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机械制造工艺学课程设计说明书设计题目：设计犁刀变速齿轮箱体零件的机械加工工艺规程及工艺装备机械制造工艺学课程设计任务书题目：设计犁刀变速齿轮箱体零件的机械加工工艺规程及铣凸台面工序的专用夹具内容：1) 零件毛坯合图 1张2) 机械加工工艺规程卡片 1套3) 夹具装配总图 1张4) 夹具零件图 1张5) 课程设计说明书 1份原始资料：该零件图样一张;生产纲领为6000件年；每日1班。目 录一 绪言5二. 零件工艺的分析62.1 零件的作用62.2 零件的工艺分析7三 确定毛坯、画毛坯零件合图8四 拟定梨刀箱体加工的工艺路线94.1 定位基准的选择94.2 制定工艺路线11五 选择加工设备及刀具、夹具、量具13六确定切削用量及基本工时146.1 工序 粗铣、精铣N面146.2 工序钻扩铰2-10F9孔至2-9F9，钻4-13mm孔156.3 工序粗铣R面及Q面和工序80，精铣R面及Q面186.4 工序精扩铰2-10F9孔，提高精度至2-10F7196.5 工序铣凸台面206.6 钻8-M12mm螺纹底孔，孔口倒角145，钻铰2-8N8，孔口倒角145226.7 时间定额计算23七 专用夹具的设计277.1 确定夹紧力及螺杆直径277.2 定位精度分析28八 加工刀具表格及数控程序代码298.1加工刀具表格298.2 数控程序代码29九 小结35参考文献36一. 绪言箱体零件是机器或部件的基础零件,它把有关零件联结成一个整体,使这些零件保持正确的相对位置,彼此能协调地工作。因此,箱体零件的制造精度将直接影响机器或部件的装配质量,进而影响机器的使用性能和寿命。因而箱体一般具有较高的技术要求。由于机器的结构特点和箱体在机器中的不同功用,箱体零件具有多种不同的结构型式,其共同特点是:结构形状复杂,箱壁薄而不均匀,内部呈腔型;有若干精度要求较高的平面和孔系,还有较多的紧固螺纹孔等。箱体零件的毛坯通常采用铸铁件.因为灰铸铁具有较好的耐磨性,减震性以及良好的铸造性能和切削性能,价格也比较便宜.有时为了减轻重量,用有色金属合金铸造箱体毛坯(如航空发动机上的箱体等).在单件小批生产中,为了缩短生产周期有时也采用焊接毛坯。毛坯的铸造方法,取决于生产类型和毛坯尺寸.在单件小批生产中,多采用木模手工造型;在大批量生产中广泛采用金属模机器造型,毛坯的精度较高.箱体上大于3050mm的孔,一般都铸造出顶孔,以减少加工余量。二 零件工艺的分析2.1 零件的作用犁刀变速齿轮箱体是旋耕机的一个主要零件。旋耕机通过该零件的安装平面与手扶拖拉机变速箱的后部相连，用两圆柱销定位，四个螺栓固定，实现旋耕机的正确联接。N面上的413孔即为螺栓连接孔，210F9孔为定位销孔。如图所示，犁刀变速齿轮箱体2内有一个空套在犁刀传动轴上的犁刀传动齿轮5，它与变速箱的一倒挡齿轮常啮合。犁刀传动轴8的左端花键上有啮合套4，通过拔叉可以轴向移动。啮合套4和犁刀传动轴5相对的一面都有牙嵌，牙嵌结合时，动力传给犁刀传动轴8.其操作过程通过安装在S30H9孔中的操纵杆3操纵拔叉而得以实现。犁刀变速齿轮箱传动示意图1左臂壳体 2犁刀变速齿轮箱体 3操纵杆4啮合套 5犁刀传动齿轮6轴承 7右臂壳体 8犁刀传动轴 9链轮2.2 零件的工艺分析由附图1得知，其材料为HT200。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性、及减震性，适用于承受较大应力 要求耐磨的零件。 该零件上的主要加工面为N面、R面、Q面和2- 80H7孔。 N面的平面度0.05mm直接影响旋耕机与拖拉机变速箱的接触精度及密封。 2- 80H7孔的尺寸精度、同轴度0.04mm，与N面的平行度0.07mm，与R及Q面的垂直度0.1mm，以及R相对Q面的平行度0.055mm，直接影响犁刀传动轴对N面的平行度及犁刀传动齿轮的齿合精度、左臂壳体及右臂壳体孔轴线的同轴度等。因此，在加工它们时，最好能在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来。 2-10F9孔的尺寸精度、两孔距尺寸精度1400.05mm以及1400.05mm对R面的平行度0.06mm，影响旋耕机与变速箱联接时的正确定位，从而影响犁刀传动齿轮与变速箱倒档齿轮的齿合精度。 由参考文献（1）中有关面和孔加工的经济精度及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。加工表面分析：加工表面尺寸及偏差/公差及精度等级表面粗糙度Ra/m形位公差/mmN面460.5IT103.2210F9孔IT91.6413孔13IT13以下12.5RQ面IT9IT103.2凸台面IT12IT1312.5无280孔IT173.22020IT13以下12.5无30H9球形孔IT93.2 无4M6螺纹孔M66H深14IT13以下无8M2螺纹孔M126H深22IT13以下无28N8IT83.2422平面22深18无1.25无 三 确定毛坯、画毛坯零件合图根据零件材料确定毛坯为铸件。确定零件生产类型根据参考文献【8】可知：式中 N零件的生产纲领（件年），N=6000；Q产品的年产量（台年）；a备品率，取3%；b废品率，取0.5%。查参考文献【8】表13知，属于轻型零件查参考文献【8】表12知，属于大批生产毛坯的铸造方法为砂型机器造型。又由零件2-80mm孔均需铸出，故还应安放型芯，此外，为消除残余应力，铸造后还应进行人工时效处理。参考文献【1】表2.3-6，该铸件的公差等级CT为810级，加工余量MA等级为G级，故取CT为10级，MA为 G 级。铸件的分型面应选择通过C孔基准轴线，且与R面和Q面平行的平面，浇口位置分别位于C基准孔凸台的两侧。参考文献【1】表2.3-5， 用查表法确定各表面的加工余量如下表所示。 表2-1 各加工表面的加工余量加工表面基本尺寸/mm加工余量等级加工余量数值/mm说明R面168G（4.05.0），取4.0底面，双侧加工，取下行数据Q面168H(5.06.0)，取5.0顶面降1级，双侧加工N面168G(4.05.0)，取5.0侧面，单侧加工，去上行数据凸台面106G(3.04.0)，取4.0侧面单侧加工2-80mm孔80H(2.53.5)，取3.0孔降1级，双侧加工由参考文献【1】机械加工工艺手册表2.3-9可得主要毛坯尺寸及公差如下表所示。 表2-2 主要毛坯尺寸及公差主要面尺寸零件尺寸总余量（公差+余量）毛坯尺寸公差CTN面轮廓尺寸1681684N面轮廓尺寸1684.0+5.01774N面距80孔中心尺寸465.0512.8凸台面距80孔中心尺寸100+64.01103.62-80mm孔803.2+3.0，取6.0743.2四 拟定梨刀箱体加工的工艺路线4.1 定位基准的选择精基准的选择：犁刀变速齿轮箱体的N面和2-10F9孔既是装配基准，又是设计基准，用他们做精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，实现箱体零件“一面一孔”的典型定位方式；其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线尊选了“基准统一”的原则。此外，N面的面积比较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择箱体零件的重要孔（即2-80mm孔）的毛坯孔与箱体内壁做粗基准：第一，在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；第二，装入箱体的旋转零件（如 齿轮、轴套等）与箱体内壁有足够的间隙；此外还应能保证定位准确、夹紧可靠。最先进行机械加工的表面是精基准N面和2-10F9孔，这时有两种定位方案：方案一 用一浮动圆锥销伸入一2-80mm毛坯孔中限制二个自由度；用三个支撑钉支承在与Q面相距32mm并平行与Q面的毛坯面上，限制三个自由度；再以N面本身找正限制一个自由度。这种方案适合大批大量生产类型中，在加工N面及其面上的各孔和凸台面及其各孔的自动线上采用随行夹具时用。方案二 用一根两头带反锥（一端的反锥可取下，以便装卸工件）的心轴插入2-80mm毛坯孔中并夹紧，粗加工N面时，将心轴置于两头的V形架上限制四个自由度，再以N面本身找正限制一个自由度。这种方案虽要安装一个心轴，但由于下一道工序（钻扩铰2-10F9孔）还要用到这根心轴定位，即将心轴置于两头的U形槽中限制两个自由度，故本道工序可不用将心轴卸下，而且这一“随行心轴”比上述随行夹具简单得多。又因随行工位少，准备的心轴就少，因而该方案是可行的。方案三 用两根制造精度相同的锥销安装在2-80mm孔的两侧定位，此时可以同时限制工件的五个自由度；再以N面本身找正限制一个自由度。这种方案工件装拆方便方便，但是由于工件连续装卸，影响孔的定位精度，且销轴的夹紧装置较为复杂。方案四 在镗铣加工中心上加工时，采用R面、Q面定位，可以同时限制六个自由度，再以N面本身找正限制一个自由度，加工N面及其上的孔；之后在加工R面（Q面）上的孔时采用N面和Q面（R面）定位，同时限制六个自由度，保证定位精度。夹紧时采用专用夹具夹紧，凸台面的铣削采用一般方式方式铣削。此方案可行，但须制造专用夹具。4.2 制定工艺路线根据各表面的加工要求和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下：N面：粗车精铣；R面和Q面：粗铣精铣；凸台面：粗铣；2-80mm孔：粗镗粗镗；7级9级精度的未注出孔：钻扩铰；螺纹孔；钻孔攻螺纹孔。因R面与Q面有较高的平行度要求，2-80mm孔有较高的同轴度要求，故它们的加工宜采用工序集中原则，即分别在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来，以保证其位置精度。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N面、R面、Q面及2-80mm孔的粗加工放在前面，精加工放在后面，每一阶段中又首先加工N面，后再镗2-80mm孔。R面及Q面上的8N8孔及4-M12螺纹孔等次要表面放在最后加工。初步拟定加工工艺如下：工序号工序内容铸造时效涂漆10粗车N面20钻扩铰2-10F9孔（尺寸留精铰余量），孔口倒角14530粗铣凸台面40粗铣R面及Q面50粗镗2-80mm孔，孔口倒角14560钻20mm孔70精铣N面80精铰2-10F9孔90精铣R面及Q面100精镗2-80H7孔110扩铰S30H9球形孔，钻4-M6螺纹底孔，孔口倒角145，攻螺纹4-M6120钻4-13mm孔130刮4-22mm平面140钻8-M12螺纹底孔，孔口倒角145，钻铰2-8N8孔，孔口倒角145，攻螺纹8-M12150检验160入库上述方案遵循了工艺路线拟定的一般原则，但某些工序有些问题。分析如下：如粗车N面，因工件和夹具的尺寸比较大，在卧式车床上加工时，他们的惯性力较大平衡较困难；又由于N面不是连续的圆环面，车雪中出现断续切削，容易引起工艺系统的振动，故改用铣削加工。工序40应在工序30前完成，使R面和Q面在粗加工后有较多的时间进行自然时效，减少工件受力变形和受热变形对2-80mm孔加工精度的影响。精铣N面后，N面与2-10F9孔的垂直度误差难以通过精铰孔矫正，故对这两孔的加工改为扩铰，并在前面的工序中预留足够的余量。4-13mm孔尽管是次要表面，但是在钻扩铰2-10F9孔时，也将4-13mm孔钻出，可以节约一台钻床和一套专用夹具，能降低生产成本，而且工时也不长。同理，钻20mm孔工序也应合并到扩铰S30H9球形孔工序中。这组孔在精镗2-80H7孔后加工，容易保证其轴线与2-80孔轴线的位置精度。工序140中工步太多，工时太长，考虑到整个生产线的节拍，应将8-M12螺纹孔的攻螺纹做为另一道工序。修改后的工艺路线如下：序号工序内容简要说明1铸造2时效消除内应力3涂底漆防止生锈4粗铣N面，钻扩铰2-10F9至9F9，孔口倒角145，钻4-13先加工基准面，留精精扩铰余量5粗铣R面及Q面，粗镗2-80孔，空口倒角145先加工面，后加工孔6铣凸台面次要表面在后面加工7精铣N面，精扩铰2-10F9孔，并提高至2-10F7粗加工结束精加工开始，提高工艺基准精度8精铣R面及Q面，精镗2-80H7孔，钻8-M12螺纹底孔，孔口倒角145，钻铰2-8N8，孔口倒角145，攻螺纹8-M12-6H先加工面，后加工孔，工序分散，平衡节拍9钻20孔，扩铰S30H9球形孔，钻4-M6螺纹底孔，孔口倒角145，攻螺纹4-M6-6H工序分散，平衡节拍10锪4-22平面11检验12入库五. 选择加工设备及刀具、夹具、量具由于生产类型为大批大量生产，且加工对象非孔即面，采用镗铣类机床实为方便，为最大限度的满足生产，选用卧式加工中心TH6350和立式加工中心KT1300V进行加工。工件在机床上只需变换夹紧姿态即可。经查询机床手册，TH6350其参数如下：工作台尺寸(长/宽)mm ：500/500； 允许负载：500k；主轴锥孔：ISO5；主轴电机：7.5/11K；转速范围：28-3150r/min；选刀方式：随机近选；刀库容量：40Pc；最大刀具重量8Kg； 最大刀具尺寸：130/300mm ；移动范围(X/Y/Z)：700/550/600；进给轴电机：220N.m；定位精度：0.04mm ；重复定位精度：0.02mm。KT1300V其参数如下：工作台尺寸(长/宽)mm：420/720；最大工作行程(X/Y/Z)mm:510/410/460；主轴孔锥孔：CAT40;主轴转速范围：20-5000r/min;定位精度：mm；重复定位精度:mm;刀库容量：24；数控系统：FANUC;主轴电机：5.5kw；进给轴电机：220N.m；粗铣N面。根据机床的参数结合参考文献【8】，由表21-26，选取直径为160mm的可转位三面刃铣刀，通用的专用夹具夹具以及游标卡尺等量具。精铣N面。选择与粗铣相同型号的铣削刀具，仍用通用的专用夹具夹具，游标卡尺及刀口形直尺。铣凸台面。采用莫氏锥柄面铣刀,其直径为D=63mm，专用铣夹具、专用检具。粗铣R面、Q面。参考文献【8】，由表21-26，选取直径为160mm的三面刃铣刀、专用夹具及游标卡尺。精铣R面、Q面。刀具与粗铣刀具相同，采用专用夹具。粗镗2-80mm孔。选择精镗刀，专用夹具。参考文献【1】，由表4.3-9可得，工序20钻扩铰2-10F9孔口倒角145，钻4-13mm孔选用直柄麻花钻，直柄扩孔复合钻，直柄机用铰刀，扩孔时倒角。选用通用夹具，游标卡尺及塞规。刮4-22mm孔平面。由参考文献【1】，表4.3-38可知，选用带可换导柱锥柄平底锪钻，导柱直径为13mm。工序8中所加工的最大钻孔直径为20mm，扩铰孔直径为30mm，故采用立式加工中心KT1300V.钻20mm孔选用锥柄麻花钻（参考文献【10】表10-175），扩铰孔S30H9孔时采用锥柄机用铰刀（【10】表10-192）；4-M6螺纹底孔采用锥柄阶梯麻花钻（参考文献【10】表410-175）攻螺纹采用长柄机用丝锥（参考文献【10】表10-246）及丝锥夹头。采用专用夹具20mm、30mm孔径用游标卡尺测量，4-M6螺纹用螺纹塞规检验，球形S30H9及尺寸60+0.2，用专用测量检具，孔轴线的30用专用检具测量。8-M12螺纹底孔及2-8N8孔 由参考文献【1】，表4.3-16，选用锥柄阶梯麻花钻，2-8N8选用锥柄复合麻花钻及锥柄机用铰刀，采用专用夹具。选用游标卡尺及塞规检查孔径。由参考文献【1】表4.6-3知，8-M12螺纹攻螺纹选用机用丝锥及丝锥夹头，专用夹具和螺纹塞规。六 确定切削用量及基本工时6.1 工序粗铣、精铣N面查参考文献【2】，由表3、2-25平面加工余量表，知精加工余量ZN精为1.5mm。已知N面总余量ZN总为5mm。故粗加工余量ZN粗=51.5=3.5mm.。加工N面工序中以N面自己为基准，将3.5mm的粗加工余量和1.5mm的精加工余量切除，存在工艺尺寸链和基准不重合误差。查参考文献【2】由表1-8平面的经济加工精度表知，粗加工公差等级为IT11IT13级，取IT=12.其公差T粗=0.25mm，所以精加工距B面中心的距离为47.50.125精加工余量Z精校核如下： Z精= （47.50.125）（460.05）=1.325mm故余量充足。查参考文献【1】由表9、2-14知，依据铸件材料为HT200，粗加工断续切削采用可转位三面刃铣刀刀具，机床功率5.5KW,则可查出粗加工每齿的进给量为f精=0.2mm/z；取精铣的每转进给量为=0.5mm/r。粗铣每走刀一次，ap =3.5mm；精铣每走刀一次，ap =1.5mm；考虑到数控加工中心的主轴电机可以实现无级变速，此处取转速为150r/min，取精铣的主轴转速为300r/min，又前面的铣刀直径D为200mm，故相应的切削速度分别为 V粗=Dn/1000=31.4200150/1000=94.2m/min V精=Dn/1000=3.14200300/1000=188.4m/min校核该机床的功率如下：查参考文献【1】，由表2.4-96知，切削功率的计算式如下： 取z=8个齿，n=2.5r/mm,=168mm,=3.5mm/r，=02.mm/r，=1将它们代入式中，得： =5.296KW由机床参考数据知机床功率为5.5KW,若取其效率为0.8，则5.50.8=4.4KW7.514kW，故机床的功率满足。6.4 工序精扩铰2-10F9孔，提高精度至2-10F7由工序20已将孔2-10F9加工至2-9F9,则此工序的精扩铰余量为0.1mm。查参考文献【1】，由表2.3-48，知孔的扩、铰余量分别为：=0.9mm,=0.1mm。查参考文献【1】，由表2.4-52，知扩孔的进给量f=0.3mm/r（因为扩的是盲孔，所以进给量取得较小）同粗加工，扩孔的速度=11m/min。由此计算出转速为：n=389.243r/min此处为方便计算取n=400r/min。查参考文献【1】，由表2.4-58，知，取铰孔的进给量为f=0.1mm/r。(受加工余量的限制)查参考文献【1】，由表2.4-60，知，取铰孔的切削速度为v=0.1mm/s=6m/min。因此，算出n=191.083r/min。此处为方便计算，取转速为200r/min，则实际的切削速度为v=6.28m/min。6.5 工序 铣凸台面凸台面因要求不高，故可以一次铣出，其工序余量即等于总余量4mm。凸台面距S30H9孔球面中心mm，这个尺寸是在扩铰S30H9时直接保证的。球面中心（设计基准）距2-80mm空轴线（工艺基准）1000.05mm则为间接保证的尺寸。本工序工艺基准与设计基准不重合，有基准不重合误差。铣凸台面时应保证的工序尺寸为凸台面距2-80mm孔轴线的距离A1.用综合图表跟踪法解算工序尺寸如下：序号工序名称工序尺寸/mm上偏差下偏差/mm 1铣D面110+1.8-1.8 工序余量/mm公称最大最小变化量Z146.12.73.4 设计尺寸/mm A1=1060.4图中B2=1000.5mm， B3=mm，用竖式法计算如下：基本尺寸上偏差下偏差増环106+0.5-0.3减环6+0.20封闭环100+0.5-0.5所以 A1=mm校核铣D面的余量Z1。在上图b中，A1和B1都是通过加工直接得到的，Z1是封闭环。已知：A1=（1060.4）mm，B1=1101.8mm；由式（5-17）、式（5-18）得 Z1max=B1maxA1min=(111.8105.6)mm=6.2mm Z1min=B1minA1max=(109.2106.4)mm=2.8mm校核结果表明，Z1符合铣D面要求。 查参考文献【1】，由表2.3-59知，铣平面的背吃刀量=4mm；查参考文献【2】，由表30-13知，取粗铣每齿的进给量f=0.2mm/z；查参考文献【1】，由表3.1-74知，取粗铣的主轴转速为n=118r/min;由之前的工序设计知，铣刀的直径为D=63mm，故相应的切削速度为 v=23.342mm/min校核机床的功率： 查参考文献【11】，由表30-17知，切削功率的计算式如下： 取z=4个齿，n=11860=1.966r/s,=168mm,=4mm， =0.25mm/z，=1,将它们带入式中： =0.046kW由机床的参数知，机床功率为5.5kW，假设机床的效率为0.8，则5.50.8=4.4kW，0.046kw4.4kW，故机床的功率足够。 6.6 钻8-M12mm螺纹底孔，孔口倒角145，钻铰2-8N8，孔口倒角145查参考文献【1】，由表2.4-38，知，取钻8-M12螺纹底孔的进给量f=03mm/r；其切削余量为5.1mm。查参考资料【1】，由表2.4-41，用插入法计算出钻8-M12螺纹底孔的切削速度为v=0.33m/s=19.8m/min20m/min。由此算出，n=630r/min为达到表面质量的要求，将钻铰2-8N8改为钻扩铰2-8N8；查参考文献【1】，由表2.3-48，取=0.45mm，=0.05mm，由此可算出，钻孔的余量为=0.45-0.05=3.5mm查参考文献【1】，由表2.4-38，取钻2-8N8孔时的进给量f=0.3mm/r；查参考文献【1】，由表2.4-41，用插入法求得，钻2-8N8时的切削速度v=0.37m/s=22.2m/min，由此计算出转速为 n=1010r/min查参考文献【1】，由表2.4-69，得： 代入计算数据得： =1119.159N =3.853Nm他们均小于机床的最大进给力500Kg和机床的最大扭矩220Nm，故机床满足要求。扩孔2-8N8时，查参考文献【1】，由表2.4-5，取机床的进给量为f=0.3r/min。参考文献【4】，由表3-54，知，扩孔的切削速度为（），故取=22.2=11.1m/min由此计算出转速为，n=447.472r/min。在此处取n=450r/min 。查参考文献【1】，由表2.4-58，取铰孔的进给量f=0.3mm/r；查参考文献【1】，由表2.4-60，知，取铰孔的切削速度为v=0.26m/s=15.6m/min，由此算出转速为n=621.019r/min，此处取n=620r/min。6.7 时间定额计算工序1粗铣N面，钻扩铰2-10F9至9F9，孔口倒角145，钻4-13的时间定额计算（1）由之前的工序设计可知，粗加工时N面的切削余量为3.5mm，背吃刀量）=3.5mm，每齿进给量为f=0.2mm/r，齿数z=10，主轴转速为n=150r/mm，走刀一次，采用面铣刀对称铣削，刀具主偏角90。查参考文献【7】，由表5-43，知铣削的基本时间计算式为： mm参数说明： 所铣平面的轮廓长度； 每齿进给量； D铣刀直径； 所铣平面的轮廓宽度。 计算过程如下： mm mm 钻扩铰210F9孔（尺寸留精铰余量），孔口倒角145钻4-13mm孔查参考文献【7】，由表5-41，得钻孔基本时间的计算式如下： ； =14mm； ；参数说明： f进给量； n机床主轴转速； 刀具主偏角； D钻孔直径； =14，盲孔时=0。、钻4-13mm孔的计算： =19.5mm 则基本时间： 4=40.115min=0.46min、钻扩铰2-10F9钻2-7孔：代入上述计算式，有 即 于是，基本时间 = =0.052min2=20.052=0.104min扩孔2-8.8: 查参考文献【7】，由表5-41，知扩孔和铰空的计算公式为： 参数说明： f进给量； n机床主轴转速； 刀具主偏角； d1扩、铰前的孔径（mm）; D扩、铰后的孔径(mm)； =24，盲孔时=0。2.5将以上数据及前面已选定的f及n代入公