减速器机壳加工工艺分析及夹具设计 毕业设计.docx
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减速器机壳加工工艺分析及夹具设计毕业设计
减速器机壳加工工艺分析及夹具设计毕业设计
编号：
桂林电子科技大学信息科技学院
毕业设计（论文）说明书
题目：
减速器机壳加工
工艺分析及夹具设计
院（系）：
机电工程系
专业：
机械设计制造及其自动化
学生姓名：
刘华杰
学号：
1153100325
指导教师单位：
桂林轮胎厂
姓名：
肖尊社
职称：
高级工程师
题目类型：
☐理论研究☐实验研究☐工程设计☐工程技术研究☐软件开发☐应用研究
2015年5月6日
摘要
机械加工工艺的设计时加工零件的必要过程，只有很好的制定机械加工工序的过程，才能加工出合格的产品。
对于工艺过程的设计，其主要是通过对零件材料的选择以及加工工序的设计，以及期间的各项参数，包括毛坯的参数、刀具的参数和型号的选择、机床的型号和选择等。
通过该过程来获得我们所需要的合格的零件。
期间，还涉及到一个重要的内容，那边是夹具的设计，夹具时机械加工过程中的基础，对零件有着精度的影响，同时还影响着刀具的寿命，加工过程的稳定性。
对于夹具的设计要运用到很多知识，例如常用的钻床夹具、镗床夹具、车床夹具以及铣床夹具，此外还需要合理的选用精基准和粗基准。
同时夹具定位、夹紧力相关的参数还涉及到生产效率和生产成本。
为此，机械加工工艺和夹具的设计都是不容忽视的重要内容。
关键词：
加工工艺；夹具；定位；加工精度；夹紧力
Abstract
Themachiningprocessispartofthemechanicalproductsandproductionprocess,isthedirectproductionprocess,itsintentistotakemetalcuttingtoolmachiningorgrindingtooltoprocesstheworkpiece,soastoachievetherequiredshape,size,surfaceroughdegreeandthemechanicalandphysicalpropertiestobecomequalifiedpartsoftheproductionprocess.Widelyusedinmanufacturingfixture,eachphaseoftheprocessisaveryimportantprocessequipmentofmanufacturing,fixtureusedintheproductionofquality,workefficiency,andfixtureusingreliability,ontheprocessingqualityandproductionefficiencyoftheproductshasadecisiveinfluence. Firsttheconceptofthefixture,andthenthedesignofmachinetoolfixture,frompositioningtoerroranalysistoensurethemachiningaccuracy,andthencalculatetheclampingforcecalculationdeterminedtostepupthepointnumberandotherdetails.
Keywords：
machiningprocess;cuttingforce;fixture;positioning;machiningaccuracy;clampingforce
引言2
1零件工艺的分析4
1.1零件的工艺分析4
1.2确定毛坯的制造形式7
1.2.1毛坯的种类确定7
1.2.2毛坯的形状及尺寸的确定7
1.3毛坯的材料热处理7
2拟定箱体加工的工艺路线8
2.1定位基准的选择8
2.1.1精基准的选择8
2.1.2粗基准的选择8
2.2加工路线的拟定9
3机械加工工艺的确定11
3.1机盖加工11
3.1.1毛坯的外廓尺寸11
3.1.2重要平面加工工序的参数11
3.1.3加工的工序尺寸及加工余量11
3.1.4工序5（粗铣顶面）15
3.1.5工序6（粗铣结合面）15
3.1.6工序7（磨分割面）15
3.1.7工序8（钻孔）15
3.2机座加工15
3.2.1毛坯的外廓尺寸15
3.2.2工序5（粗铣箱体下平面）15
3.2.3工序6（铣削箱体结合面）15
3.2.4工序7（磨箱体分割面）15
3.2.5工序8（钻孔）15
3.2.6工序9（钻孔）15
3.2.7工序10（钻孔）15
3.3箱体加工11
3.3.1重要加工平面的参数11
3.3.2加工的工序尺寸及加工余量11
3.3.3工序211
3.3.4工序411
3.3.5工序511
3.3.6工序6（精前后铣端面）11
3.3.7工序7（精前后铣端面）11
3.3.8工序9（粗镗）11
3.3.9工序10（粗镗）11
3.3.10工序11（半精镗）11
3.3.11工序12（半精镗）11
3.3.12工序13（精镗）11
3.3.13工序14（精镗）11
3.3.14工序15（钻孔）11
3.3.15工序16（钻孔）11
3.3.16工序17（锪孔）11
4专用夹具的设计41
4.1钻床夹具设计41
4.1.1夹具分析41
4.1.2设计论证41
4.1.3切削力及夹紧力的计算41
4.1.4设计及操作的说明41
4.1.5结构分析41
4.1.6夹具的公差41
4.1.7夹具设计精度分析41
4.2镗床夹具设计43
4.2.1夹具结构分析43
4.2.2夹具的结构类型43
4.2.3夹紧力大小的确定原则43
4.2.4定位销高度计算43
5结论43
参考文献44
谢辞45
附录46
引言
箱体类零件是总体装配中的重要零件，同时也是进行装配时的一个基准，使得它将一些轴、套、轴承和齿轮等零件按照正确的设计图纸的装配工艺实现装配，从而实现该整体零件的工作性能。
同时，机体工作的精度、性能和以及工作时间都会受到箱体类零件的加工的精度质量有关。
箱体零件结构特点：
一般是铸造材料，外形复杂，并且体型相对庞大，装夹难度大。
箱体零件的主要技术要求：
各个重要表面的平面度、圆柱面的同轴度、主要平面的精度、相对平面的平行度、表面粗糙度等。
箱体零件材料及毛坯：
箱体零件通常选用灰铸铁，在一些重要作业上实用铝合金作为作为主体材料，毛柸加工工艺铸造，
箱体零件的加工工艺过程并非都是一样的，它是随着箱体零件的加工精度要求、加工结构以及生产批量的不同而有所不一样，因此对于箱体零件的加工难度也各不相同。
1零件工艺分析
1.1零件的工艺分析
机盖
图1-1
机座
图1-4
分析图1-1至图1-6可知:
（1）要加工孔表面粗糙度Ra小于1.6um；
（2）其它孔的表面粗糙度Ra小于12.5um；
（3）锥销孔的表面粗糙度Ra小于1.6um；
（4）机盖上平面表面粗糙度Ra小于12.5um；
（5）机盖下表面表面粗糙度Ra小于3.2um；
（6）机盖下表面对E面的表面粗糙度Ra小于1.6um；
（7）φ110-0.025＋0.01两轴孔的圆柱度公差为0.01mm，圆度公差为0.01mm;
（8）φ110
的轴心线对C、D端面的垂直度公差为0.08mm；
（9）φ110
的轴心线对A、B的垂直度公差为0.08mm;
（10）机座上表面对C面的位置度公差为0.2mm;
（11）铸件人工时效处理；
（12）零件材料TH-40;
1.2确定毛坯的制造形式
1.2.1毛坯的种类确定
铸件、冲压件、焊件、锻件、工程塑料件以及各种型材等是通常用到的毛坯种类，以下几点因素是确定毛坯通常需要考虑的：
（1）对于不同的材料的毛坯采用的加工手段不一样。
如铸铁类的零件，应该采用铸造的加工方式。
（2）在加工零件时，零件的机械性能也是一重要指标，针对不同机械性能的零件，采用的加工手段应不一样。
如零件在强度方面要求比较高，可以考虑采用锻造的加工方式。
（3）对于不同零件的形状的复杂程度也应采用不同加工手段。
如零件的形状比较复杂，这时如果采用锻造，加工成本，加工时间就会消耗相当大，这时不妨考虑使用铸造的加工方式。
（4）针对不同的箱体类零件形状，也要采取不同的制造手段。
（5）按照生产要求加工毛坯，若是小批量可可以采用普通的加工方式，然而大批量则需要采取锻造，模具加工的方式。
（6）在加工毛坯时还可以使用新技术、新手段等。
（7）当然还应该考虑到目前实验室的加工能力，根据现有设备做出相应整改。
本次毕设所用的减速器属于小批量，因此材料使用HT20~40，制造工艺为铸造
1.2.2毛坯的形状及尺寸的确定
（1）认真分析零件的加工图纸，确定加工要求。
（2）根据图纸的加工参数，加工余量以及加工工序确定毛坯大小。
（2）对于零件某些复杂加工面，需要考虑增加其他工艺夹具，只要是为了保证精度。
（3）对于多次使用的零件，可以先进行多次生产，方便使用。
（4）合理使用配合加工和分开加工。
（5）对于某些特殊或加工比较困难的零件，可以先加工整体，在使用加工分割技术将其分离开来，以得到要求零件。
（6）在制造毛坯时，要充分考虑加工成本以及制造难度，在这个原则上使得毛坯更加贴近零件，以此减少零件的加工难度。
再确定完毛坯后，绘制出毛坯的基本工程图。
1.3毛坯的材料热处理
通过较长时间的使用经验证实，通常箱体材料采用灰口铸铁，一般箱体材料使用灰口铸铁是因为灰口铸铁有一系列的技术上（例如耐磨性好，有一定水平的吸震能力、良好的铸造性能等）和经济上的优点。
最常用的是HT20~40，HT25~47，当载荷较大时，采用HT30~54，HT35~61高强铸铁。
该灰铸铁的组织是液态铁水冷却石墨化过程，它的主要组织有铁素体、珠光体以及铁素体加珠光体。
同时为了提高材料性能，要进行孕育处理，以此提高性能。
为后续的加工保证精度，常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金，其主要原理是细化石墨。
灰铸铁热处理主要改变的是灰铸铁的基体组织，对于石墨的分布与形状则无法改变。
该热处理过程主要是人工时效，消除毛坯在冷去过程产生内应力，防止变形和开裂，同时消除白口组织退火，因为毛坯表面和薄壁在急速冷却下产生其组织，从而导致后面零件的加工增加难度，只要是白口组织硬度大，致使加工难度大。
箱体的毛坯基本都使用整体铸铁件。
对于一些尺寸较大的零部件，则采用分开铸造，最后在采用整体焊接的手段，解决大型零部件。
毛坯未进入机械加工车间之前，为不消除毛坯的内应力，对毛坯应进行人工实效处理，对某些大型的毛坯和易变形的零件粗加工后要再进行时效处理。
毛坯铸造时，为了使其达到基本的机械性能以及物理性能，避免铸造中的出现的缺陷。
铸铁的材料特性良好，廉价，切削性能好，同时具有一定抗震性，为此大部分的箱体零件都是用铸铁。
毛坯的热处理需靠考虑到后续的精度要求，热处理分为预备热处理和最终热处理，同时考虑到后续的零件加工工序过程中的切削力，背吃到量、进给速度、主轴转速等要求，对于毛坯的材料热处理要根据上述情况进行材料的优化。
2拟定箱体加工的工艺路线
2.1定位基准的选择
2.1.1精基准的选择
本次设计是以顶面和两定位销孔为精基准，这样的定位可以实现基准统一，所谓的基准统一，便是保证设计基准与加工基准统一，这是保证在一次装夹下，实现多个面的加工，这样的定位属于完全定位，已经限制住六个自由度。
因此，可是装夹稳定，并且有效的减少加工误差。
对于最后一道工序，精加工处于决定性的地位。
2.1.2粗基准的选择
采用凸缘的不加工面为粗基准。
由于毛柸的不规则现象严重，为此要采用粗基准，并且采用相对位置，同时对于加工表面的余量也需要合理的分配，这样可以基本可以保证精度，增强装夹的可靠性，并且夹具结构简单和操作容易。
此外，在选择粗基准时要选择较为平整光滑的平面，并且为了避免飞边、冒口缺陷、铸造浇注等缺陷，尽量选择大一点尺寸的平面。
2.2拟定箱体加工的工艺路线
箱体的工艺路线分为分离式箱体工艺路线与整体式箱体工艺路线
在初始加工时，首先采用分离式加工，加工机盖和机座上的平面以及各种孔位，特别是定位孔，其次是配合加工，主要是在夹具以及定位孔和定位零件的夹持下实现整体加工，这样既可以保证每个零件的加工完整，又使得重要加工面达到要求的精度。
减速机箱盖的工艺流程如下
序号
工序
工艺内容
设备
1
铸造
2
清砂
清除杂质
3
热处理
人工时效处理
4
涂漆
保护非加工面
5
粗铣
底面为基准，进行加工
专用铣床
6
粗铣
夹紧上表面，并以此为基准铣削铣平面，留有磨削余量0.04mm
专用铣床
7
磨
磨削
专用磨床
8
钻
以上面已加工面为基准，钻4—Φ11mm孔,4—Φ13mm孔，钻攻4—M6mm孔
专用钻床
9
检验
检查各部尺寸及精度
专用钻床
减速机机座的工艺流程
序号
工序
工艺内容
设备
1
铸造
2
清砂
清除清理杂质
3
热处理
退火
4
涂漆
保护非加工面
5
粗铣
以结合面为基准，铣削底面，保证高度尺寸242.5mm
专用铣床
6
粗精铣铣
以地面为基准吸血，铣分割面留磨量0.4mm
专用铣床
7
磨
磨结合面面，保证尺寸240mm
专用磨床
8
钻
钻底面4—Φ19mm,4—Φ11mm,4—Φ13mm
专用钻床
9
钻
钻攻3—M16mm,15mm,4—M12mm,深25mm
专用钻床
10
钻
钻攻2—M16mm,深15mm,3—M6mm,深10mm
专用钻床
减速机箱体的工艺流程
序号
工序
工艺内容
设备
1
钳工
机盖与机座合体
2
钻
2个直径为4mm深28mm的孔
立式钻床
3
铰
2个直径为6mm深28mm的孔
4
半精铣
铣削箱体前后2个端面，留加工余量0.4mm
专用铣床
5
半精铣
半精铣箱体左右2个端面
专用铣床
6
精铣
铣削箱体前后2个端面，留加工余量0.4mm
专用铣床
7
精铣
半精铣箱体左右2个端面铣削
专用铣床
8
钻
钻底面4—Φ19mm,4—Φ11mm,4—Φ13mm
专用钻床
9
粗镗
粗镗蜗杆面Φ110mm
专用镗床
10
粗镗
粗镗前后轴承孔Φ110mm
专用镗床
11
半精镗
半精镗蜗杆孔Φ110mm
专用镗床
12
半精镗
半精镗蜗杆孔Φ110mm
专用镗床
13
精镗
粗镗2-Φ110mm轴承孔，加工0.1mm
专用镗床
14
精镗
粗镗2-Φ110mm轴承孔，加工0.1mm
专用镗床
15
钻孔
攻钻螺纹孔M12mm
专用钻床
16
钻孔
攻钻螺纹孔M12mm
专用钻床
17
锪孔
加工轴承孔内边缘，倒角4—45度
专用钻床
3机械加工工艺的确定
3.1机盖加工
3.1.1毛坯的外廓尺寸
考虑其加工外廓尺寸为330×230×210mm，表面粗糙度要求RZ为3.2um，取7级。
毛坯长：
330+2×3.5=337mm
宽：
230+2×3=236mm
高：
210+2×3=216mm
3.1.2重要平面加工工序的参数
重要平面加工结束的尺寸，在加工平面时，铣削深度ap=2.5mm，铣削深度ap=2.45mm，留磨削余量0.04mm。
3.1.3加工的工序尺寸及加工余量
经查找文献可得：
（1）顶面与结合面的加工工序及余量
首先粗铣加工，加工余量为0.50mm，精度等级为IT11，表面粗糙度为6.3；
再半精铣加工，加工余量为0.25mm，精度等级为IT10，表面粗糙度为3.2；
最后磨削加工，加工余量为0.06mm，精度等级为IT8,表面粗糙度为1.6。
（2）两轴承孔的加工余量
首先粗镗加工，加工余量为0.5mm，精度等级为IT11，表面粗糙度为6.4；
再半精镗加工，加工余量为0.25mm，精度等级为IT9，表面粗糙度为3.2；
最后精镗加工，加工余量为0.05mm，精度等级为IT7，表面粗糙度为0.8。
3.1.4工序5（粗铣顶面）
（1）加工条件：
工件材料：
灰铸铁
加工要求：
粗铣箱盖上表面尺寸3mm
机床：
卧式铣床X63
刀具：
高速钢铣刀，dw=225mm,齿数Z=20
量具：
卡板
（2）计算铣削用量
一次铣削，深度ap=2.5mm，最大加工余量为Zmax=2.5mm
确定进给量f：
根据《工艺手册》），表2.4—75,确定fz=0.2mm/Z
切削速度：
参考有关手册，确定V=0.45m/s,即27m/min
根据表2.4—86,取nw=37.5r/min,
故实际切削速度为：
V=πdwnw/1000=26.5（m/min）
当nw=37.5r/min时,工作平台进给量为：
fm=fzznz=0.2×20×37.5=150（mm/min）
铣削行程为l+l1+l2=125+3+2=130mm
故机动工时为：
tm=130÷150=0.866min=52s
辅助时间为：
tf=0.15tm=0.15×52=7.8s
其他时间计算：
tb+tx=6%×（52+7.8）=3.58s
故工序5的单件时间：
tdj=tm+tf+tb+tx=52+7.8+3.58=63.4s
3.1.5工序6（粗铣结合面）
（1）加工条件：
工件材料：
灰铸铁
加工要求：
精铣箱体结合面，使得上表面尺寸3mm
机床：
卧式铣床X63
刀具：
高速钢铣刀，dw=225mm,齿数Z=20
量具：
卡板
（2）计算铣削用量
最大加工余量为Zmax=2.5mm,预留磨削量0.04mm，可切削深度ap=2.45mm
确定进给量f：
切削速度：
参考有关手册，确定V=0.45m/s,即27m/min
根据表2.4—86,取nw=37.5r/min,
故实际切削速度为：
V=πdwnw/1000=26.5（m/min）
当nw=37.5r/min,进给量：
fm=fzznz=0.2×20×37.5=150（mm/min）
铣削行程为l+l1+l2=330+3+2=335mm
故机动工时为：
tm=335÷150=2.23min=134s
辅助时间为：
tf=0.15tm=0.15×134=20.1s
其他时间计算：
tb+tx=6%×（134+20.1）=9.2s
故工序6的单件时间：
tdj=tm+tf+tb+tx=134+20.1+9.2=163.3s
3.1.6工序7（磨分割面）
工件材料：
灰铸铁
加工要求：
磨削分割面，磨削为0.04mm
机床：
平面磨床M7130
刀具：
砂轮
量具：
卡板
（1）选择砂轮
WA46KV6P350×40×127
其表示为：
砂轮磨削材料为白刚玉，46号表示颗粒打下，陶瓷结合剂，平型砂轮，其尺寸为350×40×127（D×B×d）
（2）切削用量的选择
砂轮转速为N砂=1500r/min,V砂=27.5m/s
轴向进给量fa=0.5B=20mm（双行程）
工件速度Vw=10m/min
径向进给量fr=0.015mm/双行程
（3）切削工时
《工艺手册》
式中L—加工长度，L=330mm
b—加工宽度，230mm
Zb——单面加工余量，Zb=0.05mm
K—系数，1.10
V—工作台移动速度（m/min）
辅助时间为：
tf=0.15tm=0.15×162=24.3s
其他时间计算：
tb+tx=6%×（162+24.3）=11.2s
故工序7的单件时间：
tdj=tm+tf+tb+tx=162+24.3+11.2=197.5s
3.1.7工序8（钻孔）
（1）钻4-Φ11mm孔
工件材料：
灰铸铁
加工要求：
钻4个直径为11mm的孔
机床：
立式钻床Z535型
刀具：
麻花钻、扩孔钻
Φ10mm的麻花钻：
f=0.25mm/r（《工艺手册》2.4--38）
v=0.53m/s=31.8m/min（《工艺手册》2.4--41）
ns=1000v/πdw=405（r/min）
按机床选取nw=400r/min,（按《工艺手册》3.1--36）
所以实际切削速度
Φ11mm扩孔:
f=0.57mm/r（《工艺手册》2.4--52）
v=0.44m/s=26.4m/min（《工艺手册》2.4--53）
ns=1000v/πdw=336（r/min）
按机床选取nw=400r/min,（按《工艺手册》3.1--36）
所以实际切削速度
总时间为
T=4×（t1+t2）=4×（10.8+10.8）=86.4s
辅助时间为：
tf=0.15tm=0.15×86.4=12.96s
其他时间计算：
tb+tx=6%×（86.4+12.96）=5.96s
故单件时间：
tdj=tm+tf+tb+tx=86.4+12.96+5.96=105.3s
（2）钻4-Φ13mm孔
工件材料：
灰铸铁
加工要求：
钻4个直径为13mm的孔
机床：
立式钻床Z535型
刀具：
Φ13mm的麻花钻
f=0.25mm/r（《工艺手册》2.4—38，3.1--36）
v=0.44m/s=26.4m/min（《工艺手册》2.4--41）
ns=1000v/πdw=336（r/min）
按机床选取nw=400r/min,（按《工艺手册》3.1--36）
所以实际切削速度
总时间为
T=4×t=4×20.4=81.6s
辅助时间为：
tf=0.15tm=0.15×81.6=12.2s
其他时间计算：
tb+tx=6%×（81.6+12.2）=5.6s
故单件时间：
tdj=tm+tf+tb+tx=81.6+12.2+5.6=99.5s
（3）钻4-M6mm孔
工件材料：
灰铸铁
加工要求：
攻钻4个公制螺纹M6mm的孔
机床：
立式钻床Z535型
刀具：
Φ6mm的麻花钻
M6丝锥
钻4-Φ6mm的孔
f=0.15mm/r（《工艺手册》2.4—38，3.1--36）
v=0.61m/s=36.6m/min（《工艺手册》2.4--41）
ns=1000v/πdw=466（r/min）
按机床选取nw=400r/min,（按《工艺手册》3.1--36）
所以实际切削速度
辅助时间为：
其他时间计算：
tf=0.15tm=0.15×90
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