前端齿轮罩盖工艺工装设计

摘 要 齿轮罩盖 目前是一种普遍的机械装置，应用于大批量生产领域，具有相当 大的作用，主要是起到对产品的一个保护作用，可以避免杂质进入机械，也对操作者的安全有极大的保护，所以罩盖的设计要求还是很高的！ 本文就是社会生 产的实际需要提出的设计题目，罩盖的设计是要根据你所要配置的机械设备的尺寸，这里加工的前端齿轮罩盖外形不是规整的，我们通过数控铣床还是比较容易加工的，在编程的过程中弧形指令用的多一点。加工小孔只需要选择对应的麻花钻，有的需要攻丝，大孔我们需要在镗床上进行加工！ 本文在夹具设计上还是费了时间的，由于 我们的零件是薄壁零件，外形不规则，所以增加了夹具设计的难度，我们第一个 选择的是通过一个大孔的夹紧定位，采用的一面俩銷，这也是常用的定位 方式，由于我们粗糙度要求不高，这样的定位可以满足我们的加工 。 一套夹具是不能够很好的加工的，所以我们还做了一副铣床上 的第二副夹具，便于加工出更精准的零件！ 最后希望此次设计的夹具 能达到预期的设计要求，并能在实际的应用中取得良好的效果。 关键词： 铣床；镗床；钻孔；夹具； Abstract Gear cover cap is a kind of general machinery, applied in mass production, have considerable effect, mainly play a protective role of products! It can avoid impurities into the machinery, and it can protect the operator safety greatly. So the design of the cover cap requirement is very high! This paper is to design topic, put forward by the production of the practical need of society! Lid is designed according to you to configure the size of the mechanical equipment. This processing and the front end of the gear cover cap is not neat appearance. But we are easy to processing by CNC milling machine . In the process of programming arc command with a little more. Processing holes only need to select the corresponding twist drill, some need to tapping.But big holes we need on the boring machine for processing! This article on the fixture design still had time. As a result of our parts are thin-walled parts and it has irregular shape. So increasing the difficulty of fixture design. We are the first choice is through a clamping positioning hole and use one side of the two pins. This is also a common way of clamping, due to our roughness requirement is not high. So its positioning can meet our processing. A set of fixture is not able to very good processing, so we also adopt the hydraulic system drives the second fixture, its easy to work out more accurate parts! Last hope the design of the fixture can achieve the desired design requirements, and can achieve good effect in practical application. Key words: milling machine； boring machine； drilling； fixture； V 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 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 分析零件 . 3 2.1 零件作用 . 3 2.2 零件结构分析 . 3 2.3 零件技术要求分析 . 3 2.4 零件的三维造型 . 4 3 确定毛坯零件类型 . 7 3.1 毛坯选择 . 7 3.2 铸件加工余量 . 7 4 拟定工艺路线 . 8 4.1 零件表面孔加工方法 . 8 4.2 工序的合理组合 . 8 4.2 加工顺序的选择 . 8 4.3 确定工艺路线 . 8 4.3.1 工艺路线一 . 8 4.3.2 工艺路线二 . 9 4.3.3 最终工艺路线三 . 10 5 选择定位基准 . 11 5.1 粗基准选择 . 11 5.2 精基准选择 . 11 6确定机械加工余量，工序尺寸 . 12 6.1 各工序加工余量 . 12 6.2 确定各工序加工余量和基本工时 . 13 7夹具设计 . 26 7.1 镗夹具设计 . 26 7.1.1 镗夹具的选择与设计 . 27 7. 1.2 夹紧机构定位方案的选择 . 28 7.1.3 夹紧机构方案的选择 . 29 7.1.4 夹具体的设计 . 30 7.1.5 对刀装置 . 30 7.1.6 夹具操作简介 . 30 7.2 铣夹具设计 . 30 7.2.1 铣夹具体的选择与设计 . 30 7. 2.2 夹紧机构定位方案的选择 . 31 7. 2.2 夹紧机构夹紧结构的分析 . 31 7.2.3 铣夹具定位基准的选择以及误差的计算 . 32 8 结论与展望 . 33 8.1 结论 . 33 8.2 不足之处及未来展望 . 33 致 谢 . 34 参考文献 . 35 附录 . 36 前端齿轮罩盖工艺工装设计 1 1 绪论 1.1本课题的 研究内容 和 意义 前端齿轮罩盖的主要作用是防止机器工作环境中的杂物进入到机器里对其中的机构，如对齿轮造成影响甚至损坏零部件，因此齿轮罩盖可以有效保 护机器内部的零件。另外罩 盖将机器封闭起来，可以保证操作者的安全 ,所以齿轮罩盖的研究是很有必要的。 另外 毕业设计对我四年的大学生活学习也是一次总结 。通过本次毕业设计，应使学生在下述各方面得到锻炼： 1、 进一步培养学生的识图，制图，运算和编写技术文件等基本技能。 2、 熟练的运用机械制造基础、机械制造技术和其他有关课程中的基本理论，以及在生产实习中所学到的实践知识，正确的分析和解决某一个零件在加工中基准的选择、工艺路线的拟订以及工件的定位、夹紧，工艺尺寸确定等问题，从而保证零件制造的质量、生产率和经济性。 3、 能够根据被加工零件的技术 要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，提高结构设计能力。 4、 能比较熟练的查阅和使用各种技术资料，如有关国家标准、手册、图册、规范等。 5、 培养学生运用机械制造工艺学及有关课程的知识，结合生产实习中学到的实践知识，独立的分析和解决工艺问题。 1.2国内外的发展概况 由于前端齿轮罩盖属于薄壁类零件，外形不规则，所以要加工出既符合技术要求又能做到外形美观，国内外最大的问题就是如何夹紧定位，也就是设计出优秀的夹具是关键。当今世界正在发生的深刻变化，对制造业产生了深刻的影响，制 造过程和制造工艺也有了新的内涵。传统制造业不断吸收机械、信息、材料等方面的最新成果，并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务的制造全过程。 21世纪的制 造业呈现出高技术化、信息化、绿色化、极端化、服务增值等特点和趋 。 随着机械大生产的突飞猛进，各类机床性能的不断提高，加工罩盖也变得简单许多。我们主要用到的就是铣床和钻床，铣床加工上我们可以利用 UG编程，把所有的走到路线，用电脑可识别的语言输入进去，大大减少了工人的计算和装卸搬运，提高了生产效率。所以，与五六十年代比较，我们加工容易，使用也比较 广泛，我相信随着自动化和计算机的发展，我们的生产效率会越来越高！ 1.3本课题 应 达到的要求 本次设计的题目是“前端齿轮罩盖工艺工装设 计”加工主要包括：铸造、铣削、钻孔、镗孔、开槽。另外我们需要做 2套夹具来方便加工， 一套是镗床夹具用来加工 95的孔，精度要求较高。第二副夹具是铣床夹具，加工前端齿轮罩盖的上端面。 机械制造工艺学课程设计是在我们大学基础课，技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们进行课程设计之前对所学课程的一深入的综合性的连接，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我的大学学习生活中占有 十分重要的地位。这次设计我们能综合运用机械制造基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解无锡太湖学院 学士学位论文 决了零件机械制造工艺问题， 我们加工精度要达到的要求是：罩盖的前后俩个端面粗糙度要求为 Ra=3.2umm、平面度为 0.02mm； 罩盖的下表面的粗糙度要求为 Ra=6.3um、平面度为 0.06mm；罩盖上两孔88 、 80 内壁粗糙度要求为 Ra=3.2um； 罩盖上端面 2-M10 螺纹孔有位置度要求 0.4mm ； 罩盖上端面 3- 14 孔以及 2- 15 孔位置度要求均为 0.4mm；其余光孔粗糙度要求要求为Ra=12.5um。 在老师和同学的帮助下，我还对夹具，机床，刀具的的结构和工作原理有了更深的了解，不知不觉中我的图纸分析、结构设计能力都得到了提高，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。 这次的毕业设计告诉我，做任何事情要有一个坚持不懈探索的心，对不懂的知识，不应该弃之不理，只有在不断地解决问题，我们才会进步。 通过毕业设计要达到的几点基本要求： 具有工程图纸的分析能力，绘图能力，要逐渐达到测绘的本领。 具有将理论图纸与实际操作相结 合的能力，以为生产服务为宗旨。 具有进行方案论证，分析比较，会对各种性能进行理论计算和实际运用的能力。 具有对机械生产中常用机床的简单操作的使用能力和对其工作原理的简单了解，便于更好的理解加工过程。 具有团队合作的能力，分工合作，在机械大生产中是很有必要的，要有团队意识，学会理解别人，学会交流。 具有独立调查研究，查阅收集综合文献资料的能力。 前端齿轮罩盖工艺工装设计 3 2 分析零件 2.1 零件作用 前端齿轮罩盖的主要作用是防止机器工作环境中的杂物进入到机器里对其中的机构，如对齿轮造成影响甚至损坏零部件，因此罩盖可以有效保护机器内部的零件。另外罩盖将机器封闭起来，可以保 证操作者的安全，以免发生机械事故。 零件图如下 图 2.1 所示 ： 2.2 零件结构分析 齿轮前端罩盖属于薄壁类零件，并且外形结构不规则，对于零件的夹紧会有困难，由此增加了夹具设计的难度，略显复杂。罩盖内侧结构不需 要加工，形状也不规则，因此对于后续加工中可能需要辅助支撑加工时不方便支撑。零件上有很多孔以及螺纹孔加工，因此有利于后续加工过程的定位。零件需要加工的面比较少，需要加工的孔都在面上，没有其他特别的孔，由此可采用先面后孔的加工工路线。 2.3 零件技术要求分析 零件的材料为 HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是 零件 需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求： 1、 罩盖的前后两个端面的粗糙度要求均为 Ra=3.2umm、平面度为 0.02mm； 2、 罩盖的下表面的粗糙度 要求为 Ra=6.3um、平面度为 0.06mm； 3、 罩盖上两孔 88 、 80 内壁粗糙度要求为 Ra=3.2um； 4、罩盖上端面 5-M10 螺纹孔有位置度要求 0.4mm ； 5、罩盖上端面 3- 14 孔、 2- 10 以及 2- 15 孔位置度要求均为 0.4mm。 6、其余光 孔粗糙度要求要求为 Ra=12.5um；。 图 2.1 零件图 无锡太湖学院 学士学位论文 2.4 零件的三维造型 对于零件的三维造型，首先需要分析 CAD 二维零件图纸，想象出零件的空间结构。再根据尺寸利用 CAD 软件绘制零件三维造型。 1、 首先草绘上端面外轮廓，拉伸 41mm 如下图 2.4 所示。 2、 同上，拉伸下端面内轮廓 37mm，如下图 2.5 所示。 3、 通过三维移动和旋转，将两 个拉伸体根据二维图， 内轮廓底与罩盖底面相差 10mm,距罩盖外轮廓右面 18mm,定位摆正，如 下图 2.6 所示。 4、 改变下端面体的颜色，便于区分，同时移动距离 41mm，贴合到图 2.3 的背面，如下图2.7 所示。 5、 做差集，得到罩盖的大致外形图， 壁厚 4mm,如下图 2.8 所示。 6、 画 2 个凸台面， 其中圆形 104， 如下图 2.9 所示。 图 2.2 前端齿轮罩盖零件图 图 2.4 前端齿轮罩盖上端面 图 2.3 前端齿轮罩盖三维图 图 2.5 前端齿轮罩盖下端面内轮廓体 图 2.6 两体定位贴合图 图 2.7 移动内轮廓至罩盖的下端面 前端齿轮罩盖工艺工装设计 5 7、 将 2 个凸台移动到上端面，并且拉伸 9，如下图 2.10 所示。 8、 在刚刚的圆形 凸台上画 95， 88 的圆，先将 95 拉伸 13，再将 88 拉伸 18，做差集，如下图 2.11 所示。 9、 先在罩盖内腔内画出三角凸台，再 在右边三角凸台上画 80， 92 的圆，拉伸，差集得到圆孔，如下图 2.12 所示。 10、 拉键槽，分别在上端面和内腔中，如下图 2.13 所示。 11、 画 2- 15， 3- 14 的圆拉伸做差集， 10 的螺纹孔，如下图 2.14 所示。 图 2.8 罩盖外形图 图 2.9 两个凸台面 图 2.10 拉伸凸台 图 2.11 拉伸 2 圆面，做差集得到孔 图 2.12 画出三角凸台，拉伸 2 圆，做差集得到孔 无锡太湖学院 学士学位论文 12、 画 5 个螺纹孔 对面的由半圆球和圆柱组成的图形，如下图 2.15 所示。 13、 画加强筋，如下图 2.16 所示 。 图 2.13 画键槽图 图 2.14 画 3 类孔图 图 2.16画 7个加强筋图 图 2.15 画螺纹孔对面，有加强作用的半圆球跟圆柱组合体 前端齿轮罩盖工艺工装设计 7 3 确定毛坯零件类型 3.1 毛坯选择 1、 零件材料的机械性能要求。对铸铁和有色金属材料选择铸造毛坯；对钢材，机械性能要求高时，选用锻件毛坯。 2、 零件结构形状复杂、薄壁的毛坯，一般采用金属型铸造；尺寸较大的毛坯，往往不能采用模锻、压铸和精铸。对外形较特殊的小零件，往往采用精密的毛坯制造方法。如压铸、熔模铸造。 3、 如果大批量生产就可以用高精度和高生产率的毛坯 制造方法，这样分配到每个毛坯上的成本就会比较少。 由零件图可以看出，毛坯材料为 HT200，齿轮前端罩盖形状结构有些复杂且为薄壁型的零件，大批生产，因此可以采用金属型浇铸。金属型浇铸的毛坯尺寸精度可以达到0.10.5mm，表面粗糙度可达到 Ra=12.56.3um，而其铸件的力学性能还比较好。 3.2 铸件加工余量 根据金属机械加工工艺设计手册 p-196 可查的加工面长度小于 300mm,粗加工后的精铣余量为 1.0mm,公差 +0.3mm.则可确定毛坯平面上的余量为 2.5mm 罩盖底面毛坯余量也是一样为 2.5mm 即可。 根据金属机械加工工艺设计手册孔加工余量确定，粗镗 3mm,精镗 2mm,所以毛坯余量为 5mm，即毛坯上预先铸出 83、 75 孔。 其余的螺纹孔和光孔尺寸较小，所以铸成实心的，后续 机加工中直接利用钻削加工方式加工出来。零件 毛坯图如下 图 3.2 所示 ： 图 3.2毛坯图 无锡太湖学院 学士学位论文 4 拟定工艺路线 4.1 零件表面孔加工方法 由以上对零件的技术要求分析可知，罩盖的上端面和下端面需要粗铣 -精铣加工以保证尺寸精度和粗糙度要求。罩盖底面有粗糙度要求和平面度要求，所以采用粗铣 -精铣的加工方法。罩盖上两孔采用粗 镗 -半精镗加工方式即可满足技术要求。 2-M106H 螺纹孔加工采用钻 -扩 -粗铰 -精铰，其余螺纹孔也采用相同加工方法孔。罩盖上其余光孔采用钻削加工即可满足精度要求。 4.2 工序的合理组合 （ 1） 工序分散原则 工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。 （ 2） 工序集中原则 工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简 化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。 一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。中批及大批大量生产中，多采用 工序分散的加工原则，生产中可以采用结构简单的专用机床和通用夹具，组织流水线生产。 4.2 加工顺序的选择 （ 1）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； （ 2）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； （ 3）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； （ 4）先基准后其他 作为基准的表面要先加工出来。 4.3 确定工艺路线 4.3.1 工艺路线一 该工艺路线体现 先面后孔、粗精加工分开的加工顺序安排原则，并且工序集中，适合大批量的生产特点，这样就减少辅助工序的时间，减 低劳动量，提高生产效率。也有不足之处，就是不符合先主后次的加工顺序安排原则，即工艺路线中的钻孔、钻螺纹孔应 该安排在精加工之前完成。 初拟工艺路线如表 4-1 所示： 表 4-1 初拟工艺路线一 工序 10 铸 造 前端齿轮罩盖工艺工装设计 9 续表 4-1 工序 20 热 处 理 工序 30 粗铣上端面 工序 40 粗铣下端面 工序 50 粗铣底面 工序 60 精铣上端面 工序 70 精铣下端面 工序 80 精铣底面 工序 90 钻定位孔 工序 100 钻上端面孔 工序 110 拉键槽 工序 120 粗镗端面孔 95、 88 、 80 工 序 130 精镗端面孔 95、 88 、 80 工序 140 铰、 钻端面孔并攻螺纹 工序 150 钻底面孔并功螺纹 工序 160 钳工 去毛刺 工序 170 终检 入库 4.3.2工艺路线二 分析该工艺路线，体 现先面后孔、粗精加工分开的加工顺序安排原则，在工艺路线一得基础上有所该进，就是符合先主后次的加工顺序安排原则，即工艺路线中的钻孔、钻螺纹孔应该安排在粗加工之后精加工之前完成。但是也有不足之处，即工序分散，增加了安装工件，搬运工件的次数，这样就减少了辅助工序的时间，增加劳动量，降低咯生产效率，并不 适合大批量的生产。 初拟工艺路线二如 表 4-2 所示： 表 4-2 初拟工艺路线二 工序 10 铸 造 工序 20 热 处 理 工序 30 粗铣上端面 工序 40 粗铣下端面 工序 50 粗铣底面 工序 60 粗镗孔端面孔 95、 88 、 80 工序 70 精镗孔端面孔 95、 88 、 80 工序 80 拉键槽 工序 90 钻定位孔 无锡太湖学院 学士学位论文 续表 4-2 工序 100 钻上端面孔 工序 110 钻、铰 端面孔并攻螺纹 工序 120 钻底面孔并攻螺纹 工序 130 精铣底面 工序 140 精铣 上 端面 工序 150 精铣 下 端面 工序 160 钳工 去毛刺 工序 170 终检 入库 4.3.3 最终工艺路线三 分析该工艺路线，体现了先面后孔、粗精加工分开的加工顺序安排原则，也符合先主后次的加工顺序安排原则，即工艺路线中的钻孔、钻螺纹孔应该安排在粗加工之后精加 工之前完成。以设计基准作为定位基准，满足基准重合， 调质处理可消除内应力，改善加工性能的同时也能获得好的综合力学性能，对于此次的齿轮前端罩盖的力学性能要求，调质处理可以作为最终热处理 。初拟工艺路线三如表 4-3 所示： 表 4-3 初拟工艺路线三 工序 10 铸 造 工序 20 热 处 理 工序 30 粗铣上端面 工序 40 粗铣下端面 工序 50 粗铣底面 工序 60 精铣底面 工序 70 精铣 上 端面 工序 80 精铣 下端 面 工序 90 拉键槽 工序 100 钻定位孔 工序 110 钻上端面孔 工序 120 铰、 钻 上 端面孔并攻螺纹 工序 130 钻底面孔并攻螺纹 工序 140 粗镗端面孔 95、 88 、 80 工序 150 精镗端面孔 95、 88 、 80 工序 160 钳工 去毛刺 工序 170 终检 入库 前端齿轮罩盖工艺工装设计 11 5 选择定位基准 5.1 粗 基 准选择 粗基准选择应当满足 以下要求： （ 1）应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。 （ 2）尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。 （ 3）粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 （ 4）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增 加其耐磨性。 （ 5）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。 参照上述要求，以罩盖下端面面作为粗基准，加工罩盖上端面；以罩盖底面作为粗基准镗罩盖上的两个大孔。 5.2 精基准选择 精基准的选择应满足以下要求： （ 1） 基准统一原则，应尽可能的采用同一个基准定位加工零件上尽可能多的表面； （ 2）互为基准原则，工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，就需要两个 表面进行反复加工，以保证位置精度要求。 （ 3