最终传动箱壳体机械加工1.docx
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最终传动箱壳体机械加工1
摘要
本设计是最终传动箱壳体的工艺设计和夹具设计。
最终传动箱是一种支承和包容各种传动机构的箱形零件。
设计中先进行了零件的结构和工艺分析，得出零件的加工工艺过程。
用几道工序举例说明了几种加工的工序卡的设计方法和过程。
由于是专用机床，本次设计中设计了一套专用钻床夹具和专用铣床夹具，其相关的零部件大都查阅的专业工具书。
设计过程涉及到机械制造专业的一系列专业知识，包括了毛坯制造、工艺、切削用量、机床、刀具、定位、误差分析、夹紧等。
【关键词】工艺、工序、夹具
Abstract
Thisdesignisultimatelygearboxshellprocessdesignandfixturedesign.Thefinaltransmissionboxisakindoftransmissionofsupportingandinclusiveoftransmissionparts.Inthebeginningofthedesign,weanalyzethestructureofthepart,andworkoutthetechnologyofpartsprocessing.Meanwhileweuseafewprocedurestoillustratesmanydesignmethodsandprocessofseveralprocessingprocesscard.Duetothespecialmachinetool,wehavetodesignedmanyspecialsetofdrillingfixtureandmillingspecial,consultsomerelatedpartsofthesefixturesintheprofessionaldictionaries.TheDesignprocessinvolvesaseriesofmechanicalmanufacturingprofessionalexpertise,includingmanufacturingthesemifinishedproduct,process,cuttingmachine,cutter,dosage,orientation,erroranalysis,clamping,etc.
【Keywords】Process;Procedure;Dictionaries
1前言
毕业设计是大学四年所学知识的综合运用。
对于零件的工艺安排、夹具设计是机械系学生都应掌握的最基本的知识。
这些内容对于机械加工起着致关重要的作用。
零件加工质量的好坏、成本的高低，都是这些内容的直接反映。
这次的设计主要内容是加工最终传动箱体零件。
它的整个加工过程中涉及到毛坯的制造方法选择、加工余量的计算、工艺路线的确定、机床夹具定位和夹紧装置的设计、机械加工刀具和辅具的选择、加工时间的计算以及专用夹具体的设计等内容。
通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，同时发现自己在专业知识方面的不足。
为今后的工作打下一个良好的基础。
2工艺规程设计
2.1零件分析
最终传动箱体零件较为复杂，内部为空腔，外形不规则。
需要加工5个平面和一个外圆面，另外后端面上有6个孔需要加工，底面和前端面、侧面都有螺纹孔加工。
其中有Φ84外圆面和后端面加工难度高，表面粗糙度要求Ra1.6,需用数控机床来加工。
4个主轴孔表面粗糙度也达到Ra1.6，需用到镗床来精加工。
加工时应注意装夹，保证各个孔的位置度、垂直度和同轴度要求。
2.1.1零件的功用
最终传动箱，是一种支承和包容各种传动机构的箱形零件。
一般由外墙、内支撑墙、轴承座、凸台、法兰及肋等构件组成。
传动箱具有密封、防尘、隔热、隔音、储存润滑油和防护和功能。
传动箱可采用铸造、压铸或焊接方法制造。
2.1.2零件的工艺分析
零件是传递力的箱体结构，要求有很高的强度来受力，采用HT200来铸造。
需要淬火和表面渗碳处理。
有6个主要加工表面，4个主轴孔。
其中前端的两个凸台面和后端面在铣床上用端铣刀精铣，4个主轴孔用镗床经精镗和细镗，外圆面则在数控车床上经精车和细车。
后端面上的6个孔之间位置要求比较高所以可以一起在专用钻床上一起加工，提高加工效率。
底面为定位精基准，应首先加工出来。
观察零件结构，加工底面时选用两个大的主轴孔和较大凸台面通过心轴来定位。
2.2制定工艺规程
2.2.1确定生产类型
（1）确定生产纲领：
机械产品在计划期内应当生产的产品产量和进度计划称为该产品的生产纲领。
机械产品的生产纲领除了该产品在计划期内的产量以外，还应包括一定的备品率和平均废品率。
其计算公式为：
式中n为零件计划期内的产量；为备品率；平均废品率。
由生产任务得：
n=6000,=5%,=3%，代入公式计算，
N=6000*（1+5%+3%）=6480
（2）确定生产类型：
最终传动箱壳体长275mm，宽138mm，高200mm，属于中型零件，中型零件生产纲领大于5000属于大量生产，最终传动箱壳体生产纲领为6480件，属于大量生产。
大批大量生产的特点和要求是：
广泛采用专用设备和自动生产线，广泛使用高效专用夹具和特种工具，对于毛坯制造采用金属模机器造型、模锻、压力铸造等。
2.2.2零件毛坯的确定
毛坯的铸造方法：
由上文可知，最终传动箱壳体属于大量生产，对于毛坯制造宜采用金属模机器造型、模锻、压力铸造等。
本次采用金属模机器造型，这种铸造方法的特点是铸件内部组织致密，机械性能较高，单位面积的产量高，适用于泵体、泵盖、壳体、减速箱体、汽缸头等中、小型铸件。
毛坯的材料是HT200。
最小铸孔的尺寸见表1
表1
生产类型
通圆孔
不通圆孔
通方孔
不通方孔
大批大量
12~15mm
15~18mm
15~18mm
16~20mm
由此确定哪些孔可以在毛坯上铸出来，哪些要经过机械加工。
确定4个主轴孔可以铸造出来，其他孔均不铸造出来。
毛坯的加工余量与尺寸公差：
最终传动箱壳体零件毛坯采用金属模机器造型，零件最大外廓尺寸为275mm，查参考文献1第1012页得铸件机械加工余量等级一般为7级。
根据此精度等级和零件公称尺寸可查得铸件机械加工余量和铸件尺寸公差。
本次设计最终传动箱铸件的各加工面的单边加工余量取6mm；中间吊耳的上面和侧面需要钻螺纹孔，余量去5mm。
由上各个加工余量确定零件的铸件尺寸，毛坯图如图2.1
图2.1.毛坯剖视图
2.3工艺过程设计
2.3.1零件定位基准的选择
（1）精基准的选择：
精基准的选择原则一般包括以下五个方面。
第一，用设计基准作为精基准以便消除基准不重合误差，即所谓的“基准重合原则”。
第二，当工件以某一个表面定位可以方便加工其它表面时，常采用该表面为精基准，即所谓的“基准统一原则”。
第三，当精加工表面或者光整加工工序余量要求尽量小而均匀时，应选择该加工表面作为精基准，即所谓的“自为基准原则”。
第四，为了获得均匀的加工余量和较高的位置精度，可采用“互为基准”的原则。
第五，精基准的选择应使定位准确，夹紧可靠。
为此，精基准的面积与被加工表面相比，应有较大的长度和宽度，以提高其位置精度。
最终传动器壳体的加工中，采用底面上左右两端的螺纹底孔和底面为定位精基准，这不但可以使加工方便，而且夹具设计简单，也易于保证各个面的位置精度和表面质量。
因此最终传动器壳体加工采用底面和两螺纹底孔作为精基准，既满足“基准统一原则，也满足第五条原则。
而且轴承孔，工艺凸台这些面的工序基准也是结合面，因此也满足了“基准重合原则”。
（2）粗基准的选择：
粗基准的选择原则一般有有四个。
第一，如果必须保证工件加工表面和不加工表面的位置要求，则应以不加工表面作为粗基准。
第二，如果必须保证某重要表面的加工余量必须以该表面作为粗基准。
第三，选择为粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口、或飞边等缺陷。
第四，粗基准只能使用一次，不能重复使用。
在最终传动箱壳体的加工中，只有加工底面是需要采用粗基准，它是整个工艺过程的精基准，而轴承孔是整个工艺过程中最重要的加工表面，为保证轴承孔的精度，加工底面时最好采用心轴穿进两主轴孔，和前段较大端面组成一面两销作为粗基准，这样有利于保证在加工轴承孔时余量的均匀。
2.3.2表面加工方法的选择
底面为精基准，表面粗糙度为Ra3.2，用铣刀一道工序加工出来，经过粗铣、半精铣、精铣。
前端两凸台面粗糙度为Ra3.2，后端凸台面表面粗糙度为Ra6.3都要经过粗铣、半精铣、精铣。
后端面上粗糙度为Ra1.6，精度很高，并且端面上还有一个Ф84的凸台面，不容易加工。
用数控铣床粗铣、半精铣、精铣。
左端的两小凸台面和上端面上需钻螺纹孔，故需要一次粗铣。
ф85、ф80、ф62、ф72都是主轴孔表面粗糙度为Ra1.6，精度高，用镗床粗镗、半精镗、精镗、细镗。
ф54、ф60、ф24孔只需粗镗。
前端面上的6个螺纹孔：
为了提高效率，先在专用钻床上钻底孔，再倒角、攻丝。
后端面上的2-ф14.5有一个ф32的沉孔，所以先钻ф14.5孔，然后用锪钻锪出ф32孔。
2－M12螺纹孔经钻孔、倒角、攻丝。
2.3.3加工阶段的划分
（一）划分加工阶段的原因
划分加工阶段的原因在于：
1、粗加工时切去的余量较大，因此产生的切削力和切削热都较大，功率的消耗也较多，所需的夹紧力也大，从而在加工过程中工艺系统的受力变形、受热变形、和工件的残余应力变形也都大，不可能达到高的加工精度和表面质量，需要有后续的加工阶段逐步减小切削用量，逐步修正工件的原有误差。
2、粗加工阶段中可采用功率大而精度一般的高效率设备，而精加工阶段则应采用相应的精密机床。
这样，既发挥了机床设备的各自性能特点，又可延长高精度机床的使用寿命。
3、零件的工艺过程插入了必要的热处理工序，这样也就使工艺过程以热处理为界，自然地划分为几个各具不同特点和目的的加工阶段。
（二）最终传动箱壳体加工阶段的划分
先加工出底面作为定位精基准，接着可以大致划分为以下几个主要阶段。
由于加工的余量比较大，所以先粗铣、半精铣几个主要加工表面；粗镗4个主轴孔；半精铣各个面，半精镗4个主轴孔，待半精加工完成后，表面达到一定的精度和表面粗糙度，保证一定的加工余量；钻孔、倒角、攻丝；把精加工放在后面，需要超精加工的表面如ф84外圆面和主轴孔放在最后用细车、细镗完成。
2.3.4机械加工顺序的安排
加工顺序安排的原则：
1、作为精基准的表面应在工艺过程一开始就进行加工，因为后续工序中加工其它表面时要用它来定位。
2、在加工精基准表面时，要用粗基准定位。
3、精基准加工好以后，接着应对精度要求较高的各主要表面进行粗加工‘半精加工和精加工，次要表面的加工可穿插在主要表面加工工序之间。
4、对于和主要表面有位置要求的次要表面，应安排在主要表面加工之后。
5、对于易出现废品的工序宜适当靠前加工。
最终传动箱壳体加工顺序安排：
遵循“先基准后其它”的原则，先加工出底面作为精基准。
加工底面时用前段较大凸台面作为粗基准。
再遵循“先主要后次要，先粗后精”的原则。
对前端两凸台面，后端面，后端凸台面，ф84外圆面，左端两小凸台面，上端面进行粗加工、半精加工。
根据“先面后孔”的原则，待几个主要加工表面的粗加工、半精加工完成后，对几个主轴孔进行粗镗、半精镗；接着是在后端面钻孔，对螺纹孔倒角、攻丝。
最后是各个表面的精加工，后端面的精铣，ф84外圆面的精车，4个主轴孔的精镗。
对精度要求很高的几个表面还要安排超精加工，如ф84外圆面的细车，4个主轴孔的细镗。
由于底面是作为大多数加工工序的精基准，所以最后加工底面的6个螺纹孔。
2.3.5工序的集中与分散
同一个工件，同样的加工内容，可以安排两种不同形式的工艺规程：
一种是工序集中，另一种是工序分散。
所谓工序集中，就是把工件上较多的加工内容集中在一道工序中进行，而整个工艺过程由数量比较少的复杂工序组成。
所谓工序分散，就是在每道工序中仅仅对工件上很少的几个表面进行加工，整个工艺过程由数量比较多的简单工序组成。
（1）工序集中与分散的特点
工序分散的特点是：
1、所使用的机床设备和工艺装备都比较简单，容易调整，生产工人也便于掌握操作技术，容易适应更换产品。
2、有利于选用最合理的切削用量，减少机动工时。
3、机床设备数量多，生产面积大，工艺路线长。
工序集中的特点是：
1、有利于采用高效的专用设备和工艺设备，显著提高生产率。
2、减少了工序数目，缩短了工艺过程，简化了生产计划和生产组织工作。
3、减少了设备数量，相应地减少了操作工人人数和生产面积，工艺路线短。
4、减少了工件装夹次数，不仅缩短了辅助时间，而且由于一次装夹加工较多表面，就容易保证它们之间的位置精度。
5、专用机床设备、工艺装备的投资大、调整和维修费事，生产准备工作量大，转为新产品的生产也比较困难。
最终传动箱壳体工序集中与分散的选择：
为了提高加工效率，在铣削几个主要加工表面时，可以工序集中，前端面较大凸台面和后端凸台面可以一起铣削；左端和上端的面主要是有螺纹孔需要加工，可以放在钻螺纹孔之前再铣削；后端面上有凸台较难加工，采用分散加工；待主要加工表面粗铣后紧接着粗镗主轴孔；半精加工以上各面和孔；后端面上的ф8和ф24距离很近，无法一起加工，所以这里先分散加工ф8孔；再集中对其它5个孔一起加工；对前端两凸台面上的6个螺纹孔也采用集中加工，用6个钻头在专用机床上加工；最后才加工次要的侧面和上面以及上面的螺纹孔。
在精加工阶段也可以像前面一样集中加工各个孔；最后是分散超精加工外圆面和主轴孔。
2.3.6制定加工工艺路线
完成工艺规程的设计后便可以制定加工工艺路线，加工工艺路线制定的原则是：
在保证产品质量的前提下，尽量提高生产效率和降低成本，并且能够充分利用现有的生产条件。
根据以上分析制定的工艺路线如下：
1.粗、精铣底面
2.钻铰底面两定位孔
3.粗铣、半精铣A面和C凸台面
4.粗铣、半精铣前端较小凸台面
5.粗铣后端面
6.粗车Φ84外圆面
7.粗镗Φ85、Φ80（Φ80）孔
8.粗镗Φ72、Φ62、Φ60、Φ54、（Φ54）
9.精铣两凸台面
10.精铣B面
11.半精铣D面
12.半精铣Φ84外圆面
13.粗镗、半精镗Φ85、Φ80并倒角
14.粗镗、半精镗Φ62、Φ72并倒角
15.钻A、B凸台面3-M6、3-M8螺纹底孔
16.倒角、攻丝A、B凸台面3-M6、3-M8螺纹孔
17.钻、铰D面上的Φ8
18.钻D面上的Φ24、2-M12底孔、2-Φ14.5
19.倒角、攻丝2-M12
20.锪2-Φ32孔
21.钻吊耳上Φ20孔
22.粗铣E面（左端两小凸台面）
23.粗铣F面（上面）
24.钻E、F面上4-M12螺纹底孔，并倒角、攻丝
25.精铣D面
26.精车Φ84外圆面
27.精镗Φ85、Φ80孔
28.精镗Φ72、Φ62孔
29.细车Φ84外圆面
30.细镗Φ85、Φ80
31.钻底面6-M6底孔
32.倒角、攻丝6-M6
3工序设计
3.1机床的选择
选择机床应遵循如下原则：
1、机床的加工范围应与零件的外廓尺寸相适应；
2、机床的精度应与工序加工要求的精度相适应；
3、机床的生产率应与零件的生产类型相适应。
在最终传动箱壳体的加工过程中，为了提高生产率将大量使用专用机床，如钻孔、镗孔工序中会用到专用钻床和专用镗床。
在铣端面、倒角和攻丝工序中会用到通用机床。
在加工难度较大的ф84外圆面和后端面时会用到数控车床和数控铣床。
通用机床是在《机械加工工艺人员手册》上查找，具体机床的选用见后面的加工工艺过程卡。
3.2夹具的选择
机床夹具是在切削加工中，用以准确地确定工件位置，并将工件牢固地夹紧的一种工艺装备。
它的主要作用是：
可靠地保证工件的加工精度；提高加工效率；减轻劳动强度；充分发挥和扩大机床的工艺性能。
夹具的种类很多，按夹具的应用范围分类，可分为通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具；按夹具上的动力源分类，可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具和真空夹具等。
在单件、小批量生产时，应尽可能采用通用夹具。
为提高生产率，在条件允许时也可采用组合夹具。
中批以上生产时，应采用专用夹具，以提高生产效率，夹具的精度应与工序的加工精度相适应。
最终传动箱壳体的生产属于大批量生产，为了提高生产率，加工中应该采用专用夹具。
为此要为生产线上的工序专门设计一套夹具。
对于动力源，由于最终传动箱壳体的加工属于大批量生产，应该采用气动或液压夹紧，可大大减轻劳动强度，缩短辅助时间，大大提高生产率。
在说明书中将对其中的钻A、B两凸台面上的螺纹孔和铣左端两小凸台面两道工序的家具作详细说明。
3.3刀具的选择
刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所要求的精度和表面粗糙度、生产率及经济性等，在选择时一般尽可能采用标准刀具，必要时可采用高生产率的复合刀具和其它一些专用刀具。
最终传动箱壳体的加工基本都采用标准刀具,可以在《机械加工工艺手册》上查到。
铣平面时大都采用镶齿套式面铣刀，铣D面时用数控铣床加工，选用直柄立式铣刀。
镗刀则根据孔的大小不同分别选取。
钻孔时大都选用锥柄麻花钻，这种钻头有足够的强度，排屑容易。
对于刀具的材料，常用的刀具材料有碳素工具钢、高速钢、硬质合金。
其中碳素工具钢指含碳的质量分数在0.65%~1.35%的优质钢碳钢。
常用牌号有T8A、T10A和T12A等，其中以T12A用的最多，淬火后硬度可达（58~64）HRC,红硬性达250~300C左右，允许的切削速度Vc=5~10m/min，所以一般用于制造手用和切削速度很低得工具，如锉刀、手用锯条、丝锥和板牙等。
而高速钢是在高碳钢中加入较多的合金元素W、Gr、V、Mo等与C生成碳化物制得的。
加入合金元素后，细化了晶粒，提高了合金的硬度。
所以一般高速钢的淬火硬度可达（63~67）HRC，红硬性可达550~650.允许的切削速度Vc可比合金工具钢提高1~2倍。
它具有较高的强度，在所有刀具材料中它的抗弯强度和冲击韧度最高，是制造各种刃型复杂刀具的主要材料。
而硬质合金的耐热性比高速钢高得多，约在800~1000C,允许的切削速度约是高速钢的4~10倍。
硬度很高，但它的抗弯强度为1.1~1.5GPa，只是高速钢的一半，冲击韧度不足高速钢的1/25~1/10.由于它的耐热性与耐磨性好，因而在刃型不太复杂的刀具上的应用日益增多，如车刀，铣刀，镗刀，小尺寸钻头，丝锥等刀具上。
综上所述，端面套式面铣刀材料选择硬质合金，加工孔用的麻花钻、扩孔钻、锪钻、丝锥都采用高速钢材料，镗主轴孔用镗刀刀尖部分材料也选用硬质合金。
具体刀具型号及规格见后面的加工工艺过程表格。
3.4加工余量及切削用量的确定
3.4.1加工余量的确定
加工余量是指加工过程中从加工表面所切去的金属层厚度。
加工余量有工序余量和加工总余量之分，工序余量是指某一工序所切去的金属层厚度；加工总余量是指某加工表面上切去的金属层总厚度。
查《机械加工工艺人员手册》P1050页，各面的加工余量取6mm,粗铣时的余量取3mm或3.5mm，半精铣时取1.5mm,精铣余量取为1mm。
粗镗孔时单边加工余量取3.5mm,半精镗单边加工余量取2.5mm,精镗时的精度要求就很高了，单边加工余量取0.2mm,细镗为超精加工，单边余量取0.05mm。
钻孔时，查《机械加工工艺人员手册》P1045可以查出各个孔可以加工出来的底孔直径，如钻底孔ф5时先钻到ф4.8，再铰到ф5。
车ф84外圆面时，先粗车单边余量3.75mm，半精车取1.5mm,精车时取0.5mm,细车时取0.25mm。
另外，加工时的工序余量可以分为几次走刀来完成，以减小切削力，保护刀具。
3.4.2切削用量的选择
切削用量是切削加工时可以控制的参数，具体是指切削速度v/（m/min）、进给量f（mm/r）和背吃刀量ap（mm）三个参数。
（1）选择切削用量主要应根据工件的材料、精度要求以及刀具的材料、机床的功率和刚度等情况，在保证工序质量的前提下，充分利用刀具的切削性能和机床的功率、转矩等特性，获得高生产率和低加工成本。
从刀具耐用度角度出发，首先应选定背吃刀量ap,其次选定进给量f,最后选定切削速度v.粗加工时，加工精度和表面粗糙度要求不高，毛坯余量较大。
因此，选择粗加工的切削用量时，要尽量能保证较高的金属切除率，以提高生产率；精加工时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量小且均匀。
因此，选择切削用量时应着重保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。
（2）背吃刀量ap的选择
粗加工时，背吃刀量应根据加工余量和工艺系统刚度来确定。
由于粗加工时是以提高生产率为主要目标，所以在留出半精加工、精加工余量后，应尽量将粗加工余量一次切除。
一般ap可达8～10mm，当遇到断续切削、加工余量太大或不均匀时，则应考虑多次走刀，而此时的背吃刀量ap应依次递减，即ap1〉ap2〉ap3…….
精加工时，应根据粗加工留下的余量确定背吃刀量，使加工余量小而均匀。
（3）进给量f的选择
粗加工时对表面粗糙度要求不高，在工艺系统刚度和强度好的情况下，可以选用大一些的进给量；精加工时，应主要考虑工件表面粗糙度要求，一般表面粗糙度数值越小，进给量也要相应减小。
（4）切削速度v的选择
切削速度主要应根据工件的材料来决定。
粗加工时，v主要受刀具寿命和机床功率的限制。
如果超出了机床许用功率，则应降低切削速度；精加工时，ap和f选用得都较小，在保证合理刀具的情况下，切削速度应选取得尽可能高，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。
切削用量选定后，应根据已选定的机床，将进给量f和切削速度v修定成机床所具有的进给量f和转速n，并计算出实际的切削速度v。
工序卡上填写的切削用量应是修定后的进给量f、转速n及实际切削速度v.
转速n（r/min）的计算公式如下：
N=v／πd×1000
式中d----刀具（或工件）直径（mm）
v----切削速度（m/min）
在此以“粗、精铣底面”、“钻铰底面上两工艺孔”、“钻A、B两凸台面螺纹孔”、“攻丝A、B两凸台面螺纹孔”、“铣左端两小凸台面”这5道工序为例来说明是如何确定加工切削用量的。
（一）粗、精铣底面
查《机械加工工艺人员手册》P478表9-70，材料为灰铸铁硬度为200HBS，采用的硬质合金刀具粗铣速度取1.5m/s，即v=1.5×60=90m/s，刀具直径125mm
由N=v／πd×1000
计算出N=90÷3.14÷125×1000=211.76r/min圆整为210r/min
查[1]P475表9-66取铣刀每齿进给量af=0.2mm/Z,则每转进给量为a*n=0.2×14=2.8mm/r,每分进给量为f=2.8×210=588mm/min。
背吃刀量ap取3.5mm
精铣时速度v取1.8m/s,同理计算得到N=1.8×60÷3.14÷125×1000=255r/min。
每分钟进给量为f=2.8×255=714mm/min。
背吃刀量取ap=1mm。
工序中相关参数见下表：
工步
序号
工步
内容
切削
深度
走刀
次数
转数
或
往复数
每分（转）进给量
刀具
名称
规格
数量
01
粗铣底面至120-0.18
4mm
2
210r/min
588mm/min
镶齿套式面铣刀D=125L=40Z=14
02
精铣底面至10
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