清华大学--机械系统课程设计-答辩.doc

机械系统课程设计

设计报告说明书

班级：精仪系机械16班
姓名： 于春光 史辉
学号：2001010761 2001010754
指导老师：赵彤
时间：2004-10-21

1. 概述
1.1 设计内容
成批生产的锥齿轮一级减速箱体的箱座加工工艺及其夹具设计。本锥齿轮减速箱应用于手扶自行式割草机的减速机构中。
1.2 任务分工
工序步骤：
零件设计
前期工作图由组员共同完成，零件图由于春光绘制，标注和公差配合设定由史辉完成。
毛坯设计
毛坯图由于春光完成
工艺设计
工艺卡片由史辉填写
夹具设计
本小组在工序中选做四个：
其中：粗铣对合面
镗竖直方向孔 由于春光完成，并完成粗铣对合面的工序夹具设计。
钻水平方向螺纹孔并攻丝
镗水平方向孔 由史辉完成，并完成钻水平方向螺纹孔并攻丝的夹具设计。
1.3 零件功能及性能分析
箱体是机器和部件的基础零件，它将机器和部件中的所有零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，完成必需的运动。因此，箱体的加工质量，直接影响着机器的性能、精度和寿命。
1.4 零件设计
1.4.1 零件材料的选择
我们的箱体由铸造而成，采用铸铁材料。铸铁容易成形，价格低廉，而且具有良好的吸振性、切削性、耐磨性。根据我们割草机的要求，我们选用牌号为HT15的灰铸铁，硬度HB143~229。
1.4.2 零件基本形状、结构及尺寸设计
下面是我们的零件图中的两个视图（基本尺寸和结构可详见零件图：）

1.4.3 零件精度及表面粗糙度设计
1） 水平孔的尺寸精度为IT6，不圆度允差为0.006—0.008mm，表面粗糙度为Ra＝1.6~2.5μm；竖直孔的尺寸精度与水平孔相同。
2） 主要平面的不平度允差为0.02mm，表面粗糙度为Ra为1.6μm；主要平面间的不垂直度允差为0.1mm/300mm。
3） 螺纹孔的轴心线不平行允差为0.04~0.05/400mm。轴心线与结合面的不垂直度允差为0.015~0.2/300m。
2 零件工艺规程设计
2.1 毛坯确定
2.1.1 毛坯制造形式确定
毛坯的制造形式选用铸造。这样符合大批量生产的要求。
2.1.2 毛坯尺寸及余量确定
铸造毛坯余量一般视铸件精度和生产批量而定。在大批量生产时，通常采用金属模机器造型，毛坯的精度较高、加工余量可适当减小，铸铁毛坯平面余量为5～10mm，孔的余量为7～12mm。螺纹孔不在成批生产时铸造铸出，而垂直孔和水平孔则留有余量后铸出。
2.2 基准的选择
2.2.1 精基准的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者会使零件大批报废，使生产无法正常进行。对于精基准而言，主要应该考虑“基准统一”问题，使具有相互位置精度要求的加工表面的大部分工序，尽可能用同一组基准定位，以避免因基准转换带来基准不重合误差，有利于保证箱体类零件各主要表面的相互位置精度。所以我们在设计大批量生产的箱座加工精基准时，以结合面为基准，并加工出两个定位销，采用一面两销的定位形式。因其他面接合面时主轴孔的设计基准，并与箱体的垂直孔和螺纹孔都有较直接的联系，所以这样选择可以消除水平孔加工时的基准不重合误差，且接合面的面积大，定位稳定可靠，安装误差较小。

2.2.2 粗基准的选择
粗基准的作用主要是解决不加工面与加工面的位置关系以及加工面的余量均匀等。粗铣精基准接合面时的粗基准，我们设定为垂直孔，这样还可以满足互为基准原则。这样加工余量较小。
2.3 工艺路线制订
2.2.3 工艺路线拟定
制定工艺路线的出发点应该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。尽量使工序集中起来提高生产率。该主轴箱箱体的技术要求较高，故工艺方案应分为粗加工、半精加工、精加工三个阶段，又因为该零件的刚度较好，不易变形，所以加工阶段的划分不应过细，造成不必要的劳动。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。根据先基准后一般、先平面后孔、先主要平面后次要表面等加工原则，可将工艺顺序安排如下：
1、 铸造、清砂、人工失效及漆防锈底漆
2、 粗铣对合面，加工两销孔（用粗基准加工精基准）
3、 用精基准粗铣凸台下边缘面，底面
4、 精磨对合面
5、 镗－磨垂直方向孔
6、 镗－磨水平方向孔
7、 钻水平方向螺纹孔并攻丝
8、 钻垂直方向螺纹孔并攻丝
9、 精加工凸台下边缘面与底面
10、 清洗并去毛倒角，检验
2.2.4 多方案分析与比较
在加工工艺的设定上可以有多种方案。下面列举出一种我们组曾经的方案：
1、 铸造、清砂、人工失效及漆防锈底漆
2、 粗铣对合面，加工两销孔（用粗基准加工精基准），精磨对合面
3、 镗－磨水平方向孔
4、 钻水平方向螺纹孔并攻丝
5、 用精基准粗铣凸台下边缘面，底面，精加工下边缘面与底面
6、 镗－磨垂直方向孔
7、 钻垂直方向螺纹孔并攻丝
8、 清洗并去毛倒角，检验
这样做，考虑到定位基准的一致性，但是由于铣，镗磨等工序都必须在不同的机床上完成，所以使工件的装夹，拆卸时间增加，不利于工件加工的经济性考虑。另外，一次性的完成平面的粗－半精－精加工，会给后续加工带来不便，严重时可能还需要返工。
2.3 工序设计
3.4.1 工序一：钻水平方向螺纹孔并攻丝
3.4.1.1 工步安排
1、在钻床上钻孔φ5（用麻花钻）
2、攻丝M6 （用φ6丝锥）
3、检验工件材料：HT150铸铁，硬度HB143~229，铸件
加工条件：
机床：摇臂钻床Z3025B
钻床技术数据为：
刀具及设备：F51－142攻螺纹夹头、φ5麻花钻头、M6丝锥、M6螺纹塞规
3.4.1.2 工序尺寸及公差的确定
用M5的麻花钻钻孔后，孔径为5mm，工差等级为IT11，工差为80μm。
3.4.1.3 定位夹紧方案的设计与分析
1.确定定位夹紧方案：
如图所示，待加工孔为6个直径为6mm的螺纹孔，在箱座的上下面各有一组（每组3个）。定基准为轴中心孔，空腔一表面和底面，采用心轴和支承钉结合定位，定位精度比较高，工件装卸和排屑比较方便。
下面是定位方案图：

2.钻模类型的选择（夹具体设计）：
根据待加工面的位置情况，在凸台上钻两组孔，分布在上下两表面，所以设计成对称分布的夹具体形式。钻套直接固定在夹具体上。钻套采用快换钻套，更换钻套时，将钻套缺口转至螺钉处，即可取出钻套。适用于同一个孔需经钻、扩、铰等多种工步加工的工序中。因为本工序是需要钻孔后进行机动攻丝，所以可以采用这种钻套。如图：

3.钻模板与钻套的选择：
由于采用半箱形卡具体，钻套可直接装在卡具体上。钻模壁厚取，安置钻套处加凸台厚。由于是大批量生产，所以采用快换钻套（），当钻套磨损后，可以卸下螺钉，更换新的钻套。钻套装在衬套中，称套与钻模板3之间采用配合，钻套与衬套之间采用配合，钻套由螺钉固定，按照标准钻套规格，选取可换钻套尺寸：
，，。
取钻套用衬套尺寸：
，
配用螺钉。
的钻套用螺钉：螺钉

4.确定夹紧方案以及夹紧力的计算：
根据夹紧装置设计的基本要求，夹紧力的方向应垂直于主要定位平面。该零件卡具体为半箱形结构，利用夹具体的心轴进行定位，由压紧螺钉和在心轴中的螺纹孔进行夹紧，这是一个螺旋夹紧机构，下面分析其夹紧力：

1. 夹紧力的计算。
1）钻削力计算：
F=
2）夹紧力估算：
工件质量2.5KG，重力为25牛。其对夹紧力的影响较小。所以不考虑重力引致摩擦力带来的影响。
查表可以看出直径为20毫米的螺旋，螺距为1mm时，只需旋转一周就能远超过所需的夹紧力。

5.绘制夹具结构草图，进行夹具精度分析：
在完成以上各部分设计的基础上，即可绘制夹具结构草图。定位误差分为基准不重合误差和基准位移误差。
其中基准不重合误差是由于设计基准和定位基准不重合形成的。
基准位移误差是由工件定位表面不准确和由夹具定位元件不准确引起的两部分组成的。
螺纹孔的设计基准是水平孔的轴线，而定位基准是垂直孔的轴线。
3.4.1.4 切削用量的确定
工件材料：HT10灰铸铁，硬度HB143~229，铸件
机床：台式钻床Z3025B（上海机床五厂）
最大钻孔直径：6mm，主轴转速范围32－2500（r/min），电动机功率：1.5KW
电动机转速1290（r/min）
刀具：高速钢钻头 刀具材料：W18Cr4V
主轴转数：，扭矩：。
V——圆周速度m/min，s——进给量0.20mm/r，T——刀具耐磨时间min，t——切削深度mm，D——孔径mm
其中T＝35min。计算公式为：
，可以简化为：

钻头尺寸：
计算切削用量：
取v＝24m/min，计算n

按机床选取，所以实际切削速度
工序：攻螺纹
采用高速钢机动丝锥，选定螺距为1mm，机用攻螺纹时，选用切削液为：75％煤油＋25％植物油。即确定了So。查表，可确定转速，其它算法同钻孔。结论见工序卡。
3.4.1.5 工时定额的确定
计算工时
切削工时（一个孔）

所以
共有6个孔：而一批加工500件：
每批准备终结时间：
辅助时间：
附加时间：
单件时间：