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减速机机体零件机械加工工艺及专用夹具设计

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减速机机体零件机械加工工艺及专用夹具设计

摘要在生产过程中,使生产对象(原材料,毛坯,零件或总成等)的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程,如毛坯制造,机械加工,热处理,装配等都称之为工艺过程。在制定工艺过程中,要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步,加工该工序的机车及机床的进给量,切削深度,主轴转速和切削速度,该工序的夹具,刀具及量具,还有走刀次数和走刀长度,最后计算该工序的基本时间,辅助时间和工作地服务时间。箱体零件是一种典型零件,其加工工艺规程和工装设计具有典型性。该箱体零件结构复杂,零件毛坯采用铸造成形。在加工过程中,采用先面后孔的加工路线,以保证工件的定位基准统一、准确。为了消除切削力、夹紧力、切削热和因粗加工所造成的内应力对加工精度的影响,整个工艺过程分为粗、精两个阶段。通过被加工零件的分析完成了机械加工工艺的设计及各加工工序机动时间的计算。根据箱体零件的结构及其功能,运用定位夹紧的知识完成了夹具设计。关键词工序工位工步加工余量AbstractEnableproducingthetargetinprocessofproductionrawmaterials,theblank,stateofqualityandquantityonpartbecomealwaystakeplacedirectcourseofchangeaskcraftcourse,iftheblankismade,machining,heattreatment,assembleetc.andcallitthecraftcourse.Inthecourseofmakingthecraft,isitconfirmeveryerectorlocationandworkerstepthatprocessneedthisofprocesstowant,thelocomotiveofprocessing,thisprocess,andtheenteringthegivingamountofthelathe,cutdepth,therotationalspeedofthemainshaftandspeedofcutting,thejigofthisprocess,thecutterandmeasuringtool,aonehundredsheetsofnumberoftimesstillleavesandaonehundredsheetsoflengthleaves,calculatebasictimeofthisprocess,auxiliarytimeandservicetimeofplaceofworkingfinally.Thisboxmachineelementistypical,themanufacturingprocessandtoolingdesignofitistypical.Thestructureofthisboxmachineelementiscomplicated,themachineelementsblankadoptcastingshape.Intheprocessofmanufacture,inordertoensurethelocationdatumaccurateandunity,Iadoptthemanufacturinglinefromfacetohole.Inordertoclearawaytheinfluenceformachiningaccurateofinternalstress,cuttingforce,clampingforce,heatincuttingfromcoarsemanufacturing,thewholemanufacturingprocessismadeofcoarseandaccuratemanufacturing.Partswereprocessedthroughtheanalysisofthecompletemachiningprocessdesignandthemanufacturingprocessesformobiletimecalculations.Accordingtotheboxcomponentsandthefunctionandstructure,theuseoftheknowledgepositioningclampcompletedthefixturedesign.KeywordsTheprocessworkeroneworkersstepthesurplusofprocessing目录摘要..............................................................................................................................................IAbstract..........................................................................................................................................II目录...........................................................................................................................................III1绪论.............................................................................................................................................11.1本课题的研究内容和意义...............................................................................................11.2国内外的发展概况...........................................................................................................11.3本课题应达到的要求.......................................................................................................12零件工艺的分析.........................................................................................................................22.1确定毛坯的制造形式.......................................................................................................22.2箱体零件的结构工艺性...................................................................................................23拟定箱体加工的工艺路线.........................................................................................................33.1定位基准的选择...............................................................................................................33.2加工路线的拟定...............................................................................................................34机械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸的确定.........................................................................64.1机体...................................................................................................................................64.1.1毛坯的外廓尺寸.................................................................................................64.1.2主要平面加工的工序尺寸及加工余量.............................................................64.1.3加工的工序尺寸及加工余量.............................................................................64.2箱体...................................................................................................................................64.2.1主要平面加工的工序尺寸及加工余量.............................................................64.2.2加工的工序尺寸及加工余量.............................................................................75确定切削用量及基本工时.........................................................................................................85.1机座...................................................................................................................................85.1.1工序5粗铣箱体下平面.........................................................................................85.1.2工序6粗铣箱体分割面.........................................................................................85.1.3工序7磨箱体分割面.............................................................................................95.1.4工序8钻孔...........................................................................................................105.1.5工序9钻孔...........................................................................................................125.1.6工序10钻孔.........................................................................................................145.2机体.................................................................................................................................165.2.1工序2钻,铰2个直径为6mm深28mm的孔................................................165.2.2工序4半精铣前后端面.......................................................................................175.2.3工序5半精铣左右端面.......................................................................................185.2.4工序6精前后铣端面...........................................................................................195.2.5工序7精左右铣端面...........................................................................................205.2.6工序9粗镗...........................................................................................................215.2.7工序10粗镗.........................................................................................................215.2.8工序11半精镗.....................................................................................................225.2.9工序12半精镗.....................................................................................................235.2.10工序13精镗.......................................................................................................245.2.11工序14精镗.......................................................................................................245.2.12工序15钻孔在蜗杆轴承孔端面上钻4M12mm,深16mm的螺纹孔.....255.2.13工序16钻孔在蜗轮轴承孔端面上钻4M12mm,深16mm的螺纹孔........265.2.14工序17锪孔.......................................................................................................276专用的夹具设计.......................................................................................................................296.1粗铣下平面夹具.............................................................................................................296.1.1问题的指出...........................................................................................................296.1.2夹具设计...............................................................................................................296.2粗铣前后端面夹具设计.................................................................................................306.2.1定位基准的选择...................................................................................................306.2.2定位元件的设计...................................................................................................316.2.3铣削力与夹紧力计算...........................................................................................326.2.4夹紧装置及夹具体设计.......................................................................................336.2.5夹具设计及操作的简要说明...............................................................................337结论与展望...............................................................................................................................347.1结论.................................................................................................................................347.2不足之处及展望.............................................................................................................34致谢.............................................................................................................................................35参考文献.......................................................................................................................................361绪论1.1本课题的研究内容和意义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17。1.2国内外的发展概况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3050mm的孔,一般都铸造出顶孔,以减少加工余量。1.3本课题应达到的要求熟悉减速机的发展历程熟悉减速机箱体零件的结构掌握CAD的使用方法根据零件使用要求,编制零件机械加工工艺规程,并形成全套工艺文件,即工艺过程卡,机加工工艺卡,工序卡分析计算该零件机械加工工艺参数,选用加工设备和工艺装备设计该箱体零件加工的专用夹具,绘制夹具装配图及全套非标零件图,夹紧机构应采用液压夹紧机构,设计液压系统回路及液压元件主要参数分析夹具的定位精度。2零件工艺的分析2.1确定毛坯的制造形式要加工孔的孔轴配合度为H7,表面粗糙度为Ra小于1.6um,圆度为0.0175mm,垂直度为0.08mm,同轴度为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。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8,其牌号选用HT2040,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1,毛坯的精度较高,毛坯加工余量可适当减少。2.2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。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5。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,本箱体分别为直径11和13。3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。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18。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,如表31,32所示。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9。表31WHX112减速机机座的工艺过程工序号工序名称工序内容工艺装备1铸造2清砂清除浇注系统,冒口,型砂,飞边,飞刺等3热处理人工时效处理4涂漆非加工面涂防锈漆5粗铣以分割面定位装夹工件,铣底面,保证高度尺寸242.5mm专用铣床6粗铣以底面定位,按线找正,装夹工件,铣分割面留磨量0.50.8mm专用铣床7磨以底面定位,装夹工件,磨分割面,保证尺寸240mm专用磨床8钻钻底面4Φ16mm,4Φ11mm,4Φ13mm专用钻床9钻钻攻3M12mm,15mm,4M16mm,深25mm专用钻床10钻钻攻2M10mm,深15mm,3M6mm,深10mm专用钻床11钳箱体底部用煤油做渗漏试验12检验检查各部尺寸及精度表32WHX112减速机箱体合箱后的工艺过程工序号工序名称工序内容工艺装备1钳将箱盖,箱体对准和箱,用10M12螺栓,螺母紧固2钻钻,铰2Φ6mm的锥销孔,装入锥销专用钻床3钳将箱盖,箱体做标记,编号4粗铣以底面定位,按底面一边找正,装夹工件,兼顾其他三面的加工尺寸,铣前后端面,保证尺寸260mm专用铣床5粗铣以底面定位,按底面一边找正,装夹工件,兼顾其他三面的加工尺寸,铣左右端面,保证尺寸260mm专用铣床6精铣以底面定位,按底面一边找正,装夹工件,兼顾其他三面的加工尺寸,铣前后两端面,保证端面A的垂直度为0.048专用铣床7精铣以底面定位,按底面一边找正,装夹工件,兼顾其他三面的加工尺寸,铣左右两端面,保证端面A的垂直度为0.048专用铣床8粗镗以底面定位,以加工过的端面找正,装夹工件,粗镗蜗杆面Φ110mm轴承孔,留加工余量0.20.3mm,保证两轴中心线的垂直度公差为0.08,与端面B的位置度公差为0.2mm专用镗床9粗镗以底面定位,以加工过的端面找正,装夹工件,粗镗蜗轮面Φ110mm轴承孔,留加工余量0.20.3mm,保证两轴中心线的垂直度公差为0.08,与端面B的位置度公差为0.2mm专用镗床10检验检查轴承孔尺寸及精度11半精镗以底面定位,以加工过的端面找正,装夹工件,半精镗蜗杆面Φ110mm轴承孔,留加工余量0.10.2mm专用镗床12半精镗以底面定位,以加工过的端面找正,装夹工件,半精镗蜗轮面Φ110mm轴承孔,留加工余量0.10.2mm专用镗床13精镗以底面定位,以加工过的端线找正,装夹工件,按分割面精确对刀(保证分割面与轴承孔的位置度公差为0.02mm),加工蜗杆面轴承孔专用镗床14精镗以底面定位,以加工过的端线找正,装夹工件,按分割面精确对刀(保证分割面与轴承孔的位置度公差为0.02mm),加工蜗轮面轴承孔专用镗床15钻用底面和两销孔定位,用钻模板钻,攻蜗杆轴承空端面螺孔专用钻床16钻用底面和两销孔定位,用钻模板钻,攻蜗轮轴专用钻床续表32工序号工序名称工序内容工艺装备承空端面螺孔17锪孔用带有锥度为90度的锪钻锪轴承孔内边缘倒角445度专用钻床18钳撤箱,清理飞边,毛刺19钳合箱,装锥销,紧固20检验检查各部尺寸及精度21入库入库4机械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸的确定4.1机体4.1.1毛坯的外廓尺寸考虑其加工外廓尺寸为330272240mm,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2.35及表2.36,按公差等级79级,取7级,加工余量等级取F级确定4,毛坯长33023.5337mm宽27223278mm高24023246mm4.1.2主要平面加工的工序尺寸及加工余量为了保证加工后工件的尺寸,在铣削工件表面时,工序5的铣削深度ap2.5mm,工序6的铣削深度ap2.45mm,留磨削余量0.05mm,工序10的磨削深度ap0.05mm4.1.3加工的工序尺寸及加工余量1钻4Φ16mm孔钻孔Φ16mm,2Z16mm,ap8mm2钻4Φ11mm孔钻孔Φ10mm,2Z10mm,ap5mm扩孔Φ11mm,2Z1mm,ap0.5mm3钻4Φ13mm孔钻孔Φ13mm,2Z13mm,ap6.5mm4攻钻3M12mm钻孔Φ12mm,2Z12mm,ap6mm攻孔M12mm5攻钻4M16mm孔钻孔Φ16mm,2Z16mm,ap8mm攻孔M16mm6攻钻3M6mm孔钻孔Φ6mm,2Z6mm,ap3mm攻孔M6mm7攻钻2M10mm孔钻孔Φ10mm,2Z10mm,ap5mm攻孔M10mm4.2箱体4.2.1主要平面加工的工序尺寸及加工余量为了保证加工后工件的尺寸,在铣削工件表面时,工序4的铣削深度ap2.0mm,工序5的铣削深度ap0.5mm4.2.2加工的工序尺寸及加工余量1钻绞2Φ6mm孔钻孔Φ4mm,2Z4mm,ap2mm绞孔Φ6mm2镗2Φ110mm轴承孔粗镗Φ109.4mm,2Z4.4mm,ap2.2mm半精镗Φ109.8mm,2Z0.4mm,ap0.2mm精镗Φ109.8mm,2Z0.2mm,ap0.1mm5确定切削用量及基本工时5.1机座5.1.1工序5粗铣箱体下平面1加工条件工件材料灰铸铁加工要求粗铣箱结下平面,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10,dw225mm,齿数Z20量具卡板2计算铣削用量已知毛坯被加工长度为150mm,最大加工余量为Zmax2.5mm,留磨削量0.05mm,可一次铣削19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2.475,确定fz0.2mm/Z切削速度参考有关手册,确定V0.45m/s,即27m/min38r/min22514.3271000dw1000nsV根据表2.486,取nw37.5r/min,故实际切削速度为26.5m/min1000nwdwV当nw37.5r/min,工作台的每分钟进给量应为fmfzznz0.22037.5150mm/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ll1l215032155mm故机动工时为tm155÷1501.033min62s辅助时间为tf0.15tm0.15629.3s其他时间计算tbtx6629.34.3s故工序5的单件时间tdjtmtftbtx629.34.375.6s5.1.2工序6粗铣箱体分割面1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,dw225mm,齿数Z20量具卡板2计算铣削用量已知毛坯被加工长度为330mm,最大加工余量为Zmax2.5mm,留磨削量0.05mm,可一次铣削确定进给量f根据机械加工工艺手册(以下简称工艺手册),表2.475,确定fz0.2mm/Z切削速度参考有关手册,确定V0.45m/s,即27m/min则ns1000v/πdw100027÷3.1422538r/min根据表2.486,取nw37.5r/min,故实际切削速度为26.5m/min1000nwdwns当nw37.5r/min,工作台的每分钟进给量应为fmfzznz0.22037.5150mm/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ll1l233032335mm故机动工时为tm335÷1502.23min134s辅助时间为tf0.15tm0.1513420.1s其他时间计算tbtx613420.19.2s故工序6的单件时间tdjtmtftbtx13420.19.2163.3s5.1.3工序7磨箱体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1选择砂轮见工艺手册表4.82到表4.88,则结果为WA46KV6P35040127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35040127(DBd)2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fa0.5B20mm双行程工件速度Vw10m/min径向进给量fr0.015mm/双行程3切削工时ffav1000kZbbL2tm式中L加工长度,L330mmb加工宽度,230mmZb单面加工余量,Zb0.5mmK系数,1.10V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)s162min855.10.015201010000.051.12303302tm辅助时间为tf0.15tm0.151113.224.3s其他时间计算tbtx616224.311.2s故工序7的单件时间tdjtmtftbtx16224.311.2195.5s5.1.4工序8钻孔1钻4Φ16mm孔工件材料灰铸铁加工要求钻4个直径为16mm的孔机床立式钻床Z535型刀具采用Φ16mm的麻花钻头走刀一次Φ16mm的麻花钻f0.30mm/r(工艺手册2.438)v0.52m/s31.2m/min(工艺手册2.441)397r/mindw1000vns按机床选取nw400r/min,(按工艺手册3.136)所以实际切削速度min/42.311000314201000nwdwVms5.14min24.0fnwl2l1lt1由于是加工4个相同的孔,故总时间为T4t1t2414.5058s辅助时间为tf0.15tm0.15588.7s其他时间计算tbtx6588.74s故单件时间tdjtmtftbtx588.7470.7s2钻4Φ11mm孔工件材料灰铸铁加工要求钻4个直径为11mm的孔机床立式钻床Z535型刀具采用Φ10mm的麻花钻头走刀一次,扩孔钻Φ11mm走刀一次Φ10mm的麻花钻f0.25mm/r(工艺手册2.438v0.53m/s31.8m/min(工艺手册2.441ns1000v/πdw405r/min按机床选取nw400r/min,(按工艺手册3.136)所以实际切削速度min/42.311000314201000nwdwVms8.10min18.0fnwl2l1lt1Φ11mm扩孔f0.57mm/r(工艺手册2.452)v0.44m/s26.4m/min(工艺手册2.453)ns1000v/πdw336r/min按机床选取nw400r/min,(按工艺手册3.136)所以实际切削速度min/42.311000314201000nwdwVms8.10min18.0fnwl2l1lt2由于是加工4个相同的孔,故总时间为T4t1t2410.810.886.4s辅助时间为tf0.15tm0.1586.412.96s其他时间计算tbtx686.412.965.96s故单件时间tdjtmtftbtx86.412.965.96105.3s3钻4Φ13mm孔工件材料灰铸铁加工要求钻4个直径为13mm的孔机床立式钻床Z535型刀具采用Φ13mm的麻花钻头走刀一次,f0.25mm/r(工艺手册2.438,3.136)v0.44m/s26.4m/min(工艺手册2.441)ns1000v/πdw336r/min按机床选取nw400r/min,(按工艺手册3.136)所以实际切削速度min/42.311000314201000nwdwVms4.20min34.010034fnwl2l1lt2Y6由于是加工4个相同的孔,故总时间为T4t420.481.6s辅助时间为tf0.15tm0.1581.612.2s其他时间计算tbtx681.612.25.6s故单件时间tdjtmtftbtx81.612.25.699.5s故工序8的单件时间T207.899.5105.3413.6s5.1.5工序9钻孔工件材料灰铸铁加工要求攻钻3个公制螺纹M12mm,深15mm和攻钻4个公制螺纹M16mm,深25mm的孔攻钻4M16mm,深25mm孔机床组合钻床刀具Φ16mm的麻花钻M16丝锥1钻4Φ16mm的孔f0.32mm/r(工艺手册2.438,3.136)v0.57m/s34.2m/min(工艺手册2.441)

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