皮带轮加工工艺及插键槽专用夹具设计.docx

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皮带轮加工工艺及插键槽专用夹具设计

设计说明书

题目：

皮带轮加工工艺及插键槽（10正负0.018）专用夹具设计

班级：

姓名：

指导教师：

目录

设计任务书

毕业设计说明书正文

前言

一、零件的分析

二、工艺规程设计

（一）确定毛坯的制造形式

（二）基面的选择

（三）制定工艺路线

（四）机械加工余量和工序尺寸以及毛坯尺寸的确定

（五）确定切削用量及基本工时

三、专用夹具设计

（一）设计主旨

（二）夹具设计

四、毕业设计的心得体会

参考文献

设计题目皮带轮加工工艺及插键槽（10正负0.018）

专用夹具设计

（生产纲领5000件）

设计内容：

1、生产纲领5000件/年，工艺装备采用通用机床与通用刀具及专用夹具。

具体任务：

1绘制零件图（A3）

2确定加工工艺路线并进行工序设计，填写工艺文件1套

3绘制毛坯图（A3）；

4绘制插键槽（10正负0.018）夹具装配图（A0）并进行误差分析

5绘制夹具零件图3张；

6编写设计说明书（不少于1万字）。

前言

机械制造工艺学毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。

这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际的训练。

因此，它在我们的大学生活中占有十分重要的地位。

就我个人而言，我希望能通过设计对自己未来从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。

一、零件的分析

（一）零件的作用

皮带轮是回转类零件，主要用于和别的零件进行装配。

所以皮带轮要有一定的配合精度以及表面接触强度，还有要有足够的刚度和耐磨性，以满足使用要求。

（二）零件的工艺分析

该零件是轴类零件，形状不太复杂，尺寸精度要求比较高。

零件的主要技术要求分析如下：

（1）Φ157的外圆和Φ45的内孔,都有很高的尺寸精度要求,主要是为了和其装配件很好的装配。

（2）在Φ45的内孔插键槽有一定的对称度要求。

（3）在Φ157的外圆上车V形带,要注意他们的相互位置。

二、工艺规程设计

（一）确定毛坯的制造形式

零件的材料为HT200.考虑到皮带轮在工作过程中会受到一定的载荷,因此选择铸件,以使金属纤维不被切断,保证零件工作可靠.由于零件年产量为5000件,已达到大批生产的水平.而且零件的轮廓尺寸不大,故可采用铸造成型,这对于提高生产率,保证加工质量也是有利的。

（二）基面的选择

基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。

基面选择的正确、合理，可以保证加工质量，提高生产效率。

否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。

1.粗基准的选择

对于一般的轴类零件而言，以外圆作为基准是完全合理的。

按照有关粗基准的选择原则（即当零件又不加工表面时，应以这些不加工的表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准），现在应为都要加工就要结合加工工艺来确定粗基准，现取Φ157的外圆作为粗基准，利用三爪卡盘装夹。

利用不完全定位来加工工件。

2.精基准的选择

精基准的选择主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。

（三）工艺路线的制定

制定工艺路线的相互发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度要求等技术能得到合理的保证.在生产纲领已确定为大批生产的条件下,可以采用万能机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率.除此以外,还应考虑经济效益,以便降低生产成本。

1.工艺路线方案一:

工序1:

车端面,打中心孔,车Φ157的外圆表面，倒角。

工序2:

调头车另一端面,打中心孔,工序3:

修研两端中心孔。

工序4:

钻中心孔。

工序5:

扩中心孔。

工序6：

铰中心孔

工序7:

插键槽。

工序8:

粗精车V形带。

工序9：

终检。

工序10：

入库。

2.工艺路线方案二：

工序1：

铣端面，打中心孔。

工序2：

掉头铣另一端面，打中心孔。

工序3：

车Φ157的外圆，掉头车Φ157的外圆。

工序5：

钻中心孔、中心孔、铰中心孔。

工序6:

插键槽。

工序8:

粗精车V形带。

工序9：

终检。

工序10：

入库.

3.工艺方案的比较与分析

上述两个工艺方案的特点在于：

方案一是在车床上用三爪卡盘装夹，车一端面在打中细孔，然后用顶尖顶住来车外圆再掉头加工另一端，以此为基准来完成后面的工序。

方案二则与之不同，是先铣削好两个端面，打中心孔，以此为基准来加工余下的工序。

经比较可见，先加工好一端面和它所在端的外圆，以此为基准来加工后面的工序，这是的位置和尺寸精度较易保证，并且定位也较方便。

在加工螺纹和铣凹槽的时候，方案一中的工序6、7、8，虽然只是在加工的先后顺序不同，这样的话可能会造成钻孔时的让刀。

故决定将方案二中的工序5、6、7移入方案一。

具体工艺过程如下：

工序1:

车端面,打中心孔,车Φ157的外圆表面，倒角。

工序2:

调头车另一端面,打中心孔,工序3:

修研两端中心孔。

工序4:

钻中心孔。

工序5:

扩中心孔。

工序6：

铰中心孔

工序7:

插键槽。

工序8:

粗精车V形带。

工序9：

终检。

工序10：

入库。

以上方案大致看来还是合理的。

但通过仔细考虑零件的技术要求以及可能的加工手段之后，发现仍有问题，因此，最后的加工路线确定如下：

工序1:

车端面,打中心孔,车Φ157的外圆表面，倒角。

工序2:

调头车另一端面,打中心孔,工序3:

修研两端中心孔。

工序4:

钻中心孔。

工序5:

扩中心孔。

工序6：

铰中心孔

工序7:

插键槽。

工序8:

粗精车V形带。

工序9：

终检。

工序10：

入库。

以上工艺过程详见附表机械加工工艺过程卡片和附表机械加工工序卡片。

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“皮带轮”零件材料为HT200，生产类型为大批生产，可采用在锻锤上合模铸造毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定个加工表面的机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1.外圆表面（Φ157）

查《机械制造工艺设计简明手册》（以下简称《工艺手册》）表2.2-14，其中铸件重量为4kg，铸件复杂形状系数为S1，铸件材质系数取M1，铸件轮廓尺寸（直径方向）＞180～315mm，其余量值规定为1.7～2.2mm，现取2.0mm。

2.外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差

查《工艺手册》表2.2-25，其中铸件重量为4kg，铸件复杂形状系数为S1，铸件材质系数取M1，铸件轮廓尺寸（直径方向）＞120～180mm，故长度方向偏差为（+1.2；-0.6）mm.

长度方向的余量查《工艺手册》表2.2-25，其余量值规定为1.7～2.2mm,现取2.0mm。

（五）确定切削用量及基本工时

工序1：

车端面,打中心孔,车Φ157的外圆表面，倒角。

本工序采用计算法确定切削用量。

1.加工条件

工件材料：

HT200，正火，铸造。

加工要求：

粗车Φ157端面及Φ157的外圆，Φ157的端面和外圆表面的粗糙度值为R12.5。

机床：

CA6140卧式车床。

刀具：

刀片材料为YT15，刀杆尺寸为16mmX25mm,kr=90°,γo=15°,αo=8°,rε=0.5mm

2.切削用量计算

（1）车Φ157端面。

1）确定端面最大加工余量：

已知毛坯长度方向的加工余量为2+1.2考虑7°的铸造拔模斜度，则毛坯长度方向的最大加工余量Zmax=7mm,故实际端面余量可按Zmax=7mm考虑，分三次加工，ap=3mm计。

2）确定进给量f:

根据《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》表2-19，当刀杆尺寸为16mmX25mm,ap≦3mm，以及工件直径为Φ81mm时

F=0.5～0.7mm/r

按CA6140车床说明书取f=0.51mm/r（参见表3-9）

3）计算切削速度：

按《切削用量简明手册》（第三版）（以下简称《切削手册》）表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）。

vc=（Cv*kv）/（Tm*apxv*fyv）

式中，Cv=242,xv=0.15,yv=0.35,m=0.2。

kv见《切削手册》表１.２８，即

　　kMv=1.44,ksv=0.8,kkv=1.04,kkrv=0.81,kBv=0.97

所以vc=（242X1.44X0.8X1.04X0.81X0.97）/（600.2X30.15X0.510.35）m/min=108.8m/min

4）确定机床主轴转速：

ns=1000vc/πdw=1000X108.6/πX81=427r/min

按机床说明书，与427r/min相近的机床转速为400r/min及450r/min。

现选取450r/min。

所以实际切削速度v=114.45r/min。

5）计算切削工时：

按《工艺手册》表6.2-1，取

l=40.5mm,l1=2mm,l2=0,l3=0

tm=（l+l1+l2+l3）*i/nf=3X（40.5+2）/450X0.51=0.556min

（2）车Φ157外圆，同时应校验机床功率及进给机构强度。

1）被吃刀量：

单边余量Z=2mm，可一次切除。

2）进给量：

根据《切削手册》表1.4，选用f=0.5mm/r。

3）计算切削速度：

见《切削手册》表1.27

vc=（Cv*kv）/（Tm*apxv*fyv）

=（242X1.44X0.8X0.81X0.97）/（600.2X20.15X0.510.35）

=110.17m/min

4）确定主轴转速：

ns=1000vc/πdw

=1000X110.17/πX81

=433.16r/min

按机床选取n=450r/min。

所以实际切削速度为

V=πdn/1000=πX81X450/1000m/min=114.45m/min

5）检验机床功率：

主切削力Fc按《切削手册》表1.29所示工时计算

Fc=Capfvk

式中，C=2795，x=1.0,y=0.75,n=-0.15

k=（σb/650）=（600/650）0.75=0.94,k=0.89

所以

Fc=2795X2X0.50.75X114.45-0.15X0.94X0.89N=1318.9N

切削是消耗功率Pc为

Pc=Fc*vc/6X104

=1318.9X114.45/6X104kW

=3.175kW

由CA6140机床说明书可知，CA6140主电动机功率为7.8kW,当主轴转速为450r/min时，主轴传递的最大功率为4.5kW，所以机床功率足够，可以正常加工。

6）校验机床进给系统强度：

已知主切削力Fc=1318.9N，径向切削力Fp按,《切削手册》表1.29所示公式计算

Fp=Capfvk

式中，C=1940，x=0.9,y=0.6n=-0.3

k=（σb/650）=（600/650）1.35=0.897,k=0.5

所以，

Fp=1940X20.9X0.50.6X114.45-0.3X0.897X0.5N=258.4N

而轴向切削力Ff=Capfvk

式中，C=2880，x=1.0,y=0.5,n=-0.4

k=（σb/650）=（600/650）1=0.923,k=1.17

于是轴向切削力

Ff=2880X2X0.50.5X114.45-0.4X0.923X1.17N=601.7N

取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数μ=0.1，则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为

F=Ff+μ（Fc+Fp）

=601.7+0.1X（1318.9+258.4）N

=759.43N

而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为3530N（见《切削手册》表1.30），故机床进给系统可正常工作。

7）切削工时：

t=（l+l1+l2）/nf

式中，l=42,l1=4,l2=0,

所以

t=（l+l1+l2）/nf=（42+4+0）/450X0.5min=0.205min

不难看出,以后在CA6140车床上加工此皮带轮.只要在主轴转速不变、进给量f≦0.5mm和被吃刀量ap≦3mm的情况下,机床进给系统都可正常工作、电机功率都足够.

工序2：

车调头车另一端面,打中心孔,车Φ157和Φ40的外圆，倒角。

1.加工条件

加工要求：

粗车Φ157及Φ157和Φ40的外圆，Φ40的外端面和外圆表面的粗糙度值为R12.5而Φ157外圆面的粗糙度值为R3.2

机床：

CA6140卧式车床。

刀具：

刀片材料为YT15，刀杆尺寸为16mmX25mm,kr=90°,γo=15°,αo=8°,rε=0.5mm

2.切削用量计算

（1）车Φ157端面。

1）确定端面最大加工余量：

已知毛坯长度方向的加工余量为2+1.2考虑7°的铸造拔模斜度，则毛坯长度方向的最大加工余量Zmax=5.9mm,故实际端面余量可按Zmax=5.9mm考虑，分三次加工，ap=3mm计。

2）确定进给量f:

选用和工序1车端面相同的进给量即f=0.51mm/r

3）计算切削速度:

选用和工序1相同的主轴转速即n=450r/min,故实际速度为:

V=πdn/1000=πX39X450/1000m/min

=55.1m/min

4）计算切削工时：

按《工艺手册》表6.2-1，取

l=19.5mm,l1=2mm,l2=0,l3=0

tm=（l+l1+l2+l3）*i/nf

=2X（19.5+2）/450X0.51=0.188min

（2）车Φ40外圆.

1）确定加工余量:

Δl=（81-40）/2=20.5

2）确定进给量f:

选用和工序1车外圆相同的进给量即f=0.5mm/r

3）计算切削速度:

选用和工序1相同的主轴转速即n=450r/min,故实际速度为:

V=πdn/1000=πX81X450/1000m/min

=114.45m/min

4）计算切削工时：

按《工艺手册》表6.2-1，取

l=（81-40）/2=20.5mm,l1=2mm,l2=0,l3=0

tm=（l+l1+l2+l3）*i/nf

=2X（20.5+2）/450X0.51=0.196min

（3）车Φ157的外圆面,同时应校验机床功率及进给机构强度。

1）被吃刀量：

单边余量Z=1.8mm，可一次切除。

2）进给量：

选用和工序1车外圆相同的进给量即f=0.5mm/r。

3）确定主轴转速：

选用和工序1相同的主轴转速即n=450r/min

4）计算切削速度：

V=πdn/1000

=πX39X450/1000m/min=55.1m/min

5）切削工时：

t=（l+l1+l2）/nf

式中，l=85,l1=4,l2=0,

所以

t=（l+l1+l2）/nf

=（85+4+0）/450X0.5min=0.396min

工序3:

修研两端中心孔。

工序4:

半精车Φ157的外圆表面并切槽,同时应校验机床功率及进给机构强度。

（1）半精车Φ157的外圆表面

1）被吃刀量：

单边余量Z=0.19mm，可一次切除。

2）进给量：

选用和工序1车外圆相同的进给量即f=0.5mm/r。

3）确定主轴转速：

选用和工序1相同的主轴转速即n=450r/min

4）计算切削速度：

V=πdn/1000

=πX35.4X450/1000m/min=50m/min

5）切削工时：

t=（l+l1+l2）/nf

式中，l=85,l1=4,l2=0,

所以

t=（l+l1+l2）/nf

=（85+4+0）/450X0.5min=0.396min

（2）切1.7XΦ33的槽

1）被吃刀量：

单边余量Z=1.01mm，可一次切除。

2）进给量：

选用和工序1车外圆相同的进给量即f=0.5mm/r。

3）确定主轴转速：

选用和工序1相同的主轴转速即n=450r/min

4）计算切削速度：

V=πdn/1000

=πX35.02X450/1000m/min=49.48m/min

5）切削工时：

t=（l+l1+l2）/nf

式中，l=1,l1=11,l2=0,

所以

t=（l+l1+l2）/nf

=（1+11+0）/450X0.5min=0.054min

工序5:

铣90度的槽。

f=0.08/齿（参考《切削手册》表3-3）

切削速度：

参考有关手册，确定V=0.45mm/s,即27m/min.

采用高速钢镶齿三面刃铣刀，d=225mm,齿数z=20。

则

n=1000v/πdw

=1000X27/πX225=38r/min

现选用X63卧式铣床，根据机床使用说明书，取n=37.5r/min,故实际切削速度为

V=πdn/1000

=πX225X37.5/1000m/min=26.5m/min

当n=37.5r/min时，工作台的每分钟进给量f应为

f=fzn=0.08X20X37.5mm/min=60mm/min

查机床说明书，刚好有f=60mm/min，故直接选用该值。

切削工时：

由于所铣的槽表面光洁度不高，粗糙度值为R12.5，故只要粗铣就能达到要求。

铣刀的行程为l+l1+l2=90。

因此，机动工时为

tm=（l+l1+l2）/f=90/60min=1.5min

三、专用夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。

经过与指导老师协商，决定设计工序——插键槽的插床夹具。

本夹具将用于立式插床。

（一）设计主题

本夹具主要用来插键槽，加工到工序时，后面的工序与本工序并没有多大的技术要求。

因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高生产率，降低劳动强度，而精度则不是主要的问题。

（二）夹具设计

1.定位基准的选择

有零件图可知，所插键槽，为了使定位误差为零、所设计的夹具机构简单，这里就选用皮带轮轴线为定位基准。

为了提高加工效率，缩短装卸工件的时间，采用带孔的盖板来夹紧工件。

2.切削力及夹紧力的计算

F=Cafaz/dn

式中，C=650,a=3.1,x=1.0,f=0.08mm,y=0.72,a=40mm（在加工面上测量的近似值）

n=0.86,d=225mm,q=0.86,w=0,z=20,

所以

F=650X3.1X0.08X40X20/225N=1456N

由于只用一把铣刀，F=F=1456N

水平分力：

F=F=1601.6N

垂直分力：

F=F=436.8N

在计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数K=K1K2K3K4。

式中，K1——基本安全系数，K1=1.5；

K2——加工性质系数，K2=1.1；

K3——刀具钝化系数，K3=1.1；

K4——断续且需系数，K4=1.1。

3.定位误差分析

由于铣90°槽是在轴的外圆加工之后就加工的，所以它在外圆的任何地方铣都行只要保证两个面成90°以及规定的尺寸就行，利用V型块定位。

因为定位基准和工序基准都位皮带轮的轴线，所以基准重合。

V型块具有对中性，所以基本位移误差位零。

4.夹具设计及操作的简要说明

如前所述，在设计夹具时，为了提高劳动生产率，应着眼于缩短辅助时间，故选用带孔的盖板来夹紧工件，用螺钉固紧。

由于本工序所加工的表面质量不太搞，只要粗铣就行了。

夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件加工之前与塞规配合使用很好地对刀；同事，夹具体有一个表面成一定的角度。

为的就是很方便的加工出所需的槽；同时，夹具体底面上的一对定位槽可是整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。

插床夹具的装配图

四、设计心得体会

紧张而辛苦的课程设计结束了。

当我快要完成老师下给我的任务的时候，我仿佛经过一次翻山越岭，登上了高山之巅，顿感心旷神怡，眼前豁然开朗。

毕业设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会、从事职业工作前一个必不可少的过程。

“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。

我今天认真地进行课程设计，学会脚踏实地地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

说实话，毕业设计真是很累人。

然而，当我一着手清理自己的设计成果，仔细回味这一周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使我倦意顿消。

虽然这是我刚学会走完的第一步，是我人生中的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟了许多，令我有了一种“春眠方觉晓”的感悟。

通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须有耐心、细致。

课程设计过程中，许多计算优势不免令我感到心烦意乱；有两次因为不小心我计算出错，只能毫不情愿地重来。

但一想起老师平时对我们耐心教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上应为某些细小失误而出现的令人无比震惊的事故，我不禁时刻提醒自己，一定要养成一种高度负责、一丝不苟的良好习惯。

这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。

做完毕业设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的贫乏，自己综合应用所学专业知识的能力是如此不足，几年来学习了这么多的课程，今天才知道自己并不会用。

想到这里，我真的有点心急了。

老师却对我说，这说明课程设计确实使你有收获了。

老师的亲切勉励像春雨注入我的心田，使我更加自信了。

最后，我要衷心地感谢老师。

是您的严厉批评唤醒了我，是您的敬业精神感动了我，是您的谆谆教诲启发了我，是您的殷切期望鼓舞了我。

我感谢老师您今天又为我增添了一副坚硬的翅膀。

五、参考文献

1、吴拓、方琼珊编.机械制造工艺与机床夹具课程设计指导.北京:

机械工业出版社,2005.11（2007.9重印）

2、李益明主编.机械制造工艺设计简明手册.北京:

机械工艺出版社,1994

3、艾兴、肖诗刚主编.切削用量简明手册.北京:

机械工艺出版社,1994

4、哈尔滨工业大学、上海工业大学主编.机床夹具设计.上海:

上海科学技术出版社，1983

5、李洪主编.机械加工工艺手册.北京:

北京出版社,1990

6、王绍俊主编.机械制造工艺设计手册.北京:

机械工业出版社,1987

7、刘红普、张晓妍主编。

机械加工技术。

北京：

中国人民大学出版社，2009