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： 第 2 页 共 18 页2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第 3 页 共 18 页3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） 。第 4 页 共 18 页4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)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。二、第 5 页 共 18 页5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.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)工艺路线的制定第 6 页 共 18 页6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 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。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 157 的外圆，掉头车 157 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 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：第 7 页 共 18 页7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。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（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，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）180315mm，其余量值规定为 1.72.2mm，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）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。（五）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。1. 加工条件工件材料：HT200，正火，铸造。加工要求：粗车 157 端面及 157 的外圆，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 16mmX25mm,kr=90, o=15, o=8,第 8 页 共 18 页8r=0.5mm2.切削用量计算(1)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=7mm,故实际端面余量可按 Zmax=7mm 考虑，分三次加工，a p=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,ap3mm，以及工件直径为 81mm 时F=0.50.7mm/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。k v 见切削手册表 .，即k Mv=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/min4）确定机床主轴转速：ns=1000vc/dw=1000X108.6/X81=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=0tm=(l+l1+l2+l3)*i/n f=3X(40.5+2)/450X0.51=0.556min(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=(Cv*kv)/(Tm*apxv*fyv)=(242X1.44X0.8X0.81X0.97)/(600.2X20.15X 0.510.35)第 9 页 共 18 页9=110.17m/min4)确定主轴转速：ns=1000 vc/dw=1000X110.17/X81=433.16r/min按机床选取 n=450r/min。所以实际切削速度为V=dn/1000=X81X450/1000m/min=114.45m/min5)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=C ap 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=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 7.8 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=C ap 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=1940X20.9X0.50.6X114.45-0.3X0.897X0.5N=258.4N而轴向切削力 F f =C ap f v k第 10 页 共 18 页10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=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 =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+0.1X(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, l 1=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 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。1.加工条件加