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設 計 說 明 書
題目：皮帶輪加工工藝及插鍵槽（10正負0.018） 專用夾具設計
班 級：
姓 名：
指導教師：
目 錄
設計任務書
畢業(yè)設計說明書正文
前言
一、 零件的分析
二、工藝規(guī)程設計
（一） 確定毛坯的制造形式
（二） 基面的選擇
（三） 制定工藝路線
（四） 機械加工余量和工序尺寸以及毛坯尺寸的確定
（五） 確定切削用量及基本工時
三、專用夾具設計
（一） 設計主旨
（二） 夾具設計
四、畢業(yè)設計的心得體會
參考文獻
設計題目 皮帶輪加工工藝及插鍵槽（10正負0.018）
專用夾具設計
（生產(chǎn)綱領5000件）
設計內(nèi)容：
1、生產(chǎn)綱領5000件/年，工藝裝備采用通用機床與通用刀具及專用夾具。
具體任務：
1 繪制零件圖（A3）
2 確定加工工藝路線并進行工序設計，填寫工藝文件1套
3 繪制毛坯圖（A3）；
4 繪制插鍵槽（10正負0.018）夾具裝配圖（A0）并進行誤差分析
5 繪制夾具零件圖3張；
6 編寫設計說明書（不少于1萬字）。
前 言
機械制造工藝學畢業(yè)設計是在我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的鏈接，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練。因此，它在我們的大學生活中占有十分重要的地位。
就我個人而言，我希望能通過設計對自己未來從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國的現(xiàn)代化建設打下一個良好的基礎。
一、零件的分析
（一）零件的作用
皮帶輪是回轉(zhuǎn)類零件，主要用于和別的零件進行裝配。所以皮帶輪要有一定的配合精度以及表面接觸強度，還有要有足夠的剛度和耐磨性，以滿足使用要求。
（二）零件的工藝分析
該零件是軸類零件，形狀不太復雜，尺寸精度要求比較高。零件的主要技術要求分析如下：
(1)Φ157的外圓和Φ45的內(nèi)孔,都有很高的尺寸精度要求,主要是為了和其裝配件很好的裝配。
(2)在Φ45的內(nèi)孔插鍵槽有一定的對稱度要求。
(3)在Φ157的外圓上車V形帶,要注意他們的相互位置。
二、工藝規(guī)程設計
(一)確定毛坯的制造形式
零件的材料為HT200.考慮到皮帶輪在工作過程中會受到一定的載荷,因此選擇鑄件,以使金屬纖維不被切斷,保證零件工作可靠.由于零件年產(chǎn)量為5000件,已達到大批生產(chǎn)的水平.而且零件的輪廓尺寸不大,故可采用鑄造成型,這對于提高生產(chǎn)率,保證加工質(zhì)量也是有利的。
(二)基面的選擇
基面的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一。基面選擇的正確、合理，可以保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。否則，就會使加工工藝過程問題百出，嚴重的還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法進行。
1.粗基準的選擇
對于一般的軸類零件而言，以外圓作為基準是完全合理的。按照有關粗基準的選擇原則（即當零件又不加工表面時，應以這些不加工的表面作為粗基準；若零件有若干個不加工表面時，則應以與加工要求相對位置精度較高的不加工表面作為粗基準），現(xiàn)在應為都要加工就要結合加工工藝來確定粗基準，現(xiàn)取Φ157的外圓作為粗基準，利用三爪卡盤裝夾。利用不完全定位來加工工件。
2.精基準的選擇
精基準的選擇主要考慮基準重合的問題。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算。
(三)工藝路線的制定
制定工藝路線的相互發(fā)點,應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度要求等技術能得到合理的保證.在生產(chǎn)綱領已確定為大批生產(chǎn)的條件下,可以采用萬能機床配以專用夾具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率.除此以外,還應考慮經(jīng)濟效益,以便降低生產(chǎn)成本。
1.工藝路線方案一:
工序1: 車端面,打中心孔, 車Φ157的外圓表面，倒角。
工序2: 調(diào)頭車另一端面,打中心孔,工序3: 修研兩端中心孔。
工序4: 鉆中心孔。
工序5: 擴中心孔。
工序6：鉸中心孔
工序7: 插鍵槽。
工序8: 粗精車V形帶。
工序9：終檢。
工序10：入庫。
2.工藝路線方案二：
工序1：銑端面，打中心孔。
工序2：掉頭銑另一端面，打中心孔。
工序3：車Φ157的外圓，掉頭車Φ157的外圓。
工序5：鉆中心孔、中心孔、鉸中心孔。
工序6: 插鍵槽。
工序8: 粗精車V形帶。
工序9：終檢。
工序10：入庫.
3.工藝方案的比較與分析
上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是在車床上用三爪卡盤裝夾，車一端面在打中細孔，然后用頂尖頂住來車外圓再掉頭加工另一端，以此為基準來完成后面的工序。方案二則與之不同，是先銑削好兩個端面，打中心孔，以此為基準來加工余下的工序。經(jīng)比較可見，先加工好一端面和它所在端的外圓，以此為基準來加工后面的工序，這是的位置和尺寸精度較易保證，并且定位也較方便。在加工螺紋和銑凹槽的時候，方案一中的工序6、7、8，雖然只是在加工的先后順序不同，這樣的話可能會造成鉆孔時的讓刀。故決定將方案二中的工序5、6、7移入方案一。具體工藝過程如下：
工序1: 車端面,打中心孔, 車Φ157的外圓表面，倒角。
工序2: 調(diào)頭車另一端面,打中心孔,工序3: 修研兩端中心孔。
工序4: 鉆中心孔。
工序5: 擴中心孔。
工序6：鉸中心孔
工序7: 插鍵槽。
工序8: 粗精車V形帶。
工序9：終檢。
工序10：入庫。
以上方案大致看來還是合理的。但通過仔細考慮零件的技術要求以及可能的加工手段之后，發(fā)現(xiàn)仍有問題，因此，最后的加工路線確定如下：
工序1: 車端面,打中心孔, 車Φ157的外圓表面，倒角。
工序2: 調(diào)頭車另一端面,打中心孔,工序3: 修研兩端中心孔。
工序4: 鉆中心孔。
工序5: 擴中心孔。
工序6：鉸中心孔
工序7: 插鍵槽。
工序8: 粗精車V形帶。
工序9：終檢。
工序10：入庫。
以上工藝過程詳見附表機械加工工藝過程卡片和附表機械加工工序卡片。
（四）機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“皮帶輪”零件材料為HT200，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，可采用在鍛錘上合模鑄造毛坯。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定個加工表面的機械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1.外圓表面（Φ157）
查《機械制造工藝設計簡明手冊》（以下簡稱《工藝手冊》）表2.2-14，其中鑄件重量為4kg，鑄件復雜形狀系數(shù)為S1，鑄件材質(zhì)系數(shù)取M1，鑄件輪廓尺寸（直徑方向）＞180～315mm，其余量值規(guī)定為1.7～2.2mm，現(xiàn)取2.0mm。
2.外圓表面沿軸線長度方向的加工余量及公差
查《工藝手冊》表2.2-25，其中鑄件重量為4kg，鑄件復雜形狀系數(shù)為S1，鑄件材質(zhì)系數(shù)取M1，鑄件輪廓尺寸（直徑方向）＞120～180mm，故長度方向偏差為（+1.2；-0.6）mm.
長度方向的余量查《工藝手冊》表2.2-25，其余量值規(guī)定為1.7～2.2mm,現(xiàn)取2.0mm。
（五）確定切削用量及基本工時
工序1：車端面, 打中心孔,車Φ157的外圓表面，倒角。本工序采用計算法確定切削用量。
1. 加工條件
工件材料：HT200，正火，鑄造。
加工要求：粗車Φ157端面及Φ157的外圓，Φ157的端面和外圓表面的粗糙度值為R12.5。
機床：CA6140臥式車床。
刀具：刀片材料為YT15，刀桿尺寸為16mmX25mm,kr=90°,γo=15°,αo=8°,rε=0.5mm
2.切削用量計算
(1)車Φ157端面。
1）確定端面最大加工余量：已知毛坯長度方向的加工余量為2+1.2考慮7°的鑄造拔模斜度，則毛坯長度方向的最大加工余量Zmax=7mm,故實際端面余量可按Zmax=7mm考慮，分三次加工，ap=3mm計。
2）確定進給量f:根據(jù)《機械制造工藝與機床夾具課程設計指導》表2-19，當?shù)稐U尺寸為16mmX25mm,ap≦3mm，以及工件直徑為Φ81mm時
F=0.5～0.7mm/r
按CA6140車床說明書取f=0.51mm/r（參見表3-9）
3)計算切削速度：按《切削用量簡明手冊》（第三版）（以下簡稱《切削手冊》）表1.27，切削速度的計算公式為（壽命選T=60min）。
vc=(Cv*kv)/(Tm*apxv*fyv)
式中，Cv=242,xv=0.15,yv=0.35,m=0.2。kv見《切削手冊》表 １.２８，即
kMv=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/min
4）確定機床主軸轉(zhuǎn)速：
ns=1000vc/πdw=1000X108.6/πX81=427r/min
按機床說明書，與427r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為400r/min及450r/min?，F(xiàn)選取450r/min。所以實際切削速度v=114.45r/min。
5）計算切削工時：按《工藝手冊》表6.2-1，取
l=40.5mm,l1=2mm,l2=0,l3=0
tm=(l+l1+l2+l3)*i/n f=3X(40.5+2)/450X0.51=0.556min
(2)車Φ157外圓，同時應校驗機床功率及進給機構強度。
1）被吃刀量：單邊余量Z=2mm，可一次切除。
2）進給量：根據(jù)《切削手冊》表1.4，選用f=0.5mm/r。
3）計算切削速度：見《切削手冊》表1.27
vc=(Cv*kv)/(Tm*apxv*fyv)
=(242X1.44X0.8X0.81X0.97)/(600.2X20.15X 0.510.35)
=110.17m/min
4)確定主軸轉(zhuǎn)速：
ns=1000 vc/πdw
=1000X110.17/πX81
=433.16r/min
按機床選取n=450r/min。所以實際切削速度為
V=πdn/1000=πX81X450/1000m/min=114.45m/min
5)檢驗機床功率：主切削力Fc按《切削手冊》表1.29所示工時計算
Fc=C ap f v k
式中，C =2795，x =1.0, y =0.75, n=-0.15
k =(σb/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為
Pc= Fc*vc/6X104
=1318.9X114.45/6X104kW
=3.175kW
由CA6140機床說明書可知，CA6140主電動機功率為7.8 kW,當主軸轉(zhuǎn)速為450r/min時，主軸傳遞的最大功率為4.5kW，所以機床功率足夠，可以正常加工。
6）校驗機床進給系統(tǒng)強度：已知主切削力Fc=1318.9N，徑向切削力Fp按,《切削手冊》表1.29所示公式計算
Fp=C ap f v k
式中，C =1940，x =0.9, y =0.6 n=-0.3
k =(σb/650) =(600/650)1.35=0.897, k =0.5
所以，
Fp=1940X20.9X0.50.6X114.45-0.3X0.897X0.5N=258.4N
而軸向切削力 Ff =C ap f v k
式中，C =2880，x =1.0, y =0.5, n =-0.4
k =(σb/650)= (600/650)1=0.923,k =1.17
于是軸向切削力
Ff=2880X2X0.50.5X114.45-0.4X0.923X1.17N=601.7N
取機床導軌與床鞍之間的摩擦系數(shù)μ=0.1，則切削力在縱向進給方向?qū)M給機構的作用力為
F= Ff+μ(Fc+ Fp)
=601.7+0.1X(1318.9+258.4)N
=759.43N
而機床縱向進給機構可承受的最大縱向力為3530N（見《切削手冊》表1.30），故機床進給系統(tǒng)可正常工作。
7）切削工時：
t =(l+l1+l2)/nf
式中， l=42, l1=4, l2=0,
所以
t =(l+l1+l2)/nf=（42+4+0)/450X0.5min=0.205min
不難看出,以后在CA6140車床上加工此皮帶輪.只要在主軸轉(zhuǎn)速不變、進給量f≦0.5mm和被吃刀量ap≦3mm的情況下,機床進給系統(tǒng)都可正常工作、電機功率都足夠.
工序2：車調(diào)頭車另一端面, 打中心孔,車Φ157和Φ40的外圓，倒角。
1.加工條件
加工要求：粗車Φ157及Φ157和Φ40的外圓，Φ40的外端面和外圓表面的粗糙度值為R12.5而Φ157外圓面的粗糙度值為R3.2
機床：CA6140臥式車床。
刀具：刀片材料為YT15，刀桿尺寸為16mmX25mm,kr=90°,γo=15°,αo=8°,rε=0.5mm
2.切削用量計算
(1)車Φ157端面。
1）確定端面最大加工余量：已知毛坯長度方向的加工余量為2+1.2考慮7°的鑄造拔模斜度，則毛坯長度方向的最大加工余量Zmax=5.9mm,故實際端面余量可按Zmax=5.9mm考慮，分三次加工，ap=3mm計。
2）確定進給量f: 選用和工序1車端面相同的進給量即f=0.51mm/r
3) 計算切削速度: 選用和工序1相同的主軸轉(zhuǎn)速即n=450r/min,故實際速度為:
V=πdn/1000=πX39X450/1000m/min
=55.1m/min
4）計算切削工時：按《工藝手冊》表6.2-1，取
l=19.5mm,l1=2mm,l2=0,l3=0
tm=(l+l1+l2+l3)*i/n f
=2X(19.5+2)/450X0.51=0.188min
(2)車Φ40外圓.
1) 確定加工余量:Δl=(81-40)/2=20.5
2）確定進給量f: 選用和工序1車外圓相同的進給量即f=0.5mm/r
3) 計算切削速度: 選用和工序1相同的主軸轉(zhuǎn)速即n=450r/min,故實際速度為:
V=πdn/1000=πX81X450/1000m/min
=114.45m/min
4) 計算切削工時：按《工藝手冊》表6.2-1，取
l=(81-40)/2=20.5mm,l1=2mm,l2=0,l3=0
tm=(l+l1+l2+l3)*i/n f
=2X(20.5+2)/450X0.51=0.196min
(3) 車Φ157的外圓面,同時應校驗機床功率及進給機構強度。
1）被吃刀量：單邊余量Z=1.8mm，可一次切除。
2）進給量：選用和工序1車外圓相同的進給量即f=0.5mm/r。
3）確定主軸轉(zhuǎn)速：選用和工序1相同的主軸轉(zhuǎn)速即n=450r/min
4) 計算切削速度：
V=πdn/1000
=πX39X450/1000m/min=55.1m/min
5）切削工時：
t =(l+l1+l2)/nf
式中， l=85, l1=4, l2=0,
所以
t =(l+l1+l2)/nf
=（85+4+0)/450X0.5min=0.396min
工序3: 修研兩端中心孔。
工序4: 半精車Φ157的外圓表面并切槽,同時應校驗機床功率及進給機構強度。
（1）半精車Φ157的外圓表面
1）被吃刀量：單邊余量Z=0.19mm，可一次切除。
2）進給量：選用和工序1車外圓相同的進給量即f=0.5mm/r。
3）確定主軸轉(zhuǎn)速：選用和工序1相同的主軸轉(zhuǎn)速即n=450r/min
4）計算切削速度：
V=πdn/1000
=πX35.4X450/1000m/min=50m/min
5）切削工時：
t =(l+l1+l2)/nf
式中， l=85, l1=4, l2=0,
所以
t =(l+l1+l2)/nf
=（85+4+0)/450X0.5min=0.396min
（2）切1.7XΦ33的槽
1）被吃刀量：單邊余量Z=1.01mm，可一次切除。
2）進給量：選用和工序1車外圓相同的進給量即f=0.5mm/r。
3）確定主軸轉(zhuǎn)速：選用和工序1相同的主軸轉(zhuǎn)速即n=450r/min
4）計算切削速度：
V=πdn/1000
=πX35.02X450/1000m/min=49.48m/min
5）切削工時：
t =(l+l1+l2)/nf
式中， l=1, l1=11, l2=0,
所以
t = (l+l1+l2)/nf
=（1+11+0)/450X0.5min=0.054min
工序5: 銑90度的槽。
f =0.08/齒(參考《切削手冊》表3-3)
切削速度：參考有關手冊，確定V=0.45mm/s,即27m/min.
采用高速鋼鑲齒三面刃銑刀，d =225mm,齒數(shù)z=20。則
n = 1000v/πdw
=1000X27/πX225=38r/min
現(xiàn)選用X63臥式銑床，根據(jù)機床使用說明書，取n =37.5r/min,故實際切削速度為
V=πd n /1000
=πX225X37.5/1000m/min=26.5m/min
當n =37.5r/min時，工作臺的每分鐘進給量f 應為
f =f zn =0.08X20X37.5mm/min=60mm/min
查機床說明書，剛好有f =60mm/min，故直接選用該值。
切削工時：由于所銑的槽表面光潔度不高，粗糙度值為R12.5，故只要粗銑就能達到要求。銑刀的行程為l+l1+l2=90。因此，機動工時為
tm=(l+l1+l2)/f =90/60min=1.5min
三、專用夾具設計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，通常需要設計專用夾具。
經(jīng)過與指導老師協(xié)商，決定設計工序——插鍵槽的插床夾具。本夾具將用于立式插床。
（一）設計主題
本夾具主要用來插鍵槽，加工到工序時，后面的工序與本工序并沒有多大的技術要求。因此，在本道工序加工時，主要應考慮如何提高生產(chǎn)率，降低勞動強度，而精度則不是主要的問題。
（二）夾具設計
1.定位基準的選擇
有零件圖可知，所插鍵槽，為了使定位誤差為零、所設計的夾具機構簡單，這里就選用皮帶輪軸線為定位基準。
為了提高加工效率，縮短裝卸工件的時間，采用帶孔的蓋板來夾緊工件。
2.切削力及夾緊力的計算
F=C a f a z/d n
式中，C =650,a =3.1,x =1.0,f =0.08mm,y =0.72,a =40mm (在加工面上測量的近似值)
n =0.86,d =225mm,q =0.86,w =0,z=20,
所以
F=650X3.1X0.08 X40 X20/225N=1456N
由于只用一把銑刀，F(xiàn) =F=1456N
水平分力：F =F =1601.6N
垂直分力：F =F =436.8N
在計算切削力時，必須考慮安全系數(shù)，安全系數(shù)K=K1K2K3K4。
式中， K1 —— 基本安全系數(shù)，K1=1.5；
K2 —— 加工性質(zhì)系數(shù)，K2=1.1；
K3 —— 刀具鈍化系數(shù)，K3=1.1；
K4 —— 斷續(xù)且需系數(shù)，K4=1.1。
3.定位誤差分析
由于銑90°槽是在軸的外圓加工之后就加工的，所以它在外圓的任何地方銑都行只要保證兩個面成90°以及規(guī)定的尺寸就行，利用V型塊定位。因為定位基準和工序基準都位皮帶輪的軸線，所以基準重合。V型塊具有對中性，所以基本位移誤差位零。
4.夾具設計及操作的簡要說明
如前所述，在設計夾具時，為了提高勞動生產(chǎn)率，應著眼于縮短輔助時間，故選用帶孔的蓋板來夾緊工件，用螺釘固緊。由于本工序所加工的表面質(zhì)量不太搞，只要粗銑就行了。
夾具上裝有對刀塊，可使夾具在一批零件加工之前與塞規(guī)配合使用很好地對刀；同事，夾具體有一個表面成一定的角度。為的就是很方便的加工出所需的槽；同時，夾具體底面上的一對定位槽可是整個夾具在機床工作臺上有一正確的安裝位置，以利于銑削加工。
插床夾具的裝配圖
四、設計心得體會
緊張而辛苦的課程設計結束了。當我快要完成老師下給我的任務的時候，我仿佛經(jīng)過一次翻山越嶺，登上了高山之巔，頓感心曠神怡，眼前豁然開朗。
畢業(yè)設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程。“千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義。我今天認真地進行課程設計，學會腳踏實地地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎。
說實話，畢業(yè)設計真是很累人。然而，當我一著手清理自己的設計成果，仔細回味這一周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使我倦意頓消。雖然這是我剛學會走完的第一步，是我人生中的一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟了許多，令我有了一種“春眠方覺曉”的感悟。
通過課程設計，使我深深體會到，干任何事都必須有耐心、細致。課程設計過程中，許多計算優(yōu)勢不免令我感到心煩意亂；有兩次因為不小心我計算出錯，只能毫不情愿地重來。但一想起老師平時對我們耐心教導，想到今后自己應當承擔的社會責任，想到世界上應為某些細小失誤而出現(xiàn)的令人無比震驚的事故，我不禁時刻提醒自己，一定要養(yǎng)成一種高度負責、一絲不茍的良好習慣。這次課程設計使我在工作作風上得到了一次難得的磨練。
做完畢業(yè)設計，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正如此的貧乏，自己綜合應用所學專業(yè)知識的能力是如此不足，幾年來學習了這么多的課程，今天才知道自己并不會用。想到這里，我真的有點心急了。老師卻對我說，這說明課程設計確實使你有收獲了。老師的親切勉勵像春雨注入我的心田，使我更加自信了。
最后，我要衷心地感謝老師。是您的嚴厲批評喚醒了我，是您的敬業(yè)精神感動了我，是您的諄諄教誨啟發(fā)了我，是您的殷切期望鼓舞了我。我感謝老師您今天又為我增添了一副堅硬的翅膀。
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