转速器盘制造工艺及夹具设计

0 工 学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ） 题 目： 转速器盘制造工艺及夹具设计 专 业： 机电技术教育 班 级： 07（ 3）班 姓 名： 马黎明 学 号： 1664070314 指导教师： 张春雨 日 期 ： 2011年 5月 30日 1 转速器盘制造工艺及夹具设计 马黎明 （指导老师：张春雨） 安徽科技学院工学院机电技术教育专业零七级三班 目录 引 言 . 2 1. 零件分析 . 2 件的作用 . 2 件的工艺性分析和零件图的审查 . 3 图 1 转速器盘 . 4 件的生产纲领及生产类型 . 4 件的加工工艺分析 . 4 件主要技术条件分析及技术关键问题 . 5 2. 选择毛坯 . 5 定毛坯的成形方法 . 5 件结构工艺性分析 . 5 造工艺方案的确定 . 6 型及造芯方法的选择 . 6 型面的选择 . 6 注位置的选择 . 6 造工艺参数的确定 . 6 工余量的确定 . 6 模斜度的确定 . 6 型负数的确定 . 7 缩率的确定 . 7 铸孔的确定 . 7 造圆角的确定 . 7 芯设计 . 7 . 7 准的选择 . 7 基准的选择 . 7 图 2 型芯简图 . 8 基准的选择 . 8 图 3 转速器盘基准 . 9 面加工方案的选择 . 9 订机械加工工艺路线 . 10 定机械加工余量及工序尺寸 . 12 定切削用量及基本工时 . 15 序 30：粗、精铣后平面 . 15 序 40：粗铣两个 18 圆柱前端面 . 19 序 50：粗、精铣 25圆柱上端面 . 20 序 60：钻削、铰削加工两个 9孔 . 24 序 70：钻削、铰削加工 10 孔并锪倒角 5° . 26 序 80：粗、精铣 120° 圆弧端面 . 30 2 序 90：钻削、铰削两个 6 孔 . 33 4 夹具设计 . 37 具设计 . 37 件的加工工艺分析 . 37 定夹具的结构方案 . 38 制夹具总体图 . 45 引 言 机械制造工艺是实现产品设计、保证产品质量、节约能源、降低消耗的重要手段，是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、技术检查、安全生产和健全劳动组织的 依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品改进，提高经济效益的技术保证，因而编制一套合理的加工工艺是影响产品制造效益，企业发展进步的重要法码 。 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个工序的具体要求进行的，夹具设计应保证工件的加工质量、生产效益的提高，成本低、排屑方便、操作安全、省力和制造、维护容易等。 随着科学技术的高速发展，在制造业，越来越多的企业把产品的设计、分析、制造，产品数据管理和信息技术集于一体，这种先进的管理方式纳入企业信息化建设的核心，继而引发了设计领域的革命。第 一次革命是八十年代二维 件的推广，国内普遍运用的是 件。利用 件使设计师彻底的“甩掉”了图板。第二次革命就是大量三维软件的崛起，三维 件不仅仅可以创建实体模型，还可以利用设计出的三维实体模型进行模拟装配和静态干涉检查、动力学分析、强度分析等。所以应用三维软件进行设计的真正意义不仅仅在于设计模型本身，而是设计出模型后的处理工作。这些是二维 件无法实现的。 本次毕业设计为了适应现代制造技术、现代制造工程的快速发展，将运用维软件进行实体模型的制作的现代化制造技术。 1. 零件分析 件的作用 转速器盘是调速机构。 10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，油门拉杆即可打开油门或关小油 3 门。 6装两销，起限位作用，手柄可在 120°范围内转动，实现无级调速。该零件通过 9用 栓与柴油机体连接。 本设计任务给定的零件转速器盘，即传递运动并保持其他零件正确工作方式和保持互相之间的正确位置。其对加工平面，平行度，加工孔，垂直度，等有一定的要求，由于零件比 较复 杂，不成规则，故加工过程中需要用到复杂的 夹具。 件的工艺性分析和零件图的审查 该零件图的视图正确，完整，尺寸，公差及技术都符合要求。但是，零件的加工过程，需要有较高的平面度，某些地方需要较细的表面粗糙度，各装配基面要求有一定的尺寸精度和平行度。否则会影响机器设备的性能和精度。 由 于零件的结构比较复杂 ,加工时需要较复杂的夹具才能准确的定位，并保持适当的夹紧力，可以用花盘进行定位加紧，并用垫块进行辅助定位。 4 图 1 转速器盘 件的生产纲领及生产类型 生产纲领是企业在计划期内应当生产的产量。在毕业设计题目中，转速器盘的生产纲领为 10000 件 /年。生产类型是企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。转速器盘轮廓尺寸小，属于轻型零件。因此，按生产纲领与生产类型的关系确定，该零件的生产类型属于大批生产。 件的加工工艺分析 转速器盘共有九个机械加工表面，其中，两个直径为 9螺栓孔与10有位置要求； 120°圆弧端面与 10的中心线有位置度要求。现分述如下： 两个直径为 9螺栓孔 两个直径为 9螺栓孔的表面粗糙度为 栓孔中心线与底平面的尺寸要求为 18 个螺栓孔的中心线距离为 栓孔与直径为 10孔中心线距离为 柴油机机体相连的后平面，其 5 表面粗糙度为 10孔及 120°圆弧端面 10孔尺寸为 10 面粗糙度为 孔口倒角 5°，两个 6 孔表面粗糙度为 120°圆弧端面相对 10要求，其表面粗糙度为 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 106。 件主要技术条件分析及技术关键问题 从转速器盘的各个需要加工的表面来分析：后平面与机体相连，其长度尺寸精度不高，而表面质量较高；两个 9螺栓孔，因需要装配螺栓进行连接，还要用于夹具 定位，其加工精度可定为 ； 25柱上端面和 120º圆弧端面位置精度要求不高； 两个 6孔需要装配定位销，表面质量要求高；10需要装配偏心轴，其表面质量要求高；各加工面之间的尺寸精度要求不高。 从以上分析可知，该零件在大批量生产条件下，不需要采用专用的机床进行加工，用普通机床配专用夹具即可保证其加工精度和表面质量要求。因此，该零件的加工不存在技术难题。为提高孔的表面质量，在孔加工工序中采用铰削对其进行精加工。 2. 选择毛坯 定毛坯的成形方法 该零件材料为 虑到转速器盘在工作过程中受力不大，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 10000 件 /年，采用铸造生产比较合适，故可采用铸造成形。 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 6 慢，故能满足转速器盘的使用要求。 造工艺方案的确定 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用砂型铸造。 型及造芯 方法的选择 在砂型铸造中，因铸件制造批量为大批生产（参考金属工艺学课程设计表 1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故选择手工芯盒造芯。 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18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， 25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。 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。 造工艺参数的确定 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得加工余量等级为 ，转查表 1件高度 100寸公差为 13 级，加工余量等级为 H，得上下表面加工余量为 际调整取 模斜度的确定 零件总体高度小于 50括加工余量值在内），采用分模造型后铸件的 7 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。 型负数的确定 按公式 21000 算， 300L 1，取 2b 。但考虑上型的许多面均是要加工的平面，而且加工 余量已修正为小值，即使尺寸变化较大也不能使加工余量增多，对该零件影响不大，所以分型负数可以不给。 缩率的确定 通常，灰铸铁的收缩率为 1% ，在本设计中铸件取 1% 的收缩率。 铸孔的确定 为简化铸件外形，减少型芯数量，直径小于 30孔均不铸出，而采用机械加工形成。 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 = 3 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 18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 18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。 准的选择 基准的选择是工艺规 程设计中的重要工作之一，基准选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工过程中会问题百出，甚至造成零件大批量报废，使生产 无法正常进行。 本零件是有精度较高要求的孔的盘状零件，平面和孔是设计的基准，也是装配和测量的基准，在加工时，应尽量以大平面为基准。 基准的选择 8 水平式芯头下箱上箱图 2 型芯简图 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 25柱上端面、 120º圆弧端面时，选择转速器盘的底平面为粗基准；在加工 9栓孔、 18柱端面时，以加工过的后平面为定位基准；加工 10和 6时，则以后平面和两个 9为定位基准。 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、 25柱上端面、 120º圆弧端面时，主要运用统一基准原则，即均以转速器盘的底平面作为定位基准；而在加工 9 9 图 3 转速器盘基准 栓孔、 18柱端面、 10和 6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。 面加工方案的选择 后平面 表面粗糙度为 济精度为 工方案确定为：粗铣精铣； 10 18柱端面 表面粗糙度为 济精度为 工方案确定为：粗铣； 9栓孔 表面粗糙度为 济精度为 工方案确定为：钻削铰孔； 25柱上端面 表面粗糙度为 济精度为 工方案确定为：粗铣精铣； 10 表面粗糙度为 济精度为 工方案确定为：钻削粗铰精铰孔倒角； 120º圆弧端面 表面粗糙度为 济精度为 工方案确定为：粗铣精铣； 6 表面粗糙度为 济精度为 工方案确定为：钻削铰孔。 订机械加工工艺路线 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大批量生产的条件下，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 18圆柱前端面； 工序 50 粗、精铣直径为 25圆柱上端面； 工序 60 钻削、铰削加工直径为 9孔； 工序 70 钻削、铰削加工直径为 10孔并锪倒角 45º； 工序 80 粗、精铣加工 120º圆弧端面； 工序 90 钻削、铰削加工两个直径为 6孔； 工序 100 去毛刺； 11 工序 110 检查； 工序 120 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 18圆柱前端面； 工序 50 粗、精铣直径为 25圆柱上端面； 工序 60 粗、精铣加工 120º圆弧端面； 工序 70 钻削、铰削加工直径为 9孔； 工序 80 钻削并铰削加工直径为 10孔并锪倒角 45º； 工序 90 钻削、铰削加工两个直径为 6孔； 工序 100 去毛刺； 工序 110 检查； 工序 120 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。这样虽然提高了生产率，但可能因设计基准与工序基准不重合而造成很大的尺寸误差，使工件报废。特别是铣削加工 120º圆弧端面，如果按方案二进行加工，则是 10孔在其后加工。这样，120º圆弧端面的形位公差 面圆跳动）根本不能保证，只保证了其与直径为 25端面尺寸位置要求 402.0外，先加工出 10孔，然后以该孔为定位基准，加工时工件在圆形回转工作台上围绕 10的轴线旋转，更便于加工 120º圆弧端面。 因此，最后的加工路线确定如下： 工序 10 铸造； 工序 20 热处理； 工序 30 粗、精铣后平面，以零件底平面及直径为 25外圆柱面为 12 粗基准。选用 式铣床，并加专用夹具； 工序 40 粗铣两个直径为 18圆柱端面，以经过精加工的后平面及底平面为基准，选用 式铣床，并加专用夹具； 工序 50 粗、精铣直径为 25柱上端面，以底平面为基准， 25用 式铣床，并加专用夹具； 工序 60 钻削、铰削加工直径为 9两个螺栓孔，以经过精加工的后平面和底平面为基准，选用 式钻床，并加专用夹具； 工序 70 钻、铰 10孔，并锪倒角 5º，以 9孔及后平面为基准，选用 式钻床，并加专用夹具； 工序 80 粗、精铣 120º圆弧端面，以 10孔和底平面及后平面为定位基准，选用 式铣床，并加专用夹具； 工序 90 钻、铰加工两 个 6孔，以 10孔和底平面及后平面定位。选用 式钻床，并加专用夹具； 工序 100 去毛刺； 工序 110 检查； 工序 120 入库。 以上工艺过程详见“机械加工工艺卡片”。 定机械加工余量及工序尺寸 根据以上原始资料及机械加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸、毛坯尺寸如下： 1. 两螺栓孔 9坯为实心，而螺栓孔的精度为 考机械制造工艺设计简明手册表 确定工序尺寸及余量： 钻孔： 铰孔： 9 2Z = 具体工序尺寸见表 1。 表 1 工序尺寸表 工序 工序间 工序间 工序间 工序间 13 名称 余量 /济精度 /m 表面粗糙度 /m 尺寸 /寸公差 /面粗糙度 /m 铰孔 9 孔 12 . 10 毛坯为实心，而孔的精度要求界于 间（参照机械制造工艺设计简明手册表 表 确定工序尺寸及余量： 钻孔 粗铰孔： 2Z = 精铰孔： 10 2Z = 具体工序尺寸见表 2。 表 2 工序尺寸表 工序 名称 工序间 余量 /序间 工序间 尺寸 /序间 经济精度 /m 表面粗糙度 /m 尺寸公差 /面粗糙度 /m 精铰孔 9 0 铰孔 10 孔 12 . 两个 6 毛坯为实心，而孔的精度要求界于 间（参照机械制造工艺设计简明手册表 表 确定工序 尺寸及余量为： 钻孔： 铰孔： 6 2Z = 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 /序间 工序间 尺寸 /序间 经济精度 /m 表面粗糙度 /m 尺寸公差 /面粗糙度 /m 14 铰孔 9 孔 12 . 后平面 粗铣： Z = 精铣： Z = 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 /序间 工序间 尺寸 /序间 经济精度 /m 表面粗糙度 /m 尺寸公差 /面粗糙度 /m 精铣 8 铣 11 坯 . 18柱 前端面 粗铣： Z = 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 /序间 工序间 尺寸 /序间 经济精度 /m 表面粗糙度 /m 尺寸公差 /面粗糙度 /m 粗铣 11 4 坯 . 25端面 粗铣： Z = 精铣： Z = 具体工序尺寸见表 6。 表 6 工序尺寸表 工序 工序间 工序间 工序间 工序间 15 名称 余量 /济精度 /m 表面粗糙度 /m 尺寸 /寸公差 /面粗糙度 /m 精铣 8 铣 11 坯 2 . 120°圆弧端面 粗铣： Z = 精铣： Z = 具体工序尺寸见表 7。 表 7 工序尺寸表 工序 名称 工序间 余量 /序间 工序间 尺寸 /序间 经济精度 /m 表面粗糙度 /m 尺寸公差 /面粗糙度 /m 精铣 8 1 铣 11 2 坯 5 定切削用量及基本工时 序 30：粗、精铣后平面 1. 粗铣后平面 选择刀具和机床 查阅机械制造工艺设计简明手册，由铣削宽度28择0d= 80根据切削用量简明手册表 择 于采用标准硬质合金 面铣刀，故齿数 z = 10，机床选择卧式铣床 选择切削用量 切削深度以在一次走刀内切完，故取 每齿进给量 16 采用不对称端铣以提高进给量，查切削用量简明手册表 使用镶齿套式面铣刀及查阅机械制造工艺设计简明手册得机床的 10，得 z z ，故取 z。 确定铣刀磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据切削用量简明手册表 刀刀齿后刀面最大磨损量为 铣刀直径0d= 80切削用量简明手册表 刀具磨钝寿命 T = 180 切削速度削用量简明手册表 800 10z ，z 时， 87345n r/386 各修正系数： M v tv sv 故 m/ 5 r/ 6 mm/按机床选取：235r/300mm/切削速度和每齿进给量为： 591000 c (m/00 zn mm/z) 检验机床功率 根据切削用量简明手册表 工件的硬度在 174207 时， 35mm，0d = 80z =10，300mm/得 据铣床 明书，机床主轴允许功率为： 10× 7 此，所选择的切削用量是可以采用的，即 300mm/235r/59 m/ z。 计算基本工时 fm 式中， 50l 切削用量简明手册表 9y 以， 792950 L ( fm 2. 精铣后平面 选择刀具和机床 查阅机械 制造工艺设计简明手册，由铣削宽度28择0d= 80根据切削用量简明手册表 择 于采用标准硬质合金面铣刀，故齿数 z = 10，机床选择卧式铣床 选择切削用量 切削深度以在一次走刀内切完，故取 每齿进给量 采用对称端铣以提高加工精度，查切削用量简明手册表 使用镶齿套式面铣刀及查阅机械制造工艺设计简明手册得机床的功率为 10，得 mm/z z ，因采用对称端铣，故取 z。 确定铣刀磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据切削用量简明手册表 刀刀齿后刀面最大磨损量为 铣刀直径 0d = 80切削用量简明手册表 刀具磨钝寿命 T = 180 18 切削速度削用量简明手册表 800 10z ， z 时， 110439n r/492 各修正系数： M v tv sv 故 0 m/ 9 r/ 3 mm/按机床选取：375r/375mm/切削速度和每齿进给量为： 00 00 0 c (m/75 zn mm/z) 检验机床功率 根据切削用量简明手册表 工件的硬度在 174207 时，35 d= 80z =10，375mm/得 据铣床 明书，机床主轴允许功率为： 0× 此，所选择的切削用量是可以采用的，即： 375mm/ 375r/ z。 计算基本工时 fm 式中， 50l 切削用量简明手册表 8y 以， 58850 L ( 19 fm =37558 = 序 40：粗铣两个 18 圆柱前端面 选择刀具和机床 查阅机械制造工艺设计简明手册，由铣削宽度8择0d= 20故齿数 z = 3，机床选择立式铣床 选择切削用量 切削深度以在一次走刀内切完，故取 每齿进给量 采用对称端铣以提高加工精度，查切削用量简明手册表 使用高速钢莫氏锥柄立铣刀及查阅机械制造工艺设计简明手册得机床的功率为 0.2 mm/z z，故取 z。 确定铣刀磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据切削用量简明手册表 刀刀齿后刀面最大磨损量为 铣刀直径0d= 20切削用量简明手册表 刀具磨钝寿命 T = 60 切削速度削用量简明手册表 200 3z ，10z 时， 14223n r/108 各修正系数： M v tv sv 故 m/ 3 r/ 20 mm/按机床说明书选取：90r/78mm/切削速 度和每齿进给量为： 00 00 0 c (m/ = 319078 = mm/z) 检验机床功率 根据切削用量简明手册表 19 z z，10mm，184mm/得 据铣床 明书，机床主轴允许功率为： 此，所选择的切削用量是可以采用的，即 78mm/190r/ z。 计算基本工时： fm 式中， 5.4l 切削用量简明手册表 8y 以， L ( fm 因为有两个圆柱端面，所以，2= 序 50：粗、精铣 25圆柱上端面 1. 粗铣 25圆柱上端面 选择刀具和机床 查阅机械制造工艺设计简明手册，由铣削宽度 25择 0d = 32立铣刀 (故齿数 z = 4。机床选择立式铣床 选择切削用量 21 切削深度以在一次走刀内切完，故取 每齿进给量 查切削用量简明手册表 根据机床的功率为 z z ，故取 z。 确定铣刀磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据切削用量简明手册表 刀刀齿后刀面最大磨损量为 铣刀直径0d=32切削用量简明手册表 刀具磨钝寿命 T = 90 切削速度削用量简明手册表 320 4z ，10z 时， 13129n r/59 各修正系数： M v sv Tv 故 m/ 9 r/mm/按机床选取：95r/50mm/切削速度和每齿进给量为： 00 00 0 c (m/ = 49550 = mm/z) 检验机床功率 根据切削用量简明手册表 e a 27 mm/z z， 22 10mm，157mm/得 据铣床 明书，机床主轴允许功率为： 此，所选择的切削用量是可以采用的，即 50mm/95r/ z。 计算基本工时 fm 式中， 5.3l 切削用量简明手册表 2y 以， L ( fm 2. 精铣 25圆柱上端面 选择刀具和机床 查阅机械制造工艺设计简明手册，由铣削宽度25择0d= 32故齿数 z = 4。机床选择立式铣床 选择切削用量 切削深度量很小，故取 每齿进给量 查切削用量简 明手册表 根据机床的功率为 z z，故取 z。 确定铣刀磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据切削用量简明手册表 刀刀齿后刀面最大磨损量为 铣刀直径 0d = 32切削用量简明手册表 刀具磨钝寿命 T = 90 23 切削速度进给量削用量简明手册表 320 4z ，10z 时， 13129n r/59 各修正系数： M v sv