动力箱工艺规程及工装设计

1、动力箱箱体工艺规程及工装设计The power box process and tooling design学生姓名学号所在学院工程学院班级所在专业机械设计制造及其自动化申请学位工学学士指导教师职称副指导教师职称答辩时间目 录目目 录录设计总说明 .IINTRODUCTION.II1零件的工艺分析.11.1零件的用途.11.2零件的工艺分析.11.3确定零件的生产类型.32工艺规程设计.42.1确定毛坯的制造形式.42.2基面的选择.42.3零件表面加工方法的选择.52.4制定工艺路线.52.5确定机械加工余量及毛坯尺寸.62.6工序设计.72.7确立切削用量及基本工时.73夹具设计.103.

2、1问题的提出.103.2定位方案及定位元件的选择.103.3夹紧方案及夹紧元件的选择.133.4夹具体的选择.143.5自锁条件的计算.143.6夹紧力的计算.143.7夹具的使用.153.7.1夹具的装配.153.7.2夹具的调整.15鸣 谢.16参考文献.17设计总说明I设计总说明零件的工艺规程是否合理，直接关系到零件的加工是否能满足质量要求；合理的工艺规程能使各个工序科学地衔接，实现优质、高产低消耗，使生产均衡、顺利进行。同时，机床夹具在机械制造中也占有重要的地位，合理的夹具设计能可靠地保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能，可见这两者在机械制造行业

3、中是至关重要的环节。本次设计的是动力箱箱体工艺规程及工装设计，动力箱的材料是铸铝合金，动力箱结构复杂、壁薄且不均匀，铸铝合金较高的强度能保证动力箱的机构强度，良好的铸造工艺性能有利于动力箱的微型特征成型。动力箱的内部构造十分复杂，为了减轻动力箱重量，提高其刚度，在动力箱内部布置了大量的加强筋。动力箱是发动机的机座，必须具有足够的强度和刚度，否则发动机不能产生所要求的功率。各孔与面的加工要求较高，采用有铣削、镗削、钻孔等加工方法。在设计加工表面的专用夹具时，以另一表面为基准，采用一面两销定位方法。关键词：工艺；夹具；动力箱ABSTRACTIIINTRODUCTIONThe preparation

4、 of parts of the process is reasonable, directly related to the machining quality requirements can be met; reasonable preparation process will enable the convergence of scientific processes to achieve high-quality, high-yield low, so that the production of a balanced, smoothly. At the same time, in

5、the machinery manufacturing fixture also occupy an important position, reduce labor intensity and give full play to the technology and the expansion of machine tool performance. Can be seen both in the machinery manufacturing industry is vital link. The design of the power box process and the proces

6、sing requirements are strict, Power material is cast aluminum alloy box, power box structure is complex, thin wall and uneven, cast aluminum alloy high strength can guarantee power box body strength, good casting properties is advantageous to the dynamic characteristics of micro forming of box. Inte

7、rnal power box structure is complex, in order to reduce power pack weight, improve its rigidity, a large amount of reinforcement in the power pack interior layout. Power pack is the base of engine, must have sufficient strength and rigidity, the engine wont be able to generate the required power. mi

8、lling, boring, drilling and other processing methods will be used in it. In the design of the special fixture for machining surface, the other surface will as a benchmark. It used a two pin positioning method.KEYWORDS: Process planning; fixture; the power box.本科生毕业设计 1 动力箱工艺规程及工装设计毕业设计说明书1零件的工艺分析1.1

9、零件的用途题目所给的零件是摩托车的动力箱箱体，它的作用是支撑曲轴和变速器。摩托车为了减轻整车重量，大都采用铝合金制造动力箱。摩托车动力箱具有一定的强度、刚度；具有良好的耐冲击、抗震动、耐腐蚀能力；且具有重量轻、体积小、结构紧凑合理、易于制造等特点。动力箱的材料是铸铝合金，动力箱结构复杂、壁薄且不均匀，铸铝合金较高的强度能保证动力箱的机构强度，良好的铸造工艺性能有利于动力箱的微型特征成型。动力箱的内部构造十分复杂，为了减轻动力箱重量，提高其刚度，在动力箱内部布置了大量的加强筋。动力箱是发动机的机座，必须具有足够的强度和刚度，否则发动机不能产生所要求的功率。1.2零件的工艺分析在制定零件的机械加工

10、工艺规程时，对产品零件图进行细致的审查，从而了解零件的功用和相关零件的配合，以及主要技术要求制定的依据。主要包括零件的结构工艺性分析和零件的技术要求分析，并提出修改意见，是一项重要的工作。通过对零件图的审查，零件材料为铝合金，容易铸造因此易得到毛坯，各加工表面的精度及表面粗糙度要求较高，且各孔的相互位置要求也较高。现将其主要加工表面及位置要求分述于下：1. 以上表面为基准的加工表面：这一组加工表面包括：（1） 52 孔，孔壁粗糙度为 1.6，垂直度要求 0.015；（2） 47 孔，孔壁粗糙度要求为 1.6，垂直度要求 0.015；（3） 22 孔，孔壁粗糙度要求为 1.6，垂直度要求 0.0

11、15；（4） 14 孔，位置度要求为 0.04。（5） 下表面，平行度要求为 0.06本科生毕业设计 2 2. 以孔 47 为基准的加工表面：这组加工孔只有一个：14 孔，位置度要求为 0.04。3. 上表面与下表面都有 0.06 的平面度要求由上面的分析可得，先以下表面定位加工出上表面，再以上表面加工出与之有相互位置要求或定位要求的各加工表面；使用专用夹具加工出一组表面，再以之为基准加工另一组表面，进而满足各加工表面的加工要求。具体技术要求见图 1-1。图 1-1 零件图本科生毕业设计 3 1.3确定零件的生产类型依设计任务知：Q=50000 辆/年，n=1 件/台，备品率 a%=2%,废品

12、率 b%=3%依照机械制造工艺学式 1-1 得N=Qn(1+a%)(1+b%)=50000 辆/年1 件/台(1+2%)（1+3%）52530 件/年根据机械制造工艺学表 1-1(如下表)可知，该零件的生产类型为大量生产表 1-1 零件类型表本科生毕业设计 4 2工艺规程设计2.1确定毛坯的制造形式毛坯的生产方式有铸造、锻造、焊接、轧制等。毛坯的选择是否合适将直接影响机械加工工艺过程、零件质量、成本和生产率，因此必须根据零件的材料、形状、尺寸、技术要求和生产类型等因素正确选择毛坯。毛坯图见图二图 2-1 毛坯图零件材料为铝合金，参照机械零件设计手册表 2-184，选 ZL203。考虑零件外形较

13、小，形状较复杂及属于大量生产，故选铸造毛坯。而且还能提高生产率及保证加工精度。毛坯铸造时，应防止砂眼和气孔的产生。为了减少毛坯制造时产生的残余应力，应使箱体壁厚尽量均匀，箱体浇铸后要安排时效或退火工序。2.2基面的选择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，加工工艺过程中回问题百出，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。选择粗基准应使定位准确，夹紧可靠，夹具结构简单，操作方便。为此要求选用的粗基准尽可能平整、光洁，且有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇口、铸造冒口或其他缺陷。根据这个基准选

14、择原则，现选取 55 孔和34 孔以及下表面作为粗基准，利用一面两销定位方式进行铣削。本科生毕业设计 5 （2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。2.3零件表面加工方法的选择本零件加工表面有：上下两个表面，各种轴承孔，螺纹孔以及螺栓孔，材料为铝合金，按照加工表面的公差等级和表面粗糙度要求，参考相关资料，将各加工表面的加工方法选择如下：1. 上表面该面有 0.06 的平面度要求以及 1.6 的粗糙度要求。故采用粗铣、半精铣和精铣对其进行加工。2. 下表面该面有 0.06 的平面度要求以及 3.2 的粗糙度

15、要求。故采用粗铣和半精铣对其进行加工。3. 各轴承孔该孔粗糙度都为 1.6.故采用粗镗加精镗的加工形式对其进行加工。4. 螺纹孔各螺纹孔直接由攻螺纹机直接攻丝。5. 螺栓孔螺栓孔先用锪钻锪孔再用麻花钻钻出。2.4制定工艺路线制定工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,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。本设计将采用以下方案：工序一 铸造工序二 热处理工序三 粗铣上表面工序四 粗铣下表面工序五 镗 55mm 孔、47mm 孔和 34mm

16、孔工序六 半精铣下表面工序七 半精铣、精铣上表面工序八 精镗各孔工序九 钻孔并倒角工序十 锪孔本科生毕业设计 6 工序十一攻螺纹工序十二 去毛刺工序十三 终检2.5确定机械加工余量及毛坯尺寸本零件材料为铝合金，材料较软。生产类型为大批生产，采用砂型铸造方式进行加工。各机械加工余量和毛坯尺寸计算如下：1. 求最大轮廓尺寸根据零件图计算轮廓尺寸，长 250mm，宽 200mm，高 43mm。故最大尺寸为250mm。2. 选取公差等级 CT箱体采用砂型铸造，铸件材料为铝合金，根据参考文献机械制造技术基础课程设计指导教程表 2-1，可知毛坯铸件的公差等级为 812 级，此处取 9 级。3. 求铸件尺寸

17、公差下表面的加工余量及公差。查机械制造技术基础课程设计指导教程表 2-25，取下表面长度余量为3.2mm。查表 2-1，选毛坯铸件公差等级 9。铣削加工余量为：粗铣 2mm半精铣 1.2mm得下表面加工余量为 3.2mm。上表面加工余量为：铣削加工余量为：粗铣 2mm半精铣 1.2mm精铣 0.7mm得上表面加工余量未 3.9mm。毛坯高度为 43mm+3.2mm+3.9mm=50.1mm。轴承孔（44、47、34 已铸成孔）查指导教程表 2-21、2-22，取 44mm 已铸成孔长度余量为 4mm，即铸成孔直径为 40mm。取 47mm 已铸成孔长度余量为 3mm，即铸成孔直径为 44mm。

18、取34mm 已铸成孔长度余量为 4mm，即铸成孔直径为 34mm。加工余量为：粗镗 23mm精镗 1.5mm3. 其他尺寸直接铸造得到由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。本科生毕业设计 7 2.6工序设计1.选择机床 根据不同工序选择机床如下：a.工序三、四、六和七是铣削加工平面，用高速钢铣刀，应选立式铣床，参考文献机械制造技术基础课程设计指导教程表 4-15 选 X51 立式铣床；b.工序五和工序八是镗削加工孔，用单刃镗刀，应选卧式镗床，参考文献机械加工工艺手册选用 T68 型卧式镗床。c.工序九和工序十是钻孔和锪孔，

19、考虑加工尺寸及加工经济性，参考文献机械制造技术基础课程设计指导教程表 4-8，选 Z525 立式钻床。2. 选择夹具该零件为大批生产，各工序需要用专用夹具；工序三、四、六和七是铣削表面，采用铣床专用夹具，工序五和八是镗孔，采用镗床专用夹具；工序九和十是钻削及锪孔，采用钻床专用夹具。2.7确立切削用量及基本工时1.工序 3：粗铣上表面工序 3 以下表面定位，粗铣上表面。机床选用立式铣床。刀具选 100mm 面铣刀，齿数 z=5。其中（1） 确定背吃刀量 取=2mm；ap（2）确定进给量 查教程表 5-7，按机床功率 4.5kW 及工件材料铝合金、刀具材料选定，该工序的每齿进给量=0.13mm/z

20、。zf（3） 计算铣削速度 查表 5-12，按/z=100/5, =0.13mm/z 的条件选取，铣削odzf速度 v=135m/min。由式n=1000v/ (d)可求得铣刀转速 n=1000135/(100)r/min=429.9r/min。查表 4-16 按照该工序所选的 X51 型立式铣床的主轴转速系列，取转速n=380r/min。则该工序的实际铣削速度v=nd/1000=3803.14100/1000m/min=119m/min。（4）计算基本工时 根据表 5-47 中面铣刀铣平面主偏角=的基本时间计rk90o算公式=可求出该工序的基本时间。由于箱体平面不规则，将其视作jt12()/

21、Mzlllf本科生毕业设计 8 250mm200mm 的长方形面进行加工。工作台的水平进给量=fzn=zn=0.135380mm/min=247mm/minMzfzf则该工序的基本时间=（2250）/247min=2.02min。jt则工时 T= （1+15%20%）=2.02（1+15%20%）=2.4min。jT2.工序 4：粗铣下表面工序 3 以上表面定位，粗铣下表面。切削用量与工时与工序 3 基本无异，此处不作重复。3.工序 5：粗镗 55 阶梯孔、47 孔和 34 孔工序 5 以上表面为基准粗镗各孔。各孔尺寸相差不大，此处以 47 孔为例说明。（1）切削深度 2=3mm；ap（2）确

22、定进给量参照机械制造技术基础设计指导书表 5-30 卧式镗床的镗削用量，选定进给量 f=1.0mm/r。参照表 4.2-21 卧式铣镗床主轴进给量，选取主轴进给量为：f=1.03mm/r;（3）确定切削速度 同样参照表 5-30，选切削速度 v=70m/min。 则机床主轴转速：10001000 70506r / min3.14 44vnd 查表 4.2-20 卧式铣镗床主轴转速，选取主轴转速年 580r/min 则实际切削速度：500 3.14 4470/ min10001000n dvm（4）确定基本工时 根据参考文献机械制造技术基础设计指导书表 5-39，车削和镗削机动时间计算公式有：

23、123jllllLTiifnfn 式中：机动时间，min；：刀具或工作台行程长度，mm;jTL:主轴每转刀具的进给量，mm/r; n:机床主轴转速，r/min；f:切削加工长度，mm; :刀具切入长度，mm;l1l:刀具切出长度，mm; :试切附加长度2l3l12(23)(23)5tantan45pl:=35 取 4mm2l本科生毕业设计 9 1231454030.76min1.03 70jllllLTiifnfn 则工时 T= （1+15%20%）=0.76（1+15%20%）=0.91min。jT4.工序 6：半精铣下表面（1）确定背吃刀量 取=1.2mm;ap（2）确定进给量 查教程表

24、5-7，按机床功率 4.5kW 及工件材料铝合金、刀具材料选定，该工序的每齿进给量=0.13mm/z。zf（3）计算铣削速度 查表 5-12，按/z=100/5, =0.13mm/z 的条件选取，铣削速odzf度 v=150m/min。由式n=1000v/ (d)可求得铣刀转速 n=1000150/(100)r/min=477.7r/min。查表 4-16 按照该工序所选的 X51 型立铣床的主轴转速系列，取转速 n=490r/min。则该工序的实际铣削速度v=nd/1000=4903.14100/1000m/min=154m/min。（4）计算基本工时 根据表 5-47 中面铣刀铣平面主偏角

25、=的基本时间计算公rk90o式=可求出该工序的基本时间。由于箱体平面不规则，将其视作jt12()/Mzlllf250mm200mm 的长方形面进行加工。工作台的水平进给量=fzn=zn=0.135490mm/min=318.5mm/min。Mzfzf则该工序的基本时间=（2250）/318.5min=1.57min。jt则工时 T= （1+15%20%）=1.57（1+15%20%）=1.88min。jT5.工序 10：钻孔并倒角 机床选用立式钻床。（1）确定背吃刀量：=/2=5/2mm=2.5mm；paZ钻（2）确定进给量：查教程表 5-22 和表 4-10，取每转进给量 f=0.13mm/

26、r。（3）计算切削速度：查表 5-22，取切削速度 v=30m/min。由式n1000 /()vd可求得钻头转速本科生毕业设计 10 n1000 /()1000 30/(3.14 5)1910 / minvdr 查表 4-9 对照 Z525 立式钻床的主轴转速系列，取转速 n=1360r/min。 则实际钻削速度/10001360 3.14 5/1000/ min21.35/ minvn dmm (4)计算基本工时 根据表 5-45，钻孔的基本时间可由公式12/()/jtLfnlllfn 求得。式中 =20mm，取=1mm，f=0.13mm/r，n=1360r/min，l2l。15cot(12

27、)(cot54 1)1.822Dlmmmm将上述结果代入公式，则该工序的基本时间1243 1.8 1i /()/11min2.85min0.13 1360jtLfni lllfn则工时 T= （1+15%20%）=2.85（1+15%20%）min=3.28min。jT3夹具设计机床夹具是金属切削加工中，用于准确地确定工件位置，并将其牢固地夹紧进而对其进行加工的工艺装备。它的主要作用是：可靠地保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。因此机床夹具在机械制造中占有重要的地位。3.1问题的提出本夹具主要用于第三道工序，粗铣上表面。为了采用互为基准的原则，以工件的

28、下表面为基准，以一面两销的方法对其进行加工。铣削加工的切削用量和切削力一般较大，切削力的大小和方向也是变化的，而且又是连续切削，因而，加工时的冲击和振动也较严重。所以设计这类夹具时，要特别注意工件定位稳定性和夹紧可靠性；夹紧装置必须能产生足够夹紧力，手动夹紧时要有良好的自锁性能；夹具上各组成元件的刚度和强度要高。为此，要求铣床夹具的结构比较粗壮低矮，以降低夹具重心，增加刚度、强度，夹具体的高度 H 和宽度 B 之比取 H/B =11.25 为宜。3.2定位方案及定位元件的选择本夹具主要是用来铣平面，考虑互为基准原则以及考虑定位简单和快速，选择箱体底面为定位基准，以 40 和 44 毛坯孔分别以

29、一固定式定位销和菱形定位销（一本科生毕业设计 11 面两孔定位） ，限制了工件的 6 个自由度，使工件完全定位。底面限制了三个自由度X，Y 轴的旋转自由度和 Z 轴的上下移动；一圆柱销限制了 X，Y 轴的移动再加一个菱形销限制了 Z 轴的旋转自由度。定位元件的选择：如定位方案所述。定位基面为箱体下表面和两个毛坯孔，故相应的定位元件应为一个面和两销，因此对定位元件的设计主要是一个支撑板、一个短圆柱销和一个削边销的设计。根据参考文献机械制造技术基础课程设计指导教程表 8-7（如下表 3-1）并参照箱体零件的形状尺寸，设计定位销的结构和尺寸如下表 3-1 定位销本科生毕业设计 12 短圆锥销：图 3

30、-1 短圆锥销材料：D18mm，20 钢，按 GB/T699-1999 的规定。热处理：20 钢渗碳深度 0.81.2mm，5560HRC。其他技术条件按 JB/T8044-1999 的规定。数量为一个。A40f738 JB/T 8014.2-1999本科生毕业设计 13 菱形销：图 3-2 菱形销材料：D18mm，20 钢，按 GB/T699-1999 的规定。热处理：20 钢渗碳深度 0.81.2mm，5560HRC。其他技术条件按 JB/T8044-1999 的规定。数量为一个。A44f738 JB/T 8014.2-19993.3夹紧方案及夹紧元件的选择铣床夹具是保证达到工件上平面的尺

31、寸精度、几何精度以及表面光洁度的精密工艺装备。铣床夹具的主要加工对象是铝合金铸件，因此在设计铣床夹具时，主要考虑的问题是工件的正确定位与夹紧、夹具的刚性，以及铣刀刀具导向装置的合理性，以保证达到产品的工艺要求。考虑到箱体零件的自重以及设计夹具的经济性，针对本零件的定位方案是一固定式定位销和菱形定位销（一面两孔定位） ，限制了工件的六个自由度，使工件完全定位。故主要限位面是夹具体，根据夹紧力的方向和作用点的确定原则，夹紧力应指向夹具本科生毕业设计 14 体面上，采用三个均匀的压板压在箱体底座上从而夹紧工件，为了降低成本，采用螺旋压板夹紧机构。拧动螺母通过压板压紧工件表面。采用螺旋压板组合夹紧时，

32、由于被夹紧表面高度尺寸有偏差，压板的位置不可能保持水平，所以螺母端面和压板之间要使用球面垫圈和锥面垫圈。借助垫圈球面和锥面的相互作用，在压板倾斜时，可防止螺栓受弯曲力矩的作用而损坏。图 3-3 夹紧装置图3.4夹具体的选择夹具体主要是将夹具上各种装置和元件连接成一个整体，对于夹具体应有适当的精度和尺寸稳定性，有足够的强度和刚度。对于本零件，考虑到铸造夹具工艺性好，可铸出各种复杂形状，且具有较好的抗压强度、刚度和抗震性，故采用铸造夹具体。本科生毕业设计 15 图 3-4 夹具体图3.5自锁条件的计算有些机械，就其结构情况分析，只要加上足够大的驱动力，按常理就应该能沿着有效驱动力作用方向运动，而实际上由于摩擦的存在，却会出现无论这个驱动力如何增大，也无法使它运动的现象，这种现象称为机械的自锁。本夹具装备采用螺旋压板夹紧机构，自锁性能好。3.6夹紧力的计算计算夹紧力，通常都要将夹具和工件看成一个刚性系统已简化计算，然后根据工件受切削力、夹紧力（大型工件还应考虑重力、高速运动的工件还应考虑惯性力等）作用后的静力平衡条件，计算出理论夹紧力，再乘以安全系数 K，作为实际所需的0JF夹紧力JF0=JJFKF本科生毕业设计 16 其中基本安全系数 1.5；加工性质系数 1.1；刀具钝化