工艺技术填料箱盖的工艺规程及夹具设计.docx

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工艺技术填料箱盖的工艺规程及夹具设计

学号;3533090225

（工艺技术）填料箱盖的工

艺规程及夹具设计

山西煤炭职业技术学院计算机信息系

毕业设计

题目填料箱盖的工艺规程及夹具设计

学生姓名：

胡国胜

班级：

机制330902

专业：

机械制造与自动化（矿山机械制造与维修）

指导教师：

夏静文

论文报告提交日期：

2012年6月成绩评定日期：

填料箱盖的工艺规程及夹具设计摘要

填料箱盖，其主要作用是保证对箱体起密封作用，使箱体在工作时

不致让油液渗漏。

对内表面的加工精度要求比较高,对配合面的表面粗糙度要求也较高。

本次设计旨在提高填料箱盖的加工效率，设计正确的加工工艺路线，由此我们首先对填料箱盖的结构特征和工艺进行了仔细的分析，然后确定了一套合理的加工方案，加工方案要求简单，操作方便，并能保证零件的加工质量。

填料箱盖的加工质量将直接影响机器的性能和使用寿命。

在设计中采用四大步骤进行，分别是[1]填料箱盖零件的分析[2]工艺规程设计[3]数控机床的选择与加工方案[4]专用夹具设计

关键词：

填料箱盖，零件，毛坯，夹具

第一章填料箱盖零件的分析4

1.1零件的作用4

1.2填料箱盖的技术要求分析5

1.3本章小结5

第二章工艺规程设计6

2.1零件机械加工工艺规程的制定6

2.2箱体零件的材料、毛坯和热处理12

2.3基准面的选择12

2.4制订工艺路线13

2.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定17

2.6本章小结18

第三章机床的选择与加工方案19

3.1选择机床19

3.2选择夹具21

3.3选择刀具21

3.4确定工序尺寸22

3.5确定切削用量23

3.6本章小结33

第四章专用夹具设计34

4.1问题的指出34

4.2夹具设计34

4.3定位误差的分析35

4.4夹具设计及操作的简要说明35

4.5本章小结36

结论37

致谢38

参考文献39

第一章填料箱盖零件的分析

1.1零件的作用

题目所给定的零件是填料箱盖（图1-1），其主要作用是保证对箱体起密封作用，使箱体在工作时不致让油液渗漏。

a实体图b.零件图

图1-1填料箱盖

1.2填料箱盖的技术要求分析

填料箱盖的零件图中规定了一系列技术要求：

（查表1.4-28《机械制造工艺设计简明手册》）

1、以Φ65H5（）轴为中心的表面进行加工

包括：

尺Φ寸为Φ65h5（）的轴，表面粗糙度为1.6，尺寸为Φ80的与Φ65h5（）相接的肩面,尺寸为Φ100f8（）与Φ65h5（）同轴度为0.025的面，尺寸为Φ60H8（）与Φ65h5（）同轴度为0.025的孔。

2、以Φ60H8（）孔为中心的表面进行加工

尺寸为78与Φ60H8（）垂直度为0.012的孔底面,表面粗糙度为0.4,须研磨。

3、以Φ60H8（）孔为中心均匀分布的12孔,6-ф13.5,4-M10-6H深20孔深24及

2-M10-6H的孔进行加工

1.3本章小结

在本章节中对题目所给的零件进行了简要的工艺分析，注明了各个孔的同轴度、面的粗糙度。

第二章工艺规程设计

2.1零件机械加工工艺规程的制定

零件机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和方法等的工艺文件。

它是在具体的生产条件下，将最合理或者比较合理的工艺过程，用图表（或文字）的形式制成用来指导生产、管理生产的文件。

2.1.1机械加工工艺规程的内容及作用

工艺规程的内容，一般有零件的加工工艺路线、各工序基本加工内容、切削用量、工时定额及采用的机床和工艺装备（刀具、夹具、量具、模具）等。

工艺规程的主要作用如下：

1、工艺规程是指导生产的主要技术文件。

合理的工艺规程是建立在正确的工艺原理和实践基础上的，是科学技术和实践经验的结晶。

因此，它是获得合格产品的技术保证，一切生产和管理人员必须严格遵守。

2、工艺规程是生产组织管理工作、计划工作的依据。

原材料的准备、毛坯的制造、设备和工具的购置、专用工艺装备的设计制造、劳动力的组织、生产进度计划的安排等工作都是依据工艺规程来进行的。

3、工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料。

在新建扩建或改造工厂或车间时，需依据产品的生产类型及工艺规程来确定机床和设备的数量及种类，工人工种、数量及技术等级，车间面积及机床的布置等。

2.1.2制定工艺规程的原则、原始资料1、制定工艺规程的原则

制定工艺规程的原则是：

在保证产品质量的前提下，以最快的速度、最少的劳动消耗和最低的费用，可靠加工出符合设计图纸要求的零件。

同时，还应在充分利用现有生产条件的基础上，尽可能保证技术上先进、经济上合理、并且有良好的劳动条件。

2、制定工艺规程的原始资料

⑴产品零件图样及装配图样。

零件图样标明了零件的尺寸和形位精度以及其他技术要求，产品的装配图有助于了解零件在产品中的位置、作用，所以，它们是制定工艺规程的基础。

⑵产品的生产纲领。

⑶产品验收的质量标准。

⑷现有生产条件，如机床设备、工艺装备、工人技术水平及毛坯的制造生产能力等。

⑸同类产品的生产工艺资料。

2.1.3制定工艺规程的步骤1、零件图样分析

零件图样分析的目的在于：

⑴分析零件的技术要求，主要了解各加工表面的精度要求、热处理要求，找出主要表面并分析它与次要表面的位置关系，明确加工的难点及保证零件加工质量的关键，以便在加工时重点加以关注。

⑵审查零件的结构工艺性是否合理，分析零件材料的选取是否合理。

2、毛坯选择

毛坯的选择主要依据以下几方面的因素：

⑴零件的材料及机械性能零件的材料一旦确定，毛坯的种类就大致确定了。

例如材料为铸铁，就应选铸造毛坯；钢质材料的零件，一般可用型材；当零件的机械性能要求较高时要用锻造；有色金属常用型材或铸造毛坯。

⑵零件的结构形状及尺寸例如，直径相差不大的阶梯轴零件可选用棒料作毛坯，直径相差较大时，为节省材料，减少机械加工量，可采用锻造毛坯；尺寸较大的零件可采

用自由锻，形状复杂的钢质零件则不宜用自由锻。

对于箱体、支架等零件一般采用铸造毛坯，大型设备的支架可采用焊接结构。

⑶生产类型大量生产时，应采用精度高、生产率高的毛坯制造方法，如机器造型、熔模铸造、冷轧、冷拔、冲压加工等。

单件小批生产则采用木模手工造型、焊接、自由锻等。

⑷现有生产条件及技术水平以及通过外协获得各种毛坯的可能性。

3、拟订工艺路线

⑴定位基准的选择正确选择定位基准，特别是主要的精基准，对保证零件加工精度、合理安排加工顺序起决定性的作用。

所以，在拟定工艺路线时首先应考虑选择合适的定位基准。

基准的选择方法见第一章。

⑵零件表面加工工艺方案的选择由于表面的要求（尺寸、形状、表面质量、机械性能等）不同，往往同一表面的加工需采用多种加工方法完成。

某种表面采用各种加工方法所组成的加工顺序称为表面加工工艺方案。

⑶加工阶段的划分对于那些加工质量要求高或比较复杂的零件，通常将整个工艺路线划分为以下几个阶段：

①粗加工阶段主要任务是切除毛坯的大部分加工余量，并制出精基准。

该阶段最关键的问题是怎样提高生产率。

②半精加工阶段主要任务是减小粗加工时造成的误差，为主要表面的精加工做好准备，同时完成零件上各次要表面的加工。

③精加工阶段主要任务是保证各主要表面达到图样规定要求。

这一阶段的问题是如何保证加工质量。

④光整加工阶段主要任务是减小表面粗糙度值和进一步提高精度。

划分加工阶段的好处是按先粗后精的顺序进行加工，可以分配合理的加工余量以

及选择合理的切削用量，使加工机床冲分发挥其效率，并且能长期保持精加工机床的精度；减少工件在加工过程中的变形，避免精加工表面受到损伤；粗精加工分开，还便于及时发现毛坯缺陷，同时有利于安排热处理工序。

4、加工顺序的安排

加工顺序的安排对保证加工质量，提高生产率和降低成本都有重要作用，是拟定工艺路线的关键之一。

可按下列原则进行。

⑴切削加工顺序的安排

①先粗后精先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工。

②先主后次先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如键槽、紧固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。

③先面后孔对于箱体、支架、连杆、底座等零件，其主要表面的加工顺序是先加工用作定位的平面和孔的端面的加工，然后再加工孔。

④先基准面后其它面即选作精基准的表面应在一开始的工序中就加工出来，以便为后续工序的加工提供定位精基准。

⑵热处理工序的安排

零件加工过程中的热处理按应用目的，大致可分为预备热处理和最终热处理。

预备热处理预备热处理的目的是改善机械性能、消除内应力、为最终热处理作准

备，它包括退火、正火、调质和时效处理。

铸件和锻件，为了消除毛坯制造过程中产生的内应力，改善机械加工性能，在机械加工前应进行退火或正火处理；对大而复杂的铸造毛坯件（如机架、床身等）及刚度较差的精密零件（如精密丝杠），需在粗加工之前及粗加工与半精加工之间安排多次时效处理；调质处理的目的是获得均匀细致的索氏体组织，为零件的最终热处理作好组织准备，同时它也可以作为最终热处理，使零件获得良好的综合机械性能，一般安排在粗加工之后进行。

最终热处理最终热处理的目的主要是为了提高零件材料的硬度及耐磨性，它包括淬火、渗碳及氮化等。

淬火及渗碳淬火通常安排在半精加工之后、精加工之前进行；氮化处理由于变形较小，通常安排在精加工之后。

⑶辅助工序的安排

辅助工序包括：

检验、清洗、去毛刺、防锈、去磁及平衡去重等。

其中检验是最主要的、也是必不可少的辅助工序，零件加工过程中除了安排工序自检之外，还应在

下列场合安排检验工序：

①粗加工全部结束之后、精加工之前；

②工件转入、转出车间前后；

③重要工序加工前后；

④全部加工工序完成后。

2.2箱体零件的材料、毛坯和热处理

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（减震性）。

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。

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。

有关数据可查有关资料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，应使箱体壁厚箱体浇铸后应安排时效或退火工序。

某些单件、小批量生产的箱体零件，为了缩短毛坯制造的周期和降低成本，可采用钢板焊接结构

普通精度的箱体零件，一般在铸造之后安排一次人工时效处理。

对一些高精度或形状特别复杂的箱体零件，在粗加工之后还要安排一次人工时效处理，以消除粗加工时所

造成的残余应力。

2.3基准面的选择

2.3.1粗基准的选择。

对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。

而对于有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。

2.3.2精基准的选择。

主要要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。

2.4制订工艺路线

按照先基准面后其它、先面后孔、先粗后精、先主后次的原则。

布置工艺路线如下:

2.4.1工艺路线方案一

工序1：

铣小端端面，粗车φ65外圆及台阶端面及各倒角。

工序2：

铣大端面、粗车φ155外圆面、粗车左端台阶面、粗镗φ60内孔、底面及沟槽，粗车环槽、粗车φ75、φ100、φ80外圆面及各倒角。

工序3：

扩孔φ32、锪孔φ47。

工序4：

钻6-φ13.5小孔、钻M10螺纹孔及攻丝。

工序5：

半精车φ65外圆及台阶面。

工序6：

半精车φ155、φ75、φ100、φ80、环槽及各倒角。

工序7：

精细车φ65外圆。

工序8：

精、细镗φ60内孔。

工序9：

研磨孔φ60内端面、倒角。

工序10：

去毛刺。

工序11：

终检。

2.4.2工艺路线方案二

工序I：

粗车小端端面，粗车φ65外圆及台阶端面及各倒角。

工序II：

粗车大端面、粗车φ155外圆面、粗车左端台阶面、粗镗φ60内孔、底面及沟槽，粗车环槽、粗车φ75、φ100、φ80外圆面及各倒角。

工序III：

扩孔φ32、锪孔φ47。

工序IV：

半精车φ65外圆及台阶面。

工序V：

半精车φ155、φ75、φ100、φ80、环槽及各倒角。

工序VI：

精细车φ65外圆。

工序VII：

精、细镗φ60内孔。

工序VIII：

研磨孔φ60内端面、倒角。

工序IX：

钻6-φ13.5小孔、钻M10螺纹孔及攻丝。

工序X：

去毛刺。

工序XI：

终检。

2.4.3工艺方案的比较与分析上述两个方案的特点在于：

方案一是采用铣削方式加工端面，且是先加工12个孔后再精加工外圆面和Φ60H8（）孔。

方案二是使用车削方式加工两端面，12个孔的加工放在最后。

两相比较起来可以看出，由于零件的端面尺寸不大，端面用车削较好。

在大批生产中，综合考虑，我们选择工艺路线二。

但是仔细考虑，在工艺路线二中，是先精车Φ65外圆及台阶面然后再钻12个孔及攻螺纹。

这样由于钻孔属于粗加工，精度要求不高，而且切削力较大，也可能造成

已加工表面变形，表面粗糙度值增大。

因此，最后的加工工艺路线确定如下：

工序I：

粗车小端端面，粗车φ65外圆及台阶端面及各倒角；粗镗孔φ32、φ47。

工序II：

粗车大端面、粗车φ155外圆面、粗车左端台阶面、粗镗φ60内孔、底面及

沟槽，粗车环槽、粗车φ75、φ100、φ80外圆面及各倒角。

工序III：

钻6-φ13.5小孔、钻M10螺纹孔及攻丝。

工序IV：

半精车φ65外圆及台阶面。

工序V：

精、细镗φ60内孔。

工序VI：

研磨孔φ60内端面、倒角。

工序VII：

去毛刺。

工序VIII：

终检。

3.4.4最后的加工工艺路线确定如下

工序I：

以φ155mm外圆及端面定位，粗车小端端面，粗车φ65外圆及台阶端面及各倒角。

工序II：

以粗车后的φ65mm外圆及端面定位，粗车大端面、粗车φ155外圆面、粗车左端台阶面。

工序III：

以φ155mm外圆及端面定位，粗镗孔φ32、φ47。

工序IV：

以粗车后的φ65mm外圆及端面定位，粗镗φ60内孔、底面及沟槽。

工序V：

以粗车后的φ65mm外圆及端面定位，粗车φ75、φ100、φ80外圆面及各倒角。

工序VI：

以粗车后的φ65mm外圆及端面定位，粗车环槽。

工序VII：

钻6-φ13.5小孔。

工序VIII：

钻M10螺纹孔及攻丝。

工序IX：

以粗车后的φ155mm外圆及端面定位，半精车φ65外圆及台阶面。

工序X：

以φ65mm外圆定位，半精车φ155、φ75、φ100、φ80、环槽及各倒角。

工序XI：

以φ155mm外圆及端面定位，精车、精细车φ65mm外圆。

工序XII：

以φ65mm外圆及端面定位，精、细镗φ60内孔。

工序XIII：

研磨孔φ60内端面、倒角。

工序XIV：

去毛刺。

工序XV：

终检。

2.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

填料箱盖零件材料为HT200，硬度190～210HB，生产类型为大批生产，采用机器造型铸造毛坯。

1.根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》的规定：

除非另有规定，否则要求的机械加工余量适用于整个毛坯铸件，即对所有需要机械加工的表面只规定值。

查《机械制造技术基础课程设计指导教程》书中表2-1、2-5取毛坯铸件的公差等级为10级，机械加工余量等级G级

2.根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》的规定，查书中表2-4，取毛坯铸件的机械加工余量为2mm，根据毛坯铸件各个尺寸所在的范围，查《机械制造技术基础课程设计指导教程》书中表2-3得各个尺寸的公差，再根据公式R=F+2RMA+CT/2（3-1）与公式R=F-2RMA-CT/2（3-2）即可计算出毛坯的基本尺寸。

3.根据所确定的毛坯尺寸画出毛坯图（如图2-1）

图2-1毛坯图

2.6本章小结

本章介绍了机械加工工艺规程的内容及作用,制定工艺规程的原则、原始资料、步骤.然后对于本课题“填料箱盖”加工的工艺规程进行了说明，如毛皮的选择、热处理和基准面的选择。

又制定

了两种工艺路线，并进行对比，选出了最佳的工艺路线。

最后根据书本资料确定了毛坯尺寸、机械加工余量及工序尺寸

第三章机床的选择与加工方案

3.1选择机床

1、工序I-X是粗车粗镗和半精车。

选用卧式车床就能满足要求。

本零件尺寸不大，精度要求不高，选用最常用的CA6140型卧式车床（如图3-1）。

图3-1CA6140型卧式车床

2、工序XI、XII是精细车精镗。

由于要求的精度较高，表面粗糙度较小选用精密的车床才能满足要求。

故选用C616A型车床（如图3-2）。

图3-2C616A型车床

3、工序XII、VIII是钻孔。

可采用专用夹具在立式钻床上加工，可选用Z3040型摇臂钻床（如图3-3）。

图3-3Z3040型摇臂钻床

4、工序XIII是研磨内孔，精度较高，选用M7232B型立轴矩台磨床（如图3-4）。

图3-4M7232B型立轴矩台磨床

3.2选择夹具

本零件除外圆及两端面加工用三爪自定心卡盘外，其他的工序都用专用夹具。

3.3选择刀具

1、在车床上加工的工序，一般都用硬质合金车刀和镗刀，加工灰铸铁零件采用YG型硬质合金，粗加工用YG6，半精加工用YG8，精加工和精细加工用YG10，切槽宜用高速钢，磨削用砂轮。

2、钻孔用麻花钻，攻螺纹用丝锥。

3.4确定工序尺寸（见表3-1）

表3-1工序尺寸

加工表面

工序双边余量

工序尺寸及公差

表面粗糙度

粗

半

精

精

粗

半精

精

粗

半精

精

外圆

2

155+0.16

6.3

2

1

0.25

66.5-0.30

65.5+0.06

65+0.013

6.3

1.6

4

37+0.039

6.3

4

47+0.039

6.3

2

75+0.046

6.3

2

80+0.046

6.3

2

1

1

64+0.30

62+00.15

60+0.046

6.3

1.6

7.5×4

1

7.5+1.30

6.3

137

2

137+0.30

6.3

78

2

78+0.30

6.3

1.6

0.4

3.5确定切削用量

3.5.1工序I粗车小端端面，粗车φ65外圆及台阶端面及各倒角1、切削用量

本工序为粗车（车端面、外圆及镗孔）。

已知加工材料为HT200，铸件。

机床为CA6140

型卧式车床，工件装夹在三爪自定心卡盘。

⑴确定φ65mm外圆的切削用量所选刀具为YG6硬质合金可转位车刀，根据《切削用量简明手册》表1.1，由于CA6140机床的中心高为200mm，故选用刀杆尺寸B×H=16mm

×25mm，刀片厚度为4.5mm根据《切削用量简明手册》书中,表1.3，选择车刀几何形状为卷槽带倒棱型前刀面，前角γo=12°，后角αo＝6°、主偏角Kr=90°、,副偏角

Kr’=10°、刃倾角λs=0°、刀尖圆弧半径=0.8mm。

⑵确定切削深度ap由于粗车单边余量仅为1mm,可一次走刀完成，故

⑶确定进给量f根据《切削用量简明手册》书中,表1.4，在粗车灰铸铁、刀杆尺寸为16mm×25mm、ap≤3mm、工件直径为100mm——400mm时，f=0.6-1.2mm/r

按C620-1机床的进给量选择f=0.65mm/r。

确定的进给量尚需满足机床进给强度的要求，故需进行校验。

根据《切削用量简明手册》书中,表1.30，C620-1机床进给机构允许的进给力Fmax=3530N。

根据《切削用量简明手册》书中,表1.23，当灰铸铁170—212HBS，ap≤2mm，f≤0.75mm/r，

Kr=45°，v=65m/min（预计）时，进给力Ff=950N.

Ff的修正系数为，,故实际进给力为Ff=950×1.17=1111.5N,由于切削时的进给力小于机床进给允许的进给力，所选的f=0.65mm/r可用。

⑷选择车刀磨钝标准及耐用度根据《切削用量简明手册》书中,表4-1，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度T=30min。

⑸确定切削速度v切削速度v可根据公式计算，也可直接由表中查出。

现采用查表法确定切削速度。

根据《切削用量简明手册》书中,表1.11，当用YG6硬质合金车刀加工灰铸铁时，ap≤1.8mm，f≤0.75mm/r时，切削速度v=71m/min。

切削速度的修正系数为KSV=0.8,Ktv=1.0,KTV=1.12,,KMV=0.85,故V=71×0.8×1.0×0.73×1.12×0.85×0.85=33.55m/min

按CA6140机床的转速选择n=90r/min=1.5r/s

则实际切削速度v=44.4m/min。

最后确定切削用量为：

，f=0.65mm/r，n=90r/min=1.5r/s，v=44.4m/min

确定车端面及台阶面的ap=1.25mm，f=0.52mm/r，主轴转速与车φ65mm外圆相同。

3.5.2工序II：

粗镗孔φ32、φ47

1、确定粗镗孔φ32mm和φ47mm的切削用量所选刀具为YG6硬质合金、直径为20mm

的圆形镗刀。

⑴确定切削深度ap

Φ47mm:

ap=（47-43）/2=2mmφ32mm:

ap=（32-28）/2=2mm

⑵确定进给量f

根据表1.5，当粗镗灰铸铁时、镗刀直径为20mm,镗刀伸出长度为100mm

时按CA6140机床的进给量，选择f=0.20mm/r。

⑶确定切削速度v

式中CV=189.8,m=0.20,xv=0.15,yv=0.20,T=60min,kv=0.9×0.8×0.65=0.468,

则

对φ32mm内孔：

对φ47mm内孔：

3.5.3工序III-VI:

粗车大端面、粗车φ155外圆面、粗车左端台阶面、粗镗φ60内孔、底面及沟槽，粗车环槽、粗车φ75、φ100、φ80外圆面及各倒角

1、加工条件：

工件材料：

HT200,σb=0.16GPaHBS=200-217,铸造。

加工要求：

粗车端面保证尺寸、车台阶保证15和30、车环槽保证尺寸、粗车外圆保证尺寸、粗车外圆保证和。

机床与刀具与工序１相同

2、切削用量的选择与计算方法与工序１基本相同，如表3-2所示：

表3-2切削用量

工步

主轴转速

F/min

切削速度

m/min

进给量

mm/r

切削深

度mm

进给次数

工时

粗车大端面

120

35.4

0.65

1.25

1

22s

粗车外圆

120

45.6

0.65

1.5

1

18s

车台阶车环槽

480

150.7

0.2

2

1

30s

和

120

35.4

0.65

1

1