涡轮减速器箱体加工工艺及夹具设计.docx
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涡轮减速器箱体加工工艺及夹具设计
摘要
减速器是一种由封闭在刚性克体内的齿轮传动蜗杆传动或齿轮蜗杆传动所组成的独立部件，常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置.它是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩.减速器在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，而且由于结构紧凑效率高、传递运动准确可靠、使用维护简单并可成批生产在现代机械中应用极为广泛.而箱体作为减速器的载体，研究箱体的加工工艺就显得尤为重要了.一般来说，箱体的结构比较复杂，箱体外面都有许多平面和孔，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.通过对涡轮减速器箱体零件图的分析及结构形式的了解，从而对减速器进行工艺分析、工艺说明及加工过程的技术要求和精度分析，然后对一个铣削工序和一个钻削工序进行夹具设计.
关键词：
减速器，工艺分析，夹具设计，减速器箱体
Abstract
Speedreducerisenclosedbyarigidbodyinthegeartransmission,wormdriveorgearwormtransmissionofindependentcomponents,commonlyusedinpowerandworkmachineastheslowdownbetweentransmissiondeviceitisarelativelysophisticatedmachinery,theuseofitspurposeistoreducespeedandincreasetorquereducerprimemoverandworkinmachineorholdingthelinebetweeninstitutionsandthetransferspeedmatchinguptheroleoftorque,andbecausethecompactstructureefficiencyhightransfermovementaccurateandreliableusesimplemaintenanceandbatchproductioninthemodernmachineryarewidelyasthecarrierofspeedreducerandcabinet,theprocessingtechnologyofthecabinetisparticularlyimportantingeneral,thestructureofthecaseiscomplex,outsidethetherearemanyplaneandhole,ininternalcavityshape,thewallisthinanduneven,stiffnessislow,processinghigheraccuracy.Especiallythemainbearingholeandbenchmarktheprecisionoftheplanethroughtheturbinespeedreducerdrawinganalysisandunderstandingofthestructureform,andontheanalysisofthetechnologyprocessdescriptionongearreducerandmachiningprocessoftechnicalrequirementsandaccuracyanalysis,andthenontoamillingprocessandadrillingprocessforfixturedesign.
Keywords:
Gearreducer,Processingtechnology,Tongs，Gearcase
1绪论
箱体零件是机器或部件的基础零件,它把有关零件联结成一个整体,使这些零件保持正确的相对位置,彼此能协调地工作。
箱体零件的毛坯通常采用铸铁件。
因为灰铸铁具有较好的耐磨性,减震性以及良好的铸造性能和切削性能,价格也比较便宜。
毛坯的铸造方法,取决于生产类型和毛坯尺寸。
在单件小批生产中,多采用木模手工造型;在大批量生产中广泛采用金属模机器造型,毛坯的精度较高。
减速器是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器。
将电机的回转速降低到需要的回转速，并得到较大转矩的机构。
工艺规程，是指导施工的技术文件.一般包括以下内容：
零件加工的工艺路线，各工序的具体加工内容，切削用量、以及所采用的设备和工艺装备等。
2零件工艺的分析
2.1确定毛坯的制造形式
常用毛坯种类有：
铸件、锻件、焊件、冲压件.各种型材和工程塑料件等。
在确定毛坯时，一般要综合考虑以下几个因素：
2.1.1依据零件的材料及机械性能要求确定毛坯。
例如，零件材料为铸铁，须用铸造毛坯；强度要求高而形状不太复杂的钢制品零件一般采用锻件。
2.1.2依据零件的结构形状和外形尺寸确定毛坯，例如结构比较的零件采用铸件比锻件合理；结构简单的零件宜选用型材，锻件；大型轴类零件一般都采用锻件。
2.1.3确定毛坯时既要考虑毛坯车间现有生产能力又要充分注意采用新工艺、新技术、新材料的可能性。
本减速器是大批量的生产，材料为HT200用铸造成型。
2.2箱体零件的结构工艺性
箱体的结构形状比较复杂，加工的表面多，要求高，机械加工的工作量大，结构工艺性有以下几方面值得注意：
2.2.1本箱体加工的基本孔可分为通孔和阶梯孔两类，其中通孔加工工艺性最好，阶梯孔相对较差。
2.2.2箱体的内端面加工比较困难，结构上应尽可能使内端面的尺寸小于刀具需穿过的孔加工前的直径，当内端面的尺寸过大时，还需采用专用径向进给装置。
2.2.3为了减少加工中的换刀次数，箱体上的紧固孔的尺寸规格应保持一致。
2.3主要平面
底座的底面，箱体顶面，支承孔的端面等。
其他加工其他主要连接孔、螺孔、销钉孔以及一些特别的凸台面等。
轴承支承孔通常在镗床上镗削；加工连接孔、螺孔、销钉在钻床上进行，主要平面通常采用铣削，支承孔端面可以在镗孔同一次安装中加工出来。
减速器箱体的机械加工过程取决于精度要求、批量大小、结构特点、尺寸重量、大小等因素。
此处还应考虑车间的条件，中间有无热处理工序。
由此可知，减速器箱体整个加工工艺过程分为两大阶段，第一阶段铣削主要的平面，第二阶段是镗孔及钻孔。
3拟定箱体加工的工艺路线
拟定工艺路线是制定工艺过程的关键性的一步。
在拟定时应充分调查研究。
多提几个方案，加以分析比较确定一个最合理方案。
拟定工艺路线要考虑解决以下几个问题
3.1加工方法的选择
在选择各表面的加工方法时，要综合考虑以下因素：
3.1.1要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。
3.1.2根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。
在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。
如、柴油机连杆小头孔的加工，在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。
3.1.3要考虑被加工材料的性质，例如，淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。
3.1.4要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。
此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。
3.2加工阶段的划分
零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：
3.2.1粗加工阶段
粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。
粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。
3.2.2半精加工阶段
半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。
3.2.3精加工阶段
精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求。
另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。
3.2.4光整加工阶段
对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精度改善很少。
此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序.由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间.
3.3工序的集中与分散
制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则.所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散.
3.3.1工序集中的特点
工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度.使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率.但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。
3.3.2工序分散的特点
工序内容简单，有利选择最合理的切削用量.便于采用通用设备.简单的机床工艺装备.生产准备工作量少，产品更换容易.对工人的技术要求水平不高.但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂.工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型.加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则.一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中.但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制.结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产.由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。
3.4加工顺序的安排
零件的加工过程通常包括机械加工工序，热处理工序，以及辅助工序.在安排加工顺序时常遵循以下原则：
3.4.1机械加工工序安排
3.4.1.1先粗后精，先粗加工，其次半精加工，最后安排精加工和光整加工.
3.4.1.2先加工基准面后加工其它面.首先以粗基准定位加工出精基准，然后以精基准定位加工其它表面.例如，轴类零件通常都是先加工出两端面的顶针孔然，然后以顶针孔定位加工其它表面。
箱体、底座、支架类零件，其上的平面较大，用平面定位比较稳定可靠，因此一般都是先加工平面，在加工孔，称之为“先面后孔”原则。
3.4.1.3先主后次.先安排主要的表面的加工.主要表面指装配基准面，工作表面等；次要表面指键槽、紧固用的螺孔和光孔等.这些表面一般都与主要表面有相互位置精度要求，通常放在主要表面的半精加工之后.精加工之前.这样可以保护主要表面的光洁。
3.4.2热处理工序的安排
热处理工序在工艺路线中的安排主要取决于热处理的目的.有以下几种情况：
3.4.2.1退火与正火通常安排在粗加工之前.他们的主要目的是改善材料的切削加工性能和消除内应力。
3.4.2.2调质一般安排在粗加工之后，半精加工之前进行.调质使零件获的较好的综合机械性能也可使金属组织细化致密，为以后淬火和氮化减少变形作预备处理。
3.4.2.3时效处理.一般铸件通常安排在粗加工之后.高精度复杂铸件应在半精加工之前后各安排一次.刚性差的精密零件应在粗加工、半精加工、精加工多次安排时效处理.时效处理的目的是消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力，稳定零件精度。
3.4.2.4淬火.分整体淬火，表面淬火和渗碳淬火.一般安排在精加工与半精加工之间进行.表面淬火之前常要进行调质及正火处理。
淬火的目的是为了使零件获得高的硬度和耐磨性。
3.4.2.5淡化.安排在精细磨之前。
淡化前还需要安排调质处理，淡化能提高零件硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性。
3.4.2.6发兰.表面镀层等表面处理。
应安排在工艺过程之后。
3.4.3辅助工序的安排
检验工序是重要的辅助工序，除每道工序操作者自检外，还应在下列加工阶段，专门安排检验工序。
3.4.3.1粗加工阶段结束之后；
3.4.3.2重要的工序的前后；
3.4.3.3工件从一个车间转到另一个车间时；
3.4.3.4工件全部加工完毕后.
辅助工序还有去毛刺、清洗、涂防锈油、油漆等，应分别安排于工艺过程所需之处。
综上所述，该零件的加工工艺过程编制如下表所示：
涡轮减速器壳体的工艺过程见表1
表1
工序号
工序名称
工序内容
工艺装备
1
铸造
2
清砂
清除浇注系统，冒孔，型砂，飞边，飞刺
3
热处理
人工时效处理
4
涂漆
非加工面涂防锈漆
5
粗铣，半精铣上表面
以两个凸台定位夹紧，铣上表面
立式铣床
6
钻螺纹孔
以两个凸台定位夹紧，钻4—M13X1.3-7H螺纹孔
专用钻床
7
粗铣，半精铣涡轮凸台
以一面及两销，铣装涡轮的两个凸台的端面
立式铣床
8
精镗涡轮孔
以两面定位，镗涡轮孔，保证尺寸φ25.1
专用镗床
9
检验
检查涡轮孔尺寸及精度
10
11
铣蜗杆端盖的大端面
铣蜗杆端盖的小端面
以小端面及其两侧面定位铣蜗杆端盖的大端面
以大端面及其两侧面定位铣蜗杆端盖的小端面（做的这个工序的铣床夹具）
立式铣床
立式铣床
12
钻蜗杆孔
以2个支承板，3个支承钉完全定位，钻蜗杆孔，保证尺寸φ15
（做这道工序的钻床夹具）
专用钻床
13
钻蜗杆端盖孔
以一面及两销定位，钻、攻丝3-M7.47到底
专用钻床
14
钳工
清理毛刺，飞边等
15
检验，入库
检验各部分尺寸精度
3.5具体工序尺寸和加工余量的确定
现分析主要的孔，面的加工余量及尺寸偏差。
根据《机械加工工艺手册》，由于表面粗糙度要求均较高，所以都要经过多重工序，具体工序尺寸和加工余量为：
3.5.1M13mm螺纹孔
根据《机械加工工艺手册》表，加工该孔的工艺为：
钻孔：
Φ11mm；
攻螺纹孔M13
3.5.2精镗Φ25.1mm孔；
根据《机械加工工艺手册》表，加工该孔的工艺为：
钻孔：
Φ24mm；
粗镗：
Φ25mm；
精镗：
Φ25.1mm
3.5.3铣蜗杆端盖的大端面
根据《机械加工工艺手册》表，加工该孔的工艺为：
粗铣：
Z=1.2mm
精铣：
Z=1.0mm保证最终尺寸10mm
3.5.4铣蜗杆端盖的小端面
根据《机械加工工艺手册》表，加工该孔的工艺为：
钻孔：
Φ24mm；
粗铣：
Z=1.1mm
精铣：
Z=1.0mm保证最终尺寸10mm
3.6机床与相应切削用量的确定
3.6.1M13mm螺纹孔
机床：
钻床
刀具：
麻花钻，丝锥
根据《机械加工工艺手册》，取每转进给量f=0.10mm/r，
取铣削速度
=18m/min。
则
=f×
=127.4r/min。
按机床选取铣刀转速n=160r/min，则实际切削速度
=25.12m/min，
工作台每分钟进给量F=S×Z×
=144mm/min，
铣床工作台进给量f=150mm/min,
按《机械加工工艺手册》,基本工时t=0.65min。
3.6.2精镗Φ25.1mm孔
同样选取f=20m/min，
=0.15mm/Z，则
=127.4r/min，
同样选取
=127.4r/min，则f=25.12m/min，F=S×Z×
=144mm/min
取
=127.4r/min，基本工时t=0.65min。
3.6.3铣蜗杆端盖的大端面
铣削余量Z=1.2mm
同样选取f=20m/min，
=0.15mm/Z，则
=127.4r/min，
同样选取
=127.4r/min，则f=25.12m/min，F=S×Z×
=144mm/min
取
=127.4r/min，基本工时t=0.65min。
3.6.4铣蜗杆端盖的小端面,铣削余量Z=1.1mm
同样选取f=20m/min，
=0.15mm/Z，则
=127.4r/min，
同样选取
=127.4r/min，则f=25.12m/min，F=S×Z×
=144mm/min
取
=127.4r/min，基本工时t=0.65min。
图1箱体
4基准的选择
4.1定位基准的选择
在制定工艺过程时，选择定位基准的主要目的是为了保证加工表面的位置精度。
因此选择定位基准的总原则应该是从有较高位置精度要求的表面中进行选择。
定位基准的选择包括粗基准和精基准的选择。
4.1.1粗基准的选择
选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。
粗基准选择的原则是：
4.1.1.1选择应加工表面为粗基准。
目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。
4.1.1.2选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。
这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。
4.1.1.3应选择加工余量最小的表面作为粗基准.这样可以保证该面有足够的加工余量。
4.1.1.4应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。
4.1.1.5粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。
多次使用难以保证表面间的位置精度。
箱体粗基准选择要求：
在保证各加工表面均有加工余量的前提下，使主要孔加工余量均匀；装入箱体内的旋转零件应与箱体内壁有足够间隙；此外还应保证定位、夹紧可靠。
为了满足上述要求，一般选箱体的主要孔的毛坯孔作为粗基准。
由于本次加工箱体的下表面粗糙度要求相对较高，因此选取下表面为粗基准，先加工上表面。
4.1.2精基准的选择
选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准确、牢固、方便。
精基准选择的原则是：
基准重合原则；
互为基准原则；
自为基准原则；
基准统一原则；
此外，还应选择工件上精度高.尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠.并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。
箱体上孔与孔、孔与平面、平面与平面之间都有较高的位置精度要求，这些要求的保证与精基准的选择有很大的关系.为此，通常优先考虑“基准统一”原则。
在大批量生产中，则选用主轴箱顶面和两定位销为定位基准。
若箱体尺寸较小而批量很大时，可与底面上的两定位孔组成典型的一面两孔定位方式。
这样既符合“基准统一”原则，又符合“基准重合”原则，有利于保证轴承孔轴线与结合面重合度及与装配基面的尺寸精度和平行度。
5夹具的设计
5.1设计铣蜗杆端盖的小端面夹具
设计任务：
设计成批生产条件下,在立式铣床上铣蜗杆端盖的小端面夹具
以大端面及其两侧面定位铣蜗杆端盖的小端面。
原理：
模型螺旋定心夹紧铣床夹具
设计方案的讨论
工件定位方案及定位装置定位方案：
一面两销定位
工件夹紧方案及夹紧装置夹紧方案及装置：
螺旋定心夹紧
5.1.1问题的指出
为了提高劳动生产率和降低生产成本，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。
对于机体加工工序18粗铣涡轮端盖的小端面，由于对加工精度要求不是很高，所以在本道工序加工时，主要考虑如何降低降低生产成本和降低劳动强度。
5.1.2夹具设计
5.1.2.1定位基准的选择：
以涡轮端盖的大端面作为定位基准。
为了降低生产成本，此夹具采用手动夹紧。
5.1.2.2定位方案和元件设计
以涡轮端盖的大端面放到夹具体的表面上进行定位。
5.1.2.3夹紧方案和夹紧元件设计
根据零件的结构和夹紧方向，采用螺钉压板夹紧机构，在设计时，保证：
紧动作准确可靠
采用球面垫圈，以保证工件高低不一而倾斜时，不使螺钉压弯.压板和工件的接触面应做成弧面，以防止接触不良或改变着力点而破坏定位.
一般采用高螺母，以求扳手拧紧可靠，六角螺母头也不易打滑损坏.支柱的高低应能调节，以便适应工件受压面高低不一时仍能正确夹紧.
操作效率高
压板上供螺钉穿过的孔应作成长圆孔，以便松开工件时，压板可迅速后撤，易于装卸.压板下面设置弹簧，这样压板松开工件取走后，仍受弹力托住而不致下落.
螺旋夹紧机构各元件均已标准化，其材料，热处理要求和结构尺寸都可以查表求得.
5.1.2.4夹具设计及操作的简要说明
在设计夹具时，为降低成本，可选用手动螺钉夹紧，本道工序的铣床夹具就是选择了手动螺旋—板夹紧机构.由于本工序是粗加工，切削力比较大，为夹紧工件，势必要求工人在夹紧工件时更加吃力，增加了劳动强度，因此应设法降低切削力.可以采取的措施是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力。
图2铣床夹具
5.2钻床夹具设计：
5.2.1定位方案
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.
选用两个支承板钻使得模板支撑定位在夹具体上，用两个支承板限制Z的移动，Y的转动，X的转动，X方向2个支承钉限制X方向的移动和Z的转动，和一个Y方向的支承钉限制Y方向的移动，这样六个自由度完全限制.
5.2.2选择加紧机构
夹紧力的方向：
夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形.
夹紧力的作用点：
夹紧力的作用点应选择在定位元件支承点的作用范围内，以及工作刚度高的位置，确保工件定位准确、不变形.
选择夹紧机构：
在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构，确定夹紧机构要注意以下几方面的问题：
夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，确保工件夹紧牢固.
手动夹具夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度.
夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率.
根据所给工件的形状、尺寸，选用螺栓，螺母与压板来夹紧工件.
确定夹紧力的方向、作用点，以及夹紧元件或夹紧机构，估算夹紧力大小，要选择和设计动力源.夹紧方案也需反复分析比较，并最终确定最佳设计方案.两种方案.
方案一使用螺旋夹紧机构；
方案二使用螺栓，螺母与压板夹紧机构；
由于工件批量小，宜用简单的手动装置.工件较小，厚度较小，因此，不易使用夹紧力较大的夹紧机构，使用螺栓，螺母与压板夹紧机构可以使工件装卸迅速、方便.，此夹紧机构合适于本方案，所以采用方案二较为合理.
5.2.3选择导向装置
导向装置是夹具保证加工精度的重要装置，如钻孔导向套、镗套、对刀装置、对定装置等，这些装置均已标准化，
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