锥齿轮座机械加工工艺规及钻、攻M3螺纹孔夹具设计【CAD高清图纸和文档打包】
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目 录 前 言 .1 1 概述发展 2 1.1 机床夹具简介 2 1.1.1 机床夹具的主要功能 2 1.1.2 机床夹具的组成 2 1.1.3 夹具设计的步骤和基本要求 2 2 锥齿轮座的加工工艺规程设计 8 2.1 锥齿轮座的作用 8 2.2 零件的工艺分析 8 2.3 基面的选择 8 2.3.1 粗基准的选择原则 8 2.3.2 精基准选择的原则 9 2.4 制定工艺路线 9 2.5 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差 .10 2.6 确定切削用量及基本工时 .13 3 专用夹具设计 .23 3.1 问题提出 .23 3.2 定位基准的选择 .23 3.3 定位元件的设计 .23 3.4 定位误差分析 .23 3.5 切削力的计算与夹紧力分析 .24 3.6 钻套设计 .25 3.7 夹具设计及操作简要说明 .26 结束语 .27 谢 辞 28 参 考 文 献 29 0 前 言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品,并把它们装备成 机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用,也可以为其它行业 的生产提供装备,社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活 离不开制造业,因此制造业是国民经济发展的重要行业,是一个国家或地区发展 的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲,机械制造水平的高低是衡量一个国家 国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 锥齿轮座及其钻、攻 M3 螺纹孔的夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技 术基础、机械设计、机械工程材料等进行毕业设计之后的下一个教学环节。正确 地解决一个零件在加工中的定位,夹紧以及工艺路线安排,工艺尺寸确定等问题, 并设计出专用夹具,保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新 能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意 基本概念、基本理论,又要注意生产实践的需要,只有将各种理论与生产实践相 结合,才能很好的完成本次设计。 本设计选用锥齿轮座来进行工艺编制与夹具设计,以说明书、绘图为主,设计 手册与国家标准为附来进行详细说明。 1 1 概述发展 1.1 机床夹具简介 1.1.1 机床夹具的主要功能 机床夹具已成为机械加工时的重要装备,同时是机械加工不可缺少的部件, 在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下,夹具技 术也正朝着高精、高效、模块、组合、通用 、经济方向发展。机床夹具的主要功 能是使工件定位夹紧,使工件相对于刀具及机床占有正确的加工位置,保证其被 加工表面达到工序所规定的技术要求,工件定位后,经夹紧装置施力于工件,将 其固定夹牢,使其在加工过程中不致因切削力、重力、离心力等外力作用而发生 位置改变。为了适应不同行业的需求和经济性,夹具有不同的型号,以及不同档 次的精度标准供选择。 安装方法有找正法和用专用夹具,找正法用于单件、小批生产中,而专用夹 具用于生产批量较大或特殊需要时。 1.1.2 机床夹具的组成 1)定位支承元件 确定工件在夹具中的正确位置并支承工件。 2)夹紧装置 将工件夹紧不发生移动。 3)对刀或导向元件 保证刀具与工件加工表面的正确位置。 4)夹具体 将夹具的所有组成部分组成一体,并保证它们之间的相对位置关系。 1.1.3 夹具设计的步骤和基本要求 一:夹具设计的基本要求 夹具在机械加工中起着重要的作用,它直接影响机械加工的质量、工人的劳 动强度、生产率和加工成本。因此对设计的夹具,提出以下几点基本要求。 1)能稳定可靠地保证工件的加工技术要求。若工件达不到加工技术要求,成 为废品,则夹具设计是失败的,该夹具不能用与生产。 2)操作简单,便于工件安装,减轻工人的劳动强度,节省工件安装时间,降 低辅助工时,保证高的生产效率。 3)具有良好的工艺性,便于制造,降低夹具制造成本,从而降低分摊在工件 上的加工成本。 2 为保证上述基本要求,夹具的生产过程应按下面程序进行:夹具生产任务书 夹具的结构设计使用、制造部门会签夹具制造夹具验收生产使 用。 夹具生产任务书是由工艺人员在编制工艺规程时,根据生产需要而提出的。 任务书中包含内容有设计理由、使用车间、使用设备,该夹具所使用工件工序的 工序图并在工序图上要标明工序要求、加工表面、尺寸精度要求及定位定位基准、 夹紧点。这是设计夹具的依据,也是验收制造夹具的依据。夹具结构设计是设计 人根据夹具设计任务书的加工要求,提出几种可行方案、分析比较、进行误差计 算,以确定出合理方案,进行设计。夹具结构设计完成后,要会同使用部门、制 造部门就夹具的结构合理性、结构工艺性和经济性进行审核、会签、交付制造。 制成的夹具要同设计人员。工艺人员、使用部门、制造部门共同进行验证。当确 认夹具可保证工件该工序加工要求,能保证生产率、操作方便、安全,就可交付 生产车间使用。 二:夹具的设计步骤 当接到夹具设计任务书后,按下面 6 个步骤,逐步设计。 1)明确设计任务,收集研究设计的原始资料。原始资料包括如下内容。 A:加工零件的零件图、毛坯图及加工工艺过程,所设计夹具应有的工序图,并 了解该工序所使用的设备、刀具、量具、其他辅具以及该工序的加工余量、切削 用量、加工要求、生产节拍等参数。 B:了解零件的生产类型,就是决定夹具采用简单结构或复杂结构的依据。若属 大批量生产,则力求夹具结构完善、生产率高 或是单件小批量生产或急于应付生 产,则夹具结构应简单,以便迅速制造交付使用。 C:收集该夹具所用机床的资料,主要指与夹具连接部分的安装尺寸。如铣床夹 具要安装在工作台上,要收集工作如大小,工作如 T 形槽及槽距,以及机床的技 术参数。 D:收集所使用刀具的资料如刀具的精度、安装方式、使用要求及技术条件等。 E:收集国内外同类型夹具资料,吸收其中先进而又能结合本厂情况的合理部分。 F:了解本厂制造夹具的能力和使用的条件,如夹具制造的条件及精度水平,有 无压缩空气压值等。 3 G:收集有关夹具部件的标准(包括国标、部标、企标、厂标),典型夹具结构 图册等。 2)确定夹具结构方案,绘制结构草图,其主要内容如下。 A:根据工件加工尺寸、要求和开关,确定工件的定位方式,选择或设计定位元 件,计算定位误差。 B:确定刀具的引导方式及引导元件(指钻夹具、铣夹具)。 C:确定工件夹紧方式 ,选择或设计夹紧机构,计算夹紧力。 D:确定其他装置(如分度装置、顶出装置)的结构型式。 E:确定和设计其他结构,如铣床夹具与机床的连接装置、对刀装置。 在确定夹具结构的各组成部分时,可提出几种不同方案,分别画出草图,进行分 析比较,从中选择出合理方案。 3)绘制夹具总图。应注意以下几点。 A:绘制夹具总图,尽量按 1:1 绘制,以保证直观性。 B:主视图尽量符合操作者的正面位置。 C:工件轮廓用双点画线绘制,并视为假想透明体,不影响其他元件的绘制。 D:绘图顺序为:工件定位元件引导元件夹紧装置其他装置 夹具体。 4)标注总图上的尺寸、公差与配合和技术条件。夹具总图结构绘制完成后,需标 注五类尺寸和四类技术条件。 5)编写零件明细表。明细表应包括零件序号、名称、代号(指标准件代号或通用 件代号 )、数量、材料、热处理、质量等。 6)绘制总图中非标准件的零件图。 三:夹具总图上尺寸、公差与配合和技术条件的标注 在夹具设计中,对于初设计者,在夹具总图上如何标注尺寸及技术条件,往往是 难点之一,以下对此作简要阐述。 1)夹具总图上应标注的五类尺寸 A:夹具外形轮廓尺寸指夹具在长、宽、高三个方向上的最大极限尺寸。若有 可动部分,则指运动部件在空间达到的极限位置的尺寸。标注夹具外形尺寸的目 的是避免夹具与机床或刀具在空间发生干涉。 B:工件与定位元件间的联系尺寸主要指工件定位面与定位元件工作面的配合 4 尺寸或各定位元件的位置尺寸,它们直接影响工件加工精度,是计算工件定位误 差的依据。 C:夹具与刀具的联系尺寸主要指对刀元件或引导元件与夹具定位元件之间的 位置尺寸、引导元件之间的位置尺寸或引导与导向部分的配合尺寸。 D:夹具与机床的连接部分尺寸这类尺寸主要指夹具与机床主轴或工作如必须 固定连接的平俱。如车床夹具要安装在车床主轴上,要标注与车床主轴的连接尺 寸,铣床夹具要安装在工作台上,要标注与工作如 T 形槽相配的定位键尺寸。 E:夹具内容的配合尺寸中心轴与夹具体孔的配合尺寸,钻套与衬套、衬套与 夹具体的配合尺寸,此类尺寸必须标注尺寸、配合性质及配合精度,否则夹具精 度无法保证。 2) 夹具总图上应标注的四类技术条件 夹具中的技术条件主要指夹具装配好后,各表面之间的位置精度要求。 A:定位元件之间的相互位置要求这是指组合定位时多个定位元件之间的相互 位置要求或多件装夹时相同定位元件之间的相互位置要求。如两端顶尖顶轴两端 中心孔,要求两顶尖轴线同轴度,两 V 形块对称线的同轴度。 B:定位元件与连接元件或夹具体底面的相位置要求夹具的连接元件或夹具体 底面是夹具与机床的连接部分,它决定了夹具与机床的相对位置,也就是决定了 定位元件相对机床,或刀具的位置,即决定了工件相对机床或刀具的位置。 C:引导元件与连接元件或夹具体底面的位置要求 D:引导元件与定位元件之间的相互位置要求 3)五类尺寸、四类技术条件的分类 五类尺寸、四类技术条件根据是否与工序加工要求相关而分为两类,其精度值大 小和取法不同。 A:与工件加工要求无直接关系的 尺寸公差与配合 这类尺寸公差与配合应按照元件在夹具中的功用和装配要求, 根据公差与配合国家标准或参阅有关资料来制定。 技术条件 与工件加工要求无直接关系的夹具上技术条件。 B: 与加工要求直接相关的 这类尺寸和技术条件与工件上相应尺寸和技术条件 直接对应,直接根据工件相应尺寸公差和相互位置允差的(1/51/2)的值选取。 一般工件允差小,取大系数,工件允差大,则取小系数。 5 制定这类夹具尺寸公差时,要注意下列问题。 应经工件的平均尺寸作为夹具相应尺寸的基本尺寸,极限偏差按对称双向标注。 应以工序尺寸(不一定是工件最终尺寸)作为夹具基本尺寸的设计依据。 4)夹具调刀尺寸的标注 当夹具设计完成,按要求标注尺寸后,对有些夹具如铣夹具,往往还要标注调刀 尺寸(调刀尺寸一般是指夹具的调刀基准到对刀元件工作表面的位置尺寸),即 刀具相对基准的尺寸,它与工件加工尺寸直接相关,也是夹具总图上关键尺寸要 求。 四:夹具体设计 夹具总体设计中最后完成的主要元件是夹具体。夹具体是夹具基础件、组成夹具 的各种元件、机构、装置都要安装在夹具体上。在加工过程中,它还要承受切削 力、夹紧、惯性力及由此而产生的振动和冲击。所以,夹具体是夹具中一个设计、 制造劳动量大,耗费材料多,加工要求高的零部件。在夹具成本中所占比重较大, 制造周期也长,设计时,应给以足够的重视。 (1) 夹具体和毛坯结构 实际生产中所用夹具体常用的有三种结构。 A:铸造结构 铸造结构夹具体的优点如下: 可铸出复杂的结构形状。 铸件抗压强度大、抗振性好,特别适用于加工时振动大、切削负荷大的场合。 铸件易于加工,价格低廉,成本低。但铸件生产周期长,因存在铸内应力,易 引起变形,影响夹具精度的保持性,因此,夹具体必须进行时效处理。 B:焊接结构其优点如下: 容易制造,周期短。 采用钢板、型材,如结构合理,布置得当,可减小质量。由于上述两优点,特 别适用于新产品试制或临时急用的场合,以缩短生产周期。此外,一些结构简单 的小型夹具,如翻转式钻模、盖板式钻模、可缷式钻模,采用焊接式结构十分有 利,因为这些夹具要频繁拆缷翻转,力求结构轻巧耐磨。 但焊接结构夹具体在焊接过程中的热变形和残余应力对夹具精度会有不得影响, 6 因此,焊完后要进行退火处理;另外,为提高刚性需加加强筋。 C:装配结构 装配夹具体是选用夹具专用标准毛坯或标准零件,根据使用要求组装而成,可得 到精确的外形和空间位置尺寸。标准毛坯和标准零件可组织专业化生产,这样不 但可以大大缩短夹具体的生产周期,还可降低生产成本。要使装配夹具体在生产 中得到广泛使用,必须实行夹具零部件的标准化、系列化。 (2)对夹具体的基本要求 A:一定的形状和尺寸 夹具的外形,取决于安装在夹具上的各种元件、机构、装置的形状及它们之间的 布置位置。设计时,只要将组成该夹具的所有元件、机构和装置的结构尺寸都设 计好并布置好它们在图纸上的位置,就可以由此勾画出夹具体的大致外形轮廓尺 寸。因为是单件生产,一般不作复杂计算设计。通常参照类似的夹具结构,按经 验类比法估计确定。 确定夹具体尺寸时,可参考下面数据。 铸造结构的夹具体,壁厚取 1540mm,过厚处挖空。 焊接结构用钢板取 1015mm,刚度不够时加筋板。 夹具体上不加工表面与工件表面之间应有一定间隙,以保证工件与夹具体之间 不发生干涉。间隙大小按以下规定选取: a:夹具体、工件都是毛面,间隙取 815mm. b:夹具体是毛面,工件是光面,间隙取 410mm. B:足够的强度和刚度 目的是减小在加工过程中因受切削力、夹紧力等而发生变形或振动。当刚度不够 时,可增设加强筋或用框形结构。若用加强筋,其壁厚取 0.70.9 倍壁厚,高度 不大于壁厚 5 倍。 C:良好的结构工艺性 以便于制造、装配、并减少加工工时。如夹具体上大平面上要局部加工,可铸出 35mm 凸台;各加工表面,最好在同一平面内或在同一回转表面上,以便于加工; 尽量减少加工表面面积。另外,对于切削量大的工件所使用夹具,要注意应能方 便排屑,以免影响安装精度;对于大而重的夹具体,要考虑起吊装置,如吊环螺 钉或起重螺栓。 7 2 锥齿轮座的加工工艺规程设计 2.1 锥齿轮座的作用 锥齿轮座是一个典型的交叉孔零件,主要应用在混凝土拖泵中导向轮部件上, 其上要安装两个配对锥齿轮座,因此主要的工作表面为 90mm 和 52mm 的两个 孔。 2.2 零件的工艺分析 对该零件的平面、孔和螺纹进行加工,具体要求如下: 155 下端面 粗糙度 Ra6.3 73 孔 粗糙度 Ra6.3 90 孔 粗糙度 Ra1.6 155 上端面 粗糙度 Ra3.2 100 端面 粗糙度 Ra6.3 100 外圆 粗糙度 Ra1.6 80 沉孔 粗糙度 Ra6.3 82 端面 粗糙度 Ra6.3 52 孔 粗糙度 Ra1.6 4-M8 螺纹 粗糙度 Ra12.5 M3 螺纹 粗糙度 Ra12.5 3-M6 螺纹 粗糙度 Ra12.5 4-M5 螺纹 粗糙度 Ra12.5 2-8 锥孔 粗糙度 Ra6.3 8 2.3 基面的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确、合理,可 以保证质量,提高生产效率。否则,就会使加工工艺过程问题百出,严重的还会 造成零件大批报废,使生产无法进行。 2.3.1 粗基准的选择原则 1)如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面 之间的位置要求,应以不加 工表面作为粗基准。如果在工件上有很多不需加工的表面,则应以其中与加工面 位置精度要求较高的表面作粗基准。 2)如果必须首先保证工件某重要表面的加工余量均匀,应选择该表面作精基准。 3)如需保证各加工表面都有足够的加工余量,应选加工余量较小的表面作粗基准。 4)选作粗基准的表面应平整,没有浇口、冒口、飞边等缺陷,以便定位可靠。 5)粗基准一般只能使用一次,特别是主要定位基准,以免产生较大的位置误差。 2.3.2 精基准选择的原则 选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准 确、可靠、方便。 精基准选择应当满足以下要求: 1)用设计基准作为定位基准,实现“基准重合”,以免产生基准不重合误差。 2)当工件以某一组精基准定位可以较方便地加工很多表面时,应尽可能采用 此组精基准定位,实现“基准统一”,以免生产基准转换误差。 3)当精加工或光整加工工序要求加工余量尽量小而均匀时,应选择加工表面 本身作为精基准,即遵循“自为基准”原则。该加工表面与其他表面间的 位置精度要求由先行工序保证。 4)为获得均匀的加工余量或较高 的位置精度,可遵循“互为基准”、反复 加工的原则。 5)有多种方案可供选择时应选择定位准确、稳定、夹紧可靠,可使夹具结构 简单的表面作为精基准。 9 2.4 制定工艺路线 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。在生产纲领以确定为大批生产的条件下, 可采用通用机床配以专用工夹具,并尽量使工序集中来提高生产效率。除此 以外,还应考虑经济效果,以便降低生产成本。 最终工艺方案如下: 工序 01:金属型浇注 工序 02:时效处理以消除内应力 工序 03:以 155 外圆作为定位基准,粗车 155 下端面、73 孔、90 孔、半精车 90 孔 工序 04:以 90 孔作为定位基准,粗车 155 上端面、100 端面、100 外圆、80 沉孔 、半精车 155 上端面、100 外圆、精车 100 外圆、洁角 工序 05:以 155 外圆作为定位基准,精车 90 孔、车槽 工序 06:以 90 孔作为定位基准,粗车 82 端面、52 孔、半精车、精车 52 孔 工序 07:以 90 孔作为定位基准,钻 4-M8 螺纹底孔 6.8 深 21、攻 4-M8 深 18 螺纹 工序 08:以 90 孔作为定位基准,钻 M3 螺纹底孔 2.55 深 8、攻 M3 深 6 螺纹 工序 09:以 90 孔作为定位基准,钻 3-M6 螺纹底孔 5.1 深 15、攻 M6 深 12 螺纹 工序 10:以 73 孔作为定位基准,钻 4-M5 螺纹底孔 4.25 深 15、攻 M5 深 12 螺纹 工序 11:以 90 孔作为定位基准,配作 2-8 锥孔 工序 12:钳工去毛刺 工序 13:检验至图纸要求 工序 14:包装、入库 2.5 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差 1. 155 下端面的加工余量 10 查机械制造工艺设计简明手册表 2.2-4,得铸件的单边加工余量 Z=2.5mm,铸 件尺寸公差为 CT8 级,表面粗糙度 Ra 为 6.3。根据机械制造工艺设计简明手册 表 1.4-8,一步车削(即粗车、半精车)方可满足其精度要求。 2. 73 孔的加工余量 查机械制造工艺设计简明手册表 2.2-4,得铸件的单边加工余量 Z=1.5mm,铸 件尺寸公差为 CT8 级,表面粗糙度 Ra 为 6.3。根据机械制造工艺设计简明手册 表 1.4-8,一步车削(即粗车、半精车)方可满足其精度要求。 3. 90 孔 的加工余量 查机械制造工艺设计简明手册表 2.2-4,得铸件的单边加工余量 Z=8.5mm,铸 件尺寸公差为 CT8 级,表面粗糙度 Ra 为 1.6。根据机械制造工艺设计简明手册 表 1.4-8,三步车削(即粗车、半精车、精车)方可满足其精度要求。 粗车 单边余量 Z=8.0mm 半精车 单边余量 Z=0.4mm 精车 单边余量 Z=0.1mm 4. 155 上端面的加工余量 查机械制造工艺设计简明手册表 2.2-4,得铸件的单边加工余量 Z=2.5mm,铸 件尺寸公差为 CT8 级,表面粗糙度 Ra 为 3.2。根据机械制造工艺设计简明手册 表 1.4-8,两步车削(即粗车、半精车)方可满足其精度要求。 粗车 单边余量 Z=2.0mm 半精车 单边余量 Z=0.5mm 5. 100 端面 的加工余量 查机械制造工艺设计简明手册表 2.2-4,得铸件的单边加工余量 Z=2.0mm,铸 件尺寸公差为 CT8 级,表面粗糙度 Ra 为 6.3。根据机械制造工艺设计简明手册 表 1.4-8,一步车削(即粗车)方可满足其精度要求。 6. 100 外圆的加工余量 查机械制造工艺设计简明手册表 2.2-4,得铸件的单边加工余量 Z=1.5mm,铸 件尺寸公差为 CT8 级,表面粗糙度 Ra 为 1.6。根据机械制造工艺设计简明手册 表 1.4-8,三步车削(即粗车、半精车、精车)方可满足其精度要求。 粗车 单边余量 Z=1.0mm 半精车 单边余量 Z=0.4mm 11 精车 单边余量 Z=0.1mm 7.80 沉孔 的加工余量 查机械制造工艺设计简明手册表 2.2-4,得铸件的单边加工余量 Z=3.5mm,铸 件尺寸公差为 CT8 级,表面粗糙度 Ra 为 6.3。根据机械制造工艺设计简明手册 表 1.4-8,一步车削(即粗车)方可满足其精度要求。 8.82 端面加工余量 查机械制造工艺设计简明手册表 2.2-4,得铸件的单边加工余量 Z=2.0mm,铸 件尺寸公差为 CT8 级,表面粗糙度 Ra 为 6.3。根据机械制造工艺设计简明手册 表 1.4-8,一步车削(即粗车)方可满足其精度要求。 9.52 孔加工余量 查机械制造工艺设计简明手册表 2.2-4,得铸件的单边加工余量 Z=1.5mm,铸 件尺寸公差为 CT8 级,表面粗糙度 Ra 为 1.6。根据机械制造工艺设计简明手册 表 1.4-8,三步车削(即粗车、半精车、精车)方可满足其精度要求。 粗车 单边余量 Z=1.0mm 半精车 单边余量 Z=0.4mm 精车 单边余量 Z=0.1mm 10. 4-M8 螺纹的加工余量 查机械制造工艺设计简明手册表 2.2-4,因其加工螺纹的尺寸不大故采 用实心铸造,铸件尺寸公差为 CT8 级,表面粗糙度 Ra 为 12.5。根据机械制造 工艺设计简明手册表 1.4-8,钻.攻即可方可满足其精度要求。 钻 单边余量 Z=3.4mm 攻 单边余量 Z=0.6mm 11. M3 螺纹的加工余量 查机械制造工艺设计简明手册表 2.2-4,因其加工螺纹的尺寸不大故采 用实心铸造,铸件尺寸公差为 CT8 级,表面粗糙度 Ra 为 12.5。根据机械制造 工艺设计简明手册表 1.4-8,钻.攻即可方可满足其精度要求。 钻 单边余量 Z=1.275mm 攻 单边余量 Z=0.225mm 12. 3-M6 螺纹的加工余量 查机械制造工艺设计简明手册表 2.2-4,因其加工螺纹的尺寸不大故采 12 用实心铸造,铸件尺寸公差为 CT8 级,表面粗糙度 Ra 为 12.5。根据机械制造 工艺设计简明手册表 1.4-8,钻.攻即可方可满足其精度要求。 钻 单边余量 Z=2.55mm 攻 单边余量 Z=0.45mm 13. 4-M5 螺纹的加工余量 查机械制造工艺设计简明手册表 2.2-4,因其加工螺纹的尺寸不大故采 用实心铸造,铸件尺寸公差为 CT8 级,表面粗糙度 Ra 为 12.5。根据机械制造 工艺设计简明手册表 1.4-8,钻.攻即可方可满足其精度要求。 钻 单边余量 Z=2.125mm 攻 单边余量 Z=0.375mm 14. 2-8 锥孔的加工余量 查机械制造工艺设计简明手册表 2.2-4,因其加工表面的尺寸不大故采 用实心铸造,铸件尺寸公差为 CT8 级,表面粗糙度 Ra 为 6.3。根据机械制造工 艺设计简明手册表 1.4-8,一步钻削方可满足其精度要求。 2.6 确定切削用量及基本工时 工序 01:金属型浇注 工序 02:时效处理以消除内应力 工序 03:以 155 外圆作为定位基准,粗车 155 下端面、73 孔、90 孔、半精车 90 孔 工步一:粗车 155 下端面 1、切削用量 机床为 C620-1 型卧式车床, 所选刀具为 YT5 硬质合金端面车刀。根据 切削用量简明手册第一部分表 1.1,由于 C620-1 型卧式车床的中心高度为 200mm(表 1.30),故选刀杆尺寸 BH=16mm25mm,刀片厚度为 4.5mm。根据表 1.3,选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面,前角 ,后角 ,01206a 主偏角 ,副偏角 ,刃倾角 ,刀尖圆弧半径 。09rk01、rk0sm8. 1)确定切削深度 pa 由于单边余量为 2.5mm,可在 1 次走刀内切完。 13 2)确定进给量 f 根据表 1.4,在粗车 QT500-7、刀杆尺寸为 16mm25mm、 3mm、工件直径pa 为 0100mm 时, =0.1 0.6mm/rf 按 C620-1 型卧式车床的进给量(表 4.2-9),选择 =0.27mm/rf 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。 根据表 1.30,C620-1 机床进给机构允许的进给力 =3530N。maxF 根据表 1.21,当 2mm, 0.35mm/r, , =450m/min(预计)时,paf 045rk 进给力 =760N。fF 的修正系数为 =0.1, =1.17(表 1.29-2),故实际进给力为f fFk0fk0 =7601.17N=889.2Nf 由于切削时的进给力小于机床进给机构允许的进给力,故所选 =0.27mm/r 可f 用。 3)选择车刀磨钝标准及耐用度 根据表 1.9,车刀后刀面最大磨损量取为 1mm,可转位车刀耐用度 T=30min。 4)确定切削速度 切削速度 可根据公式计算,也可直接由表中查出。现采用查表法确定切削 速度。 根据表 1.10,当用 YT15 硬质合金车刀加工铸件, 3mm, 0.25mm/r,paf 切削速度 =450m/min。 切削速度的修正系数为 =0.8, =0.65, =0.81, =1.15, = =1.0svktvrvkvTvkM (均见表 1.28),故 =450 0.8 0.65 0.81 1.15m/min218m/min 448r/minmin/152801rdn 按 C620-1 机床的转速(表 4.2-8),选择 =460r/min 则实际切削速度 =218m/min 5)校验机床功率 14 由表 1.24, 3mm, 0.27mm/r, 46m/min 时, =1.7KW。pafcP 切削功率的修正系数 =1.17, , =1.13, =0.8, =0.65(表 1.28),crpk 0.10KPcMprkkc TPckckSPctpk 故实际切削时的功率为 =0.72KW 根据表 1.30,当 =460r/min 时,机床主轴允许功率 =5.9KW。 ,故nEcPE 所选的切削用量可在 C620-1 机床上进行。 最后决定的切削用量为 =2.5mm, =0.27mm/r, =460r/min, =218m/minpafn 2、确定粗车 155 下端面的基本时间 ,ifnLj3T321lld 式中 =17.5mm, =2.5mm, =4mm, =0mm, =0.27mm/r, =460r/min, =1l1l2l3lfni 则 mi194.0in4607.53 j 工步二:粗车 73 孔的基本时间 ,ifnLj3T321ll 式中 =94mm, =1.5mm, =4mm, =0mm, =0.27mm/r, =460r/min, =1l1l2l3lfni 则 mi802.in14607.593 j 工步三:粗车 73 孔至 89 的基本时间 ,ifnLj3T321ll 式中 =63mm, =4.0mm, =4mm, =0mm, =0.27mm/r, =460r/min, =1l1l2l3lfni 则 mi143.in4607.3 j 工步四:半精车 89 孔至 89.8 的基本时间 1、 =0.4mmpa 2、 =0.15mm/rf 15 3、 =600 0.8 0.65 0.81 1.15m/min290.7m/min =600r/minn 4、确定基本工时 ,ifnLj3Tfnll321 式中 =63m, =0.4mm, =0mm, =0mm, =0.15mm/r, =600r/min, =1l1l2l3lfni 则 mi705.i6015.43j 工序 04:以 90 孔作为定位基准,粗车 155 上端面、100 端面、100 外圆、80 沉孔 、半精车 155 上端面、100 外圆、精车 100 外圆、洁角 工步一:粗车 155 上端面的基本时间 ,ifnLj3T321lld 式中 =26mm, =2.0mm, =4mm, =0mm, =0.27mm/r, =460r/min, =1l1l2l3lfni 则 mi258.0in1467.03 j 工步二:粗车 100 端面的基本时间 ,ifnLj3T321lld 式中 =15mm, =2.0mm, =4mm, =0mm, =0.27mm/r, =460r/min, =1l1l2l3lfni 则 mi170.in4607.53 j 工步三:粗车 103 外圆至 101 外圆的基本时间 ,ifnLj3Tfnll321 式中 =19.5mm, =1.0mm, =4mm, =0mm, =0.27mm/r, =460r/min, =1l1l2l3lfni 则 mi198.0in4607.593 j 工步四:粗车 80 沉孔的基本时间 16 ,ifnLj3Tfnll321 式中 =15mm, =3.5mm, =4mm, =0mm, =0.27mm/r, =460r/min, =1l1l2l3lfni 则 mi182.0i467.053 j 工步五:半精车 155 上端面的基本时间 ,ifnLj3T321lld 式中 =27mm, =0.4mm, =4mm, =0mm, =0.15mm/r, =600r/min, =1l1l2l3lfni 则 mi49.0in1605.473 j 工步六:半精车 101 外圆至 100.2 外圆的基本时间 ,ifnLj3Tfnll321 式中 =20mm, =0.4mm, =4mm, =0mm, =0.15mm/r, =600r/min, =1l1l2l3lfni 则 mi27.0i1605.43 j 工步七:精车 100.2 外圆至 100 外圆的基本时间 1、 =0.1mmpa 2、 =0.1mm/rf 3、 =800 0.8 0.65 0.81 1.15m/min387.6m/min =760r/minn 4、确定基本工时 ,ifnLj3Tfnll321 式中 =20m, =0.1mm, =0mm, =0mm, =0.1mm/r, =760r/min, =1l1l2l3lfni 则 mi265.0i761.03j 工步八:洁角 17 工序 05:以 155 外圆作为定位基准,精车 90 孔、车槽 工步一:精车 89.8 孔至 90 孔的基本时间 ,ifnLj3Tfnll321 式中 =63mm, =0.1mm, =4mm, =0mm, =0.1mm/r, =760r/min, =1l1l2l3lfni 则 mi83.0i1760.43 j 工步二:车槽 工序 06:以 90 孔作为定位基准,粗车 82 端面、52 孔、半精车、精车 52 孔 工步一:粗车 82 端面的基本时间 ,ifnLj3T321lld 式中 =16.5mm, =2.0mm, =4mm, =0mm, =0.27mm/r, =460r/min, =1l1l2l3lfni 则 mi182.0in4607.53 j 工步二:粗车 49 孔至 51 外圆的基本时间 ,ifnLj3Tfnll321 式中 =59mm, =1.0mm, =4mm, =0mm, =0.27mm/r, =460r/min, =1l1l2l3lfni 则 mi516.0in467.059T3 j 工步三:半精车 51 孔至 51.8 外圆的基本时间 ,ifnLj3fnll321 式中 =59mm, =0.4mm, =4mm, =0mm, =0.15mm/r, =600r/min, =1l1l2l3lfni 则 mi705.i1605.49T3 j 工步四:精车 51.8 孔至 512 外圆的基本时间 18 ,ifnLj3Tfnll321 式中 =59mm, =0.1mm, =4mm, =0mm, =0.1mm/r, =760r/min, =1l1l2l3lfni 则 mi81.0i760.41593 j 工序 07:以 90 孔作为定位基准,钻 4-M8 螺纹底孔 6.8 深 21、攻 4-M8 深 18 螺纹 工步一:4-M8 螺纹底孔 6.8 深 21 选用 高速钢锥柄麻花钻(工艺表 3.16)m8.6 由切削表 2.7 和工艺表 4.216 查得 rmf/25.0机 (切削表 2.15)in/12v 562r/minin/8.6120rD 按机床选取 n=500r/min mi/7.051dvw 切削工时: , , 则机动工时为l21l432l03in781.i5.031 ifnltwm 工步二:攻 4-M8 深 18 螺纹 选择 M8mm 高速钢机用丝锥 等于工件螺纹的螺距 ,即 f=0.6mm/rf p7.5/incVm机 299r/minin/85.710rDvn 按机床选取 n=315r/min 切削工时: , , 则机动工时为l1ml6.02l03 in94.i.3582 ifnltwm 工序 08:以 90 孔作为定位基准,钻 M3 螺纹底孔 2.55 深 8、攻 M3 深 6 螺纹 工步一:钻 M3 螺纹底孔 2.55 深 8 19 选用 高速钢锥柄麻花钻(工艺表 3.16)m5.2 由切削表 2.7 和工艺表 4.216 查得 0.28/fmr机 (切削表 2.15)in/4v 500r/minin/5.2410rD 按机床选取 n=545r/min mi/.dvw 切削工时: , , 则机动工时为l81l2751l03in61.i.05432 ifnltwm 工步二:攻 M3 深 6 螺纹 选择 M3mm 高速钢机用丝锥 等于工件螺纹的螺距 ,即 f=0.225mm/rf pin/0.3mc机 318r/mini/1rDvn 按机床选取 n=272r/min 切削工时: , , 则机动工时为l61ml25.0l03 in12.i.732 ifnltwm 工序 09:以 90 孔作为定位基准,钻 3-M6 螺纹底孔 5.1 深 15、攻 M6 深 12 螺纹 工步一:钻 3-M6 螺纹底孔 5.1 深 15 选用 高速钢锥柄麻花钻(工艺表 3.16)m1.5 由切削表 2.7 和工艺表 4.216 查得 rmf/25.0机 (切削表 2.15)in/8v 500r/minin/1.5801rD 按机床选取 n=500r/min mi/.dvw 切削工时: , , 则机动工时为l15l52l3 20 min49.0i325.01321 ifnlltwm 工步二:攻 M6 深 12 螺纹 选择 M6mm 高速钢机用丝锥 等于工件螺纹的螺距 ,即 f=0.45mm/rf p7.5/mincV机 398r/minin/65.710rDvn 按机床选取 n=400r/min 切削工时: , , 则机动工时为l21ml4.02l3in258.i35.32 ifnltwm 工序 10:以 73 孔作为定位基准,钻 4-M5 螺纹底孔 4.25 深 15、攻 M5 深 12 螺纹 工步一:钻 4-M5 螺纹底孔 4.25 深 15 选用 高速钢锥柄麻花钻(工艺表 3.16)m25.4 由切削表 2.7 和工艺表 4.216 查得 rmf/25.0机 (切削表 2.15)in/7v 525r/minin/25.4710rD 按机床选取 n=500r/min mi/.610.dnvw 切削工时: , , 则机动工时为l5l254l03in61.i.0321 ifnltwm 工步二:攻 M5 深 12 螺纹 选择 M5mm 高速钢机用丝锥 等于工件螺纹的螺距 ,即 f=0.375mm/rf pmin/0.6CV机 21 382r/minmin/50.610rDvn 按机床选取 n=400r/min 切削工时: , ,l21l375.2ml03 则机动工时为 in41.i375.04321 ifnlltwm 工序 11:以 90 孔作为定位基准,配作 2-8 锥孔 选用 高速钢锥柄麻花钻(工艺表 3.16)0.8 由切削表 2.7 和工艺表 4.216 查得 0.28/fmr机 (切削表 2.15)min/15v 597r/minin/8150rD 按机床选取 n=545r/min mi/7.341dvw 切削工时: , , 则机动工时为l61l02l3in26.i8.5432 ifnltwm 工序 12:钳工去毛刺 工序 13:检验至图纸要求 工序 14:包装、入库 22 3 专用夹具设计 为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。 有老师分配的任务,我被要求设计钻、攻 M3 螺纹孔。 3.1 问题的提出 本夹具主要用来钻、攻 M3 螺纹孔,精度要求不高。因此,在本道工序加工时, 主要考虑如何提高生产率、降低劳动强度。 3.2 定位基准的选择 拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理,否则将 直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往 往会增加工序或使工艺路线不合理,或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的 加工精度(特别是位置精度)要求。因此我们应该根据零件图的技术要求,从保 证零件的加工精度要求出发,合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求, 也没有较高的平行度和对称度要求,所以我们应考虑如何提高劳动效率,降低劳 动强度,提高加工精度。由零件图和工艺过程得,选 155 下端面及 90 孔和 82 外圆面作为定位基准。 3.3 定位元件的设计 本工序选用的定位基准为 155 下端面及 90 孔和 82 外圆面定位,所以 23 相应的夹具上的定位元件应是心轴和 A 型固定式定位销。因此进行定位元件的设 计主要是对心轴和 A 型固定式定位销进行设计。夹紧则是在心轴上用带肩螺母进 行夹紧。 1、155 下端面与心轴相配合,限制三个自由度,即 X 轴转动、Y 轴转动和 Z 轴移动。 2、90 孔与心轴相配合,限制两个自由度,即 X 轴移动和 Y 轴移动。 3、82 外圆面与 A 型固定式定位销相配合,限制一个自由度,即 Z 轴转动。 工件六个自由度被完全限制,属于完全定位,故设计合理。 3.4 定位误差分析 1、 基准位移误差 Y 由于定位副的制造误差或定位副配合同间所导致的定位基准在加工尺寸方向上最 大位置变动量,称为基准位移误差,用 表示。Y 工件以 155 下端面及 90 孔和 82 外圆面来定位,钻、攻 M3 螺纹孔,如 果工件内孔直径与轴外圆直径做成完全一致,做无间隙配合,即孔的中心线与轴 的中心线位置重合,则不存在因定位引起的误差。但实际上,轴和工件内孔都有 制造误差,于是工件套在轴上必然会有间隙,孔的中心线与轴的中心线位置不重 合,导致这批工件的加工尺寸 H 中附加了工件定位基准变动误差,其变动量即为 最大配合间隙。按下式计算 )(21minaxminaxYdD 式中 基准位移误差,mm 孔的最大直径,mmmaxD 轴的最小直径,mmind =0.0355mmm89.64-035.21)(21minaxY )( 2、基准不重合误差 B 加工尺寸 h 的基准是外圆柱面的母线上,但定位基准是工件圆柱孔中心线。这 种由于工序基准与定位基准不重合导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置 24 变动量,称为基准不重合误差,用 表示。基准不重合误差为 =BBd21 式中 基准不重合误差,mmB 工件的最大外圆面积直径公差,mmd =B m0175.3.021 3.5 切削力的计算与夹紧力分析 由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工,钻削力。由切削手册得: 钻削力 式(3-1)6.08.2HBDfF 钻削力矩 式(3-2)6.0.91T 式中:D=29.8 maxaxmin187491733 代入公式(3-1)和(3-2)得 0.276 22.1010.2fr N4726.896F6.0 38511T.81 本道工序加工工艺孔时,夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧立计 算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。 3.6 钻套设计 M3 螺纹加工需钻、攻,为了我们钻后及时攻,故选用快换钻套(其结构如下 图所示)以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求:。即先用 2.55 的麻花钻 钻孔。查机床夹具标准件可知 2.55 相配的快换钻套的具体结构如下 具体的尺寸如下: 25 因为快换钻套和夹具体是间隙配合,加工的时间快换钻套靠压紧螺钉把他压 紧在钻模板上,以防止加工的时间工件的旋转,有上图可知和快换钻套相配的螺 钉的尺寸为 M5,查机床夹具标准件可知,M5 快换钻套压紧螺钉的具体结构如下 具体的尺寸如下 26 3.7 夹具设计及操作简要说明 如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹 具结构简单,便于操作,降低成本。提高夹具性价比。本道工序为钻床夹具 选择由心轴、快换垫圈和带肩螺母组成夹紧机构夹紧工件。本工序为钻削余 量小,钻削力小,所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。 结束语 本设计中是对锥齿轮座加工工艺的编制和专用夹具的设计,使对零件的加工 过程和夹具的设计有进一步的提高。在这次的设计中也遇到了不少的问题,如在 编写加工工艺时,对所需加工面的先后顺序编排,对零件的加工精度和劳动生产 率都有相当大的影响。在对某几个工序进行专用夹具设计时,对零件的定位面的 选择,采用什么方式定位,夹紧方式及夹紧力方向的确定等等都存在问题。这些 问题都直接影响到零件的加工精度和劳动生产率,为达到零件能在保证精度的前 提下进行加工,而且方便快速,以提高劳动生产率,降低成本的目的。通过不懈 努力和指导老师的精心指导下,针对这些问题查阅了大量的相关资料。最后,将 这些问题一一解决。 27 通过做这次的设计,使对专业知识和技能有了进一步的提高,为以后从事本 专业技术的工作打下了坚实的基础。 谢 辞 这次设计使我收益不小,为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。 但是,查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时,数据存在大量的重复和重叠,由 于经验不足,在选取数据上存在一些问题,不过我的指导老师每次都很有耐心地 帮我提出宝贵的意见,在我遇到难题时给我指明了方向,最终我很顺利的完成了 毕业设计。 这次设计成绩的取得,与指导老师的细心指导是分不开的。在此,我衷心感 谢我的指导老师,特别是每次都放下她的休息时间,耐心地帮助我解决技术上的 一些难题,她严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深地 感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成,她都始终给予我细心的指导 28 和不懈的支持。多少个日日夜夜,她不仅在学业上给我以精心指导,同时还在思 想、生活上给我以无微不至的关怀,除了敬佩指导老师的专业水平外,她的治学 严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工 作。在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 参 考 文 献 1 李 洪机械加工工艺手册M 北京出版社,19961 2 陈宏钧实用金属切削手册M 机械工业出版社,20051 3 上海市金属切削技术协会金属切削手册M上海科学技术出版社,2002 4 杨叔子机械加工工艺师手册M机械工业出版社,2000 5 徐鸿本机床夹具设计手册M 辽宁科学技术出版社,200310 6 都克勤机床夹具结构图册M 贵州人民出版社,19834 7 胡建新机床夹具M 中国劳动社会保障出版社,20015 8 冯 道机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册M 安徽文化音像出 版社,2003 29 9 王先逵机械制造工艺学M机械工业出版社,2000 10 马贤智机械加工余量与公差手册M中国标准出版社,199412 11 刘文剑夹具工程师手册M黑龙江科学技术出版社,1987 12 王光斗机床夹具设计手册M上海科学技术出版社,20028
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