蝸輪蝸桿(渦輪)減速器箱體類零件的加工工藝分析及其夾具設計【鏜φ70孔】【說明書+CAD】

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湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 前 言 機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經濟綜合實力和科學技術水平的重要指標。 蝸輪減速器箱體的加工工藝規(guī)程及其鏜孔的工裝夾具設計是在學完了機械制圖、機械制造技術基礎、機械設計、機械工程材料等進行課程設計之后的下一個教學環(huán)節(jié)。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設計出專用夾具，保證零件的加工質量。本次設計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產實踐的需要，只有將各種理論與生產實踐相結合，才能很好的完成本次設計。 (1)機械加工工藝規(guī)程 機械加工工藝規(guī)程是在具體的生產條件下，把較為合理的工藝過程和操作方法，按照規(guī)定的形式書寫成的工藝文件，經審批后用來指導生產。通過對托架進行分析，在給定的生產條件下，在總結實際生產經驗和科學分析的基礎上，從多個加工方案中優(yōu)選出最合理的方案。工藝規(guī)程是指導生產的重要技術文件，實際生產必須按照工藝規(guī)程規(guī)定的加工方法和加工順序進行。制定的工藝規(guī)程應能在一定的生產條件下，以最少的勞動量和最低的生產成本，在規(guī)定的時間內，可靠地加工出符合圖樣及技術要求的零件。 (2)機床夾具設計 零件在工藝規(guī)程制定之后，就要按工藝規(guī)程順序進行加工。加工中除了需要機床、刀具、量具之外，成批生產時還要用機床夾具。它們是機床和工件之間的連接裝置，使工件相對于機床或刀具獲得正確位置。機床夾具的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度，所以機床夾具是裝備設計中一項重要的工作，是加工過程中最活躍的因素之一。 1.機床夾具的功能 1）保證加工精度。工件通過機床夾具進行安裝，包含了兩層含義：一是工件通過夾具上的定位元件獲得正確的位置，稱為定位；二是通過夾緊機構使工件的既定位置在加工過程中保持不變，稱為夾緊。這樣，就可以保證工件加工表面的位置精度，且精度穩(wěn)定。 2）提高生產率。使用夾具來安裝工件，可以減少劃線、找正、對刀等輔助時間，采用多件、多工位夾具，以及氣動、液壓動力夾緊裝置，可以進一步減少輔助時間，提高生產率。 3）擴大機床的使用范圍。有些機床夾具實質上是對機床進行了部分改造，擴大了原機床的功能和使用范圍。如在車床床鞍上安放鏜模夾具，就可以進行箱體零件的孔系加工。 4）減輕工人的勞動強度，保證生產安全。 2.機床夾具的類型 目前中國常用夾具有通用夾具、專用夾具、可調夾具、組合夾具和自動線夾具等五大類。 1）通用夾具 通用夾具是指結構、尺寸已規(guī)格化，且具有一定通用性的夾具。其優(yōu)點是適應性強、不需要調整或稍加調整即可裝夾一定形狀和尺寸范圍內的各種工件。這類夾具已商品化。如三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、臺虎鉗、萬能分度頭、頂尖、中心架、電磁吸盤等。采用這類夾具可縮短生產準備周期，減少夾具品種，從而減低生產成本。其缺點是夾具的加工精度不高，生產力較低且較難裝夾形狀復雜的工件，故適用于單件小批量生產中。 2）專用夾具 專用夾具是針對某一工件的某一道工序的加工要求而專門設計和制造的夾具。特點是針對性強。適用與產品相對穩(wěn)定、批量較大的生產中，可獲得較高的生產率和加工精度。 3）可調夾具 夾具的某些元件可調整或可更換，已適應多中工件的夾具，稱為可調夾具。它還分通用可調夾具和成組夾具兩類。 4）組合夾具 組合夾具是由可循環(huán)使用的標準夾具零部件（或專用零部件）組裝成易于連接和拆卸的夾具。根據被加工零件的工藝要求可以很快地組裝成專用夾具，夾具使用完畢，可以方便地拆開。夾具主要應用在單件，中、小批多品種生產和數控加工中，是一種較經濟的夾具。 5）自動線夾具 自動線夾具一般分為兩種，一種為固定式夾具，它與專用夾具相似；另一種為隨行夾具，使用中夾具隨工件一起運動，并將工件沿著自動線從一個工位移至下一個工位進行加工。 3.夾具的組成 雖然夾具的種類繁多，但它們的工作原理基本上是相同的。將各類夾具中，作用相同的結構或元件加以概括，可得出夾具一般所共有的以下幾個組成部分，這些組成部分既相互獨立又相互聯(lián)系。 1）定位支承元件 定位支承元件的作用是確定工件在夾具中的正確位置并支承工件，是夾具的主要功能元件之一。定位支承元件的定位精度直接影響工件加工的精度。 2）夾緊裝置 夾緊元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過程中工件的正確位置不變。 3）連接定向元件 這種元件用于將夾具與機床連接并確定夾具對機床主軸、工作臺或導軌的相互位置。 4）對刀元件或導向元件 這些元件的作用是保證工件加工表面與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工正確位置的元件稱為對刀元件，用于確定刀具位置并引導刀具進行加工的元件稱為導向元件。 5）其它裝置或元件 根據加工需要，有些夾具上還設有分度裝置、靠模裝置、上下料裝置、工件頂出機構、電動扳手和平衡塊等，以及標準化了的其它聯(lián)接元件。 6）夾具體 夾具體是夾具的基體骨架，用來配置、安裝各夾具元件使之組成一整體。常用的夾具體為鑄件結構、鍛造結構、焊接結構和裝配結構，形狀有回轉體形和底座形等形狀。 上述各組成部分中，定位元件、夾緊裝置、夾具體是夾具的基本組成部分。 4.機床夾具的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 夾具最早出現(xiàn)在18世紀后期。隨著科學技術的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。 有關統(tǒng)計表明，目前的中、小批多品種生產的工件品種已占工件種類總數的85％左右?，F(xiàn)代生產要求企業(yè)所制造的產品品種經常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產能力的工廠里，約擁有數千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產的企業(yè)中，每隔3～4年就要更新50～80％左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10～20％左右。特別是近年來，數控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術的應用，對機床夾具提出了如下新的要求： ?能迅速而方便地裝備新產品的投產，以縮短生產準備周期，降低生產成本； ?能裝夾一組具有相似性特征的工件； ?能適用于精密加工的高精度機床夾具； ④能適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具； ⑤采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產率； ⑥提高機床夾具的標準化程度。 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標準化、精密化、高效化和柔性化等四個方面。 ①標準化 機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標準：GB/T2148～T2259－91以及各類通用夾具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產，有利于縮短生產準備周期，降低生產總成本。 ②精密化 隨著機械產品精度的日益提高，勢必相應提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結構類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達±0.1"；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5μm。 ③高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗轉速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產流水線、自動線配置相應的高效、自動化夾具外，在數控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數控機床的效率。 ④柔性化 機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調整、組合等方式以適應可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調夾具、成組夾具、模塊化夾具、數控夾具等。為適應現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產的需要，擴大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結構為可拆結構，發(fā)展可調夾具結構，將是當前夾具發(fā)展的主要方向。 第一章 零件的工藝分析 1.1 零件的作用 1） 渦輪減速器箱體主要用作減速器的箱體，用來支承蝸輪蝸桿，其加工質量的優(yōu)劣，將直接影響到蝸輪與蝸桿相互位置的準確性及機器總成的使用壽命和可靠性。本箱體為典型的蝸桿減速箱體下置箱體結構，蝸輪箱通過70mm和185mm與90mm的孔分別與蝸輪蝸桿軸配合，其結構形狀復雜，壁薄且厚度不均勻，外部為了增加其強度加有加強筋。 箱體類是機器或部件的基礎零件，它將機器或部件中的軸、套、齒輪等有關零件組裝成一個整體，使它們之間保持正確的相互位置，并按照一定的傳動關系協(xié)調地傳遞運動或動力。因此，箱體的加工質量將直接影響機器或部件的精度、性能和壽命。 常見的箱體類零件有：機床主軸箱、機床進給箱、變速箱體、減速箱體、發(fā)動機缸體和機座等。根據箱體零件的結構形式不同，可分為整體式箱體和分離式箱體兩大類。前者是整體鑄造、整體加工，加工較困難，但裝配精度高；后者可分別制造，便于加工和裝配，但增加了裝配工作量。 箱體的結構形式雖然多種多樣，但仍有共同的主要特點：形狀復雜、壁薄且不均勻，內部呈腔形，加工部位多，加工難度大，既有精度要求較高的孔系和平面，也有許多精度要求較低的緊固孔。因此，一般中型機床制造廠用于箱體類零件的機械加工勞動量約占整個產品加工量的15%～20%。 2）箱體類零件的主要技術要求、材料和毛坯 箱體零件的主要技術要求 箱體類零件中以機床主軸箱的精度要求最高。以某車床主軸箱為例，箱體零件的技術要求主要可歸納如下： 1.主要平面的形狀精度和表面粗糙度 箱體的主要平面是裝配基準，并且往往是加工時的定位基準，所以，應有較高的平面度和較小的表面粗糙度值，否則，直接影響箱體加工時的定位精度，影響箱體與機座總裝時的接觸剛度和相互位置精度。 一般箱體主要平面的平面度在0.1～0.03mm，表面粗糙度Ra2.5～0.63μm，各主要平面對裝配基準面垂直度為0.1/300。 2.孔的尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度 箱體上的軸承支承孔本身的尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度都要求較高，否則，將影響軸承與箱體孔的配合精度，使軸的回轉精度下降，也易使傳動件（如齒輪）產生振動和噪聲。一般機床主軸箱的主軸支承孔的尺寸精度為IT6，圓度、圓柱度公差不超過孔徑公差的一半，表面粗糙度值為Ra0.63～0.32μm。其余支承孔尺寸精度為IT7～IT6，表面粗糙度值為Ra2.5～0.63μm。 3.主要孔和平面相互位置精度 同一軸線的孔應有一定的同軸度要求，各支承孔之間也應有一定的孔距尺寸精度及平行度要求，否則，不僅裝配有困難，而且使軸的運轉情況惡化，溫度升高，軸承磨損加劇，齒輪嚙合精度下降，引起振動和噪聲，影響齒輪壽命。支承孔之間的孔距公差為0.12～0.05mm，平行度公差應小于孔距公差，一般在全長取0.1～0.04mm。同一軸線上孔的同軸度公差一般為0.04～0.01mm。支承孔與主要平面的平行度公差為0.1～0.05mm。主要平面間及主要平面對支承孔之間垂直度公差為0.1～0.04mm。 如下圖1.1、1.2所示。 圖1.1 渦輪減速器箱體零件圖 圖1.2 渦輪減速器箱體零件圖 1.2 零件的分析 蝸輪減速器箱體有2個加工面他們相互之間沒有任何位置度要求。 1.以下底面為基準的加工面，這組加工面主要是底面上的四個階梯孔。 2.以下端面和四個階梯孔為基準的加工面，這組加工面主要是各個孔端面及其螺紋孔。 加工工藝分析該零件有三組加工面,但是沒有位置要求,還有兩組孔,其中有兩組孔有位置和精度。 機械加工工藝分析如下： 1）零件的底面，它是毛坯鑄造出來之后等待加工的第一個面，這個面將作為粗基準，表面粗糙度。根據表面粗糙度要求我們采取粗銑的加工方式，節(jié)省時間的同時也能達到技術要求。 2）加工底面4個6.5孔，它是以底面為基準而加工的，它將作為精基準來完成以后孔的加工，為達到題目要求我采取鉆四個孔上面的4個6.5大孔工序過程。為以后的一面兩銷定位加工做好準備。 3）按照先面后孔的加工理論，以底面為基準面并采用兩個定位銷構成一面兩銷原理來粗銑和精銑工件的左側面和45的左右端面，即可達到技術要求。 4）然后再來加工一些次要的面，只要粗銑62的周邊端面。 5）加工好6.5孔后再來鏜6孔，滿足相應的有位置要求，所以放在后面來加工。 6）加工M6-7H螺紋孔，又因為本孔是螺紋孔，考慮到工藝要求采取鉆、攻絲二工步加工。 7）加工4×M6-7H螺紋孔，采用鉆、倒角、攻絲三工步加工。在加工的適當工藝過程中對產品進行質量檢查，以滿足工藝要求。 第二章 確定毛坯、繪制毛坯圖 2.1 選擇毛坯 由零件圖要求可知，零件的材料為HT150的灰口鑄鐵,該材料具有較高的強度,耐磨性,耐熱性及減振性,適應于承受較大應力,要求耐磨的零件。 此零件為鑄造件,生產要求是中批量生產,而且零件的輪廓尺寸不大,加工要求不是很高。 考慮到本零件在具體工作時的受力情況，選擇砂型鑄造，足以滿足要求，又因為零件是中批量生產，所以選擇砂型鑄造是提高效率節(jié)省成本的最佳方法。 2.2 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量 根據零件材料確定毛坯為灰鑄鐵，通過計算和查詢資料可知，生產類型為中批量生產，可采用一箱多件砂型鑄造毛坯。 由于mm和mm的孔需要鑄造出來，故還需要安放型心。此外，為消除殘余應力，鑄造后應安排人工時效進行處理。 由參考文獻[21]可知，查得該鑄件的尺寸公差等級CT為8～10級，加工余量等級MA為HG～級。 綜上所述，毛坯的主要加工表面的總余量及主要尺寸允許偏差如表2.1、表2.2所示。 表2.1 主要加工表面的總余量 主要加工表面 公稱尺寸（mm） 加工余量等級 加工余量數值（mm） 底面 74的孔 98的外圓端面 132的孔 65的凸臺端面 36凸臺 20 74 101 132 184 3 H H H H G H 3 4 4 5 3 3.5 表2.2 鑄件主要尺寸允許偏差 主要加工表面 毛坯尺寸（mm） 尺寸允許偏差（mm） 底面 74的孔 98的外圓端面 132的孔 65的凸臺端面 36凸臺 23 66 109 122 190 6.5 ±0.5 ±0.8 ±0.8 ±0.8 ±0.8 ±0.5 2.3 設計毛坯圖 本零件的材料為HT150的灰口鑄鐵,該材料具有較高的強度,耐磨性,耐熱性及減振性。考慮到本零件在具體工作時的受力情況，選擇砂型鑄造?？紤]到本零件生產類型為中批量生產，可采用一箱多件砂型鑄造毛坯。根據零件的相關尺寸及技術要求可畫出其毛坯圖。 2.3.1 確定圓角半徑 鑄件的內外圓角半徑由參考文獻[4]中的表2.2～2.3來確定。結果為： 外圓角半徑：r=3； 內圓角半徑：R=5。 以上所取的圓角半徑數值都能保證各表面的加工余量。 2.3.2 確定毛坯的熱處理方式 為了達到不同的目的，灰口鑄鐵在鑄造后可以進行不同的熱處理。箱體生產中對灰鑄鐵閥體等零件在鑄造后常選用的熱處理工藝有：消除鑄造應力的熱時效和消除自由滲碳體的高溫退火。熱時效是必須的一道工序。高溫退火只有在鑄造時由于化學成分和鑄造冷卻速度控制不當，造成鑄造后組織中存在初生滲碳體時才用它來代替熱時效。 毛坯應安排人工時效處理，以消除殘余的應力，從而可以改善加工性能。 本零件的毛坯圖如圖2.1、圖2.2所示。 圖2.1 渦輪減速器箱體毛坯簡圖 圖2.2 渦輪減速器箱體毛坯簡圖 第三章 擬定箱體加工工藝路線 3.1 定位基準的選擇 3.1.1 粗基準的選擇 粗基準的選擇應當滿足以下要求： 1）粗基準的選擇應以加工表面為粗基準。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關系精度。如果工件上表面上有好幾個不需加工的表面，則應選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準。以求壁厚均勻、外形對稱、少裝夾等。 2） 選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準。例如：機床床身導軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時選擇導軌面作為粗基準，加工床身的底面，再以底面作為精基準加工導軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細致的組織，以增加耐磨性。 3） 應選擇加工余量最小的表面作為粗基準。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。 4） 應盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準，以保證定位準確夾緊可靠。有澆口、冒口、飛邊、毛刺的表面不宜選作粗基準，必要時需經初加工。 5） 粗基準應避免重復使用，因為粗基準的表面大多數是粗糙不規(guī)則的。多次使用難以保證表面間的位置精度。 基準的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，它對零件的生產是非常重要的。對于一般的箱體類零件而言，一般情況下，多以一個下端面（在前道工序已加工好）為基準，先加工出端面上的孔，再以這個孔和其端面為基準，或者以孔和原來的基準平面為基準，加工其它交錯孔。所以我考慮先用底平面作為粗定位基準。 3.1.2 精基準的選擇 精基準的選擇應滿足以下原則： 1）“基準重合”原則 應盡量選擇加工表面的設計基準為定位基準，避免基準不重合引起的誤差。 2）“基準統(tǒng)一”原則 盡可能在多數工序中采用同一組精基準定位，以保證各表面的位置精度，避免因基準變換產生的誤差，簡化夾具設計與制造。 3）“自為基準”原則 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均勻，應選擇該加工表面本身為精基準，該表面與其他表面之間的位置精度由先行工序保證。 4）“互為基準”原則 當兩個表面相互位置精度及自身尺寸、形狀精度都要求較高時，可采用“互為基準”方法，反復加工。 5）所選的精基準 應能保證定位準確、夾緊可靠、夾具簡單、操作方便。 精基準的選擇主要應該考慮基準重合的問題。當設計基準不重合時，應該進行尺寸換算。本工藝現(xiàn)選取下底面和底面上的四個孔作為精基準，采用一面兩銷定位。 箱體孔與孔，孔與平面，平面與平面的位置。從孔與孔的位置，孔與平面，平面與平面的位置。精基準的選擇應能確保在整個過程的統(tǒng)一的管道基本上可以使用參考位置。從管底座零件圖的分析，支撐孔平行并覆蓋大面積的平面與主軸，適合用作精基準。但與平面定位只能三自由度的限制，如果使用一二孔定位方法對典型的全過程，基本能夠滿足定位要求的參考。最后，雖然它是裝配基準通油管底座地，但因它是對垂直主軸承孔的基礎。 3.2 箱體加工措施 根據以上的分析，上箱體加工屬于平面孔系。一般來說，平面加工要比保證孔精度比較容易一些。因此，在這個過程中確保和孔位置精度。由于是大批量生產。要考慮因素如何滿足提高加工過程中的效率問題。 3.2.1 孔和平面的加工順序 上箱體類零件的加工應遵循的原則一個基準，定位基準的表面處理。然后，整個系統(tǒng)的過程。應遵循這一原則。平面定位可保證定位牢固可靠，保證各個孔的加工粗糙度和精度。其次，首先加工面可以去除鑄件不均勻表面，進而為孔加工提供基礎，也有利于保護刀具。 3.2.2 孔系加工方案選擇 通過上箱體的加工方案，應選擇符合加工方法，加工精度和加工設備。主要考慮加工精度和效率，此外還有考慮經濟因素。滿足精度和生產率的要求。 1.鏜套加工 在大批量生產中，加工上箱體通孔通常是在組合鏜床的鏜模。加工孔鏜夾具在設計和制造要求。當鏜桿的鏜套引導鏜，鏜模的精度直接保證鑰匙孔的精度。 鏜模提高系統(tǒng)抗振動、剛度。同時加工幾個工件的過程。生產效率很高。結構復雜，成本高制造困難，鏜模制造和裝配在夾具誤差鏜桿鏜襯套磨損等原因。加工精度可通過鉆孔獲得也受到一定的限制。 2.用坐標鏜方法 在現(xiàn)代生產中，不僅要求產品的生產率高，而且可以實現(xiàn)大的品種和數量，和產品的升級換代，所需時間短。普通的鏜模加工，生產成本高，周期長，難滿足要求，和坐標鏜可以滿足這一要求。鏜加工模板還需要利用坐標鏜床。 隨著坐標鏜削的方法，需要上箱體孔的和在直角坐標轉換成的和公差的公差，然后用在笛卡爾坐標系統(tǒng)的運動精度鏜。 3.3 箱體加工主要工序安排 用于零件的批量生產，總是首先產生均勻的基準。基管的處理的第一步是處理一個統(tǒng)一的基礎。具體安排第一孔定位粗后，加工頂平面。第二步是定位兩個工藝孔。由于頂面處理后到管道基礎處理已經完成，除了個人的過程，作定位基準。因此，孔底面也應在兩個工藝孔加工工藝處理。 工序安排應該是盡可能地先加工表面然后再加工孔。首先粗加工面，然后粗加工孔。螺紋孔鉆床的鉆頭，切削力大，也應在粗加工階段完成。對于工件，需要精加工是支持前孔與平面結束后。根據以上原則應該先完成加工平面加工孔，但在本裝置實際生產不易保證孔和端面互相垂直的。因此，工藝方案實際上是用于精加工軸承孔，從而支持擴孔芯棒定位端處理，所以容易保證的端部的圖紙上的全跳動公差。螺紋孔攻絲時，切削力小，可以分散在后期階段。加工完成后，還要檢驗入庫等操作，衛(wèi)生打掃干凈。 3.4 制定工藝線路 制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產綱領確定為小批量生產的條件下，為了盡量讓工序集中來提高生產效率，除此以外，還應該考慮經濟效果，以降低生產成本。 擬定工藝路線的出發(fā)點是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證，在生產綱領已確定的情況下，可以考慮采用萬能性機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產率，除此外，還應考慮經濟效果，使加工成本盡量降低。 所以，我制定了以下兩個工藝方案。 工藝方案一： 1 鑄造 鑄造 2 時效處理 時效處理 3 銑 銑下端面 4 銑 銑頂端面 5 銑 銑高20mm臺階面 6 鉆 鉆4xФ18孔，锪4xФ30孔 7 銑 銑Ф70，Ф185孔的端面 8 銑 銑Φ90，Φ100孔的端面 9 鏜 鏜Ф70，Ф185的孔 10 鏜 鏜Φ90，Φ100孔 11 鉆 鉆M20-7H螺紋孔 12 鉆 鉆M14-7H螺紋孔 13 鉆 鉆Φ210圓周上的6-M10螺紋孔 14 鉆 鉆Φ110圓周左端面上的3-M10螺紋孔 15 鉆 鉆Φ110圓周右端面上的3-M10螺紋孔 16 檢 檢驗，入庫 工藝方案二： 1 鑄造 鑄造 2 時效處理 時效處理 3 銑 銑下端面 4 銑 銑頂端面 5 銑 銑Ф70，Ф185孔的端面 6 銑 銑Φ90，Φ100孔的端面 7 鏜 鏜Ф70，Ф185的孔 8 鏜 鏜Φ90，Φ100孔 9 銑 銑高20mm臺階面 10 鉆 鉆4xФ18孔，锪4xФ30孔 11 鉆 鉆M20-7H螺紋孔 12 鉆 鉆M14-7H螺紋孔 13 鉆 鉆Φ210圓周上的6-M10螺紋孔 14 鉆 鉆Φ110圓周左端面上的3-M10螺紋孔 15 鉆 鉆Φ110圓周右端面上的3-M10螺紋孔 16 檢 檢驗，入庫 工藝路線一和路線二的區(qū)別在于：方案一在加工時先加工端面和端面上的3個孔，然后用已加工好的面和孔作為定位基準加工其他的孔和端面，這樣可以更好地選擇定位基準，提高加工效率，因此，綜合考慮我們選擇方案一。 具體的加工路線如下： 1 鑄造 鑄造 2 時效處理 時效處理 3 銑 銑下端面 4 銑 銑頂端面 5 銑 銑高20mm臺階面 6 鉆 鉆4xФ18孔，锪4xФ30孔 7 銑 銑Ф70，Ф185孔的端面 8 銑 銑Φ90，Φ100孔的端面 9 鏜 鏜Ф70，Ф185的孔 10 鏜 鏜Φ90，Φ100孔 11 鉆 鉆M20-7H螺紋孔 12 鉆 鉆M14-7H螺紋孔 13 鉆 鉆Φ210圓周上的6-M10螺紋孔 14 鉆 鉆Φ110圓周左端面上的3-M10螺紋孔 15 鉆 鉆Φ110圓周右端面上的3-M10螺紋孔 16 檢 檢驗，入庫 第4章 確定切削用量及時間定額 4.1 確定切削用量 （1）工序1：鑄造 （2）工序2：時效處理 （3）工序3：銑下端面 1） 選擇刀具 刀具選取不重磨損硬質合金套式端銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2）決定銑削用量 決定銑削深度，因為加工余量不大，故可在一次走刀內銑完，則 3）決定每次進給量及切削速度 根據X51型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據表查出 ，則 按機床標準選?。?75 當＝375r/min時 按機床標準選取 4）計算工時 切削工時：，，，則機動工時為 （4）工序4：銑頂端面 1）選擇刀具刀具選取不重磨損硬質合金套式端銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2）決定銑削用量 決定銑削深度，因為加工余量不大，故可在一次走刀內銑完，則 3）決定每次進給量及切削速度 根據X51型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據表查出 ，則 按機床標準選?。?000 當＝1000r/min時 按機床標準選取 4）計算工時 切削工時：，，，則機動工時為 （5）工序5：銑高20mm臺階面 1）選擇刀具 刀具選取不重磨損硬質合金套式端銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2）決定銑削用量 決定銑削深度，因為加工余量不大，故可在一次走刀內銑完，則 3）決定每次進給量及切削速度 根據X51型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據表查出 ，則 按機床標準選?。?200 當＝1200r/min時 按機床標準選取 4）計算工時 切削工時：，，，則機動工時為 （6）工序6：鉆4xФ18孔，锪4xФ30孔 工步一：鉆4xФ18孔 機床：Z525立式鉆床 刀具：根據《機械加工工藝手冊》表10-61選取高速鋼麻花鉆Φ18. 1)進給量 取f=0.13mm/r 2)切削速度　　V=24~34m/min。取V=30m/min 3)確定機床主軸轉速　　 ns== 530r/min 與530r/min相近的機床轉速為550r/min。現(xiàn)選取=550r/min。 所以實際切削速度== 4) 切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1。 　 t=i ;其中l(wèi)=20mm; =4mm; =3mm; t= ==0.378（min) 工步二：锪4xФ30孔 根據有關資料介紹，利用鉆頭進行锪鉆時，其進給量與切削速度與鉆同樣尺寸的實心孔時的進給量與切削速度之關系為 　　　 式中的、——加工實心孔進的切削用量. 現(xiàn)已知 =0.36mm/r (《切削手冊》)表2.7 =42.25m/min (《切削手冊》)表2.13 　　　　　　　　 1) 進給量 取f=1.5×0.36=0.51mm/r 按機床選取0.5mm/r 2) 切削速度　　v=0.4×42.25=16.9m/min. 3) 確定機床主軸轉速　　 ns== 179r/min 與179r/min相近的機床轉速為200r/min?，F(xiàn)選取=200r/min。 所以實際切削速度 == 4) 切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1。 t=i ;其中l(wèi)=5mm; =6mm; =0mm; t= ==0.1(min) （7）工序7：銑Ф70，Ф185孔的端面 1）選擇刀具 刀具選取不重磨損硬質合金套式端銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2）決定銑削用量 決定銑削深度，因為加工余量不大，故可在一次走刀內銑完，則 3）決定每次進給量及切削速度 根據X51型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據表查出 ，則 按機床標準選取＝600 當＝600r/min時 按機床標準選取 4）計算工時 切削工時：，，，則機動工時為 （8）工序8：銑Φ90，Φ100孔的端面 銑Φ90，Φ100孔的端面的切削用量的計算同上， 具體的工時計算如下： 切削工時：，，，則機動工時為 （9）工序9：鏜Ф70，Ф185的孔 工步一 鏜Φ70mm的孔 1）加工條件 工件材料：HT150，時效處理，砂型鑄造 加工要求：鏜孔Φ70mm 機 床：臥式銑鏜床T716 刀 具：彎頭鏜刀 2）計算切削用量 查《簡明手冊》表4.2-19和4.2-20,4.2-21得 =25mm/min =0.7mm/z =9.6mm 根據T716鏜床說明書，取=125 r/min 3）切削工時：L=70mm 工步二：鏜Φ185孔的工時計算如下 切削工時：L=25mm =587.5N 在計算切削力時,必須把安全系數也考慮在內。 （10）工序10：鏜Ф90，Ф100的孔 工步一 鏜Φ90mm的孔 1）加工條件 工件材料：HT150，時效處理，砂型鑄造 加工要求：鏜孔Φ90mm 機 床：臥式銑鏜床T716 刀 具：彎頭鏜刀 2）計算切削用量 查《簡明手冊》表4.2-19和4.2-20,4.2-21得 =25mm/min =0.7mm/z =9.6mm 根據T716鏜床說明書，取=125 r/min 3）切削工時：L=70mm 工步二：鏜Φ100孔的工時計算如下 切削工時：L=25mm =587.5N 在計算切削力時,必須把安全系數也考慮在內。 （11）工序11：鉆M20-7H螺紋孔 機床：Z525立式鉆床 刀具：根據《機械加工工藝手冊》表10-61選取高速鋼麻花鉆Φ20. 1)進給量 取f=0.13mm/r 2)切削速度　　V=24~34m/min。取V=30m/min 3)確定機床主軸轉速　　 ns== 530r/min 與530r/min相近的機床轉速為550r/min?，F(xiàn)選取=550r/min。 所以實際切削速度== 4) 切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1。 　 t=i ;其中l(wèi)=20mm; =4mm; =3mm; t= ==0.378（min) （12）工序12：鉆M14-7H螺紋孔 機床：Z525立式鉆床 刀具：根據《機械加工工藝手冊》表10-61選取高速鋼麻花鉆Φ14. 1)進給量 取f=0.13mm/r 2)切削速度　　V=24~34m/min。取V=30m/min 3)確定機床主軸轉速　　 ns== 530r/min 與530r/min相近的機床轉速為550r/min?，F(xiàn)選取=550r/min。 所以實際切削速度== 4) 切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1。 　 t=i ;其中l(wèi)=20mm; =4mm; =3mm; t= ==0.378（min) （13）工序13：鉆Ф210圓周上的6-M10螺紋孔 機床：Z525立式鉆床 刀具：根據《機械加工工藝手冊》表10-61選取高速鋼麻花鉆Φ10. 1)進給量 取f=0.13mm/r 2)切削速度　　V=24~34m/min。取V=30m/min 3)確定機床主軸轉速　　 ns== 530r/min 與530r/min相近的機床轉速為550r/min?，F(xiàn)選取=550r/min。 所以實際切削速度== 4) 切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1。 　 t=i ;其中l(wèi)=20mm; =4mm; =3mm; t= ==0.378（min) （14）工序14：鉆Ф110圓周左端面上的3-M10螺紋孔 機床：Z525立式鉆床 刀具：根據《機械加工工藝手冊》表10-61選取高速鋼麻花鉆Φ10. 1)進給量 取f=0.13mm/r 2)切削速度　　V=24~34m/min。取V=30m/min 3)確定機床主軸轉速　　 ns== 530r/min 與530r/min相近的機床轉速為550r/min。現(xiàn)選取=550r/min。 所以實際切削速度== 4) 切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1。 　 t=i ;其中l(wèi)=20mm; =4mm; =3mm; t= ==0.378（min) （15）工序15：鉆Ф110圓周右端面上的3-M10螺紋孔 機床：Z525立式鉆床 刀具：根據《機械加工工藝手冊》表10-61選取高速鋼麻花鉆Φ10. 1)進給量 取f=0.13mm/r 2)切削速度　　V=24~34m/min。取V=30m/min 3)確定機床主軸轉速　　 與955r/min相近的機床轉速為950r/min?，F(xiàn)選取=950r/min。 所以實際切削速度 4) 切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1。 　 t=i ;其中l(wèi)=20mm; =4mm; =3mm; （16）工序16：檢驗、入庫 4.2 時間定額的計算 4.2.1 基本時間tj的計算 工序3的基本時間：tj=2.25min； 工序4的基本時間：tj=0.024min； 工序5的基本時間：tj=0.012min； 工序6的基本時間：tj=tj1+tj2=0.378+0.1=0.478min； 工序7的基本時間：tj=0.26min； 工序8的基本時間：tj=0.326min； 工序9的基本時間：tj=tj1+tj2=0.8+0.28=1.08min; …… 工序15的基本時間：tj=0.219min。 4.2.2 輔助時間tf的計算 根據《機械制造技術基礎課程設計指導教程》第五章第二節(jié)所述，輔助時間tf與基本時間tj之間的關系為tf=(0.15~0.2)tj，本設計取tf=0.15tj，則各工序的輔助時間分別為： 工序3的輔助時間：tf=0.15×2.25min=0.338min; 工序4的輔助時間：tf=0.15×0.024min=0.004min; 工序5的輔助時間：tf=0.15×0.012min=0.002min; 工序6的輔助時間：tf=0.15×0.478min=0.072min; 工序7的輔助時間：tf=0.15×0.26min=0.039min; 工序8的輔助時間：tf=0.15×0.326min=0.049min； 工序9的輔助時間：tf=0.15×1.08min=0.162min； …… 工序15的輔助時間：tf=0.15×0.219min=0.033min。 4.2.3 其他時間的計算 除了作業(yè)時間（基本時間與輔助時間之和）以外，每道工序的單件時間還包括布置工作地時間、休息與生理需要時間和準備與終結時間。由于本設計中脫架的生產類型為成批生產，需要考慮各工序的準備與終結時間，tz/m為作業(yè)時間的3%~5%；而布置工作地時間tb是作業(yè)時間的2%~7%，休息與生理需要時間tx是作業(yè)時間的2%~4%,本設計均取為3%，則各工序的其他時間tb+tx+(tz/m)應按關系式（3%+3%+3%）×（tj+tf）計算，它們分別為： 工序3的其他時間：tb+tx+(tz/m=9%×（2.25+0.338）min=0.233min； 工序4的其他時間：tb+tx+(tz/m=9%×（0.024+0.004）min=0.003min； 工序5的其他時間：tb+tx+(tz/m=9%×（0.012+0.002）min=0.001min； 工序6的其他時間：tb+tx+(tz/m=9%×（0.478+0.072）min=0.05min； 工序7的其他時間：tb+tx+(tz/m=9%×（0.26+0.039）min=0.027min； 工序8的其他時間：tb+tx+(tz/m=9%×（0.326+0.049）min=0.034min； 工序9的其他時間：tb+tx+(tz/m=9%×（1.08+0.162）min=0.112min; …… 工序15的其他時間：tb+tx+(tz/m=9%×（0.219+0.033）min=0.023min。 4.2.4 單件時間定額tdj的計算 根據公式，本設計中單件時間tdj=tj+tf+tb+tx+(tz/m)，則各工序的單件時間分別為： 工序3的單件時間定額:tdj=2.821min； 工序4的單件時間定額:tdj=91.8min3； 工序5的單件時間定額:tdj=0.031min； 工序6的單件時間定額:tdj=0.6min； 工序7的單件時間定額:tdj0.326min； 工序8的單件時間定額:tdj=0.409min； 工序9的單件時間定額:tdj=1.354min; …… 工序15的單件時間定額:tdj=0.275min。 第五章 鏜床夾具設計 為了提高勞動生產率,保證加工質量,降低勞動強度,通常需要用專用夾具來輔助加工。經過老師的考慮,決定設計第9道工序中鏜Ф70孔時所用的夾具。 5.1 設計要求 本夾具主要用來鏜Ф70孔, 因為此孔有公差要求和粗糙度要求，所以在加工的時候我們要保證這些加工精度。為了提高勞動生產率和降低生產成本，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。對于鏜?70孔的夾具設計，由于對加工精度要求不是很高，所以在本道工序加工時，主要考慮如何降低降低生產成本和降低勞動強度。 因為工件不能和夾具體直接接觸，所以我們采用了2個支撐板定位底面，然后我們以已經加工好的2個Φ18定位，一個采用圓柱銷定位，一個采用削邊銷定位，這樣我們的底面限制工件的3個自由度，圓柱銷限制工件的2個自由度，削邊銷限制工件的1個自由度，這樣空間的6個自由度都已經限制完了，我們就可以開始加工工件。 工藝方案如下圖5.1所示。 圖5.1 工藝方案 5.2 夾具設計 5.2.1 夾具體設計 設計夾具，首先要仔細分析加工零件的技術要求，運用夾具設計的基本原理和方法，擬定夾具設計方案；在滿足加工精度的條件下，合理的進行安裝、定位、夾緊；在完成夾具草圖后，進一步考慮零件間的連接關系和螺釘、螺母、定位銷等的固定方式，設計合理的結構實現(xiàn)個零部件間的相對運動；根據零件的使用要求，選擇相應的材料。 完成鉆床夾具的所有設計后，用CAD進行二位圖形的繪制，首先畫裝配圖，然后從裝配圖上拆畫零件圖，標注相關尺寸及技術要求，最后進行論文撰寫、整理、修改完成該畢業(yè)設計。 5.2.2 定位基準的選擇 在加工中用作確定工件在夾具中占有正確位置的基準，稱為定位基準。據《夾具手冊》知定位基準應盡可能與工序基準重合，在同一工件的各道工序中，應盡量采用同一定位基準進行加工。該零件以三面定位，滑鞍上的裝配基準為平面，而它們又是滑鞍上其他要素的設計基準，因此以這些裝配基準平面作為定位基準，避免了基準不重合誤差，有利于提高滑鞍各主要表面的相互位置精度。有零件圖可知,根據本道工序，選底面和側面為定位基準。 5.2.3 定位方案及元件設計 根據以上零件的結構分析以及定位基準的選擇，可得定位基準為平面，因此可選擇定位元件為支承板 根據工序圖及對零件的結構的分析，本道工序需限制4個自由度，為了增加定位的可靠行，實際限制了其6個自由度。本夾具采用6點定位原則，用兩個固定的支撐板作為一大平面即D面，限制了工件的兩個旋轉自由度和一個移動自由度；用W面作為一小平面，限制了工件的一個旋轉自由度和一個移動自由度；用一個底面C來限制了工件上下移動自由度。 5.2.4 定位誤差的計算 1)定位誤差 ： 其中： ， ， ， 2)夾緊誤差 ： 其中接觸變形位移值： 查[5]表1～2～15有。 3)磨損造成的加工誤差：通常不超過 夾具相對刀具位置誤差：取 4)誤差總和： 從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。 5.2.5 夾緊力計算 由夾具裝配圖可以看出,由于水平方向上有兩個定位銷,所以水平方向上不需要考慮夾緊力是否合適,只用考慮Z軸上的夾緊力就可以了. 根據工件受力切削力、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，再乘以安全系數作為實際所需夾緊力的數值。即： 安全系數K可按下式計算有：： 式中：為各種因素的安全系數，查參考文獻[5]表可得： 所以有： 螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算有： 式中參數由參考文獻[5]可查得： 螺旋夾緊力： 該夾具采用螺旋夾緊機構，用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件，受力簡圖如下圖5.1所示。 由表得：原動力計算公式 即： 由上述計算易得： 查《機床夾具設計手冊》表1-2-3得: 式中: =×1.0×1.0×1.0×1.0=1.10 所以, 查《機床夾具設計手冊》,表1-2-1可知: 所以，切削力=1.5×1.2×1.0×1.0×1.3×1.0×1.5×587.5=2062.13N 因本夾具主要夾緊力是螺母夾緊, 查《機械加工工藝師手冊》表17-30得: 夾緊力N=7950N 此時,實際夾緊力已大于所需2062.13N的加緊力了,所以本夾具可安全工作. 5.2.6 夾緊機構的設計 采用螺旋直接夾緊或與其他元件組合實現(xiàn)夾緊工件的機構，統(tǒng)稱螺旋夾緊機構。由于這類夾緊機構簡單，夾緊可靠，通用性大，故在機床夾具中得到廣泛運用。它的主要缺點是夾緊和松開工件時比較費力。 本夾具采用移動壓板進行夾緊，同時保證了夾緊可靠和動作迅速的要求。同時，由于移動壓板標準件，可直接購買，降低了夾具的制造成本。 夾緊力的計算 單個螺旋夾緊時產生的夾緊力按下列計算： 式中： W0——單個螺旋夾緊產生的夾緊力（N）； Q ——原始作用力（N）； L——作用力臂（mm）； ——螺桿端部與工件間的當量摩擦半徑（mm），其值視螺桿端部的結 構形式而定，參見《機床夾具設計手冊》第三版表1-2-20； ——螺桿端部與工件間的摩擦角（°）； ——螺紋中徑之半（mm）； ——螺旋升角（°），參見《機床夾具設計手冊》第三版表1-2-21； ——螺旋副的當量摩擦角（°）， 式中為螺旋副的摩擦角（°），β為螺紋牙型半角（°），參見《機床夾具設計手冊》第三版表1-2-22。 5.2.7 定向鍵與對刀裝置設計 定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產生的扭轉力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負荷，加強夾具在加工中的穩(wěn)固性。 根據GB2207—80定向鍵結構如圖5.2所示： 5.2.8 確定夾具體結構尺寸和總體結構 夾具體：夾具的定位、引導、夾緊裝置裝在夾具體上，使其成為一體，并能正確的安裝在機床上。夾具體是將夾具上的各種裝置和元件連接成一個整體的最大最復雜的基礎件。夾具體的形狀和尺寸取決于夾具上各種裝置的布置以及夾具與機床的連接，而且在零件的加工過程中，夾具還要承受夾緊力、切削力以及由此產生的沖擊和振動，因此夾具體必須具有必要的強度和剛度。切削加工過程中產生的切屑有一部分還會落在夾具體上，切屑積聚過多將影響工件的可靠的定位和夾緊，因此設計夾具體時，必須考慮結構應便于排