机械设计与自动化 箱体类零件工艺分析及知识库研究.docx
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机械设计与自动化箱体类零件工艺分析及知识库研究
东莞职业技术学院
毕业设计(论文)
箱体类零件工艺分析及知识库研究
学生姓名:
学 号:
年级专业:
指导教师:
系 部:
广东·东莞
提交日期:
2012年5月
指 导 教 师 评 语
签名:
日期:
成绩
(注:
成绩评定请按优、良、中、及格、不及格五级评定)
开 题 报 告
毕业设计预期目标及工作方案
预期目标
本次毕业设计主要运用AutoCAD设计软件。
设计中主要是括夹具的设计,其次经过分析零件图,计算得出毛坯的铸造尺寸。
经过一系列的计算,包括夹紧力,背吃刀量,速度,从而设计出夹具。
初步拟定夹具结构方案,绘制夹具结构草图,进行必要的理论计算和分析。
选择最佳的夹具结构方案,确定夹具精度和夹具总图尺寸、公差配合与技术要求。
绘画出夹具总图和非标准零件,最后加工出夹具。
工作方案
(1)绘制零件工件图一张;
(2)绘制毛坯—零件合图一张;
(3)收集和研究原始资料,为夹具结构设计做好技术准备。
(4)初步拟定夹具结构方案,绘制夹具结构草图,进行必要的理论计算和分析。
选择最佳的夹具结构方案,确定夹具精度和夹具总图尺寸、公差配合与技术要求。
(5)绘制夹具总图和主要非标准件零件图。
(6)编制夹具特殊使用维护、操作、制造方面的说明或技术要求。
目录
摘要:
1
关键词:
机械加工、工艺规程、专用夹具、蜗轮减速箱1
第1章2
一、前言2
1、设计的目的2
2、设计的基本任务与要求2
2.1、设计任务2
2.2、设计基本要求2
二、减速箱体工艺设计与工装设计3
1、基本任务:
3
2、设计要求:
3
3、方法和步骤:
4
3.1、生产纲领的计算与生产类型的确定4
3.2、零件图审查4
3.3、毛坯选择6
3.3.1毛坯的种类—铸件HT15-33(适用于形状复杂的毛坯,良好的耐磨性、抗震性、切削加工性和铸造性能)(机械制造基础)6
3.3.2铸件制造方法的选择6
3.3.3铸件的尺寸公差与加工余量7
3.3.4毛坯—零件合图7
3.4、定位基准的选择7
3.4.1夹具设计研究原始资料8
3.4.2拟定夹具的结构方案9
3.4.2.1确定夹具的类型9
3.4.2.2、确定工件的定位方式及定位元件的结构9
3.4.2.3工件的夹紧方式,计算夹紧力并设计夹紧装置10
3.4.2.4确定夹具体的结构类型10
3.4.3夹具总图设计11
3.4.3.1绘制总装图的注意问题11
3.4.3.2绘制总装图的步骤11
3.4.3.3各类机床夹具的公差和技术要求的确定12
3.4.4夹具精度的校核12
3.4.5绘制夹具零件图样13
3.5、拟定工艺路线13
3.5.1确定各表面的加工方法13
3.5.2加工顺序的安排13
3.5.3确定加工余量14
3.5.4计算工序尺寸及公差15
3.6、确定各工序切削用量16
3.7、机床及工艺装备的选择16
3.8、工艺规程卡16
4、设计小结18
致谢18
参考文献书目19
摘要:
本设计的内容可分为机械加工工艺设计和机床专用夹具设计两部分。
首先,通过分析蜗轮减速箱体,运用机械制造技术及相关课程的一些知识,解决蜗轮减速箱体在加工中的定位、夹紧以及工艺路线的安排等方面的相关问题,确定相关的尺寸及选择合适的机床和刀具,保证零件的加工质量。
其次,依据箱体毛坯件和生产纲领的要求及各加工方案的比较,制定出切实可行的加工工艺规程路线。
最后,根据被加工零件的加工要求,参考机床夹具设计手册及相关方面的书籍,运用夹具设计的基本原理和方法,拟定夹具设计方案,设计出高效、省力、经济合理并且能保证加工质量的夹具,使得加工方便,容易。
关键词:
机械加工、工艺规程、专用夹具、蜗轮减速箱
Abstract:
Thisdesigncanbedividedintotwopartsmachiningprocessdesignandmachinespecialfixturesdesigned.Firstofall,throughtheanalysisofwormgearbox,useofmachinerymanufacturingtechnologyandrelatedprograms,someoftheknowledgetosolvetherelatedproblemofthewormgearreducerboxintheprocessingofpositioning,clampingandprocessroutearrangementstodeterminethesizeandselectionsuitablemachineandtool,toensurethequalityofpartsmachining.Secondly,basedonthecomparisonoftheboxblankpartsandproductionrequirementsoftheprogramandprocessingprograms,todevelopapracticalprocessplanningroutes.Finally,accordingtothemachiningofpartstobeprocessed,thereferencemachinefixturedesignmanualsandbooks,theuseofthebasicprinciplesandmethodsoffixturedesign,developfixturedesignprogram,designedtobeefficient,effort,reasonableeconomyandtoensureprocessingqualityofthefixture,makingtheprocessingconvenientandeasy.
Keywords:
machining,processplanning,specialfixtures,wormgearbox
第1章
一、前言
1、设计的目的
机械制造技术设计是培养机械制造专业学生应职应岗能力的重要实践性教学环节,它要求学生能全面综合地运用所学的理论和实践知识,进行零件机械加工工艺规程和工艺装备的设计。
其基本目的是:
(1)培养工程意识。
(2)训练基本技能。
(3)培养质量意识。
(4)培养规范意识。
2、设计的基本任务与要求
2.1、设计任务
(1)设计一个减速箱体的加工工艺规程;
(2)设计一个专用夹具;
2.2、设计基本要求
(1)内容完整,步骤齐全。
(2)设计内容与说明书的数据和结论应一致,内容表达清楚,图纸准确规范,简图应简洁明了,正确易懂。
(3)正确处理继承与创新的关系。
(4)正确使用标准和规范。
二、减速箱体工艺设计与工装设计
1、基本任务:
(1)绘制零件工件图一张;
(2)绘制毛坯—零件合图一张;
(3)收集和研究原始资料,为夹具结构设计做好技术准备。
(4)初步拟定夹具结构方案,绘制夹具结构草图,进行必要的理论计算和分析。
选择最佳的夹具结构方案,确定夹具精度和夹具总图尺寸、公差配合与技术要求。
(5)绘制夹具总图和主要非标准件零件图。
(6)编制夹具特殊使用维护、操作、制造方面的说明或技术要求。
2、设计要求:
(1)应保证零件的加工质量,达到设计图纸的技术要求;
(2)在保证加工质量的前提下,尽可能提高生产效率;
(3)要尽量减轻工人劳动强度,必须考虑生产安全、工业卫生等措施;
(4)在立足本企业的生产条件基础上,尽可能采用国内外新技术、新工艺、新装备;
(5)工艺规程应正确、完整、简洁、清晰;
(6)工艺规程应满足规范化、标准化要求;
(7)夹具设计保证工件的加工精度;
(8)提高生产效率;
(9)工艺性好;
(10)使用性好;
(11)经济性好。
3、方法和步骤:
3.1、生产纲领的计算与生产类型的确定
表1-1生产纲领和生产类型的关系
生产类型
生产纲领(件/年)
小批生产中型零件(4~30KG)
10~200
3.2、零件图审查
图1-1正视图
图1-2左视图
3.2.1分析零件的结构工艺性
零件的结构工艺分析主要应考虑以下几个方面:
(1)零件的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的要求应经济合理,重要尺由上述可知,各加工表面以尺寸
52,
38内孔较高的尺寸精度和同轴度要求,因此,拟订
52,
38内孔为主的工艺方案。
为了保证各表面的相对位置精度要求,应以上下端面为定位基准,便于实现基准重合和基准统一。
以保证其它重要尺寸。
(2)各加工表面的几何形状应尽量简单;
(3)有相互位置要求的表面应尽量在一次装夹中加工;
该箱体在加工时,对
52,
38二孔加工要保证孔与孔的同轴度在0.02和孔与孔轴线垂直度在0.03之内以及孔与下底面平行度为0.03,故对
52,
38加工时采用一次定位安装来加工。
3.3、毛坯选择
3.3.1毛坯的种类—铸件HT15-33(适用于形状复杂的毛坯,良好的耐磨性、抗震性、切削加工性和铸造性能)[2](机械制造基础)
3.3.2铸件制造方法的选择
毛坯制造方法应与材料的工艺性、零件的结构形状及大小、生产类型及特点以及工厂的现有条件相适应
毛坯种类
制造精度
(IT)
加工余量
原材料
工件尺寸
工件形状
砂型铸造
13级以下
大
HT15-33
各种尺寸
复杂
表1-2各类毛坯的特点及应用范围
3.3.3铸件的尺寸公差与加工余量
(1)铸件的尺寸公差(GB6414-1986)规定:
铸件尺寸代号为CT,分16级
造型材料
公差等级CT
灰铸铁
自硬砂
11~13
表1-1
附表3-4铸件尺寸公差数值(机械制造技术课程设计指导)
(2)铸件加工余量附表3-3用于铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量和附表3-2铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量余量等级(机械制造技术课程设计指导)
3.3.4毛坯—零件合图
用查表法确定各表面的加工总余量和余量公差。
表3-4铸件尺寸公差数值(机械制造技术课程设计指导)
表3-2用于成批和大量生产与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量等级和表3-3铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量(机械制造技术课程设计指导)
3.4、定位基准的选择
正确地选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容,也是保证加工精度的关键。
定位基准分为粗基准和精基准。
对于无合适定位面的零件可在毛坯上另外专门设计或加工出定位表面,称为辅助基准。
定位基准的选择原则(机械制造技术P253、P254)
粗基准的选择原则
(1)应选择不加工表面为粗基准。
(2)对于具有较多加工表面的工件,粗基准的选择,应合理分配各加工表面的加工余量,以保证:
1)各加工表面都有足够的加工余量;
2)对某些重要的表面,尽量使其加工余量均匀;
3)使工件上各加工表面总的金属切除量最小;
(3)作为粗基准的表面,应尽量平整,没有浇口,冒口或飞边等其它表面缺陷,以便定位准确;
(4)同一尺寸方向上的粗基准表面只能使用一次;
3.4.1夹具设计研究原始资料
(1)精基准的选择原则:
(2)基准重合原则
(3)基准统一原则
(4)互为基准原则
(5)自为基准原则
1、研究加工工件图样
了解该工件的结构形状.尺寸.材料.热处理要求,主要是表面的加工精度.表面粗糙度及其他技术要求
2、熟悉工艺文件,明确以下内容
毛坯的种类.形状.加工余量及其精度。
工件的加工工艺过程,工序图,工序所处的地位,工序前已加工表面的精度及表面粗糙度,基准面的状况。
工序所使用的机床.刀具及其他辅助工具的规格。
工序所采用的切削用量。
3.4.2拟定夹具的结构方案
3.4.2.1确定夹具的类型
3.4.2.2、确定工件的定位方式及定位元件的结构
工件的定位方式主要取决于工件的加工要求和定位基准的形状.尺寸。
分析加工工序的技术条件和定位基准选择的合理性,遵循六点定位原则,按定位可靠.结构简单的原则,确定定位方式。
常见的定位方式有平面定位、内孔定位等。
在确定了工件的定位方式后,即可根据定位基面的形状,选取相应的定位元件及结构。
平面定位
在夹具设计中常用的平面定位元件有固定支承.可调支承.自位支承及辅助支承,其中固定支承又可分为支承钉和支承板。
3.4.2.3工件的夹紧方式,计算夹紧力并设计夹紧装置
夹紧机构应保证工件夹紧可靠.安全.不破坏工件的定位及夹压表面的精度和粗糙度。
在设计夹紧装置时必须合理选择夹紧力的方向和作用点,必要时还应进行夹紧力的估算。
(1)切削力的计算(Ca吃刀量f进给量v切削速度k修正系数)
Fz=9.81Cafvk
Fy=9.81Cafvk
Fx=9.81Cafvk
故总的切削力F=【〔Fz_+Fy+Fx〕】开平方根
(2)夹紧力的计算
Fwk=KM/LF(Fwk实际夹紧力;M切削力矩;L压板长度;F进给量
(3)夹紧装置的设计
夹紧装置的设计实际上是一个综合性的问题,确定夹紧力的大小,方向和作用点时,必须全面考虑工件的结构.工艺方法.定位元件的结构与布置等因素。
要求夹紧装置动作迅速,操作安全省力,结构简单.易于制造并且体积小.刚度好,有足够的夹紧行程和装卸工件的间隙。
3.4.2.4确定夹具体的结构类型
采用矩形支撑板,条形支撑板,压板,支撑钉,定位销等定位和支撑元件形成专业夹具装置,这样做实现夹具结构简单。
对夹具体的要求:
有适当的精度和尺寸稳定性
有足够的强度和刚度
结构工艺性好
排屑方便
在机床上安装稳定可靠
3.4.3夹具总图设计
3.4.3.1绘制总装图的注意问题
(1)尽可能采用1:
1的比例,以求直观不会产生错觉。
(2)被加工工件用双点画线表示,在图中作透明体处理,它不影响夹具元件的投影。
(3)视图的数量应以能完整.清晰地表示出整个结构为原则。
为直观起见,一般常以操作者在加工时所面对的视图为主观图。
(4)工件在夹具中应处于夹紧状态。
3.4.3.2绘制总装图的步骤
(1)布置定位元件
(2)设计夹紧装置
(3)设计夹具体
(4)完成总装图
3.4.3.3各类机床夹具的公差和技术要求的确定
由于各类机床的加工工艺特点和夹具与机床的连接方式的不同,对夹具也有不同的要求,为了便于说明问题,根据其各自不同的特点,通常铣、钻、镗床夹具三大类。
(1)铣床夹具公差和技术要求的制订。
表3-1镗套的公差与配合
配合表面加工方法
镗杆与镗套
镗套与衬套
衬套与支架
粗镗
H7/h6,H7/g6
H7/g6,H7/h6
H7/n6,H7/s6
精镗
H6/h5,H6/g5
H6/g5,H6/h5
H7/n6,H7/r6
回转镗套与镗杆的配合多采用H7/h6或H6/h5。
当精度要求较高时,配合间隙应小于0.01mm。
镗套内、外圆的同轴度,一般小于0.005~0.01mm。
精加工时,镗套内孔圆度公差取工件加工孔圆度公差的1/6~1/5。
镗杆直径可按经验公式选取,也可根据镗孔直径直接从表3-2中选取:
d=(0.7~0.8)D式中d为镗杆直径;D为工件被加工孔的直径
表3-2镗杆直径与镗孔孔径的关系单位mm
工件孔径
40~50
51~70
71~85
86~100
101~140
141~200
镗杆直径
32
40
50
60
80
100
3.4.4夹具精度的校核
1、夹具精度分析
(△D平方+△A平方+△T平方)开平方根≤2/3δk
(定位误差△D;安装误差△A;调整误差△T;加工方法误差△G;工件工序尺寸公差δk)
2、定位误差的分析计算
3、夹具在机床上的安装误差△A
4、对刀或导向误差△T
3.4.5绘制夹具零件图样
3.5、拟定工艺路线
3.5.1确定各表面的加工方法
工件各加工表面的加工方法和加工次数是拟定工艺路线的重要内容。
主要依据零件各加工表面本身的技术要求确定,同时还要综合考虑生产类型,零件的结构形状和加工表面的尺寸,现有的设备情况,工件材料性质和毛坯情况等。
3.5.2加工顺序的安排
在确定了零件各表面的加工方法之后,就要安排加工的先后顺序,零件加工顺序是否合适,对加工质量,生产率和经济性有着较大的影响。
机械加工顺序的安排
在安排机械加工顺序时,一般遵循先粗后精.先面后孔.先主后次.基准先行的原则。
对于工序内容复杂的零件则视具体情况采取工序集中与分散的原则处理。
加工阶段的划分
对于精度和表面质量要求较高的零件,应将粗.精加工分开进行。
为此,一般将整个工艺过程划分阶段,按加工性质和作用不同,一般划分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段。
这对于保证零件加工质量。
合理使用机床设备.及时发现毛坯缺陷及合理安排热处理工序等有很大好处。
热处理工序的安排
热处理工序主要用来改善材料的性能及消除应力。
热处理的方法,次数和在工艺路线中的位置,应根据零件材料和热处理的目的而定。
(退火正火时效)(人工时效)(氮化)
↓ ↓ ↓
毛坯→粗加工→半精加工→精加工→精磨→细磨
↑ ↑
(调质退火)(高频淬火渗碳淬火整体淬火去应力处理)
可得热处理安排为毛坯→粗加工→半精加工→精加工
↑↑
(去应力退火时效去应力)(表面淬火)
合理安排辅助工序
辅助工序种类很多,主要包括检验.划线,去毛刺.清洗.平衡.退磁.防锈.包装等,根据工艺需要穿插在工序中。
3.5.3确定加工余量
合理确定加工余量对零件的加工质量和整个工艺过程的经济性都有很大影响。
余量过大(材料.工时.机床.刀具)则消耗大;余量过小,不能去掉加工前道工序存在的误差和缺陷层,影响加工质量,造成废品。
故应在保证加工质量的前提下尽量减小加工余量。
毛坯余量(总余量)已在画毛坯图时确定,这里主要是确定工序余量。
平面加工余量
加工工序
加工长度
加工宽度
粗加工后精铣
≤30
≤100
>100~300
>100~160
1.0mm
1.5mm
1.5mm
2.0mm
表1-38平面加工余量
镗孔加工余量
项目
加工直径
直径余量
粗镗
30~80
2~3mm
精镗
30~80
0.2~0.5mm
表1-37镗孔加工余量
在实心工件上加工H9孔的工序尺寸
零件基本尺寸
钻
粗铰
精铰
Φ10
Φ9.8
Φ9.96
Φ10H9
零件基本尺寸
一钻
二钻
扩孔钻
粗铰
精铰
Φ47
Φ25.0
Φ45
Φ46.7
46.93
47H7
表1-33在实心工件上加工H9孔的工序尺寸
3.5.4计算工序尺寸及公差
工序顺序确定后,就要计算各个工序加工时所应达到的工序尺寸及其公差。
工序尺寸及其公差的确定与工序余量大小.工序尺寸的标注方法.基准选择.中间工序安排等密切相关,是一项细致的工作。
3.6、确定各工序切削用量
在单件小批生产中,各工序的切削用量一般由操作工人根据具体情况自己确定,以简化工艺文件。
在大批大量生产中则应科学地.严格地选择切削用量,以充分发挥高效率设备的潜力和作用。
切削用量的选用与下列因素有关:
生产率,加工质量(主要是表面粗糙),切削力所收起的工艺系统弹性变形,工艺系统的振动,刀具耐用度,机床功率等。
在综合考虑上述因素的基础上,使背吃刀量ap,进给量f,切削速度v的积最大。
一般应先尽量取在的ap,其次尽量取大的进给量f,最后取合适的切削速度v。
3.7、机床及工艺装备的选择
选择机床:
数控铣床.立式镗床。
夹具(专用夹具)
选择机床和工艺装备的总原则是根据生产类型与加工要求使所选择的机床及工艺装备既能保证加工质量,又经济合理。
中批生产时,通常采用通用机床加专用工.夹具;在大批大量生产条件下,多采用高效率专用机床.组合机床流水线.自动线与随行夹具。
在需要改装设备或设计专用机床时,应根据具体要求提出设计任务书,其中包括与加工工序内容有关的必要参数,所要求的生产率.保证产品质量的技术条件以及机床的总体布置形式等。
在选择工艺装备时,既工考虑适应性又要注意新技术的应用,当需要设计专用刀具.量具时,也应提出设计任务书。
3.8、工艺规程卡
机械加工工艺过程卡片
零件名称
减速箱体
材料牌号
HT15-33
毛坯种类
灰铸铁
工序号
工序名称
工序内容
设备
工艺装备
010
毛坯铸造
砂型铸造
自硬砂为造型材料
020
热处理1
去应力退火
030
平面粗加工
基准C、上端面
数控铣床
立铣刀,专用夹具,机械卡尺
040
平面半精加工、凸台粗/半精加工
基准C、上端面/Φ70凸台
数控铣床
面铣刀(高速钢),专用夹具,机械卡尺
050
圆环粗/半精加工/槽粗/半精铣
Φ60圆环、Φ102圆环、Φ6槽
数控铣床
立铣刀,专用夹具,机械卡尺
060
划线
划笔
070
钻/扩/铰孔
Φ10H9/Φ45(粗钻孔)
数控铣床
钻/扩/铰刀,专用夹具,机械卡尺
080
孔粗/铰加工
Φ5(粗钻孔)
数控铣床
钻/铰刀,专用夹具,机械卡尺
090
孔粗/半精加工
Φ52、Φ38内孔
卧式镗床
镗刀,专用夹具,机械卡尺
100
孔粗/半精加工
Φ20沉孔/Φ47H7,Φ54内孔
镗刀,专用夹具,机械卡尺
110
热处理2
表面淬火
120
孔精加工
Φ47H7,Φ54/Φ52,Φ38
卧式镗床
镗刀,铰刀,专用夹具与机械卡尺
130
面精加工
基准C/上端面/Φ70凸台/Φ60圆环/Φ102圆环
数控铣床
精铣刀,专用夹具,机械卡尺
编制(日期)
审核(日期)
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4、设计小结
通过减速箱体课程设计(包括工艺设计和夹具设计),它的全面性和系统性,使我对机械加工产生了更进一步的兴趣,并让我主观上认识了加工过程中如何找定位,从而为保证减速箱体中重要尺寸(包括尺寸精度和位置精度)来满足实际中与之相配套的用途。
不仅是箱体类的,还有其它类型,在设计时都为加工出更好使用的性能。
在设计时通过查阅资料使得了解的知识面更广、范围更大,在查阅时了解有关机械方面的书,从而切实地感受到机械行业的范围涉及面之广,它能指导实际,理论知识有待实际的检验,理论知识与实际操作是相辅相成。
致谢
在此感谢各位指导老师和身边的同学悉心的教导和帮助,特别是我的指导老师——刘存山老师,他给了我很多方向性的建议,还有各位老师在设计过程中给予的帮助和支持!
使我加深了
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