機械制造技術課程設計-主動齒輪零件工藝及鏜40孔夾具設計.docx

主動齒輪零件工藝及夾具設計序 言全套圖紙加扣3012250582 機械制造工藝學畢業(yè)設計時培養(yǎng)本專業(yè)學生得重要實踐性教學環(huán)節(jié)。是學完機械制造工藝削、夾具設計、大部分專業(yè)課，并進行了生產實習得基礎上進行得一個教學環(huán)節(jié)，這是對我們在進行畢業(yè)設計之前對所學課程進行得一次重要的、全面的復習，也是一次理論與實際相結合的整體訓練，因此它在這幾年的學習中占有重要地位。根據(jù)本次設計要求，本次主要設計“主動齒輪”的加工工藝及設計加工鉆孔工序專用夾具。具體包括以下幾方面：1、根據(jù)本次設計要求，繪制零件圖；2、分析零件結構及作用，了解本次零件的技術要求及加工要求，明確加工部位及精度要求；3、根據(jù)零件材料特性及零件結構，明確零件的毛坯的制造方式，查閱相關資料確定零件的毛坯精度，確定零件毛坯尺寸，繪制零件毛坯圖；4、明確本次零件加工的加工基準，制定零件加工工藝路線；5、根據(jù)工藝路線確定零件加工過程中的設備及刀具使用；6、計算相關的切削參數(shù)；7、設計鉆孔工序加工專用夾具，分析零件夾具設計的定位及夾具結構，計算相關的定位誤差；明確夾具夾緊方式，計算夾緊力；繪制零件夾具裝配圖及相關零件圖；8、最終完成本次畢業(yè)設計說明書。關鍵詞：零件圖、毛坯圖、工藝分析、基準的選用、設備、刀具的選用、切削參數(shù)、鉆孔夾具、定位誤差、夾緊力、切削力、裝配圖及非標零件。目錄序 言1第一章 零件工藝結構分析31.1 零件的作用31.2零件尺寸精度分析4第二章 零件的工藝性分析52.1 零件毛坯的制造形式52.2 零件毛坯尺寸的確定62.3 零件毛坯圖紙的繪制62.4零件加工基準的確定72.5零件的工藝路線的確定7第三章 設備及刀具、尺寸余量的確定9第四章 零件切削參數(shù)的計算12第五章 零件專用夾具的設計185.1設計要求185.2 夾具設計定位基準185.3 夾具整體設計185.4夾具體的設計195.5 定位誤差分析205.6夾緊力切削力分析215.6.1鉆削力計算215.6.2夾緊力計算22總 結24致 謝25參 考 文 獻26第1章 零件工藝結構分析1.1 零件的作用根據(jù)本設計選擇常用臺階軸作為工藝分析及夾具設計的對象，該類軸主要用與傳遞力矩或起到支撐作用。1.2零件尺寸精度分析零件材料選擇45，該種材料在軸類零件種廣泛應用，通過零件圖紙的繪制，對零件的結構及尺寸精度有了更深的了解，如圖1.2 軸零件圖;圖1.2主動齒輪零件圖通過圖紙可知本次零件加工表面主要表現(xiàn)為外徑加工、端面加工、孔加工等組成，具體表現(xiàn)如下：1、 零件兩端面加工，尺寸要求為68mm，粗糙度為Ra=6.3；2、 零件右端外徑加工，要求直徑為72mm，要求長度為28mm，粗糙度為Ra=3.2，倒角1x45度；3、 零件左端外徑加工，尺寸直徑分別為100mm，長度分別為40mm，倒角1x45度；粗糙度均為Ra=3.2；4、 零件從左端面開始為臺階孔56mm和40，其中56深度保證26mm；5、 40孔有鍵槽，鍵槽寬度為120.031。6、 100為齒頂圓，要求齒輪齒數(shù)32，模數(shù)3，壓力角20度。第2章 零件的工藝性分析機械加工工藝在實際生產過程中起到至關重要的地位，是生產的指導方向，一份好的工藝在實際生產過程中不但使場頻質量有保證同時一份好的加工工藝同時也可提高生產效率、減低勞動強度；所以，機械加工工藝規(guī)程是指導如何將零件加工成成品，工藝路線及工藝參數(shù)規(guī)劃的合理性也是很關鍵的。機械加工工藝規(guī)程的作用：對現(xiàn)場生產指導；生產管理上起到組織和綱領性文件的作用。工藝設計原則：技術上的先進性；經濟上的合理性；2.1 零件毛坯的制造形式零件常用的毛坯主要有：（1）、軋制件 主要為鋼棒、板料等成型材料。（2）、鑄造件 鑄造件適用于形狀較復雜的毛坯。（3）、鍛造件 鍛造件適用于強度要求高、形狀較簡單的毛坯。（4）、焊接件 焊接件是將成型材料焊接在一起形成毛坯，這種毛坯制造簡單，而且制造時間短，唯有不足是這種毛坯由于焊接產生較大應力，需要時效處理去應力才能機械加工。（5）、其它毛坯 如沖壓成型件、工程塑料件、粉末冶金等。在毛坯選擇上需考慮的因素如下：（1）、需要根據(jù)零件材料的種類和材料的力學性能要求（2）、零件形狀和結構也是考慮因素之一，根據(jù)形狀選擇棒料還是板料。（3）、產量的大小，根據(jù)產量大小選擇毛坯有助于提高生產效率（4）、根據(jù)工廠車間現(xiàn)階段加工能力、設備等（5）、要考慮新工藝、新材料等本文選則軸的材料為45，為批量產品。根據(jù)材料特性該材料，查看零件圖分析，該零件尺寸不大、形狀比較簡單，為典型的軸類零件。本次零件毛坯采用標準45圓鋼為本次零件的毛坯制造形式。2.2 零件毛坯尺寸的確定根據(jù)原始資料所給數(shù)據(jù)，計算出生產方式為：大批量生產。因為是軸類零件，采用圓鋼為本次零件毛坯的原材料，根據(jù)零件圖紙已知本次零件的總長度為68mm，最大外徑為100mm，根據(jù)標準圓鋼本次采用外徑為105mm，長度為單面為2mm，即毛坯總長為72mm。2.3 零件毛坯圖紙的繪制綜上所述，具體零件毛坯圖紙如下：圖2.3 零件毛坯圖2.4零件加工基準的確定設計基準是指產品圖上所給出的尺寸所采用的基準。工藝基準是指零件在加工中用來定位限制自由度所采用的基準。所以基準的選用對于一個產品的加工起到至關的重要性?；鶞实倪x用必須滿足一下原則：1）、選主要非加工表面原則；2）、余量均勻分配原則；3）、不重復使用原則；4）、便于工件裝夾原則。根據(jù)零件結構采用裝夾零件外圓同時加工零件兩端面；后續(xù)工序利用中心孔進行外徑加工；這樣加工可保證零件兩端外徑的同軸度；2.5零件的工藝路線的確定若生產為批量生產，就應該考慮使用用夾具從而提高生產效率，除此之外還要考慮到加工的經濟性，按不同的尺寸精度安排不同加工能力的設備，從而降低成本。方案101備料按毛坯圖下料工序號工序名稱工序內容01備料按毛坯圖備料02車工車零件右端面至尺寸，保證零件總長為70m端面粗糙度6.303車工車零件左端面至尺寸，保證零件總長為69mm；端面粗糙度3.204車工車零件右端外圓至尺寸，保證尺寸為72mm，長度保證28mm；05車工車零件左端外圓至尺寸，保證尺寸為101.5mm，長度保證40mm；外圓粗糙度6.3。06車工1.車零件孔至尺寸，保證尺寸為54.5mm，長度保證25mm；2.車零件孔至尺寸，保證尺寸為38.5mm.07車工車零件外圓及孔至尺寸，保證尺寸56、 100h10， 56孔長度保證26mm及40mm；08鏜找正 56孔，粗鏜孔至尺寸38.5，并jin鏜孔至尺寸40H7，粗糙度1.6。09滾 齒以 40H7孔為基準，滾齒加工外齒。保證齒部粗糙度3.210鉗工去滾齒后翻邊毛刺11線切割以 40H7孔為基準，割鍵槽，保證120.031，對稱度0.02，粗糙度3.2。12終檢按零件圖檢所有尺寸方案2通過對比以上兩個工藝路線方案，由于方案2采用插齒加工，其效率較低，而方案1采用滾齒，效率較高。而且方案1的拉鍵槽效率比線切割塊。因此，最終優(yōu)選方案1.第三章 設備及刀具、尺寸余量的確定上一節(jié)已對零件的加工工藝做了詳細的敘述并最終確定了工藝方案?！肮び破涫拢叵壤淦鳌?，同樣設備及刀具的選取也是影響零件加工精度及效率的重要關鍵部分，現(xiàn)根據(jù)具上述工藝及零件要求選擇加工設備及刀具。1、 根據(jù)零件圖紙中技術要求及機械加工工藝要求，確定本次加工用設備采用數(shù)控設備，具體如下表3.1-1 加工設備表：表3.1-1 各工序加工用設備表工序號工序名稱設備備注02車CA614003車CA614004車CA614005車CA614006車CA614007車CA614008鏜T61609滾齒YB312011線切割DK77152、 俗話說“三分手藝、七分刀”可以看出刀具在機械加工過程中的重要意義。設備的使用結合良好的刀具，對零件的表面質量起到至關重要的作用。本次刀具使用見下表 表3.2-1各工序刀具表：表3.2-1 各工序刀具表工序號工序名稱加工方式刀具表備注30車車削端面車刀、中心鉆02車車削端面車刀、中心鉆03車車削外徑車刀04車車削外徑車刀05車車削外徑車刀06車車削外徑車刀07車車削外徑車刀08鏜鏜削鏜刀09滾齒通用滾刀11線切割電加工鉬絲3、根據(jù)零件毛坯、加工精度、表面粗糙度來確定機械加工的余量，具體如下：表3.3-1 外徑110mm加工余量表工藝路線工序余量/mm經濟精度工序尺寸及偏差/mm表面粗糙度毛坯2.50.51150.250半精車0.75IT81133.2精車0.25IT6110h101.6表3.3-2 外徑72mm加工余量表工藝路線工序余量/mm經濟精度工序尺寸及偏差/mm表面粗糙度毛坯19.50.5740.550半精車0.75IT873.53.2精車0.25IT6721.6表3.3-3 孔56mm加工余量表工藝路線工序余量/mm經濟精度工序尺寸及偏差/mm表面粗糙度粗車250.25012.5半精車0.75IT854.53.2精車0.25IT6561.6表3.3-4 孔40H7mm加工余量表工藝路線工序余量/mm經濟精度工序尺寸及偏差/mm表面粗糙度毛坯190.51100.550粗車10.2380.212.5半精車0.75IT839.53.2精車0.25IT6401.6第四章零件切削參數(shù)的計算工序20：車，粗車零件右端端面、加工中心孔：設備選用CA6140型臥式車床，根據(jù)本次切削方式及切削部位，采用刀具為端面車刀4mm中心鉆，刀具結構采用焊接式；根據(jù)零件材料刀片材料為YT15材質。具體切削參數(shù)如下分析計算：1、 端面切削：確定切削速度：切削速度為：；進給量為：；切削余量為選為2mm。計算主軸轉速：根據(jù)公式計算得：；根據(jù)零件精度及設備參數(shù)取轉速為：；實際切削速度：根據(jù)轉速計算得：；計算切削時間：根據(jù)本次切削方式及切削部位分析，本次為車削加工，切削部位長度為72/2=36mm，查表結合刀具得本次過切量及入切量為5mm，即本次總切削量為36+5=41mm；根據(jù)公式計算得：；2、 加工中心孔：根據(jù)本次零件要求需加工中心孔，這樣加工便于后續(xù)加工及保證零件精度；刀具采用4mm A型中心鉆。確定進給量及切削速度：切削速度為：；由于采用普通機床，切削余量為選擇4.25mm；計算主軸轉速：根據(jù)公式計算得：；根據(jù)零件精度及設備參數(shù)取轉速為：；實際切削速度：根據(jù)轉速計算得：；工序30：車，粗車零件左端端面、加工中心孔：設備選用CA6140型臥式車床，根據(jù)本次切削方式及切削部位，采用刀具為端面車刀4mm中心鉆，刀具結構采用焊接式；根據(jù)零件材料刀片材料為YT15材質。具體切削參數(shù)如下分析計算：1、端面切削：確定切削速度：切削速度為：；進給量為：；切削余量為2mm。計算主軸轉速：根據(jù)公式計算得：；根據(jù)零件精度及設備參數(shù)取轉速為：；實際切削速度：根據(jù)轉速計算得：；計算切削時間：根據(jù)本次切削方式及切削部位分析，本次為車削加工，切削部位長度為72/2=36mm，查表結合刀具得本次過切量及入切量為5mm，即本次總切削量為36+5=41mm；根據(jù)公式計算得：；2、加工中心孔：根據(jù)本次零件要求需加工中心孔，這樣加工便于后續(xù)加工及保證零件精度；刀具采用4mm A型中心鉆。確定切削速度及進給：切削速度為：；切削余量為4.25mm；計算主軸轉速：根據(jù)公式計算得：；根據(jù)零件精度及設備參數(shù)取轉速為：；實際切削速度：根據(jù)轉速計算得：；工序40：粗車零件右端面及外徑設備選用CA6140型臥式車床，根據(jù)本次切削方式及切削部位，采用刀具為外徑車刀，刀具結構采用焊接式；根據(jù)零件材料刀片材料為YT15材質。具體切削參數(shù)如下分析計算：確定切削速度：查切削用量簡明手冊得：切削速度為：；進給量為：；已知本次為粗加工，根據(jù)本次切削余量為213.5mm，本次為粗加工，余量為單面1mm，即本次切削余量為13.5-1=12.5，根據(jù)設備結構分三刀滿足零件要求。計算主軸轉速：根據(jù)公式計算得：；根據(jù)零件精度及設備參數(shù)取轉速為：；實際切削速度：根據(jù)轉速計算得：；計算切削時間：根據(jù)本次切削方式及切削部位分析，本次為車削加工，切削部位為兩處，直徑70mm處長度為25mm，因加工雨量不大采用一次加工；直徑為47mm處長度174mm，根據(jù)上述描述為三刀加工，查表結合刀具得本次過切量及入切量為10mm；根據(jù)公式計算得：；后工序5090均為車削加工，設備相同，計算參數(shù)基本一致，在此不做詳細計算，具體計算參考工序40。工序100：鏜孔至尺寸根據(jù)本次加工方式，采用設備為T616型臥式鏜床，根據(jù)本次加工孔徑刀具采用鏜刀4mm、8mm、9mm，具體切削參數(shù)如下：1、 粗鏜38mm（通）確定切削速度：查切削用量簡明手冊得：切削速度;進給速度為：；根據(jù)公式得:，根據(jù)機床參數(shù)選取主軸轉速為：；計算實際切削速度：；計算切削時間：已知零件加工深度為20.4mm，查切削用量簡明手冊得：過切量及如切量為：；即本次切削長度為：；數(shù)量為3；根據(jù)切削時間公式得：。2、 鏜孔40H7mm確定切削速度：查切削用量簡明手冊得：切削速度;進給速度為：；根據(jù)公式得:，根據(jù)機床參數(shù)選取主軸轉速為：；計算實際切削速度：；計算切削時間：已知零件加工深度為11.5mm，查切削用量簡明手冊得：過切量及如切量為：；即本次切削長度為：；數(shù)量為3；根據(jù)切削時間公式得：。第五章零件專用夾具的設計在批量生產過程中，為了提高生產效率，保證零件的加工質量，降低操作者的勞動強度，因此設計加工定位專用夾具。根據(jù)本次畢業(yè)設計要求，需設計加工零件鉆孔專用夾具，根據(jù)工藝規(guī)程得知本次加工工序為工序100，設備采用T616臥式鏜床。5.1設計保證要求5.2 夾具設計定位基準根據(jù)要求本次設計鉆孔專用夾具；根據(jù)工序安排，該工序為工序100，位于總加工的最后工序；根據(jù)本次零件結構及加工過程。根據(jù)零件孔要求數(shù)量為三處均勻分布于零件外徑68mm端面處，且與軸線呈12。本次夾具設計采用外徑定位確定零件的軸線，確定零件軸線；夾緊方式采用手動鎖緊。5.3 夾具整體設計為了提高勞動生產，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。下面即為鏜床夾具(鏜40H7內孔)的專用夾具，本夾具將用于T616臥式鏜床。本夾具無嚴格的技術要求，因此，應主要考慮如何提高勞動生產率，降低勞動強度，精度不是主要考慮的問題。其具體見下圖 圖5.3 夾具裝配圖：5.4夾具體的設計本夾具如圖所示，是工序一、六，即用T68臥式鏜床加工40內孔，采用專用夾具進行加工。該零件加工精度要求最高的是中間40 的內孔，且其余加工面都與該孔有關，因此在該孔時以56內孔為定位基準，保證同軸度。工序一，先對40內孔進行粗加工。到工序六時，零件的兩個端面已經粗加工過，選左側端面和56內孔為定位基準，定位中選用了一個A型可換定位銷和一支承板限制零件的自由度，可換定位銷直徑為26，為一個短銷，可以限制兩個自由度，夾具側板限制三個自由度。5.5 切削力及夾緊力的計算 刀具：硬質合金鏜刀YT5。 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.29查得：主切削力Fc=CFcapXFcfyFcVnFckFc徑向切削力Fp=CFpapXFpfyFpVnFpkFp軸向力Ff=CFfapXFffyFfVnFfkFf 其中CFc=2795,XFc =1.0, yFc=0.75, nFc=-0.15； CFp=1940， XFp=0.9, yFp=0.6, nFp=-0.3；CFf =2880， XFf=1.0, yFf=0.5, nFf=-0.4；ap=1.5mm，f=0.74mm/r,V=500r/min。 可得: Fc=27951.51.00.740.75500-0.5=1316.9N Fp =19401.50.90.740.75500-0.3500=361.5N Ff=22801.51.00.740.5500-0.4=244.9N 根據(jù)切削用量簡明手冊1.29-1、1.29-2查得修正系數(shù)k 得： Fc=1316.91.0220.94=1265N Fp=361.51.0420.77=290N Ff=244.91.031.11=280N根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值，即：Wk=WK 式中：Wk-實際所需夾緊力 K-安全系數(shù) K-在一定條件下，由靜力平衡計算出的理論夾緊力其中，K=K0K1K2K3K3K5K6 K0考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數(shù)K1加工性質K2刀具鈍化程度K3切削特點、K4夾緊力的穩(wěn)定性K5手動夾緊時的手柄位置K6僅有力矩時工件回轉時工件與支承面接觸的情況根據(jù)機床夾具設計手冊表1-2-1可得：主切削力FcFC安全系數(shù): K0=1.2，K1=1.2，K2=1.0, K3 =1.0，K4=1.3，K5=1.0，K6 =1.0 徑向切削力Fc安全系數(shù)：K0=1.2，K1=1.2，K2=1.0, K3 =1.0，K4=1.3，K5=1.0，K6 =1.0軸向力Ff安全系數(shù)： K0=1.2，K1=1.2，K2=1.0, K3 =1.0，K4=1.3， K5=1.0，K6 =1.0所以，可以計算出： Kc=1.21.21.01.01.31.01.0=1.872 Kp=1.21.21.41.01.31.01.0=2.62 Kf=1.21.21.61.01.31.01.0=2.99若安全系數(shù)K的計算結果小于2.5時，取K=2.5。 所以，WC =2.51265=3162.5N WP=2902.62=760N Wf=2802.99=837N鏜孔時的主切削力由定位面和夾緊力產生的摩擦力平衡，f1,f2 分別為夾具定位面及夾緊面上的摩擦系數(shù)，F(xiàn)=3162.5/0.5=6325N定位面和夾緊力產生的摩擦力遠大于鏜孔產生的徑向切削力，鏜床側板作為軸向力的支承。5.6 定位誤差的分析 為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差：e基+T 其中，e定= e不+e基鏜孔時，工序基準與定位基準重合，因此 e不=0定位銷與孔配合公差為H7/h6，定位銷水平放置時：e基=1/2（TD+Td+Cmin）=1/2Cmax=0.022 按加工經濟精度查表得=0.13 e定+=0.152FJ需。夾緊裝置其實就是將被加工件固定在某一定位元件上便于加工，一般的夾緊裝置分為手動鎖緊、液壓鎖進等幾種方式。夾緊裝置可以分為動力裝置、傳動過渡裝置和夾緊元件，在此套夾具中，傳動過渡裝置和夾緊元件合二為一。動力采用手動鎖緊，通過螺栓夾緊移動壓板。達到夾緊作用。查參考文獻51226可知螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算：螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算有：式中參數(shù)由參考文獻5可查得：螺旋夾緊力：該夾具采用夾緊機構， 由上述計算易得： 由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構?？偨Y通過本次設計，內心感受頗深，設計式對我夢對所學的一項檢驗及和考核，是一次實踐與理