机械制造专业毕业设计变速箱壳体机械加工工艺设计.docx
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机械制造专业毕业设计变速箱壳体机械加工工艺设计
第一章绪论
第一节简介
在国民经济的各条战线上广泛使用着大量的机械、机床、工具、仪器、仪表等工艺装备。
这些工艺装备的制造过程总称为机械制造，生产这些工艺装备的工业即是机械制造业。
机械制造业的主要任务就是围绕各种工程材料的加工技术，研究其工艺，并设计和制造各种工艺装备。
机械制造业师国民经济的基础和支柱，是向其他部门提供工具、仪器和各种机械设备的技术装备部。
据西方工业国家统计，机械制造业创造了60%的社会财富，完成了45%的国民经济收入。
如果没有机械制造业提供质量优良、技术先进的技术装备，那么信息技术、新材料技术、海洋工程技术、生物工程技术以及空间技术等新技术群的发展将会受到严重的制约。
因此，一个国家的经济竞争归根到底是机械制造业的竞争，机械制造业的发展水平是衡量一个国家经济实力和科学技术水平的重要标志之一。
21世纪是科学技术和综合国力竞争的年代，必须大力发展机械制造业及机械制造技术。
机械制造工艺是各种机械制造方法和制造过程的总称。
机械制造工艺过程的基本问题主要包括生产过程与工艺过程、生产纲领与生产类型、工件的定位于基准、机器的装配等内容，阐述机械制造工艺过程中最基本的概念和内涵。
第二节箱体零件的特点
（1）支承并包容各种传动零件，如齿轮、轴、轴承等，使它们能够保持正常的运动关系和运动精度。
箱体还可以储存润滑剂，实现各种运动零件的润滑。
（2）安全保护和密封作用，使箱体内的零件不受外界环境的影响，又保护机器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔热和隔音作用。
（3）使机器各部分分别由独立的箱体组成，各成单元，便于加工、装配、调整和修理。
（4）改善机器造型，协调机器各部分比例，使整机造型美观。
第三节设计的目的：
设计任务的目的
1、培养学生运用机械制造工艺学及有关课程（金属材料及热处理、机械设计基础、公差与技术测量、金属切削机床、金属切削原理与刀具、机械制造工艺与夹具、数控机床及其维修、数控特种加工技术、UG训练教程等课程）的知识。
结合生产实践中学到的知识，独立的分析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂的工艺规程的能力。
2、能根据被加工零件的技术要求，运用机械制造工艺与夹具的基本原理和方法，学会拟订工艺与夹具设计方案，完成夹具结构设计。
掌握机械制造工艺的基本理论和夹具设计方法及典型结构，注重建立基本概念和理论的具体应用，学会对复杂零件进行工艺分析和夹具设计的方法。
3、培养学生熟练运用相关手册、制作规范图表、查阅技术资料的能力。
4、进一步培养学生识图，制图，运用和编写技术文件等基本技能。
5、能够让学生更好的学习《UG》、《autoCAD》、《Mastercam8.0》等软件
第四节设计的要求与内容
零件年产量100000件/年，根据零件图纸要求制定机械加工工艺。
1、确定生产类型，对零件进行工艺分析。
2、拟订零件的机械加工工艺过程，选择各工序的加工设备及工艺装备（刀具，夹具，量具，辅具），确定各工序切削用量及尺寸。
3、填写工艺文件：
工艺过程卡，工序卡。
4、三维建模。
第二章零件的分析
第一节零件的分析
2.1.1零件的材料
2.1.1.1生产类型
生产类型的划分，主要取决于零件的复杂程度和生产纲领的大小。
同类零件的年产量/件
生产类型
重型（零件重量大于2000kg）
中型（零件重100～2000kg）
轻型（零件重小于100kg）
单件生产
＜5
＜20
＜100
小批生产
5～100
20～200
100～500
中批生产
100～300
200～500
500～5000
大批生产
300～1000
500～5000
5000～50000
大量生产
＞1000
＞5000
＞50000
该零件重小于100kg，年产量＞50000，所以选择大量生产。
2.1.1.2零件材料
如图纸所示，该零件材料为HT200。
2.1.2零件工艺性的分析
零件结构的工艺性就是其制造的难易程度，在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。
内容包括毛坯制造工艺性、机械加工工艺性、热处理工艺性、装配工艺性。
零件的结构工艺要求必须满足使用要求、具体生产条件，还要综合考虑各工艺要求，分清主次。
分析零件切削加工工艺性时，零件结构应遵循的三个基本原则：
（1）有利于提高切削效率
（2）便于加工
（3）应有较少的切削加工量
该零件
2.1.1.1零件的作用
每一个零件在产品中或在产品的部件中都是有其特定的作用的，零件的加工结果必须满足其所在部件或产品的工作要求。
该零件是变速箱壳体，主要起承载压力的作用，同时起到一个密封的作用。
2.1.1.2零件图上的结构特点及技术要求
1、零件各加工面的切削加工工艺性
（1）零件各加工面加工要求应有利于切削
（2）切削工艺性随生产条件（指设备、批量等）而异
2、考虑零件结构的工艺性
（1）零件整体结构应便于装夹
（2）零件整体结构应便于加工
（3）零件整体结构应便于测量
（4）零件整体结构应尽量采用标准化参数
（5）零件整体结构应有利于保证加工质量
（6）零件整体结构应有利于提高生产率
（7）零件整体结构应便于装配、维修
（8）零件整体结构应有正确的装配面
1、变速箱壳体在结构上薄壁而多孔，整个容腔为三组平行孔系所占据。
2、为提高传动精度，应保证装在三组平行孔系中的轴承获得良好的配合精度，故Φ48、Φ80及Φ146三孔有较高的尺寸精度要求；除此而外，为保证传动平稳和减少噪声，三组平行孔系之间还有较高的孔距公差。
3、因总体结构和部件位置的限制，在变速箱壳体的中间部位，有两块面积不大的外伸安装面。
为整个变速箱的安装基面，且与Φ146孔中心有较高的尺寸要求，其数值为124.1±0.05mm。
保证了传动位置和传动精度的准确性。
第二节毛坯的选择
正确地选择毛坯有重大的经济意义，选择毛坯需要毛坯制造和机械加工两方面的知识，并兼顾冷、热加工两方面的要求。
主要根据零件的力学性能要求、零件的结构形状和外廓尺寸、生产纲领和批量、现场生产条件和发展等条件来选择毛坯。
2.2.1选择毛坯的种类
机械加工中常见的毛坯种类有：
（1）铸件：
用于材料有可铸性，结构比较复杂的零件
（2）锻件：
零件的机械性能要求高
（3）型材：
适用于小批量零件的毛坯
（4）组合焊接件：
用于结构复杂的零件
由于该零件已确定材料为HT200，所以选择砂型铸造毛坯。
灰铸铁有一定的强度，但塑性和韧性很低，这种性能特点与石墨本身的性能及其在铸铁组织中的存在形态有关。
有良好的减震性，用灰铸铁制作机器设备上的底座或机架等零件时，能有效地吸收机器震动的能量；有良好的润滑性能；还有良好的导热性能，这是因石墨是热的良好导体；此外其熔炼也比较方便，并且还有良好的铸造性能。
其流动性能良好，线收缩率和体收缩率较小，铸件不易产生开裂，因此适宜于铸造结构复杂的铸件和薄壁铸件，如汽车的汽缸体、汽缸盖等。
2.2.2毛坯的机械加工余量
毛坯的机械加工余量（或毛坯余量）是零件的总加工余量。
加工余量代号用“MA”表示。
加工余量等级由精到粗共分为A，B，C，D，E，F，C，H和J九个等级。
经查找《机械加工工艺手册》，确定最终确定总的加工余量为3mm。
毛坯图如下：
零件毛坯图
第三节零件各表面的最终加工方法
三个孔的尺寸要求分别是：
Φ146+0.04，Φ80+0.03，Φ48+0.025
其他形位公差要求：
两边的垂直度为0.01，前面的垂直度为0.02，孔内面的垂直度为0.02，三个孔的圆度为0.012。
所以变速箱壳体的三个孔最终加工方法为精镗，其余各表面的最终加工方法为精铣。
第三章工艺规程设计
按一定的格式，用文件的方式规定零件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件，称为机械加工工艺规程。
工艺规程是知道施工的技术文件。
一般包括零件加工工艺路线、工序内容、检验。
工艺规程的设计原则：
满足生产纲领的需要、满足图纸要求、现有条件下切实可行、保证技术先进性，良好的工作条件，高的经济效益。
工艺规程的设计步骤：
零件图纸分析——选择毛坯——定位基准的选择——确定各表面及路线加工方法——拟定零件加工路线——尺寸计算和确定——设备、工装选择——填写工艺文件。
第一节定位基准的分析
定位基准是加工时，使工件在机床或夹具中占据正确位置所用的基准。
定位基准的选择要分别按照粗、精基准的选择原则进行，并具体确定每道工序的定位和夹紧。
3.1.1粗基准的选择
重点考虑：
加工表面与不加工表面的相对位置精度、各加工表面有足够的余量。
①非加工表面原则：
选非加工表面作为粗基准
②加工余量最小原则：
没有不加工面的，选择加工余量最小的表面作为粗基准
③重要表面原则：
选择重要加工表面为粗基准
④便于工件装夹原则：
选方便夹紧的表面作粗基准
⑤不重复使用原则：
粗基准在同一尺寸方向只能用一次
由于该变速箱壳体的安装基面“B”面积较小，在镗削加工过程中无法作为定位基准，由于A面与三组平行孔系有0.02mm的垂直度要求，B面对A面有0.01mm的垂直度要求，所以从粗加工开始就必须注意保证该零件孔与面及面与面的垂直度要求。
粗加工时，可选该壳体不加工的毛坯侧面作粗基准，校正后对A面及其相对的另一侧面进行粗加工，再分别以该两面作为基准面对三孔进行依次粗镗；在对A面及其对应面进行半精铣时，还应充分注意其两面的平行度要求。
3.1.2精基准的选择
重点考虑：
减少定位误差、保证加工精度。
①基准统一原则
同一工件进行不同内容的多道工序加工中，前后工序应尽量采用同一定位基准系统，即各加工工序之间的定位基准尽量统一。
②基准重合原则
工件定位基准的选择应尽量选在工序基准上，也就是要使工件的定位基准与本工序的工序基准尽量重合。
在进入半精加工及精加工时，应充分考虑以A面作为基准来精铣相对应的另一面及镗削三组平行孔系。
在镗削Φ146孔时，找正A面或采用心轴与端面垂直的检具进行找正，以保证三组平行孔系对A面的垂直度要求。
在最后精加工时，仍以A面作定位基准，并以B安装面作辅助基准，以减少最后刮削B安装面时的铲刮工作量。
第二节零件各表面加工方法的选择
选择表面加工方法时，先根据表面的精度和粗糙度要求选定最终加工方法（按经济精度），然后再确定精加工前准备工序的加工方法。
选择加工方法的依据：
①被加工表面的加工精度、粗糙度
②被加工表面的性质
③生产类型
④工厂的生产条件
⑤零件的形状、尺寸与重量
三个孔加工方法：
粗镗——半精镗——精镗
其余各表面：
粗铣——半精铣——精铣
第三节工艺路线的制定
工艺路线的拟定是指制定零件加工所经过的有关部门和工序的先后顺序，是工艺规程制定的总体设计。
其主要任务包括加工方法的确定、加工顺序的安排、工序集中与分散等内容。
工艺路线不但影响加工质量和生产效率，而且影响工人的劳动强度，影响设备投资、车间面积、生产成本等，是制订工艺规程的关键一步。
工序
第一种
第二种
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
粗加工前面
粗加工后面
粗加工侧面
粗加工三个孔
半精加工前面
半精加工后面
半精加工侧面
半精加工三个孔
精加工前面
精加工后面
精加工侧面
精加工三个孔
粗加工前面
半精加工前面
粗加工后面
半精加工后面
粗加工侧面
半精加工侧面
粗加工三个孔
半精加工三个孔
精加工前面
精加工后面
精加工侧面
精加工三个孔
加工时应遵循基准（面）先行、先粗后精的原则。
首先对平面和孔进行粗加工，再进行半精加工基准面、孔，消除粗加工时所产生的变形，以确保壳体的高精度要求。
按照传动路线和齿轮的传动关系，应先镗Φ146孔，其次镗Φ48孔，最后镗Φ80孔，保证三组平行孔系孔距间获得较高的尺寸精度，并注意必须换算坐标尺寸。
孔Φ146与孔Φ48的坐标关系如下：
水平方向位移量X1=18mm
垂直方向位移量Y1=√142.5x142.5-18x18=141.36mm
孔Φ48与Φ80的坐标位置关系如下：
水平方向位移量X2=68mm
垂直方向位移量Y2=√87x87-68x68=54.27mm
第四节填写工艺规程文件
1、工艺过程卡
机械加工工艺过程卡
产品型号
零件图号
共7页
产品名称
变速箱壳体
零件名称
壳体
第1页
材料牌号
ZL107
毛坯种类
铸件
毛坯尺寸
重量
5.62Kg
序号
名称
工序内容
车间
设备
工艺装备
工时
1
备料
铸造
成型车间
铸造机
2
铣
粗铣各个外表面
数控车间
专用夹具
铣刀
3
镗
粗镗三个孔
数控车间
专用夹具
镗刀
4
铣
半精铣各个外表面
数控车间
专用夹具
铣刀
5
镗
半精镗三个孔
数控车间
专用夹具
镗刀
6
铣
精铣各个外表面
数控车间
专用夹具
铣刀
7
镗
精镗三个孔
数控车间
专用夹具
镗刀
8
9
10
11
标记
处数
更改
牵
2、工序卡
机械加工工序卡片
产品型号
零件图号
产品名称
变速箱
零件名称
变速箱壳体
共
7
页
第
1
页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
1
粗铣各面
HT200
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件数
每台件数
铸件
1
1
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
立式铣床
X52K
1
夹具编号
夹具名称
切削液
专用夹具
工位器具编号
工位器具名称
工序工时（分）
准终
单件
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速
切削速度
进给量
切削深度
进给次数
工步工时
r/min
m/min
mm/r
mm
机动
辅助
1
粗铣前面
面铣刀
300
30
2
1.5
1
2
粗铣后面
面铣刀
300
30
2
1.5
1
3
粗铣侧面
立铣刀
300
30
2
1.5
1
设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
机械加工工序卡片
产品型号
零件图号
产品名称
变速箱
零件名称
变速箱壳体
共
7
页
第
2
页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
2
粗镗三个孔
HT200
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件数
每台件数
铸件
1
1
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
立式加工中心
1
夹具编号
夹具名称
切削液
专用夹具
工位器具编号
工位器具名称
工序工时（分）
准终
单件
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速
切削速度
进给量
切削深度
进给次数
工步工时
r/min
m/min
mm/r
mm
机动
辅助
1
粗镗Ф146的孔
专用夹具
800
60
1
1.5
1
2
粗镗Ф48的孔
专用夹具
800
60
1
1.5
1
3
粗镗Ф80的孔
专用夹具
800
60
1
1.5
1
设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
机械加工工序卡片
产品型号
零件图号
产品名称
变速箱
零件名称
变速箱壳体
共
7
页
第
3
页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
3
半精铣各面
HT200
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件数
每台件数
铸件
1
1
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
立式铣床
1
夹具编号
夹具名称
切削液
专用夹具
工位器具编号
工位器具名称
工序工时（分）
准终
单件
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速
切削速度
进给量
切削深度
进给次数
工步工时
r/min
m/min
mm/r
mm
机动
辅助
1
半精铣前面
专用夹具
500
20
2
1
1
2
半精铣后面
专用夹具
500
20
2
1
1
3
半精铣侧面
专用夹具
500
20
2
1
1
设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
机械加工工序卡片
产品型号
零件图号
产品名称
变速箱
零件名称
变速箱壳体
共
7
页
第
4
页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
4
半精镗三个孔
HT200
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件数
每台件数
铸件
1
1
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
立式加工中心
1
夹具编号
夹具名称
切削液
专用夹具
工位器具编号
工位器具名称
工序工时（分）
准终
单件
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速
切削速度
进给量
切削深度
进给次数
工步工时
r/min
m/min
mm/r
mm
机动
辅助
1
半精镗146的孔
专用夹具
1000
50
1.2
1
1
2
半精镗48的孔
专用夹具
1000
50
1.2
1
1
3
半精镗80的孔
专用夹具
1000
50
1.2
1
1
设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
机械加工工序卡片
产品型号
零件图号
产品名称
变速箱
零件名称
变速箱壳体
共
7
页
第
5
页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
5
精铣各面
HT200
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件数
每台件数
铸件
1
1
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
组合机床
1
夹具编号
夹具名称
切削液
专用夹具
工位器具编号
工位器具名称
工序工时（分）
准终
单件
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速
切削速度
进给量
切削深度
进给次数
工步工时
r/min
m/min
mm/r
mm
机动
辅助
1
精铣前面
专用夹具
600
15
0.2
0.5
1
2
精铣后面
专用夹具
600
15
0.2
0.5
3
精铣侧面
专用夹具
600
15
0.2
0.5
设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
机械加工工序卡片
产品型号
零件图号
产品名称
变速箱
零件名称
变速箱壳体
共
7
页
第
6
页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
6
精镗三个孔
HT200
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件数
每台件数
铸件
1
1
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
立式加工中心
1
夹具编号
夹具名称
切削液
专用夹具
工位器具编号
工位器具名称
工序工时（分）
准终
单件
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速
切削速度
进给量
切削深度
进给次数
工步工时
r/min
m/min
mm/r
mm
机动
辅助
1
精镗146的孔
专用夹具
1100
30
0.5
0.5
1
精镗48的孔
专用夹具
1100
30
0.5
0.5
1
精镗80的孔
专用夹具
1100
30
0.5
0.5
1
设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
第四章零件三维建模
使用Camatln软件进行零件三维建模
首先根据生产类型，对零件进行工艺分析拟订零件的机械加工工艺过
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