小型蜗轮减速器箱体加工工艺和Φ180mm孔精加工夹具设计Word下载.doc
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3.4夹具体结构
33
第4章总结 35
参考文献 37
致谢 38
第1章绪论
1.1课题背景及目的
目前,随着我国经济的高速增长,尤其是现代工业的快速发展,各种传动机构越来越受到人们的青睐,其中蜗轮蜗杆传动以其独特的特点在机械中广泛运用,其主要优点有:
可以得到很大的传动比,比交错轴斜齿轮机构紧凑;
两轮啮合齿面间为线接触,其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构;
蜗杆传动相当于螺旋传动,为多齿啮合传动,故传动平稳、噪音很小;
具有自锁性。
当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时,机构具有自锁性,可实现反向自锁,即只能由蜗杆带动蜗轮,而不能由蜗轮带动蜗杆。
如在其重机械中使用的自锁蜗杆机构,其反向自锁性可起安全保护作用。
蜗轮箱做为蜗轮蜗杆行走的支撑和定位机构,其主要作用是支承各传动轴,保证各轴之间的中心距及平行度,并保证蜗轮箱各部件的正确安装。
因此蜗轮箱箱体零件的加工质量,不但直接影响箱体内各个部件的装配精度和运动精度,而且还会影响工作精度、使用性能和寿命,因此其加工工艺及制造技术就显的尤为重要。
本次毕业设计就要求我们能熟练运用有关机械制造工艺类的知识,综合一些其他知识及实践知识来进行中等复杂的机械制造工艺规程设计及相关夹具设计的知识。
通过本次被毕业设计,可以培养我们从综合生产实践中学到的知识,独立的分析和解决工艺问题,初步具备设计出高效、省力、经济合理并能保证加工质量的工艺规程的能力。
培养我们熟悉并运用有关手册、标准、图表等技术资料的能力以及进一步培养我们看图、制图、运算和编写技术文件的基本技能等。
1.2小型蜗轮减速器箱体简介
蜗轮减速器箱体零件是机器及其部件的基础零件,它将机器及其部件中的轴、轴承、套、和齿轮等零件按一定的相互位置关系装配成一个整体,并按预定传动关系协调其运动。
在机械设备中,蜗轮减速器箱体零件是一种主要的零件,其加工质量对机器的精度、性能和寿命有重要影响。
蜗轮减速器箱体的具体结构、尺寸虽不相同,但有许多共同特点。
其结构一般都比较复杂,壁薄且不均匀,内部型腔复杂,箱壁上既有许多孔要加工,又有许多面要加工,加工部位多,加工难度大。
第2章机械加工工艺规程的制订
2.1零件的工艺分析
2.1.1零件的用途
2.1.2零件的技术要求
箱体零件结构较复杂,加工表面主要为平面和孔系。
该减速器箱体的主要加工部位有:
轴承支承孔、端面、底座、顶面、螺栓孔等。
主要加工部位的技术要求有:
两对轴承孔的尺寸精度为IT7,表面粗糙度Ra值为1.6um,一对Ф90的轴承孔和一对Ф180的轴承孔同轴度公差分别为0.05mm、0.06mm,其中两对轴承孔轴线的垂直度公差为0.06mm。
其它加工表面要求精度不高。
该零件的全部技术要求列于表1-1中。
表2-1小型蜗轮减速器箱体零件技术要求表
加工表面
尺寸及偏差
mm
公差及精度等级
CT
表面粗糙度
um
形位公差
箱体顶面
210x130
IT13
12.5
箱体底面
Φ120mm凸台
Φ120mm
IT8
3.2
Φ205mm凸台
Φ205mm
Φ90mm轴承孔
Φ
IT7
1.6
同轴度0.06
Φ180mm轴承孔
垂直度0.06
5xM16螺纹孔
M16
4xM6螺纹孔
M6
16xM8螺纹孔
M8
2.1.3审查零件的工艺性
零件工艺性审查分析零件图可知,该零件图样上的视图、尺寸公差和技术要求是正确、统一、完整的。
Φ90mm轴承孔和Φ180mm轴承孔的断面均要求切削加工,并在轴向方向上均高于相邻表面。
这样既减少了加工面积,又提高了端面的接触刚度。
另外该零件除主要加工表面(Φ90mm、Φ180、两端面)外,其余加工表面精度均较低,不需要更高精度机床加工,通过铣、钻床的粗加工就可以达到加工要求;
而主要表面虽然加工精度相对较高,但也可以在正常的生产条件下,采用较经济的方法保质保量地加工出来。
由此可见,该零件的工艺性较好。
2.2零件的生产类型
根据任务书已知:
(1)产品的生产纲领拟定Q=2000台/年。
(2)每台产品中减速器箱体的数量n=1件/台。
结合生产实际,备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%。
带入公式(1-1)[1]得:
N=Qm(1+a%)(1+b%)
=20001(1+3%)(1+0.5%)
=2070(件/年)
式中N——零件的生产纲领(件/年);
Q——产品的年产量(台、辆/年);
M——每台(辆)产品中该零件的数量(件/台、辆);
a%——备品率,一般取2%~4%;
b%——废品率,一般取0.3%~0.7%。
蜗轮减速器箱体重量约10.5kg,查表1-3[1]知,该蜗轮减速器箱体属轻型零件;
由表1-4[1]知,该零件的生产类型为中批生产。
2.3确定毛坯
2.3.1确定毛坯类型及制造方法
按技术要求蜗轮减速器箱体的材料是HT200,其毛坯是铸件。
材料抗拉强度为200N/,抗弯强度为400N/,硬度为HB170-241。
铸铁容易成型、切削性能好、价格低廉,并且具有良好的耐磨性和减振性,也是其它一般箱体常用的材料。
箱体结构复杂,箱壁薄,故选用铸造方法制造毛坯。
因生产类型为中批生产,可采用砂箱机器造型,内腔安放型芯。
铸件需要人工实效处理。
2.3.2确定毛坯的的尺寸公差和机械加工余量
铸件基本尺寸:
机械加工前的毛坯铸件的尺寸,包括必要的机械加工余量。
要求的机械加工余量(RAM):
在毛坯铸件上为了随后可用机械加工方法去除铸造对金属表面的影响,并使之达到所要求的表面特征和必要的尺寸精度而留出的金属余量。
对圆柱形的铸件部分或在双侧机械加工的情况下,RAM应加倍。
对外圆面作机械加工时,RAM与铸件其他尺寸之间的关系表达式:
R=F+2RAM+CT/2 (2-1)[1];
对内腔作机械加工相对应的表达式:
R=F-2RAM-CT/2(2-2)[1]。
注:
(1)除非另有规定,公差带应相对于基本尺寸对称分布,即一半基本尺寸在上,一半在基本尺寸之下;
(2)除非另有规定,要求的机械加工余量适用于整个毛坯铸件,即对所有需机械加工的表面只规定一个值,且该值应根据最终机械加工后成品铸件的最大轮廓尺寸,在相应的尺寸范围内选取。
由表2-1[1]“大批量生产的毛坯铸件的公差等级”确定毛坯铸件的公差等级CT=10。
由表2-5[1]“毛坯铸件典型的机械加工余量等级”选取毛坯零件的机械加工余量等级为G。
根据蜗轮减速器箱体零件最大轮廓尺寸(300mm),由表2-4[1]“要求的铸件机械加工余量(RAM)”确定该铸件机械加工余量为3.5mm。
现将蜗轮减速器箱体毛坯尺寸公差与加工余量的计算结果列于下表:
表2-2蜗轮减速器箱体毛坯尺寸及加工余量
毛坯尺寸公差等级CT
铸件尺寸公差
(mm)
机械加工余量
毛坯尺寸及公差
箱体长度235mm
10
4
3.5
2442
箱体高度300mm
4.4
309.22.2
箱体宽度145mm
3.6
153.81.8
(续)
2个Ф180mm轴承孔
1712
2个Ф90mm轴承孔
81.41.6
2.3.3绘制毛坯简图
图2-1零件毛坯简图
35
2.4选择定位基准
2.4.1精基准的选择
选择精基准时,应从整个工艺过程来考虑如何保证工件的尺寸精度和位置精度,并要达到使用起来方便可靠。
一般按下列原则来选择:
(1)基准重合原则:
选择设计基准作为定位基准。
(2)基准统一原则:
尽可能在多数工序中选用统一的定位基准来加工其它各表面,可以避免基准转换过程所产生的误差,并可使各工序所使用的夹具结构相同或相似,从而简化夹具的设计和制造。
(3)自为基准原则:
有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀,应选择加工表面本身来作为定位基准。
(4)互为基准原则:
对于相互位置精度要求高的表面,可以采用互为基准,反复加工的方法。
经分析零件图可知,箱体底面或顶面是高度方向的设计基准,中心轴线是长度和宽度方向的设计基准。
一般箱体零件常以装配基准或专门加工的一面两孔定位,使得基准统一。
蜗轮减速器箱体中Ф90轴承孔和Ф180轴承孔有一定的尺寸精度和位置精度要求,其尺寸精度均为IT7级、位置精度包括:
Ф90轴承孔对Ф90轴承孔轴线的同轴度公差为Ф0.05、Ф180轴承孔对Ф180轴承孔轴线的同轴度公差为Ф0.06、Ф180轴承孔轴线对Ф90轴承孔轴线的垂直度公差为0.06。
为了保证以上几项要求,加工箱体顶面时应以底面为精基准,使顶面加工时的定位基准与设计基准重合;
加工两对轴承孔时,仍以底面为主要定位基准,这样既符合“基准统一”的原则,也符合“基准重合”的原则,有利于保证轴承孔轴线与装配基准面的尺寸精度。
2.4.2粗基准的选择
按照有关零件的粗基准的选择原则:
当零件有不加工表面时,应选择这些不加工的表面作为粗基准,当零件有很多个不加工表面的时候,则应当选择与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准。
箱体粗基准选择要求:
(1)在保证各加工表面均有加工余量的前提下,使主要孔加工余量均匀。
(2)若工件每个表面都有加工要求,为了保证各表面都有足够的加工余量,应选择加工量较少的表面为粗基准。
(3)若工件必须保证每个加工表面与加工表面之间的尺寸或位置要求,则应选择某个加工面为粗基准。
(4)选择基准的表面应尽可能平整,没有铸造飞边,浇口,冒口或其他缺陷。
粗基准一般只允许使用一次。
(5)装入箱体内的旋转零件应与箱体内壁有足够的间隙。
(6)应保证定位、夹紧可靠。
一般箱体零件的粗基准都用它上面的重要孔和另一个相距较远的孔作为粗基准,以保证孔加工时余量均匀。
蜗轮减速器箱体加工选择以重要表面孔Ф90及Ф180为粗基准,通过划线的方法确定第一道工序加工面位置,尽量使各毛坯面加工余量得到保证,即采用划线装夹,按线找正加工即可。
2.5拟定工艺路线
2.5.1表面加工方法的确定
根据蜗轮减速器箱体零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度,由表1-7[1]“孔加工方案的经济精度和表面粗糙度”和表1-8[1]“平面加工方案的经济精度和表面粗糙度”确定加工件各表面的加工方法,如表2-3所示。
表2-3蜗轮减速器箱体各表面加工方案
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra/um
加工方案
Ra12.5
粗铣
Ф120凸台
Ra3.2
粗铣—精铣
Ф205凸台
Ф180轴承孔
Ra1.6
粗镗—半精镗—精镗
Ф90轴承孔
钻孔—攻丝
2.5.2加工阶段的划分
该蜗轮减速器箱体加工质量要求高,可将加工阶段分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。
该蜗轮减速箱箱体毛坯为铸件,加工余量较大,而在粗加工中切除的金属较多,因而夹紧力、切削力都较大,切削热也较多。
加之粗加工后,工件内应力重新分布也会引起工件变形,因此,对加工精度影响较大。
为此,把粗加工、半精加工和精加工分开进行,有利于把已加工后由于各种原因引起的工件变形充分暴露出来,然后在半精加工和精加工中将其消除。
2.5.3工序的集中与分散
该蜗轮减速器箱体的生产类型为大批生产,可以采用万能型机床配以专用工、夹具,以提高生产率。
箱体的体积、重量较大,故应尽量减少工件的运输和装夹次数。
为了便于保证各加工表面的位置精度,应在一次装夹中尽量多加工一些表面。
箱体零件上相互位置要求较高的孔系和平面,一般尽量集中在同一工序中加工,以减少装夹次数,从而减少安装误差的影响,有利于保证其相互位置精度要求。
综上,用工序集中原则安排该零件的加工工序。
2.5.4工序顺序安排
2.5.4.1机械加工工序
(1)遵循“先基准后其他”的工艺原则,首先加工精基准对合面。
(2)遵循“先粗后精”的工艺原则,先安排粗加工工序,后安排精加工工序。
(3)遵循“先主后次”的工艺原则,由于轴承孔及各主要平面,都要求与对合面保持较高的位置精度,所以在平面加工方面,先加工对合面,然后再加工其它平面。
(4)遵循“先面后孔”的工艺原则,还遵循组装后镗孔的原则。
因为如果不先将箱体的对合面加工好,轴承孔就不能进行加工。
另外,镗轴承孔时,必须以底座的底面为定位基准,所以底座的底面也必须先加工好。
2.5.4.2热处理工序
箱体零件的结构复杂,壁厚也不均匀,因此,在铸造时会产生较大的残余应力。
为了消除残余应力,减少加工后的变形和保证精度的稳定,所以,在铸造之后必须安排人工时效处理。
人工时效的工艺规范为:
加热到500℃~550℃,保温4h~6h,冷却速度小于或等于30℃/h,出炉温度小于或等于200℃。
普通精度的箱体零件,一般在铸造之后安排1次人工时效出理。
对一些高精度或形状特别复杂的箱体零件,在粗加工之后还要安排1次人工时效处理,以消除粗加工所造成的残余应力。
本例减速箱体在铸造之后安排1次人工时效出理,粗加工之后没有安排时效处理,而是利用粗、精加工工序间的停放和运输时间,使之得到自然时效。
箱体零件人工时效的方法,除了加热保温法外,也可采用振动时效来达到消除残余应力的目的。
2.5.4.3辅助工序
在铸造后安排了清砂、涂漆工序;
箱盖和底座拼装前,安排了中间检验工序和底座的煤油渗漏试验工序;
箱体精加工后,安排了拆箱、去毛刺、清洗、合箱和终检工序。
综上所述,该小型蜗轮减速器箱体的安排顺序为:
基准加工——主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——热处理——主要表面精加工。
2.6确定工艺路线
2.6.1拟定机械加工工艺路线
拟定工艺路线一:
工序1粗铣顶面
工序2粗铣底面
工序3粗铣Φ90孔左侧凸台
工序4粗铣Φ90孔右侧凸台
工序5粗铣Φ180孔左侧凸台
工序6粗铣Φ180孔右侧凸台
工序7精铣Φ90孔左侧凸台
工序8精铣Φ90孔右侧凸台
工序9精铣Φ180孔左侧凸台
工序10精铣Φ180孔右侧凸台
工序11粗镗Φ90孔
工序12粗镗Φ180孔
工序13精镗Φ90孔
工序14精镗Φ180孔
工序15钻、攻16xM8、5xM16、4xM6各螺纹孔
工序16去毛刺
工序17清洗
工序18终检
工序19入库
拟定工艺路线二:
工序1粗铣底面
工序2粗铣顶面
工序3粗铣Φ90孔左侧凸台
工序4粗铣Φ90孔右侧凸台
工序5粗铣Φ180孔左侧凸台
工序6粗铣Φ180孔右侧凸台
工序7精铣Φ90孔左侧凸台
工序8精铣Φ90孔右侧凸台
工序9精铣Φ180孔左侧凸台
工序10精铣Φ180孔右侧凸台
工序11粗镗Φ90孔
工序12粗镗Φ180孔
工序13磨削Φ90孔
工序14磨削Φ180孔
工序15钻、攻16xM8、5xM16、4xM6各螺纹孔
拟定工艺路线三:
工序2粗铣顶面
工序3粗铣Φ90孔两侧凸台
工序4粗铣Φ180孔两侧凸台
工序5精铣Φ90孔两侧凸台
工序7精铣Φ180孔两侧凸台
工序8粗镗Φ90和Φ180孔
工序9精镗Φ90和Φ180孔
工序10钻、攻16xM8、5xM16、4xM6各螺纹孔
工序11去毛刺
工序12清洗
工序13终检
工序14入库
2.6.2工艺方案的分析与比较
上述三个工艺方案的特点在于:
三个方案都是按先粗后精,先面后孔的原则进行加工的。
方案一是采用粗镗、精镗加工Φ90和Φ180两孔,方案二采用粗镗、磨削加工Φ90和Φ180两孔,方案三采用方法基本与方案一一样,但方案三把Φ90两侧凸台和Φ180两侧凸台的粗加工和精加工分别安排在一道工序中,工序比较集中。
别且粗加工和精加工Φ90和Φ180两孔时,采用旋转工作台的方法可以分别安排在一道工序中,这样一套夹具的使用范围更广,工序也更集中。
考虑到箱体上的孔一般不宜采用磨削加工,以及工序集中的原则,选择方案三是比较合理的,能达到零件图的加工要求。
2.6.3确定机械加工工艺路线
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上,表2-4列出了小型蜗轮减速器箱体的工艺路线。
表2-4小型蜗轮减速器箱体工艺路线及设备、工装的选用
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
铸造毛坯
20
清砂
30
热处理
40
涂底漆
50
划线
钳工台
直尺、高度游标尺
60
粗铣蜗轮箱体底面和顶面
立式铣床X51
端铣刀
游标卡尺
70
粗铣Φ90mm两孔侧面凸台
80
粗铣Φ180mm两孔侧面凸台
90
精铣Φ90mm两孔侧面凸台
100
精铣Φ180mm两孔侧面凸台
(续)
110
粗镗Φ90mm孔和Φ180mm孔
卧式镗床T68
镗刀
卡尺、内径千分尺
120
半精镗Φ90mm孔和Φ180mm孔
卡尺、塞规
130
精镗Φ90mm孔和Φ180mm孔
140
划线(各螺纹孔加工线)
直尺、划针、样冲、手锤、高度游标尺
150
钻孔、攻螺纹
普通摇臂钻床Z3032
麻花钻、丝锥
塞规
160
去毛刺
平锉
170
清洗
清洗机
180
终检
卡尺、塞规等
190
入库
2.7加工余量、工序尺寸和公差的确定
工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差。
对于外圆和孔等旋转表面,工序余量是指双边余量。
平面的工序余量是单边余量。
由于设计尺寸、工序尺寸、毛坯尺寸都有公差,所以工序余量有基本工序余量、最大工序余量、最小工序余量之分。
确定工序余量、工序尺寸及公差的方法见表4-24[2]。
项目
确定方法
工序余量
分析计算法。
此法必须有可靠的实际数据资料,目前应用较少
经验估算法。
根据工艺人员的实际经验确定加工余量,通常所取的加工余量偏大,一般用于单件小批量生产
查表法。
查阅相关手册,在结合工厂的实际情况进行修正。
此法应用较为普遍
工序尺寸公差
工艺基准与设计基准重合时,由最后一道工序开始,逐一向前推算工序基本尺寸(后一道工序的基本尺寸+加工余量=前一道的基本尺寸,孔的加工余量为负值),直到毛坯基本尺寸;
各工序尺寸公差则按各工序的加工精度确定、并按“入体原则”确定上、下偏差;
毛坯公差标注成双向偏差。
工艺基准与设计基准不重合时,需用工艺尺寸链分析计算
在用查表法选择工序间加工余量时应注意如下问题。
表中数据是基本值对称表面(如轴或孔)的余量是双边的,非对称表面的余量是单边的。
决定加工余量时应考虑到机械加工和热处理过程中零件可能发生的变形,否则可能产生废品
决定加工余量时应考虑到被加工零件的大小。
零件越大,加工余量也越
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