蜗轮蜗杆箱体双工位夹具及加工工艺设计.doc

目录1 前 言12 零件的分析22.1概述22.2 零件技术要求22.3零件的工艺分析22.4 绘制毛坯图33 工艺规程设计43.1 选择定位基准43.2 确定工序顺序43.3确定加工方法53.4 拟定工艺路线54 计算切削用量及时间额定64.1 工序六64. 2工序七84.3工序八94. 4工序九104.5工序十104.6 检验115夹具设计125.1 定位方案分析125.2定位误差分析，判断定位方案是否合理125.2.1选用定位元件125.2.2确定夹紧方案夹紧力的确定125.3夹具结构设计176 结 论197 致 谢208参考文献211 前 言本次课程设计是我们学院对机械设计制造技术基础这一课程所学知识与能力的综合训练，亦是一次全面针对我们自身所学知识的检查。本次课程设计内容主要有零件的分析、工艺规程设计、计算切削用量及时间额定、夹具设计，为此，我们组运用了械设计制造技术基础、机械制图、机械设计课程手册、机械制造技术基础课程设计指导教程等理论知识。另外本次课程设计我们按照以下几个阶段开始的,它们分别为：准备阶段：通过查阅相关资料，收集有关蜗轮变速箱加工以及夹具设计的相关资料，同时了解其加工的工艺规程和所涉及的理论知识，通过现有的理论知识水平对该设计有一个基本的认识，为达到预期的目的奠定坚实的基础。设计阶段：该阶段主要是对所搜集的技术资料进行整理，画出零件工作草图，根据零件的作用正确的选择毛坯原材，根据零件的精度要求正确的选择机床，并根据实际情况完善机械加工工序卡片。在此过程中，我们组认真查寻资料，做到设计的每一步都有理有据，确凿可信。在满足技术要求的前提下，努力做到省料、省钱、易加工。作图阶段：该阶段是对前两个价段的具体展现，在绘图中我们严格按照国家标准，力求作图精准，对于非标准件，我们也尽量考虑实际加工的难易程度，以此满足设计需要。优化阶段：该阶段我们按照中华人民共和国的国家标准对所设计的零件图和绘制的装配图进行严格的校对，对出现的不合理之处进行校正和优化，符合机械制图标准，有据可查。2 零件的分析2.1概述 蜗轮蜗杆变速箱通过固定涡轮和蜗杆，并且支撑二者运动，完成减速的作用2.2 零件技术要求该蜗轮蜗杆的主要技术要求为：、固定蜗杆的圆两端同轴度公差为0.030mm；对输出轴孔的垂直度公差为0.04mm。箱体两端面采用T12精度，再加工过程中难以加工，所以设计专门的铣床夹具。2.3零件的工艺分析 根据零件图2.3所示，此蜗轮蜗杆的主要加工表面为两端面和内孔表面，主要的技术要求为：表面粗糙度要求，尺寸精度要求，位置精度要求。具体分析如下： 1、的内孔。的两端同轴度误差为0.030mm。 表面粗糙度Ra=3.2um，基本尺寸为32,相对于基准A轴心线的垂直度公差为0.04mm 2、mm的内孔。 此内孔为输出轴工作表面，粗糙度要求为Ra=3.2um，基本尺寸为32mm。 3、mm的外圆与基准A的同轴度为0.02mm4、82mm两端面尺寸公差为T12. 5、33mm内孔端面表面粗糙度为Ra=3.2um，图2.32.4 绘制毛坯图零件材料为HT200，因为蜗轮蜗杆变速箱在工作时主要起支撑的作用，考虑到机器工作的连续性要求及零件的粗糙度、尺寸精度要求较高，所以选用HT200作为毛坯。根据图2.3所示，毛坯的大致外形尺寸如图2.4所示。图2.43 工艺规程设计3.1 选择定位基准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，加工工艺过程中会问题百出，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，尽可能选择不加工或者少加工的表面为粗基准。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。（2）精基准的选择。精基准的选择是相对于粗基准而言的，以加工好的面作为基准加工其余表面。3.2 确定工序顺序工序一：铸造毛坯零件工序二：冷作清沙。工序三：热处理工序四：时效处理工序五：未加工表面涂漆工序六：出车80端面和斜面；粗车70内孔和72内孔工序七：粗车82端面；45端面和外圆面工序八：粗车33的倒角C2工序九：铣尺寸82两侧面工序十：铣12端面工序十一：钻、扩、铰32的孔工序十二：钻5孔，共M6螺纹工序十三: 钻8的孔工序十四： 钻6.5孔工序十五： 铣11.6孔工序十六： 去毛刺工序十七：检验至图纸要求入库3.3确定加工方法由于轴承套的加工质量要求较高，为保证加工质量，本工件的加工阶段划分为：粗加工、半精加工、精加工三个阶段。有部分加工精度和表面质量要求特别高的，则要光整加工和超精密加工阶段。1、粗加工阶段：主要任务是切除毛坯大部分余量，使毛坯接近成品的形状尺寸。2、半精加工阶段：主要任务是留下精加工余量后使主要表面达到一定的精度，为精加工做好准备并完成一些次要表面的加工。3、精加工阶段：主要任务是保证各主要表面达到规定的精度和粗糙度。3.4 拟定工艺路线1、基准先行：车端面，调头车另一端面，钻中心孔钻中心孔确定工件的中心线，加工零件时以工件的中心线为基准。2、先粗后精：先粗车80，确保用三爪卡盘卡紧时不会过大的摇晃，减低工件误差。然后依次粗车、精车其余外圆表面，以便逐步提高加工精度和降低表面粗糙度。3、先主后次：先加工主要表面，后加工次要表面。次要表面常穿插进行加工，一般安排在主要表面达到一定精度之后、最终精加工之前。4、 先面后孔：先加工所有外圆表面，再加工其余内孔4 计算切削用量及时间额定4.1 工序六工步一：粗车80端面和斜面1、加工条件： 工件材料：HT200 加工要求：将毛坯尺寸加工至工序尺寸 加工设备：CA6140卧式车床刀具：刀片材料为硬质合金YG6 2、选择切削用量进给量：根据表5-2 硬质合金车刀常用切削速度和加工条件以及工件直径为80mm，得f=0.71mm/r。按CA6140车床说明书取f=1mm/r切削速度：根据表5-2 硬质合金车刀常用切削速度和加工条件可得v=60m/min背吃刀量：单边余量为3.2mm，所以选择ap=3.2mm，分一次切除3、确定主轴转速根据表4-2取n=250r/min. 确定加工工时：工步二：粗车70内孔1、加工条件： 工件材料：HT200 加工要求：将毛坯尺寸加工至工序尺寸 加工设备：CA6140卧式车床刀具：刀片材料为硬质合金YG62、选择切削用量： 进给量：根据表5-2 硬质合金车刀常用切削速度和加工条件以及工件直径为70mm，得f=0.71mm/r。按CA6140车床说明书取f=1mm/r。背吃刀量：外圆单边余量为3.2mm，所以取ap=3.2mm可一次切除。切削速度：根据表5-2 硬质合金车刀常用切削速度和加工条件可得v=60m/min3、确定主轴转速：r/min根据表4-2取n=320r/min。4、确定加工工时：工步三：粗车72内孔1、加工条件： 工件材料：HT200 加工要求：将毛坯尺寸加工至工序尺寸 加工设备：CA6140卧式车床刀具：刀片材料为硬质合金YG62、选择切削用量：进给量：根据表5-2 硬质合金车刀常用切削速度和加工条件以及工件直径为70mm，得f=0.71mm/r。按CA6140车床说明书取f=1mm/r。背吃刀量：外圆单边余量为3.2mm，所以取ap=3.2mm可一次切除。切削速度：根据表5-2 硬质合金车刀常用切削速度和加工条件可得v=60m/min。3、确定主轴转速：r/min根据表4-2取n=320r/min.4、确定加工工时:工步四：粗车72端面1、加工条件： 工件材料：HT200 加工要求：将毛坯尺寸加工至工序尺寸 加工设备：CA6140卧式车床 刀具：刀片材料为硬质合金YG62、选择切削用量：进给量：根据表5-2 硬质合金车刀常用切削速度和加工条件以及工件直径为70mm，得f=0.71mm/r。按CA6140车床说明书取f=1mm/r。背吃刀量：外圆单边余量为3.2mm，所以取ap=3.2mm可一次切除。切削速度：根据表5-2 硬质合金车刀常用切削速度和加工条件可得v=60m/min。3、确定主轴转速：r/min根据表4-2取n=320r/min。4、确定加工工时：4. 2工序七工步一：粗车45外圆面1、加工条件： 工件材料：HT200 加工要求：车毛坯右端面至工序尺寸 加工设备：CA6140卧式车床刀具：刀片材料为硬质合金YG62、选择切削用量：背吃刀量：外圆单边余量为3.2mm，所以取ap=3.2mm可一次切除。进给量：根据表5-2 硬质合金车刀常用切削速度和加工条件以及工件直径为45mm，得f=0.71mm/r。按CA6140车床说明书取f=1mm/r。切削速度：根据表5-2 硬质合金车刀常用切削速度和加工条件可得v=60m/min。3、确定主轴转速：根据表4-2取n=450r/min。4、确定加工工时工步二：粗车82端面1、加工条件：工件材料：HT200加工要求：车毛坯右端面至工序尺寸加工设备：CA6140卧式车床刀具：刀片材料为硬质合金YG6 2、选择切削用量进给量：根据表5-2 硬质合金车刀常用切削速度和加工条件以及工件直径为82mm，得f=0.71mm/r。按CA6140车床说明书取f=1mm/r。切削速度：根据表5-2 硬质合金车刀常用切削速度和加工条件可得v=60m/min。背吃刀量：外圆单边余量为3.2mm，所以取ap=3.2mm可一次切除。3、确定主轴转速根据表4-2取n=450r/min。4、确定加工工时4.3工序八工步一：粗铣尺寸82两端面1、加工条件： 工件材料：HT200。 加工要求：将毛坯尺寸加工至工序尺寸 加工设备：CA6140卧式车床刀具：刀片材料为硬质合金YG6。2、选择切削用量：背吃刀量：端面单边余量为3.2mm，所以取ap=3.2mm可一次切除。进给量：根据表5-8 硬质合金立铣刀铣削平面和凸台的进给量和加工条件以及工件尺寸为82mm，得fmz=100mm/s。切削速度： 根据表5-13 硬质合金面铣刀铣削灰铸铁的铣削速度和加工条件得v=60m/min3、确定主轴转速：根据表4-2取n=560r/min。4、确定加工工时：4. 4工序九1、加工条件： 工件材料：HT200 加工要求：将毛坯尺寸加工至工序尺寸 加工设备：CA6140卧式车床 刀具：刀片材料为硬质合金YG62、选择切削用量背吃刀量：端面单边余量为3.2mm，所以取ap=3.2mm可一次切除。进给量：根据表5-8 硬质合金立铣刀铣削平面和凸台的进给量和加工条件以及工件尺寸为82mm，得fmz=100mm/s。切削速度： Vf=fzzn=58r/min根据表5-13 硬质合金面铣刀铣削灰铸铁的铣削速度和加工条件得v=60m/min3、确定主轴转速：根据表4-2取n=560r/min。4、确定加工工时：4.5工序十 工步一：钻31的孔1、查 表 3-4 选用莫氏锥柄麻花钻 L1=185 L=334莫氏锥柄号42、确定钻孔深度为85mm3、确定切削用量背吃刀量：外圆单边余量为1mm，范围ap=0.32mm，取ap=3.2mm可一次切除。进给量：根据表5-2 硬质合金车刀常用切削速度，和加工条件以及工件直径为36mm，得f=0.30.5mm/r。按CA6140车床说明书取f=0.4mm/r。切削速度：根据表5-2 硬质合金车刀常用切削速度，和加工条件可得v=6773m/min,取v=70m/min4、确定主轴转速：，据CA6140车床说明书取n=710r/min.所以实际切削速度为： 确定加工工时4.6 检验用测量工具游标卡尺，千分尺等测量工具对已加工工件进行检测，合格工件要满足粗糙度 倒角等尺寸要求。5夹具设计5.1 定位方案分析设计夹具时应考虑提高劳动生产率和夹紧等的辅助时间，本零件是大批生产，但零件本体尺寸较小，零件的自由度完全限定，因此可采用手动夹紧机构。5.2定位误差分析，判断定位方案是否合理 5.2.1选用定位元件由以上分析可知轴承套的零件尺寸，形状和位置、表面粗糙度等精度的总体要求，工序图，得出夹具所在工序的零件的工序基准、工序尺寸、已加工表面、待加工表面、以及本工序的定位、加紧原理方案。这是夹具的依据。按照六点定位原理可知该长芯轴限制工件的X、Y方向的移动，X、Y方向转动，端面限制Z方向的转动，最后用螺母固定Z方向的移动，实现完全定位。定位轴如图5.2.1所示：图5.2.1 5.2.2确定夹紧方案夹紧力的确定1、夹紧力的方向： 夹紧力的方向应有利于定位稳定且主要加紧力应处置主要定位基面、应与工件刚度高的方向一致以利于减少工件的变形、应尽可能与切削力、重力方向一致有利于减少夹紧力，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。2、夹紧力的作用点 夹紧力的作用点应正对定位元件或位于定位元件所形成的支撑面内、夹紧力的作用点应位于工件刚度高的部位、夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面使加稳固可靠。以确保工件定位准确、不变形。3、选择加紧机构 选用平垫圈配螺母做压紧机构。查机械设计制造技术基础课程设计指导教程表10-9得：六角厚螺母数据 图5.2.2 a）六角厚螺母 六角厚螺母螺纹规格D M16 Max 17.3 Min 16 min 22.5 e min 26.17 max min 25 24.16 min 19.33S Max min 24 23.16 表10-9图5.2.2 b) 平垫圈公称规格（螺纹大径d）内径外径厚度h公称（min）max公称（min）max 公称maxmin141517.273029.4833.32.74、夹紧力的计算：查机械制造技术基础课程设计指导教程表10-1常见的夹紧形式及加紧机构的夹紧力的计算公式得：或取其中最大值（其中K取2。f1，f2查表10-2）5、切削力的计算：查机械制造技术基础表2-2得：切削力中系数指数:背向力中系数指数：进给力中系数指数：两平面的切削用量：主切削力：切深抗力：进给力、轴向力：切削力:夹紧力：;取中较大值1109.99777N 5、夹紧装置如图5.2.3图5.2.36、选择对刀装置 刀具的导向是保证面的平面度精度，增加铣刀的支撑以提高其刚度，减少刀具的变形，确保平面加工的精度，如图5.2.4。图5.2.47、与机床的对定采用定位块与机床对定定位块如图5.2.5。图5.2.55.3夹具结构设计把工件视为透明体，画出轮廓，画出定位面、加紧面和加工面，无关表面可以省略。画出夹具体，在夹具上画出定位元件和导向元件，按夹紧状态画出夹紧元件或机构，必要时可用双点划线画出松开位置时的夹紧元件的轮廓，再画出其他元件或机构，以及上述各元件与夹具体的联结，使夹具形成一体，标注必要的尺寸，配合和技术条件。对零件编号，填写标题栏和零件明细表。其中还要在定位、导向完成后进行定位精度验算，在夹紧机构完成后进行夹紧力的验算，以及重要的受力元件或机构强度、刚度验算。夹具零件图如图5.3所示。图5.36 结 论 经过为期两个周对机械制造技术基础的课程设计，使我们真正把学过的知识实际运用起来，使我们真正做到了学以致用。 我们认真地阅读了多本与机械设计有关的书籍，查阅了大量数据以及选取了多种标准件，为此次设计保驾护航。个人总结出本次设计过程中两个需要认真构思和设计的点：（1）确定工序的顺序 这是本次设计的大方向分为：取毛坯；车端面；车外圆；钻孔；车内槽倒角； 检验六个步骤。 毛坯是通过铸造获得，在端面与外圆的车削方面我们全部是按先粗车然后精车到规定尺寸得方法进行的，在此期间我们还认真选择了基准面。因为在铣端面的时候比较难，所以我们设计了专门的铣床夹具，用来铣比较难一加工的端面。（2）关于铣床夹具设计 在设计过程中通过查询资料、询问老师、小组讨论，经过长时间的计算和讨论设计出一套较为合理的方案，后来经过设计三维图就行各项参数的校核，最终确定出方案，选出最优的方案。 通过这次课程设计熟练的掌握了三维软件catia的使用，熟练掌握了三维建模时候的注意事项，三维建模的流程，同时也知道自己掌握的东西还是很少的，在今后的生活、学习的过程中还是应该加强专业课的学习，为以后的工作做好准备。7 致 谢通过为期两个半周对铣夹具体的课程设计，使我真正深入的了解了设计概念和设计过程，提高了机械设计的综合素质，为今后的学习和工作打下了坚实的基础。机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融合了机械原理、机械设计、机械设计课程设计手册、机械制造技术基础等多门学科，使我们在学习知识的同时，也进一步掌握了其在机械设计中的实际应用。在设计过程中培养了我的综合运用机械设计课程及其他课程理论知识相结合来解决实际问题的能力，真正做到了学以致用。在此期间我小组成员之间互相帮助，和老师共同探讨问题，客服了在设计当中遇到的诸多困难，我们既分工明确又加强团结协作，在培养我们的团队合作精神的同时，也促进了我们共同的进步。在本次