转速器盘课程设计.docx
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转速器盘课程设计
目录
第1章零件分析1
1.1零件的作用1
1.2零件的工艺性分析和零件图的审查2
第2章选择毛坯2
2.1确定毛坯的成形方法3
2.2铸件结构工艺性分析3
2.3铸造工艺方案的确定3
2.4铸造工艺参数的确定3
2.5型芯设计4
第3章工艺规程设计5
3.1定位基准的选择5
3.2制订工艺路线6
3.3选择加工设备及刀、夹、量具8
3.4加工工序设计10
第4章夹具设计14
4.1确定设计方案15
4.2削力及夹紧力计算17
参考文献19
序言
机械制造工艺学课程设计是在学完了机械制造工艺学（含机床夹具设计）和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。
这次设计使我们能够综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（转速器盘）的工艺规程的能力和运用夹具设计手册与图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次时间机会，为今后的毕业设计及外来从事的工作打下良好的基础。
由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指导。
第1章零件分析
1.1零件的作用
转速器盘是2105柴油机中调速机构。
Φ10mm孔装一偏心轴，此轴一端通过销与手柄相连，另一端与油门拉杆相连。
转动手柄，偏心轴转，油门拉杆即可打开油门或关小油门。
Φ6mm孔装两销，起限位作用，手柄可在120°范围内转动，实现无级调速。
该零件通过Φ9mm孔用M8螺栓与柴油机体连接。
本设计任务给定的零件转速器盘，即传递运动并保持其他零件正确工作方式，和保持互相之间的正确位置。
其对加工平面，平行度，加工孔，垂直度，等有一定的要求，由于零件比较复杂，不成规则，故加工过程中需要用到复杂的夹具。
图1.1
图1.2
1.2零件的工艺性分析和零件图的审查
该零件图的视图正确，完整，尺寸，公差及技术都符合要求。
但是，零件的加工过程，需要有较高的平面度，某些地方需要较细的表面粗糙度，各装配基面要求有一定的尺寸精度和平行度。
否则会影响机器设备的性能和精度。
由于零件的结构比较复杂，加工时需要较复杂的夹具才能准确的定位，并保持适当的夹紧力，可以用花盘进行定位加紧，并用垫块进行辅助定位。
同时基准面的选择也是很重要的。
在加工I,II,III孔的端面时，先用铣刀铣出下表面，在以下表面为基准，铣出上面的各表面（I,II,III孔的加工也是以下端面为定为基准的）；在加工前后端面时，由于工件前后尺寸较大，可在铰床上铣端平面，铣出后表面。
之后，以后表面为基准，铣出两个Φ9孔，在加工过程中，应尽量减少安装的次数，以减少安装时带来的安装误差。
第2章选择毛坯
2.1确定毛坯的成形方法
该零件材料为HT200，考虑到转速器盘在工作过程中受力不大，轮廓尺寸也不大，各处壁厚相差较小，从结构形式看，几何形体不是很复杂，并且该零件年产量为10000件/年，采用铸造生产比较合适，故可采用铸造成形。
2.2铸件结构工艺性分析
该零件底平面因散热面积大，壁厚较薄，冷却快，故有可能产生白口铁组织，但因为此件对防止白口的要求不严，又采用砂型铸造，保温性能好，冷却速度较慢，故能满足转速器盘的使用要求。
2.3铸造工艺方案的确定
2.3.1铸造方法的选择
根据铸件的尺寸较小，形状比较简单，而且选用灰口铸铁为材料，并且铸件的表面精度要求不高，结合生产条件（参考《金属工艺学课程设计》表1-7）选用砂型铸造。
2.3.2造型及造芯方法的选择
在砂型铸造中，因铸件制造批量为大批生产（参考《金属工艺学课程设计》表1-8），故选用砂型机器造型造型。
型芯尺寸不大，形状简单（参考《金属工艺学课程设计》表1-9），故选择手工芯盒造芯。
2.3.3分型面的选择
选择分型面时要尽可能消除由它带来的不利影响，因为转速器盘有两个Φ18mm的圆柱，考虑起模方便，以两中心线所在平面为分型面。
而以此平面为分型面时，Φ25mm的圆柱在上下箱中的深度相差很小。
此外，底平面位于下箱中，能够保证其铸造质量。
2.3.4浇注位置的选择
因为分型面为水平面，所以内浇口开在水平分型面处，又因为该零件形状不规则，需要设计一个型芯，为不使铁水在浇注时冲刷型芯，采用与型芯面相切方向进行浇注。
由于该零件在后平面壁厚相对较大，为了不使这些地方产生缩孔、缩松，在该处开出冒口进行补缩。
注入方式采用中间注入式。
2.4铸造工艺参数的确定
2.4.1加工余量的确定
按手工砂型铸造，灰铸铁查《金属工艺学课程设计》表1-11，查得加工余量等级为
，转查表1-12，零件高度＜100mm，尺寸公差为13级，加工余量等级为H，得上下表面加工余量为6.5mm及4.5mm，实际调整取4.5mm。
2.4.2拔模斜度的确定
零件总体高度小于50mm（包括加工余量值在内），采用分模造型后铸件的厚度很小，靠松动模样完全可以起模，故可以不考虑拔模斜度。
2.4.3分型负数的确定
按公式
计算，
mm，
＜1，取
。
但考虑上型的许多面均是要加工的平面，而且加工余量已修正为小值，即使尺寸变化较大也不能使加工余量增多，对该零件影响不大，所以分型负数可以不给。
2.4.4收缩率的确定
通常，灰铸铁的收缩率为0.7%~1%，在本设计中铸件取1%的收缩率。
2.4.5不铸孔的确定
为简化铸件外形，减少型芯数量，直径小于Φ30mm的孔均不铸出，而采用机械加工形成。
2.4.6铸造圆角的确定
为防止产生铸造应力集中，铸件各表面相交处和尖角处，以R=3mm~5mm圆滑过渡。
2.5型芯设计
转速器盘的底平面形状简单，厚度较薄，且零件上两个Φ18mm的圆柱与底平面平行，不利于采用分模铸造，因此需要设计一个整体型芯，以形成铸件上的两个Φ18mm的圆柱和底平面，达到简化模样和铸造工艺的目的。
型芯在砂箱中的位置用型芯头和型芯撑来固定，型芯头采用圆形水平式芯头。
转速器盘上相差120°的两个筋板之间的空腔深度尺寸不大，形状也比较简单，可以考虑采用砂垛代替砂芯，减少型芯。
型芯简图如图所示。
第3章工艺规程设计
3.1定位基准的选择
本零件是有精度较高要求的孔的盘状零件，平面和孔是设计的基准，也是装配和测量的基准，在加工时，应尽量以大平面为基准。
先铣出下表面，以下表面为基准，加工出上端面和上表面，再以上端面为基准加工下端面，以上端面为基准钻出I,II,III3个孔；加工前后端面时，先以上端面和I,II,为基准，在铣床上铣出后端面，再以后端面为基准，加工出2个Φ9的孔的前端面。
由于扇形部分的表面比较不易加工，首先以加工出来的下端面为基准加工出I,II,III孔处的各个上端面，再以上端面为基准，加工出I孔处的下端面；零件的2个Φ9孔的上边缘表面是不能用来作为定位基准的。
图2.1
图2.2
3.2制订工艺路线
本设计任务给的零件需要加工的表面有：
端面，内孔，园角等，其加工方法如下：
（1）下表面（大面积表面）：
虽然不是重要的表面，没有粗糙度要求，但是定位基准面，用铣车进行端铣平面，粗铣即可。
（2）上边缘面：
不是重要表面，粗铣即可。
（3）I,II,III孔处的上端面：
是重要表面，表面粗糙度R6.3，可以进行粗铣后，再进行半精铣或精铣。
（4）I孔处的下端面：
无表面粗糙度要求，只需进行粗铣即可。
（5）前端面：
是重要表面，也是定为基准面，表面粗糙度R6.3，进行粗铣再半精铣或精铣。
（6）2个Φ9孔的后端面：
表面粗糙度R12.5，只需进行粗铣。
（7）2个Φ9孔的加工：
表面粗糙度R12.5，以下端面为基准，粗铰出2个Φ9孔；；普通铰床即可。
（8）I孔的加工：
表面粗糙度R6.3，可用铰床进行铰孔，粗铰或扩孔均可。
（9）II,III孔的加工：
表面粗糙度R3.2，是要求较高的孔，可进行粗铰→半精铰，或者扩孔→精扩，既可满足要求。
（10）园角：
有R3，R5,R6.5,R15几种园角，可用立铣刀周铣出园角。
方案一：
工序号
工序内容
01
铸造
02
时效
03
涂漆
04
铣Φ9端两侧面
05
铣Φ10端两端面
06
铣Φ9端两端面
07
钻通孔Φ10与钻通孔Φ6
08
钻通孔Φ9
09
镗孔Φ10，孔口倒角0.5X４５度
10
检验
11
入库
方案二：
表3
工序号
工序内容
01
铸造
02
时效
03
涂漆
04
铣Φ9端两端面
05
铣Φ10端两端面
06
铣Φ9端两侧面
07
钻通孔Φ10与钻通孔Φ6
08
镗孔Φ10，孔口倒角0.5X４５度
09
钻通孔Φ9
10
检验
11
入库
3.3选择加工设备及刀、夹、量具
3.31选择加工设备
（1）工序２，３，４，5和9，10，11，12用的是铣床，分别进行粗铣，精铣。
用普通的卧铣床X62W型万能卧铣床即可。
（2）工序７和工序８是铰孔工序，分别是粗铰和半精铰。
使用普通的铰床即可。
（3）工序６，13加工一个Φ10孔，2个Φ6孔，2个Φ9孔，采用花盘加紧，在立式钻床即可。
可选用Z518型立式钻床。
3.32选择刀具
（1）在工序２，３，４，７铣平面时，铣刀可以选择直齿或错齿的端铣刀和周铣刀，工序中有粗铣和精铣，在粗铣后，要留有一定的加工余量，供精铣工序加工。
（2）钻孔有Φ10,Φ6,Φ9三种孔，需要留一定的加工余量，可用Φ5,Φ8麻花钻直接钻出来。
（3）铰孔需要铰三种孔Φ10,Φ6和Φ9，有粗铰和精铰，粗加工可用YT15,精加工可用YT30。
3.33选择量具
本零件是单件大批量生产，故采用的是通用量具。
选择量具的方法有两种：
一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法的极限误差来选择。
在这里选的是第一种方法。
3.33.1选择平面的量具：
由零件图上看，各平面的相互位置要求不是非常严格，其最小不确定度为0.2mm，选用分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺就行了，因为其不确度为0.02mm，显然满足要求。
3.33.2选择内孔的量具：
此零件对孔的精度要求较高，其中例如I孔的下偏差要求在0.013之内，故可选用分度值为0.01mm，测量范围为0-150mm的内径百分尺，其不确定度为0.008，满足测量精度的要求。
3.34加工量计算表
工序
加工位置
毛坯
（mm）
粗加工
（mm）
半精加工（mm）
精加工
（mm）
总加工余量
（mm）
上表面
13.5
11.5
11
2．5
上端面
12.5（双面）
10.5（双面）
7．8（双面）
3．7
下端面
8.5（双面）
2
前端面
19（双面）
17（双面）
14（双面）
3
后端面
15（双面）
2
Φ10孔
0
Φ9
Φ6孔
0
Φ5
Φ5.7
Φ9孔
0
Φ9
3.35工序 加工尺寸 尺寸公差 使用量具
（1） 28 0.5 分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺
（2）12 0.2 分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺
（3）14 --- 分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺
（4）Φ10 0.013 分度值为0.01mm，测量范围为0-150mm的内径百分尺 Φ6 0.030 Φ9 --- 分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺
注：
本零件要求测量的尺寸并不是很复杂，故只要这两种量具就足够了。
3.4加工工序设计
五加工工序设计
（一） 确定切削用量及基本工时（机动时间）
在工艺文件中还要确定每一工步的切削用量。
（1）切削用量指：
背吃刀量asp（即切削深度ap）、进给量f及切削速度Vc。
（2）确定方法是：
确定切削深度——>确定进给量——>确定切削速度．（3）具体要求是：
①由工序或工步余量确定切削深度：
精、半精加工全部余量在一次走刀中去除；在中等功率机床上一次走刀ap可达8～10mm。
②按本工序或工步加工表面粗糙度确定进给量：
对粗加工工序或工步按加工表面粗糙度初选进给量后还要校验机床进给机构强度：
③可用查表法或计算法得出切削速度Vc查，用公式换算出查表或计算法所得的转速nc查，根据Vc查在选择机床实有的主轴转速表中选取接近的主轴转速n机作为实际的转速，再用换算出实际的切削速度Vc机填入工艺文件中。
对粗加工，选取实际切削速度Vc机、实际进给量f机和背吃刀量asp之后，还要校验机床功率是否足够等，才能作为最后的切削用量填入工艺文件中。
１ 工序钻２个φ9mm孔
（1）、加工条件
工件材料：
HT200正火，бb=220MPa，190～220HBS
加工要求：
钻扩孔φ9mm
机床选择：
选用立式钻床Z525（见《工艺手册》表4.2-14）
（2）、确定切削用量及基本工时
选择φ9mm高速钢锥柄标准麻花钻（见《工艺手册》P84）
d=9L=14mm
f机=0.48mm/r（见《切削手册》表2.7和《工艺手册》表4.2-16）
Vc查=13m/min（见《切削手册》表2.15）
按机床选取n机=195r/min（按《工艺手册》表4.2-15）
所以实际切削速度：
m/min.
基本工时：
l=80mm）l2=（1～4）mm（取4mm）
按《工艺手册》表6.2-5公式计算1.24（min）
２ 工序粗、精铣左右端面
（２）粗铣
1）、选择刀具：
根据《工艺手册》表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，其参数为：
铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=10。
2）、确定铣削深度ap：
单边加工余量Z=1.5±0.27，余量不大，一次走刀内切完，则：
ap=1.5mm
3）、确定每齿进给量fz:
根据《切削手册》表3.5，用硬质合金铣刀在功率为4.5kw的X51铣床加工时，选择每齿进给量fz=0.14～0.24mm/z，由于是粗铣，取较大的值。
现取：
fz=0.18mm/z
4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：
根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0～1.5mm，现取1.2mm，根据《切削手册》表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。
5）、确定切削速度Vc：
根据《切削手册》表3.16可以查Vc：
由ap=1.5mmfz=0.18mm/z，查得
Vc=77mm/zn=245mm/zVƒ=385mm/z
根据X62W型立铣床说明书（表4.2-35）
nc=255r/minVƒc=400mm/min（横向）
6）、计算基本工时：
l=47mml2=2T=0.１４min
（２）精铣
1）、选择刀具：
根据《工艺手册》表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=10
2）、确定铣削深度ap：
由于单边加工余量Z=0.5，故一次走刀内切完，则：
ap=0.5mm
3）、确定每齿进给量fz:
由《切削手册》表3.5，用硬质合金铣刀在功率为4.5kw的X51铣床加工时，选择每齿进给量fz=0.14～0.24mm/z，半精铣取较小的值。
现取：
fz=0.14mm/z
4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：
根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0～1.5mm，现取1.2mm，根据《切削手册》表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。
5）、确定切削速度Vc：
根据《切削手册》表3.16可以查Vc：
由ap≤4mmƒz=0.14mm/z，查得：
Vc=110mm/zn=352mm/zVƒ=394mm/z
根据X62W型立铣床说明书（表4.2-35）
nc=380r/minVƒc=400mm/min（横向）
6）、计算基本工时：
l=40mml2=2
所以本工序的基本时间为：
T=t1+t2=0.14+0.12=0.26min
（３）工序镗φ１0工序
φ８粗镗余量参考文献［１］表３－８３取粗镗为１.８mm，精镗切削余量为0.2mm,钻孔后尺寸为8H8,各工部余量和工序尺寸公差列于表２－３
加工表面
加工方法
余量
公差等级
工序尺寸及公差
φ8
粗镗
1.8
____
ø9.8
φ9.2
精镗
0.2
H8
10H8
孔轴线到底面位置尺寸为5６mm，精镗后工序尺寸为10.02±0.08mm，与下底面的位置精度为0.05mm,与左右端面的位置精度为0.06mm,且定位夹紧时基准重合，故不需保证。
0.06mm跳动公差由机床保证。
（2.1）钻孔φ8mm
选择φ8mm高速钢锥柄标准麻花钻（见《工艺手册》P84）
d=8L=8mmf机=0.48mm/r（见《切削手册》表2.7和《工艺手册》表4.2-16）
Vc查=13m/min（见《切削手册》表2.15）
按机床选取n机=195r/min（按《工艺手册》表4.2-15）
所以实际切削速度：
基本工时：
l=80mm）l2=（1～4）mm（取4mm）
按《工艺手册》表6.2-5公式计算1.10min
粗镗孔时因余量为1.8mm,故ap=1.8mm,
查文献［１］表２.4-8
取V=0.4m/s=24m/min
去进给量为f=0.02mm/r
n=1000V/πd=1000*24/3.14*20=380r/min
查文献的Fz=9.81*60^nFzCFzapXFzV^nFzKFz
pm=FzV*10^-3
CF2=180,
XFz=1
Yfz=0.75
nFz=0
Rfz=9.81*60°*180*2.75ˊ*0.2^0.75*0.4°*1
=1452N
P=0.58kw
取机床效率为０.８５
0.78*0.85=0.89kw>0.58kw
故机床的功率足够。
下面计算工序09的时间定额
机动时间
粗镗时：
L/（f*n）=45/0.2*380=7.5s
精镗时：
f取0.1mm/s
L/（f*n）=45/0.1*380=15s
总机动时间:
T=7.5+15=0.38min
第4章夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动成本，需要设计专用夹具。
按指导老师的布置，设计工序铣Φ9端两端面铣床夹具与镗Φ10镗床夹具。
铣Φ9端两端面铣床夹具
本夹具主要用于铣Φ9端两端面，由于该端面精度要求高，所以，在本道工序加工时，应该考虑其精度要求，同时也要考虑如何提高劳动生产率。
4.1确定设计方案
⑴、定位基准的选择：
由零件图可知，Φ9端两端面应对下端面有垂直度要求，并且左右两端面有平行度要求。
为了使定位误差为零，应该选择以φ10孔定位的定心夹具。
但这种定心夹具在结构上将过于复杂，因此这里只选用以φ9和下端面为主要定位基面。
⑵、切削力及夹紧力计算：
刀具：
YG6硬质合金端铣刀
（见《切削手册》表3.28）
其中：
CF=54.5，ap=4.5，XF=0.9，fZ=0.18，YF=0.74，ae=28，UF=1.0，d0=100，qF=1.0，n=255，WF=0，Z=10
∴F=54.5×4.50.9×0.180.74×28×10/（100×2550）≈166.1（N）
水平分力：
FH=1.1F实≈182.7（N）
垂直分力：
FV=0.3F实≈49.8（N）
在计算切削力时，必须安全系数考虑在内。
安全系数:
K=K1K2K3K4。
其中：
K1=1.5K2=1.1K3=1.1K4=1.1
∴F／=KFH=（1.5×1.1×1.1×1.1）×182.7=364.8（N）
实际加紧力为F加=KFH/（U1*U2）=364.8/0.5=729.6（N）
其中U1和U2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，U1=U2=0.025
螺母选用M16X1.5细牙三角螺纹，产生的加紧力为
W=2M/D2tg（a+6055）+0.66（D3-d3）/（D2-d2）
其中：
M=19000N.MD2=14.8mma=2029，D=23mmd=16mm
解得：
W=1O405（N）
此时螺母的加紧力W已大于所需的729.6的加紧力F加，故本夹具可安全工作。
心轴取材料为Q235
查表得Q235的许用弯曲应力为：
158Mpa
弯曲应力=M/Wz=32FL/3.14d3=99.4X32X0.028/[3.14X（0.022）2]
=2.67<<许用弯曲应力158Mpa
（3）定位误差分析
由于基准重合,故轴,径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。
即不必考虑定位误差，只需保证夹具的心轴的制造精度和安装精度。
且工件是以内孔在心轴上定位，下端面靠在定位块上，该定位心轴的尺寸及公差现规定为与零件内孔有公差相同。
因为夹紧与原定位达到了重合，能较好地保证了铣φ３２mm端面所得到的尺寸和下端面形位公差要求。
夹具结构设计及操作简要说明：
如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动率。
为此，在螺母夹紧时采用活动手柄，以便装卸，夹具体底面上的一对定位槽可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置，以利于铣削加工。
结果，本夹具总体的感觉还比较紧凑。
夹具上装有对刀块装置，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以有利于铣削加工。
镗Φ10镗床夹具
定位基准的选择:
由零件图可知，有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与顶面垂直。
为了保证所的孔与顶面垂直并保证工艺孔能在后续的孔系加工工序中使各重要支承孔的加工余量均匀。
根据基准重合、基准统一原则。
在选择工艺孔的加工定位基准时，设计基准作为其定位基准。
因此加工工艺孔的定位基准应选择选用下平作为定位基准，为了提高加工效率，根据工序要求先采用标准硬质合金镗刀刀具对工艺孔进行粗镗削加工；然后采用硬质合金镗刀对其进行精加工，准备采用液压夹紧方式夹紧。
4.2切削力的计算与夹紧力分析
由于本道工序主要完成工艺孔的镗加工，参考文献[9]得：
镗削力
镗削力矩
式中：
夹紧元件及动力装置确定
采用液压夹紧的夹具结构，在生产中的应用也比较广泛。
因此本道工序夹具的夹紧动力装置采用液压夹紧。
采用液压夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。
衬套、钻模板及夹具体设计
工艺孔的加工需粗、精镗切削才能满足加工要求。
故选用固定钻套以减少更换钻套的辅助时间。
钻模板选用固定式钻模板，工件以底面及侧面分别靠在夹具支架的定位快，夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。
夹具精度分析
利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统。
它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。
因此在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。
孔的表面粗糙度
，由本工序所选用的加工工步粗镗精满足。
夹具设计及操作的简要说明
镗Φ10孔的夹具如夹具装配图所示。
装卸工件时，先将工件放在定位块上；用压块的压紧螺钉将工件夹紧；然后加工工件。
当工件加工完
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