工作蜗杆加工工艺规程及铣键槽夹具设计

工作蜗杆加工工艺规程及铣键槽夹具设计,工作,蜗杆,加工,工艺,规程,键槽,夹具,设计 设计说明书 题目 蜗杆的加工工艺及铣键槽夹具设计 班　　级：　 姓　　名：　 指导教师：　 完成日期：　 摘 要 本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。 蜗杆零件的工艺规程及铣键槽的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。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。 ABSTRCT This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge. The reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error. 目 录 ABSTRCT 3 序 言 1 1零件的分析 2 1.1零件的作用 2 1.2零件的材料分析 2 1.3零件的工艺分析 3 2工艺规程设计 4 2.1 确定毛坯的制造形式 4 2.2 基面的选择 4 2.3制定工艺路线 6 2.4机械加工余量及切削工时的计算 8 3、夹具设计 14 3.1问题的提出 14 3.2定位基准的选择 14 3.3定位误差分析 16 3.4切削力和夹紧力计算 16 3.5 夹具设计及操作的简要说明 18 总 结 20 致 谢 21 参 考 文 献 22 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。 蜗杆零件的工艺规程及铣键槽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。 1零件的分析 1.1零件的作用 下面所示为蜗杆，零件的作用待查。零件图附图如下： 1.2零件的材料分析 本设计的零件是蜗杆，选用45#钢。45#钢是优质素结构钢，属于中碳钢。其强度、硬度较高，而塑性、韧性略低。热锻、热压性能及被切削性能良好，冷加工变形能力及焊接性能中等。是机械行业最常用的钢号之一，通常在调质或正火状态下使用，还用于高频或火焰表面淬火处理。其收缩率小。其密度基本和铁的密度一样与普通碳素钢都差不多，和A3更是相近，是7.85g/cm*3。 1.3零件的工艺分析 工艺分析的目的，一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工和装配；二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制订出合理的工艺规程。 该零件为大量生产的小型零件，在生产时要注意零件的： 1 ．便于装夹 零件的结构应便于加工时的定位和夹紧，装夹次数要少。 2 ．便于加工 零件的结构应尽量采用标准化数值，以便使用标准化刀具和量具。同时还注意退刀和进刀，易于保证加工精度要求，减少加工面积及难加工表面等。齿轮泵体有3组加工面他们有位置度要求。 蜗杆主要加工面是外圆面、及阶梯端面，它们有一定的粗糙度要求。现分述如下： 1.Ф26，Ф36，Ф44，Ф46，Ф54，Ф50外圆表面及左右端面，外圆表面的粗糙度为1.6μm和6.3μm。 2.键槽粗糙度为12.5 由上面的分析可知，可以先车端面和中心孔，然后以两中心孔定位加工端面和外圆，再以外圆和端面定位加工键槽。 2工艺规程设计 2.1 确定毛坯的制造形式 零件材料为45。，选择锻件毛坯。依题目可知：产品的年产量为20000台/年，每台产品中该零件数量为1件/台；结合生产实际，备品率和废品率分别取3%和0.5%，该零件年产量为： N=20000台/年x1件/台x（1+3%）x（1+0.5%）=20703件/年 输出轴质量为3.2kg，差本指导书表2.2（或查有关工艺手册，以下是指本指导书中的表号）的“机械加工零件生产分类”知，拨叉属于轻型零件。查表2.3知，该拨叉的生产类型为大批生产。 2.2 基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得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，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。 粗基准选择应当满足以下要求： （1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。 （2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。 （3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。 （4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。 （5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 粗基准的选择。按照有关粗基准的选择原则，应尽可能选择不加工表面为粗基准。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。根据这个基准选择原则，现选取外圆面和右端面为粗基准。利用夹具卡住外圆面并靠住夹具端面，消除5个自由度，达到部分定位。这里不需要完全定位。 精基准的选择应满足以下原则： （1）“基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。 （2）“基准统一”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。 （3）“自为基准”原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。 （4）“互为基准”原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。 （5）所选的精基准 应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。 精基准的选择。主要原则有：①基准重合原则；②基准统一原则；③自为基准原则；④互为基准原则。 这里应该主要考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。 2.3制定工艺路线 制定工艺路线得出发点,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。在生产纲领已确定为大批生产的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 1.工艺路线方案一 1 锻造 自由锻 2 退火处理 退火处理 3 铣 铣左端面，钻中心孔 4 铣 铣右端面钻中心孔 5 车 粗车各外圆直径 6 钳 研磨中心孔 7 车 车蜗杆 8 车 精车粗糙度为3.2和1.6的外圆 9 铣 铣56x16的键槽 10 钻 钻左右M10异型孔 11 检验 检验 12 入库 入库 2.工艺路线方案二 1 锻造 自由锻 2 退火处理 退火处理 3 铣 铣左端面，钻中心孔 4 铣 铣右端面钻中心孔 5 车 粗车各外圆直径 6 钳 研磨中心孔 7 车 车蜗杆 8 车 精车粗糙度为3.2和1.6的外圆 9 铣 铣56x16的键槽 10 钻 钻左右M10异型孔 11 检验 检验 12 入库 入库 由以上对比分析可知，方案一针对外圆采用粗车，半精车，精车加工，因为外圆粗糙度是1.6，加工精度比较高，只有经粗，半精，精车才能达到精度要求，而方案二只有车这一步，很难保证精度。因此选择方案一比较好。 具体的加工路线如下： 1 锻造 自由锻 2 退火处理 退火处理 3 铣 铣左端面，钻中心孔 4 铣 铣右端面钻中心孔 5 车 粗车各外圆直径 6 钳 研磨中心孔 7 车 车蜗杆 8 车 精车粗糙度为3.2和1.6的外圆 9 铣 铣56x16的键槽 10 钻 钻左右端面M16异型孔 11 检验 检验 12 入库 入库 2.4机械加工余量及切削工时的计算 工序：铣左端面，钻中心孔 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，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，一次加工完成 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7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 ，则 按机床标准选取＝750 当＝750r/min时 按机床标准选取 3） 计算工时 切削工时：，，，则机动工时为 工序：粗车各外圆直径 选择硬质合金车刀 1） 车削深度，因为尺圆弧面没有精度要求，故可以选择ap=2.0mm，一次走刀即可完成所需长度。 2）机床功率为7.5kw。查《切削手册》f=0.14~0.24mm/z。选较小量f=0.14 mm/z。 3） 查后刀面最大磨损及寿命 查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。 查《切削手册》表3.8，寿命T=180min 4） 计算切削速度 按《切削手册》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s 据CA6140卧式车床 车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。 5)校验机床功率 查《切削手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。 最终确定 ap=1.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 6）计算基本工时 tm＝L/ Vf=(3+344)/475=0.72min。 工序：精车粗糙度为3.2和1.6的外圆 选择硬质合金车刀 1） 车削深度，因为尺圆弧面没有精度要求，故可以选择ap=0.5mm，一次走刀即可完成所需长度。 2）机床功率为7.5kw。查《切削手册》f=0.14~0.24mm/z。选较小量f=0.14 mm/z。 3） 查后刀面最大磨损及寿命 查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。 查《切削手册》表3.8，寿命T=180min 4） 计算切削速度 按《切削手册》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s 据CA6140卧式车床 车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。 5)校验机床功率 查《切削手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。 最终确定 ap=1.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 6）计算基本工时 tm＝L/ Vf=(3+344)/475=0.72min。 工序：铣56x16的键槽 1.确定每齿进给量 根据x51铣床说明书，其功率为7kw,中等系统刚度 根据表3 现取 选择铣刀磨钝标准及耐磨度 根据表7 铣刀刀齿后刀面最大磨损为 ，镶齿铣刀（）耐用度 2.确定切削速度和每秒进给量 切削深度可根据铣键槽 确定切削深度 确定切削宽度： 由于加工余量不大，所以可二次走刀完成 表21中公式计算 也可查表 根据表9 当 时， 各修正系数为： 故 根据机床说明书选择 实际切削速度和每齿进给量为： 3.检查机床功率 根据表5 当 时， 切削功率的修正系数 所以实际切削功率为 根据机床说明书，机床主轴允许的功率为 因为，所以此切削用量可以采用。 即 4.计算工时 式中 根据表19 入切削量及超切削量 则 故 工序：钻M10异型孔 机床：Z535立式钻床 刀具：根据《机械加工工艺手册》表10-61选取高速钢麻花钻Φ6 1)进给量 取f=0.13mm/r 2)切削速度　　V=14~24m/min. 取V=20m/min 3)确定机床主轴转速　　 ns== 1061r/min 与1061r/min相近的机床转速为1000r/min。现选取=1000r/min。 所以实际切削速度== 5) 切削工时，按《工艺手册》表6.2-1。 　 t=i ;其中l=6mm; =4mm; =3mm; t= ==0.1min 3、夹具设计 　在机械加工过程中，为了保证加工精度，首先要使工件在机床上占有正确的位置，确定工件在机床上或夹具中占有正确的位置的过程，称为工件的定位。定位后将其固定，使其在加工过程中始终保持定位位置不变的操作称为夹紧。工件在机床或夹具上定位、夹紧的过程称为工件的装夹。用以装夹工件的装置称为机床夹具，简称夹具。 　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。 经过与指导老师协商，决定设计铣键槽的夹具设计。铣键槽一般都是用V型块定位，我们选择用v型块定位，这样夹紧可靠快速， 3.1问题的提出 本夹具主要用于铣键槽因此键槽的中心线一定要找正，划线时一定要准确，以保零件的位置精度，另外因为是V型块夹紧，因此夹紧对中不是问题，主要考虑提高劳动效率。 3.2定位基准的选择 基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。根据基准的不同功能，基准分为设计基准和工艺基准两大类。 1. 设计基准 在零件图样上所采用的基准，称为设计基准。 2. 工艺基准 零件在工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同，又分为装配基准、测量基准、工序基准和定位基准。 （1）装配基准 装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准，称为装配基准。 （2）测量基准 测量时用以检验已加工表面尺寸几 位置的基准，称为测量基准。 （3）工序基准 在加工工序中，用以确定本工序被加工表面家工后的尺寸、形状及位置的基准，称为工序基准。 （4）定位基准 工件定位时所采用的基准，称为定位基准。 方案1：采用两个V型块在62和64外圆处定位，蜗杆端面采用支撑钉定位，限制空间的六个自由度，同时 采用铰链压板压紧工件即可满足要求。 方案2：采用半圆块定位62和65外圆并压紧 端面采用支撑钉定位， 2则比较分析，方案1 采用的定位原件，支撑定和v型块均为标准件 压紧原件，铰链压板也属于标准件， 直接购买就可以，这样可以很好的保证定位的精度，从而更好的保证加工的质量 方案2：半圆块不是标准件，整个加工设计比较复杂，并且操作比较繁琐，不适合批量生产 出于定位简单和快速的考虑，由零件图可知，以φ62和φ68外圆为定位基准，采用4个V型块定位，右边采用两个支承钉支撑，同时加工2个工件，为了提高加工效率，采用直压板快速夹紧装置夹紧。 3.3定位误差分析 一批工件在卡具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，因此使加工后，各工件加工尺寸的不一致，而形成误差，即工件定位时造成的加工表面相对工序基准的误差。 形成原因有两个，一是由于定位基准 与设计基准不重合而造成。二是定位基准与限位基准不重合而造成。 根据零件图可知，T=0.28mm， Td=0.25mm，，。 已知孔的形状公差为0.28，根据经验公式，易知此结果符合。 3.4切削力和夹紧力计算 由于主切削力起着帮助夹紧工件的作用，所以当其他切削分力均较小时，通常可不必计算。仅需较小的夹紧力来防止工件在加工过程中产生的振动和转动。由于所选择的是螺母夹紧，所以所需的夹紧力是转矩。 查得所需夹紧转矩的计算公式为 　　　　　　　T＝Q[r t g（ψ+φ）+ζf1]（N·M） 式中：T——应加在螺旋夹紧机构上的夹紧转矩（N·M） Q——夹紧力（N） r——螺纹的平均半径（M） ψ——螺纹升角，tgψ=； n——螺纹线数； Ｐ——螺纹螺距； Φ——螺纹摩擦角，tgΦ=f，一般f=0.178,则Φ=10°； f1——支撑表面摩擦系数，一般取f1=0.15～0.3； ζ——支撑表面摩擦力矩的计算力臂（M），随支撑表面的形式而改变，其值在本式中； 为计算方便，令k＝r t g（ψ+φ）+ζf1，则 　　　　　　　　　　T＝kQ 当采用公制螺纹的螺旋夹紧机构时，各种不同夹紧情况的k值见表3－23。 　　Φ=10°，　f1=0.2,　 ° 　　d=12 mm，　Ｐ=1.75 mm，　r=5.43 mm 　　ψ=2°56′，　k=1.247 螺钉、螺母的夹紧力： 　　Φ=10°，　f=0.178,　 f1=0.2，　° 　　d=12 mm，板手长度Ｌ =140 mm，加在板手上的力Ｐ1=45Ｎ， 夹紧力Ｑ=5050Ｎ　 螺母的夹紧力： 　　Ｄ=12 mm，板手长度80 mm，夹紧力Ｑ=2280Ｎ。 用板手：Ｌ=140 mm，Ｐ1=70Ｎ，Ｑ=3480Ｎ。 许用夹紧力：d=12 mm，Ｑ许=5790Ｎ。 3.5 夹具设计及操作的简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。为了防止我们取出工件的时间，本道工序选择了快速夹紧装卸夹具，同时采用4个V型块，2个支承钉支撑，一次加工2件工件，这样大大提高了工作效率，选择快速夹紧的方式，可以方便的装卸工件，提高生产效率。 夹具的装配图见附图: 夹具体附图如下 总 结 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，为我们踏入设计打下了好的基础。 这次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设计的机会，它将是我们的设计完成的更出色的关键一步。 致 谢 这次毕业设计使我收益不小，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毕业设计。 这次设计成绩的取得，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，特别是每次都放下她的休息时间，耐心地帮助我解决技术上的一些难题，她严肃的科学态度，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，她都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，她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，她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. 切削用量简明手册,艾兴、肖诗纲主编,机械工业出版社出版，1994年 2.机械制造工艺设计简明手册，李益民主编，机械工业出版社出版，1994年 3.机床夹具设计，哈尔滨工业大学、上海工业大学主编，上海科学技术出版社出版，1983年 4.机床夹具设计手册，东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制造厂职工大学编，上海科学技术出版社出版，1990年 5.金属机械加工工艺人员手册，上海科学技术出版社，1981年10月 6.机械制造工艺学，郭宗连、秦宝荣主编，中国建材工业出版社出版，1997年 22