凸轮箱体的加工质量研究设计

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1、绪 论伴随着机械制造业的不断发展，社会对生产率的要求也越来越高，因此，凸轮箱体的加工质量直接影响机器的精度、工作性能和使用寿命，我们有必要对其进行研究。机械设计制造毕业设计涉及的内容比较多，它是我们学完了大学的全部基础课程、专业基础课程以及专业课程并进行了生产实习以后，进行的一次培养大学生的创新能力、实践能力和创业精神的重要实践环节，也是学生完成工程师基本训练的重要环节，是我们对所有课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。其目的是培养学生综合运用所学专业和基础理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题能力，树立正确的设计思想和工作

2、作风。 我的设计题目是：ZXT-06多臂机凸轮箱体的工艺及工装设计。 ZXT-06多臂机凸轮箱体是箱体类零件，箱体类零件是机器的基础件之一。由它将一些轴、套和齿轮等零件组装在一起，保持正确的相互位置关系，并且能按照一定的传动要求传递动力和运动，构成机器的一个重要部件。因此，箱体的加工质量对机器的精度、性能和寿命都有一定的影响。为了提高加工质量和劳动生产率、降低工人的劳动强度、减少废品率，我要设计一套合理的工艺过程，选用合适的机床和刀具，保证零件加工要求。此次设计的零件为多臂机凸轮箱体,通过对其零件的分析, 我了解了凸轮箱体的特性和用途。通过零件，分析了它的毛坯。在毛坯制造时的方法与原则，以及所

3、选用的工艺等。本次设计总共分为两部分, 第一部分为工艺方面：主要包括零件的功用, 结构特点, 加工零件表面的设计基准, 设计条件, 毛坯的选择, 各个工艺方案的比较与取舍, 确定机床与工艺装备, 填写工艺过程卡片。 第二部分主要为机床夹具设计：主要包括定位方案的确定, 定位元件的选取, 夹紧方案的选取等等。该题目属装备设计范畴，需要用到的专业知识面较广，有机械制造基础知识和装备设计的专业知识，需要我查阅许多专业参考资料，同时还要具有一定的CAD绘图能力。首先，要对零件进行功能和工艺结构分析，然后制定零件加工的工艺规程。根据工艺过程中的第三道工序要求，设计一台能进行批量加工的专用组合机床和夹具。

4、在设计过程中，要进行严格、科学的理论计算，要考虑到完成工艺加工任务的可靠性、稳定性、先进性、经济性、安全性和可操作性等必要的技术经济指标。以下内容是我对本课题进行设计的具体说明，有不当之处请各位老师及同学提出宝贵意见。第一章 零件分析及设计任务书1.1 多臂机凸轮箱体的结构特点凸轮箱体是多臂机的基础之一。由它将一些轴和齿轮等零件组装在一起，保持正确的相互位置关系，并且能按照一定的传动要求传递动力和运动，构成机器的一个重要部件。因此，凸轮箱体的加工质量对机器的精度、性能和寿命都有一定的影响。 多臂机是由凸轮箱、勾线装置和剪线装置构成。凸轮箱体是多臂机的重要组成部件，它是传动零件的基座，应具有足够

5、的强度和刚度。凸轮箱体的结构一般比较复杂，箱体外面都有很多平面和孔，内部呈腔形，壁薄且不均匀，刚度较低，加工精度要求较高，特别是主轴承孔和基准平面的精度。箱体不仅需要加工的部位较多，且加工难度较大。本次设计给出的零件是丹东新大纺织机械有限公司生产的凸轮箱体，如图1.1所示。由于铸铁容易成形、切削性能好、价格低廉，且吸振性和耐磨性也比较好，所以，此箱体的材料是灰铸铁。如果没有特殊要求，铸件无砂眼、夹渣等缺陷；铸件未注角为R2-R3；锐角倒钝、去毛刺。多臂机的凸轮箱体的外形主要是由平面和孔组成的。由于平面易加工，先加工平面再加工孔，保证支承孔的尺寸和形状精度。图1.1 凸轮箱体立体图1.2 零件的

6、技术要求（1）铸件应该经正火处理，硬度HB200。（2）未注明的铸造圆角半径R3-5。（3）加工面不应该有毛刺、裂缝、结疤、夹渣等缺陷，并应清理干净。 （4）所有加工表面应光洁，不可有裂缝、压痕、毛刺、气孔、凹痕以及非金属夹杂物，在磨光表面上不该有深痕和黑点。（5）除加工面、孔螺纹孔外，其余涂铁红防锈漆及面漆。（6）加工过程中，要满足零件加工的形状精度、公差要求以及位置精度，达到图纸的要求。（7）箱体上孔的尺寸误差和几何形状误差会影响传动轴的传动精度，应保证一定的孔距尺寸精度和平行度要求来提高机器设备的精度和正常运行。 （8）箱体的装配基准面和加工中的定位基准面应有较高的平面度和较小的表面粗糙

7、度要求。1.3 设计要求该零件结构比较复杂，且壁厚不均、刚度较低、加工面较多、加工精度要求较高。箱体上的加工表面主要是平面和孔，平面的加工质量通常较容易保证，而精度要求较高的孔的尺寸与形状精度、孔与孔间、孔与平面间的位置精度则较难保证，所以我采用一面两孔作为统一基准，使机床夹具结构简单，刚度提高，工件装卸快速方便。加工的工序有铣平面，钻螺纹底孔，攻螺纹，钻孔，扩孔，铰孔，镗孔，铣方槽等，位置、形状、尺寸精度都各有要求。 出于现代化大生产的考虑，我们设计了生产流水线加工，多数采用了组合机床及专用夹具，以实现自动化生产，节约成本，提高生产率，减小工人劳动强度。主要的工作内容如下。（1）零件图一张。

8、（2）零件三维实体图一张。（3）完成凸轮箱体零件的机械加工工艺规程制订，完成工艺过程卡和工序卡。（4）进行铣削专用夹具设计，绘制装配图一张。（5）进行镗削专用夹具设计，绘制装配图一张。（6）进行专用夹具零件工作图设计。（主要零件）（7）编写设计说明书一份。第二章 多臂机凸轮箱体的加工工艺设计2.1 零件的分析2.1.1 零件的作用凸轮箱体零件是多臂机的基础之一。由它将一些轴、套和齿轮等零件组装在一起，保持正确的相互位置关系，并且能按照一定的传动要求传递动力和运动，构成机器的一个重要部件。因此，凸轮箱体的加工质量对机器的精度、性能和寿命都有一定的影响。 2.1.2 零件的工艺分析1、凸轮箱体的顶

9、面和两侧面的凸台、以及向内的小平面和侧面用端铣刀铣削。2、凸轮箱体的方槽用立铣刀铣削。3、凸轮箱体的顶部4-8（+0.018/0），底面方槽边4-M10螺纹孔，底面2-M12螺纹孔以及底面半圆孔边4-M10螺纹孔和2-8（+0.018/0）用摇臂钻床钻削。4、凸轮箱体的半圆孔和侧面2-M27X1.5-7H在卧式镗铣床上用镗刀加工。5、凸轮箱体向内的6-M12螺纹孔和4-8（+0.018/0）在数控机床上加工。2.2 工艺规程的制订 零件加工的工艺规程就是一系列不同工序的综合。由于生产规模和具体情况的不同，对同一零件的加工工序可能有很多的方案。应当根据具体条件采用其中最完善和最经济的一种方案。工

10、艺规程的制订要考虑的基本因素如下： (1)生产规模是决定生产类型的主要因素，即设备、用具、机械化、自动化程度等。 (2)制造零件所用的坯料或型材的形状、尺寸和精度。 (3)零件材料性质。 (4)零件制造的精度，包括尺寸公差、形位公差以及零件图上所指定的要求。 (5)零件表面粗糙度。 (6)特殊限制条件，如：工厂设备和用具条件。 (7)编制的加工规程要在生产规模与生产条件下达到最经济与安全的效果。2.2.1 材料及毛坯 该多臂机凸轮箱体的材料为灰铸铁，硬度HB200。该材料强度高、容易成形、切削性能好、价格低廉，且吸振性和耐磨性也比较好，并有一定的韧性，用于多臂机的凸轮箱体的制作。 毛坯种类的确

11、定是与零件的结构形状、尺寸大小、材料的力学性能和零件的生产类型直接相关的，另外还和毛坯车间的具体生产条件相关。 铸件：包括铸钢、铸铁、有色金属及合金的铸件等。铸件毛坯的形状可以相当复杂，尺寸可以相当大，且吸振性能好，但铸件的力学性能较差。在大批量生产中，常采用精度和生产率高的毛坯制造方法，如金属型铸造，并采用机器造型，可以使毛坯的形状接近于零件的形状，因此可以减小切削加工用量，从而提高材料的利用率，降低了机械加工成本。本零件选用的造型方法为砂型机器造型。2.2.2 生产类型及工艺特征 零件的生产纲领：NQn(1+a)(1+b) (2-1)式中N零件的生产纲领，件年； Q产品的年产量，台年； n

12、每台产品中包含该零件的数量； a该零件备件的百分率，； b该零件废品的百分率，。 划分生产类型时，既要根据生产纲领，同时还要考虑零件的体积、质量等因素。值得一提的是生产类型将直接影响工艺过程的内容和生产的组织形式，并在一定程度上对产品的结构设计也起着重要的作用。 由于本零件是大批量生产，零件的生产纲领N为15000件年，它的主要工艺特征是广泛采用专用机床、专用夹具及专用刀具、量具，机床按工艺路线排列组织流水生产。这样可以进一步提高生产率。 2.2.3 定位基准的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正常、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

13、，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。工件在机床上用夹具进行夹紧加工时，用来决定工件相对于刀具位置的工件表面上的点、线、面称为定位基准。定位基准分为粗基准和精基准。（1）粗基准的选择对于箱体类零件而言，由于平面易加工，先加工平面再加工孔，可以保证支承孔的尺寸和形状精度。因此，以平面作粗基准是合理的。对于本零件来说，凸轮箱体的形状比较复杂且尺寸较大，我选择凸轮箱体的底面和一侧面为粗基准（五点定位）。按照粗基准的有关原则，当零件有较多表面需要加工时，粗基准的选择，应有利于各加工表面均能获得合理的加工余量。（即粗基准的选择，应尽可能使加工表面的金属切除量总和最小）现选用凸轮箱体的底面和一侧面

14、为粗基准。（2）精基准的选择 精基准的选择主要考虑基准重合的问题。为了便于保证凸轮箱体上孔与孔、孔与平面及平面与平面之间较高的位置精度要求，箱体类零件应遵循“基准统一”的原则选择精基准，使具有位置精度要求的大部分表面能用同一个精基准定位加工。我采用一面两孔作为统一的基准，平面限制了Z的移动和XY的转动，固定圆柱销限制了XY的移动，菱形销限制了Z的转动。同时，定位平面是零件的设计基准，这样，既符合基准统一原则，又符合基准重合原则。2.2.4 制定工艺路线拟定工艺路线的出发点是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到保证。工艺路线的拟定一般需要做两个方面的工作：一是根据生产纲领确定加

15、工工序和工艺内容，根据工序的集中和分散程度划分工艺；二是选择工艺基准，即主要选择定位基准和检验基准。在生产纲领已确定为批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床、组合机床和专用夹具，并尽量采用工序集中的原则，减少安装的次数来提高生产率。除此以外，还应考虑经济效果，以便降低生产成本。按照以下原则来初步拟订两条加工工艺路线：（1）先加工基准面，（2）划分加工阶段，（3）先面后孔，（4）次要表面可在阶段进行加工。根据以上原则，拟定的工艺路线如下。（1）工艺方案一： 工序1：粗精铣凸轮箱体的顶部。工序2：粗精铣凸轮箱体的上表面。工序3 粗精铣凸轮箱体的两侧面。工序4：钻凸轮箱体顶部的6-M12-6H螺纹底孔，攻螺纹；钻、铰凸轮箱体顶部的4-8孔。工序5：粗、精铣凸轮箱体的方槽。工序6：粗精铣凸轮箱体内安装底面。工序7：粗、精铣凸轮箱体内凸台侧面。工序8：半精铣凸轮箱体侧面的内壁。工序9：钻凸轮箱体的底面方槽边4-M10螺纹底孔，攻螺纹；钻凸轮箱体底面2-M12螺纹底孔，攻螺纹；钻凸轮箱体底面的半圆孔边4-M10的螺纹底孔，攻螺纹；钻、铰凸轮箱体底面耳朵的2-8孔。工序1