反向齿轮器箱体零件加工工艺规程及相关夹具设计模板.doc

课程设计说明书

设计题目：反向齿轮器箱体零件加工工艺规程
及相关夹具设计

第一部分：加工工艺规程设计
一 反向齿轮箱用途
该反向齿轮箱用途很广泛。常见于加速减速，就是常说变速齿轮箱；改变传动方向，比如我们用两个扇形齿轮能够将力垂直传输到另一个转动轴；改变转动力矩，相同功率条件下，速度转越快齿轮，轴所受力矩越小，反之越大；离合功效，我们能够经过分开两个原本啮合齿轮，达成把发动机和负载分开目标，比如刹车离合器等；分配动力，比如我们能够用一台发动机，经过齿轮箱主轴带动多个从轴，从而实现一台发动机带动多个负载功效。
二 反向齿轮箱技术要求
按表1形式将反向齿轮器关键技术要求列于表1中。

表1 反向齿轮箱零件技术要求表
加工表面
尺寸及偏差
mm
表面粗糙度Ra
um
形位公差
mm
上盖接合面
200
1.6

0.05

后侧面
130
6.3

上盖接合面Φ12mm孔
12
6.3

Φ16mm沉头孔
16
6.3

吊耳上凸台面

6.3

左右端面

6.3

Φ47mm轴承孔
Φ47-0.008+0.018Error! No bookmark name given.
1.6

◎
Φ0.01
A-B

Φ35mm轴承孔
Φ35-0.008+0.018
1.6

◎
Φ0.01
A-B

后侧面Φ12mm孔
Φ120+0.019
1.6

Φ35mm吊耳孔
Φ350+0.027
3.2

∥
0.05
C

该反向齿轮箱形状复杂、结构简单，属于经典箱体零件。为了实现改变方向、力矩等功效，其轴承孔和轴承有很高配合要求，所以尺寸加工精度要求较高，而且要求较高同轴度。上盖结合面作为设计基准和定位基准，要求较高平面度。为了确保齿轮箱有较高装配精度，上盖面采取销定位。吊耳孔即使尺寸精度要求不高，但要求对上盖面有很好平行度。
总而言之，该反向齿轮箱各项技术要求比较合理，符合零件在实际工作中功用。
三 审查反向齿轮箱工艺性
分析零件图可知，齿轮箱上盖接合面和后侧面均要求铣削加工，上盖接合面四角伸出端和左右端面相接，这么既降低了加工面积，又降低了材料使用，同时还提升了接触刚度；加工Φ47mm轴承孔和Φ35mm轴承孔时，因为孔径较大，要选择镗刀进行加工，为了满足两孔同轴度，能够用在一个工位里完成它们加工；该齿轮箱是单件小批量生产，要求工序尽可能集中，所以多选择在加工中心上完成，以提升生产效率。由此可见，该零件工艺性很好。
四 选择毛坯
因为该反向齿轮箱在工作过程中不会受到很大冲击载荷，对齿轮箱强度冲击韧性要求不是很高所以毛坯能够选择铸件。因为是单件小批量生产，能够选择灰铸铁材料，用金属模砂型机械铸造方法得到毛坯。
五 定位基准选择
定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。
1. 精基准选择
依据该箱体零件技术要求和装配要求，选择上盖结合面和后侧面作为精基准进行加工，然而这两个平面是需要加工表面，所以首先要加工这两个面。选择上盖接合面和后侧面作精基准，零件上很多表面全部能够采取它们作为基准进行加工，即遵照了“基准统一”标准。因为上盖接合面和后侧面又是作为设计是选择基准，所以选择它们作为基准又遵照了“基准重合”标准。选择上盖结合面作基按时，采取一面两孔方法定位，夹紧稳定可靠。
2. 粗基准选择
作为粗基准表面应平整和光洁，不能有飞边、浇口、毛刺、冒口及其它缺点。本箱体零件选择下底面作为粗基准。以下底面作为粗基准加工上盖接合面和后侧面，能够为后续工序准备好精基准。
六 工序分散和集中
本零件是单件小批量生产，能够选择工序集中标准来安排齿轮箱加工工序。这么就可在工件一次装夹中，加工好工件多个平面。所以能够很好地确保这些表面之间相互位置精度，同时能够降低装夹次数和辅助时间，并降低工件在机床之间搬运次数和工作量，有利于缩短生产周期。选择工序集中标准，还能够降低机床和夹具数量，并对应地降低操作工人，节省车间面积，简化生产计划和生产组织管理工作。
七 加工次序安排
1. 机械加工次序
（1） 遵照“先基准后其它”标准，首先加工精基准——上盖接合面和后侧面。
（2） 遵照“先粗后精”标准，先安排粗加工工序，再安排精加工工序。
（3） 遵照“先主后次”标准，先加工关键表面——上盖接合面和后侧面，后加工次
要表面——左右端面和四角端面。
（4） 遵照“先面后孔”标准，先铣削上盖接合面，再钻接合面上孔，先铣削吊耳凸台面，再钻孔。
2.热处理工序
先对铸件毛坯进行正火处理，以提升其金属性能。
2. 辅助工序
在热处理以后、粗加工之前对铸件涂底漆，以预防工件生锈；精加工以后，安排去毛刺、清洗和终检工序。
八 机床选择及工艺设备选择
在单件小批量生产前提下，为了满足工序集中标准，能够选择高效专用设备和组合机床，该零件多选择加工中心完成加工过程，其中就有四轴联动加工中心。在加工初始阶段选择了通用立式铣床，这些要提出机床特征并注明机床型号。工艺设备关键包含刀具、夹具和量具。在工艺卡片上写出它们名称，如钻头、千分尺、塞规和铣床夹具等。该零件加工采取专用夹具。
九 确定加工方案
在综合考虑上述工序次序安排标准基础上，表2列出了反向齿轮箱工艺路线。
表2 反向齿轮箱工艺路线、设备及工装选择
加工表面
表面粗糙度Ra/um
加工方案
上盖结合面
1.6
粗铣-半精铣-精铣
前端面
6.3
粗铣
吊耳上凸台面
6.3
粗铣
左右侧面
6.3
粗铣
上盖接合面Φ12mm孔
6.3
钻
Φ16mm沉头孔
6.3
锪
Φ47mm轴承孔
1.6
粗镗-半精镗-精镗
Φ35mm轴承孔
1.6
粗镗-半精镗-精镗
前端面Φ12mm孔
1.6
扩铰
Φ35mm吊耳孔
3.2
粗镗-精镗

十 确定加工路线
在综合考虑上述工作结果和工序次序安排标准基础上，将反向齿轮器箱体零件工艺路线填入机械加工工艺卡片中。卡片见附页。

第二部分：三号夹具设计
为了提升劳动生产率，确保加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具，经过和老师协商，决定设计三号夹具。该工序要加工两个不一样尺寸轴承孔，且轴承孔有同轴度要求，故在设计夹具是考虑利用转位工作台进行。另外还要加工吊耳孔，其和上盖结合面有平行度要求，最终加工前端面上孔。
一、定位方法和定位元件选择
完成该箱体加工一共需要三个不一样夹具，依据工艺规程设计，三号夹具用在以上盖结合面为定位面加工左右两端面轴承孔，吊耳孔和前端面上孔。因为上盖结合面已经精加工，且是设计基准，故依据“基准重合”标准能够设为精基准，利用上盖结合面上有4个孔中两个孔，采取一面两销定位方法进行加工。
一面两孔组合定位常见于加工箱体、杠杆、盖板等零件，易做到基准统一，确保工件位置精度，又有利于夹具设计和制造。工件定位平面通常是加工过精基面，两孔能够是工件结构上原有，也能够是为定位需要而专门设置工艺孔。一面两孔定位时对应定位元件是一面两销，两定位销能够有以下两种：(1)两个圆柱销（图1）；(2)一个圆柱销和一个削边销（图2）。

图1两个圆柱销 图2 一个圆柱销和一个切边销

图1这种定位是过定位，沿连心线方向自由度被反复限制了，只能用于加工要求不高场所，使用较少。三号夹具采取图2定位方法。工件以平面作关键定位基准，用支承板限制工件三个自由度；其中一孔用定位销定心定位，限制工件两个自由度；另一孔用菱形销定位，仅消除工件一个转动自由度，图3所表示。菱形销作为防转支承，其轴长方向应和两销中心连线相垂直，并应正确选择菱形销直径基础尺寸和经削边后圆柱部分宽度，以确保仅限制一个转动自由度功效。

图3 限制自由度
二 定位误差分析
左端：圆柱销和加工零件孔之间配合为间隙配合，选择H8/f7。故孔径120+0.022mm，公差为TD1=0.022mm；圆柱销销径12-0.034-0.016 mm公差为Td1=0.018mm；最小间隙为Δ1=0.016mm。
右端：菱形销和加工零件孔之间配合为间隙配合，选择H8/f7。故孔径公差为TD2=0.022mm；菱形销销径公差为Td2=0.018mm；最小间隙为Δ2=0.016mm。

分析：
先单独分析左端圆销1定位情况。销和孔之间最大间隙为：ε1 ＝Δ1 ＋ TD1 ＋ Td1 。
ε1将使一批工件安装时孔中心偏离销中心。其中偏心位移误差范围，是以 ε1为直径圆，圆心即为销中心O1（图b中所表示）。
再分析削边销2定位情况：因为削边销不限制X 移动自由度，而限制Z转动自由度，所以孔2和削边销2中心偏移范围为：
在X方向： εx ＝ ε1 ＝Δ1 ＋ TD1 ＋ Td1 = 0.056mm
在Y方向： εy ＝ ε2 ＝Δ2 ＋ TD2 ＋ Td2 = 0.056mm
综合误差：
孔1、2中心偏移误差组合起来，将引发工件两种定位误差：
(1) 纵向定位误差：即在两孔联心线方向最大可能移动量（ εx ）。
εx ＝ ε1 ＝Δ1 ＋ TD1 ＋ Td1 = 0.056mm （相当于第一孔定位误差）
(2) 角度定位误差：即工件绕O1和O2最大偏转角θ 。

角度定位误差：

=0.000318
分析：
由上式看出，欲减小，能够从两方面着手：
（i）提升孔和销加工精度，减小配合间隙；
（ii）增大孔间距。故在选择定位基按时，应尽可能选距离较远两孔；若工件上无适宜两孔而需另设工艺孔时，两工艺孔也应部署在含有最大距离合适部位。
若采取以上两种方法还不能满足要求，应采取单边靠。此时，角度误差为：

为了确保工件加工精度，必需使上述全部误差原因对工件加工综合影响，控制在工件所许可公差（T公差）范围之内，即：
　　　　　　ε＝ε制造 ＋ε安装 ＋ε加工 ≤T工件
上式即为确保要求加工精度实现条件，也称为用夹具安装加工时误差计算不等式。
为使T工件做到合理地分配给以上机械加工中产生误差各个步骤，通常在夹具设计时，夹具上定位元件之间，定位元件和引导元件之间，和其它相关尺寸和相互位置公差，通常取工件上对应公差1/5～1/2，最常见是1/3～1/2，因粗加工T工件大，此时，夹具上对应公差取小百分比。

三 工件夹紧装置
由螺钉、螺母、螺栓或螺杆等带有螺旋结构元件和垫圈、压板或压块等组成夹紧机构称为螺旋夹紧机构。现在夹具上用得最多一个。三号夹具采取螺旋压板夹紧装置。

图5 螺旋压板夹紧装置
l L1:原始力Q离支点距离
l L2:夹紧力W离支点距离
l 支承在中间，工件在左端，螺旋压紧原始作用力在压板右端
l 对支承取短，通常夹紧力：

其中η——效率=0.95
对于夹紧力作用点及作用力方向选择，夹紧力应落在工件刚性很好部件上。图6所表示：

图6 夹紧力作用点及作用力方向
螺旋夹紧机构特点：夹紧力大W≈（60～120)Q，自锁性能好，工作安全可靠。但夹紧行程大，操作费力费时，难以实现机动。
在估算时，将工件视为分离体，以最不利于夹紧时情况为工件受力情况，分析作用在工件上多种力，列出工件静力平衡方程式，求出理论夹紧力，再乘以安全系数，作为实际所需夹紧力。
夹紧力：F=KFj
K—安全系数，通常取1.5～2.5；
F—由静力平衡计算出理论夹紧力，单位为N。
分析工件受力情况时，除了夹紧力、切削力外，大工件还应考虑重力，运动速度较大时还必需考虑离心力和惯性力影响。
四 绘制夹具装备图，并打印出A2图纸
装配图见A2图纸。