特别优秀本科毕业论文经典范文齿轮座零件机械加工工艺及夹具设计剖析.docx
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特别优秀本科毕业论文经典范文齿轮座零件机械加工工艺及夹具设计剖析
日摘要
随着经济的发展，人类文明的进步，现代机械加工生产将进一步代替手工业生产，解放劳动生产力，提高生产效率。
因此，机械零件的加工设计尤为重要。
齿轮座在机械中应用广泛，其加工、设计涉及到零件的初步设计，图样的分析，加工工艺方案的拟定与采用，加工基准的选择，加工工序的安排，专用夹具的设计等。
通过对本课题设计的完成，应掌握机械制造工艺和机床夹具设计的基本理论，具有编制中等复杂机械加工工艺规程及设计机床夹具的能力，具有熟悉查阅相关资料的能力，具有分析并解决一般性工艺问题的能力，以此达到培养学生的实战实力。
关键词：
机械设计；工艺；工序；夹具
Abstract
Witheconomicdevelopment,theprogressofhumancivilization,modernmachiningproductionwillfurtherinsteadofhandicraftproduction,theliberationoflaborproductivity,improveproductionefficiency.Therefore,themechanicalpartsoftheprocessdesignisparticularlyimportant.Gearhousingiswidelyappliedinmachinery,itsprocessing,designinvolvestheanalysisofthepreliminarydesignofparts,drawings,anddevelopprocessingprogramanduse,processingbenchmarkofchoice,arrangemachiningoperations,dedicatedfixturedesign.Bythecompletionofthisprojectdesignshouldmasterthebasictheoryofmachineryandmachinetoolfixturedesignmanufacturingprocesses,withacapacitytoproducemoderatelycomplexmachiningprocessplanninganddesignofjigsandfixtures,withtheabilitytoaccessrelevantinformationarefamiliarwiththegeneralprocessofanalyzingandsolvingcapacityissues,inordertocultivatethestudents'actualstrength.
Keywords:
mechanicaldesign;process;process;fixture
目录
第一章绪论5
1.1设计内容及意义5
1.2国内外相关研究5
1.3课题知识5
1.4夹具设计5
第二章工艺规程6
2.1工艺分析6
2.1.1零件的作用6
2.1.2零件的工艺分析6
2.1.3生产纲要7
2.2毛坯的选择7
2.2.1选择毛坯种类7
2.2.2确定毛坯尺寸及机械加工余量7
2.2.3绘制毛坯图8
2.3制定工艺路线8
2.3.1定位基准的选择8
2.3.2加工阶段的划分8
2.3.3工序的集中与分散9
2.3.4工序的安排9
2.3.5拟订工艺路线9
2.3.6加工设备及工艺装配11
2.3.7工序尺寸的确定11
2.3.8切削用量及基本工时12
第三章钻孔夹具设计15
3.1问题的提出15
3.2定位基准的选取15
3.3确定夹紧机构16
3.4绘制夹具装配图16
3.5切削力和夹紧力的计算17
3.6定位误差分析17
3.7夹具操作说明18
第四章总结19
参考文献19
致谢19
第一章绪论
1.1设计内容及意义
●任何一台机械产品都是由轴、齿轮、连杆、箱体等零部件组成，不同的零部件可有不同的材料加工制成毛坯，再经机械加工达到图样设计要求，然后经过整装，满足产品的性能要求，成为机械产品。
各机械零件的尺寸、形状相差各异，可它们在制造工艺过程存在一定的共性。
●该课题以齿轮座的机械加工工艺及夹具设计为例，设计内容包括金属工艺学、互换性测量、机械设计基础、工程力学、金属切削原理、金属切削机床等课程的基本理论和知识。
●意义在于提高学生的综合性应用知识的能力，提供爱动手实践能力。
能够分析解决中等机械工艺问题的能力，培养创新意识，进一步掌握机械设计、加工的基本理论知识和生产工艺过程。
1.2国内外相关研究
机械制造工业是国民经济重要的部门之一，是一个国家和地区的支柱产业，其发展水平是国家或区域竞技水平、科技水平、生活水平和综合实力的标志。
当前，随着科学技术的发展，特别是微电子技术，计算技术的进步，使机械制造业焕发一新，无论是从加工自动化方面还是生产组织，制造精度和加工工艺方法方面都有了令人惊骇的变化。
我国的机械制造在不断地蓬勃发展，一个自立的机械工业体系已基本形成。
但与发达国家相比之下，工业水平有阶段性的差距。
中国的制造业任重而道远，为了赶上发达国家的机械水平，必须不断地开拓进取。
1.3课题知识
机械制造工艺与夹具是以机械制造中的工艺和工装设计问题为研究对象的一门应用性科学。
所谓的工艺是将原材料、半成品变成成品的加工过程；机械制造工艺是各种机械加工方法和加工过程的总称。
在实践生产中，通过大量使用先进设备和专用夹具，提高生产效率、减低生产难度和提高自动化生产是、程度，进行单一或大批量生产，以“规模经济”实现降低生产成本和提高产品质量。
从20世纪80年代，较多的采用数控机床、机器人、柔性制造系统和集成化制造技术来达到产品的个性化和多样化，以满足人类的生活不同需求，现代的机械产品是精度高、质量好、生产周期短、更新快等特点。
1.4夹具设计
夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械加工过程。
在机床中夹具是一种附加装置，是为了满足生产产品的需求，提高生产效率降低生产成本，保证产品的质量精度，扩大机床的加工适应范围，改善工人劳动强度。
夹具可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具等。
本课题夹具设计为专用机床夹具，其有定位元件、夹紧元件、导向元件、夹具体、其他装置组成。
第二章工艺规程
2.1工艺分析
2.1.1零件的作用
该零件为食品包装机械中常用的齿轮座零件，其作用是将机器和部件中的齿轮有机的联成一整体，支撑齿轮并使之保持正确的相对位置，彼此协调工作，以传递动力和改变速度，完成机械预期设定的功能。
因此，齿轮座的加工质量直接影响齿轮的使用寿命和产品加工的质量。
齿轮座零件如图2.1所示。
图2.1齿轮座零件.
2.1.2零件的工艺分析
该零件为齿轮座零件，结构形状、尺寸精度和位置精度要求一般，零件的主要工艺分析如下：
a.零件底面相对于内圆孔轴心A的垂直度要求为0.02，加工过程中必须严格按照定位基准原则要求以保证该项技术要求。
b.对内圆孔Φ100的内圆孔加工精度为IT7级，加工精度一般，只要达到加工要求即可，其内圆表面粗糙度值要求为Ra1.6，必须精加工完成，确保心轴的基准性。
c.底板孔4×Φ20加工要求一般，而上表面孔4×Φ20H7尺寸大小相同，加工要求精度为IT7级，为保证组配时的精度要求。
d.底板孔2×Φ30H7，加工精度要为IT7级，也是为保证零件在装配式的装配精度要求。
e.上表面及内圆孔Φ100相接的表面去除材料粗糙度要求Ra3.2，为确保该项加工精度要求，需要夹具装夹的要求较高。
2.1.3生产纲要
生产纲要是设计或修改工艺规程的重要依据，是生产单位设计的基本文件。
在计划期间内，应当生产产品的数量和进度计划称为生产纲领。
以生产纲领的计算确定该产品生产类型，生产类型可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型。
以年产量纲领为据
N=Qn（1+α+β﹚
式中，N——零件的生产纲领，件/年
Q——产品的年产量，台/年
n——每台产品中该零件的数量，年/台
α——备品率，一般取2%～4%
β——废品率，一般取0.3%～0.7%
拟定本零件的生产要求，Q=10000台，n=1件/台，分别取α=3%，β=00.5%，将数据代入公式中计算得N=10351件/年，可确定该零件生产类型为大批量生产。
2.2毛坯的选择
2.2.1选择毛坯种类
毛坯的种类有铸件、锻件、型材、焊接件、冷冲压件，因该齿轮座零件形状较为复杂，采用铸件的零件毛坯，铸件材料选用HT200牌号的灰铸铁，其优点是容易制造形状复杂的零件，成本低，抗震性及切削性能均好。
2.2.2确定毛坯尺寸及机械加工余量
为实现少切屑、无切屑加工，铸件毛坯尺寸应尽可能的与实件尺寸相符合。
由于受毛坯制造技术的限制无法叨叨零件质量精度的要求，固在制造毛坯时需要留有加工余量，以便通过机械加工毛坯达到产品质量要求。
表2.2毛坯尺寸及公差mm
主要面尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
Φ100内圆
100
4
96
40厚
40
2
42
20厚
20
2
22
2.2.3绘制毛坯图
图2.2齿轮座毛坯图
2.3制定工艺路线
2.3.1定位基准的选择
在加工中以确定工件在机床或加剧上的正确位置的基准称为定位基准。
从保证工件加工精度要求出发，应选用精基准，在选粗基准。
a.精基准，为确保主要加工表面加工余量均匀，同时定位基面应形状简单、加工方便、定位夹紧可靠，据对零件的分析选取精基准选择与设计基准重合即以Φ100的孔中心轴为精基准。
b.粗基准，选择粗基准主要考虑各加工面加工余量的分配和加工面与非加工面之间的相对位置关系，据对零件的分析选取底面为加工粗基准。
粗基准只在头道工序中使用一次尽量避免重复使用。
2.3.2加工阶段的划分
为保证加工余量，合理使用设备，及早发现毛坯的缺陷，该零件的加工阶段根据加工要求可划分为：
第一阶段毛坯的预期理，毛坯在进入机械加工阶段之前需进行毛坯的失效处理，因铸件毛坯存在一定的铸造缺陷，其毛坯内部存在残余应力，还需修正毛坯外形。
第二阶段毛坯的粗加工，去除毛坯材料商的大部分加工余量。
在进入半精或精加工之前需确定粗定位基准，加工出底面作为下一加工的加工定位基准，确保工件的加工技术要求。
此外，在这一阶段其它表面应尽量完成粗加工处理。
第三阶段底板孔和上表孔加工，底面孔4×Φ20加工要求一般，需要设计使用专用钻孔夹具，以保证孔的位置精度和提高生产效率。
第四阶段半精加工，为主要表面的精加工做准备。
据图2.1齿轮座零件对内孔Φ100的加工技术要求较高，为达到该精度要求必须进行半精车。
最后阶段是主要表面的精加工，使主要表面加工质量达到设计要求，同时完成精基准的修正等工序，以便定位基准的可靠与准确。
2.3.3工序的集中与分散
a.工序集中，将工件和加工内容集中在少数几道工序中完成，在每道工序中的加工内容较多。
比如在该齿轮座的机械加工工程中可在同道工序中对底面孔4×Φ20和底板孔2×Φ30H7进行加工。
其特点是：
①可采用专用生产设备，生产率高；
②可在一道工序中对工件进行多项加工，减少安装次数；
③减少机床的使用数量；
④经济效益好，生产成本低，操作生产人员少。
c.工序分散，与工序集中相对，在一道工序中加工内容较少，将工件的加工内容分散在多道工序中加工。
其特点是：
1工艺性简单，加工方便；
2对生产操作技术要求不高；
3所需机床设备多，安装次数多。
2.3.4工序的安排
⑴机械加工顺序，遵行“基面先行”原则，对基准面底面及上外圆面R60进行先行加工，作为基准面；遵行“先粗后精”原则，先对毛坯零件进行粗加工去除大部分加工余量，为后面的精加工做准备；遵行“先主后次”原则，主要表面内圆Φ100和上表侧面应先行加工，再对其它次要表面进行加工；遵行“先面后孔”原则，在对底面孔4×Φ20和底板孔2×Φ30H7还有上表侧孔4×Φ20H7加工之前，应先对底面、内圆面及上表侧面先行加工，因为以面做为孔的定位基准确保定位基准的准确性，以保证加工工序之间互不影响，保证工件加工质量。
⑵热处理工序，该零件毛坯为铸件，需在机械加工前进行正火处理或时效处理来消除铸造时毛坯内部的残余应力。
⑶辅助工序，铸件毛坯有很多缺陷，尤其是对复杂形状零件，需对毛坯进行去毛刺、清理、终检等辅助工序。
2.3.5拟订工艺路线
为确保零件在经过一系列的机械加工后到达图纸零件的几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求等，必须制定一个合理完整的工艺线路方案。
由于确定的生产纲领是大批量生产，因此采用机床专用夹具、工具、量具等，并考虑到加工工序的集中性，减少机床和工作人员的安排数量，以调高生产效率降低生产成本。
工艺路线一：
铸造，时效处理
工序1：
粗铣底面和上端侧面
工序2：
粗车内圆Φ100
工序3：
去毛刺
工序4：
半精铣上端侧面
工序5：
精车内圆Φ100
工序6：
检测
工序7：
钻孔
工序8：
倒角
工序9：
去毛刺、清理
工序10：
总检
工艺路线二：
铸造，时效处理
工序1：
粗铣底面和上端侧面
工序2：
半精铣上端侧面
工序3：
去毛刺
工序4：
粗车内圆Φ100
工序5：
精车内圆Φ100
工序6：
检测
工序7：
钻孔
工序8：
倒角
工序9：
去毛刺、清理
工序10：
总检
两个工艺方案中不同之处在工序4与工序2位置的交换，其它的工序都一样。
这两道工序是为了获得面的切削加工。
方案一是严格遵行“先粗后精”的原则，先对面进行粗加工后再精加工；方案二是在对一道工序中尽量完成一个面的完整加工，在粗加工面时，紧接着它的（半）精加工。
相比两个方案都可以达到加工面的表面精度要求，突出点在于方案二在不失加工原则下，减少对工件的装夹次数，节约了加工工时，且到达加工技术要求。
此外，选择方案是还需考虑工厂的具体生产条件等因素。
如机床设备、夹具、工具、量具等，本次设计方案参考方案二并综合考虑其他因素，具体加工方案工序如下所示：
毛坯为砂型铸件，清理后需对毛坯时效处理，以消除内应力提高加工切削性能，在毛坯车间，应认真检查是否满足技术加工要求再送入机械加工车间进行加工。
毛坯铸件，时效
工序1：
粗铣底面和上端侧面
工序2：
半精铣上端侧面至达到表面精度要求Ra3.2
工序3：
钳工去毛刺
工序4：
专用夹具，粗车内圆Φ100
工序5：
精车内圆Φ100
工序6：
检测
工序7：
专用夹具，钻底板孔和上端面孔
工序8：
倒角
工序9：
钳工去毛刺、清理
工序10：
总检入库
根据此工序安排，制定出机械加工工艺过程卡及工序卡。
见附表机械工艺加工过程卡，附表机械加工工艺卡。
2.3.6加工设备及工艺装配
a.机床的选择
依据查阅的参考资料，选择各项工序所用的机床列下：
⑴铣底面及上端侧面，选用铣床X51，专用夹具和游标卡尺。
⑵车Φ100H7内圆，选用CA6163卧式车床，V型块装夹和内径千分尺。
⑶钻孔4×Φ20H7，2×Φ30H7，4×Φ20，选用Z525钻床，钻孔专用夹具和内径千分尺。
b.夹具的选择
本零件的生产类型是大批量生产，为提高生产效率，所用的机床夹具应都为专用夹具。
c.刀具的选择
查阅相关资料，选择各加工工序的刀具如下：
⑴车刀，选择刀片材料为YG6、刀杆尺寸为16mm×25mm的高速钢车刀。
⑵铣刀，选用刀具材料为高速工具钢直径Φ60的直柄立铣刀。
⑶钻Φ20孔选用高速钢麻花钻钻头，d=Φ20mm,钻Φ30孔选用高速钢麻花钻钻头,d=Φ30mm
⑷倒角，选用75°外圆车刀
d.量具的选择
量具主要是根据生产类型和检验精度来选择。
在单件小批量生产中采用通用量具即可，而大批量生产中益采用专用量具以提高检测速度。
根据零件的尺寸、形状、精度要求量具可选：
⑴加工面的量具用分度值为0.02mm的游标卡尺
⑵选择孔的量具，因加工的孔精度都为IT7，选用1-50mm的内径千分尺即可满足检测的技术要求
2.3.7工序尺寸的确定
⑴底面尺寸40厚及Φ250跟Φ120的环型腔
毛培尺寸为40mm,毛培余量为2mm,粗加工一次走刀完成底面加工，型腔有粗铣自动走刀完成，查阅资料得出工序尺寸和加工余量。
粗铣40mmz=0mm
粗铣6mmz=1mm
半精铣5mm
⑵上端侧面20厚及型腔10厚
毛坯尺寸为22mm,毛坯余量为2mm，粗加工一次走刀完成，型腔毛坯尺寸为10，毛坯余量为10mm,粗铣加工余量为1mm,查阅资料得出工序尺寸和加工余量。
粗铣20mm
粗铣11mmz=1mm
精铣10mm
⑶内圆Φ100H7
毛坯尺寸为Φ96mm,毛坯余量为4mm,粗车余量为单侧余量为0.5mm，查阅资料得出工序尺寸和加工余量。
粗车Φ99mm2z=1mm
精车Φ100mm
⑷孔Φ20和孔Φ30
底板孔Φ20与孔Φ30的加工长度为40mm，钻孔余量为4mm，毛坯为实心，冲出为通孔；上端侧孔Φ20的加工长度为20mm，钻孔余量为4mm，毛坯为实心，冲出为通孔。
孔内加工精度要求不高，查阅资料得出工序尺寸和加工余量。
钻Φ16mm2z=4mm
镗Φ20mm
钻Φ26mm2z=4mm
2.3.8切削用量及基本工时
工序1粗铣底面和上端侧面
a.加工条件
机床：
铣床X51
刀具：
高速工具钢直径Φ60的直柄立铣刀
ap=2㎜,d0=60mm,v=125r/min,z=4
b.计算切削用量
（1）粗铣底面
1确定背吃刀量，因加工余量不大，一次走刀可完成铣削
ap=2㎜
确定每次进给量及切削速度
根据X51型铣床说明书，其功率为7.5kw,中等系统刚度。
根据查阅文献得出ƒz=0.2㎜/齿,则
ns=
按机床标准选取nw=700r/min
当nw=700r/min时
ƒw=ƒzznw=0.2×4×700=560mm/r
按机床标准取ƒw=600mm/r
计算工时
切削工时：
ɭ=410mm,ɭ1=2mm,ɭ2=300mm,则机动工时为
tm=
（2）粗铣上端侧面
2确定背吃刀量，因加工余量不大，一次走刀可完成铣削
ap=2㎜
确定每次进给量及切削速度
根据X51型铣床说明书，其功率为7.5kw,中等系统刚度。
根据查阅文献得出ƒz=0.2㎜/齿,则
ns=
按机床标准选取nw=700r/min
当nw=700r/min时
ƒw=ƒzznw=0.2×4×700=560mm/r
按机床标准取ƒw=600mm/r
计算工时
切削工时：
ɭ=240mm,ɭ1=2mm,ɭ2=50mm,则机动工时为
工序2半精铣上端侧面
a.加工条件
机床：
铣床X51
刀具：
高速工具钢直径Φ60的直柄立铣刀
ap=2㎜,d0=60mm,v=125r/min,z=4
b.计算切削用量
3确定背吃刀量，因是半精铣加工余量为2mm，份四次走刀可完成铣削
ap=0.5㎜
确定每次进给量及切削速度
根据X51型铣床说明书，其功率为7.5kw,中等系统刚度。
根据查阅文献得出ƒz=0.2㎜/齿,则
ns=
按机床标准选取nw=700r/min
当nw=700r/min时
ƒw=ƒzznw=0.2×4×700=560mm/r
按机床标准取ƒw=600mm/r
计算工时
切削工时：
ɭ=240mm,ɭ1=0.5mm,ɭ2=40mm,则机动工时为
tm=
工序3粗车内圆Φ100H7
a.加工条件
机床：
CA6163卧式车床
刀具：
刀片材料为YG6、刀杆尺寸为16mm×25mm，高速钢车刀
b.计算切削用量
（1）已知Φ100的内圆粗加工余量为3mm，实际加工余量为1.5mm,可一次加工完成，轴向长度为。
（2）确定进给量ƒ：
据查阅资料，当刀杆尺寸为16mm×25mm，ap≤3mm及工件直径为Φ100时，ƒ=0.6-0.9mm/r,取ƒ=0.8mm/r
（3）计算切削速度
按查阅资料，切削速度计算公式为（T=60min）
刀具材料YG6
其中：
Cv=158xv=0.15yv=0.4m=0.2
内圆纵刀：
kv=1.0
所以，v=3m/s
（4）确定主轴转速
按机床标准取值机床转速为600r/min,切削速度为v=2.7m/s
（5）计算切削工时：
（6）按机床车削基本时间公式计算
ɭ=280mmɭ1=0ɭ2=0ɭ3=0
工序4精车内圆Φ100H7
a.加工条件
机床：
CA6163卧式车床
刀具：
刀片材料为YG6、刀杆尺寸为16mm×25mm，高速钢车刀
b.计算切削用量
刀具不变，毛坯进行了粗加工所以表面精度比原先的高，可未达到图纸精度要求
（1）单边切削余量为0.5mm，则背吃刀量为0.5mm
（2）进给量ƒ=0.6-0.9mm/r，取ƒ=0.6mm/r
（3）由于粗加工的转速为2.7m/s,尺寸相差不大，固也取v=2m/s
（4）确定机床主轴转速
按机床标准取值n=400r/min,g该转速下的实际切削速度为v=1.4m/s
（5）计算切削工时
按机床车削基本时间公式计算
ɭ=280mmɭ1=0ɭ2=0ɭ3=0
工序5钻孔Φ20
a.加工条件
加工材料：
HT200，硬度200-220HBS，铸件
工艺要求:
孔径d=20mm,通孔长40mm和20mm，精度要求不高
机床：
选用Z525钻床和钻孔专用夹具
刀具：
高速钢麻花钻钻头Φ20
b.选择切削用量
（1）进给量ƒ
按加工要求决定进给量，根据《切削用量手册》当铸件硬度在大于200HBS时，有ƒ=0.31-0.39mm/r
（2）切削速度v
根据《切削用量手册》当铸件硬度бb=200-220HBC时，ƒ=0.4mm/r,d0=20时，vc=18m/min。
该切削速度需经修正，修正系数为：
KTV=1.0KMV=0.88KSV=0.75KtV=1.0
Kv=KTVKMVKSVKtV=1.0×0.88×0.75×1.0=0.66
固
v=vcKv
=18×0.66mm/min
=11.88mm/min
n=
根据钻床标准值将转速n圆整为200r/min,vc=11.08m/min
（4）基本工时t
根据公式：
其中，L=ɭ+y+Δ,ɭ=40（20）,查得y+Δ=6mm,计算结果：
L=（40+6）mm=46mm,L=（20+6）mm=26mm
所以，
第三章钻孔夹具设计
3.1问题的提出
为了提高生产效率，降低劳动强度，设计钻孔Φ20的专用夹具，该夹具设计以低端孔为设计要求展开设计。
为确保孔的加工质量，关键在于定位基准的准确性和可靠性
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