CA10B转向蜗杆箱机械加工工艺及其夹具设计设计说明书

1、 黄石理工学院 目录摘要1 引言12转向蜗杆箱加工工艺规程设计32.1零件的分析32.1.1零件的作用32.1.2零件的工艺分析32.2箱体加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施42.2.1确定毛坯的制造形式42.2.2基面的选择42.2.3确定工艺路线42.2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定52.2.5确定切削用量62.3小结223 专用夹具设计233.1铣床夹具设计233.1.1定位基准的选择233.1.2切削力的计算与夹紧力分析233.1.3夹紧元件及动力装置确定243.1.4夹具精度分析273.1.5夹具设计及操作的简要说明273.4小结394结束语40参考文献41摘

2、 要工艺学是以研究机械加工工艺技术和夹具设计为主技术学科，具有很强的实践性，要求学习过程中应紧密联系生产实践，同时它又具有很强的综合性， 本次毕业设计的课题是转向蜗杆箱体加工工艺规程及工艺分析主要内容如下：首先，对零件进行分析，主要是零件作用的分析和工艺分析，通过零件分析可以了解零件的基本情况，而工艺分析可以知道零件的加工表面和加工要求。根据零件图提出的加工要求，确定毛坯的制造形式和尺寸的确定。第二步，进行基面的选择，确定加工过程中的粗基准和精基准。根据选好的基准，制订工艺路线，通常制订两种以上的工艺路线，通过工艺方案的比较与分析，再选择可以使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到合

3、理的保证的一种工序。最后，根据已经选定的工序路线，确定每一步的切削用量及基本工时，并选择合适的机床和刀具。对于粗加工，还要校核机床功率。然后把设计的过程整理为图纸。通过以上的概述，整个设计基本完成。ABSTRACT A specialized main specialized course that mechanical manufacturing engineering is studied is machinery , rely mainly on studying machining technology and jig to design technological disciplin

4、e , have very strong practicality , require that should contact production practices closely in the learning process, at the same time it has comprehensive the very strong one, The subject of this graduation project is that CA6140 lathe ring flange processing technology rules and special-purpose jig

5、 of a certain process are designed, the main content is as follows: First of all, analyse , it is mainly analysis of the function of the part and craft analysis to the part , through part analyse can find out about basic situation of part, and craft analyse may know the processing surface of the par

6、t and is it require to process. The processing demand put forward according to the part picture, confirm the manufacture form of the blank and sureness of the size. The second step, carry on the choice the base , confirm thick datum and precise datum in the processing course. According to the datum

7、chosen , make the craft route , usually make the craft route of more than two kinds, with analysing through the comparison of the craft scheme, and then choosing be able to make such specification requirements as the precision of geometry form , size of the part and precision of position ,etc. get a

8、 kind of process of the rational assurance s. The third step, according to the already selected process route, confirm for every steps of cutting consumption and basic man-hour , choose suitable lathe and cutter. To rough machining , will check the power of the lathe . Finally , design the third pro

9、cess - the jig getting into the hole of the ring flange. Put forward the question of designing first , and then choose to orient the datum , then the calculation that begins to cut strength , clamp strength and analysis of the localization error. Then put the design course in order as the drawing. T

10、hrough the summary of the above, design and finish basically entirely. Keywords: machine; Process the craft; The tongs design231、前言机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量

11、、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。 2、发展历史 夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的

12、定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。3、发展现状 制造业是国民经济的基础，随着以计算机技术为主导的现代科学技术的迅速发展，以“时间驱动”为特征的市场竞争、产品更新换代的加快、商品需求的多样化、用户素质的提高等使制造业面临着巨大的挑战，特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工就出现了一些问题，在现阶段像后钢板弹簧吊耳类的加工还没达到现代自动化的水平。在现代的中小批量生产中，它的加工工艺还需人工画线的方法来保证其精度，而对工件的装夹也是通过人工

13、的方法进行的。因此我国对后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还处于效率低、成本高的阶段。4、发展趋势 随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还处于落后阶段。在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成组夹具。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。5、设计面临的问题在设计中，需要对零件加工工艺方案和夹具进行设计，在确定加工工艺方案时

14、，可能会出现工艺路线的不合理，甚至出现不能保证加工所要求达到的精度。在进行夹具设计时，可能因定位基准选择不合理，出现过定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保证。在选择夹紧机构时由于机构的大小，尺寸等不合理，而达不到夹紧的目的，也可能因夹紧力作用点或作用面的位置不合理而使工件产生翻转。所以在设计过程中应制订多套方案，以供比较选择最优，同时还要多请教指导老师和同学，并多查阅相关的书籍来尽可能好的完成设计。6、总结 在机械制造中，为完成需要的加工工序、装配工序及检验工序等，使用着大量的夹具。利用夹具，可以提高劳动生产率，提高加工精度，减少废品，可以扩大机床的工艺范围，改善操作的劳动条件。因此，夹具

15、是机械制造中的一项重要的工艺装备。夹具设计的基础理论一个好的机床夹具，首先要保证能加工出合格的产品。为此，所设计的夹具首先应满足以下两项要求：第一，在未受外力作用时，加工件对刀具和机床应保持正确的位置，即加工件应有正确的定位。第二，在加工过程中，作用于加工件上的各种外力，不应当破坏加工件原有的正确定位，即对加工件应有正确的夹紧。2 转向蜗杆箱体加工工艺规程设计2.1零件的分析2.1.1零件的作用题目给出的零件是转向蜗杆箱体，它的主要的作用是用来支承、固定的。它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时转向蜗杆箱体分出部分动力将运动传给进给

16、箱。转向蜗杆箱体中的主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值也将大打折扣。2.1.2零件的工艺分析 零件的材料为KT370-12，可锻铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，减震性能良好。转向蜗杆箱体需要加工表面以及加工表面的位置要求。现分析如下：（1）主要加工面：1）铣110端平面保证尺寸54mm，平行度误差为0.032）车41孔保证尺寸81mm与下平面的平行度误差为0.023）镗孔至所要求尺寸，并保证各位误差要求4）钻侧面螺纹底孔5）钻孔攻丝平面各孔（2）主要基准面：1）以下平面为基准的加工表面这一组加工表面包括：转向蜗杆箱体上

17、表面各孔、转向蜗杆箱体上表面2）以下平面为基准的加工表面这一组加工表面包括：主要是下平面各孔及螺纹孔2.2 转向蜗杆箱体加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施2.2.1确定毛坯的制造形式零件的材料KT370-12。由于年产量为成批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸较大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合成批生产的机器砂模铸造。便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。2.2.2基面的选择（1）粗基准的选择 对于本零件而言，按照互为基准的选择原则，选择本零件的下表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，利用底面定位块支承和底面作为主要定位基准，以限制z、z、y、y、五

18、个自由度。再以一面定位消除x、向自由度，达到定位,目的。（2）精基准的选择 主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用已加工结束的上、下平面作为精基准。2.2.3确定工艺路线表2.1工艺路线方案一工序1铸造工序2时效工序3涂底漆工序4粗,精铣110端面工序5粗,精车41孔端成型工序6粗,精车44孔端成型工序7钻5-M10孔工序8钻13孔工序9钻R3/8锥孔工序10钻4-M10孔工序11镗72孔工序12镗110孔工序13钳工工序14检验工序15入库表2.2工艺路线方案二工序1铸造工序2铸造工序3时效工序4涂底漆工序5粗,精铣110端面工序6粗,精车41孔端成型工序7粗,精车44孔端成型工序8镗7

19、2孔工序9镗110孔工序10钻R3/8锥孔工序11钻4-M10孔工序12钻5-M10孔工序13钻13孔工序14钳工工序15检验工艺路线的比较与分析：第二条工艺路线不同于第一条是将镗孔工序放到加工中孔前面。加工完平面各螺纹孔与其它光孔等其它的先后顺序均没变化。通过分析发现这样的变动提高了生产效率。而且对于零件的尺寸精度和位置精度都有太大程度的帮助,符合先面后孔的加工原则。 先加工底平面，然后以底平面为精基准再加工两侧平面，这样便保证了，两平面的平行度要求同时为加两平面上各孔保证了垂直度要求。符合先加工面再钻孔的原则。若选第一条工艺路线， 加工先加工孔再加工面,不便于装夹，并且毛坯的端面与轴的轴线

20、是否垂直决定了钻出来的孔的轴线与轴的轴线是非平行这个问题。所以发现第一条工艺路线并不可行。如果选取第二条工艺方案，先镗上、下平面各孔，然后以这些已加工的孔为精基准，加工其它各孔便能保证孔的形位公差要求从提高效率和保证精度这两个前提下，发现第二个方案比较合理。所以我决定以第二个方案进行生产。具体的工艺过程见工艺卡片所示。2.2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定转向蜗杆箱体的材料是KT370-12，生产类型为成批生产。由于毛坯用采用机器砂模铸造, 毛坯尺寸的确定如下：由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及

21、最小加工余量之分。 由于本设计规定零件为成批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与最小余量时应按调整法加工方式予以确定。 1）加工箱体的底平面，根据参考文献8表4-35和表4-37考虑3mm，粗加工2mm到机器砂模铸造的质量和表面的粗糙度要求，精加工1mm，2）加工的41，44孔时，用铣削的方法加工两侧面。由于侧面的加工表面有粗糙度的要求，而铣削的精度可以满足，故采取分二次的铣削的方式，粗铣削的深度是2mm，精铣削的深度是1mm3）镗传动轴孔时，由于粗糙度要求，因此考虑加工余量3mm。可一次粗加工2mm，一次精加工1mm就可达到要求。6）加工M10底孔，根据参考文献8表4-23考虑加工余量

22、4mm。可一次钻削加工余量1.1mm，一次攻螺纹0.1mm就可达到要求。7）加工13孔时，根据参考文献8表4-23考虑加工余量2.5mm。可一次钻削加工余量1.1mm，一次攻螺纹0.1mm就可达到要求。8）加工各小孔，粗加工2mm到机器砂模铸造的质量和表面粗糙度要求，精加工1mm，可达到要求。2.2.5确定切削用量工序：粗、精铣转向蜗杆箱体粗,110端面（1）粗铣110端面加工条件：工件材料： KT370-12，铸造。机床：X52K立式铣床。查参考文献7表3034刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。因其单边余量：Z=2mm所以铣削深度：每齿进给量：根据参考文

23、献3表2.4-75，取铣削速度：参照参考文献7表3034，取。机床主轴转速： 式（2.1）式中 V铣削速度； d刀具直径。由式2.1机床主轴转速：按照参考文献3表3.1-74 实际铣削速度：进给量： 工作台每分进给量： ：根据参考文献7表2.4-81,（2）精铣110端面加工条件：工件材料： KT370-12，铸造。机床： X52K立式铣床。参考文献7表3031刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：， ，齿数12，此为细齿铣刀。精铣该平面的单边余量：Z=1mm铣削深度：每齿进给量：根据参考文献7表3031，取铣削速度：参照参考文献7表3031，取机床主轴转速，由式（2.1）有：按照参考文献7表

24、3.1-31 实际铣削速度：进给量，由式（1.3）有：工作台每分进给量： 粗铣的切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度： 刀具切出长度：取转向蜗杆次数为1机动时间：根据参考文献5表2.5-45可查得铣削的辅助时间精铣的切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取转向蜗杆次数为1机动时间：根据参考文献5表2.5-45可查得铣削的辅助时间铣下平面的总工时为：t=+=1.13+1.04+1.04 +1.09=2.58min工序：粗,精车41孔端成型加工条件：工件材料： KT370-12，铸造。机床：CA6140车床查参考文献7表3034刀具：外圆车刀，材料

25、：， 。钻头因其单边余量：Z=2mm所以车削深度：每齿进给量：根据参考文献3表2.4-75，取车削速度：参照参考文献7表3034，取。由式2.1得机床主轴转速：按照参考文献3表3.1-74 实际铣削速度：进给量： 工作台每分进给量： ：根据参考文献7表2.4-81,被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度： 式（2.2）刀具切出长度：取转向蜗杆次数为1（2）粗精车44孔端成型机床：CA6140车床查参考文献7表3034刀具：外圆车刀，材料：， 。钻头由参考文献7表3031精车该平面的单边余量：Z=1mm车削深度：每齿进给量：根据参考文献7表3031，取车削速度：参照参考文献7表3031，取

26、机床主轴转速，由式（2.1）有：按照参考文献3表3.1-31 实际车削速度：进给量，由式（2.3）有：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取转向蜗杆次数为1工序：粗镗72H12的孔机床：卧式镗床刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：切削深度：，毛坯孔径。进给量：根据参考文献表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为=2.0mm。因此确定进给量。切削速度：参照参考文献3表2.4-9取机床主轴转速：，按照参考文献3表3.1-41取实际切削速度：工作台每分钟进给量： 被切削层长度：刀具切入长度： 刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：查参考文献1，表2.5-3

27、7工步辅助时间为：2.61min精镗下端孔72H12机床：卧式镗床刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：切削深度：进给量：根据参考文献3表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为=。因此确定进给量切削速度：参照参考文献3表2.4-9，取机床主轴转速：，取实际切削速度，： 工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：所以该工序总机动工时查参考文献1，表2.5-37工步辅助时间为：1.86min工序：钻M10螺纹底孔工件材料为KT370-12铁，孔的直径为6mm。加工机床为Z535立式钻床，加工工序为钻孔至8，选用8的麻花钻头。攻M6螺纹，选用M10细柄机用丝锥攻

28、螺纹。进给量：根据参考文献5表2.4-39，取切削速度：参照参考文献5表2.4-41，取由式（2.1）机床主轴转速：，取实际切削速度：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：转向蜗杆次数为1攻M102的螺纹机床：Z535立式钻床刀具：细柄机用丝锥进给量：由于其螺距,因此进给量切削速度：参照参考文献5表2.4-105，取由式（2.1）机床主轴转速：，取丝锥回转转速：取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：转向蜗杆次数为1机动时间：根据参考文献5表2.5-41可查得钻削的辅助时间攻M6螺纹被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：转向蜗杆次数为1机动时间：根据参考文献5表2.

29、5-41可查得钻削的辅助时间总工时为：t=2+=3.75min工序：钻光孔工件材料为KT370-12铁，孔的直径为20mm，表面粗糙度12.5。加工机床为Z535立式钻床，加工刀具为：钻孔13mm小直径锪钻。 1）确定切削用量确定进给量 根据参考文献7表28-10可查出，由于孔深度比，故。查Z535立式钻床说明书，取。根据参考文献7表28-8，钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），根据参考文献7表28-9，允许的进给量。由于所选进给量远小于及，故所选可用。确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率 根据表28-15，由插入法得：，由于实际加工条件与上表所给条件

30、不完全相同，故应对所的结论进行修正。由参考文献7表28-3，故查Z535机床说明书，取。实际切削速度为由参考文献7表28-5，故校验机床功率 切削功率为 机床有效功率故选择的钻削用量可用。即，相应地， 工序：校验2.3小结机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。对加工工艺规程的设计，可以了解了加工工艺对生产、工艺水平有着极其重要的影响。生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现。 3 专用夹具设计研究原始质料利用本夹具主要用来粗、精铣平面夹具，该面对孔的中心线要满足对称度要求以的平行度要求。在铣此面时，为了保证技术

31、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。3.2定位基准的选择由零件图可知：在对面进行加工前，底平面进行了粗、精铣加工，中孔进行了钻、扩、铰加工，因此，定位、夹紧方案有：分析比较心轴夹紧、定位，中孔端压紧，且定位与夹紧应分开，因夹紧会破坏定位。铣该侧面时其对中孔的中心线有对称度以及左侧面的平行度要求。为了使定位误差达到要求的范围之内，采用V型块定位方式，这种定位在结构上简单3.3 切削力及夹紧分析计算刀具：错齿三面刃铣刀（硬质合金） 刀具有关几何参数： 由参考文献55表129 可得铣削切削力的计算公式： 有：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

32、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： 式中：为各种因素的安全系数，查参考文献5121可知其公式参数： 由此可得： 所以 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，决定选用手动螺旋夹紧机构。查参考文献51226可知移动形式压板螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有：式中参数由参考文献5可查得： 其中： 螺旋夹紧力：该夹具采用螺旋夹紧机构，用螺栓块压紧工件，由表得：原动力计算公式 即： 由上述计算易得： 由计算可知所需实际夹紧力

33、不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。3.4 误差分析与计算该夹具以V型块，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：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。由于本道工序是完成端铣加工，所以选用对刀块。根据GB224380对刀塞尺选用平塞尺，其结构如图5.3所示： 图5.3 平塞尺塞尺尺寸参数如表5.5：表5.5 塞尺公称尺寸H允

34、差dC30.0060.253.6 夹具设计及操作的简要说明如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。由于该工件体积小，经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。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。 3.4小结对专用夹具的设计，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