0机械制造工艺学的课程设计任务书犁刀变速齿轮箱体.docx
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0机械制造工艺学的课程设计任务书犁刀变速齿轮箱体
机械制造工艺学的课程设计任务书犁刀变速齿轮箱体
一、计算生产纲领,确定生产类型
如图1—6所示为犁刀变速齿轮箱体,该产品年产量为5000台,设其备品率为16%,机械加工废品率为2%,现制订该零件的机械加工工艺规程。
技术要求
⑴铸件应消除内应力;
⑵未注明铸造圆角为R2-R3;
⑶铸件表面不得有粘砂、多肉、裂纹等缺陷;
⑷允许有非聚集的孔眼存在,其直径不大于5mm,深度不大于3mm,相距不小于30mm,
整个铸件上孔眼数不多于10个;
⑸未注明倒角为0.5×45°
⑹所有螺孔锪90°锥孔至螺纹外径;
⑺去毛刺,锐边倒钝;
⑻同一加工平面上允许有直径不大于3,深度不大于15,总数不超过5个孔眼,两孔之间距不小于10,孔眼边距不小于3;
⑼涂漆按NJ226—31执行;
⑽材料HT200
N=Q·n(a%+b%)
=5000×1×(16%+2%)=5900件/年
犁刀变速齿轮箱体年产量为5900件/年,现通过计算,该零件质量约为7Kg。
根据教材表3—3,生产类型与生产纲领的关系,可确定其生产类型为大批量生产。
二、零件的分析
(一)零件的结构分析
犁刀变速齿轮箱体是旋耕机的一个主要零件。
旋耕机通过该零件的安装平面(图1—6零件图上的N面)与手扶拖拉机变速箱的后部相连,用两圆柱销定位,四个螺栓固定,实现旋耕机的正确联接。
N面上的4一?
13mm孔即为螺栓联接孔,2—?
10F9孔即为定位销孔。
如图1—7所示,犁刀变速齿轮箱体2内有一个空套在犁刀传动轴上的犁刀传动齿轮5,它与变速箱的一倒档齿轮常啮合(图中未画出)。
图1—7犁刀变速齿轮箱体传动示意图
1—左臂壳体2—犁刀变速齿轮箱3—操纵杆4—啮合套5—犁刀传动齿轮6—轴承7—右臂壳体8—犁刀传动轴9—链轮
犁刀传动轴8的左端花键上套有啮合套4,通过拨叉可以轴向移动,啮合
套4和犁刀传动齿轮5相对的一面都有牙嵌,牙嵌结合时,动力传给犁刀传动轴8。
其操作过程通过安装在S?
30H9孔中的操纵杆3,操纵拨叉而得以实现。
(二)零件的技术要求分析
由图1--6知,其材料为HT200。
该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性,适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。
该零件上的主要加工面为N面、R面、Q面和2一?
80H7孔。
N面的平面度0.05mm直接影响旋耕机与拖拉机变速箱的接触精度及密封。
2一?
80H7孔的同轴度?
0.04mm,与N面的平行度0.07mm,与R面及Q面的垂直度?
0.lmm以及R面相对Q面的平行度0.055mm,直接影响犁刀传动轴对N面的平行度及犁刀传动齿轮的啮合精度、左臂壳体及右臂壳体孔轴线的同轴度等。
因此,在加工它们时,最好能在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来。
2--?
10F9孔的两孔距尺寸精度140±0.05mm以及140±0.05mm对R面的平行度0.06mm,影响旋耕机与变速箱联接时的正确定位,从而影响犁刀传动齿轮与变速箱倒档齿轮的啮合精度。
三、确定毛坯、画毛坯一零件综合图
根据零件材料HT200确定毛坯为铸件,又已知零件生产纲领为5900件/年,该零件质量约为7Kg,可知,其生产类型为大批量生产。
毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。
又由于箱体零件的内腔及2—?
80mm的孔需铸出。
故还应安放型芯。
此外,为消除残余应力,铸造后应安排人工时效。
⒈铸件尺寸公差
铸件尺寸公差分为16级,由于是大量生产,毛坯制造方法采用砂型机器造型,由工艺人员手册查得,铸件尺寸公差等级为CT10级,选取铸件错箱值为1.0mm。
⒉铸件机械加工余量
对成批和大量生产的铸件加工余量由工艺人员手册查得,选取MA为G级,各表面的总余量如表1—2所示。
表1—2各加工表面总余量
加工表面
基本尺寸
(mm)
加工余
量等级
加工余量
数值(mm)
说明
R面
168
G
4
底面,双侧加工(取下行数据)
Q面
168
H
5
顶面降1级,双侧加工
N面
168
G
5
侧面,单侧加工(取上行数据)
凸台面
106
G
4
侧面单侧加工
孔2—?
80
80
H
3
孔降1级,双侧加工
由工艺人员手册可得铸件主要尺寸公差如表1-3所示。
表1—3主要毛坯尺寸及公差(mm)
主要面尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
N面轮廓尺寸
168
—
168
4
N面轮廓尺寸
168
4+5
177
4
N面距孔?
80中心尺寸
46
5
51
2.8
凸台面距孔?
80中心尺寸
100+6
4
110
3.6
孔2—?
80
?
80
3+3
?
74
3.2
铸件的分型面选择通过C基准孔轴线,且与R面(或Q面)平行的面。
浇冒口位置分别位于C基准孔凸台的两侧。
⒊零件—毛坯综合图
零件—毛坯综合图一般包括以下内容:
铸造毛坯形状、尺寸及公差、加工余量与工艺余量、铸造斜度及圆角、分型面、浇冒口残根位置、工艺基准及其他有关技术要求等。
零件—毛坯综合图上技术条件一般包括下列内容:
⑴合金牌号。
⑵铸造方法。
⑶铸造的精度等级。
⑷未注明的铸造斜度及圆角半径。
⑸铸件的检验等级。
⑹铸件综合技术条件。
⑺铸件交货状态:
如允许浇冒口残根大小等。
⑻铸件是否进行气压或液压试验。
⑼热处理硬度。
零件一毛坯综合图如图1—8所示。
技术要求
l.毛坯精度等级CT为10级;
2.热处理:
时效处理,180-200HBS;
3.未注铸造圆角为R2-R3,拔模斜度2°;
4.铸件表面应无气孔、缩孔、夹砂等;
5.材料:
HT200。
四、工艺规程设计
(一)定位基准的选择
⒈精基准的选择
犁刀变速齿轮箱体的N面和2—?
10F9孔既是装配基准,又是设计基准,用它们作精基准,能使加工遵循“基准重合”的原则,实现箱体零件“一面二孔”的典型定位方式;其余各面和孔的加工也能用它定位,这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。
此外,N面的面积较大,定位比较稳定、夹紧方案也比较简单、可靠,操作方便。
⒉粗基准的选择
考虑到以下几点要求,选择箱体零件的重要孔(2—?
80mm孔)的毛坯孔与箱体内壁作粗基准:
①保证各加工面均有加工余量的前提下,使重要孔的加工余量尽量均匀;
②装入箱内的旋转零件(如齿轮、轴套等)与箱体内壁有足够的间隙;
③能保证定位准确、夹紧可靠。
最先进行机械加工的表面是精基准N面和2—?
10F9孔,这时可有两种定位夹紧方案:
方案一:
用一浮动圆锥销插入?
80mm毛坯孔中限制二个自由度;用三
个支承钉支承在与Q面相距32mm并平行于Q面的毛坯面上,限制三个自由度;再以N面本身找正限制一个自由度。
这种方案适合于大批大量生产类型中,在加工N面及其面上各孔和凸台面及其各孔的自动线上采用随行夹具时用。
方案二:
用一根两头带反锥形(一端的反锥可取下,以便装卸工件)的
心棒插入2—?
80mm毛坯孔中并夹紧,粗加工N面时,将心棒置于两头的V形架上限制四个自由度,再以N面本身找正限制一个自由度。
这种方案虽要安装一根心棒,但由于下一道工序(钻扩铰2—?
10F9孔)还要用这根心棒定位,即将心棒置于两头的U形槽中限制两个自由度,故本道工序可不用将心棒卸下,而且这一“随行心棒”比上述随行夹具简单得多。
又因随行工位少,准备心棒数量就少,因而该方案是可行的。
(二)制订工艺路线
根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度,确定各表面的加工方法如下:
N面:
粗车——精铣;R面和Q面:
粗铣——精铣;凸台面:
粗铣;2—?
80mm孔:
粗镗——精镗;7级~9级精度的未铸出孔:
钻一扩一铰;螺纹孔:
钻孔一攻螺纹。
因R面与Q面有较高的平行度要求,2—?
80mm孔有较高的同轴度要求。
故它们的加工宜采用工序集中的原则,即分别在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来,以保证其位置精度。
根据先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则,将N面、R面、Q面及2—?
80mm孔的粗加工放在前面,精加工放在后面,每一阶段中又首先加工N面,后再镗2—?
80mm孔。
R面及Q面上的?
8N8孔及4—M13螺纹孔等次要表面放在最后加工。
初步拟订加工工艺路线如下:
工序号
工序内容
铸造
时效
涂漆
10
粗车N面
20
钻扩铰2—?
10F9孔(尺寸留精铰余量),孔口倒角1×45°
30
粗铣凸台面
40
粗铣R面及Q面
50
粗镗孔2—?
80,孔口倒角1×45°
60
钻孔?
20
70
精铣N面
80
精铰孔2—?
10F9
90
精铣R面及Q面
100
精镗孔2—?
80H7
110
扩铰球形孔S?
30H9,钻4—M6螺纹底孔,孔口倒角1×45°,攻螺纹
4—M6
120
钻孔4—?
13
130
锪平面4—?
22
140
钻8—M12螺纹底孔,孔口倒角1×45°,钻铰孔2—?
8N8,孔口倒角
1×45°,攻螺纹8—M12
150
检验
160
入库
上述方案遵循了工艺路线拟订的一般原则,但某些工序有些问题还值得进一步讨论。
如粗车N面,因工件和夹具的尺寸较大,在卧式车床上加工时,它们的惯性力较大,平衡较困难,又由于N面不是连续的圆环面,车削中出现断续切削,容易引起工艺系统的振动,故改用铣削加工。
工序40应在工序30前完成,使R面和Q面在粗加工后有较多的时间进行自然时效,减少工件受力变形和受热变形对2一?
80mm孔加工精度的影响。
精铣N面后,N面与2一?
10F9孔的垂直度误差难以通过精铰孔纠正,故对这两孔的加工改为扩铰,并在前面的工序中预留足够的余量。
4一?
13mm孔尽管是次要表面,但在钻扩铰2—?
10F9孔时,也将4一?
13mm孔钻出,可以节约一台钻床和一套专用夹具,能降低生产成本,而且工时也不长。
同理,钻?
20mm孔工序也应合并到扩铰S?
30H9球形孔工序中。
这组孔在精镗2一?
80H7孔后加工,容易保证其轴线与2—?
80H7孔轴线的位置精度。
工序140工步太多,工时太长,考虑到整个生产线的节拍,应将8—M12螺孔的攻螺纹作另一道工序。
修改后的工艺路线如下:
序号
工序内容
简要说明
铸造
时效
消除内应力
涂底漆
防止生锈
10
粗铣N面
先加工基准面
20
钻扩铰2—?
10F9孔至2—?
9F9,孔口倒角
留精扩铰余量
1×45°,钻孔4—?
13
30
粗铣R面及Q面
先加工面
40
铣凸台面
50
粗镗孔2—?
80,孔口倒角1×45°
后加工孔粗加工结束
60
精铣N面
精加工开始
70
精铰孔2—?
10F9至2—?
10F7(工艺要求)
提高工艺基准精度
80
精铣R面及Q面
先加工面
90
精铰孔2—?
80H7
后加工孔
100
钻孔?
20,扩铰球形孔S?
30H9,钻4—M6螺纹
次要表面在后面加
底孔,孔口倒角1×45°,攻螺纹4—M6—6H
工
110
锪平面4-?
22
120
钻8-M12螺纹底孔,孔口倒角1×45°,钻铰孔
2—?
8N8,孔口倒角1×45°
130
攻螺纹8-M12-6H
工序分散,平衡节拍
140
检验
150
入库
(三)选择加工设备及工艺装备
由于生产类型为大批生产,故加工设备宜以通用机床为主,辅以少量专用机床。
其生产方式为以通用机床加专用夹具为主。
辅以少量专用机床的流水生产线。
工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。
⒈粗铣N面
考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题,采用立铣,选择X52K立式铣床。
选择直径D为?
200mm的C类可转位面铣刀,专用夹具和游标卡尺。
⒉精铣N面
由于定位基准的转换,宜采用卧铣,选择X62W卧式铣床。
选择与粗铣相同型号的刀具。
采用精铣专用夹具及游标卡尺、刀口形直尺。
⒊铣凸台面
采用立式铣床X52K、莫氏锥柄面铣刀、专用铣夹具、专用检具。
粗铣R及Q面采用卧式双面组合铣床,因切削功率较大,故采用功率为5.5kW的1T×32型铣削头。
选择直径为?
160mm的C类可转位面铣刀、专用夹具、游标卡尺。
⒋精铣R及Q面
采用功率为1.5kW的1TXb20M型铣削头组成的卧式双面组合机床。
精铣刀具类型与粗铣的相同。
采用专用夹具。
⒌粗镗2一?
80H7
采用卧式双面组合镗床,选择功率为1.5kW的1TA20镗削头。
选择镗通孔的镗刀、专用夹具、游标卡尺。
⒍精镗2—?
80H7孔
采用卧式双面组合镗床,选择功率为1.5kW的1TA20M镗削头。
选择精镗刀、专用夹具。
⒎工序20(钻扩铰孔2—?
10F9至2—?
9F9孔口倒角l×45°,钻孔4一?
13mm)
选用摇臂钻床Z3025。
选用锥柄麻花钻;锥柄扩孔复合钻,扩孔时倒角;选用锥柄机用铰刀、专用夹具、快换夹头、游标卡尺及塞规。
锪4—?
22mm平面选用直径为?
22mm、带可换导柱锥柄平底锪钻,导柱直径为?
13mm。
⒏工序100
所加工的最大钻孔直径为?
20mm,扩铰孔直径为?
30mm。
故仍选用摇臂钻床Z3025。
钻?
20mm孔选用锥柄麻花钻,扩铰S?
30H9孔用专用刀具,4—M6螺纹底孔用锥柄阶梯麻花钻,攻螺纹采用机用丝锥及丝锥夹头。
采用专用夹具。
?
20mm、?
30mm孔径用游标卡尺测量,4—M6螺孔用螺纹塞规检验,球形孔S?
30H9及尺寸6
mm,用专用量具测量,孔轴线的倾斜30°用专用检具测量。
⒐8—M12螺纹底孔及2—?
8N8孔
选用摇臂钻床Z3025加工。
8—M12螺纹底孔选用锥柄阶梯麻花钻、选用锥柄复合麻花钻及锥柄机用铰刀加工2—?
8N8孔。
采用专用夹具。
选用游标卡尺和塞规检查孔径。
⒑8—M12螺孔
攻螺纹选用摇臂钻。
采用机用丝锥、丝锥夹头、专用夹具和螺纹塞规
(四)加工工序设计
确定工序尺寸一般的方法是,由加工表面的最后工序往前推算,最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。
当无基准转换时,同一表面多次加工的工序尺寸只与工序(或工步)的加工余量有关。
有基准转换时,工序尺寸应用工艺尺寸链解算。
⒈工序10粗铣及工序60精铣N面工序
查有关手册平面加工余量表,得精加工余量ZN为l.5mm。
已知N面总余量ZN总为5mm。
故粗加工余量ZN粗=(5-1.5)mm=3.5mm。
如图1—9所示,精铣N面工序中以B孔定位,N面至B、A孔轴线的工序尺寸即为设计尺寸XN-B精=46土0.05mmm,则粗铣N面工序尺寸XN-B精精为47.5mm。
图1—9
查教材表3—16平面加工方法,得粗铣加工公差等级为IT11~13,取IT11,其公差TN-B精=0.16mm,所以XN-B精=47.5土0.08mm(注:
中心距公差对称标注)。
校核精铣余量ZN精:
ZN精min=XN-B精min-XN-B精max=[(47.5-0.16)-(46+0.05)]mm=1.29mm
故余量足够。
查阅有关手册,取粗铣的每齿进给量fZ=0.2mm/z;精铣的每转进给量f=0.05mm/z,粗铣走刀1次,ap=3.5mm;精铣走刀1次,ap=1.5mm。
取粗铣的主轴转速为150r/min,取精铣的主轴转速为300r/min。
又前面已选定铣刀直径D为?
200mm,故相应切削速度分别为
粗加工:
vc=
=
m/min=94.2m/min
精加工:
vc=
=
m/min=188.4m/min
校核机床功率(一般只校核粗加工工序):
参考有关资料得:
铣削时的切削功率
Pc=167.9×10-5ap0.9fz0.74aeznkpc
取Z=10个齿,n=
=2.5r/s,ae=168mm,ap=3.5mm,fz=0.2mm/z,kpc=1;将它们代入式中,得Pc=(167.9×10-5×3.50.9×0.20.74×168×10×2.5×1)kw=6.62kw
又从机床X52K说明书(主要技术参数)得机床功率为7.5KW,机床传动效率一股取0.75~0.85,若取ηm=0.85,则机床电动机所需功率PE=PC/ηm=
=7.79kW>7.5kW
故重新选择粗加工时的主轴转速为118r/min(低一档速)
vc=
=
m/min=74.1m/min
将其代入公式得:
Pc=(167.9×10-5×3.50.9×0.20.74×168×10×
×1)kW≈5.2kW
PE=Pc/ηm=
kW≈6.1kW<7.5kW
故机床功率足够。
⒉工序20钻扩铰2—?
10F9孔至2—?
9F9,钻4—?
13mm孔
2—?
9F9孔扩、铰余量参考有关手册取Z扩=0.9mm,Z铰=0.1mm,由此可算
出Z钻=(
-0.9-0.1)mm=3.5mm
4—?
13mm孔因一次钻出,故其钻削余量为Z钻=
mm=6.5mm
各工步的余量和工序尺寸及工差列于表1—4
表1—4各工步余量和工序尺寸及公差(mm)
加工表面
加工方法
余量
公差等级
工序尺寸
2—?
9F9
钻孔
3.5
—
?
7
2—?
9F9
扩孔
0.9(单边)
H10
?
8.8
?
2—9F9
铰孔
0.1(单边)
F9
?
9
4—?
13
钻孔
6.5
—
?
13
孔和孔之间的位置尺寸如140±0.05mm,以及140mm、142mm、40mm、4―?
13mm孔的位置度要求均由钻模保证。
与2―?
80mm孔轴线相距尺寸66土0.2mm因基准重合,无需换算。
沿2―?
80mm的孔轴线方向的定位是以两孔的内侧面用自定心机构实的。
这种方案利用保证两内侧中心面与R、Q两端面的中心面重合,外形对称,所以2―?
9F9两孔连心线至内侧中心面的距离尺寸XG-中需经过计算。
其工艺尺寸链如图1一10所示。
图1一10钻定位孔工艺尺寸链
图中,XR一内侧为零件图上R面与内侧尺寸
mm,是封闭环。
X内侧一中为内腔尺寸92±1mm的一半,即为46±0.5mm;XR-G为零件图上销孔连线与R面的尺寸115±0.1mm。
用概率法计算如下:
XR一内侧=
mm=37.45±0.55mm
XR一内侧=XR一G-X内侧-中-XG一中
XG一中=XR一G-X内侧-中-XR一内侧
=(115-46-37.45)mm
=31.55mm
T
=T
+T
+T
TG一中=
=
mm
=0.412mm
故XG一中=31.55±0.206mm=31.55±0.2mm
参考Z3025机床技术参数表,取钻孔4—?
13mm的进给量f=0.4mm/r,取钻孔2-?
mm的进给量f=0.3mm/r。
参考有关资料,得钻孔?
13mm的切削速度vc=0.445m/s=26.7m/min,由此算出转速为
n=
r/min=654r/min
按机床实际转速取n=630r/min,则实际切削速度为
vc=
m/min≈25.7m/min
同理,参考有关资料得钻孔Φ7mm的V=0.435m/s=26.1m/m
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