机械制造工艺学课程设计说明书设计犁刀变速齿轮箱体零件的机械加工工艺规程及工艺装备.doc

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1、机械制造工艺学课程设计说明书设计题目：设计犁刀变速齿轮箱体零件的机械加工工艺规程及工艺装备 班级：机械设计制造及其自动化1021 组别：第一组 姓名： 指导教师： 学校： 日期：2011-6-27机械制造工艺学课程设计任务书题目：设计犁刀变速齿轮箱体零件的机械加工工艺规程及铣凸台面工序的专用夹具内容：1) 零件毛坯合图 1张2) 机械加工工艺规程卡片 1套3) 夹具装配总图 1张4) 夹具零件图 1套5) 课程设计说明书 1份原始资料：该零件图样一张;生产纲领为6000件年；每日1班。摘要在生产过程中，使生产对象（原材料，毛坯，零件或总成等）的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程，如毛坯制

2、造，机械加工，热处理，装配等都称之为工艺过程。在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。关键词：工序，工位，工步，加工余量，定位方案，夹紧力AbstractEnable producing the target in process of production (raw materials, the blank , state of quality and quantity on part become alway

3、s ) take place direct course of change ask craft course, if the blank is made, machining, heat treatment , assemble etc. and call it the craft course. In the course of making the craft , is it confirm every erector location and worker step that process need this of process to want, the locomotive of

4、 processing , this process , and the entering the giving amount of the lathe, cut depth , the rotational speed of the main shaft and speed of cutting, the jig of this process, the cutter and measuring tool, a one hundred sheets of number of times still leaves and a one hundred sheets of length leave

5、s, calculate basic time of this process , auxiliary time and service time of place of working finally.Keyword: The process worker one workers step the surplus of processing orient the scheme clamp strength摘要3Abstract4第1章 绪言7第2章 零件工艺的分析82.1 零件的作用82.2 零件的工艺分析9第3章 确定毛坯、画毛坯零件合图10第4章 拟定梨刀箱体加工的工艺路线114.1 定

6、位基准的选择114.2 制定工艺路线12第5章 选择加工设备及刀具、夹具、量具14第6章 确定切削用量及基本工时156.1 加工工序设计1、粗铣、精铣N面工序156.2 工序钻扩铰2-10F9孔至2-9F9，钻4-13mm孔加工工序166.3 工序粗镗、工序7精镗2-80H7孔工序186.4、工序粗铣R面及Q面和工序80，精铣R面及Q面236.5 工序精扩铰2-10F9孔，提高精度至2-10F7246.6 工序8 铣凸台面256.7 钻20孔，扩铰S30H9球形孔，钻4-M6螺纹底孔，空口倒角为145，攻螺纹6-M6-6H4266.8 工序9 锪4-22mm平面276.9 钻8-M12mm螺纹

7、底孔，孔口倒角145，钻铰2-8N8，孔口倒角145286.10 攻螺纹8-M12-6H296.11 时间定额计算29第7章 专用夹具的设计327.1 确定夹紧力及螺杆直径337.2 定位精度分析34第8章 加工刀具表格及数控程序代码358.1加工刀具表格358.2 数控程序代码35第9章 结论41参考文献42第1章 绪言箱体零件是机器或部件的基础零件,它把有关零件联结成一个整体,使这些零件保持正确的相对位置,彼此能协调地工作.因此,箱体零件的制造精度将直接影响机器或部件的装配质量,进而影响机器的使用性能和寿命.因而箱体一般具有较高的技术要求.由于机器的结构特点和箱体在机器中的不同功用,箱体零

8、件具有多种不同的结构型式,其共同特点是:结构形状复杂,箱壁薄而不均匀,内部呈腔型;有若干精度要求较高的平面和孔系,还有较多的紧固螺纹孔等.箱体零件的毛坯通常采用铸铁件.因为灰铸铁具有较好的耐磨性,减震性以及良好的铸造性能和切削性能,价格也比较便宜.有时为了减轻重量,用有色金属合金铸造箱体毛坯(如航空发动机上的箱体等).在单件小批生产中,为了缩短生产周期有时也采用焊接毛坯.毛坯的铸造方法,取决于生产类型和毛坯尺寸.在单件小批生产中,多采用木模手工造型;在大批量生产中广泛采用金属模机器造型,毛坯的精度较高.箱体上大于3050mm的孔,一般都铸造出顶孔,以减少加工余量.第2章 零件工艺的分析2.1

9、零件的作用犁刀变速齿轮箱体是旋耕机的一个主要零件。旋耕机通过该零件的安装平面与手扶拖拉机变速箱的后部相连，用两圆柱销定位，四个螺栓固定，实现旋耕机的正确联接。N面上的413孔即为螺栓连接孔，210F9孔为定位销孔。如图所示，犁刀变速齿轮箱体2内有一个空套在犁刀传动轴上的犁刀传动齿轮5，它与变速箱的一倒挡齿轮常啮合。犁刀传动轴8的左端花键上有啮合套4，通过拔叉可以轴向移动。啮合套4和犁刀传动轴5相对的一面都有牙嵌，牙嵌结合时，动力传给犁刀传动轴8.其操作过程通过安装在S30H9孔中的操纵杆3操纵拔叉而得以实现。犁刀变速齿轮箱传动示意图1左臂壳体 2犁刀变速齿轮箱体 3操纵杆4啮合套 5犁刀传动齿

10、轮6轴承 7右臂壳体 8犁刀传动轴 9链轮2.2 零件的工艺分析加工表面分析加工表面尺寸及偏差/公差及精度等级表面粗糙度Ra/m形位公差/0N面460.5IT103.2210F9孔IT91.6413孔13IT13以下12.5RQ面IT9IT103.2凸台面IT12IT1312.5无280孔IT173.22020IT13以下12.5无30H9球形孔IT93.2 无4M6螺纹孔M66H深14IT13以下无8M2螺纹孔M126H深22IT13以下无28N8IT83.2422平面22深18无1.25无由附图1得知，其材料为HT200。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性、及减震性，适用于承受较大应力

11、要求耐磨的零件。 该零件上的主要加工面为N面、R面、Q面和2- 80H7孔。 N面的平面度0.05mm直接影响旋耕机与拖拉机变速箱的接触精度及密封。 2- 80H7孔的尺寸精度、同轴度0.04mm，与N面的平行度0.07mm，与R及Q面的垂直度0.1mm，以及R相对Q面的平行度0.055mm，直接影响犁刀传动轴对N面的平行度及犁刀传动齿轮的齿合精度、左臂壳体及右臂壳体孔轴线的同轴度等。因此，在加工它们时，最好能在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来。 2-10F9孔的尺寸精度、两孔距尺寸精度1400.05mm以及1400.05mm对R面的平行度0.06mm，影响旋耕机与变速箱联接时的正确定位，从

12、而影响犁刀传动齿轮与变速箱倒档齿轮的齿合精度。 由参考文献（1）中有关面和孔加工的经济精度及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。 第3章 确定毛坯、画毛坯零件合图根据零件材料确定毛坯为铸件。确定零件生产类型根据参考文献【8】可知：（1）式中 N零件的生产纲领（件年），N=6000；Q产品的年产量（台年）；a备品率，取3%；b废品率，取0.5%。查参考文献【13】表13知，属于轻型零件查参考文献【13】表14知，属于大批生产毛坯的铸造方法为砂型机器造型。又由零件2-80mm空均需铸出，故还应安放型芯，此外，为消除残余应力，铸造后还应进行人工时效处理。参

13、考文献【1】表2.3-6，该铸件的公差等级CT为810级，加工余量MA等级为G级，故取CT为10级，MA为 G 级。铸件的分型面应选择通过C孔基准轴线，且与R面和Q面平行的平面，浇口位置分别位于C基准孔凸台的两侧。参考文献【1】表2.3-5， 用查表法确定各表面的加工余量如下表所示。 表2-1 各加工表面的加工余量加工表面基本尺寸/mm加工余量等级加工余量数值/mm说明R面168G（4.05.0），取4.0底面，双侧加工，取下行数据Q面168H(5.06.0)，取5.0顶面降1级，双侧加工N面168G(4.05.0)，取5.0侧面，单侧加工，去上行数据凸台面106G(3.04.0)，取4.0侧

14、面单侧加工2-80mm孔80H(2.53.5)，取3.0孔降1级，双侧加工由参考文献【1】机械加工工艺手册表2.3-9可得主要毛坯尺寸及公差如下表所示。 表2-2 主要毛坯尺寸及公差主要面尺寸零件尺寸总余量（公差+余量）毛坯尺寸公差CTN面轮廓尺寸1681684N面轮廓尺寸1684.0+5.01774N面距80孔中心尺寸465.0512.8凸台面距80孔中心尺寸100+64.01103.62-80mm孔803.2+3.0，取6.0743.2第4章 拟定梨刀箱体加工的工艺路线4.1 定位基准的选择精基准的选择：犁刀变速齿轮箱体的N面和2-10F9孔既是装配基准，又是设计基准，用他们做精基准，能使

15、加工遵循“基准重合”的原则，实现箱体零件“一面一孔”的典型定位方式；其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线尊选了“基准统一”的原则。此外，N面的面积比较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择箱体零件的重要孔（即2-80mm孔）的毛坯孔与箱体内壁做粗基准：第一，在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；第二，装入箱体的旋转零件（如 齿轮、轴套等）与箱体内壁有足够的间隙；此外还应能保证定位准确、夹紧可靠。最先进行机械加工的表面是精基准N面和2-10F9孔，这时有两种定位方案：方案一 用一浮动圆锥销伸入一2-80mm

16、毛坯孔中限制二个自由度；用三个支撑钉支承在与Q面相距32mm并平行与Q面的毛坯面上，限制三个自由度；再以N面本身找正限制一个自由度。这种方案适合大批大量生产类型中，在加工N面及其面上的各孔和凸台面及其各孔的自动线上采用随行夹具时用。方案二 用一根两头带反锥（一端的反锥可取下，以便装卸工件）的心轴插入2-80mm毛坯孔中并夹紧，粗加工N面时，将心轴置于两头的V形架上限制四个自由度，再以N面本身找正限制一个自由度。这种方案虽要安装一个心轴，但由于下一道工序（钻扩铰2-10F9孔）还要用到这根心轴定位，即将心轴置于两头的U形槽中限制两个自由度，故本道工序可不用将心轴卸下，而且这一“随行心轴”比上述随

17、行夹具简单得多。又因随行工位少，准备的心轴就少，因而该方案是可行的。方案三 用两根制造精度相同的锥销安装在2-80mm孔的两侧定位，此时可以同时限制工件的五个自由度；再以N面本身找正限制一个自由度。这种方案工件装拆方便方便，但是由于工件连续装卸，影响孔的定位精度，且销轴的夹紧装置较为复杂。方案四 在镗铣加工中心上加工时，采用R面、Q面定位，可以同时限制六个自由度，再以N面本身找正限制一个自由度，加工N面及其上的孔；之后在加工R面（Q面）上的孔时采用N面和Q面（R面）定位，同时限制六个自由度，保证定位精度。夹紧时采用专用夹具夹紧，凸台面的铣削采用一般方式方式铣削。此方案可行，但须制造专用夹具。4

18、.2 制定工艺路线根据各表面的加工要求和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下：N面：粗车精铣；R面和Q面：粗铣精铣；凸台面：粗铣；2-80mm孔：粗镗粗镗；7级9级精度的未注出孔：钻扩铰；螺纹孔；钻孔攻螺纹孔。因R面与Q面有较高的平行度要求，2-80mm孔有较高的同轴度要求，故它们的加工宜采用工序集中原则，即分别在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来，以保证其位置精度。根据先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将N面、R面、Q面及2-80mm孔的粗加工放在前面，精加工放在后面，每一阶段中又首先加工N面，后再镗2-80mm孔。R面及Q面上的8N8孔及4-M12螺

19、纹孔等次要表面放在最后加工。初步拟定加工工艺如下：工序号工序内容铸造时效涂漆10粗车N面20钻扩铰2-10F9孔（尺寸留精铰余量），孔口倒角14530粗铣凸台面40粗铣R面及Q面50粗镗2-80mm孔，孔口倒角14560钻20mm孔70精铣N面80精铰2-10F9孔90精铣R面及Q面100精镗2-80H7孔110扩铰S30H9球形孔，钻4-M6螺纹底孔，孔口倒角145，攻螺纹4-M6120钻4-13mm孔130刮4-22mm平面140钻8-M12螺纹底孔，孔口倒角145，钻铰2-8N8孔，孔口倒角145，攻螺纹8-M12150检验160入库上述方案遵循了工艺路线拟定的一般原则，但某些工序有些问

20、题。分析如下：如粗车N面，因工件和夹具的尺寸比较大，在卧式车床上加工时，他们的惯性力较大平衡较困难；又由于N面不是连续的圆环面，车雪中出现断续切削，容易引起工艺系统的振动，故改用铣削加工。工序40应在工序30前完成，使R面和Q面在粗加工后有较多的时间进行自然时效，减少工件受力变形和受热变形对2-80mm孔加工精度的影响。精铣N面后，N面与2-10F9孔的垂直度误差难以通过精铰孔矫正，故对这两孔的加工改为扩铰，并在前面的工序中预留足够的余量。4-13mm孔尽管是次要表面，但是在钻扩铰2-10F9孔时，也将4-13mm孔钻出，可以节约一台钻床和一套专用夹具，能降低生产成本，而且工时也不长。同理，钻

21、20mm孔工序也应合并到扩铰S30H9球形孔工序中。这组孔在精镗2-80H7孔后加工，容易保证其轴线与2-80孔轴线的位置精度。工序140中工步太多，工时太长，考虑到整个生产线的节拍，应将8-M12螺纹孔的攻螺纹做为另一道工序。修改后的工艺路线如下：序号工序内容简要说明1铸造2时效消除内应力3涂底漆防止生锈4粗铣N面，钻扩铰2-10F9至9F9，孔口倒角145，钻4-13先加工基准面，留精精扩铰余量5粗铣R面及Q面，粗镗2-80孔，空口倒角145先加工面，后加工孔6精铣N面，精扩铰2-10F9孔，并提高至2-10F7粗加工结束精加工开始，提高工艺基准精度7精铣R面及Q面，精镗2-80H7孔，钻

22、8-M12螺纹底孔，孔口倒角145，钻铰2-8N8，孔口倒角145，攻螺纹8-M12-6H先加工面，后加工孔，工序分散，平衡节拍8铣凸台面次要表面在后面加工9钻20孔，扩铰S30H9球形孔，钻4-M6螺纹底孔，孔口倒角145，攻螺纹4-M6-6H工序分散，平衡节拍10锪4-22平面11检验12入库第5章 选择加工设备及刀具、夹具、量具由于生产类型为大批大量生产，且加工对象非孔即面，采用镗铣类机床实为方便，为最大限度的满足生产，选用卧式加工中心TH6350和立式加工中心KT1300V进行加工。工件在机床上只需变换夹紧姿态即可。经查询机床手册，TH6350其参数如下：工作台尺寸(长/宽)mm ：5

23、00/500； 允许负载：500k；主轴锥孔：ISO5；主轴电机：7.5/11K；转速范围：28-3150r/min；选刀方式：随机近选；刀库容量：40Pc；最大刀具重量8Kg； 最大刀具尺寸：130/300mm ；移动范围(X/Y/Z)：700/550/600；进给轴电机：220N.m；定位精度：0.04mm ；重复定位精度：0.02mm。KT1300V其参数如下：工作台尺寸(长/宽)mm：420/720；最大工作行程(X/Y/Z)mm:510/410/460；主轴孔锥孔：CAT40;主轴转速范围：20-5000r/min;定位精度：mm；重复定位精度:mm;刀库容量：24；数控系统：FAN

24、UC;主轴电机：5.5kw；进给轴电机：220N.m；粗铣N面。根据机床的参数结合参考文献【8】，由表21-26，选取直径为160mm的可转位三面刃铣刀，通用的专用夹具夹具以及游标卡尺等量具。精铣N面。选择与粗铣相同型号的铣削刀具，仍用通用的专用夹具夹具，游标卡尺及刀口形直尺。铣凸台面。采用莫氏锥柄面铣刀,其直径为D=63mm，专用铣夹具、专用检具。粗铣R面、Q面。参考文献【8】，由表21-26，选取直径为160mm的三面刃铣刀、专用夹具及游标卡尺。精铣R面、Q面。刀具与粗铣刀具相同，采用专用夹具。粗镗2-80mm孔。选择精镗刀，专用夹具。参考文献【1】，由表4.3-9可得，工序20钻扩铰2-

25、10F9孔口倒角145，钻4-13mm孔选用直柄麻花钻，直柄扩孔复合钻，直柄机用铰刀，扩孔时倒角。选用通用夹具，游标卡尺及塞规。刮4-22mm孔平面。由参考文献【1】，表4.3-38可知，选用带可换导柱锥柄平底锪钻，导柱直径为13mm。工序8中所加工的最大钻孔直径为20mm，扩铰孔直径为30mm，故采用立式加工中心KT1300V.钻20mm孔选用锥柄麻花钻（参考文献【10】表10-175），扩铰孔S30H9孔时采用锥柄机用铰刀（【10】表10-192）；4-M6螺纹底孔采用锥柄阶梯麻花钻（参考文献【10】表410-175）攻螺纹采用长柄机用丝锥（参考文献【10】表10-246）及丝锥夹头。采用

26、专用夹具20mm、30mm孔径用游标卡尺测量，4-M6螺纹用螺纹塞规检验，球形S30H9及尺寸60+0.2，用专用测量检具，孔轴线的30用专用检具测量。8-M12螺纹底孔及2-8N8孔 由参考文献【1】，表4.3-16，选用锥柄阶梯麻花钻，2-8N8选用锥柄复合麻花钻及锥柄机用铰刀，采用专用夹具。选用游标卡尺及塞规检查孔径。由参考文献【1】表4.6-3知，8-M12螺纹攻螺纹选用机用丝锥及丝锥夹头，专用夹具和螺纹塞规。第6章 确定切削用量及基本工时6.1 加工工序设计1、粗铣、精铣N面工序查参考文献【2】，由表3、2-25平面加工余量表，知精加工余量ZN精为1.5mm。已知N面总余量ZN总为5

27、mm。故粗加工余量ZN粗=51.5=3.5mm.。加工N面工序中以N面自己为基准，将3.5mm的粗加工余量和1.5mm的精加工余量切除，存在工艺尺寸链和基准不重合误差。查参考文献【2】由表1-8平面的经济加工精度表知，粗加工公差等级为IT11IT13级，取IT=12.其公差T粗=0.25mm，所以精加工距B面中心的距离为47.50.125精加工余量Z精校核如下： Z精= （47.50.125）（460.05）=1.325mm故余量充足。查参考文献【1】由表9、2-14知，依据铸件材料为HT200，粗加工断续切削采用可转位三面刃铣刀刀具，机床功率5.5KW,则可查出粗加工每齿的进给量为f精=0.

28、2mm/z；取精铣的每转进给量为=0.5mm/r。粗铣每走刀一次，ap =3.5mm；精铣每走刀一次，ap =1.5mm；考虑到数控加工中心的主轴电机可以实现无级变速，此处取转速为150r/min，取精铣的主轴转速为300r/min，又前面的铣刀直径D为200mm，故相应的切削速度分别为 V粗=Dn/1000=31.4200150/1000=94.2m/min V精=Dn/1000=3.14200300/1000=188.4m/min校核该机床的功率如下：查参考文献【1】，由表2.4-96知，切削功率的计算式如下： 取z=8个齿，n=2.5r/mm,=168mm,=3.5mm/r，=02.mm

29、/r，=1将它们代入式中，得： =5.296KW由机床参考数据知机床功率为5.5KW,若取其效率为0.8，则5.50.8=4.4KW0.08mm，故该方案是不可行的。同理，该转角误差也影响精铣R面时R面对两销孔连线的平行度0.06mm，此时定位误差也大于工件公差，即0.018mm0.06mm，故该方案是不可行的。解决上述问题的方法是尽量提高定位副的制造精度。如将2-10F9孔提高精度至2-10F7，两孔中心距尺寸1400.05mm提高精度至1400.03mm，并相应提高两定位销的径向尺寸及两销中心距尺寸的精度，这样定位精度能大大提高，所以工序70“精扩铰2-10F9孔并提高精度至2-10F7”

30、对保证加工精度有着重要的作用。此时，经误差计算平方和公式校核，可满足精度要求。粗镗孔时因余量为2.75mm，故=2.75mm。查参考文献【7】由表5-29，取v=0.4m/s=24m/min。取取进给量为f=0.2mm/r。 =r/min=96r/min查参考文献【1】，由表2.4-21得： 取 =180，=1，=0.75，=0，=1则 =1452.3N 1452.30.4=0.58kW取机床效率为0.8，则，150.8=12kW0.58kW，故机床功率足够。精镗孔时，因余量为0.25mm，故=0.25mm。查参考文献【7】，由表5-29知，取v=1.2m/s=72m/min，取f=0.12mm/r。 =r/min287r/min6.4、工序粗铣R面及Q面和工序80，精铣R面及Q面查参考文献【12】，由表5-49，知精加工的余量为=1mm,已知，R-Q面的加工余量为：=4mm,=5mm,于是，粗加工的余量为=3m,=4m。精铣R面及Q面之时，R面和Q面互为基准，设计尺寸与工艺尺寸重合，不存在基准不重合误差。查参考文献【11】，由表30-73，知，取粗铣的每齿进给量为=0.2mm；取精铣的每转进给量为f=0.5mm/r；=3mm，=4mm;粗铣走刀1次，精铣走刀1次，=1.0mm。查参考文献【11】，由表7-10，取粗细的主轴转速为118r/min，精铣的主轴转速为30