涡轮箱的加工工艺.doc

第1章 绪论

箱体类是机器或部件的基础零件，它将机器或部件中的轴、套、齿轮等有关零件组装成一个整体，使它们之间保持正确的相互位置，并按照一定的传动关系协调地传递运动或动力。因此，箱体的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和寿命。
国内的箱体普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。而且材料品质和工艺水平上还有许多弱点。由于在传动的理论上、工艺水平和材料品质方面没有突破，因此，没能从根本上解决传递功率大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等这些基本要求。
国外的箱体特别是涡轮，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，其工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。当今的箱体是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。
由于加工中心以及夹具本身的误差会使得箱体的加工质量受到影响，在国内外的箱体加工中，各生产厂家根据箱体的结构以及生产类型和加工精度的不同，合理选择不同的工艺装备和加工工艺过程，尽量减少误差，得到优秀的加工质量。加工工艺过程，加工中心和夹具本身的误差都会使箱体的加工质量受到影响，在加工该类零件的过程中，只有改进加工工艺方案，选择合适的定位夹紧方案，有效利用各种设备和加工刀具，设定最佳切削用量，才能切实有效地保证加工质量、提高生产效率。因此题箱体类零件的工艺规程设计，对其加工质量及实用效率具有十分重要的意义。
通过比较，选择更加合理的加工方案，选择合适的工艺装备以及专用夹具，在设计夹具过程中应要选择合理的夹紧方案。根据箱体零件图的技术要求，分析各种对孔和平面的精度及表面粗糙度要求，选择箱体的材料和毛坯，根据加工顺序为先面后孔，加工阶段粗、精加工要分开的原则，并且合理的安排热处理工序，制定较为合理的工艺路线，设计工艺规程选择粗基准，选择定位基准，选择加工设备和工艺设备。确定机械加工余量、确定工序尺寸及公差，确定切削用量及基本工时。填写工艺及工序卡。在设计夹具时，选择合理的定位夹紧方式，设计出较为合理可用的夹具机构。

第2章 零件的分析

2.1 零件的作用
该箱体是用于专机的机壳，该机壳的主要作用是利用液压马达通过齿轮传递带动两轴的旋转，箱体通过导轨进行移动，两个传动轴输出，对外动作。该箱体保证各轴之间的中心距及平行度，并保证箱体部件与液压马达的正确安装。因此该专机箱体零件的加工质量，不但直接影响机壳的装配精度和运动精度，而且还会影响专机的工作精度、使用性能和寿命。该箱体的底面与导轨配合，前后端面支承孔 、 用以安装传动轴，实现其输出功能。
2.2 零件的工艺分析
由该专机箱体零件图可知。该箱体是一个簿壁壳体零件，由于受到专机空间的影响，该箱体的结构十分紧凑，两个传动轴的中心距很小，它有九个平面需要进行加工。支承孔系在前后端面上。此外各表面上还需加工一系列螺纹孔。E面的平行度要求，F面对E面的垂直度要求，I、II孔对E面的平行度要求，I、II之间的同轴度要求，M`面对轴孔的垂直度要求，根据专机的要求，E、F以及M`是主要的加工表面，表面粗糙度为3.2。各个表面上的螺纹孔均有位置度要求。
2.3 生产纲领和生产类型的确定
生产纲领是指某种产品的年产量生产纲领的计算公式为

其中 N————生产纲领，
Q————产品的年产量，
N————每台产品中该零件的数量，
————备品率，
————废品率
取5％；去1％
==1060（件/每年），查表属于中批量生产。

第3章 工艺规程设计

3.1 确定毛坯的制造形式
零件材料为HT20—40。此零件的形状复杂、其材料为灰铸铁，故可用铸造方法。此零件可采用砂型铸造法，由于零件生产纲领为1060件，达到中批量生产的水平，可以采用金属模机器造型，以保证生产率高、铸件精度高、表面质量与机械性能均好的要求。
3.2 基面的选择
1、粗基准的选择。选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续工序提供精基准。粗基准的选择对保证加工余量的均匀分配和加工面与非加工面（作为粗基准的非加工面）的位置关系具有重要影响。在该箱体零件的加工过程中，选择该箱体的底面为粗基准，再用精基准定位加工轴孔，这样的加工余量一定就是均匀的。
2、精基准的选择。选择精基准时应重点考虑如何减少工件的定位误差，保证加工精度，并使夹具结构简单，工件装夹方便。从该箱体的零件零件图可以知道，E、F面可以作为加工过程的精基准，所以在工艺工程中必须保证这两个面的粗糙度以及位置精度。
3.3 制订工艺路线
制订工艺路线的出发点，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。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
方案一
工序Ⅰ 铸造
工序Ⅱ 热处理
工序Ⅲ 粗铣A面
工序Ⅳ 粗刨—半精刨E、F面
工序Ⅴ 粗铣G、H面
工序Ⅵ 粗铣—半精铣L、K面
工序Ⅶ 粗铣A至如图
工序Ⅷ 粗镗—半精镗—精镗Ⅰ轴孔
工序Ⅸ 粗镗—半精镗—精镗Ⅱ轴孔
工序Ⅹ 粗镗—半精镗Ⅲ轴孔
工序Ⅺ 反刮M面
工序Ⅻ 反刮M`面
工序ⅩⅢ 钻L面工艺孔，钻攻L、P面M12螺纹孔
工序ⅩⅣ 钻攻L、K面M8螺纹孔
工序ⅩⅤ 钻攻E面上M12,M6螺纹孔
工序ⅩⅥ 钻攻O、G、P面上M6的螺纹孔
工序ⅩⅦ 钻攻A面上M6的螺纹孔
工序ⅩⅧ 去毛刺、修锐边
工序ⅩⅨ 清洗、检验
方案二
工序Ⅰ 铸造
工序Ⅱ 热处理
工序Ⅲ 粗铣E面
工序Ⅳ 粗刨—半精刨E、F面
工序Ⅴ 粗铣G、H面
工序Ⅵ 粗铣A面至如图
工序Ⅶ 粗铣L面
工序Ⅷ 粗铣K面
工序Ⅸ 粗铣O面
工序Ⅹ 粗铣P面
工序Ⅺ 刮M与M`面
工序Ⅻ 粗镗I、Ⅱ、Ⅲ轴孔
工序ⅩⅢ 半精镗I、Ⅱ、Ⅲ轴孔
工序ⅩⅣ 精镗I、Ⅱ轴孔
工序ⅩⅤ 钻L面工艺孔，钻攻L、P面M12螺纹孔
工序ⅩⅥ 钻攻L、K面M8螺纹孔
工序ⅩⅦ 钻攻E面上M12,M6螺纹孔
工序ⅩⅧ 钻攻O、G、P面上M6的螺纹孔
工序ⅩⅨ 去毛刺、修锐边
工序ⅩⅩ 清洗、检验
工艺方案的比较与分析
上述两个工艺方案的区别在于：方案一是把三个轴孔分开加工，在加工过程中粗镗、半精镗、精镗是在同一道工序里，而方案二是镗孔时，把粗镗、半精镗、精镗分开进行加工,而且三个孔是同时进行加工的。方案二比较与方案一，其优越性在于在中批量生产中把粗镗、半精镗、精镗分开进行加工，可以逐步提高各个轴孔的质量要求，可以提高各孔间的相互位置精度及各自的尺寸精度，保证箱体零件的技术要求。所以，方案二比较优越，确定为此零件的加工工艺路线。
3.4 机械加工余量及毛坯尺寸的确定
3.4.1 加工余量的确定
在此项中，不必每道工序的加工余量都写出来，只需查出部分重要的、得计算的加工余量即可。
1、粗铣上表面的加工余量：
由《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2—35平面的加工余量，及考虑在铸造过程中，上表面会产生气泡等部分，因此，加工余量得留大点。从而得出粗铣上表面的加工余量为3mm。
2、粗刨、半精刨E、F面的加工余量：
由《金属机械加工工艺设计手册》表4—28查出粗刨E、F面的加工余量取4mm，半精刨E、F面的加工余量取2mm。
3、镗孔的加工余量：由《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2—29查出
粗镗 半精镗 精镗
I轴孔φ75H7 2 1.5 0.5
II轴孔φ75H7 2 1.5 0.5
III轴孔φ75H7 3 1.55
4、加工M12的加工余量：由《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2—29查出
先钻孔φ10.2，它的加工余量为5.1mm，攻螺纹M12的加工余量为1.8mm.。
5、加工孔M8的加工余量：由《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2—29查出
先钻孔φ6.7，钻孔的加工余量为3.35mm，攻螺纹M8的加工余量为1.3mm。
6、加工孔M6的加工余量：由《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2—29查出
先钻孔φ5，钻孔的加工余量为2.5mm，攻螺纹M8的加工余量为1.5mm。
3.4.2 毛坯尺寸的确定
1、平面加工工序余量
① 铣A面：
粗加工余量：Z1=3mm
毛坯余量：Z=3mm
② 刨E面：
粗加工余量：Z1=4mm
半精加工余量：Z2=2mm
毛坯余量：Z=6mm
③ 铣侧面G：
粗加工余量：Z1=3mm
毛坯余量：Z=3mm
④ 刨F面：
粗加工余量：Z1=4mm
半精加工余量：Z2=2mm
毛坯余量：Z=6mm
⑤ 铣L面：
粗加工余量：Z1=3mm
毛坯余量：Z=3mm
⑥ 铣K面：
粗加工余量：Z1=3mm
毛坯余量：Z=3mm
⑦ 铣O面：
粗加工余量：Z1=3mm
毛坯余量：Z=3mm
⑧ 铣P面：
粗加工余量：Z1=3mm
毛坯余量：Z=3mm
⑨ 刮M面：
粗加工余量：Z1=1.5mm
毛坯余量：Z=1.5mm
⑩ 刮M｀面：
粗加工余量：Z1=1.5mm
半精加工余量：Z2=0.5mm
毛坯余量：Z=2mm
2、轴孔加工工序余量
① 粗镗、半精镗、精镗轴孔71mm
粗镗至73mm
半精镗至74.5mm
精镗至75mm
② 粗镗、半精镗轴孔79mm
粗镗至81mm
半精镗至82.55mm
由上述加工余量的确定，从而可以得出毛坯外形尺寸为：302mmX 182mmX198.2mm。
（备注：在此项中所涉及但没有提及的查表资料，皆为《机械制造技术基础课程设计指导教程》）

第4章 光滑极限量规的设计

4.1 量规尺寸的计算
由于此零件的孔加工比较多，在此设计φ75H7孔用塞规。
由《互换性与技术测量》表5—2查出工作量规的制造公差T和位置要素Z，并确定量规的形状公差和校对量规的制造公差：
塞规制造公差：T=0.0036mm
塞规位置要素：Z=0.0046mm
塞规形状公差：T/2=0.0018mm
参照量规公差带图计算量规的极限偏差：
“通规”（T）：
上偏差=EI+Z+T/2=0+0.0046+0.0018=-0.0064mm
下偏差=EI+Z-T/2=0+0.0046-0.0018=0.0028um
磨损极限=EI=0mm
由此得出通规的尺寸为：φmm。
“止规”（Z）：
上偏差=ES=+0.032mm
下偏差=ES-T=0.032-0.0036=0.0294um
由此得出通规的尺寸为：φmm。
公差带如图4－1所示

图4－1 量具公差带图
4.2 量规的技术要求：
量规测量面的材料，可用淬硬钢（合金工具钢、碳素工具钢、渗碳钢）和硬质合金等材料制造，也可在测量面上镀以厚度大于磨损量的镀铬层、氮化层等耐磨材料。
量规的测量面不应有锈迹、毛刺、黑斑、划痕等缺陷。其他表面不应有锈蚀和裂纹。
量规的测头和手柄联结应牢固可靠，在使用过程中不应松动。
量规测量面的硬度，对量规的使用寿命有一定影响，通常用淬硬钢制造的量规，其测量面的硬度应为58~65HRC。
量规测量面的表面粗糙度，取决于被检验工件的基本尺寸、公差等级和粗糙度以及量规的制造工艺水平。量规表面粗糙度的大小，随上述因素及量规结构型式的变化而异。一般不低于光滑极限量规国家标准推荐的表面粗糙度数值，见表5—3。
设计量具如图4－2所示：

图4－2 量具外形尺寸
第5章 数控镗床的选择与镗刀的设计
5.1数控镗床

由于单刃镗刀的角度设计可参照车刀的角度设计来设计，所以在此设计单刃镗刀的角度时，以车刀设计过程及要求来设计。
在此，刀具材料选为45钢。先进的刀具结构能有效地减少换刀和重磨时间，大大提高切削效率和加工质量，为此，需根据不同的类型选用合适的结构。在此，采用可高速钢焊接单刃镗刀。
刀具几何参数包括：刀具角度、刀面形式、切削刃形状等。它们对切削时金属的变形、切削力、切削温度、刀具磨损、已加工表面质量等都有显著的影响。
刀具合理的几何参数，是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而达到切削效率或降低生产成本目的的几何参数。
刀具合理几何参数的选择主要取决于工件材料、刀具材料、刀具类型及其他具体工艺条件，如切削用量、工艺系统刚性及机床功率等。
前角的选择： 根据合理前角的选择原则，取为=-；
后角的选择： 根据合理后角的选择原则，在＞0.25mm/r时，时，后角=~，在此取为；
主偏角和副偏角的选择：根据合理主偏角的选择原则，在此可取=；根据合理副偏角的选择原则，在不引起振动的情况下可选取较小的数值，可取为=~，在此取为；
刃倾角的选择： 根据合理刃倾角的选择原则，加工一般钢料和灰铸铁，精镗取=~，在此取为。
其设计刀具如图5－1所示：

图5－1 刀具角度图

第6章 夹具设计

6.1 工件在本道工序的工艺分析
该工序是进行I，II的精镗加工，由于两轴孔的对底面都有平行度要求，而且两孔分布在两侧，可以用回转工作台进行调头镗削加工，分布在两侧的两孔对各自中心线都有同轴度要求，I轴孔与E面的距离是7级精度要求，而II轴孔与I轴孔的距离是6级精度要求，所以，在设计夹具过程中必须考虑到这些。
6.2 确定夹具的结构方案
6.2.1 确定定位方案，设计定位元件
该夹具设计的是一个孔的精镗的夹具，夹具定位中应该限制5个自由度。该到工序的设计基准是E面，E面可以考虑作为零件的主要定位平面，可以限制三个自由度，在F面上加一个导向定位块，总共限制了5个自由度。在夹具设计过程中，考虑到如果夹具体直接和工件接触会造成夹具体的磨损，避免夹具体与零件间磨损后，更换夹具体的麻烦，所以在夹具体上设计支承板，当磨损过渡后，可以直接更换支承板。支承板的选择，根据工件尺寸要求及夹具设计结构要求，查《机床夹具设计手册》，选用支承板（GB2236—80）中H=16mm、L=160mm的支承板两块。
6.2.2 夹紧方案的选择
该零件的生产纲领是中批量生产，生产量不是太大，并且夹紧面是平面，，因此，可以直接考虑手动夹紧装置，可以使用夹紧螺杆。根据《机床夹具设计手册》中移动压板（GB2175—80），选择螺纹公称直径为M8的移动宽头压板。
6.2.3 定位精度分析与计算
夹具在以E面定位，I轴孔的工序基准也为E面，工件以面定位时,由于定位副很容易制造的很精确，可视=0，由于E面是已加工过的精基准，==0。而加工II轴孔的加工尺寸76.20.1mm的基准是I轴孔，两者不重合，所以存在基准不重合误差。工序基准和定位基准之间的联系尺寸是135.20.02mm,所以基准不重合度误差=0.04mm。
因为是以平面定位，不考虑定位副的制造误差，=0，所以==0.04<[(1／3) ×2×0.1]=0.07mm
所以定位精度能达到要求。
6.2.4 夹紧力与切削力的计算分析
根据《机床夹具设计手册》表1-2-3可得，在精镗时切削力

=查表1-2-4在中为
在中为
查表1-2-6并计算的
=68.257N =40.047N
所以实际夹紧力为
=K=1.5X68.257=102.4N
=K=1.5X40.047=60N
6.3 导向装置的确定
6.3.1 镗套的确定
根据镗床夹具的设计要求，先确定镗套，然后再确定衬套。由于此次工序中精镗的两个孔的中心距十分小，故此镗床夹具中导向套的布置形式是单面后导向，所镗孔直径为φ75，旋转镗杆直径为φ70,查《机床夹具设计手册》，采用固定式镗套（GB2266—80）中B型，d=70。由于两孔的中心距比较小，所选择的镗套必须削边。镗套的如图6－1所示：

图6－1 镗套
6.3.2 螺钉的选择
根据《机床夹具设计手册》中镗套螺钉（GB2269—80）来选择，可选择M12的镗套螺钉。
6.4 镗模板的设计
在导向装置中,镗套是安装在镗模板上,因此镗模板必须具有足够的刚度和强度,以防变形而影响钻孔精度.在此套镗模夹具中选用的是可卸式镗模板,在装卸工件时需从夹具体上装上或卸下,钻模板在夹具体上采用定位销一面双孔定位,螺栓紧固, 镗模精度较高，镗模板在于镗套配合的时候采用的是H6/g6的配合。最终确定的镗模板外形为如图6－2:

图6－2 镗模板
参考T611型卧式镗床的技术参数和性能指标，耳座的=44mm,D=22mm。设计出的夹具装配图如图6－3所示：

图6－3 夹具装配图

总 结

经过3个月的时间，在老师的指导和自己努力下，我的毕业设计终于圆满完成了。
通过这次完整的毕业设计，我们系统地回顾和复习了大学三年所学的相关专业知识，在综合运用这些知识的过程中，加强了我们对其真正的理解，同时也深刻体会到学习的重要性并领会到设计也是一种学习的方式。在设计的过程中，我们综合运用了系统的设计方法和相关设计软件（如AutoCAD、Word等），且应用熟悉相关设计资料（包括手册、标准和规范等）以及进行经验估算等方面有了一定程度的提高，深刻的感受到计算机和工具书及手册在设计中带来的便利和帮助。在此之中，让我也体会到了团队精神的重要性。通过组员彼此间的交流，让我们不仅解决了自身的问题，还可以提早了解后续相关工作中的问题，这样可以提前做好预防及提前了解相关解决此类问题的知识与方案，这样大大节省了时间，提高了工作效率，并且还增加了我们对知识的了解。
作为工作前在学校对我们自己三年学习的一次总结，这次毕业设计使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的工作打下了较好的基础。
由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正！

致 谢

大学生活即将结束，此次毕业设计作为我们工作前的一次演练让我受益颇多在此还要感谢学校的老师们，三年的时间，是老师们辛勤的教学，使我在大学期间才能学到课本上以及课本外的各种知识。还有毕业设计的同组同学们，在完成此次设计中，谢谢你们对我的帮助以及支持。
在毕业设计的时候遇到了方方面面的问题，可是在老师辛勤的指导和组员的帮助下，这些问题都迎刃而解，在此，谨向我的指导老师致以最衷心的感谢，在这三个多月的时间里，老师一直对我悉心的指导，老师严谨的治学态度、渊博的学识以及独到的见解给我留下了深刻的印象，使我受益匪浅。在毕业设计过程中，遇到问题的时候，老师总是放弃自己的休息时间，及时给我们解答问题，谢谢您，老师！
最后，衷心感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授！

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