40变速箱上盖加工工艺编制及夹具设计【铣箱体结合面、钻右端面孔】【说明书+CAD图纸+3D】
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本科生毕业设计(论文)摘 要夹具一直以来在制造业中被广泛应用,用于在机械制造过程中固定加工对象,使之占有正确的位置,以接受施工或检测的装置,是十分重要的工艺装备之一。夹具的质量、工作效率,及夹具使用的可靠性,都对产品的加工质量及生产效率有着决定性的影响。变速箱盖的加工主要是加工表面、轴孔和各表面其他孔。此次设计包含变速箱盖从铸造到加工成型的整个工艺规程,涉及到加工顺序、表面粗糙度等问题,并且设计了铣平面和侧面钻孔两个工位的夹具。关键词:表面粗糙度;变速箱盖;工艺规程;夹具;ABSTRACTFixture has been widely used in the manufacturing industry, for the fixed processing object in mechanical manufacturing process. To occupy the correct position and accept the construction or testing equipment. Fixture is one of the very important process equipment. Fixture quality, working efficiency, reliability of the fixture, and the reliability of the fixture using have a decisive impact on the quality and production efficiency of the product.Processing gearbox cover is the main processing surface, the surface of shaft hole and other holes. The design contains the whole technological procedure of the gearbox cover from the casting to the molding process. It related to the processing sequence, the surface roughness and other issues. And design the milling plane and the side of the drill two station fixture.Keywords: surface roughness; gearbox cover; technological procedure; fixture; 目 录第一章 前 言- 1 -第二章 零件的分析- 2 -2.1 零件的作用- 2 -2.2 零件的工艺分析- 2 -2.2.1 平面加工- 3 -2.2.2 孔的加工- 3 -第三章 拟定上盖加工工艺路线- 4 -3.1确定毛坯的制造形式- 4 -3.2 基准的选择- 4 -3.2.1粗基准的选择- 5 -3.2.2 精基准的选择- 5 -3.3 制定工艺路线- 5 -3.3.1 主要表面与次要表面的加工顺序安排原则- 6 -3.3.2 热处理工序的安排- 6 -3.3.3 辅助工序的安排- 6 -3.3.4 检验工序的安排- 6 -3.3.5 工艺路线的拟定- 7 -第四章 加工余量确定及工序尺寸计算- 11 -4.1 毛坯余量- 11 -4.1.1公差等级的确定- 11 -4.1.2 确定机械加工余量- 11 -4.1.3 确定毛坯尺寸- 11 -4.2 箱体各平面加工工序余量- 12 -4.3组装孔14-18加工工序余量- 12 -4.4各通孔的加工工序余量- 12 -4.5切削用量及机械加工时间的计算- 12 -4.5.1粗铣底面及精铣底面- 12 -4.5.2粗铣前后面及半精铣前后面- 13 -4.5.3 粗铣右端面及半精铣右端面- 15 -4.5.4粗镗、半精镗、精镗轴孔- 16 -4.5.5钻凸台面14个通孔- 19 -第五章 铣箱体结合面夹具的设计- 21 -5.1夹具设计要求- 21 -5.2确立方案- 22 -i-5.3机床选择- 22 -5.4刀具选择- 23 -5.5切削力的计算- 23 -5.6机动时间的计算及工序时间定额的确定- 23 -5.7计算夹紧力- 24 -第六章 右端面钻孔夹具设计- 27 -6.1确定设计方案- 27 -6.2计算加紧力- 28 -6.3定位误差的分析- 29 -6.4操作说明- 29 -第七章 结论- 30 -参考文献- 31 -致谢- 32 -ii-第一章 前 言随着科技的进步,我国的工业飞速发展,到如今已经成为制造大国,素有“世界制造工厂”的称号。箱体类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,几乎任何机械产品都需要这类零件。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。而在机械制造行业中,箱体类零件的加工是必须面对和解决的问题。变速箱体的毛坯通常是采用灰铸铁材料。因为灰铸铁材料具有较好的耐磨性,减震性以及良好的铸造性能和切削性能,价格也比较便宜,采用这样的材料在箱体铸造和加工的时候比较容易实现。第二章 零件的分析2.1 零件的作用变速箱体在整个变速器总成中起支撑和连接作用,它把各个零件连接起来,支撑传动轴,保证各传动机构的正确安装,是传动零件的基座,应具有足够的强度和刚度。因此变速箱体的加工质量的优劣,将直接影响到轴和齿轮等零件位置的准确性,也会影响变速器的寿命和性能。该箱体零件是变速箱的基础零件,它将变速箱中的轴、套、齿轮等有关零件组装成一个整体,使得它们之间保持正确的相互位置,并按照一定的传动关系协调传递运动和动力。该箱体零件箱壁上各个纵向孔用于安装轴承,故精度要求偏高。在同一轴线上的轴承孔有位置要求。外表面需与其他部件装配,有位置度要求。2.2 零件的工艺分析由图2.1可得知,此变速箱的加工可以分为两部分。图2.1 变速箱上盖零件三维图2.2.1 平面加工其中包括与下箱体的结合面,表面粗糙度要求达到Ra1.6;安装横向轴承的右端半圆形面,表面粗糙度要求达到Ra6.3;安装纵向三根主轴的前后两个表面,表面粗糙度要求达到Ra6.3。2.2.2 孔的加工该零件的孔加工较多,而且要求较高,其中大部分是以结合面为基准,采用一面两孔定位方式,这些孔包括垂直于结合面的14个18的组装孔、5个M12-7H螺纹孔、1个M301.5-7H螺纹孔;前后两面上的12个M16-7H螺纹孔;另外右侧面有3个22的通孔和2个M16-7H螺纹孔,可以采用结合面为基准,其他定位方式进行加工。上盖上有七个铸造的轴孔,表面粗糙度要求达到Ra1.6,所以需将上下箱体结合起来进行轴孔的镗孔工序。变速箱箱体零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则,将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。由以上分析可知,对这两部分的加工而言,我们可以先进行平面加工,然后进行孔的加工,加工孔时使用一面两孔的定位方式,采用专用夹具,并且保证他们的尺寸精度要求。减速器箱盖、箱体主要加工部分是结合面、轴承孔、通孔和螺孔,其中轴承孔在箱盖、箱体合箱后再进行镗孔加工,以确保两个轴承孔中心线与分割面的位置,以及两个孔中心线的平行度和中心距。减速器整个箱体壁薄,容易变形,在加工前要进行时效处理,以消除内应力,加工时要注意夹紧位置和夹紧力大小,防止零件变形。箱盖、箱体结合面,底面上的孔的加工,采用专用钻模,这样可以保证孔的位置精度要求。- 34 -第三章 拟定上盖加工工艺路线3.1确定毛坯的制造形式考虑到变速箱盖在工作过程中并不承受较大的交变及冲击性载荷,而灰铸铁容易成形,切削性能好,价格低廉,且抗振性和耐磨性也较好,因此,一般箱体零件的材料大都采用灰铸铁,其牌号选用HT200。按Np =N * n * (1+A%+B%)生产纲领 其中:Np零件的生产纲领(件/年) N 产品的年生产量(台/年) A%备用品率 B%废品率 n 每台机械生产中该零件的数量 所以 Np =8000*1*(1+1%+1%)=8160 (件/年) 由于零件结构复杂,毛坯质量小于100公斤,年产量在5000到10000件内,零件属于轻型,中批量生产,考虑到现有条件和技术水平,可以采用金属摸机器造型,毛坯的精度较高,毛坯加工余量可适当减少。3.2 基准的选择根据作用的不同,基准可分为:设计基准 零件设计图样上所采用的基准,称为设计基准。这是设计人员从零件的工作条件、性能要求出发,适当考虑加工工艺性而选定的。一个零件图上可以有一个也可以有多个设计基准。工艺基准 零件在工艺过程中所采用的基准,成为工艺基准。其中又包括工艺基准、定位基准、测量基准和装配基准。 定位基准 工件在机床上或夹具中进行加工时用作定位的基准,称为定位基准。当加工主轴颈时,其位置是由夹具上定位相接的面确定的,故该接触面即是本道工序的定位基准。测量基准 在测量时所采用的基准,称为测量基准。根据不同工序要求测量已加工平面位置时使用不同的测量基准,如测量曲轴总长时应以曲轴两端面为测量基准。装配基准 在机器装配时,用来确定零件或部件在产品中所采用的基准,称为装配基准。3.2.1粗基准的选择由于箱体的结构比较复杂,加工表面多,粗基准选择的恰当与否,对加工面和不加工面间的相互位置关系及个加工面的加工余量分配了很大的影响,必须全面考虑。选择粗基准时,应注意以下几点要求:保证重要的加工表面有足够的加工余量;装入箱体内的齿轮和其他回转零件与箱体内壁有足够的间隙,不致发生干扰。注意保持箱体必要的外形尺寸。此外,还应保证定位,加紧可靠。如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面的位置要求,则应以不加工表面作为粗基准,如在工件上有很多不加工表面。则应有与其中的加工表面的位置精度要求较高的表面作粗基准。如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀,应选择该表面作粗基准。选作粗基准的表面应平整,没有浇口或飞边等缺陷,以便定位可靠。粗基准只能用一次,以免产生较大的的位置误差。根据以上原则,本零件选取箱体结合面作为粗基准。3.2.2 精基准的选择精基准的选择主要遵循以下原则:用公用基准作为精基准,以消除不重合误差,即“基准重合原则。尽可能使各个工序的定位都采用同一基准,即“基准统一”。当精加工或光整加工工序要求余量小而无效均匀时,应选择加工表面本身作为精基准,即“自为基准”原则。为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度,遵循“互为基准”原则。精基准的选择,尤其是主要定位面,应有足够大的面积和精度,以保证定为基准可靠。同时还应使夹紧机构简单,操作方便。即“便于装夹”原则。在精基准的选择上,主要考虑基准重合和基准统一等问题,本次选择以顶面及右侧面定位,精加工分割面,符合基准重合和基准统一的原则。3.3 制定工艺路线该变速箱上盖零件的主要加工表面是孔系和装配基准平面。如何保证这些表面的加工精度和表面粗糙度孔系之间及孔系与装配基准面之间的距离尺寸精度和相互位置精度,是箱体零件加工的主要工艺问题。此零件为成批生产,可采用专用夹具使工序集中,以提高生产效率,由于变速箱盖需要加工的平面较少,且要求不太高,而孔的加工比较复杂,所以在制定工艺路线是,先考虑加工平面,然后再采用专用夹具进行孔加工。根据各表面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:箱体结合面:粗铣-半精铣-精铣;前后面及右端面:粗铣-半精铣;前后面三组200、150、130轴孔及右端面150轴孔:粗镗-半精镗-精镗;7级9级精度未铸出的通孔:钻-粗镗;各螺纹孔:钻-攻丝。各个孔均有较高的位置度要求,右端面轴孔自身有较高的同轴度要求。端面精度和加工方法相同,故它们的加工宜采用工序集中的原则,即分别在一次装夹的情况下将两面或孔同时加工出来,以保证其位置精度。分离式箱体工艺路线与整体式箱体工艺路线的主要区别在于,加工过程分为两个大的阶段,先对盖和低座分别进行加工,而后再对装配好的整体箱体进行加工。第一阶段主要完成平面,紧固孔和定位空的加工,为箱体的装合做准备;第二阶段为在装合好的箱体上加工轴承孔及其端面。在两个阶段之间应安排钳工工序,将盖与底座合成箱体,并用二锥销定位,使其保持一定的位置关系,以保证轴承孔的加工精度和撤装后的重复精度。3.3.1 主要表面与次要表面的加工顺序安排原则(1)基准先行。(2)主要表面的粗精加工要分开,以消除切削力带来的变形。(3)次要表面的加工,经可能在同一次装夹中加工,以减少装夹次数,节省辅助时间,提高个表面的相对位置精度。3.3.2 热处理工序的安排退火安排在机械加工之前。3.3.3 辅助工序的安排(1)划线工序安排在机械加工之前。(2)清洗工序紧接在光整加工之后。(3)油漆工序安排在机械加工之后。3.3.4 检验工序的安排(1)粗加工全部结束后,精加工之前。(2)零件从一车间到另一个车之前。(3)重要工序之前后。(4)零件全部加工结束之后。3.3.5 工艺路线的拟定机械加工工艺规程的制定,大体可分为两个步骤。首先是拟定零件加工的工艺路线,然后再确定每一道工序的工序尺寸、所用设备和工艺装备以及切削规范、工时定额等。这两个步骤是互相联系的,应进行综合分析。工艺路线的拟定是制定工艺过程的总体布局,主要任务是选择各个表面的加工方法,确定各个表面的加工顺序,以及整个工艺过程中工序数目的多少等。拟定工艺路线的一般原则为1、先加工基准面零件在加工过程中,作为定位基准的表面应首先加工出来,以便尽快为后续工序的加工提供精基准。称为“基准先行”。2、划分加工阶段加工质量要求高的表面,都划分加工阶段,一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。主要是为了保证加工质量;有利于合理使用设备;便于安排热处理工序;以及便于时发现毛坯缺陷等。3、先孔后面对于箱体、支架和连杆等零件应先加工平面后加工孔。这样就可以以平面定位加工孔,保证平面和孔的位置精度,而且对平面上的孔的加工带来方便。4、主要表面的光整加工(如研磨、珩磨、精磨等),应放在工艺路线最后阶段进行,以免光整加工的表面,由于工序间的转运和安装而受到损伤。上述为工序安排的一般情况。有些具体情况可按下列原则处理。(1)为了保证加工精度,粗、精加工最好分开进行。因为粗加工时,切削量大,工件所受切削力、夹紧力大,发热量多,以及加工表面有较显著的加工硬化现象,工件内部存在着较大的内应力,如果粗、粗加工连续进行,则精加工后的零件精度会因为应力的重新分布而很快丧失。对于某些加工精度要求高的零件。在粗加工之后和精加工之前,还应安排低温退火或时效处理工序来消除内应力。(2)合理地选用设备。粗加工主要是切掉大部分加工余量,并不要求有较高的加工精度,所以粗加工应在功率较大、精度不太高的机床上进行,精加工工序则要求用较高精度的机床加工。粗、精加工分别在不同的机床上加工,既能充分发挥设备能力,又能延长精密机床的使用寿命。(3)在机械加工工艺路线中,常安排有热处理工序。热处理工序位置的安排如下:为改善金属的切削加工性能,如退火、正火、调质等,一般安排在机械加工前进行。为消除内应力,如时效处理、调质处理等,一般安排在粗加工之后,精加工之前进行。为了提高零件的机械性能,如渗碳、淬火、回火等,一般安排在机械加工之后进行。如热处理后有较大的变形,还须安排最终加工工序。制定工艺路线时,必须充分考虑采用确保产品质量,并以最经济的办法达到所要求的生产纲领的必要措施,即应该做到:技术上先进、经济上合理,并有良好、安全的劳动条件。初步制定的加工工艺路线如表3.1所示工序号工序车间机床及编号夹具及编号01铸造铸造02回火热处理03探伤检验10粗铣箱体结合面机加立式铣床专用夹具20组合上下箱体钻出两个定位销孔2-20H7机加立式钻床钻床夹具30粗铣前后端面机加双面铣床铣床夹具40粗铣右端面机加卧式铣床铣床夹具50半精铣箱体结合面机加立式铣床专用夹具60半精铣前后端面机加双面铣床铣床夹具70半精铣右端面机加卧式铣床铣床夹具80精铣箱体结合面机加立式铣床专用夹具90钻14-18组装孔、顶面5-M12-7H螺纹底孔5-10、两肋板中间凸台M301.5-7H螺纹底孔27机加立式钻床专用夹具100钻右端面3-22通孔、2-M16-7H螺纹底孔2-14机加卧式钻床专用夹具110钻前后面12-M16-7H螺纹底孔12-14、右侧肋板2-70通孔、背面凸台2-26通孔、左侧肋板26通孔;机加卧式钻床钻床夹具120粗镗14-18组装孔、右侧肋板2-70通孔、背面凸台2-26通孔、左侧肋板26通孔、右端面3-22通孔机加卧式钻床钻床夹具130组合上下箱体,粗镗三轴孔200、150、130;粗镗右侧轴孔150机加卧式钻床钻床夹具140组合上下箱体,半精镗三轴孔200、150、130;半精镗右侧轴孔150机加卧式钻床钻床夹具150组合上下箱体,精镗三轴孔200、150、130;精镗右侧轴孔150机加卧式钻床钻床夹具160对台阶面上的组装孔14-18进行30锪平;对孔2-26进行45锪平;对3-22通孔在右端面内侧进行36锪平机加立式钻床卧式钻床圆柱锪钻170对顶面5-M12-7H螺纹底孔攻丝至图纸要求、肋板间凸台M301.5-7H螺纹底孔攻丝至图纸要求;机加立式钻床、丝锥180对前后侧面12-M16-7H螺纹底孔攻丝至图纸要求、右侧2-M16-7H螺纹底孔攻丝至图纸要求机加卧式钻床、丝锥190各螺纹孔处倒角145;主轴孔出倒角245,其余轴孔倒角145;其余各处需倒角部位倒角145机加车床200箱体内部加工面涂红色耐油底漆机加210检查零件是否符合要求机加表3.1 变速箱体加工工艺过程表工艺分析:(1)变速箱箱盖的主要加工部分是结合面,轴承孔和螺孔,其中轴承孔要在箱盖,箱体合箱后再进行镗孔加工,以确保三个轴承孔中心线与分割面的位置,以及三孔中心线的平行度和中心距(2)变速箱整个箱体壁薄,容易变形,在加工前要进行人工时效处理,以消除铸件内应力,加工时要注意装夹位置和加紧力的大小,防止零件变形。(3)如果加工分割面达不到平面度要求时,可采用箱盖与箱体对研的方法,最终在安装使用时,一般加密封胶密封。(4)变速箱箱盖和箱体不具有互换性,所以每装配一套必须钻铰定位销,做好标记和编号。(5)变速箱若批量生产可采用专用镗模或专用镗床,以保证加工精度及提高生产效率。(6)三孔平行度的精度主要有设备精度来保证工件一次装夹,主轴不移动,靠移动工作台来保证三孔中心距。(7)三孔平行度检查,可用三根心轴分别装入三个轴承孔中,测量三根心轴的两端距离差,即可得出平行度误差。(8)三孔轴心线的位置度也通过三根心轴进行测量。(9)箱盖的平面度检查,可将工件放在平台上,用百分表测量。(10)一般孔的位置,靠钻模和划线来保证。在实际生产中,由于零件的生产类型、材料、结构、形状、尺寸和技术要求等不同,针对某一零件往往不是单独在一种机床上加工形成的。要经过一定工艺过程才能完成其加工。因此,不仅要根据零件的具体要求。结合现场实际的具体条件,对零件的个组成表面选择合适的加工方法,还要合理地安排加工工序,逐步地把零件加工出来。对于某个具体零件。可以采用几种不同的工艺方案进行加工。虽然这些方案都可以加工出这些零件,但从生产效率和经济效益上来讲,其中有种方案比较合理且切实可行。因此必须根据零件的具体要求和可能加工条件的,拟定较为合理的工艺过程。在整个加工过程中夹具不仅仅是为了夹紧、固定加工零件。设计合理的夹具,还要求保证加工零件的位置精度,提高加工生产效率。所以各种夹具的设计质量将直接影响被加工零件的精度要求,在机械加工工艺过程中起到重要作用。第四章 加工余量确定及工序尺寸计算根据各原始资料及制定的零件加工工艺路线,采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工余量,中间工序公差按经济精度选定,上下偏差按入体原则标注,确定各加工表面的机械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸如下:4.1 毛坯余量4.1.1公差等级的确定变速箱体零件材料为HT200,根据生产纲领,选择铸造类型的主要特点要生产率高,适用于中批生产,查参考文献机械制造技术基础课程设计指导教程特种铸造的类别、特点和应用范围,再根据各种铸造方法的经济合理性,确定为金属型铸造。(1)求最大轮廓尺寸 根据零件图计算轮廓尺寸长926mm,宽368mm,高205mm。(2)选取公差等级CT铸造方法按照机器造型,铸造材料按灰铸件, 铸件公差等级有16级,代号为CT1CT16,根据该零件功用及技术要求为普通级,得公差等级CT范围8-10级,取为9级。(3)零件表面粗糙度 由零件图可知,各加工表面Ra 1.6。(4)求铸件尺寸公差 根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT由表查得公差带相对于基本尺寸对称分布。4.1.2 确定机械加工余量 根据铸件质量,零件表面粗糙度查表,由此查得单边余量在厚度方向为5mm,水平方向为5mm,也就是各边余量均为5mm。而铸件内的轴孔单边余量为4mm。4.1.3 确定毛坯尺寸上面查得的加工余量适用于此零件,可适当加大。综上所述,箱体毛坯尺寸公差与加工余量及公差如下表4.1所示零件尺寸加工余量等级加工余量毛坯基本尺寸200H7F2.5195150H7F2.5145130H7F2.5125200F3203360F3366921F3924表4.1 变速箱毛坯尺寸(mm)4.2 箱体各平面加工工序余量根据已设定的工艺规程,为保证图纸上表面粗糙度要求,除了凸台以外,其余有要求平面都需要进行粗铣精铣。根据零件图纸,加工长度500mm,加工宽度100-300mm,对应零件的精铣工序余量为1.5 ; 零件平面最大尺寸500,毛坯为灰铸铁,精铣加工余量为4mm,由于零件毛坯是用铸造而成的,综合考虑铸造加工余量和粗加工余量,最终确定零件的粗铣工序余量为5mm。4.3组装孔14-18加工工序余量要达到18所需精度及表面粗糙度要求,需进行粗镗,对应加工精度为:粗镗:孔径公差H13,表面粗糙度Ra 6.312.5查表确定18第一次粗镗为17,第二次粗镗为18, 又因为毛坯孔直径为16mm,所以粗镗余量为Z=(18-16)/2=1mm又因为单边总余量为Z=5mm,所以半精镗余量为Z=5-3-1=1mm。4.4各通孔的加工工序余量零件右侧肋板通孔2-70、背部凸台通孔2-26、左侧肋板通孔26、右端面通孔3-22表面粗糙度要求Ra25,所以要达到所需精度及表面粗糙度要求,只需进行粗镗,对应加工精度为:粗镗:孔径公差H13,表面粗糙度Ra 6.312.5余量与组装孔相同,Z=1mm4.5切削用量及机械加工时间的计算4.5.1粗铣底面及精铣底面(1)机床的选择考虑到工件的定位加紧方案及夹具设计等问题,采用立铣,选用立式铣床。(2)刀具的选择查表各种类型的铣刀的应用范围;选择硬质合金钢牌号YG6;铣刀直径选择; 本道工序,铣削深度 =2mm,铣削宽度 =360mm,选择直径D为=315mm的可转位面铣刀。 (3)铣削速度的确定查表铣削进给量,每齿进给量 =0.20 mm/z;取粗铣的主轴速度为118 r/min,取精铣的主轴速度为375 r/min。故相应的切削速度为:V粗=/1000=(3.14200118) /1000 m/min=74.1 m/minV精=/1000=(3.14200375) /1000 m/min=255 m/min工作台每分钟进给量为=0.210118mm/min=236 mm/min校核机床功率(一般只校核粗加工工序):得到切削功率Pm为5.2Kw;机床功率为7.5kW,若取效率为0.85,则7.50.85=6.375Kw5.2Kw, 故机床功率满足。(4)工时的确定铣削切削时间的计算:铣削机动间的计算公式:T=(为切削加工长度,为刀具切入长度,为刀具切出长度,为每分钟进给量)当主偏角= 90时=0.5(D-)+(13)=0.5(315-)+(13) =158.5mm=13T =2.22min4.5.2粗铣前后面及半精铣前后面机床:双立轴圆工作台铣床X701刀具:硬质合金端铣刀(面铣刀)= 320mm 齿数 Z = 12(1)粗铣铣削深度: = 3mm;每齿进给量取= 0 .25 Z/mm;铣削速度取 V = 3m/s 机床主轴转速n=179r/min取 n = 150r / min实际铣削速度=2.51m/s进给量f= nz=150120.25/60=7.5m/s工作台每分进给量f: f=V =7.5mm/s=450mm/min,=192mm由毛坯尺寸可知被切削层长度l=200mm刀具切入长度 1 = 0. 5 ( D -+(1-3)= 34mm刀具切出长度 2 l :取 =2mm走刀次数为1;机动时间t:t=0.82min(2)精铣铣削深度:=1.5mm;每齿进给量=0.15mm/Z;铣削速度取 V = 6m/s;机床主轴转速n=209r/min,取 n = 300r/min实际铣削速度=3.35m/s进给量f= n z =200 12 200 / 60=6mm/s工作台每分进给量f: f=V =6mm/s=360mm/min,=240mm由毛坯尺寸可知被切削层长度l=200mm刀具切入长度1精铣时= D =320m m 1刀具切出长度 2 l :取l=2mm走刀次数为1;:=1.45min本工序机动时间=t+=0.52+1.45=2.07min4.5.3 粗铣右端面及半精铣右端面机床:双立轴圆工作台铣床X701;刀具:硬质合金端铣刀(面铣刀)= 400mm 齿数 Z = 14(1)粗铣铣削深度: = 3mm;每齿进给量 :根据简明手册表2.473,取 = 0.25 Z/ mm;铣削速度V :参照简明手册表2.481,取 V = 4 m/s;机床主轴转速n :n=191.08r/min;取 n = 200r / min实际铣削速度:=4.19m/s进给量f: f= n z = 200 14 0.25 / 60=11.6 mm/min工作台每分进给量f: f=V =11.67mm/s=700.2mm/min 根据简明手册=240mm被切削层长度l:由毛坯尺寸可知 l = 300mm刀具切入长度1 = 0.5 ( D -+(1-3)= 42m m刀具切出长度2 l :取=2mm走刀次数为1;机动时间t:t=0.49min(2)半精铣铣削深度:=1.5mm每齿进给量;根据简明手册表2.473,=0.15mm/Z铣削速度V :根据简明手册表2.481,取 V = 3.5m/s机床主轴转速n :n=209r/min,取 n = 200r/min实际铣削速度:=3.35m/s进给量f: f= n z =20012 0.15 / 60=3.35mm/s工作台每分进给量f: f=V =6mm/s=360mm/min 根据简明手册=240mm被切削层长度l:由毛坯尺寸可知 l = 300mm刀具切入长度1精铣时= D =140m m 1刀具切出长度l :取l=2mm走刀次数为1;:=1.22min本工序机动时间=t+=0.49+1.22=1.71min4.5.4粗镗、半精镗、精镗轴孔选择在卧式铣镗床T616上进行镗削加工。(1)粗镗轴孔刀具及刀杆普通刀杆;由于轴孔是预铸孔,因此选择莫氏锥柄3,D=20mm,L=120mm,b=8mm的刀杆;再根据单刃镗刀,选择刀具BH=8mm8mm,L=2540mm,r = 45。镗削深度=3.4mm查表卧式铣镗床的镗削用量;选择硬质合金刀片牌号YG8, v取24 m/min,f取0.3mm/r。计算出刀具转速n:n=1000v/ 82.3r/min按机床实际转速取n=168 r/min,则实际切削速度为:v =n/1000=41.4m/min=0.690m/s镗削力、镗削功率计算:查表,=2433.7N 校验机床功率:机床功率为1.5KW,=0.85,机床有效功率为:= P= 1.50.85 = 1.27 KW ;其值大于铣削功率Pm ,故选择的镗削用量可在该机床上使用。切削时间的确定:查表,根据镗削机动时间计算公式:=主偏角=时,=(23)=35,=5(为切削加工长度,为刀具切入长度,为刀具切出长度,为单件小批生产试切长度,f为工件每转刀具进给量,n为机床主轴转速)所以=(6.5+3+4+5)/(0.382.3)=0.74min(2)半精镗孔2-120H8刀具及刀杆查表普通刀杆;由于轴孔是预铸孔,因此选择莫氏锥柄3,D=20mm,L=120mm,b=8mm的刀杆;再根据单刃镗刀,选择刀具BH=8mm8mm,L=2540mm,r = 45。确定镗削深度:由于直径上加工余量为2.5mm,故可在一次走刀内切完,故 =3mm。坐标镗床的镗削用量;选择硬质合金刀片牌号YG8, v取48 m/min,f取0.4mm/r。计算出刀具转速n:n= 1000v/ 328r/min按机床实际转速取n=370 r/min,则实际切削速度为:v =/1000=48 m/min=0.8m/s镗削力、镗削功率计算:=2433.7N校验机床功率:机床功率为1.5KW,=0.85,机床有效功率为:= P= 1.50.85 = 1.27 KW ;其值大于铣削功率Pm ,故选择的镗削用量可在该机床上使用。切削时间的确定:查表根据镗削机动时间计算公式:=主偏角=时,=11,=(23)=35,=5所以=(11+3+4+5)/(0.452)=1.1min(3)精镗孔2-120H7至尺寸刀具及刀杆查工艺手册,表11.2-10 普通刀杆; 由于120H8是预铸孔,因此选择莫氏锥柄3,D=20mm,L=120mm,b=8mm的刀杆;再根据表11.2-2 单刃镗刀,选择刀具BH=8mm8mm,L=2540mm,r = 45确定镗削深度 :由于直径上加工余量为0.5mm,故可在一次走刀内切完,故=1.5mm。查表坐标镗床的镗削用量;选择硬质合金刀片牌号YG8, v取72m/min,f取0.3mm/r。计算出刀具转速n n= n= 1000v/ 487.9r/min按机床实际转速取n=550r/min,则实际切削速度为:v =/1000=72m/min=1.2m/s镗削力、镗削功率计算:=2433.7N校验机床功率:机床功率为1.5KW,=0.85,机床有效功率为:= P= 1.50.85 = 1.27 KW ;其值大于铣削功率Pm ,故选择的镗削用量可在该机床上使用。切削时间的确定:查表根据镗削机动时间计算公式:=主偏角=时,=15.5,=(23)=35,=5所以=(15.5+3+4+5)/(0.3130)=0.7min4.5.5钻凸台面14个通孔在凸台端面上钻14-18mm通孔加工条件工件材料:灰铸铁加工要求:钻14个18mm的通孔机床:立式钻床Z535型刀具:16mm的麻花钻(2)计算钻削用量钻14-16mm的孔f=0.25mm/rv=0.51m/s=30.6m/minns=1000v/dw=402(r/min)按机床选取nw=400r/min,所以实际切削速度v=dwnw/1000=31.42(m/min)辅助时间为:tf=0.15tm=0.1548=7.2s其他时间计算:tb+tx=6%(48+7.2)=3.3s故单件时间:tdj=tm+tf+tb+tx=48+7.2+3.3=58.5s攻4-M12mm孔v=0.1m/s=6m/minns=238(r/min)按机床选取nw=195r/min,则实际切削速度V=4.9(m/min)故机动加工时间:l=16mm,l1=3mm,l2=3mm,确定切削用量及基本工时34s54min9.0fnwl辅助时间为:tf=0.15tm=0.1554=8.1s其他时间计算:tb+tx=6%(54+8.1)=3.7s故单件生产时间:tdj=tm+tf+tb+tx=54+8.1+3.7=65.8s则钻孔单件生产总时间:T=58.5+65.8=124.3s第五章 铣箱体结合面夹具的设计夹具是用以装夹工件(或引导刀具)的装置。机床夹具是一个定位和夹紧装置,简称夹具,主要用于机械加工,使工艺系统中的机床、刀具和工件连系起来,以保证工件加工质量和生产率的要求。机床夹具结构一般由以下某几种元件和装置组成。(1)定位元件及定位装置:用来确定工件在夹具中的位置元件。(2)夹紧元件及夹紧装置:用来夹紧工件,使其保持在正确的位置的定位位置上的夹紧装置和夹紧元件。(3)夹具体。(4)对刀、引导元件及装置:用来确定刀具为位置和引导刀具方向的元件。(5)动力装置。(6)分度、对定装置。(7)其他元件及装置(定位键及有关零、部件、标准或非标准件等)。以上组成部分,并非所有机床夹具都缺一不可。但是,通常定位、夹紧和夹具体三部分是夹具的主要组成部分。夹具的功用是保证工件的加工精度(主要是位置精度),提高互换性;提高劳动生产率和降低生产成本;扩大机床的是用范围;改善工人劳动条件,保障安全生产。夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的。制订工艺过程,应充分考虑夹具实现的可能性,而设计夹具时,如确有必要也可以对工艺过程提出修改意见。夹具设计质量的高低,应以能否稳定的保证工件的加工质量,生产效率高,成本低,排屑方便,操作安全、省力和制造、维修容易为其衡量指标。5.1夹具设计要求(1)夹紧过程中不改变工件定位时所占据的正确位置;(2)夹紧力的大小要适当,过大了会使工件变形,过小了则在加工时工件会松动,造成报废甚至发生事故,既要保证加工过程中工件不会产生位移和振动,又要使工件不产生不允许的变形或损伤;(3)夹紧装置的自动化程度,应与工件的生产批量相适应;(4)夹具设计应遵循“实现同等功能的前提下,机构简单者为最优”的设计理念。结构要简单,力求体积小、重量轻、并有足够的强度;工艺性好便于制造与维修;(5)使用性能操作方法省时安全可靠同时,夹具设计应该考虑多方面的问题,运用自己所学过的多科知识,结合生产实际环节,进行合理的夹具设计。所以,考虑到实际生产,机床夹具的设计还应该遵循以下设计原则:(1)用夹具固定产品及工具以固定用台钳及夹持具来固定产品及工具,以解放人手从而进行双手作业(2)使用专用工具生产线中所用工装应最适合该产品及人工操作的专用工具以提高生产效率(3)合并二种工装为一种减少工具的更换麻烦,以减少转拉的工时消耗,提高工作效率。(4)提高工具设计便利性减少疲劳(5)机械操作动作做相对安定并且操作流程化5.2确立方案本次设计的夹具为粗铣结合面,该夹具适用于立式铣床。这道工序所加工的结合面,根据从现实中考虑及本次设计要求,其主要精度要求为结合面的平面度要求。按照基准重合原则,应从结合面上顶面定位。从对工件的结构形状分析,若工件以结合面朝上放置在支承板上,定位加紧都比较稳定、可靠,也容易实现。但考虑到支承面为毛坯面,用支承面会增大分割面至上顶面的误差。故应改用三个固定支承来代替支承板。限制三个自由度;以左侧面靠在两块固定支承板上限制两个自由度;又以肋板靠在一个固定支承上,限制一个自由度,实现完全定位。为防止工件在加工中发生变形,夹具上设置了辅助支承。定位基准的选择,由零件图可知,机体下平面与结合面的尺寸应保证为24mm,故应以顶面为定位基准。为了提高加工效率,决定采用两把镶齿三面刃铣刀对两个面同时进行加工。同时,为了降低生产成本,此夹具采用手动夹紧。定位方案和元件设计,根据工序图及对零件的结构的分析,此夹具定位以V形块上四个支承钉对蜗杆轴承孔与两个支承钉及一个双头浮动支承钉对磨合面同时进行定位。所选用的四个支承钉尺寸为7 8 16hH,两个支承钉的尺寸为7816fH,浮动支承钉见夹具设 计剖面图。5.3机床选择因为自己所选择的工艺是粗铣结合面,因而该工艺环节一个主要的内容就是选择合理的铣床。考虑到变速箱上盖结合面比较大,且是粗铣,因而综合多方面的知识,查询手册各种机床的资料,最终,选取立式铣床5030A。它的工作台面是1150300mm,外形尺寸为169315351869,主轴转速为12级,35-1600r/min,电动机功率为4KW,满足加工要求。5.4刀具选择选择合适的刀具,既可以提高加工效率,又可以避免不必要的浪费,在自己所涉及的这一夹具中,主要是粗铣箱体结合面,且由于结合面比较大,因此应选择端面铣刀,最后,结合其尺寸,查询设计手册,选择硬质合金套式面铣刀YG8,查工艺人员手册知,每齿的进给量Sz=0.4mm,其余尺寸为D=400mm,齿数是z=14,铣削宽度为B=240mm。5.5切削力的计算 (1)铣削圆周力的计算 铣削力在加工过程中往往方向、大小在变化,在计算中应按最不利的加工条件下求得的铣削力或铣削合力计算。代入铣削圆周力公式: 其中切削深度t=4.5mm,铣削宽度B=190mm,铣刀齿数Z=14,每齿进给量Sz=0.4mm,铣刀直径D=400mm,将数值代入上式计算得: 计算的,P=244 Kg。 (2)切削速度的计算 代入公式: 其中D=400mm,T=420min,t=4.5mm,Sz=0.4mm,B=190mm。计算,得: V=74mm/min。5.6机动时间的计算及工序时间定额的确定本道工序只需粗铣下底面,因为,粗加工时,除留下精加工余量外,一次走刀应尽可能切除全部余量。因此,采用一把套式端面铣刀,在加工时,一次走刀即可。查机械工艺设计手册知,机动时间 其中:=铣削轮廓的实际长度368mm; =切入长度=24mm; =超出长度=5mm; 行程次数,因此在这取:i=1;工作台的进给量=0.41460=336mm/min。其中: ,n=60。所以,算得,T=1.18min。查表得:辅助时间=;间歇时间 ;准备终结时间;技术服务时间。由上面的算式可得:=(3046)%。所以,=(1.301.46)%=1.7min。5.7计算夹紧力设压板处的加紧力相同,则2Wjf=FHFH=(0.20.3)FZ所以 W= 若取FH=0.4FZ,安全系数K=2.5,工件与定位件间摩擦系数f=0.3 则 W=知v=1.57m/s Pm=6.31kw所以 FZ=4019N FH=0.4FZ =1607N W= =6695N从强度考虑,一个M16的螺栓能承受6693N的许用加紧力,所以选用M16的螺栓完全能满足要求。进行夹紧力计算时,通常将夹具和工件看作一刚性系统,以简化计算。根据工件在切削力、夹紧力(重型工件要考虑重力,高速时要考虑惯性力)作用下处于静力平衡,列出静力平衡方程式,即可算出理论夹紧力,再乘以安全系数,作为所需的实际夹紧力。即 式中: 实际所需夹紧力; 理论夹紧力; 安全系数安全系数可按下式计算 基本安全系数=1.2,加工性质=1.2,刀具钝化程度=1.2,切削特点=1.0,夹紧力稳定性=1.0,力矩作用下工件与支撑面接触情况=1.0,所以,算的: =1.728。规定:若安全系数K的计算结果小于2.5时,取=2.5。因为: 其中,查询设计手册可以得知,未加工面的摩擦力比较大,而下箱体凸台面与压板的摩擦系数和下箱体结合面与定位板的摩擦系数所在的接触面都是未加工表面,因此,可以取=0.7。又已知切削力P=2440N,下箱体的重力G=234N,代入上式,可得: =1626 N; 所以,实际夹紧力=4065 N,所以分配到每个板的夹紧力为: 。第六章 右端面钻孔夹具设计本次设计的夹具为以结合面外形定位,钻右端面3-22通孔和2-M16-7H螺纹孔底孔。该夹具适用于卧式钻床。6.1确定设计方案这道工序所加工的孔在端面上,且与结合面垂直,按照基准重合原则并考虑到目前只有结合面面经过加工,为了避免使用粗基准,应以结合面面和两孔定位。又为提高钻孔精度和提高钻孔效率,可使用钻套起引导作用。从对工件的结构形状分析,若工件以端面朝上放置在支撑板上,定位夹紧都比较困难,且不方便钻床加工,会增加钻头的长度,降低了孔的加工精度。因此采用分割面朝下,这样可采用卧式钻床,满足加工要求。夹具以夹具体安装面和定位孔、定位销定位,用铰链连接。工件以结合面朝下在夹具上定位,限制了三个自由度。其余两自由度由铰链压板定位,一共限制五个自由度,其余一个自由度可以不用限制。在夹具体上加两个定位销,限制另外一个自由度,从而上箱体六个自由度全部限制。 在做广泛调查研究的基础上,可着手拟订夹具设计的方案,其中主要解决以下问题: 确定工件的定位方案,选择和设计定位元件,计算定位误差;定位基准在工艺规程中已确定,确定定位方案时,除考虑定位精度外,还应考虑整个夹具的布局,夹紧机构的布局及操作方便等。以此来考察定位基准的选择是否合理。 确定刀具的对刀或引导方式,选择或设计对刀或引导元件。 确定夹紧方案、选择或设计夹紧机构,计算夹紧力;如果夹紧力过大,还应计算有关元件的强度或刚度。 确定其他装置的结构型式,如定位键、操作件、分度装置等。确定夹具体和绘制结构方案的总体草图由于夹具结构是综合考虑各种因素后的结果,考虑问题的侧重点不同,结构方案便有所差异。对于夹具各部分的结构,最好能拟订出几个不同的方案,分别画出草图,经过分析比较,从中选出最佳方案。夹具体应有良好的结构工艺性,以便于制造、装配与使用。其形状应尽量简单,避免过多的凸凹弯扭,各工件表面一般应高出不加工表面415,以便于加工装配。夹具上不加工毛面与工件表面之间应有一定的距离,以保证工件和夹具体之间不发生干涉,通常当夹具体和工件都是毛面时,留815,夹具体是毛面,工件是光面时,留410。夹具体上一般应考虑搬运夹具时的吊装问题,以便于加工安装。对于小型夹具不需考虑吊装,但应考虑便于搬动,一般要求连同工件的总质量的超过1015Kg夹具体上应考虑排屑和清扫切屑方便,留有必要的排屑空间或排屑缺口。夹具体的结构尺寸应适当紧凑些,不要过于分散,考虑夹具的稳定性,夹具体底面可以做的稍大些,固定在工作台上的夹具中心应尽可能低一些。对回转类的夹具要注意平衡问题。夹具体要有足够的刚度和强度,承受夹紧力和切削力,在刚度不足处应设有加强筋。铸造夹具体壁厚一般为825,超过25应挖空;焊接夹具体壁厚一般为610。夹具体需要进行必要的热处理,以保证尺寸稳定。6.2计算加紧力因为夹具的加紧力与切削力方向相反,实际所需加紧力F夹与切削力关系为F夹=KF式中K为安全系数。当加紧力与切削力方向相反时。取K=3.由前面的计算可知F=2817.6N所以 F夹=KF=32817.6N=8452.8NF0=N=2881.6Ne计算出的理论夹紧力F再乘以安全系数k既
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铣箱体结合面、钻右端面孔
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