蜗轮蜗杆箱体铣削底面专用夹具设计

摘要：机械制造设计运用了“机械制造技术” 、 “金属工艺学”、 “互换性与测量技术”、 “机械加工手册 ”等课程。本次设计注重理论和实践相结合，通过假期生产实习积累地经验与先前所修课程理论知识结合在一起来完成减速箱中箱体的设计，再将设计成果和过程细细地记录下来。本次设计通过分析课程设计存在的问题，然后经过各种途径解决，从中锻炼自己。本次箱体设计的加工工艺方法和装备部分包括机床、夹具、铣、钻、镗、扩、铰等装配和加工方法。零件的工艺性分析包括零件表面粗糙度、零件加工工艺规程设计等。设计结尾附有设计规程卡片。序言机械制造课程设计是在学完了机械制造技术课程后，综合运用以前所学有关机械专业知识，进行零件加工工艺过程设计。其目的在于巩固、加深扩展机械制造技术及其他有关先修课程的理论知识，把理论知识和生产实践相结合，能够独立分析问题、解决问题，以及初步具备中等复杂程度零件工艺规程的能力。本设计包括两个部分内容：第一部分为生产纲领、生产类型、工艺性分析和零件图的审查。第二部分为毛坯的选择，根据图纸具体地阐明了毛坯选择类型以及尺寸。零件加工工艺规程设计是设计的核心部分，具体地列出了设计思路以及整个零件加工工艺过程。它包括定位基准的选择、确定表面的加工方法、确定机械加工余量、工序尺寸及公差、机床设备及工艺设备的选择、确定切削用量与基本工时。第三部分是为了提高生产率而设计的夹具。该部分包括原始资料的分析，定位-加紧分析，夹具精度的分析与计算，夹具总体结构分析与夹具使用说明。设计从还存在许多的不足，恳请老师批评指正。1 零件分析1.1 计算生产纲领，确定生产类型零件是锅轮锅杆减速器箱体零件，箱体是机器的基础零件，其作用是将机器和部件中的轴、套、齿轮等有关零件联成一个整体，并使之保持正确的相对位置，彼此协调工作，以传递动力、改变速度、完成机器或部件的预定功能。要求箱体零件要有足够的刚度和强度，良好的密封性和散热性。因此，箱体零件的加工质量直接影响机器的性能、精度和寿命。蜗轮蜗杆减速机基本结构主要由传动零件蜗轮蜗杆、轴、轴承、箱体及其附件所构成。可分为有三大基本结构部：箱体、蜗轮蜗杆、轴承与轴组合。箱体是蜗轮蜗杆减速机中所有配件的基座，是支承固定轴系部件、保证传动配件正确相对位置并支撑作用在减速机上荷载的重要配件。蜗轮蜗杆主要作用传递两交错轴之间的运动和动力，轴承与轴主要作用是动力传递、运转并提高效率。蜗轮蜗杆减速机部分附件解说如下：油盖/通气器，主要用于排出涡轮蜗杆减速机机箱内的气体；端盖，分为大端盖和小端盖，端盖为固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷，轴承座孔两端用轴承盖封闭；油封；主要使用防止机箱内部的润滑油外泄，提高润滑油的使用时间；放油螺塞，主要用于更换润滑油时排放污油和清洗济；油标盖/油标，主要用于观察涡轮蜗杆减速机机箱内部的油量是否达标；所给任务的零件是某机器上一个减速器上的箱体零件，假定该机器年产量为 5000 台，且每台机器上仅有一件，若取其备品 为 5%，机械加工废品 为 1%，则该零件的年生产纲领为N=Qm(1+5%+1%)=100(1+5%+1%)=5000 件/年由上式可知，该零件的年产量为 5000 件，由零件的特在征可知，它属于机体类小零件，因此可以确定其生产类型为大批量生产1.2 零件的工艺性分析和零件图的审查 零件视图正确，足够表达直观、清楚、绘制符合国家标准，尺寸公差及技术要求的标注齐全、合理 主要加工表面及要求 箱体内内孔直径 40H7 作为基准面 B，端面分布有 4-M7 孔7 级精度、64H6 与基准 B 内孔的同心度为 0.06表面粗糙度均为 Ra1.6m;箱体正视图左视图有内孔 12H6 作为基准 A，内孔粗糙度为1.6 内孔与中心孔的定位误差为 350.05；右侧内孔为 18H6 作为基准面 C，该孔与基准 A 孔的同心度要求为 0.04； 箱体尺寸 52 下底面粗糙度为 3.2，分布有空 4-M4 螺纹孔。箱体顶部为沉头孔 3-7x11,7 级精度，粗糙度 12.5；尺寸 62箱体左侧面，外圆 64 与基准面 C 孔的垂直度为 0.07；1.3 技术要求（1）尺寸精度 轴承支承孔和底面、顶面、D 面、E 面、水平孔端面的尺寸精度和表面粗糙度要求。（2）为满足箱体加工中的定位需要及箱体与机器总装要求，箱体的装配基准面与加工中的定位基准面应有一定的平面度和表面粗糙度要求；各支承孔与装配基准面之间应有一定距离尺寸精度的要求。1.4 零件形状此箱体的外形较简单，有许多加工要求高的孔和平面。而主要加工面面是底面、顶面、D 面、E 面及水平孔端面以及轴孔，轴孔之间有相当高的位置和形状的要求 。现分析结构特点如下：（3）箱体的加工面，为底面、顶面、D 面、E 面及水平孔端面，此外还有精度要求较高的轴承支承孔和精度要求较低的紧固用孔。2.过程工艺分析2.1 选择毛坯：根据零件材料确定毛坯材料，由于箱体是蜗轮蜗杆减速器上的关键零件，需要结构比较硬，故材料选为 HT200，已知零件的生产纲领为 5000 件/年，通过计算，由参考文献（ 5）表 22，23 可知，其生产类型为大批生产。毛坯的类型为铸造。由于 HT200 的经济性比较高，由简明机械加工手册知毛坯的精度应该选 IT12 级。查机械加工工艺与夹具及相关机械设计手册确定个加工表面的加工余量如下表所示：加工表面 基本尺寸 加工余量 说明数值内孔表面 18 4mm 镗削加工内孔表面 12H6 4mm 镗削加工零件图2.2 定位基准的选择：粗基准的选择：为了保证尺寸 62 端面的内孔40、64 与位于垂直面的内孔 12、18有较好的垂度度以及中心定位尺寸 350.05，所以需要选取尺寸 62 左右侧面作为粗基准进行铣削，而后精加工底面后，选取共同定位基准底面。最后以底面和尺寸 62 一侧面作为精加工校正基准。（工厂） 机械工艺过程卡 产品型号 零件图号车床尾架套筒产品名称 零件名称端盖共 1 页 第 1 页材料牌号 HT200 毛坯种类铸造 毛坯外型尺寸每毛坯可制件数1 每台件数备注工序号工序名称工序内容 车间 工段 设备 工艺装备 工时 /min准终 单件1 铸造 木型铸造及清理 铸造车间2 热处理时效3 划线 划线备铣削（照顾各面余量均匀）金工车间大理石平板划针，米尺，划针架，冲钻，榔头4 1.556 精铣台虎钳上活，按线校正1.铣削尺寸 62 左右侧面至尺寸2.铣削尺寸 39 右侧面至尺寸专用夹具上活，校正1.铣削箱体下底面至要求金工小件立式铣床端面铣刀，百分表，千分尺，台虎钳，专用夹具7 划线 划线备镗床（注意照顾各面余量均匀）金工车间大理石平板划针，米尺，划针架，冲钻，榔头3.确定各表面的加工方法，拟定加工工艺路线8 3.910 精镗底面定位，按线校正1.镗内孔64H6 至要求2.镗内孔40H7 至要求，点白眼 4-M7 至53.镗内孔18H6 至要求，点 4-M4 白眼4.镗内孔12H6 至要求金工大件坐标镗床千分表，千分尺，塞尺，压板，螺栓组件，内孔镗刀，端面铣刀11 划线 备钻、钳金工车间大理石平板划针，米尺，划针架，冲钻，榔头121311 检验 按图样检查各尺寸及精度12 入库 油封、入库描图描校底图号 设计（日期）（日期）审核（日期）会签（日期）标准化（日期）会签（日期）装订号 标记 处数 更改文件号签字 日期 标记 处数 更改文件号签字 日期箱体要求加工的表面不多。在这些加工表面中，平面加工精度比孔的加工精度容易保证，于是，箱体轴孔（主要孔）的加工精度、孔系加工精度就成为工艺关键问题。因此，在工艺路线的安排中应注意三个问题：3.1 工件的时效处理箱体结构不太复杂壁厚不均匀，铸造内应力较大。由于内应力会引起变形，因此铸造后应安排人工时效处理以消除内应力减少变形。一般精度要求的箱体，可利用粗、精加工工序之间的自然停放和运输时间，得到自然时效的效果。但自然时效需要的时间较长，否则会影响箱体精度的稳定性。对于特别精密的箱体，在粗加工和精加工工序间还应安排一次人工时效，迅速充分地消除内应力，提高精度的稳定性。3.2 排加工工艺的顺序时应先面后孔由于平面面积较大定位稳定可靠，有利与简化夹具结构检少安装变形。从加工难度来看，平面比孔加工容易。先加工平面，把铸件表面的凹凸不平和夹砂等缺陷切除，在加工分布在平面上的孔时，对便于孔的加工和保证孔的加工精度都是有利的。因此，一般均应先加工平面。3.3 粗、精加工阶段要分开箱体均为铸件，加工余量较大，而在粗加工中切除的金属较多，因而夹紧力、切削力都较大，切削热也较多。加之粗加工后，工件内应力重新分布也会引起工件变形，因此，对加工精度影响较大。为此，把粗精加工分开进行，有利于把已加工后由于各种原因引起的工件变形充分暴露出来，然后在精加工中将其消除。（1）工艺路线方案一：工序 1.铸造及清理工序 2.热处理：时效工序 3.划线：备铣削（照顾各面余量均匀）工序 4.1.铣削尺寸 62 左右侧面放余量 2-323.铣削箱体下底面至要求工序 8. 划线：备镗床（注意照顾各面余量均匀）工序 9.镗内孔64H6 放余量 2-3镗内孔40H7 放余量 2-3镗内孔18H6 放余量 2-3镗内孔 12H6 放余量 2-3工序 10.1.镗内孔64H6 放余量 1-1.52.镗内孔40H7 放余量 1-1.53.镗内孔18H6 放余量 1-1.54.镗内孔12H6 放余量 1-1.5工序 11.1.镗内孔64H6 至要求2.镗内孔40H7 至要求，点白眼 4-M7 至53.镗内孔18H6 至要求，点 4-M4 白眼4.镗内孔12H6 至要求工序 12.划线：备钻、钳工序 13.钻刮 3-7x11 沉孔深 5工序 14.钻攻 4-M7,4-M4工序 15.按图样检查各尺寸及精度工序 16.油封、入库工艺路线方案二：工序 1.铸造及清理工序 2.热处理：时效工序 3.划线：备铣削（照顾各面余量均匀）工序 4.1.铣削尺寸 62 左右侧面放余量 2-32.铣削尺寸 39 右侧面放余量 2-3工序 5.1.铣削尺寸 62 左右侧面至尺寸2.铣削尺寸 39 右侧面至尺寸3.铣削箱体下底面至要求工序 6. 划线：备镗床（注意照顾各面余量均匀）工序 7.镗内孔64H6 放余量 2-3镗内孔40H7 放余量 2-3镗内孔18H6 放余量 2-3镗内孔 12H6 放余量 2-3工序 8.1.镗内孔64H6 至要求2.镗内孔40H7 至要求3.镗内孔18H6 至要求4.镗内孔12H6 至要求工序 13.油封、入库方案对比：上述两个工艺方案的特点在于：方案二去除了再精镗后在端面点出关于 4-M7,4-M4 白眼的工序，虽然简化了工艺但是不利于，孔的加工定位精度的保证。划线的精度在0.50 左右，这样的定位精度在箱体类零件加工中不合适；方案二去除了再粗加工后进行人工时效的处理方式，这样不利于消除粗加工后遗留的的残余内应力。方案二简化了工序对铣削和镗削过程中的半精加工进行了减除，虽然简化了工艺但是这样粗加工后过多的余量直接进行精加工镗削一次性加工不利于保证整体的内孔精度。4.夹具设计4.1 夹具的作用及设计条件机械制造业中广泛采用的能迅速把工件固定在准确位置上或同时能够确定加工工具位置的一种辅助装置，这种装备统称为夹具。在金属切削机床上采用的夹具统称为机床夹具。夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响机械加工的质量、工人劳动强度、生产率和成本。一、夹具在现代机械加工中应用得相当广泛，它能够起到下列作用：保证稳定可靠地达到各项加工精度要求缩短加工工时，提高劳动生产率降低生产成本减轻工人劳动强度可由较低技术等级的工人进行操作能够扩大机床工艺范围二、 机床夹具作用实现必须满足三个条件： 夹具在机床上的准确装夹； 工件在夹具中占有正确的加工位置； 刀具相对于工件有准确的位置。4.2 定位基准的选择在选择定位基准时主要要注意以下几点：定位基准必须与工艺基准重合，并尽量与设计基准重合，以减小定位误差，获得最大加工允差，降低夹具制造精度。当定位基准和工艺基准或设计基准不重合时，需进行必要的加工尺寸及其允差的计算。应该选择工件上最大的平面，最长的圆柱面或圆柱轴线为定位基准，以提高定位精度，并使定位稳定、可靠。在选择定位元件时，要防止出现过定位现象。在工件各加工工序中，力求采用同一基准，以避免因基准更换而降低工件各表面相互位置的准确度。当铸、锻件以毛坯面作为第一道工序的基准时，应选用比较光整的表面作基准面，避开冒口、浇口或分型面等凸起不平整的部位。4.3 定位误差的分析此次零件夹具采用里面内孔 64 及其端面进行轴向定位，对圆周方向采用对内孔 18 端面进行定位，另一侧进行压紧固定的定位模式。误差计算如下：削边销的宽度取： mm， b=4mm，B=D-2=12-2=10mm12D削边销与基准孔的最小配合间隙： mb0167.125.42min 削边销的最大直径： 983.1067.12in2Dd位置度的误差为： 04.25.mi)(1 dYW转角误差为： =0.00001mmLDdDtg21in2min14.4 工件自由度的限制此次镗 64H6、40H7 孔的加工需限制工件的六个自由度，也就是完全定位，所以选择“一面两销”的定位方式，其夹具的定位误差为工件公差的三分之一左右。4.5 确定夹紧方式由于是大批量生产，为了减轻工人的劳动强度，减少生产成本，实现可靠装夹，采用螺母夹紧装置实现工件的加紧。4.6 夹紧力的计算镗削力、镗削功率计算：Fz = (CF ap xF af yF aw uF z/d0 qF nwF) kFz查表 9.4-10 CF、xF、yF、uF、wF、qF 的值式中系数 k0123456k基本安全系数，一般取 1.3。加工状态系数，精加工取 1.0。1k刀具钝化系数，精镗铸铁取 1.05。2切削特点系数，连续取 1.0。3k考虑夹紧动力稳定性系数，机动夹紧取 1.0。4考虑机动夹紧时手柄位置的系数，取 1.0。5k仅有力矩企图使工件回转时，才应考虑支撑面接6触情况的系数，工件是安装在支撑钉上取 1.0。夹紧元件与工件间的摩擦系数取 0.3。1f工件于夹具支撑面间的摩擦系数取 0.25。2因为镗削过程中轴向力相互抵消，所以对夹紧力要求不高，螺母夹紧可以保证精度4.7 夹具结构4.8 本夹具的主要零部件有：中心定位轴、夹具底座、左侧定位板、右侧顶紧座、对刀块、内六角螺钉 M10、M6 若干、M30 螺母、M30 垫片4.8.1 各个零部件作用：1. 中心定位轴：主要负责对箱体内孔 64 及其端面进行定位，穿过箱体蝸轮所在位置内孔，穿出后露出的螺纹段与外部的螺纹及其配套垫片进行连接从而在轴向锁紧整个工件。2. 夹具底座：底座主要负责支撑及承载各个零部件的安装任务，后侧筋板是为了支撑主垂直板，起到加固加强的作用。周边的 U 形槽是作为固定于机床台面的定位孔。正面布置的各个螺孔分别是为了固定左侧定位板，中部六个均布孔是为了固定中心定位轴。右侧孔分别是为了固定顶紧座及对刀块。3. 左侧定位板：该定位板至为了限制工件在径向受到铣削力可能产生的径向力，从而进行定位。底部两个沉头螺孔是为了对齐进行定位。4. 右侧顶紧座：该顶紧座可以配合螺钉 M10 以及左侧定位板对工件进行径向的定位，底部两沉头螺孔可以固定在底座垂直定位板处。5. 对刀块：直角面是为对刀进行设置，可以在铣削前将立铣刀的底面及其侧面母线与对刀块进行对齐校正确定初始铣削位置。底部两个沉头螺孔是为了对该对刀块进行固定。6. 销套：销套安装于分度盘上，外圆与分度盘内孔为过紧配合，长时间工作时可以保护分度盘孔不受损，同时也易于更换，减小成本7. 螺母：M30 螺母固定在中心定位轴处，主要通过螺纹