变速器箱体课程设计

第一节：零件分析 1. 作用变速器箱体在整个减速器总成中起支撑和连接的作用，它把各个零件连接起来，支撑传动轴，保证各传动机构的正确安装，是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。 因此变速器箱体的加工质量的优劣，将直接影响到轴和齿轮等零件位置的准确性，也为将会影响减速器的寿命和性能。2.结构特点变速器箱体是典型的箱体类零件，其结构和形状复杂，壁薄，外部为了增加其强度加有很多加强筋。有精度较高的多个平面、轴承孔，螺孔等需要加工，因为刚度较差，切削中受热大，易产生震动和变形。3.箱体零件的结构工艺性 (1)减速器箱盖、箱体主要加工部分是结合面、轴承孔、通孔和螺孔，其中轴承孔在箱盖、箱体合箱后再进行镗孔加工，以确保两个轴承孔中心线与分割面的位置，以及两个孔中心线的平行度和中心距。 (2)减速器整个箱体壁薄，容易变形，在加工前要进行时效处理，以消除内应力，加工时要注意夹紧位置和夹紧力大小，防止零件变形。 (3)箱盖、箱体结合面，底面上的孔的加工，采用专用钻模，这样可以保证孔的位置精度要求。第二节：毛坯图的绘制及零件毛坯的制造1.毛坯图的绘制机盖毛坯的外廓尺寸：考虑其加工外廓尺寸为428204145mm，取机盖结合面的加工余量为5mm，凸台面加工余量为2mm，其余加工面的加工余量为4mm。故 毛坯 长：428 mm 宽：196+24=204 mm 高：140+5=145 mm机座毛坯的外廓尺寸考虑其加工外廓尺寸为428204180 mm，取机座结合面的加工余量为5mm，基座底面加工余量为5mm，泄油口加工余量为2mm，其余加工面的加工余量为4mm。故毛坯 长：428 mm 宽：196+24=204 mm高：170+25=180 mm毛坯图如下图2.1 机盖毛坯图图2.2 机座毛坯图2毛坯的制造（1）材料的选择毛坯材料选择HT200此材料由石墨构成，因石墨本身有润滑作用且可以吸收振动能量，所以HT200具有耐磨性能好，消振性能好的特点。由于铸铁中硅含量高且成分接近于共晶成分，因而流动性、填充性能好，即铸造性能好。基于以上优点选择HT200。（2）毛坯的制造方法 砂型铸造：钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。 砂型铸造机械造型上箱盖以结合面为分型面，采用两箱造型，中注式浇注系统，浇注的时候重要的加工面应该向下，因为铸件的上表面容易产生砂眼、气孔等。为了补缩，上面设几个冒口。为了造型时方便拔模而设计了拔模斜度。下箱体采用三箱造型，为了浇注液体充满型腔，在直浇道基础上设有横浇道。同时设置了冒口和拔模斜度。图2.3 机盖铸造工艺图图2.4 机座铸造工艺图第三节：定位基面的选择及分析3.1定位基准的选择 定位基准有粗基准与精基准之分。在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作定位基准，则该表面称为粗基准。在随后的工序中，用加工过的表面作定位基准，称为精基准。通常先确定精基准，然后确定粗基准。精基准：选择原则：“基准重合”原则；“基准统一”原则；“自为基准”原则；“互为基准”原则；精基准选择应保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便。减速器下箱体通常以底面和两定位销孔为精基准，上箱盖则分别以结合面、凸台面作为精基准。 在加工上箱盖时，以凸台为精基准粗铣、半精铣、精铣结合面。以结合面为精基准时铣视口端面、钻孔、攻丝；钻起盖螺纹孔攻丝。只有加工结合面时才以凸台为精基准，因此满足“基准统一”原则。下箱体则以底面和两定位销孔为精基准，这种定位基准的选择夹紧方便，工件的夹紧变形小；易于实现自动定位和自动夹紧，且不存在基准不重合误差。粗基准的选择选择粗基准时。主要考虑两个问题：一是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度要求；二是合理分配各加工面的加工余量。减速器的上箱盖、下箱体都以结合面为粗基准，加工出加工结合面的精基准，再以结合面作为精基准，加工分布在箱盖和箱座两个不同部分上很不规则轴承孔的毛坯孔，以及油孔、连接孔等，这样粗基准和精基准“互为基准”的原则下统一，可以保证结合面的平行度，减少箱体装合时对合面的变形。3.2各加工面基准表工件工序内容定位基准箱盖粗铣箱盖连接螺栓凸台面箱盖的结合面为粗基准粗精铣箱盖结合面箱盖的凸台面为精基准粗精铣窥视孔端面箱盖的结合面为精基准钻起吊螺钉孔箱盖的结合面为精基准钻窥视孔台阶面螺钉孔箱盖的结合面为精基准攻起吊螺钉孔和窥视孔台阶面螺钉孔箱盖的结合面为精基准 箱座（机座）粗铣机座底面机座的结合面为粗基准粗精铣机座结合面机座底面为精基准精 铣机座底面机座底面为精基准粗铣机座凸台面机座底面为精基准粗铣排油口台阶面机座底面为精基准粗铣游标台阶面机座底面为精基准钻地角螺栓孔机座底面为精基准钻排油螺栓孔和游标孔机座底面为精基准 合箱后粗精镗镗输出轴承孔机座底面为精基准，采用一面两销定位粗精镗镗输入轴承孔机座底面为精基准，采用一面两销定位粗精铣输入轴承孔端面机座底面为精基准，采用一面两销定位粗精铣输出轴承孔端面机座底面为精基准，采用一面两销定位钻上机座连接螺栓孔机座底面为精基准，采用一面两销定位锪上机座连接螺栓沉头座孔机座底面为精基准，采用一面两销定位钻输入与输出轴承盖孔机座底面为精基准，采用一面两销定位第四节：加工工作量及加工手段组合减速器箱体主要加工面有五个，机盖结合面、机座结合面、机座底面、输入轴承孔端面、输出轴承孔端面。此外，除了要镗轴承孔外，还要加工的有上机座螺栓孔，机盖吊环孔、窥视孔台阶面、机座底面螺栓孔、游标空、排油孔、油槽、上机座定位销孔。下面查工序确定各工序的尺寸和偏差1、机座与机盖结合面A 、加工工序：粗铣半精铣精铣B 、工序余量：粗铣3mm， 半精铣1.6mm，精铣0.4mmC、工序公差：毛坯1.3mm，粗铣IT12，半精铣IT8，精铣IT7D、工序尺寸：精铣mm，Ra1.6，半精铣mm，Ra6.3，粗铣 mm,Ra12.5，毛坯mm2、轴承孔两端面A、加工工序：粗铣精铣B、工序余量：粗铣3.5mm，精铣0.5mmC、工序公差：毛坯2mm，粗铣IT10，精铣IT7 D、工序尺寸：精铣mm，Ra1.6，粗铣 mm,Ra12.5，毛坯mm3、视窗面A、加工工序：粗铣B、工序余量：粗铣2mm C、工序公差：毛坯0.8mm，粗铣IT12D、工序尺寸：粗铣 mm,Ra12.5，毛坯mm4、机盖凸台面A、加工工序：粗铣B、工序余量：粗铣2mmC、工序公差：毛坯1.2 mm，粗铣IT12 mm D、工序尺寸：铣 mm， Ra12.5，毛坯 mm5、输入（出）轴承孔A、加工工序：粗镗半精镗-精镗B、工序余量：粗镗2.5，半精镗1.0，精镗0.5，C、工序公差：毛坯0.8，粗镗IT12，半精镗IT11，精镗IT8，D、工序尺寸：输出轴承孔 ：精镗 Ra2.5，半精镗Ra3.2，粗镗Ra12.5，毛坯输入轴承孔： 精镗 Ra1.6，半精镗Ra3.2，粗镗Ra12.5，毛坯6、机座底面A、加工工序：粗铣精铣B、工序余量：粗铣5mmC、工序公差：毛坯1.1mm，粗铣IT12D、 工序尺寸：粗铣mm,Ra12.5，毛坯mm第五节：工艺过程对减速箱箱体进行加工，尤为重要的就是确定其加工工艺的过程。并且，在确定加工工艺过程时，应该考虑各方面的因素，从而拟定出最佳加工方案。针对我们所要加工的减速箱，应当遵循先面后孔，先粗后精，工序适当等原则。经过分析，我们把加工工艺过程大致分为了三个部分。第一部分是对箱盖的加工，主要是加工上箱盖凸台面，上下箱体结合面，上箱体窥视孔面以及钻孔、攻丝窥视孔台阶面；第二部分是对机座的加工，主要是加工机座底面，上下箱体结合面，钻锪底座螺栓孔和排油孔和油标孔；第三部分是将两箱体合箱后进行加工，主要工序是钻、绞定位销孔和钻连接孔，以底面为基准铣轴承端面和镗轴承孔，最后钻轴承孔端面的螺钉孔。其中，在第一、二和第三部分之间应安排钳工工序，将盖与底座合成箱体，并用二锥销定位，使其保持一定的位置关系，以保证轴承孔和螺栓连接孔的加工精度和撤装后的重复精度。箱盖：工序号工序名称 工序内容定位基准 设备 刀具 1毛坯铸造 2清砂清除浇注系统，冒口，型砂，飞边，飞刺等 3热处理人工时效处理 4涂漆 5铣铣箱盖连接孔凸台面保证:六个连接孔凸台的尺寸mm，表面粗糙度为Ra12.5箱盖结合面X6320粗齿莫氏锥柄立铣刀 6粗铣粗铣箱盖结合面。保证：结合面尺寸mm，表面粗糙度为Ra12.5箱盖凸台面万能铣床硬质合金盘铣刀 7半精铣半精铣箱盖结合面。保证：结合面尺寸mm，表面粗糙度为Ra6.3箱盖凸台面X53K硬质合金面铣刀 8精铣精铣箱盖结合面保证：结合面尺寸mm，表面粗糙度为Ra1.6，平面度为0.025箱盖凸台面X53K硬质合金面铣刀 9铣铣窥视孔台阶面保证：窥视孔台阶面高度尺寸，表面粗糙度为Ra6.3。箱盖结合面龙门机床xq209/2m硬质合金套式面铣刀10钻孔钻窥视孔台阶面螺钉孔。箱盖结合面Z3025B麻花钻11攻丝攻起窥视孔台阶面螺钉孔箱盖结合面Z3025B丝锥12钻孔钻启盖螺钉孔箱盖结合面Z3025B麻花钻13攻丝攻启盖螺钉孔箱盖结合面Z3025B丝锥注意： 如果是小批单件生产，加工工艺过程中应安排划线的工序，但由于是大量生产，用流水线生产，故省略划线工序。机座：工序号工序名称 工序内容定位基准 设 备 刀 具1毛坯铸造2清砂清除浇注系统，冒口，型砂，飞边，飞刺等3热处理人工时效处理4涂漆5铣铣机座底面保证：底座厚度为，底座表面粗糙度为 Ra12.5机座结合面X5032硬质合金套式面铣刀6粗铣粗铣机座结合面保证：结合面厚度为mm ，表面粗糙度为Ra12.5机座底面立式铣床5030A硬质合金套式面铣刀半精铣半精铣结合面保证：结合面尺寸，表面粗糙度为Ra=6.3。箱盖凸台面8精铣精铣机座结合面保证：结合面尺寸mm，表面粗糙度为Ra1.6，平面度为0.025机座底面X53K硬质合金面铣刀9钻孔钻地角螺栓孔保证：沉头座孔的直径为17，距离和距离300，表面粗糙度为Ra12.5机座结合面Z3025B麻花钻10锪孔锪地角螺栓沉头座保证：沉头座孔的直径为30, 距离和距离300,表面粗糙度为Ra12.5机座结合面11铣铣排油口台阶面保证:台阶面距离底座的距离为20,表面粗糙度为Ra6.3机座结合面X62W高速钢立铣刀W18Cr4V12铣铣游标台阶面保证:台阶面距离机座结合面的距离为90,台阶面与机座壁的角度为45，表面粗糙度为Ra12.5机座结合面X62W高速钢立铣刀W18Cr4V13钻孔钻排油螺栓孔和游标孔机座结合面Z3025B麻花钻14攻丝攻排油螺栓孔和游标孔箱盖结合面Z3025B丝锥 注意： 由于机座有两凸缘面的原因，因此机座接合面与底面上螺栓孔的锪平不能用组合钻床直接锪平，而必须采用特殊的刀杆，把套式锪钻插装在特殊刀杆上来锪平螺栓孔。而且还应该先让刀杆穿过螺栓孔，在装上套式锪钻，然后再进行反锪。合箱后：工序号工序名称工序内容定位基准设备刀具1钳工将箱盖，箱体对准和箱机座底面钳工钳工2钻钻，铰锥销孔，装入锥销机座底面3钳工将箱盖，箱体做标记，编号4锪孔锪上机座连接螺栓沉头座孔机座底面锪钻锪钻5钻孔钻上机座连接螺栓孔机座底面麻花钻麻花钻6钳工拆箱，去毛刺，清洗，再装配，拧紧螺栓。7粗铣粗铣轴承孔两端面保证：两端面的距离为机座底面硬质合金面镶齿套式面铣刀硬质合金面铣刀8精铣精铣轴承孔两端面保证：端面到输入轴线的距离为机座底面硬质合金面铣刀硬质合金面铣刀9粗镗粗镗两轴承孔保证：输出轴承孔的直径为；输入轴承孔的直径为。机座底面硬质合金双刃镗刀硬质合金镗刀10半精镗半精镗两轴承孔保证：输出轴承孔的直径为；输入轴承孔的直径为。机座底面硬质合金镗刀硬质合金镗刀11精镗精镗两轴承孔保证：输出轴承孔的直径为；输入轴承孔的直径为。机座底面硬质合金镗刀硬质合金镗刀12钻孔钻轴承孔端面六个螺钉孔机座底面麻花钻麻花钻13钳工拆箱，去毛刺，清洗15钳工合箱，装锥销，紧固钳工钳工16终检查检查各部尺寸及精度17入库第六节：夹具设计6.1夹具设计应遵循的原则： 1）夹紧过程中不改变工件定位时所占据的正确位置； 2）夹紧力的大小要适当，过大了会使工件变形，过小了则在加工时工件会松动，造成报废甚至发生事故，既要保证加工过程中工件不会产生位移和振动，又要使工件不产生不允许的变形或损伤； 3）夹紧装置的自动化程度，应与工件的生产批量相适应；4）夹具设计应遵循“实现同等功能的前提下，机构简单者为最优”的设计理念。结构要简单，力求体积小、重量轻、并有足够的强度；工艺性好便于制造与维修； 5）使用性能操作方省安全可靠同时，夹具设计应该考虑多方面的问题，运用自己所学过的多科知识，结合生产实际环节，进行合理的夹具设计。所以，考虑到实际生产，机床夹具的设计还应该遵循以下设计原则： （1）用夹具固定产品及工具 以固定用台钳及夹持具等来固定产品及工具，以解放人手从而进行双手作业 （2）使用专用工具 生产线中所用工装应最适合该产品及人工操作的专用工具以提高生产效率 （3）合并二种工装为一种 减少工具的更换麻烦，以减少转拉的工时消耗，提高工作效率。（4）提高工具设计便利性减少疲劳 （5）机械操作动作作相对安定并且操作流程化 8.2 机床选择 因为自己所选择的工艺是粗铣下底面，因此该工艺环节一个主要的内容就是选择合理的铣床。考虑到减速器下底面比较大，且是粗铣，因此综合多方面的知识，查询手册各种机床的资料，最终，选取立式铣床5030A。它的工作台面是1150300 mm，外形尺寸为169315351869，主轴转速为12级，35-1600r/min，电动机功率为4KW，满足加工要求。下为机床5030A图：图（8-1） 立式铣床5030A6.3 刀具选择 选择合适的刀具，既可以提高加工效率，又可以避免不必要的浪费。在自己所设计的这一夹具中，主要是粗铣下底面，且由于下底面宽度比较大，因此应选择端面铣刀。最后，结合其尺寸，查询设计手册，选择选择硬质合金套式面铣刀YG8，查工艺人员手册表10-110知，每齿的进给量Sz=0.4mm。其余尺寸为D=400mm，齿数是z=14，铣削宽度为B=240mm。图（8-2） 硬质合金套式面铣刀YG86.4 切削力的计算 （1）铣削圆周力的计算 铣削力在加工过程中往往方向、大小在变化，在计算中应按最不利的加工条件下求得的铣削力或铣削合力计算。代入铣削圆周力公式： 其中切削深度t=4.5mm，铣削宽度B=190mm，铣刀齿数Z=14，每齿进给量Sz=0.4mm，铣刀直径D=400mm，将数值代入上式计算得： 计算的，P=244 Kg。 （2）切削速度的计算 代入公式： 其中D=400mm，T=420min，t=4.5mm，Sz=0.4mm，B=190mm。计算，得： V=74mm/min。6.5机动时间的计算及工序时间定额的确定本道工序只需粗铣下底面，因为，粗加工时，除留下精加工余量外，一次走刀应尽可能切除全部余量。因此，采用一把套式端面铣刀，在加工时，一次走刀即可。查机械工艺设计手册知，机动时间 其中： =铣削轮廓的实际长度368mm； =切入长度=24mm； =超出长度=5mm； 行程次数，因此在这取：i=1； 工作台的进给量 =0.41460=336mm/min。 其中： ， n=60。 所以，算得，T=1.18min。 查表得：辅助时间=； 间歇时间 ； 准备终结时间； 技术服务时间。 由上面的算式可得：=（3046）%。 所以，=（1.301.46）%=1.7min。6.6粗铣下底面的夹具设计 （1）夹紧力的计算进行夹紧力计算时，通常将夹具和工件看作一刚性系统，以简化计算。根据工件在切削力、夹紧力(重型工件要考虑重力，高速时要考虑惯性力)作用下处于静力平衡，列出静力平衡方程式，即可算出理论夹紧力，再乘以安全系数，作为所需的实际夹紧力。即 式中： 实际所需夹紧力； 理论夹紧力； 安全系数安全系数可按下式计算 基本安全系数=1.2，加工性质=1.2，刀具钝化程度=1.2，切削特点=1.0，夹紧力稳定性=1.0，力矩作用下工件与支撑面接触情况=1.0，所以，算的： =1.728。规定：若安全系数K的计算结果小于2.5时，取=2.5。因为： 其中，查询设计手册可以得知，未加工面的摩擦力比较大，而下箱体凸台面与压板的摩擦系数和下箱体结合面与定位板的摩擦系数所在的接触面都是未加工表面，因此，可以取=0.7。又已知切削力P=2440N，下箱体的重力G=234N，代入上式，可得： =1626 N； 所以，实际夹紧力=4065 N，所以分配到每个板的夹紧力为： 。 （2）定位方式的选择 由于是粗铣减速器下底面，因此只需要保证其在z轴方向的自由度即可。所以，本工序中采用平面定位即可，定位面为结合面。如下图示： 图（8-3）定位方式图（3）夹紧机构的选择 夹具夹紧机构选择偏心轮夹紧机构，偏心轮夹紧机构是靠偏心轮回转式其半径逐渐增大而产生夹紧力夹紧工件的，偏心夹紧机构长于压板联合使用，常用的偏心轮有曲线偏心轮和圆偏心轮。曲线为阿基米德曲线或对数曲线，这两种曲线的优点是升角变化均匀或不变，可使工件夹紧稳定可靠，但制造困难；园偏心外形为圆，制造方便，应用广泛。偏心夹紧机构的夹紧原理与斜楔夹紧机构相似，只是斜楔加紧的楔角不变，而偏心加紧的楔角是变化的。6.7定位误差的分析 在夹具设计时，平面定位的主要方式是支持定位，常用的定位元件为各种支撑钉、支撑板、自由支撑和可调支撑。 在本工序中，因为工件是以未加工过的减速器毛坯结合面定位，因此只能采用三点定位方式，由于未加工过，所以定位元件只能选取球头支撑钉，这一可以减少支撑钉与工件的接触面积。以便能与粗糙不平的毛坯表面稳定接触。在计算其定位误差时，由于是以毛坯表面定位，所以毛坯表面本身的状况并不相同，所以基准位置会在一定的范围内变动，从而产生定位误差，即 因为是粗铣机座下底面，且是机座自铸造完成后的第一道工序，因此，在这一工序中得定位误差比较大，其就是铸件的毛坯误差经过去毛刺之后的平面度误差，经过查询手册可知，其=0.065mm，满足要求。夹具图如下：第七节 总结通过这次的课程设计是我对机床夹具这门课有了更深一步的学习，以及对以前学习的专业课有了系统的学习，如：机械原理、机械设计、气压传动、互换性、机械制图等。也让自己对工艺、夹具设计有了比较深的印象，对自己专业将来的就业工作也有了更深的思考，可以说这次的课程设计对于我们学生来说是非常有利和有必要的。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 同时，非常感谢老师在这次实习过程中为我们同学所付出的努力，自己也会更加努力的学习，了解各方面的知识，弥补自己的不足，为日后的学习和工作打下更加坚实的基础。 20