工艺规程方案设计书.docx
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工艺规程方案设计书
南昌大学毕业设计
摘要
“最终传动箱壳体零件”的机械加工工艺规程
及其中钻第一轴3-Φ6孔工序夹具设计
专业:
机制学号:
02122100学生姓名:
徐伟强指导教师:
余廷
摘要
本文简述了“最终传动箱壳体”零件的机械加工工艺过程,其中包括了整个机械加工工艺规程的设计和钻第一轴3-Φ6孔工序夹具设计过程。
在此之前,必须对该零件的结构性能和技术要求有深入的了解,通过这些加上已掌握的工艺知识来确定正确的工艺路线和加工方法,夹具的设计也是如此,正确基准的选择非常重要,加上合理的定位和夹紧。
在我国制造业日益腾飞的今天,对加工工艺的要求也日益提高,所以为了提高产品的质量和市场竞争力,研究更加先进的加工工艺势在必行。
关键词:
箱体;机械加工工艺规程;夹具;基准;定位夹紧;制造业。
Themachineof“endspreadtomoveaboxofhullbodyspareparts”processesthecraftrulesdistanceanddesignafixtureofdrillingthe3-6diametersholeinthefirststalk
Abstract
ThistextChiensaysthemachineof"endspreadtomoveaboxofhullbody"sparepartstoprocessthecraftprocess,amongthemincludingthewholemachinetoprocessthedesignofthecraftrulesdistanceandtheprocessdesigningafixtureofdrillingthe3-6diametersholeinthefirststalkPreviously,mustrequesttohavethethoroughunderstandingtothestructurefunctionandtechniquesofthatspareparts,passthesecraftsknowledgesthatplustohavealreadycontroltomakesuretherightcraftsrouteandprocessthemethod,thedesignofthetongsalsoissuch,thechoicesoftherightbasisarecountformuch,plusingreasonablefixedpositionsandclippingtightly.Intheourcountrymanufacturingindustryincreasinglytodaythatfly,raisetowardsprocessingtherequestofthecraftalsoincreasingly,soforthesakeoftheexaltationquantityandthemarketcompetitionabilitiesoftheproduct,studymoreandadvancedlyprocessthecraftpoweratgonecessarily.
Keyword:
ThemachineprocessesthecraftrulesdistanceFixtureBasis。
locatingandclamping。
Manufacturingindustry
第一章绪论
生产过程中,直接改变原材料(或毛坯)形状尺寸和性能,使之变为成品的过程称为工艺过程。
工艺过程又包括若干道工序。
一台机器往往由几十个甚至上千个零件组成,其生产过程是相当复杂的。
因此,拟订合理的工艺过程,合理安排各工序的先后顺序,选取恰当的基准,对于提高生产效率、生产质量起着至关重要的作用,任何一个较为复杂的机械零件,都有不同的加工工艺方案,特别是一个新产品,从开发设计,试制,小批量投产到产品发展和成熟时期的大批量生产,都要经历不同的生产批量过程。
作为组成这一产品的机械零件必须根据生产批量来确定其工艺方案。
1.1本课题的发展趋势和研究现状
随着汽车工业和制造业的高度发展,汽车传动箱体的机械加工得到越来越多的重视,在数控技术广泛应用于机械加工领域的今天,高速切削加工工艺的发展,对传统的加工理念提出了挑战。
箱体的加工也不可避免,如今越来越多的箱体表面加工采用高速切削加工工艺。
大批量条件普遍采用数控加工。
箱体零件是机器或部件的基础件,通过它把机器的零、部件联结成一个整体。
箱体零件都有精度高的平面和孔系要加工,工序内容多、工艺路线长,其加工质量在很大程度上决定着部件或机器的装配精度与性能。
随着技术进步和数控机床使用的迅速扩大,在中小批量条件下,越来越多的企业使用加工中心加工箱体。
现以最终传动箱壳体为例,说明在大生产批量情况下,如何合理选择定位基准和装夹方法,设计最佳的工艺方案和专用夹具。
采用适宜的生产设备和工艺手段,以保证加工质量可靠,满足市场的需求,达到生产批量的能力,同时投资小,见效快,成本低,从而获得企业的最大经济效益。
1)箱体类零件的功用及结构特点
箱体类是机器或部件的基础零件,它将机器或部件中的轴、套、齿轮等有关零件组装成一个整体,使它们之间保持正确的相互位置,并按照一定的传动关系协调地传递运动或动力。
因此,箱体的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和寿命。
常见的箱体类零件有:
机床主轴箱、机床进给箱、变速箱体、减速箱体、发动机缸体和机座等。
根据箱体零件的结构形式不同,可分为整体式箱体,如图8-1a、b、d所示和分离式箱体,如图8-1c所示两大类。
前者是整体铸造、整体加工,加工较困难,但装配精度高;后者可分别制造,便于加工和装配,但增加了装配工作量。
箱体的结构形式虽然多种多样,但仍有共同的主要特点:
形状复杂、壁薄且不均匀,内部呈腔形,加工部位多,加工难度大,既有精度要求较高的孔系和平面,也有许多精度要求较低的紧固孔。
因此,一般中型机床制造厂用于箱体类零件的机械加工劳动量约占整个产品加工量的15%~20%。
2)箱体类零件的主要技术要求、材料和毛坯
(1)箱体零件的主要技术要求
箱体类零件中以机床主轴箱的精度要求最高。
以某车床主轴箱,如图8-2所示为例,箱体零件的技术要求主要可归纳如下:
1.主要平面的形状精度和表面粗糙度
箱体的主要平面是装配基准,并且往往是加工时的定位基准,所以,应有较高的平面度和较小的表面粗糙度值,否则,直接影响箱体加工时的定位精度,影响箱体与机座总装时的接触刚度和相互位置精度。
一般箱体主要平面的平面度在0.1~0.03mm,表面粗糙度Ra2.5~0.63μm,各主要平面对装配基准面垂直度为0.1/300。
2.孔的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度
箱体上的轴承支承孔本身的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度都要求较高,否则,将影响轴承与箱体孔的配合精度,使轴的回转精度下降,也易使传动件(如齿轮)产生振动和噪声。
一般机床主轴箱的主轴支承孔的尺寸精度为IT6,圆度、圆柱度公差不超过孔径公差的一半,表面粗糙度值为Ra0.63~0.32μm。
其余支承孔尺寸精度为IT7~IT6,表面粗糙度值为Ra2.5~0.63μm。
3.主要孔和平面相互位置精度
同一轴线的孔应有一定的同轴度要求,各支承孔之间也应有一定的孔距尺寸精度及平行度要求,否则,不仅装配有困难,而且使轴的运转情况恶化,温度升高,轴承磨损加剧,齿轮啮合精度下降,引起振动和噪声,影响齿轮寿命。
支承孔之间的孔距公差为0.12~0.05mm,平行度公差应小于孔距公差,一般在全长取0.1~0.04mm。
同一轴在线孔的同轴度公差一般为0.04~0.01mm。
支承孔与主要平面的平行度公差为0.1~0.05mm。
主要平面间及主要平面对支承孔之间垂直度公差为0.1~0.04mm。
(2)箱体的材料及毛坯
箱体材料一般选用HT200~400的各种牌号的灰铸铁,而最常用的为HT200。
灰铸铁不仅成本低,而且具有较好的耐磨性、可铸性、可切削性和阻尼特性。
在单件生产或某些简易机床的箱体,为了缩短生产周期和降低成本,可采用钢材焊接结构。
此外,精度要求较高的坐标镗床主轴箱则选用耐磨铸铁。
负荷大的主轴箱也可采用铸钢件。
毛坯的加工余量与生产批量、毛坯尺寸、结构、精度和铸造方法等因素有关。
有关数据可查有关数据及根据具体情况决定。
毛坯铸造时,应防止砂眼和气孔的产生。
为了减少毛坯制造时产生残余应力,应使箱体壁厚尽量均匀,箱体浇铸后应安排时效或退火工序。
3)箱体类零件加工工艺分析
(1)主要表面加工方法的选择
箱体的主要表面有平面和轴承支承孔。
主要平面的加工,对于中、小件,一般在牛头刨床或普通铣床上进行。
对于大件,一般在龙门刨床或龙门铣床上进行。
刨削的刀具结构简单,机床成本低,调整方便,但生产率低;在大批、大量生产时,多采用铣削;当生产批量大且精度又较高时可采用磨削。
单件小批生产精度较高的平面时,除一些高精度的箱体仍需手工刮研外,一般采用宽刃精刨。
当生产批量较大或为保证平面间的相互位置精度,可采用组合铣削和组合磨削,如图8-68所示。
箱体支承孔的加工,对于直径小于?
50mm的孔,一般不铸出,可采用钻-扩(或半精镗)-铰(或精镗)的方案。
对于已铸出的孔,可采用粗镗-半精镗-精镗(用浮动镗刀片)的方案。
由于主轴轴承孔精度和表面质量要求比其余轴孔高,所以,在精镗后,还要用浮动镗刀片进行精细镗。
对于箱体上的高精度孔,最后精加工工序也可采用珩磨、滚压等工艺方法。
(2)拟定工艺过程的原则
1.先面后孔的加工顺序
箱体主要是由平面和孔组成,这也是它的主要表面。
先加工平面,后加工孔,是箱体加工的一般规律。
因为主要平面是箱体往机器上的装配基准,先加工主要平面后加工支承孔,使定位基准与设计基准和装配基准重合,从而消除因基准不重合而引起的误差。
另外,先以孔为粗基准加工平面,再以平面为精基准加工孔,这样,可为孔的加工提供稳定可靠的定位基准,并且加工平面时切去了铸件的硬皮和凹凸不平,对后序孔的加工有利,可减少钻头引偏和崩刃现象,对刀调整也比较方便。
2.粗精加工分阶段进行
粗、精加工分开的原则:
对于刚性差、批量较大、要求精度较高的箱体,一般要粗、精加工分开进行,即在主要平面和各支承孔的粗加工之后再进行主要平面和各支承孔的精加工。
这样,可以消除由粗加工所造成的内应力、切削力、切削热、夹紧力对加工精度的影响,并且有利于合理地选用设备等。
粗、精加工分开进行,会使机床,夹具的数量及工件安装次数增加,而使成本提高,所以对单件、小批生产、精度要求不高的箱体,常常将粗、精加工合并在一道工序进行,但必须采取相应措施,以减少加工过程中的变形。
例如粗加工后松开工件,让工件充分冷却,然后用较小的夹紧力、以较小的切削用量,多次走刀进行精加工。
1.2本课题的研究内容
本课体主要研究如何设计S195柴油机中“最终传动箱壳体”的加工工艺和工艺流程中某道工序的专用夹具。
在加工工艺研究中,我们又要涉及到:
此零件的工艺结构分析和技术分析及如何绘制零件图和毛坯图。
机械加工工艺规程如何制定及加工工艺路线如何制定。
加工阶段及工序如何划分和工步次序的制定。
每道工序如何加工。
包括:
每道工序中工件机加工时如何选择定位基准、如何定位及定位组件如何选择。
每道工序机床、夹具、刀具、辅具及量具的选择。
定位误差的计算。
在专用夹具设计时,又涉及到:
工件的夹紧及夹具结构方案。
夹具的装夹合理性分析。
夹具的效率性和经济性分析。
第二章零件分析
2.1零件的功用
“最终传动箱壳体”是手扶拖拉机与六孔变速箱直接相连的最终部分,其主要作用为装载变速齿轮,实行传动,是手扶拖拉机实行传动的枢纽。
它的加工质量的好坏对于手扶拖拉机的工作性能有重要的影响,如其质量不好,则易引起手扶拖拉机的噪音增大,传动平稳性能下降,工作效率降低,并且会降低主机的使用寿命,因此,对于手扶拖拉机而言,最终传动箱壳体的制造精度要求较高。
2.2零件的技术分析
该零件为不规则内腔的壳体零件,有Ⅰ,Ⅱ轴两个轴孔,其中Ⅰ轴孔为通孔,而Ⅱ轴孔为盲孔,定位时得特别注意。
两个Ф22孔要求锪平。
此外还有N面、H面、K向面、G面等加工平面。
两个轴孔和各平面加工时都应保证精度要求。
具体分析如下:
轴孔精度
轴孔的尺寸精度和形状精度对轴孔的配合质量有很大的关系,因而也对轴的回转精度、传动平稳性、燥声,轴承寿命有重大影响。
因此对Ⅰ,Ⅱ轴的尺寸精度、粗糙度、形状精度都要求较高。
Ⅰ轴是直线与箱体相连,要保证安装的精度,而不至于偏斜,因此,Ⅰ轴的尺寸精度和形状精度对配合的好坏起决定性的作用。
因此Ⅰ轴对N面的垂直度为Ф0.04;内圆粗糙度为Ф0.04。
Ⅱ轴两孔与轴承配合,而同轴心在线的垂直误差会使轴承歪斜,影响轴上齿轮啮合质量。
因此零件图中Ф72孔圆度为0.08,Ф85孔的圆度为0.01,Ф72孔与Ф85孔同轴度为Ф0.04,内孔为3.2。
N面
它是与箱体结合面,其质量好坏对轴承安装,齿轮传动的平稳性,准确性均有极大影响。
若其质量不好,会使轴承力不均,降低轴承的使用寿命,而且会使噪音增大,并且会影响回转精度,因此其平面度为0.05,粗糙度为6.3。
H面
其粗糙度为6.3
K向面:
它是底面,要求平稳性高,因此其平面度为0.05,粗糙度为6.3,对Ⅱ轴轴心线平行度为0.04。
Ⅰ,Ⅱ轴的平行度。
如果轴心线之间的距离偏差太小,会使齿轮啮合时无齿侧间隙,甚至咬死。
他们的平行度为0.04。
6)为批量生产
由以上分析可知,该零件加工表面较多,加工方法较为繁杂,所以加工时可以考虑几个加工处一组加工,譬如,Ⅰ轴上的Ф72和Ф85孔,Ⅱ轴上的Ф72和Ф48孔,N面上包括N端面、Ф85外圆、外圆端面等,此外粗加工和精加工分别加工。
第三章工艺规程的编制及参数的确定
3.1毛坯的确定
选择毛坯或拟订毛坯图是制定工艺规程的最初阶段之一,毛坯种类的选择决定于零件的材料、形状、生产性质以及在生产中获得的可能性。
毛坯可以采用以下两种:
1.轧制材料(截面为圆形、六角形或正方形的棒料、带料及板料等);
2.成见毛坯(铸件、锻件、模锻件及冷冲件等)。
显然第一种是不适合的,现在考虑其为铸件、锻件、模锻件及冷冲件的可能性。
零件材料HT20-40,考虑到该零件为薄壁零件,而且其只是作为承受变速齿轮转动所产生的不大的支持力,在手扶拖拉机运动时也不产生运动,所以采用锻造并不合适。
大批量生产采用金属型铸造,二级精度。
这样可以很好的保证生产率和加工精度。
3.2基准面选择
基准面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基准面选择的正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产率得以提高。
否则,加工工艺过程中会问题百出,更有甚者,还会造成零件大批报废,使生产无法正常进行。
粗基准的选择。
粗基准的选择对零件的加工产生重大影响,该零件为箱体零件,没有明显的外圆面,不存在外圆作为粗基准,而如果以Ⅰ,Ⅱ轴的轴孔中心线作为粗基准,则易造成零件壁厚不均匀等,按照有关粗基准选择原则,即当零件有不加工表面时,应以这些不加工表面作粗基准。
若零件有若干个不加工表面时,则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面做粗基准。
选择N面作为粗基准,加工H面,利用一大支撑面进行定位,以消除X、Y旋转、Z旋转,自由度,保证准确定位。
精基准的选择
主要应考虑基准重合的问题。
当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算。
3.3制定工艺路线和确定加工方案
3.3.1工艺路线的制定
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要求能得到合理的保证。
在生产纲领已确定为大批生产的条件下,可以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效率。
除此以外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。
以下是初步制定的工艺方案:
工艺路线方案一
工序10金属铸造
工序20清理
工序30热处理
工序40粗镗(Ⅰ)Φ65±0.6、Φ78±0.6两通孔
工序50粗铣H端面
工序60粗车N端面、Φ89±0.6外圆面及其端面
工序70粗铣底面
工序80粗镗(Ⅱ)孔Φ65±0.6、Φ42
工序90铣G面
工序100半精镗Φ84和半精镗Φ71
工序110精车N面、Φ84端面和半精车Φ84外圆面
工序120半精镗Φ71和半精镗Φ47
工序130钻2-Φ12.5、锪凸台2-Φ22
工序140精铰孔2-Φ12.5
工序150钻3-Φ6孔,孔深16
工序160攻丝3-M8-6H深13
工序170钻3-Φ10.2孔
工序180攻丝3-M12-6H
工序190钻底面孔6-Φ4
工序200攻丝6-M6-6H
工序210钻G面孔Φ12
工序220攻丝M14-6H
工序230精车Φ82.4外圆面
工序240精镗(Ⅰ)Φ84.6、Φ71.6两通孔
工序250金刚镗ⅡΦ71.6、Φ47.6
工序260精铣H端面
工序270精铣底面
工序280车槽
工序290倒角
工序300清理(去毛刺和清洗)
工序310检验
2.工艺路线方案二
工序10金属铸造
工序20清理
工序30热处理
工序40粗铣H端面
工序50粗镗(Ⅰ)Φ65±0.6、Φ78±0.6两通孔
工序60粗铣底面
工序70粗车N端面
工序80Φ89±0.6外圆面及其端面
工序90粗镗(Ⅱ)孔Φ65±0.6、Φ42
工序100铣G面1
工序110半精镗Φ84和半精镗Φ7
工序120精车N面
工序130精车Φ84端面
工序140半精车Φ84外圆面
工序150半精镗Φ71和半精镗Φ47
工序160检验
工序170钻2-Φ12.5、锪凸台2-Φ22
工序180精铰孔2-Φ12.56攻丝
工序190钻3-Φ6孔,孔深1
工序2003-M8-6H深13
工序210钻3-Φ10.2孔
工序220攻丝3-M12-6H
工序230钻底面孔6-Φ4
工序240攻丝6-M6-6H
工序250钻G面孔Φ12
工序260攻丝M14-6H
工序270精车Φ82.4外圆面
工序280精铣H端面
工序290精铣底面
工序300精镗(Ⅰ)Φ84.6、Φ71.6两通孔
工序310金刚镗ⅡΦ71.6、Φ47.6
工序320车槽
工序330倒角
工序340清理(去毛刺和清洗)
工序350检验
3.3.2工艺方案的比较和分析,确定加工方案
上述两个工艺方案的特点在于:
方案一是先加工孔,然后以孔中心线为基准加工两侧面,整个工艺路线比较简洁;而方案二则与此相反,先一平面为粗基准来加工,工序比较繁杂。
两相比较可以看出,方案一显然粗基准选择错误,也不符合先面后孔的原则,方案二,工序繁杂,没有利用工序集中的原则,此外,方案一在半精加工后没进行检验测量,不能保证安全性。
将第一和第二套方案综合确定最终方案为:
工序10金属铸造
工序20清理
工序30热处理
工序40粗铣H端面。
以N面为粗基准,选用X63铣床并加专用夹具。
工序50粗镗(Ⅰ)Φ65±0.6、Φ78±0.6两通孔。
以孔中心线为基准,选用T68镗床加专用夹具。
工序60粗铣底面。
以两孔中心线为基准,选用X63铣床加专用夹具。
工序70粗车N端面、Φ89±0.6外圆面及其端面。
以H面及1轴轴线为基准,选用C616车床加专用夹具。
工序80粗镗(Ⅱ)孔Φ65±0.6、Φ42。
以N面及中心线为基准,选用T68镗床加专用夹具。
工序90铣G面。
以底面及中心线为基准,选用X63铣床加专用夹具。
工序100半精镗Φ84和半精镗Φ71。
以内孔中心线为基准,选用T68镗床加专用夹具。
工序110精车N面、Φ84端面和半精车Φ84外圆面。
以H面及Ⅰ轴轴心线定位,选用C616车床加专用夹具。
工序120半精镗Φ71和半精镗Φ47。
以H面及Ⅰ轴轴心线定位,选用T68镗床加专用夹具。
工序130检验
工序140钻2-Φ12.5、锪凸台2-Φ22。
以N面及Ⅱ轴中心线定位,选用Z535钻床加专用夹具。
工序150精铰孔2-Φ12.5。
以N面及Ⅱ轴中心线定位,选用Z535钻床加专用夹具。
工序160钻3-Φ6孔,孔深16。
选用Z535钻床加工,以两轴轴线及N面定位。
工序170攻丝3-M8-6H深13。
选用Z535钻床加工,以两轴轴线及N面定位。
工序180钻3-Φ10.2孔。
选用Z535钻床,以两轴线及H面定位。
工序190攻丝3-M12-6H。
选用Z535钻床,以两轴线及H面定位。
工序200钻底面孔6-Φ4。
选用Z535钻床加工,以两轴轴线及N面定位。
工序210攻丝6-M6-6H。
选用Z535钻床加工,以两轴轴线及N面定位。
工序220钻G面孔Φ12。
以底面及中心线定位,选Z535钻床加工。
工序230攻丝M14-6H。
以底面及中心线定位,选Z535钻床加工。
工序240精车Φ82.4外圆面。
以H面及Ⅰ轴轴线定位,选C616车床加工加专用夹具。
工序250精铣H端面。
以N面为基准,选X63铣床加工。
工序260精铣底面。
工序270精镗(Ⅰ)Φ84.6、Φ71.6两通孔。
以中心线及N面为定位,选用T68镗床加工。
工序280车槽
工序290金刚镗Ⅱ轴Φ71.6、Φ47.6。
以Ⅰ轴轴线及H面定位,选用T68镗床加工。
工序300倒角
工序310清理(去毛刺和清洗)
工序320检验
以上工艺过程更详见“机械加工工艺过程卡”。
3.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“最终传动箱壳体”零件材料为HT20-40,硬度为187—255HBS,毛坯重量约为9.5kg,生产类型为大批生产,采用金属铸造毛坯。
根据以上原始资料及加工工艺,分别确定个加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯及毛坯尺寸如下:
1.N端面、Φ82外圆面、Φ82端面的加工余量
N面最大尺寸为Lmax=60+113+32+41=246mm,这个数据在120和260之间,查《金属机械加工工艺人员手册》(下简称《手册》)表5-5得Z取3.5,尺寸偏差则按表6查得,取±0.8。
其中:
对于N面和Φ82端面,表面粗糙度均为6.3,采用粗车和半精车加工,即可满足精度要求,查《手册》取粗车余量3mm,半精车0.5mm,对于Φ82外圆面,精度为IT7,表面粗糙度为1.6,采用粗车加精车加工,查《手册》表5-48得精车加工余量2Z=1.2mm,所以粗车余量为2Z=7—1.2=5.8mm.
2.H端面加工余量
查《手册》5-5得Z=3.5,其表面粗糙度为6.3,查《制造工艺学》表1-13,采用粗铣及精铣加工,查《手册》表5-72的精铣加工余量Z=1mm,由此,粗铣加工余量Z=3-1=2.5mm
3.Ⅰ轴上Φ72、Φ85孔加工余量
由《手册》表5-5查得两孔加工总余量均取Z=3.5mm,此二孔精度均为IT7,表面粗糙度为3.2,查《制造工艺学》表1-13,采用粗镗,半精镗,精镗加工可以满足精度要求。
由《手册》表5-60查的,精镗余量为Z=0.5粗加工余量为Z=5mm,因此,半精镗加工余量为Z=7-5-0.5=1.5mm
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