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本科毕业设计说明书

减速器箱体机械加工工艺和专用工艺设备设计及三维仿真

THEDESIGNOFREDUCTIONCASEMACHININGPROCESSANDSPECIALPROCESSEQUIPMENT

AND3DSIMULATION

学院（部）：

机械工程学院

专业班级：

机设08-1班

学生姓名：

郭浩

指导教师：

袁长颂副教授

2012年5月27日

减速箱体机械加工工艺和专用工艺设备设计及三维仿真

摘要

箱体零件是机器及部件的基础件，它将机器及部件中的轴、轴承和齿轮等零件按一定的相互位置关系装配成一个整体，并按预定传动关系协调其运动。

箱体的装配基准面与加工中的定位基准面应有一定的平面度和表面粗糙度要求；各支承孔与装配基准面之间应有一定距离尺寸精度的要求。

铣削是采用被称为铣刀的多刃旋转刀具完成的机加工作业。

在此工艺中，金属去除是通过铣刀的旋转运动和工件的直线运动的组合实现的。

由于同一时间只有部分切削刃切削工件，因此可以在对刀具寿命没有不利影响的情况下承担重型切削。

事实上，铣削允许的切削速度和进给比车削或钻削高三到四倍。

此外，由铣削加工的表面质量通常优于车削、刨削或钻削加工的表面质量。

工业上可采用的铣刀类型众多。

连同铣床是极通用机床的事实，使得铣床成为机加工车间的支柱。

关键词：

箱体，铣削,铣刀

THEDESIGNOFREDUCTIONCASEMACHININGPROCESSANDSPECIALPROCESSEQUIPMENT

AND3DSIMULATION

ABSTRACT

Thattheboxexperiencesandobservesapartisamachineandthecomponentbasisdocument,itassemblespartssuchasaxis,axlebearingandgearwheelinmachineandcomponentaccordingtocertainmutuallocationrelationready-madeaoverall,thepersonmovesandaccordingtotheharmoniousrelationsfixingdriveinadvance.Assemblingbaselevelandthebaselevelfixingpositioninprocessingoftheboxbodyshouldhavethecertainflatsurfacedegreeandsurfaceharshnessrequest;Everyholdsaholeandassemblestherequestshouldhavecertaindistancedimensionaccuracybetweenbaselevel.

Millingisamachiningprocessthatiscarriedoutbymeansofamulti-edgerotatingtoolknownasamillingcutter.Inthisprocess,metalremovalisachievedthroughcombiningtherotarymotionofthemillingcutterandlinearmotionsoftheworkpiecesimultaneously.

Sinceonlyafewofthecuttingedgesareengagedwiththeworkpieceatatime,heavycutscanbetakenwithoutadverselyaffectingthetoollife.Infact,thepermissiblecuttingspeedsandfeedsformillingarethreetofourtimeshigherthanthoseforturningordrilling.Moreover,thequalityofthesurfacesmachinedbymillingisgenerallysuperiortothequalityofsurfacesmachinedbyturning,shaping,ordrilling.Awidevarietyofmillingcuttersisavailableinindustry.This,togetherwiththefactthatamillingmachineisaveryversatilemachinetool,makesthemillingmachinethebackboneofamachiningworkshop.

KEYWARDS：

boxbody,milling,millingcutter

序言

箱体零件是机器或部件的基础零件,它把有关零件联结成一个整体,使这些零件保持正确的相对位置,彼此能协调地工作.因此,箱体零件的制造精度将直接影响机器或部件的装配质量,进而影响机器的使用性能和寿命.因而箱体一般具有较高的技术要求.

由于机器的结构特点和箱体在机器中的不同功用,箱体零件具有多种不同的结构型式,其共同特点是:

结构形状复杂,箱壁薄而不均匀,内部呈腔型;有若干精度要求较高的平面和孔系,还有较多的紧固螺纹孔等.

箱体零件的毛坯通常采用铸铁件.因为灰铸铁具有较好的耐磨性,减震性以及良好的铸造性能和切削性能,价格也比较便宜.有时为了减轻重量,用有色金属合金铸造箱体毛坯（如航空发动机上的箱体等）.在单件小批生产中,为了缩短生产周期有时也采用焊接毛坯.

毛坯的铸造方法,取决于生产类型和毛坯尺寸.在单件小批生产中,多采用木模手工造型;在大批量生产中广泛采用金属模机器造型,毛坯的精度较高.箱体上大于30—50mm的孔,一般都铸造出顶孔,以减少加工余量.

在生产过程中，使生产对象（原材料，毛坯，零件或总成等）的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程，如毛坯制造，机械加工，热处理，装配等都称之为工艺过程。

在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。

机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分。

为保证工件某工序的加工要求，必须使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。

当通过夹具来实现这一要求时，必须满足三个条件：

一批工件在夹具中占有正确的加工位置；

刀具相对于夹具的准确位置；

夹具装夹在机床的准确位置。

工件的最终是由零件相对于机床获得的。

工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定，否则，在加工过程中因受到切削力、惯性力等力的作用而发生位置变化或引起振动，破坏了原来的准确定位，无法保证加工要求。

目录

摘要（中文）…………………………………………………………………Ⅰ

摘要（外文）…………………………………………………………………………………Ⅱ

序言…………………………………………………………………………………………Ⅲ

第一章机械加工工艺……………………………………………………………………Ⅳ

1.1零件分析……………………………………………………………………………Ⅳ

1.1.1零件作用………………………………………………………………………Ⅳ

1.1.2零件工艺分析…………………………………………………………………Ⅳ

1.2确定毛坯………………………………………………………………………………Ⅳ

1.2.1确定毛坯种类…………………………………………………………………Ⅳ

1．2．2毛坯件加工余量及形状…………………………………………………………Ⅳ

1．2．3绘制（铸件）毛坯图……………………………………………………………3

1．3工艺规程设计…………………………………………………………………………3

1．3．1选择定位基准……………………………………………………………………3

1.3.2制定工艺路线……………………………………………………………………5

1．3．3机械加工余量、工序尺寸及公差的确定……………………………………10

1．3．4确定（指定工序的）切削用量及基本工时………………………………11

第二章专用夹具设计………………………………………………………………………13

2.1问题的提出……………………………………………………………………………13

2.2夹具设计……………………………………………………………………………13

2.2.1定位基准选择……………………………………………………………………13

2.2.2切削力及夹紧力计算……………………………………………………………13

2.2.3定位误差分析……………………………………………………………………14

2.2.4绘制夹具装配图…………………………………………………………………16

2.2.5夹具的使用说明…………………………………………………………………16

总结………………………………………………………………………………17

参考文献………………………………………………………………………………18

致谢………………………………………………………………………………19

第一章机械加工工艺

1.1零件分析

1.1.1零件作用

题目所给的是三级减速器的箱体零件，箱体在减速器中主要起到支持和固定轴系零、保证轴系零件运转精度、良好润滑及可靠密封等作用，是要保证减速器正常、稳定地工作所必不可少的一部分。

1.1.2零件工艺分析

零件的材料为HT250，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削。

以下为箱体所需要加工的内容：

1.面：

箱体结合面、上表面、前后侧面、右侧面

2.孔：

结合面上的14xφ18通孔及2xφ20销孔、上表面4xM12螺纹孔及M30螺纹孔、前后侧面6xM16螺纹孔及φ130，φ150，φ200三个轴承座孔、右侧面2xM16的螺纹孔φ150轴承座孔及3xφ22的通孔

3.其他：

除螺纹孔、销孔及轴承座孔外其余各孔端面均要锪平、结合面上还要铣出键槽。

由图纸可知φ130的轴承座孔的圆心为尺寸基准，应先加工，从而保证其余待加工的面、孔的的位置精度，避免因基准不重合而引起的误差及不必要的尺寸链换算。

再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度选择合理的加工方法，制定合理的加工工艺规程。

1．2确定毛坯.

1．2．1确定毛坯种类

零件的材料为HT250，铸造性能优良，箱体在减速器工作时所受冲击不大、形状结构中等复杂，故选择铸造件。

查[1]P3-11表3.1-20各种铸造方法的经济合理性，由最大外廓尺寸921mm（>400～1000）、零件形状复杂程度：

中等、大批大量生产故选择砂型金属模铸造，一般机器造型。

1．2．2确定铸件加工余量,及形状（列表：

表中画毛坯简图）

生产大纲为大批大量生产，查[1]P3-13表3.1-24成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，由铸造方法：

砂型机器造型及壳型、零件材料：

HT200查得铸件的公差等级CT为8-10级，取9级。

查[1]P3-14表3.1-27铸铁件的机械加工余量等级选择，由造型方法：

机器造型金属模、零件的最大外廓尺寸：

921mm（>250～1000）查得铸件的加工余量等级为6～8级，取7级。

查[1]P3-13表3.1-26铸铁件的机械加工余量可得以下：

1.由零件总高200mm（>120～250）、加工余量等级7级、浇注位置：

顶、侧面或底面，查得箱体上顶面加工余量为6.5mm，结合面的加工余量为4.5mm则铸件的尺寸211mm。

同理可以得到2.零件总宽360mm（>250～630），加工余量7.0mm，则铸件的总宽为360mm+2X7.0mm=374mm。

3.总长部分需要加工基本尺寸为2960-0.34mm（>250～630），加工余量为7mm，则铸件的尺寸为303mm。

4.圆孔径大于等于φ30的均要铸出，而要加工的圆孔有：

轴承座孔

φ200（>120～250）的单边加工余量为6.5mm，则铸件的孔径为φ187；

φ150的单边加工余量的为6.5mm，铸件的孔径φ137mm；

φ130单边加工余量的为6.5mm，铸件的孔径φ117mm；

φ150的单边加工余量的为6.5mm，铸件的孔径φ137mm；而后由[1]P3-12表3.1-21铸件的尺寸公差数值由尺寸公差等级9级及以上铸件各尺寸壳查得其对应得公差值，然后相对铸件基本尺寸对称设置,如表1-1所示。

表1-1零件的加工余量

简图

加工面

代号

基本

尺寸

加工余量等级

加工

余量

说明

见附图1

T1

200

7

6.5

单侧加工

T2

200

7

4.5

单侧加工

T3

296

7

7

单侧加工

T4/T5

360

7

7X2

双侧加工

D1

φ200

7

6.5X2

孔降一级

双侧加工

D2

φ150

7

6.5X2

D3

φ130

7

6.5X2

D4

φ150

7

6.5X2

D5

φ26

7

13X2

D6

φ18

7

9X2

D7

φ20

7

10X2

D8

φ22

7

11X2

M1

M12

7

螺纹

M2

M30

7

M3

M16

7

资料来源：

[1]机械加工工艺手册

1．2．3绘制铸件毛坯图

1．3工艺规程设计

1．3．1选择定位基准

选择定位基准主要是为了保证零件的加工表面之间以及加工表面与未加工表面之间的相互位置精度，因此定位基准的选择应从有相互位置精度要求的表面间去找，定位基准选择得正确与否关系到工艺路线和夹具结构设计是否合理的主要因素之一，并将影响到工件的加工精度、生产率和加工成本。

基准选择得合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。

否则，加工过程中将问题百出，更有甚者，造成零件的大批报废，使生产无法正常进行

1）粗基准的选择

对于零件来说，尽量选择要求加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面有足够而均匀的加工余量。

如在箱体零件加中，结合面为重要表面，加工时可以选择结合面作为粗基准加工箱体顶面，再以顶面为精基准加工箱体结合面，此时结合面的加工可以小而均匀。

另外粗基准在同一定位方向上只允许在加工工序中使用一次，不允许重复使用，因此在该定位方向的的后续加工应以已加工的表面为基准，从而进行后续其他加工。

2）精基准的选择

在选择精基准，通常优先选择基准基准统一原则，这样可以减少因定位基准的转换过多而造成的累积误差，并可以减少夹具的设计与制造的工作量，减少刀具、量具的数量，降低生产成本等。

由于此箱体生产批量较大故可以采用一面两孔定位，即以箱体的底（顶）面和两定位销孔为精基准。

这样简化了夹具结构，工件装卸也较为方便，因而可以提高劳动生产率和加工质量。

由于以底（顶）面和两定位销孔定位，会产生与设计基准不重合误差，因此在工艺上往往提高底（顶）面的加工精度如磨面，以严格控制顶面与底面及重要孔轴线的尺寸精度和平行度误差。

由于轴承座孔的加工精度等级为IT7，所以底（顶）面与结合面的尺寸公差等级也应为IT7，即200+0.0460。

3）各加工表面的加工方法选择

查[3]P249表3.3-2内孔加工的经济精度与表面粗糙度和表3.3-3平面加工的经济精度与表面粗糙度可选得各加工表面加工的方法，如下表1-2所示.

表1-2各表面的加工方法

加工

表面

基本

尺寸

加工

要求

加工

方法

加工的经济精度

精度

等级

表面粗糙度Ra（um）

精度

等级IT

表面粗糙度Ra（um）

上表面

200

7

12.5

精铣

6～8

1.6～6.3

结合面

200

6.3

半精铣

8～11

2.5～10

前、后面

360

10～11

6.3

半精铣

8～11

2.5～10

右端面

2960-0.34

11～12

6.3

半精铣

6～8

1.6～6.3

连接孔

φ18

25

钻

10～12

20～80

销孔

φ20+0.210

7

3.2

精铰

6～7

0.32～5

固定孔

φ26

25

钻

10～12

20～80

孔

φ22

25

钻

10～12

20～80

轴承

座孔

φ200+0.040

7

3.2

粗镗-半精镗-精镗

1～9

0.63～5

φ150+0.040

φ130+0.040

φ150+0.0630

8

螺纹

M16

钻攻丝

～

～

螺纹

M30

钻攻丝

键槽

32x13

粗铣

资料来源：

参考书目[3][4]

4）加工阶段的划分

由3）可知：

箱体的整体加工精度不高，但局部位置精度要求较高，所以可将加工阶段分为粗加工、半精加工、精加工等阶段

5）各表面的加工顺序

遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准—箱体结合面

遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。

个表面的粗、精加工分开，按加工阶段进行。

遵循“先主后次”原则.先安排主要表面的加工，后加工次要表面。

因此要加工表面小，和主要表面有相互位置精度要求，可穿插在主要表面的加工工序之间进行，但应安排在主要表面的最后精加工之前，以免影响主要表面的加工质量。

遵循“先面后孔”原则。

如箱体零件平面轮廓大而平整，以平面定位稳定可靠，易保证平面与空的位置精度要求。

6）工序的划分

箱体零件为大批、大量生产，故采用高效率的设备和专用工艺设备，使工序集中，以便提高效率和加工质量。

7）热处理及检验及其他辅助工序的安排

零件毛坯为铸件，故在粗加工前要安排人工时效处理，粗加工后也要经过时效处理再进行精加工。

合箱前应进行中检，加工完成时再终检。

1．3．2制定工艺路线

工艺路线1：

1）上箱体的加工：

工序10.铸造。

工序15.清砂：

清除浇注系统、冒口、型砂、飞边、飞刺等。

工序20.热处理：

人工时效处理。

工序25.涂漆：

非加工面涂防锈漆。

工序30.划线：

划箱体顶面和结合面的加工线。

工序35.铣：

以结合面为粗基准粗铣顶面至表面粗糙度Ra12.5（图纸要求）。

粗铣M30x1.5-7H螺纹孔的顶端面至表面粗糙度Ra25（图纸要求）。

工序40.铣：

以顶面为精基准粗铣、半精铣结合面至表面粗糙度Ra6.3、平面度达到0.1（图纸要求）。

工序45.钻：

以结合面和外形定位，钻结合面上14xφ18mm孔，锪14xφ30mm孔；钻攻4xM12-7H螺纹孔；钻攻M30x1.5-7H螺纹孔。

工序50.钻:

以结合面和外形定位，钻2xφ26mm孔，锪2xφ45mm孔。

工序55.钳:

上箱体用煤油做渗漏试验

工序55.检验：

检查各部尺寸及精度。

2）下箱体加工：

工序10.铸造。

工序15.清砂：

清除浇口、冒口、型砂、飞边、飞刺等。

工序20.热处理：

人工时效处理。

工序25.涂漆：

非加工面涂防锈漆。

工序30.划线：

划箱体结合面和下表面的加工线

工序35.铣：

以结合面为粗基准粗铣、半精铣、精铣底面（工艺要求）。

粗铣M30x1.5-7H螺纹孔的顶端面至表面粗糙度Ra25（图纸要求）。

工序40.铣：

以底面为精基准粗铣、半精铣接合面至表面粗糙度Ra6.3、平面度达到0.1（图纸要求）。

工序45.划线：

划底面工艺孔位置φ18H7

工序50.钻：

以结合面和侧面定位，靠划线找正，钻扩铰工艺孔φ18H7

工序55.钻：

以箱体底面和工艺孔为定位基准，钻结合面上14xφ18mm孔。

工序60.钻：

以箱体结合面和侧面定位，锪14xφ30mm孔；钻攻4xM12-7H螺纹孔；钻攻M30x1.5-7H螺纹孔。

工序65.钻：

以箱体结合面和侧面定位，钻2xφ26mm孔，锪2xφ45mm孔。

工序70.钳：

箱体底部用煤油做渗漏试验。

工序75.检查各部尺寸及精度

3）合箱加工

工序10钳：

将上下箱体对准合箱，用14xφ18mm螺栓、螺母紧固

工序15.钻：

以箱体底面和两个工艺孔“一面两销”定位，钻、铰2xφ20mm销孔，装入销。

工序20.铣：

以一面两销定位，兼顾两侧面的加工尺寸粗铣、半精铣前后侧面。

工序25.铣：

以一面两销定位铣结合面处的键槽，并键入。

工序30.镗：

以一面两销定位，粗镗、半精镗、精镗φ130mm，φ150mm，φ200mm三个平行轴承座孔至图纸要求

工序35.钻：

以一面两销定位，钻、攻前后表面上24xM16-7H深30螺纹孔。

工序40.铣：

粗铣、半精铣右端面至图纸要求。

工序45.镗：

粗镗、半精镗、精镗右侧面φ150mm孔。

工序50.钻：

钻攻右端面上4xM16mm螺纹孔。

工序55．钻右端面上6xφ22mm孔，锪6xφ30mm孔。

工序60.钳：

拆箱、清理飞边，毛刺。

工序65.钳：

合箱，装销、紧固

工序70.检查各部尺寸及精度。

工序75.入库

工艺路线2：

1）上箱体的加工：

工序10.铸造。

工序15.清砂：

清除浇注系统、冒口、型砂、飞边、飞刺等。

工序20.热处理：

人工时效处理。

工序25.涂漆：

非加工面涂防锈漆。

工序30.划线：

划箱体顶面和结合面的加工线。

工序35.铣：

以结合面为粗基准粗铣顶面至表面粗糙度Ra12.5（图纸要求）。

粗铣M30x1.5-7H螺纹孔的顶端面至表面粗糙度Ra25（图纸要求）。

工序40.铣：

以顶面为精基准粗铣、半精铣结合面至表面粗糙度Ra6.3、平面度达到0.1（图纸要求）。

工序45.钻：

以结合面和外形定位，钻结合面上14xφ18mm孔，锪14xφ30mm孔；钻攻4xM12-7H螺纹孔；钻攻M30x1.5-7H螺纹孔。

工序50.钻:

以结合面和外形定位，钻2xφ26mm孔，锪2xφ45mm孔。

工序55.钳:

上箱体用煤油做渗漏试验

工序55.检验：

检查各部尺寸及精度。

2）下箱体加工：

工序10.铸造。

工序15.清砂：

清除浇口、冒口、型砂、飞边、飞刺等。

工序20.热处理：

人工时效处理。

工序25.涂漆：

非加工面涂防锈漆。

工序30.划线：

划箱体结合面和下表面的加工线

工序35.铣：

以结合面为粗基准粗铣底面，粗铣M30x1.5-7H螺纹孔的端面至表面粗糙度Ra25（图纸要求）。

工序40.铣：

以底面为精基准粗铣接合面。

工序45.划线：

划底面工艺孔位置φ18H7

工序50.钻：

以结合面和侧面定位，靠划线找正，钻扩铰工艺孔φ18H7（至工艺要求）

工序55.钻：

以箱体底面和工艺孔为定位基准，钻结合面上14xφ18mm孔（至图纸要求