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Φ100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IVABSTRACTTHISDESIGNCONTENTHASINVOLVEDTHEMACHINEMANUFACTURECRAFTANDTHEENGINEBEDJIGDESIGN,THEMETALCUTTINGMACHINETOOL,THECOMMONDIFFERENCECOORDINATIONANDTHESURVEYANDSOONTHEVARIOUSKNOWLEDGETHEREDUCTIONGEARBOXBODYCOMPONENTSTECHNOLOGICALPROCESSANDITSTHEPROCESSING￠140HOLEJIGDESIGNISINCLUDESTHECOMPONENTSPROCESSINGTHETECHNOLOGICALDESIGN,THEWORKINGPROCEDUREDESIGNASWELLASTHEUNITCLAMPDESIGNTHREEPARTSMUSTFIRSTCARRYONTHEANALYSISINTHETECHNOLOGICALDESIGNTOTHECOMPONENTS,UNDERSTOODTHECOMPONENTSTHECRAFTREDESIGNSTHESEMIFINISHEDMATERIALSTHESTRUCTURE,ANDCHOOSESTHEGOODCOMPONENTSTHEPROCESSINGDATUM,DESIGNSTHECOMPONENTSTHECRAFTROUTE；AFTERTHATISCARRYINGONTHESIZECOMPUTATIONTOACOMPONENTSEACHLABORSTEPOFWORKINGPROCEDURE,THEKEYISDECIDESEACHWORKINGPROCEDURETHECRAFTEQUIPMENTANDTHECUTTINGSPECIFICATIONS；THENCARRIESONTHEUNITCLAMPTHEDESIGN,THECHOICEDESIGNSTHEJIGEACHCOMPOSITIONPART,LIKELOCATESTHEPART,CLAMPSTHEPART,GUIDESTHEPART,TOCLAMPCONCRETEANDTHEENGINEBEDCONNECTIONPARTASWELLASOTHERPARTS；POSITIONERRORWHICHCALCULATESTHEJIGLOCATESWHENPRODUCES,ANALYZESTHEJIGSTRUCTURETHERATIONALITYANDTHEDEFICIENCY,ANDWILLDESIGNINLATERPAYSATTENTIONTOTHEIMPROVEMENTKEYWORDSTHECRAFT；THEWORKINGPROCEDURE；THECUTTINGSPECIFICATIONS；CLAMP；THELOCALIZATION；THEERRORVI目录摘要IABSTRACTIV1绪论111本课题的研究内容和意义112国内外的发展概况113本课题应达到的要求22工艺设计321零件的分析3211零件的作用3212零件的工艺分析422毛坯的选择与设计及基准的确定5221确定毛坯制造形式5222基准的选择523加工顺序的安排624工艺规程的设计6241制定工艺路线6242工艺方案的比较与分析73工序设计931工序尺寸与毛坯尺寸加工余量的确定932设备和工艺装备的选择1133确定切削用量及时间定额124夹具设计2141夹具的设计2142夹紧装置的组成及设计要求21421动力源21422中间传力机构22423夹紧元件2243切削力与夹紧力的计算22431切削力的计算22432夹紧力的确定2344定位误差的分析与计算2445夹具设计与操作的简要说明25451夹具体方式的确定25452夹具的精度要求25453夹具使用注意事项、保养及维护25VII46关于铣箱体与箱盖接合面的夹具设计265结论与展望2751结论2752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11绪论11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。12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。13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32工艺设计21零件的分析211零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21所示。图21箱盖零件无锡太湖学院学士论文4箱座零件图如图22所示图22箱体零件212零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055MM/1000MM；B结合面的表面粗糙度RA值小于16ΜM，两结合面的接合间隙不超过003；C轴承支承孔的轴线必须在结合面上，其误差不超过02MM；D轴承支承孔的尺寸公差一般为H7，表面粗糙度RA值小于16ΜM，圆柱度误差不超过孔径公差的一半，孔距精度允许为003～005MM；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522毛坯的选择与设计及基准的确定221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668，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①是否需要制出工艺凸台以利于工件的装夹；②是一个零件制成一个毛坯还是多个零件合成一个毛坯；③那些表面不需要制出；④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。222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。①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。）②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。23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。24工艺规程的设计241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Ⅰ铸造工序Ⅱ去应力退火工序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Φ10和底座四个定位孔Φ22以及输出轴旁四个连接孔Φ17工序Ⅷ粗精铣输出和输入轴端面工序Ⅸ钻孔和攻丝输出轴和输入轴端面孔M8工序Ⅹ精加工输出入轴承孔Φ100工序Ⅺ精加工输入轴承孔Φ80工序Ⅻ检查方案二工序Ⅰ铸造工序Ⅱ去应力退火工序Ⅲ粗精铣对合面工序Ⅳ粗精铣侧面和下底面工序Ⅴ粗精铣输出轴和输入轴端面工序Ⅵ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Ⅷ精加工输出入轴轴承孔工序Ⅸ检查242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Φ10和底面四个定位孔Φ22以及输出轴旁四个连接孔Φ17工序VIII粗精铣输出轴和输入轴Φ140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Φ160工序XII检查单级减速机箱体和箱盖工艺工装设计93工序设计31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668，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690，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31，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33，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36，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Φ100RA25与轴承支撑孔Φ80RA16。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31毛胚加工余量图机座结合面平面度要求为0025，表面粗糙度RA16，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21粗精铣毛胚底面安装面表面粗糙度RA63，毛胚加工余量为5。以机座结合面毛坯为基准。表22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65IT13036175036RA63毛胚5151801515轴承支撑孔Φ100RA25镗削。表23镗孔工序名称加工余量（MM）经济精度工序尺寸公差（UM）精镗05H7Φ100RA16半精镗15H10Φ995RA32粗镗3H13Φ98RA63毛胚515Φ951515输入轴轴承端面加工表面粗糙度RA32，两相对端面同时加工。表24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2IT9014170014RA32粗铣8IT13089174089RA63毛胚10201902020输出轴轴承端面加工两对轴承端面A与B垂直度要求为010MM，表面粗糙度要求为RA16。表25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1IT80036170014RA16粗铣35IT13055174089RA63毛胚452551902025工序名称加工余量（MM）经济精度工序尺寸公差（UM）精铣1IT800361700036RA16粗铣35IT130361715036RA63毛胚5151751515单级减速机箱体和箱盖工艺工装设计1132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Ⅰ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416，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542，根据加工表面为大面积平面选择套式面铣刀D160MM,D50MM,Z16；查参考文献2P287表67，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0200MM读数值为005MM；使用专用夹具夹紧加工。工序Ⅱ铣底座侧面。同工序Ⅰ一样查参考文献2P224表416，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542，根据加工表面为小面积平面选择套式面铣刀D40MM,D20MM,Z8；查参考文献2P287表67，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0200MM读数值为005MM；采用专用夹具夹紧加工。工序Ⅲ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416，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544，根据加工要求选择，D12MM,D10MM,L63MM钻头；查参考文献2P287表67，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0200MM读数值为005MM；采用专用夹具夹紧加工。工序Ⅳ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416，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544，根据加工表面为顶面选取套式面铣刀，D80MM,D27MM,L36MM；查参考文献2P287表67，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0500MM读数值为005MM；采用专用夹具夹紧加工。工序Ⅴ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47，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4363，根据加工表面的情况顶选取硬质合金镗刀，B12，H12,D12；查参考文献2P287表67，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0200MM读数值为005MM；采用专用夹具夹紧加工。工序Ⅵ粗精铣输出轴和输入轴端面，以底座四孔为定位基准。查参考文献2P221表47，选择X52K卧式铣床；查参考文献4P1064表4363，根据加工孔的大小情况顶选取硬质合金镗刀，B12，H12,D12；查参考文献2P287表67，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0400MM读数值为005MM；采用专用夹具夹紧加工。工序Ⅶ钻孔和攻丝输出轴和输入轴端面孔，以底座四孔为定位基准。查参考文献2P214表48，根据最大加工孔径及工作台宽度，选择C4163车床；；查参考文献4P1064表4363，根据加工孔的大小情况顶选取硬质合金钻头；查参考文献2P287表67，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0200MM读数值为005MM；采用无锡太湖学院学士学位论文12专用夹具夹紧加工。工序Ⅷ精加工输出和输入轴承孔，以底面和两个锥销孔为定位基准。查参考文献2P221表47，根据最大加工孔径及工作台宽度，选择T616卧式镗床；查参考文献4P1064表4363，根据加工孔的大小情况顶选取硬质合金镗刀，B12，H12,D12；查参考文献2P287表67，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0200MM读数值为005MM；采用专用夹具夹紧加工。33确定切削用量及时间定额工序30粗铣结合面1选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用YG8,MMAP51，MMD600，MIN/125MV，15Z。2决定铣削用量1决定铣削深度因为加工余量不大，一次加工完成MMAP512决定每次进给量及切削速度根据X51型铣床说明书，其功率为为75KW，中等系统刚度。根据表查出05/ZFMM齿，则MIN/486636012510001000RDVNS（31）按机床标准选取MIN/750RNWMIN/31411000750601000MDNVW（32）当MIN/750RNW时RMMZNFFWZM/600750420（33）按机床标准选取RMMFM/6003计算工时