机械工艺夹具毕业设计78齿轮壳体零件加工工艺设计及其夹具设计.docx

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机械工艺夹具毕业设计78齿轮壳体零件加工工艺设计及其夹具设计

毕业设计说明书

题目：

箱体零件的加工工艺规程及其夹具设计

学号：

姓名：

班级：

专业：

机械设计制造及其自动化

指导教师：

学院：

机械工程学院

答辩日期：

摘要

本设计是一种壳体的工艺设计和夹具设计。

该零件是一种支承和包容传动机构的壳体零件。

设计中先进行零件的结构和工艺分析，确定粗基准和精基准以及零件的加工余量与毛坯的尺寸，得出零件的加工工艺过程，接着再计算各工序的切削用量以及工时。

除此之外，还设计了一套专用镗床夹具。

首先确定合适的定位基准，设计夹具体，再选择定位元件、夹紧元件等部件。

然后计算出定位误差、夹紧力以及切削力，分析夹具的合理性。

最后对装配图和关键部位的零件图进行绘制，并且确保夹具可以安全的工作。

关键词：

壳体；工艺分析；镗床夹具；绘制

Abstract

Thisdesignisaprocessdesignandfixturedesignoftheshell.Thissectionisashellofsupportingandembracingtransmissionmechanism.Inthedesign,itshouldfirstprocessthestructuralandindustrialanalysisofthesection,andthendeterminethecoarsebenchmark,finebenchmark,machiningallowanceandblanksizeofthesectiontoobtaintheprocessofthepartsmaking.Afterthatitcalculatedthecuttingdosagesofeveryprocessandtheproductiontime.

Inaddition,thisdesigninvolvedasetofspecialmillingfixtureandasetofspecialdrillpressfixture.First,itidentifiedtheappropriatelocatingdatum,choseclipspecific.Thenitchosepositioningcomponents,clampingcomponent,andsoon.Itshouldalsocalculatethepositioningerror,clampingforce,cuttingforceandthenanalyzetherationalityofthefixture.Finallyithadafinite-elementanalysisofthekeypartstoensurethatthefixturecanworksafely.

Keywords:

Shell;Processanalysis;Turningattachment;Drilljig;FEA

目录

第1章前言1

第2章引言1

2.1课题的提出原因1

2.2课题的主要内容1

2.3课题的构思2

2.4本人所完成的工作量2

第3章零件的工艺设计2

3.1零件的功用及工艺分析2

3.2工艺规程的设计3

3.3机械加工余量及毛坯的尺寸确定7

3.4确定切削用量及基本工时8

第4章加工设备与工艺装备选择14

4.1选择机床14

4.2选择夹具15

4.3选择刀具15

第5章零件的车床夹具设计16

5.1镗床夹具介绍16

5.2镗床夹具设计16

总结19

参考文献21

第1章前言

毕业设计是大学四年所学知识的综合运用。

对于零件的工艺安排、夹具设计是机械系学生都应掌握的最基本的知识。

这些内容对于机械加工起着致关重要的作用。

零件加工质量的好坏、成本的高低，都是这些内容的直接反映。

这次的设计主要内容是壳体零件。

它的整个加工过程中涉及到毛坯的制造方法选择、加工余量的计算、工艺路线的确定、机床夹具定位和夹紧装置的设计、机械加工刀具和辅具的选择、加工时间的计算以及专用夹具体的设计等内容。

通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，同时发现自己在专业知识方面的不足。

为今后的工作打下一个良好的基础。

第2章引言

2.1课题的提出原因

在现代制造技术迅猛发展的今天，机床夹具无论在传统机床上还是在数控机床、加工中心上，仍是必不可少的重要工艺装备。

然而，在多品种生产的企业中，每隔3～4年就要更新50～80％左右机床夹具，而夹具的实际磨损量仅为10～20％左右。

因此，设计各种专用夹具以减少夹具的损耗已经摆上的日程。

2.2课题的主要内容

（1）完成壳体零件的设计

（2）完成壳体毛坯的设计

（3）完成壳体零件的工艺规程及工序卡片

（4）完成壳体上一副铣夹具的设计任务

（5）完成壳体上一副铣夹具的夹具体零件的设计

（6）完成设计说明书的制作

2.3课题的构思

在做铣夹具的过程中，首先要分析壳体零件图及加工的技术要求，其次考虑毛坯的选择，再者要考虑制定机械加工工艺过程中一些关键问题，像基准的选择、零件表面加工方法的选择、加工顺序的安排和组合、加工路线的拟定等等都需要了解大量的资料后精心加以选择和确定，最后结合实际情况设计出方便实用且经济的夹具。

2.4本人所完成的工作量

壳体零件的零件图和毛坯图，一副铣夹具装配图及一张零件图。

第3章零件的工艺设计

3.1零件的功用及工艺分析

3.1.1零件的功用

题目所给的零件是壳体零件，即某种产品的外壳，主要作用是用来支承、包容、保护运动零件或其他零件，也起定位和密封作用，其零件图如下：

零件图如下：

图3.2壳体零件图

零件的实际形状如上图所示，从零件图上看，该零件结构比较复杂。

3.1.2零件的工艺分析

壳体零件共有两组加工表面，它们相互间有一定的加工要求。

现分述如下:

（1）以φ40mm孔中心轴线为中心的加工表面。

这一组加工表面包括：

直径φ40mm的外圆端面及倒角，直径为φ55mm的外圆端面及倒角，还有两个圆柱端外圆的槽需要加工。

（2）齿轮箱体的底面。

这一组加工表面包括：

齿轮箱体的底面，4个

mm的螺纹孔。

这两组加工表面之间有着一定的加工要求，主要是：

mm孔，

mm孔的粗糙度要求是6.3；

齿轮箱体的底面的粗糙度要求是3.2；

其余各面及孔的粗糙度要求是12.5。

3.2工艺规程的设计

3.2.1确定生产类型

（1）确定生产纲领：

机械产品在计划期内应当生产的产品产量和进度计划称为该产品的生产纲领。

机械产品的生产纲领除了该产品在计划期内的产量以外，还应包括一定的备品率和平均废品率，其计算公式为3.1。

（3.1）

式中n为零件计划期内的产量；为备品率；平均废品率。

由生产任务得：

，代入公式计算，

（2）确定生产类型：

最终传动箱壳体长188mm，宽142mm，高244mm，属于中型零件，壳体生产纲领为100件，属于小批量生产。

3.2.2确定毛坯的制造形式

毛坯的铸造方法：

由上文可知，该壳体属于小批量生产，对于毛坯制造宜采用金属模机器造型、模锻、压力铸造等。

本次采用金属模机器造型，这种铸造方法的特点是铸件内部组织致密，机械性能较高，单位面积的产量高，适用于泵体、泵盖、壳体、减速箱体、汽缸头等中、小型铸件。

毛坯的材料是HT200。

3.2.3基准的选择

选择工件的定位基准，实际上是确定工件的定位基面。

根据选定的基面加工与否，又将定位基准分为粗基准和精基准。

在起始工序中，只能选择未经加工的毛坯表面作为定位基准，这种基准称为粗基准。

用加工过的表面作为定位基准，则称为精基准。

在选择定位基准时，是从保证精度要求出发的，因此分析定位基准选择的顺序就应为精基准到粗基准。

（1）粗基准的选择

选择的原则是：

a、非加工表面原则

b、加工余量最小原则

c、重要表面原则

d、不重复使用原则

e、便于装夹原则

选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续工序提供精基准。

粗基准的选择对保证加工余量的均匀分配和加工面与非加工面（作为粗基准的非加工面）的位置关系具有重要影响。

根据以上选择的原则，可以选择零件左端面作为粗基准。

这样便于加工左右两端面，便于保证其尺寸。

（2）精基准的选择

选择的原则是：

a、基准重合原则

b、基准统一原则

c、自为基准原则

d、互为基准原则

e、便于装夹原则

选择精基准时应重点考虑如何减少工件的定位误差，保证加工精度，并使夹具结构简单，工件装夹方便。

根据以上选择的原则，我们就可以φ40孔左端面和φ55右端面定位。

精基准选择齿轮箱体底面,这样可以便于在一次装夹中车左右端面，完成所需零件形状的加工。

3.2.4工序的合理组合

确定基准以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。

确定工序数的基本原则：

（1）工序分散原则

工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。

便于采用通用设备。

简单的机床工艺装备。

生产准备工作量少，产品更换容易。

对工人的技术要求水平不高。

但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。

（2）工序集中原则

工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。

使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。

但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。

一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。

结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。

3.2.5制定工艺路线

加工工艺路线制定的原则是：

在保证产品质量的前提下，尽量提高生产效率和降低成本，并且能够充分利用现有的生产条件。

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。

根据以上分析制定的工艺路线如下：

工艺路线：

（1）工艺路线方案一：

工序1：

铸造毛坯。

工序2：

时效处理。

工序3：

划线。

工序4：

铣齿轮箱体底面。

工序5：

铣齿轮箱体左右两个伸出端端面。

工序6：

车齿轮箱体左右两圆柱端外圆。

工序7：

铣齿轮箱体左右两圆柱端外圆上的槽。

工序8：

镗齿轮箱体左右两圆柱伸出端内孔。

工序9：

镗齿轮箱体前面圆柱伸出端φ40H7内孔。

工序10：

钻孔、攻丝齿轮箱体地脚螺纹孔。

工序11：

钻孔、攻丝齿轮箱体前面伸出端M10X1螺纹孔。

工序12：

铣齿轮箱体前面伸出端台阶。

工序13：

去毛刺。

工序14：

清洗。

工序15：

检验。

工序16：

入库。

（2）工艺路线方案二：

工序1：

铸造毛坯。

工序2：

时效处理。

工序3：

划线。

工序4：

铣齿轮箱体底面。

工序5：

钻孔、攻丝齿轮箱体地脚螺纹孔。

工序6：

钻孔、攻丝齿轮箱体前面伸出端M10X1螺纹孔。

工序7：

铣齿轮箱体前面伸出端台阶。

工序8：

铣齿轮箱体左右两个伸出端端面。

工序9：

车齿轮箱体左右两圆柱端外圆。

工序10：

铣齿轮箱体左右两圆柱端外圆上的槽。

工序11：

镗齿轮箱体左右两圆柱伸出端内孔。

工序12：

镗齿轮箱体前面圆柱伸出端φ40H7内孔。

工序13：

去毛刺。

工序14：

清洗。

工序15：

检验。

工序16：

入库。

（3）工艺方案比较与分析

上述两个工艺方案的特点在于：

方案一是先加工以齿轮箱体的内孔为中心的一组表面，然后以此为基准加工前面的孔；而方案二则先完成所有面的加工，再加工各孔。

经比较可见，方案一比较方便。

具体工艺过程如下：

工序1：

铸造毛坯。

工序2：

时效处理。

工序3：

划线。

工序4：

铣齿轮箱体底面。

工序5：

铣齿轮箱体左右两个伸出端端面。

工序6：

车齿轮箱体左右两圆柱端外圆。

工序7：

铣齿轮箱体左右两圆柱端外圆上的槽。

工序8：

镗齿轮箱体左右两圆柱伸出端内孔。

工序9：

镗齿轮箱体前面圆柱伸出端φ40H7内孔。

工序10：

钻孔、攻丝齿轮箱体地脚螺纹孔。

工序11：

钻孔、攻丝齿轮箱体前面伸出端M10X1螺纹孔。

工序12：

铣齿轮箱体前面伸出端台阶。

工序13：

去毛刺。

工序14：

清洗。

工序15：

检验。

工序16：

入库。

以上工艺过程详见机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。

3.3机械加工余量及毛坯的尺寸确定

加工余量是指加工过程中从加工表面所切去的金属层厚度。

加工余量有工序余量和加工总余量之分，工序余量是指某一工序所切去的金属层厚度；加工总余量是指某加工表面上切去的金属层总厚度。

（1）粗铣各表面的加工余量：

由《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2—35平面的加工余量，及考虑在铸造过程中，表面会产生气泡等部分，因此，加工余量得留大点。

从而得出粗铣各表面的加工余量为3mm。

（2）镗左右伸出端外圆端面的加工余量：

由《机械加工余量实用手册》表5-25查得粗车左右φ40mm面的加工余量为1.6mm。

（3）镗左右φ55mm外圆的加工余量：

由《机械制造工艺学》查得粗车φ55mm外圆的加工余量为2mm。

（4）加工4-M8mm孔的加工余量：

查《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-10得孔的加工余量为0.3mm。

（5）加工底面的加工余量：

查《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-8得加工余量为3mm。

（6）加工台肩的加工余量：

由《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2—29查出加工余量为1.3mm。

由上各个加工余量确定零件的铸件尺寸，毛坯图如图3.3：

图3.3毛坯图

3.4确定切削用量及基本工时

3.4.1工序4切削用量的计算以及基本工时的确定

工序4：

铣削齿轮箱体下表面选择刀具

铣刀直径的大小直接影响切削力、扭矩、切削速度和刀具材料的消耗，不能任选取。

查（切削用量手册第五章表1及表9），采用标准镶齿圆柱铣刀，故齿数Z=8；铣刀几何形状（切削用量手册第五章表2）：

γn=15°,α0=12°。

（1）选择切削用量

1）决定铣削宽度ae

由于加工余量不大，故可在一次走刀内切完，则

ae=h=3mm;

2）决定没齿进给量af

根据X62W型铣床说明书（切削用量手册第六章，常见铣床的技术资料，表24），其功率为7kW，中等系统刚度，则

af=0.12~0.20mm/z，现取

af=0.20mm/z。

3）决定切削速度v和没秒进给量vf

根据表9（切削用量手册第五章），当d0=100mm，z=8mm，ap=41~130mm，ae=3mm，af

0.24mm/z时，vt=0.32m/s，nt=1.03r/s，vft=1.73mm/s。

各修正系数为：

kMv=kMn=kMv=0.69

ksv=ksn=ksvf=0.8

故v=vt×kv=0.32×0.69×0.8=0.18m/s；

n=nt×kn=1.03×0.69×0.8=0.52r/s;

vf=vft×kv=1.73×0.69×0.8=0.95mm/s。

根据X62W型铣床说明书，选择nc=0.625r/s，vfc=1.0mm/s。

因此实际切削速度和没齿进给量为：

（3.7）

（3.8）

（2）计算基本工时

由公式3.6即

式中L=l1+l2+l3，由于是粗铣，故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件，利用作图法，可得出的行程L=l1+l2+l3=69mm，故

3.4.2工序5切削用量的计算以及基本工时的确定

工序5：

铣削箱体两端圆柱端面

铣刀直径的大小直接影响切削力、扭矩、切削速度和刀具材料的消耗，不能任选取。

查（切削用量手册第五章表1及表9），采用标准镶齿圆柱铣刀，故齿数Z=8；铣刀几何形状（切削用量手册第五章表2）：

γn=15°,α0=12°。

（3）选择切削用量

4）决定铣削宽度ae

由于加工余量不大，故可在一次走刀内切完，则

ae=h=3mm;

5）决定没齿进给量af

根据X62W型铣床说明书（切削用量手册第六章，常见铣床的技术资料，表24），其功率为7kW，中等系统刚度，则

af=0.12~0.20mm/z，现取

af=0.20mm/z。

6）决定切削速度v和没秒进给量vf

根据表9（切削用量手册第五章），当d0=100mm，z=8mm，ap=41~130mm，ae=3mm，af

0.24mm/z时，vt=0.32m/s，nt=1.03r/s，vft=1.73mm/s。

各修正系数为：

kMv=kMn=kMv=0.69

ksv=ksn=ksvf=0.8

故v=vt×kv=0.32×0.69×0.8=0.18m/s；

n=nt×kn=1.03×0.69×0.8=0.52r/s;

vf=vft×kv=1.73×0.69×0.8=0.95mm/s。

根据X62W型铣床说明书，选择nc=0.625r/s，vfc=1.0mm/s。

因此实际切削速度和没齿进给量为：

（3.7）

（3.8）

（4）计算基本工时

由公式3.6即

式中L=l1+l2+l3，由于是粗铣，故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件，利用作图法，可得出的行程L=l1+l2+l3=45mm，故

3.4.3工序6切削用量的计算以及基本工时的确定

工序6：

车削箱体左右两端圆柱外圆

S=（0.3～0.5）mm/r（10-19）

选s=0.4mm/r

V=118m/min（1.97m/s）

=9.65r/s（597r/min）

按机床选取nw=8.6r/s（516r/s）

∴实际切削速度为

=1.76m/s（105m/min）

l=（105-99）/2=3mm，l1=3，l2=2，l3=5（11-4）

L=d/2+l1+l2+l3=32.5+3+2+5=42.5mm

t0=（L/s．n）．i=（42.5/0.4×8.6）×2=24.72s（0.4min）

3.4.4工序7切削用量的计算以及基本工时的确定

工序7：

镗左右两圆柱端内孔φ40H7，φ55H9

（1）选择机床

选用T740金刚镗床。

（2）粗镗孔至φ38.7mm，单边余量Z=0.3mm，一次镗去全部余量，

，进给量f=0.1mm/r。

根据有关手册，确定金刚镗床的切削速度为v=100m/min，则：

由公式3.4得

由于T740金刚镗床主轴转速为无级调速，故以上转速可以作为加工时使用的转速。

（3）计算切削工时：

切削工时：

l=30mm，l2=3mm，l3=4mm，则：

（2）精镗孔至φ40mm，单边余量Z=0.3mm，一次镗去全部余量，

，进给量f=0.1mm/r。

根据有关手册，确定金刚镗床的切削速度为v=100m/min，则：

由公式3.4得

由于T740金刚镗床主轴转速为无级调速，故以上转速可以作为加工时使用的转速。

（3）计算切削工时：

切削工时：

l=30mm，l2=3mm，l3=4mm，则：

3.4.5工序8切削用量的计算以及基本工时的确定

工序8：

镗箱体前伸出端内孔φ40H7

（1）选择机床

选用T740金刚镗床。

（2）粗镗孔至φ38.7mm，单边余量Z=0.3mm，一次镗去全部余量，

，进给量f=0.1mm/r。

根据有关手册，确定金刚镗床的切削速度为v=100m/min，则：

由公式3.4得

由于T740金刚镗床主轴转速为无级调速，故以上转速可以作为加工时使用的转速。

精镗孔至φ40mm，单边余量Z=0.3mm，一次镗去全部余量，

，进给量f=0.1mm/r。

根据有关手册，确定金刚镗床的切削速度为v=100m/min，则：

由公式3.4得

由于T740金刚镗床主轴转速为无级调速，故以上转速可以作为加工时使用的转速。

（3）计算切削工时：

切削工时：

l=30mm，l2=3mm，l3=4mm，则：

3.4.6工序9切削用量的计算以及基本工时的确定

工序9：

钻孔，攻丝箱体的四个地脚螺纹孔

钻4xM8-6H底孔Φ7.5

f=0.35mm/rv=13m/min

所以，n=

=487r/min。

按机床选取：

实际切削速度：

攻螺纹2xM8-6H

r=12m/min，所以

。

按机床选取：

，则实际切削速度：

3.4.7工序10切削用量的计算以及基本工时的确定

工序10：

钻孔，攻丝箱体前段M10X1螺纹孔

钻M10-6H底孔Φ8.5

f=0.35mm/rv=13m/min

所以，n=

=487r/min。

按机床选取：

实际切削速度：

攻螺纹M10-6H

r=12m/min，所以

。

按机床选取：

，则实际切削速度：

3.4.8工序11切削用量的计算以及基本工时的确定

工序11：

铣箱体前伸出段外圆台阶

铣床：

卧式铣床

铣刀：

选用端铣刀,d=10mm,L=115mm,齿数Z=4

切削速度：

参照有关手册，确定

v=15m/min,

=477.7r/min

采用X6132型号卧式铣床，取

=475r/min（见《工艺手册》）。

故实际切削速度为：

当

时，工作台的每分钟进给量应为

。

第4章加工设备与工艺装备选择

4.1选择机床

（1）选择机床应遵循如下原则：

（2）机床的加工范围应与零件的外廓尺寸相适应；

（3）机床的精度应与工序加工要求的精度相适应；

（4）机床的生产率应与零件的生产类型相适应。

在壳体的加工过程中，为了提高生产率将大量使用专用机床，如钻孔、镗孔工序中会用到专用钻床和专用镗床。

在铣端面、倒角和攻丝工序中会用到通用机床。

通用机床是在《机械加工工艺人员手册》上查找，具体机床的选用见后面的加工工艺过程卡。

4.2选择夹具

机床夹具是在切削加工中，用以准确地确定工件位置，并将工件牢固地夹紧的一种工艺装备。

它的主要作用是：

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工艺性能。

夹具的种类很多，按夹具的应用范围分类，可分为通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具；按夹具上的动力源分类，可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具和真空夹具等。

在单件、小批量生产时，应尽可能采用通用夹具。

为提高生产率，在条件允许时也可采用组合夹具。

中批以上生产时，应采用专用夹具，以提高生产效率，夹具的精度应与工序的加工精度相适应。

壳体的生产属于小批量生产，为了提高生产率，加工中应该采用专用夹具。

为此要为生产线上的工序专门设计一套夹具。

对于动力源，由于壳体的加工属于小批量生产，可以采用手动旋转六角螺母夹紧，这样便于操作，减少工作强度，以及材料成本。

4.3选择刀具

刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所要求的精度和表面粗糙度、生产率及经济性等，在选择时一般尽可能采用标准刀具，必要时可采用高生产率的复合刀具和其它一些专用刀具。

最终传动箱壳体的加工基本都采用标准刀具,可以在《机械加工工艺手册》上查到。

铣平面时大都采用镶齿套式面铣刀，铣面时用数控铣床加工，选用直柄立式铣刀。

镗刀则根据孔的大小不