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1、说明书课题：转动套筒零件的机械加工工艺与工装设计转动套筒零件的机械加工工艺与工装设计 专业：机械设计制造及自动化 指导教师 职称 学生姓名 课题名称 转动套筒零件的机械加工工艺与工装设计内容及任务零件工艺规程的制订和工装设计是本专业学生必需掌握的一项基本能力。本课题试图引导学生对零件从毛坯到成品、这样一个系统工程有更进一步的熟悉和了解，掌握作为一个机械工艺师所必备的能力，选用的零件是从工厂实际调研所得，具有一定的实用性。要求依据相关标准，设计该零件（详见零件图）的加工工艺及夹具设计，完成如下任务：一、毕业设计图纸 1、第一套夹具装配图一张 2、第二套夹具装配图一张3、第三套夹具装配图一张4、夹
2、具中若干非标准零件图二、设计说明书（主要部分）1、零件结构分析；2、零件机械加工工艺文件：（1）、简明工艺过程卡（2）、机械加工工艺卡（3）、机械加工工序卡（4）、检验工序卡3、工装夹具设计；4、中英文翻译；5、设计心得体会。三、论文 撰写一篇论文综述。四、外文翻译 翻译约三千文字的专业英语资料。拟达到的要求或技术指标1、熟悉零件结构工艺分析。2、掌握零件工艺规程及夹具设计的一般步骤及工作方法。3、熟悉标准件的型号及选用。4、熟悉非标零件的结构设计。5、熟练掌握AUTOCAD软件的使用。6、了解国内、外相关产品的现状和发展趋势。总之，拟达到：培养学生综合运用机制工艺、机床、切削原理、机械设计、
3、制图、公差配合、工程材料及热处理、力学等课程的理论知识和生产实际知识、使理论知识和生产知识密切接合起来的目的。在设计实践中学习和掌握零件工艺规程编制及夹具设计的一般步骤及工作方法，尤其是熟悉标准件的型号及选用；同时也熟悉非标零件的结构设计。培养设计技能，提高学生分析和解决问题的能力，为今后的工作打下初步基础。学生将在计算，绘图，运用并熟练资料、标准和规范等方面得到实际训练。目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 夹具设计中的特点11.2 夹具分类11.3 本章小结2第二章 零件的分析32.1零件的作用32.2零件的工艺分析32.3本章小结4第三章 工艺规程设计53.1确定毛坯
4、种类53.2定位基准的选择53.2.1粗基准的选择53.2.2精基准的选择53.3制定工艺路线53.4选择加工设备和工艺设备83.4.1机床的选择83.4.2选择夹具83.4.3选择刀具83.4.4选择量具83.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定.83.5.1加工转动套筒零件外圆83.5.2加工转动套筒两端面93.5.3钻2-10孔（10）93.5.4.加工内孔93.5.5工外圆上四处润滑平面93.5.6铣R12mm圆弧槽103.6确定切削用量及基本工时103.6.1工序1：备料103.6.2工序2 ：粗车外圆，钻孔特，钻通孔。103.6.3工序3 车端面，半精车外圆、孔特、孔163.6
5、.4 工序4 半精车小端端面，外圆，车孔，车槽、倒角233.6.5 工序5 车螺纹特303.6.6 工序6 钻2-10mm孔313.6.7 工序7 铣大端两平面323.6.8 工序8 铣R12mm圆弧槽尺寸深5mm至5.3mm323.6.9 工序9 热处理333.6.10 工序10 喷砂333.6.11 工序11 磨小头端mm孔333.6.12 工序12 磨外圆四处润滑平面343.6.13 工序13 精磨小头外圆及端面，磨大头外圆353.6.14 工序14磨大头端面363.7 时间定额计算及生产安排363.7.1 粗车外圆、钻孔特54-左螺纹，调头，粗车外圆，钻通孔373.7.2 车大端端面、
6、外圆，车孔、车孔特、车孔373.7.3 车小端端面、外圆、车孔、车槽383.7.4 车螺纹特54左螺纹特至图纸要求383.7.7 铣R12mm圆弧槽393.7.8 磨小端孔393.7.9 磨外圆上四处润滑平面403.7.10 精磨小端外圆、端面，调头，精磨大端外圆403.7.11 精磨大头端面40第 4章 专用夹具设计424.1 半精车端面夹具设计424.1.1 问题的提出424.1.2 定位基准的选择424.1.3定位元件与夹紧元件的选择424.1.4夹紧力的计算444.2 钻转动套筒径向孔夹具设计454.2.1 问题的提出454.2.2定位基准的选择454.2.3定位元件及夹紧元件的选择4
7、54.2.4 钻套及夹具体设计474.2.5 切削力的计算与夹紧力分析484.2.6 夹具精度分析484.3 铣圆弧槽夹具设计494.3.1 问题的提出494.3.2 定位精准的选择494.3.3 定位元件及夹紧元件的选择494.3.4 铣削力与夹紧力计算524.3.5 定向键与对刀装置设计524.3.6 夹具体的设计54结 论55参考文献56附 录 附录1 简明工艺过程卡57附录2 机械加工工艺卡57附录3 机械加工工序卡57附录4 检验工序卡75cad 图纸。致 谢76第1章 绪 论随着科技不断的发展，使机械工业得到了很大的提高，特别是近年来机械工业领域正向着高精度、高质量、高效率、低成本
8、方向发展。随着机械工业的发展，其他各工业部门都想着高深度迈进，机械工业的发展日趋重要。机械工业是国民经济的支柱产业，现代机械制造技术是机械工业赖以生存和发展的重要保证。机械制造工艺是制造机械产品的技巧、方法和程序。机械制造中，需要的加工顺序、装配工序及检验工序等，使用着大量的夹具，可以提劳动效率，提高加工精度，减少废品，可以扩大机床的工艺范围，改善操作的劳动条件。因此，夹具是机械制造的一项重要工艺装备。夹具是一种装夹工件的工艺装备,它广泛地应用于机械制造过程中的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中,机床夹具是一种不可缺少的工艺装
9、备,它直接影响着工件的加工精度劳动生产率和产品的制造成本等。1.1 夹具设计中的特点1.夹具的设计周期较短，一般不进行强度和刚度的计算。2.专用夹具的设计对产品零件有很强的针对性。3.确保产品加工质量，提高劳动生产率是夹具设计工作的主要任 务，加工质量包括被加工表面的本身精度和位置精度，后者主要用夹具来保证。4 夹紧装置的设计对整个夹具的结局有具定性的影响。设计一个好的夹具可以减少废品率。1.2 夹具分类1.通用夹具通用夹具是指结构、尺寸已规格化,而且具有一定通用性的夹具,如三爪自动定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架和电子吸盘等。这类夹具适应性强,可用来装夹一定形状和尺寸
10、范围内的各种工件。这类夹具已商品化,且成为机床附件。其缺点是夹具的加工精度不高,生产率也较低,且较难装夹形状复杂的工件,一般适用于单件小批量生产中。2 专用夹具这类夹具是专为零件的某一道工序的加工而设计和制造的。在产品相对稳定、批量较大的生产中,常用各种专用夹具,可获得较高的生产率和加工精度。专用夹具的设计周期较长、投资较大。3 可调夹具可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。对不同类型和尺寸的工件,只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。它一般又可分为通用可调夹具和成组夹具两种。前者的通用范围比通用夹具更广;后者则是一种专用可调夹具,它按成组原理设计
11、并能加工一族相似的工件,故在多品种,中、小批量生产中使用有较好的经济效果。4 组合夹具组合夹具是一种模块化的夹具。标准的模块元件具有较高精度和耐磨性,可组装成各种夹具。夹具用毕可拆卸,清洗后留待组装新夹具。由于使用组合夹具可缩短生产准备周期,元件能重复多次使用,并具有减少专用夹具数量等优点,因此组合夹具在单件、中、小批量多品种生产和数控加工中,是一种较经济的夹具。组合夹具也已经商品化。5 自动线夹具自动线夹具一般分为两种:一种为固定式夹具,它与专用夹具相似;另一种为随行夹具,使用中夹具随着工件一起运动,并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。按使用机床可将夹具分为车床夹具、铣床夹具
12、、钻床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行以及其他机床夹具等。这是专用夹具设计所用的分类方法。设计专用夹具时,机床的组别、型别和主要参数均已确定。它们的不同点是机床的切削成形运动不同,故夹具与机床的连接方式不同。它们的加工精度要求也各不相同。按夹紧的动力源分类夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电磁夹具、真空夹具、离心夹具等。1.4 本章小结本章主要介绍了机械加工工艺和机床夹具在机械制造过程中所占的重要地位，夹具设计中的特点以及分类。第二章 零件的分析加工表面尺寸精度Ra形位公差转筒大端外圆IT71.6圆柱度0.01转筒小端外圆I
13、T71.6圆柱度0.01转筒大端端面IT71.6圆柱度0.01转筒小端端面IT7同轴度0.05转筒大端孔IT11转筒小端孔IT7钻孔IT11螺纹大端两平面IT11圆弧槽IT112.1零件的作用题目所给为套筒的设计，它书于套筒的零件,主要作用是导向，起到导向与传送作用。套筒的孔都是同心和同轴度的，因此在加工时保证套筒所有的孔都是同心和同轴。2.2零件的工艺分析本设计加工如图2.1所示的转动套筒。该转动套筒属于长套筒，材料为圆钢20CrMo。中大批生产。图2.1转动套筒零件示意为保证转动套筒内孔具有良好的导向性能，对该转动套筒42mm内孔有圆柱度要求和较高的粗糙度要求。对70mm外圆也有圆柱度要求
14、。对孔特543左螺纹有同轴度要求。加工2-10mm径向孔与尺寸15mm端面有位置要求。半圆弧槽与2-10mm径向孔有平行度要求。由上面的分析可知，可以先粗车大端外圆，车小端外圆至尺寸56mm，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，车螺纹特543-左，磨孔时，都以大端外圆定位；磨、外圆时，又以定位，则可保证同轴度要求。2.3本章小结本章主要介绍了零件的作用，并对其进行工艺分析，最后提出了采用先粗车外圆，再以外圆定位加工外圆及孔的加工方法。第三章 工艺规程设计3.1确定毛坯种类零件材料为20CrMo。其优点是： 用途广泛，力学性能好，工艺性好。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构不是太复
15、杂，生产类型为大批量生产，此套筒属于孔径较大的套筒，选择型材圆钢，其毛坯制造方法为热轧。3.2定位基准的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会出很多问题，进而导致生产无法正常进行。3.2.1粗基准的选择粗基准的作用主要是决定加工面与不加工面之间的位置关系,以及保证加工面的余量均匀,选取转动套筒零件外圆为粗基准。3.2.2精基准的选择考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，半精加工时70mm外圆、钻2-10mm孔时，选择粗加工过的56mm外圆为精基准，车螺纹特543
16、-左螺纹，磨孔时，都以大端外圆为精基准 。钻2-10mm孔时，以15mm端面为辅助的定位基准。3.3制定工艺路线制订工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状,尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定为大批量生产的条件下,可以考虑采用万能机床配以专用工夹具,并尽量使工序集中来提高生产率,除此以外,还应考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降. 选择零件的加工方法及工艺路线方案如下： 表3.1工艺路线方案一工序号工序内容定位基准1备料2粗车外圆，钻孔特，钻通孔外圆及端面3车端面，车外圆，车孔，车槽，倒角小头外圆及端面4车小头端面，车外圆，车孔,大头外圆及端面5铣R12mm圆弧槽
17、尺寸深5mm至5.3mm大端外圆及端面6钻2-10mm孔，保证尺寸15mm大端外圆及端面R12mm圆弧槽7铣大端两平面至尺寸66mm，到38mm止大端外圆及端面10mm孔8热处理: 渗碳、淬火、回火9喷砂: 表面强化，去氧化皮10车螺纹特左螺纹至图纸要求大头外圆11磨小头端42mm孔至图纸要求，表面粗糙度Ra值为1.6m大端外圆及端面12磨外圆至图纸要求，磨端面，表面粗糙度值Ra值为1.6m小端孔及端面13磨大头端面，保证尺寸表面粗糙度值Ra值为1.6m大头另一端14磨外圆面上四处润滑平面小端孔及端面15去毛刺16检验17入库表3.2工艺路线方案二工序号工序内容定位基准1备料2粗车外圆，钻孔特
18、，钻通孔外圆及端面3车端面，车外圆，车孔，车槽，倒角小头外圆及端00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000面4车小头端面，车外圆，车孔,大头外圆及端面5车螺纹特左螺纹至图纸要求大头外圆6钻2-10mm孔，保证尺寸15mm56mm外圆，15mm端面7铣大端两平面至尺寸66mm，到38mm止大端外圆及端面10mm孔8铣R12mm圆弧槽尺寸深5mm至5.3mm大端外圆及端面10mm孔9热处理: 渗碳、淬火、回火10喷砂: 表面强化，去氧化皮11磨小头端42mm孔至图
19、纸要求，表面粗糙度Ra值为1.6m大端外圆及端面12磨外圆面上四处润滑平面小端孔及端面13磨外圆至图纸要求，磨端面，表面粗糙度值Ra值为1.6m小端孔及端面14磨大头端面，保证尺寸表面粗糙度值Ra值为1.6m大头另一端15检验 16入库通过两种工艺方案的比较可得出，第一种方案在热处理后进行车螺纹工序，容易因材料的硬度过高导致丝攻不经用；把铣圆弧槽工序安排在钻2-10mm孔前，再以圆弧槽为定位基准进行钻2-10mm孔，这样增加了定位难度，容易降低定位精度；另外，方案一把磨润滑平面安排在最后，需多一道去毛刺工序。而第二中方案好些，它将钻2-10mm孔工序安排在铣圆弧槽之前，再以钻2-10mm孔最为
20、定位基准进行铣圆弧槽工序，可以保证定位精度;因为四处润滑平面未次要表面，将磨四处润滑平面安排在工序12，可省去一道去毛刺工序。所以采用方案二比较合适。3.4选择加工设备和工艺设备 3.4.1机床的选择工序7、8采用X6030型卧式铣床，参考文献1表3.173。 工序6采用Z518型立式钻床，参考文献1表3.135。工序 2,3,4，5采用CA6140型卧式车床，参考文献1表3.117。工序11采用M2110A型内圆磨床，参考文献1表3.146。工序12，采用M7112型卧轴矩台平面磨床参考文献1表3.147。工序 14采用M7332A型卧轴圆台平面磨床参考文献1表3.148。工序13采用M11
21、4W外圆磨床，参考文献1表3.145。 3.4.2选择夹具该转动套筒的生产纲领为中批生产，所以可采用专用夹具。3.4.3选择刀具在铣床上加工的各工序，采用硬质合金铣刀即可保证加工质量。在钻孔10mm，由于精度不高，可采用硬质合金刀。3.4.4选择量具加工的孔均采用极限量规。3.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定.3.5.1加工转动套筒零件外圆由于零件的70mm外圆和54mm外圆的粗糙度要求较高，它们的表面粗糙度都是，根据工序要求，外圆直径，加工分为粗，半精车， 磨削。粗车：参照1表2.3-5，其余量规定为，现取3.5mm。半精车：参照1表2.3-39，其余量规定为 1.1mm。外圆磨削：
22、参照1表2.3-42，其余量规定为0.40.6m，现取0.4mm。圆钢毛坯的直径尺寸1表2.3-34，其毛坯的直径规定为75mm。精磨后的尺寸跟零件尺寸一样。56外圆粗糙度要求不高，它的表面粗糙度为12.5。故只要进行粗车就行了。参照1表2.3-5，其余量规定为 ,现取3.5mm。3.5.2加工转动套筒两端面根据零件图，此转动套筒两端面粗糙度要求较高，为3.2。因此可以对此两端面先后进半精车、磨削。半精车：参照1表2.3-43，其余量规定为1.0mm。磨削：参照1表2.3-43，其余量规定为0.5mm。转动套筒毛坯名义长度为181+（1.0+0.5）2=184mm，取187mm3.5.3钻2-
23、10孔（10）根据工艺要求，2-10孔精度要求不高粗糙度为，参照参照1表2.3-47，采用一次钻孔， 确定工序尺寸及余量为：钻孔：10mm，余量为2mm3.5.4.加工内孔内孔精度要求较高，其粗糙度为1.6。因此对其可先在车床上先粗车、半精车，再精磨内圆。参照参照1表2.3-49 粗车孔：工序尺寸为 半精车：工序尺寸为，单边加工余量为1.85mm磨孔：工序尺寸为，加工余量为0.15mm3.5.5工外圆上四处润滑平面 磨外圆上两处润滑平面7mm至10mm，磨外圆面上两处润滑平面7mm至9.5mm。参照1表2.3-60，其加工余量为0.085mm。3.5.6铣R12mm圆弧槽 R12mm圆弧槽精度
24、要求不高，其粗糙度为。因此可选用在铣床上粗铣加工。参照2卷一表3.2-29，其加工余量为0.5可满足要求。3.6确定切削用量及基本工时3.6.1工序1：备料3.6.2工序2 ：粗车外圆，钻孔特，钻通孔。工件材料：20CrMo，圆钢。1.工步1加工要求：粗车左端外圆机床：CA6140型卧式车床，刀具：YT151) 切削深度：双边余量为2Z=3.5mm2) 进给量f：根据1表2.43，取f=0.5mm/r。3) 切削速度: 根据3表2.420，切削速度V ， (3.1) 式中 T：刀具耐用度，查3表2.4-2，选为3600s。 K:速度修正系数 系数C为242，指数为0.35代入公式，得 4) 机
25、床主轴转速： (3.2) 式中:切削速度 圆钢直径查1表3.118，与453.5r/min相近的转速为450r/min,则实际切削速度: (3.3)5) 检验机床功率：主切削力按1表2.49，可查得=2.3kw根据1表3.1-17查得CA6140卧式车床电动机功率为7.5kw，当主轴转速为250r/min时，主轴传递的功率为4.5kw，所以机床功率足够，可以正常工作。6) 机动时间t按1表2.5-3，取被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l=185mm刀具切入长度: = (3.4)主偏角 故 l=2mm 刀具切出长度l： 取l=0mm试切附加长度，查表12.5-4，取=5mm。 (3.5)2.工步2
26、加工要求：车孔特543-左螺纹至尺寸机床：CA6140型卧式车床，刀具：YT151) 切削深度：双边余量为2Z=6mm2) 进给量f：根据1表2.43，f=0.40.6，取f=0.5mm/r。3) 切削速度 根据1表2.420，切削速度V， (3.6)式中 T：刀具耐用度，查1表2.4-2，选为3600s。 K:速度修正系数 系数C为242，指数为0.35代入公式，得 4) 机床主轴转速： 式中:切削速度 圆钢直径查1表3.118，与377.1r/min相近的转速为400r/min,则 实际切削速度: 5) 机动时间t按1表2.5-3，取被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l=56mm刀具切入长度:
27、 =主偏角 故 l=2mm 刀具切出长度l： 取l=0mm试切附加长度，查表12.5-4，取=5mm。走刀次数i：i=13.工步3加工要求：掉头，粗车外圆至尺寸机床：CA6140型卧式车床，刀具：YT151).被吃刀量：取双边余量2Z=15.5mm2).进给量：根据1表2.4-3，f=0.30.5mm/r，取f=0.4mm/r3). 切削速度： 按1表2.4-20，切削速度根据1表2.420，切削速度V ， (3.7) 式中 T：刀具耐用度，查1表2.4-2，选为3600s。 K:速度修正系数 系数C为242，指数为0.35代入公式，得 4) 机床主轴转速： 式中切削速度 圆钢直径查1表3.1
28、18，与相近的转速为250r/min,则 实际切削速度: 5) 检验机床功率：主切削功率按1表2.49，可查得=6.6kw根据1表3.1-17查得CA6140卧式车床电动机功率为7.5kw，当主轴转速为250r/min时，主轴传递的功率为6.8kw，所以机床功率足够，可以正常工作。6) 计算切削工时t按1表2.5-3，取被切削层长度l：工序图可知l=126mm刀具切入长度: =主偏角 故 l=2mm 刀具切出长度l： 取l=0mm试切附加长度，查表12.5-4，取=5mm。4.工步4加工要求：车孔至尺寸（钻通）机床：CA6140型卧式车床，刀具：YT151) 被吃刀量：取双边余量2Z=6mm2
29、) 进给量：根据1表2.4-3，f=0.30.5mm/r，取f=0.4mm/r 3) 切削速度： 按1表2.4-20，切削速度根据1表2.420，切削速度V ， (3.8) 式中 T：刀具耐用度，查1表2.4-2，选为3600s。 K:速度修正系数 系数C为242，指数为0.35代入公式，得 4) 机床主轴转速： 式中切削速度 转动套筒大端直径查1表3.118，与494.4r/min相近的转速为500r/min,则 实际切削速度: 5) 检验机床功率：主切削功率按3表2.49，可查得=3.8kw根据1表3.1-17查得CA6140卧式车床电动机功率为7.5kw，当主轴转速为500r/min时，主轴传递的功率为4.2kw，所以机床功率足够，可以正常工作。6) 计算切削工时t按1表2.5-3，取被切削层长度l：工序图可知l=187mm刀具切入长度: =主偏角 故 l=2mm