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哈爾濱理工大學課程設(shè)計說明書
機械制造技術(shù)課程設(shè)計說明書
設(shè)計題目：制定渦輪箱體零件加工工藝，設(shè)計車
R28孔的車床夾具
專 業(yè)： 機械電子工程
班 級： 12-3
學 號： 1230120307
姓 名： 韓文凱
指導(dǎo)教師： 張中然
機械工程系
2015年11月14日
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目錄
序言 - 3 -
一 零件的分析 - 4 -
1.1 零件的作用 - 4 -
1.2 零件的工藝分析 - 4 -
二 工藝方案的分析及確定 - 6 -
2.1 確定毛坯的制造形式 - 6 -
2.2 基面的選擇的選擇 - 6 -
2.3 制定工藝路線 - 7 -
2.4 確定切削用量及基本工時 - 7 -
三 夾具設(shè)計 - 16 -
3.1定位方案 - 16 -
3.2夾緊方案 - 17 -
3.3定位誤差分析 - 18 -
3.4輔助裝置 - 18 -
總結(jié) - 19 -
參考文獻 - 20 -
序言
機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎(chǔ)及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經(jīng)濟綜合實力和科學技術(shù)水平的重要指標。
渦輪箱體零件的加工規(guī)程及其車R28孔夾具設(shè)計是在學完了機械制圖、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機械設(shè)計、機械工程材料等進行課程設(shè)計之后的下一個教學環(huán)節(jié)。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設(shè)計出專用夾具，保證零件的加工質(zhì)量。本次設(shè)計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設(shè)計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，才能很好的完成本次設(shè)計。
一 零件的分析
1.1 零件的作用
該箱體是用于專機的機殼，該機殼的主要作用是利用液壓馬達通過齒輪傳遞帶動兩軸的旋轉(zhuǎn)，箱體通過導(dǎo)軌進行移動，兩個傳動軸輸出，對外動作。該箱體保證各軸之間的中心距及平行度，并保證箱體部件與液壓馬達的正確安裝。因此該專機箱體零件的加工質(zhì)量，不但直接影響機殼的裝配精度和運動精度，而且還會影響專機的工作精度、使用性能和壽命。該箱體的底面與導(dǎo)軌配合，前后端面支承孔用以安裝傳動軸，實現(xiàn)其輸出功能。
1.2 零件的工藝分析
零件的材料為HT200，為珠光體類型的灰鑄鐵，其機械性能：強度極限=195Mpa，硬度：160~210HBS。其強度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性也良好，鑄造性能較好，但脆性較大，需進行人工時效處理。由該專機箱體零件圖可知，該箱體是一個殼體零件，由于受到專機空間的影響，該箱體的結(jié)構(gòu)十分緊湊，兩個傳動軸的中心距很小，它有九個平面需要進行加工，其中箱體外殼由粗加工直接得到，其他表面則通過粗加工、半精加工達到表面粗糙度要求。C表面跟φ64+0.05 0孔上還需加工螺紋孔。各個孔加工中，除了φ61、φ9和φ15由粗加工可以達到表面粗糙度要求外，其他孔均要進行半精加工。其中孔φ43+0.025 0對平面C和孔φ46+0.025 0中心軸有垂直度要求。
二 工藝方案的分析及確定
2.1 確定毛坯的制造形式
零件材料為HT200灰鑄鐵（硬度160~229HBS）,考慮到灰鑄鐵具有良好的鑄鐵性能、減震性、耐磨性能以及切削加工性能低、缺口敏感性等特點，因此應(yīng)該選擇鑄件，以便使渦輪箱在使用中耐磨性良好，保證零件工作可靠。
2.2 基面的選擇的選擇
1.確定毛坯零件加工余量及形狀：
由《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表2.2選用加工余量為MA-F級，并查表2.2-4確定各個加工面的鑄件機械加工余量，鑄件的分型面的選用及加工余量，如下表2.1所示：
表2.1加工余量
簡圖
加工面
基本尺寸
加工余量等級
加工余量
說明
A、A1表面
146.4
F
2.4
單側(cè)加工
B、B1表面
73.7
F
1.7
單側(cè)加工
C、C1表面
101.8
F
1.8
單側(cè)加工
內(nèi)孔
42
F
4
雙側(cè)加工
2.基面的選擇：
1、粗基準的選擇。選擇粗基準主要是選擇第一道機械加工工序的定位基準，以便為后續(xù)工序提供精基準。粗基準的選擇對保證加工余量的均勻分配和加工面與非加工面（作為粗基準的非加工面）的位置關(guān)系具有重要影響。在該箱體零件的加工過程中，選擇該箱體的底面為粗基準，再用精基準定位加工軸孔，這樣的加工余量一定就是均勻的。
2、精基準的選擇。選擇精基準時應(yīng)重點考慮如何減少工件的定位誤差，保證加工精度，并使夾具結(jié)構(gòu)簡單，工件裝夾方便。從該箱體的零件零件圖可以知道，C面、孔φ46+0.025 0中心軸可以作為加工過程的精基準，所以在工藝工程中必須保證這兩個面的粗糙度以及位置精度。
2.3 制定工藝路線
制訂工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
工藝路線見附表2.2機械加工工藝過程卡片
2.4 確定切削用量及基本工時
工序4 以A面為粗基準粗銑A1面
1. 加工條件
加工要求：以A面為粗基準粗銑A1面，加工余量0.9mm
機床：X61W立式銑床；
刀具：根據(jù)《切削用量手冊》表1.2 選擇 YG6硬質(zhì)合金刀。根據(jù)《切削用量手冊》表3.1 取刀具直徑d。=200mm齒數(shù)Z=15,由表3.2選擇道具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃傾角：λs=－10°,主偏角Kr=60°,過渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=5°。
2. 切削用量
1）確定切削深度ap
因為余量較小，故選擇ap=0.9mm，一次走刀即可完成。
2）確定每齒進給量fz
由于本工序為粗加工，尺寸精度和表面質(zhì)量可不考慮，從而可采用不對稱端銑，以提高進給量提高加工效率。根據(jù)《切削用量手冊》表3.5，使用YG6硬質(zhì)合金端銑刀加工，機床功率為4.5kw（據(jù)《簡明手冊》表4.2-38，X61W立式銑床）時：
fz=0.14~0.24mm/z
故選擇：fz=0.15mm/z。
3）確定刀具壽命及磨鈍標準
根據(jù)《切削用量手冊》表3.7、表3.8，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為0.9mm；由于銑刀直徑d0=200mm，故刀具使用壽命T=240min。
4）計算切削速度vc和每分鐘進給量vf
根據(jù)《切削用量手冊》表3.16，當d0=200mm，Z=12，≤1.5，fz≤0.18mm/z時，vt=89m/min,nt=142r/min,vft=368mm/min。各修正系數(shù)為：kMV= 1.0，kSV= 0.8。故：
= x kMV x kSV =89x1.0x0.8=71.2 m/min
= x kMV x kSV =142x1.0x0.8=113.2 r/min
= x kMV x kSV =368x1.0x0.8=294.4 m/min
根據(jù)《切削用量手冊》表3.29，選擇nc=125r/min,vfc=300mm/min,因此，實際進給量和每分鐘進給量為：
x200x125/1000=78.5m/min
f Zc=v fc/ncz=300/（125×15 ）mm/z=0.16mm/z
5)校驗機床功率
根據(jù)《切削用量手冊》表3.24，近似為Pcc=1.1kw,根據(jù)機床使用說明書，主軸允許功率Pcm=1.125kw>Pcc。故校驗合格。最終確定:ap=0.9mm，nc=125r/min，vf=300mm/s，vc=78.5m/min，fz=0.16mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ vf，L=l+ y+Δ，l=100mm.
查《切削用量手冊》表3. 26，入切量及超切量為：y+Δ=44mm，則：
tm＝L/ Vf=(100+44)/300=0.48min。
工序5 以A1面為基準粗銑A面；
工序6 以B面為粗基準粗銑B1面；
工序7 以B1面為基準粗銑B面；
工序8 以C1面為粗基準粗銑C面；
工序9 以C面為基準粗銑C1面
切削用量和時間定額及其計算過程同工序4。
工序10以A面為基準粗鏜、精鏜φ46+0.025 0通孔，刀具為YG6的硬質(zhì)合金刀，且直徑為20mm的圓形鏜刀
1.粗鏜φ46+0.025 0通孔
1)確定切削深度
2)確定進給量f
根據(jù)《切削手冊》表1.5 當粗鏜鑄鐵，鏜刀直徑為：20mm, 2mm時
f=0.3~0.4mm/r
按T68機床進給量（《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表4.2-21）選f=0.37mm/r
3)確定切削速度 v=100m/min 轉(zhuǎn)速n=500r/min（8.33r/s）
4）計算工時
選鏜刀的主偏角xr=45o ，則 l1=3.5mm，l2=4mm，l=72mm ，l3=0，又f=0.37mm/r，n=370r/min ，i=1
所以 =（72+3.5+4）/（0.37x8.33）=28s
2.半精鏜φ46+0.025 0通孔
1）確定切削深度
2）確定進給量f
根據(jù)《切削手冊》表1.5 當粗鏜鑄鐵，鏜刀直徑為20mm, 2mm時
f=0.3~0.4mm/r
按T68機床進給量（《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表4.2-21）選f=0.37mm/r
3）確定切削速度 v=120m/min 轉(zhuǎn)速n=800r/min（13.3r/s）
4）計算工時
選鏜刀的主偏角xr=45o 則 l1=3.5mm，l2=4mm，l=72mm ，l3=0，又f=0.37mm/r，n=13.3r/s，i=1
工序11以φ46+0.025 0孔為基準粗鏜φ61孔，以A1面為基準孔深3.5mm；
工序12以φ46+0.025 0孔為基準粗鏜、半精鏜φ64+0.05 0孔，以A面為基準孔深53+0.2 +0.1mm；
工序13以φ46+0.025 0孔為基準粗鏜、半精鏜φ93孔，以A面為基準孔深11mm；
切削用量和時間定額及其計算過程同工序10
工序14以C面、孔φ46+0.025 0為基準鉆φ25通孔
根據(jù)《切削手冊》表2.1.2.2，選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時do=25mm，鉆頭采用雙錐后磨橫刀，后角αo＝11°，二重刃長度bε=5.5mm,橫刀長b=3mm,寬l=6mm,棱帶長度=2mm，°，°
按加工要求確定進給量：查《切削用量手冊》，=0.78~0.96mm/r，l/d=100/25=4，由《切削用量手冊》表2.7,系數(shù)為0.9,則：
=（0.78~0.96）x0.9=0.702~0.864mm/r；
按鉆頭強度選擇:查《切削用量手冊》表2.8,鉆頭允許進給量為：＞2mm/r；
按Z525機構(gòu)強度選擇：查《切削用量手冊》表2.9，機床進給機構(gòu)允許軸向力為8330N時，進給量為=0.75mm/r。
以上三個進給量比較得出，受限制的進給量是工藝要求，其值為：0.706~0.864mm/r，根據(jù)《簡明手冊》表4.2-16,最終選擇進給量 =0.81；
由于工件材料為鑄鐵，鉆削速度范圍為20~25mm/min，取=20mm/min。查《切削用量手冊》表2.12由=25mm 磨鈍限度為0.8~1.2mm，取1.0mm，刀具壽命T=60min。
由《切削用量手冊》表2.14 對于強度小于220HBS的HT200鑄鐵加工種類屬于第4類。由《切削用量手冊》表2.13當加工性為第四類時=0.81mm/r =25mm，切削速度=14mm/min
切削速度弓修正系數(shù)為：=0.85，= 1.0，=0.85，=1.0 故
=14x0.85x1.0x0.85x1.0=11.125mm/min
=1000x11.125/（3.14x25）=141r/min
按Z525鉆床資料，《切削用量手冊》表2.35 可選=195r/min，但因所選轉(zhuǎn)數(shù)較計算轉(zhuǎn)數(shù)為高，會使刀具壽命下降，故可將進給量降低一級，即取=0.62，也可選擇低一級轉(zhuǎn)數(shù)=140r/min，仍可用=0.81mm/r，比較兩種方案，選擇=0.62mm/r，=195r/min基本工時較少，故=0.62mm/r，=195r/min，=11.125mm/min
計算工時
=，L=l+ y+Δ，由《切削用量手冊》表2.29，l=100，入切量y+Δ=12，故=112/（0.62x195）=55.6s
工序16以φ46+0.025 0孔為基準鉆φ9*4通孔
工序17以φ9*4通孔為基準，鉆φ15*4孔，以A面為基準孔深15mm
工序18以φ46+0.025 0孔為基準鉆3*φ5孔，以φ64+0.05 0孔端面為基準孔深15mm
工序20以φ43+0.025 0通孔為基準鉆6*φ5孔，以C面為基準孔深20mm
切削用量和時間定額及其計算過程同工序14
工序15以φ25孔為基準粗車、半精車φ43+0.025 0通孔， YG6硬質(zhì)合金車刀，刀桿尺寸為BxH 16x25mm，刀片厚度4.5mm
1.粗車φ43+0.025 0通孔
1）確定切削深度 =（41-25）/2=8mm 可在一次走刀內(nèi)切完
2）確定進給量 根據(jù)《切削用量手冊》表1.4，在粗車鑄鐵，刀桿尺寸為16x25mm，=5~8mm以及工件直徑為60~100mm時 =0.5~0.6mm/r
按CA6104車床說明選擇=0.56mm/r
3)選擇車刀磨鈍標準及壽命 根據(jù)《車削用量手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取1mm，車刀壽命T=60min
4）確定切削速度 根據(jù)《車削用量手冊》表1.11，當用YG6硬質(zhì)合金車刀加工200~220HBS鑄鐵材料，=5~8mm，=0.56mm/r，切削速度=63m/min，切削速度的修正系數(shù)為0.68（鈞見表1.28）故=0.68=63x0.68=42.84m/min，n=1000x42.84/（3.14x41）=333r/min根據(jù)CA6104車床選擇=320r/min，這時實際轉(zhuǎn)速=3.14x41x320/1000=41.2m/min
5）計算工時
=,L=100+3.5+4=107.5，故=107.5/（0.56x320）=1min
2.半精車φ43+0.025 0通孔
1）確定切削深度 =（43-41）/2=1mm 可在一次走刀內(nèi)切完
2）確定進給量 根據(jù)《切削用量手冊》表1.4，在粗車鑄鐵，刀桿尺寸為16x25mm，<3mm以及工件直徑為60~100mm時 =0.8~1.2mm/r
按CA6104車床說明選擇=1.02mm/r
3)選擇車刀磨鈍標準及壽命 根據(jù)《車削用量手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取0.6mm，車刀壽命T=60min
4）確定切削速度 根據(jù)《車削用量手冊》表1.11，當用YG6硬質(zhì)合金車刀加工200~220HBS鑄鐵材料，≤1.8mm，≤1.34mm/r，切削速度=57m/min，切削速度的修正系數(shù)為0.85（鈞見表1.28）故=0.85=57x0.85=48.45m/min，n=1000x48.45/（3.14x43）=359r/min根據(jù)CA6104車床選擇=320r/min，這時實際轉(zhuǎn)速=3.14x43x320/1000=43.2m/min
5）計算工時
=,L=100+3.5+4=107.5，故=107.5/（1.02x320）=0.33min
工序19以3*φ5孔為基準攻螺紋孔3*M6
由《機械加工工藝手冊》單行本 螺紋加工 表7.2-7可選擇機床S4006，進刀轉(zhuǎn)速n=480r/min，退刀轉(zhuǎn)速=580/rmin
由《機械加工工藝手冊》單行本 螺紋加工 表7.2-11可選螺紋螺距為P=1mm，表7.2-7查得= 故
=（+）/（+）,由于=（1~3）P，取=2,所以=3.9s
工序21以6*φ5孔為基準，攻螺紋孔6*M6
切削用量和時間定額及其計算過程同工序19
三 夾具設(shè)計
3.1定位方案
1.確定定位方案
1）為保證蝸桿孔中心軸線到地面的距離36mm，應(yīng)消除X、Z軸轉(zhuǎn)動和Y軸移動不定度，為此選用A1面作地位基準。
2）為保證蝸桿孔中心軸線對端面C的垂直度，應(yīng)消除YZ軸轉(zhuǎn)動和X軸移動不定度，為此，端面C也應(yīng)該選作定位基準。
3）為保證蝸桿孔中心軸線到蝸輪孔中心軸線的距離為43.5+0.08 -0.08mm，應(yīng)消除Z軸移動不定度，選蝸輪軸線作定位基準。
2.選擇定位
根據(jù)工序的定位要求，選擇角鐵（角鐵支承面消除工件3個不定度），兩個支承釘（消除工件2個不定度）和削邊心軸（消除工件1個不定度）作為定位元件，具體方案見圖3-1.
圖3-1車內(nèi)孔夾具
1-心軸 2-螺母3-壓板 4-支承釘 5-角鐵 6-夾具體
3.2夾緊方案
根據(jù)工件夾緊的原則，夾緊力應(yīng)靠近加工表面，以減少加工中工件的震動，本夾具選擇手動夾緊方式來實現(xiàn)夾緊，故對夾緊力的計算沒有嚴格要求，只對夾緊機構(gòu)的自鎖性能有要求。為使機構(gòu)簡單，直接在定位心軸上加工螺紋，并選中M20螺母以滿足強度要求。壓板將螺紋副產(chǎn)生的力傳遞到工件表面合適位置，實現(xiàn)對工件夾緊。夾緊結(jié)構(gòu)見圖3-1。
3.3定位誤差分析
1.孔直徑φ43+0.025 0mm，該尺寸直接由切削過程保證，不存在定位誤差。
2.工序尺寸43.5+0.08 -0.08的定位誤差計算如下：
因工序基準與定位基準重合，故△B=0；
因工件圓孔與心軸為任意邊接觸，故基準位移誤差計算如下：
△W = + +=0.025+0.016+0.09=0.05
所以△D=△B +△W =0.05mm
3.對蝸輪孔φ46+0.025 0mm中心軸垂直度0.03mm的定位誤差計算如下：
平面定位時，基準位移誤差忽略不計，△W =0；
工序基準是主軸軸線，存在基準不重合誤差，△B=0.01mm
故△D=△B +△W =0.01mm，符合要求。
4.對C面的垂直度0.03的定位誤差計算如下：
平面定位，基準位移誤差△W =0；
工序基準是主軸軸線，存在基準不重合誤差，△B=0.01mm
故△D=△B +△W =0.01mm，符合要求。
3.4輔助裝置
1.平衡塊 計算
由于元件和夾具上各元件相對機床煮粥的旋轉(zhuǎn)軸線不對稱，即離心慣性力的合力不為零，因此欲使其平衡，則需要在該回轉(zhuǎn)體上加一平衡塊（配重塊），使它產(chǎn)生的離心慣性力與原有各質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力的合力等于0.
2.防護罩
為保證加工工件時的操作安全，可考慮在夾具上設(shè)置防護罩。
總結(jié)
課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程。”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義。我今天認真的進行課程設(shè)計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。
說實話，課程設(shè)計真的有點累。然而，當我一著手清理自己的設(shè)計成果，漫漫回味這幾周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消。雖然這是我剛學會走完的第一步，也是人生的一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多，另我有了一中”春眠不知曉”的感悟。通過課程設(shè)計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細致。課程設(shè)計過程中，許多計算有時不免令我感到有些心煩意亂：有2次因為不小心我計算出錯，只能毫不情意地重來，挺鍛煉自己的。
參考文獻
1. 切削用量簡明手冊,艾興、肖詩綱主編,機械工業(yè)出版社出版，1994年
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3.機床夾具設(shè)計，哈爾濱工業(yè)大學、上海工業(yè)大學主編，上?？茖W技術(shù)出版社出版，1983年
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5.金屬機械加工工藝人員手冊，上?？茖W技術(shù)出版社，1981年10月
6.機械制造工藝學，郭宗連、秦寶榮主編，中國建材工業(yè)出版社出版，1997年
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