减速器箱体盖加工工艺及夹具设计小批量生产.docx

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减速器箱体盖加工工艺及夹具设计小批量生产

《机械制造工程原理》

课程设计说明书

设计题目:

减速器箱体盖设计加工工艺及夹具设计

设计者

学号

指导教师汪洪峰

信息工程学院

2013年5月23日

摘要

初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成了一项工程基本训练。

运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决减速器箱体盖零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法。

对减速器箱体盖零件工序进行了夹具设计，学会了工艺装备设计的一般方法，提高了结构设计的能力。

前言

《机械制造工程原理课程设计》是我们学习完大学阶段的机械类基础和技术基础课以及专业课程之后的一个综合课程，它是将设计和制造知识有机的结合，并融合现阶段机械制造业的实际生产情况和较先进成熟的制造技术的应用，而进行的一次理论联系实际的训练，通过本课程的训练，将有助于我们对所学知识的理解，并为后续的课程学习以及今后的工作打下一定的基础。

对于我本人来说，希望能通过本次课程设计的学习，学会将所学理论知识和工艺课程实习所得的实践知识结合起来，并应用于解决实际问题之中，从而锻炼自己分析问题和解决问题的能力；同时，又希望能超越目前工厂的实际生产工艺，而将有利于加工质量和劳动生产率提高的新技术和新工艺应用到机器零件的制造中，为改善我国的机器制造业相对落后的局面探索可能的途径。

由于所学知识和实践的时间以及深度有限，本设计中会有许多不足，希望各位老师能给予指正。

目录

摘要2

第一章:

概述5

第二章：

零件工艺的分析6

2.1零件的工艺分析6

2.2确定毛坯的制造形式6

2.3箱体零件的结构工艺性6

第三章：

拟定箱体加工的工艺路线7

3.1定位基准的选择7

3.2加工路线的拟定7

第四章：

机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定8

4.1．毛坯的外廓尺寸8

4.2．加工的工序尺寸及加工余量8

第五章：

确定切削用量及基本工时9

5.1.粗铣上窥视孔面9

5.2.粗铣结合面10

5.3.磨分割面11

5.4.钻孔12

第六章：

专用夹具的设计

6．1粗铣下平面夹具14

6.2粗铣前后端面夹具设计15

参考文献18

结论19

第一章:

概述

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.因此,箱体零件的制造精度将直接影响机器或部件的装配质量,进而影响机器的使用性能和寿命.因而箱体一般具有较高的技术要求.

由于机器的结构特点和箱体在机器中的不同功用,箱体零件具有多种不同的结构型式,其共同特点是:

结构形状复杂,箱壁薄而不均匀,内部呈腔型;有若干精度要求较高的平面和孔系,还有较多的紧固螺纹孔等.

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.有时为了减轻重量,用有色金属合金铸造箱体毛坯（如航空发动机上的箱体等）.在单件小批生产中,为了缩短生产周期有时也采用焊接毛坯.

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.箱体上大于30—50mm的孔,一般都铸造出顶孔,以减少加工余量.

第二章：

零件工艺的分析

2.1零件的工艺分析

2.1.1要加工孔的孔轴配合度为H7，

2.1.2表面粗糙度为Ra小于1.6um,圆度为0.0175mm,垂直度为0.08mm,同2.1.3轴度为0.02mm。

其它孔的表面粗糙度为Ra小于12.5um,锥销孔的表面粗糙度为Ra小于1.6um。

2.1.3盖体上平面表面粗糙度为Ra小于12.5um,端面表面粗糙度为Ra小于3.2um，2.1.4机盖机体的结合面的表面粗糙度为Ra小于3.2um，2.1.5结合处的缝隙不2.1.6大于0.05mm，机体的端面表面粗糙度为Ra小于12.5um。

2.2确定毛坯的制造形式

由于铸铁容易成形，切削性能好，价格低廉，且抗振性和耐磨性也较好，因此，一般箱体零件的材料大都采用铸铁，其牌号选用HT20-40，由于零件年生产量2万台，已达到大批生产的水平，通常采用金属摸机器造型，毛坯的精度较高，毛坯加工余量可适当减少。

2.3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：

2.3.1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。

2.3.2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之孔加工前的直径，当内端面的尺寸过大时，还需采用专用径向进给装置。

2.3.3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，

第三章：

拟定箱体加工的工艺路线

3.1定位基准的选择

定位基准有粗基准和精基准只分，通常先确定精基准，然后确定粗基准。

3.1.1精基准的选择

根据大批大量生产的减速器箱体通常以顶面和两定位销孔为精基准，机盖以下平面和两定位销孔为精基准，平面为330X20mm，两定位销孔以直径6mm,这种定位方式很简单地限制了工件六个自由度，定位稳定可靠；在一次安装下，可以加工除定位面以外的所有五个面上的孔或平面，也可以作为从粗加工到精加工的大部分工序的定位基准，实现“基准统一”；此外，这种定位方式夹紧方便，工件的夹紧变形小；易于实现自动定位和自动夹紧，且不存在基准不重合误差。

3.1.2基准的选择

加工的第一个平面是盖或低坐的对和面，由于分离式箱体轴承孔的毛坯孔分布在盖和底座两个不同部分上很不规则，因而在加工盖回底座的对和面时，无法以轴承孔的毛坯面作粗基准，而采用凸缘的不加工面为粗基准。

故盖和机座都以凸缘A面为粗基准。

这样可以保证对合面加工后凸缘的厚薄较为均匀，减少箱体装合时对合面的变形。

3.2加工路线的拟定

分离式箱体工艺路线与整体式箱体工艺路线的主要区别在于：

整个加工过程分为两个大的阶段，先对盖和低座分别进行加工，而后再对装配好的整体箱体进行加工。

第一阶段主要完成平面，，紧固孔和定位空的加工，为箱体的装合做准备；第二阶段为在装合好的箱体上加工轴承孔及其端面。

在两个阶段之间应安排钳工工序，将盖与底座合成箱体，并用二锥销定位，使其保持一定的位置关系，以保证轴承孔的加工精度和撤装后的重复精度。

第四章：

机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯的尺寸如下：

4.1．毛坯的外廓尺寸

见图纸《箱体零件毛坯图》

考虑其加工外廓尺寸为485×176×155mm，表面粗糙度要求RZ为3.2um，根据《机械加工工艺手册》（以下简称《工艺手册》），表2.3—5及表2.3—6，按公差等级7—9级，取7级，加工余量等级取F级确定，

毛坯长：

485+2×3.5=492mm

宽：

176+2×3=182mm

高：

155+2×2.5=160mm

4.2．加工的工序尺寸及加工余量

钻4-Φ6mm孔

钻孔：

Φ5mm，2Z=5mm，ap=2.5mm

扩孔：

Φ6mm，2Z=1mm， ap=0.5mm

钻6-Φ10mm孔

钻孔：

Φ10mm，2Z=10mm，ap=5mm

攻钻M10mm孔

钻孔：

Φ10mm，2Z=10mm，ap=5mm

攻孔：

M10mm

第五章：

确定切削用量及基本工时

5.1.粗铣上窥视孔面

加工条件：

工件材料：

灰铸铁

加工要求：

粗铣箱盖上顶面，保证顶面尺寸3mm

机床：

卧式铣床X63

刀具：

采用高速钢镶齿三面刃铣刀，dw=225mm,齿数Z=20

量具：

卡板  

计算铣削用量          

已知毛坯被加工长度为125mm，最大加工余量为Zmax=2.5mm,可一次铣削，切削深度ap=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,工作台的每分钟进给量应为：

fm=fzznz=0.2×20×37.5=150（mm/min）（5-2）

切削时由于是粗铣，故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件，则行程为

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：

6%×（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

5.2.粗铣结合面

加工条件：

工件材料：

灰铸铁

加工要求：

精铣箱结合面，保证顶面尺寸3mm

机床：

卧式铣床X63

刀具：

采用高速钢镶齿三面刃铣刀，dw=225mm,齿数Z=20

量具：

卡板  

计算铣削用量          

已知毛坯被加工长度为330mm，最大加工余量为Zmax=2.5mm,留磨削量0.05mm，可一次铣削，切削深度ap=2.45mm

确定进给量f：

根据《机械加工工艺手册》（以下简称《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;由公式（5-1）得

故实际切削速度为：

V=πdwnw /1000=26.5（m/min）

当nw=37.5r/min,工作台的每分钟进给量应为：

fm=fzznz=0.2×20×37.5=150（mm/min）

切削时由于是粗铣，故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件，则行程为

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

5.3.磨分割面

工件材料：

灰铸铁

加工要求：

以底面及侧面定位，装夹工件，磨分割面，加工余量为0.05mm机床：

平面磨床M7130

刀具：

砂轮

量具：

卡板

选择砂轮

见《工艺手册》表4.8—2到表4.8—8，则结果为

WA46KV6P350×40×127

其含义为：

砂轮磨料为白刚玉，粒度为46号，硬度为中软1级，陶瓷结合剂，6号组织，平型砂轮，其尺寸为350×40×127（D×B×d）

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

切削工时

根据《工艺手册》可知

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）

fa——工作台往返一次砂轮轴向进给量（mm）

fr——工作台往返一次砂轮径向进给量（mm）

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

故该工序的单件时间：

tdj=tm+tf+tb+tx =162+24.3+11.2=197.5s

5.4.钻孔

钻4-Φ6mm孔

工件材料：

灰铸铁

加工要求：

钻4个直径为6mm的孔

机床：

立式钻床Z535型

刀具：

采用Φ5mm的麻花钻头走刀一次， 扩孔钻Φ6mm走刀一次

Φ5mm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

Φ6mm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

由于是加工2个相同的孔，故总时间为

T=2×（t1 +t2）=2×（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

钻6-Φ10mm孔

工件材料：

灰铸铁

加工要求：

钻6个直径为10mm的孔

机床：

立式钻床Z535型

刀具：

采用Φ10mm的麻花钻头走刀一次，

f=0.25mm/r

v=0.44m/s=26.4m/min

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

由于是加工6个相同的孔，故总时间为

T=6×t=6×20.4=102.4s

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

钻M10mm孔

工件材料：

灰铸铁

加工要求：

攻钻4个公制螺纹M10mm的孔

机床：

立式钻床Z535型

刀具：

Φ10mm的麻花钻10丝锥

钻M10的孔

f=0.15mm/r

v=0.61m/s=36.6m/min

ns=1000v/πdw=466（r/min）

按机床选取nw=400r/min, 作为实际切削速度

辅助时间为：

tf=0.15tm=0.15×90=13.5s

其他时间计算：

tb+tx=6%×（90+13.5）=6.2s

故单件时间：

tdj=tm+tf+tb+tx =90+13.5+6.2=109.7s

攻M10mm孔

v=0.1m/s=6m/min

ns=238（r/min）

按机床选取nw=195r/min, 

则实际切削速度

V=4.9（m/min）

故机动加工时间：

l=19mm,l1 =3mm,l2 =3mm,

t=（l+l1+l2）×2/nf×4=1.02（min）=61.2s

辅助时间为：

tf=0.15tm=0.15×61.2=9.2s

其他时间计算：

tb+tx=6%×（61.2+9.2）=4.2s

故单件时间：

tdj=tm+tf+tb+tx =61.2+9.2+4.2=74.6s

故该工序的总时间：

T=105.3+99.5+109.7+74.6=389.1s

第六章：

专用夹具的设计

6．1粗铣下平面夹具

6.1.1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5粗铣机体的下平面，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。

6.1.2夹具设计

（1）定位基准的选择：

由零件图可知，机体下平面与分割面的尺寸应保证为240mm，故应以蜗轮轴承孔及分割面为定位基准。

为了提高加工效率，决定采用两把镶齿三面刃铣刀对两个面同时进行加工。

同时，为了降低生产成本，此夹具采用手动夹紧。

（2）定位方案和元件设计

根据工序图及对零件的结构的分析，此夹具定位以V形块上四个支承钉对蜗杆轴承孔与两个支承钉及一个双头浮动支承钉对磨合面同时进行定位。

所选用的四个支承钉尺寸为，两个支承钉的尺寸为，浮动支承钉见夹具设计剖面图。

（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：

1）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。

2）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。

（4）切削力及夹紧力的计算

刀具：

高速钢镶齿三面刃铣刀，dw=225mm,齿数Z=20

则F=9.81×54.5ap0.9af0.74ae1.0Zd0-1.0δFz（《切削手册》）

查表得：

d0=225mm,Z=20，ae=192,af=0.2,ap=2.5mm,δFz=1.06所以：

F=（9.81×54.5×2.50.9×0.20.74×192×20×1.06）÷225=6705N

查表可得，铣削水平分力，垂直分力，轴向力与圆周分力的比值：

FL/FE=0.8,FV/FE=0.6,FX/Fe=0.53

故:

FL=0.8FE=0.8×6705=5364N

FV=0.6FE=0.6×6705=4023N

FX=0.53FE=0.53×6705=3554N

当用两把铣刀同时加工铣削水平分力时：

FL/=2FL=2×5364=10728N

在计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数

K=K1K2K3K4

式中：

K1—基本安全系数，2.5

K2—加工性质系数，1.1

K3—刀具钝化系数，1.1

K2—断续切削系数，1.1

则F/=KFH=2.5×1.1×1.1×1.1×10728

=35697N

选用螺旋—板夹紧机构，故夹紧力

fN=1/2F/

f为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，f=0.25

则N=0.5×35697÷0.25=71394N

（5）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。

夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀（与塞尺配合使用）。

6.2粗铣前后端面夹具设计

本夹具主要用来粗铣减速箱箱体前后端面。

由加工本道工序的工序简图可知。

粗铣前后端面时，前后端面有尺寸要求，前后端面与工艺孔轴线分别有尺寸要求。

以及前后端面均有表面粗糙度要求Rz3.2。

本道工序仅是对前后端面进行粗加工。

因此在本道工序加工时，主要应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度。

同时应保证加工尺寸精度和表面质量。

6.2.1定位基准的选择

在进行前后端面粗铣加工工序时，顶面已经精铣，两工艺孔已经加工出。

因此工件选用顶面与两工艺孔作为定位基面。

选择顶面作为定位基面限制了工件的三个自由度，而两工艺孔作为定位基面，分别限制了工件的一个和两个自由度。

即两个工艺孔作为定位基面共限制了工件的三个自由度。

即一面两孔定位。

工件以一面两孔定位时，夹具上的定位元件是：

一面两销。

其中一面为支承板，两销为一短圆柱销和一削边销。

为了提高加工效率，现决定用两把铣刀对汽车变速箱箱体的前后端面同时进行粗铣加工。

同时为了缩短辅助时间准备采用气动夹紧

6.2.2定位元件的设计

本工序选用的定位基准为一面两孔定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销。

因此进行定位元件的设计主要是对短圆柱销和短削边销进行设计。

由加工工艺孔工序简图可计算出两工艺孔中心距。

由于两工艺孔有位置度公差，所以其尺寸公差为:

所以两工艺孔的中心距为，而两工艺孔尺寸为。

根据《机床夹具设计手册》削边销与圆柱销的设计计算过程如下

（1）、确定两定位销中心距尺寸及其偏差

（2）、确定圆柱销直径及其公差

（—基准孔最小直径）取f7

所以圆柱销尺寸为

（3）、削边销的宽度b和B（由《机床夹具设计手册》）

（4）、削边销与基准孔的最小配合间隙

其中：

—基准孔最小直径—圆柱销与基准孔的配合间隙

（5）、削边销直径及其公差

按定位销一般经济制造精度，其直径公差带为，则削边销的定位圆柱部分定位直径尺寸为。

（6）、补偿值

6.2.3定位误差分析

本夹具选用的定位元件为一面两销定位。

其定位误差主要为：

（1）、移动时基准位移误差=0.009+0.027+0.016

=0.052mm

（2）、转角误差

6.2.4铣削力与夹紧力计算

根据《机械加工工艺手册》可查得：

当用两把铣刀同时加工时铣削水平分力

铣削加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力平衡。

即：

（u=0.25）

计算出的理论夹紧力F再乘以安全系数k既为实际所需夹紧力

即：

取k=3.3275

F/=3.3275Χ42054.4=139936N

6.2.5夹紧装置及夹具体设计

为了提高生产效率，缩短加工中的辅助时间。

因此夹紧装置采用气动夹紧装置。

工件在夹具上安装好后，气缸活塞带动压块从上往下移动夹紧工件。

根据所需要的夹紧力F/=139936N，来计算气缸缸筒内径。

气缸活塞杆推力

其中：

P—压缩空气单位压力（取P=6公斤力/）

—效率（取）

Q=F/=13993.6公斤力

夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。

这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。

整个夹具的结构夹具装配图3所示。

6.2.6夹具设计及操作的简要说明

本夹具用于减速器箱体前后端面的粗铣。

夹具的定位采用一面两销，定位可靠，定位误差较小。

其夹紧采用的是气动夹紧，夹紧简单、快速、可靠。

有利于提高生产率。

工件在夹具体上安装好后，压块在气缸活塞的推动下向下移动夹紧工件。

当工件加工完成后，压块随即在气缸活塞的作用下松开工件，即可取下工件。

由于本夹具用于变速箱体端面的粗加工，对其进行精度分析无太大意义。

所以就略去对其的精度分析。

参考文献

邹青主编机械制造技术基础课程设计指导教程北京：

机械工业出版社2004，8

赵志修主编机械制造工艺学北京：

机械工业出版社1984，2

孙丽媛主编机械制造工艺及专用夹具设计指导北京：

冶金工业出版社2002，12

李洪主编机械加工工艺手册北京：

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