犁刀变速箱箱体底面铣削加工工艺装备设计(夹具设计)【含CAD图纸、说明书】
摘 要 组合机床 是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率机床 其特点 有 结构紧凑 工作质量可靠 设计和制造周期短 投资少 经济效果好 生产率高等 本次设计的题目是犁刀变速箱箱体底面铣削加工工艺装备设计 组合机床及夹具设计 首先针对所要加工的零件入手 对机床进行总体方案设计 进而确定机床的总体布局 随后 对零件夹具进行设计 在设计夹具时 以零件为线索 在满足刚度 精度等要求下 完成设 计 关键词 机械类专业 就业前景 一路看好 发展方向 2 ABSTRACT Modular Machine by the large number of common parts and a small number of specialized components of the process focused efficient machine Its features include compact reliable quality design and manufacturing cycle shorter less investment and economic effects and higher productivity The design is the subject of Plows knife gear box convex mesa milling process equipment design combination machine tools and fixture design First in response to the processing of parts the paper machine for the overall program design which will determine the overall layout of the machine Subsequently the spindle components of the design Spindle components in the design a spindle for clues to meet stiffness and precision requirements the completion of the other eg bearings Axial adjustment locking etc all parts of the design Keywords Machinery professional obtain employment prospect Valued all the way Development direction 目 录 摘 要 1 ABSTRACT 2 目 录 0 绪 论 2 第一章 机床总体设计 3 1 1 机床总体方案设计的依据 3 1 1 1 工件 3 1 1 2 刀具 3 1 2 工艺分析 4 1 2 1 工艺方法的确定 4 1 2 2 确定工艺过程方案 4 1 2 3 机床总体布局 5 1 2 4 机床运动的确定 6 1 3 机床主要技术参数的确定 6 1 3 1 确定工件余量 6 1 3 2 选择切削用量 7 1 3 3 刀具直径 d0 的选取 7 1 3 4 动力参数 主运动驱动电动机功率的确定 7 1 4 液压滑台及滑台底座的确定 8 1 5 进给驱动电动机功率的确定 8 2 组合机床夹具的设计 10 2 1 组合机床夹具的概述 10 2 2 定位支承系统概述 11 2 2 1 定位支承系统 12 2 2 2 夹紧机构 12 3 工艺规程设计 14 3 1 确定毛坯的制造形式 14 3 2 基面的选择 14 3 2 1 精基准的选择 14 3 2 2 粗基准的选择 14 3 2 3 定位夹紧方案的制定 14 3 3 工艺过程的划分 15 3 4 工艺路程的制定 15 3 5 工艺方案的分析与比较 18 3 5 1 工艺规程选择的基本因素 18 3 5 2 工艺规程的基本分析 18 4 确定切削用量及工序设计 20 4 1 机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定 20 4 2 确定切削用量及工序计算 21 4 2 1 工序 10 精铣 N 面 21 4 2 2 工序 20 粗扩铰 2 9 钻 4 13 22 4 2 3 工序 30 精铣 R 面及 Q 面 24 4 2 4 工序 40 铣凸台面 25 4 2 5 工序 50 粗镗 2 80 mm 孔并倒角 25 4 2 6 工序 60 精铣 N 面 26 4 2 7 工序 70 精扩铰 2 10 mm 孔 26 4 2 8 工序 80 精铣 R 及 Q 面 28 4 2 9 工序 90 精镗 2 80H7 孔 28 4 2 10 工序 100 凸台面各孔钻 攻螺纹 29 4 2 11 工序 110 刮 42 平面 32 4 2 12 工序 120 钻铰 R Q 面各孔 32 4 2 13 工序 130 攻螺纹 8 M12 6H 37 结 论 39 参 考 文 献 40 致 谢 41 绪 论 机械制造业在国民经济中占有重要的地位 是国民经济各部门赖以发展的基础 是国民经济的重 要支柱 是生产力的重要组成部分 机械制造业不仅为工业 农业 交通运输业 科研和国防等部门 提供各种生产设备 仪器仪表和工具 而且为制造业包括机械制造业本身提供机械制造装备 机械制 造业的生产能力和制造水平标志着一个国家或地区的科学技术水平 经济实力 机械制造业的生产能力和制造水平 主要取决于机械制造装备的先进程度 机械制造装备的核心 是金属切削机床 精密零件的加工 主要依赖切削加工来达到所需要的精度 金属切削机床所担负的 工作量约占机器制造总工作量的 40 60 金属切削机床的技术水平直接影响到机械制造业的产品质 量和劳动生产率 换言之 一个国家的机床工业水平在很大程度上代表着这个国家的工业生产能力和 科学技术水平 显然 金属切削机床在国民经济现代化建设中起着不可替代的作用 纵观几十年来的历史 机械制造业从早期降低成本的竞争 经过 20 世纪 70 年代 80 年代发展到 20 世纪 90 年代乃至 21 世纪初的新的产品的竞争 目前 我国已加入世界贸易组织 经济全球化时代 已经到来 我国机械制造业面临严峻的挑战 也面临着新的形势 知识 技术 产品的更新周期 越来越短 产品的批量越来越小 产品的性能和质量的要求越来越高 环境保护意识和绿色制造的呼 声越来越强 因而以敏捷制造为代表的先进制造技术将是制造业快速响应市场需要 不断推出新产品 赢得竞争 求得生存和发展的主要手段 金属切削机床中的组合机床 是根据工件加工需要 以大量通用部件为基础 配以少量专用部件 组成的一种高效专用机床 它具有 生产率高 加工精度稳定 研制周期短 便于设计 制造和使用 维护 成本低 配置灵活等 正是由于这些特点的存在 决定了组合机床在当今新形势下仍能被广泛 应用于汽车 拖拉机 柴油机 电机 仪器仪表 军工及自行车等轻工行业和机床 机车 工程机械 等制造业中 此次设计的是犁刀变速箱箱体底面铣削加工工艺装备设计 组合机床及夹具设计 首先 对机床 进行总体设计 确定总体方案后得到机床总体布局图 再着重进行夹具的设计 其中包括定位的设计 夹紧力 的设计 夹紧和定位原件的选 由于能力所限 设计尚有许多不足之处 恳请各位老师给予指导 第一章 机床总体设计 设计机床的第一步 是确定总体方案 总体方案是机床部件和零件的设计依据 对整个设计的影 响较大 因此 在拟定总体方案的过程中 必须全面地 周密地考虑 使所定方案技术先进 经济合 理 1 1 机床总体方案设计的依据 1 1 1 工件 工件是机床总体方案设计的重要依据之一 设计者必须明确工件的特点和加工要求 本次毕业设 计要求设计一台组合机床 用于加工犁刀变速箱凸台面 工件材料为 HT200 硬度为 190 210HB 生产 批量为大批量 铸造毛坯 加工部位的加工要求如下 1 被加工表面的粗糙度均为 R 12 5 a 1 1 2 刀具 根据加工零件的结构尺寸和粗糙度要求 选用硬质合金端铣刀 刀齿材料为 YG6 铣刀盘直径为 63mm 刀具齿数 Z 4 1 2 工艺分析 1 2 1 工艺方法的确定 根据各表面加工要求和各种加工方法所能达到的经济精度 查 机械制造工艺及设备设计指导手 册 表 15 32 表 15 34 选择零件主要表面 先面后孔 的加工方法与方案如下 铣基准面 N 钻 4 13 孔 锪孔 4 22 钻 2 10 孔 铰孔 IT9 铣两侧面 粗铣凸台面 80 粗镗孔 IT10 80 精镗 IT7 M12 钻 M12 螺纹底孔 攻丝 钻 8 铰孔 IT8 铣凸台面 粗镗孔 IT10 半精镗 IT9 钻孔 M6 螺纹底孔 攻丝 1 2 2 确定工艺过程方案 1 拟定方案 由于各表面加工方法已基本确定 现按照 先粗后精 先主后次 先面后孔 基准先行 的原则 初步拟定两种工艺过程方案 见表 1 1 表 1 1 工 艺 过 程 方 案 方 案 方 案 工 序 号 工 序 内 容 工 序 号 工 序 内 容 毛 坯 毛 坯 010 按 铸 件 要 求 检 验 010 批 量 毛 坯 抽 检 020 热 处 理 020 粗 铣 两 端 面 R Q 030 批 量 毛 坯 抽 检 030 粗 镗 80H7 81 040 粗 铣 N 基 准 面 040 精 镗 80H7 050 钻 孔 4 13 及 钻 扩 铰 2 10F9 至 2 9F9 锪 孔 4 22 050 钻 孔 4 M12 螺 纹 底 孔 及 8N8 孔 攻 丝 M12 060 粗 铣 两 侧 面 R 面 Q 面 060 粗 铣 N 基 准 面 070 铣 凸 台 面 至 尺 寸 070 钻 孔 4 13 及 钻 扩 铰 2 10F9 至 2 9F9 锪 孔 4 22 080 粗 镗 80H7 81 080 铣 凸 台 面 至 尺 寸 090 精 镗 80H7 090 精 铣 N 面 100 精 铣 N 面 100 精 铣 R Q 面 110 精铰孔 至92F 工艺要求 110 精铰孔 至92F 工艺要求 10 120 精 铣 R Q 面 120 粗 镗 30 孔 S 30 球 面 及 20 孔 130 钻 孔 4 M12 螺 纹 底 孔 及 8n8 孔 攻 丝 M12 130 半 精 镗 S 30 140 粗 镗 30 孔 S 30 球 面 及 20 孔 140 钻 孔 M6 螺 纹 底 孔 攻 丝 M6 150 半 精 镗 S 30 150 检 验 各 相 关 尺 寸 160 钻 孔 M6 螺 纹 底 孔 攻 丝 M6 160 在 N 处 打 厂 标 及 检 验 标 记 170 检 验 各 相 关 尺 寸 170 检 验 各 相 关 尺 寸 180 在 N 处 打 厂 标 及 检 验 标 记 180 清 洗 检 验 包 装 190 检 验 各 相 关 尺 寸 200 清 洗 检 验 包 装 2 方案论证 方案 的优点在于基本遵循粗精加工划分阶段的原则 方案 的不足之处是加工过程中基准不重 合 不利于控制加工质量 根据以上分析 确定方案 为零件加工的工艺路线 1 2 3 机床总体布局 机床的总体布局指确定机床的组成部件之间的相对位置及相对运动关系 合理的总体布局的基本要求有 1 保证工艺方法所要求的工件与刀具的相对运动关系 2 保证 机床具有足够的加工精度和相适应的刚度和抗振性 3 便于操纵 调整 维修 便于输送 装卸工件 和排屑等 4 节省材料 占地面积小 即经济效果好 5 造型美观 根据犁刀变速箱箱体加工要求 机床总体布局图如图 1 1 所示 图 1 2 机床总体布局图 减荷阀体安装在工作台上 铣削动力头带动铣刀作旋转主运动 工作台作纵向进给运动 完成对 工件的切削加工 此方案的优点是各部件均是针对减荷阀体设计的 因此 结构紧凑 刚性好 生产 率高 加工质量稳定 1 2 4 机床运动的确定 确定机床运动 指确定机床运动的数目 运动类型以及运动的执行件 本次毕业设计的组合机床的工艺方法是 用一把端铣刀直接进行加工 相应的表面成形运动为 单主轴的回转运动 工作台纵向进给运动 1 3 机床主要技术参数的确定 机床主要技术参数包括主参数和基本参数 基本参数又包括尺寸参数 运动参数 动力参数 1 3 1 确定工件余量 犁刀变速箱箱体 零件材料为 HT200 硬度 190 210HB 生产纲领 A 35000 件 年 生产类型为 大批量 铸造毛坯 查 机械制造工艺设计简明手册 表 2 2 2 5 取加工余量为 2 5mm 1 3 2 选择切削用量 由于被加工零件的铣削宽度为 50mm 不需进行二次走刀 故一次走刀即可完成 根据 组合机床设计简明手册 第 132 133 页 选择铣削切削用量 铣削用量的选择与要求的加工表面粗糙度值及其生产率有关系 当铣削表面粗糙度数值要求较 低时 铣削速度应选高一些 每齿走刀量应小些 若生产率要求不高 可以取很小的每齿走刀量 一 次铣削 4 5mm 的余量达到 R 1 6 m 的表面粗糙度 这时每齿的进给量一般为 0 02 0 03mm a 根据本次设计所加工的零件要求 其表面粗糙度数值为 12 5 粗糙度较高 加工材料为铸铁 查 表 6 16 得 f 0 2 0 4mm z V 50 80m min 取 f 0 2mm z Z 62m minzz 1 3 3 刀具直径 d0 的选取 由于加工零件的铣削宽度是 50mm 查 简明机械加工艺手册 P256 表 3 73 可选出硬质合金端铣刀直径 d0 63 齿数 Z 4 1 3 4 动力参数 主运动驱动电动机功率的确定 1 3 4 1 切削力的计算 由前面已知 本次设计的组合机床的的切削速度为 V 62m min d 63mm 则其转速 N 为 N 315r mindV 1014 3602 由此可见 切削速度满足要求 计算铣削工件时的切削力 F 9 18 54 5a a a Z dz0 1e74 f9 0p0 1 式中 a 铣削宽度 a 50mme a 铣削深度 由于是一次铣削就能达到设计尺寸 则铣削深度为工件加工余量 即 ap 2 5mm p f 每齿进给量 f 0 2mm rzz Z 转数级数 取 Z 4 d 刀具直径 d 63mm00 则铣削力的大小为 F 9 18 54 5 50 0 2 2 5 4 63 1101 15Nz 0 174 09 0 1 3 4 2 切削功率的计算 根据 机械制造工艺金属机床设计指导 第 72 页 可得切削功率公式为 P 1 1KWm60VFz06215 1 3 4 3 选择铣削头 根据刀盘直径和切削功率查 组合机床设计简明手册 P104 表 5 13 可得 铣用 1TXb16M 其主要参数有 功率 P 1 1 L 250mm L4 245mm 1 3 4 4 估算电动机功率 根据 机械制造工艺金属切削设计指导 第 72 页 有 P 1 57KW e m7 01 式中 主传动系统的机械效率 回转运动的机床 0 7 0 85 1 3 4 5 选择主电机 查 机械设计课程设计 第 148 页表 16 1 选 Y100L1 4 电机 主要参数有 额定功率 P 2 2KW 满载转速 n 1440r min 同步转速 n 1500r min 级数 P 4 e e 1 4 液压滑台及滑台底座的确定 跟刀盘直径和加工零件需要加工的长度可知 刀具工进长度等于刀具直径 d0 63mm 加上铣削长度 l 44mm 再加上安全距离 d2 3 2 6mm 即 D1 d0 l d2 63 44 6 113mm 根据机床摆放位置可确定工件 快进长度 d3 可取为 87mm 刚工件快退的时间 D2 为 D2 D1 87 113 87 200mm 查 组合机床设计简明手 册 P93 表 5 3 可选取 1HY40IA 液压滑台并配 1CC401 滑台侧底座 其主要参数有 行程 L 400mm L1 1340mm L2 800mm 1 5 进给驱动电动机功率的确定 查 金属切削机床设计 第 41 页 可知 进给驱动电动机功率取决于进给的有效功率和传动件的机械 效率 即 N ssQV 60 式中 N 进给驱动电动机功率 KW Q 进给抗力 N V 进给速度 m min s 进给传动系统的总机械效率 一般取 0 15 0 2 s 粗略计算时 可根据进给传动与主传动所需功率之比值来估算进给驱动电机功率 对于铣床 N 0 2 N 0 2 2 2 0 44KWs 查 机械设计课程设计 第 148 页表 16 1 选 Y801 4 电机 主要参数有 额定功率 P 0 55KW 满载转速 n 1390r min 同步转速 n 1500r min 级数 P 4 e e 2 组合机床夹具的设计 2 1 组合机床夹具的概述 夹具是组合机床的重要组成部件 是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而设计的 它是用于 实现被加工零件的准确定位 夹压 刀具的导向 以及装卸工件时限位等等作用的 组合机床夹具很一般夹具所起的作用看起来好像很接近 但其结构和设计要求却有着很显著的甚 至是根本的区别 组合机床夹具的结构和性能 对组合机床配置方案的选择 有很大的影响 下面介 绍一下组合机床夹具的一些主要特点 机械制造过程中用来固定加工对象 使之占有正确的位置 以接受施工或检测的装置 又称卡具 从广义上说 在工艺过程中的任何工序 用来迅速 方便 安全地安装工件的装置 都可称为夹具 例如焊接夹具 检验夹具 装配夹具 机床夹具等 其中机床夹具最为常见 常简称为夹具 在机 床上加工工件时 为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸 几何形状以及与其他表面的相互位置精度 等技术要求 加工前必须将工件装好 定位 夹牢 夹紧 夹具通常由定位元件 确定工件在夹 具中的正确位置 夹紧装置 对刀引导元件 确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向 分度装 置 使工件在一次安装中能完成数个工位的加工 有回转分度装置和直线移动分度装置两类 连接元 件以及夹具体 夹具底座 等组成 夹具种类按使用特点可分为 万能通用夹具 如机用虎钳 卡 盘 分度头和回转工作台等 有很大的通用性 能较好地适应加工工序和加工对象的变换 其结构已 定型 尺寸 规格已系列化 其中大多数已成为机床的一种标准附件 专用性夹具 为某种产品零 件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造 服务对象专一 针对性很强 一般由产品制造厂自行设 计 常用的有车床夹具 铣床夹具 钻模 引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具 镗模 引导镗 刀杆在工件上镗孔用的机床夹具 和随行夹具 用于组合机床自动线上的移动式夹具 可调夹具 可以更换或调整元件的专用夹具 组合夹具 由不同形状 规格和用途的标准化元件组成的夹具 适用于新产品试制和产品经常更换的单件 小批生产以及临时任务 除虎钳 卡盘 分度头和回转工作台之类 还有一个更普遍的叫刀柄 一般说来 刀具夹具这个词同 时出现时 大多这个夹具指的就是刀柄 a 一般的机床夹具是作为机床的辅助机构设计的 而组合机床夹具是机床的主要组成部 分 其设计工作是整个组合机床设计的重要部分之一 b 组合机床夹具和机床其他部件有极其密切的联系 如回转或移动工作台 回转鼓轮 主轴箱 刀具和辅具 钻模板和托架 以及支承部件等等 正确地解决它们之间的关 系 是保证组合机床的工作可靠和使用性能良好的重要条件之一 而且夹具的结构也 要按这些部件的具体要求来确定 如在液压驱动的立式回转工作台机床上的夹具 其 夹压系统就可采用液压作为动力 而在卧式鼓轮机床上的夹具 则多采用电气 机械 的夹紧方法 c 由于组合机床常常是多 多面和多工序同时加工 会产生很大的切削力和振动 因此 组合机床夹具必须具有很好的刚性和足够的夹压力 以保证在整个加工过程中工件不 产生任何位移 同时 也不应使工件产生不容许的变形 d 组合机床夹具是保证加工精度 尺寸精度 几何精度和位置精度等 的关键部件 其 实设计 制造和调整都必须有严格的要求 使其能持久地保持精度 e 组合机床夹具应便于实现定位和夹压的自动化 并有动作完成的检 查信号 保证切屑从加工空间自动排除 便于观察和检查 以及在不从机床上拆下夹 具的情况下 能够更换易损件和维护调整 组合机床夹具是组合机床的组成部件 其设计应按如下的程序进行 1 认真研究分析所要设计夹具的原始数据和要求 因为在拟订组合机床的工艺和结构方案 时 对夹具的结构型式和主要性能已提出了原则要求 2 拟订夹具结构方案和进行必要的计算 根据机床总体设计中确定的工件定位基面 夹压 位置 加工方法和刀具导向方式等 制定夹具的总体方案 3 组合机床夹具设计的总图和零件 在已确定的夹具结构方案基础上 设计生产用的夹具 总图和零件图 按照组合机床夹具的主要功能 其结构可以分为三大部分 即定位支承系统 夹紧机构和刀 具导向装置 2 2 定位支承系统概述 在组合机床上加工时 必须使用被加工零件对刀具及其导向体质正确的相对位置 这是靠夹具的定 位支承系统来实现的 定位支承系统除用以确定被加工零件的位置外 还要承受被加工零件的生量和夹 压力 有时还要取受切削力 定位支承系统主要由定位支承 辅助支了和一些限位元件组成 定位支承是指在加工过程中维持 被加工零件有一定位置的元件 辅助支承是公用作增加被加工零件在加工过程中的刚度及稳定性的一 种活动式支承元件 由于定位支承元件直接与被加工零件接触 因此其尺寸 结构 精度和布置都直接影响被子加工 零件的精度 为了避免产生废品以及经常修理定位支承元件的麻烦 设计时必须注意以下的问题 a 合理布置支承元件 力求使其组成较大的定位支承平面 最好使夹压力的位置对准定位支承 元件 当受工件结构限制不能实现时 也应使定位支承元件尽量接近夹压力的作用线 并使夹压力的 合力中心处于定位支承平面内 b 提高刚性 减少定位支承系统的变形 应力求使定位元件 如定位销 不要受力 c 提高定位支承系统的精度及其元件的耐磨性 以便长期保持夹具的定位精度 d 可靠地热电厂除定位支承部位的切屑 使用权切屑不堵塞和粘创刊在定位支承系统上 对 保证定位的准确性和工作可靠性有很大的影响 因此设计时应尽可能不使用权切屑落到定位支承 系统上 当切屑有可能落在其上时 必须采取有效的热电厂屑和清理措施 2 2 1 定位支承系统 定位支承系统主要由定位支承 辅助支承和一些限位元件组成 1 定位支承元件及其布置 组合机床常用的定位支承元件有 支承板 支承块 支承销 在组合机床夹具上采用支承板定位时 工件通常用四个或理多一些的支承板定位 这样可增加 定位系统的刚度 以防止当夹紧力和切削力不是对支承板时瑞士引起工件的变形 为了减小支承板 的不共面度的误差 可装配后合磨 通常不共面度误差为 0 01 0 03mm 对于采用毛坯面定位夹具 从理论上讲是应当采用三点支承的 并采用带圆头的支承销定位 但当 采用三个以上的压板而不能确保同时动作时 实际上是达不到同时动作 常常会把工件夹歪 因此 需要采用四点支承的方法 在布置支承点时 应按工件定位而后情况 使支承点之间的距离尽量远一些 以增加定位的稳 定性 支承板应该放在切屑不易落到的地方 当工件在夹具上以侧面及其上面的定位孔定位时 定 位块就放在加工部位的上方或是切屑易落到的地方 且在布置上应保证支承块之间有较大的距离 不应连续排列 2 定位销 在组合机床及其自动线上加工箱体类零件时 多采用 一面两销 的定位方法 以消除工件在空间 的六个自由度 实现工件在夹具中的准确定位 为了能以最简单的运动形式装卸工件 如单机夹具 上的推进和拉出 流水线和自动线上工件在夹具上的送进和推出 多采用伸缩式定位销 除此以外 还可采用固定式定位销 1 固定式定位销 当要求被加工孔与定位销孔之间的位置精度高与 0 05 或是 0 05mm 或是受结构的限制不能采用 伸缩式定位销 以及加工装卸比较容易的轻小零件时 为了简化夹具的结构均采用固定式定位销 采用固定式定位销时 为了使工件的定位基面能很好地与支承元件相接触 除采用圆柱销和削边销 相结合的定位方法以补偿孔间距的误差外 定位销还必须有适当的高度 以补偿定位孔与定位基面 的垂直度误差 对于削边销 要采用可靠的防转措施 对于定位销 还应考虑拆装方便 定位销与 安装孔的配合 定位销的尺寸及公差等 2 2 2 夹紧机构 夹紧机构通常由以下三个部分组成 夹紧动力部分 中间传动机构 夹紧元件 1 夹紧动力 夹紧机构可公为手动夹紧和自动夹紧两种 本设计采用手动夹紧的夹紧机构 2 气动夹紧机构 液压夹紧机构是利用压力油作为夹紧动力 再通过中间传动机构 使夹具的夹紧元件执行夹紧动作 的机构 在组合机床夹具上 常采用液压夹紧机构 采用联动夹紧机构时应注意以下问题 1 应保证夹紧机构的刚性 为此给合机床夹具的夹紧螺杆杆径 压板厚度和传动杠杆径通常应 设计得大些 应避免采用细长杆件 2 在联动夹紧机构中 就设置必要的浮动环节 并使它们有足够的浮动量 以便保证各压均能 压紧工件现时不相互干涉 3 采用联动夹紧 要保证松夹时 所有压板都能松开工件 犁刀变速箱组合机床及夹具总图 3 工艺规程设计 3 1 确定毛坯的制造形式 箱体材料一般选用 HT200 HT400 的各牌号灰铸铁 常用为 HT200 因其成本低 而且具有较好的耐磨性 可铸性 可切削性和阻尼特性 考虑到犁刀变速齿轮箱体的震 动及耐磨性 本箱体选用 HT200 的灰铸铁 考虑到箱体的形状 而且箱体是固定件 不 受到冲击性载荷和交变载荷的作用 为保证各个内孔之间不错位 有加工余量 保证加 工精度 因此 选用砂型机器造型 即可满足要求 又由于箱体零件的内腔及 2 80mm 孔均需铸出 故还应安放型芯 此外 为消 除残余应力 铸造后应安排人工时效 3 2 基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一 基面选择的合理正确 可以使加工质 量得到保证 生产率得以提高 否则 不但使加工工艺过程的问题百出 还会造成零件 大批报废 使生产无法正常进行 3 2 1 精基准的选择 犁刀变速齿轮箱体的 N 面和 2 10F9 孔既是装配基准 又是设计基准 用它们 作精基准 能使加工遵循 基准重合 的原则 实现箱体零件 一面两孔 的典型定位 方式 其余各面和孔的加工也能用它定位 这样使工艺路线遵循了 基准统一 的原则 此外 N 面的面积较大 定位比较稳定 夹紧方案也比较简单 可靠 操作方便 3 2 2 粗基准的选择 粗基准的选择 考虑到以下几点要求 选择箱体零件的重要孔 即 2 80mm 孔 的毛坯孔与箱体内壁作粗基准 第一 在保证各加工面均有加工余量的前提下 使 重要孔的加工余量尽量均匀 第二 装入箱体内的旋转零件 如齿轮 轴套等 与箱体 内壁有足够的间隙 此外还应能保证定位准确 夹紧可靠 3 2 3 定位夹紧方案的制定 最先进行机械加工的表面是精基准 N 面和 2 10F9 孔 这时可有两种定位夹紧 方案 方案一 用一浮动圆锥销插入一 80mm 毛坯孔中限制二个自由度 用三个支承钉支 承在与 Q 面相距 32mm 并平行于 Q 面的毛坯上 限制三个自由度 再以 N 面本身找正限制 一个自由度 这种方案适合于大批量生产类型中 在加工 N 面及其表面上各孔和凸台面 极其各孔的自动线上采用随行夹具时用 方案二 用一根两头带反锥形 一端的反锥可以取下 以便卸装工件 的心棒插入 2 80mm 毛坯孔中并加紧 粗加工 N 面时 将心棒至于两头 V 型架上限制四个自由度 再以 N 面本身找正限制一个自由度 这种方案虽要安装一个心棒 但由于下一道工序 钻扩铰 2 10F9 孔 还要用一根心棒定位 即将心棒至于两头的 U 型槽中限制两 各自由度 故本道工序可不用将心棒数量就少 因而该方案是可行的 3 3 工艺过程的划分 由于犁刀变速齿轮箱体本身结构简单 保证加工精度为孔加工精度 在加工时以 N 面为加工精基准 所以先对箱体的基准面进行粗 精加工 然后对孔进行加工 箱体加 工面时以铸出孔和箱体外廓为定位基准进行粗加工 然后以定位基准定位加工各面 再 对定位基准面进行精加工 然后对定位基准定位孔进行加工 3 4 工艺路程的制定 零件加工的工艺规程就是一系列不同工序的综合 由于生产规模和具体情况的 不同 对同一零件的加工工序综合可能有很多方案 应当根据具体条件采用最合理 最 完善 最经济的一个方案 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 N 面 粗车 精铣 R 面和 Q 面 粗铣 精铣 凸台面 粗铣 2 80mm 孔 粗 镗 精镗 7 级 9 级精度未铸出孔 钻 扩 铰 螺纹孔 钻孔 攻螺纹 因 R 面和 Q 面有较高的平行度要求 2 80mm 孔较高的同轴度要求 故他们的加 工宜采用工序集中的原则 即分别在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来 以保证其 精度 根据先面后孔 先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则 将 N 面 R 面 Q 面及 2 80mm 孔的粗加工放在前面 精加工放在后面 每一阶段中又先加工 N 面后 在镗 2 80mm 孔 R 面及 Q 面上的 8N8 孔及 4 M12 螺纹孔等次要表面放在最后 加工 表 3 1 工艺路线一 工 序号 工 序 内 容 铸造 时效 涂底漆 10 粗铣 N 面 20 钻扩铰 2 10F9 孔 尺寸留精铰余量 孔口倒角 1 45 30 粗铣凸台面 40 粗铣 R 面及 Q 面 50 粗镗 2 80mm 孔 孔口倒角 1 45 60 钻 20mm 孔 70 精铣 N 面 80 精铰 2 10F9 孔 90 精铣 R 面及 Q 面 100 精镗 2 80H7 孔 110 扩铰 S 30H9 球形孔 钻 4 M6 螺纹底孔 孔口倒角 1 45 攻螺纹 4 M6 120 钻 4 13mm 孔 130 刮 4 22mm 平面 140 钻 8 M12 螺纹底孔 孔口倒角 1 45 钻铰 2 8N8 孔口倒角 1 45 攻螺纹 8 M12 150 检验 160 入库 表 3 2 工艺路线二 工 工 序 内 容 简 要 说 明 序号 铸造 时效 消除内应力 涂底漆 防止生锈 10 粗铣 N 面 先加工基准 面 20 钻扩铰 2 10F9 孔至 9F9 孔口倒角 1 45 钻 4 13 留精扩铰余 量 30 粗铣 R 面及 Q 面 先加工面 40 铣凸台面 后加工孔 50 粗镗 2 80 孔 孔口倒角 1 45 粗加工结束 60 粗铣 N 面 精加工开始 70 粗扩铰 2 10F9 孔 并提高精度至 2 10F7 提高工艺基 准精 80 精铣 R 面及 Q 面 先加工面 90 精镗 2 80H7 孔 后加工孔 100 钻 20 孔 扩铰 S 30H9 球形孔 钻 4 M6 螺纹底孔 孔口倒角 1 45 攻螺纹 4 M6 6H 次要表面在 后面加工 110 刮 4 22mm 平面 120 钻 8 M12 螺纹底孔 孔口倒角 1 45 钻铰 2 8N8 孔口倒角 1 45 130 攻螺纹 8 M12 6H 工序分散 平衡节拍 140 检验 150 入库 3 5 工艺方案的分析与比较 3 5 1 工艺规程选择的基本因素 1 生产规模 生产规模是决定生产类型的主要因素 既是设备 用具 机械化与 自动化程度的选择依据 2 制造零件所选用的坯料或型材的形状 尺寸和精度 它是选择加工总余量和 加工过程中的头几道工序的决定因素 本设计采用 HT200 的毛坯材料 3 零件材料的性质 它是决定热处理工序和选用设备及切削用量的依据 4 零件制造的精度 包括尺寸公差 形位公差以及零件图上所指定的或技术条件中 所补充指定的要求 5 零件表面粗糙度是决定表面上光精加工工序的类别和次数的主要因素 6 特殊的条件 如工厂的设备和用具的条件等 7 编制的加工规程要在既定的生产规模与生产条件下达到最经济与安全的效 3 5 2 工艺规程的基本分析 1 底面 侧面 端面可采用粗铣 精铣 粗刨 精刨工艺 因为底面个导向面的精 度个粗糙度要求较高 又是装配基准和定位基准 所以在精刨后竟进行精细加工 研 磨 2 直径小于 50mm 的孔 一般不铸造 可采用钻 扩 本精镗 铰 精镗 的工艺 对已铸出的孔 可采用粗镗一半精镗一精镗的工艺 3 为了保证箱体主要表面精度和粗糙度的要求 避免粗加工时有与切削量较大引起 工件变形或可能划伤已加工表面 整个工艺过程分为粗加工和精加工两个阶段 4 为了保证各主要表面位置精度的要求 粗加工和精加工时应采用统一的定位基准 此外 各主要孔的加工应在一次安装中完成 并可采用钻模卡具 这样可以保证位置精 度的要求 5 整个工艺过程中 无论是粗加工阶段还是精加工阶段 都应遵循 先面后孔 的 原则 就是先加工平面 然后以平面定位在加工孔 这是因为 第一 平面常常是箱体 的装配基准 第二 平面的面积较孔的面积大 以平面定位零件装卡稳定 可靠 因此 以平面定位加工孔 有利于提高定位精度和加工精度 在方案一中 如粗车 N 面 因工件和夹具的尺寸较大 在卧式车床上加工时 它 们的惯性较大 平衡较困难 又由于 N 面不是连续的圆环面 车削中出现断续切削 容 易引起工艺系统的振动 故改用铣削加工 工序 40 应在工序 30 前完成 使 R 面和 Q 面在粗加工后有较多的时间进行自然时效 减少工件受力变形和受热变形对 2 80mm 孔加工精度的影响 精铣 N 面后 N 面与 2 10F9 孔的垂直度误差难以通过精铰孔纠正 故对这两孔的 加工改为扩铰 并在前面的工序中预留足够的余量 4 13mm 孔尽管是次要表面 但在钻扩铰 2 10F9 孔时 也将 4 13mm 孔钻出 可以节约一台钻床和一套专用夹具 能降低生产成本 而且工时也不长 同理 钻孔工序也应合并到扩铰球形孔工序中 这组孔在精镗孔后加工 容易保证 其轴线与 2 80H7 孔轴线的位置精度 工序 140 中工步太多 工时太长 考虑到整个生产线的节拍 应将 8 M12 螺孔的攻 螺纹作另一道工序 综上所述 方案二是方案一的进一步改进 所以选择第二种工艺路线方案 4 确定切削用量及工序设计 4 1 机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定 根据零件材料 HT200 确定毛坯为铸件 又由题目已知零件的生产纲领为 6000 件 年 通过计算 该零件质量约为 7kg 由参考文献 5 表 1 4 表 1 3 可知 其生产类型为大 批生产 毛坯的铸造方法选用砂型机器造型 又由于箱体零件的内腔及 2 80mm 孔均需 铸出 故还应安放型芯 此外 为消除残余应力 铸造后应安排人工时效 参考文献 1 表 2 3 6 该种铸件的尺寸公差等级 CT 为 8 10 级 加工余量等级 MA 为 G 级 故取 CT 为 10 级 MA 为 G 级 铸件的分型面选择通过 C 基准孔轴线 且与 R 面 或 Q 面 平行的面 浇冒口位置 分别位于 C 基准孔凸台的两侧 参考文献 1 表 2 3 5 用查表法确定各表面的总余量如表 4 1 所示 表 4 1 各加工表面总余量 加工表 面 基本 尺寸 mm 加工 余 量等 级 加工 余量数值 mm 说 明 R 面 168 G 4 底面 双侧加工 取 下行数据 Q 面 168 H 5 顶面降 1 级 双侧加 工 N 面 168 G 5 侧面 单侧加工 取 下行数据 凸 台 面 106 G 4 侧面单侧加工 2 80mm 孔 80 H 3 孔降 1 级 双侧加工 由参考文献 1 表 2 3 9 可得铸件主要尺寸的公差 如表 4 2 所示 表 4 2 主要毛坯尺寸及公差 mm 主要面尺寸 零件尺 寸 总余量 毛坯尺 寸 公差 CT N 面轮廓尺寸 168 168 4 N 面轮廓尺寸 168 4 5 177 4 N 面距 80mm 孔中心尺寸 46 5 51 2 8 凸台面距 80mm 孔中心尺寸 100 6 4 110 3 6 2 80mm 孔 80 3 3 74 3 2 图 4 1 毛坯图 4 2 确定切削用量及工序计算 4 2 1 工序 10 精铣 N 面 毛坯尺寸外形 由资料得 选择立式铣床 刀具 可转位面1750m 20m 铣刀 因为面铣刀能采用较大直径的铣刀 提高效率 心轴短 刚度较好能采用较大的 进给量 工作更为平稳 可以从不同方向同时铣工件的几个平面 寿命也较长 因此可以查出 18 minnr 主 轴 转 速 取 20 3 5 pDma 2 fr 实际切削速度 10Dv 1428 7 in 切削工时计算 12lltnf 7308 mi21l 4 2 2 工序 20 粗扩铰 2 9 钻 4 13 工步一 钻 4 13 mm 孔 查资料得 选择组合钻床和专用钻夹具 因此可以查出 主轴转速 630 minwnr D 13mm 取 f 0 4mm r 5pa 实际切削速度 10Dnv 3 46 25 7m min1205 ll 切削工时计算 12lltnf 3460 min0 59 工步二 钻 2 7 mm 孔 由资料得 选择组合钻床和专用钻夹具 因此可以查出 主轴转速 10 minwnr D 7mm 26 ll3 5 pa 实际切削速度 10Dnv 3 476 2 min 切削工时计算 12lltnf 0 3 9 工步三 扩 2 8 8 058 mm 孔并孔口倒角 1 45 由资料得 选择摇臂钻床 Z3025 和 的麻花钻 因此可查出 8 m 主轴转速 40 inwnr 取 mm r 8 9 pDma 3f 实际切削速度 10Dnv 3 48 min 125l 1l 切削工时计算 12lltnf 80 34 2mi 工步四 铰 2 孔9m 由资料得 选择摇臂钻床 Z3025 和 铰刀 因此可查出9 主轴转速 630 inwnr D 9mm mm 取 f 0 3mm r 1pa 实际切削速度 10Dnv 3 496 m min7 8125 36ll 切削工时计算 12lltnf 360 2m 4 2 3 工序 30 精铣 R 面及 Q 面 由资料得 选用组合机床和 可转位面铣刀 因此可查出 160 主轴转速 2 inwnr D 160mm mm 取 f 0 3mm r 4pa 实际切削速度 10Dnv 3 14602 min 切削工时计算 12lltnf 70 3 min5 4 2 4 工序 40 铣凸台面 由资料得 选用 X52K 型立式铣床和 80 mm 莫氏锥柄面铣刀 因此可查出 主轴转速 30 minwnr 取 f 1 2mm r D 80mm 4pam 实际切削速度 10Dnv 3 48 75 min 12l 切削工时计算 12lltnf 54 30 mi 4 2 5 工序 50 粗镗 2 80 mm 孔并倒角 由资料得 选用组合机床和 的镗刀 因此可查出 79 5 主轴转速 6 inwr 取 mm r D 79 5 2 5pam 0 24f H 20 L 300 d 40 20B 实际切削速度 1Dnv 24m min i 1 158l 2lm35l 切削工时计算 123 mwllitnf 40596 1i 4 2 6 工序 60 精铣 N 面 由资料得 选用 X62W 卧式铣床和 200 mm 可转位面铣刀 因此可查出 主轴转速 30 minwnr D 200 取 f 0 5mm r 1 5pa 实际切削速度 10Dnv 3 42 8 min 切削工时计算 12lltnf 7630 5 1mi 4 2 7 工序 70 精扩铰 2 10 mm 孔 工步一 扩 2 9 9 F9 孔 由资料得 选用 Z3025 摇臂钻床和 9 9 mm 扩孔刀 因此可以查出 主轴转速 40 minwnr D 9 9mm 取 f 0 3mm f 1 5pa 实际切削速度 10Dnv 3 49 2 min 10lm 1l 20 95l 切削工时计算 12lltnf 04 953 0 12min 工步二 精铰 2 10 F7 孔 由资料得 选用 Z3025 摇臂钻床和 10 F7 孔铰刀 因此可得出 主轴转速 630 minwnr D 10mm 取 f 0 3mm r 5pa 实际切削速度 10Dnv 3 46 9 8 min 10l 1l 20 5l 切削工时计算 12lltnf 104 53 7min 4 2 8 工序 80 精铣 R 及 Q 面 由资料得 选用组合机床和 160 mm 可转位面铣刀 因此可查出 主轴转速 240 inwnr D 160mm 取 f 1 2mm r 5pam 实际切削速度 10Dnv 3 426 min 10l 1l27 5l 切削工时计算 12lltnf 07 5241 min 4 2 9 工序 90 精镗 2 80H7 孔 由资料得 选用组合机床和 镗刀 因此可查出 80 主轴转速 27 inwnr D 80 取 5pam0 1 fmr 实际切削速度 10Dnv 3 148027 min d 30 L 300 B 20 H 20 154l 10 6 025 pla 切削工时计算 12lltnf 240 5871 9min 4 2 10 工序 100 凸台面各孔钻 攻螺纹 工步一 钻 20mm 孔 由资料得 选用 Z3025 摇臂钻床和 的专用钻夹具 因此可得出 20 主轴转速 4 minwnr 取 20D f1pa 实际切削速度 10Dnv 3 42 5 min 1l 10l2l 切削工时计算 12lltnf 304 27mi 工步二 扩 球形孔至309SH 29 810SH 有资料得 选用 Z3025 摇臂钻床和 及 麻花钻 因此可查出 5 30 主轴转速 4 minwnr 取 4 9pam 0 fD 实际切削速度 10nv 3 4 7 min 20l 19l2l 切削工时计算 12lltnf 04 93 2mi 工步三 铰 球形孔至尺寸309SH 由资料得 选用选用 Z3025 摇臂钻床和 29 8mm 球形扩孔钻 因此可查出 主轴转速 630 inwnr 取 0 1pam fm29 8D 实际切削速度 10nv 3 429 863 7 min 0l 1 l2l 切削工时计算 12lltnf 0 36 12mi 工步四 钻 4 M6 螺纹底孔 并孔口倒角5 45 由资料得 选用选用 Z3025 摇臂钻床和 球形铰刀 因此可得出 309H 主轴转速 1 inwnr 取 2 5pam fDm 实际切削速度 10nv 3 4 5 7 min 18l12l2l 切削工时计算 12lltnf 8 503 7mi 工步五 攻螺纹 4 M6 6H 由资料得 选用选择摇臂钻床 Z3025 和 M6 丝锥一副 因此可得出 主轴转速 125 inwnr 取 0 5pam 6Dm 实际切削速度 10nv 3 4625 2 4 min 18l105l2l 切削工时计算 12lltnf 80 5 3mi 4 2 11 工序 110 刮 平面42 由资料得 选用选择摇臂钻床 Z3025 和 22mm 专用锪孔钻 因此可得 主轴转速 40 inwnr mm 4 5pam 12fm2D 实际切削速度 10nv 3 427 6 mi 41l 1l 2l 切削工时计算 12lltnf 47 601 5mi 4 2 12 工序 120 钻铰 R Q 面各孔 工步一 钻 R 面 4 M12 螺纹底孔 10 2 并孔口倒角 1 45 由资料得 选用选用组合夹具和 专用夹具 因此可查出 10 主轴转速 63 minwnr 5 1 pam f D 实际切削速度 10Dnv 3 462 mi 128 5 ll 切削工时计算 12lltnf 85 630 2mi 工步二 钻 R 面 8N8 至 7H10 由资料得 选用组合机床和 7mm 10 2mm 麻花钻 因此可查出 主轴转速 10 inwnr 3 5 3 7 pamfDm 实际切削速度 10nv 3 472 mi 12 5 ll 切削工时计算 12lltnf 3 50 6mi 工步三 扩 R 面 8N8 至 7 9N9 由资料得 选用组合机床和 7 9mm 扩孔钻 因此可查出 主轴转速 630 inwnr 0 45 pam 0 3 fr 7 9Dm 实际切削速度 10nv 3 47965 mi 12 0 ll 切削工时计算 12lltnf 0 4563 8mi 工步四 精铰 R 面 8N8 至尺寸 由资料得 选用组合机床和 8N8 孔铰刀 因此可查出 主轴转速 630 inwnr D 7 9mm 0 5pam f 实际切削速度 10Dnv 3 47965 8 mi 12 l 10 l2l 切削工时计算 12lltnf 0 563 7mi 工步五 钻 Q 面 4 M12 螺纹底孔并孔口倒角 1 45 由资料得 选用选用组合机床和 专用钻夹具 因此可查得 10 主轴转速 63 minwnr D 10mm 5 1pam f 实际切削速度 10Dnv 3 462 mi 128 5 ll 切削工时计算 12lltnf 83 560 1mi 工步六 钻 Q 面 8N8 至 7H10 由资料得 选用组合机床和 专用钻夹具 因此可查得 7 主轴转速 630 inwnr D 7 6mm 3 5pam f 实际切削速度 10Dnv 3 4762 mi 1 l 1 5 l2 l 切削工时计算 12lltnf 123 560 9min 工步七 扩 Q 面 8N8 至 7 9N9 由资料得 选用组合机床和 专用钻夹具 因此可查得 7 主轴转速 630 inwnr D 7 9mm 0 45pam f 实际切削速度 10Dnv 3 47965 mi 12 l 10 5 l 切削工时计算 12lltnf 3 560 8mi 工步八 精铰 Q 面 8N8 至尺寸 由资料得 选用组合机床和 专用夹具 因此可得到 7 9 主轴转速 630 inwnr 0 5 pam f 7 9 Dm 实际切削速度 10nv 3 47965 8mi 12 l 10 l 2 l 切削工时计算 12lltnf 0 563 7mi 4 2 13 工序 130 攻螺纹 8 M12 6H 工步 1 R 面 4 M12 6H 攻螺纹 由资料得 选用组合机和专用攻螺纹夹具 因此可得到 主轴转速 125 inwnr 0 9 pam 7 f Dm 实际切削速度 10nv 3 425 7mi 28l 10 l2 l 切削工时计算 12lltnf 80 57 14mi 工步 2 Q 面 4 M12 6H 攻螺纹 由资料得 选用组合机和专用攻螺纹夹具 因此可得到 主轴转速 125 inwnr 0 9 pam 7 f Dm 实际切削速度 10nv 3 425 7mi 28l 10 l2 l 切削工时计算 12lltnf 80 57 14mi 结 论 组合机床是以系列化 标准化的通用部件为基础 配以少量的专用部件组成的一种高生产率机床 它具有自动化程度较高 加工质量稳定 工序高度集中等特点 因此 组合机床在大批 大量生产中 得到广泛应用 目前 组合机床的研制正向高效 高精度 高自动化和柔性化方向发展 三个月左右的时间 我综合运用专业课程和技术基础课程的基本知识 结合生产实际来进行分析 解决实际工程中的问题 完成了犁刀变速箱凸台铣削加工世艺装备设计 组合机床及夹具的设计 这次设计 让我掌握了设计金属切削机床的基本程序和方法 巩固 深化和扩展了我对所学的专业课 程和技术基础课程的知识 树立了我正确的工程设计思想 培养了我查阅和使用标准 规范 手册 图册及相关技术资料的能力以及计算 绘图 数据处理 计算机辅助设计等方面的能力 参 考 文 献 1 陈宏钧 简明机械加工工艺手册 M 北京 机械工业出版社 2007 2 陈宏钧 实用金属切削手册 第 1 版 M 北京 机械工业出版社 2005 3 谢家瀛 组合机床设计简明手册 第 1 版 M 北京 机械工业出版社 1994 4 大连组合机床研究所 组合机床设计参考图册 第 2 版 M 机械工业
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