反向齿轮器箱体零件加工工艺规程及相关夹具设计.docx

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反向齿轮器箱体零件加工工艺规程及相关夹具设计

课程设计说明书

设计题目：

反向齿轮器箱体零件加工工艺规程

及相关夹具设计

第一部分：

加工工艺规程设计

一反向齿轮箱的用途

该反向齿轮箱用途非常广泛。

常用于加速减速，就是常说的变速齿轮箱；改变传动方向，例如我们用两个扇形齿轮可以将力垂直传递到另一个转动轴；改变转动力矩，同等功率条件下，速度转的越快的齿轮，轴所受的力矩越小，反之越大；离合功能，我们可以通过分开两个原本啮合的齿轮，达到把发动机与负载分开的目的，比如刹车离合器等；分配动力，例如我们可以用一台发动机，通过齿轮箱主轴带动多个从轴，从而实现一台发动机带动多个负载的功能。

二反向齿轮箱的技术要求

按表1的形式将反向齿轮器的主要技术要求列于表1中。

表1反向齿轮箱零件技术要求表

加工表面

尺寸及偏差

mm

表面粗糙度Ra

um

形位公差

mm

上盖接合面

200

1.6

0.05

后侧面

130

6.3

上盖接合面Φ12mm孔

12

6.3

Φ16mm沉头孔

16

6.3

吊耳上凸台面

6.3

左右端面

6.3

Φ47mm轴承孔

Φ47-0.008+0.018

1.6

◎

Φ0.01

A-B

Φ35mm轴承孔

Φ35-0.008+0.018

1.6

◎

Φ0.01

A-B

后侧面Φ12mm孔

Φ120+0.019

1.6

Φ35mm吊耳孔

Φ350+0.027

3.2

∥

0.05

C

该反向齿轮箱形状复杂、结构简单，属于典型的箱体零件。

为了实现改变方向、力矩等功能，其轴承孔与轴承有很高的配合要求，因此尺寸加工精度要求较高，而且要求较高的同轴度。

上盖结合面作为设计基准和定位基准，要求较高的平面度。

为了保证齿轮箱有较高的装配精度，上盖面采用销定位。

吊耳孔虽然尺寸精度要求不高，但要求对上盖面有很好的平行度。

综上所述，该反向齿轮箱的各项技术要求比较合理，符合零件在实际工作中的功用。

三审查反向齿轮箱的工艺性

分析零件图可知，齿轮箱的上盖接合面和后侧面均要求铣削加工，上盖接合面的四角伸出端与左右端面相接，这样既减少了加工面积，又减少了材料的使用，同时还提高了接触刚度；加工Φ47mm轴承孔和Φ35mm轴承孔时，由于孔径较大，要选择镗刀进行加工，为了满足两孔的同轴度，可以用在一个工位里完成它们的加工；该齿轮箱是单件小批量的生产，要求工序尽可能的集中，因此多选用在加工中心上完成，以提高生产效率。

由此可见，该零件的工艺性较好。

四选择毛坯

由于该反向齿轮箱在工作过程中不会受到很大的冲击载荷，对齿轮箱的强度的冲击韧性要求不是很高所以毛坯可以选用铸件。

由于是单件小批量生产，可以选用灰铸铁材料，用金属模砂型机械铸造的方法得到毛坯。

五定位基准的选择

定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。

1.精基准的选择

根据该箱体零件的技术要求和装配要求，选择上盖结合面和后侧面作为精基准进行加工，然而这两个平面是需要加工的表面，因此首先要加工这两个面。

选择上盖接合面和后侧面作精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，即遵循了“基准统一”的原则。

由于上盖接合面和后侧面又是作为设计是选用的基准，因此选用它们作为基准又遵循了“基准重合”的原则。

选用上盖结合面作基准时，采用一面两孔的方式定位，夹紧稳定可靠。

2.粗基准的选择

作为粗基准的表面应平整和光洁，不能有飞边、浇口、毛刺、冒口及其他的缺陷。

本箱体零件选用下底面作为粗基准。

以下底面作为粗基准加工上盖接合面和后侧面，可以为后续工序准备好精基准。

六工序的分散与集中

本零件是单件小批量生产，可以选择工序集中原则来安排齿轮箱的加工工序。

这样就可在工件的一次装夹中，加工好工件的多个平面。

因此可以较好地保证这些表面之间的相互位置精度，同时可以减少装夹的次数和辅助时间，并减少工件在机床之间的搬运次数和工作量，有利于缩短生产周期。

选用工序集中原则，还可以减少机床和夹具的数量，并相应地减少操作工人，节省车间面积，简化生产计划和生产组织管理工作。

七加工顺序的安排

1.机械加工顺序

（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准——上盖接合面和后侧面。

（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，再安排精加工工序。

（3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面——上盖接合面和后侧面，后加工次

要表面——左右端面和四角端面。

（4）遵循“先面后孔”原则，先铣削上盖接合面，再钻接合面上的孔，先铣削吊耳凸台面，再钻孔。

2.热处理工序

先对铸件毛坯进行正火处理，以提高其金属性能。

2.辅助工序

在热处理之后、粗加工之前对铸件涂底漆，以防止工件生锈；精加工之后，安排去毛刺、清洗和终检工序。

八机床的选用及工艺设备选用

在单件小批量生产前提下，为了满足工序集中的原则，可以选用高效专用设备和组合机床，该零件多选用加工中心完成加工过程，其中就有四轴联动的加工中心。

在加工的初始阶段选用了通用的立式铣床，这些要提出机床特征并注明机床的型号。

工艺设备主要包括刀具、夹具和量具。

在工艺卡片上写出它们的名称，如钻头、千分尺、塞规和铣床夹具等。

该零件的加工采用专用夹具。

九确定加工方案

在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表2列出了反向齿轮箱的工艺路线。

表2反向齿轮箱工艺路线、设备及工装的选用

加工表面

表面粗糙度Ra/um

加工方案

上盖结合面

1.6

粗铣-半精铣-精铣

前端面

6.3

粗铣

吊耳上凸台面

6.3

粗铣

左右侧面

6.3

粗铣

上盖接合面Φ12mm孔

6.3

钻

Φ16mm沉头孔

6.3

锪

Φ47mm轴承孔

1.6

粗镗-半精镗-精镗

Φ35mm轴承孔

1.6

粗镗-半精镗-精镗

前端面Φ12mm孔

1.6

扩铰

Φ35mm吊耳孔

3.2

粗镗-精镗

十确定加工路线

在综合考虑上述工作结果和工序顺序安排原则的基础上，将反向齿轮器箱体零件的工艺路线填入机械加工工艺卡片中。

卡片见附页。

第二部分：

三号夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具，经过与老师协商，决定设计三号夹具。

该工序要加工两个不同尺寸的轴承孔，且轴承孔有同轴度要求，故在设计夹具是考虑利用转位工作台进行。

另外还要加工吊耳孔，其与上盖结合面有平行度要求，最后加工前端面上的孔。

一、定位方式和定位元件的选择

完成该箱体的加工一共需要三个不同的夹具，根据工艺规程设计，三号夹具用在以上盖结合面为定位面加工左右两端面的轴承孔，吊耳孔和前端面上的孔。

由于上盖结合面已经精加工，且是设计基准，故根据“基准重合”原则可以设为精基准，利用上盖结合面上有4个孔中的两个孔，采用一面两销定位方式进行加工。

一面两孔组合定位常用于加工箱体、杠杆、盖板等零件，易做到基准统一，保证工件的位置精度，又有利于夹具的设计与制造。

工件的定位平面一般是加工过的精基面，两孔可以是工件结构上原有的，也可以是为定位需要而专门设置的工艺孔。

一面两孔定位时相应的定位元件是一面两销，两定位销可以有以下两种：

（1）两个圆柱销（图1）；

（2）一个圆柱销和一个削边销（图2）。

图1两个圆柱销图2一个圆柱销和一个切边销

图1这种定位是过定位，沿连心线方向的自由度被重复限制了，只能用于加工要求不高的场合，使用较少。

三号夹具采用图2的定位方式。

工件以平面作主要定位基准，用支承板限制工件的三个自由度；其中一孔用定位销定心定位，限制工件的两个自由度；另一孔用菱形销定位，仅消除工件的一个转动自由度，如图3所示。

菱形销作为防转支承，其轴长方向应与两销的中心连线相垂直，并应正确选择菱形销直径的基本尺寸和经削边后圆柱部分的宽度，以保证仅限制一个转动自由度的功能。

图3限制的自由度

二定位误差分析

左端：

圆柱销与加工零件孔之间的配合为间隙配合，选用H8/f7。

故孔径120+0.022mm，公差为TD1=0.022mm；圆柱销销径12-0.034-0.016mm公差为Td1=0.018mm；最小间隙为Δ1=0.016mm。

右端：

菱形销与加工零件孔之间的配合为间隙配合，选择H8/f7。

故孔径公差为TD2=0.022mm；菱形销销径公差为Td2=0.018mm；最小间隙为Δ2=0.016mm。

分析：

先单独分析左端圆销1的定位情况。

销与孔之间的最大间隙为：

ε1＝Δ1＋TD1＋Td1。

ε1将使一批工件安装时孔的中心偏离销的中心。

其中偏心位移误差范围，是以ε1为直径的圆，圆心即为销的中心O1（如图b中所示）。

再分析削边销2定位情况：

由于削边销不限制X的移动自由度，而限制Z的转动自由度，所以孔2与削边销2的中心偏移范围为：

在X方向：

εx＝ε1＝Δ1＋TD1＋Td1=0.056mm

在Y方向：

εy＝ε2＝Δ2＋TD2＋Td2=0.056mm

综合误差：

孔1、2的中心偏移误差组合起来，将引起工件的两种定位误差：

（1） 纵向定位误差：

即在两孔联心线方向的最大可能移动量（εx）。

εx＝ε1＝Δ1＋TD1＋Td1=0.056mm（相当于第一孔定位误差）

（2） 角度定位误差：

即工件绕O1和O2的最大偏转角θ。

角度定位误差：

=0.000318

分析：

由上式看出，欲减小，可以从两方面着手：

（i）提高孔与销的加工精度，减小配合间隙；

（ii）增大孔间距。

故在选择定位基准时，应尽可能选距离较远的两孔；若工件上无合适的两孔而需另设工艺孔时，两工艺孔也应布置在具有最大距离的适当部位。

若采用以上两种措施还不能满足要求，应采用单边靠。

此时，角度误差为：

为了保证工件的加工精度，必须使上述所有误差因素对工件加工的综合影响，控制在工件所允许的公差（T公差）范围之内，即：

　　　　　　ε＝ε制造＋ε安装＋ε加工≤T工件

上式即为保证规定加工精度实现的条件，也称为用夹具安装加工时的误差计算不等式。

为使T工件做到合理地分配给以上机械加工中产生误差的各个环节，通常在夹具设计时，夹具上定位元件之间，定位元件与引导元件之间，以及其他相关尺寸和相互位置的公差，一般取工件上相应公差的1/5～1/2，最常用的是1/3～1/2，因粗加工的T工件大，此时，夹具上相应公差取小的比例。

三工件夹紧装置

由螺钉、螺母、螺栓或螺杆等带有螺旋结构的元件与垫圈、压板或压块等组成的夹紧机构称为螺旋夹紧机构。

目前夹具上用得最多的一种。

三号夹具采用螺旋压板夹紧装置。

图5螺旋压板夹紧装置

●L1:

原始力Q离支点的距离

●L2:

夹紧力W离支点的距离

●支承在中间，工件在左端，螺旋压紧的原始作用力位于压板右端

●对支承取短，通常夹紧力：

其中η——效率=0.95

对于夹紧力作用点及作用力方向的选择，夹紧力应落在工件刚性较好的部件上。

如图6所示：

图6夹紧力作用点及作用力方向

螺旋夹紧机构的特点：

夹紧力大W≈（60～120）Q，自锁性能好，工作安全可靠。

但夹紧行程大，操作费力费时，难以实现机动。

在估算时，将工件视为分离体，以最不利于夹紧时的状况为工件受力状况，分析作用在工件上的各种力，列出工件的静力平衡方程式，求出理论夹紧力，再乘以安全系数，作为实际所需的夹紧力。

夹紧力：

F=KFj

K—安全系数，一般取1.5～2.5；

F—由静力平衡计算出的理论夹紧力，单位为N。

分析工件的受力情况时，除了夹紧力、切削力外，大工件还应考虑重力，运动速度较大时还必须考虑离心力和惯性力的影响。

四绘制夹具装备图，并打印出A2图纸

装配图见A2图纸。