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。