机械制造技术课程设计-矩形齿花键套机械加工工艺及拉花键夹具设计doc

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  PAGE 34 PAGE II 矩形齿花键套机械加工工艺及拉花键夹具设计 院 系 ： XX学院 专 业： XXX 年级（班级）： 2017级（X）班 姓 名： XX 学 号: XX 指导教师： ×× 职 称： 教授 完成日期： 2021年1月6日 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做多元化的分析，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；接着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 全套图纸加扣 3346389411或3012250582 Abstract Rectangular 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 TOC \o 1-3 \h \z \u 第1章 序 言 1 第2章 零件的分析 2 2.1零件的形状 2 2.2零件的工艺分析 2 第3章 PROC设计 4 3.1 确定毛坯的制造形式 4 3.2定位基准的选择零件表面加工方法的选择 4 3.3 制定工艺路线 选择加工设施和工艺装备 6 3.4.1 机床选用 6 3.4.2 选择刀具 6 3.4.3 选择量具 6 3.5 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 9 4.1 工序Ⅰ切削用量的及基本时间的确定 9 4.2 工序II车另一端面，粗车、半精车外圆?45mm 11 4.3 钻扩铰?19mm孔 11 4.4 拉键槽 13 4.5 工序Ⅵ切削用量及基本时间的确定 14 第5章 拉花键夹具设计 17 5.1 定位分析 17 5.2 分析计算定位误差 17 5.3 切削力及夹紧力的计算 18 5.4 绘制夹具装配图 19 5.5夹具设计及操作的简要说明 20 总 结 21 致 谢 22 参 考 文 献 23 PAGE 23 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总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造新兴事物的能力。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，最大的作用是起连接作用。它大多数都用在轴与轴之间的连接，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，结构最简单。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，Φ45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，粗车后半精车就能够达到精度要求。而钻工没有精度要求，因此一道工序就能够达到要求，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；Φ120的外圆，粗糙度为1.6；Φ120的外圆并带有倒角其要求也不高，粗车后半精车就能够达到精度要求。 第3章 PROC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，所以最终选择锻造。依据设计的基本要求Q=100000件/年，n=1件/台；结合生产实际，备品率α和 废品率β分别取19%和0.25%代入公式得该工件的生产纲领 N=2XQn(1+α)（1+β)=238595件/年 3.1 确定毛坯的制造形式 零件材料为45#，考虑到零件在使用的过程中起连接作用，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，能够使用锻造，这从提高生产效率，保证加工精度，减少生产所带来的成本上考虑，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来加工，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，参考有关的资料，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 1800—79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 1800—79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 1800—79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方面的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，可优先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，以便使生产所带来的成本尽量下降。 3.3.1 工艺路线 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?45mm 50 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 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?45mm 50 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 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?45mm 50 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 选择加工设施和工艺装备 3.4.1 机床选用 ①.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规定的要求。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。 ②.工序是钻孔，选用Z525摇臂钻床。 eq \o\ac(○,2)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规定的要求，因此选用CA6140卧式车床（表5-55）。 3.4.2 选择刀具 ①.在车床上加工的工序,一般都会采用硬质合金车刀和镗刀。加工刀具选用YG6类硬质合金车刀，它的主要应用场景范围为普通铸铁、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)。 ②.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143～269，表2.2-23 球墨铸铁的物理性能，密度ρ=7.2～7.3（），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100~2000kg） 轻型 （零件重100kg） 单件生产 5以下 10以下 100以下 小批生产 5~100 10~200 100~500 中批生产 100~300 200~500 500~5000 大批生产 300~1000 500~5000 5000~50000 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30～50，毛坯重量2100为轻型，确定为大批生产。 根据生产纲领，选择铸造类型的主要特征要生产率高，适用于大批生产，查《工艺手册》表3.1-19 特种铸造的类别、特点和应用场景范围，再根据表3.1-20 各种铸造方法的经济合理性，采用机器砂模造型铸件。 表3-2 成批和大量生产铸件的尺寸公差等级 铸造方法 公差等级CT 球墨铸铁 砂型手工造型 11~13 砂型机器造型及壳型 8~10 金属型 7~9 低压铸造 7~9 熔模铸造 5~7 根据上表选择金属型公差等级为7级。 3-3 铸件尺寸公差数值 铸件基本尺寸 公差等级CT 大于 至 8 63 100 160 100 160 250 1.6 1.8 2.0 根据上表查得铸件基本尺寸大于100至160，公差等级为8级的公差数值为1.8。 表3-4 铸铁件机械加工余量（JB2854-80）如下 铸件基本尺寸 加工余量等级 6 浇注时位置 120~250 6.0 4.0 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Ⅰ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=。 ①.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 ②.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=0.5～1.0 按CA6140机床进给量（表4.2—9）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1—30，CA6140机床进给机构允许进给力=3530。 根据表1.21，当强度在174～207时，，，=时，径向进给力：=950。 切削时的修正系数为=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），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。 ③.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=。 ④.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200～219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） 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 eq \o\ac(○,1)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, s 4.2 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Ⅰ相同的可转位车刀。 见表5-1 表5-1 主动端工序Ⅱ的切削用量及基本时间 工步 /mm f/mm·r v/m·s n/r·s /s 粗车端面 2 0.52 0.38 1.5 113 粗车外圆?45#mm 2.3 0.52 0.38 1.5 68 倒角 手动 0.38 1.5 4.3 钻扩铰?19mm孔 机床：立式钻床Z525 刀具：根据参照参考文献[3]表4.3～9选高速钢锥柄麻花钻头。 = 1 \* GB2 ⑴ 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2.4～38，取。 切削速度：参照参考文献[3]表2.4～41，取。 机床主轴转速： ， 按照参考文献[3]表3.1～31，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： = 2 \* GB2 ⑵ 扩孔 刀具：根据参照参考文献[3]表4.3～31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2.4～52，取。 切削速度：参照参考文献[3]表2.4～53，取。 机床主轴转速： 按照参考文献[3]表3.1～31，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： = 3 \* GB2 ⑶ 铰孔 刀具：根据参照参考文献[3]表4.3～54，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2.4～58，取。 切削速度：参照参考文献[3]表2.4～60，取。 机床主轴转速： 按照参考文献[3]表3.1～31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=0.116~0.08，取。 拉削工件长度：； 拉刀长度：（见拉刀设计）； 拉刀切出长度=5~10mm，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Ⅵ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 2.0～20.0 在各种机床上，用钻模或不用钻模钻孔 GB1437-85 直柄长麻花钻 1.0～31.5 在各种机床上，用钻模或不用钻模钻孔 GB1438-85 锥柄麻花钻 3.0～100.0 在各种机床上，用钻模或不用钻模钻孔 GB1439-85 锥柄长麻花钻 5.0～50.0 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 l l1 11.80～13.20 151 101 表3-7 通用型麻花钻的主要几何参数的推存值（根据GB6137-85） （o） d (mm) β 2ф αf ψ 8.6～18.00 30 118 12 40～60 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 0.5～0.8 （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） 11～20 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0.5～0.8mm刀具耐用度T = 60 mi

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