皮带轮的机械加工工艺规程设计.doc

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。1 零件的分析1.1零件的作用1.1.1. 明确工件的年生产纲领机床夹具是在机床上装加工件的一种装置，其作用是使工件相对机床和刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持不变。它是夹具总体方案确定的依据之一，它决定了夹具的复杂程度和自动化程度。如大批量生产时，一般选择机动、多工件同时加工，自动化程度高的方案，结构也随之复杂，成本也提高较多。1.1.2. 熟悉工件零件图和工序图零件图给出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等精度的总体要求，工序图则给出了夹具所在工序的零件的工序基准、工序尺寸、已加工表面、待加工表面、以及本工序的定位、夹紧原理方案，这是夹具设计的直接依据。已知待加工工件如下图1-1所示。 图1-1 工件零件图1.1.3. 加工方法 了解工艺规程中本工序的加工内容，机床、刀具、切削用量、工步安排、工时定额，同时加工零件数。这些是在考虑夹具总体方案、操作、估算夹紧力等方面必不可少的。 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，还要有足够的刚度和耐磨性，以满足使用要求。1.2零件的工艺分析1.2.1. 定位方案工件在机床上的定位实际上包括工件在夹具上的定位和夹具在机床上的定位两个方面。工序图只是给出了原理方案，此时应仔细分析本工序的工序内容及加工精度要求，按照六点定位原理和本工序的加工精度要求，确定具体的定位方案和定位元件。要拟定几种具体方案进行比较，选择或组合最佳方案。根据工序图给出的定位元件方案，按有关标准正确选择定位元件或定位的组合。在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标准定位元件增加了夹具零件的互换性，方便机床夹具的维修和维护。常有定位方法有：（1）工件以圆柱空定位。（2）工件以外圆表面定位。根据本次零件设计的夹具，我设计的定位方案为大平面和侧面定位，可以限制5个自由度，同时保证了加工方向上的刚性，保证零件的加工精度及便于保证加工部位之间位置要求。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) 157 的外圆和45 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45 的内孔插键槽有一定的对称度要求。(3) 在157 的外圆上车V 形带，要注意他们的相互位置。2.工艺规程设计 夹具装配图上应标注必要的尺寸和技术要求，主要目的是为了检验本工序零件加工表面的形状，位置和尺寸精度在夹具中是否可以达到，为了设计夹具零件图，也为了夹具装配和装配精度的检测。2.1 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，因此选择棒料，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，故可采用棒料成型。这对于提高生产率，保证加工质量也是有利的。2.2 基面的选择： 重要基面的选择是工艺规程设计中的工作之一。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。2.2.1 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157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。2.2.2 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。3. 工艺路线的制定3.1 工艺路线方案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。3.1.1 工艺路线方案一：工序1：车端面，打中心孔，车157 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。3.1.2 工艺路线方案二：工序1：铣端面。工序2：掉头铣另一端面。工序3：车157 的外圆，掉头车157 的外圆。工序4：钻中心孔、扩中心孔、铰中心孔。工序5：插键槽。工序6：粗精车V形带。工序7：终检。工序8：入库.3.2 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：铣端面，打中心孔， 车157 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：铣端面。工序2：打中心孔，车157 的外圆表面，倒角调头车另一端面，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A1机械加工工艺过程卡片和附表B1-B8机械加工工序卡片。4. 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，可采用在棒料毛坯。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：4.1 外圆表面（157）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，棒料轮廓尺寸（直径方向）180315mm，其余量值规定为1.72.2mm，现取2.0mm。4.2 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，棒料轮廓尺寸（直径方向）120180mm，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 1.72.2mm，现取2.0mm。5. 确定切削用量及基本工时工序 1：车端面，打中心孔，车157 的外圆表面，倒角。本工序采用计算法确定切削用量。5.1 加工条件工件材料：HT200，正火处理。加工要求：铣157 端面及，157 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16mm25mm，kr=90，o=15，o=8，r=0.5mm。5.2 切削用量计算5.2.1 车157外圆。1）确定外圆最大加工余量： 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 计算。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16mm25mm，ap3mm，以及工件直径为81mm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=(Cvkv)/(Tmapxv f yv )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=(2421.440.81.040.810.97)/(600.2 3 0.15 0.51 0.35 )m/min = 108.8m/min4）确定机床主轴转速：ns=1000vc/dw=1000108.6/81=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t=40.5mm，t1=2mm，t2=0，t3=0，tm=(t+t1+t2+t3)i/nf=3(40.5+2)/4500.51=0.556min5.2.2 车157 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1.27vc=(Cvkv)/(Tmapxv f yv )=(2421.440.80.810.97)/(60 0.2 2 0.15 0.510.35 )=110.17m/min 4) 确定主轴转速：ns=1000 vc/dw=1000110.17/81=433.16r/min按机床选取n=450r/min。所以实际切削速度为V=dn/1000=81450/1000m/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=Cap f v k式中，C =2795，x =1.0，y =0.75，n=0.15k =(b/650) =(600/650) 0.75 =0.94， k =0.89所以Fc=279520.5 0.75 114.450.15 0.940.89N= 1318.9N切削是消耗功率Pc为Pc= Fcvc/6104=1318.9114.45/6104 kW=3.175kW由CA6140 机床说明书可知，CA6140 主电动机功率为7.8 kW，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=Cap f v k式中，C =1940，x =0.9，y =0.6， n=0.3k =(b/650) =(600/650) 1.35 =0.897，k =0.5所以，Fp=19402 0.9 0.5 0.6 114.450.30.8970.5N=258.4N而轴向切削力 Ff =Cap f v k式中，C =2880，x =1.0,，y =0.5，n =0.4k =(b/650)= (600/650)1 =0.923，k =1.17于是轴向切削力Ff=288020.5 0.5 114.450.4 0.9231.17N=601.7N取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数=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+(Fc+ Fp)=601.7+0.1(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 =(t+t1+t2)/nf式中， t=42，t1=4，t2=0，所以t =(t+t1+t2)/nf=（42+4+0)/4500.5min=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f0.5mm和被吃刀量ap3mm 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157 和40 的外圆，倒角。 加工条件加工要求：粗车157及157和40的外圆，40 的外端面和外圆表面的粗糙度值为R12.5 ，而157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 16mm25mm，kr=90，o=15,o=8，r=0.5mm。5.2.3切削用量计算5.2.4车157 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。2） 确定进给量： 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=dn/1000=39450/1000m/min =55.1m/min4） 计算切削工时：按工艺手册表6.2-1，取t=19.5mm，t1=2mm，t2=0，t3=0tm=(t+t1+t2+t3)i/nf=2(19.5+2)/4500.51=0.188min5.2.5 车40外圆：1) 确定加工余量：l=(8140)/2=20.52）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=dn/1000=81450/1000m/min =114.45m/min4) 计算切削工时：按工艺手册表6.2-1，取t=(81-40)/2=20.5mm，t1=2mm，t2=0，t3=0。tm=(t+t1+t2+t3)i/nf =2(20.5+2)/4500.51=0.196min5.2.6 车157 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=dn/1000=X39450/1000m/min=55.1m/min5）切削工时：t =(t+t1+t2)/nf式中， t=85，t1=4,，t2=0。所以t =(t+t1+t2)/nf=（85+4+0)/4500.5min=0.396min工序3：修研两端中心孔。工序4：半精车157的外圆表面并切槽，同时应校验机床功率及进给机构强度。5.2.7 半精车157 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=dn/1000=35.4450/1000m/min=50m/min5）切削工时：t =(t+t1+t2)/nf式中， t=85，t1=4，t2=0。所以t =(t+t1+t2)/nf=（85+4+0)/4500.5min=0.396min5,2.8 切1.733 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=dn/1000=35.02450/1000m/min=49.48m/min5）切削工时：t =(t+t1+t2)/nf式中，t=1，t1=11，t2=0。所以t = (t+t1+t2)/nf=（1+11+0)/4500.5min=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/dw =100027/225=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=dn /1000=22537.5/1000m/min=26.5m/min。当n =37.5r/min 时，工作台的每分钟进给量f 应为f =f z n =0.082037.5mm/min=60mm/min。查机床说明书，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t+t1+t2=90。因此，机动工时为tm=(t+t1+t2)/f =90/60min=1.5min总 结 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我有收获了。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，我要衷心地感谢邹老师。是您的教导了我，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。参考文献1 濮良贵，纪名刚等。机械设计，第八版，北京：高等教育出版社，2005：9-10 2 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) 3 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，19944 艾兴、肖诗刚主编.：切削用量简明手册。北京：机械工艺出版社，19945 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，19836 李洪主编：机械加工工艺手册。北京：北京出版社，19907 王绍俊主编：机械制造工艺设计手册。北京：机械工业出版社，19878 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 9 孙桓，陈作模等。机械原理。第七版，北京：高等教育出版社，2005：19-2110 何永熹，武充沛等。几何精度规范学。北京：北京理工大学出版社，200611 赵大兴.。工程图学.。北京：高等教育出版社，2003