zq型减速箱体机械加工工艺及夹具设计

本科毕业设计（论文）ZQ型减速箱体机械加工工艺及夹具设计学生姓名学生学号院（系）机电工程学院年级专业2005级机械设计制造及其自动化指导教师高级工程师二九年六月本科毕业设计（论文）摘要摘要箱体零件是一种典型零件，其加工工艺规程和工装设计具有典型性。该箱体零件结构复杂，零件毛坯采用铸造成形。在加工过程中，采用先面后孔的加工路线，以保证工件的定位基准统一、准确。为了消除切削力、夹紧力、切削热和因粗加工所造成的内应力对加工精度的影响，整个工艺过程分为粗、精两个阶段。通过被加工零件的分析完成了机械加工工艺的设计及各加工工序机动时间的计算。根据箱体零件的结构及其功能，运用定位夹紧的知识完成了夹具设计。关键词箱体，工艺，夹具本科毕业设计论文ABSTRACTIABSTRACTTHISBOXMACHINEELEMENTISTYPICAL,THEMANUFACTURINGPROCESSANDTOOLINGDESIGNOFITISTYPICALTHESTRUCTUREOFTHISBOXMACHINEELEMENTISCOMPLICATED,THEMACHINEELEMENTSBLANKADOPTCASTINGSHAPEINTHEPROCESSOFMANUFACTURE,INORDERTOENSURETHELOCATIONDATUMACCURATEANDUNITY,IADOPTTHEMANUFACTURINGLINEFROMFACETOHOLEINORDERTOCLEARAWAYTHEINFLUENCEFORMACHININGACCURATEOFINTERNALSTRESS,CUTTINGFORCE,CLAMPINGFORCE,HEATINCUTTINGFROMCOARSEMANUFACTURING,THEWHOLEMANUFACTURINGPROCESSISMADEOFCOARSEANDACCURATEMANUFACTURINGPARTSWEREPROCESSEDTHROUGHTHEANALYSISOFTHECOMPLETEMACHININGPROCESSDESIGNANDTHEMANUFACTURINGPROCESSESFORMOBILETIMECALCULATIONSACCORDINGTOTHEBOXCOMPONENTSANDTHEFUNCTIONANDSTRUCTURE,THEUSEOFTHEKNOWLEDGEPOSITIONINGCLAMPCOMPLETEDTHEFIXTUREDESIGNKEYWORDSBOXMACHINE，PROCESSING，JIG本科毕业设计（论文）目录目录摘要IABSTRACTII1绪论111课题背景112制订工艺规程的意义与作用及其基本要求113夹具的设计12ZQ减速器机壳体加工工艺221箱体工艺分析2211零件分析2212箱体的结构特点2213箱体的材料、毛坯及热处理322减速器箱体加工工艺过程5221减速器箱体的机械加工工艺过程5222减速器加工的工艺路线方案拟订523主要表面的加工14231箱体的平面加工14232住轴孔的加工14233孔系的加工1524定位基准的选择16241粗基准的选择16242精基准的选择1725工艺尺寸的计算18251加工余量及其毛坯尺寸的确定18252切削用量的选择19253切削工时的额定233夹具的设计2931设计减速器底孔夹具的29311设计任务分析29312设计方案论证29313切削力及夹紧力的计算30本科毕业设计（论文）目录314夹具设计及操作的简要说明30315结构分析31316夹具的公差3132镗床夹具设计32321结构分析32322夹具的结构类型32323夹紧力大小的确定原则33324定位销尺寸及高度的确定34结论39参考文献40致谢41本科毕业设计（论文）绪论01绪论11课题背景毕业设计是我们在学校学习的最后的一门课程，也是对自己在大学中所学知识的一个全面的总结和运用。做本毕业设计可以很好的锻炼自己，为以后走向实际工作做好准备。本课题是典型零件ZQ型减速箱体机械加工工艺及其夹具设计。同时针对部分工序进行夹具的设计。在设计中要求运用所学的知识，以培养独立的思考能力，以及创新精神。12指定工艺规程的意义与作用及其基本要求机械加工工艺过程是机械生产过程的一部分，是直接生产过程。它是用金属切削刀具或者磨料工具加工零件，使零件达到要求的形状、尺寸和表面粗糙度。因此机械制造加工工艺主要是用切削的方法改变毛坯的形状、尺寸和材料的物理机械性质，成为具有所需的一定精度、粗糙度等的零件。对于加工工艺的编制主要是对其加工工序的确定。对机械加工工艺规程的基本要求可以总结为质量、生产率和经济性三个方面。这三者虽然有时候有矛盾，但是要把它们协调处理好，就成为一个整体。在编制工艺规程的时候要在保证质量的前提下，尽可能的降低成本。因此，好的工艺规程应该是质量、生产率和经济性的统一表现。13夹具的设计制造业中广泛应用的夹具，是产品制造个工艺阶段中十分重要的工艺装备之一，生产中所使用夹具的质量、工作效率及夹具的使用的可靠性，都对产品加工质量及生产效率有着决定性的影响。机床夹具一般都由定位装置、夹紧装置及其他元件组装在一个基础元件（夹具体）上而形成的。由于各类机床的加工工艺特点、夹具和机床的连接方式等不尽相同，因此每一类机床夹具在总体结构和所需元件等方面都有自己的特点，但设计的步骤和方法则基本相同。本科毕业设计（论文）2ZQ减速器机壳体加工工艺12ZQ减速器机壳体加工工艺21箱体工艺分析211零件分析1和两轴孔的圆度公差001MM，圆柱度公差为001MM036203572上箱体结合面对E面的位置度公差为02MM3和的轴心线对C、D端面的垂直度公差为008MM，对另一轴心03035线的垂直度为0046MM4和的轴心线对A、B的垂直度公差为008MM036203575下箱体结合面对C面的位置度公差为02MM6铸件人工时效处理；7零件材料HT408箱体做煤油参漏试验。分离的减速器箱体的主要加工部位有轴承支承孔、结合面、端面、底座（装配基面），上平面、螺栓孔、螺纹孔等。对这些加工部位的技术要求有1、减速器箱体、机盖的上平面与结合面及机体的底面与结合面必须平行，其误差一超过006/1000MM2、减速器箱体结合面的表面粗糙度RA值不超过两结合面间隙不超过003MM,取002MM。3、轴承支承孔的轴线必须在结合面上，其误差不超过02MM。4、轴承支承孔的尺寸公差一般为HT，表面粗糙度RA小于16M，圆柱度误差不超过孔径公差的一半，孔距精度允许公差为003MM005MM5、减速器箱体的底面是安装基准，保证精度为02MM6、减速器箱体各表面上的螺孔均有位置度要求，其位置度公差为015MM212箱体的结构特点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箱和变速箱等。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本科毕业设计（论文）2ZQ减速器机壳体加工工艺2特点1尺寸较大箱体通常是机器中最大的零件之一,它是其他零件的母体,如大型减速箱体长达56M,宽34M,重5060吨,正因为它是一个母体,所以它是机器整体的最大零件。2形状复杂其复杂程度取决于安装在箱体上的零件的数量及在空间的相互位置,为确保零件的载荷与作用力,尽量缩小体积。有时为了减少机械加工量或减轻零件的重量,而又要保证足够的刚度,常在铸造时减小壁的厚度,再在必要的地方加筋板。凸台、凸边等结构来满足工艺与力的要求。3精度要求有若干个尺寸精度和相互位置精度要求很高的平面和孔，这些平面和孔的加工质量将直接影响机器的装配精度，使用性能和使用寿命。4有许多紧固螺钉定位箱孔。这些孔虽然没有什么特殊要求。但由于分分布在大型零件上，有时给加工带来很大的困难。由于箱体有以上共特点，故机械加工劳动量相当大，困难也相当大，例如减速箱体在镗孔时，要如何保证位置度问题，都是加工过程较困难的问题。213箱体的材料、毛坯及热处理1、毛坯种类的确定。常用毛坯种类有铸件、锻件、焊件、冲压件。各种型材和工程塑料件等。在确定毛坯时，一般要综合考虑以下几个因素（1）依据零件的材料及机械性能要求确定毛坯。例如，零件材料为铸铁，须用铸造毛坯；强度要求高而形状不太复杂的钢制品零件一般采用锻件。（2）依据零件的结构形状和外形尺寸确定毛坯，例如结构比较的零件采用铸件比锻件合理；结构简单的零件宜选用型材，锻件；大型轴类零件一般都采用锻件。（3）依据生产类型确定毛坯。大批大量生产中，应选用制造精度与生产率都比较高的毛坯制造方法。例如模锻、压力铸造等。单件小批生产则采用设备简单甚至用手工的毛坯制造方法，例如手工木模砂型铸造。（4）确定毛坯时既要考虑毛坯车间现有生产能力又要充分注意采用新工艺、新技术、新材料的可能性。本科毕业设计（论文）2ZQ减速器机壳体加工工艺3本减速器是大批量的生产，材料为HT2040用铸造成型。2毛坯的形状及尺寸的确定毛坯的尺寸等于零件的尺寸加上（对于外型尺寸）或减去（对内腔尺寸）加工余量。毛坯的形状尽可能与零件相适应。在确定，毛坯的形状时，为了方便加工，有时还要考虑下列问题（1）为了装夹稳定、加工方便，对于形状不易装夹稳固或不易加工的零件要考虑增加工艺搭子。（2）为了提高机械加工的生产率，有些小零件可以作成一坯多件。（3）有些形状比较特殊，单纯加工比较困难的零件可以考虑将两个甚至数个合制成一个毛坯。例如连杆与连杆盖在一起模锻，待加工到一定程度再切割分开。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。3毛坯的材料热处理长期使用经验证明，由于灰口铸铁有一系列的技术上（如耐磨性好，有一定程度的吸震能力、良好的铸造性能等）和经济上的优点，通常箱体材料采用灰口铸铁。最常用的是HT2040，HT2547，当载荷较大时，采用HT3054，HT3561高强铸铁。箱体的毛坯大部分采用整体铸铁件或铸钢件。当零件尺寸和重量很大无法采用整体铸件（受铸造能力的限制）时，可以采用焊接结构件，它是由多块金属经粗加工后用焊接的方法连成一整体毛坯。焊接结构有铸焊、铸煅焊、煅焊等。采用焊接结构可以用小的铸造设备制造出大型毛坯，解决铸造生产能力不足的问题。焊前对各种组合件进行粗加工，可以部分地减轻大型机床的负荷。毛坯未进入机械加工车间之前，为不消除毛坯的内应力，对毛坯应进行人工实效处理，对某些大型的毛坯和易变形的零件粗加工后要再进行时效处理。毛坯铸造时，应防止沙眼、气孔、缩孔、非金属夹杂物等缺陷出现。特别本科毕业设计（论文）2ZQ减速器机壳体加工工艺4是主要加工面要求更高。重要的箱体毛坯还应该达到规定的化学成分和机械性能要求。22减速机箱体加工工艺过程分析冶金矿山机械中应用最多的减速机是平行轴孔圆柱齿轮卧式的，箱体是分离式结构。毛坯常用HT15或HT2040灰口铸铁制作，但在一些轻载荷的机器中所用的减速器体积小、结构简单。如蜗杆、蜗轮减速机。其毛坯的材料常用HT2040灰口铸铁制作。减速箱箱体为了减轻重量常将上盖分为轴承座和罩盖两部分。轴承采用铸件，结构简单，制造方便。221减速器箱体的机械加工工艺过程1、主要孔装轴承支承孔和036203572、主要平面底座的底面和结合面，箱盖的结合面和顶部为孔面，支承孔的端面等。其他加工。其他主要连接孔、螺孔、销钉孔以及一些特别的凸台面等。轴承支承孔通常在镗床上镗削；加工连接孔、螺孔、销钉在钻床上进行，主要平面通常在龙门铣削，支承孔端面可以在镗孔同一次安装中加工出来。减速器箱体的机械加工过程取决于精度要求、批量大小、结构特点、尺寸重量、大小等因素。此处还应考虑车间的条件，中间有无热处理工序。由图可知，减速器箱体整个加工工艺过程分为两大阶段，先对箱盖和机体分别进行加工，而后合箱对整体箱进行加工。第一阶段主要完成平面、紧固孔、油塞孔和油标的加工，为整体合箱做准备。第二阶段为合装好的箱体上加工轴承孔及其端面，第二阶段加工完成后，还应拆箱，为了保证轴承孔加工精度和拆装后的重复精度，应在两阶段之间安排钳工工序，钻铰二定位销孔，并打入定位销。222减速器加工的工艺路线方案拟订拟定工艺路线是制定工艺过程的关键性的一步。在拟定时应充分调查研究。多提出几个方案，加以分析比较确定一个最合理的方案。本科毕业设计（论文）2ZQ减速器机壳体加工工艺5拟订工艺路线要考虑解决以下几个问题参照文献3表622得采用加工方法一般所能达到的公差等级和表面粗糙度以及需留的加工余量参考参数加工方法的选择在选择各表面的加工方法时，要综合考虑以下因素（1）要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，加工表面加工方法表面粗糙度表面光洁度公差等级形状公差加工余量说明外圆粗车半精车精车细车粗磨精磨研磨256316081004011345677867891014IT12IT11IT10IT9IT8IT7IT6IT5IT8IT7IT6IT5IT6IT511101088776764515050160020501025025085006010003指尺寸在直径180以下,长度在500以下,铸件的直径余量内孔钻孔扩孔粗镗半精镗精镗细镗粗铰精铰粗磨精磨研磨256363160802321616020113452456679105667679101014IT13IT11IT10IT9IT10IT9IT9IT8IT8IT7IT7IT6IT8IT7IT8IT7IT6IT7IT610898876877676540305181018050801030105500402020302050102001002指孔径在180以下,铸件直径的余量L/DD的方式，则在加工这种较长的孔时，刀具的悬伸长度H必然很大，起码应大于L由于刀具悬伸长度大，所以刀具易引偏，严重时会使镗杆与镗套蹩住，否则须增加镗套长度，以保证足够的导引刚度。但这样将导致整个镗套部分的结构庞大。本科毕业设计（论文）3夹具设计33上述两种的单支承引导的镗杆与机床主轴作刚性联接，这样，要使镗套中心对准机床主轴中心，不容易做到很准确，而且还需要技术水平较高的工人能胜任。323夹紧力大小的确定原则夹紧力大小对于确定夹紧装置的结构尺寸，保证夹紧可靠性等有很大影响。夹紧力过大易引起工件变形，影响加工精度。夹紧力过小则工件夹不紧，在加工过程中容易发生工件位移，从而破坏工件定位，也影响加工精度，甚至造成安全事故。由此可见夹紧力大小必须适当。计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个刚性系统，然后根据工件受切削力、夹紧力（大工件还应考虑重力，运动的工件还需考虑惯性）后处于静力平衡条件，求出理论夹紧力，为了安全起见再乘以安全系数K。KW式中W计算出的理论夹紧力；W实际夹紧力；K安全系数，通常K153当用于粗加工时，K253,用于精加工时K152这里应注意三个问题（一）切削力在加工过程中往往方向、大小在变化，在计算机中应按最不利的加工条件下求得的切削力或切削合力计算。如图21所示切削方向进行静力平衡，求出理论夹紧力，再乘以安全系数即为实际夹紧力，图中W为夹紧力，N1、N1为镗孔各方向镗削力，可按切削原理中求切削力。而N1切削力将使夹紧力变大，在列静平衡方程式时，我们应按不利的加工条件下，即N1时求夹紧力。既KNW51本科毕业设计（论文）3夹具设计34图21（二）在分析受力时，往往可以列出不同的工件静平衡方程式。这时应选产生夹紧力最大的一个方程，然后求出所需的夹紧力。如图所示垂直方向平衡式为W15KN水平方向可以列出,F为工件与定位件间的摩擦系数，KNW/51一般015,即W10KN；对O点取矩可得下式KNLLLLW23205022比较上面三种情况，选最大值，既W10KN。（三）上述仅是粗略计算的应用注意点，可作大致参考。由于实际加工中切削力是一个变值，受工件材料性质的不均匀、加工余量的变动、刀具的钝化等因素影响，计算切削力大小的公式也与实际不可能完全一致，故夹紧力不可能通过这种计算而得到结果。生产中也有根据一定生产实际经验而用类比法估算夹紧力的，如果是一些关键性的重要夹具，则往往还需要通过实验的方法来确定所需夹紧力。表21，削边销尺寸参考表（MM）D3668820202525323240405050BD05D1D2D3D4D5D5B1233345234556814本科毕业设计（论文）3夹具设计35图22图23324定位销尺寸与高度确定1、定位销尺寸的确定以一面两销（一圆柱销和一削边销及一平面支承）实现定位。这是增加两孔连心线方向上的间隙并减小转角误差的有效措施，如图22，为使工作在极端情况下能装到定位销上，可把碰到工件孔壁的部分削去，只留下一部分圆柱面。这样在连心线方向上，仍有减小第二销直径的作用。但在垂直于连心线的方向上，由于定位销直径减小，故工件的转角误差没有增大，有利于保证加工精度。本科毕业设计（论文）3夹具设计361确定定位销中心距及尺寸公差（如图23）取MLDD0131故销间距为97（2）确定圆柱销尺寸及公差取MG0105426（3）按表21选削边销的B及B之值取；BD221219MMB41（4）确定削边销的直径尺寸及公差MADBD98520214031MIN1IN2AX2公差配合取为0017,其下偏差为0017MM故削边销直径为M0190172定位销高度的确定确定定位销高度时，要注意防止卡住现象，当安装比较笨重的工件时，不太可能将工件托平后同时装入定位销，而是将工件一边支在夹具支承面上，逐渐套入两销。这时