齒輪機械加工工藝及夾具設計【鉆中心孔至φ50】【說明書+CAD】

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目 錄 摘要 Abstract 第一章 緒論 1 基本概念 3 齒輪的介紹 第三章 齒輪的藝及夾具設計 1 零件分析 1.1 零件的作用 1.2 零件工藝分析 2 工藝規(guī)程制定 2.1 計算生產(chǎn)綱領(lǐng)，制定生產(chǎn)類型 2.2 審查圖樣工藝性 2.3 毛壞的選擇 2.4 工藝過程設計 2.4.1 定位基準選擇 2.4.2 工藝路線確定 3 機械加工余量及毛坯確定 3.1 確定毛坯尺寸 3.2 設計毛坯圖 4 工序設計 4.1 選擇加工設備與工藝裝備 4.2 確定工序尺寸 5 確定切削用量及基本時間定額 5.1 工序三 粗車外圓及端面 5.2 鉆中心孔至 5.3粗鏜,半精鏜,精鏜 5.4 插鍵槽 5.5 上芯軸，精車外圓，端面 5.6 鉆 6 夾具設計 6.1定位基準選擇 6.2 夾緊裝置設計及切削力計算 6.3 定位誤差分析 6.4 夾具簡要操作說明 第四章 設計總結(jié) 參考文獻 第一章 緒論 機械制造業(yè)是國民經(jīng)濟的的基礎(chǔ)和支柱，是向其它各部門提供工具、儀器和各種機械技術(shù)的裝備部。一個國家的的機械制造業(yè)的發(fā)展水平是衡量一個國家經(jīng)濟實力的和科學技術(shù)水平的重要標志之一，在科技飛速發(fā)展的今天,機械產(chǎn)品和機械制造技術(shù)的內(nèi)涵正在不斷的發(fā)生變化，工程技術(shù)人員不僅要學習和掌握計算機技術(shù)等多方面的新知識、新技術(shù)、而且要對機械制造和機床夾具等必備的基礎(chǔ)理論知識、運用全新的觀點重新優(yōu)化組合。 “工欲善其事，必先利其器?！? 工具是人類文明進步的標志。自20世紀末期以來，現(xiàn)代制造技術(shù)與機械制造工藝自動化都有了長足的發(fā)展。但工具（含夾具、刀具、量具與輔具等）在不斷的革新中，其功能仍然十分顯著。機床夾具對零件加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有著直接的影響。因此，無論在傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，夾具都是重要的工藝裝備。 軸承座是各種機械設備中常見的部件,它的主要作用是支撐軸承，目前常用軸座已經(jīng)標準化，通常在機械產(chǎn)品設計時只要選取即可，但在許多場合，因為結(jié)構(gòu)和條件的需要，需要非標軸承座，對于軸承座生產(chǎn)廠家，則是要盡力降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 齒輪是各種機器機械產(chǎn)品中常用的傳動件，由于它傳動效率高，傳動穩(wěn)定性好，噪音低，定比傳動，廣泛應用于各種機械設備中，隨著機械生產(chǎn)制造技術(shù)的發(fā)展，齒輪應用越來越廣,對齒輪的精度要求越來越高. 1 基本概念 工藝過程：改變生產(chǎn)對象的的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品的過程。 生產(chǎn)綱領(lǐng)：企業(yè)在計劃期內(nèi)應該生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進度計劃。 基準：基準是指用以確定生產(chǎn)對象幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的點、線、面。對一個機械零件而言，基準就是確定該零件上的其它點、線、面所依據(jù)的點線、面。 六點定位原理：任何一個自由剛體，在空間都有六個自由度（自由度是完全確定物體在空間幾何位置所需要的獨立坐標數(shù)目），即沿坐標軸的x、y、z移動和繞此三坐標的轉(zhuǎn)動。限制了剛體的六個自由度，就確定了剛體的位置。 工序：工序是指一個（或一組）工人在一臺機床（或一個工作地點）上，對同一個（或同時對幾個）工件所連續(xù)完成的那一部份工藝過程。 2 軸承座零件的介紹 軸承座零件一般都是用鑄鐵、鋼等材料鑄造而成。 軸承座零件的毛坯選擇與其材料、結(jié)構(gòu)和尺寸等因素有關(guān)?？讖捷^小（如d<20mm）的軸承孔一般選擇鋼模鑄造，也可以采用實心鑄件。孔徑較大時，采用砂型鑄造。大量生產(chǎn)時一般選用鋼模鑄造，這樣既提高生產(chǎn)率又節(jié)約金屬材料。 軸承座零件的主要表面是內(nèi)孔及孔軸心線到底面的距離，其主要技術(shù)要求如下: （1）內(nèi)孔 內(nèi)孔是軸承座零件起支承作用或定位作用最主要的表面，它通常與運動著的軸、或軸承相配合。內(nèi)孔直徑的尺寸精度一般為7級，精密軸套有時取6級，由于與其相配的軸上有密封圈，故要求較低。 內(nèi)孔的形狀精度，一般應控制在孔徑公差以內(nèi)，有些精密軸套控制在孔徑公差的1/2～1/3，甚至更嚴。對于的承座除了圓柱度和同軸度外，還應注意孔軸線直線度的要求。 為保證零件的功能和提高其耐磨性，內(nèi)孔表面粗糙度一般為 （2）孔軸心線到底面的距離 保證底座與上蓋的平行度和尺寸要求 3 齒輪的介紹 據(jù)史料記載，遠在公元前400~200年的中國古代就巳開始使用齒輪，在我國山西出土的青銅齒輪是迄今巳發(fā)現(xiàn)的最古老齒輪，作為反映古代科學技術(shù)成就的指南車就是以齒輪機構(gòu)為核心的機械裝置。17世紀末，人們才開始研究，能正確傳遞運動的輪齒形狀。18世紀，歐洲工業(yè)革命以后，齒輪傳動的應用日益廣泛；先是發(fā)展擺線齒輪，而后是漸開線齒輪，一直到20世紀初，漸開線齒輪已在應用中占了優(yōu)勢。 18世紀工業(yè)革命時期，齒輪技術(shù)得到高速發(fā)展，人們對齒輪進行了大量的研究。1733年法國數(shù)學家卡米發(fā)表了齒廓嚙合基本定律；1765年瑞士數(shù)學家歐拉建議采用漸開線作齒廓曲線。 19世紀出現(xiàn)的滾齒機和插齒機，解決了大量生產(chǎn)高精度齒輪的問題。1900年,普福特為滾齒機裝上差動裝置，能在滾齒機上加工出斜齒輪，從此滾齒機滾切齒輪得到普及，展成法加工齒輪占了壓倒優(yōu)勢，漸開線齒輪成為應用最廣的齒輪。 目前,應用最廣泛的是漸開線齒輪,對于漸開線齒輪的加工,有范成法,仿形法等。 3 夾具的作用 夾具在其發(fā)展的200多年歷史中，大致經(jīng)歷了三個階段：第一階段，夾具在工件加工、制造的各工序中作為基本的夾持裝置，發(fā)揮著夾固工件的最基本功用。隨著軍工生產(chǎn)及內(nèi)燃機，汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，夾具逐漸在規(guī)模生產(chǎn)中發(fā)揮出其高效率及穩(wěn)定加工質(zhì)量的優(yōu)越性，各類定位、夾緊裝置的結(jié)構(gòu)也日趨完善，夾具逐步發(fā)展成為機床—工件—工藝裝備工藝系統(tǒng)中相當重要的組成部分。這是夾具發(fā)展的第二階段。這一階段，夾具發(fā)展的主要特點是高效率。在現(xiàn)代化生產(chǎn)的今天，各類高效率，自動化夾具在高效，高精度及適應性方面，已有了相當大的提高。隨著電子技術(shù)，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代夾具的自動化和高適應性，已經(jīng)使夾具與機床逐漸融為一體，使得中，小批量生產(chǎn)的生產(chǎn)效率逐步趨近于專業(yè)化的大批量生產(chǎn)的水平。這是夾具發(fā)展的第三個階段，這一階段，夾具的主要特點是高精度，高適應性?？梢灶A見，夾具在不一個階段的主要發(fā)展趨勢將是逐步提高智能化水平。 夾具主要有如下作用: （1）保證加工精度 用機床夾具裝夾工件，能準確確定工件與刀具、機床之間的相對位 置關(guān)系，可以保證加工精度。 （2）提高生產(chǎn)效率 機床夾具能快速地將工件定位和夾緊，可以減少輔助時間，提高生 產(chǎn)效率。 （3）減輕勞動強度 機床夾具采用機械、氣動、液動夾緊裝置，可以減輕工人的勞動強 度。 （4）擴大機床的工藝范圍 利用機床夾具，能擴大機床的加工范圍，例如，在車床或鉆 床上使用鏜模可以代替鏜床鏜孔，使車床、鉆床具有鏜床的功能。 1.4 機床夾具的分類 1．按夾具的應用范圍分類 （1）通用夾具 通用夾具是指結(jié)構(gòu)已經(jīng)標準化，且有較大適用范圍的夾具，例如，車床 用的三爪卡盤和四爪卡盤，銑床用的平口鉗及分度頭等。 （2）專用機床夾具 專用機床夾具是針對某一工件的某道工序?qū)ｉT設計制造的夾具。專 用機床夾具適于在產(chǎn)品相對穩(wěn)定、產(chǎn)量較大的場合應用。 （3）組合夾具 組合夾具是用一套預先制造好的標準元件和合件組裝而成的夾具。組合 夾具結(jié)構(gòu)靈活多變，設計和組裝周期短，夾具零部件能長期重復使用，適于在多品種單件小 批生產(chǎn)或新產(chǎn)品試制等場合應用。 （4）成組夾具 成組夾具是在采用成組加工時，為每個零件組設計制造的夾具，當改換 加工同組內(nèi)另一種零件時，只需調(diào)整或更換夾具上的個別元件，即可進行加工。成組夾具適 于在多品種、中小批生產(chǎn)中應用。 （5）隨行夾具 它是一種在自動線上使用的移動式夾具，在工件進入自動線加工之前， 先將工件裝在夾具中，然后夾具連同被加工工件一起沿著自動線依次從一個工位移到下一個 工位，直到工件在退出自動線加工時，才將工件從夾具中卸下。隨行夾具是一種始終隨工件 一起沿著自動線移動的夾具。 2．按使用機床類型分類 機床類型不同，夾具結(jié)構(gòu)各異，由此可將夾具分為車床夾具、鉆床夾具、銑床夾具、鏜 床夾具、磨床夾具和組合機床夾具等類型。 3．按夾具動力源分類 按夾具所用夾緊動力源，可將夾具分為手動夾緊夾具、氣動夾緊夾具、液壓夾緊夾具、 氣液聯(lián)動夾緊夾具、電磁夾具、真空夾具等。 專用機床夾具的組成 夾具一般由下列元件或裝置組成: （1）定位元件 定位元件是用來確定工件正確位置的元件。被加工工件的定位基面與夾 具定位元件直接接觸或相配合。 （2）夾緊裝置 夾緊裝置是使工件在外力作用下仍能保持其正確定位位置的裝置。 （3）對刀元件、導向元件 對刀元件、導向元件是指夾具中用于確定（或引導）刀具相 對于夾具定位元件具有正確位置關(guān)系的元件，例如鉆套、鏜套、對刀塊等。 （4）連接元件 夾具連接元件是指用于確定夾具在機床上具有正確位置并與之連接的元 件，例如安裝在銑床夾具底面上的定位鍵等。 （5）其它元件及裝置 根據(jù)加工要求，有些夾具尚需設置分度轉(zhuǎn)位裝置、靠模裝置、工 件抬起裝置和輔助支承等裝置。 （6）夾具體 夾具體是用于連接夾具元件和有關(guān)裝置使之成為一個整體的基礎(chǔ)件，夾具 通過夾具體與機床連接。 定位元件、夾緊裝置和夾具體是夾具的基本組成部分，其它部分可根據(jù)需要設置。 第二章 軸承座的工藝及夾具設計 1 零件分析 1.1 零件的作用 軸承座是機械設備中常用零件，零件圖如圖2－1（詳圖見附圖），它一般位于軸的兩端。主要作用是固定和支撐軸承，承受壓力，使軸及其聯(lián)接部件具有一定的位置關(guān)系；同時，軸承座也有5個螺栓孔，這兩個螺栓孔是用來和機械備聯(lián)接之用的，這樣，就使軸承、軸承座及軸整個部件在設備上有一個確定的位置;軸承座主要在軸開放系統(tǒng)中，因此，對軸承座的要求還要有防塵作用。用于與軸承相配合，用于承受壓力之用，其圓度與圓柱度誤差不超過孔徑公差的1/2，內(nèi)部須去毛剌清理。中心相對底面高度為. 圖1 軸承座零件圖 1.2 零件工藝分析 軸承座的主要加工表面有： (1)底面及孔端面，結(jié)合面，這些可采用龍門銑床進行加工; (2)軸承孔的加工，安裝孔的加工，為保證圓度及圓柱度要求，可采用坐標鏜床。 2 工藝規(guī)程制定 2.1 計算生產(chǎn)綱領(lǐng)，制定生產(chǎn)類型 該產(chǎn)品為年產(chǎn)量10000件，設其備品率為10％，機械加工廢品率為1％，現(xiàn)制訂該軸承座零件的機械加工工藝規(guī)程。 件/年 軸承座零件年產(chǎn)量為11100件/年，現(xiàn)知該產(chǎn)品屬于輕型機械，據(jù)文獻［1］（以后簡稱［1］）表1.1－2生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系，可確定其生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。 2.2 審查圖樣工藝性 本軸承座零件圖樣視圖正確、尺寸完整、公差及技術(shù)要求齊全。零件各表面的加工并不困難。孔中心相對底面是有位置公差的,端面相對孔中心也有垂直度要求,因此,軸承孔是主要定位基準. 2.3 毛壞的選擇 軸承座是一種常見的支撐件，要求能承受一定的壓力，具有一定的強度，零件材料為HT200,輪廓尺寸不大，形狀亦不復雜，屬于大批生產(chǎn)，故毛坯可采用金屬模鑄造成型。 零件不復雜，因此毛坯形狀可與零件形狀盡力接近，內(nèi)部孔鑄出。毛坯尺寸通過確定加工余量后確定。 2.4 工藝過程設計 2.4.1基準選擇原則 ①粗基準的選擇 選擇粗基準時，主要要求保證各加工面有足夠的余量，使加工面與不加工面間的位置符合圖樣要求，并特別注意要盡快獲得精基面。具體選擇時應考慮下列原則： 1) 選擇重要表面為粗基準 為保證工件上重要表面的加工余量小而均勻，則應選擇該表面為粗基準。所謂重要表面一般是工件上加工精度以及表面質(zhì)量要求較高的表面，如床身的導軌面，車床主軸箱的主軸孔，都是各自的重要表面。2) 選擇不加工表面為粗基準 為了保證加工面與不加工面間的位置要求，一般應選擇不加工面為粗基準。如果工件上有多個不加工面，則應選其中與加工面位置要求較高的不加工面為粗基準，以便保證精度要求，使外形對稱等。 3) 選擇加工余量最小的表面為粗基準 在沒有要求保證重要表面加工余量均勻的情況下，如果零件上每個表面都要加工，則應選擇其中加工余量最小的表面為粗基準，以避免該表面在加工時因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件廢品。 4) 選擇較為平整光潔、加工面積較大的表面為粗基準 以便工件定位可靠、夾緊方便。 5) 粗基準在同一尺寸方向上只能使用一次 因為粗基準本身都是未經(jīng)機械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重復使用將產(chǎn)生較大的誤差。 ①精基準的選擇 1)基準重合原則 即選用設計基準作為定位基準，以避免定位基準與設計基準不重合而引起的基準不重合誤差。 2）基準統(tǒng)一原則 應采用同一組基準定位加工零件上盡可能多的表面，這就是基準統(tǒng)一原則。這樣做可以簡化工藝規(guī)程的制訂工作，減少夾具設計、制造工作量和成本，縮短生產(chǎn)準備周期；由于減少了基準轉(zhuǎn)換，便于保證各加工表面的相互位置精度。例如加工軸類零件時，采用兩中心孔定位加工各外圓表面，就符合基準統(tǒng)一原則。箱體零件采用一面兩孔定位，齒輪的齒坯和齒形加工多采用齒輪的內(nèi)孔及一端面為定位基準，均屬于基準統(tǒng)一原則。 3）自為基準原則 某些要求加工余量小而均勻的精加工工序，選擇加工表面本身作為定位基準，稱為自為基準原則。如磨削車床導軌面，用可調(diào)支承支承床身零件，在導軌磨床上，用百分表找正導軌面相對機床運動方向的正確位置，然后加工導軌面以保證其余量均勻，滿足對導軌面的質(zhì)量要求。還有浮動鏜刀鏜孔、珩磨孔、拉孔、無心磨外圓等也都是自為基準的實例。 4)互為基準原則 當對工件上兩個相互位置精度要求很高的表面進行加工時，需要用兩個表面互相作為基準，反復進行加工，以保證位置精度要求。例如要保證精密齒輪的齒圈跳動精度，在齒面淬硬后，先以齒面定位磨內(nèi)孔，再以內(nèi)孔定位磨齒面，從而保證位置精度。再如車床主軸的前錐孔與主軸支承軸頸間有嚴格的同軸度要求，加工時就是先以軸頸外圓為定位基準加工錐孔，再以錐孔為定位基準加工外圓，如此反復多次，最終達到加工要求。這都是互為基準的典型實例。 5)便于裝夾原則 所選精基準應保證工件安裝可靠，夾具設計簡單、操作方便。 2.4.2 定位基準選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，基面選擇得正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率得以提高。否則，加工工藝過程中會出問題，更有甚者，會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。 粗基準選擇：根據(jù)粗基準選擇原則,選擇重要加工面為粗基準,以鑄造出的軸承孔為粗基準。 精基準選擇：精基準的選擇主要需要考慮基準重合問題，當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算。以加工后的軸承孔為精基準,以底面為輔助基準。 2.4.3 工藝路線確定 表1工藝路線方案一 工序號 工序內(nèi)容 工序一 鑄造成型 工序二 時效處理 工序三 鑄造中心孔為基準，粗銑底面 工序四 粗鏜軸承孔Φ240 工序五 鉆孔Φ22及沉孔Φ40 工序六 半粗鏜Φ240,精鏜Φ240 工序七 粗銑,半精銑兩軸承孔端面 工序八 銑Φ22上端面 工序九 鉆孔Φ32及沉孔Φ50 工序十 檢驗、清洗 表2 工藝路線方案二 工序號 工序內(nèi)容 工序一 鑄造成型 工序二 時效處理 工序三 以鑄造中心孔為基準，粗銑底面 工序四 銑Φ22上端面 工序五 鉆孔Φ22及沉孔Φ40 工序六 粗銑,半精銑兩軸承孔端面 工序七 粗鏜軸承孔Φ240,半粗鏜Φ240,精鏜Φ240 工序八 鉆孔Φ32及沉孔Φ50 工序九 檢驗、清洗 上述兩個工藝方案的特點在于:1)方案一工序較分散,方案二工序較集中;2)方案一是先加工孔后加工面,而工藝方案二是先加工面后加工孔.由于先面后孔的工藝方案更有利于保證加工精度,工藝性更強, 且工序集中有利于減少設備,場地投資,采用方案二更合理. 3 機械加工余量及毛坯確定 3.1 確定毛坯尺寸 軸承座材料為HT200，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用金屬模機械型砂鑄造方法鑄造毛坯。 根據(jù)上述原始資料，確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸、及毛坯尺寸如下： （1）底面及端面加工 查［1］表2.2～3，底面單面余量為z=3mm，端面余量z=2mm。 （2） 查［1］表2.3－10， 鏜時， 粗鏜 2z＝4mm； 半精鏜 2z＝2.6mm 精鏜 2z＝1.4mm 由上及［1］表2.2－13～2.2－16可知，鑄件毛坯尺寸如下： 零件尺寸 單面余量 毛坯允許偏差 毛坯尺寸 2 4 110 2 110 3.2 設計毛坯圖 圖2 毛坯圖 4選擇加工設備與工藝裝備 (1)工序三 粗銑底面，工序工步數(shù)不多，大批生產(chǎn)要求有比較高的生產(chǎn)率，零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，選龍門銑床即可滿足要求。為提高生產(chǎn)率，選用專用夾具。量具用能用游標卡尺。 (2) 工序四 粗銑Φ22上端面，本工序加工精度較高，二零件外廓尺寸不大，要求有比較高的生產(chǎn)率，選用龍門銑床，夾具用專用夾具。量具用通用游標卡尺。 (3) 工序五 鉆孔Φ22及沉孔Φ40，本工序精度要求很高，選用Z3050鉆床，采用專用夾具。量具用通用游標卡尺。 (4) 工序六 粗銑,半精銑兩軸承孔端面工序加工精度較高，二零件外廓尺寸不大，要求有比較高的生產(chǎn)率，選用龍門銑床，夾具用專用夾具。量具用通用游標卡尺。 (5) 工序七 粗鏜軸承孔Φ240,半粗鏜Φ240,精鏜Φ240，本工序精度要求很高，工步多，因此選用鏜床T618，采用專用夾具，該夾具也是本設計所要設計的夾具。量具用極限內(nèi)徑量百分尺和圓柱塞規(guī)。 (6) 工序八 鉆孔Φ32及沉孔Φ50，本工序精度要求很高，選用Z3050鉆床，采用專用夾具。量具用通用游標卡尺 5 確定切削用量及基本時間定額 5.1工序三 以鑄造中心孔為基準，粗銑底面 (1)加工條件 工件材料：HT200。 加工要求：粗銑底面。 機床：X63臥式銑床。 刀具材料：高速鋼鑲齒三面刃銑刀，，齒數(shù)＝20。 (2)計算切削用量 由切削手冊，確定 由所選銑刀，（r/mim） 由機床性能參數(shù)，取 故實際切削速度 當時，工作臺每分鐘進給量 查機床說明書，剛好有，就直接選用這個值。 切削工時，粗銑，一次行程，由作圖法 則機動工時為： 5.2工序四 銑Φ22上端面 (1)加工條件 工件材料：HT200。 加工要求：粗銑。 機床：X63臥式銑床。 刀具材料：高速鋼鑲齒三面刃銑刀，，齒數(shù)＝10。 (2)計算切削用量 由切削手冊，確定 由所選銑刀，（r/mim） 由機床性能參數(shù)，取 故實際切削速度 當時，工作臺每分鐘進給量 查機床說明書，剛好有，就直接選用這個值。 切削工時，粗銑，一次行程，由作圖法 則機動工時為： 5.2工序五 鉆孔Φ22及沉孔Φ40 1.加工條件 工件材料：HT200。 加工要求：鉆孔Φ22及沉孔Φ40。 機床：Z3050型立式鉆床。 刀具材料：高速鋼麻花鉆頭，, 2.計算切削用量 由［2］表2.8，確定 r/mim 由機床參數(shù)［1］表4.2－15，取 故實際切削速度 切削工時，由作圖法 則底孔Φ22 鉆沉孔 5.3工序六 粗銑,半精銑兩軸承孔端面 (1)加工條件 工件材料：HT200。 加工要求：粗銑,半精銑兩軸承孔端面。 機床：X63臥式銑床。 刀具材料：高速鋼鑲齒三面刃銑刀，，齒數(shù)＝20。 (2)計算切削用量 由切削手冊，確定 由所選銑刀，（r/mim） 由機床性能參數(shù)，取 故實際切削速度 當時，工作臺每分鐘進給量 查機床說明書，剛好有，就直接選用這個值。 切削工時，粗銑，一次行程，由作圖法 則機動工時為： 5.4工序七 粗鏜軸承孔Φ240,半粗鏜Φ240,精鏜Φ240 1.加工條件 工件材料：HT200。 加工要求：粗鏜孔240，半精鏜孔240，精鏜孔240。 機床：T618。 刀具材料：高速鋼浮動鏜刀，。 2.計算切削用量 由[1]表2.3-10，確定單邊余量分別為，， 每個工步一次鏜去全部余量，則，， 進給量 由[2]表2.15 由[1]表4.2——26機床性能參數(shù)，（r/mim） 切削工時， 粗鏜： min 半精鏜： min 精鏜： min 則總的機動工時為：min 5.5 工序八 鉆孔Φ32及沉孔Φ50 1.加工條件 工件材料：HT200。 加工要求：鉆孔Φ32及沉孔Φ50。 機床：Z3050型立式鉆床。 刀具材料：高速鋼麻花鉆頭，, 2.計算切削用量 由［2］表2.8，確定 r/mim 由機床參數(shù)［1］表4.2－15，取 故實際切削速度 切削工時，由作圖法 則底孔Φ32 鉆沉孔 6 夾具設計 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。 經(jīng)過考慮，決定設計工序七——粗鏜孔240，半精鏜孔240，精鏜孔240的夾具，刀具為高速鋼浮動鏜刀，對孔240進行加工， 保證其位置精度與形狀精度. 6.1定位基準選擇 由零件圖知道，孔其設計基準為底面，為使定位誤差為零，應選擇以底面定位的平面結(jié)構(gòu)，為使軸承孔定心，加用一個定位銷和削邊銷，這樣，便實現(xiàn)了完全定位。 為提高生產(chǎn)率，縮短輔助時間，采用氣動夾緊。 6.2 夾緊裝置設計及切削力計算 刀具：高速鋼浮動鏜刀， （見切削手冊表1.29） 其中，＝1.0，＝0.75，＝4，＝0.8 得 N 水平分力： 垂直分力： 在計算時，必須考慮安全系數(shù)， 其中由（切削手冊表1.29~1.35）可知 所以，＝1.9965 ＝5367 N 為保證結(jié)構(gòu)緊湊，不選用任何擴力機構(gòu)，直接用氣缸推動V形塊進行夾緊。 氣缸直徑的選?。? 由上知， 則 由[機械制造工藝學課程設計指導書，趙家齊，機械工業(yè)出版社，1994]附錄表14，取， 則0.71MP， 由[機械制造工藝學課程設計指導書，趙家齊，機械工業(yè)出版社，1994]附錄表14——18，取 由[機械制造工藝學課程設計指導書，趙家齊，機械工業(yè)出版社，1994]附錄表15及，取 氣缸選用100mm，當壓縮空氣單位壓力為0.75Mpa時，氣缸推力為5850N,氣缸已大于所需的壓緊力5367N ，故本夾具可安全工作。 6.3 定位誤差分析 夾具的主要定位元件為一平面和一定位銷一削邊銷： 使用夾具加工工件時，加工表面的位置誤差與工件在夾具中的定位的因素密切相關(guān)。為了保證工件的加工精度，必須使工序中各項加工誤差的總和小于或者等于該工序規(guī)定的公差值， 式中△1……..與機床夾具有關(guān)的加工誤差； △w………….與工序中夾具以外其他因素有關(guān)的誤差 ………….工序誤差 夾具有關(guān)的加工誤差△1一般包括工件夾具中的定位誤差△b;工件在加緊時產(chǎn)生的誤差;夾具相對于機床成形運動的位置誤差;夾具想對于刀具的位置誤差;以及夾具產(chǎn)生磨損造成的加工誤差等。 為了給加工中其他誤差因素能占有更大一些比例，由上式可見，應當盡量減小與夾具有關(guān)的誤差。其中除了在夾具的制造，安裝，調(diào)整，使用中產(chǎn)生的誤差外。在夾具設計時的的正確計算和減小工件在夾具中的定位誤差，是必須解決的重要問題之一。 定位誤差是工件在夾具中定位時，工序基準（一批零件的）位置在工序尺寸方向或沿加工要求方向上的變動所引起的，因此在夾具設計時，應當盡可能選折工序基準為定位基準并選折精度較高的表面作為定位基準。一般應使定位誤差控制在有關(guān)尺寸內(nèi)或者位置公差的1/3～1/5。 閥體零件為一面兩孔零件，因此它的定位我們主要采用一平面，一定位銷和一削邊削，定位方式如下圖： 圖3 零件加工定位方式 因此夾具的主要定位元件為一平面和一定位銷一削邊銷： 平面的尺寸公差須要保證零件尺寸，若平面公差太大，若超過0.1，則零件尺寸公差無法保證，因此，平面公差只能比零件公差小，由相關(guān)經(jīng)驗，一般取平面公差為零件公差的1/3，所以，取平面公尺寸公差為； 定位銷和削邊是與零件孔相配合的，通過定位銷削邊銷與零件孔的配合來確定加工孔的中心，最后達到完全定位。因此，定位銷與其相配合的孔的公差相同，即公差為h7,其尺寸為。 本夾具是用來在臥式車床上加工，所以工件上孔與夾具上的定位銷保持固定接觸。此時可求出孔心在接觸點與銷中心連線方向上的最大變動量為孔徑公差多一半。工件的定位基準為孔心。工序尺寸方向與固定接觸點和銷中心連線方向相同，則其定位誤差為： Td=Dmax-Dmin 本工序采用一定位銷，一削邊銷定位，工件始終靠近定位銷的一面，而削邊銷的偏角會使工件自重帶來一定的平行于夾具體底版的水平力，因此，工件不在在定位銷正上方，進而使加工位置有一定轉(zhuǎn)角誤差。但是，由于加工是自由公差，故應當能滿足定位要求。 6.4 夾具簡要操作說明 如前所述，在設計夾具時，應注意提高勞動生產(chǎn)率。為此，首先著眼于機動夾緊，而非手動夾緊，因為這是提高勞動生產(chǎn)率的重要途徑，本道工序選用了氣動夾緊方式。本工序由于包括粗加工，切削力較大，為了夾緊元件，勢必增大氣缸直徑，而這樣將使整個夾具龐大，因此，有三個措施：一是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是選擇比較理想的擴力機構(gòu)；三是在可能情況下，適當提高壓縮空氣壓力，以增大推力。 由于本夾具沒有使用擴力機構(gòu)，因此，在加工零件時，要適當注意提高壓縮空氣壓力；另外，由于本夾具配合面，連接孔較多，因此，夾具的零件對精度比較高，操作時要注意夾具各螺紋是否擰緊；還有就是夾具操作時，要防止定位零件有過大的磨損，若有較大磨損，要注意及時更換，以保證零件加工精度。 夾具上裝有對刀塊，可以使夾具在一批零件的加工之前很好的對刀，同時，夾具體上底面有一對定位鍵，可使夾具工作臺上在很好的定位。夾具裝配圖和零件圖見附圖： 圖四 鏜床夾具 第三章 齒輪的藝及夾具設計 1 零件分析 1.1 零件的作用 齒輪是機器中廣泛采用的傳動零件之一。它可以傳遞動力，又可以改變轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)方向。為使齒輪傳動平穩(wěn)，有足夠的抗疲勞強度和足夠的接觸強度，要保證齒輪加工精度和齒面表面粗糙度。 圖五 齒輪零件圖 1.2 零件工藝分析 齒輪的主要加工表面有： （1）中心孔Ф及鍵槽，中心孔是定位基準; （2）端面，相對于中心孔有跳動公差要求。 （3）齒形，有形狀公差。 2 工藝規(guī)程制定 2.1 計算生產(chǎn)綱領(lǐng)，制定生產(chǎn)類型 該產(chǎn)品為年產(chǎn)量10000件，設其備品率為10％，機械加工廢品率為1％，現(xiàn)制訂該軸承座零件的機械加工工藝規(guī)程。 件/年 軸承座零件年產(chǎn)量為11100件/年，現(xiàn)知該產(chǎn)品屬于輕型機械，據(jù)文獻［1］（以后簡稱［1］）表1.1－2生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系，可確定其生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。 2.2 審查圖樣工藝性 本齒輪零件圖樣視圖正確、尺寸完整、公差及技術(shù)要求齊全。零件各表面的加工并不困難。對于齒形的加工，采用先滾齒再剃齒的加工方式。 2.3 毛壞的選擇 齒輪是一種常見的傳動件，要求能承受一定的壓力，具有一定的強度，零件材料為45,輪廓尺寸不大，形狀亦不復雜，屬于大批生產(chǎn)，故毛坯可采用鍛造成型。 2.4 工藝過程設計 2.4.1 定位基準選擇 粗基準選擇：為了保證對合面加工精度和表面完整性，鍛造的外圓為粗基準。 精基準選擇：精基準的選擇主要需要考慮基準重合問題，當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算，取中心孔為精基準。 2.4.2 工藝路線確定 表3 齒輪工藝方案一 工序號 工序內(nèi)容 工序一 鍛造成型 工序二 正火 工序三 粗車外圓及端面 工序四 鉆中心孔至 工序五 粗鏜中心孔，半精鏜中心孔,精鏜中心孔 工序六 插鍵槽 工序七 上芯軸，精車外圓，端面 工序八 鉆 工序九 滾齒，留剃余量0.07～0.10 mm 工序十 插齒，留剃余量0.04～0.06 mm 工序十一 剃齒 工序十二 齒部高頻淬火 工序十三 珩齒 工序十四 檢驗清洗 表4 齒輪加工藝方案二 工序號 工序內(nèi)容 工序一 鍛造成型 工序二 正火 工序三 鉆中心孔，擴中心孔，拉中心孔 工序四 插鍵槽 工序五 上芯軸，粗車外圓及端面，精車外圓，端面 工序六 鉆 工序七 滾齒，留剃余量0.07～0.10 mm 工序八 插齒，留剃余量0.04～0.06 mm 工序九 剃齒 工序十 齒部高頻淬火 工序十一 珩齒 工序十二 檢驗清洗 工藝方案一與工藝方案二的特點在于工藝方案一是先粗車外圓，再鉆中心孔，而工藝方案二是先鉆中心孔，再粗車外圓。兩相比較，中心孔是精基準，先粗車外圓再加工中心孔更能保證位置精度,因此方案一更有利于保證加工精度;另外,工藝方案二選擇鉆,擴,拉mm孔,很難找到加工該種直徑的鉆床設備,增加加工難度,采用先鉆底孔,再鏜的方法更合適加工. 3 機械加工余量及毛坯確定 3.1 確定毛坯尺寸 齒輪材料為45，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用金屬模鍛造方法鍛造毛坯。 根據(jù)上述原始資料，確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸、及毛坯尺寸如下： （1）外圓加工 查［1］表2.2～3，單面余量為z=3mm，端面余量z=2mm。 （2）粗鏜，半精鏜,精鏜 查［1］表2.3－10， 粗鏜 2z＝45mm 半精鏜 2z＝2mm 精鏜 2z＝1mm 由上及［1］表2.2－13～2.2－16可知，鑄件毛坯尺寸如下： 零件尺寸 單面余量 毛坯允許偏差 毛坯尺寸 3 90 2 94 3.2 設計毛坯圖 圖6 齒輪毛坯圖 3.3 選擇加工設備與工藝裝備 (1)工序三 粗車外圓及端面，工序工步數(shù)不多，大批生產(chǎn)要求有比較高的生產(chǎn)率，零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，選大型車床即可滿足要求。為提高生產(chǎn)率，選用專用夾具。量具用能用游標卡尺。 (2) 工序四 鉆中心孔，本工序加工精度較高，二零件外廓尺寸不大，要求有比較高的生產(chǎn)率，選用手臂鉆床Z3050，夾具用專用夾具。量具用通用游標卡尺。 (3) 工序五 粗鏜,半精鏜,精鏜，選T618鏜床。 (3) 工序六 插鍵槽，選用插齒機。 (4) 工序七 上芯軸，精車外圓，端面，本工序精度要求很高，選用CA6140車床，采用專用夾具。量具用通用游標卡尺。 (5) 工序八 鉆，選用大型鉆床，夾具用專用夾具。量具用通用游標卡尺。 (6) 工序九 滾齒，留剃余量0.07～0.10 mm，本工序是齒成形，采用滾齒機。 (7) 工序十 插齒，留剃余量0.04～0.06 mm，選用插齒機。 5 確定切削用量及基本時間定額 5.1 工序三 粗車外圓及端面 機床：CA6140車床。 刀具：YT5 選刀桿尺寸： 確定加工時間： 車外圓: 確定加工時間 余量1.5mm， 查《切削用量簡明手冊》，加工切削深度 由表4 ，根據(jù)［3］表1 當用YT15硬質(zhì)合金車刀加工45鋼時： ; 切削修正系數(shù)： 故 由機床 走刀次數(shù)2 總時間 min 車端面 確定加工時間 余量為2mm， 查《切削用量簡明手冊》，加工切削深度 由表4 ，根據(jù)［3］表1 當用YT15硬質(zhì)合金車車刀加工45鋼時： ; 切削修正系數(shù)： 故 由機床 總時間 5.2 鉆中心孔至 1.加工條件 工件材料：HT200。 加工要求：鉆孔Φ50。 機床：Z3050型立式鉆床。 刀具材料：高速鋼麻花鉆頭, 2.計算切削用量 由［2］表2.8，確定 r/mim 由機床參數(shù)［1］表4.2－15，取 故實際切削速度 切削工時，由作圖法 則底孔Φ50 5.3粗鏜,半精鏜,精鏜 1.加工條件 工件材料：45。 加工要求：粗鏜孔98，半精鏜孔98，精鏜孔98。 機床：T618。 刀具材料：高速鋼浮動鏜刀，。 2.計算切削用量 由[1]表2.3-10，確定單邊余量分別為，， 粗鏜走十次,半精鏜,精鏜各走一次，則，， 進給量 由[2]表2.15 由[1]表4.2——26機床性能參數(shù)，（r/mim） 切削工時， 粗鏜： min 半精鏜： min 精鏜： min 則總的機動工時為：min 5.4 插鍵槽 1.加工條件 工件材料：45。 加工要求：插28鍵槽。 機床：Y58。 2.計算切削用量 確定單邊余量分別為 由機床手冊，則取 每分鐘往復數(shù):由機床手冊,選每分鐘往復數(shù)45 切削工時: min 5.5 上芯軸，精車外圓，端面 機床：CA6140車床。 刀具：YT5 選刀桿尺寸： 確定加工時間： 車外圓: 確定加工時間 余量1mm， 查《切削用量簡明手冊》，加工切削深度 由表4 ，根據(jù)［3］表1 當用YT15硬質(zhì)合金車刀加工45鋼時： ; 切削修正系數(shù)： 故 由機床 走刀次數(shù)2 總時間 min 車端面 確定加工時間 余量為0.5mm， 查《切削用量簡明手冊》，加工切削深度 由表4 ，根據(jù)［3］表1 當用YT15硬質(zhì)合金車車刀加工45鋼時： ; 切削修正系數(shù)： 故 由機床 總時間 5.6 鉆 1.加工條件 工件材料：HT200。 加工要求：鉆孔Φ22.8。 機床：Z3050型立式鉆床。 刀具材料：高速鋼麻花鉆頭, 2.計算切削用量 由［2］表2.8，確定 r/mim 由機床參數(shù)［1］表4.2－15，取 故實際切削速度 切削工時，由作圖法 總時間 6 夾具設計 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。 經(jīng)過考慮，決定設計工序四——鉆中心孔至50的夾具，對孔50進行加工， 保證其位置精度與形狀精度. 6.1定位基準選擇 本工序是粗加工,對孔加工形狀精度不大,只要保證孔的位置精度,為后續(xù)鏜加工做好準備，以加工過的外圓的主基準，以粗加工過的端面為輔助基準，限制五個自由度。 夾緊裝置采用螺旋夾緊。 6.3 夾緊裝置設計及切削力計算 6.3.1夾緊力確定原則 夾緊力大小對于確定夾緊裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，保證夾緊可靠性等有很大影響。夾緊力過大易引起工件變形，影響加工精度。夾緊力過小則工件夾不緊，在加工過程中容易發(fā)生工件位移，從而破壞工件定位，也影響加工精度，甚至造成安全事故。由此可見夾緊力大小必須適當。 計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成一個剛性系統(tǒng)，然后根據(jù)工件受切削力、夾緊力（大工件還應考慮重力，運動的工件還需考慮慣性）后處于靜力平衡條件，求出理論夾緊力，為了安全起見再乘以安全系數(shù)K。 式中W`——計算出的理論夾緊力； W——實際夾緊力； K——安全系數(shù)，通常k=1.5~3.當用于粗加工時，k=2.5~3,用于精加工時k=1.5~2. 這里應注意三個問題： 1）切削力在加工過程中往往方向、大小在變化，在計算機中應按最不利的加工條件下求得的切削力或切削合力計算。如圖2-1所示切削方向進行靜力平衡，求出理論夾緊力，再乘以安全系數(shù)即為實際夾緊力，圖中W為夾緊力，N1、N1`…為鏜孔各方向鏜削力，可按切削原理中求切削力。而N1切削力將使夾緊力變大，在列靜平衡方程式時，我們應按不利的加工條件下，即N1時求夾緊力。既 2）在分析受力時，往往可以列出不同的工件靜平衡方程式。這時應選產(chǎn)生夾緊力最大的一個方程，然后求出所需的夾緊力。如圖所示垂直方向平衡式為 W=1.5KN;水平方向可以列出：,f 為工件與定位件間的摩擦系數(shù)，一般0.15,即W=10KN；對o點取矩可得下式 比較上面三種情況，選最大值，既W=10KN。 3）上述僅是粗略計算的應用注意點，可作大致參考。由于實際加工中切削力是一個變值，受工件材料性質(zhì)的不均勻、加工余量的變動、刀具的鈍化等因素影響，計算切削力大小的公式也與實際不可能完全一致，故夾緊力不可能通過這種計算而得到結(jié)果。生產(chǎn)中也有根據(jù)一定生產(chǎn)實際經(jīng)驗而用類比法估算夾緊力的，如果是一些關(guān)鍵性的重要夾具，則往往還需要通過實驗的方法來確定所需夾緊力。 6.3.2 夾緊力計算 切削刀具：硬質(zhì)合金車刀，則 主切削力 式中： ＝2mm，＝55.6m/min，f＝0.5mm/r， 查表22-1 計算結(jié)果 = 1752.74N 徑向切削力 式中： ＝2mm，＝55.6m/min，f＝0.5mm/r， 查表22-1 計算結(jié)果 = 598.03N 走刀力 式中： ＝2mm，＝55.6m/min，f＝0.5mm/r， 查表22-1 計算結(jié)果 = 1073.55N 選用螺釘壓緊，實際加緊力N應為 式中，和是夾具定位面及加緊面上的摩擦系數(shù)，＝＝0.5。 用螺母擰緊，由《機床夾具設計手冊》表1-2-23得螺母擰緊力 此時已大于所需的夾緊力，故本夾具可安全工作。 6.4 定位誤差分析 當采用V形塊定位加工工件時，由于工件定位基面和定位元件的工作表面均有制造誤差使定位基準位置變化，即定位基準的最大變動量，故由此引起的誤差稱基準位置誤差， 圖7 用V型塊定位加工時的定位誤差 當定位基準與工序基準不重合時，就產(chǎn)生基準不重合誤差?；鶞什恢睾险`差即工序基準相對定位基準理想位置的最大變動量。 定位誤差主要由尺寸位置誤差和基準不重合誤差組成。 直接從概念出發(fā)，通常分析工序基準的兩個極端情況，然后根據(jù)相關(guān)公式和公差確定具體變動量。情況1，使工序基準盡可能地“高”得加工尺寸；情況2，使工序基準盡可能的“低”得加工尺寸。且該工序東位誤差 （3） 更為簡單的情況 兩個極端情況:情況1，使工序基準A獲得最高點；情況2，時A獲得最低點；兩者之差即為該工序的定位誤差： 6.5 夾具簡要操作說明 如前所述，在設計夾具時，應該注意提高勞動生產(chǎn)率避免干涉。應使夾具結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，降低成本。 由于本夾具沒有使用擴力機構(gòu)，螺釘夾緊時可再配有一活動長手柄，零件的裝夾要用手柄旋擰夾緊螺釘，因此，在加工零件時，要適當注意提高點壓力；另外，由于本夾具配合面，連接孔較多，因此，夾具的零件對精度比較高，操作時要注意夾具各螺紋是否擰緊；還有就是夾具操作時，要防止定位零件有過大的磨損，若有較大磨損，要注意及時更換，以保證零件加工精度。 圖8 鉆孔夾具 致謝 參考文獻 [1]艾興、肖詩綱.切削用量手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1985　　 [2]機械設計手冊編輯委員會.機械設計手冊（1-2）第三版[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004 [3]李益民.機械制造工藝設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994 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