课程设计--设计“减速器箱盖”零件的机械加工工艺规程及工艺装备.doc

机械制造工艺学课程设计说明书设计题目 设计“减速器箱盖”零件的机械加工工艺 规程及工艺装备（年产量为4000件）设计者 马可指导老师 杨静天水师范学院 2012年3月30日序 言机械设计制造及其夹具设计是我们融会贯通四年所学的知识，将理论与实践相结合，对专业知识的综合运用训练，为我们即将走向自己的工作岗位打下良好的基础。机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。而机床夹具是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本而在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。它们的研究对机械工业有着很重要的意义，因此在大批量生产中，常采用专用夹具。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。1、 零件的分析 （一）零件的作用 箱体是机器和部件的基础零件，由它将机器和部件中许多零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，彼此能协调地运动。常见的箱体零件有：各种形式的机床主轴箱。减速器和变速箱等。各种箱体类零件由于功用不同，形状结构差别较大，但结构上也存在着相同的特点，如尺寸较大、形状复杂、精度较高、有许多紧固螺钉定位箱孔等。 （二）零件的工艺分析 要加工孔的孔轴配合度为H7，其中轴的表面粗糙度为Ra小于2.5um,圆柱度为0.010mm ,同轴度为0.025mm。轴的表面粗糙度为Ra小于1.6um，圆柱度为0.008mm，同轴度为0.025mm，两轴孔的平行度为0.025mm。 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。盖体上平面表面粗糙度为Ra小于12.5um,端面表面粗糙度为Ra小于3.2um，机盖机体的结合面的表面粗糙度为Ra小于1.6um，结合处的缝隙不大于0.05mm，未注明的倒角为245，表面粗糙度为Ra小于12.5um。2、 工艺规程设计 (一）确定毛坯的制造形式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3050mm的孔,一般都铸造出顶孔,以减少加工余量由于铸铁容易成形，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。 （二）基面的选择粗基准的选择选粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。粗基准选择应当满足以下要求：（1）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。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2）选择加工余量要求均匀的重要表面为粗基准。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，以增加耐磨性。（3）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。（4）应尽可能选择平整、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。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经粗加工。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证箱盖在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从箱盖零件图分析可知，主要是选择加工箱盖底面的装夹定位面为其加工粗基准。精基准的选择（1）基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。（2）基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。（3）互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。自为基准原则，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证箱盖在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。本次工艺设计所采用的加工粗基准为上箱体与下箱体的结合面，加工上箱体的下结合面，作为定位的粗基准。 （三）制定工艺路线对于中批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。箱盖的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔和面定位粗、精加工相应面，后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。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。工艺路线方案如表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粗铣以分割面为装夹基面，按线找正，夹紧工件，铣上孔平面，保证尺寸3mm专用铣床6粗铣以已加工上平面及侧面做定位基准，装夹工件，铣结合面，保证尺寸12mm，留有磨削余量0.050.06mm专用铣床7磨磨分割面至图样尺寸12mm专用磨床8钻以分割面及外形定位，钻211mm孔613mm孔，钻攻M10mm专用钻床9检验检查各部尺寸及精度10钳将箱盖，箱体对准和箱，用6M12螺栓，螺母紧固11钻钻，铰26mm的锥销孔，装入锥销专用钻床12钳将箱盖，箱体做标记，编号13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14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15粗镗以底面定位，以加工过的端面找正，装夹工件，粗镗前端面80mm轴承孔，留加工余量0.20.3mm,保证两轴中心线的平行度公差为0.025专用镗床16粗镗以底面定位，以加工过的端面找正，装夹工件，粗镗前端面100mm轴承孔，留加工余量0.20.3mm,保证两轴中心线的平行度公差为0.025，专用镗床17检验检查轴承孔尺寸及精度18半精镗以底面定位，以加工过的端面找正，装夹工件，半精镗前端面80mm轴承孔，留加工余量0.10.2mm专用镗床19半精镗以底面定位，以加工过的端面找正，装夹工件，半精镗前端面100mm轴承孔，留加工余量0.10.2mm专用镗床20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），加工前端面轴承孔专用镗床21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），加工前端面轴承孔专用镗床22钻用底面和两销孔定位，用钻模板钻，攻前端面轴承空端面螺孔专用钻床23钻用底面和两销孔定位，用钻模板钻，攻后端面轴承空端面螺孔专用钻床24锪孔用带有锥度为90度的锪钻锪轴承孔内边缘倒角445度专用钻床25钳撤箱，清理飞边，毛刺26钳合箱，装锥销，紧固27检验检查各部尺寸及精度28入库入库 （四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 根据上述原始资料及加工工艺，采取铸造毛坯件，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯的尺寸如下：（1）毛坯的结构工艺要求：减速器箱盖为铸造件，对毛坯的结构工艺有一定要求： 铸件的壁厚应和合适，均匀，不得有突然变化。 铸造圆角要适当，不得有尖角。 铸件结构要尽量简化，并要有和合理的起模斜度，以减少分型面、芯子、并便于起模。 加强肋的厚度和分布要合理，以免冷却时铸件变形或产生裂纹。 铸件的选材要合理，应有较好的可铸性。（2）毛坯形状、尺寸确定的要求设计毛坯形状、尺寸还应考虑到： 各加工面的几何形状应尽量简单。 工艺基准以设计基准相一致。 便于装夹、加工和检查。 结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。毛坯的外廓尺寸考虑其加工外廓尺寸为426196140mm,表面粗糙度要求RZ为3.2um，根据机械制造工艺设计简明手册公差等级79级，取7级，加工余量等级取F级确定毛坯宽196+24=204mm 高140+3.5=143.5mm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8的磨削深度ap=0.05mm 加工的工序尺寸及加工余量（1）钻2-11mm孔钻孔：10mm，2Z=10 mm，ap=5mm扩孔：11mm，2Z=1mm，ap=0.5mm（2）钻6-13mm孔钻孔：13mm，2Z=13 mm，ap=6.5mm（3）攻钻M10mm孔钻孔：10mm，2Z=10 mm，ap=5mm攻孔：M10mm(五)确定切削用量及基本工时 工序5粗铣上窥视孔面 （1）加工条件：工件材料：灰铸铁加工要求：粗铣箱盖上顶面，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100 mm，最大加工余量为Zmax=2.5mm,可一次铣削，切削深度ap=2.5mm确定进给量f：根据切削用量简明手册），表3.30确定fz=0.2mm/Z切削速度：参考有关手册，确定Vc=0.45m/s,即27m/min根据X63型铣床说明书，选择nc=37.5r/min故实际切削速度为： vc=dwnw/1000=26.5(m/min) 当nc=37.5r/min,工作台的每分钟进给量应为： vf=fzznz=0.22037.5=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=100+22=122mm故机动工时为：tm =122150=0.813min=49s辅助时间为：tf=0.15tm=0.1549=7.3s故工序5的单件时间： t=tm+tf=49+7.3s 工序6粗铣结合面 （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，do=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426 mm，最大加工余量为Zmax=5.0mm,留磨削量0.5mm，可分两次铣削，粗铣切削深度ap=2.5mm，半精铣切削深度ap=1.5mm，确定进给量f：根据切削用量简明手册，确定fz=0.2mm/Z,切削速度：参考有关手册，确定Vc=0.45m/s,即27m/min根据X63型铣床说明书，选择Nc=37.5r/min取Nc=37.5r/min;由公式得故实际切削速度为：Nc=dwnw/1000=26.5(m/min)当Nc=37.5r/min,工作台的每分钟进给量应为：Vf=fzzNc=0.22037.5=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=426+32=458mm故机动工时为：tm =458150=3.05min=183s辅助时间为：tf=0.15tm=0.15183=27.5s故工序6的单件时间：t=tm+tf=183+27.5=210.5s 工序7 磨分割面工件材料：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）选择砂轮见机械制造工艺设计简明手册，则结果为 WA46KV6P35040127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35040127（DBd）（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）切削工时根据切削用量简明手册可知式中L加工长度，L=330mm b加工宽度，230mm Zb单面加工余量，Zb=0.0 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）辅助时间为：tf=0.15tm=0.15162=24.3s故工序7的单件时间：t=tm+tf=162+24.3=186.3s工序8钻孔（1）钻2-11mm孔 工件材料：灰铸铁 加工要求：钻2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（切削用量简明手册）v=0.53m/s=31.8m/min（切削用量简明手册）n=1000v/dw=405(r/min)按机床选取nc=400r/min,（按机械制造工艺设计简明手册）所以实际切削速度11mm扩孔:f=0.57mm/r（切削用量简明手册）v=0.44m/s=26.4m/min（切削用量简明手册）n=1000v/dw=336(r/min)按机床选取nc=400r/min,（按机械制造工艺设计简明手册）所以实际切削速度由于是加工2个相同的孔，故总时间为T=2(t1+t2)=2(10.8+10.8)=86.4s辅助时间为：tf=0.15tm=0.1586.4=12.96s故单件时间：t=tm+tf=86.4+12.96=99.36s（2）钻6-13mm孔工件材料：灰铸铁加工要求：钻4个直径为13mm的孔 机床：立式钻床Z535型刀具：采用13mm的麻花钻头走刀一次，f=0.25mm/r（切削用量简明手册） v=0.44m/s=26.4m/min（切削用量简明手册）n=1000v/dw=336(r/min)按机床选取nc=400r/min,（按机械制造工艺设计简明手册）所以实际切削速度由于是加工6个相同的孔，故总时间为T=6t=620.4=102.4 s辅助时间为：tf=0.15tm=0.1581.6=12.2s故单件时间：t=tm+tf=81.6+12.2=93.8s（3）钻M10mm孔工件材料：灰铸铁加工要求：攻钻4个公制螺纹M10mm的孔 机床：立式钻床Z535型刀具：10mm的麻花钻10丝锥钻M10的孔f=0.15mm/r（切削用量简明手册） v=0.61m/s=36.6m/min（切削用量简明手册）n=1000v/dw=466(r/min)按机床选取nc=400r/min,（按机械制造工艺简明手册）所以实际切削速度辅助时间为：tf=0.15tm=0.1590=13.5s故单件时间：t=tm+tf=90+13.5=103.5s 攻M10mm孔 v=0.1m/s=6m/minn=238(r/min)按机床选取nc=195r/min,则实际切削速度Vc=4.9(m/min)故机动加工时间：l=19mm, l1=3mm,l2=3mm,t= (l+l1+l2)2/nf4=1.02(min)=61.2s辅助时间为：tf=0.15tm=0.1561.2=9.2s故单件时间：t=tm+tf=61.2+9.2=70.4s故工序8的总时间：T=99.36+93.8+103.5+70.4=367.06s三、夹具的设计为了提高劳动生产率和降低生产成本，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。 粗铣前后端面夹具设计 (一)问题的提出 为了提高劳动生产率和降低生产成本，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本夹具主要用来粗铣减速箱箱体前后端面。由加工本道工序的工序简图可知。粗铣前后端面时，前后端面有尺寸要求，前后端面与工艺孔轴线分别有尺寸要求。以及前后端面均有表面粗糙度要求Rz3.2。本道工序仅是对前后端面进行粗加工。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。（2） 夹具设计1、定位基准的选择： 在进行前后端面粗铣加工工序时，顶面已经精铣，两工艺孔已经加工出。因此工件选用顶面与两工艺孔作为定位基面。选择顶面作为定位基面限制了工件的三个自由度，而两工艺孔作为定位基面，分别限制了工件的一个和两个自由度。即两个工艺孔作为定位基面共限制了工件的三个自由度。即一面两孔定位。工件以一面两孔定位时，夹具上的定位元件是：一面两销。其中一面为支承板，两销为一短圆柱销和一削边销。为了提高加工效率，现决定用两把铣刀对汽车变速箱箱体的前后端面同时进行粗铣加工。同时为了缩短辅助时间准备采用气动夹紧2、定位方案和元件设计本工序选用的定位基准为一面两孔定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销。因此进行定位元件的设计主要是对短圆柱销和短削边销进行设计。由加工工艺孔工序简图可计算出两工艺孔中心距。由于两工艺孔有位置度公差，所以其尺寸公差为:所以两工艺孔的中心距为，而两工艺孔尺寸为。根据机床夹具设计手册削边销与圆柱销的设计计算过程如下：（1）确定两定位销中心距尺寸及其偏差（2）确定圆柱销直径及其公差（基准孔最小直径）取f7 所以圆柱销尺寸通过查表可得到。（3）削边销的宽度b和B（由机床夹具设计手册）（4）削边销与基准孔的最小配合间隙，其中：D基准孔最小直径 h圆柱销与基准孔的配合间隙（5）削边销直径及其公差通过计算可以求得。按定位销一般经济制造精度，其直径公差带为，则削边销的定位圆柱部分定位直径尺寸为15mm。（6） 补偿值计算 3、定位误差分析本夹具选用的定位元件为一面两销定位。其定位误差主要为：（1）移动时基准位移误差：s=0.009+0.027+0.016=0.052mm（2）、转角误差其中：=0.024、 铣削力与夹紧力计算 根据机械加工工艺手册可查得： 切削力的计算公式： 铣削力功率： 查表可得：