专升本机械设计制造及自动化说明书设计.docx

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专升本机械设计制造及自动化说明书设计

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1前言1

1.1课题背景及发展趋势1

1.2夹具的基本结构及设计内容1

2t箱体加工工艺规程设计3

2.1零件的分析3

2.1.1零件的作用3

2.1.2零件的工艺分析3

2.2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4

2.2.1确定毛坯的制造形式4

2.2.2基面的选择4

2.2.3确定工艺路线4

2.2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定5

2.2.5确定切削用量6

2.3小结18

3专用夹具设计19

3.1加工上平面镗孔夹具设计19

3.1.1定位基准的选择19

3.1.2切削力的计算与夹紧力分析20

3.1.3夹紧元件及动力装置确定20

3.1.4钻套、衬套、钻模板及夹具体设计20

3.1.5夹具精度分析27

3.1.6夹具设计及操作的简要说明27

3.2粗、精铣传动箱上平面夹具夹具设计28

3.2.1定位基准的选择28

3.2.2定位元件的设计28

3.2.3定位误差分析29

3.2.4铣削力与夹紧力计算29

3.2.5夹具体槽形与对刀装置设计30

3.2.6夹紧装置及夹具体设计26

3.2.7夹具设计及操作的简要说明27

3.3钻18－M8螺纹孔夹具设计27

3.3.1定位基准的选择27

3.3.2定位元件的设计28

3.3.3定位误差分析28

3.3.4钻削力与夹紧力的计算28

3.3.5钻套、衬套、钻模板及夹具体设计29

3.3.6夹紧装置的设计38

3.3.7夹具设计及操作的简要说明38

3.4小结39

4结束语40

参考文献41

前言

加工工艺及夹具毕业设计是对所学专业知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。

机床夹具已成为机械加工中的重要装备。

机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。

随着我国机械工业生产的不断发展,机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。

1.1课题背景及发展趋势

材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技术也推动着设计。

从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有其本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的“功能”。

技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。

材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。

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，对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。

1.2夹具的基本结构及夹具设计的内容

按在夹具中的作用,地位结构特点,组成夹具的元件可以划分为以下几类:

（1）定位元件及定位装置；

（2）夹紧元件及定位装置（或者称夹紧机构）；

（3）夹具体；

（4）对刀,引导元件及装置（包括刀具导向元件,对刀装置及靠模装置等）；

（5）动力装置；

（6）分度,对定装置；

（7）其它的元件及装置（包括夹具各部分相互连接用的以及夹具与机床相连接用的紧固螺钉,销钉,键和各种手柄等）；

每个夹具不一定所有的各类元件都具备,如手动夹具就没有动力装置,一般的车床夹具不一定有刀具导向元件及分度装置。

反之,按照加工等方面的要求,有些夹具上还需要设有其它装置及机构,例如在有的自动化夹具中必须有上下料装置。

专用夹具的设计主要是对以下几项内容进行设计：

（1）定位装置的设计；

（2）夹紧装置的设计；（3）对刀-引导装置的设计；（4）夹具体的设计；（5）其他元件及装置的设计。

2传动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

题目给出的零件是传动箱体，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，同时传动箱分出部分动力将运动传给进给箱。

传动箱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HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，减震性能良好。

传动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）铣上下平面保证尺寸100mm，平行度误差为0.03

2）铣侧面保证尺寸62与20与下平面的平行度误差为0.02

3）镗上、下面平面各孔至所要求尺寸，并保证各位误差要求

4）钻侧面4—M6螺纹孔

5）钻孔攻丝底平面各孔

（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：

传动箱上表面各孔、传动箱上表面

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传动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HT200。

由于年产量为4000件，达到大批生产的水平，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，适合大批生产的金属模铸造。

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

粗精铣上平面

工序2

粗精铣下平面

工序3

粗精铣宽度为20mm的侧面及保证尺寸60的面

工序4

钻上平面12-M6螺纹底孔

工序5

钻下平面18-M8螺纹底孔

工序6

钻下平面台阶面各小孔

工序7

钻侧面各孔

工序8

钳工，攻丝各螺纹孔

工序9

镗上平面各孔

工序10

镗下平面各孔

表2.2工艺路线方案二

工序1

粗精铣上平面

工序2

粗精铣下平面

工序3

粗精铣宽度为20mm的侧面及保证尺寸62的面

工序4

镗上平面各孔

工序5

镗下平面各孔

工序6

钻上平面12-M6螺纹底孔

工序7

钻下平面18-M8螺纹底孔

工序8

钻下平面台阶面各小孔

工序9

钻侧面各孔

工序10

钳工，攻丝各螺纹孔

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“工序8与工序9，放到后面。

加工完上下平面各螺纹孔M8与螺纹孔M6”变为“工序4工序5”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。

而且对于零的尺寸精度和位置精度都有太大程度的帮助。

采用互为基准的原则，先加工上、下两平面，然后以下、下平面为精基准再加工两平面上的各孔，这样便保证了，上、下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“工序4与工序5，”不便于装夹，并且毛坯的端面与轴的轴线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12-M6与18-M8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

传动箱体的材料是HT200，生产类型为大批生产。

由于毛坯用采用金属模铸造,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最小加工余量之分。

由于本设计规定零件为大批量生产，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）加工箱体的上下平面，根据参考文献[8]表4-35和表4-37考虑3mm，粗加工2mm到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求，精加工1mm，

2）加工宽度为20mm的侧面时，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1mm

3）镗上、下平面各传动轴孔时，由于粗糙度要求，因此考虑加工余量2.5mm。

可一次粗加工2mm，一次精加工0.5就可达到要求。

6）加工18－M8底孔，根据参考文献[8]表4-23考虑加工余量1.2mm。

可一次钻削加工余量1.1mm，一次攻螺纹0.1就可达到要求。

7）加工12－M6底孔时，根据参考文献[8]表4-23考虑加工余量1.2mm。

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）加工下平面台阶面各小孔，粗加工2mm到金属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1：

粗、精铣传动箱体下平面

（1）粗铣下平面

工件材料：

HT200，铸造。

机床：

X52K立式铣床。

查参考文献[7]表30—34

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：

根据参考文献[3]表2.4-75，取铣削速度：

参照参考文献[7]表30—34，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）精铣下平面

工件材料：

HT200，铸造。

机床：

X52K立式铣床。

参考文献[7]表30—31

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30—31，取

铣削速度：

参照参考文献[7]表30—31，取

机床主轴转速，由式（2.1）有：

按照参考文献[7]表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

走刀次数为1

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

走刀次数为1

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2：

加工上平面，各切削用量与加工上平面相近，因此省略不算，参照工序1执行。

工序3：

粗精铣宽度为20mm的侧面：

（1）粗铣宽度为20mm的侧面

工件材料：

HT200，铸造。

机床：

X52K立式铣床。

查参考文献[7]表30—34

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：

根据参考文献[3]表2.4-75，取铣削速度：

参照参考文献[7]表30—34，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

走刀次数为1

（2）精铣宽度为20mm的下平台

工件材料：

HT200，铸造。

机床：

X52K立式铣床。

由参考文献[7]表30—31

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30—31，取

铣削速度：

参照参考文献[7]表30—31，取

机床主轴转速，由式（2.1）有：

按照参考文献[3]表3.1-31

实际铣削速度：

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

走刀次数为1

根据参考文献[9：

=249（37.5×3）=2.21min。

根据参考文献[5]表2.5-45可查得铣削的辅助时间

精铣宽度为20mm的下平台

根据参考文献[9]切削工时：

=249（37.5×3）=2.21min

根据参考文献[5]表2.5-45可查得铣削的辅助时间

粗精铣宽度为30mm的下平台的总工时：

t=+++=2.21+2.21+0.41+0.41=5.24min

工序４：

粗镗Φ62H12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：

查参考文献[1]，表2.5-37工步辅助时间为：

2.61min

精镗下端孔Φ62H12

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：

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5：

粗镗Φ72H12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：

查参考文献[1]，表2.5-37工步辅助时间为：

2.61min

精镗下端孔到Φ72H12

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：

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：

1.56min

工序6：

钻下平在12-M6

工件材料为HT200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Φ5，选用Φ5的麻花钻头。

攻M6螺纹，选用M6细柄机用丝锥攻螺纹。

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：

走刀次数为1

攻M6×1.5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：

走刀次数为1

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：

走刀次数为1

根据参考文献[5]表2.5-41可查得钻削的辅助时间

总工时为：

t=2++=3.75min

工序7：

加工18－M8底孔

工件材料为HT200铁，孔的直径为8mm。

加工机床为Z535立式钻床，加工工序为钻孔至Φ7，选用Φ7的麻花钻头。

攻M8螺纹，选用M8细柄机用丝锥攻螺纹。

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：

走刀次数为1

攻M8×1.5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：

攻M8螺纹的工时

被切削层长度：

刀具切入长度：

刀具切出长度：

走刀次数为1

根据参考文献[5]表2.5-41可查得钻削的辅助时间

工序8：

阶梯孔

工件材料为HT200铁，孔的直径为20mm，表面粗糙度。

加工机床为Z535立式钻床，加工工序为锪钻，加工刀具为：

锪钻孔——Φ20mm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9：

校验

（5）锪钻Φ20阶梯孔

工件材料：

HT200，金属模铸造，

机床：

Z535立式钻床

刀具：

高速钢钻头Φ7，M8丝锥，Φ20小直径端面锪钻

被切削层长度：

刀具切入长度：

刀具切出长度：

走刀次数为1

根据参考文献[5]表2.5-41可查得钻削的辅助时间

锪钻Φ20阶梯的工时

锪钻孔进给量，机床主轴转速，

被切削层长度：

刀具切入长度：

刀具切出长度：

走刀次数为1

由参考文献[5]表2.5-41可查得钻削的辅助时间

t=+

t=0.27+1.77=2.04min

该工序的总工时为：

2.04+0.07+0.05+1.77+1.77=5.7min

所以该方案满足生产要求。

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

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。

在加工杠杆零件时，需要设计专用夹具。

根据任务要求中的设计内容，需要设计加工铣上平面夹具、传动箱体镗上顶面镗孔夹具及传动箱体钻18-M8底孔夹具各一套。

其中上顶面镗孔的夹具将用于组合钻床，刀具分别镗刀。

采用X62W铣床，硬质合金端铣刀YG8对铣上平面进行加工。

钻M8底孔夹具采用立式钻床，先用麻花钻钻孔，再用丝锥攻螺纹。

3.1加工上平面孔的镗孔夹具设计

本夹具主要用来镗上平夹具，此孔也是后面作为工艺孔使用，这个工艺孔有尺寸精度要求为+0.03，表面粗糙度要求，表面粗糙度为，与顶面垂直。

并用于以后各面各孔加工中的定位。

其加工质量直接影响以后各工序的加工精度。

本到工序为杠杆加工的第一道工序，加工到本道工序时只完成了传动箱体上表面的粗、精铣。

因此再本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。

3.1.1定位基准的选择

由零件图可知，有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与顶面垂直。

为了保证所钻的孔与顶面垂直并保证工艺孔能在后续的孔系加工工序中使各重要支承孔的加工余量均匀。

根据基准重合、基准统一原则。

在选择工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣箱体的下表面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。

因此加工工艺孔的定位基准应选择选用下平作为定位基准，为了提高加工效率，根据工序要求先采用标准硬质合金镗刀刀具对工艺孔进行粗镗削加工；然后采用硬质合金镗刀对其进行精加工，准备采用手动夹紧方式夹紧。

3.1.2切削力的计算与夹紧力分析

由于本道工序主要完成工艺孔的镗加工，参考文献[9]得：

镗削力

镗削力矩

式中：

本道工序加工工艺孔时，工件的下平面与台价台靠紧。

采用带光面压块的压紧螺钉夹紧机构夹紧，该机构主要靠压紧螺钉夹紧，属于单个普通螺旋夹紧。

根据参考文献[11]可查得夹紧力计算公式：

式（3.1）

式中：

—单个螺旋夹紧产生的夹紧力（N）；

—原始作用力（N）；

—作用力臂（mm）；

—螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm）；

—螺杆端部与工件间的摩擦角（°）；

—螺纹中径之半（mm）；

—螺纹升角（°）；

—螺旋副的当量摩擦角（°）。

由式（3.1）根据参考文献[11]表1-2-23可查得点接触的单个普通螺旋夹紧力：

3.1.3夹紧元件及动力装置确定

由于传动箱体的生产量很大，采用手动夹紧的夹具结构简单，在生产中的应用也比较广泛。

因此本道工序夹具的夹紧动力装置采用手动夹紧。

采用手动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。

本道工序夹具的夹紧元件选用带光面压块的压紧螺钉。

旋紧螺钉使其产生的力通过光面压块将工件压紧。

3.1.4钻套、衬套、钻模板及夹具体设计

工艺孔的加工需粗、精镗切削才能满足加工要求。

故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。

钻模板选用固定式钻模板，工件以底面及侧面分别靠在夹具支架的定位快，用带光面压块的压紧螺钉将工件夹紧。

夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。

这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。

整个夹具的结构见夹具装配图如上图所示：

3.1.5夹具精度分析

利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统