机械制造工艺学课程设计

夹具设计课程论文报告题目：单级圆锥齿轮减速器镗轴承孔夹具设计班级：学号：姓名：目录第一章产品概述 .41.1 减速器的应用范围 .41.2 箱体的作用 .41.3 箱体的结构 .41.4 箱体的加工部位及相关技术要求 .5第二章工艺分析 .6第三章生产纲领及生产类型 .7第四章毛坯材料、铸造方法及毛坯余量 .84.1 材料选择 .84.2 铸造方法及模具设计 .84.2.1 铸造方法 .84.2.2 箱盖的铸造工艺 .124.2.3 箱座的铸造工艺 .134.3 毛坯热处理 .14第五章大致工艺过程和定位基面的选择及分析 .145.1 零件的加工工艺过程 .145.1.1 箱盖的机加工工艺过程 .145.1.2 箱座的机加工工艺过程 .185.1.3 合箱的机加工工艺过程 .205.2 重要工序的工艺 .22第六章镗轴承孔夹具设计 .246.1 夹具设计原则与要求 .246.2 机床的选择 .256.3 刀具的选择 .266.4 量具的选择 .276.5 切削用量以及切削力 .276.6 机动时间及单位时间定额 .286.7 夹具装置的设计 .296.7.1 夹紧机构的设计 .296.7.2 夹紧力 .316.7.3 夹紧气缸的选择 .326.7.4 伸缩销联动气缸 .336.7.5 气压控制回路设计 .346.7.6 定位的选择 .356.7.7 伸缩式一面两销结构 .35实习总结 .36参考文献 .37加工工序卡片 .37第一章产品概述本组的工艺和夹具的设计对象是一款单机的圆锥齿轮减速箱的箱体。1.1 减速器的应用范围该产品用于对输入轴降低转速，增大转矩，同时还具有将输入轴的传动方向旋转 90 度的作用。由于其只有单级减速，减速比小，功能单一，多用于与转速不高的输入轴或者转速要求较高的输出轴相连接。比如，用于传送带减速。1.2 箱体的作用箱体的主要作用可以概括为：1）传动机构的载体；2）润滑机构的载体；3）冷却机构的载体；4）密封原件的载体；箱体一般对于各种运动部件起支撑作用，并且在机器工作的过程中具有保证各个运动副处于正确的相对位置，同时又吸收冲击、缓和振动的作用。对于在内部开设有油槽或是水道的箱体，还能对其内部的各个运动副提供润滑或冷却作用。此外，箱体还能为其内部运动部件提供一个密封的环境，进而隔绝外部的污染，保持内部工作环境的相对稳定。对于本次设计对象其作用还包括将输入轴的运动的传动方向旋转 90 度，以利于在有空间限制的情况下将输入轴的动力传输到输出轴。1.3 箱体的结构减速器箱体的结构及加工特点：1）要求有足够的强度和刚度；2）外形为六面体的多空多加强筋的薄壁结构；3）加工内容多，尺寸多；4）部分尺寸精度要求高；为了便于安装内部部件，同时为了铸造方便|、节省成本，一般将减速箱的箱体做成剖分式的。由机座和机盖组成，取轴的中心线所在的平面为剖分面。为了便于分模，在箱体上设置有拔模斜度。减速箱的箱体因其承受的力不大，所以做成薄壁结构，以节省材料。为了增加薄壁结构的强度，在箱体上的薄弱位置还设置了加强筋，以增加箱体抗冲击的能力。箱体上还设有多处圆角，和加强筋一样具有改善箱体受力状况的作用。箱体内部的空腔结构用于放置相互啮合的齿轮轴，和一定量的润滑油。此外，其轴承座上安装了与轴相配合的轴承和密封原件，分别用于改善旋转轴的工作条件和对工作环境进行密封。由于这个减速器是单机锥齿轮减速器，因而只有是三个轴承孔。为了便于搬运，在下箱体的两侧设计有用与起吊的吊耳。下箱体设计有用于将减速器安装在地面上的地脚螺栓孔。为了能够将上下箱体安装在一起，在上下箱体上分别设计了 10 个螺栓孔，用于安装螺栓，将上下箱体牢固的联接在一起，能对箱体的联接进行预紧。并用定位销定位。其三维结构示意如下图单级圆锥齿轮减速器箱体三维结构图1.4 箱体的加工部位及相关技术要求减速箱箱体的主要加工部位包括上下箱体的结合面、三个轴承孔、螺栓孔、定位销孔、窥视孔上的平面及螺栓孔、三个轴承座端面及端面上的螺栓孔、下箱体的地脚螺栓孔和底平面，油孔端面及其螺纹孔。由于箱体加工其定位方式通常是一面两销定位，并且是分别以上下箱体的结合面为定位面，同时还未了保证密封，上下箱体的结合面在加工时就要保证其平面度。先以粗基准加工结合面和定位销孔，后续工序就一这两个基准进行定位加工。轴承孔用于安装轴承，轴承孔本身要有圆柱度要求，以使轴承能够顺利安装。两个同轴的轴承孔相互间还有同轴度的要求，使轴可以顺利安装，并保证轴承与轴的结合面的受力状况良好，保证轴承的使用寿命。相互垂直的第三个轴承孔用于安装与第一根轴相垂直的第二根轴，为了保证两根轴上的齿轮能够正常啮合，并改善轴承的受力状况，第三个轴承孔在加工时其轴线就有相对于前两个轴的轴线的垂直度要求。第一第二轴承端面对于轴线有 0.10 的垂直度要求。此外，各个加工平面及加工孔有粗糙度要求。上下箱体的结合面粗糙度要求为 Ra1.6；第一第二轴承孔的粗糙度要求为 Ra2.5，第三轴承孔粗糙度为Ra1.6；轴承端面的粗糙度为 Ra3.2。第二章工艺分析箱体类零件的结构复杂，壁薄且不均匀，加工部位多，加工难度大。零件的材料是 HT200,该材料具有较高的强度，耐磨性，耐热性，减震性，切削加工性，铸造性，价格便宜，制造方便，但塑性较差，脆性高，适用于承受较大应力，要求耐磨的场合。由图纸可知，机盖，机座生产工艺的基本技术要求：1）速器箱体铸成后，应清理并进行时效处理；2）机盖和机座和箱后，边缘应平齐，相互错位没变不大于 2mm；3）应检查与机座结合面的密封性，用 0.05mm 塞尺塞入深度不得大于结合面宽度的三分之一，用涂色法去检查接触面积达每个结合面一个斑点；4）与机座连接后，打上定位销进行镗孔，镗孔时接合面处禁放任何衬垫；5）机械加工未标注偏差尺寸处精度为 IT12；6）铸造尺寸精度为 IT18；7）未注明的倒角为 C2，粗糙度为 Ra12.5；8）未标明的铸造倒角半径为 R=35mm；9）机盖结合面的粗糙度为 Ra1.6，平面度为 0.025；10）输出（入）轴承孔两端面与输出（入）轴中心线的垂直度为 0.01，粗糙度为 Ra3.2；11）窥视口面的粗糙度为 Ra12.5；12）输出轴承孔的粗糙度为 1.6，输入轴承孔的粗糙度为 Ra1.6；13）输出轴承孔的圆柱度为 0.012，同轴度为 0.03；14）窥视口面的粗糙度为 Ra12.5；15）输出轴承孔的上偏差为 0.040，下偏差为 0；16）机座不得漏油；经过建模并对图纸中尺寸的标注，公差配合的制定，形位公差，表面粗糙度的分析整合，我们总结出加工中的重难点以及应该注意的地方：A)结合面的加工中，应在保证平面度 0.025 和粗糙度 Ra1.6 的要求下，采取合理的加工方法，以满足在检验密封性时满足要求。B)加工轴承孔端面和端面时应该采取合箱加工，才能满足所要求的垂直度的要求。C）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。第三章生产纲领及生产类型年产量 Q=20000（件/ 年） ，该零件在每台产品中的数量 n=1（件 /台） ，废品率 =3%，备品率 =5%用公式 N=Q*n（1+）N=10000(1+3%+5%)=21600确定的生产类型为大量生产。因此，可以确定为 Y 流水线的生产方式，又因为在加工箱盖和底座的时候有很多的地方是相同的，所以可选择相同的加工机床，采取同样的流水线作业，到不同的工序的时候就采用分开的方法，可以选择先重合后分开再重合的方式的流水线作业。虽然是大批量生产，从积极性考虑，采用组合机床加工，流水线全部采用半自动化的设备。第四章毛坯材料、铸造方法及毛坯余量4.1 材料选择箱体零件有复杂的内腔，应选用易于成型的材料和制造方法。铸铁容易成型、切削性能好、价格低廉，并且具有良好的耐磨性和减震性。因此，箱体零件的材料大都选用 HT200HT400 的各种牌号的灰铸铁。最常用的材料是HT200，而对于较精密的箱体零件（如坐标镗床主箱体）则选用耐磨铸铁。某些简易机床的箱体零件或批量、单件生产的箱体零件、为了缩短毛坯制造周期和降低成本，可采用钢板焊接结构。某些大负荷的箱体零件有时也根据设计需要，采用铸钢件毛坯。在特定条件下，为了减轻质量，可采用铝合金或其他铝合金制作箱体毛坯，如航空发动机箱体等。该产品只有单级减速，承受的力不大，这里选用 HT200 作为铸件材料。若无此材料可用球墨铸件或 45 钢。铸铁是一种以 Fe、C、Si 为基础的复杂多元合金。含碳量在 2.0%4.0%的范围。除 C 和 Si 外，还含有 Mn、P、S 等元素。其中 Mn 元素能温和形成碳化物（珠光体） ，增加强度和耐磨性；而 S 元素对合金是有害的，需要对含量进行控制。灰铸铁中的 C 主要以游离形式存在，呈片状，断口为灰色。其强度低，脆性大，但是抗缺口敏感性、减震性和耐磨性优良，切削性能好。HT200 为较高强度的铸铁，集体组织为珠光体。强度、耐磨性、耐热性均较好，铸造性能好，需进行人工时效处理。4.2 铸造方法及模具设计4.2.1 铸造方法1. 铸造方法的选择目前铸造的主要方法有：砂型铸造、金属模铸造、熔模铸造、压力铸造、离心铸造和消失模铸造等。各种铸造方法的优缺点和适用范围如下表 4-1。下表为常用铸造方法比较铸造方法优点 缺点 应用范围金属型铸造1. 可一型多铸，便于机械化、自动化生产2. 铸件精度、表面质量、力学性能显著提高3. 劳动条件好1. 工艺要求严格，否则易产生缺陷2. 金属型铸件的形状和尺寸有一定限制主要用于铜、铝合金不复杂中小铸件的大批量生产熔模铸造1. 精度高，表面光机2. 可制造形状很复杂的薄壁铸件3. 适用于各种合金铸件4. 生产批量不受限制1生产工艺复杂且周期长，机械加工压型成本高，所用材料价格昂贵，铸件成本高最适于高熔点合金精密铸件的成批、大量生产，主要用于形状复杂、难以切削加工的小零件压力铸造1. 铸件精度及表面质量较其他铸造方法均高2. 可压铸形状复杂的薄壁件3. 铸件的强度和硬度都较高4. 生产率高5. 便于采用镶铸1. 压铸设备投资大，成本高2. 不适合压铸高熔点合金3. 压铸速度高，易形成气孔和缩松4. 压铸件不能用热处理来提高性能汽缸体、箱体、化油器、喇叭外壳等铝、镁、锌合金铸件的大批量生产离心铸造1. 省工，省料，降低铸件成本2. 铸件内部极少有缩松、缩孔、夹渣等缺陷3. 便于制造双金属铸件1. 内孔尺寸偏差大，表面粗糙，须加大加工余量2. 铸件易形成偏析，不适于密度偏析大及轻合金铸件3. 需专用设备投资大口径铸铁管、汽缸套、铜套、双金属轴承的主要生产方法消失模铸造1. 铸件精度高，表面质量低2. 工艺过程简化，易实现机械化，设备投资小，占地面积小3. 为铸件结构设计提供了充分的自由度4. 铸件清理简单，机械加工量减少5. 适应性强1. 浇注时对环境有污染2. 铸件易出现缺陷大型铸件，大型冷冲模具，铝合金铸件由于砂型铸造对铸件的形状和大小、生产批量、合金品种的适应性最强，是当前最为常用的铸造方法，对比于以上各种铸造方法，选择砂型铸造。2. 造型方法的选择现代化的铸造车间，特别是专业铸造厂已广泛采用机器来造型，并与机械化清砂处理、浇注等工序共同组成机械化生产流水线。机器造型可大大提高劳动生产率，改善劳动条件，铸件尺寸精确、表面光洁，加工余量小。尽管机器造型需要的设备、模板、专用砂箱以及厂房等投资大，但在大批量生产中铸件的成本仍能显著降低。由生产纲领可知，为了采用机械化生产流水线，在箱体的铸造工艺中，选择砂型铸造和金属模机器造型。虽然使用金属模造型是模具的成增加，但是金属模机器造型的毛坯铸造误