机械制造工艺学课程设计齿轮减速器加工工艺及夹具设计.doc

目 录第一章 产品概述11.1 产品介绍11.2 零件介绍11.2.1 作用11.2.2 结构特点11.2.3 零件装配1第二章 图纸技术要求分析2第三章 生产纲领4第四章 材料、毛坯制造方法选择及毛坯图54.1 材料的选择54.2 毛坯的制造方法54.3 毛坯主要尺寸及毛坯图8第五章 定位基面的选择和分析105.1粗基准的选择105.2 精基准的选择105.3 各加工工序基准：11第六章 加工工作量及工艺手段结合12第七章 机械加工工艺过程147.1 机盖加工工艺147.2 机座加工功能工艺157.3 机盖与机座合箱17第八章 粗铣箱盖窥视孔面夹具设计208.1 夹具设计应遵循的原则208.2 切削力的计算208.2.1 机床选择208.2.2 刀具选择218.2.3 粗铣时切削量的选择及切削力和切削功率的计算22查机械制造工艺课程第十五章切削力的确定228.2.4 机动时间的计算及工序时间238.2.5 切削液的选择248.3 夹具机构设计以及计算248.3.1 夹具机构简图：248.3.2 夹紧力的计算248.4 夹紧组件的设计268.4.1 杠杆部分示意图268.4.2 斜楔夹紧装置计算公式及数据278.5 液压缸的选择298.5.1 液压缸内径D 活塞杆直径d298.5.2 液压缸的工作行程298.5.3 液压缸壁厚及外径计算298.5.4 液压系统308.6 定位组件的选择318.6.1 定位方式318.6.2 定位误差的计算：33第九章 实习心得体会34第十章 参考文献37第十一章 三维建模简图38第十二章 机械加工工艺卡片41第十三章 附图42 第一章 产品概述 1.1 产品介绍 齿轮减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，减速器在原动机 和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。减速器是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速、增加转矩。减速器主要由传动零件(齿轮或蜗杆)、轴、轴承、箱体及其附件所组成。无须联轴器和适配器，结构紧凑。负载分布在行星齿轮上，因而承载能力比一般斜齿轮减速器高。满足小空间高扭矩输出的需要。齿轮减速器广泛应用于汽车、大型矿 山、钢铁、化工、港口、环保等领域。 1.2 零件介绍 1.2.1 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。 1.2.2 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。 1.2.3 零件装配 箱体通常用灰铸铁制造，对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱体。灰铸铁具有很好的铸造性能和减振性能。为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体制成沿轴心线水平剖分式。上箱盖和下箱体用螺栓联接成一体。轴承座的联接螺栓应尽量靠近轴承座孔，而轴承座旁的凸台，应具有足够的承托面，以便放置联接螺栓，并保证旋紧螺栓时需要的扳手空间。为保证箱体具有足够的刚度，在轴承孔附近加支撑肋。为保证减速器安置在基础上的稳定性并尽可能减少箱体底座平面的机械加工面积，箱体底座一般不采用完整的平面。变速箱的大批量生产的机加工工艺过程中，其主要加工面有轴承孔系及其端面，平面，螺纹孔，销孔等。因此加工过程中的主要问题是保证的孔的精度及位置精度，处理好孔与平面的相互关系。 第二章 图纸技术要求分析 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（机盖与机座结合面的平面度误差为0.025mm为 6 级精度要求）、轴承孔（单机圆柱齿轮减速器两轴承孔轴线的平行度误差为0.025mm为6级精度要求；四轴承孔端面与其轴线的垂直度误差为0.10mm 为8级精度要求；圆柱齿轮轴承孔（分上下两半）圆柱度误差为0.10mm为7级精度要求；圆柱齿轮轴承孔（分上下两半）轴线处于结合面内其允许0.60mm为7级精度要求）、通孔和螺孔，其中轴承孔在箱盖、箱体合箱后应先检查机盖与机座结合面的密封性（用0.05塞尺塞入深度不得大于结合面宽度的13，用涂色法去检查接触面积达每个结合面一个斑点），然后打上定位销再进行镗孔加工（镗孔时接合面处禁放任何衬垫）,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。分析：若以渐开线斜齿圆柱齿轮传动，其传动的精确性、平稳性以及对圆柱齿轮的寿命要求对圆柱齿轮两轴承孔轴线的平行度误差很敏感，因此图纸中要求的6级精度满足要求；渐开线斜齿单级圆柱齿轮减速器工作时输入轴与输出轴会产生较大的轴向力，其轴向力直接作用在轴承上并通过轴承端盖来承受，因此轴承孔端面应取较高的8级精度；机盖和机座的结合面的平面度将直接影响机盖和机座轴承孔的加工精度（同轴度）、轴承孔端面的加工精度（轴承孔端面与其轴线的垂直度误差）并且对结合面的密封性有影响（可能会出现渗油甚至漏油），因此结合面的平面度为6级精度要求符合条件；轴承孔的形状会直接影响减速器的传动性能，由于轴承孔分别位于机盖和机座上，因此在加工时要做较高的精度 要求，故取7级精度符合要求并且在加工上较易实现。零件名称 设计说明、错误及修改机盖1、机盖左视图标注的86mm重复标注，应去掉。2、盖左视图中轴承端面的螺纹孔没有画螺纹线，应该用细实线画出螺纹线。3、机盖左视图中机盖的高度未标注，应标注为140mm。4、机盖主视图H方向表示有错误，应改成H-H剖视。5、H向分割线应斜向上。6、机盖主视图中G方向中心线（宽方向）到螺纹孔尺寸界线标注错误，应该标注到内壁。7、机盖仰视图中两轴承孔直径标注错误，应该在尺寸前加。8、窥视孔面的粗糙度要求为Ra6.3，两锥销孔与下箱体配做加工，且粗糙度要求为Ra1.6，上箱盖结合面粗糙度为Ra1.6。9、大小轴孔中心线平行度为0.025mm。10、大轴孔圆柱度为0.010mm，小轴孔的圆柱度要求0.008mm。11、上箱盖结合面平面度要求为0.025mm。12、大轴孔直径采用入体原则的包容要求。机座1、轴承孔的中心平行度为0.0025。2、输出轴承孔的同轴度为0.03。3、销孔表面粗糙度为1.6mm，凸台面表面粗糙度为3.2mm。4、螺栓孔、通油孔、基座面的表面粗糙度均为12.5mm。5、结合面平面度为0.025mm。6、输出轴承孔的圆柱度公差值为0.01mm，同轴度为0.025mm；输入轴承孔的圆柱度公差值为0.008mm，同轴度为0.025mm。7、机座输出轴承孔相对于A的位置度0.60mm，应该为0.06mm。8、机座左视图加强筋剖视图标注3.5mm错误，应该标注成宽度3.5mm第三章 生产纲领 查表 （机制工艺生产实习及课程设计中查表 表6-1生产类型同一种零件的年产量重型零件中型零件轻型零件单件生产151101100小批生产510010200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产1000以上5000以上50000以上确定的生产类型为大量生产。因此，可以确定为Y 流水线的生产方式，又因为在加工箱盖和底座的时候有很多的地方是相同的，所以可选择相同的加工机床，采取同样的流水线作业，到不同的工序的时候就采用分开的方法，所以可以选择先重合后分开再重合的方式的流水线作业。虽然是大批量生产，从积极性考虑，采用组合机床加工，流水线全部采用半自动化的设备。第四章 材料、毛坯制造方法选择及毛坯图4.1 材料的选择毛坯材料选择HT200.此材料由石墨构成，因为该减速箱外形与内腔形状都比较复杂，壁厚较薄，故选用流动性好，吸振性好，加工工艺性好和成本低的灰口铸铁，而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。由于石墨的存在使车屑容易脆断，不粘刀，切削性能好。缺点是力学性能低，易导致应力集中，因而其强度、塑性及韧性低于碳钢。基于HT200以上优缺点及价格便宜，所以对于承受压力和震动的箱体，采用HT200作为加工材料。若没有HT200，可采用QT400-15或QT400-18代替，球墨铸铁化学成分接近灰铸铁经球化剂处理后得到球磨石墨，球墨铸铁在具有灰铸铁优良性能的基础上，又具有高强性能，而且比钢具有更好的耐磨性、抗氧化性、减振性及小的缺口敏感性。QT400-15或QT400-18特点是焊接性和切削性能好，常温时冲击韧度高，脆性转变文都低，低温韧性好。热处理方法采用消除内应力退火（又称人工时效），这是因铸件采用砂型造型，所以为降低硬度，为了消除铸件在铸造冷却过程中产生的内应力，防止铸件变形或开裂。4.2 毛坯的制造方法砂型铸造机械造型：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。而金属型铸造目前所能生产的铸件，在重量和形状方面还有一定的限制，如对黑色金属只能是形状简单的铸件；铸件的重量不可太大；壁厚也有限制，较小的铸件壁厚无法铸出。同时金属型铸造还有如下不足之处： (1) 金属型制造成本高; (2) 金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件洗不足、开裂或铸铁件白日等缺陷; (3) 金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量的影响甚为敏感，需要严格控制。减速箱的箱体结构相对较复杂，根据减速箱箱体零件图可知箱体的壁厚为8mm, 采用金属型造型对壁厚有限制，成本比砂型铸造高，而且箱体外表面的精度要求不高，砂型铸造能满足要求，机械造型生产率较高能满足大批量生产的需要。综合以上因素，因此选用砂型铸造机械造型。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。上、下箱的分型面分别选在机盖、机座的中心面上。由于采用这种方式，起模方便，且有利于型芯的定位、固定、排气与清理，以及便于检查铸件壁厚与不易错箱。浇注口的选择有以下原则：铸件的重要加工面或主要工作面应在下面，因为在浇注位置的上面部位，缺陷（砂眼、气孔、）出现的机会较下部多；铸件的大平面应放在下面；铸件的厚实部分容易形成缩孔，这些部分的浇注位置应放在分型面附近的上部或侧面；上、下两箱采用中注式浇注系统，浇铸位置设在机盖、机座中心面的左侧，由于上、下箱关于中心面对称，产生的毛刺也更容易清除，并且对轴承孔有更高的性能要求。 4-1 机盖铸造工艺图 4-2 机座铸造工艺图4.3 毛坯主要尺寸及毛坯图机盖毛坯的外廓尺寸：考虑其外廓尺寸为428196140mm，查表5-5及机械制造工艺课程第六章常用毛坯的选择，取凸台面加工余量为3.0mm，机盖结合面的加工余量为3.0 mm，窥视孔加工余量为3.0mm，轴承孔两端面的加工余量分别为4mm，轴承孔的加工余量为4mm。故毛坯：长：428mm宽：196+24=204mm高：140+3.0=143.0mm机座毛坯的外廓尺寸：考虑其外廓尺寸为428196170 mm，取机座结合面的加工余量为4mm，基座底面加工余量为4mm，泄油口加工余量为3.5mm，轴承孔两端面的加工余量分别为4.5mm，轴承孔的加工余量为4mm。故毛坯：长：428 mm宽：196+24=204 mm高：170+24=178 mm毛坯图如下：4-3 机盖毛坯图4-4 机座毛坯图第五章 定位基面的选择和分析正确地选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容。在最初的工序中只能选择未经加工的毛坯表面（即铸造、锻造或轧制等表面）作为定位基准，这种表面称为粗基准。用加工过的表面作为定位基准称为精基准。另外，为了满足工艺需要在工件上专门设计的定位面，称为辅助基准。5.1粗基准的选择粗基准的选择影响各加工面的余量分配及不许加工表面与加工表面之间的位置精度。这两方面要求常常是矛盾的，所以在选择粗基准的时候，必须明确哪一方面是主要的。1、如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，则应不以加工表面作为粗基准，。如果在工件上有很多不许加工的表面，则应以其中与加工表面的位置精度要求较高的表面做粗基准。2、如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面做为粗基准。3、选择粗基准的表面，应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。4、粗基准一般只能使用一次，即不应重复使用，以免产生较大的位置误差。5.2 精基准的选择 选择精基准应考虑如何保证加工精度和装夹准确方便，一般遵循如下原则：1、用设计基准作为精基准，以便消除基准不重合误差，即“基准重合”原则。2、当工件以某一组精基准定位时可以较方便的加工其它表面，应尽可能在多数的工序中采用此组精基准定位，即“基准统一”原则。3、当精加工或光整加工 工序要求余量尽量小而均匀时，应选择加工表面本身做为精基准，而加工表面与其它表面之间的位置精度则要求有先行工序保证，遵循“自为基准”原则。4、为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，在选择精基准时，可遵循“互为基准”原则。5、精基准的选择应使定位准确，夹紧可靠。为此，精基准的面积与被加工表面相比，应有较大的长度和宽度，以提高其位置精度。5.3 各加工工序基准：工件工序内容定位基准机盖粗铣连接螺栓凸台面箱箱盖结合面粗、精铣接合面连接螺栓凸台面半精铣窥视孔面箱盖结合面钻起盖螺纹孔，连接螺栓孔箱盖结合面窥视孔面螺纹孔箱盖结合面钻吊耳孔箱盖结合面攻起盖螺纹孔箱盖结合面攻窥视孔面螺纹孔箱盖结合面机座粗铣底面箱盖结合面粗、精铣结合面箱底面，一面两销定位锪地脚螺栓凸台面箱盖结合面锪游标凸台面箱底面粗铣泄油孔面箱底面钻连接螺栓孔箱底面钻地脚螺栓孔箱底面钻泄油孔箱底面钻游标孔箱底面合箱钻轴承座旁螺栓孔箱底面，一面两销定位锪轴承座螺栓沉头孔箱底面，一面两销定位粗镗轴承孔箱底面，一面两销定位半精镗轴承孔箱底面，一面两销定位粗铣轴承座端面箱底面，一面两销定位钻端盖螺纹孔箱底面，一面两销定位攻端盖螺纹孔箱底面，一面两销定位精铣轴承座端面箱底面，一面两销定位精镗轴承孔箱底面，一面两销定位第六章 加工工作量及工艺手段结合减速箱的主要加工部分有机盖和机座各自结合面、两个轴承孔及其端、机盖的凸台面、机座底面以及机盖的窥视窗还有一些小的螺纹孔定位销等，其工作尺寸及其余量如下图所示：工序余量工序公差工序尺寸机盖凸台面粗铣3mm毛坯1.0mm粗铣IT12毛坯mm粗铣mm，Ra12.5机盖结合面粗铣2.5mm半精铣 1mm精铣0.5mm毛坯0.5mm粗铣IT12半精铣IT10精铣IT7毛坯15 mm粗铣13.5mm，Ra12.5半精铣12.5mm，Ra6.3精铣mm，Ra1.6窥视孔端面粗铣 3mm毛坯1.5mm粗铣IT10毛坯8mm粗铣mm，Ra6.3机座结合面粗铣 2.5mm半精铣 1mm精铣0.5mm毛坯+0.4mm粗铣IT12半精铣IT10精铣IT7毛坯174mm粗铣171.5mm，Ra12.5半精铣170.5mm，Ra6.3精铣mm，Ra1.6机座底面粗铣 3mm精铣 0.52mm毛坯1.4mm粗铣IT12精铣IT10毛坯178mm粗铣175mm，Ra12.5精铣 174mm，Ra6.3泄油口半精铣3.5mm毛坯0.5mm半精铣IT11毛坯8.5mm半精铣 5mm，Ra6.3轴承孔两端面粗铣32mm精铣0.522mm 毛坯1.4mm粗铣IT10精铣IT8毛坯mm粗铣 mm，Ra12.5精铣mm，Ra1.6轴承孔粗镗 2.52mm半精镗 1.22mm精镗0.252mm浮动镗0.052mm毛坯1.1mm粗镗IT12半精镗IT11精镗IT8浮动镗IT7输入轴：毛坯72mm粗镗77mm，Ra12.5半精镗mm，Ra3.2精镗mm，Ra1.6浮动镗80mm，输出轴：毛坯mm粗镗mm，Ra12.5半精镗mm，Ra3.2精镗mm，Ra1.6浮动镗100mm，第七章 机械加工工艺过程在拟定工艺过程时应考虑先面后孔、粗精分开，工序适当集中等原则。大批量生产的平面和孔的加工顺序，基本上市按粗精加工平面、粗精加工孔的顺序进行的。先粗精加工结合面、端面后加工孔。但是由于顶面质量影响与缸盖的结合，技术要求高，为避免机加工过程中的变形夹紧与运输过程中可能碰伤而将面精加工放在孔精加工之后进行。大批量生产的主要机械加工工艺过程如下：7.1 机盖加工工艺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、毛刺等3热处理人工时效处理4涂漆5粗铣凸台面凸台的尺寸mm，表面粗糙度为Ra12.5机盖与机座结合面XQ6125粗齿莫氏锥柄立铣刀（826）6粗铣机盖结合面结合面尺寸mm，表面粗糙度为Ra12.5机盖凸台面万能铣床硬质合金盘铣刀7钻机盖工艺孔在结合面上钻两个工艺孔机盖凸台面Z5140A麻花钻7半精铣机盖结合面结合面尺寸mm，表面粗糙度为Ra6.3机盖凸台面X5012硬质合金面铣刀8精铣机盖结合面结合面尺寸mm，表面粗糙度为Ra1.6平面度为0.025机盖凸台面X5012硬质合金面铣刀9粗铣窥视孔凸台面窥视孔凸台面高度尺寸，表面粗糙度为Ra6.3机盖结合面（一面两销）XQ209/2M硬质合金套式面铣刀10钻窥视孔凸台面螺钉孔钻窥视孔凸台面螺钉孔45mm机盖结合面（一面两销）Z302510B麻花钻11攻丝攻起窥视孔台阶面螺钉孔4M6H7机盖结合面（一面两销）Z302510B丝锥12钻启盖螺钉孔和锥销孔在结合面上钻启盖螺钉孔311mm和机盖锥销孔27.8mm机盖结合面（一面两销）Z302510B麻花钻10锪孔沉头座孔的直径为24,表面粗糙度为Ra12.5机盖结合面（一面两销）Z302510B锪钻13半精铰锥销孔半精铰锥销孔27.96mm达到Ra 6.3机盖结合面（一面两销）Z302510B圆锥铰刀14精铰锥销孔精铰锥销孔28mmH7达到Ra 1.6机盖结合面（一面两销）Z302510B圆锥铰刀7.2 机座加工功能工艺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、毛刺等3热处理人工时效处理4涂漆5铣机座底座底座高度为，底座表面粗糙度为 Ra12.5机座结合面X5012硬质合金套式面铣刀6钻工艺孔在机座底面上钻两个工艺孔机座结合面Z5140A6粗铣机座结合面结合面高度为171.5mm ，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7半精铣机座结合面结合面尺寸170.5mm 表面粗糙度Ra6.3机座底面X5012硬质合金套式面铣刀8精铣机座结合面结合面尺寸mm，表面粗糙度为Ra1.6，平面度为0.025机座底面X5012硬质合金面铣刀11铣排油孔凸台面铣排油孔凸台面，表面粗糙度为Ra6.3机座结合面X62W高速钢立铣刀W18Cr4V7钻底座底面螺栓孔钻底座底面螺栓孔617mm机座结合面Z302510B麻花钻9精铣机座底面精铣机座底面，机座底面高度为mm，Ra6.3机座结合面X5012硬质合金面铣刀10锪底座底面螺栓孔沉头座孔的直径为30,表面粗糙度为Ra12.5机座结合面Z302510B锪钻12钻启盖螺钉孔和锥销孔在结合面上钻启盖螺钉孔311mm和机盖锥销孔27.8mm机座底面（一面两销）Z302510B麻花钻10锪孔沉头座孔的直径为24,表面粗糙度为Ra12.5机座底面（一面两销）Z302510B锪钻13半精铰锥销孔半精铰锥销孔27.96mm达到Ra 6.3机座底面Z302510B圆锥铰刀14精铰锥销孔精铰锥销孔28mmH7达到Ra 1.6机座底面Z302510B圆锥铰刀13钻孔钻排油螺栓孔和游标孔机座底面Z302510B麻花钻14锪游标沉头孔锪游标沉头孔机座底面Z302510B锪钻15攻丝攻排油螺栓孔和游标孔机座底面Z302510B丝锥7.3 机盖与机座合箱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台3钳工将箱盖，箱体做标记，编号机座底面钳工台4钻孔钻凸台面连接螺栓孔机座底面钳工台4锪孔锪机盖和机座连接螺栓沉头座孔机座底面Z302510B可回转枢轴整体式平面锪钻3017.56钳工拆箱，去毛刺，清洗，再装配，拧紧螺栓。机座底面钳工台7粗铣齿轮轴孔两端面两端面的距离为mm，Ra12.5机座底面X364硬质合金面镶齿套式面铣刀8精铣齿轮轴孔两端面两端面的距离为mm，Ra1.6机座底面X53K硬质合金面镶齿套式面铣刀9粗镗齿轮轴孔输出轴承孔的直径为 mm，Ra12.5；输入轴承孔的直径为77mm，Ra12.5。机座底面TX617硬质合金双刃镗刀10半精镗齿轮轴孔输出轴承孔的直径为mm，Ra3.2；输入轴承孔的直径为mm，Ra3.2。机座底面T618硬质合金镗刀11精镗齿轮轴孔输出轴承孔的直径为mm，Ra1.6；输入轴承孔的直径为mm，Ra1.6。机座底面T618硬质合金镗刀12钻轴承孔端面六个螺钉孔钻轴承孔端面六个螺钉孔机座底面Z302510B麻花钻攻丝攻轴承孔端面六个螺钉孔螺纹机座底面Z302510B丝锥13钳工拆箱，去毛刺，清洗机座底面钳工台钳工15钳工合箱，装锥销，紧固机座底面钳工台钳工16最终检查检查各部尺寸及精度17入库第八章 粗铣箱盖窥视孔面夹具设计8.1 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工装（5）机械操作动作作相对安定并且操作流程化8.2 切削力的计算8.2.1 机床选择由于窥视孔端面在上箱盖上，所以选择机床参照的尺寸应为上箱盖结合面，上箱盖的最大尺寸为428x196x140, 依据这个尺寸范围，查金属机械加工工艺人员手册赵如福，表8-66(龙门铣床)选择铣床的型号为XQ209/2M。该铣床的工作台加工范围为1700x900x650,能够对该端面的尺寸的窥视孔进行加工。机床参数：表8-4-1产品名称型号工作台工作面长x宽（mm)工作台行程机/手(mm)主轴转速范围（r/min)平面度主电动机功率（kw）生产厂龙门铣床XQ209/2M2000x900200070-3980.035.5贵州都匀东方机床产T 型槽数：5T 型槽宽度：28mmT 型槽间距：170mm8.2.2 刀具选择用于平面铣削加工的铣刀有圆柱形铣刀、套式面铣刀（端铣刀）。端铣刀用于铣削各种平面，刀杆刚性好，铣削厚度变化小，同时参加切削的刀齿数较多，切削平稳，加工表面质量较高，生存率较高，可以用于粗、半精、精加工各种平面。这里选择硬质合金套式面铣刀作为粗加工的切削刀具。套式面铣刀切削部分的几何形状及角度选择（实用机械加工工艺手册陈宏均，表9-62）：主偏角；过渡刃偏角副偏角；后角；端面后角；前角；切削刃斜角刀具直径的选择：根据加工面宽（窥视孔端面宽度100mm,长度130mm）可选择铣刀，大直径的铣刀在加工时效率较高，但是并不是铣刀直径越大越好。YG8适用于铸铁加工中不平整表面的粗铣，YG6适用于铸铁的精加工。则由此选择的铣刀参数如下：查金属机械加工工艺人员手册赵如福，表14-70工艺：粗铣铣刀：硬质合金套式面铣刀刀具材料：YG8铣刀直径：d=150mm铣削宽度：130mm刀片数目：8耐用度：240min8.2.3 粗铣时切削量的选择及切削力和切削功率的计算查机械制造工艺课程第十五章切削力的确定铸铁硬度：HB=190铣刀直径：d=150mm铣削宽度：铣刀齿数：耐用度：t= 240min切削深度：对于铸铁而言，对于铸铁而言，粗铣每齿进给量为，选择每齿进给量：铣削力：铣削速度：主轴转速：铣削功率：机床主电机功率校核：铣削功率P = 5.25 KW5.5KW，故可知选择正确。8.2.4 机动时间的计算及工序时间本道工序粗铣窥视孔端面，采用套式端面铣刀，在加工时，一次走刀。查机械制造工艺课程第十六章单件时间定额：查机械制造工艺手册，铣削机动时间：其中：每分钟进给量：查表得：辅助时间：间歇时间：准备终结时间：技术服务时间：组织服务时间：由上面的算式可得：即：粗铣时的工时定额计算加工长度：切入长度：超出长度：走刀次数：i = 1每分钟进给量：将上述数值代入式中求得： 8.2.5 切削液的选择粗车或粗铣铸铁时，因为铸铁中含有石墨，切削时石墨可起到固体润滑剂的作用，能减少摩擦。若使用油类切削液，会把崩碎切屑和砂粒粘合在一起，起到金刚砂研磨剂的作用。使刀具和机床导轨磨损，所以铸铁粗加工时一般不用切削液。基于以上因数的考虑，本道工序不用切削液。8.3 夹具机构设计以及计算8.3.1 夹具机构简图： 图8-3-1自由度：该机构有3个活动构件，有两个移动副、一个转动副、两个平面高副，因此其自由度为因此该机构有确定的运动，符合机构要求。8.3.2 夹紧力的计算在本道工序中，夹紧力与自重同向，但与切削力垂直，此时切削力靠夹紧力与重力的合力产生的摩擦力来平衡。考虑到两把铣刀同时铣削凸台面，因此切削力要乘以两倍。具体受力平衡方程如下：其中：工件对压板的摩擦系数，工件夹压表面未加工，因此取工件对定位件的摩擦系数，定位组件为点接触，定位表面已经加工，因此取工件的重量，有solidworks里质量测量得到M=14169.10克，即G=141.7N；切削圆周力，由前计算得安全系数，安全系数由多个系数组成， 为考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数，这里取1.3。 为考虑加工性质的安全系数，这里是粗加工，系数值取1.2。为考虑刀具钝化程度的安全系数，查机械加工工艺师手册表17-11得，该值取1.3。 为考虑切削特点的安全系数，连续切削取1.0。为考虑夹紧力的稳定性的安全系数，机动夹紧取1.0。 为考虑仅有力矩使工件回转时工件与支撑面接触的情况的安全系数，这里定位夹紧均设计成点接触，并属于完全定位方式，因此接触点确定，取1.0。 故可求得计算结果小于2.5, 规定：若安全系数K 的计算结果小于2.5 时，取。将以上所有数据代入式中，可求得：夹紧力由四个夹紧机构分担，因此作用在每个机构上的夹紧力为总夹紧力的四分之一，故。8.4 夹紧组件的设计8.4.1 杠杆部分示意图取铰链处的摩擦系数为，铰链半径，取，。杠杆前端采用带有弹性的材料制作，要求寿命高，可靠性高。 拟用四块压板对箱盖进行夹紧，每个压块需要给出向下的压力。即，则由式计算得。8.4.2 斜楔夹紧装置计算公式及数据8-4-2斜楔示意图 8-4-3行程图查金属机械加工工艺手册表9-31 斜楔夹紧装置计算公式增力比：夹紧力：传动效率公式：自锁时： 表中符号：-作用在斜楔机构上的外力【N】-作用在斜楔机构上的外力【N】-斜楔夹紧机构的斜楔角-平面摩擦时作用在斜楔面上的摩擦角-平面摩擦时作用在斜楔基面上的摩擦角-滚子作用在斜楔面上的当量摩擦角，D-滚子外径d-滚子转轴直径在计算增力比和机械效率时，一般可取：，则；每个楔面行程比计算：取，得：传动效率公式：每个楔面行程比增力比：夹紧力：外力：水平的行程：8.5 液压缸的选择8.5.1 液压缸内径D 活塞杆直径d根据使用要求选择液压缸的类型为：双活塞双面活塞杆液压缸。缸体固定，油液由缸体中部传人，两活塞杆向左右两边伸出，操纵执行件。用于定心夹紧机构或联动夹紧机构。双作用双活塞杆液压缸加紧动力计算公式： 其中： 为了使液压缸内径D较小，故取将上述数值代入式中求得： 考虑其使用安全裕度，查表GB234880选择： 铣床对应的液压缸内径D和活塞杆直径d的比值为：，故查表GB234880活塞杆直径d可选择： 8.5.2 液压缸的工作行程由以上算得楔形块的水平的行程，满足使用要求的工作行程，查表GB234980液压缸的工作行程可选择：8.5.3 液压缸壁厚及外径计算 液压缸壁厚计算公式： 其中：液压缸内径（mm） 试验压力，一般取最大工作压力的（） 缸筒材料的许用应力 在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，因此一般不做计算，按经验选取，必要时按上式校核，取： 校核： 其中：铣床最大工作压力为P=5，为使计算所得的较大，则取： 液压缸内径： 无缝钢管的，为使计算所得的较大，则取： 将上述数值代入式中求得： 故取值合理 查表得液压缸的外径：8.5.4 液压系统 本设计采用液压回路系统做夹具系统的动力元件，在整个铣削的过