倒档齿轮加工工艺及插键槽工装夹具设计带图纸
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学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称倒档齿轮共7页第1页 车间工序号工序名称材 料 牌 号1检查9Cr18毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数棒料163X8811设备名称设备型号设备编号同时加工件数1夹具编号夹具名称切削液三爪自定心卡盘工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件可转位车刀工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1检查毛坯是否有裂纹学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称倒档齿轮零件名称倒档齿轮共7页第2页 车间工序号工序名称材 料 牌 号1粗车9Cr18毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数棒料163X8811设备名称设备型号设备编号同时加工件数 卧式车床CA61401夹具编号夹具名称切削液三爪自定心卡盘工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件可转位车刀工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助2夹毛坯外圆,车76端面CA6140200160.512117.73夹毛坯外圆,粗车76外圆,留1mm加工余量CA6140200160.512117.74精车76外圆,达到图纸尺寸公差要求CA6140200160.512117.7学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称车床零件名称倒档齿轮共7页第3页 车间工序号工序名称材 料 牌 号1精车9Cr18毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数棒料163X8811设备名称设备型号设备编号同时加工件数卧式车床CA61401夹具编号夹具名称切削液三爪自定心卡盘工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件可转位车刀工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助7掉头,夹76外圆,车端面CA6140200160.512117.7夹76外圆,顶针顶中心孔,粗车105外圆CA6140200160.512117.7夹76外圆,顶针顶中心孔,精车105外圆CA6140200160.512117.7 技术学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称车床零件名称倒档齿轮共7页第4页 车间工序号工序名称材 料 牌 号2磨削9Cr18毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数棒料163X8811设备名称设备型号设备编号同时加工件数 夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件高速钢工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助8预钻中心孔20的底孔10Z550200160.512117.79扩中心孔20的底孔至15Z550200160.512117.7扩中心孔20的底孔至19Z550铰孔20Z550学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称倒档齿轮共7页第6页车间工序号工序名称材 料 牌 号4 钻孔9Cr18毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数棒料163X881设备名称设备型号设备编号同时加工件数插床夹具编号夹具名称切削液三爪卡盘工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件可转位车刀工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助17插键槽插床200160.512117.7学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称倒档齿轮共7页第7页车间工序号工序名称材 料 牌 号59Cr18毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸造1设备名称设备型号设备编号同时加工件数滚齿机163X88夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助滚齿加工滚齿机200160.512117.7检验机械加工工艺过程卡片产品型号零(部)件图号共2页产品名称倒档齿轮零(部)件名称倒档齿轮第1页材料牌号45#钢毛坯种类锻件毛坯外形尺寸每毛坯件数1每台件数1备注序号工序名称工 序 内 容车间设 备工 艺 装 备工时准终单件1检查检查毛坯是否有裂纹检目测2车端面夹毛坯外圆,车76端面金车床三爪自定心卡盘3粗车夹毛坯外圆,粗车76外圆,留1mm加工余量金车床三爪自定心卡盘4精车精车76外圆,达到图纸尺寸公差要求金车床三爪自定心卡盘5车端面掉头,夹76外圆,车端面金车床三爪自定心卡盘6钻孔钻中心孔金钻床专用夹具7粗车夹76外圆,顶针顶中心孔,粗车105外圆金车床三爪自定心卡盘8精车夹76外圆,顶针顶中心孔,精车105外圆金车床三爪自定心卡盘9检查检查是否有黑皮、裂纹检目测10钻孔预钻中心孔20的底孔10金钻床专用夹具11扩孔扩中心孔20的底孔至15金钻床专用夹具12扩孔扩中心孔20的底孔至19金钻床专用夹具13铰孔铰孔20金钻床专用夹具14插键槽插键槽金插床专用夹具15热处理热处理RCRC热淬火炉16滚齿滚齿加工金滚齿机专用夹具17检验检验检游标卡尺编 制日 期标记处记更改文件号签字日期 设 计 说 明 书 题目:倒档齿轮加工工艺及插键槽(6正负0.015)工装夹具设计 班 级: 姓 名: 指导教师: 前言我们在大学期间学完专业所有课程后所要进行的一个重要环节,这是我们对所学课程的一次深入的全面的总复习,也是一次理论联系实际的训练。因此,它在几年的学习中占有重要的地位。是利用所学知识解决实际问题能力的具体体现。此次设计既是对我们的一次锻炼,也是一次挑战。在设计过程中,通过搜集和整理相关资料、查阅大量的手册、国家标准和相关技术政策,不仅使我们增长了见识,也开阔了视野。毕业设计的课程也是一次综合性的理论联系实际的训练过程,是我们从学校走向工作岗位的一个过度环节。我希望能够通过这次毕业设计,对将来要从事的工作进行一次适应性训练,希望在设计中能够锻炼自己独立工作和综合分析的能力,为今后工作打下一个坚实的基础,树立一个良好的开端,这个阶段也将在我的大学生活中留下深刻的印象。就我而言,希望通过这次课程设计,对自己今后从事的工作,进行一次适应性训练,通过设计锻炼自己分析问题、解决问题的能力,为今后的工作打下一个良好的基础由于能力所限,设计中尚有许多不足之处,希望各位教师给予批评指教,敬请尊敬的院领导和专业教师提出宝贵意见和建议! 目录一、零件图的分析1.1零件的功用1.2图纸的完整性和正确性1.3零件的技术要求分析1.4零件的结构工艺性分析二、毛坯的选择2.1确定毛坯种类及制造方法2.2毛坯的形状及加工总余量三、定位基准的选择3.1精基准的选择3.2粗基准的选择四、工艺路线的拟定4.1表面加工方法的选择4.2确定加工工艺路线(要求两套工艺方案)4.3工艺方案的技术经济分析五、确定工序加工余量、工序尺寸及公差5.1选择工序加工余量5.2计算工序尺寸及公差六、确定切削用量及工时定额七、设计体会与收获八、参考文献书目 一、 零件图的分析 1. 1零件的功用用来传递的运动和动力,改变转向传递扭矩从而使汽车实现反向行使1.2图纸的完整性和正确性本零件各表面的加工并不困难。齿轮零件图样由两个剖视图组成,视图正确、完整,尺寸、公差及技术要求齐全。零件内、外轮廓描述清楚完整,零件图的粗实线、细实线、点化线的线型均符合于国家标准;有利于加工时的数据分析和计算,零件材料为45钢。1.3零件的技术要求分析零件图的尺寸比较多,但尺寸的标注多而不乱。图纸当中有对齿面粗糙度和孔面粗糙度的要求为3.2,齿部热处理45-52HRC,齿圈径向跳动公差为0.08mm,还有一些技术要求倒角为C2.5、未标注为1*450,零件表面光洁、精度等级8GK。1.4零件的结构工艺性分析1.4.1零件结构本产品是一个双联齿轮零件,该零件是由两个不同的齿廓组成,一个为m=4,z=17的齿廓一个为m=5,z=19的齿廓,由40mm的圆柱的连接在一起。零件有20mm的孔和宽6mm的键槽。1.4.2结构工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下,制造的方便性、可行性和经济性,即零件的结构应方便加工时工件的装夹、对刀、测量,结构越简单,工艺性越好。结构形式应尽量简化。可以提高切削效率等。根据零件的外形尺寸105100mm,所以选择110*105的毛坯。钻孔结构相对简单,选择合适的转速和进给速率,就可以将此结构作出为了便于装配零件并去掉毛刺,轴端应制出45的倒角。零件表面硬度的分析硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高,耐磨性越好。调质45-52HRC,该钢具有较高的硬度和耐磨性,淬火时变形较小。具有良好的冲载能力,使用时进行热处理。二、 毛坯的选择2.1确定毛坯种类及制造方法输出轴为传动零件,要求有一定的强度,该零件的材料为45钢,轮廓尺寸不大,形状并不复杂,又属于大批生产,故毛坯可采用模锻成型。这对于提高生产效率、保证加工质量也是有利的。 毛坯尺寸通过确定加工余量后决定。2.2毛坯的形状及加工总余量毛坯的形状 毛坯的总余量主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸76外圆76682105外圆1055110404040100长100510515厚15318三、 定位基准的选择基面的选择是工艺规程的设计中重要工作之一。基面选择得正确、合理,可以保证加工质量,提高生产效率。否则就会使加工工艺规程问题百出,严重的还会造成零件大批报废,是生产无法进行。3.1精基准的选择本零件是带孔的双联齿轮,孔是其设计基准和测量基准。为避免因基准不重合而产生的误差,应选孔为定位基准,即遵循“基准重合”的原则。即选孔及一端面为精基准。3.2粗基准的选择由于本零件的表面都需要加工,而孔作为精基准应先加工,因此应先加工出一外圆及一个端面为粗基准。四、 工艺路线的拟定4.1表面加工方法的选择本零件的加工面有外圆、内孔、端面、齿面、键槽,材料为45钢。参考机械制造工艺设计简明手册,加工方法选择如下:(1) 齿圈外圆面:为标注公差尺寸,根据GB1800-97规定其公差等级为IT14,表面粗糙度为,需粗车、半精车(表1.4-6)(2)40mm外圆面:为标注公差尺寸,根据GB1800-97规定其公差等级为IT14,表面粗糙度为,需粗车、半精车(表1.4-6)(3)mm内孔:公差等级为IT7,表面粗糙度,根据表1.4-7,加工方法选用钻、粗铰、精铰。(4)端面:本零件的端面为回转体端面,尺寸精度、表面粗糙度未作要求,只需粗车即可。(5)齿面:齿轮模数分别为4、5,齿数分别为17、19,精度都为8GK螺旋圆锥齿轮刀盘铣齿即可(表1.4-16、表1.4-17)。(6)键槽:槽宽和槽深的公差等级分别为IT9和IT12,需粗插、精插(表1.4-17)4.2确定加工工艺路线(要求两套工艺方案)工艺路线的拟订,为了保证达到零件的几何形状、尺寸精度、置精度及各项技术要求,必须制定合理的工艺路线。制定工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下,尽量使工序集中来提高生产效率。除此之外,还应考虑经济效果,以便降低生产成本。齿轮的加工工艺路线一般是先进行尺坯的加工,然后在进行齿面的加工。齿坯加工包括个圆柱表面及端面的加工,按照先加工基准面及先粗后精的原则,齿坯加工可按下述工艺路线进行:工艺路线方案一:工序10:毛坯进行正火热处理工序20:粗车各外圆及各端面工序30:钻孔20mm工序40:粗铰20mm工序50:调质工序60:精铰20mm工序70:半精车外圆 及各端面工序80:铣齿轮工序90:粗插键槽工序100: 精插键槽工序110: 高频淬火工序120:修正工序130:终检工艺路线方案二:工序10:毛坯进行正火热处理工序20:铣平面工序30:钻孔工序40粗铰工序50:粗车各外圆工序60:调质工序70:半精车外圆 及各端面工序80:精铰20mm工序90:粗插键槽工序100:精插键槽工序110: 铣齿轮工序120: 高频淬火工序130:修正工序140:终检工艺路线的比较分析: 第二条工艺路线不同于第一条工艺路线是把平面铣出来,并将孔与外圆柱面的加工进行了互换,其它的先后顺序均没有变化。零件的基准有所变化,第一条工艺路线,直接车出端面,有利于保证精度减小误差,节省拆装时间;再者先加工孔,确定了精基准,符合基准重合原则,有利于提高其他部分的加工精度。 第二条工艺路线,增加了铣平面,要换床,拆装过程中会产生误差,先加工外圆柱面再加工孔,改变了精基准,以外圆柱面为精基准,违反了基准重合原则。从保证精度的前提下,我们选择了第一条工艺路线进行生产。4.3工艺方案的技术经济分析齿圈外圆面及40mm 外圆和两端面都未标注公差尺寸,根据GB1800-97规定其公差等级为IT14,表面粗糙度为,粗车、半精车(表1.4-6)即能达到要求,20mm孔为公差等级为IT工方法选用钻、粗铰、精铰(表1.4-7)即能达到要求;和键槽槽宽和槽深的公差等级分别为IT9和IT10,需粗插、精插(表1.4-17)即能达到要求,两齿部齿面精度都为8GK螺旋圆锥齿轮刀盘铣齿即可(表1.4-16、表1.4-17)。从经济性分析不需要过精的加工即可, 五、 确定工序加工余量、工序尺寸及公差5.1选择工序加工余量工序加工余量(直径)工序尺寸IT公差粗车76mm端面2mm103mm11+0.220粗车76m2.9mm77.1mm13+0.460粗车40mm4mm41mm13+0.390粗车76mm齿厚15mm2mm16mm11+0.110粗车105mm端面2mm101mm11+0.220粗车105mm3.9mm106.1mm13+0.540粗车105mm齿厚15mm2mm16mm11+0.110钻孔20mm18mm18mm130-0.33粗铰20mm1.94mm19.94mm100-0.084精铰20mm0.06mm20mm8+0.0270半精车外圆76mm端面0.5mm100.5mm9+0.0870半精车外圆76mm1.1mm76mm100-0.12半精车外圆40mm1mm40mm100-0.1半精车76mm齿厚15mm0.5mm15mm9+0.0430半精车外圆105mm端面0.5mm100mm9+0.0870半精车外圆105mm1.1mm105mm100-0.14半精车105mm齿厚15mm0.5mm15mm9+0.0430粗插键槽5.6*2.45.6*2.4精插键槽0.4*0.46*2.85.2计算工序尺寸及公差粗车76端面:L=105-2=103IT为11公差为粗车76mm :=80-3.9=77.1 IT为13 公差为粗车40mm外圆:=45-4=41IT 为13公差为粗车76齿厚15:L=18-2=16IT为11公差为粗车105齿厚:L=18-2=16IT为11公差为粗车105端面:L=103-2=101IT为11公差为粗车105:=110-3.9=106.1IT为13公差为钻孔20:=0+18=18IT为13公差为粗铰20:=18+1.94=19.94IT为10公差为精铰20:=19.94+0.06=20IT为8公差为半精车外圆76端面:L=101-0.5=100.5IT为9公差为半精车外圆76:=77.1-1.1=76IT为10公差为半精车外圆40:=41-1=40IT为10公差 为半精车76齿厚15:L=15.5-0.5=15IT为9公差为半精车105齿厚:L=15.5-0.5=15IT为9公差为半精车外圆105端面:L=100.5-0.5=100IT为9公差为半精车外圆105:=106.1-1.1=105IT为10公差为粗插键槽精插键槽(3) 确定切削用量及基本工时工序1:车端面,钻顶尖孔。加工条件:45钢正火,模锻。加工要求:粗车直径65mm端面及钻中心孔。机床:C620-1卧式车床。刀具:刀片材料YT15,刀杆尺寸16*25mm2,Kr=90,ro=15, ao=12, r=0.5mm。计算切削用量:粗车端面:已知毛胚长度方向的加工余量为4mm,考虑到锻模拔模斜度,则长度方向的加工余量Zmax=7.5mm。分两次加工,ap=3mm。进给量f根据切削手册查得当刀杆尺寸16*25mm2,且工件直径为65mm时:f=0.5-0.7mm/r,则选取f=0.5mm/r。计算切削速度 根据切削手册查得切削速度公式为:Vc=Cv*Kv/Tmapxvfyv (1) 其中:Cv=242,Xv=0.15,yv=0.35,m=0.2。修正系数Kv为:Kv=KmvKsvKkrvKkvKBv (2) Vc=(242*1.44*0.8*1.04*0.81*0.97)/(600.2*30.15*0.50.35)=108.6(m/min)确定机床主轴转速:Ns=1000Vc/3.14*dw (3)将数值代入,机床主轴转速为532r/min。取与532r/min相近的机床转速为600m/min。切削工时,根据工艺手册查表可得:Tm=(l+l1+l2+l3)/nwf (4)代入数值可得:Tm=0.45(min)。工序2:粗车加工。粗车直径为65mm的轴段,切削深度 单边余量为1.25mm,可以一次切除。进给量 根据切削手册查得,f=0.5mm/r。计算切削速度:Vc=Cv*Kv/Tmapxvfyv(m/min)代入数值可得,Vc=118(m/min)确定主轴转速ns=1000*118/3.14*65=578(r/min)按机床选取n=600r/min所以实际的切削速度为132m/min。检验机床功率 主切削力Fc根据切削手册所示公式计算Fc=CFapxffyfVcnfKfc (5)CF=2795,xFc=1.0,yFc=0.75,nFc=-0.15,Fc=2795*1.5*0.50.75*122-0.15*0.94*0.89Fc=1012.5(N)切削时消耗功率为:Pc=FcVc/6*104 (6)代入数值得:Pc=2.06(kw)由切削手册得知C620-1主电机功率为7.8kw,当主轴转速为600r/min,主轴传递得最大功率为5.5kw,所以机床功率足够,可以正常加工。校验机床进给系统强度 已知主切削力为1012.5N,则径向切削力为:FP=CFp*apxffyfVcnfKFp (7)CFp=1940,xFp=0.9,yFp=0.6,nFp=-0.3,Fp=1940*1.50.9*0.50.6*122-0.3*0.897*0.5=197(N)而轴向力为:Ff=CFf*afxf*fyf*Vcnf*KFf (8)CFf=2880,xFf=1.0,yFf=0.5,nFf=-0.4,代入数值为Ff=480(N)。取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数为0.1,则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为:F=Ff+u(Fc+Fp)代入数值算得F=600(N)。而机床纵向进给机构可以承受的最大纵向力为3530N,故可以正常功能工作。切削工时:T=(l+l1+l2)/nf其中 l=86,l1=4,l2=0,所以t=0.3(min)车削直径为72mm的轴段的外圆切削深度单边余量为1.25mm,可以一次切除。进给量 根据切削手册查得,f=0.5mm/r。计算切削速度:Vc=Cv*Kv/Tmapxvfyv代入数值可得,Vc=118(m/min)确定主轴转速: n=1000Vc/3.14dwn=(1000*118)/(3.14*72)=521(r/min) 按机床选取n=600r/min 。切削工时:T=(l+l1+l2)/nf其中 l=60,l1=4,l2=0,所以t=0.21(min)粗车直径为75mm的轴段的外圆切削深度单边余量为1.25mm,可以一次切除。进给量 根据切削手册查得,f=0.5mm/r。计算切削速度:Vc=Cv*Kv/Tmapxvfyv代入数值可得,Vc=118(m/min)确定主轴转速:n=(1000*118)/(3.14*75)=501.6(r/min) 按机床选取n=600r/min 。切削工时:T=(l+l1+l2)/nf其中 l=74,l1=4,l2=0,所以t=0.26(min)粗车直径为80mm的轴段的外圆切削深度单边余量为1.25mm,可以一次切除。进给量 根据切削手册查得,f=0.5mm/r。计算切削速度:Vc=Cv*Kv/Tmapxvfyv(m/min)代入数值可得,Vc=118(m/min)确定主轴转速:n=(1000*118)/(3.14*80)=469.7(r/min) 按机床选取n=480r/min 。切削工时:T=(l+l1+l2)/nf其中 l=86,l1=4,l2=0,所以t=0.375(min)粗车直径为75mm的轴段的外圆切削深度单边余量为1.25mm,可以一次切除。进给量 根据切削手册查得,f=0.5mm/r。计算切削速度:Vc=Cv*Kv/Tmapxvfyv(m/min)代入数值可得,Vc=118(m/min)确定主轴转速:n=(1000*118)/(3.14*75)=501.6(r/min) 按机床选取n=600r/min 。切削工时:T=(l+l1+l2)/nf其中 l=46,l1=4,l2=0,所以t=0.16(min)工序3:精车加工。精车直径为65mm的轴段,切削深度单边余量为1mm,可以一次切除。进给量 根据切削手册查得,f=0.2mm/r。计算切削速度:Vc=Cv*Kv/Tmapxvfyv(m/min)代入数值可得,Vc=218(m/min)确定主轴转速:n=(1000*218)/(3.14*65)=1068(r/min) 按机床选取n=1000r/min 。切削工时:T=(l+l1+l2)/nf其中 l=86,l1=4,l2=0,所以t=0.45(min)精车直径为72mm的轴段的外圆切削深度单边余量为1mm,可以一次切除。进给量 根据切削手册查得,f=0.2mm/r。计算切削速度:Vc=Cv*Kv/Tmapxvfyv(m/min)代入数值可得,Vc=218(m/min)确定主轴转速:n=(1000*218)/(3.14*72)=964(r/min) 按机床选取n=1000r/min 。切削工时:T=(l+l1+l2)/nf其中 l=60,l1=4,l2=0,所以t=0.32(min)精车直径为75mm的轴段的外圆切削深度单边余量为1mm,可以一次切除。进给量 根据切削手册查得,f=0.2mm/r。计算切削速度:Vc=Cv*Kv/Tmapxvfyv代入数值可得,Vc=218(m/min)确定主轴转速:n=(1000*218)/(3.14*75)=926(r/min) 按机床选取n=1000r/min 。切削工时:T=(l+l1+l2)/nf其中 l=74,l1=4,l2=0,所以t=0.39(min)精车直径为80mm的轴段的外圆切削深度单边余量为1mm,可以一次切除。进给量 根据切削手册查得,f=0.2mm/r。计算切削速度:Vc=Cv*Kv/Tmapxvfyv代入数值可得,Vc=218(m/min)确定主轴转速:n=(1000*218)/(3.14*80)=868(r/min) 按机床选取n=1000r/min 。切削工时:T=(l+l1+l2)/nf其中 l=86,l1=4,l2=0,所以t=0.45(min)精车直径为75mm的轴段的外圆切削深度单边余量为1mm,可以一次切除。进给量 根据切削手册查得,f=0.2mm/r。计算切削速度:Vc=Cv*Kv/Tmapxvfyv代入数值可得,Vc=218(m/min)确定主轴转速:n=(1000*218)/(3.14*75)=926(r/min) 按机床选取n=1000r/min 。切削工时:T=(l+l1+l2)/nf其中 l=46,l1=4,l2=0,所以t=0.25(min)工序4:插削键槽。削轴外键槽选用高速钢键槽插刀,d=20mm ,z=2,参考数控机床与编程Vc=30m/min。机床转速:Ns=1000*30/3.14*20=477(r/min)。每分钟进给量:fm=0.08*2*480=76.8(mm/min)。机动时间:tm=9/76.8=0.21(min)。2.3 夹具的设计为了提高生产效率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。这样,在产品固定且批量较大的生产中,可以较大的提高生产效率和加工精度。且批量生产中工件的加工精度能够趋于一致。2.3.1 问题的提出本夹具用来加工轴类零件外键槽。键槽与工件外圆表面有位置要求。加工本工序时,零件外圆柱面已经精车过,主要考虑如何保证键槽与工件外圆表面的位置精度要求。2.3.2 夹具的设计(1) 定位基准的选择由零件的工艺分析可知,轴外键槽与轴外圆表面有对称度要求。零件外圆已经精车过,则应以零件外圆柱表面为定位基准。为了简化夹具的结构,方便操作,准备采用手动夹紧。(2) 确定定位元件工件以外圆柱面作为定位基准时,根据外圆柱面的完整程度,加工要求及安装方式,可以在V形块,定位套,半圆套及圆锥套中定位。本夹具是用来加工轴类零件的外键槽的,定位基准直径与长度均较大,且铣削加工是多刀多刃断续切削,切削用量和切削力都较大,且切削力的方向变化不断,加工时极易产生振动。因此选用长V形块作为定位元件,其定位支撑面积大,定位可靠。V形块定位的优点:对中性好,可以使工件的定位基准轴线对中在V形块两斜面的对称面上,不会发生偏移而且安装方便;应用范围广泛,不论定位基准是否经过加工,不论是否完整,都可以采用V形块定位。V形块上两斜面间的夹角一般选用60,90,和120。随着V形块的夹角的增大,其定位误差减小,但夹角过大时,又会引起工件定位不稳定,综合两方面考虑选择90的V形块。本夹具中采用的定位元件如图1所示,V形块与工件接触的平面其表面粗糙度要求较高,工件定位误差较小,且夹具的使用寿命更长,定位更为可靠5。(3)确定夹紧机构及夹紧元件夹紧机构常用的有斜楔,螺旋,偏心等夹紧机构,它们都是根据斜面加紧原理来实现夹紧工作的。但是本工序采用数控铣床加工,考虑到切削力的方向变化不断,加工时极易产生振动等因素。不采用偏心夹紧机构,而采用螺旋压板组合夹紧机构。 图1 V形块主视图本夹具采用的夹紧机构。其制造简单,夹紧行程大扩力比大,自锁性能好,适合于手动夹紧。运用双头螺杆压板系统可以沿横向移动而只起压紧作用。(4)切削力及夹紧力的计算F=CFapxffzyfaeuf (10)Cf=650,ap=3mm,xF=1.0,fz=0.08,yF=0.72,ae=9mm,uf=0.86,do=22mm,qF=0.86,wF=0,z=2所以F=141.27(N)。实际切削力为: F=F*K1K2K3K (11)实际夹紧力为F=291(N)选用压板V形块夹紧机构:F=(2*M*K)/(D*f)*(sin45)/(1+sin45) (12)其中:安全系数K=3,压板尺寸为D=24,摩擦系数为f=0.16,M=500。需要夹紧力为F=531.25(N)。可以安全工作。(5)确定定位键铣床夹具底面应该设置两个定位键。通过定位键与铣床工作台T形槽的配合,使夹具上定位元件的工作表面相对于铣床工作台的进给方向具有正确的位置关系。定位键的位置相距越远,定位精度越高。除了定位外,定位键还能承受部分切削转矩,增加夹具的稳定性。定位键有矩形和圆柱型两种,矩形更为常用。故此采用矩形定位键。矩形定位键有A型和B型。A型比B型更为常用,且B型与铣床工作台的T形槽配合,但较易磨损,故选用A型定位键6。本夹具采用的定位键如图2所示。 图2 定位键(6)夹具体的设计夹具体上应该设置耳座,方便夹具体在工作台上的固定。本夹具体的尺寸较小,可以在两端各设置一个耳座。但若是夹具体尺寸较大,则应该在夹具体两边各摄制两个耳座,以固定夹具体。本夹具采用的耳座如图3所示。图3 耳座夹具体用于连接,固定夹具上各定位与夹紧元件及装置,使其成为一个整体的基础件。本夹具采用的定位元件是V形块,为了避免零件装夹时发生干涉。故此,本夹具体上的槽的宽度设计应该大于V形块的设计尺寸,则工件可以正常装夹,这样的设计是正确合理的。本夹具的夹具体主视图如图4,左视图如图5所示。图4 夹具体主视图图5 夹具体左视图(7)定位误差分析工件以外圆柱面在V形块上定位时,若不考虑V形块的制造误差,则工件定位基准在V形块的对称面上,因此工件中心线在水平方向上的位移为零。但在垂直方向上,因为工件外圆有制造误差,而产生基准位移。轴外圆直径为80mm,其上偏差为0mm,下偏差为-0.15mm其值为:基准位移误差=0.053mm;工序基准选在上母线或是下母线时,工序基准与定位基准不重合,其误差值为:基准不重合误差=0.075mm;工序基准选在下母线时,工序尺寸为H3,定位误差最小。其值为:定位误差=基准位移误差-基准不重合误差=0.022mm;已知键槽的深度为9上偏差为+0.2mm,下偏差为0mm。定位误差值满足要求。2.4 夹具设计及操作的简要说明本夹具属于铣床夹具,直接安装在工作台上。工件以外圆柱面在V形块上定位,拧紧双头螺杆,使压板夹紧工件。采用螺旋压板夹紧机构,其结构简单,夹紧行程大扩力比大,自锁性能好,适合于手动夹紧。运用双头螺杆压板系统可以沿横向移动而只起压紧作用。操作方便快捷。采用V形块作为定位元件,对中性好,定位误差小,应用广泛。采用本夹具加工轴类零件的外键槽,对称度误差较小,可以适应实际生产加工。本设计结构合理,制造容易,定位可靠,对中精度高,操作方便,可以大大提高轴外键槽的对称度,同时还能提高键槽其他方面的加工精度,具有较高的实用价值。需要指出的是,本设计从夹具的设计,制造,定位这些环节上讨论了提高键槽加工对称度的问题,实际上影响轴外键槽加工对称度的因素有很多。比如:(1)因为定位因素造成的键槽对称平面与轴的纵向对称面不重合,引起对称度误差。(2)因为受力不均衡,导致铣刀微量变形引起的对称度误差。(3)机床的精度与刚度不足引起的对称度误差。(4)工件的质量低,引起的对称度误差。(5)刀具的刃磨出现误差所引起的对称度误差。(6)运动副的间隙引起的对称度误差。上述原因都会对工件的加工精度造成影响,故使用本夹具时,必须考虑其他因素,对于相关的环节作以必要的改进,才能达到较高的加工精度。3 键槽的传统加工工艺与传统加工方式3.1 加工键槽的传统工艺与传统工艺分析3.1.1 传统工艺运用传统工艺加工轴外键槽如图6所示:现将铣刀垂直进给移向工件,到一定深度后,将纵向进给切至键槽全长;再进行垂直进给,然后反向纵向进给,反复多次直至切刀要求深度。3.1.2 传统工艺分析运用传统工艺加工轴外键槽会带来两个弊端:其一垂直切削分力加大,引起刀具挠度和转角加大,这样就加剧键槽侧面倾斜,另外顺铣与逆铣时产生的不对称变形,这些都会给对称度带来不利影响。其二吃深较大,铣刀与工件接触弧长,切削沿前刀面滑动时间较长,因此前后刀面同时磨损,而后刀面磨损尤为严重,这样键槽宽度尺寸会受到影响,同时减少刀具重磨次数。基于以上两点,此工艺对于加工轴外键槽的效果较差。3.2 轴外键槽的传统加工方式图6 传统加工方式圆轴类外键槽通常使用键槽铣刀或立铣刀加工,如图6所示。用键槽铣刀铣削封闭式键槽时,一般用抱钳装夹工件或v型体装夹工件夹紧工件前必须校正夹具在工作台中的位置,然后利用螺栓与工作台T型槽连接。键槽长度进给量由工作台纵向进给手轮控制,深度进给由工作台升降进给手柄来控制,宽度由铣刀直径控制。其工作循环如图6所示;先将铣刀垂直进给移向工件,切削少量的深度,将工件纵向进给切至键槽的全长;再进行垂直进给,然后方向纵向进给,反复多次直至完成。用传统的工艺方法和普通铣床来加工精度要求不是很高的键槽,应用较为广泛,随处可见。3.3 传统加工方式分析用传统的工艺方法和普通铣床来加工精度要求不是很高的轴外键槽,应用较为广泛。运用传统工艺加工轴外键槽,在精度要求较高,尺寸范围变化大的时候存在如下弊端:(1) 质量稳定性差 夹具在工作台中的位置是引起键槽的对称平面与轴的纵向对称面不重合的重要因素,在加工中若工件长度的变化没有任何规律性,工作台上中央T型槽磨损量不均衡,必然会影响夹具定位的准确性,进而造成键槽定位的不准确,引起质量稳定性较低。(2) 生产效率低因为工件上对称度要求越高,就对机床的定位精度要求高,而且对工件在夹具上的定位精度要求也越高,因此调试难度就会加大。(3) 运动刚性差普通铣床调节环节多,引起误差的几率高(如梯形丝杠与螺母之间的间隙调整;刀杆与主轴连接的间隙调整等),导致相对运动刚性差。此外,由作用于铣刀刀刃上的不均衡切削力导致铣刀的微量变形也会引起对称度误差。5 结束语键槽加工,对称度是关键问题。在普通机床上加工轴外键槽时,采用传统工艺,会引起刀具的微量变形,从而影响加工精度。在数控机床上加工外键槽时,采用“之”字形走到路线,可以改善刀具受力,从而提高了加工精度。在数控机床上加工,比普通机床效率高,质量稳定性好,也可以适应在较大的直径范围内加工轴外键槽,适应性与灵活性更强。生产加工完这一种(或这一批)零件后,需要更换为另一种(或另一批)零件时,只需要更换新的零件加工程序。所以数控机床是产品更新换代频繁时代的首选柔性设备。在大批大量的加工生产中采用专用夹具装夹工件,缩短了辅助时间,提高了生产效率,使批量生产中的精度趋于一致。本夹具的设计,结构合理,制造容易,定位可靠,对中精度高,操作方便,可以大大提高轴外键槽的对称度,同时还能提高键槽其他方面的加工精度,具有较高的实用价值。我的毕业设计题目是数控加工键槽的工装设计。在毕业设计过程中,将所学的夹具设计,工艺知识,以及数控知识相结合,掌握一定的设计方法和技巧。了解了轴外键槽加工中的一些相关问题。熟悉相关的绘图软件,提高了夹具设计水平。通过该课题的设计,进一步强化了我的专业知识,比较全面的将大部分的知识点融会贯通,是对所学知识的一次全面的复习;在设计中遇到的问题教材中不一定有,只有通过查资料,请教老师解决,增加了经验。同时该课题的设计是参加工作前的一次实战演习,熟悉夹具设计的基本过程,了解夹具设计的一些常见的问题,为以后工作打下一定的基础。通过这次毕业设计,将对我在夹具设计方面的应用和发展情景的认识有着重要的作用,对我的专业知识的升化和以后从事夹具设计有着重要的意义。致谢本文是在指导老师的悉心指导下完成的。指导老师具有严谨的治学态度,丰富的实践经验,在治学及做人方面使我受益匪浅。衷心感谢帮助过我的每一位老师和同学。参考文献1杨书子,机械加工工艺师手册M,北京:机械工业出版社,20042上海金属切削技术协会,金属切削手册M,上海:上海科学技术出版社,20043李洪,机械加工工艺手册M,北京:机械工业出版社,19904方昆凡,公差与配合手册M,北京:机械工业出版社,19995王光斗,王春福,机床夹具设计手册M,上海:上海科学技术出版社,20006东北重型机械学院,机床夹具设计手册M,上海:上海科学技术出版社,19797吴宗泽,机械设计手册M,哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,19878刘文剑,曹天河,赵维,夹具工程师手册M,哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,19879上海金属切削技术协会,金属切削手册M,上海:上海科学技术出版社,198410周永强,高等学校毕业设计指导M,北京:中国建材工业出版社,200211黄如林,切削加工简明实用手册M,北京:化学工业出版社,200412余光国,马俊,张兴发,机床夹具设计M,重庆:重庆大学出版社,199513东北重型机械学院,洛阳农业机械学院,长春汽车厂工人大学,机床夹具设计手册M,上海:上海科学技术出版社,198014李庆寿,机械制造工艺装备设计适用手册M,银州:宁夏人民出版社,199115廖念钊,莫雨松,李硕根,互换性与技术测量M,中国计量出版社,200016乐兑谦,金属切削刀具,机械工业出版社,200517王先逵,机械制造工艺学,机械工业出版社,200618吴明友.数控机床加工技术.M.南京:东南大学出版社,200019杜家熙.数控机床编程与机构.M.北京:中国国际商务出版社,200320杨有君.数字控制技术与数控机床.M.北京:机械工业出版社,1999
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