1 日摘要摘要 随着经济的发展，人类文明的进步，现代机械加工生产将进一步代替手工业 生产，解放劳动生产力，提高生产效率。因此，机械零件的加工设计尤为重要。 齿轮座在机械中应用广泛，其加工、设计涉及到零件的初步设计，图样的分析， 加工工艺方案的拟定与采用，加工基准的选择，加工工序的安排，专用夹具的设 计等。通过对本课题设计的完成，应掌握机械制造工艺和机床夹具设计的基本理 论，具有编制中等复杂机械加工工艺规程及设计机床夹具的能力，具有熟悉查阅 相关资料的能力，具有分析并解决一般性工艺问题的能力，以此达到培养学生的 实战实力。 关键词：关键词：机械设计；工艺；工序；夹具 Abstract With economic development, the progress of human civilization, modern machining production will further instead of handicraft production, the liberation of labor productivity, improve production efficiency. Therefore, the mechanical parts of the process design is particularly important. Gear housing is widely applied in machinery, its processing, design involves the analysis of the preliminary design of parts, drawings, and develop processing program and use, processing benchmark of choice, arrange machining operations, dedicated fixture design. By the completion of this project design should master the basic theory of machinery and machine tool fixture design manufacturing processes, with a capacity to produce moderately complex machining process planning and design of jigs and fixtures, with the ability to access relevant information are familiar with the general process of analyzing and solving capacity issues, in order to cultivate the students actual strength. Keywords: mechanical design; process; process; fixture 2 目录目录 第一章第一章 绪论绪论 5 1.11.1 设计内容及意义设计内容及意义 .5 1.21.2 国内外相关研究国内外相关研究 .5 1.31.3 课题知识课题知识 .5 1.41.4 夹具设计夹具设计 .5 第二章第二章工艺规程工艺规程6 2.12.1 工艺分析工艺分析 .6 2.1.1 零件的作用.6 2.1.2 零件的工艺分析6 2.1.3 生产纲要.7 2.22.2 毛坯的选择毛坯的选择 .7 2.2.1 选择毛坯种类.7 2.2.2 确定毛坯尺寸及机械加工余量.7 2.2.3 绘制毛坯图.8 2.32.3 制定工艺路线制定工艺路线 .8 2.3.1 定位基准的选择.8 2.3.2 加工阶段的划分.8 2.3.3 工序的集中与分散.9 2.3.4 工序的安排.9 2.3.5 拟订工艺路线.9 2.3.6 加工设备及工艺装配.11 2.3.7 工序尺寸的确定.11 2.3.8 切削用量及基本工时.12 第三章第三章钻孔夹具设计钻孔夹具设计.15 3.13.1 问题的提出问题的提出 .15 3 3.23.2 定位基准的选取定位基准的选取 .15 3.33.3 确定夹紧机构确定夹紧机构 .16 3.43.4 绘制夹具装配图绘制夹具装配图 .16 3.53.5 切削力和夹紧力的计算切削力和夹紧力的计算 .17 3.63.6 定位误差分析定位误差分析 .17 3.73.7 夹具操作说明夹具操作说明 .18 第四章第四章总结总结.19 参考文献参考文献19 致谢致谢.19 第一章第一章绪论绪论 1.11.1 设计内容及意义设计内容及意义 任何一台机械产品都是由轴、齿轮、连杆、箱体等零部件组成，不同的 零部件可有不同的材料加工制成毛坯，再经机械加工达到图样设计要求，然后经 过整装，满足产品的性能要求，成为机械产品。各机械零件的尺寸、形状相差各 异，可它们在制造工艺过程存在一定的共性。 该课题以齿轮座的机械加工工艺及夹具设计为例，设计内容包括金属工 艺学、互换性测量、机械设计基础、工程力学、金属切削原理、金属切削机床等 课程的基本理论和知识。 意义在于提高学生的综合性应用知识的能力，提供爱动手实践能力。能 够分析解决中等机械工艺问题的能力，培养创新意识，进一步掌握机械设计、加 工的基本理论知识和生产工艺过程。 1.21.2 国内外相关研究国内外相关研究 机械制造工业是国民经济重要的部门之一，是一个国家和地区的支柱产业， 其发展水平是国家或区域竞技水平、科技水平、生活水平和综合实力的标志。 当前，随着科学技术的发展，特别是微电子技术，计算技术的进步，使机械 制造业焕发一新，无论是从加工自动化方面还是生产组织，制造精度和加工工艺 方法方面都有了令人惊骇的变化。 我国的机械制造在不断地蓬勃发展，一个自立的机械工业体系已基本形成。 但与发达国家相比之下，工业水平有阶段性的差距。中国的制造业任重而道远， 4 为了赶上发达国家的机械水平，必须不断地开拓进取。 1.31.3 课题知识课题知识 机械制造工艺与夹具是以机械制造中的工艺和工装设计问题为研究对象的一 门应用性科学。所谓的工艺是将原材料、半成品变成成品的加工过程；机械制造 工艺是各种机械加工方法和加工过程的总称。在实践生产中，通过大量使用先进 设备和专用夹具，提高生产效率、减低生产难度和提高自动化生产是、程度，进 行单一或大批量生产，以“规模经济”实现降低生产成本和提高产品质量。从 20 世纪 80 年代，较多的采用数控机床、机器人、柔性制造系统和集成化制造技术 来达到产品的个性化和多样化，以满足人类的生活不同需求，现代的机械产品是 精度高、质量好、生产周期短、更新快等特点。 1.41.4 夹具设计夹具设计 夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械加工过程。在机床中 夹具是一种附加装置，是为了满足生产产品的需求，提高生产效率降低生产成本， 保证产品的质量精度，扩大机床的加工适应范围，改善工人劳动强度。夹具可分 为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具等。本课题夹具设计为专用机床夹 具，其有定位元件、夹紧元件、导向元件、夹具体、其他装置组成。 第二章第二章工艺规程工艺规程 2.12.1 工艺分析工艺分析 2.1.1 零件的作用 该零件为食品包装机械中常用的齿轮座零件，其作用是将机器和部件中的齿 轮有机的联成一整体，支撑齿轮并使之保持正确的相对位置，彼此协调工作，以 传递动力和改变速度，完成机械预期设定的功能。因此，齿轮座的加工质量直接 影响齿轮的使用寿命和产品加工的质量。齿轮座零件如图 2.1 所示。 5 A 剖面 40 280 160 6xR20 80 4x? 20H7 180 ? 100H7 0.02 A B B 3.2 R60 ? 300 27 ? 30H7 R30 4x? 20 4xR20 175 R30 105 125 200 ? 30H7 图 2.1 齿轮座零件. 2.1.2 零件的工艺分析 该零件为齿轮座零件，结构形状、尺寸精度和位置精度要求一般，零件的主 要工艺分析如下： a.零件底面相对于内圆孔轴心 A 的垂直度要求为 0.02，加工过程中必须严格按 照定位基准原则要求以保证该项技术要求。 b. 对内圆孔 100 的内圆孔加工精度为 IT7 级，加工精度一般，只要达到加工 要求即可，其内圆表面粗糙度值要求为 Ra1.6，必须精加工完成，确保心轴的 基准性。 c.底板孔 420 加工要求一般，而上表面孔 420H7 尺寸大小相同，加工 要求精度为 IT7 级，为保证组配时的精度要求。 d. 底板孔 230H7，加工精度要为 IT7 级，也是为保证零件在装配式的装配精 度要求。 e.上表面及内圆孔 100 相接的表面去除材料粗糙度要求 Ra3.2，为确保该项加 工精度要求，需要夹具装夹的要求较高。 6 2.1.3 生产纲要 生产纲要是设计或修改工艺规程的重要依据，是生产单位设计的基本文件。 在计划期间内，应当生产产品的数量和进度计划称为生产纲领。以生产纲领的计 算确定该产品生产类型，生产类型可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类 型。 以年产量纲领为据 N=Qn(1+ 式中，N零件的生产纲领，件/年 Q产品的年产量，台/年 n每台产品中该零件的数量，年/台 备品率，一般取 2%4% 废品率，一般取 0.3%0.7% 拟定本零件的生产要求，Q=10000 台，n=1 件/台，分别取 =3%，=00.5%，将数据代入公式中计算得 N=10351 件/年，可确定该零件生产 类型为大批量生产。 2.22.2 毛坯的选择毛坯的选择 2.2.1 选择毛坯种类 毛坯的种类有铸件、锻件、型材、焊接件、冷冲压件，因该齿轮座零件形状 较为复杂，采用铸件的零件毛坯，铸件材料选用 HT200 牌号的灰铸铁，其优点是 容易制造形状复杂的零件，成本低，抗震性及切削性能均好。 2.2.2 确定毛坯尺寸及机械加工余量 为实现少切屑、无切屑加工，铸件毛坯尺寸应尽可能的与实件尺寸相符合。 由于受毛坯制造技术的限制无法叨叨零件质量精度的要求，固在制造毛坯时需要 留有加工余量，以便通过机械加工毛坯达到产品质量要求。 表 2.2 毛坯尺寸及公差 mm 主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸 100 内圆 100496 40 厚 40242 20 厚 20222 2.2.3 绘制毛坯图 7 图 2.2 齿轮座毛坯图 2.32.3 制定工艺路线制定工艺路线 2.3.1 定位基准的选择 在加工中以确定工件在机床或加剧上的正确位置的基准称为定位基准。从保证工件加工精度 要求出发，应选用精基准，在选粗基准。 a.精基准，为确保主要加工表面加工余量均匀，同时定位基面应形状简单、加工方便、定 位夹紧可靠，据对零件的分析选取精基准选择与设计基准重合即以 100 的孔中心轴为 精基准。 b.粗基准，选择粗基准主要考虑各加工面加工余量的分配和加工面与非加工面之间的相对 位置关系，据对零件的分析选取底面为加工粗基准。粗基准只在头道工序中使用一次尽 量避免重复使用。 2.3.2 加工阶段的划分 为保证加工余量，合理使用设备，及早发现毛坯的缺陷，该零件的加工阶段 根据加工要求可划分为： 第一阶段毛坯的预期理，毛坯在进入机械加工阶段之前需进行毛坯的失效处 理，因铸件毛坯存在一定的铸造缺陷，其毛坯内部存在残余应力，还需修正毛坯 外形。 第二阶段毛坯的粗加工，去除毛坯材料商的大部分加工余量。在进入半精或 精加工之前需确定粗定位基准，加工出底面作为下一加工的加工定位基准，确保 工件的加工技术要求。此外，在这一阶段其它表面应尽量完成粗加工处理。 第三阶段底板孔和上表孔加工，底面孔 420 加工要求一般，需要设