涡轮减速器箱体机械加工工艺规程及钻床夹具设计（全套含CAD图纸）
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本科毕业设计开题报告 题 目： 涡轮减速器箱体机械加工工艺规程及钻床夹具设计 院 （系）： 机械工程学院 班 级： 机制 08 姓 名： 冯梓良 学 号： 2008022548 指导教师： 于凤云 教师职称： 教 授 黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告 题 目 涡轮减速器箱体机械加工工艺规程及钻床夹具设计 来源 工程实际 1、 研究目的和意义： 究目的 本题目是根据机械设计制造及其自动化专业的机械制造方向的培养目标 、 典型零件机械加工工艺规 程与工艺装备设计要求而拟毕业设计题目，目的是提高我们理论联系工程实际和工程实际设计能力。毕业设计是综合运用机械设计制造及其自动化专业的专业知识，分析和解决实际工程问题的一次深入的综合性 训练 。通过毕业设计能使我们熟悉制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力，以及设计机床夹具的能力。通过设计过程，熟悉有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库。也作为我们未来从事机械制造技术工作的一次重要的基本训练。 根据 涡轮减速器箱体的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法， 拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，提高结构设计 能力。培养我们熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。进一步培养我们识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。 究意义 我设计的题目是“涡轮减速器箱体机械加工工艺规程及钻床夹具设计”， 本题目的设计重点是 机械加工工艺规程和工艺装备设计。 涡轮减速器箱体做为涡轮蜗杆的支撑和定位 零件 ，其主要作用支撑各传动轴，保证各轴之间的中心距及平行度，并保证涡轮减速器箱体各部件的正确安装。涡轮减速器箱体的工艺编制 是否合理， 直接关系到零件最终能否达到质量要求 。 机械加工工艺过程是用切削方法改变毛 坯 形状、尺寸和材料的 物理性质 ，使其 成为具有所需要的一定精度、粗糙度等的零件。机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺的过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产。机械加工工艺规程一般包括一下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺设备、工艺的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。 夹具的设计也是必不缺少的一部分， 机床夹具是机械制造中一项重要的工艺装备，工件通过机床夹具进行安装，包含工件通过夹具上的定位元件获得正 确的位置 、通过夹紧机构 使工件的既定位置在加工过程中保持不变两个方面。 这样就可以保证工件加工表面的位置精度，且精度稳定。使用夹具安装工件，可以减少划线、找正、对刀等辅助时间，采用多件、多工位夹具、以及 气动、液压动力夹具夹紧装置，可以进一步减少辅助时间，提高生产率。 通过本题目可以使我们对机械 加工 工艺的规程制定及工艺装备的设计有较深入的学习。 2、 国内外发展情况 (文献综述 )： 内外机械加工工艺的发展情况 机械加工 工 艺及夹具随着科技的发展 ，并且与 计算机技术、数控技术、控制论及系统工程与制造技术的结合为制 造系统，形成现代制造工程学。而物料流、能量流、信息流是组成制造系统的三个基本要素。现代加工 逐渐演变为 集成化的系统加工，这虽减轻了工人的劳动强度，但同时对工人的知识水平要求较高。这需要我们全方位的认知现代科技知识。因此，在以后的学习中需要我们全方位的学习其各个相关领域的知识，不能只注重一点，为将来的人才战略提出了新的要求 1。 制造业是国民经济的支柱产业，直接体现了一个国家的生产力水平，对产品质量有着重大的影响。而工艺与装备是制造业的基础，工艺是人、机料等软、硬要素集成的一项基础工程，它贯穿于产品生产的全过 程 2。工业发达国家极为重视工艺 与装备问题， 21 世纪装备制造应是中国与发达国家竞争的主要领域之一 3。自建国以来，特别是改革开放 30 多年来，我国机械制造业取得了较快发展，制造工艺取得了长足进步。但与西方先进工业国家相比，还存在着明显差距，我国的装备制造业发展速度相对缓慢，装备制造业工艺水平与国际先进水平相比，在技术方面仍有一定差距，主要表现为“两低”、“两高”，即产品精度 和生产效率低，工艺成本和环境污染高。因此，要充分认识机械制造工艺在振兴我国装备制造业中的基础性作用 4。 在机械制造工艺不断发展的今 天，其在国外表现出全球化、自动化、环保化、虚拟化、网络化等发展趋势 5。而我国 的现代机械制造加工工艺主要沿着“广义制造 ” (或称 “大制造” )的方向发展，具体的发展方向可以归纳为四个方面和多个大项目 。这四个方面体现为现代设计技术、现在成形和改性技术、现代加工技术、制造系统和管理技术，大项目则包括分层制造技术、微纳米制造技术、高速加工技术等 6。当前，我国工艺发展的重点是并行设计、创新设计、改性技术与现代成形、材料成形过程仿真和优化等 7。 内外夹具发展情况 通用夹具一般被认为是在 19 世纪后期出现 的，当时欧美工厂中出现天轴传动的车床，同时又有了夹持的卡盘，因为两者不可分割，这是最早出现的夹具。 20 世纪初，美国美国福特汽车公司推出 T 型轿车，订单随之激增。当时的机床精度还较差，为了保证零件的互换性，达到要求的孔距精度，出现壳钻模和镗模，有效地提高了生产率。到了 20 世纪 20 年代初，美国汽车工业的年产量已超过百万辆以上的规模。 “普通通用机床 +专用夹具”这一生产方式拉开了近现代大批量生产的帷幕 8。夹具的发展历程，大约可以分为三个阶段：第一个阶段，主要表现在夹具与人的结合上，这时夹具主要是作为人的单纯的辅助 工具，使得加工效率提高；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧；第三阶段，表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备 9。 随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。 20 世纪 80 年代以后，夹具在制造业中不仅应用于传统的机械加工领域，而且扩大到了检验、焊接等多种生产过程 10。 夹具结构和设计的发展主要受生产模式、制造工艺、机床或设备发展的影响。随着数控机床、加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统 等现代化加工设备的广泛应用，传统的机械加工方法发生了重大变革，由一次装夹多面加工代替了传统的多次装夹和多次加工，由大批量生产转变为多品种小批量的生产。而数字化设备加工功能的扩 大化，已经将夹具引导刀具的功能完全替代了，给今后夹具的快速定位、 快速装夹提出了更高的要求 11。 随着机械制造业的飞速发展，产品的更新换代越来越快，传统的大批量生产模式逐步被中小批量生产模式所取代，机械制造系统欲适应这种变化需具备较高的柔性。国外己把柔性制造系统 (为开发新产品的有效手段，对机床夹具提出了新的要求，夹具技术正朝 着高精、高效、模块、组合、通用、经济以及计算机辅助夹具设计等方向发展 12。 夹具元件多功能模块化 ， 能单独使用也能与其他元件组合在一起使用的多功能模块化单元体的比例将进一步增加，如现在使用的各种定位夹紧座、定位压紧支承、精密虎钳等模块式单元体具有定位、夹紧以及调节的综合功能，可以一件单独使用，也可以几件组装在一起使用， T 形基础、 方箱能组装成一次能装夹多件相同或不相同的工件的夹具，使用这种夹具可以减少机床的停机时间，最大限度发挥数控、加工中心机床的高效性能 13。专用夹具、组合夹具一体化 ， 现代化加工设备的 多功能化，使工艺过程高度集中、工件一次定位装夹后能完成多工序加工，这就需要一种通用而又能重复使用的组合可调式的夹具系统。它是由一系列统一化、标准化的元件和合件组成，利用这些元件、合件组装成各种不同形式、不同结构、可重复使用的夹具，供单件或中小批量生产使用。这种夹具系统保留了组合夹具的各种优点，组装又像专用夹具那样简单可靠 。为了便于夹具与机床定位连接，夹具基体有统一标准的定位连接位置，使之专用、组合夹具向着一体化、组合化方向发展，以满足现代化加工设备的需要 14。 夹具设计自动化，也是现代夹具发展的趋势之一 。随着市场竞争日益激烈，传统人工设计夹具的方法已无法满足现代制造业生产的需要。 20 世纪 70 年代后期，随着计算机技术的普及、 出现，由于夹具的图形不大、结构比一般机械设备的结构简单， 因此自然而然地想到将 术用于夹具设计。因而，出现了计算机辅助夹具设计 （ 技术 15。 白俄罗斯 院士早于 1970 年已发表了“在钻模版上设计长槽窗口的算法”一文。此后 20 世纪 70 年代前期 院士发表了 10 篇有关在工艺装备和夹具设计中应用计算机的文章。 20 世纪 80 年代在美国也出现了有关“计算 机辅助夹具设计”的文章、我国从 20 世纪 80 年代中期开始研究 术；到 20 世纪 90 年代初，清华大学开发了计算机辅助组合夹具夹具设计系统。随着 术的进一步发展和现代生产的需求，对组合 夹具的设计和构形自动化、智能化提出了更高的要求 16。 3、研究 /设计的目标： 轮减速器箱体加工工艺设计的目标 涡 轮减速器箱体的主要技术要求是对孔和平面的精度和表面粗糙度的要求，支撑孔的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度，孔与孔的轴线之间的相互位置精度（平行度、垂直度）， 装配基准面 与加工时的定位基准面的平面 度和表面粗糙 度 ， 各支承孔轴线和平面基准面的尺寸精度、平行度和垂直度。 加工时， 按照 先粗后精，加工面再加工孔的原则进行加工 ， 这样 才能加工出质量合格、符合技术要求的零件。 床 夹具设计的目标 夹具的设计则应在满足基本使用功能的基础上，尽量保证涡轮减速器箱体各部分的加工精度。尽量优化、简化夹具结构，降低生产成本。对夹具体以下有几点要求： 1） 有适当的精度和尺寸稳定性 2） 有足够的强度和刚度 3）结构工艺性好 4） 在机床上安装稳定可靠。 4、设计方案（研究 /设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）： 轮减速器箱体机械加工工艺的设计方案 本题目加工涡轮减速器箱体零件如图 1 所示 ： 图 1 零件图 （ 1） 工艺路线方案一 工序 1 铣底面。 工序 2 钻 4平 24 的孔。 工序 3 粗铣 98 的左右侧面和工件的左侧面。 工序 4 铣前后 65 的凸台面。 工序 5 铣 36 凸台面。 工序 6 粗镗 74 孔、孔口倒角 5，粗镗 132 孔。 工序 7 钻扩 铰 18 ,孔口倒角 145。 工序 8 精镗 74和 132孔。 工序 9 精扩 铰 18。 工序 10 钻 纹底孔，孔口倒角 245，攻螺纹 工序 11 钻 4纹底孔，攻螺纹 4 工序 12 钻 4纹底孔，攻螺纹 4 （ 2） 工艺路线方案二 工序 1 铣底面。 工序 2 钻 4平 24 的孔。 工序 3 粗铣 98 的左右侧面和工件的左侧面。 工序 4 铣前后 65 的凸台面。 工序 5 铣 36 凸台面。 工序 6 钻扩 铰 18 ,孔口倒角 145。 工序 7 粗镗 74 孔、孔口倒角 5，粗镗 132 孔。 工序 8 精铣 98 凸台的左侧面和工件的左侧面。 工序 9 精镗 74和 132孔。 工序 10 钻 纹底孔，孔口倒角 245，攻螺纹 工序 11 钻 4纹底孔，攻螺纹 4 工序 12 钻 4纹底孔，攻螺纹 4 （ 3） 工艺方案的比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于：两个方案都是按先粗后精，加工面再加工孔的原则进行加工的。方案一是先加工 74 孔、孔口倒角 5， 132 孔 。然 后以底面为基准经过尺寸链换算找正 18 的中心线再来加工孔 18 ，而方案二则与此相反，先钻、扩、铰 18角 45，然后以孔的中心线为基准找正 74 孔的中心线来加工孔，这时的垂直度和精度容易保证，并且定位和装夹都很方便。因此，选择方案二是比较合理的。 床夹具 设计 方案 （ 1） 定位方案的选定 该零件的定位方案我选择的是一面两孔定位方式。这种定位方式在涡轮减速器箱体、杠杆、盖板等类零件的加工中用的很广。工件的定位面一般是加工过的精基面，两定位孔可能是工件上原有的，也可能是专为定位需要而设置的工艺 孔。 当工作部分直径 D3采用小定位销 （ 1999） ，夹具体上应有沉孔，使定位销圆角部分沉入孔内而不影响定位。大批量生产时，应采用可换定位销（ 1999） 。工作部分的直径，可根据工件的加工要求和安装方便，按 g5、造，与夹具体配合为 H7/ H7/套外径与夹具体配合为 H7/内径与定位销配合为 H7/ H7/采用工件上孔与端面组合定位时，应该加上支承垫板或支承垫圈。 （ 2） 夹具夹紧装置的确定 两个 10中的圆柱 销共同承受钻孔时的切削扭矩。在钻 螺纹底孔时，由于孔径较小 ，切削扭矩和轴向力较小，并且轴向力可以使工件夹紧，因此，在确定夹紧方式时就可以不考虑轴向切削力的影响，即可以不施加夹紧力来克服轴向切削力。但由于切削扭矩会使工件产生旋转，因此需要 对工件施加向下压的夹紧力来克服切削扭矩。为便于操作和提高机构的效率，采用转动压板夹紧机构，其力的作用点落在靠近加工孔的 120圆弧端面上。 本夹具对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变 动。为此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。用夹具装夹工件有下列优点： 1） 能稳定的保证工件的加工精度 ： 用夹具装夹工件时，工件相对于道具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工极度趋于一致。 2） 能提高劳动生产率 ： 使用夹具装夹工件方便、快捷，工件不需要划线找正。 5、方案的可行性分析： 轮减速器箱体加工工艺方案可行性分析 通过对涡轮减速器箱体的加工工艺路线的确定，该零件的加工以底面作为基准是合理的，按照有关零件的粗基准的选择原则：当零件有不加工表面时，应选择这些不加 工的表面作为粗基准，当零件有很多个不加工表面的时候，则应当选择与加工表面要求相对位置精度较高大的不加工表面作为粗基准，从零件图分析得知， 涡 轮减速器箱体以 底面作为粗基准。精基准的选择主要考虑基准重合的问题， 选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能 得到可靠的保证。本加工工艺方案满足粗基准选择的五项要求及精基准选择的五项原则 ， 以该方案可行。 计 钻床 夹具方案可行性分析 该夹具为钻床使用的专用夹具 ，此类夹具的特点是针对性强、结构紧凑、操作简便、生产率高。 在本次设计中， 夹具的设计满足机床夹具总体方案设计的基本要求，充分保证零件加工质量，具有较高的生产效率和较低的制造成本以及具有良好的结构工艺性。 所以该方案可行。 6、该设计的创新之处： （ 1） 本夹具操作方便、安全和省力 。 （ 2） 本工艺的生产准备周期短，生产效率高 。 7、设计产品的主要用途和应用领域： 产品的主要用途：加工涡轮减速箱 体的 孔及螺纹 加工，保证加工质量，提高生产力，降低生产成本，并且减轻工人的劳动强度。 产品的应用领域： 主要用于立式钻床上 加工直径较 小 的单孔或摇臂钻床加工平行孔系。 8、时间进程： 2012 年 3 月 12 日 2012 年 3 月 18 日 在 齐齐哈尔机床厂，收集涡轮减速箱箱体的相关资料 2012 年 3 月 19 日 2012 年 3 月 25 日 在 校图书馆和实训中心 ，了解箱体类零件的工作原理和夹具结构设计 2012 年 3 月 26 日 2012 年 4 月 2 日 在 校图书馆查阅互联网，了解机械加工工艺的编制和主要零部件的设计 2012 年 4 月 3 日 2012 年 4 月 9 日 完成实习总结和实习日记 2012 年 4 月 10 日 2012 年 4 月 16 日 完成开题报告 2012 年 4 月 16 日 2012 年 4 月 22 日 编写零件加工工艺 ，填写工艺卡片 2012 年 4 月 23 日 2012 年 4 月 29 日 夹具设计及计算 2012 年 4 月 30 日 2012 年 5 月 16 日 夹具主要零件设计 2012 年 5 月 19 日 2012 年 6 月 3 日 完成部件图、零件图及 装配图 2012 年 6 月 4 日 2012 年 6 月 10 日 编写毕业设计说明书、审图、修改 2012 年 6 月 11 日 2012 年 6 月 15
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