犁刀变速齿轮箱体工艺及铣削夹具设计.docx
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犁刀变速齿轮箱体工艺及铣削夹具设计
毕业设计论文任务书
一题目
犁刀变速齿轮箱体工艺及铣削夹具设计
二指导思想和目的要求
综合运用所学的基本理论、基本知识和基本技能解决工程实际问题的能力，使学生进一步受到工程设计和科学研究方法的基本训练，培养学生正确运用工程运算和使用技术文献、规格资料的能力；培养学生掌握工艺过程设计和工艺装备设计等的设计方法。
通过毕业设计，使学生初步掌握工程技术的设计能力、解决问题的能力。
三主要技术指标
1、对零件图犁刀变速齿轮箱体进行工艺分析并绘制零件图
2、选择毛坯类型
3、编写工艺文件
4、设计两个铣削机床夹具或其他工艺装备，用AutoCAD绘图，对所设计的专用夹具进行精度分析。
5、撰写论文
四进度和要求
第一阶段查阅及消化有关资料一周
第二阶段绘制零件图及选择毛坯类型一周
第三阶段编写工艺文件三周
第四阶段设计两个铣削机床夹具四周
第五阶段撰写论文四周
第六阶段评阅、答辩一周
五主要参考书及参考资料
1、《现代制造工艺基础》侯忠滨编西工大讲义2001年12月
2、《机床夹具设计》闫光明编西工大讲义2001年12月
3、《机械制造工艺学》荆长生主编西工大出版社1998年
目录3
第一章前言4
第二章零件的分析4
2.1零件结构的分析4
2.2零件的技术要求分析5
第三章确定毛坯及其尺寸公差6
3.1铸件尺寸公差6
3.2铸件机械加工余量6
3.3技术要求7
第四章基准的选择8
4.1 定位基准的选择8
⒈精基准的选择8
⒉粗基准的选择8
第五章工艺路线的制定9
第六章选择加工设备及工艺装备13
第七章加工工序设计15
1.工序10粗铣A面15
2.工序20钻扩铰2—Ф10F9孔至2—Ф9F9，钻4—Ф13mm孔16
3.工序30粗铣B面及C面18
4.工序40铣凸台面19
5.工序50粗镗孔2—Ф80,孔口倒角1×45°19
6.工序60精铣A面20
7.工序70精扩铰孔2—Ф10F9至2—Ф10F721
8.工序80精铣B面及C面22
9.工序90精镗孔2—ф80H724
10.工序100钻孔ф20,扩铰球形孔Sф30H9,钻4—M6螺纹27
11.序110锪平面4-ф2228
12.工序120钻4-M12螺纹底孔,孔口倒角1×45°,B面及C面钻铰孔2—ф8N8,孔口倒角1×45°28
13.工序130B面及C面攻螺纹8-M12-6H29
第八章夹具设计29
8.1专用夹具设计29
8.2专用夹具的主要功能29
8.3粗铣N面的专用铣夹具的设计30
第九章结论31
致谢32
参考文献32
毕业设计小结33
第一章前言
随着机加行业技术的迅猛发展，零件工艺规程的分析与制定已经成为机械加工的前提和依据。
因此研究变速齿轮箱体零件工艺规程与专用夹具设计具有很强的现实意义。
通过对机床的工作原理及其变速箱体零件工艺规程的学习与研究，了解到如何合理制定箱体零件的工艺规程，并根据实际，设计合适的专用夹具，从而适应并发展机加技术。
还可以达到温故而知新的目的，提高解决实际零件分析的能力。
本次毕业设计所使用的设备是普通机床，是加工箱体类零件的关键设备。
能较好地完成大型零件钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、锪平面、铣平面等切削加工。
本设计还介绍了机床夹具的发展背景和在机械加工中的作用，犁刀变速齿轮箱体定位孔夹具的设计过程，通过对参考文献进详细的分析，阐述了机械夹具的作用及相关内容；在技术路线中，论述了定位方案的最优化选取，夹紧力的计算及螺杆直径的确定，定位精度的分析；犁刀变速齿轮箱体上工艺孔的设置及计算；夹具总图上尺寸，公差及技术要求的标注；工件的加工精度分析。
夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。
用夹具装夹工件可以保证加工精度，降低人工等级，提高劳动生产率和降低加工成本，扩大机床工艺范围。
使用夹具还可以改变或扩大原机床的功能，实现“一机多用”。
例如在机床上使用镗夹具，就可以代替镗床来做镗孔工作，解决缺乏设备的困难。
第二章零件的分析
2.1零件结构的分析
犁刀变速齿轮箱体是旋耕机的一个主要零件。
旋耕机通过该零件的安装平面1—与手扶拖拉机变速箱的后部相连，用两圆柱销定位，四个螺栓固定，实现旋耕机的正确联接
2.2零件的技术要求分析
其材料为HT200。
该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。
该零件上的主要加工面为A面、B面、C面和2一Ф80H7孔。
N面的平面度0.05mm直接影响旋耕机与拖拉机变速箱的接触精度及密封。
2一Ф80H7孔的同轴度Ф0.04mm，与A面的平行度0.07mm，与B面及C面的垂直度Ф0.lmm以及B面相对C面的平行度0.055mm，直接影响犁刀传动轴对A面的平行度及犁刀传动齿轮的啮合精度、左臂壳体及右臂壳体孔轴线的同轴度等。
因此，在加工它们时，最好能在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来。
2--Ф10F9孔的两孔距尺寸精度140±0.05mm以及140±0.05mm对R面的平行度0.06mm，影响旋耕机与变速箱联接时的正确定位，从而影响犁刀传动齿轮与变速箱倒档齿轮的啮合精度。
第三章确定毛坯及其尺寸公差
根据零件材料HT200确定毛坯为铸件。
毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。
又由于箱体零件的内腔及2—Ф80mm的孔需铸出。
故还应安放型芯。
此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。
3.1铸件尺寸公差
铸件尺寸公差分为16级，由于是大量生产，毛坯制造方法采用砂型机器造型，由工艺人员手册查得，铸件尺寸公差等级为CT10级，选取铸件错箱值为1.0mm。
3.2铸件机械加工余量
对成批和大量生产的铸件加工余量由工艺人员手册查得，选取MA为G级，各表面的总余量如表1—2所示。
表1—2各加工表面总余量
加工表面
基本尺寸
（mm）
加工余
量等级
加工余量
数值（mm）
说明
B面
168
G
4
底面，双侧加工（取下行数据）
C面
168
H
5
顶面降1级，双侧加工
A面
168
G
5
侧面，单侧加工（取上行数据）
凸台面
106
G
4
侧面单侧加工
孔2—Ф80
80
H
3
孔降1级，双侧加工
由工艺人员手册可得铸件主要尺寸公差如表1－3所示。
表1—3主要毛坯尺寸及公差（mm）
主要面尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
A面轮廓尺寸
168
—
168
4
A面轮廓尺寸
168
4+5
177
4
A面距孔Ф80中心尺寸
46
5
51
2.8
凸台面距孔Ф80中心尺寸
100+6
4
110
3.6
孔2—Ф80
Ф80
3+3
Ф74
3.2
3.3技术要求
l.毛坯精度等级CT为10级；
2.热处理：
时效处理，180－200HBS;
3.未注铸造圆角为R2－R3，拔模斜度2°；
4.铸件表面应无气孔、缩孔、夹砂等；
5.材料：
HT200。
第四章基准的选择
4.1 定位基准的选择
⒈精基准的选择
犁刀变速齿轮箱体的A面和2—Ф10F9孔既是装配基准，又是设计基准，用它们作精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，实现箱体零件“一面二孔”的典型定位方式；其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。
此外，A面的面积较大，定位比较稳定、夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。
⒉粗基准的选择
考虑到以下几点要求，选择箱体零件的重要孔（2—Ф80mm孔）的毛坯孔与箱体内壁作粗基准：
1.保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；
2.装入箱内的旋转零件（如齿轮、轴套等）与箱体内壁有足够的间隙；
3.能保证定位准确、夹紧可靠；
最先进行机械加工的表面是精基准A面和2—Ф10F9孔，这时可有两种定位夹紧方案：
方案一：
用一浮动圆锥销插入Ф80mm毛坯孔中限制二个自由度；用三
个支承钉支承在与C面相距32mm并平行于C面的毛坯面上，限制三个自由度；再以A面本身找正限制一个自由度。
这种方案适合于大批大量生产类型中，在加工A面及其面上各孔和凸台面及其各孔的自动线上采用随行夹具时用。
方案二：
用一根两头带反锥形（一端的反锥可取下，以便装卸工件）的
心棒插入2—Ф80mm毛坯孔中并夹紧，粗加工A面时，将心棒置于两头的V形架上限制四个自由度，再以A面本身找正限制一个自由度。
这种方案虽要安装一根心棒，但由于下一道工序（钻扩铰2—Ф10F9孔）还要用这根心棒定位，即将心棒置于两头的U形槽中限制两个自由度，故本道工序可不用将心棒卸下，而且这一“随行心棒”比上述随行夹具简单得多。
又因随行工位少，准备心棒数量就少，因而该方案是可行的。
第五章工艺路线的制定
根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下：
A面：
粗铣——精铣；B面和C面：
粗铣——精铣；凸台面：
粗铣；2—Ф80mm孔：
粗镗——精镗；7级～9级精度的未铸出孔：
钻一扩一铰；螺纹孔：
钻孔一攻螺纹。
因B面与C面有较高的平行度要求，2—Ф80mm孔有较高的同轴度要求。
故它们的加工宜采用工序集中的原则，即分别在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来，以保证其位置精度。
根据先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将A面、B面、C面及2—Ф80mm孔的粗加工放在前面，精加工放在后面，每一阶段中又首先加工A面，后再镗2—Ф80mm孔。
B面及C面上的Ф8A8孔及4—M13螺纹孔等次要表面放在最后加工。
初步拟订加工工艺路线如下：
工序号
工序内容
铸造
时效
涂漆
10
粗铣A面
20
钻扩铰2—Ф10F9孔（尺寸留精铰余量）,孔口倒角1×45°
30
粗铣凸台面
40
粗铣B面及C面
50
粗镗孔2—Ф80,孔口倒角1×45°
60
钻孔Ф20
70
精铣A面
80
精铰孔2—Ф10F9
90
精铣B面及C面
100
精镗孔2—Ф80H7
110
扩铰球形孔SФ30H9,钻4—M6螺纹底孔,孔口倒角1×45°,攻螺纹
4—M6
120
钻孔4—Ф13
130
锪平面4—Ф22
140
钻8—M12螺纹底孔,孔口倒角1×45°,钻铰孔2—Ф8A8,孔口倒角
1×45°,攻螺纹8—M12
150
检验
160
入库
上述方案遵循了工艺路线拟订的一般原则，但某些工序有些问题还值得进一步讨论。
如粗铣A面，因工件和夹具的尺寸较大，在卧式车床上加工时，它们的惯性力较大，平衡较困难，又由于A面不是连续的圆环面，车削中出现断续切削，容易引起工艺系统的振动，故改用铣削加工。
工序40应在工序30前完成，使B面和C面在粗加工后有较多的时间进行自然时效，减少工件受力变形和受热变形对2一Ф80mm孔加工精度的影响。
精铣A面后，A面与2一Ф10F9孔的垂直度误差难以通过精铰孔纠正，故对这两孔的加工改为扩铰，并在前面的工序中预留足够的余量。
4一Ф13mm孔尽管是次要表面，但在钻扩铰2—Ф10F9孔时，也将4一Ф13mm孔钻出，可以节约一台钻床和一套专用夹具，能降低生产成本，而且工时也不长。
同理，钻Ф20mm孔工序也应合并到扩铰SФ30H9球形孔工序中。
这组孔在精镗2一Ф80H7孔后加工，容易保证其轴线与2—Ф80H7孔轴线的位置精度。
工序140工步太多，工时太长，考虑到整个生产线的节拍，应将8—M12螺孔的攻螺纹作另一道工序。
修改后的工艺路线如下：
序号
工序内容
简要说明
铸造
时效
消除内应力
涂底漆
防止生锈
10
粗铣A面
先加工基准面
20
钻扩铰2—Ф10F9孔至2—Ф9F9,孔口倒角
留精扩铰余量
1×45°,钻孔4—Ф13
30
粗铣B面及C面
先加工面
40
铣凸台面
50
粗镗孔2—Ф80,孔口倒角1×45°
后加工孔粗加工结束
60
精铣A面
精加工开始
70
精扩铰孔2—Ф10F9至2—Ф10F7（工艺要求）
提高工艺基准精度
80
精铣B面及C面
先加工面
90
精镗孔2—Ф80H7
后加工孔
100
钻孔Ф20,扩铰球形孔SФ30H9,钻4—M6螺纹
次要表面在后面加
底孔,孔口倒角1×45°,攻螺纹4—M6—6H
工
110
锪平面4-Ф22
120
钻8-M12螺纹底孔,孔口倒角1×45°,钻铰孔
2—Ф8A8,孔口倒角1×45°
130
攻螺纹8-M12-6H
工序分散,平衡节拍
140
检验
150
入库
第六章选择加工设备及工艺装备
由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床。
其生产方式为以通用机床加专用夹具为主。
辅以少量专用机床的流水生产线。
工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。
⒈粗铣A面
考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣，选择X52K立式铣床。
选择直径D为Ф200mm的C类可转位面铣刀，专用夹具和游标卡尺。
⒉精铣A面
由于定位基准的转换，宜采用卧铣，选择X62W卧式铣床。
选择与粗铣相同型号的刀具。
采用精铣专用夹具及游标卡尺、刀口形直尺。
⒊铣凸台面
采用立式铣床X52K、莫氏锥柄面铣刀、专用铣夹具、专用检具。
⒋粗铣B及C面
采用卧式双面组合铣床，因切削功率较大，故采用功率为5.5kW的1T×32型铣削头。
选择直径为Ф160mm的C类可转位面铣刀、专用夹具、游标卡尺。
⒌精铣B及C面
采用功率为1.5kW的1TXb20M型铣削头组成的卧式双面组合机床。
精铣刀具类型与粗铣的相同。
采用专用夹具。
⒍粗镗2一Ф80H7
采用卧式双面组合镗床，选择功率为1.5kW的1TA20镗削头。
选择镗通孔的镗刀、专用夹具、游标卡尺。
⒎精镗2—Ф80H7孔
采用卧式双面组合镗床，选择功率为1.5kW的1TA20M镗削头。
选择精镗刀、专用夹具。
⒏工序20（钻扩铰孔2—Ф10F9至2—Ф9F9孔口倒角l×45°，钻孔4一Ф13mm）
选用摇臂钻床Z3025。
选用锥柄麻花钻；锥柄扩孔复合钻，扩孔时倒角；选用锥柄机用铰刀、专用夹具、快换夹头、游标卡尺及塞规。
锪4—Ф22mm平面选用直径为Ф22mm、带可换导柱锥柄平底锪钻，导柱直径为Ф13mm。
⒏工序100
所加工的最大钻孔直径为Ф20mm，扩铰孔直径为Ф30mm。
故仍选用摇臂钻床Z3025。
钻Ф20mm孔选用锥柄麻花钻，扩铰SФ30H9孔用专用刀具，4—M6螺纹底孔用锥柄阶梯麻花钻，攻螺纹采用机用丝锥及丝锥夹头。
采用专用夹具。
Ф20mm、Ф 30mm孔径用游标卡尺测量，4—M6螺孔用螺纹塞规检验，球形孔SФ30H9及尺寸6
mm，用专用量具测量，孔轴线的倾斜30°用专用检具测量。
⒑8—M12螺纹底孔及2—Ф8A8孔
选用摇臂钻床Z3025加工。
8—M12螺纹底孔选用锥柄阶梯麻花钻、选用锥柄复合麻花钻及锥柄机用铰刀加工2—Ф8A8孔。
采用专用夹具。
选用游标卡尺和塞规检查孔径。
11·8—M12螺孔
攻螺纹选用摇臂钻。
采用机用丝锥、丝锥夹头、专用夹具和螺纹塞规
第七章加工工序设计
1.工序10粗铣A面
查有关手册平面加工余量表。
已知A面总余量ZA总为5mm。
故粗加工余量ZA粗＝（5－1.5）mm＝3.5mm。
查教材表3—16平面加工方法，得粗铣加工公差等级为IT11～13，取粗铣的主轴转速为150r/min，又前面已选定铣刀直径D为Ф200mm，故相应切削速度为
粗加工：
vc=πdn／1000m/min=3.14×200×150/1000=94.2m/min
校核机床功率
参考有关资料得：
铣削时的切削功率
Pc=167.9×10-5ap0.9fz0.74aezAkpc
取Z=10个齿，A=
=2.5B/s，ae=168mm，ap=3.5mm，fz=0.2mm/z，kpc=1；将它们代入式中，得Pc=（167.9×10-5×3.50.9×0.2×0.74×168×10×2.5×1）kw=6.62kw
又从机床X52K说明书（主要技术参数）得机床功率为7.5KW，机床传动效率一股取0.75～0.85，若取ηm＝0.85，则机床电动机所需功率PE=PC/ηm=7.79kW＞7.5kW
故重新选择粗加工时的主轴转速为118r／min（低一档速）
vc=πdn／1000m/min=3.14×200×118/1000=74.1m/min
将其代入公式得：
Pc=（167.9×10-5×3.50.9×0.20.74×168×10×1）kW≈5.2kW
PE=Pc/ηm=5.2kW/7.79kW≈6.1kW<7.5kW
故机床功率足够。
2.工序20钻扩铰2—Ф10F9孔至2—Ф9F9，钻4—Ф13mm孔
2—Ф9F9孔扩、铰余量参考有关手册取Z扩=0.9mm，Z铰=0.1mm，由此可算
出Z钻=（4.5-0.9-0.1）mm=3.5mm
4—Ф13mm孔因一次钻出，故其钻削余量为Z钻=6.5mm
各工步的余量和工序尺寸及工差列于表1—4
表1—4各工步余量和工序尺寸及公差（mm）
加工表面
加工方法
余量
公差等级
工序尺寸
2—Ф9F9
钻孔
3.5
—
Ф7
2—Ф9F9
扩孔
0.9（单边）
H10
Ф8.8
Ф2—9F9
铰孔
0.1（单边）
F9
Ф9
4—Ф13
钻孔
6.5
—
Ф13
孔和孔之间的位置尺寸如140±0.05mm，以及140mm、142mm、40mm、4―Ф13mm孔的位置度要求均由钻模保证。
与2―Ф80mm孔轴线相距尺寸66土0.2mm因基准重合，无需换算。
参考Z3025机床技术参数表，取钻孔4—Ф13mm的进给量f＝0.4mm／B，取钻孔2－Фmm的进给量f＝0.3mm／B。
参考有关资料，得钻孔Ф13mm的切削速度vc＝0.445m/s＝26.7m／min，由此算出转速为
n=1000V/πdR/min=654R/min
按机床实际转速取A＝630R/min，则实际切削速度为
vc=πdn／1000m/min≈25.7m/min
同理，参考有关资料得钻孔Φ7mm的V=0.435m/s=26.1m/min,由此算出转速为：
n=1000V/πdR/minR/min=1187R/min
按机床实际转速取A=1000R/min，则实际切削速度为：
vc=πdn／1000m/min≈22m/min
查有关资料得：
Ff=9.81×42.7d0f0.8KF（A）
M=9.81×0.021d0f0.8KM（A·m）
分别求出钻Φ13mm孔的Ff和及钻孔Φ7mm的Ff和M如下：
Ff=9.81×42.7×13×0.40.8×1=2616A
M=9.81×0.021×132×0.40.8×1=16.72A·m
Ff=9.81×42.7×7×0.30.8×1=1119A
M=9.81×0.021×72×0.30.8×1=4A·m
扩孔2—Ф8.8mm，参考有关资料，并参考机床实际进给量，取f=0.3mm/B（因扩的是盲孔，所以进给量取得较小）。
参考有关资料，扩孔切削速度为钻孔时的（
～
），故取扩=0.5×22m/min＝11m/min
由此算出转速398R/min。
按机床实际转速取A=400R/min。
参考有关资料，铰孔的进给量取f=0.3mm/B（因铰的是盲孔，所以进给量取得较小）。
同理，参考有关资料，取铰孔的切削速度为vc=0.3m/s=18m/min。
由此算出转速=636.9R/min。
按机床实际转速取为A=630R/min。
则实际切削速度为
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