单级减速机箱体和箱盖工艺工装设计

摘 要 本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。 减速箱体加工工艺规程及其镗 100 孔的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件 以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。 关键词 ：工艺 ,工序 切削用量 夹紧 定位 误差 IV Abstract This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge. The reduction gear box body components technological process and its the processing 140 hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route； After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications； Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts； Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. Keywords: The craft； the working procedure； the cutting specifications； clamp； the localization； the error. VI 目 录 摘 要 . I Abstract . IV 1 绪论 . 1 1.1 本课题的研究内容和意义 . 1 1.2 国内外的发展概况 . 1 1.3 本课题应达到的要求 . 2 2 工艺设计 . 3 2.1 零件的分析 . 3 2.1.1 零件的作用 . 3 2.1.2 零件的工艺分析 . 4 2.2 毛坯的选择与设计及基准的确定 . 5 2.2.1 确定毛坯制造形式 . 5 2.2.2 基准的选择 . 5 2.3 加工顺序的安排 . 6 2.4 工艺规程的设计 . 6 2.4.1 制定工艺路线 . 6 2.4.2 工艺方案的比较与分析 . 7 3 工序设计 . 9 3.1 工序尺寸与毛坯尺寸加工余量的确定 . 9 3.2 设备和工艺装备的选择 . 11 3.3 确定切削用量及时间定额 . 12 4 夹具设计 . 21 4.1 夹具的设计 . 21 4.2 夹紧装置的组成及设计要求 . 21 4.2.1 动力源 . 21 4.2.2 中间传力机构 . 22 4.2.3 夹紧元件 . 22 4.3 切削力与夹紧力的计算 . 22 4.3.1 切削力的计算 . 22 4.3.2 夹紧力的确定 . 23 4.4 定位误差的分析与计算 . 24 4.5 夹具设计与操作的简要说 明 . 25 4.5.1 夹具体方式的确定 . 25 4.5.2 夹具的精度要求 . 25 4.5.3 夹具使用注意事项、保养及维护 . 25 VII 4.6 关于铣箱体与箱盖接合面的夹具设计 . 26 5 结论与展望 . 27 5.1 结论 . 27 5.2 不足之处及未来展望 . 28 致 谢 . 29 参 考 文 献 . 30 单级减速机箱体和箱盖工艺工装设计 1 1 绪论 1.1 本课题 的研究内容和意义 减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩。无须联轴器和适配器，结构紧凑。负载分布在行星齿轮上，因而承载能力比一般斜齿轮减速机高。满足小空间高扭矩输出的需要。齿轮减速器广泛应用于大型矿山，钢铁，化工，港口，环保等领域。 减速器箱体在整个减速器总成中起支撑和连接的作用，它把各个零件连接起来，支撑传动轴，保证各穿动机的正确安装，是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。因此变速器箱体的加工质量的优劣，将直接影响到轴和齿轮等零件位置的准确性，也为将会影响江苏器的寿命和 性能。 结构特点 变速器箱体是典型的箱体零件，其结构和形状复杂，壁薄，外部为了增加有很多加强筋。有精度较高的多个平面、轴承孔，螺孔等需要加工，应为刚度较差，切屑受热大，易产生震动和变形。 零件装配 箱体通常用灰铸铁制造，对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱体。灰铸铁具有河很好的铸造性能和减振性能。为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体制成沿着轴心线水平剖分式。上箱体和下箱体是用楼栓联接成一体。轴承座的联接楼栓应尽量靠近轴承座孔，而轴承座旁的凸台，应具有足够的承托面，以便放置联接楼栓，并保证旋紧楼栓时需要 的扳手空间。为保证箱体具有足够的刚度，在轴承孔的附近加支撑肋。为保证减速器安置在基础上的稳定性并尽可能减少箱体底座平面的机械加工面积，箱体底座一般不采用完整的平面。 1.2 国内外的发展概况 18 世纪中叶，随着英国人瓦特改良蒸汽机之后， 第一 次工业革命开始，一系列技术产业革命引起了从世界上的由手工劳动向动力机器生产转变的重大飞跃。减速机作为动力的传递机构由此得到了推广应用。国内减速机的发展。 20 世纪 60 年代，我国开始生产减速机 ,当时制造的减速机完全是参照苏联 20 世纪 40 50 年代的减速机技术，后 来尽管取得了一些发展，但由于社会环境、技术水平、工艺装备落后，整体技术水平与世界水平相比差距不小。 60 年代后期，我国先后制订了一批通用减速机标准象圆柱 齿轮减速机 ，形成了一批具有一定规模的专门生产减速机工厂。 20 世纪 70 年代初至 90 年代，中国经历了测绘仿制、技术转让、自主设计和生产的三个阶段。但是，大部分国内减速机的技术水平还不高，质量及使用寿命还很低。当前减速机普遍存在着体积大、重量大，或者传动比大而机械效率过低的问题。国外减速机的现状。国外的减速机，德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和 制造工艺方面占据优势，减速机工作可靠性好，使用寿命长。但其仍以定轴齿轮传动为主要传动形式，普遍存在着体积大、重量大，或者传动比大而 机械 无锡太湖学院学士学位论文 2 效率过低的问题。 1.3 本课题应达到的要求 变速箱的大批量生产的机加工工艺过程中，其主要加工面有轴承孔系及其端面，平面，螺纹孔，销孔等。因此加工过程中的主要问题是保证孔的精度及位置度，处理好孔与平面的相互关系。 单级减速机箱体和箱盖工艺工装设计 3 2 工艺设计 2.1 零件的分析 2.1.1 零件的作用 减速器是靠输出和输入的齿轮的啮合来确定输出的速度的，传动轴之间的中心距及平行度直接影响了减速器的质量好坏 。支承各传动轴，保证各传动轴之间的中心距及平行度，并保证减速器部件与发动机的正确安装是减速器组装的首要要求。减速器体加工质量的优劣，将直接影响到轴与齿轮等零件相互位置的准确性及减速器总成的使用寿命和可靠性。那么对减速器的输出输入轴承支撑孔的精度要求关键。 减速器箱体是典型的箱体类零件，其结构形状复杂，壁薄，外部为了增加其强度加有很多强筋。有精度要求较高的多个平面、轴承孔系、螺孔等需要加工。因为刚度较差，切削中受力受热大，易产生振动和变形。 减速器箱体的主要作用是进行速度的减速作用，在各种加工车床上还是机动工 件上都必须要用到的，特别是在车辆行业中是必不可少的备件，可以说减速器是当代发展的机械行业中关键的部分之一。 箱盖零件图 如图 2.1 所示。 图 2.1 箱盖零件 无锡太湖学院学士论文 4 箱座零件图 如图 2-2 所示 ： 图 2.2箱体零件 2.1.2 零件的工艺分析 该减速器箱体，结构复杂，壁薄，设有加强筋、凸台、凸边、内腔。尺寸较大，约为428197170 。其中结合面的尺寸精度要求高，轴承孔的尺寸精度和相互位置精度要求高，这些孔和面的加工精度直接影响机器的装配精度、使用性能和使用寿命。有许多紧固螺钉孔和定位孔。 圆柱齿轮减速器是 在平行方向上传递运动，对齿轮的润滑要求很高，而且运动的传递的精确度很高。这些方面对箱体的加工面有特别的要求，轴承孔和结合面的加工精度必需达到要求。 (1）首先检查图纸，检查公差制定、形位公差、表面粗糙度是否合理。 (2）分离式箱体的主要加工部位有：轴承支撑孔、结合面、端面和底面（装配面）等。对这些主要加工面加工的主要技术要求有： a. 底座的底面与结合面必须平行，其误差不超过 0.55mm/1000mm； b. 结合面的表面粗糙度 Ra值小于 1.6m ，两结合面的接合间隙不超过 0.03； c. 轴承支承孔的轴线 必须在结合面上，其误差不超过 0.2mm ； d. 轴承支承孔的尺寸公差一般为 H7，表面粗糙度 Ra 值小于 1.6m ，圆柱度误差不超过孔径公差的一半，孔距精度允许为 0.03 0.05 mm ； e. 两个或两个以上箱体夹壁上的轴承支承孔的同轴度误差不超过最小孔径的公差一半。 单级减速机箱体和箱盖工艺工装设计 5 2.2 毛坯的选择与设计及基准的确定 2.2.1 确定毛坯制造形式 工件生产类型为大批量生产。 减速箱体零件材料为 HT200。查 参考文献 1P498 表 6-68，考虑到零件形状复杂、有腔形、制造精度、机械性能、寿命及批量 ；可选择砂型铸造 以提高毛坯精度、减少加工余量 1。 再确定毛坯制造形状时应考虑各加工表面的余量还应考虑 ： 是否需要制出工艺凸台以利于工件的装夹； 是一个零件制成一个毛坯还是多个零件合成一个毛坯； 那些表面不需要制出； 铸件分型面、拔模斜度及铸造圆角；最后绘制出毛坯图，并要决定毛坯的结构特征及各项技术条件。 2.2.2 基准的选择 正确选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容，也是保证零件加工精度的关键。定位基准分为精基准、粗基准、辅助基准。在最初加工工序中，只能用毛坯上未经加工的表面为定位基准（粗基准），在后续加 工工序中，用也加工表面作为定位基准（精基准）。在制定工艺规程时，应先考虑选择怎样的精基准以保证达到精度要求并把各加工加工出来，另外，为了使工件便于装夹和易于获得所需加工精度，在工件上某部位做一辅助基准，用以定位。 粗基准的选择。 粗基准的选择应遵循以下原则： 1）以不需要加工表面作为粗基准。 2）以工件上要求余量均匀的重要表面作为粗基准。 3）以平整且面积较大的表面作为粗基准。 4）粗基准一般只能使用一次。 对于箱体类零件应先加工面后加工孔再以面 为基准加工孔。根据有关粗基准的选择原则（当零件有不加相对位置精度较高的不加工表面做为粗基准。） 精基准的选择。 精基准的选择应遵循以下原则： 1）： “ 基准重合 ” 原则，用设计基准作为精基准，以便消除基准不重合误差。 2):“ 基准统一 ” 原则，当定位以某一组精基准定位可以较方便的加工其它表面，尽可能在多数工序中采用这组精基准定位。 3） :“ 自为基准 ” 原则，当精加工或光整加工工序要求余量尽量小而均匀时，应选择加工表面本身作为精基准。 4） “ 互为基准 ” 原则 ，。当两个加工表面相互位置精度要求较高时，以两个需加工表面相互作为基准反复加工以获得均匀的加工余量和较高的位置精度。 考虑要保证零件的加工精度和装夹准确可靠、方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的罩盖下端面为主要的定位精基准，这样也满足“基准重合”原 无锡太湖学院学士学位论文 6 则。 2.3 加工顺序的安排 先粗后精 先粗加工后精加工有利于加工误差和表面缺陷层的逐步消除，重而逐步提高零件的加工精度和表面质量； 先主后次 零件的主要表面（设计基准面、工作面）应先加工，次要面（键槽、螺孔）可在主要表面加工到一定精度后、最 终加工前加工。 先面后孔 用平面定位比较稳定可靠，加工过的平面上孔比在毛坯面上钻孔不易产生孔轴线的偏斜和较容易保证孔距尺寸 3； 依据以上的原则设计加工工序 1、 以边缘不加工面为粗基准，夹具夹紧中间轴承孔来粗铣和精铣结合面，边缘不加工面限制了 Z， X， Y 自由度，满足加工要求。 2、以结合面为定位基准，箱体两侧通过支承点作为第二类定位基准，以一侧不加工端为粗基准。定位基准限制了 X 自由度，通过模孔钻箱体上所有孔，先通过锪平刀锪平，再换刀钻孔。 3、以结合面为精基准，以两侧和一端不加工的侧端为粗基准，为第二类定 位基准，加工窥视孔端面，粗铣，再精铣。 4、以 3 步骤的定位基准，攻丝注油孔和吊耳孔，以及攻丝窥视孔端面螺孔。 5、下箱体以结合面为粗基准加工（粗、精铣）下底面，再以下底面为精基准加工结合面，夹具夹紧两侧，作为第二类定位基准。 6、下箱体以结合面为精基准，以两侧定位作为第二次定位基准，以一侧端面加工的边缘面为粗基准，限制 X 自由度，加工各个轴端通孔（首先锪平再钻孔）。以下底面为定位基准锪平底座 6 个孔，再钻孔。 7、上、下箱结合，拧紧各个螺栓，以下底面为定位基准，以输出轴为粗基准，加工两个锥销孔。 8、以底座四孔 为定位基准，夹具夹紧两侧，同时粗铣、精铣输出端两端面和一端输入轴的端面。底座四孔定位限制自由度 X、 Y、 X、 Y、 Z。 9、以底座四孔为定位基准，钻孔和攻丝输出轴两端面和输入轴端面。 10、以底面与两锥销孔为定位基准，精加工轴承孔，夹具夹紧机座底面的不加工面，以输入轴端面为精基准，精加工输出轴承孔，以底面与两定位孔为定位基准，定位夹紧方式见工序卡图。 2.4 工艺规程的设计 2.4.1 制定工艺路线 零件机械加工工艺过程是工艺规程的中心问题，其内容包括确定定位基准、选择各加工表面的加工方法、安排加工顺序及组织整 个加工工艺过程中各个工序的内容、确定各个工序所采用机床设备和工艺装备等 4。 单级减速机箱体和箱盖工艺工装设计 7 设计时应同时考虑几个方案，经过分析比较，选择出比较合理的方案。 根据减速箱体零件为大批生厂，所以采用通用机床，并配以专用的夹具、刀具，并考虑工序集中，以提高生产率，减少机床数量，降低生产成本。经零件工艺分析，零件毛坯为砂型机械造型，并经人工时效处理消除铸件内应力，改善工件的可切削性 2。 先确定工艺路线如下： 工艺方案一 工序 铸造 工序 去应力退火 工序 粗铣对合面 工序 粗精铣侧面 工序 钻孔 并攻丝注油孔 M12. 工序 粗精铣下底面和精铣对合面 工序 加工结合面处两销锥孔 10和底座四个定位孔 22以及输出轴旁四个连接孔 17 工序 粗精铣输出和输入轴端面 工序 钻孔和攻丝输出轴和输入轴端面孔 M8 工序 精加工输出入轴承孔 100 工序 精加工输入轴承孔 80 工序 检查 方案二 工序 铸造 工序 去应力退火 工序 粗精铣对合面 工序 粗精铣 侧面和下底面 工序 粗精铣输出轴和输入轴端面 工序 攻丝注油孔 . 工 序 VII 加工结合面处面个销锥孔和底座四个定位孔及输出轴旁四个连接孔 工序 精加工输出入轴轴承孔 工序 检查 2.4.2 工艺方案的比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于：方案二以端面为基面加工其它面，面和孔加工顺序比较混乱；方案一则与二有所不同，两端面分开加工，先加工面再以面为基准加工孔；两者比较可以看出，第一方案比第二方案合理，位置精度也较易保证，定位及夹紧等都比较方便；所以采用方案一： 工序 I 铸造 工序 II 去应力退火 无锡太湖学院学士学位论文 8 工序 III 粗铣对合面 工序 IV 粗精铣侧面 工序 V 钻孔并攻丝注油孔 M12 ，吊耳孔 M12， 孔端面螺孔 M8 工序 VI 粗精铣下底面和精铣对合面 工序 VII 加工结合面处两销锥孔 10 和底面四个定位孔 22 以及输出轴旁四个连接孔 17 工序 VIII 粗精铣输出轴和输入轴 140 端面 工序 X 钻孔和攻丝输出轴和输入轴端面孔 M10 工序 XI 精 加 工输出入轴承孔 160 工序 XII 检查单级减速机箱体和箱盖工艺工装设计 9 3 工序设计 3.1 工序尺寸与毛坯尺寸加工余量的确定 “减速器箱体 ”零件材料 HT200，生产类型为大批生产，查 参考文献 1P498 表 6-68，因为箱体有腔孔等、形状复杂所以采用砂型铸造毛坯；查 参考文献 1P516 表 6-90，根据为砂型机械造型材料为 灰铸铁选取铸造公差等级为 CT8，；查 参考文献 1P510 常用斜度值砂型一般选为铸造斜度为 3，查 参考文献 1P511 对于砂型铸造一般圆角半径为 R31。 查 参考文献 3P78 表 3-1，为砂型机械造型选取铸件加工余量等级为 F；查 参考文献 3表 3-3， P80 根据毛坯加工面的基本尺寸选取铸件机械加工余量； 查 参考文献 3表 3-6，P84 根据铸件的基本尺寸选取铸件尺寸公差值 3。 根据圆柱齿轮减速器机盖和机座零件结构简图，分析可知，有以下一些加工表面： 1、主要平面：机座底面和对合面，机盖的对合面和 顶部方形孔、各凸台面，轴承支撑孔的端面。 2、主要孔：主轴承支撑孔 100 Ra2.5与轴承支撑孔 80 Ra1.6。 3、其他加工部分主要有 8 个凹槽联接孔、 2 个凸缘联接孔、 4 个地角螺钉孔（其中两个先加工成定位工艺孔）、 2 个销钉孔、顶部方形面上 6 个螺纹孔，轴承端面共 18 个螺纹孔以及斜油标孔、油孔、油塞孔、 2 个起吊螺纹孔、起盖螺钉孔。 图 3.1 毛胚加工余量图 机座结合面：平面度要求为 0.025，表面粗糙度 Ra1.6，毛坯加工余量为 5。以机座底面为基准进行粗精加工 。 无锡太湖学院学士学位论文 10 表 2-1 粗精铣毛胚 底面安装面：表面粗糙度 Ra6.3，毛 胚 加工余量为 5。以机座结合面毛坯为基准 。 表 2-2 粗铣毛胚 工序名称 加工余量（ mm） 经济精度 工序尺寸 公 差（ um） 粗 铣 65 IT130.36 1750.36 Ra6.3 毛 胚 5 1.5 1801.5 1.5 轴承支撑孔 100 Ra2.5 镗削 。 表 2-3 镗孔 工序名称 加工余量（ mm） 经济精度 工序尺寸 公 差（ um） 精 镗 0.5 H7 100 Ra1.6 半精镗 1.5 H10 99.5 Ra3.2 粗 镗 3 H13 98 Ra6.3 毛 胚 5 1.5 951.5 1.5 输入轴轴承端面加工：表面粗糙度 Ra3.2，两相对端面同时加工 。 表 2-4 粗精铣轴承端面 工序名称 加工余量（ mm） 经济精度 工序尺寸 公 差（ um） 精 铣 2 IT90.14 1700.14 Ra3.2 粗 铣 8 IT130.89 1740.89 Ra6.3 毛 胚 10 2.0 1902.0 2.0 输出轴轴承端面加工：两对轴承端面 A 与 B 垂直度要求为 0.10mm，表面粗糙度要求为 Ra1.6。 表 2-5 粗精铣轴承端面 工序名称 加工 余量（ mm） 经济精度 工序尺寸 公 差（ um） 精 铣 1 IT80.036 1700.14 Ra1.6 粗 铣 3.5 IT130.55 1740.89 Ra6.3 毛 胚 4.5 2.5 51902.0 2.5 工序名称 加 工余量（ mm） 经济精度 工序尺寸 公 差（ um） 精 铣 1 IT80.036 1700.036 Ra1.6 粗 铣 3.5 IT130.36 171.50.36 Ra6.3 毛 胚 5 1.5 1751.5 1.5 单级减速机箱体和箱盖工艺工装设计 11 3.2 设备和工艺装备的选择 在设计工序时，需要具体选定所用的机床、夹具、切削工具和量具。先具体各个工序装备选择如下： 工序 ： 铣机盖机座结合面， 以边缘不加工面为粗基准。查 参考文献 2P224 表 4-16，根据杆直刀径、主轴孔径及主轴端面与工作台面距离 选择 X53K 立式铣床； 查 参考文献2P270 表 5-42，根据加工表面为大面积平面选择套式面铣刀 D=160mm,d=50mm,Z=16； 查参考文献 2P287 表 6-7，根据工加面为平面现选取量具为多用游标卡尺，测量范围为0-200mm 读数值为 0.05mm；使用专用夹具夹紧加工。 工序 ：铣 底座侧面。同工序 一样查 参考文献 2P224 表 4-16，根据刀杆直径、主轴孔径及主轴端面与工作台面距离选择 X53K 立式铣床； 查 参考文献 2P270 表 5-42，根据加工表面为小面积平面选择套式面铣刀 D=40mm,d=20mm,Z=8； 查 参考文献 2P287 表6-7，根据加工面为平面现选取量具为多用游标卡尺，测量范围为 0-200mm 读数值为0.05mm；采用专用夹具夹紧加工。 工序 ： 钻孔并攻丝注油孔，吊耳孔，窥视孔端面螺孔 ，以结合面为精基准。查 参考文献 2P224 表 4-16，根据刀杆直径、主轴孔径及主轴端面选择卧式车床； 查 参考文献2P271 表 5-44，根据加工要求选择， D=12mm,d=10mm,L=63mm 钻头； 查 参考文献 2P287表 6-7，根据加工面为平面现选取量具为多用游标卡尺，测量范围为 0-200mm 读数值为0.05mm；采用专用夹具夹紧加工。 工序 ： 粗精铣下底面和精铣对合面，以结合面为粗基准，底面为精基准 。查 参考文献 2P224 表 4-16，根据刀杆直径、主轴孔径及主轴端面与工作台面距离选择 X52K 立式铣床； 查 参考文献 2P271 表 5-44 ，根据加工表面为顶面选取套式面铣刀，D=80mm,d=27mm,L=36mm； 查 参考文献 2P287 表 6-7，根据加工面为平面先选取量具为多用游标卡尺，测量范围为 0-500mm 读数值为 0.05mm；采用专用夹具夹紧加工。 工序 ： 加工结合面处两销锥孔和底面四个 定位孔，以底面为定位基准，以输出轴为粗基准 。查 参考文献 2P221 表 4-7，根据平旋盘最大加工外端面为 400mm 选择 T616 立式镗床； 查 参考文献 4P1064 表 4.3-63，根据加工表面的情况顶选取硬质合金镗刀，