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1、机械制造技术基础课程设计镶铜套齿轮加工工艺及钻32孔夹具设计学院：专业：班级：课程名称：指导老师：设计时间:目录一、镶铜套齿轮的工艺分析11.1 零件的结构特点及应用11.2 镶铜套齿轮图样分析1二、毛坯的选择22.1 毛坯类型分析22.2 确定机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸22.3 选择定位基准32.4 工序集中和分散考虑32.4.1 工序集中32.4.2 工序分散3三、制订零件的机械加工工艺规程43.1 选择表面加工方式43.2 镶铜套齿轮的工艺路线43.3 齿轮类零件加工工艺规程注意点53.4 机床设备和工艺装备的选用53.4.1 选择机床53.4.2 选用工艺设备53.5 工序加工余
2、量的确定，工序尺寸63.6 确定工序的切削用量8四、动生产率的方法114.1 缩短单件时间定额114.2 采用先进工艺方法114.3 进行高效及自动化加工12五、钻床夹具设计125.1 问题的提出125.2 定位基准的选择125.3 定位元件的设计125.4 切削力及夹紧力计算135.5 定位误差分析135.6 夹具设计及操作简要说明15总结16参考资料17一、镶铜套齿轮的工艺分析1.1 零件的结构特点及应用铜套硬度和耐磨性都很高，可用于制造重荷载、高速度和较高温度下工作,铜套受强烈摩擦的零件，如连杆衬套、齿轮、蜗轮等。1.2 镶铜套齿轮图样分析In寸寸0图所示零件是镶铜套齿轮1、题目所给定的
3、是镶铜套齿轮，齿轮和套筒装配，用一个斜孔来定位，齿轮和套筒的精度都不是很高，2、齿轮需要铳平面和钻孔，平面的粗糙度为1.6,需要粗铳和精铳，并且是两面都要铳，钻孔为直径32的孔，粗糙度为1.6需要钻扩；套筒加工需要钻孔直径为25,粗糙度为1.6需要钻扩。二、毛坯的选择2.1 毛坯类型分析机械加工常用的毛坯有铸件、锻件、型材及焊接件。不同的毛坯种类及毛坯的精度、粗糙度和硬度等对机械加工工艺过程有着直接的影响。还有毛坯的形状和特性，直接会影响到机械加工的难易、材料的消耗等。齿轮类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和
4、耐磨性。45钢是齿轮类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能,齿轮类毛坯，常用锻件，根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织表面均匀分布，获得较高的抗拉，抗弯及抗扭强度；锻造后的毛坯，能改善金属内部组织，提高其抗拉，抗弯等机械性能。同时，因锻件的形状和尺寸与零件相近，可以节约材料，减少切削加工的劳动量,降低生产成本。在选择锻件的制造方法时，并非是制造精度高就越好，需要综合考虑机械加工成本和毛坯制造成本，以达到零件制造总成本最低的目的。当生产批量较大，锻件一般采用模锻法生
5、产。铜套硬度和耐磨性都很高，可用于制造重荷载、高速度和较高温度下工作，铜套受强烈摩擦的零件，如连杆衬套、齿轮、蜗轮等。所以铜套选择ZQSn6-6-3.根据齿轮的制造材料（45钢）、铜套材料为ZQSn6-6-3.,镶铜套齿轮毛坯类型现选用锻件；毛坯采用模锻。2.2 确定机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸齿轮的零件材料为45钢，根据上述原始材料及加工工艺，确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1、直径44.5mm的左、右端面查机械制造工艺设计简明手册可知粗铳加工余量为3mm,精铳为Imm,可知：毛坯的宽度为32+3+3+1+1=4Ommo2、钻直径32的孔查机械制造工艺设计简明手册可
6、知钻孔加工余量为2mm。钻孔31mm,扩孔32mm。毛坯的尺寸为28mm。3、钻直径25mm的孔查机械制造工艺设计简明手册可知钻孔加工余量为2mm。钻孔24mm,扩孔25mm,毛坯的尺寸为22mm。2.3 选择定位基准粗基准选择考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，及保证不加工表面与加工表面的尺寸、位置符合零件图样设计要求。还要考虑装夹方便、可靠,选一大端面和外圆作为定位粗基准。精基准选择考虑的重点是如何减少误差。保证加工精度和安装方便。镶铜套齿轮的设计基准是内孔，根据基准重合原则，并同时考虑统一精基准原则，选内孔作为主要定位精基准。考虑定位稳定可靠。选一大端面作为第二定位精基准。2.4
7、 工序集中和分散考虑2.4.1 工序集中工序集中就是将零件的加工集中在少数几道工序中完成，每道工序加工内容多，工艺路线短。其主要特点是：1 .可以采用高效机床和工艺装备，生产率高；2 .减少了设备数量以及操作工人人数和占地面积，节省人力、物力；3 .减少了工件安装次数，利于保证表面间的位置精度；4 .采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准备工作量大。2.4.2 工序分散工序分散就是将零件的加工分散到很多道工序内完成，每道工序加工的内容少，工艺路线很长。其主要特点是：1.设备和工艺装备比较简单，便于调整，容易适应产品的变换,对工人的技术要求较低；2 .可以采用最合理的切削用量，减少机动时
8、间；3 .所需设备和工艺装备的数目多，操作工人多，占地面积大。综上所诉：工序集中或分散的程度，主要取决于生产规模。一般情况下，单件小批生产时，采用工序集中，在一台普通机床上加工出尽量多的表面；批量生产时，采用工序分散。综上以及结合生产要求（5000件），采用工序集中。三、制订零件的机械加工工艺规程3.1 选择表面加工方式1）左右端面采用铳削方法。2）两内孔斜孔采用钻扩校方法加工。3.2 镶铜套齿轮的工艺路线工序号工序名称工序内容车间工段设备01锻将材料锻造成形02热齿部高频感应加热淬火44-48HRC03铳粗铳-精铳直径44.5mm的左端面机加工实训车间X6128型数控铳床04铳粗铳-精铳直径
9、44.5mm的右端面机加工实训车间X6128型数控铳床05钻钻-扩32mm的内孔机加工实训车间Z3025型摇臂钻床06钻钻-扩25mm的内孔机加工实训车间Z3025型摇臂钻床07钻钻-较3mm的70度斜孔机加工实训车间Z3025型摇臂钻床08车车倒角机加工实训车间CA6140型卧式车床09检检查工件，是否符合图纸要求3.3 齿轮类零件加工工艺规程注意点齿轮类零件中工艺规程的制订，直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。一零件可以有几种不同的加工方法，但只有某一种较合理，在制订机械加工工艺规程中，须注意以下几点：（1）零件图工艺分析中，需理解零件结构特点、精度、材质、热处理等技术要求，且要研究
10、产品装配图，部件装配图及验收标准。（2）粗基准选择：有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。对所有表面都需加工的锻件齿轮,根据加工余量最小表面找正。选牢固可靠表面为粗基准,同时，粗基准不可重复使用。（3）精基准选择：要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。符合基准统一原则。尽可能在多数工序中用同一个定位基准。尽可能使定位基准与测量基准重合。选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。3.4 机床设备和工艺装备的选用3.4.1 选择机床根据传动轴的工艺特性，由于此次生产量要求达到5000件，且各表面、内孔粗糙度要求较高，故选用数控铳床，此选用X6128,钻床选用Z3025,并且需要
11、倒角，使用CA6140卧式车床即可。3.4.2 选用工艺设备（1）选择夹具该零件的加工工艺不需要专用夹具。工艺装备采用通用夹具（三爪卡盘及顶尖）和机用虎钳。（2）选择刀具刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响零件的加工质量。应考虑以下方面：（1）根据零件材料的切削性能选择刀具。（2）根据零件的加工阶段选择刀具。（3）根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。由于我们要加工的零件材料要求为45钢，根据要求，选择高速钢。(1)铳端面:立铳刀(2)钻孔高速钢钻(3)倒角外圆车刀、镣孔刀(3)选择量具铳削、钻孔采用测量范围为OTOomilb规格为300*0.05的双
12、面游标卡尺,3.5 工序加工余量的确定，工序尺寸(1)对零件644.5左端端面表面加工工艺路线为：粗铳精铳。由工序03组成，查表可得各个工序余量：精铳余量为3mm,粗铳余量为Imm。总加工余量为4mm。计算各项工序尺寸：精车后达到图纸上的尺寸636,其表面粗糙度为Ral.6m精铳前尺寸：36+1=37mmmm粗铳前尺寸：40mm表57工序名称工序余量(mm)表面粗糙度Ra(l)工序基本尺寸(mm)尺寸(mm)精铳11.63736粗铳36.34037锻造40(2)对零件445右端端面表面加工工艺路线为：粗铳精铳。由工序04组成，查表可得各个工序余量：精铳余量为3mm,粗铳余量为Imm。总加工余量
13、为4mm。计算各项工序尺寸：精车后达到图纸上的尺寸32*,其表面粗糙度为Ral.6m精铳前尺寸：32+l=33mmmm粗铳前尺寸：36mm表5-2工序名称工序余量(mm)表面粗糙度Ra(Mm)工序基本尺寸(mm)尺寸(mm)精铳11.63332粗铳36.33633锻造36(3)对零件32H7内孔加工工艺路线为：钻-扩。由工序05组成，查表可得各个工序余量：钻孔余量为3mm,扩孔余量为Imm。总加工余量为4mm。计算各项工序尺寸：精车后达到图纸上的尺寸32H7,其表面粗糙度为Ral.6mt扩孔前尺寸：31+l=32mmmm钻孔前尺寸：28mm表5-3工序名称工序余量(mm)表面粗糙度Ra(Pm)
14、工序基本尺寸(mm)尺寸(mm)扩孔11.63132钻孔36.32831锻造28(4)对零件625H7内孔加工工艺路线为：钻-扩。由工序06组成，查表可得各个工序余量：钻孔余量为2mm,扩孔余量为Imm。总加工余量为3mm。计算各项工序尺寸：精车后达到图纸上的尺寸4)25H7,其表面粗糙度为Ral.6m扩孔前尺寸：24+l=25mmmm钻孔前尺寸：22m表5-4工序名称工序余量(mm)表面粗糙度Ra(m)工序基本尺寸(mm)尺寸(mm)扩孔13.22425钻孔26.32224锻造22(5)对零件63斜孔加工工艺路线为：钻钱。由工序07组成，查表可得各个工序余量：钻孔余量为2.8mm,钱孔余量为
15、0.2mm。总加工余量为3mm。计算各项工序尺寸：精车后达到图纸上的尺寸3,其表面粗糙度为Ra6.3m铁孔前尺寸：2.80.2=3mmmm钻孔前尺寸：Omm表5-5工序名称工序余量(mm)表面粗糙度Ra(Wn)工序基本尺寸(mm)尺寸(mm)钱孔0.26.32.83钻孔2.86.3O2.8锻造O(8)车倒角,由工序08。3.6 确定工序的切削用量确定切削用量的原则：首先应选去尽可能大的背吃刀量，其次在机床动力和刚度允许的条件下，又满足以加工表面粗糙度的情况下，选取尽可能大的进给量。最后根据公式确定最佳切削速度。工序03粗铳直径50mm的左端面加工条件工件材料：45钢，锻造毛坯。加工要求：粗铳直
16、径44.5mm的左端面机床：数控铳床刀具：刀片高速钢，刀杆尺寸50*12三2,前角二20。，后角二20。，计算切削用量粗铳直径44.5mm的左端面进给量f根据切削用量简明手册、数控加工工艺可查得每齿进给量f=0.lmmr取刀具为5个齿，f=0.5mmr.查得切削速度V=30mmin,确定主轴转速n=1000v3.14*d=1592rmin工序03精铳直径50mm的左端面。刀具同上，f=0.2mmr,V=30mmin,n=1592工序04粗铳直径44.5mm的右端面。工序04精铳直径44.5mm的右端面。都同上工序05钻直径31mm的孔。加工条件工件材料：45钢，锻造毛坯。加工要求：钻直径31m
17、m的孔。机床：数控铳床刀具：高速钢钻头，刀杆尺寸70*3Imm2计算切削用量进给量f根据切削用量简明手册可查得进给量f=0.6mmr查得切削速度V=11.5mmin确定主轴转速n=1000v3.14*d=118.1r/min工序05扩直径32Ilm的孔。F=Immr,根据切削用量简明手册表2.12表2.30查得T=110,ap=0.8,d-24.8mm,Cv=48,Zv=O.3,Xv=O.2,Yv=O.5,m=0.3Zv3.7 Cvd/T*apxv*fyv*kv=30.61m/minn=1000v3.14*d=393r/min工序06钻直径24mm的孔。加工条件工件材料：45钢，锻造毛坯。加工
18、要求：钻直径24m的孔。机床：数控铳床刀具：高速钢钻头，刀杆尺寸70*24mm2计算切削用量进给量f根据切削用量简明手册可查得进给量f=0.5三r查得切削速度V=10.3mmin确定主轴转速n=1000v3.14*d=136.6.r/min工序06扩直径25mm的孔。F=0.8mmr,根据切削用量简明手册表2.12表2.30查得T=110,ap=O.8,d=24.8mm,Cv=48,Zv=O.3,Xv=O.2,Yv=O.5,m=0.3Zv3.8 Cvd/T*apxv*fyv*kv=38.26m/minn=1000v3.14*d=491.3r/min工序07钻直径2.8mm的孔。工序07较直径3
19、mm的孔。工序08车倒角。工序09检查。四、动生产率的方法4.1 缩短单件时间定额（1）缩短基本时间提高切削用量，减少切削行程，合并工步，多件加工都可以缩短基本时间。（2）缩减辅助时间直接缩减辅助时间，实现辅助动作的机械化和自动化可减少辅助时间。间接缩减辅助时间，使辅助时间与基本时间部分或全部重合，从而减少辅助时间。4.2 采用先进工艺方法（1）对特硬，特脆，特韧材料及复杂型面采用特种加工来提高生产率。（2）在毛坯制造中广泛采用冷挤压，热挤压，粉末冶金，失蜡铸造，压力铸造，精锻和爆炸成型等新工艺，能提高毛坯精度，实现少，无切削加工，节约原材料，经济效果十分显著。（3）改进加工方法4.3 进行高
20、效及自动化加工自动化是提高劳动生产率的一个极为重要的方向。五、钻床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，需要设计专用夹具。由指导老师的分配，决定设计32mm的内孔的钻床夹具。5.1 问题的提出本夹具主要用于钻扩中32H7,粗糙度Ral.6,因此本道工序加工精度要求较高，为此，既要考虑如何提高生产效率，降低劳动强度，也要考虑32H7孔质量。5.2 定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别
21、是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此道工序后面还有精加工，因此本次铳没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。我们采用已加工过的镶铜套齿轮左端面和e54外圆定位，为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用固定V型块、可调V型块、螺杆、支座和滚花螺母等组成的夹紧机构来完成。5.3 定位元件的设计钻扩中32H7孔夹具，选择镶铜套齿轮左端面和e54外圆定位，所以相应的夹具上的定位元件应是定位圈和固定V型块，定位分析如下：1、镶铜套齿轮左端面与定位圈相配合，限制三个自由度
22、，即X轴转动、Y轴转动和Z轴移动。2、镶铜套齿轮中54外圆与固定式V型块相配合，限制两个自由度，即X轴移动和Y轴移动。镶铜套齿轮为回转类零件，此时欠定位是合理的。5.4 切削力及夹紧力计算查简明机床夹具设计手册表3-4得切削力计算公式：=OHdf1Kp由钻扩中32H7孔的工时计算知，与=3,=0.28mm由简明机床夹具设计手册表33知长。=0.75Bp=667dfKP=667X6XO.28070.75N1026N所需夹紧力，查表5得，Wk=VW,安全系数K=KoKlK2&（焰七式中K。为各种因素的安全系数，查表得：K=1.21.01.21.01.31.01.0=1.872,当计算K2.5时，取
23、K=2.5孔轴部分由M12螺母锁紧,查参考文献2,P92,表3-16螺母的夹紧力为5380NWk=VW=53802.5=13450N由上计算得WkFz,因此采用该夹紧机构工作是可靠的。5.5 定位误差分析定位误差是指采用调整法加工一批工件时，由于定位不准确而造成某一工序在工序尺寸（通常是指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。当采用夹具加工工件时，由于工件定位基准和定位元件的工作表面均有制造误差使定位基准位置变化，即定位基准的最大变动量，故由此引起的误差称为基准位置误差，而对于一批工件来讲就产生了定位误差。如图1所示图1用V型块定位加工时的定位误差当定位基准与工序基准不重合时
24、，就产生了基准不重合误差。基准不重合误差即工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量。定位误差指一批工件采用调整法加工，仅仅由于定位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。定位误差主要由尺寸位置误差和基准不重合误差组成。根据相关公式和公差确定具体变动量。如图2,两个极端情况：情况1：dl=dlmax,d2=d2nin使工序基准尽可能地“高”得加工尺寸；情况2：dl=dlmin,d2=d2ma使工序基准尽可能地“低”得加工尺寸。且该工序定位误差M次H)=H2-Hl=P2-Pl图2定位误差d做H)=(0102+J2max2)-d2n,n/2=0102+(d2-(d2-Td2)2=Tdl(2s
25、ina2)+Td22=O.O432sin45o+0.03/20.3925.6 夹具设计及操作简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为钻床夹具选择用固定V型块、可调V型块、螺杆、支座和滚花螺母等组成的夹紧机构进行夹紧工件。本工序钻削余量小，钻削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。总结通过对镶铜套齿轮的机械加工工艺过程的课程设计,可以知道编制零件的的工艺规程,是一项实践性很强的工作,需要熟练掌握工艺规程制定的原则。在课程设计的过程中我体会到：首先要做好工艺编制的认真思考，明白每一步工艺规程的意义;要熟
26、悉零件的结构特点,技术要求,所用材料,生产批量,和零件的作用和工作环境,这些方面直接决定了零件的加工工艺规程并且要学会最基本的机械加工手册的查询。其次通过课程设计我明白了工艺路线的拟定是关键,在拟定工艺路线时,要在综合分析零件加工个表面基础上,首先分析确定零件各个表面的定位基准,加工方法,加工顺序和加工阶段的划分,然后再提出初步的加工工艺方案,并进行分析比较,最终确定一个合理的工艺方案.这其中,定位基准的选择是基础,要学会对粗,精基准选择的条件进行判断和综合分析,对加工工序顺序的安排要始终考虑先加工基准面在加工其他表面,先加工平面在加工孔,先加工主要表面后加工次要表面,先安排粗加工工序后安排精
27、加工工序的原则,来拟定工艺路线.相对来说工艺路线的拟定是关键,也是难点.在加工路线初步确定后,后续步骤虽然相对简单,但是尺寸链的计算相对麻烦.主要是要了解和掌握封闭环的概念,并能判断尺寸链中的封闭环这也是本册书的重要部分，所以我们一定要掌握。.最后通过本次课程设计也体会到了自己的专业知识不是很全面太狭窄了，机械加工工艺的制定过程中要对各种机床和夹具熟悉了解并知道其运用的方法,这点对于我们是很不利的，因为我们很少接触到这些机械设备，所以要多为自己创造这样的机会。同时在学习时一定要扎实的掌握所学的专业知识。参考资料1曾志新，吕明主编.机械制造技术基础M.武汉:武汉理工大学出版社,2001；2崇凯主编.机械制造技术基础课程设计指导M.北京：机械工业出版社，2004.
