涡轮减速器箱体加工工艺及铣φ58孔端面夹具设计.doc

全套图纸加扣 3012250582 涡轮减速器箱体 加工工艺及 铣 58 孔端面 夹具设 计 学生姓名 : 学生学号 : 院（系） : 年级专业 : 指导教师 : 全套图纸加扣 3012250582 目录 目目录录 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2 1 1 绪绪 言言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1 1.1 课题背景 .1 1.2 夹具的发展史.1 2 2 机机械械加加工工工工艺艺规规程程设设计计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 3 2.1 零件的工艺分析.3 2.2 涡轮减速箱箱体的工艺分析及生产类型的确定.4 2.2.1涡轮减速箱箱体的工艺分析.4 2.2 2 确定零件的生产类型.4 2.3 确定毛坯种类绘制毛坯图.4 2.3.1毛坯选择.4 2.3.2绘制涡轮减速箱箱体金属型铸造毛坯简图.5 2.4拟定涡轮减速箱箱体工艺路线.6 2. 5 定位基准的选择.8 2.6 切削用量、时间定额的计算.8 3 3 夹夹具具设设计计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 16 6 3.1 夹具的设计 .16 3.2 铣床夹具设计 .17 3.2.1定位误差分析.17 3.2.3夹紧方案.18 3.2.4夹具体与定位键.18 4 4 结结论论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 20 0 全套图纸加扣 3012250582 参参考考文文献献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 21 1 致致 谢谢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 22 2 全套图纸加扣 3012250582 1 绪绪 言言 1.1 课题背景课题背景 随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械 制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现， 已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难 加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提 高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。 特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的 进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。 “工欲善其事，必先利其器。 ” 工具是人类文明进步的标志。自20 世纪末期以来，现代制造技术 与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具 与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工 的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还 是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备 1.2 夹具的发展史夹具的发展史 夹具在其发展的200 多年历史中，大致经历了三个阶段：第一阶段， 夹具在工件加工、制造的各工序中作为基本的夹持装置，发挥着夹固工件 的最基本功用。随着军工生产及内燃机，汽车工业的不断发展，夹具逐渐 在规模生产中发挥出其高效率及稳定加工质量的优越性，各类定位、夹紧 装置的结构也日趋完善，夹具逐步发展成为机床工件 工艺装备工 艺系统中相当重要的组成部分。这是夹具发展的第二阶段。这一阶段，夹 具发展的主要特点是高效率。在现代化生产的今天，各类高效率，自动化 全套图纸加扣 3012250582 夹具在高效，高精度及适应性方面，已有了相当大的提高。随着电子技术， 数控技术的发展，现代夹具的自动化和高适应性，已经使夹具与机床逐渐 融为一体，使得中，小批量生产的生产效率逐步趋近于专业化的大批量生 产的水平。这是夹具发展的第三个阶段，这一阶段，夹具的主要特点是高 精度，高适应性。可以预见，夹具在不一个阶段的主要发展趋势将是逐步 提高智能化水平。 全套图纸加扣 3012250582 2 机机械械加加工工工工艺艺规规程程设设计计 2.1 零件的工艺分析零件的工艺分析 1）从零件图上可以看出零件的主要加工表面为车138 端内孔成 型， 58 内孔面和 6-15 孔，以及铣底平面与铣190mm 两侧面。 2）工序安排以涡轮减速箱箱体铣底平面和6-15 孔定位，装夹工 件，达到了设计基准，工艺基准的统一。 全套图纸加扣 3012250582 2.2 涡轮减速箱箱体涡轮减速箱箱体的工艺分析及生产类型的确定的工艺分析及生产类型的确定 2.2.1 涡涡轮轮减减速速箱箱箱箱体体的的工工艺艺分分析析 由设计题目可知，毛坯采用铸件为材料，其编号为HT200,其粗精 镗 138 孔 58 孔为一重要表面，涡轮减速箱箱体加工表面分述如下： 利用定位块定位，加工底平面。 以钻 615 孔为中心的加工其它表面 这一组加工表面包括加工各孔与面。 这一组加工表面包括铣削侧面，钻的孔。利用所设计的铣床夹具与钻 床夹具 由上可知，涡轮减速箱箱体钻615 孔为一重要的基准表面，故 将其作为精基准。从而保证涡轮减速箱箱体的加工精度。 由上面分析可知，可以先加工 涡轮减速箱箱体底面，然后以此作 为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方 法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此涡轮减速箱箱体零件没 有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。 2.2 2 确定零件的生产类型确定零件的生产类型 零件的生产类型是指企业生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制 定具有决定性的影响。本设计采用了生产类型为中批量生产，生产批量按 年产 5000 件。 2.3 确定毛坯种类绘制毛坯图确定毛坯种类绘制毛坯图 2.3.1 毛毛坯坯选选择择 由于该零件形状复杂，根据零件材料为HT200，生产类型为中批 生产，因此采用金属型铸造毛坯。选择毛坯及毛坯制造方法 全套图纸加扣 3012250582 根据零件材料确定毛坯为铸件，根据其结构形状、尺寸大小和材料性 能毛坯的铸造方法选用-低压铸造毛坯公差等级-IT8 级 2.3.2 绘绘制制涡涡轮轮减减速速箱箱箱箱体体金金属属型型铸铸造造毛毛坯坯简简图图 由加工余量数据，绘制图如下： 涡轮减速箱箱体毛坯图 全套图纸加扣 3012250582 2.4 拟拟定定涡涡轮轮减减速速箱箱箱箱体体工工艺艺路路线线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置 精度等技术要求能用工装夹具，并尽量使工序集中来提高生产效率，以便 使生产成本尽量下降。工艺路线的拟定包括：定位基准的选择；各表面加 工方法的确定；加工阶段的划分；工序集中程度的确定；工序顺序的安排 确定工艺路线 表 2.1 工艺路线方案一 工 序 号 工 名序 称 工 序内 容 1铸铸造成型 2时效热处理 3铣铣底平面 4铣铣 190mm 两侧面 5铣铣顶端 10 孔端面 6铣铣 58 孔端面 7铣铣 138 孔端面 8镗粗精镗 138 孔 58 孔 9镗粗精镗 40 孔 10钻钻 615 孔 11钻钻攻顶端 16 孔 12钻钻攻 40 孔端 3 8 孔 13钻钻攻 10 泄油孔 14钻钻攻 6 10 孔 15钳钳工 16终检终检 表 2.2 工艺路线方案二 全套图纸加扣 3012250582 工 序 号 工 名序 称 工 序内 容 1铸铸造成型 2时效热处理 3铣铣底平面 4钻钻 615 孔 5铣铣 190mm 两侧面 6铣铣顶端 10 孔端面 7铣铣 58 孔端面 8铣铣 138 孔端面 9镗粗精镗 138 孔 58 孔 10镗粗精镗 40 孔 11钻钻攻顶端 16 孔 12钻钻攻 40 孔端 3 8 孔 13钻钻攻 10 泄油孔 14钻钻攻 6 10 孔 15钳钳工 16终检终检 工艺路线的比较与分析： 第一条工艺路线不同于第二条是将工序加工钻615 孔与其它 工序铣平面与钻孔工序对调，钻615 孔工序放到后面。其它的先后 顺序均没变化。通过分析发现第二条工艺路线这样的变动提高了生产效率。 而且对于零的尺寸精度和位置精度都有太大程度的帮助。 从提高效率和保证精度这两个前提下，发现第二个方案比较合理。 所以我决定以第二个方案进行生产。具体的工艺过程见工艺卡片所示。 2. 5 定位基准的选择定位基准的选择 选择定位基准 全套图纸加扣 3012250582 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合 理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回 问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。 （1）粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基 准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精 度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，选择孔上表 面与侧表面为粗基准。 （2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。以经过粗加 工的底面作为精基准。另外当设计基准与工序基准不重合时，应进行尺寸 换算。 2.6 切削用量、时间定额的计算切削用量、时间定额的计算 工序：铸造 工序：热处理 (正火 ) 工序：铣底平面 采用 X62W 铣床 机床：铣床 X62W 刀具：根据参考文献 4表 10-231，选用高速钢粗齿方形铣刀 ，规格为：，齿数为 12 齿。160,40,32Dmm dmm Lmm （1）粗铣底平面 铣削深度： p a3 p amm 每齿进给量：查参考文献 5表 2.4-75，取 f a0.15 0.25 f mm a z 。1.8 f mm a r 铣削速度：查参考文献 4表 11-94，得V ，取15 200.25 0.33 min mm V s 0.3mV s 机床主轴转速：n 10001000 0.3 60 35.83 /min 3.14 160 V nr D 全套图纸加扣 3012250582 查参考文献 5表 3.1-74 取37.5 /minnr 实际切削速度：v 3.14 160 37.5 0.31/ 10001000 60 Dn vm s 进给量： f V1.8 12 37.5/6013.5/ ff Va Znmm s 工作台每分进给量： m f13.5/810/min mf fVmm smm 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 l80lmm 刀具切入长度： 1 l 1 0.5(1 2)lD =82mm 刀具切出长度：取 2 lmml2 2 走刀次数为 1 机动时间： 1j t 12 1 80822 0.3min 810 j m lll t f （2）精铣底平面 切削深度： p a1 p amm 根据参考文献 4表 11-91 查得：每齿进给量,0.01 0.02/ f amm z 取，根据参考文献 4表 11-94 查得切削速度0.24/ f amm r30/minVm 机床主轴转速：n ， 10001000 30 59.7 /min 3.14 160 V nr d 按照参考文献 5表 3.1-74 取60 /minnr 实际切削速度：v 3.14 160 60 0.50/ 10001000 60 Dn vm s 进给量： f V0.24 12 60/602.88/ ff Va Znmm s 工作台每分进给量： m f2.88/172.8/min mf fVmm smm 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 l80lmm 刀具切入长度： 1 l 全套图纸加扣 3012250582 1 0.5(1 2)lD =81mm 刀具切出长度：取 2 lmml2 2 走刀次数为 1 机动时间： 1j t 12 1 80812 0.95min 172.8 j m lll t f 本工序机动时间 12 0.30.951.25min jjj ttt 工序：钻 615 孔 钻孔 15mm： 选择 15mm 高速钢锥柄标准麻花钻（见参考文献9表 3.16） 参考文献 4表 2.7 和参考文献 5表 4.216）0.43/fmm r 机 参考文献 5表 2.15）硬度 20021715/min c Vm 查 10001000 15 208( / min) 15 c V nr D 查 查 按机床选取参考文献 5表 4.25）195 /minnr 机 实际切削速度： 15 195 14.08(/ min) c Vm 机 机 D n 10001000 基本工时：参考文献 5表 12 4383 0.64(min) 195 0.43 lll t n f 机机 6.25） 工序：铣 190mm 两侧面 加工条件： 工件材料： HT200，铸造。 机床： X62W铣床。 查参考文献 7表 3034 刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：，15YT 全套图纸加扣 3012250582 ，齿数，此为齿铣刀。100Dmm8Z 因其单边余量： Z=2mm 所以铣削深度： p a4 p amm 每齿进给量：根据参考文献 3表 2.4-75，取铣削 f a0.12/ f amm Z 速度：参照参考文献 7表 3034，取。V1.33/Vm s 机床主轴转速： n 1000V n d 式（ 2.1） 式中 V铣削速度； d刀具直径。 由式 2.1 机床主轴转速：n 10001000 1.33 60 254 /min 3.14 100 V nr d 按照参考文献 3表 3.1-74 300 /minnr 实际铣削速度：v 3.14 100 300 1.57/ 10001000 60 dn vm s 进给量： f V0.12 8 300/604.8/ ff Va Znmm s 工作台每分进给量： m f4.8/288/min mf fVmm smm ：根据参考文献 7表 2.4-81, a40amm 工序：铣顶端 10 孔端面 加工条件： 工件材料： HT200，铸造。 机床： X62W铣床。 参考文献 7表 3031 刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：， ，15YT100Dmm 齿数 12，此为细齿铣刀。 铣圆弧孔单边余量： Z=2.5mm 铣削深度： p a1 p amm 全套图纸加扣 3012250582 每齿进给量：根据参考文献 7表 3031，取 f a0.08/ f amm Z 铣削速度：参照参考文献 7表 3031，取V0.32/Vm s 机床主轴转速，由式（ 2.1）有：n 10001000 0.32 60 61 /min 3.14 100 V nr d 按照参考文献 7表 3.1-31 75 /minnr 实际铣削速度：v 3.14 100 75 0.4/ 10001000 60 dn vm s 进给量，由式（ 1.3）有： f V0.15 12 75/602.25/ ff Va Znmm s 工作台每分进给量： m f2.25/135/min mf fVmm smm 铣的切削工时 被切削层长度：由毛坯尺寸可知， l315lmm 刀具切入长度： 1 l 22 1 0.5()(1 3)lDDa 22 0.5(10010040 )(1 3)7mm 刀具切出长度：取 2 lmml2 2 走刀次数为 1 机动时间： 1j t 12 1 31572 1.13min 288 j m lll t f 走刀次数为 1 机动时间： 2j t 12 2 315 1002 1.09min 135 j m lll t f 根据参考文献 5表 2.5-45 可查得铣削的辅助时间 2 1.04 f t 工序：粗精镗138 孔 58 孔 工件材料： HT200 正火 b=0.6mp 铸造成型 a 加工要求：镗138 孔，镗 58 孔，表面粗糙度值R 均为 a 全套图纸加扣 3012250582 1.6m 机床选择：镗床 618 粗镗 138 孔，镗 58 孔： 同时应校验机床功率及进给机构强度 切削深度：单边余量，进行 2 次走刀；3.45 p amm 进给量：根据 机械加工工艺手册 15-10 可得：选用 ；0.6/fmm r 计算切削速度： 0.20.150.35 242 603.450.6 113/minm 确定主轴转速： 1000100 113 360 /min 100 c s w v nr d 按机床选取，所以实际切削速度：430 /minnr 100 430 135/min 10001000 w d n vm 切削工时 : 其中 12 lll t nf 12 170,2,4lll 故 176 32.05min 430 0.6 t 精镗 138 孔，镗 58 孔: min)/( 6 . 140 5 . 08 . 060 242 35 . 0 15 . 0 2 . 0 m 半精2 vc min)/( 7 . 132 6 . 08 . 060 242 35 . 0 15 . 0 2 . 0 m 确定机床转速： min/ 5 . 497 90 6 . 1401000 1000 1 1 rn d v v w c 半精 半精 min/ 2 . 300 140 6 . 1401000 1000 2 2 rn d v v w c 半精 半精 按机床说明书 机械加工工艺手册 选取 nw =500r/min 1 Nw =350r/min 2 全套图纸加扣 3012250582 其实际切削速度为： min/ 3 . 141 1000 90500 1 r v 半精 min/ 6 . 157 1000 90350 2 r v 半精 切削工时的计算： (min)208 . 0 5 . 0500 52 半精 mt (min)366 . 0 6 . 0350 77 2 半精 mt min256 . 0 208 . 0 48 . 0 总 mT min916 . 1 366 . 0 55 . 1 2 总 mT 工序：钻攻 6 10 孔 钻孔 8.5 刀具选择 8.5 麻花钻头 1）切削加工深度的确定 p a 按照参考资料 机械手册 附表 3-129，选取 5 p amm 2）进给量的确定f 按照参考资料 机械手册 附表 3-121，选取 1.0/fmm r 根据插齿床的说明书（工艺手册 附表 4.2- 26）选取 0.92/fmm r 3）切削加工速度的确定v 按照参考资料 机械手册 附表 4-129，确定 得 0.6/vm s36/minvm 所以 10001000 36 600.50 / min 3.14 8.5 v nr d 按照插齿机床的说明书，选择 600 / minnr 全套图纸加扣 3012250582 4）切削加工的工时： 12 3534 0.48min 96 0.92 m lll t nf 攻丝 10: 选取 Z525 钻床 所选取的刀具是 10 丝攻 1）切削加工深度的确定 p a 按照参考资料 机械手册 附表 3-129，选择 1 p amm 2）进给量的确定f 按照参考资料 机械手册 附表 3-123，选择 0.2/fmm r 根据剃齿床的说明书（工艺手册 附表 4.2- 28）选取 0.24/fmm r 3）切削加工速度的确定v 按照参考资料 机械手册 附表 3-137，得 即 1.0/vm s60/minvm 所以 10001000 60 5421 / min 3.14 10 v nr d 根据机床的说明书，选择 500 / minnr 4）切削加工的工时： 12 3534 1.09min 160 0.24 m lll t nf 全套图纸加扣 3012250582 3 夹夹具具设设计计 3.1 夹具的设计夹具的设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用 夹具。经过与指导老师协商，决定设计铣涡轮减速箱箱体铣58 孔 端面工序。 专用夹具是为某工序而特定设计制造的夹具。它优点是针对性强，结 构简单，刚性好，操作容易，装夹容易，生产率高。缺点是设计周期长， 产品更新换代后往往不能继续使用，适应性差；费用较高。 机床夹具一般由功能相互独立而又相互联系的以下六部分组成： 1.定位元件或定位装置。如支承钉、定位键、定位销等。2.夹紧元件 或夹禁装置，它一般由动力装置（油缸、汽缸等）、中间传力机构和夹 紧元件（压板、钩板等）组成。3.对刀或引导元件，它是保证夹具相对 刀具的正确的位置，如对刀块、钻套、镗套等。4.夹具体，它与机床 有关部件相连接，以确定夹具相对于机床的位置。5.连接元件，确定 夹具在机床上的正确位置，如定位键、定位销、螺钉、螺栓等。6.其 它元件或装置，适用于有特殊要求的元件，如分度装置、上下料装置等。 工件的定位原理 自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿OX,OY,OZ 三 个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。要使工件在夹具体中具有 准确和确定不变的位置，则必须限制六个自由度。工件的六个自由度均被 限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但仍然能保证 加工要求的定位叫不完全定位。在生产中，为了调整和控制不可避免产生 的应力和变形，有些自由度是不必要限制的，故可采用不完全定位的方法。 3.2 铣床夹具设计铣床夹具设计 本夹具主要用来铣涡轮减速箱箱体铣58 孔端面。由于加工本道 全套图纸加扣 3012250582 工序的工序简图可知。铣涡轮减速箱箱体工铣58 孔端面时，涡轮减 速箱箱体面 58 孔端面有平行度要求 ,并与 58 孔轴线分别垂直度的 要求，本道工序是对涡轮减速箱箱体铣58 孔端面进行加工。因此在 本道工序加工时，主要应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度。同时应保 证加工尺寸精度和表面质量。采用转动螺旋夹紧工件。当加工完一件，可 松开螺栓来加工另一件。如夹具装配图所示。. 3.2.1 定定位位误误差差分分析析 本夹具定位误差主要为： 由公式 e=(H/2+h+b)max/H max=(0.052+0.022+0.0292)1/2 =0.06mm e=0.0630/32=0.05625 可见这种定位方案是可行的。 3.2.2 铣削力与夹紧力计算 本夹具是在铣床上使用的，用于定位螺钉的不但起到定位用，还用于 夹紧，为了保证工件在加工工程中不产生振动，必须对螺钉施加一定的夹 紧力。由计算公式 Fj=FsL/(d0tg(+1)/2+rtg2) 式（ 3.2） Fj沿螺旋轴线作用的夹紧力 Fs作用在六角螺母 L作用力的力臂 (mm) d0螺纹中径 (mm) 螺纹升角 () 1螺纹副的当量摩擦 () 2螺杆 (或螺母 )端部与工件 (或压块 )的摩擦角 () 全套图纸加扣 3012250582 r螺杆 (或螺母 )端部与工件 (或压块 )的当量摩擦半径 () 根据参考文献 6其回归方程为 FjktTs 其中 Fj螺栓夹紧力 (N)； kt力矩系数 (cm1) Ts作用在螺母上的力矩(N.cm)； Fj =52000=10000N 3.2.3 夹夹紧紧方方案案 根据夹紧力的方向应朝向主要限位面和作用点应落在定位元件的支承 范围内的原则，如 夹紧力的作用线应落在区域内（N为接触点的法线），夹紧力与 垂直方向的夹角应尽量小，以保证夹紧稳定可靠。铰链压板的两个弧形面 的曲率半径应大于工件的最大半径。 3.2.4 夹夹具具体体与与定定位位键键