机械制造技术课程设计设计转速器盘零件的机械加工工艺规程及镗10孔工序的专用夹具

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1、机械制造技术课程设计任务书题目：设计转速器盘零件的机械加工工艺规程及钻10孔工序的专用夹具内容：（1）零件毛坯合图 1张 （2）机械加工工艺规程卡片 1套 （3）夹具装配图 1张 （4）夹具体零件图 1张 （5）课程设计说明书 1份原始资料：该零件图样一张；生产纲领为8000件/年；每日一班。 姓 名： 学 号： 班 级： 机计083 指导教师： 2010年12月6日机械制造技术课程设计说明书设计题目：设计转速器盘零件的机械加工工艺规程及镗10孔工序的专用夹具 姓 名： 学 号： 班 级： 机计083班 指导教师： 河南机电高等专科学校2011年1月4日目 录第1章 零件分析11.1零件的作用

2、11.2零件的工艺性分析1第2章 确定毛坯、画毛坯零件合图22.1 确定毛坯的成形方法22.2 铸件结构工艺性分析22.3 铸造工艺方案的确定22.4 铸造工艺参数的确定32.5 型芯设计3第3章 工艺规程设计53.1定位基准的选择53.2制订工艺路线53.3选择加工设备及刀、量具63.4 加工工序设计73.5时间定额计算11第四章 钻10孔夹具设计164.1工件自由度分析及定位基准的选择164.2夹紧力计算164.3定位误差计算及定位精度分析18参考文献24第1章 零件分析1.1零件的作用该零件是调速机构的转速器盘，从整体上来说，其径向尺寸比轴向尺寸大，因此，可以将其划定为不规则的盘类零件。

3、零件上直径为10mm的孔装一偏心轴，此轴一端通过销与手柄相连，另一端与油门拉杆相连。转动手柄，偏心轴转动，油门拉杆即可打开油门（增速）或关小油门（减速）；两个直径为6mm孔装两个定位销，起限位作用。手柄可在120内转动，实现无级变速。转速器盘通过两个直径为9mm的螺栓孔用M8螺栓与柴油机机体相连。1.2零件的工艺性分析转速器盘共有九个机械加工表面，其中，两个直径为9mm的螺栓孔与10mm孔有位置要求；120圆弧端面与10mm孔的中心线有位置度要求。现分述如下： 两个直径为9mm的螺栓孔两个直径为9mm的螺栓孔的表面粗糙度为Ra6.3，螺栓孔中心线与底平面的尺寸要求为18mm；两个螺栓孔的中心线

4、距离为mm；螺栓孔与直径为10mm的孔中心线距离为mm；与柴油机机体相连的后平面，其表面粗糙度为Ra6.3。 10mm的孔及120圆弧端面10mm的孔尺寸为10mm，表面粗糙度为Ra3.2，其孔口倒角0.545，两个6mm的孔表面粗糙度为Ra3.2，120圆弧端面相对10mm孔的中心线有端面圆跳动为0.2mm的要求，其表面粗糙度为Ra6.3。从以上分析可知，转速器盘的加工精度不是很高。因此，可以先将精度低的加工面加工完后，再以加工过的表面为定位基准加工精度较高的10mm和6mm孔。第2章 确定毛坯、画毛坯零件合图2.1 确定毛坯的成形方法该零件材料为HT200，考虑到转速器盘在工作过程中受力不

5、大，轮廓尺寸也不大，各处壁厚相差较小，从结构形式看，几何形体不是很复杂，并且该零件年产量为8000件/年，采用铸造生产比较合适，故可采用铸造成形。2.2 铸件结构工艺性分析该零件底平面因散热面积大，壁厚较薄，冷却快，故有可能产生白口铁组织，但因为此件对防止白口的要求不严，又采用砂型铸造，保温性能好，冷却速度较慢，故能满足转速器盘的使用要求。2.3 铸造工艺方案的确定2.3.1铸造方法的选择根据铸件的尺寸较小，形状比较简单，而且选用灰口铸铁为材料，并且铸件的表面精度要求不高，结合生产条件（参考金属工艺学课程设计表1-7）选用砂型铸造。2.3.2造型及造芯方法的选择在砂型铸造中，因铸件制造批量为大

6、批生产（参考金属工艺学课程设计表1-8），故选用砂型机器造型造型。型芯尺寸不大，形状简单（参考金属工艺学课程设计表1-9），故选择手工芯盒造芯。2.3.3分型面的选择选择分型面时要尽可能消除由它带来的不利影响，因为转速器盘有两个18mm的圆柱，考虑起模方便，以两中心线所在平面为分型面。而以此平面为分型面时，25mm的圆柱在上下箱中的深度相差很小。此外，底平面位于下箱中，能够保证其铸造质量。2.3.4浇注位置的选择因为分型面为水平面，所以内浇口开在水平分型面处，又因为该零件形状不规则，需要设计一个型芯，为不使铁水在浇注时冲刷型芯，采用与型芯面相切方向进行浇注。由于该零件在后平面壁厚相对较大，为了

7、不使这些地方产生缩孔、缩松，在该处开出冒口进行补缩。注入方式采用中间注入式。2.4 铸造工艺参数的确定2.4.1加工余量的确定按手工砂型铸造，灰铸铁查金属工艺学课程设计表1-11，查得加工余量等级为11，转查表1-12，零件高度100mm，尺寸公差为13级，加工余量等级为H，得上下表面加工余量为6.5mm及4.5mm，实际调整取4.5mm。2.4.2拔模斜度的确定零件总体高度小于50mm（包括加工余量值在内），采用分模造型后铸件的厚度很小，靠松动模样完全可以起模，故可以不考虑拔模斜度。2.4.3收缩率的确定通常，灰铸铁的收缩率为0.7%1% ，在本设计中铸件取1% 的收缩率。2.4.4不铸孔的

8、确定为简化铸件外形，减少型芯数量，直径小于30mm的孔均不铸出，而采用机械加工形成。2.4.5铸造圆角的确定为防止产生铸造应力集中，铸件各表面相交处和尖角处，以R = 2mm5mm圆滑过渡。2.5 型芯设计转速器盘的底平面形状简单，厚度较薄，且零件上两个18mm的圆柱与底平面平行，不利于采用分模铸造，因此需要设计一个整体型芯，以形成铸件上的两个18mm的圆柱和底平面，达到简化模样和铸造工艺的目的。型芯在砂箱中的位置用型芯头和型芯撑来固定，型芯头采用圆形水平式芯头。转速器盘上相差120的两个筋板之间的空腔深度尺寸不大，形状也比较简单，可以考虑采用砂垛代替砂芯，减少型芯。型芯简图如图所示。附：毛坯

9、-零件合图。第3章 工艺规程设计3.1定位基准的选择3.11粗基准的选择对于一般盘类零件而言，按照粗基准的选择原则（当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面为粗基准）。选取转速器盘的底平面作为粗基准，加工出后平面。而加工25mm圆柱上端面、120圆弧端面时，选择转速器盘的底平面为粗基准；在加工9mm螺栓孔、18mm圆柱端面时，以加工过的后平面为定位基准；加工10mm孔和6mm孔时，则以后平面和两个9mm孔为定位基准。3.12精基准的选择为保证加工精度，结合转速器盘的特征，主要采用基准重合原则和统一基准原则来进行加工。加工后平面、25mm圆柱上端面、120圆弧端面时，主要运用统一基准原则，即均以

10、转速器盘的底平面作为定位基准；而在加工9mm螺栓孔、18mm圆柱端面、10mm孔和6mm孔时，选用基准重合原则，即选用设计基准作为定位基准。在实际加工中，为方便加工，各工序中运用专用夹具进行夹持，将以上两种原则综合运用。3.2制订工艺路线制订机械加工工艺路线的出发点，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得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。 工艺路线方案一工序10 铸造；工序20 热处理；工序30 粗、精铣后平面；工序40 粗铣两个直径为18mm

11、的圆柱前端面；工序50 粗、精铣直径为25mm的圆柱上端面；工序60 钻削、铰削加工直径为9mm的孔；工序70 钻削、铰削加工直径为10mm的孔并锪倒角0.545；工序80 钻削、铰削加工两个直径为6mm的孔；工序90 去毛刺；工序100 检查；工序110 入库。 工艺路线方案二工序10 铸造；工序20 热处理；工序30 粗、精铣后平面；工序40 粗铣两个直径为18mm的圆柱前端面；工序50 粗、精铣直径为25mm的圆柱上端面；工序60 钻削、铰削加工直径为9mm的孔；工序70 钻削、铰削加工直径为10mm的孔并锪倒角0.545；工序80 钻削、铰削加工两个直径为6mm的孔；工序90 去毛刺；

12、工序100 检查；工序110 入库。 工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一是按工序集中原则及保证各加工面之间的尺寸精度为基础而制订的工艺路线。而方案二只是按工序集中原则制订，没有考虑到各个加工面的加工要求及设计基准。3.3选择加工设备及刀、量具1.机床的选择X62W型万能卧铣床Z535型立式钻床2.选择刀具(a) 在铣平面时，铣刀可以选择直齿或错齿的端铣刀和周铣刀，工序中有粗铣和精铣，在粗铣后，要留有一定的加工余量，供精铣工序加工。(b) 钻孔有10孔，需要留一定的加工余量，可用8麻花钻直接钻出来。3。选择量具 本零件是单件小批量生产，故采用的是通用量具。选择量具的方法有两种

13、：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法的极限误差来选择。在这里选的是第一种方法。（a）选择平面的量具：由零件图上看，各平面的相互位置要求不是非常严格，其最小不确定度为0.2mm，选用分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺就行了，因为其不确度为0.02mm，显然满足要求。（b）选择内孔的量具：此零件对孔的精度要求较高，其中例如I孔的下偏差要求在0.013之内，故可选用分度值为0.01mm，测量范围为0-150mm的内径百分尺，其不确定度为0.008，满足测量精度的要求。3.4 加工工序设计1. 两螺栓孔9mm毛坯为实心，而螺栓孔的精度为IT9（参考机械制造工艺

14、设计简明手册表2.3-9），确定工序尺寸及余量：钻孔：8.9mm；铰孔：9mm，2Z = 0.1mm。具体工序尺寸见表1。表1 工序尺寸表工序名称工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/m表面粗糙度/m尺寸公差/mm表面粗糙度/m铰孔0.1H9Ra6.39Ra6.3钻孔8.9H12Ra12.58.9Ra12.52. 10mm孔毛坯为实心，而孔的精度要求界于IT8IT9之间（参照机械制造工艺设计简明手册表2.3-9及表2.3-12），确定工序尺寸及余量：钻孔9.8mm；粗铰孔：9.96mm，2Z = 0.16mm；精铰孔：10mm，2Z = 0.04mm。具体工序尺寸见表2。表2

15、工序尺寸表工序名称工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/m表面粗糙度/m尺寸公差/mm表面粗糙度/m精铰孔0.04H9Ra6.310Ra6.3粗铰孔0.16H10Ra6.39.96Ra6.3钻孔9.8H12Ra12.59.8Ra12.53. 两个6mm孔毛坯为实心，而孔的精度要求界于IT8IT9之间（参照机械制造工艺设计简明手册表2.3-9及表2.3-12），确定工序尺寸及余量为：钻孔：5.8mm；铰孔：6mm，2Z = 0.2mm。具体工序尺寸见表3。表3 工序尺寸表工序名称工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/m表面粗糙度/m尺寸公差/mm表面粗糙度/m铰孔

16、0.2H9Ra6.36Ra6.3钻孔5.8H12Ra12.55.8Ra12.54. 后平面粗铣：Z = 3.5mm；精铣：Z = 1.0mm。具体工序尺寸见表4。表4 工序尺寸表工序名称工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/m表面粗糙度/m尺寸公差/mm表面粗糙度/m精铣1.0H8Ra6.37Ra6.3粗铣3.5H11Ra12.58Ra12.5毛坯H13Ra2511.5Ra255. 18mm圆柱前端面粗铣：Z = 4.5mm。具体工序尺寸见表5。表5 工序尺寸表工序名称工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/m表面粗糙度/m尺寸公差/mm表面粗糙度/m粗铣4.5H

17、11Ra12.514Ra12.5毛坯H13Ra2518.5Ra256. 25mm上端面粗铣：Z = 3.5mm；精铣：Z = 1.0mm。具体工序尺寸见表6。表6 工序尺寸表工序名称工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/m表面粗糙度/m尺寸公差/mm表面粗糙度/m精铣1.0H8Ra6.38Ra6.3粗铣3.5H11Ra12.59Ra12.5毛坯H1612.5Ra253.5时间定额计算3.51粗、精铣后平面1. 粗铣后平面计算基本工时式中，mm，查切削用量简明手册表3.26，mm，所以，(mm)，(min)。2. 精铣后平面计算基本工时式中，mm，查切削用量简明手册表3.26，m

18、m，所以，(mm)，= 0.15(min)。3.52粗铣两个18 mm的圆柱前端面计算基本工时：式中，mm，查切削用量简明手册表2.29，mm，所以，(mm)，(min)。因为有两个圆柱端面，所以，= 0.162= 0.32(min)。3.53粗、精铣25mm的圆柱上端面1. 粗铣25mm的圆柱上端面计算基本工时式中，mm，查切削用量简明手册表2.29，mm，所以，(mm)，(min)。2. 精铣25mm的圆柱上端面计算基本工时式中，mm，查切削用量简明手册表2.29，mm，所以，(mm)，(min)。3.54钻削、铰削加工两个9mm的孔1. 钻削两个8.9mm的孔计算基本工时式中，mm，查切

19、削用量简明手册表2.29，mm，所以，(mm)，= 0.16(min)。因有两个孔，所以，t= 20.16= 0.32(min)。2.铰削两个9H9mm孔计算基本工时式中，mm，查切削用量简明手册表2.29，mm，所以，(mm)，= 0.14(min)。因有两个孔，所以，t= 20.14 = 0.28(min)。3.55钻削、铰削加工10 mm的孔1. 钻削9.8mm孔计算基本工时式中，mm，查切削用量简明手册表2.29，mm，所以，(mm)，=0.16(min)。2.粗铰9.96H10mm孔计算基本工时式中，mm，查切削用量简明手册表2.29，mm，所以，(mm)，= 0.09(min)。3

20、.精铰10F9mm孔计算基本工时式中，mm，查切削用量简明手册表2.29，mm，所以，(mm)，=0.16(min)。3.56钻削、铰削两个6mm的孔1.钻削两个5.8mm孔计算基本工时式中，mm，查切削用量简明手册表2.29，mm，所以，(mm)，= 0.13(min)。因有两个孔，所以，= 20.13 = 0.26(min)。2.粗铰两个5.96H10mm孔计算基本工时式中，mm，查切削用量简明手册表2.29，mm，所以，(mm)，= 0.11(min)。因有两个孔，所以，= 20.11 = 0.22(min)。3.精铰两个6H9mm孔计算基本工时式中，mm，查切削用量简明手册表2.29，

21、mm，所以，(mm)，= 0.2(min)。因有两个孔，所以，=20.2=0.4(min)。3.6机械加工工艺卡和工序卡附件：机械加工工艺卡和工序卡第四章 钻10孔夹具设计4.1工件自由度分析及定位基准的选择该孔为通孔，沿着孔轴线方向的不定度可不予以限制，但是为增强加工时零件的刚性，必定限制孔轴线方向的不定度，故应按完全定位设计夹具，并力求遵守基准重合原则，以减少定位误差对加工精度的影响。由于工件在钻10mm孔时两筋板的刚性较差，从保证工件定位稳定的观点出发，采用“一面两孔”定位，即以已加工的后平面和两个9mm孔为定位基准，这样，既增加了工件的稳定性，又兼顾了基准重合原则。为实现定位方案，所使

22、用的定位元件：圆柱销和菱形销在后平面和9mm孔定位，可以限制工件的五个不定度，25mm外圆柱下端面使用薄壁圆柱孔支承，限制工件沿Z轴的移动不定度，从而达到完全定位。由零件图可知，有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与顶面垂直。为了保证所的孔与顶面垂直并保证工艺孔能在后续的孔系加工工序中使各重要支承孔的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择工艺孔的加工定位基准时，设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择选用下平作为定位基准，为了提高加工效率，根据工序要求先采用标准硬质合金镗刀刀具对工艺孔进行粗镗削加工；然后采用硬质合金镗刀对其进行精加工，准备采用手动夹紧方式夹紧。4.2夹紧

23、力计算两个9mm孔中的圆柱销和菱形销共同承受钻孔时的切削扭矩。在钻10孔时，由于孔径较小，切削扭矩和轴向力较小，并且轴向力可以使工件夹紧，因此，在确定夹紧方式时就可以不考虑轴向切削力的影响，即可以不施加夹紧力来克服轴向切削力。但由于切削扭矩会使工件产生旋转，因此需要对工件施加向下压的夹紧力来克服切削扭矩。为便于操作和提高机构效率，采用转动压板夹紧机构，其力的作用点落在靠近加工孔的120圆弧端面上。计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。本工序在钻削加工过程中的切削力可以分解为切削扭矩和轴向切削力，因轴向切削力的作用方向与夹具的夹紧方向相同，有助于工件的夹紧，因此，在计算夹紧力时可以不

24、计算轴向切削力。而为保证夹紧可靠，应将理论夹紧力乘上安全系数作为工件加工时所需要的夹紧力，即：其中，查机床夹具设计手册表1-2-1得：、1.15、，所以，= 2.691。查机床夹具设计手册表1-2-7得：查机床夹具设计手册表1-2-8得：由于钻头的直径为d = 9.8mm，所以，(N mm)。因此，实际所需要的夹紧力为：(N mm)。夹紧机构采用压板机构，机构的传动效率为，螺母产生的夹紧力为：。查机床夹具设计手册表1-2-20，得： = 6.22mm，查表1-2-21，得：= 3.675mm，查表1-2-22，得，。= 2810.23(N)则作用在转动压板上的夹紧力为： 夹紧机构受力示意图由公

25、式得：在工件上的夹紧力作用点到钻头在工件上加工时作用点的距离为49mm。因此，夹紧力产生的扭矩为： (N mm)。工件受力如图所示。工件受力示意图因，故该铰链机构能满足钻孔加工要求。4.3定位误差计算及定位精度分析定位误差计算用工件的“一面两孔”定位，使设计基准和工序基准重合，即遵守“基准重合”和“基准统一”原则，以减少定位误差，所采用的定位元件为定位销和菱形销，考虑薄壁圆柱孔支承形状，将支承和夹具体铸成整体，即把支承铸成薄壁凸台。工件定位如图所示。圆柱销和菱形销的设计计算：两定位销中心距LL= L式中，L 工件两基准孔的中心距。L= L= 28mm。工件定位示意图两定位销中心距公差=式中，工

26、件两基准孔的中心距公差。= 0.025(mm)。圆柱销最大直径= 9mm，公差取g6，所以，圆柱销直径为mm。补偿值(mm)式中，第一基准孔与圆柱销间最小配合间隙(mm)。(mm)菱形销宽度B，b根据表：B = D2 = 92 = 7(mm)；B = 4mm。菱形销尺寸表D2 /mm36688202024243030404050B/mm2345568B/mmD20.5D21D22D23D24D25D25菱形销与基准孔的最小配合间隙=(mm)式中，第二基准孔最小直径。菱形销最大直径（公差取h6）= 90.108 = 8.892(mm)所以，菱形销直径为mm。转角误差式中，工件定位孔的直径公差；圆

27、柱定位销的直径公差(mm)；菱形定位销的直径公差(mm)；圆柱定位销与孔间的最小间隙(mm)；菱形定位销与孔间的最小间隙(mm)；L 中心距(mm)。所以，需要加工的孔的公差mm，由该误差引起的定位误差为8= 80.0036= 0.028，该误差小于工件误差，即0.0280.036，方案可行。定位精度分析机械加工中，保证加工出合格零件的必要条件是：加工误差不大于被加工零件相应的公差。加工误差来源于两大方面：一方面是与机床有关的误差称加工方法误差；另一方面是与夹具有关的误差，而此误差可分为零件在夹具中的定位误差、夹具的对刀或导向误差及夹具的制造及在机床上的安装误差。根据误差的随机性的特点，按概率

28、原理合成，根据生产实际情况，与夹具有关的误差占加工误差的绝大部分，故按机率相等的原理，取零件公差的3/4作为判别依据得到保证加工零件合格的条件是：（零件相应加工尺寸的公差），因为加工方法误差取决于机床精度，所以只进行夹具精度的分析计算。满足上述条件，认为夹具精度满足加工要求，否则精度不足。钻孔夹具产生导向误差有五个因素：其一是钻模板底孔至定位基准尺寸误差，取其公差；其二、三是钻套、衬套内外圆同轴度误差 ；其四是钻套与衬套的配合间隙；其五是钻套与钻头配合间隙，于是得：钻套垂直度误差对孔位置影响折算为：心轴底面平行度误差对孔位置影响折算为：夹具精度的计算和判别：夹具精度分析简图如图所示。定位误差：

29、基准重合。，（基准不重合）mm（定位销与孔配合最大间隙）mm导向误差：最后是铰刀，故按铰刀计算。mm，（同轴度误差忽略）(mm)(mm)=(mm)安装误差：H = 26，h = 7，B = 8mm，t= 0.025mm，t= 0.008mm，L = 50mm。0.014(mm)因此，夹具精度：=综上所述，此夹具能满足加工要求。4.4操作说明当上述各种元件的结构和布置确定之后，也就基本上决定了夹具体和夹具整体结构的型式。绘图时先用双点划线（细线）绘出工件，然后在各个定位面绘制出定位元件和夹紧机构以及钻套、钻模板，最后把各个元件连在一起，就形成了夹具体。为了节省夹具材料，减少加工时间和降低成本，夹

30、具在机床上的安装可以不设计耳座，而采用压板螺钉夹紧装置将夹具固定在钻床上。按要求标注与夹具有关的尺寸、公差和技术要求。参考文献1马智贤主编：实用机械加工手册：辽宁科学技术出版社：2002年2李益民主编：机械制造工艺设计简明手册：机械工业出版社：1999年3现代机械制造工艺装备标准应用手册委员会主编：现代机械制造工艺装备标准应用手册：机械工业出版社：1997年4王先逵主编：机械制造工艺学（第二版）：机械工业出版社：2006年5韩荣第、周明、孙玉洁主编：金属切削原理与刀具：哈尔滨工业大学出版社：2003年6廖念昭、古莹菴、莫雨松、李硕根、杨兴骏主编：互换性与技术测量：中国计量出版社：1998年7薛源利主编：机床夹具设计：机械工业出版社：2000年8 孙巳德主编：机床夹具图册：机械工业出版社：1983年9倪森寿主编：机械制造工艺与装备习题集和课程设计指导书：化学工业出版社：2003年10朱冬梅、胥北澜主编：画法几何及机械制图（第五版）：高等教育出版社：2000年11 丁殿忠,姜鸿维.金属工艺学课程设计M.北京:机械工业出版社,1997.614.