反向齿轮器箱体零件加工工艺规程及相关夹具设计

课程设计说明书设计题目：反向齿轮器箱体零件加工工艺规程及相关夹具设计第一部分：加工工艺规程设计一 反向齿轮箱的用途该反向齿轮箱用途非常广泛。常用于加速减速，就是常说的变速齿轮箱；改变传动方向，例如我们用两个扇形齿轮可以将力垂直传递到另一个转动轴；改变转动力矩，同等功率条件下，速度转的越快的齿轮，轴所受的力矩越小，反之越大；离合功能，我们可以通过分开两个原本啮合的齿轮，达到把发动机与负载分开的目的，比如刹车离合器等；分配动力，例如我们可以用一台发动机，通过齿轮箱主轴带动多个从轴，从而实现一台发动机带动多个负载的功能。二 反向齿轮箱的技术要求按表 1 的形式将反向齿轮器的主要技术要求列于表 1 中。表 1 反向齿轮箱零件技术要求表加工表面 尺寸及偏差mm表面粗糙度 Raum形位公差mm上盖接合面 200 1.6 0.05后侧面 130 6.3上盖接合面 12mm孔12 6.316mm 沉头孔 16 6.3吊耳上凸台面 6.3左右端面 6.347mm 轴承孔 47 -0.008+0.018a(+0.02)1.6 0.01A-B35mm 轴承孔 35 -0.008+0.018 1.6 0.01A-B后侧面 12mm 孔 12 0+0.019 1.635mm 吊耳孔 35 0+0.027 3.2 0.05C该反向齿轮箱形状复杂、结构简单，属于典型的箱体零件。为了实现改变方向、力矩等功能，其轴承孔与轴承有很高的配合要求，因此尺寸加工精度要求较高，而且要求较高的同轴度。上盖结合面作为设计基准和定位基准，要求较高的平面度。为了保证齿轮箱有较高的装配精度，上盖面采用销定位。吊耳孔虽然尺寸精度要求不高，但要求对上盖面有很好的平行度。综上所述，该反向齿轮箱的各项技术要求比较合理，符合零件在实际工作中的功用。三 审查反向齿轮箱的工艺性分析零件图可知，齿轮箱的上盖接合面和后侧面均要求铣削加工，上盖接合面的四角伸出端与左右端面相接，这样既减少了加工面积，又减少了材料的使用，同时还提高了接触刚度；加工 47mm 轴承孔和35mm 轴承孔时，由于孔径较大，要选择镗刀进行加工，为了满足两孔的同轴度，可以用在一个工位里完成它们的加工；该齿轮箱是单件小批量的生产，要求工序尽可能的集中，因此多选用在加工中心上完成，以提高生产效率。由此可见，该零件的工艺性较好。四 选择毛坯由于该反向齿轮箱在工作过程中不会受到很大的冲击载荷，对齿轮箱的强度的冲击韧性要求不是很高所以毛坯可以选用铸件。由于是单件小批量生产，可以选用灰铸铁材料，用金属模砂型机械铸造的方法得到毛坯。五 定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。1. 精基准的选择根据该箱体零件的技术要求和装配要求，选择上盖结合面和后侧面作为精基准进行加工，然而这两个平面是需要加工的表面，因此首先要加工这两个面。选择上盖接合面和后侧面作精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，即遵循了“基准统一”的原则。由于上盖接合面和后侧面又是作为设计是选用的基准，因此选用它们作为基准又遵循了“基准重合”的原则。选用上盖结合面作基准时，采用一面两孔的方式定位，夹紧稳定可靠。2. 粗基准的选择作为粗基准的表面应平整和光洁，不能有飞边、浇口、毛刺、冒口及其他的缺陷。本箱体零件选用下底面作为粗基准。以下底面作为粗基准加工上盖接合面和后侧面，可以为后续工序准备好精基准。六 工序的分散与集中本零件是单件小批量生产，可以选择工序集中原则来安排齿轮箱的加工工序。这样就可在工件的一次装夹中，加工好工件的多个平面。因此可以较好地保证这些表面之间的相互位置精度，同时可以减少装夹的次数和辅助时间，并减少工件在机床之间的搬运次数和工作量，有利于缩短生产周期。选用工序集中原则，还可以减少机床和夹具的数量，并相应地减少操作工人，节省车间面积，简化生产计划和生产组织管理工作。七 加工顺序的安排1. 机械加工顺序（1） 遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准上盖接合面和后侧面。（2） 遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，再安排精加工工序。（3） 遵循“先主后次”原则，先加工主要表面上盖接合面和后侧面，后加工次要表面左右端面和四角端面。（4） 遵循“先面后孔”原则，先铣削上盖接合面，再钻接合面上的孔，先铣削吊耳凸台面，再钻孔。2.热处理工序先对铸件毛坯进行正火处理，以提高其金属性能。2. 辅助工序在热处理之后、粗加工之前对铸件涂底漆，以防止工件生锈；精加工之后，安排去毛刺、清洗和终检工序。八 机床的选用及工艺设备选用在单件小批量生产前提下，为了满足工序集中的原则，可以选用高效专用设备和组合机床，该零件多选用加工中心完成加工过程，其中就有四轴联动的加工中心。在加工的初始阶段选用了通用的立式铣床，这些要提出机床特征并注明机床的型号。工艺设备主要包括刀具、夹具和量具。在工艺卡片上写出它们的名称，如钻头、千分尺、塞规和铣床夹具等。该零件的加工采用专用夹具。九 确定加工方案在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表 2 列出了反向齿轮箱的工艺路线。表 2 反向齿轮箱工艺路线、设备及工装的选用加工表面 表面粗糙度 Ra/um 加工方案上盖结合面 1.6 粗铣-半精铣-精铣前端面 6.3 粗铣吊耳上凸台面 6.3 粗铣左右侧面 6.3 粗铣上盖接合面 12mm 孔 6.3 钻16mm 沉头孔 6.3 锪47mm 轴承孔 1.6 粗镗-半精镗-精镗35mm 轴承孔 1.6 粗镗-半精镗-精镗前端面 12mm 孔 1.6 扩铰35mm 吊耳孔 3.2 粗镗-精镗十 确定加工路线在综合考虑上述工作结果和工序顺序安排原则的基础上，将反向齿轮器箱体零件的工艺路线填入机械加工工艺卡片中。卡片见附页。第二部分：三号夹具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，经过与老师协商，决定设计三号夹具。该工序要加工两个不同尺寸的轴承孔，且轴承孔有同轴度要求，故在设计夹具是考虑利用转位工作台进行。另外还要加工吊耳孔，其与上盖结合面有平行度要求，最后加工前端面上的孔。一、定位方式和定位元件的选择完成该箱体的加工一共需要三个不同的夹具，根据工艺规程设计，三号夹具用在以上盖结合面为定位面加工左右两端面的轴承孔，吊耳孔和前端面上的孔。由于上盖结合面已经精加工，且是设计基准，故根据“基准重合”原则可以设为精基准，利用上盖结合面上有 4 个孔中的两个孔，采用一面两销定位方式进行加工。一面两孔组合定位常用于加工箱体、杠杆、盖板等零件，易做到基准统一，保证工件的位置精度，又有利于夹具的设计与制造。工件的定位平面一般是加工过的精基面，两孔可以是工件结构上原有的，也可以是为定位需要而专门设置的工艺孔。一面两孔定位时相应的定位元件是一面两销，两定位销可以有以下两种：(1)两个圆柱销（图 1） ；(2)一个圆柱销和一个削边销（图 2） 。图 1 两个圆柱销 图 2 一个圆柱销和一个切边销 图 1 这种定位是过定位，沿连心线方向的自由度被重复限制了，只能用于加工要求不高的场合，使用较少。三号夹具采用图 2 的定位方式。工件以平面作主要定位基准，用支承板限制工件的三个自由度；其中一孔用定位销定心定位，限制工件的两个自由度；另一孔用菱形销定位，仅消除工件的一个转动自由度，如图 3 所示。菱形销作为防转支承，其轴长方向应与两销的中心连线相垂直，并应正确选择菱形销直径的基本尺寸和经削边后圆柱部分的宽度，以保证仅限制一个转动自由度的功能。图 3 限制的自由度二 定位误差分析左端：圆柱销与加工零件孔之间的配合为间隙配合，选用 H8/f7。故孔径 120+0.022mm，公差为 TD1=0.022mm；圆柱销销径 12-0.034-0.016 mm 公差为 Td1=0.018mm；最小间隙为 1=0.016mm。 右端：菱形销与加工零件孔之间的配合为间隙配合，选择 H8/f7。故孔径公差为 TD2=0.022mm；菱形销销径公差为 Td2=0.018mm；最小间隙为 2=0.016mm。 分析：先单独分析左端圆销 1 的定位情况。销与孔之间的最大间隙为：1 1 TD1 Td1 。1 将使一批工件安装时孔的中心偏离销的中心。其中偏心位移误差范围，是以 1 为直径的圆，圆心即为销的中心 O1（如图 b 中所示） 。再分析削边销 2 定位情况：由于削边销不限制 X 的移动自由度，而限制 Z 的转动自由度，所以孔 2 与削边销 2 的中心偏移范围为： (a)o1 o212Lee23(b)d1maxDinT1d1 在 X 方向： x 1 1 TD1 Td1 = 0.056mm在 Y 方向： y 2 2 TD2 Td2 = 0.056mm 综合误差：孔 1、2 的中心偏移误差组合起来，将引起工件的两种定位误差：(1) 纵向定位误差：即在两孔联心线方向的最大可能移动量（ x ） 。x 1 1 TD1 Td1 = 0.056mm （相当于第一孔定位误差）(2) 角度定位误差：即工件绕 O1 和 O2 的最大偏转角 。 角度定位误差：=0.000318分析：由上式看出，欲减小，可以从两方面着手：（i）提高孔与销的加工精度，减小配合间隙；（ii）增大孔间距。故在选择定位基准时，应尽可能选距离较远的两孔；若工件上无合适的两孔而需另设工艺孔时，两工艺孔也应布置在具有最大距离的适当部位。 若采用以上两种措施还不能满足要求，应采用单边靠。此时，角度误差为：2ey1 2ey(c)一 面 两 孔 定 位 时 的 定 位 误 差 计 算o1LTDdTtgy2)()()( 211212为了保证工件的加工精度，必须使上述所有误差因素对工件加工的综合影响，控制在工件所允许的公差（T 公差）范围之内，即： 制造 安装 加工 T 工件上式即为保证规定加工精度实现的条件，也称为用夹具安装加工时的误差计算不等式。为使 T 工件做到合理地分配给以上机械加工中产生误差的各个环节，通常在夹具设计时，夹具上定位元件之间，定位元件与引导元件之间，以及其他相关尺寸和相互位置的公差，一般取工件上相应公差的1/51/2，最常用的是 1/31/2，因粗加工的 T 工件大，此时，夹具上相应公差取小的比例。三 工件夹紧装置由螺钉、螺母、螺栓或螺杆等带有螺旋结构的元件与垫圈、压板或压块等组成的夹紧机构称为螺旋夹紧机构。目前夹具上用得最多的一种。三号夹具采用螺旋压板夹紧装置。图 5 螺旋压板夹紧装置 L1:原始力 Q 离支点的距离 L2:夹紧力 W 离支点的距离 支承在中间，工件在左端，螺旋压紧的原始作用力位于压板右端 对支承取短，通常夹紧力：Ltgy2|1QLw21其中 效率=0.95对于夹紧力作用点及作用力方向的选择，夹紧力应落在工件刚性较好的部件上。如图 6 所示：图 6 夹紧力作用点及作用力方向螺旋夹紧机构的特点：夹紧力大 W（60120)Q，自锁性能好，工作安全可靠。但夹紧行程大，操作费力费时，难以实