星轮加工工艺铣宽8N9键槽夹具设计【三维UG】

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Star wheel processing procedures and special fixture is including the parts processing process design, process design and fixture design of three parts. In the process of design should first understand the analysis of parts, parts of the process to design a blank structure, and choose the good components the processing datum, designs the process routes of the parts; then the parts of each labor step process size calculation, is the key to decide the craft equipment and the cutting process of the various design parameters; then a special fixture, the fixture selection for the various components of the design, such as connecting parts positioning elements and clamping elements, guide element, fixture and machine tool and other components; positioning error is calculated when the fixture, analysis the rationality and shortcoming of fixture structure, improve and design in later. Keywords: wheel, cutting, positioning error I 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。 星轮的加工工艺规程及其铣键槽、铣L面的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、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。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。 第一章 零件的分析 1.1 零件的作用 题目所给定的零件是汽车离合器上的星轮（见图1），其作用是依靠太阳轮和行星架的正时转动和逆时转动来实现方向的改变，按照类型又分为主动和被动行星轮，只要运用在汽车变速箱（AT）传动机构上，实现动力传递，能增加和递减传递的动力。 图 1 星轮 1.2 零件的工艺性分析 星轮共有两组加工表面，它们相互间有一定的位置要求。 现分析如下： ①星轮外圆Ф40K6,Ф45f7,其形状公差均遵守包容要求,表面粗糙度均为Ra1.6µm ②星轮内孔Ф28H7,其形状公差遵守包容要求,表面粗糙度为Ra0.8µm,其外形尺寸14端面与孔Ф28轴心线垂直度误差为0.025,其左端面对孔Ф28轴心线圆跳动误差为0.025; ③外圆Ф45轴心线对外圆Φ40轴心线的同轴度误差为0.06,外形尺寸61±0.15右端面对尺寸17的圆跳动误差为0.02； ④键槽宽度为8H9,长度为16mm，轴槽深为40.5h11,表面粗糙度Ra5.2µm，在Φ64的外圆上离它的轴心线24.3的平面与孔Φ28H7轴心线的平行度误差为0.012表面粗糙度为Ra0.8µm，3个Φ4H9孔相对于对称分布三个。 1.3 保证星轮表面间位置精度的方法 由星轮零件的技术要求知，星轮零件内外表面间的同轴度以及端面与孔轴线的垂直度一般均有较高要求。为保证这些要求通常可采用下列方法： 1.在一次安装中完成内外表面及端面的全部加工。这种方法除了工件的安装误差，所以可获得很高的相对位置精度。但是，这种方法的工序比较集中，对于尺寸较大（尤其是长径比较大）套筒也不便与安装，故多用于尺寸较小轴套的车削加工。 2.星轮主要表面加工分在几次安装中进行，先加工外圆，然后以圆为精基准最终加工内孔。这种方法由于所用夹具机构简单，且制造和安装误差小，因此可保证较高的位置精度，在星轮加工中一般多采用这种方法。 第二章 工艺规程设计 2.1 确定毛坯的制造形式 星轮零件的毛坯选择与材料、机构和尺寸等因素有关还与它在工作中所处的工作环境有关。孔径较小的星轮一般选择热轧或冷拉棒料，也可采实心铸件。孔径较大时，常采用无缝钢管或带孔的铸件和锻件。大量生产时可采用冷挤压和粉末冶金等先进的毛坯制造工艺，既提高生产率又节约金属材料。 本零件为锻造件，材料为45钢，最终成品调质处理到硬度为22-27HRC。 2.2 基面的选择 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准面选择的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，加工工艺过程中问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。 1.粗基准的选择 对于零件而言，尽可能选择不加工表面作为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。对于较长的套筒零件，为保证位置精度，往往以外圆定位，采用一端夹持，另一端用中心夹支托来最终加工内孔。 根据这个原则，本零件选取星轮外圆φ45为粗基准。工件一端用三爪卡盘夹持一端，另一端则用大头顶尖顶住另一端。采用这种方法时工件装夹迅速可靠，但因一般卡盘安装误差较大，加工后工件的位置精度较低。为了获得较小的同轴度，须采用定心精度高的夹具，如弹性膜片卡盘、液体塑料夹头和经过修磨的三爪卡盘等。 2.精基准的选择 星轮主要应用于超越离合器上面，其星轮的轴心线既是定位基准也是设计基准，在车削时选他作为精基准，能使加工遵循基准重合原则，实现外圆柱面的圆跳动和同轴度（采用专用夹具夹紧机构），这使得工艺路线基准统一原则。毛坯外表面加工余量大，定位时可以车一头换向车另一头，最后，两顶一夹。其定位方法比较精确，加紧也比较简单快捷，使操作者方便省力。 2.3 制定工艺路线 制订工艺路线的出发点，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。通过仔细考虑零件的技术要求后，制定以下工艺方案： 工序00 锻造 工序10 调质处理 工序20 粗车星轮Ф64外圆面、Ф45k6外圆面、Ф64端面和Ф45k6端面 工序30 掉头粗车、半精车星轮Ф45f7外圆面；粗车Ф64端面；粗车、半精车Ф40k6端面 工序40 半精车Ф45k6外圆面和端面 工序50 扩、粗铰、精铰Ф28H7孔并孔口倒角 工序60 精车Ф45k6外圆面；Ф45f7外圆面；粗车、半精车、精车Ф40k6外圆面；车30.5退刀槽；车倒角145° 工序70 钻Ф45k6端面上3-Ф4孔深10 工序80 粗铣、精铣L面 工序90 钻3-Ф4孔深8 工序100 粗铣、半精铣键槽 工序110 去毛刺 工序120 检验至图纸要求并入库 2.4 机械加工余量的确定 星轮零件材料为45钢，生产类型为大批量，采用锻造毛坯。 1、星轮Ф45k6端面，表面粗糙度分别为Ra3.2，查《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8得，单边总余量Z=3.0，需要经过粗车——半精车方可满足其精度要求。 粗车 单边余量Z=2.5 半精车 单边余量Z=0.5 2、星轮Ф40k6端面，表面粗糙度Ra3.2，查《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8得，单边总余量Z=3.0，需要经过粗车——半精车方可满足其精度要求。 粗车 单边余量Z=2.5 半精车 单边余量Z=0.5 3、星轮Ф64端面，表面粗糙度分别为Ra6.3，查《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8得，单边总余量Z=3.0，一步粗车即可满足其精度要求。 4、Ф45k6外圆面，表面粗糙度Ra1.6，查《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-7得，单边总余量Z=2.5，三步车削即粗车——半精车——精车方可满足其精度要求。 粗车 单边余量Z=2.0 半精车 单边余量Z=0.4 精车 单边余量Z=0.1 5、Ф45f7外圆面，表面粗糙度Ra1.6，查《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-7得，单边总余量Z=2.5，需要经过粗车——半精车——精车方可满足其精度要求。 粗车 单边余量Z=2.0 半精车 单边余量Z=0.4 精车 单边余量Z=0.1 6、Ф40K6外圆面，表面粗糙度Ra1.6，查《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-7得，单边总余量Z=2.5，需要经过粗车——半精车——精车方可满足其精度要求。 粗车 单边余量Z=2.0 半精车 单边余量Z=0.4 精车 单边余量Z=0.1 7、键槽，表面粗糙度分别为Ra3.2、Ra6.3，因键槽尺寸不大，故采用实心铸造，查《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8得，需要经过粗铣——半精铣方可满足其精度要求。 8、L面，表面粗糙度Ra6.3，因余量不大，故采用实心锻造，查《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8得，需要经过粗铣即可满足其精度要求。 9、3-Ф4孔，因孔的尺寸不大，故采用实心锻造，查《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-7知，Ф4孔一步钻削即可满足其精度要求。 10、Ф28H7孔，表面粗糙度Ra0.8，查《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-7知，单边余量Z=2.5mm,三步钻削即扩——粗铰——精铰方可满足其精度要求。 2.5 确定切削用量及基本工时 工序100 粗铣、半精铣键槽 工步一：粗铣键槽 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式立铣刀，刀片采用YG8, ，， 2. 决定铣削用量 1） 决定铣削深度 因为加工余量不大，故可在三次走刀内铣完，则 2） 决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 ，则 按机床标准选取＝490 当＝490r/min时 按机床标准选取 3） 计算工时 切削工时： ，，则机动工时为 工步二：半精铣键槽 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式立铣刀，刀片采用YG8, ，， 2. 决定铣削用量 1）决定铣削深度 因为加工余量不大，故可在三次走刀内铣完，则 2）决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 ，则 按机床标准选取＝380 当＝380r/min时 按机床标准选取 3）计算工时 切削工时： ，，则机动工时为 第三章 铣键槽夹具 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。 由指导老师的分配，决定设计工序100：铣键槽的夹具设计 3.1 问题的提出 本夹具主要用于铣键槽，侧面粗糙度为Ra3.2，底面粗糙度Ra6.3，与其他面没有位置度要求，设计夹具时不用考虑位置度关系。 3.2 切削力和夹紧力的计算 （1）切屑力计算 查表1-2-3 圆周力： 径向力： 轴向力： 其中： 查《机床夹具手册》表1-2-4， 表1-2-5 表1-2-6 由上得：Fc=725N，Fp=459N，Ff=695N （2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=10mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅： 许用应力幅： 螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 [s]=3.5~4 取[s]=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠 3.3 定位误差的分析与计算 一面两销定位误差 1、移动时基准位移误差 （式3-1） 式中： ———— 心轴孔的最大偏差 ———— 心轴孔的最小偏差 ————心轴定位孔与心轴最小配合间隙 代入（式3-1）得： =0.021+0+0.02 =0.041（mm) 2、 转角误差 （式3-2） 式中： ———— 心轴孔的最大偏差 ———— 心轴孔的最小偏差 ———— 心轴定位孔与心轴最小配合间隙 ———— 削边销孔的最大偏差 ———— 削边销孔的最小偏差 ———— 削边销定位孔与定位销最小配合间隙 其中： 则代入（式3-2）得： 则：=0.1003° 3.4 定向键与对刀装置设计 定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。 根据GB2207—80定向键结构如图所示： 图 3.3 夹具体槽形与螺钉图 根据T形槽的宽度 a=14mm 定向键的结构尺寸如下： 表 3.1 定向键数据表 B L H h D 夹具体槽形尺寸 公称尺寸 允差d 允差 公称尺寸 允差D 14 -0.011 -0.027 20 8 3 10 5.7 14 +0.023 5 对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。对刀块选用直角对刀块，其结构如下图3.4所示，塞尺选用平塞尺，其结构如下图3.5所示： 图3.4 直角对刀块 图 3.5 平塞尺图 塞尺尺寸为： 表 3.1 平塞尺尺寸表 公称尺寸H 允差d C 1 -0.006 0.25 3.5 铣夹具的说明 1.轴Φ34端面与工件Φ45K6端面配合限制三个自由度，即X轴移动、Y轴转动、Z轴转动 2.轴Φ28外圆面与工件Φ28H7孔配合限制两个自由度，即Y轴移动、Z轴移动。 3.削边轴外圆面与工件Φ4外圆面配合限制一个自由度，即X轴转动，工件六个自由度被完全限制，属于完全定位。 4.铣刀的位置由直形对刀块与塞尺保证。 5.夹具体与工作台的位置由两个定位键保证。 6.工件的夹紧则是由螺母、螺栓、快换垫圈和心轴组成的夹紧机构来实现，松动螺母，即可取下快换垫圈，进而取出工件，同理，当放上待加工工件后，将快换垫圈放上，拧紧螺母即可夹紧工件。 总 结 课程设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的课程设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了课程设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件，为我们以后的毕业设计打下了好的基础。 课程设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此同学们非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了好多，也非常珍惜学院给我们的这次课程设计的机会，它将是我们踏入社会的关键一步。 致 谢 这次课程设计使我收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是，查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时，数据存在大量的重复和重叠，由于经验不足，在选取数据上存在一些问题，不过我的指导老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的意见，在我遇到难题时给我指明了方向，最终我很顺利的完成了课程设计。 这次课程设计成绩的取得，与指导老师的细心指导是分不开的。在此，我衷心感谢我的指导老师，特别是每次都放下他的休息时间，耐心地帮助我解决技术上的一些难题，他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，他都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，他不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩指导老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 参 考 文 献 1 陈鸿均 主编 实用机械加工工艺手册 北京：机械工业出版社 2004.8 2 冯道 主编 机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册 北京：机械工业出版社 2003.9 3 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 2012.7 4 李洪 主编 机械加工工艺及夹具手册 北京：北京出版社 1990.12 5 乐兑谦 主编 切削用量 北京：高等教育出版社 2000.7 6 徐鸿本 主编 机床夹具手册 重庆：重庆大学出版社 2003.10 7 储凯 许斌等主编 机械工程材料 重庆：重庆大学出版社 1997，12 8 廖念钊 主编 互换性与技术测量 北京：中国计量出版社 2000，1 9 乐兑谦 主编 金属切削刀具 北京：机械工业出版社 1992，12 10 李庆寿 主编 机床夹具设计 北京：机械工业出版社 1983，4 11 陶济贤 主编 机床夹具设计 北京：机械工业出版社 1986，4 12 周永强等 主编 高等学校毕业设计指导 北京：中国建材工业出版社 2002,12 18