设备与工艺装备 173.7.2确定工序尺寸 193.8确定切削用量和基本时间 20第4章钻孔夹具设计 354.1接受设计任务、明确加工要求 354.2确定定位方案、选择定位元件 354.3确定夹紧方案、设计夹紧机构 354.4确定定位元件 384.5确定导向方案和选择导向元件 394.6钻模板的设计 394.7夹具体的设计 414.8夹具精度分析 424.9绘制夹具装配图，标注有关尺寸及技术要求 43第6章总结与展望 456.1总结 456.2展望 45参考文献 46致谢 47第1章绪论1.1课题目的及意义1、目的本课题来源于实际生产，主要解决的问题是蜗轮箱零件的机械加工工艺规程制定及专用夹具设计。随着机械加工技术的发展和满足生产进度的需要，生产中工装、夹具、辅具的应用越来越广。针对不同的产品、不同的尺寸及精度要求，合理地设计工装、夹具、辅具来解决生产问题，是一个合格的工程师的基本要求。2、意义机械制造工艺及夹具毕业设计是对自己所学专业课和自己今后所要从事的工作方向进行的一次综合性训练，也是对自己四年所学的一次检测。（1）学会正确的设计思路、设计构思，掌握工艺设计的一般程序和方法；（2）学会使用技术资料，国家标准，进行设计计算，数据处理的能力；（3）培养独立分析问题、解决问题、理论联系实际的能力；（4）能熟练运用CAD等制图软件来设计零件和绘图；（5）能够运用所学的工艺及夹具的基本理论知识，制定合理的工艺规程，解决工艺尺寸、工件的加紧、定位等问题。毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应训练，从中锻炼自己独立分析问题、解决问题及团队合作精神的能力，为今后的技术工作打下一个良好的基础。为实现现代化强国贡献自己的力量。1.2国内外发展动态蜗轮箱件是数控车床加工中最常见的零件，也是工业生产中应用最广泛的零件，其作用主要是限位、导正、止转及定位。数控车床加工的轴类零件一般由圆柱面、圆锥面、圆弧面、台阶、端面、内孔、螺纹和沟槽构成，材料一般为HT150灰铸铁。由于应用广泛，一般采用批零生产，传统加工效率低，废品多，因此设计合理的数控加工工艺及编程可以大大提高效率，同时提高精度。国际现状：随着科技的发展和各国对制造业的不断重视，发达国家对于轴类的加工普遍采用开放式通用机床实时动态全闭环模式以FANUC和SINUMERIK为代表的数控系统不断优化，实现高效、高速、高效控制。加工过程中可以自动修正、调节、补偿各项参数。实现CAD/CAM与数控车床的相互配合。在轴类零件的数控加工工艺以及编程中，通过计算机CAPP分析大量信息并进行计算编制文件等，制定最优方案。大大提高轴类的精度要求，同时不断改进优化。通过新材料，以新型刀具为创新研制大量高精尖蜗轮箱件满足不同层次需求。国内现状：针对我国蜗轮箱组合件的加工，近年来已取得显著进步。但多数中小企业以人工加工为主，少数采取半自动化。生产效率低，零件精度低。尤其在高精度方面，因此寿命较低。目前，我国对于蜗轮箱件的加工也有许多好的方法比如间接控制尺寸蜗轮箱加工工艺、双层复合材料蜗轮箱、薄壁件蜗轮箱加工等不断提高蜗轮箱质量，数字化无人值守加工技术等技术也在蓬勃发展。目前，以华中为代表规模化数控系统，大规模集成电路已经大大提高了蜗轮箱件加工水平及精度。通过对先进技术推广以及与计算机的配合使用，数控车床加工的蜗轮箱件质量不断提高，但仍存在核心技术缺乏的现状。因此我们更应该提高对蜗轮箱件数控加工工艺的研究，以此不断提高自身。图1-1车床夹具图1-2铣床夹具1.3主要研究内容和设计思路1、研究内容如图1-1所示是蜗轮箱零件图，大批量生产，完成该零件的机械加工工艺设计及夹具的设计。图1-1蜗轮箱零件图2、设计思路调研和查阅资料调研和查阅资料确定蜗轮箱零件的加工工艺和夹具设计方案确定蜗轮箱零件的结构特点和工艺性分析确定夹具设计的要求规范蜗轮箱零件的工艺过程卡片编写定位方案的确定和夹紧方案的确定设计夹具图的草图完成设计图纸，说明书夹具零件图绘制第2章零件分析2.1零件的功用分析题目所给零件是蜗轮箱零件。蜗轮减速箱全称为蜗轮蜗杆减速箱或者蜗轮蜗杆减速机以及蜗轮蜗杆减速器。主要由蜗轮或者齿轮、轴、轴承和机箱等所组成，而蜗轮或者齿轮、轴、轴承都由机箱过来支承。因此减速机机箱壳必具备足够的硬度，以免受载后变形从而导致传动质量下降。由于蜗轮减速箱具有耐用、传动比大、体积小、自锁能力强、结构简单、制造容易等特性，因此被广泛应用，但它传动效率比较低。蜗轮减速箱的机箱通常采用铸铁来铸成，仅有少量重型减速箱用铸钢。减速机箱壳由箱座和箱盖两部分组成，其剖分面则通过传动的轴线。箱壳上安装轴承的孔必须精确，以以保证齿轮轴线相互位置的正解性。箱座与箱盖用螺栓联接，并用两个定位销来精确固定箱盖和箱座的相互位置。螺栓的布置要合理，应考虑使用扳手时所需活动的空间。在轴承周边的螺栓，其直径可以稍大些，尽量靠近轴承。为给蜗轮减速箱加上通气盖，减速机的温度会随着其工作的时间而变化。温度越高会使减速机箱壳内空气发生膨胀，从而将润滑油从剖分面泄出，因此故在减速机箱盖上设有通气盖。在减速机箱座下方设有一个放油孔，为了方便后期的更换润滑油之用。吊钩，是用来提升减速机箱盖的。而整个减速机的提升是用箱座旁的吊钩来进行的。箱座上还设有测量或者观察润滑油面高度用的测油表（或者是油面指示器）。随着蜗轮减速箱的型号大小不不同，采用的轴承也不同，一般中小型的减速箱都是广泛采用滚动轴承。具体的要根据实现负载或者根据减速机生产厂家的构造、测试而定。蜗轮箱实物图如图2-1所示。图2-1蜗轮箱实物图2.2零件的工艺分析从零件图1-1上可以看出，标有表面粗糙度符号的表面有外圆柱面、內圆柱面、端面和内孔等。其中，表面粗糙度要求比较高的是蜗轮箱顶面，其表面粗糙度要求达到Ra1.6；蜗轮箱前端面和内腔φ20端面要求表面粗糙度达到Ra1.6；蜗轮箱底面要求表面粗糙度达到Ra3.2；顶部内孔尺寸公差要求，其表面粗糙度达到Ra1.6；底部内孔尺寸公差要求，其表面粗糙度达到Ra1.6；前端面内孔尺寸公差要求，其表面粗糙度达到Ra1.6。几何公差要求：顶部内孔为B基准，为C基准，为D基准；顶面相对于B基准有垂直度要求0.02mm；内孔轴线相对于公共基准C-D有垂直度公差0.02和平行度公差0.02mm；内孔轴线相对于B基准有同轴度公差0.01mm；内腔φ20端面相对于C基准有垂直度公差0.01mm；前端面相对于基准D有垂直度要求0.01mm；轴向相对于基准C有同轴度要求0.02mm。对蜗轮箱零件图进行工艺审核后可进行机械加工工艺规程制定。第3章机械加工工艺规程制定3.1确定生产类型按设计任务书，蜗轮箱零件为中批量生产，其毛坯制造、加工设备及工艺装备的选择应呈现中批生产的工艺特点，毛坯的制造方法及加工余量，部分铸件用金属型；部分锻件用模锻。毛坯精度中等、加工余量中等；机床设备及其布置形式，部分采用通用机床，部分采用专用机床，按零件分类，部分布置成流水线，部分布置成机群式。广泛采用专用夹具，可调夹具。刀具和量具，按零件的产量和精度，部分采用通用刀具和量具，部分采用专用刀具和量具。工件的装夹方法，部分采用划线找正，广泛采用通用或专用夹具装夹。要求操作工人平均技术水平一般；生产率及成本一般。3.2确定毛坯制造形式由该零件的功用及轴与蜗轮箱配合的使用场合可知，轴与蜗轮箱为间隙配合，存在高频率的相对滑动，要求该蜗轮箱具有较高的抗震性能。所以选择既能满足使用要求，价格又相对低廉的灰铸铁HT150，另外蜗轮箱表面存在平面、大直径内孔以及螺纹孔，因此可以确定毛坯的制造形式为铸造。由于该蜗轮箱为成批量生产，查表3-1可知，选择砂型铸造机器造型，铸钢件的公差等级为级。表3-1成批和大量生产铸件的尺寸公差等级方法公差等级CT铸件材料钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金轻金属合金镍基合金钴基合金砂型铸造手工造型11-1411-1411-1411-1410-1310-139-1211-1411-14砂型铸造机器造型和壳形8-128-128-128-128-108-107-98-128-12金属型铸造8-108-108-108-107-97-9压力铸造6-84-64-7该零件的形状不是十分复杂，因此毛坯的形状与零件的形状应尽量接近。内孔内孔由于、直径比较大，应铸造出毛坯孔；其余螺纹孔和螺钉安装孔由于尺寸比较小，铸造成实体，顶面、底面和左侧端面以及内腔φ20端面铸造预留毛坯余量。3.3选择定位基准定位基准的选择是工艺规程制定中的重要工作，它是工艺路线是否正确合理的前提。正确与合理的选择定位基准，可以确保加工质量、缩短工艺过程、简化工艺装备结构与种类、提高生产率。1.精基准的选择分析蜗轮箱体零件图，箱体的设计基准为顶面内孔和、公共轴线，按照精基准确定原则“基准重合”原则选择箱体的设计基准为定位基准（工艺基准），故精基准当选顶面内孔及其端面和、公共轴线。2.粗基准的选择分析蜗轮箱，该零件属于异形箱体类零件，但是该零件的内孔和内孔为回转类加工表面，按照“基准先行”的原则，优先加工内孔，故可以选择内孔为粗基准。3.4选择加工方法1.平面的加工平面的加工方法有很多，可以采用铣削、车削、刨削、磨削、拉削等。蜗轮箱的顶面、底面可以采用铣削加工，也可以采用车削加工，但是如果采用铣削加工需要专门设计铣床专用夹具，增加了经济的投入，而如果采用车削加工可以直接使用三爪卡盘装夹工件，加工起来比较方便，没有额外的投入，故采用车削加工壳体的顶面及底面。另外对于壳体左侧端面、前端面以及φ20端面的加工，由于这几个平面位置的限制，无法采用车削加工，故可以选择铣削加工。2.内孔的加工孔的加工方法有很多，包括钻、扩、铰、镗、拉、磨及铣等。蜗轮箱零件中的、内孔已经在毛坯中铸出其毛坯孔，可以采用镗孔的方式进行加工，原因是蜗轮箱零件为异形箱体类零件，结构紧凑且质量和尺寸较小，不适合采用镗床加工，最好采用卧式车床进行镗削加工。另外蜗轮箱表面存在直径比较小的内孔和螺纹孔，在毛坯表面铸造成了实体，故对于精度要求比较高的小尺寸内孔可以采用钻孔-扩孔-铰孔的方式加工，对于加工精度不高的内孔直接钻出，对于内螺纹采用钻孔-攻丝的方式加工。3.5制定工艺路线制定工艺路线是工艺人员制订工艺规程时最重要的工作，也是体现工艺师工艺水平的重要方面。其原则是，在合理保证零件的几何形状、尺寸精度、位置精度、表面质量的前提下，尽可能提高生产率，降低生产成本，取得较好的经济效益。制订工艺路线应遵循以下几点：（1）工艺路线的制订是实践性很强的工作，在具体制订时，一定要充分考虑本企业的实际加工条件与能力。（2）工艺师应具备较丰富的实际生产经验，制订机械加工工艺规程过程也是不断积累经验的过程。对于一个零件的加工，虽然可以安排不同的加工路线，但其中只有一条在一定的生产条件下是最佳的，工艺师的任务就是要把这条最佳的线路找出来。（3）制定机械加工工艺规程的发展方向是计算机辅助工艺编制，即CAPP。工艺路线的制订可以利用成组技术、人工智能技术自动进行。蜗轮箱零件的生产类型是大批量生产，其工艺特点是尽量选用通用机床并配以专用夹具。在安排蜗轮箱零件工艺路线的过程中应主要考虑以下几个问题：（1）按照“基准先行”的加工原则，优先安排蜗轮箱体的內圆柱面及顶面的加工。（2）蜗轮箱的顶面、內圆柱面、內圆柱面的表面加工精度较高，其加工的表面质量好坏直接影响到与泵盖安装的精度，因此可以安排粗加工、半精加工、精加工工序。（3）蜗轮箱零件为异形箱体类零件，其中、内孔轴线之间有同轴度要求，所以在进行、内孔加工的工序中，两个孔要求同时加工，即一次定位加工出两个内孔，可以避免由于二次定位带来的加工几何公差。（4）按照“粗精分离”原则，将表面加工的粗加工和精加工安排在不同的工序中，而不是安排在同一工序的不同工步当中。在制订整体工艺路线时往往要提出两个或多个可行性方案，经过充分的比较、论证，选择其中最佳的一种方案。同时对于选择加工方式及局部工艺路线时，也要拿出不同的方案进行分析。针对蜗轮箱顶面和底面的加工制定两种方案，方案一，采用车削的加工方式在普通卧式车床上加工内孔和端面，优点是可以选择通用夹具三爪卡盘，并且操作起来简单方便，节省时间，并且可以保证两个内孔的同轴度要求。方案二，采用立式铣床铣削壳体的顶面和底面，这样做的有点是可以保证两个平面之间的平行度，但是零件图对该两平面的平行度未做要求，缺点是在加工内孔和内孔时无法采用加工好的顶面作为基准，这样就很难保证平面和内孔轴线之间的垂直度要求。根据以上分析，按照方案一制定了以下工艺路线：工序05：粗镗内孔及端面定位基准：内孔及端面工序10：粗镗内孔及端面定位基准：内孔及端面工序15：半精镗内孔及端面定位基准：内孔及端面工序20：半精镗内孔及端面定位基准：内孔及端面工序25：精镗内孔及端面定位基准：内孔及端面工序30：精镗内孔定位基准：内孔及端面工序35：粗铣前端面定位基准：内孔及端面工序40：半精铣、精铣前端面定位基准：内孔及端面工序45：粗铣φ20端面定位基准：内孔及端面工序50：半精铣、精铣φ20端面定位基准：内孔及端面工序55：粗铣左侧端面定位基准：内孔及端面工序60：钻孔φ8定位基准：内孔、顶面工序65：扩孔φ9.8、φ15.8，铰孔φ10、φ16定位基准：内孔、顶面工序70：钻攻顶面4-M6螺纹孔定位基准：内孔、底面工序75：钻攻左端面4-M4螺纹孔定位基准：内孔、顶面工序80：钻攻前端面4-M4螺纹孔定位基准：内孔、顶面工序85：钻孔4-φ7、沉孔4-φ9.5定位基准：内孔、顶面3.6确定加工余量及毛坯尺寸3.6.1确定加工余量该蜗轮箱材料为HT150灰铸铁，抗拉强度，采用砂型铸造机器造型，且为成批生产。查表3-1可知，铸钢件采用砂型铸造机器造型时，铸件尺寸公差为级，此处选为级。按照表3-2选择加工余量为H级，根据机械加工后铸件的最大轮廓尺寸，按照表3-3可查得各加工表面的加工余量，见表3-4。表3-2成批和大量生产的铸件机械加工余量等级方法要求的机械加工余量等级铸件材料钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金轻金属合金镍基合金钴基合金砂型铸造手工造型G-KF-HF-HF-HF-HF-HF-HG-KG-K砂型铸造机器造型和壳型F-HE-GE-GE-GE-GE-GE-GF-HF-H金属型D-FD-FD-FD-FD-FD-F压力铸造B-DB-DB-D熔模铸造EEE-E-EEE表3-2成批和大量生产的铸件机械加工余量等级最大尺寸要求的机械加工余量等级大于至ABCDEFGHJK-400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42631000.20.30.40.50.711.422.841001600.30.40.50.81.11.52.23461602500.30.50.711.422.845.582504000.40.70.91.31.42.53.557104006300.50.91.11.52.234691263010000.60.91.21.82.53.5571014100016000.711.422.845.581116160025000.81.11.62.23.24.5691418250040000.91.31.82.53.5571014204000630011.422.845.581116226300100001.11.52.234.569121724表3-3蜗轮箱各加工表面加工余量加工表面单边余量双边余量备注内孔36考虑该内孔加工精度较高，基本尺寸选择100内孔36考虑该内孔加工精度较高，基本尺寸选择100顶面47顶面精度较高，增加加工余量底面3前端面4——顶面精度较高，增加加工余量左端面2——左端面精度一般，基本尺寸选择70内腔φ20端面4——顶面精度较高，增加加工余量零件质量约为0.58kg，加上加工余量，经过估算，毛坯质量约为0.7kg。3.6.2确定毛坯基本尺寸加工表面的毛坯尺寸只需将零件尺寸加上查取的相应加工余量即可，所得蜗轮箱的毛坯尺寸见表3-4。表3-4蜗轮箱毛坯尺寸零件尺寸单边加工余量毛坯尺寸内孔3Φ29mm内孔3Φ49mm顶面461mm底面3前端面470mm左端面247mm内腔φ20端面458mm3.6.3确定毛坯尺寸公差查表（铸件尺寸公差数值），查得各铸件加工尺寸公差见表3-5。表3-5蜗轮箱铸件加工尺寸公差毛坯尺寸公差按“对称”标注结果内孔1.8mm±0.9mmΦ29±0.9mm内孔2mm±1mmΦ49±1mm顶面2.2mm±1.1mm61±1.1mm底面前端面2.2mm±1.1mm70±1.1mm左端面2mm±1mm47±1mm内腔φ20端面2mm±1mm58±1mm3.6.4绘制毛坯简图根据以上内容及砂型铸造的有关标准与规定，绘出毛坯简图，如图3-1所示。图3-1蜗轮箱毛坯简图3.7工序设计3.7.1选择加工设备与工艺装备1.选择加工设备选择加工设备即选择机床类型。由于已经根据零件的形状、精度特点，选择了加工方法，因此机床的类型也随之确定。至于机床的型号，主要取决于现场的设备情况。若零件的加工余量较大，加工材料又较硬，有必要校验机床功率。选择加工设备要考虑加工经济精度。所谓加工经济精度是指在正常条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。需要指出的是：每一种机床，都有相应的加工经济精度，也就是说任何机床在最经济的情况下的加工精度和表面粗糙度都有一定的范围。若精心操作、细心调整、选择小的切削用量，其加工精度也可以提高，但肯定是耗时费工。如车外圆时经“粗车→半精车→精车”加工的经济精度与表面粗糙度为IT7～IT8，，也就是说，在正常的生产条件下很容易满足此要求。若要一名高技术工人精心操作，也能车出IT6甚至是IT5级的外圆来，但经济上太不划算了。总而言之，最终选择的机床，其经济精度应与零件表面的设计要求相适应，初步选定各工序机床如下：1）工序05、10、15、20、25、30为镗削加工工序由于蜗轮箱零件尺寸及质量都比较小，不适合在镗床上镗削加工，故选择在车床上车削加工，选择机床C620-1卧式车床；2）工序35、40、45、50、55铣削加工各平面对于前端面和左侧端面选择X5012立式铣床，对于φ20端面选择X62卧式铣床；3）工序60、65、70、75、80、85钻孔加工由于蜗轮箱尺寸不大，采用立式钻床加工，选择Z525立式钻床，主要技术参数参见Z525立式钻床说明书；2.选择夹具对于成品生产的零件，大多采用专用机床夹具。在保证加工质量、操作方便、满足高效的前提下，也可部分采用通用夹具。本机械加工工艺规程中所有工序均需要使用专用夹具来对工件进行装夹，专用夹具需要进行设计。3.选择刀具在蜗轮箱的加工中，采用了镗、钻、铣等多种加工方式，与之相对应，初选刀具情况如下：（1）镗刀在镗床上加工的工序，一般都选择硬质合金刀具。加工钢质零件时可采用YT类硬质合金，粗加工时选择YT5牌号硬质合金，半精加工时选择YT15牌号硬质合金，精加工时选择YT30牌号硬质合金，为提高生产率及经济性，应选用可转位镗刀。切槽刀宜选用高速钢。选择镗刀几何形状为卷屑槽倒棱型前刀面，前角，后角，主偏角，副偏角，刃倾角，刀尖圆弧半精。（2）铣刀铣削顶面、底面、前端面、左端侧面采用高速钢端铣刀，铣削内腔φ20端面选择高速钢圆柱铣刀。（3）钻头从零件要求和加工经济性考虑，采用锥柄麻花钻头完成加工工序。工序60中，钻孔的直径为φ8、φ14，所以选择、的高速钢麻花钻钻孔，工序70选择麻花钻直接钻出M8螺纹底孔。工序75、80选择麻花钻直接钻出M4螺纹底孔。工序85选择麻花钻直接钻出螺钉安装孔。4.选择量具选择量具的原则是根据被测量对象的要求，在满足测量精度的前提下，尽量选用操作方便、测量效率高的量具。量具有通用量具（如游标卡尺、千分尺、比较仪、量块等）和各种专用高效量具，其种类的选择主要应考虑被测尺寸的性质，如内径、外径、深度、角度、几何形状等以及被测工件的特点，如工件的形状、大小、精度、生产类型等。本零件属于成批生产，一般均采用通用量具。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择。一般根据被测对象的公差带宽度先查得相应的安全裕度A和计量器具的不确定度允许值，然后在量具手册中选择一种不确定度等于或小于的量具。二是按照计量器具的测量方法极限误差选择。下面以精镗内孔工序为例来说明量具的选择。工序精镗内孔，尺寸公差（公差等级IT7级），现按计量器具的测量方法极限误差选择量具。1）根据工件公差等级确定精度系数K。查表3-6可知，K=27.5%。表3-6蜗轮箱铸件加工尺寸公差公差等级IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11-16K（%）32.53027.5252015102）求计量器具测量方法的极限误差。。3）选择合适的量具。查表（常用测量工具和测量方法的极限误差）可选择刻度值为0.01毫米的游标卡尺。在人为需要及条件允许的情况下，可以设计专用量规，以量规的通端和止端测量零件加工的极限偏差，这时可以显著地提高测量的效率。3.7.2确定工序尺寸确定工序尺寸时，对于加工精度要求较低的表面，只需粗加工工序就能保证设计要求，将设计尺寸作为工序尺寸即可，上下偏差的标准也按照设计规定。当加工表面精度要求较高时，往往要经过数道工序才能达到要求。下面以内孔加工为例计算工序尺寸、余量及确定公差。孔的加工需要经过三道工序，并且定位基准与工序基准重合。由上述可知其总加工余量（双边余量）为6mm，其公差等级为IT7级。参考卧式铣镗床的切削用量和加工精度参数，查表（卧式镗铣床镗削用量）和（卧式镗铣床加工精度）可知，精镗时直径上切削深度为，表面粗糙度为，孔径公差等级H6-H8；半精镗时、，孔径公差等级H8-H9，粗镗时、，孔径公差等级H10-H12。按照上述方法，确定孔的工序加工余量、工序尺寸公差及表面粗糙度，见表3-7。表3-7孔加工工序尺寸及公差加工表面：孔精镗半精镗粗镗毛坯工序双边余量/mm0.51.54工序尺寸及公差/mm表面粗糙度/μm1.612.5253.8确定切削用量和基本时间切削用量包含切削速度、进给量及背吃刀量三项，确定方法是先确定背吃刀量、进给量，而后确定切削速度。不同的加工性质，对切削加工的要求是不一样的。因此，在选择切削用量时，考虑的侧重点也应有所区别。粗加工时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度，故一般优先选择尽可能大的背吃刀量，其次选择较大的进给量，最后根据刀具耐用度要求和余下的机床功率，确定合适的切削速度。精加工时，首先应保证工件的加工精度和表面质量要求，故一般选用较小的进给量和背吃刀量，而尽可能选用较高的切削速度。工序05（粗镗内孔、粗镗端面）工步1：粗镗内孔（1）选择切削用量已知加工材料为HT150灰铸铁，，铸件；机床为C620-1卧式车床，工件装卡在三爪卡盘中。所选刀具为YT5硬质合金可转位镗刀。选择镗刀杆尺寸，刀片厚度为5mm。选择镗刀几何形状为卷屑槽倒棱型前刀面，前角，后角，主偏角，副偏角，刃倾角，刀尖圆弧半精。ⅰ.确定背吃刀量。粗镗双边余量为3mm，显然为单边余量，。ⅱ.确定进给量。查表，在粗车灰铸铁、刀杆尺寸为、、工件直径为33mm，=0.6～0.9mm/r，选择。确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验。查表确定C620-1卧式车床进给机构允许的进给力。查表，当灰铸铁、、、、（预计），进给力。的修正系数为、、，故实际进给力为，所选的进给量可用。ⅲ.选择车刀磨钝标准及耐用度查表，选择车刀后到面最大磨损量为1mm，可转位车刀耐用度T=30min。ⅳ.确定切削速度。查表，当用YT5硬质合金加工灰铸铁、、时，切削速度。切削速度的修正系数为、、、、选择，则实际切削速度ⅴ.校验机床功率。查表，当、、、、时，。切削功率的修正系数为、、、、，故实际切削功率为查表，当时，机床主轴允许功率。，故所选切削用量可在C620-1卧式车床上进行。最后确定的切削用量为：、、、（2）计算基本时间按照下式计算基本时间，其中式中：为切削加工长度，单位为mm；为刀具切入长度，单位为mm；为刀具切出长度，单位为mm，；故基本时间为工步2：粗镗端面由于粗镗内孔和粗镗端面为一次走刀完成，故切削参数相同。即、。工序10（粗镗内孔、端面）参照工序05选择切削参数。工序15（半精镗内孔、端面）工步1：半精镗内孔（1）选择切削参数所选刀具为YT15硬质合金可转位镗刀。镗刀形状、刀杆尺寸及刀片厚度均与粗镗相同。选择镗刀几何形状为卷屑槽倒棱型前刀面，前角，后角，主偏角，副偏角，刃倾角，刀尖圆弧半精。ⅰ.确定背吃刀量：半精镗双边余量为2mm，显然为单边余量，ⅱ.确定进给量：查询《机械加工工艺手册》，当加工材料为45钢，表面粗糙度要求Ra3.2，切削速度预估，得到进给量，由于采用的是TX68卧式镗床，选择半精镗进给量。由于是半精加工，切削力比较小，故不需要校核机床进给机构强度。ⅲ.选择车刀磨钝标准及耐用度。查表选择车刀后刀面最大磨损量为0.4mm，耐用度T=30min。ⅳ确定切削速度。查表，当用YT15硬质合金加工灰铸铁、、时，切削速度。切削速度的修正系数为、、、、按C620-1卧式车床的转速，选择，则实际切削速度同样半精加工机床功率可不校验。最后决定的切削用量为：、、、。（2）计算基本时间按照下式计算基本时间，其中式中：为切削加工长度，单位为mm；为刀具切入长度，单位为mm；为刀具切出长度，单位为mm，；故基本时间为工步2：半精镗端面由于半精车内孔和端面为一次走刀完成，故参照工步1选择切削参数，即、。工序20（半精镗内孔、端面）参照工序15选择切削参数。工序25（精镗内孔、端面）工步1：精镗内孔（1）选择切削参数所选刀具为YT30硬质合金可转位镗刀。镗刀形状、刀杆尺寸及刀片厚度均与半精车相同。ⅰ.确定背吃刀量：粗车双边余量为0.5mm，显然为单边余量，ⅱ.确定进给量：查询《机械加工工艺手册》，当加工材料为45钢，表面粗糙度要求Ra1.6，切削速度预估，得到进给量，选择精车进给量。由于是精加工，切削力比较小，故不需要校核机床进给机构强度。ⅲ.选择车刀磨钝标准及耐用度。查表选择车刀后刀面最大磨损量为0.4mm，耐用度T=30min。ⅳ确定切削速度。查表，当用YT15硬质合金加工钢料、、时，切削速度。切削速度的修正系数为、、、、按C620-1卧式车床的转速，选择，则实际切削速度同样精加工机床功率可不校验。最后决定的切削用量为：、、、。（2）计算基本时间按照下式计算基本时间，其中式中：为切削加工长度，单位为mm；为刀具切入长度，单位为mm；为刀具切出长度，单位为mm，；故基本时间为工步2：精车内孔端面由于精车端面和精镗内孔为一次走刀完成，故切削参数参照工步1选择。工序30（精镗内孔）参照工序25中精镗内孔工步选择切削参数。工序35（粗铣前端面）（1）确定切削参数本工序为铣削工序，所选刀具为高速钢端铣刀，铣刀直径，齿数。选择铣刀的基本形状，选前角，后角，已知铣削宽度，铣削深度，机床选择X5032立式铣床。ⅰ.确定每齿进给量。查表（高速钢端铣刀、圆柱铣刀和盘铣刀加工时的进给量）X5032立式铣床的功率为7.5KW，工艺系统刚性为中等，细齿端铣刀加工钢料的进给量为，现取。ⅱ.选择铣刀磨钝标准及耐用度。查表（铣刀磨钝标准），用高速钢端铣刀加工灰铸铁料铣刀刀齿后刀面最大磨损限度为1.5mm。铣刀直径，查表（铣刀平均寿命）得到耐用度T=240min。ⅲ.确定切削速度和工作台每分钟进给量。计算公式如下：式中：选择则实际切削速度工作台每分钟进给量为④校验机床功率。查表得到铣削时的功率计算公式如下式中，X5032立式铣床的功率为15KW，故所选的切削用量可以采用，所确定的切削用量为、、、（2）计算基本时间，此处取工序40（半精铣前端面、精铣前端面）工步1：半精铣前端面（1）选择切削参数本工序为铣削工序，所选刀具为高速钢端铣刀，铣刀直径，齿数。选择铣刀的基本形状，选前角，后角，已知铣削宽度，铣削深度，机床选择X5032立式铣床。ⅰ.确定每齿进给量。查表（高速钢端铣刀、圆柱铣刀和盘铣刀加工时的进给量）X5032立式铣床的功率为7.5KW，工艺系统刚性为中等，细齿端铣刀加工灰铸铁的进给量为，现取。ⅱ.选择铣刀磨钝标准及耐用度。查表（铣刀磨钝标准），用高速钢端铣刀加工灰铸铁料铣刀刀齿后刀面最大磨损限度为1mm。铣刀直径，查表（铣刀平均寿命）得到耐用度T=110min。ⅲ.确定切削速度和工作台每分钟进给量。计算公式如下：式中：选择则实际切削速度工作台每分钟进给量为所确定的切削用量为、、、（2）计算基本时间，此处取工步2：精铣前端面（1）选择切削参数本工序为铣削工序，所选刀具为高速钢端铣刀，铣刀直径，齿数。选择铣刀的基本形状，选前角，后角，已知铣削宽度，铣削深度，机床选择X5032立式铣床。ⅰ.确定每齿进给量。查表（高速钢端铣刀、圆柱铣刀和盘铣刀加工时的进给量）X5032立式铣床的功率为7.5KW，工艺系统刚性为中等，细齿端铣刀加工钢料的进给量为，现取。ⅱ.选择铣刀磨钝标准及耐用度。查表（铣刀磨钝标准），用高速钢端铣刀加工灰铸铁料铣刀刀齿后刀面最大磨损限度为0.8mm。铣刀直径，查表（铣刀平均寿命）得到耐用度T=80min。ⅲ.确定切削速度和工作台每分钟进给量。计算公式如下：式中：选择则实际切削速度工作台每分钟进给量为所确定的切削用量为、、、（2）计算基本时间，此处取工序45（粗铣φ20端面）参照前述工序粗铣切削参数。工序50（半精铣、精铣φ20端面）参照前述工序半精铣、精铣切削参数。工序55（粗铣左侧端面）参照前述工序粗铣切削参数。工序60（钻孔φ8）①选择钻头。选择高速钢麻花钻头，其直径。钻头的几何形状为：双锥修磨横刃，②选择切削用量ⅰ.决定进给量1）按加工要求决定进给量：查表（高速钢钻头钻孔时的进给量），钻头直径，灰铸铁的强度时，。由于，故应乘孔深修正系数，则2）按钻头强度决定进给量：查表（钻头强度所允许的进给量），当，，钻头强度所允许的进给量3）按机床进给机构强度决定进给量：查表（机床进给机构强度所允许的钻削进给量），当，，机床进给机构允许的轴向力为8830N时，进给量为。从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为。根据Z525钻床说明书，选择。机床进给机构强度也可根据初步确定的进给量查出轴向力再进行比较来验证。查表（高速钢钻头钻孔时的轴向力），当，，时轴向力。轴向力的修正系数均为1.0，故。根据Z525钻床说明书，机床进给机构允许的轴向力为，由于，故可用。2.决定钻头磨钝标准及寿命。查表（钻头、扩孔钻和铰刀的磨钝标准及寿命），当时，钻头后刀面最大磨损量取为0.5mm，寿命T=45min。3.确定切削速度。查表的HT200灰铸铁加工性属5类。查表（高速钢钻头钻碳钢及合金钢时的切削速度），当加工性为第5类，，双横刃磨的钻头，时，。切削速度的修正系数为：，故选择4.检验机床扭矩及功率。查表（高速钢钻头钻钢时的扭矩），当，时，。扭矩的修正系数均为1.0，故。根据Z525立式钻床说明书，当时，。查表（高速钢钻头钻钢时消耗的功率），当当，，，，时，根据机床说明书，。由于,故选择的切削用量可用，即，，计算基本时间：，取工序65（扩孔φ9.8、扩孔φ15.8、铰孔φ10、铰孔φ16）工步1扩孔φ9.8选择刀具。选择高速钢麻扩孔钻头，其直径。切削参数参照钻孔φ8选择，即，计算切削速度如下工步2扩孔φ15.8选择刀具。选择高速钢麻扩孔钻头，其直径。切削参数参照钻孔φ15.8选择，即，计算切削速度如下工步3铰孔φ10选择高速钢铰刀，刀具几何参数前角，后角，齿背倾斜角选择铰刀的磨钝标准0.5mm和寿命T=40min，查表（高速钢铰刀铰孔时的切削用量），当加工材料为钢、硬度中等、铰刀直径、切削深度、进给量，切削速度，取，计算主轴转速参照Z525立式钻床说明书，选择主轴转速为，计算实际切削速度所选取的切削参数为、、计算基本时间，取后续钻孔工序切削参数，参照前述钻攻工序切削参数选择，此处不再赘述。第4章钻孔夹具设计4.1接受设计任务、明确加工要求本次夹具设计是针对蜗轮箱左端面4-M4螺纹底孔的加工。应该考虑到该两孔的位置要求，加工将达到9级精度，由于该零件是大批量生产还应考虑到如何提高劳动生产率和降低生产成本，保证加工质量。由零件图样得到本工序的加工要求如下：孔的直径为φ3.3mm，孔间距为59±0.25mm、34±0.25mm；4.2确定定位方案、选择定位元件涉及工序：钻攻4-M4螺纹孔详细的工序图见图4-2图4-2工序简图定位基准的选择：钻孔4-M4螺纹底孔的这道工序中，对于定位方式的设计应注意工件在夹具中的定位方式应有较高的定位精度，不发生过定位干涉，便于安装工件，为保证工件定位正确，应使工件在空间的自由度都受到限制满足工件的加工要求。分析蜗轮箱零件图选择蜗轮箱顶部φ35内孔和端面为基准进行定位。4.3确定夹紧方案、设计夹紧机构当工件的定位方案确定以后，还必须进行夹紧方案和夹紧机构的设计，以保证在切削加工过程中工件的正确位置不会在切削力、重力、惯性力等的作用下发生变化。夹具夹紧装置需要满足以下要求：1）由于夹紧是在定位之后，工件的定位是加工过程中直接保证加工精度的过程，所以夹紧之后工件还需要保证正确的定位位置。2）夹紧力要足够大，要可以抵抗加工过过程中的切削力，工件在加工过程中不可以移动。常见的几种夹紧机构螺旋夹紧机构图4-3螺旋夹紧机构偏心夹紧机构图4-4偏心夹紧机构斜楔夹紧机构图4-5斜楔夹紧机构定心夹紧机构图4-6定心夹紧机构螺杆伸缩气缸压板螺杆伸缩气缸压板图4-7气动夹紧机构结构简图本夹具采用的夹紧机构为气动夹紧机构，该机构直接由压板作用在蜗轮箱端面上，夹紧力为伸缩气缸提供。工件定位之后，工件夹紧时气缸活塞杆伸出，使得工件的端面与压板的一个端面贴合。气缸活塞杆缩回之后，工件拆卸；需要加工另外工件，重复以上操作。4.4确定定位元件夹具的定位方法是确定出定位基准面后根据零件表面特征分析来选择定位元件，该工序的定位在基准是蜗轮箱φ35内孔、端面，故可在该基础上进行定位元件的设计。本夹具为钻孔专用夹具，其中芯轴、垫板和球头支承钉结构如下图所示图4-8垫板结构简图图4-9芯轴结构简图图4-10球头支承钉结构简图4.5确定导向方案和选择导向元件本夹具为钻孔夹具，采用钻床进行加工，其中麻花钻需要选择对刀元件，常用的麻花钻对刀元件为钻套，这里选择可换钻套，其结构简图如图4-11所示。图4-11可换钻套结构简图4.6钻模板的设计本夹具为钻床专用夹具，在钻床上安装使用，麻花钻的引导装置选择钻套，考虑钻套的安装，需要设计钻模板，钻模板的作用是用来安装钻套，确保钻套在钻模板上又一个正确的位置，钻模板的结构简图如图4-12所示。图4-12-1钻模板尺寸图图4-12-2钻模板结构简图4.7夹具体的设计由于铸造夹具体工艺性好，可铸出各种复杂形状，且具有较好的抗压强度、刚度和抗振性，在生产中广泛应用，故选用铸造夹具体，材料选用HT200。为使夹具体尺寸稳定，需要进行时效处理，以消除内应力。为了便于夹具体的制造、装配和检验，铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸造出凸台，以减少加工面。另外对于拼装式夹具，在平板上安装各种组成元件，也可以选用精度较高的成型钢板，切割成一定的尺寸作为夹具底板来使用，本次设计的夹具体如图4-13所示。图4-13夹具体尺寸图4.8夹具精度分析工件定位误差的来源主要有两个方面：（1）由于工件的定位表面或夹具上的定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差，常用表示。（2）由于工件的工序基准与定位基准不重合引起的定位误差，称为基准不重合误差，常用表示。在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。因此，计算定位误差首先要找出工序尺寸的工序基准，然后求其在加工尺寸方向上的最大变动量即可。分析蜗轮箱零件图，蜗轮箱的设计基准为端面和φ35内孔，分析该工序的工序简图，工艺基准为蜗轮箱的端面和φ35内孔，设计基准和工艺基准重复，不存在基准不重合误差。分析蜗轮箱零件图，钻孔时的孔径由麻花钻保证，孔轴线与端面的垂直度由机床保证，其中误差最大的是孔的位置，经分析孔的位置误差主要来源是芯轴与φ35内孔的配合公差，的最大尺寸为φ35.025，芯轴与之配合的轴径为，最小尺寸为φ34.975mm，故最大间隙为35.025-34.975=0.05mm，故夹具定位误差即基准位置误差。由于孔距尺寸的公差为0.25mm＞0.05mm，满足要求，故所设计的夹具满足要求。4.9绘制夹具装配图，标注有关尺寸及技术要求图4-14钻孔夹具装配图图4-15钻孔夹具装配图本夹具为钻削左侧端面4-M4螺纹底孔专用夹具，该夹具主要由夹具体、垫板、芯轴、球头支承钉以及气动夹紧机构等组成，其中定位原件是垫板、芯轴和球头支承钉，垫板和芯轴限制工件5个自由度，剩余一个旋转自由度由圆柱支承钉限制，蜗轮箱6个自由度都被限制，为完全定位满足加工要求；另外夹具采用气动夹紧机构来对工件进行夹紧，利用1个伸缩气缸和一块压板将工件夹紧在夹具中，操作简单、方便，在提供工件正确的加工位置同时可以减少工人劳动，提高加工效率。第6章总结与展望6.1总结本次毕业设计的过程可以说对我的影响是非常大的，从开始拿到设计题目时的一筹莫展，到毕业设计结束后的运筹帷幄，一路走过来的艰辛真是很难忘记。在这里，我要感谢设计过程中我的指导教师，从最开始的课题下发，到过程中的修改、指导、学习，再到最后的答辩指导，我的指导老师给了我很大的帮助。再次感谢我的指导老师，要是没有你的悉心指导，发现我的问题并指导我改正，也不会有后来我的顺利完成毕业设计。我的这次毕业论文设计时关于零件加工工艺及夹具的设计，通过这个设计，我比较全面完整地综合运用了机械加工工艺及加工夹具的设计方面相关的知识，真正做到了理论联系实际，通过这次设计我能够通过零件的加工要求来设计零件的机械加工工艺规程和加工过程中的夹具设计，同时我还学会了相关专业书籍和工具书的查找，这个过程也对我的机械相关知识做了一个巩固，提高了我的分析问题、解决问题的能力。通过本次机械加工工工艺及夹具的设计我可以比较准确的设