单机蜗杆减速器箱体夹具设计

单级蜗杆减速器设计（箱体夹具设计）XXX【摘 要】此次设计的是蜗杆减速器的夹具，其夹具体具有体积小复杂的特点，很多都采用了专用夹具，特别是一些孔的加工，选用一面两孔的定位，这样能为孔的加工提供稳定可靠的的基准，同时可以使加工余量均匀。这样可以缩短工时提高生产效率。【关键词】蜗杆减速器 一面两孔 夹具绪论 夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。在夹具设计过程中，对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题,设计人员一般都会考虑的比较周全，但是，夹具设计还经常会遇到一些小问题，这些小问题如果处理不好，也会给夹具的使用造成许多不便，甚至会影响到工件的加工精度。机械夹具是机械加工不可缺少的部件，在机械技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济的方向发展。第一章 零件的分析1.1 零件的作用箱体是机器和部件的基础零件，由它将机器和部件中许多零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，彼此能协调地运动。常见的箱体零件有：各种形式的机床主轴箱、减速器和变速器等。如图1-1所示图 1-1 箱体结构1.2 零件的工艺分析分离的涡轮减速器箱体的主要加工部位有:轴承支承孔、结合面、端面、底座（装配基面）、上平面、螺栓孔、螺纹孔等。对这些加工部位的技术要求有： 1、减速器箱体机盖的上平面与结合面及机体的底面与结合面必须平行，其误差不超过0.06mm。 2、速器箱体结合面的表面粗糙度Ra值不超过两结合面，间隙不超过0.03mm，取0.02mm。 3、轴承支承孔的轴线必须在结合面上，其误差不超过0.2mm。 4、轴承支承孔的尺寸公差一般为HT，表面粗糙度Ra小于0.6um，圆柱度误差不超过孔径公差的一半，孔距精度允许为0.03mm0.05mm。5、减速器箱体的底面是安装基准，保证精度为0.02mm。6、减速器箱体各表面上的螺孔均有位置度要求，其位置度公差为0.15mm。第二章 工艺规程设计概述2.1 确定毛坯件的制造形式 箱体材料是HT200，材料抗拉强度为200N/mm2，抗弯强度为400N/mm2，硬度为HB170-241。箱体结构复杂，箱壁薄，故选用铸造方法制造毛坯；因生产类型为大量生产，可采用砂型机器造型，内腔安放型芯，铸件需要人工实效处理。2.2 确定零件的基面基面选择是工艺规程设计中的重要设计之一，基面的选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。2.2.1 粗基准选择对一般的轴类零件来说，以外圆作为基准是合理的，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大的不加工表面作为粗基准。2.2.2 精基准选择精基准的选择主要考虑基准重合的问题。选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。为使基准统一，故选底面为精基准。箱体和箱后的轴承孔加工仍以底面为主要定位基准。若箱体尺寸较小而批量很大时，可与底面上的两定位孔组成典型的一面两孔定位方式。这样既符合“基准统一”原则，又符合“基准重合”原则，有利于保证轴承孔轴线与结合面重合度及与装配基面的尺寸精度和平行线。2.3 加工方法和加工顺序的确定用以上精度定位，在镗模上精镗两对支承孔，能满足图纸要求的位置精度，且生产率较高。镗孔应在侧板装配后进行，以确保同轴孔系的同轴度。镗孔前的预备工序是钻粗镗和半精镗。平面的加工应在镗孔之前进行。其终加工用半精铣就能达到要求。其预备2.是粗铣。顶面的半精铣安排在侧板装配后进行，以免顶盖装配后密封不严。为了消除铸造应力，稳定加工精度，铸造后安排退火处理。为了保证加工精度，平面和孔系的粗、精加工划分成不同的工序。箱上其余的紧固孔和螺纹孔，安排在最后用钻模加工。综合以上各项，可得该箱体的加工工艺过程如下表1-1示。表1-1 铸铁蜗杆减速器箱体工艺过程工序号工序内容定位基面专用夹具设备1铸造2退火3粗铣顶面底面立铣4粗铣底面顶面立铣5粗铣左外侧平面顶面、左内侧面粗铣夹具（一）卧铣6粗铣前外侧凸台面顶面、左外侧面、前内侧面粗铣夹具（二）卧铣7粗铣右外侧和后外侧凸台底面、左外侧（前外侧面）卧铣8铣底脚上平面底面、左外侧面卧铣9半精铣底面顶面立铣10半精铣左右侧面底面、右外侧凸台面卧铣11半精铣前后凸台面底面、左外侧平面、后（或前）外侧面卧铣12装配侧板13半精铣顶面底面立铣14钻、粗镗各支承孔底面、左外侧凸台面钻镗模卧铣15半精镗、精镗各支承孔同上卧铣16钻铰其余各孔台钻17清洗18检验2.4 确定加工余量精、细镗800.010mm两支承蜗杆孔选用机床：T68 卧式镗床。1.精镗至79.9mm.单边余量Z=0.1mm,一次镗去全部余量，Ap=0.1mm。进给量 F=0.1mm/r根据有关手册，确定镗床的切削速度v=100r/min Nw=1000v/d=（1000x100/39 r/min由于镗床主轴转速为无级调速，故以上转速即可作为加工时使用的转速。切削时：当加工1个孔时L=19mm，L1=3mm，L2=4mmT1=(L+L1+L2)/NwF =(19+3+4)/(816X0.1)min =0.32min所以加工两孔的机动时间为T=0.32X2=0.64min2.细镗孔至800.010mm。由于细镗与精镗公用一根镗杆，利用镗床同时对工件精、细镗孔，因此除进给量外，其他切削量及工时均与精镗相同。Ap=0.05min；F=0.1mm/r；T1=816r/min，V=100m/min；T=0.64min。第三章 专用夹具设计3.1 夹具概述在机床上加工工件时，为了使被加工表面达到图纸的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等，在加工前，必须首先将工件装夹在机床上。凡是按照机械加工工艺规程的要求，用来迅速装夹工件，使工件对机床、刀具保持正确的相互位置，都称为“机床夹具”，简称“夹具”。3.2 夹具的分类3.2.1 按通用化程度分类 （1）通用夹具 通用夹具指已经标准化的，可以用于加工一定范围内的不同的夹具。如：车床上的平口虎钳、分度头、回转工作台；磨床上的磁力工作台等。这些夹具可以按一定形状的尺寸范围内的不同工件而不需进行特殊调整，已成为机床附件，一般由专门工厂制造供应，不需进行设计。（2）专用夹具 专用夹具指专为某一工件的某一工序而设计制造的夹具。专用夹具一般在批量较大的生产中使用。因为，当产品变更时，往往因夹具无法再使用而报废。为了扩大夹具的使用范围，弥补专用夹具只适用于一种工件的某一工序的缺点，可采用可调夹具。（3）可调夹具 可调夹具指当加工完一种工件后，经过调整或更换个别元件，即可加工另一种工件表面的夹具。主要用于加工形状相近或尺寸相近的工件。（4）具工件的某道工序的加工要求，由各种通用的标准件和部件组合安装而成的专用夹具。这种夹具用完后可以折卸存放，当需要时又可以重新组装使用并可装成新的夹具，由于组合家具的标准元件和部件均是预先制好的，所以，单件、小批量生产也可使用。3.2.2 按使用夹具的类型分类可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具（又镗模）、磨床夹具等。3.2.3 按驱动夹具工作的动力来源分类可分为手动夹具、气动夹具、液动夹具、电动家具、电磁夹具等。3.3 机床夹具的组成一般而言，机床夹具由以下几部分组成： （1）定位装置 用以确定工件在夹具重的正确位置。定位装置由一系列定位元件组成，定位元件是一系列标准化元件（也可以根据需要设计非标准定位元件），如定位块、定位心轴、v形块、支承钉等。 （2）夹紧装置 工件定位后，要在加工过程中保持其既定的正确位置不变，需要对工件进行夹紧。承担这一任务的装置就叫夹紧装置。 （3）对刀装置 用以确定刀具与工件加工表面的正确位置。对刀装置可以用于调整刀具的正确位置，如铣床夹具的对刀块；也可以用于对刀具的引导，如钻镗夹具的钻套和镗套。对刀装置由对刀元件组成，其中大部分已经标准化，有时也需要设计一些非标准元件。 （4）对定装置 用于机床与夹具的对定，确保夹具与机床之间有一正确的相互位置。对定机构与选用的机床有关，不同的机床夹具与机床对定的方法不同。在设计夹具的对定机构时，要参考机床相关结构与联系尺寸，以确定夹具与之对定部分的结构和尺寸。 （5）其他装置 如分度装置、靠模装置、护油装置、辅助装置等。 （6）夹具体 夹具体是夹具的基础件，夹具所有装置和元件均安装在夹具体上，除此之外夹具体外还要承受工件的全部重量、切削力、离心力、冲击力等。因此夹具体是一个比较重要的零件。夹具的这六个组成部分并非一定完整，有时根据具体情况有所增减，但是，定位装置是必不可少的。3.3.1 夹具的作用（1）保证加工精度用夹具装夹工件，减少对其他生产设备和操作者技术的依赖性，能稳定地保证加工精度。（2）提高劳动生产率用夹具装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，缩短了工件安装时间，提高了劳动生产率。（3）改善工人的劳动条件用夹具装夹工件，方便、迅速。当采用气动、液动等夹紧装置时，可以减轻工人的劳动强度。（4）低生产成本（5）扩大机床的使用范围3.4 夹具设计原理为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。本夹具用于卧式镗床T68。刀具为双刃镗刀对支承孔一次进行精度加工。3.4.1 夹具设计目的本夹具主要用来精细镗800.010mm两孔，而且都有一定的技术要求。为了保证同轴孔系的同轴度和平行孔系的平行度，在进行加工800.010mm孔之前，必须对箱体底面进行磨铣加工。因此，在本道工序加工时，在考虑到劳动生产率的提高、降低劳动强度同时，必须保证精度的。3.5 夹具设计内容3.5.1 定位的概念就是要在机床上确定工件相对于刀具的正确加工位置，工件只有处于这一位置上接受加工，才能保证其被加工表面达到工序所规定的各项技术要求。3.5.2 定位的作用工件定位的基本原理有六点定位定则，即用合理分布的六个支承点限制工件六点自由度的法则，支承点的分布必须合理，否则不能有效地限制工件的六个自由度。平面是最简单的几何表面，因此，工件上常用平面作为定位基准。定位方法的确定，主要根据工件的加工要求及工件定位基准面的形状等因素来确定定位元件的结构、形状、尺寸及布置形式的选择。3.5.3 定位原理六点定位原理，即：用合理的六个支承点限制工件六个自由度X 、Y 、Z 、X 、Y 、Z。3.5.4 定位方式箱体夹具的设计采用一面两空定位。定位元件是一块支承板和两个定位短销。支承板限制Z、X、Y,圆柱销限制X、Y,、菱形销限制X、Z,显然是过定位，为使两孔均能安装上，所以采用削边销来保证两孔能在两销上正确定位。3.5.5 夹紧的概念就是将工件在已经定好的位置上可靠地夹住，以防在加工时因受到的切削力、冲击力、振动、离心力等影响，工件发生不应有的位移，而破坏了定位。3.5.6 夹紧作用确定夹紧力就是确定夹紧力的方向、大小和作用点的三要素。而夹紧力三要素的确定，要分析工件的结构特点、加工要求、切削力的方向以及工件定位方式、布置方式等。铰扣孔的夹紧力要指向主要的定位基面，夹紧力应尽可能和切削力、工件重力同向，夹紧力应落在刚性较好的部位，夹紧力还应靠近加工表面。3.5.7 夹具体的稳定及优点为了使夹具体能够固定在工作台上，在钻孔的时候稳固，应将放在工作台的一面焊接支腿，将夹具面铣平之后，焊接的平面应与钻孔轴线垂直，保证其钻孔的精度要求。夹具的镗模板应保证其平行度及垂直度要求。该夹具体具有转动方便，方便加工两个孔，而且有利于装卸，有利于更换损坏的零部。3.5.8 切削力及夹紧力的计算切削刀具：高速钢镶齿双刃镗刀，300mm，Z=10，则F=Cf ApfzAeZ/(D0Nf)式中，Cf=650，Ap=3.1mm，Fz=0.08min，Yf=0.72，Ae=40mm（在加工上测量的近似值），Nf=0.86，D0=225mm，Qf=0.86，Wf=0，Z=10， F=（650x3.1x0.080.72x400.086）/2250.86 N=2912N当用双刃镗刀时，F实=2F=5824N在计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数K=K1K2K3K4。式中K1=基本安全系数，K1=1.5;K2=加工性质系数，K2=1.1；K3=断续切削系数，K3=1.1；K4=刀具钝化系数，K4=1.1。于是 F记 =KFh=1.5x1.1x1.1x1.1x5824N= 11627.616N所以实际夹紧力Fj为Fj（f1+f2）=KFhFj=KHf/（f1+f2）=11627.616N/（0.25+0.25）=23255.232N式中，f1和f2为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，f1=f2=0.25；F记=在在不理的条件下由静力平衡求出的夹紧力；Fj=实际需要的夹紧力。3.5.9 定位误差分析由于工件的定位面及夹具的上的定位元件均有一定的制造误差，因此，工件在夹具中所占的位置能否保证加工精度要求，还是一个未知数，所以我们要进行工件定位精度分析。定位误差是因工件定位而产生的工序基准在工序尺寸方向上的最大的变动量。定位误差产出的原因，一是工件的定位基面的制造误差引起；二是定位基准未选择工序基准所引起。工件的底面与定位基准均为底面，基准重合，即为0。工件的侧面以定位销限位，圆柱面作为限位基面，定位基准单方向移动 （1）确定两定位销中心距及公差。 夹具上两定位销中心距的基本尺寸取工件两孔中心距的基本尺寸L=83.9，其公差取工件两孔中心距的1/51/2，即：Ld=（1/51/2）LD/2=0.02。式中，Ld和LD分别为两销中心距和两孔中心距的公差。LLd/2=840.02。（2）确定圆柱销直径及公差。定位孔10+0.1 圆柱销的基本尺寸取应工件孔的最小直径，其公差一般取g6或f7。（3）确定削边销宽度，直径及公差。 按表4-1(附录1）选取削边销的宽度b；然后按公式：b=D2s2/（LD+Ld），算出削边销与其配合孔的最小间隙s2:；再计算削边销直径的基本尺寸：d2=D2-s2；最后取h6或h7选取削边销的公差。菱形销结构，如图3-1。图3-1 菱形销结构图3.5.10 夹具设计及操作的简要说明如前所述，在箱体设计夹具时，为提高生产效率，保证加工精度，决定选择以“一面两孔”作为定位基准。这种方法使支承架固定在夹具上，刚性好，制造精度高，工件装卸方便，夹具结构简单、紧凑。镗削箱体孔系的方法经常用坐标法和镗模法。坐标法使用于孔间距精度要求较低的情形，采用游标尺；适用于孔间距精度叫高的情形，采用百分表。镗模法适用于专用镗孔的夹具。将工件上需要加工的孔系位置按图样要求的精度提高1级复制在镗模板上，再将其安装在夹具体上，并安装在镗床的工作台上。工件在夹具上定位夹紧，镗刀杆支承在模板导套内，这样既增加刀杆的刚性，又保证同轴孔系的同轴度和平行孔系的平行度要求。镗孔时，镗刀杆与镗床主轴应浮动链接。这样，孔系的位置精度主要取决于镗模的精度而不是机床的精度。小结几个星期以来的毕业设计实践，让我们不断探索研究机械加工及设计的具体理论与方法，再结合老师耐心指导，使我们逐渐了解运用一系列的可操作的机械设计的方法。我们从生活中区体会机械设计的无处不在，同时在该过程中发现机械设计中的种种不足之处，我们根据所学知识与实际生活相结合。在开始的设计中，虽然有很好的想法，但是要把它实践与书面理论相结合还是有困难的，于是我们咨询老师请求帮助，在老师的建议指导下我们一步步从简单开始，在我们慢慢探索中，我们辛苦并愉快的实现我们的设计。为得出大概实物图，我们运用了CAD,PRE等设计软件，从中我们也复习了以前的功课，让我们受益匪浅。【参考文献】【1】孟少农：机械加工工艺手册，机械工业出版社1991【2】李益民：机械制造工艺设计简明手册，机械工业出版社1993【3】乔世民：机械制造基础，高等教育出版社2003【4】李洪：机械加工工艺师手册，机械工业出版社1990【5】崇 凯：机械制造技术基础课程设计指南，化学工业出版社2006【6】王平嶂：机械制造工艺与刀具，清华大学出版社2005致谢首先，要感谢学校的一些领导和老师，是他们提供给我们这次设计的机会，让我们在即将步入社会的时候得到了一次锻炼。通过这次设计，让我三年来所学的知识得到了一次全面的巩固，使我明白了设计的一般步骤和基本规律，让我在理论和动手能力上得到了很大的提升。 在XX老师和XXX老师的精心指导下完成了本次毕业设计，他们丰富的专业知识、博爱的胸怀、谦逊的品质和严谨细致、一丝不苟的作风是我以后学习和工作的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。通过这短短几周的毕业设计环节，让我在基础理论知识、软件操作技能、独立思考问题上面有了长足的进步。与此同时，他们还经常教育我为人处事的道理，使我在增长知识的同时也收获了许多人生哲理。在此谨对老师致以衷心的感谢！本论文从选题、毕业论文整个过程都倾注了老师的心血，再一次向他们表示衷心的感谢和诚挚的敬意！同时要感谢我的同学们，是他们在困难的时候给我帮助。 最后，要感谢我的学校，让我度过了这三年的快乐时光。