减速器箱体机械加工工艺设计.docx
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减速器箱体机械加工工艺设计
内容摘要
制造业的发展水平标志着一个国家或地区的经济实力、科技水平和国防实力。
国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力的竞争。
机械制造的方式与种类很多,在现代机械生产中,箱体占有重要的地位，它是各种生产设备必不可少的组成零部件，也是用来衡量一个产品的质量好坏的一个方面，是用于保护和润滑传动的重要零件。
本文详细介绍了一级减速器箱体的制造过程及其加工工艺过程。
减速器的种类繁多，它包括有蜗轮蜗杆减速器、直齿轮减速器、圆柱齿轮减速器、斜齿轮减速器等。
在机械行业中有举足轻重的作用。
本文根据一级减速器的箱体零件图，从它的材料着手，到一般的箱体的成型方法中找出减速器的箱体成型的最佳方案，在到箱体时效处理的选择确定。
因为该课题为减速器的箱体加工工艺，所以没有设计减速器的所有部件，根据课题拟定了减速器内两齿轮的中心距，绘制箱体零件图。
通过箱体材料的性能及国际标准确定加工尺寸和需要达到的精度要求。
最后计算各个加工部分的切削相关参数，选择工装夹具、刀具量具，编写工艺卡片。
在设计过程中，注重对基础知识的掌握，和有关减速器的知识的积累，通过对以往的箱体加工知识的了解掌握，力求在设计中有所创新。
关键词：
砂型铸造时效处理工序工艺卡
第一章概述
一、减速器箱体机械加工工艺设计的目的、内容
1、设计目的
箱体机械加工工艺设计是机械专业所学知识的综合运用的一个重要实践环节，其目的在于通过对减速器的整体结构、制造工艺以及对箱体加工工艺的设计；图纸的绘制和编写工艺卡片、技术文件等多方面得到综合训练；并对学过的基本知识、基本理论和基本技能进行实践运用。
2、设计内容
箱体加工工艺，本着有利于掌握加工工艺设计，达到设计目的和要求，从而完成本次毕业设计课题，设计内容包括：
（1）造型方式及材料的选择
根据箱体结构形状，用途，性质及材料的物理性能，化学性能，加工性能，工艺性能等要求选择。
（2）时效处理
根据材料性能、加工技术要求和设备使用技术要求，选择时效方式。
（3）加工箱体图的绘制
由于是箱体加工工艺设计，拟订为一级传动的一个中心距来绘制箱体图形。
（4）加工装设备、切削用量、切削速度的要求及选择
根据箱体加工要求和机械设备，刀具的材料来确定相关参数，选择加工尺寸的精度。
（5）编写工艺卡片
根据各加工工序和箱体技术要求，编写工艺卡片。
二、减速器箱体机械加工工艺设计的方法和步骤
1、熟悉题目收集相关资料
设计开始，首先要明确设计的目的和要求，查阅收集与其有关的各种技术资料，其中包括书籍，设计图纸和参考手册等。
并对设计中的参数进行分析。
力求作到理解消化，从而在设计中有所创新。
2、确定箱体类型和绘制箱体图
根据课题要求拟订减速器内齿轮中心距，再根据要求绘制一级齿轮减速器箱体图。
绘制时要充分注意结构和工艺性。
3、参数的验算
在确定尺寸和位置后，根据材料的性能和加工要求，确定加工方法和计算各部分切削参数。
4、装夹定位，量具辅料的选择
确定加工机床型号、确定夹具、量具、辅料。
并与毛坯制造厂家协调，确定毛坯制造图。
5、编写工艺卡片
根据计算的参数和工艺要求编写工艺卡。
第二章成型工艺设计
一、材料成型工艺选择
1、箱体成型选择原则
根据箱体的结构形状的特点，物理性能、化学性能和力学性能的要求。
根据受力分析，箱体只须承受内部构件的重力载荷和中等的冲击力载荷，其工艺性要求较高。
在箱体成型制做时，应考虑箱体的结构尺寸、生产批量、生产条件和经济性等重要因素。
确定成型方法时，在满足产品性能要求的情况下，应尽量选择成本较低成型方法。
2、箱体成型方法的确定
根据箱体结构特点，和成型选择原则，铸造成型是箱体成型的最佳方案。
它是将液态金属填充型腔成形，实用性强，铸造成型是优先选用的金属材料成形工艺性，它适合于耐磨性好，减振和形状复杂，以及其它方法难以成形的零件。
其中砂型铸造工艺是铸造箱体的最佳工艺方案，适用性很强，应用最为广泛，是成本相对低的一种金属成型工艺，在材料成型方面有典型性。
下表（2-1）为砂型铸造的特点：
表2-1
类型特点
项目
砂型铸造
零
件
材料
任意
形状
任意
重量/㎏
0.01-300000
最小壁厚/㎜
3-6
最小孔径/㎜
4-6
致密性
低---中
表面质量
低---中
成
本
设备成本
低---中
模具成本
低---中
工时成本
低---中
生产
条件
操作技术
高---中
工艺准备时间
几天--几周
生产率（件/型*时）
〈1—中
最小批量
1--20
产品列举
缸体、带轮、箱体
3、砂型造型材料的基本要求
1）型砂具有一定的强度，保证在造型、合型、搬运和浇铸过程中不变形，不损坏。
2）良好的透气性。
在铸造过程中，液体金属凝结是产生气泡，在空气中也回带入气体，材料良好的透气性可以消除和减少铸造成形中的气孔。
3）对铸件收缩的可退让性。
4）具有一定的耐火度和化学稳定性。
在浇铸过程中，产生大量的热，所以要求材料有较强的稳定性。
5）良好的工艺性。
4、确定铸造箱体的材料及其牌号
不同材料铸造时有用不同的轮廓尺寸，下表为各种材料铸造时的轮廓尺寸参考表（2-2）：
合金种类
铸件轮廓尺寸
＜200
200-400
400-800
800-1250
1250-2000
＞2000
碳素钢
8
9
11
14
16-18
20
低合金钢
8-9
9-10
12
16
20
25
高锰钢
8-9
10
12
16
20
25
不锈钢
8-10
10-12
12-16
16-20
20-25
-
灰铸铁
3-4
4-5
5-6
6-8
8-10
10-12
球墨铸铁
3-4
4-8
8-10
10-12
12-14
14-16
高碳铸铁
2
2
---
---
---
---
表2-2
附灰铸铁性能：
1、[力学性能]：
常用灰口铸铁中具有石墨存在，使实际应力大大增加；另一方，在石墨尖角处易造成应力集中，使尖角处的应力远大于平均应力。
所以，灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢。
石墨片的数量越多、尺寸越大、分布越不均匀，对力学性能的影响就越大。
但石墨的存在对灰铸铁的抗压强度影响不大，因为抗压强度主要取决于灰铸铁的基体组织，因此灰铸铁的抗压强度与钢相近。
其强度如图所示
铸铁的抗拉强度与抗压强度
2、[其他性能]：
石墨虽然降低了灰铸铁的力学性能，但给灰铸铁带来一系列其它优良性能。
1）良好的铸造性能灰铸铁件铸造成形时，不仅其流动性好，而且还因为在凝固过程中析出比容较大的石墨，减小凝固收缩，容易获得优良的铸件，表现出良好的铸造性能。
2）良好的减振性石墨对铸铁件承受振动能起缓冲作用，减弱晶粒间振动能的传递，并将振动能转变为热能，所以灰铸铁具有良好的减振性。
3）良好的耐磨性能石墨本身也是一种良好的润滑剂，脱落在摩擦面上的石墨可起润滑作用，因而灰铸铁具有良好的耐磨性能。
4）良好的切削加工性能在进行切削加工时，石墨起着减摩、断屑的作用；由于石墨脱落形成显微凹穴，起储油作用，可维持油膜的连续性，故灰铸铁切削加工性能良好，刀具磨损小。
参考灰铸铁的牌号、力学性能，根据箱体的用途和特点确定灰铸铁的牌号为HT200适宜。
二、时效处理
1、时效处理的目的
时效处理的目的是指稳定铸件各部分尺寸，消除工件的内应力，使工件在使用过程变形量减小，以改善工件的机械性能和使用性能。
特别是铸件，内应力很大，变形大，必须作时效处理。
2、时效处理的选择及分类
时效处理包括人工时效、自然时效和共振时效三种。
其中共振时效是调整振动频率，使铸件在具有共振频率的激振力作用下，获得相当大的振动能量。
在共振过程中，交变应力与残余应力叠加，铸件局部屈服，产生塑性变形，使铸件中的残余应力逐步松弛、消失。
同时也使处在畸变晶格上的原子获得较大能量，使晶格畸变恢复，应力消失。
具有显著的优越性有：
时间短，费用低，功率小，一马力的振动器可处理50 t以上铸件，省能源，无污染，机构轻便，易操作，铸件表面不产生氧化皮，不损害铸件尺寸精度．该方法对箱、框类铸件效果尤为显著，所以箱体选用该时效处理方法最佳。
第三章箱体加工工艺及参数计算
1、箱体图：
箱体加工工艺设计，故并没有设计减速器部分，并按照以下箱体图进行加工工艺设计：
2、基准的选择
（1）粗基准的选择
虽然箱体类零件一般都选择重要孔为粗基准，随着生产类型不同，实现以主轴孔为粗基准的工件装夹方式是不同的。
该减速器为单件小批量生产，由于毛坯精度较低，一般采用划线找正装夹。
（2）精基准的选择
精基准的选择原则有：
A:
基准重合原则；B:
基准统一原则；C：
自为基准原则；D：
互为基准原则；E：
便于装夹原则。
箱体加工精基准的选择与生产批量大小有关。
该减速器为单件小批生产用装配基准作定位基准。
符合基准重合原则，消除了基准不重合误差，单这种定位方式也有它的不足之处。
刀具系统的刚度不足，当在箱体内部相应的部位设置镗杆导向支承时，由于箱体底部是封闭的，中间支承只能从箱体顶面的开口处把吊架伸入箱体内，每加工一件需装卸一次，且吊架刚性差，制造安装精度较低，经常装卸也容易产生误差，增加辅助时间，因此这种定位方式只适用于单件小批生产。
3、减速器箱体尺寸的确定
根据箱体两轴的中心距尺寸为a=150mm。
归纳尺寸如下表（3-1）所示。
表3-1减速器箱体的主要结构尺寸
名称
符号
计算及结果
箱座壁厚
&
0.025a+1≥8&=8
箱盖壁厚
&1
0.02a+1≥8&1=8
箱盖凸缘厚度
b1
1.5&=1.5×8=12b1=12
箱座凸缘厚度
b
1.5&=1.5×8=12b=12
箱座底凸缘厚度
b2
2.5&=2.5×8=20b2=20
地脚螺钉直径
df
0.036a+12=20df=20
地脚螺钉数目
n
a≤250时，n=4
轴承旁连接螺栓直径
d1
0.75df=0.75×20=18d1=18
盖与座连接螺栓直径
d2
0.5df=0.5×20=10d2=10
连接螺栓d2的间距
l
150--200
轴承端盖螺钉直径
d3
0.5df=0.5×20=10d3=10
检查孔螺钉直径
d4
0.4df=0.4×20=8d4=8
油标孔
d5
根据箱体选择d5=12
油塞孔
d6
根据箱体选择d6=12
定位销直径
d
0.8d2=0.8×10=8d=8
df、d1、d2至外箱壁距离
C1
见下附表（3-2）
df、d2至凸缘边缘距离
C2
见下附表（3-2）
轴承旁凸台半径
R1
C2
凸台高度
h
根据低速级轴承座外径确定，以便扳手操作为准
箱盖、箱座肋厚
m1、m
m1≈0.85&1=0.85×8=6.8
m≈0.85&=6.8
轴承旁连接螺栓距离
S
尽量靠近，以Md1和Md2不干涉为准
附表：
3-2
螺栓
M6
M8
M10
M12
M14
M16
M18
M20
M22
C1
12
14
16
18
20
22
24
26
30
C2
10
12
14
16
18
20
22
24
26
4、箱体尺寸公差与机械加工余量的确定
我国标准GB/T6414-1999等效采用IS08062：
1984《铸件尺寸公差与机械加工余量体系》，规定了铸件尺寸只公差等级和要求的机械加工余量等级。
他是设计和检验铸件尺寸的依据。
铸件尺寸公差，由精到粗分为16级，命名为CT1-CT16。
其数字大小依据铸件基本尺寸和公差等级取舍，许要注意，标准中铸件的基本尺寸指铸件图上所给定的尺寸，既机械加工前的毛坯铸件尺寸，包括机械加工余量在内。
铸铁件砂型铸造中机器造型尺寸公差等级规定为CT8-CT12；手工造型大批量生产规定为-CT11-CT14。
影响机械加工余量大小的因素主要有：
铸造合金类别、铸造工艺方法、生产批量、设备工装水平、预加工表面所处的浇注位置、铸件基本尺寸的大小水平。
根据GB/T6414-1999规定，要求的机械加工余量等级有10级，称之为A、B、C、D、E、F、G、H、J和K级。
与尺寸公差配套使用的灰铁铸件的机械加工余量如下表（3-3）所示。
表3-3与尺寸公差和配套使用的灰铁铸件机械技工余量
尺寸公差等级CT
8
9
10
11
12
13
加工余量等级MA
G
G
G
H
H
H
基本尺寸/㎜
加工余量数值/㎜
大于
至
-----
100
2.5
2.0
3.0
2.5
3.5
2.5
4.5
3.5
5.0
3.5
6.5
4.5
100
160
3.0
2.5
3.5
3.0
4.0
3.0
5.5
4.5
6.5
5.0
8.0
5.5
160
250
4.0
3.5
4.5
4.0
5.0
4.0
7.0
5.5
8.0
6.0
9.5
7.0
250
400
5.0
4.5
5.0
4.5
6.0
5.0
8.5
7.0
9.5
7.5
11
8.0
400
630
5.5
5.0
5.5
5.0
6.5
5.5
9.5
8.0
11
8.5
13
9.5
630
1000
6.5
6.0
7.0
6.0
8.0
6.5
11
9.0
13
11
15
11
5、公差等级的确定
根据上表，确定箱体铸件的尺寸公差等级为CT11，加工余量等级为MTH，确定各工序工艺装备及切削用量。
如下表3-4
表3-4
工序名称
余量
工序达到的公差等级
最小极限尺寸
工序尺寸及偏差
精铣
粗铣
毛坯
1.5
5.5
IT10（-0.12）
IT11（-0.19）
240+0.5×2=240.10
240.10+1.5×4=240.70
240.7+3.5=241.05
240.10-0.12
240.70-0.19
6、确定最小铸出孔
一般的，较大的孔和凹槽应铸造出来，以节约尽速和加工工时，同是还可以减小铸件局部过厚所造成的热节，提高铸件的质量。
较小的孔、槽则不宜铸出，直接用加工的方法更方便。
但特殊的孔如弯孔、液压阀流道等，无法加工，则必须铸造。
铸件上的最小铸出孔直径如下表（3-5）所示。
表3-5铸件的最小铸出孔直径
灰铸铁件
铸刚件
大量生产
成批生产
零件、小批生产
12—15
15—30
30--50
30—50
50
该设计为单件小批量生产，所以铸件最小孔直径确定为40mm。
7、机床的选择
（1）机床加工尺寸范围应与加工零件要求的尺寸相适应。
（2）机床的工作精度与工序要求的精度适应。
（3）机床的选择还应与零件的生产类型相适应。
8、工艺装备
（1）夹具选择
单件小批量生产中，应选用通用夹具或组合夹具。
（2）刀具选择
主要依据加工表面的尺寸、工件材料，所要求的加工精度，表面粗糙度及选定的加工方法等选择刀具。
（3）量具选择
主要依据生产类型和零件加工所要的精度等选择量具，一般在单件生产中采用通用量具。
9、加工工序的划分
工序1、粗铣箱体底座和箱体中间两个装配面。
底座和箱体中间两个装配面的粗铣尺寸查表（3-4）为5.5mm
1）机床：
普通立式铣床（型号X5030A）
2）夹具：
组合夹具
3）量具：
卡板
4）刀具：
硬质合金套式面铣刀YT15，D=160mmZ=8
5）切削用量：
切削深度：
ap=1.8mm
每齿进给量：
af=0.13mm/z
切削速度：
v=1.4m/s
计算速度：
n=100×60v/πD=1000×60×1.4/3.14×160
=167r/min
实际转速；nw=150r/min
实际速度：
vw=π·D·nw/60×1000
=3.14×160×150/60×1000
=1.26m/s
进给速度：
fm=af·z·nw=0.13×8×150
=156mm/min
工序2、精铣箱体中间两个装配面
底座的精铣尺寸查表（3-4）得1.50mm
1）机床：
普通立式铣床（型号X5030A）
2）夹具：
组合夹具
3）量具：
卡板
4）刀具：
硬质合金套式面铣刀YT15，D=160mmZ=8
5）切削用量：
切削深度：
ap=0.5mm
每齿进给量：
af=0.13mm/z
切削速度：
v=1.4m/s
计算速度：
n=100×60v/πD=1000×60×1.4/3.14×160
=167r/min
实际转速；nw=150r/min
实际速度：
vw=π·D·nw/60×1000
=3.14×160×150/60×1000
=1.26m/s
进给速度：
fm=af·z·nw=0.13×8×150
=156mm/min
工序3、铣导油槽
1）机床：
普通立式铣床（型号X5030A）
2）夹具：
组合夹具
3）量具：
卡板
4）刀具：
硬质合金套式面铣刀YT15，D=8mmZ=2
5）切削用量：
切削深度：
ap=0.5mm
每齿进给量：
af=0.13mm/z
切削速度：
v=1.4m/s
计算速度：
n=100×60v/πD=1000×60×1.4/3.14×8
=3343.95r/min
实际转速；nw=3500r/min
实际速度：
vw=π·D·nw/60×1000
=3.14×8×3500/60×1000
=1.46m/s
进给速度：
fm=af·z·nw=0.13×2×3500
=900mm/min
工序4、钻油标孔Ø12
1）机床：
五工位组合机床（型号kz5--B型）或多功能摇臂钻床
2）夹具：
组合夹具
A、刀具：
Ø12钻头
B、量具：
塞规
C、切削用量：
切削深度：
ap=12/2=6mm
进给量：
af=0.3mm/r
切削速度：
v=0.25m/s
计算速度：
ns=100×60v/πD=1000×60×0.25/3.14×12
=298.09r/min
实际转速；nw=300r/min
实际速度：
Vw=π·D·nw/60×1000
=3.14×12×300/60×1000
=0.188m/s
工序5、钻油塞螺纹孔Ø12
1）机床：
五工位组合机床（型号kz5--B型）
2）夹具：
组合夹具
A、刀具：
Ø12钻头
B、量具：
塞规
C、切削用量：
切削深度：
ap=12/2=6mm
进给量：
af=0.3mm/r
切削速度：
v=0.25m/s
计算速度：
ns=100×60v/πD
=1000×60×0.25/3.14×12
=298.09r/min
实际转速；nw=300r/min
实际速度：
Vw=π·D·nw/60×1000
=3.14×12×300/60×1000
=0.188m/s
工序6、钻地脚螺钉4×Ø20
1）机床：
五工位组合机床（型号kz5--B型）
2）夹具：
组合夹具
A、刀具：
Ø20钻头
B、量具：
塞规
C、切削用量：
切削深度：
ap=20/2=10mm
进给量：
af=0.3mm/r
切削速度：
v=0.25m/s
计算速度：
ns=100×60v/πD=1000×60×0.25/3.14×20
=238.25r/min
实际转速；nw=240r/min
实际速度：
Vw=π·D·nw/60×1000
=3.14×20×240/60×1000
=0.25m/s
工序7、将箱盖与箱座配合进行钻孔加工
1）机床：
五工位组合机床（型号kz5--B型）
2）夹具：
组合夹具
工步1、钻轴承旁连接螺栓孔8×Ø17
A、刀具：
Ø17钻头
B、量具：
塞规
C、切削用量：
切削深度：
ap=17/2=8.5mm
进给量：
af=0.3mm/r
切削速度：
v=0.25m/s
计算速度：
ns=100×60v/πD=1000×60×0.25/3.14×17
=265.39r/min
实际转速取；nw=260r/min
实际速度：
Vw=π·D·nw/60×1000
=3.14×17×260/60×1000
=0.27m/s
工步2、钻盖与座连接螺栓孔4×Ø10
A、刀具：
Ø10钻头
B、量具：
塞规
C、切削用量：
切削深度：
ap=10/2=5mm
进给量：
af=0.3mm/r
切削速度：
v=0.25m/s
计算速度：
ns=100×60v/πD=1000×60×0.25/3.14×10
=477.7r/min
实际转速取；nw=500r/min
实际速度：
Vw=π·D·nw/60×1000
=3.14×9.2×500/60×1000
=0.24m/s
工步3、钻箱体上轴承端盖螺钉孔24×Ø10
A、刀具：
Ø10钻头
B、量具：
塞规
C、切削用量：
切削深度：
ap=10/2=5mm
进给量：
af=0.3mm/r
切削速度：
v=0.25m/s
计算速度：
ns=100×60v/πD=1000×60×0.25/3.14×10
=477.7r/min
实际转速取；nw=500r/min
实际速度：
Vw=π·D·nw/60×1000
=3.14×20×500/60×1000
=0.52m/s
工步4、钻定位销孔Ø7
A、刀具：
Ø7钻头
B、量具：
塞规
C、切削用量：
切削深度：
ap=7/2=3.5mm
进给量：
af=0.3mm/r
切削速度：
v=0.25m/s
计算速度：
ns=100×60v/πD=1000×60×0.25/3.14×7
=597.133r/min
实际转速取；nw=600r/min
实际速度：
Vw=π·D·nw/60×1000
=3.14×20×600/60×1000
=0.628m/s
工序8、钻检查孔上螺钉孔Ø8
1）机床：
五工位组合机床（型号kz5--B型）
2）夹具：
组合夹具
A、刀具：
Ø8钻头
B、量具：
塞规
C、切削用量：
切削深度：
ap=8/2=4mm
进给量：
af=0.3mm/r
切削速度：
v=0.25m/s
计算速度：
ns=100×60v/πD=1000×60×0.25/3.14×8
=597.133r/min
实际转速取；nw=600r/min
实际速度：
Vw=π·D·nw/60×1000
=3.14×8×600/60×1000
=0.25m/s
工序9、扩轴承旁连接螺栓孔8×Ø18
1）机床：
五工位组合机床
2）夹具：
组合夹具
A、刀具：
Ø18扩钻
B、量具：
塞规
C、切削用量：
切削深度：
ap=18-17/2=0.5mm
进给量：
af=0.15mm/r
切削速度：
v=V钻/2=0.175m/s
计算速度：
ns=100×60v/πD=1000×60×0.175/3.14×18
=185.77r/min
实际转速取；nw=200r/min
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