机械制造工艺 课程设计说明书

一、零件的分析（1） 、零件的作用 题目所给的零件是二级减速器箱体（见附图1），它的作用是减速增矩，其底面凸缘上面有六个螺栓孔，用来将减速器固定在机器上，结合面凸缘上有四个螺栓孔用来连接上箱和下箱，在结合面处有三对轴承座，用来安装轴承，轴承座端面上有六个螺栓孔用来连接轴承座端盖。轴承座旁边有凸台，凸台上有螺栓孔用来紧固轴承座。（2） 、零件的工艺分析该零件要加工的表面有箱体底面和结合面，要保证的尺寸为，表面粗糙度要求为1.6。三对轴承座孔，配合尺寸为H7，其要保证的尺寸分别为，这几个尺寸有同轴度要求，其对各自设计轴线的同轴度要求为0.025，且这些孔在结合面上的轮廓线有平行度要求，分别为0.002，0.003，0.004（主要是因为要保证齿轮轴和结合面的重合度）。3对轴承座端面，由于使用时端面处要加垫片，所以端面的要求不高，其尺寸精度为IT11,即保证尺寸。箱体有4个12通孔，8个16通孔，6个21沉孔。合箱之后要加工36个10丅42螺纹孔，2个12销孔，其表面粗糙度为1.2。二、工艺规程设计（1） 、确定毛坯的制造形式零件的材料为HT200。由于是大批量生产，参考金属机械加工工艺人员手册上海科技出版社第335、336页，铸造时选择1级精度，其轴承座端面方向偏差为mm，底面和结合面方向的偏差为mm。轴承座孔直径方向的偏差为mm。（2） 、基准的选择1、粗基准的选择 以结合面凸缘下表面作为粗基准加工结合面。 2、精基准的选择 以加工完的结合面作为精基准加工底面，钻螺栓孔并精铰其中两个对角底座螺栓孔，然后再以底面和精铰之后的两螺栓孔为精基准磨结合面，并打结合面上的螺栓孔，合箱之后打结合面上的销孔，铣轴承座端面，镗轴承座孔，打轴承座端面螺栓孔。（3） 、制定工艺路线 1、工艺路线方案一 工序1 铸造 工序2 时效处理 工序3 涂底漆 工序4 刨对合面，包括粗刨和精刨，粗刨保证尺寸，精刨保证尺寸 工序5 刨底面，保证尺寸 工序6 钻底面螺栓孔21 工序7 铣沉孔40 工序8 精铰两对角21孔 工序9 以下底面为基准一面两销定位钻14放油螺塞孔 工序10 以下底面为基准一面两销定位钻16油标孔 工序11 给14放油螺栓孔和16油标孔攻丝 工序12 磨对和面 工序13 检验 工序14 钻结合面处连接螺栓孔16，12 工序15 合箱连上螺栓，钻并且铰两12销孔 工序16 插入销，镗轴承座孔保证尺寸， 工序17 扩轴承座孔，保证尺寸， 工序18 铰轴承座孔，分粗铰和精铰，保证最终尺寸， ， 工序19 铣轴承座两端面,保证尺寸 工序20 钻轴承座孔9 工序21 给轴承座孔攻丝10 工序22 分开箱体，清除毛刺，打标记 工序23 检验 2、工艺路线方案二 工序1 铸造 工序2 时效处理 工序3 涂底漆 工序4 刨对合面，包括粗刨和精刨，粗刨保证尺寸，精刨保证尺寸 工序5 刨底面，保证尺寸 工序6 钻底面螺栓孔21 工序7 铣沉孔40 工序8 以下底面和侧面销钉定位钻14放油螺栓孔 工序9 给14放油螺栓孔攻丝 工序10 以下底面和侧面销钉定位钻16油标孔 工序11 给16油标孔攻丝 工序12 以下底面和侧面销钉定位磨对合面 工序13 检验 工序14 合箱钻12孔和16连接螺栓孔 工序15 铰两12销孔 工序16 连接螺栓，以两销孔和箱座底面为定位基准铣轴承座端面 工序17 镗轴承座孔， 工序18 扩轴承座孔，保证尺寸， 工序19 铰轴承座孔，分粗铰和精铰，保证最终尺寸， ， 工序20 铣轴承座两端面,保证尺寸 工序21 钻轴承座孔9 工序22 给轴承座孔攻丝10 工序23 分开箱体，清除毛刺，打标记 工序24 检验 3、工艺路线的比较分析 上述两个方案的最大区别有以下三点。 （1）加工轴承座端面、轴承座端面螺栓孔、轴承座孔时的定位基准不同，方案一中用到的定位基准是箱座底面及地面上两精铰螺栓孔，而方案二则是底面和两销孔。显然，两种方案都能实现一面两销定位。但是方案二由于销孔距离底面比较远，这就要求定位销的长度比较大，而其基本尺寸仅为12mm，这势必增加了定位销的制造要求，增加了成本，方案一则不存在这样的问题。 （2）方案一在工序8时就加工好了底座上两螺栓孔作为定位基准，后面的所有的加工都可以此两孔和底面为基准进行加工，后面工序的夹具设计比较方便（因为定位方案一致，基本上可以用统一的夹具）。方案二的定位基准显然不统一，该方案在工序9合箱之后钻12孔，16孔时所用的基准是地面和结合面凸缘侧面，而在销孔加工好之后基准又变为底面和销孔，这样夹具就得换，增加了设计成本。 （3）方案一中结合面凸缘上的连接螺栓孔是箱盖和箱座分开加工的，销孔是合起来之后才加工的，这样一来加工这些孔就需要4道工序，而方案二中这些孔是合起来之后加工的，因此2道工序就可完成（加工销孔需要钻、铰两道工序），经济性和时间性好。 综上所述，两种加工路线各有利弊，我们可以各取其长，将加工路线最终确定如下： 工序1 铸造 工序2 时效处理 工序3 涂底漆 工序4 以结合面处凸缘下表面为定位基准刨对合面，包括粗刨和精刨，粗刨保证尺寸，精刨保证尺寸 工序5 以精刨之后的结合面为基准刨底面，保证尺寸 工序6 以精刨之后的结合面和结合面凸缘侧面为基准，钻孔21 工序7 铣沉孔40 工序8 以精刨之后的结合面和结合面凸缘侧面为基准精铰两21对 角孔 工序9 以下底面为基准钻14放油螺栓孔 工序10 以下底面为基准钻16油标孔 工序11 给14放油螺栓和16油标孔攻丝 工序12 以底座和精铰之后的螺栓孔为定位基准磨对和面 工序13 检验 工序14 合箱钻结合面处连接螺栓孔16，12 工序15 连上螺栓，铰两12销孔 工序16 插入销， 镗轴承座孔， 工序17 扩轴承座孔，保证尺寸， 工序18 铰轴承座孔，分粗铰和精铰，保证最终尺寸， ， 工序19 铣轴承座两端面,保证尺寸 工序20 钻轴承座孔9 工序21 给轴承座孔攻丝10 工序22 分开箱体，清除毛刺，打标记 工序23 检验（4） 、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 减速器零件材料为HT200，生产类型为大批量生产，采用1级精度铸造。 根据上述原始材料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1、轴承座端面方向由于铸造时是一级精度，查金属机械加工工艺人员手册上海科技出版社336页，可得端面方向的单边余量最少为4.5，铸件在此方向上的双边偏差为。因其最终要求的尺寸为，所以确定其毛坯尺寸为。2、 轴承座孔的加工由于铸造时是一级精度，查金属机械加工工艺人员手册上海科技出版社336页，可得轴承座孔的双边余量最少为3.5，铸件在此方向上的双边偏差为。根据机械加工工艺设计手册航空工业出版社396、397页中推荐的H7孔的获得方法，确定轴承座孔各工序基本尺寸；金属机械加工工艺人员手册上海科技出版社272页表4-1，确定各工序的经济精度等级，并参考191页表3-2确定其公差数值，然后按“入体原则”标注各工序的尺寸确定工序经济精度等级基本尺寸各工序双边余量按入体原则标注极限尺寸铸造 51镗孔H12 54.6 3.6扩孔钻H10 54.63 0.03粗铰孔H9 54.92 0.29精铰孔H7 55 0.08 同理可得 ， 的各工序尺寸为 精铰 粗铰 扩孔钻 镗孔 铸孔 3、结合面底面方向尺寸加工 这个方向尺寸的加工涉及到粗刨结合面，精刨结合面，刨底面，磨结合面三个工序，每道工序的加工余量根据金属机械加工工艺人员手册上海科技出版社374页表5-72确定如下： 精刨结合面 余量为2 公差为0.7 磨结合面 余量为0.5 公差为0.15由336页可知：（铸造选1级精度，且铸造时结合面在下放） 结合面处的加工总余量最小应为4.5 底面处的加工总余量最小应为5.5 参考机械加工工艺设计手册航空工业出版社275页，可知，精刨底面后可达到的经济精度等级为IT10，由191页可知，该等级对应的公差为0.185。 要保证尺寸，磨削余量，所以由入体原则确定精刨底面之后要保证的尺寸其中,求。 基本尺寸 Es Ex増环 A2184.5 0 -0.185减环A1-0.50-0.105封闭环A01840-0.29 由此可知磨削用量为0.5+0.105=0.605,其在范围内。 所以，精刨底面之后应该保证的尺寸为，该尺寸精度精刨完全可以保证。又因为底面处的刨削用量最少应为5.5。 所以，精刨底面之前底面到结合面得尺寸应为。 刨结合面分粗刨和精刨，15这个尺寸要求不高我们确定其为，精刨的切削用量为。 以结合面凸缘下表面为基准精刨结合面之后凸缘下表面到结合面的的尺寸确定如下：其中,求。基本尺寸Es Ex増环A215.5 +0.5-0.395减环A1-0.50-0.105封闭环A015+0.5-0.5 所以该尺寸为 粗刨之后凸缘下表面到结合面的尺寸确定如下：其中，,求。 基本尺寸 Es Ex増环A217.5+0.5+0.305减环A1-20-0.7封闭环A015.5+0.5-0.395 所以粗刨结合面之后凸缘下表面到结合面的尺寸应为。 最后，由于结合面处刨掉的余量最少应为4.5，考虑到铸造时有的误差，确定该余量为5.5，所以结合面处的尺寸应为 毛坯的总高度为 所以毛坯的尺寸确定如下：（5） 、磨结合面工艺分析 1、材料与加工要求 材料：HT200 保证尺寸： 加工前的尺寸： 零件总长：647 总宽：309 总高：184 2、机床选择 参考机械加工工艺设计手册航空工业出版社570页，表10-28 机床：M7130K,矩形工作台面 具体参数如下表所示砂轮中心至台面距离H最大575最小135磨头最大移动量横向350纵向440砂轮尺寸外径350内径127宽度40工作台纵向移动量最大1650最小200台面尺寸L1600B300b18T80槽数33、 刀具选择（参考金属机械加工工艺人员手册上海科技出版社957页） 刀具：平行砂轮代号标准号D dHPJB1193-7135012440 磨料：黑色碳化硅 粒度36-46，取46 硬度：ZR-Z 组织：5-6 结合剂：陶瓷4、 切削速度（参考金属切削手册上海科学技术出版社12.41表12-25） 采用圆周面磨削，砂轮圆周速度取22米/秒（精磨） 主轴转速为 工作台纵向移动速度20米/分5、 切削液（参考金属切削手册上海科学技术出版社12.45表12-28）选用69-1型乳化液，配方如下：化学成分（%）石油磺酸钡10磺化油10三乙醇胺10油酸2.4氢氧化钾0.6水35-7#高速机油余量6、 磨面切削用量计算（参考金属机械加工工艺人员手册上海科技出版社957页） 矩形台面用砂轮圆周面精磨进给量 毫米/行程 其中：为单行程进给量 为工件移动速度，即工作台纵向移动速度20米/分 根据959页表10-234，因尺寸精度为0.29 ，取0.3，加工余量为0.5 。 所以 材料铸铁，磨轮直径350，查表10-234，在320和400之间差值，得： 由于 (其中为工件磨削表面总面积；B为磨削表面宽度，L为工作在T形台上所占得长度毫米）958页所以 由插值法可得： 由于砂轮宽度为40，所以取 所以 （六）夹具设计 1. 问题的指出为了提高劳动生产率和降低生产成本，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。对于下箱体加工工序8磨下箱体的对合面，由于对加工尺寸精度要求不是很高，所以在本道工序加工时，主要考虑如何降低生产成本和降低劳动强度。本夹具将用于M7130k平面磨床。2. 夹具设计（1） 定位基准的选择：由零件图可知，箱体对合面与下底面间的尺寸应保证为184mm，故应以下底面为定位基准。为了提高加工效率并保证所需精度决定采用磨削加工，同时夹具采用液压夹紧，既提高夹紧效率又保证夹紧精度。（2） 定位方案和元件设计 根据工序图及对零件结构的分析，此夹具定位以一个定位平面和两个定位销对箱体进行定位。所选用的两个定位销尺寸为21，定位销结构见夹具设计剖面图。（3） 夹紧方案和夹紧元件设计 根据零件的结构和夹紧方向，采用杠杆压头夹紧机构，在设计时，保证：1） 夹紧动作准确可靠 采用杠杆压紧，以保证工件高低不一而倾斜时准确夹紧。压头和工件的接触面应做成弧面，以防止接触不良或改变着力点而破坏定位。2） 操作效率高采用液压缸夹紧方式可使夹紧迅速准确，并能保证各夹紧点获得相同的夹紧力，以使箱体夹紧平衡。压杆下面设置弹簧，这样液压缸卸荷取工件时，弹簧迅速将压杆紧随滑动触点拉回，提高装夹效率。液压夹紧机构各元件均已标准化，其材料，热处理要求和结构尺寸都可以查表求得。（4） 磨削力及夹紧力的计算磨具：平行砂轮， 磨料：黑色碳化硅， 粒度：36-46，取46， 硬度：ZR-Z组织：5-6 结合剂：陶瓷工作台纵向移动速度S=20米/分每一行程横向进给量S横=15mm磨削进给量t=0.17mm 由金属切削手册图12-13查得 ： 单位磨削功率Ng=0.35（千瓦/厘米3分-1）金属切除率z=tS横S/60=0.17x15x20/60=0.85(毫米3/秒)平面纵磨磨削功率 N=60Ng.z/1000=60x0.35x0.85/1000=0.01785千瓦（5） 夹具定位误差的计算 夹具尺寸的确定确定两定位销的中心距尺寸及偏差 销距的基本尺寸（Lx=5620.03）与孔距的基本尺寸（Lg）相同，其偏差为： Lx=(1/51/3) Lg。 取：LLx=562（1/3 X 0.03）=5620.01确定圆柱销直径尺寸（D1）及偏差以销孔基本尺寸为圆柱销的基本尺寸（D1），配合偏差选择g6。故：D1=21g6=选定削边销基本尺寸（D2）及偏差查表得削边销宽度（b）及其它结构尺寸当D2=21时，得b=7,B=D2-1=20。D2max= D2-2= D2-=21-=20.973一般以D2max作为削边销的基本尺寸，与该孔的配合可选取h6。所以取：D2=20.973 h6=夹具定位误差的计算 位置（O1）= D- D1min=21-(21-0.007)=0.007 位置（O2）=位置（O1）+ Lx=0.007 + 0.01=0.017 ，位置（O2）= D- D2min=21-(21-0.031)=0.031 角度（O1 O2）=arctg(位置（O1） + ，位置（O2）)/2L=arctg(0.007+ 0.031)/1124=0.002。而对于本道工序采用一面两销定位磨削箱体对合面，对合面的工序尺寸与定位元件的定位误差敏感方向垂直，故定位元件的定位误差不会影响垂直方向上的定位误差而只会影响水平敏感方向上的定位误差，既两定位销的位置误差和基准不重合误差不会影响磨削工序尺寸。但定位平面垂直方向的尺寸公差会导致磨削的加工误差，所以夹具的定位误差 夹具= 定位尺寸公差= 0 。（6） 夹具设计及操作的简要说明在设计夹具时，为提高夹紧效率，可选用液压自动夹紧，本道工序的磨床夹具就是选择了液压缸杠杆夹紧机构。由于本工序是磨削加工，切削力比较大，为夹紧工件，势必要求采用较大的夹紧力夹紧工件以保证夹紧精度，故采用液压缸夹紧并利用杠杆原理使夹紧力进一步增大。三、参考文献1金属切削手册 上海科学技术出版社2金属机械加工工艺人员手册 上海科技出版社3机械加工工艺设计手册 航空工业出版社4机械制造工艺学 王启平主编 哈尔滨工业大学出版社 16