矩形齿花键套机械加工工艺及夹具设计【含CAD图纸、说明书、工艺工序卡片】
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含CAD图纸、说明书、工艺工序卡片
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武夷学院本科毕业论文（设计）开题报告 学院 届 专业学生姓名学 号课题名称矩形齿花键套机械加工工艺及花键拉刀设计一、本课题的研究背景、意义，在国内外的研究现状和发展趋势，尚待研究的问题本课题的研究背景、意义:通过进行本次毕业设计，全面系统地对学生进行设计方法和研究方法的基本训练。要求学生树立正确的设计思想，培养学生进行科学的研究。学生能独立进行资料的收集、加工与整理，能综合运用科学的理论、知识和技能，锻炼独立解决设计问题的能力，图纸绘制规范，符合国家标准，编写符合要求的设计说明书并答辩，从而使学生树立严谨、实事求是的科学态度，并掌握工程设计的一般程序规范和方法。 近年来中国制造业快速发展，中国机械行业发展得也非常好，急切需要工艺装备方面的人才。根据工厂实际情况，要求工艺技术人员能制定合理的工艺规程，并设计出符合产品技术要求的花键拉刀。工艺规程的制定与花键拉刀设计，可以使学生得到机械专业知识的系统锻炼。首先，看懂加工零件的零件图需要机械制图和互换性与测量技术两门课的知识；其次制定工艺规程需要机械制造工艺学的知识；花键拉刀设计需要机械制造装备设计的知识；最后还要画出花键拉刀图总装图和重要零件的零件图。国内外的研究现状和发展趋势:1.国外研究现状目前,单件、小批量生产正逐渐成为现代机械制造业新的生产模式。在这种模式中,要求加工机床和花键拉刀装备具有更好的柔性,以缩短生产准备时间、降低生产成本,所以,按单一品种设计专用花键拉刀的方法已不能满足生产发展的要求,而组合花键拉刀正是适应这一生产模式的柔性工装设备。它对缩短工艺装备的设计、制造周期,以及产品换型后对原有工装花键拉刀延续使用起到至关重要的作用。国外为了适应这种生产模式,也把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段,并将其作为机械制造业的主要发展。花键拉刀的设计包括三个步骤:设备规划、花键拉刀规划和花键拉刀结构设计。目前,Joneja以及Ferreira等人在进行CAPP 方面的研究中对设备规划有详细论述。计算机辅助花键拉刀设计(CAFD) 就花键拉刀方面也作了一些工作:Chou YC ,Chandru V9 等人提出的自动花键拉刀定位和夹紧的一种方法;De Meter EC提出的利用机械杠杆原理进行定位和夹紧位置选择的一种算法;Markus A11 等人提出的针对棱柱形工件进行组合花键拉刀设计的基于规则的系统。目前,关于工件花键拉刀的自动化配置方面的工作,自动花键拉刀结构设计( AFCD) 中很少提及。TrappeyAJC等人提出了一个二维组合花键拉刀元件的配置算法。几乎所有的AFCD 研究者都承认,在一个成功的AFCD 系统中, 工件的几何形状是一个关键因素。Nnaji B ,Alladin S13 等人也对具有复杂几何形状的工件进行尝试研究然而其结果也仅仅适用于特定的几何体,比如多边形棱柱。Brost 和Goldberg 提出了一个“完整”的算法用来分析多边形工件的组合花键拉刀设计。并开发出一个组合花键拉刀设计系统,针对一个任意存在的工件,能自动产生所有可行的花键拉刀设计。并且采用力球分析的方法对产生的方案进行优化。以后的许多研究者大多借鉴了Brost 和Goldberg 的算法。组合花键拉刀在动力学方面的研究也取得了一定的进步,Yu and Goldberg 的花键拉刀加载规划方案是把花键拉刀的加载问题看作基于传感器的集成问题并给了一个规划算法。Cai 等提出了一种指导花键拉刀设计的方法,此方法是缩小由于工件表面与花键拉刀安装误差所带来的定位误差。Hockenberger 与DeMter 提出的模式是在工件加工期间工件的静态分析,这种方法是一种定性分析并且是在抓紧或夹紧物体的最坏的情况下的偏差,这种情况是由于在单位扭球的干涉扭矩。2.国内研究现状我国于80 年代末开始对组合花键拉刀元件的设计与管理进行了研究和开发,在总结和吸取我国应用和发展槽系花键拉刀经验的基础上,根据现代机械加工特征及花键拉刀的发展趋势,研制了新一代孔系组合花键拉刀系统。此系统发挥了槽系平移可调性和孔的旋转可调性的优势,可直接组装获得任何直线尺寸和角度尺寸。此系统把大中小三个系列的元件有机融为一体,可在一块多花键拉刀基础板上,既能组装单个大工件花键拉刀,又能组装多个中小零件花键拉刀,有利于装花键拉刀基础板长期固定在机床工作台上,此系统还设有孔系和槽系过渡元件,便于实现孔、槽系花键拉刀元件混合使用。北京工商大学麻建东和刘璇开发的组合花键拉刀元件库,元件库模块的核心程序用ObjectARX SDK2. 02工具包开发,界面程序用AU TOCAD 提供的对话框控制语言DCL (Dialog Cont rol Language) 语言开发,在VC + + 6. 0 下编译和联接,生成的ARX 可执行程序在AU TOCADR14 下直接加载运行。元件库可为使用者提供7 类组合花键拉刀元件三维图形的浏览以及交互设计功能,并生成三维组合花键拉刀构形图,在CAD 环境中可进行修改或删除山东工业大学的徐志刚在“广义映射原理”的指导下,开发了支持“top - down”风范的花键拉刀设计软件自动化系统。吴玉光博士在这个领域取得了较大的突破。提出孔系基础板组合花键拉刀设计的系统方法。该方法利用连杆机构原理自动确定由直线和圆弧组成定位边界的零件的全部候选定位方案。并提出定位销可见概念和定位销转动支点的概念,进行定位方案的装卸方便性分析。进一步提出瞬心三角形和同向边的概念,对工件进行可夹紧性分析,确定工件边界的可夹紧范围。其理论水平在国内外相关领域内开拓了新的局面。尚待研究的问题:矩形花键套工艺分析矩形花键套花键拉刀草图的确定花键拉刀方案的方案论证主要零部件的设计计算 绘制装配图的基本规范 绘制零件图的基本规范 设计计算的说明书的编写二、完成任务的研究思路和方案研究思路:确定加工顺序和工序内容，安排工序的集中和分散程度，划分工序阶段，这项工作与生产纲领有密切关系，具体可以根据生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等。生产条件确定工艺过程的工序次数；如批量小时可采用在通用机床上工序集中原则，批量大时即可按工序分散原则，组织流水线生产，也可利用高生产率的通用设备，按工序集中原则组织生产。课题研究的主要方案：(1)搜集资料，了解并掌握矩形齿花键套主要零件加工工艺结构和工作原理。(2)确定设计大体思路，撰写开题报告，要求完成具体的设计内容及计算。(3)根据设计任务书的要求，熟悉相关软件AutoCAD，确定设计方法及设计要点。按要求完成完整的设计计划及预期达到的结果，进行相关设计及计算。(4)对所设计花键拉刀设计相关校核，准备相关资料。(5)对设计说明书初稿进行相关格式修改，对设计图纸并进行修改。3、 其它需要的条件 需要准备一台电脑，绘图软件CAD还有WORD等办公软件。借阅机械制图、金属工艺学、互换性与测量技术基础、机械创新设计、机械工程材料应用基础、机械制造技术基础、机械制造装备技术、数控技术以及CAD、pro-E、UG等软件的一些基本操作，能独立完成一些专业基础课的课程设计，并能进行一些具有实践性的分析。四、课题工作的总体安排及进度 第一周到第四周 收集资料，阅读文献；第五周 编制开题报告；第六周 外文翻译；第七周 总体方案设计；第八周 进行相关内容的计算；第九周 进行相关内容的计算；第十周 进行相关内容的计算；第十一周 进行相关内容的计算；第十二周 根据计算结果画出要求的图纸草图；第十三周 根据计算结果画出要求的图纸草图；第十四周 根据计算结果画出要求的图纸草图；第十五周 整理说明书；第十六周 整理说明书；第十七周 编写计算说明书，形成毕业设计全部文件，准备答辩； 第十八周 毕业答辩；五、指导教师评语注：建议填写内容：对学生提出的方案给出评语，明确是否同意开题，提出学生完成上述任务的建议、注意事项等。可自行加页指导教师签名： 年 月 日六、院系意见： 院系（盖章） 年 月 日学院机械加工工序卡片产品型号矩形花键套零件图号产品名称矩形花键套零件名称矩形花键套共5页第1页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工30车45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数锻造11设备名称设备型号设备编号同时加工件数CA6140卧式车床11夹具编号夹具名称切削液1专用夹具普通乳化液工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件22工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时/sr/minm/smm/rmm机动辅助1粗车、半精车外圆120mm、外圆70mm及端面专用夹具，高速钢刀具，游标卡尺5001.270.8311510 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期）标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期学院机械加工工序卡片产品型号矩形花键套零件图号产品名称矩形花键套零件名称矩形花键套共5页第页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工40车45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数锻造11设备名称设备型号设备编号同时加工件数CA6140卧式车床11夹具编号夹具名称切削液1专用夹具普通乳化液工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件22工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时/sr/minm/smm/rmm机动辅助1粗车另一端面，粗车、半精车外圆45mm专用夹具，高速钢刀具，游标卡尺5001.270.8311510 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期）标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期学院机械加工工序卡片产品型号矩形花键套零件图号产品名称矩形花键套零件名称矩形花键套共9页第3页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工50钻45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数锻造11设备名称设备型号设备编号同时加工件数钻床Z52511夹具编号夹具名称切削液1专用夹具普通乳化液工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件22工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时/sr/minm/smm/rmm机动辅助1钻扩铰19mm孔专用夹具，钻头，铰刀，游标卡尺5001.270.8311510 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期）标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期学院机械加工工序卡片产品型号矩形花键套零件图号产品名称矩形花键套零件名称矩形花键套共5页第4页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工60拉45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数锻造11设备名称设备型号设备编号同时加工件数卧式拉床L612011夹具编号夹具名称切削液1专用夹具普通乳化液工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件22工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时/sr/minm/smm/rmm机动辅助1拉花键孔专用夹具，拉刀，游标卡尺5001.270.8311510 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期）标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期学院机械加工工序卡片产品型号矩形花键套零件图号产品名称矩形花键套零件名称矩形花键套共5页第5页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工70钻45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数锻造11设备名称设备型号设备编号同时加工件数钻床Z52511夹具编号夹具名称切削液1专用夹具普通乳化液工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件22工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时/sr/minm/smm/rmm机动辅助1钻加工8-13mm孔专用夹具，钻头，游标卡尺80012.70.5211510 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期）标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期表二 机械加工工艺过程卡片机 械 加 工 工 艺 过 程 卡 片产品型号零件图号产品名称矩形花键套零件名称矩形花键套共1页第1页材 料 牌 号45毛 坯 种 类锻造毛坯外形尺寸每毛坯件数1每 台 件 数1备 注工序号工序名称 工 序 内 容车 间 工 段设 备工 艺 装 备 工 时 准终 单件10锻造锻造出毛坯20热处理毛坯热处理，时效处理30车粗车、半精车外圆120mm、外圆70mm及端面机二卧式车床CA6140 专用夹具，高速钢刀具，游标卡尺40车粗车另一端面，粗车、半精车外圆45mm机二卧式车床CA6140专用夹具，高速钢刀具，游标卡尺50钻钻扩铰19mm孔机二钻床Z525 专用夹具，钻头，铰刀，游标卡尺60拉拉花键孔机二 卧式拉床L6120专用夹具，拉刀，游标卡尺70钻钻加工8-13mm孔机二钻床Z525 专用夹具，钻头，游标卡尺80去毛刺去毛刺90终检终检入库 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期）标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字日 期 毕业论文（设计）矩形齿花键套机械加工工艺及花键拉刀设计院 系 ：专 业：年级（班级）：姓 名：学 号:指导教师：职 称：完成日期：摘 要矩形齿花键套机械加工工艺及花键拉刀设计 是包括零件加工的工艺设计以及专用夹具的设计、花键拉刀三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：工艺，工序，切削用量，夹紧，定位，误差33AbstractRectangular tooth spline bushing machining process and spline broach design includes parts manufacturing process design and special fixture design, spline broaches three parts. In the process design to first analyze the parts to understand parts of the process and then design a rough structure, and select the machining datum good parts, design parts of the process line; then the part of each step of the process to calculate the size of a key is to determine the technical equipment and cutting the amount of each step; then dedicated fixture design, select the individual components to design a fixture, such as positioning element, clamping element, the guide element, clamp connecting the machine parts and other components; positioning errors in the calculation of the fixture, analyze rationality and shortcomings of the fixture structure and attention to improving future designs.Keywords: technology, process, cutting the amount of clamping, positioning error目 录第1章 序 言1第2章 零件的分析22.1零件的形状22.2零件的工艺分析2第3章 工艺规程设计43.1 确定毛坯的制造形式43.2定位基准的选择零件表面加工方法的选择43.3 制定工艺路线53.4 选择加工设备和工艺装备63.4.1 机床选用63.4.2 选择刀具63.4.3 选择量具63.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定6第4章 确定切削用量及基本时间94.1 工序切削用量的及基本时间的确定94.2 工序II车另一端面，粗车、半精车外圆45mm114.3 钻扩铰19mm孔114.4 拉键槽134.5 工序切削用量及基本时间的确定14第5章 加工8X13mm孔夹具设计175.1 研究原始质料175.2 定位、夹紧方案的选择185.3 切削力及夹紧力的计算185.4 误差分析与计算205.5定位销选用215.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用215.7 确定夹具体结构和总体结构235.8夹具设计及操作的简要说明24第6章 矩形花键拉刀设计256.1 被加工零件材料的选择256.2 设计步骤25总 结32致 谢33参 考 文 献34矩形齿花键套机械加工工艺及花键拉刀设计第1章 序 言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。矩形齿花键套零件加工工艺及夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等的基础下，进行的一个全面的考核。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证尺寸证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。第2章 零件的分析2.1零件的形状题目给的零件是矩形齿花键套零件，主要作用是起连接作用。它主要用于轴与轴之间的连接，以传递动力和转矩。零件的实际形状如上图所示，从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单。具体尺寸，公差如下图所示。2.2零件的工艺分析由零件图可知，其材料为45#，具有较高强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力和要求耐磨零件。矩形齿花键套零件主要加工表面为：1.车外圆及端面，表面粗糙度值为3.2。2.车外圆及端面，表面粗糙度值3.2。3.车装配孔，表面粗糙度值3.2。4.半精车侧面，及表面粗糙度值3.2。5.两侧面粗糙度值6.3、12.5，法兰面粗糙度值6.3。矩形齿花键套共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下：(1)左端的加工表面： 这一组加工表面包括：左端面，45外圆，倒角钻孔。这一部份只有端面有6.3的粗糙度要求。其要求并不高，粗车后半精车就可以达到精度要求。而钻工没有精度要求，因此一道工序就可以达到要求，并不需要扩孔、铰孔等工序。(2).右端面的加工表面： 这一组加工表面包括：右端面；120的外圆，粗糙度为1.6；120的外圆并带有倒角其要求也不高，粗车后半精车就可以达到精度要求。第3章 工艺规程设计本矩形齿花键套假设年产量为10万台，每台车床需要该零件1个，备品率为19%，废品率为0.25%，每日工作班次为2班。该零件材料为45#，考虑到零件在工作时要有高的耐磨性，所以选择锻造。依据设计要求Q=100000件/年，n=1件/台；结合生产实际，备品率和 废品率分别取19%和0.25%代入公式得该工件的生产纲领 N=2XQn(1+)（1+)=238595件/年3.1 确定毛坯的制造形式零件材料为45#，考虑到零件在使用过程中起连接作用，分析其在工作过程中所受载荷，最后选用锻造，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。年产量已达成批生产水平，而且零件轮廓尺寸不大，可以采用锻造，这从提高生产效率，保证加工精度，减少生产成本上考虑，也是应该的。3.2定位基准的选择零件表面加工方法的选择待加工的两零件是盘状零件，孔是设计基准（也是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。具体而言，即选19mm的孔及其一端面作为精基准。由于待加工的两零件全部表面都需加工，而孔作为精基准应先进行加工，对主动端而言，应选面积较大的外圆及其端面为粗基准；对从动端而言，应选面积较大120mm的外圆及其端面为粗基准。待加工的两零件的加工面有外圆、内孔、端面、键槽、锥孔，材料为30CrMnSi钢。以公差等级和表面粗糙度要求，参考相关资料，其加工方法选择如下。（1）45mm的外圆面 为未注公差尺寸，根据GB 180079规定其公差等级按IT14,表面粗糙度为Ra25um，粗车即可（表5-14）。（2）120mm的外圆面 为未注公差尺寸，根据GB 180079规定其公差等级按IT14,表面粗糙度为Ra6.3um，需进行精车和半精车。（3）13mm的柱销孔 为未注尺寸公差，根据GB 180079规定其公差等级按IT14,表面粗糙度为Ra6.3um，需进行钻孔。（4）端面 本零件的端面为回转体端面，尺寸精度的都要求不高，表面粗糙度为Ra25um,粗车即可。3.3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当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。在生产纲领已经确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，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。3.3.1 工艺路线方案一10锻造锻造出毛坯20热处理毛坯热处理，时效处理30车粗车、半精车外圆120mm、外圆70mm及端面40车粗车另一端面，粗车、半精车外圆45mm50钻钻扩铰19mm孔60拉拉花键孔70钻钻加工8-13mm孔80去毛刺去毛刺90终检终检入库3.3.2 工艺路线方案二10锻造锻造出毛坯20热处理毛坯热处理，时效处理30车粗车、半精车外圆120mm、外圆70mm及端面40车粗车另一端面，粗车、半精车外圆45mm50钻钻加工8-13mm孔60钻钻扩铰19mm孔70拉拉花键孔80去毛刺去毛刺90终检终检入库最终工艺路线方案：10锻造锻造出毛坯20热处理毛坯热处理，时效处理30车粗车、半精车外圆120mm、外圆70mm及端面40车粗车另一端面，粗车、半精车外圆45mm50钻钻扩铰19mm孔60拉拉花键孔70钻钻加工8-13mm孔80去毛刺去毛刺90终检终检入库3.4 选择加工设备和工艺装备3.4.1 机床选用.工序粗车、粗镗和半精车、半精镗。各工序的工步数不多，成批量生产，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外轮廓尺寸不大，精度要求属于中等要求，选用最常用的CA6140卧式车床。参考根据机械制造设计工工艺简明手册表4.2-7。.工序是钻孔，选用Z525摇臂钻床。 工序都为CA6140卧式车床。由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回转体，故宜在车床上镗孔。由于要求的精度较高，表面粗糙度较小，需选用较精密的机床才能满足要求，因此选用CA6140卧式车床（表5-55）。3.4.2 选择刀具.在车床上加工的工序,一般选用硬质合金车刀和镗刀。加工刀具选用YG6类硬质合金车刀，它的主要应用范围为普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工和半精加工。为提高生产率及经济性,可选用可转位车刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。.钻孔时选用高速钢麻花钻，参考机械加工工艺手册（主编 孟少农），第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有参数。3.4.3 选择量具本零件属于成批量生产，一般均采用通常量具。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器的测量方法极限误差选择。采用其中的一种方法即可。3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“矩形齿花键套” 零件材料为45#，查机械加工工艺手册（以后简称工艺手册），表2.2-17 各种铸铁的性能比较，硬度HB为143269，表2.2-23 球墨铸铁的物理性能，密度=7.27.3（），计算零件毛坯的重量约为2。表3-1 机械加工车间的生产性质生产类别同类零件的年产量件重型（零件重2000kg）中型（零件重1002000kg）轻型（零件重100kg）单件生产5以下10以下100以下小批生产510010200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产1000以上5000以上50000以上根据所发的任务书上的数据，该零件的月工序数不低于3050，毛坯重量21202506.04.0顶、侧面底 面铸孔的机械加工余量一般按浇注时位置处于顶面的机械加工余量选择。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。第4章 确定切削用量及基本时间切削用量包括背吃刀量a、进给量f和切削速度v。确定顺序是先确定a、f、再确定v。4.1 工序切削用量的及基本时间的确定4.1.1 切削用量 粗车、半精车外圆120mm、外圆70mm及端面所选刀具为YG6硬质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册表1.1，由于CA6140机床的中心高为200（表1.30），故选刀杆尺寸=，刀片厚度为。选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃倾角=，刀尖圆弧半径=。.确定切削深度由于单边余量为3mm，可在一次走刀内完成，故=3mm.确定进给量根据切削加工简明实用手册可知：表1.4刀杆尺寸为，工件直径400之间时， 进给量=0.51.0按CA6140机床进给量（表4.29）在机械制造工艺设计手册可知： =0.7确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表130，CA6140机床进给机构允许进给力=3530。根据表1.21，当强度在174207时，=时，径向进给力：=950。切削时的修正系数为=1.0，=1.0，=1.17（表1.292），故实际进给力为： =950=1111.5 （3-2）由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选=可用。.选择刀具磨钝标准及耐用度根据切削用量简明使用手册表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为，车刀寿命=。.确定切削速度切削速度可根据公式计算，也可直接有表中查出。根据切削用量简明使用手册表1.11，当硬质合金刀加工硬度200219的铸件，切削速度=。切削速度的修正系数为=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（见表1.28），故： =63 （3-3） =120 （3-4）根据CA6140车床说明书选择 =125这时实际切削速度为： = （3-5）.校验机床功率切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。由切削用量简明使用手册表1.25，=，切削速度时， =切削功率的修正系数=0.73，=0.9，故实际切削时间的功率为： =1.7=1.2 （3-6）根据表1.30，当=时，机床主轴允许功率为=，故所选切削用量可在CA6140机床上进行，最后决定的切削用量为：=3.75，=，=，= 4.1.2 基本时间确定粗车基本时间。参考文献1表2-24，车外圆基本时间为T式中，=40mm,3), 90，=2mm，=4mm,=0, f=0.65mm/r,n=0.77r/s,s4.2 工序II车另一端面，粗车、半精车外圆45mm切削用量的及基本时间的确定采用与工序30确定切削用量的方法，得本工序的切削用量及基本时间如下：可采用与工序相同的可转位车刀。见表5-1表5-1 主动端工序的切削用量及基本时间工步/mmf/mmr v/msn/rs/s粗车端面 2 0.52 0.38 1.5 113粗车外圆45#mm2.3 0.52 0.38 1.5 68 倒角 手动 0.38 1.54.3 钻扩铰19mm孔机床：立式钻床Z525刀具：根据参照参考文献3表4.39选高速钢锥柄麻花钻头。 钻孔钻孔时先采取的是钻孔，再扩到，所以。切削深度：进给量：根据参考文献3表2.438，取。切削速度：参照参考文献3表2.441，取。机床主轴转速：，按照参考文献3表3.131，取所以实际切削速度：切削工时 被切削层长度：刀具切入长度： 刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间： 扩孔刀具：根据参照参考文献3表4.331选择硬质合金锥柄麻花扩孔钻头。片型号：E403因钻孔时先采取的是先钻到孔再扩到，所以，切削深度：进给量：根据参考文献3表2.452，取。切削速度：参照参考文献3表2.453，取。机床主轴转速：按照参考文献3表3.131，取所以实际切削速度：切削工时被切削层长度：刀具切入长度有：刀具切出长度： ，取走刀次数为1机动时间： 铰孔刀具：根据参照参考文献3表4.354，选择硬质合金锥柄机用铰刀。切削深度：。进给量：根据参考文献3表2.458，取。切削速度：参照参考文献3表2.460，取。机床主轴转速：按照参考文献3表3.131取实际切削速度：切削工时被切削层长度：刀具切入长度，刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间：该工序的加工机动时间的总和是：4.4 拉键槽机床：卧式拉床L6120。刀具：查参考文献9表1.3-1，选择拉刀类型为矩形花键拉刀第三型号，该刀具特点：拉削长度大于30mm，同时加工齿数不小于5。材料：W18Cr4V做拉刀材料，柄部采用40Cr材料（具体刀具设计见拉刀设计）。拉削过程中，刀具进给方向和拉削方向一致，拉刀各齿齿升量详见拉刀设计，拉削的进给量即为单面的齿升量。查参考文献5表2.4-118和2.4-119，确定拉削速度=0.1160.08，取。拉削工件长度：；拉刀长度：（见拉刀设计）；拉刀切出长度=510mm，取。走刀次数一次。根据以上数据代入公式（计算公式由参考文献5表2.5-20获得），得机动时间4.5 工序切削用量及基本时间的确定（1）钻孔 钻加工8-13mm孔本工序采用计算法。表3-5高速钢麻花钻的类型和用途标准号类型直径范围（mm）用途GB1436-85直柄麻花钻2.020.0在各种机床上，用钻模或不用钻模钻孔GB1437-85直柄长麻花钻1.031.5在各种机床上，用钻模或不用钻模钻孔GB1438-85锥柄麻花钻3.0100.0在各种机床上，用钻模或不用钻模钻孔GB1439-85锥柄长麻花钻5.050.0在各种机床上，用钻模或不用钻模钻孔选用Z525摇臂钻床，查机械加工工艺手册 孟少农 主编，查机表2.4-37钻头的磨钝标准及耐用度可得，耐用度为45#00，表10.2-5标准高速钢麻花钻的直径系列选择锥柄长，麻花钻，则螺旋角=30，锋交2=118，后角a=10,横刃斜角=50，L=197mm,l=116mm。表3-6 标准高速钢麻花钻的全长和沟槽长度（摘自GB6137-85） mm直径范围直柄麻花钻ll111.8013.20151101表3-7 通用型麻花钻的主要几何参数的推存值（根据GB6137-85） （）d (mm)2f8.618.0030118124060表3-8 钻头、扩孔钻和铰刀的磨钝标准及耐用度（1）后刀面最大磨损限度mm刀具材料加工材料钻头直径d0（mm）20高速钢铸铁0.50.8（2）单刃加工刀具耐用度T min刀具类型加工材料刀具材料刀具直径d0（mm）1120钻头（钻孔及扩孔）铸铁、铜合金及合金高速钢60钻头后刀面最大磨损限度为0.50.8mm刀具耐用度T = 60 min.确定进给量查机械加工工艺手册 孟少农 主编，第二卷表10.4高速钢钻头钻孔的进给量为f=0.250.65,根据表4.13中可知，进给量取f=0.60。.确定切削速度 查机械加工工艺手册 孟少农 主编，表10.4-17高速钢钻头在球墨铸铁（190HBS）上钻孔的切削速度轴向力，扭矩及功率得，V=12，参考机械加工工艺手册 孟少农 主编，表10.4-10钻扩铰孔条件改变时切削速度修正系数K=1.0，R=0.85。 V=12=10.32 （3-17）则 = =131 （3-18） 查表4.2-12可知， 取 n = 150则实际切削速度 = = =11.8.确定切削时间查机械加工工艺手册 孟少农 主编，表10.4-43，钻孔时加工机动时间计算公式： T= （3-19）其中 l= l=5 l=23则： t= =9.13确定钻孔的切削用量钻孔选用机床为Z525摇臂机床，刀具选用GB1436-85直柄短麻花钻，机械加工工艺手册第2卷。根据机械加工工艺手册第2卷表10.4-2查得钻头直径小于10的钻孔进给量为0.200.35。 则取确定切削速度，根据机械加工工艺手册第2卷表10.4-9切削速度计算公式为 （3-20）查得参数为，刀具耐用度T=35则 =1.6所以 =72选取 所以实际切削速度为=2.64确定切削时间（一个孔） =第5章 加工8X13mm孔夹具设计5.1 研究原始质料利用本夹具主要用来加工4X13mm孔，加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足两孔轴线间公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。一、机床夹具定位元件工件定位方式不同，夹具定位元件的结构形式也不同，这里只介绍几种常用的基本定位元件。实际生产中使用的定位元件都是这些基本定位元件的组合。（一）工件以平面定位常用定位元件1支承钉 常用支承钉的结构形式如图6-1所示。平头支承钉（图a）用于支承精基准面；球头支承钉（图b）用于支承粗基准面；网纹顶面支承钉（图c）能产生较大的摩擦力，但网槽中的切屑不易清除，常用在工件以粗基准定位且要求产生较大摩擦力的侧面定位场合。一个支承钉相当于一个支承点，限制一个自由度；在一个平面内，两个支承钉限制二个自由度；不在同一直线上的三个支承钉限制三个自由度。图6-1 常用支承钉的结构形式2支承板 常用的支承板结构形式如图6-2所示。平面型支承板（图a）结构简单，但沉头螺钉处清理切屑比较困难，适于作侧面和顶面定位；带斜槽型支承板（图b），在带有螺钉孔的斜槽中允许容纳少许切屑，适于作底面定位。当工件定位平面较大时，常用几块支承板组合成一个平面。一个支承板相当于两个支承点，限制两个自由度；两个（或多个）支承板组合，相当于一个平面，可以限制三个自由度。图6-2 常用支承板的结构形式3可调支承 常用可调支承结构形式如图6-3所示。可调支承多用于支承工件的粗基准面，支承高度可以根据需要进行调整，调整到位后用螺母锁紧。一个可调支承限制一个自由度。图6-3 常用可调支承的结构形式 (二) 工件以孔定位常用定位元件1定位销 图6-6是几种常用固定式定位销的结构形式。当工件的孔径尺寸较小时，可选用图 a 所示的结构；当孔径尺寸较大时，选用图 b 所示的结构；当工件同时以圆孔和端面组合定位时，则应选用图c所示的带有支承端面的结构。用定位销定位时，短圆柱销限制二个自由度；长圆柱销可以限制四个自由度；短圆锥销（图d）限制三个自由度。图6-6 固定式定位销的结构形式5.2 定位、夹紧方案的选择由零件图可知：在对加工前，平面进行了粗、精铣加工，底面进行了钻、扩加工。因此，定位、夹紧方案有：夹紧方式用操作简单，通用性较强的铰链移动压板来夹紧。为了使定位误差达到要求的范围之内，采用一面一销的定位方式，这种定位在结构上简单易操作。一面即底平面。5.3 切削力及夹紧力的计算刀具：钻头。则轴向力：见工艺师手册表28.4F=Cdfk3.1 式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35 k=(F=420转矩T=Cdfk式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8T=0.206功率 P=在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数 K=KKKK式中 K基本安全系数，1.5; K加工性质系数，1.1;K刀具钝化系数, 1.1;K断续切削系数, 1.1则 F=KF=1.5钻削时 T=17.34 N切向方向所受力: F=取F=4416F F所以,时工件不会转动,故本夹具可安全工作。根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，查参考文献5表可得： 所以有： 该孔的设计基准为中心轴，故以回转面做定位基准，实现“基准重合”原则；参考文献，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力F夹与切削力之间的关系F夹KF轴向力：F夹KF （N）扭距：Nm由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用螺旋夹紧机构。5.4 误差分析与计算该夹具以一销定位，为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 由参考文献5可得：销的定位误差 ： 其中：， 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查5表1215有。 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。5.5定位销选用本夹具选用一可换定位销和棱形销来定位，其参数如下表：表3.1 定位销dHD公称尺寸允差2016200.01122514M1245.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。 图6.1 可换钻套表dDD1Ht基本极限偏差F7基本极限偏差D601+0.016+0.0063+0.010+0.004669-0.00811.84+0.016+0.00871.82.6582.63698121633.3+0.022+0.0103.347+0.019+0.010104581156101310162068+0.028+0.01312+0.023+0.0121581015181220251012+0.034+0.0161822121522+0.028+0.01526162836151826300.0121822+0.041+0.0203034203645#222635+0.033+0.01739263042462545#563035+0.050+0.0254852354255+0.039+0.0205930566742486266485070740.040钻模板选用钻模板，用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。5.7 确定夹具体结构和总体结构对夹具体的设计的基本要求（1）应该保持精度和稳定性在夹具体表面重要的面，如安装接触位置，安装表面的刀块夹紧安装特定的，足够的精度，之间的位置精度稳定夹具体，夹具体应该采用铸造，时效处理，退火等处理方式。（2）应具有足够的强度和刚度保证在加工过程中不因夹紧力，切削力等外力变形和振动是不允许的，夹具应有足够的厚度，刚度可以适当加固。（3）结构的方法和使用应该不错夹较大的工件的外观，更复杂的结构，之间的相互位置精度与每个表面的要求高，所以应特别注意结构的过程中，应处理的工件，夹具，维修方便。再满足功能性要求（刚度和强度）前提下，应能减小体积减轻重量，结构应该简单。（4）应便于铁屑去除在加工过程中，该铁屑将继续在夹在积累，如果不及时清除，切削热的积累会破坏夹具定位精度，铁屑投掷可能绕组定位元件，也会破坏的定位精度，甚至发生事故。因此，在这个过程中的铁屑不多，可适当增加定位装置和夹紧表面之间的距离增加的铁屑空间：对切削过程中产生更多的，一般应在夹具体上面。（5）安装应牢固、可靠夹具安装在所有通过夹安装表面和相应的表面接触或实现的。当夹安装在重力的中心，夹具应尽可能低，支撑面积应足够大，以安装精度要高，以确保稳定和可靠的安装。夹具底部通常是中空的，识别特定的文件夹结构，然后绘制夹具布局。图中所示的夹具装配。加工过程中，夹具必承受大的夹紧力切削力，产生冲击和振动，夹具的形状，取决于夹具布局和夹具和连接，在因此夹具必须有足够的强度和刚度。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便于铁屑。此外，夹点技术，经济的具体结构和操作、安装方便等特点，在设计中还应考虑。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，切割积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便排出铁屑。5.8夹具设计及操作的简要说明为提高生产率，经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，选用可换定位销。以便随时根据情况进行调整换取。第6章 矩形花键拉刀设计6.1 被加工零件材料的选择 被加工零件如图1.所示工件如图2所示。材料为：45钢；硬度HBS195 ；强度b = 600Mpa；工件长度L=77mm。6.2 设计步骤6.2.1选择拉刀材料 拉刀材料常用 W6Mo5Cr4V2高速工具钢整体制造,一般不焊接柄部.由于拉刀制造精度高,技术要求严,在刀具成本中加工费用占的比重比较大,为了延长拉刀寿命,所以生产上也用W25Mo Cr4VCo8和W6Mo5Cr4V2Al等硬度和耐磨性均较高的高性能高速钢制造.但一般常用W6Mo5Cr4V2,故该拉刀材料选择W6Mo5Cr4V2.6.2.2拉削方式 采用组合式的拉削方式,即在同一只拉刀上采用了两种拉削方式的组合.它的粗精切削齿都不分组,粗切削齿上开圆弧形分削槽,槽宽略小于刃宽,前后刀齿上分削槽交错排列,故粗切削齿上齿升量较大,拉削表面质量高,拉刀制造容易,适用于拉削余量较多的圆孔,是目前常用的一种拉削方式。6.3拉削余量 假设该矩形花键拉刀用来拉孔,则其拉削余量可用如下公式: =6.4几何参数 拉刀的几何参数主要指刀齿上的前角,后角和后刀面上的刃带宽,为制造方便,其校准齿上的前角通常与切削齿相同。 查表有: 切削齿: 前角= 后角=6.5齿升量fz 一般粗切齿应切除拉削余量的80%以上,精切齿的齿升量按被拉削表面的质量和精度来确定,通常可取0.0250.08,但不得小于0.025。 6.6确定切削齿齿距 查表有 故:取=10mm 6.7确定同时工作齿数 6.8 容屑槽形状 为减少加工容屑槽的成形车刀和样板的种类，应尽量将容屑槽的形状和尺寸标准化，系列化。目前常用的容屑槽形状有直线齿背型，曲线齿背型和直线齿背双圆弧型三种. 直线齿背双圆弧槽型槽型容削空间大，制造较简便，目前生产的拉刀大多采用这种槽型，适用于组合式及分块式的拉削和齿升量大的拉刀上。，故应选用直线齿背双圆弧槽型6.9 确定容削系数K 容屑系数K是拉刀容屑槽的有效面积A与切削层面积Ad的比值，即K=A/ 由于A=*h*h/2 查表有 K=3.26.10计算容屑槽深 为保证拉刀有足够的容削空间，设计时必须满足如下条件3.14*h*h/(4L*)=K, 故拉刀容屑槽深h1.136.11确定容屑槽尺寸 查拉刀容屑曹形状尺寸表 有： p=10时,取型.故,有:h=4mm, g=3.2mm, r=2mm6.12拉刀的分屑槽形状及其尺寸 常用分屑槽的形状有圆弧形和角度形两种。圆弧形分屑槽主要用于轮切式拉刀的切削齿和组合式拉刀的粗切齿和过度齿上；角度形分屑槽用于同廓式拉刀的切削齿和组合式拉刀的精切齿上。 故 本设计若粗切齿时采用圆弧形分屑槽；若精切齿时采用角度形分屑槽. 查表可知:拉刀分屑槽数: 粗切齿(圆弧型分屑槽):槽数=10 精切齿(角度型分屑槽):槽数=14 6.13粗算切削齿齿数 过度齿齿数=35,精切齿齿数=37,校准齿齿数=37 根据选定的粗削齿齿升量和已知的加工余量,切削齿齿数可按下式估算 = 6.14确定校准齿齿数和校准齿直径 有孔直径公差0.025,查如下表一得拉削孔径扩张量=0 取=5 考虑到拉后孔径可能产生扩张或收缩,校准齿直径的基本尺寸为 =30.021-0=30.021(=0) 其中 -拉后孔径的最大极限尺寸 -拉后孔径的扩张量或收缩量 615确定拉刀各刀齿直径 由=-可知：=-=58.025-1.6=56.425 故d=+(12) 其具体结果见拉刀工作图。 式中：-拉削后孔的最大直径，单位：mm -拉削前预制孔的最小直径，单位：mm6.16确定齿形状及尺寸 具体的齿形与尺寸如图3所示 图3刀齿宽度 B=10mm。刃带 f=0.80.2mm。刀刃长度 l=3mm。6.17倒角刀齿的计算 已知B=5,6.18柄部结构形式及尺寸 拉刀圆柱形前柄的结构形式可分为型和型，型用于柄部直径小于18mm的拉刀，型用于柄部直径大于18mm的拉刀。型和型又可分为无周向定位面和有周向定位面。当拉刀用于实现工作行程和返回行程的自动循环时，需要有后柄结构，后柄放置在拉刀后导部的后边，后柄的结构形式有型和型两种，型为整体式，型为装配式，一般在后柄直径较大时采用。 故该拉刀选择 型A-无周向定位面的圆柱形前柄型式，型圆柱形后柄型式. 查表知: 柄部尺寸为: 6.19颈部长度颈部直径可取与前柄直径相同值,也可略小于前柄直径.颈部长度要保证拉刀第一个刀齿尚未进入工件之前,拉刀前柄能被拉床的夹头夹住.因此可得拉刀颈部长度计算公式 取m=20mm, B=70mm, A=30mm6.20过度锥长度 过度锥长度根据拉刀直径不同可取为10,15,20mm ,故取=20mm 故: =35+70+30-20=100mm 6.21前导部直径,长度 6.22后导部直径,长度 后导部直径的基本尺寸等于拉后孔的最小直径,长度可取为工件长度的1/22/3,但不得小于20 mm. 故取 故:取=40mm6.23柄部前端到第一齿长度 = 6.24计算最大切削力 = 小于拉床额定拉力, 则: = 6.25拉床拉力校验 计算出的拉削力应小于拉床的实际拉力,即 对于良好状态的旧拉床, =0.8,其中L6110型拉床的公称拉力=200 KN 故0.8=0.8200=160 KN,所以拉床拉力足够.6.26拉刀强度校验 为防止
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