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I XX 大學 課 程 設 計 論 文 內(nèi)齒圈工藝加工工藝及夾具設計 所 在 學 院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指 導 老 師 年 月 日 II 摘 要 內(nèi)齒圈零件加工工藝及夾具設計是包括零件加工的工藝設計 工序設計以及專用 夾具的設計三部分 在工藝設計中要首先對零件進行分析 了解零件的工藝再設計出 毛坯的結構 并選擇好零件的加工基準 設計出零件的工藝路線 接著對零件各個工 步的工序進行尺寸計算 關鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量 然后進行專 用夾具的設計 選擇設計出夾具的各個組成部件 如定位元件 夾緊元件 引導元件 夾具體與機床的連接部件以及其它部件 計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差 分析夾 具結構的合理性與不足之處 并在以后設計中注意改進 關鍵詞 工藝 工序 切削用量 夾緊 定位 誤差 III 目 錄 摘 要 II 目 錄 III 第 1 章 序 言 1 第 2 章 零件的分析 2 2 1 零件的形狀 2 2 2 零件的工藝分析 2 第 3 章 工藝規(guī)程設計 3 3 1 確定毛坯的制造形式 3 3 2 基面的選擇 3 3 3 制定工藝路線 3 3 3 1 工藝路線方案一 4 3 3 2 工藝路線方案二 4 3 3 3 工藝方案的比較與分析 5 3 4 選擇加工設備和工藝裝備 5 3 4 1 機床選用 5 3 4 2 選擇刀具 6 3 4 3 選擇量具 6 3 5 機械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 6 3 6 確定切削用量及基本工時 7 第 4 章 夾具設計 15 4 1 設計要求 15 4 2 夾具設計 15 4 2 1 定位基準的選擇 15 4 2 2 切削力及夾緊力的計算 15 4 3 定位誤差的分析 16 4 4 夾具設計及操作的簡要說明 16 設計心得體會 18 參考文獻 19 1 第 1 章 序 言 內(nèi)齒圈零件加工工藝及鉆床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 機械工程材料等的基礎下 進行的一個全面的考核 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 保證尺寸證零件的加工質(zhì)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(chǎn)實踐的需要 只有將各種理論與生產(chǎn)實踐相結合 才能很好的完成本次 設計 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(chǎn)品 并把它們裝備成機械 裝備的行業(yè) 機械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用 也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)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(chǎn)品 我們的生活離不開制造業(yè) 因此制造業(yè)是國民經(jīng)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(jīng)濟綜合實力和科學 技術水平的重要指標 本次設計水平有限 其中難免有缺點錯誤 敬請老師們批評指正 2 第 2 章 零件的分析 2 1 零件的形狀 題目給的零件是內(nèi)齒圈零件 主要作用是起連接作用 零件的實際形狀如上圖所示 從零件圖上看 該零件是典型的零件 結構比較簡 單 具體尺寸 公差如下圖所示 2 2 零件的工藝分析 由零件圖可知內(nèi)齒圈零件主要加工表面為 1 車外圓及端面 表面粗糙度 值為aR 3 2 2 車外圓及端面 表面粗糙度 值 3 2 3 鉆中心孔 表面粗糙度 值m aRm 3 2 4 半精車側面 及表面粗糙度 值 3 2 5 兩側面粗糙度 a值 6 3 12 5 法蘭面粗糙度 值 6 3 a 內(nèi)齒圈共有兩組加工表面 他們之間有一定的位置要求 現(xiàn)分述如下 1 左端的加工表面 這一組加工表面包括 左端面 180 外圓 倒角鉆孔并攻絲 這一部份只有端面 有 6 3 的粗糙度要求 其要求并不高 粗車后半精車就可以達到精度要求 2 右端面的加工表面 這一組加工表面包括 右端面 并帶有倒角 其要求也不高 粗車后半精車就 可以達到精度要求 3 第 3 章 工藝規(guī)程設計 假設年產(chǎn)量為 10 萬臺 每臺車床需要該零件 1 個 備品率為 19 廢品率為 0 25 每日工作班次為 2 班 該零件材料為 45 考慮到零件在工作時要有高的耐磨性 所以選擇鑄鐵鑄造 依 據(jù)設計要求 Q 100000 件 年 n 1 件 臺 結合生產(chǎn)實際 備品率 和 廢品率 分別 取 19 和 0 25 代入公式得該工件的生產(chǎn)綱領 N 2XQn 1 1 238595 件 年 3 1 確定毛坯的制造形式 零件材料為 45 考慮到零件在使用過程中起連接作用 分析其在工作過程中所受 載荷 最后選用 45 以便使金屬纖維盡量不被切斷 保證零件工作可靠 年產(chǎn)量已達 成批生產(chǎn)水平 而且零件輪廓尺寸不大 這從提高生產(chǎn)效率 保證加工精度 減少生 產(chǎn)成本上考慮 也是應該的 3 2 基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一 基面選擇的正確與合理 可以使加工 質(zhì)量得到保證 生產(chǎn)效率得以提高 否則 不但使加工工藝過程中的問題百出 更有 甚者 還會造成零件大批報廢 使生產(chǎn)無法正常進行 粗基準的選擇 對像內(nèi)齒圈這樣的零件來說 選好粗基準是至關重要的 對本零件 來說 如果外圓的端面做基準 則可能造成這一組內(nèi)外圓的面與零件的外形不對稱 按照有關粗基準的選擇原則 即當零件有不加工表面時 應以這些不加工表面做粗基準 若零件有若干個不加工表面時 則應以與加工表面要求相對應位置精度較高的不加工 表面做為粗基準 對于精基準而言 主要應該考慮基準重合的問題 當設計基準與工序基準不重合時 應該進行尺寸換算 這在以后還要專門計算 此處不在重復 3 3 制定工藝路線 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(chǎn)綱領已經(jīng)確定為成批生產(chǎn)的條件下 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(chǎn)率 除此以外 還應當考慮經(jīng)濟 效果 以便使生產(chǎn)成本盡量下降 4 3 3 1 工藝路線方案一 工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 10 開料 型材開料 20 車端面 夾毛坯外圓 車 180 端面 30 粗車 夾毛坯外圓 粗車 180 外圓 留 1mm 加工余量 40 精車 精車 180 外圓 達到圖紙尺寸公差要求 50 車端面 掉頭 夾 180 外圓 車另一端面 60 鉆孔 鉆中心孔 70 車內(nèi)孔 車內(nèi)孔 129 80 鉆底孔 鉆 6 M10 螺紋孔底孔 8 5 90 攻絲 攻絲 6 M10 螺紋孔 100 插內(nèi)齒輪 插內(nèi)齒輪 110 熱處理 熱處理RCRC 120 鉗 去毛刺 清洗 130 終檢 入庫 3 3 2 工藝路線方案二 工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 10 開料 型材開料 20 車端面 夾毛坯外圓 車 180 端面 30 粗車 夾毛坯外圓 粗車 180 外圓 留 1mm 加工余量 40 精車 精車 180 外圓 達到圖紙尺寸公差要求 50 車端面 掉頭 夾 180 外圓 車另一端面 60 鉆孔 鉆中心孔 70 車內(nèi)孔 車內(nèi)孔 129 80 鉆底孔 鉆 6 M10 螺紋孔底孔 8 5 90 攻絲 攻絲 6 M10 螺紋孔 100 插內(nèi)齒輪 插內(nèi)齒輪 5 110 熱處理 熱處理RCRC 120 鉗 去毛刺 清洗 130 終檢 入庫 3 3 3 工藝方案的比較與分析 上述兩個方案的特點在于 方案一的定位和裝夾等都比較方便 但是要更換多臺設備 加工過程比較繁瑣 而且在加工過程中位置精度不易保證 方案二減少了裝夾次數(shù) 但是要及時更換刀具 因為有些工序在車床上也可以加工 鏜 鉆孔等等 需要換上 相應的刀具 而且在過程有一定難度 要設計專用夾具 因此綜合兩個工藝方案 取 優(yōu)棄劣 具體工藝過程如下 工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 10 開料 型材開料 20 車端面 夾毛坯外圓 車 180 端面 30 粗車 夾毛坯外圓 粗車 180 外圓 留 1mm 加工余量 40 精車 精車 180 外圓 達到圖紙尺寸公差要求 50 車端面 掉頭 夾 180 外圓 車另一端面 60 鉆孔 鉆中心孔 70 車內(nèi)孔 車內(nèi)孔 129 80 鉆底孔 鉆 6 M10 螺紋孔底孔 8 5 90 攻絲 攻絲 6 M10 螺紋孔 100 插內(nèi)齒輪 插內(nèi)齒輪 110 熱處理 熱處理RCRC 120 鉗 去毛刺 清洗 130 終檢 入庫 3 4 選擇加工設備和工藝裝備 3 4 1 機床選用 工序 和工序 是粗車 粗鏜和半精車 半精鏜 各工序的工步數(shù)不多 成批 6 量生產(chǎn) 故選用臥式車床就能滿足要求 本零件外輪廓尺寸不大 精度要求屬于中等 要求 選用最常用的 CA6140 臥式車床 參考根據(jù) 機械制造設計工工藝簡明手冊 表 4 2 7 工序 是鉆孔 選用 Z525 搖臂鉆床 3 4 2 選擇刀具 在車床上加工的工序 一般選用硬質(zhì)合金車刀和鏜刀 加工刀具選用 YG6 類硬質(zhì) 合金車刀 它的主要應用范圍為普通鑄鐵 冷硬鑄鐵 高溫合金的精加工和半精加工 為提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟性 可選用可轉位車刀 GB5343 1 85 GB5343 2 85 鉆孔時選用高速鋼麻花鉆 參考 機械加工工藝手冊 主編 孟少農(nóng) 第二卷 表 10 21 47 及表 10 2 53 可得到所有參數(shù) 磨具的選用 磨具通常又稱為砂輪 是磨削加工所使用的 刀具 磨具的性能 主要取決于磨具的磨料 結合劑 粒度 硬度 組織以及砂輪的形狀和尺寸 參考 簡明機械加工工藝手冊 主編 徐圣群 表 12 47 選擇雙斜邊二號砂輪 3 4 3 選擇量具 本零件屬于成批量生產(chǎn) 一般均采用通常量具 選擇量具的方法有兩種 一是按計 量器具的不確定度選擇 二是按計量器的測量方法極限誤差選擇 采用其中的一種方 法即可 3 5 機械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 內(nèi)齒圈 零件材料為 45 查 機械加工工藝手冊 以后簡稱 工藝手冊 表 2 2 17 各種 45 的性能比較 45 的硬度 HB 為 143 269 表 2 2 2345 的物理性能 45 密度 7 2 7 3 計算零件毛坯的重量約為 2 3cmg kg 表 3 1 機械加工車間的生產(chǎn)性質(zhì) 同類零件的年產(chǎn)量 件 生產(chǎn)類別 重型 零件重 2000kg 中型 零件重 100 2000kg 輕型 零件重 100kg 單件生產(chǎn) 5 以下 10 以下 100 以下 小批生產(chǎn) 5 100 10 200 100 500 中批生產(chǎn) 100 300 200 500 500 5000 7 大批生產(chǎn) 300 1000 500 5000 5000 50000 大量生產(chǎn) 1000 以上 5000 以上 50000 以上 根據(jù)所發(fā)的任務書上的數(shù)據(jù) 該零件的月工序數(shù)不低于 30 50 毛坯重量 2 11 180 13 20 151 101 表 3 7 通用型麻花鉆的主要幾何參數(shù)的推存值 根據(jù) GB6137 85 d mm 2 f 8 6 18 00 30 118 12 40 60 表 3 8 鉆頭 擴孔鉆和鉸刀的磨鈍標準及耐用度 1 后刀面最大磨損限度 mm 鉆頭 直徑 d0 mm 刀具材料 加工材料 20 高速鋼 鑄鐵 0 5 0 8 2 單刃加工刀具耐用度 T min 刀具直徑 d0 mm 刀具類型 加工材料 刀具材料 11 20 鉆頭 鉆孔及擴 孔 鑄鐵 銅合金及 合金 高速鋼 60 鉆頭后刀面最大磨損限度為 0 5 0 8mm 刀具耐用度 T 60 min 確定進給量 查 機械加工工藝手冊 孟少農(nóng) 主編 第二卷表 10 4 高速鋼鉆頭鉆孔的進給量 為 f 0 25 0 65 根據(jù)表 4 13 中可知 進給量取 f 0 60 zm rm 確定切削速度 14 查 機械加工工藝手冊 孟少農(nóng) 主編 表 10 4 17 高速鋼鉆頭在球墨鑄鐵 190HBS 上鉆孔的切削速度軸向力 扭矩及功率得 V 12 參考 機械加工min 工藝手冊 孟少農(nóng) 主編 表 10 4 10 鉆擴鉸孔條件改變時切削速度修正系數(shù) K 1 0 R 0 85 mvtv V 12 10 32 3 85 0 inm 17 則 131 3 nir 18 查表 4 2 12 可知 取 n 150 minr 則實際切削速度 11 8v實 確定切削時間 查 機械加工工藝手冊 孟少農(nóng) 主編 表 10 4 43 鉆孔時加工機動時間計算 公式 T 3 ifn llw1 19 其中 l l 5 l 2 3f2mdRKcot wm1m 則 t 9 13 s 3 6 5 2 確定鉆孔的切削用量 鉆孔選用機床為 Z525 搖臂機床 刀具選用 GB1436 85 直柄短麻花鉆 機械加工工 藝手冊 第 2 卷 根據(jù) 機械加工工藝手冊 第 2 卷表 10 4 2 查得鉆頭直徑小于 10 的鉆孔進給m 量為 0 20 0 35 rm 則取 rf30 確定切削速度 根據(jù) 機械加工工藝手冊 第 2 卷表 10 4 9 切削速度計算公式為 3 minkfaTdcvvyxpmzv 20 查得參數(shù)為 刀具耐用度 T 3515 0 0 25 1 8 zcvvvv min 則 1 65 0125 0 2 337 in 所以 72n4 6mir 選取 i120 23 1 0dn 054 3 6 0573 15 所以實際切削速度為 2 6410 74 32 vmin 確定切削時間 一個孔 t s20 8 6 滾齒 由艾興 肖詩綱主編 切削用量簡明手冊 北京 機械工業(yè)出版社表 10 174 V 312 T0 33S0 5 N 0 124s0 9m1 7 D 又由文獻 2 表 10 175 10 177 S 2 5 T 240min m 4 代入上式得 V 32 4m min N 0 27kw 第 4 章 夾具設計 為了提高勞動生產(chǎn) 保證加工質(zhì)量 降低勞動強度 需要設計專用夾具 下面 即為鉆 6 M10 孔的專用夾具 本夾具將用于 Z525 搖臂鉆床 4 1 設計要求 本夾具無嚴格的技術要求 因此 應主要考慮如何提高勞動生產(chǎn)率 降低勞動 強度 面精度不是主要考慮的問題 4 2 夾具設計 4 2 1 定位基準的選擇 由零件圖可知 6 孔中 6 M10 在圓周上均勻分布尺寸精度為自由尺寸精度 16 要求 其設計基準為兩對稱孔中心距 由于難以使工藝基準與設計基準統(tǒng)一 只能 以 129 內(nèi)孔面作為定位基準 為了提高加工效率及方便加工 決定鉆頭材料使用高速鋼 用于對 6 孔進行 加工 準備采用手動夾緊 4 2 2 切削力及夾緊力的計算 刀具 高速鋼麻花鉆頭 尺寸為 8 5 則軸向力 見 工藝師手冊 表 28 4 F C d f k 1F0zFy 式中 C 420 Z 1 0 y 0 8 f 0 35FF k 7 1 92 13 FnHB F 420 05 08 N 轉矩 T C d f kT0ZTy 式中 C 0 206 Z 2 0 y 0 8TT T 0 206 34 17 35 18 2 M 功率 P mKWdV26 090 在計算切削力時 必須考慮安全系數(shù) 安全系數(shù) K K K K K1234 式中 K 基本安全系數(shù) 1 5 K 加工性質(zhì)系數(shù) 1 1 2 K 刀具鈍化系數(shù) 1 1 3 K 斷續(xù)切削系數(shù) 1 14 則 F KF 1 5 42391 1 N 鉆削時 T 17 34 N M 切向方向所受力 F 1LT2670534 取 1 0 f F 4416f 1 N F Ff 所以 鉆削時工件不會轉動 故本夾具可安全工作 17 4 3 定位誤差的分析 定位元件尺寸及公差的確定 本夾具的主要定位元件為孔銷配合 而該定位元件 的尺寸公差為 而孔徑尺寸為自由尺寸精度要求 可滿足加工要求 定位誤差分析 129H7 f8 根據(jù)配合公差 129H7 f8 0 04520 由以上可知 1max 0 074 2max 0 071 分析定位誤差 基準不重合誤差 因鉆孔時 定位基準為心軸的中心線 工序基準也為心軸的中心線 故 jb 0 4 4 夾具設計及操作的簡要說明 由于是大批大量生產(chǎn) 主要考慮提高勞動生產(chǎn)率 因此設計時 需要更換零件加 工時速度要求快 本夾具設計 用平面定位三個自由度 短心軸定位兩個自由度 用 鍵槽定位最后一個轉動自由度 手動螺旋夾緊 18 19 設計心得體會 緊張而辛苦的課程設計結束了 當我快要完成老師下給我的任務的時候 我仿佛 經(jīng)過一次翻山越嶺 登上了高山之巔 頓感心曠神怡 眼前豁然開朗 畢業(yè)設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練 這是我們邁向社會 從事職業(yè) 工作前一個必不可少的過程 千里之行始于足下 通過這次課程設計 我深深體會 到這句千古名言的真正含義 我今天認真地進行課程設計 學會腳踏實地地邁開這一 步 就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎 說實話 畢業(yè)設計真是很累人 然而 當我一著手清理自己的設計成果 仔細回味 這一周的心路歷程 一種少有的成功喜悅即刻使我倦意頓消 雖然這是我剛學會走完 的第一步 是我人生中的一點小小的勝利 然而它令我感到自己成熟了許多 令我有 了一種 春眠方覺曉 的感悟 通過課程設計 使我深深體會到 干任何事都必須有耐心 細致 課程設計過程中 許多計算優(yōu)勢不免令我感到心煩意亂 有兩次因為不小心我計算出錯 只能毫不情愿 地重來 但一想起老師平時對我們耐心教導 想到今后自己應當承擔的社會責任 想 到世界上應為某些細小失誤而出現(xiàn)的令人無比震驚的事故 我不禁時刻提醒自己 一 定要養(yǎng)成一種高度負責 一絲不茍的良好習慣 這次課程設計使我在工作作風上得到 了一次難得的磨練 做完畢業(yè)設計 使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正如此的貧乏 自己綜合應用所 學專業(yè)知識的能力是如此不足 幾年來學習了這么多的課程 今天才知道自己并不會 用 想到這里 我真的有點心急了 老師卻對我說 這說明課程設計確實使你有收獲 了 老師的親切勉勵像春雨注入我的心田 使我更加自信了 最后 我要衷心地感謝老師 是您的嚴厲批評喚醒了我 是您的敬業(yè)精神感動了我 是您的諄諄教誨啟發(fā)了我 是您的殷切期望鼓舞了我 我感謝老師您今天又為我增添 了一副堅硬的翅膀 20 參考文獻 1 吳拓 方瓊珊編 機械制造工藝與機床夾具課程設計指導 北京 機械工業(yè)出版社 2005 11 2007 9 重印 2 李益明主編 機械制造工藝設計簡明手冊 北京 機械工藝出版社 1994 3 艾興 肖詩剛主編 切削用量簡明手冊 北京 機械工藝出版社 1994 4 哈爾濱工業(yè)大學 上海工業(yè)大學主編 機床夾具設計 上海 上?？茖W技術出版社 1983 5 李洪主編 機械加工工藝手冊 北京 北京出版社 1990 6 王紹俊主編 機械制造工藝設計手冊 北京 機械工業(yè)出版社 1987 7 劉紅普 張曉妍主編 機械加工技術 北京 中國人民大學出版社 2009