皮带盘加工工艺规程及工装夹具设计毕业论文.doc

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摘要
本设计是重要的实践教学环节之一。通过对“皮带盘”零件的机械加工工艺规程及工艺装备的设计，完成了从毛坯到零件的机械加工工艺过程。本设计的主要内容包括：绘制“皮带盘”的零件图、毛坯图，编制机械加工工艺过程综合卡片和机械加工工序卡片，以及皮带轮V型槽的加工夹具设计。本次设计实现了所学理论与生产实践的结合，通过设计使学生具有了制定工艺规程的初步能力，设计专用夹具的初步能力，进一步提高了查阅资料，熟练地使用设计手册、参考资料等方面的能力。通过设计全过程，熟悉了工艺计算方法，学会了进行工艺设计的程序和方法，对于培养独立思考和独立工作的能力大有裨益。
关键词：皮带盘；夹具

Abstract
This course design is an important aspect of the practice of teaching. Through the "sub-set of" parts of the machining process planning and process equipment design, completed the rough machining parts to the process. The design of the main courses include: Drawing "sub-set of" parts of the map, rough map, machining process of the preparation of integrated card and the card processing machinery, and 6 × 32mm-processing fixture design. The curriculum design achieved by the theory and practice of combining production, through the design so that students with the development of the initial capacity of a point of order, a preliminary design for the fixture capacity, further improve the access to information, skilled use of Design Manual, reference materials, etc. The capacity. Through the whole process of design, calculation methods are familiar with the process, learn how to process design procedures and methods for cultivating independent thinking and the ability to work independently of great benefit.
Key words: Belt pulley ；Fixture

序 言
一、设计目的：
现代机械制造工艺设计是机械类专业学生在学完了《机械制造技术基础》等技术基础和专业课理论之后进行的一个实践教学环节。其目的是巩固和加深理论教学内容，培养学生综合运用所学理论，解决现代实际工艺设计问题的能力。通过工艺规程及工艺装备设计，学生应达到：
1、掌握零件机械加工工艺规程设计的能力；
2、掌握加工方法及其机床、刀具及切削用量等的选择应用能力；
3、掌握机床专用夹具等工艺装备的设计能力；
4、学会使用、查阅各种设计资料、手册和国家标准等，以及学会绘制工序图、夹具总装图，标注必要的技术条件等。

二、设计感想与体会：
毕业设计就是一个团队合作的过程。所谓1+1>2，一个团队的合作，使我们的设计成果不到三周时间就渐渐呈现在我们的眼前。看着眼前的手工图纸、CAD图和设计计算的手稿，三周的设计过程一幕幕浮现在眼前。
三周的设计让我们学到了很多东西。这次设计可以说是三年的课程学习所掌握的所有机械工程学科的基础知识的融会贯通，因为我们以前曾经学得很好，但是都是理论的东西，学习了马克思主义哲学之后，终于知道理论联系实际才使我们有了更进一步的体会。
在这次设计中，我学会的如何设计、如何计算，更重要的是我学会了合作，我懂得了团队合作的重要性。我们以前做的设计都是一个人的，而且规模小，不需要什么规划，这次可以说是综合了我们的所有智慧。同时，得到了我们的指导老师的大力支持。
由于我们水平所限，设计中难免有错误和不妥之处，在此还诚请指导老师批评指正。

机械加工工艺规程设计
1零件的工艺性分析
1) 该工件铸造后，很容易造成应力的分布不均。因此，铸造后进行时效处理，以改善材料的切削性能。
2) 工序安排以台阶面和Φ46的内孔表面定位，装夹工件，达到了设计基准，工艺基准的统一。
3) 该零件大端面对Φ46mm内孔中心线及台价面有位置度要求；外圆46mm外圆对Φ180mm分度圆有同轴度要求.

2.1盘毂零件的工艺分析及生产类型的确定
一、盘毂类零件特点
皮带轮----属于盘毂类零件，一般相对尺寸比较大，制造工艺上一般以铸造、锻造为主！一般尺寸较大的设计为用铸造的方法，材料一般都是铸铁（铸造性能较好），很少用铸钢（钢的铸造性能不佳）；一般尺寸较小的，可以设计为锻造，材料为钢。
1、功用
盘毂零件在机器中主要起支承、连接作用。
2、结构特点
盘毂类零件主要由端面、外圆、内孔等组成，一般零件直径大于零件的轴向尺寸。
3、技术要求
盘毂类零件往往对支承用端面有较高平面度及轴向尺寸精度及两端面平行度要求；对转接作用中的内孔等有与平面的垂直度要求，外圆、内孔间的同轴度要求等。
2.2、盘类零件制造工艺特点
（一）盘类零件
1、毛坯选择
盘类零件常采用钢、铸铁、青铜或黄铜制成。孔径小的盘一般选择热轧或冷拔棒料，根据不同材料，亦可选择实心铸件，孔径较大时，可作预孔。若生产批量较大，可选择冷挤压等先进毛坯制造工艺，既提高生产率，又节约材料。
2、基准选择
根据零件不同的作用，零件的主要基准会有所不同。一是以端面为主（如支承块）其零件加工中的主要定位基准为平面；二是以内孔为主，由于盘的轴向尺寸小，往往在以孔为定位基准（径向）的同时，辅以端面的配合；三是以外圆为主（较少），与内孔定位同样的原因，往往也需要有端面的辅助配合。
3、安装方案
（1）用三爪卡盘安装
用三爪卡盘装夹外圆时，为定位稳定可靠，常采用反爪装夹（共限制工件除绕轴转动外的五个自由度）；装夹内孔时，以卡盘的离心力作用完成工件的定位、夹紧（亦限制了工件
除绕轴转动外的五个自由度）。
（2）用专用夹具安装
以外圆作径向定位基准时，可以定位环作定位件；以内孔作径向定位基准时，可用定位销（轴）作定位件。根据零件构形特征及加工部位、要求，选择径向夹紧或端面夹紧。
（3）用虎钳安装
生产批量小或单件生产时，根据加工部位、要求的不同，亦可采用虎钳装夹（如支承块上侧面、十字槽加工）。
4、表面加工
零件上回转面的粗、半精加工仍以车为主，精加工则根据零件材料、加工要求、生产批量大小等因素选择磨削、精车、拉削或其它。零件上非回转面加工，则根据表面形状选择恰当的加工方法，一般安排于零件的半精加工阶段。
5、工艺路线
与轴相比，盘的工艺的不同主要在于安装方式的体现，当然，随零件组成表面的变化，牵涉的加工方法亦会有所不同。因此，该“典型”主要在于理解基础上的灵活运用，而不能死搬硬套。
下料（或备坯）→ 去应力处理 → 粗车 → 半精车 → 平磨端面（亦可按零件情况不作安排）→ 非回转面加工 → 去毛刺 → 中检 → 最终热处理 → 精加工主要表面（磨或精车）→ 终检
2.1.2该零件的主要技术要求
零件的主要技术要求
加工表面
尺寸及偏差/mm
公差及精度等级
表面粗糙度 Ra/μm

形位公差/mm

大外圆
Φ196 g8
IT12
12.5

小外圆
Φ62g8
IT8
3.2

◎
Φ0.01
C

Φ49孔
Φ49H12
IT7
3.2

Φ0.8
A B

键槽
48H7
IT6
3.2

2.2.3审查零件的工艺性
1）零件材料200钢，切削加工性良好。
2）皮带盘Φ62h6mm外圆与Φ46H7mm孔有同轴度要求，为保证加工精度，工艺安排应粗、精加工分开。
3）主要表面虽然加工精度较高，但可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保证质量地加工出来。
2.2.4确定零件的生产类型
依设计题目可知生产类型为：大批大量生产
2.3确定毛坯 绘制毛胚图
2.3.1毛坯选择
根据材料HT200钢，生产类型为大批大量生产及零件形状要求。
2.32确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
1）公差等级
由零件的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。
2）铸件重量
根据机械加工后零件的形状及零件材料，估算锻件毛坯重量为=7kg。
3）铸件复杂系数
对零件图进行分析计算，可大致确定铸件外廓包容体的直径d=Φ196mm，高H=99.6mm。由公式S==7.50kg/12.0kg≈0.63。由此可确定该分度盘零件的复杂系数为级。
4）铸件材质系数
由于该皮带盘零件材料为HT200，是碳的质量分数大于0.65%的碳铸铁，故该铸件的材质系数为级。
5）铸件分模线形状与零件表面粗糙度
根据该分度盘零件的形位特点，采用平直分模面。由零件图可知，该皮带盘零件各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6μm 。
根据上述诸因素，可查表确定该铸件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于表2-2中。
表2-2 零件铸造毛坯尺寸公差及机械加工余量
铸件重量/kg
包容体重量/kg
形状复杂系数
材质系数
公差等级
7.3
11.9

普通级
项目/mm
机械加工余量/mm
尺寸公差/mm
备注
Φ196外圆

表2-14
2.0

表2-10
Φ62外圆

表2-14
2.6

表2-10
高度99.6

表2-11
2.0

表2-13
高度38（台阶面)

表2-11
2.0

表2-13
注：根据表2-10的表注，将此表中所有公差按±1/2分配。
2.3.3绘制零件铸造毛坯简图
由表2-2所得结果，绘制毛坯简。

2.4 拟定零件工艺路线
2.4.1定位基准的选择
2.5.1精基准的选择
根据该皮带盘零件的技术要求和装配要求，选择零件大端面为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。零件46h6mm的轴线是设计基准，选用其作为精基准定位加工零件196g8mm外圆柱面和台阶面，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度和同轴度要求。在铣削键槽时采用46g6mm的轴心线作为精基准，做到了设计基准与工艺基准的统一。
2.5.2粗基准的选择
作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。此处选择皮带盘226g8mm轴线作为粗基准，可以为后续工序准备好精基准。
2.5.2表面加工方法的确定
根据皮带盘零件图上个加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工工件各表面的加工方法，如表2-3所示。

表2-3 皮带盘零件各表面加工方案
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度
Ra/μm
加工方案
备注
大端面
IT11
12.5
粗车
表1-8
外圆台阶
IT6
3.2
粗车—半精车
表1-8
小端面
IT11
12.5
粗车
表1-8
大外圆
IT10
12.5
粗车—半精车
表1-6
小外圆
IT6
3.2
粗车—半精车
表1-8
Φ46孔
IT13
12.5
镗
表1-7
2.5.3加工阶段划分
该零件加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工两个阶段。
2.5.4 工序集中与分散
采用工序集中原则，尽可能在一次安装中加工许多表面，或尽量在同一台设备上连续完成较多的加工要求。
2.5.5工序顺序的安排
1）机械加工工序
遵循”先基准后其他“、“先粗后精”、“先主后次”、“先面后孔”的原则。
2)热处理工序
因铸件的表面层有硬皮，会加速刀具磨损和钝化，为改善切削加工性，模锻后对毛坯进行时效处理，软化硬皮；零件Φ196g8mm外圆面和台阶面需进行低温时效，由于零件壁厚小，易变形，加之加工精度要求高，为尽量控制正火变形，在零件粗加工后安排去应力退火处理。
3)辅助工序
在粗加工和半精加工后各安排一次中间检验，精加工后安排去毛刺、清洗和终检工序。

2.6.6确定工艺路线
在综合考虑上述工序安排原则基础上，表2-4列出了零件的工艺路线。
表2-4 零件工艺路线及设备、工装的选用
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
铸造

2
时效

3
车φ196 mm外圆及其大平面
C620
偏刀
游标卡尺
4
车φ66 mm外圆成型
C620
偏刀
游标卡尺
5
扩孔至φ43mm
立式钻床
Z550
麻花钻
卡尺、塞规
6
中间检验
工作台

塞规、百分表、卡尺等
7
退火处理硬度230～250HB

8
镗Φ46孔
卧式镗床
镗刀
内径千分尺、塞规
9
铣键槽
立式铣床
Z550
铣刀
铣刀、卡尺、塞规、专用夹具纹
10
去毛刺
钳工台
平锉

11
清洗
清洗机

12
终检

塞规、百分表、卡尺等

确定切削用量及基本工时车端面，，粗车各外圆工序（如未特别注明，本工序相关数据的出示《切削用量手册》的车削用量选择）

1. 车端面
（1）.加工条件
工作材料：HT200，σb＝0.735GPa，铸造。

主轴转速：为了缩短辅助时间，取主轴转速n=460r/min，所以实际切削速度
v=ndπ/1000 ＝3.14×45×460/1000＝65m/min （1.1m/s）
切削工时：《工艺手册》表7-1
T＝L/n×f，式中L＝d-d1/2+l1，l1＝4，L=45-42/2+4=5.5
∴T＝5.5/460×0.12＝0.10min（6s）
倒角：采用45°车刀，为了缩短辅助时间，取倒角时的主轴转速n=460r/min，手动进给。
切削深度：单边余量Z＝2.76mm，一次走刀。ap＝2.76mm，
进给量：查表4，f＝0.6-0.9mm/r。按机床说明书取f=0.6mm/r。
计算切削速度：按表21
V＝（1-m×Tm×apxv×fyv）×Kv，式中Cv=242，xv＝0.15，yv＝0.35，m＝0.20，Kv＝KMv ×Ktv×Kkrv×Ksv×KTv×KKv
其中Ktv＝1.0（表21-6），Kkrv＝0.81（表21-7），KSV＝0.8（表21-5），
KTv＝1.0（表11），KKv＝1.0（表21-9），KMv＝0.637/σb
＝0.637/0.735＝0.87（表21-1）
V＝（242/601-0.2×36000.2×2.760.15×0.60.35）×0.87×1.0×0.81
×0.8×1.0×1.0＝1.03m/s（61.8m/min）
确定主轴转速：
ns＝1000v/πdw ＝1000×61.8/3.14×96＝205.02r/min
按机床选取n＝230r/min，所以实际切削速度
V＝nW×dw×π/1000 ＝3.14×96×230/1000＝69.33m/min （1.16m/s）
校验机床功率：
由表22中查得：Pm＝FzV×10-3KW,式中Fz可由表13查出，当
σb＝0.569-0.951GPa，ap＜2.0mm，f≤0.6mm/r，
V＜1.66m/s时，Fz＝2350N，切削力Fz的修正系数为KKrFz＝0.89，
Kr0Fz＝1.0（表22-3）
故Fzc＝2350×0.89=2091.5N
∴Pmc＝ FzV×10-3＝2091.5×1.16×10-3＝2.43kw,按机床说明书，当n＝230r/min时，机床主轴允许功率PE＝5.9kw，因Pmc＜PE
故所选切削用量可在C620-1车床上进行。
校验机床进给系统强度：根据C620-1机床说明书，其进给机构允许走刀力Fmax3530N,由表16，当σb＝0.669-0.794GPa，ap＜2.8mm，
f＜0.75mm/r，V＜1.66m/s，Kr＝90°时，走刀力Fxc＝760N。
切削时Fx的修正系数为Kr0Fx＝1.0，KλsFx＝1.0，KKrFx＝1.17（表22-3）
故实际走刀力为Fxc＝760×1.0×1.0×1.17＝889.2N，则所选
f＝0.6mm/r的进给量可用。
切削工时《工艺手册》表7-1：
T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝35.5，l1＝4，l2＝3
∴T＝35.5+4+3/230×0.6＝0.31min（18.6s）
3 V型槽加工夹具设计
3.1夹具设计任务.
一个优良的机床夹具必须满足下列基本要求：
（1）保证工件的加工精度 保证加工精度的关键，首先在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还需进行定位误差分析，还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求。
（2）提高生产效率 专用夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。
（3）工艺性能好 专用夹具的结构应力求简单、合理，便于制造、装配、调整、检验、维修等。
专用夹具的制造属于单件生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整和修配结构。
（4）使用性能好 专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。专用夹具还应排屑方便。必要时可设置排屑结构，防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具，防止切屑的积聚带来大量的热量而引起工艺系统变形。
（5）经济性好 专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹具的制造成本。因此，设计时应根据生产纲领对夹具方案进行必要的技术经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。

下图所示为皮带盘加工V型槽的工序简图。已知：零件材料为HT200，毛坯为铸件，所用机床为立式钻床Z550，大批大量生产规模。

3.2定位方案确定
按基准重合原则选择45mm孔轴心线和端平面作
为定位基准，定位方案如图所示。孔的内表面限制工件五个自由度，属于过定位。因两个定位面经过精加工，垂直度较高，允许过定位。此外，由于加工零件直径比较大、壁薄，采用如上定位方案，有利于提高定位的稳定性与支撑刚度。
3.3刀具导向方案确定
为能迅速、准确地确定刀具与夹具的相对位置，钻夹具上都应设置引导刀具的元件——钻套。钻套一般安装在钻模板上，此处，采用钻模板与夹具体一体的结构，有利于提高夹具刚度。因为我们这个是车夹个就不需要的了,两顶尖在一个轴线上.
3.4夹紧方案确定
3.4.1夹紧机构的选择
采用简单手动螺旋夹紧机构，使工件的装卸迅速、方便，如图3-2所示。
3.4.2夹紧力的计算分析
夹紧力的大小，对工件装夹的可靠性，工件和夹具的变形，夹紧装置的复杂程度等都有很大的影响，可根据公式计算夹紧力。考虑到切削力的变化和工艺系统变形等因素，一般在粗加工时取K=2.5～3；精加工时取K=1.5～2。此处，通过受力分析可知，夹紧力方向与与钻头进给方向相同，因此，所选夹紧机构能够满足要求。
3.5夹具体的设计
夹具体必须将定位、导向、夹紧装置链接成一体，并能正确地安装机床上。本夹具采用铸铁夹具体，此方案安装稳定、刚性好，但周期较长，成本略高。
3.7定位误差分析与计算
定位误差由基准不重合误差和基准移位两部分组成，定位误差的大小是两项误差在工序尺寸方向上的代数和，即
=±
定位方案可知定位基准与工序基准重合，所以=0。零件在定位衬套中定位时，由于（最小间隙）无法通过调整刀具预先予以补偿，所以在加工尺寸方向上的最大基准移位误差可按最大孔和最小轴（配合代号H7/p6)求得（配合代号H7/p6)，则
==0.087mm
综上所述，夹具的定位误差为=±=0.087mm，满足要求。
4 方案综合评价与结论
4.1方案评价
1) 机械加工工艺规程的制定较为合理。
2) V型槽加工夹具设计的定位方案合理，可以实现在一次装夹中不断加工两个槽。但当皮带盘装置在工作负荷较大时，容易产生振动，迫使定位销受力变形，而影响加工精度。所以，应当设计锁紧机构，以防止分度盘松动。
3) 皮带盘与夹具体的连接不稳固，可以通过改善二者结构形式解决这一问题。
4) 底板铸成一体的夹具体结构虽然有助于提高刚度，但是增加了铸造和加工难度。
4.2结论
本设计方案基本达到设计的要求，但仍然有许多需要改进之处。
5 体会与展望
5.1体会
专用夹具的设计，可以了解机床夹具在切削加工中的作用：可靠地保证工件的加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的给以性能。本夹具设计可以反应夹具设计时应注意的问题，如定位精度、夹紧方式、夹具结构的刚度和强度、结构工艺性等问题。

5.2展望
夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。

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参考文献
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