涡轮箱体的加工工艺及铣削端面车φ38孔φ42孔夹具设计Word格式.docx
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因此经常采用灰铸铁来制造毛坯，灰铸铁是一种常用的铸造材料，能够承受较大应力，具有较高的强度、耐磨性、耐热性和抗震性，具备很好的铸造性能。
非常适合用于像涡轮箱箱体这样的零件。
分析零件图可知，零件的主要加工工序为加工R75大端面、两侧φ52端面、φ60端面和φ136端面，两侧φ52孔、中心孔φ38和φ42孔，R75大端面上5-M6-7H孔，φ52端面4-M6孔等φ60端面上2-M10孔。
蜗轮箱零件的两个侧面的尺寸精度为168，两侧孔φ52、与中心孔φ38、φ42孔的公差等级均为H7级公差。
中心孔φ38、φ42的中心与两侧孔φ52孔的中心线中心高为71.5±
0.2。
中心孔φ38、φ42孔两端同轴度为0.03mm。
两侧孔φ52中心线与φ38、φ42中心线的垂直度0.03mm。
这些数据是进行加工工艺编程及专用夹具设计的基础数据。
由于要装轴承，加工支承孔时对表面粗糙度和加工精度要求都会相对较高，故为了不影响轴承外圈与孔之间的配合精度，并且使轴的回转精度降低，对支撑孔的加工应采用较高的尺寸精度、表面粗糙度和尺寸精度。
此外在同一轴的各孔之间都存在同轴度方面的要求，以确保轴、轴承之间能够正常运转、顺利装配。
相邻的孔之间若存在蜗轮啮合关系的，为了提高蜗轮啮合的精度，降低噪音、减少震动，延长使用寿命，对平行度和孔距尺寸精度要会有较高的要求。
通过参考文献【1】中，对机床能所能达到的位置精度和对面、孔进行加工的经济精度要求可知，本次设计的零件结构的工艺性是可行的，并且可以达到对上述条件的技术要求。
图2-1零件图
第3章确定毛坯材料及加工余量
3.1、选用毛胚的材料
轴承在运动过程中由于偏心载荷的作用会产生振动，为了保证零部件在工作时安全可靠，毛坯材料选用强度较高并且具有良好的抗震性和稳定性，应力承受能力强、价格也相对低廉的铸铁HT200。
查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-5,选用铸件尺寸的公差等级为CT-7。
对于这种典型的箱体类零件，采用铸造得到毛坯是一种常用的方法，HT200是一种常用的铸造材料，有很好的铸造性能、塑性和韧性，非常适合用于铸造涡轮箱体这样的零件。
3.2、加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定：
3.2.1、确定加工余量及毛坯种类
选灰铸铁HT200作为该零件的铸造材料,查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-3，选用铸件的尺寸公差为CT7级，可得铸件尺寸公差为1.4mm。
查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-5得，加工余量为MA-F级，可得加工余量为2.5-3.0mm。
3.2.2、5-M6-H7深8的螺孔
铸造过程中对毛坯材料不进行冲孔操作，铸造得到的毛坯为实心。
孔的加工经济精度要求为IT8，参照《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-24,可得标准公差值为
。
参考《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-8。
确定工序尺寸及加工余量为：
钻孔：
φ5.8孔
攻丝：
M6
3.2.3、φ38孔的加工余量，
由工序卡片加工要求可知，对φ38孔的加工分为粗车、精车两个工序。
参照《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-8，可得这两个工序加工余量如下：
粗车：
其加工余量值为2.0mm;
精车：
其加工余量值为0.3mm。
铸件毛坯的基本尺寸分别为：
毛坯基本尺寸为φ38-2-0.3=φ35.7
参考《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-3，确定铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.4mm。
毛坯名义尺寸为φ38-2-1.4-0.3=φ34.3；
毛坯最大尺寸为φ34.3+0.55=φ34.85；
毛坯最小尺寸为φ34.3-0.55=φ33.75；
粗车工序尺寸为φ36；
精车工序后尺寸为φ380~+0.025mm。
3.2.4、φ42孔的加工余量
由工序卡片加工要求可知，以粗车、精车两个工序分别对该φ42孔进行加工完成。
参照《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-8，可得这两个工序加工余量如下
其加工余量值为2.0mm；
毛坯基本尺寸为φ42-2-0.3=φ39.7mm；
毛坯名义尺寸为φ42-2-1.4-0.3=φ38.3mm；
毛坯最大尺寸为φ38.3mm+0.55=φ38.85mm；
毛坯最小尺寸为φ38.7mm-0.55=φ37.75mm；
粗车工序尺寸为φ40mm；
精车工序后尺寸为φ420~+0.025mm。
3.2.5、两侧φ52的加工余量
由工序卡片加工要求可知，该φ52孔以粗镗、精镗两个工序进行加工完成。
粗镗：
精镗：
其加工余量值为0.5mm。
铸件毛坯的基本尺寸分别为：
φ52-2-0.5=φ49.5mm。
参考《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-3，确定铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.4mm。
毛坯名义尺寸为φ52-2-1.4-0.5=φ48.3mm；
毛坯最大尺寸为φ48.3mm+0.55=φ48.85mm；
毛坯最小尺寸为φ38.3mm-0.55=φ47.75mm；
粗镗工序尺寸为φ50.25mm；
精镗工序后尺寸为φ520~+0.03mm
3.2.6、两侧φ52面螺孔M6
由于对铸造的毛坯不进行冲孔操作，毛坯材料又为实心。
孔的加工经济精度要求为IT8，参考《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-24,标准公差值为
φ5.8
图3-1蜗轮箱体毛坯图
第4章工艺规程设计
4.1、定位基准的选择
4.1.1、粗基准的选择
粗基准的选择：
对毛坯材料进行机械加工时，由于毛坯未加工时表面粗糙，定位基准误差较大，为保证加工精度和加工面与不加工面之间的相互位置要求，通常选择不加工表面作为粗基准。
而该箱体的孔和箱壁在铸造时用的是同一型芯，因此可以根据孔与箱壁之间的相对位置关系，保证加工表面的加工余量合理分配，尽量选则该箱体的主要支承孔作为粗基准选择的主要基准。
4.1.2、精基准的选择
精基准的选择：
对工件进行切削加工时要尽量保证所选的定位基准与图纸上标注的基准重合，即图纸上的尺寸就是加工时的定位尺寸，避免了应为加工基准和图纸基准的不统一所产生的误差。
基准统一是要求在精加工时，精加工的基准尽量选取同一个定位基准，选用同一个定位基准可提高工件的加工精度，避免多次更换基准以免产生误差。
分析该箱体零件图可知，该工件底面面积较大且与各个加工工艺孔平行，适于作为精基准使用。
但值得注意的是，若只使用一个平面来进行定位的话，则只能限制工件3个自由度。
所以采用典型的一面两孔定位方法，以此来满足加工过程中基准统一定位的要求。
4.2、制定工艺路线
机械加工工艺路线的确定是本课题确定设计方案最重要的一步，其次便是机床专用夹具的设计。
制订工艺路线的目的是保证工件的尺寸精度、形位公差、位置精度、粗糙度能够达到图纸要求。
在夹具设计方面通过采用通用机床以及专用的夹具设备，为了最大化的提高加工效率，可以通过使用最短的加工工序和最方便加工的方式进行加工。
通过分析编写涡轮箱箱体的机械加工工艺路线方案如下：
工序号工序内容
铸造
时效
10铣铣R78大端面
20铣粗铣φ60端面、φ136端面
30铣半精铣φ60端面、φ136端面，保证尺寸153、20.5、14到位
40钻钻4-φ13工艺孔
50车粗车孔φ42和φ38
60车精车孔φ32和φ38，保证尺寸22、62、30
70镗粗镗两侧孔φ52
80镗精镗两侧孔φ52，保证达到孔位H7的公差和168到位
90钻钻两侧φ52端面上8-M6孔深8
100钻钻φ60端面上2-M10
110钻钻R78大端面上5-M6孔深8
120去毛刺
130检验
140入库
4.3、选择加工设备及刀、夹、量具
由于该零件属于大批量生产，故以通用机床来作为主要的加工设备，再以一定的专用机床作为辅助。
以通用机床加专用夹具作为主要的生产方式，用专用机床作为辅助的生产流水线。
由人工来完成工件的装卸和传送。
进行铣削加工时，由于对加工对象的大小端面进行加工。
考虑到便于该工件的定位和夹紧以及夹具结构的设计方案等问题，采用立式铣床，（参考文献[1]表3.1-73）。
选择C类可转位面铣刀，直径为D为φ400mm（参考文献[1]表4.4-40）、专用夹具和游标卡尺。
工件的孔系的车削加工采用CA6140数控车床，参照（参考文献[1]表3.2-44）选择合适的过渡盘、车刀、游标卡尺、专用夹具。
采用摇臂钻床Z3025对工件各表面的孔系进行钻削加工（参考文献[1]表3.1-30），选用锥柄麻花钻，塞规、游标卡尺、快换夹头、专用夹具。
使用摇臂钻床对螺纹孔进行攻丝，其他辅助设备选用机用丝锥、螺纹塞规、丝锥夹头和专用夹具。
4.4加工工序设计
钻M6螺孔
以灰铸铁HT200作为工件的材料，选用X3025作为加工机床。
孔的直径为M6mm，表面粗糙度为12.5，加工工序为钻。
刀具选择为：
钻孔——Φ5mm。
攻丝M6
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，考率钻头所能承受的强度，选进给量
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，得到进给量
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：
由于上表给定的加工条件与实际的加工条件之间存在一定的差异，所以对以得出的结论进行适度的修正。
由参考文献[7]表28-3，
查Z535机床说明书，取
实际切削速度为
由参考文献[7]表28-5，
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
第5章铣床夹具设计
由涡轮箱体零件图可知，对端面应该进行铣削加工。
根据工序的要求，本次铣削加工采用立式铣床。
如图4-1立式铣床是一种常见的机械加工装备，立式铣床的主轴是垂直布置的，决定了他的加工方向是工作台水平移动。
在夹具设计时，要考虑到机床工作台的进给方向和进给行程。
图5-1立式铣床
5.1定位基准及定位元件选择
5.1.1工件定位面选择
工件的定位面是工件上直接和接触的部分，选择定位面时应该遵循以下原则：
选择大而平整的平面或内圆外圆进行定位、选择定位面后要方便后续的装夹、定位面所对应的装夹位置应该结构牢固，在装夹时保证不得有变形现象。
根据上述原则选择涡轮壳体底面作为定位面。
5.1.2夹具定位元件选择
根据夹具设计手册可知机床的定位元件有很多种，如定位板、定位销、支承钉、定位轴、V型块等。
该夹具中，由于定位面都是大而平整的表面，故应选用支撑板进行定位。
5.1.3定位元件限制不定度分析
任何物体在空间中都有3个移动自由度和3个旋转自由度，要想确定物体的位置必须将这6个自由度进行限制。
对于涡轮课题铣顶面夹具，在底面用两块支撑板限制三个自由度，两块支撑板的作用相当于一个大平面，限制了2个旋转自由度和1个移动自由度就足够了。
5.2夹紧机构及夹紧元件初步选择
如图4-2所示，采用移动压板作为夹紧机构。
移动压板机构选用的都是标准件，包括移动压板、螺母、双头螺柱、弹簧、调节支撑。
移动压板是一种结构简单，容易获得的夹紧机构，使用移动压板时，先装入工件，然后把移动压板的头部移动至需要夹紧的部位，再用扳手拧紧夹紧工件。
图5-2移动压板夹紧
5.3夹具定位元件的设计
在夹具底面的纵向槽中装配两个定向键，并且距离尽量布置的要远一些。
经过定向键以及铣床的工作台U形槽的配合，使本次设计的夹具上的定位元件的工作表面相对于工作台的送进的方向具有合理的位置关系。
定向键可以承受铣削加工时所产生的扭转的力矩，可以降低夹紧夹具的螺栓的负荷度，提高夹具在加工当中的稳定性。
定位键的具体结构如图4-3。
图5-3定位键
5.4对刀方式
铣床夹具和铣床之间相互位置的确定依靠夹具底面定位键与机床工作台T型槽之间的配合。
但是当把夹具安装到铣床上后，铣刀位置和工件位置还不确定，这时就需要对刀块来确定这一位置。
对刀块可分为直角对刀块和圆形对刀块，直角对刀块能够确定铣刀两个方向上的位置，圆形对刀块只能限制铣刀一个方向上的位置。
对于涡轮机箱体的加工，使用用圆形对刀块块进行对刀。
使用对刀块时，用手动方式把操作工作台，把对刀块逐渐逼近铣刀，在铣刀和对刀块之间塞入塞尺，当塞尺刚好能在铣刀和对刀块缝隙间移动时，此时刀具和夹具的位置便被确定下来，通过减去塞尺的厚度可得到二者之间精确的位置。
5.5计算切削力和夹紧力
5.5.1计算切削力
根据《机械加工工艺师手册》表30-19中公式，查加工灰铸铁时端面铣刀的切削力计算公式为:
公式中各参数含义如下：
：
各种铣刀加工不同材料的切削参数，对于端面铣刀加工灰铸铁取
高速钢铣刀切削力的修正系数，对于灰铸铁取1.0
铣削时各分力与圆周力的比值，对于对称端铣取:
其余参数根据机械加工工艺数值带入计算得:
5.5.2计算夹紧力
根据《机械加工工艺手册》孟少农表6.3-8中公式
W：
作用在工件上的夹紧力
WL：
螺旋夹紧力
M：
螺旋上的原始作用力M=QL
d2：
螺纹中径
Q：
手柄上的的作用力
L：
手柄长度
l1:
支撑到螺栓中心线距离
l2:
螺栓中心线到夹紧中心距离
q:
弹簧弹力（此处忽略不计）
机构效率，取0.9
带入数计算单块压板的夹紧力为681N，则四块压板的夹紧力为2724N，大约工件最大切削力。
5.6夹具体设计
夹具体作为夹具上最大和最复杂的基础零件，是整个夹具设计过程中最基础的环节，也是整个夹具结构的骨架。
该夹具是铣床夹具，还需要选择安装定位原件和对刀块。
故为了满足有足够的强度和刚度、安放稳定可靠、结构紧凑和工艺性好，并且重量尽可能轻巧，便于操作，使用安全，所以选择夹具体为铸造体。
根据上述原则设计如图5-4夹具体并绘制零件图。
图5-4铣床夹具体零件图
第6章车床夹具的设计
由给定零件的零件图可知，对该零件的孔系进行加工时，定位的要求比较高，需要保证基准孔和平面的垂直度。
因此，保证垂直度是本步的重点，在此前提之下我们也应考虑如何提高加工效率。
经过对工件进行结构形状的分析，将工件的底面放置在镗模的底板上，工件的定位和夹紧都会比较可靠，也比较容易进行操作，将工件夹紧之后就可以满足加工要求。
选用CA6140车床车φ38孔、φ42孔，用定位夹具固定工件。
6.1定位基准的选择
由零件图可知，对工艺孔的加工，有尺寸精度的要求和表面粗糙度的要求，并且与顶面之间还有垂直度的要求。
故为了保证在加过程中各重要支承孔之间的加工余量合理分配，并且保证所加工孔与顶面之间的垂直度要求。
根据精基准的选用原则，对工艺孔的加工进行定位基准选择时，应选择铣削加工过后的两侧表面来基准定位。
在夹具下底面设计一个固定支撑限制加上三个压板来限制3个自由度。
将侧表面作为主要定位基面并用两个定位销定位，用以限制工件的另外3个自由度。
因为提高生产效率是零件加工的一个重要前提，对孔的加工依然采用传统的钻、扩、铰三个步骤进行，夹紧方式为手动。
6.2切削力的计算与夹紧力分析
在本道工序的加工过程中，车削加工的切削力要远远大于其他切削力，而此道工序中主要进行的是孔的镗削加工。
因此对切削力的计算应以车削力为准。
由参考文献[9]得：
车削力
车削力矩
式中：
在加工工艺孔时，采用带光面压块的压紧螺钉夹紧机构将工件件底面与夹具底板进行连接夹紧，此夹紧机构主要靠压板与压紧螺钉进行夹紧。
根据参考文献[11]可查得夹紧力计算公式：
—单个螺旋夹紧产生的夹紧力（N）；
—原始作用力（N）；
—作用力臂（mm）；
—螺杆与工件的当量摩擦半径（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（°
）。
由公式可得，根据参考文献[11]表1-2-23可查得点接触的普通单个螺旋夹紧力计算公式：
6.3夹紧元件及动力装置确定
根据蜗轮箱箱体零件本身的的生产特性，可采用手动夹紧方式的夹具。
手动夹紧结构的夹具结构简单，在平时的生产过程中比较常见，应用也较为广泛。
因此采用手动夹紧装置来作为本次加工的夹紧动力装置。
用手动夹紧方式进行夹紧，不仅使夹紧更为可靠可靠，而且机构也可不必自锁。
选用A型移动压板A12X80型来作为夹紧元件。
夹紧元件装置图6-1如下：
图6-1夹紧元件装置图
6.4定位销及夹具体设计
采用对角定位销将镗孔夹具的两个侧面孔Φ13与工件进行定位，采用M12内六角圆柱头螺钉对镗孔夹具的底板对角处进行固定。
采用阶梯式定位销在镗孔夹具上进行定位。
用M12螺孔固定镗孔夹具板在对角处进行固定。
6.5夹具精度分析
使用夹具夹紧工件，并在机床上进行切削加工时，机床、夹具、工件、刀具等相当于一个整体，它们之间组成了一个相对封闭的加工系统，牵一发而动全身。
正是它们之间存在的联系，才能使工件和刀具之间形成正确位置关系。
因此在设计夹具的过程当中，确定设计方案之后，应对夹具的结构方案进行精确的误差计算和精度分析。
铣侧平面，它们的精度由定位夹具的底板的定位精度保证。
因为
所以能满足加工要求。
夹具图如下：
图6-1车床夹具装配图
小结
在指导老师的指导帮助下顺利完成了涡轮箱加工工艺及专用夹具设计。
本次设计分为加工工艺设计和专用夹具设计两大部分。
在机械加工工艺设计部分，通过对零件图样的分析，合理的编制出一套完整的机械加工工艺过程。
并查阅相关参考资料来确定工件的各种所需数据，并根据图样技术要求确定所需参数。
并由此来制作工艺卡片。
工序卡和工艺卡是指导机械加工的重要文件，通过两个卡片的编写，让我清晰明了了机械加工的过程，更深刻地理解了加工工艺的内涵。
论文的另一部分是专用夹具设计。
机床夹具是机械加工中必不可少的工艺装备，一套好的夹具，不但能够保证零件的加工质量，还能减少装夹时间，减轻工人的劳动强度。
本次设计设计了两套夹具，一套是铣床夹具，一套是镗床夹具。
通过本次设计过，我相当于重新温习一遍之前所修的专业课程，如机械加工工艺学，金属切削刀具，金属切削机床等基础课程，并深刻的体会到了专业课程的重要性。
在此设计中不仅使我的专业知识得到巩固和扩展，同时也锻炼了自己系统解决问题的能力，使我更有信心的走向工作岗位。
致谢
时光荏苒，白驹过隙，大学生涯马上就要结束了，忙碌的毕业季也即将过去。
毕业设计也
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