齿轮箱零件工艺及夹具设计说明书.docx

齿轮箱的镗Φ52孔夹具设计及加工工艺装备

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齿轮箱 52 夹具 设计 加工 工艺 装备
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内容简介:
机械工艺课程设计说明书 设计题目:齿轮箱镗52孔夹具 班 级: 姓 名: 学 号: 指导教师:目录摘 要1绪论1第一章 零件的分析21.1零件的作用21.2 零件的工艺分析21.3确定生产类型3第二章 选择毛坯、确定毛坯尺寸42.1确定毛坯的制造形式42.2齿轮箱毛坯制造方式4第三章 工艺规程设计63.1 基准的选择63.2制定工艺路线73.2.1加工方法选择的原则73.2.2加工工艺路线分析83.3 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定113.4 确定切削用量及基本工时11第四章 镗床夹具设计134.1 问题的提出144.2 定位基准的选择144.3 切削力及夹紧力计算144.4 定位误差分析154.5 夹具设计及操作简要说明16总 结16参 考 文 献17摘 要工艺规程是工装设计、制造和确定零件加工方法与加工路线的主要依据,它对组织生产、保证产品质量、提高劳动生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有着直接的影响,因此是生产中的关键工作。夹具在机械加工中起着重要的作用,它直接影响着机械加工的质量,生产效率和成本,因此,夹具设计是机械工艺准备和施工中的一项重要工作。本文对齿轮箱的结构和工艺进行了分析,确定了机械加工工艺路线,制订出了零件的工艺方案和机械加工工艺规程,并为加工零件上直径52mm的孔设计了一套专用镗床夹具。关键词:工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。绪论自新中国成立以来,我国的制造技术与制造业得到了长足发展,一个具有相当规模和一定技术基础的机械工业体系基本形成。改革开放二十多年来,我国制造业充分利用国内国外两方面的技术资源,有计划地推进企业的技术改造,引导企业走依靠科技进步的道路,使制造技术、产品质量和水平及经济效益发生了显著变化,为推动国民经济的发展做出了很大的贡献。尽管我国制造业的综合技术水平有了大幅度提高,但与工业发达国家相比,仍存在阶段性差距。进入二十一世纪,我国发展经济的主导产业仍然是制造业,特别是在我国加入世贸组织后,世界的制造中心就从发达国家迁移到了亚洲,我国有廉价的劳动力和广大的消费市场,因此,我国工业要想发展,就需要有相应的技术和设备来支持。本着力求与生产实际相结合的指导思想,本次课程设计达到了综合运用基本理论知识,解决实际生产问题的目的。由于个人能力所限、实践经验少、资料缺乏,设计尚有许多不足之处,恳请各位老师给予指教。第一章 零件的分析 1.1零件的作用齿轮箱是是齿轮减速器使用的一个核心零件,主要功能是起到支撑、连接、固定其他零件和承受负载的零件。同时也起着保护运动零件和其他零件的作用,在机械机构中壳体有着很重要的作用。1.2 零件的工艺分析齿轮箱主要有下列两组加工面:1,以零件的下底面为基准的加工面,这组加工面包括零件左侧端面,右侧端面、前端面、上表面、52、62、92的内孔面。2:一个是以52内圆为基准的加工面,这个主要是零件的下底面,左右端面M6螺纹孔,前表面凸台M141.5、M823的螺纹孔,上表面M8螺纹孔。齿轮箱零件的技术要求分析如下:表12-1各加工面的粗糙度及公差等级 各加工表面 表面粗糙度 (Ra/um) 公差等级(IT)齿轮箱下端面6.310齿轮箱上端面6.310齿轮箱左端面6.310齿轮箱右端面6.310齿轮箱前端面6.31052内圆孔6.31062内圆孔6.31092内圆孔6.310左右端面M6的螺纹孔6.310上表面M8螺纹孔6.310前表面凸台M141.5螺纹孔6.310前表面凸台M81.5螺纹孔6.3101.3确定生产类型 生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用,它决定了各工序所需专业化和自动化的程度,以及所选用的工艺方法和工艺装备。已知此零件的生产纲领为批量生产,该零件生产类型为大批生产,所以初步确定工艺安排为:加工过程划分阶段;工序适当集中;加工设备以通用设备为主,大量采用专用工装。第二章 选择毛坯、确定毛坯尺寸 2.1确定毛坯的制造形式常见的毛坯种类有以下几种:(一)铸件对形状较复杂的毛坯,一般可用铸造方法制造。大多数铸件采用砂型铸造,对尺寸精度要求较高的小型铸件,可采用特种铸造,如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造和离心铸造等。(二)锻件锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好,常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较低,主要用于小批生产和大型锻件的制造。模型锻造件的尺寸精度和生产率较高,主要用于产量较大的中小型锻件。(三)型材型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。就其制造方法,又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大,精度较低,用于一般的机械零件。冷拉型材尺寸较小,精度较高,主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。(四)焊接件焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。但其抗振性较差,变形大,需经时效处理后才能进行机械加工。(五)其它毛坯其它毛坯包括冲压件,粉末冶金件,冷挤件,塑料压制件等。 2.2齿轮箱毛坯制造方式齿轮箱零件材料为 HT200,硬度选用200HBS,毛坯重约1Kg。生产类型为成批生产,采用砂型铸造,机械翻砂造型,2级精度组。根据上述原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面的加工余量,对毛坯初步设计如下: 1. 52、62、92的内孔52、62、92的内孔的粗糙度为6.3,需要粗镗精镗两道工序加工,查相关资料知粗加工和精加工的余量之和为2.5mm。2. 齿轮箱其他部分端面其他各个端面的粗糙度是6.3,进行一需要进行粗铣,精铣,磨等加工才能满足光洁度要求。根据资料可知,选取加工余量等级为G,选取尺寸公差等级为9级。所以根据相关资料和经验可知,端面的单边余量为2.5mm,符合要求。3. 前表面凸台M141.5、M81.5的螺纹孔,上表面M8螺纹孔孔的尺寸比较小,因此铸造成实体即可,然后钻螺纹底孔后攻螺纹加工。第三章 工艺规程设计3.1 基准的选择(1)粗基准选择选择粗基准时,考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量,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: 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。 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。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。 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。 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,必要时需经初加工。根据粗基准的选择原则,要以非加工表面为粗基准,且粗基准只能使用一次,对本工件来说选择零件的零件的上端面为粗基准是非常合理的。(2) 精基准选择 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。 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。 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。主要考虑的是基准的重合问题。当设计与工序的基准不重合时,因该进行尺寸换算。以零件下端面和52的孔作为定位精基准,加工其它表面及孔。 3.2制定工艺路线3.2.1加工方法选择的原则(1) 所选加工方法应考虑每种加工方法的经济、精度要求相适应。(2) 所选加工方法能确保加工面的几何形状精度,表面相互位置精度要求。(3) 所选加工方法要与零件材料的可加工性相适应。(4) 加工方法要与生产类型相适应。(5) 所选加工方法企业现有设备条件和工人技术水平相适应。根据上面分析确定零件的加工方法:加工表面尺寸及偏差mm公差及精度等级表面粗糙度um加工方法齿轮箱下端面168IT106.3粗铣-精铣齿轮箱上端面168IT106.3粗铣-精铣齿轮箱左端面108IT106.3粗铣-精铣齿轮箱右端面109IT106.3粗铣-精铣齿轮箱前端面123IT106.3粗铣-精铣52内圆孔52IT106.3粗镗-精镗62内圆孔62IT106.3粗镗-精镗2内圆孔92IT106.3粗镗-精镗左右端面M6的螺纹孔M6IT106.3钻-锥上表面M8螺纹孔M8IT106.3钻-锥前表面凸台M141.5螺纹孔M14IT106.3钻-锥前表面凸台M81.5螺纹孔M8IT106.3钻-锥3.2.2加工工艺路线分析制定工艺路线主要是确定加工方法和划分加工阶段。(1)选择加工方法应以零件加工表面的技术条件为依据,主要是加工面的尺寸精度、形状精度、表面粗糙度,并综合考虑各个方面工艺因素的影响。一般是根据主要表面的技术条件先确定终加工方法,接着再确定一系列准备工序的加工方法,然后再确定其他次要表面的加工方法。(2)在各表面加工方法选定以后,就需进一步考虑这些加工方法在工艺路线中的大致顺序,以定位基准面的加工为主线,妥善安排热处理工序及其他辅助工序。根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求,以及加工方法所能达到的经济精度,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。查机械制造工艺及设备设计指导手册346页表15-32、15-33、15-34,选择零件的加工方法及工艺路线方案如下:工艺路线一:I铸造机器造型,砂型铸造II时效时效处理5划线划铣底面线10铣粗、精铣底面面10钻钻底面4个13安装孔15铣粗、精铣左、右面20铣粗、精铣上表面面25铣粗、精铣前、后面30粗镗粗镗52、62、92、孔35精镗精镗52、62、92的孔40钻钻左右端面M6的底孔、上表面M8的底孔、攻M6、M8的螺纹45钻钻前表面凸台M141.5、M823的螺纹孔50检验检验、入库工艺路线二:I铸造机器造型,砂型铸造II时效时效处理5划线划铣底面线10粗镗粗镗52、62、92的孔10精镗精镗52、62、92的孔15铣粗、精铣底面20铣粗、精铣左面25铣粗、精铣右面30钻钻底面4个13安装孔35铣粗、精铣上表面面40铣粗、精铣前端面45钻钻左右端面M6的底孔、上表面M8的底孔、攻M6、M8的螺纹50钻钻前表面凸台M141.5、4-M81.5的螺纹孔55检验检验、入库工艺方案的比较与分析:以上加工方案大致看来合理,但通过仔细考虑,零件的技术要求及可能采取的加工手段之后,就会发现仍有问题,两个方案的区别在于方案一在铣端面之后加工了52、62、92的孔,这样可以提供后面镗孔的精确定位基准。方案二把铣端面工序调整到后面了,这样导致镗孔加工定位基准不足,并且不符合先面后孔的加工要求。通过分析可确定最后的加工工艺路线:I铸造机器造型,砂型铸造II时效时效处理5划线划铣底面线10铣粗、精铣底面面10钻钻底面4个13安装孔15铣粗、精铣左、右面20铣粗、精铣上表面面25铣粗、精铣前、后面30粗镗粗镗52、62、92、孔35精镗精镗52、62、92的孔40钻钻左右端面M6的底孔、上表面M8的底孔、攻M6、M8的螺纹45钻钻前表面凸台M141.5、M823的螺纹孔50检验检验、入库3.3 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定齿轮箱零件材料为 HT200,硬度选用200HBS,毛坯重约1Kg。生产类型为成批生产,采用砂型铸造,机械翻砂造型,2级精度组。(1)箱体各端面根据工序要求,端面加工为粗铣-半精铣-精铣加工。各工步余量如下:参照机械加工工艺手册第1卷表3.2.23,其加工余量规定为,现取。(2)各内圆孔的加工余量根据工序要求,底面加工分粗镗-半精镗-精镗加工。各工步余量如下:参照机械加工工艺手册第1卷表3.2.23。其余量值规定为,现取。表3.2.27粗铣平面时厚度偏差取。(3)螺孔加工余量毛坯为实心,不冲孔。 3.4 确定切削用量及基本工时工序:精镗52、62、92的孔工步一:精镗521)加工条件:在本工序中选择的加工机床是卧式镗床型号为 T612,选择的加工刀具是为硬质合金面镗刀。2)背吃刀量。背吃刀量0.5mm 取单边余量 Z=0.5mm,故 。3)进给量。查参考机械加工工艺手册中573页的表2.4-66确定进给量为f = 0.1-0.15mm/r,取值f = 0.15mm/r4)切削速度。由本工序采用硬质合金镗刀,查参考机械加工工艺手册中511页的表2.4-9得切削速度V=2.04m/s=122.4m/min根据式(3-4)则转速由本工序采用的是卧式镗床型号为 T612,查参考机械加工工艺手册中884页的表3.1-41,取转速n= 750r/min,故实际切削速度4) 基本时间t=i ;其中l=25mm; =0.5mm; =26mm;工步二:精镗621)加工条件:在本工序中选择的加工机床是卧式镗床型号为 T612,选择的加工刀具是为硬质合金面镗刀。2)背吃刀量。背吃刀量0.5mm 取单边余量 Z=0.5mm,故 。3)进给量。查参考机械加工工艺手册中573页的表2.4-66确定进给量为f = 0.1-0.15mm/r,取值f = 0.15mm/r4)切削速度。由本工序采用硬质合金镗刀,查参考机械加工工艺手册中511页的表2.4-9得切削速度V=2.04m/s=122.4m/min根据式(3-4)则转速由本工序采用的是卧式镗床型号为 T612,查参考机械加工工艺手册中884页的表3.1-41,取转速n=600r/min,故实际切削速度5) 基本时间t=i ;其中l=25mm; =0.5mm; =31mm;工步三:精镗921)加工条件:在本工序中选择的加工机床是卧式镗床型号为 T612,选择的加工刀具是为硬质合金面镗刀。2)背吃刀量。背吃刀量0.5mm 取单边余量 Z=0.5mm,故 。3)进给量。查参考机械加工工艺手册中573页的表2.4-66确定进给量为f = 0.1-0.15mm/r,取值f = 0.15mm/r4)切削速度。由本工序采用硬质合金镗刀,查参考机械加工工艺手册中511页的表2.4-9得切削速度V=2.04m/s=122.4m/min根据式(3-4)则转速由本工序采用的是卧式镗床型号为 T612,查参考机械加工工艺手册中884页的表3.1-41,取转速n=425r/min,故实际切削速度6) 基本时间t=i ;其中l=46mm; =0.5mm; =51mm;第四章 镗床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。由指导老师的分配,决定设计工序:镗52孔。4.1 问题的提出 本夹具主要用来镗52孔,因为镗52孔本身精度要求高,因此以提高加工精度为要求。4.2 定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理,否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理,或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度(特别是位置精度)要求。因此我们应该根据零件图的技术要求,从保证零件的加工精度要求出发,合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求,也没有较高的平行度和对称度要求,所以我们应考虑如何提高劳动效率,降低劳动强度,提高加工精度。其他表面和孔已加工好,为了使定位误差减小,选择已加工好的下端面和=作为定位基准,采用活动压板形式作为夹紧机构。通过分析可以确定出本次设计夹具的定位方式是一面两销,因此采用支撑板来定位零件的下底面,可以限制3个自由度,然后用圆柱销定位13的孔可以限制2个自由度,最后采用菱形销定位13的孔可以限制1个自由度:4.3 切削力及夹紧力计算 夹紧装置是夹具最终要的组成部分,是对零件进行固定的关键,夹紧装置的种类非常的多。不同的夹紧装置的结构也不同,它的构成结构主要可以分成两部分:(1)动力装置,为夹紧提供夹紧力的装置。夹具通过对零件进行装夹进行定位夹紧,就需要有动力的来源。动力装置就是夹紧动力的来源,提供的动力主要分为两种形式。手动夹紧装置:依赖人力来为夹具的夹紧提供动力。机动夹紧装置:依靠机械装置如油缸、电动装置等为夹紧提供动力,相较于手动夹紧的形式机动夹紧的稳定性和精准度更高,压紧力也更大,比较适合应用在较大零件装夹中。(2)夹紧装置设计原则:1.对零件进行夹紧的过程装不能影响零件在夹具中的正确位置。2.夹紧力的大小要合适,不宜过大否则会影响定位的精准度,破零件的结构,也不能过小造成加工的过程零件发生移动。3.夹紧装置应该结合实际生产进行选择,满足实际生产的需求提高生产的效率。4.要保证夹具良好的工艺性,结构尽量的简单,方便操作。5.夹紧力朝向定位基准面。6.夹紧装置的布置尽量靠近加工点。7.夹紧位置选择刚度强度较高的地方。镗刀材料:(硬质合金镗刀)刀具的几何参数: 参考简明机床夹具设计手册表可得:圆周切削分力公式: 式(5.1)式中 式(5.2)查表得: 取 由表可得参数: 即:同理:径向切削分力公式 : 式(5.3)式中参数: 即:轴向切削分力公式 : 式(5.4)式中参数: 即:由图可知镗圆孔产生的圆周切削分力应由夹紧力来平衡,但加工时同时加工两个孔,所以。即: =该夹具以压板压紧工件,然后顶住移动压板夹紧工件如图3所示:由图可知: 4.4 定位误差分析误差在机械加工的过程中是难以避免的的,只有尽量的减小误差,将误差控制在合理的范围内。造成误差的因素有很多,如操作的过程中的误差,夹紧位置的变化,或是零件自身尺寸的差异都会引起加工误差。“1”孔中心线在X,Y方向的最大位移为: 定(1x)=定(1y)=D1+d1+1min=1max=0.053(孔与销的最大间隙)“2”孔中心线在X,Y方向的最大位移分别为:定(2x)=定(1x)+2Ld=0.032(两孔中心距公差)定(2y)=D2+d2+2min=2max=0.006两孔中心连线对两销中心连线的最大转角误差:定()=2=2tan-1(1max+2max)/2L=0.5 (其中L为两孔中心距)所以符合要求4.5 夹具设计及操作简要说明如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单,便于操作,降低成本。提高夹具性价比。本道工序为铣床夹具选择了活动压板夹紧方式。本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大,故使用手动夹
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