皮带轮的机械加工工艺规程设计

1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21.1.3.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)Φ157的外圆和Φ45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Φ45的内孔插键槽有一定的对称度要求。(3)在Φ157的外圆上车V形带，要注意他们的相互位置。32.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4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Φ157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Φ157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Φ157的外圆，掉头车Φ157的外圆。工序4：钻中心孔、扩中心孔、铰中心孔。工序5：插键槽。5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Φ157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Φ157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。6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（Φ157）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）＞180～315mm，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）120～180mm，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1.7－2.2mm，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Φ157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Φ157端面及，Φ157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16mm×25mm，kr=90°，γo=15°，7αo=8°，rε=0.5mm。5.2切削用量计算5.2.1车Φ157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16mm×25mm，ap≤3mm，以及工件直径为Φ81mm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=(Cv×kv)/(Tm×apxv×fyv)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=(242×1.44×0.8×1.04×0.81×0.97)/(600.2×30.15×0.51×0.35)m/min=108.8m/min4）确定机床主轴转速：ns=1000vc/πdw=1000×108.6/π×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)/450×0.51=0.556min5.2.2车Φ157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。82）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)=(242×1.44×0.8×0.81×0.97)/(600.2×20.15×0.51×0.35)=110.17m/min4)确定主轴转速：ns=1000vc/πdw=1000×110.17/π×81=433.16r/min按机床选取n=450r/min。所以实际切削速度为V=πdn/1000=π×81×450/1000m/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=Capfvk式中，C=2795，x=1.0，y=0.75，n=0.15k=(σb/650)=(600/650)×0.75=0.94，k=0.89所以Fc=2795×2×0.50.75×114.45－0.15×0.94×0.89N=1318.9N切削是消耗功率Pc为Pc=Fc×vc/6×104=1318.9×114.45/6×104kW=3.175kW由CA6140机床说明书可知，CA6140主电动机功率为7.8kW，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=Capfvk9式中，C=1940，x=0.9，y=0.6，n=0.3k=(σb/650)=(600/650)×1.35=0.897，k=0.5所以，Fp=1940×20.9×0.5×0.6×114.45－0.3×0.897×0.5N=258.4N而轴向切削力Ff=Capfvk式中，C=2880，x=1.0,，y=0.5，n=0.4k=(σb/650)=(600/650)×1=0.923，k=1.17于是轴向切削力Ff=2880×2×0.5×0.5×114.45－0.4×0.923×1.17N=601.7N取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数μ=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+μ(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