转速器盘零件的机械加工工艺规程及专用夹具设计-机械制造工艺学课程设计说明书.doc

机械制造工艺学课程设计任务书题目：转速器盘零件的机械加工工艺规程及专用夹具内容：（1）零件一毛坯合图 1张（2）机械加工工艺规程卡片 12张（3）夹具装配总图 1张（4）夹具零件图 一张（5）课程设计说明书 一份原始资料：该零件图样一张；单件小批量生产。 班级： 学生： 指导老师： 2008年 12 月 18 日目录第一部分：序言 2一 设计目的 2二 设计感想与体会 2第二部分：工艺规程与夹具设计过程工艺规程与夹具设计过程 4一、设计题目,计算生产纲领及生产型 4二、零件的分析5 (一) 零件的作 5(二) 零件的工艺分析 5三、确定毛坯的制造方法，初步确定毛坯 6四、工艺规程设计 6 (一) 定位基准的选择 6（二）零件表面加工方法的选择 7（三）制定加工工艺路线 8（四）选择加工设备及刀、夹、量具 10五、加工工序设计 11(一) 确定切削用量及基本工时 11六、填写机械加工工艺卡和机械加工工序卡 17 七、夹具设计17（一）问题的提出17（二）夹具设计的有关计算17（三）夹具结构设计及操作简要说明20八、主要参考文献21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：三周的课程设计就是一个团队合作的过程。所谓1+12，一个团队的合作，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。工艺规程与夹具设计过程一、根据生产纲领，确定生产类型：所给任务的零件是某机器上的一个转速器盘的零件。假定该机器年产量为50台，且每台机器中仅有一件，若取其备品率为5%，机械加工废品率为2%，则该零件的年生产纲领为：N=Qn(1+5%+2% )件/年=54件/年。由上式可知，该零件的年产量为54件，由零件的特征可知，它属于机体类小零件，因此，可以确定其生产类型为单件小批量生产。二 零件的分析 （一） 零件的作用本设计任务给定的零件是该机器中的转速器盘，即传递运动并保持其他零件正确工作方式，和保持互相之间的正确位置。其对加工平面，平行度，加工孔，垂直度，等有一定的要求，由于零件比较复杂，不成规则，故加工过程中需要用到复杂的夹具。零件的工艺分析 该零件图的视图正确，完整，尺寸，公差及技术都符合要求。但是，零件的加工过程，需要有较高的平面度，某些地方需要较细的表面粗糙度，各装配基面要求有一定的尺寸精度和平行度。否则会影响机器设备的性能和精度。 由于零件的结构比较复杂，加工时需要较复杂的夹具才能准确的定位，并保持适当的夹紧力，可以用花盘进行定位加紧，并用垫块进行辅助定位。 同时基准面的选择也是很重要的。在加工各孔的端面时，先用铣刀铣出下表面，在以下表面为基准，铣出上面的各表面（各孔的加工也是以下端面为定为基准的）；在加工前后端面时，由于工件前后尺寸较大，可在镗床上铣端平面，铣出后表面。之后，以后表面为基准，铣出两个9孔，在加工过程中，应尽量减少安装的次数，以减少安装时带来的安装误差。三 确定毛坯的制造方法，初步确定毛坯形状根转速器盘是一个结构较复杂的零件，要求材料要容易成型，切削性能好，同时要求强度要高，重要表面的表面硬度也要高，故选用铸铁材料HT200，铸铁材料是最常见的材料，其优点是：容易成型，切削性能好，价格低廉，且吸振性好。为了得到较好的强度和表面硬度，可在加工过程中进行调质处理，淬火，同时为了消除内应力对工件的影响，可进行适当的人工时效处理（如果需要的话）。由于零件的结构复杂，用锻件是不太可能的，因此，需要先根据零件图，做出铸模，进行铸造，最好用成型铸造法，以减少加工余量和保证零件的结构准确性。2.3-12，用查表方法确定各表面的加工余量如下表所示：表1加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量数值说明右侧面28mmH2mm单侧加工左端面8mmH2mm单侧加工右端面14mmH2mm单侧加工中间端面4mmH2mm单侧加工四工艺规程设计定位基准的选择：定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，定位基准选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择零件的重要面和重要孔做基准。在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀，此外，还要保证定位夹紧的可靠性，装夹的方便性，减少辅助时间，所以粗基准为上端面。本零件是有精度较高要求的孔的盘状零件，平面和孔是设计的基准，也是装配和测量的基准，在加工时，应尽量以大平面为基准。例如，先铣出下表面，再以下表面为基准，加工出上端各表面，同样，也是以下表面为基准钻出3个孔；加工前后端面时，先以下表面为基准，在镗床上铣出后端面，再以后端面为基准，加工出2个9的孔的前端面。 由于扇形部分的表面比较不易加工，首先以加工出来的下端面为基准加工出各孔处的各个上端面，再以上端面为基准，加工出其它孔处的下端面；零件的2个9孔的上边缘表面是不能用来作为定位基准的。零件表面加工方法的选择：本设计任务给的零件需要加工的表面有：端面，内孔等，其加工方法如下：（1）下表面（大面积表面）：虽然不是重要的表面，没有粗糙度要求，但是定位基准面，用铣车进行端铣平面，粗铣即可。（2）上边缘面：不是重要表面，粗铣即可。（3）各孔处的上端面：是重要表面，表面粗糙度R6.3，可以进行粗铣后，再进行半精铣或精铣。（4）后端面：是重要表面，也是定为基准面，表面粗糙度R6.3，进行粗铣再半精铣或精铣。（5）2个9孔的前端面：表面粗糙度R12.5，只需进行粗铣。（6）2个9孔的加工：表面粗糙度R12.5，以下端面为基准，粗镗出2个9孔；普通镗床即可。（7）10孔的加工：表面粗糙度R6.3，可用镗床进行镗孔，粗镗或扩孔均可。（8）6孔的加工：表面粗糙度R3.2，是要求较高的孔，可进行粗镗半精镗，或者孔精扩，既可满足要求。（10）园角：有R3，R5,R6.5,R15几种园角，可用立铣刀周铣出园角。（三）制定加工工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为中批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。由于是单件小批量生产，故加工工艺采用工序集中原则。方案一：表2工序号工序内容01铸造02时效03涂漆04铣9端两侧面05铣10端两端面06铣9端两端面07钻通孔10与钻通孔608钻通孔909镗孔10，孔口倒角0.5X度10检验11入库方案二：表3工序号工序内容01铸造02时效03涂漆04铣9端两端面05铣10端两端面06铣9端两侧面07钻通孔10与钻通孔608镗孔10，孔口倒角0.5X度09钻通孔910检验11入库工艺方案的比较与分析：因左右两端面均对10mm孔有较高的位置要求，故它们的加工宜采用工序集中原则，减少装次数，提高加工精度。根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将端面的精铣和下端面的粗铣放在前面，下端面的精铣放在后面，每一阶段要首先加工上端面后钻孔，左端面上10mm孔放后面加工。初步拟订加工路线方案一。方案一遵循了工艺路线拟订的一般原则，但某些工序还有一些问题还值得进一步讨论。如，铣9端两端面与铣9端两侧面，两工序前后对调,这样保证了加工面的定位精度。工序镗孔10及孔口倒角0.5X度应在工序最终完成，使孔面在加工后有较多的时间进行自然时效，减少受力变形和受热变形对10mm通孔加工精度的影响。通过以上的两工艺路线的优、缺点分析，最后确定工艺路线方案一为该零件的加工路线。该工艺过程详见附表和附表2，机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。（四） 选择加工设备及刀、夹、量具（1）. 机床的选择(a)工序4，5，6用的是铣床，分别进行粗铣，精铣。用普通的卧铣床X62W型万能卧铣床即可。（b）工序9用的是镗床进行端面的镗削加工，使用普通的镗床即可。（c）工序7加工一个10孔，2个6孔，工序8加工2个9孔，采用花盘加紧，在立式钻床即可。可选用Z535型立式钻床。（2）. 选择夹具本零件结构比较复杂，不成规则，故夹紧定位比较困难，可采用花盘来定位，并可以使用一些垫块来辅助定位加紧。例如，在加工上端面时，扇形部分下部分悬空，需要用一些垫块垫住，然后用花盘加紧，以防零件加紧时发生变形。在加工前后端面时，用花盘或压板都可以加紧。（3）选择刀具(a) 在工工序4，5，6铣平面时，铣刀可以选择直齿或错齿的端铣刀和周铣刀，工序中有粗铣和精铣，在粗铣后，要留有一定的加工余量，供精铣工序加工。(b) 钻孔有10孔，需要留一定的加工余量，可用8麻花钻直接钻出来。(c) 镗孔需要镗三种孔10有粗镗和精镗，粗加工可用YT15,精加工可用YT30。（4）. 选择量具 本零件是单件小批量生产，故采用的是通用量具。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法的极限误差来选择。在这里选的是第一种方法。（a）选择平面的量具：由零件图上看，各平面的相互位置要求不是非常严格，其最小不确定度为0.2mm，选用分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺就行了，因为其不确度为0.02mm，显然满足要求。（b）选择内孔的量具：此零件对孔的精度要求较高，其中例如I孔的下偏差要求在0.013之内，故可选用分度值为0.01mm，测量范围为0-150mm的内径百分尺，其不确定度为0.008，满足测量精度的要求。工序 加工尺寸 尺寸公差 使用量具 28 0.5 分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺 12 0.2 分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺 14 - 分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺 4 10 0.013 分度值为0.01mm，测量范围为0-150mm的内径百分尺6 0.0309 - 分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺注：本零件要求测量的尺寸并不是很复杂，故只要这两种量具就足够了。五 加工工序设计(一)确定切削用量及基本工时（机动时间）在工艺文件中还要确定每一工步的切削用量。(1)切削用量指：背吃刀量asp(即切削深度ap)、进给量f及切削速度Vc 。(2)确定方法是：确定切削深度确定进给量确定切削速度(3)具体要求是：由工序或工步余量确定切削深度：精、半精加工全部余量在一次走刀中去除；在中等功率机床上一次走刀ap可达810mm。按本工序或工步加工表面粗糙度确定进给量：对粗加工工序或工步按加工表面粗糙度初选进给量后还要校验机床进给机构强度：可用查表法或计算法得出切削速度Vc查，用公式 换算出查表或计算法所得的转速nc查，根据Vc查在选择机床实有的主轴转速表中选取接近的主轴转速n机作为实际的转速，再用 换算出实际的切削速度Vc机填入工艺文件中。对粗加工，选取实际切削速度Vc机、实际进给量f机和背吃刀量asp之后，还要校验机床功率是否足够等，才能作为最后的切削用量填入工艺文件中。工序钻个9mm孔(1)、加工条件工件材料：HT200正火，b=220MPa，190220HBS 加工要求：钻扩孔9mm 机床选择：选用立式钻床Z525（见工艺手册表4.2-14）(2)、确定切削用量及基本工时选择9mm高速钢锥柄标准麻花钻（见工艺手册P84）d=9 L=14mm f机=0.48mm/r (见切削手册表2.7和工艺手册表4.2-16)Vc查=13m/min （见切削手册表2.15）按机床选取n机=195r/min（按工艺手册表4.2-15）所以实际切削速度： m/min.基本工时： l=80mm ) l2=(14)mm(取4mm)按工艺手册表6.2-5公式计算1.24（min）工序 粗、精铣左右端面（） 粗铣1）、选择刀具：根据工艺手册表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，其参数为：铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=10。2）、确定铣削深度a p：单边加工余量Z=1.50.27，余量不大，一次走刀内切完，则：a p=1.5mm3）、确定每齿进给量fz:根据切削手册表3.5，用硬质合金铣刀在功率为4.5kw的X51铣床加工时，选择每齿进给量fz=0.140.24mm/z，由于是粗铣，取较大的值。现取：fz=0.18mm/z4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：根据切削手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.01.5mm，现取1.2mm，根据切削手册表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。5）、确定切削速度Vc：根据切削手册表3.16可以查Vc：由 ap=1.5mm fz=0.18mm/z，查得Vc=77mm/z n=245mm/z V=385mm/z根据X62W型立铣床说明书（表4.2-35）nc=255 r/min Vc=400 mm/min (横向)6）、计算基本工时：l=47mm l2=2 T=0. min（）精铣1）、选择刀具：根据工艺手册表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=102）、确定铣削深度ap：由于单边加工余量Z=0.5，故一次走刀内切完，则：a p= 0.5 mm3）、确定每齿进给量fz:由切削手册表3.5，用硬质合金铣刀在功率为4.5kw的X51铣床加工时，选择每齿进给量fz=0.140.24mm/z，半精铣取较小的值。现取：fz=0.14mm/z4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：根据切削手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.01.5mm，现取1.2mm，根据切削手册表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。5）、确定切削速度Vc：根据切削手册表3.16可以查Vc：由 ap4mm z=0.14mm/z，查得：Vc=110mm/z n=352mm/z V=394mm/z根据X62W型立铣床说明书（表4.2-35）nc=380 r/min Vc=400 mm/min (横向)6）、计算基本工时：l=40 mm l2 =2 所以本工序的基本时间为： T=t1+t2=0.14+0.12=0.26min（）工序镗0工序粗镗余量参考文献表取粗镗为.mm，精镗切削余量为0.2mm,钻孔后尺寸为8H8,各工部余量和工序尺寸公差列于表加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸及公差8粗镗1.8_9.89.2精镗0.2H810H8孔轴线到底面位置尺寸为5mm，精镗后工序尺寸为10.020.08mm，与下底面的位置精度为0.05mm,与左右端面的位置精度为0.06mm,且定位夹紧时基准重合，故不需保证。0.06mm跳动公差由机床保证。(2.1) 钻孔8mm选择8mm高速钢锥柄标准麻花钻（见工艺手册P84）d=8 L=8mm f机=0.48mm/r (见切削手册表2.7和工艺手册表4.2-16)Vc查=13m/min （见切削手册表2.15）按机床选取n机=195r/min（按工艺手册表4.2-15）所以实际切削速度：基本工时：l=80mm ) l2=(14)mm(取4mm)按工艺手册表6.2-5公式计算 1.10min粗镗孔时因余量为1.8mm,故ap=1.8mm,查文献表. 4-8取V=0.4m/s=24m/min去进给量为f=0.02mm/rn=1000V/d=1000*24/3.14*20=380r/min查文献的Fz=9.81*60nFzCFzapXFzVnFzKFzpm=FzV*10-3CF2=180, XFz=1Yfz=0.75nFz=0Rfz=9.81*60*180*2.75*0.20.75*0.4*1 =1452 NP=0.58 kw 取机床效率为.0.78*0.85=0.89kw0.58kw故机床的功率足够。下面计算工序09的时间定额机动时间粗镗时：L/(f*n)=45/0.2*380=7.5s精镗时：f取0.1mm/s L/(f*n)=45/0.1*380=15s总机动时间:T=7.5+15=0.38min六 填写机械加工工艺卡和机械加工工序卡工艺文件详见附表。七 夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动成本，需要设计专用夹具。按指导老师的布置，设计工序铣9端两端面铣床夹具与镗10镗床夹具。 铣9端两端面铣床夹具（一）问题的提出：本夹具主要用于铣9端两端面，由于该端面精度要求高，所以，在本道工序加工时，应该考虑其精度要求，同时也要考虑如何提高劳动生产率。（二）夹具设计的有关计算：、定位基准的选择：由零件图可知，9端两端面应对下端面有垂直度要求，并且左右两端面有平行度要求。为了使定位误差为零，应该选择以10孔定位的定心夹具。但这种定心夹具在结构上将过于复杂，因此这里只选用以9和下端面为主要定位基面。、切削力及夹紧力计算：刀具：YG6硬质合金端铣刀(见切削手册表3.28)其中：CF=54.5，ap=4.5，XF=0.9，fZ=0.18，YF=0.74，ae=28，UF=1.0，d0=100，qF=1.0，n=255，WF=0，Z=10F=54.54.50.90.180.742810/(1002550)166.1(N)水平分力：FH=1.1F实182.7(N)垂直分力：FV=0.3F实49.8(N)在计算切削力时，必须安全系数考虑在内。安全系数: K=K1K2K3K4。其中：K1=1.5 K2=1.1 K3=1.1 K4=1.1F=KFH=（1.51.11.11.1）182.7=364.8 (N)实际加紧力为F加= KFH/（U1*U2）=364.8/0.5=729.6 (N)其中U1和U2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，U1=U2=0.025螺母选用M16X1.5细牙三角螺纹，产生的加紧力为W=2M/D2tg(a+6055)+0.66(D3- d3 )/（D2- d2)其中： M=19000 N.M D2=14.8mm a=2029， D=23mm d=16mm解得： W=1O405 (N)此时螺母的加紧力W已大于所需的729.6的加紧力F加，故本夹具可安全工作。心轴取材料为Q235查表得Q235的许用弯曲应力为： 158Mpa弯曲应力=M/Wz=32FL/ 3.14 d3=99.4X32X0.028/3.14X(0.022)2=2.67 许用弯曲应力158Mpa (3)定位误差分析由于基准重合,故轴,径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。即不必考虑定位误差，只需保证夹具的心轴的制造精度和安装精度。且工件是以内孔在心轴上定位，下端面靠在定位块上，该定位心轴的尺寸及公差现规定为与零件内孔有公差相同。因为夹紧与原定位达到了重合，能较好地保证了铣mm端面所得到的尺寸和下端面形位公差要求。（三）夹具结构设计及操作简要说明：如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动率。为此，在螺母夹紧时采用活动手柄，以便装卸，夹具体底面上的一对定位槽可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置，以利于铣削加工。结果，本夹具总体的感觉还比较紧凑。夹具上装有对刀块装置，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以有利于铣削加工。镗10镗床夹具定位基准的选择:由零件图可知，有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与顶面垂直。为了保证所的孔与顶面垂直并保证工艺孔能在后续的孔系加工工序中使各重要支承孔的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择工艺孔的加工定位基准时，设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择选用下平作为定位基准，为了提高加工效率，根据工序要求先采用标准硬质合金镗刀刀具对工艺孔进行粗镗削加工；然后采用硬质合金镗刀对其进行精加工，准备采用手动夹紧方式夹紧。切削力的计算与夹紧力分析由于本道工序主要完成工艺孔的镗加工，参考文献9得：镗削力 镗削力矩 式中： 夹紧元件及动力装置确定采用手动夹紧的夹具结构简单，在生产中的应用也比较广泛。因此本道工序夹具的夹紧动力装置采用手动夹紧。采用手动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。衬套、钻模板及夹具体设计工艺孔的加工需粗、精镗切削才能满足加工要求。故选用固定钻套以减少更换钻套的辅助时间。钻模板选用固定式钻模板，工件以底面及侧面分别靠在夹具支架的定位快，夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。夹具精度分析利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统。它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。孔的表面粗糙度，由本工序所选用的加工工步粗镗精满足。夹具设计及操作的简要说明镗10孔的夹具如夹具装配图所示。装卸工件时，先将工件放在定位块上；用压块的压紧螺钉将工件夹紧；然后加工工件。当工件加工完后，将带光面压块的压紧螺钉松开，取出工件。主要参考文献1段明扬主编.现代机械制造工艺设计实训教程.桂林:广西师范大学出版社,20072段明扬主编.现代制造工艺设计方法.桂林:广西师范大学出版社,20073. 李益民主编.机械制造工艺设计简明手册.北京:机械工业出版社,20034. 艾 兴等编.切削用量简明手册.北京:机械工业出版社,20025. 东北重型机械学院等编.机床夹具设计手册.上海:上海科技出版社,19906华楚生主编.机械制造技术基础（第二版）.重庆:重庆大学出版社,20037互换性及测量技术(东南大学出版社 2000)8朱冬梅等编.画法几何及机械制图.北京:高等大学出版社,2000