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 Abstract Enable producing the target in process of production (raw materials, the blank , state of quality and quantity on part become always ) take place direct course of change ask craft course, if the blank is made, machining, heat treatment , assemble etc. and call it the craft course. In the course of making the craft , is it confirm every erector location and worker step that process need this of process to want, the locomotive of processing , this process , and the entering the giving amount of the lathe, cut depth , the rotational speed of the main shaft and speed of cutting, the jig of this process, the cutter and measuring tool, a one hundred sheets of number of times still leaves and a one hundred sheets of length leaves, calculate basic time of this process , auxiliary time and service time of place of working finally. This box machine element is typical, the manufacturing process and tooling design of it is typical.The structure of this box machine element is complicated, the machine elements blank adopt casting shape. In the process of manufacture, in order to ensure the location datum accurate and unity, I adopt the manufacturing line from face to hole.In order to clear away the influence for machining accurate of internal stress, cutting force, clamping force, heat in cutting from coarse manufacturing, the whole manufacturing process is made of coarse and accurate manufacturing. Parts were processed through the analysis of the complete machining process design and the manufacturing processes for mobile time calculations. According to the box components and the function and structure, the use of the knowledge positioning clamp completed the fixture design. Key words:The process；worker one；workers step；the surplus of processing 目 录 摘 要 . I Abstract . II 目 录 . III 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 . 1 2 零件工艺的分析 . 2 2.1 确定毛坯的制造形式 . 2 2.2 箱体零件的结构工艺性 . 2 3 拟定箱体加工的工艺路线 . 3 3.1 定位基准的选择 . 3 3.2 加工路线的拟定 . 3 4 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 6 4.1 机体 . 6 4.1.1 毛坯的外廓尺寸： . 6 4.1.2 主要平面加工的工序尺寸及加工余量： . 6 4.1.3 加工的工序尺寸及加工余量： . 6 4.2 箱体 . 6 4.2.1 主要平面加工的工序尺寸及加工余量： . 6 4.2.2 加工的工序尺寸及加工余量： . 7 5 确定切削用量及基本工时 . 8 5.1 机座 . 8 5.1.1 工序 5 粗铣箱体下平面 . 8 5.1.2 工序 6 粗铣箱体分割面 . 8 5.1.3 工序 7 磨箱体分割面 . 9 5.1.4 工序 8 钻孔 . 10 5.1.5 工序 9 钻孔 . 12 5.1.6 工序 10 钻孔 . 14 5.2 机体 . 16 5.2.1 工序 2 钻，铰 2 个直径为 6mm 深 28mm 的孔 . 16 5.2.2 工序 4 半精铣前后端面 . 17 5.2.3 工序 5 半精铣左右端面 . 18 5.2.4 工序 6 精前后铣端面 . 19 5.2.5 工序 7 精左右铣端面 . 20 5.2.6 工序 9 粗镗 . 21 5.2.7 工序 10 粗镗 . 21 5.2.8 工序 11 半精镗 . 22 5.2.9 工序 12 半精镗 . 23 5.2.10 工序 13 精镗 . 24 5.2.11 工序 14 精镗 . 24 5.2.12 工序 15 钻孔在蜗杆轴承孔端面上钻 4-M12mm ，深 16 mm 的螺纹孔 . 25 5.2.13 工序 16 钻孔在蜗轮轴承孔端面上钻 4-M12mm，深 16mm 的螺纹孔 . 26 5.2.14 工序 17 锪孔 . 27 6 专用的夹具设计 . 29 6.1 粗铣下平面夹具 . 29 6.1.1 问题的指出 . 29 6.1.2 夹具设计 . 29 6.2 粗铣前后端面夹具设计 . 30 6.2.1 定位基准的选择 . 30 6.2.2 定位元件的设计 . 31 6.2.3 铣削力与夹紧力计算 . 32 6.2.4 夹紧装置及夹具体设计 . 33 6.2.5 夹具设计及操作的简要说明 . 33 7 结论与展望 . 34 7.1 结论 . 34 7.2 不足之处及展望 . 34 致 谢 . 35 参考文献 . 36 1 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 30 50mm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 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 HT20-40，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 3-1， 3-2 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 3-1 WHX112 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 0.5-0.8mm 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 4 16mm,4 11mm,4 13mm 专用钻床 9 钻 钻攻 3 M12mm,15mm,4 M16mm, 深25mm 专用钻 床 10 钻 钻攻 2 M10mm,深 15mm, 3 M6mm,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 3-2 WHX112 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 10 M12 螺栓，螺母紧固 2 钻 钻， 铰 2 6mm 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 110mm 轴承孔，留加工余量 0.2 0.3mm,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 110mm 轴承孔，留加工余量 0.2 0.3mm,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 110mm 轴承孔，留加工余量0.1 0.2mm 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 110mm 轴承孔，留加工余量0.1 0.2mm 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 3-2 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 4 45 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 330 272 240 mm，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 2.3 5 及表 2.3 6，按公差等级 7 9 级，取 7 级，加工余量等级取 F 级确定 4， 毛坯长： 330+2 3.5=337mm 宽： 272+2 3=278mm 高： 240+2 3=246mm 4.1.2 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 ap=2.5mm，工序 6 的铣削深度 ap=2.45mm，留磨削余量 0.05mm,工序 10 的磨削深度 ap=0.05mm 4.1.3 加工的工序尺寸及加工余量： (1)钻 4- 16mm 孔 钻孔： 16mm， 2Z=16 mm， ap=8mm (2)钻 4- 11mm 孔 钻孔： 10mm， 2Z=10 mm， ap=5mm 扩孔： 11mm， 2Z=1mm， ap=0.5mm (3)钻 4- 13mm 孔 钻孔： 13mm， 2Z=13 mm， ap=6.5mm (4)攻钻 3-M12mm 钻孔： 12mm， 2Z=12 mm， ap=6mm 攻孔： M12mm (5)攻钻 4-M16mm 孔 钻孔： 16mm， 2Z=16 mm， ap=8mm 攻孔： M16mm (6)攻钻 3-M6mm 孔 钻孔： 6mm， 2Z=6 mm， ap=3mm 攻孔： M6mm (7)攻 钻 2-M10mm 孔 钻孔： 10mm， 2Z=10 mm， ap=5mm 攻孔： M10mm 4.2 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 ap=2.0mm，工序 5 的铣削深度 ap=0. 5mm 4.2.2 加工的工序尺寸及加工余量： (1)钻绞 2- 6mm 孔 钻孔： 4mm， 2Z=4 mm， ap=2mm 绞孔： 6mm (2)镗 2- 110mm 轴承孔 粗镗： 109.4mm， 2Z=4.4 mm， ap=2.2mm 半精镗： 109.8mm， 2Z=0.4mm， ap=0.2mm 精镗： 109.8mm, 2Z=0.2mm, ap=0.1mm 5 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 3 mm 机床： 卧式铣床 X63 刀具：采用高速钢镶齿三面刃铣刀 10， dw=225mm,齿数 Z=20 量具：卡板 (2)计算铣削用量 已知毛坯被加工长度为 150 mm，最大加工余量为 Zmax=2.5mm,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 2.4 75,确定 fz=0.2mm/Z 切削速度： 参考有关手册，确定 V=0.45m/s,即 27m/min 3 8 ( r / m in )22514.3 271000dw 1000ns V 根据表 2.4 86,取 nw=37.5r/min, 故实际切削速度为： )2 6 . 5 ( m /m in1 0 0 0 nw dw V 当 nw=37.5r/min,工作台的每分钟进给量应为： fm=fzznz=0.2 20 37.5=150(mm/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 l+l1+l2=150+3+2=155mm 故机动工时为： tm =155 150=1.033min=62s 辅助时间为： tf=0.15tm=0.15 62=9.3s 其他时间计算： tb+tx=6% (62+9.3)=4.3s 故工序 5 的单件时间： tdj=tm+tf+tb+tx =62+9.3+4.3=75.6s 5.1.2 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 3 mm 机床：卧式铣床 X63 刀具：采用高速钢镶齿三面刃铣刀， dw=225mm,齿数 Z=20 量具：卡板 (2)计算铣削用量 已知毛坯被加工长度为 330 mm，最大加工余量为 Zmax=2.5mm,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 2.4 75,确定 fz=0.2mm/Z 切削速度： 参考有关手册，确定 V=0.45m/s,即 27m/min 则 ns=1000v/ dw=(1000 27) (3.14 225)=38(r/min) 根据表 2.4 86,取 nw=37.5r/min, 故实际切削速度为： )2 6 . 5 ( m / m in1 0 0 0 nw dw ns 当 nw=37.5r/min,工作台的每分钟进给量应为： fm=fzznz=0.2 20 37.5=150(mm/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 l+l1+l2=330+3+2=335mm 故机动工时为： tm =335 150=2.23min=134s 辅助时间为： tf=0.15tm=0.15 134=20.1s 其他时间计算： tb+tx=6% (134+20.1)=9.2s 故工序 6 的单件时间： tdj=tm+tf+tb+tx =134+20.1+9.2=163.3s 5.1.3 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 4.8 2 到表 4.8 8，则结果为 WA46KV6P350 40 127 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 350 40 127（ D B d） (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 fa =0.5B=20mm(双行程 ) 工件速度 Vw =10m/min 径向进给量 fr =0.015mm/双行程 (3)切削工时 f fa v1000 k Zbb L 2 tm 式中 L 加工长度， L=330 mm b 加工宽度， 230mm Zb 单面加工余量， Zb =0. 5mm K 系数， 1.10 V 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） s162min855.10.01520101000 0.051.1230330 2 tm 辅助时间为： tf=0.15tm=0.15 1113.2=24.3s 其他时间计算： tb+tx=6% (162+24.3)=11.2s 故工序 7 的单件时间： tdj=tm+tf+tb+tx =162+24.3+11.2=195.5s 5.1.4 工序 8 钻孔 (1)钻 4- 16mm 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 16mm 的麻花钻头走刀一次 16mm 的麻花钻： f=0.30mm/r（工艺手册 2.4-38） v=0.52m/s=31.2m/min（工艺手册 2.4-41） 3 9 7 (r/m in )dw 1 0 0 0 vns 按机床选取 nw=400r/min, （按工艺手册 3.1-36） 所以实际切削速度 m in )/(42.311 0 0 03 1 4 2 01 0 0 0 nw dw V m s5.14m in24.0f nw l2l1l t1 由于是加工 4 个相同的孔，故总时间为 T=4 (t1 +t2)= 4 (14.5+0)=58s 辅助时间为： tf=0.15tm=0.15 58=8.7s 其他时间计算： tb+tx=6% (58+8.7)=4s 故单件时间： tdj=tm+tf+tb+tx =58+8.7+4=70.7s (2)钻 4- 11mm 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 10mm 的麻花钻头走刀一次， 扩孔钻 11mm 走刀一次 10mm 的麻花钻： f=0.25mm/r（工艺手册 2.4-38) v=0.53m/s=31.8m/min（工艺手册 2.4-41) ns=1000v/ dw=405(r/min) 按机床选取 nw=400r/min, （按工艺手册 3.1-36） 所以实际切削速度 m in