WHX120减速机机盖机体合箱后箱体加工工艺及粗铣前后端面夹具设计

学校代码：10410

序号：050466

ⅠⅡⅢⅣ

本科毕业设计

题目：WHX120减速机机盖机体合箱后箱体加工工艺

及粗铣前后端面夹具设计

学院：工学院

姓名：章子玲

学号： 20050466

专业：机械设计制造及其自动化年级：机制 052

指导教师：肖怀国

二OO九年五月

江西农业大学毕业设计(论文)任务书

内容摘要

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，加工该工序的机床及机床的进给量，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。

由于其加工批量很大，专用夹具设计中参考了许多成熟的结构，本设计结构简单、操作方便，使用了大量的标准元件，大大缩短了本工序的辅助时间，一定程度上提高了劳动生产率，减轻了工人的劳动强度。

关键词：

工序，工位，工步，加工余量，定位方案，夹紧力，专用夹具。

Abstract

Enable producing the target in process of production (raw materials, the blank , state of quality and quantity on part become always ) take place direct course of change ask craft course, if the blank is made, machining, heat treatment , assemble etc. and call it the craft course. In the course of making the craft , is it confirm every erector location and worker step that process need this of process to want, the locomotive of processing , this process , and the entering the giving amount of the lathe, cut depth , the rotational speed of the main shaft and speed of cutting, the jig of this process, the cutter and measuring tool, a one hundred sheets of number of times still leaves and a one hundred sheets of length leaves, calculate basic time of this process , auxiliary time and service time of place of working finally.Because the processing batch to be very big, in the design has referred to many mature structures, this design structure is simple, the ease of operation, has used the massive standard components, reduced this working procedure non-cutting time greatly, in the certain extent raised the labor productivity, reduced worker's labor intensity.

Keyword:

The process, worker one, worker's step , the surplus of processing, orient the scheme , clamp strength, Unit clamp .

目录

第一章: 概述 (1)

第二章：箱体工艺分析 (2)

2.1 箱体零件的工艺分析 (2)

2.2 零件的材料 (2)

2.3 箱体零件的结构工艺性 (2)

第三章：拟定箱体加工的工艺路线 (3)

3.1 定位基准的选择 (3)

3.1加工路线的拟定 (3)

第四章: 箱体机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (6)

4.1 主要平面加工的工序尺寸及加工余量：........... 错误！未定义书签。

4.2 孔加工的工序尺寸及加工余量：................. 错误！未定义书签。第五章：确定切削用量及基本工时........................ 错误！未定义书签。

5.1 切削用量及基本工时的确定原则.................. 错误！未定义书签。

5.2 机体切削用量和基本工时的确定................. 错误！未定义书签。第六章: 专用夹具的设计................................ 错误！未定义书签。

6.1 夹具设计问题的提出........................... 错误！未定义书签。

6.2 粗铣前后端面夹具设计......................... 错误！未定义书签。参考文献.. (14)

结论 (15)

感谢 (16)

第一章:概述

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.

箱体加工方法的选择：（1）平面加工：在大批大量生产中宜采用铣平面和磨平面加工方案，在单件小批量生产中宜采用粗刨、半精刨、宽刃精刨平面加工方案。（2）孔隙加工：孔加工方法可采用粗镗—半精镗—精镗加工方案。

箱体加工工艺过程宜划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。加工顺序可根据先粗后精、先加工基准面后加工其他表面、先加工平面后加工孔、先加工主要表面后加工次要表面等原则。

第二章：箱体工艺分析

2.1 箱体零件的工艺分析

2.1.1要加工孔的孔轴配合度为H7，表面粗糙度为Ra小于1.6um,圆度为0.0175mm,

垂直度为0.08mm,同轴度为0.02mm。

2.1.2其它孔的表面粗糙度为Ra小于12.5um,锥销孔的表面粗糙度为Ra小于

1.6um。

2.1.3盖体上平面表面粗糙度为Ra小于12.5um,端面表面粗糙度为Ra小于

3.2um，

机盖机体的结合面的表面粗糙度为Ra小于3.2um，结合处的缝隙不大于

0.05mm，机体的端面表面粗糙度为Ra小于12.5um。

2.2 零件的材料

由于铸铁容易成形，切削性能好，价格低廉，且抗振性和耐磨性也较好，因此，一般箱体零件的材料大都采用铸铁，其牌号选用HT20-40。

2.3 箱体零件的结构工艺性

箱体的结构形状比较复杂，加工的表面多，要求高，机械加工的工作量大，结构工艺性有以下几方面值得注意：

2.1.1本箱体加工的基本孔可分为通孔和阶梯孔两类，其中通孔加工工艺性最好，

阶梯孔相对较差。

2.1.2为了减少加工中的换刀次数，箱体上的螺纹孔的尺寸规格应保持一致，本箱

体分别为M12mm深16mm的孔。

2.1.3先加工前后左右端面，再加工蜗杆面和蜗轮面

第三章：拟定箱体加工的工艺路线

3.1 定位基准的选择

在工艺规程设计中，正确选择定位基准，对保证零件技术要求，确定加工先后顺序有着至关重要的影响。定位基准有粗基准和精基准之分。用毛坯上未加工的表面作定位基准，这种定位基准称为粗基准；用加工过的表面作为定位基准，这种定位基准称为精基准。在选择定位基准时一般都是先根据零件的加工要求选择精基准，然后再考虑用那一组表面作粗基准才能把精基准加工出来。所以应先确定精基准，然后确定粗基准。

选择精基准一般应遵循以下几项要求：基准重合原则，统一基准原则，自为基准原则和互为基准原则。这四项选择精基准的原则，有时不可能同时满足，应根据实际条件决定取舍。

由于精基准已加工出，根据大批大量生产的减速器箱体通常以底面和两定位销孔为精基准，平面为220X217mm，两定位销孔以直径13mm,这种定位方式很简单地限制了工件六个自由度，定位稳定可靠，这种定位方式夹紧方便，工件的夹紧变形小；易于实现自动定位和自动夹紧，且不存在基准不重合误差。

3.1加工路线的拟定

3.2.1 分离式箱体工艺路线

完成对盖和低座的加工，就要对装配好的整个箱体进行加工。这个阶段为在装合好的箱体上加工轴承孔及其端面。在此阶段之前应安排钳工工序，将盖与底座合成箱体，并用二锥销定位，使其保持一定的位置关系，以保证轴承孔的加工精度和撤装后的重复精度。

3.2.2表面加工方法的选择

箱体零件的结构形状最终都是由一些基本的几何表面如平面和孔组成的，箱体零件的加工过程实际就是获得这些几何表面的过程。具有一定技术要求的加工表面，一般都不是只通过一次加工就能达到图样要求的往往要经过多次加工才能逐步达到加工质量要求。在选择加工方法时，一般总是首先根据零件主要表面的技术要求和工厂技术条件，先选定该表面终加工工序加工方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。

3.2.3加工阶段的划分

当零件的加工质量要求较高时，一般都要经过粗加工、半精加工和精加工等三个阶段。粗加工阶段的主要任务是高效地切除加工表面上的大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近成品零件。半精加工阶段的主要任务切除粗加工后留下的误差，使被加工工件达到一定精度，为精加工作准备，并完成一些次要表面的加工。精加工阶段的主要任务是保证各主要表面达到零件图规定得加工质量要求。加工阶段的

划分可以保证零件加工质量，有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理和有利于合理利用机床设备。在上述加工中，为减少夹紧变形对工件加工精度的影响，一般都在粗加工后松开夹紧装置，然后用较小的夹紧力重新夹紧工件，继续进行精加工，这对提高工件加工精度有利。

3.2.4工序先后顺序的安排

○1机械加工工序的安排

机械加工工序先后顺序的安排，一般应遵循如下原则：先加工定位基面，后加工其他表面；先加工主要表面，后加工次要表面；先安排粗加工工序，后安排精加工工序;先加工平面，后加工孔。

○2其他工序的安排

为保证零件制造质量，防止废品产生，需在以下场合安排检验工序：

1）粗加工全部结束之后；

2）送往外车间加工的前后；

3）工时较长工序和重要工序的前后；

4）最终加工之后。

3.2.5机床设备和工艺装备的选择

正确选择机床设备是件重要的工作，它不但直接影响工件的加工质量，而且还影响工件的加工效率和制造成本。所选机床设备的尺寸规格应与工件的形体尺寸相适应，机床精度等级应与本工序加工要求相适应，电动机功率应与本工序加工所需功率相适应，机床设备的自动化程度和生产效率应与工件生产类型相适应。

工艺装备的选择将直接影响工件的加工精度、生产效率和制造成本，应根据不同情况适当选择。在中小批生产条件下，应首先考虑选用通用工艺装备（包括夹具、刀具、量具和辅具）；在大批大量生产中，可根据加工要求设计导弹2定如下：

表1-1 WHX120减速机箱体合箱后的工艺过程

第四章: 箱体机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯的尺寸。

用去除材料方法制造机器零件时，一般都要从毛坯上切除一层层材料之后最后才能制得符合图样规定要求的零件。毛坯上留作加工用的材料层，称为加工余量。正确规定加工余量的数值十分重要，加工余量规定的过大，不仅浪费材料而且消耗机时、刀具和电力；但加工余量也不能规定得过小，如果加工余量留得过小，则本工序加工就不能完全切除上工序留在加工表面上的缺陷层，因而也就没有达到设置这道工序的目的。确定加工余量有计算法，查表法和经验估计法等三种方法。用查表法确定加工余量，方法简便，比较接近实际，生产上广泛应用。

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在进行前后端面粗铣加工工序时，底面已经精铣，两工艺孔已经加工出。在加工箱体工件时，往往采用一平面及与该平面垂直的两孔为定位基准。因此工件选用底面与两工艺孔作为定位基面。选择底面作为定位基面限制了工件的三个自由度，而两工艺孔作为定位基面，分别限制了工件的一个和两个自由度。即两个工艺孔作为定位基面共限制了工件的三个自由度。即一面两孔定位。工件以一面两孔定位时，夹具上的定位元件是：一面两销。其中一面为支承板，两销为一短圆柱销和一削边销。

为了提高加工效率，现决定用两把铣刀对汽车变速箱箱体的前后端面同时进行粗铣加工。同时为了缩短辅助时间准备采用气动夹紧。

6.2.2定位元件的设计

夹具定位元件的结构和尺寸，主要取决于工件上已被选定的定位基准面的结构形状、大小及工件的重量等。关于定位元件在夹具中的布置，一方面要符合六点定

位原理，另一方面为保证工件的稳定性，要使支撑点之间的距离尽量取大，这样可

使工件的重力和切削力的作用点都落在支撑点连线所组成的平面内。

本工序选用的定位基准为一面两孔定位，即采用已平面及与该平面垂直的两孔

为定位基准。所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销，即一平面、一短圆柱销

及一短削边销。因此进行定位元件的设计主要是对短圆柱销和短削边销进行设计。

由加工工艺孔工序简图可计算出两工艺孔中心距g L 。

mm L g 30921722022=+=

由于两工艺孔有位置度公差，所以其尺寸公差为:

mm Lg 03.01.031=?=δ

所以两工艺孔的中心距为 mm 03.0309±，而两工艺孔尺寸为mm 027.0013+φ。

根据《机床夹具设计手册》削边销与圆柱销的设计计算过程如下：

（1）确定两定位销中心距尺寸x L 及其偏差Lx δ

可知：两定位销中心距尺寸x L =g L =mm 309

夹具上两定位销的中心距公差一般取工件两定位孔中心距公差的1/5~1/3,

即定位销中心距尺寸偏差 Lx δmm Lg 01.003.031)31~51(=?==δ

（2） 确定圆柱销直径1d 及其公差1d δ

mm D d 1311== （1D —基准孔最小直径）

1d δ取f7

所以圆柱销尺寸为 mm 016.0034

.013-

- （3） 削边销的宽度b 和B （由《机床夹具设计手册》）

常用削边定位销的结构形状有三种，分别用于工件孔径D<3m m 、3

及D>50mm 。直径为3—50mm 的削边定位销都做成菱形，其结构尺寸可查下

表

表 6-1 标准菱形定位销的结构尺寸

mm b 4= mm D B 1122=-=

（4） 削边销与基准孔的最小配合间隙2?

212)2(2D b Lg Lx ?-+=?δδ

其中： 2D —基准孔最小直径 1?—圆柱销与基准孔的配合间隙

mm 016.013)2027.003.001.0(422=-

+??=?∴

（5） 削边销直径2d 及其公差

mm D d 984.12016.013222=-=?-=

按定位销一般经济制造精度，其直径公差带为6h ，则削边销的定位圆柱部分

定位直径尺寸为 mm 0009.0984

.12-φ。 （6） 补偿值ε

mm Lx Lg 032.0008.001.003.021min 1=-+=?-+=δδε

6.2.3 定位误差分析

本夹具选用的定位元件为一面两销定位。一批工件在夹具中定位时，工件上作为定

位基准的平面没有基准位置误差。由于定位孔较浅，其内孔中心线由于内孔和底面

垂直度误差而引起的基准位移误差也可忽略不计。但作为定位基准的两内孔，由于

与定位销的配合间隙及两孔、两销中心距误差引起的基准位置误差必须考虑。其定

位误差主要为：

（1） 移动时基准位移误差y j ??

y j ??min 111X D d +?+?=

=0.018+0.027+0.016

=0.061mm

(2) 转角误差

L

X D d X D d tg 2min

222min 111+?+?++?+?=?θ 其中：)2(2min

1min 2X X Lg Lx -+=δδ

000288.03092064

.0027.0009.0016.0027.0018.0=?+++++=?∴θtg

?=∴0165.0θ

移动时基准位移误差2y j ??

min 222X D d +?+?=

=0.009+0.027+0.064

=0.1mm

6.2.4 铣削力与夹紧力计算

夹紧力的大小必须适当。夹紧力过小，工件可能在加工过程中移动而破

坏定位，不仅影响质量，还可能造成事故；夹紧力过大，不但会使工件和夹

具产生变形，对加工质量不利，而且造成人力、物力的浪费。

计算夹紧力，通常将夹具和工件看成一个刚性系统以简化计算。然后考

虑工件受切削力，夹紧力（大工件还应考虑重力，高速运动的工件还要考虑

惯性力等）后处于静力平衡条件，计算出理论夹紧力，再乘以安全系数，作

为实际所需的夹紧力。

根据《机械加工工艺手册》可查得：

铣削力计算公式为

圆周分力 Fz f p

k Zd a a a Fz 0.100.174.09.05.5481.9-?=ε 查表可得：mm d 2250= Z=20 mm a 192=ε z mm a f /2.0=

mm a p 45.2= 06.1=Fz k

代入得 06.1225201922.045.25.5481.90.174.09.0???????=-z F

=6571N

查表可得铣削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为：

8.0/=E L F F 6.0/=E V F F 53.0/=E x F F

N F F E L 8.525665718.08.0=?==∴

F F E V 6.394265716.06.0=?==

N F F E x 6.3482657153.053.0=?==

当用两把铣刀同时加工时铣削水平分力，且

铣削加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力平衡

N F F L L 6.105138.525622'=?==

即： μ?=F F L ' （u=0.25） N F F L 4.4205425.06

.10513'

===∴μ

计算出的理论夹紧力F 再乘以安全系数k 既为实际所需夹紧力'F

即： kF F =' 取k=3.3275

F /=3.3275Χ42054.4=139936N

6.2.5 夹紧装置及夹具体设计

夹紧装置的选择对工件的加工精度和生产效率起着重要作用。现代高效率

的夹具，大多采用机动夹紧方式，如：气动、液动、电动等。其中以气动和液动

装置应用最为普遍。考虑到本设计中即可生产属大量生产，用手动夹紧难以满足

现在生产中高效率的生产要求，而气动夹紧方式很好地解决了高生产效率的问

题，使生产效率显著提高。并且，气动夹紧还具有下述优点：1.由于气源压力可

以控制，所以其夹紧力基本稳定。2.夹紧动作迅速，这是由于气流的速度很快，

气动速冻也就快。这就有利于缩短辅助时间，从而显著提高生产率。3.操作简

单，操作是只需转动分配阀手柄，不必像手动夹紧那样费时费力，因而可以大大

减轻劳动强度。

由于气动夹紧具有夹紧力基本稳定，夹紧动作迅速和操作省力等优点。为

了提高生产效率，缩短加工中的辅助时间，此夹紧装置采用气动夹紧装置。工件

在夹具上安装好后，气缸活塞带动压块从上往下移动夹紧工件。

根据所需要的夹紧力F /=139936N ，来计算气缸缸筒内径0D 。

气缸活塞杆推力 ηπP D Q 420

=

其中：P —压缩空气单位压力 （取P=6公斤力/2厘米）

η—效率 （取.90=η）

Q=F /=13993.6公斤力 22033019.0614.36.1399344厘米=???==∴ηπP Q D

45.57D 0=厘米

取D 0=60厘米=600mm 。所以根据国家标准JB/T7377-2007，选用标准化法

兰式气缸作为夹紧装置的动力元件，其夹紧元件是连接在法兰式气缸活塞杆上的

耳轴，其作用是接受活塞杆作用于它上的力，并将这个力传递给光面压块，最终

起到夹紧工件的作用。

夹紧力的方向选择应该满足：1.夹紧力应垂直于主要定位基准面；2.夹紧力

的方向有利于减少夹紧力。夹紧力的作用点也有要求：1.夹紧力的作用点应能保

持工件定为稳定，而不致使一起工件发生位移和偏转。2.夹紧力的作用点，应使

被夹紧工件的夹紧变形尽可能小。夹紧力应尽可能地靠近工件加工表面，以提高

定位稳定性和夹紧可靠性。基于以上几点综合考虑，选用耳轴与光面压块相结

合，不但满足夹紧力方向要求，同时光面压块是接触面积增大，可以减少应力集

中，提高了夹紧稳定性与可靠性要求。

夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。参考

加工工件、支架、定位销等的结构，其尺寸、形状和相互位置关系综合设计而

成，见图纸XDMJJ-001.这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。

整个夹具的结构夹具装配图如图纸XDMJJ-000所示。

6.2.6 夹具设计及操作的简要说明

本夹具用于减速器箱体前后端面的粗铣。夹具的定位方案采用一面两销，定位可靠，定位误差较小。其夹紧采用的是气动夹紧，夹紧简单、快速、可靠。有利于提高生产率。考虑到工件结构大，重量重，手工搬运不仅达不到高效率的生产要求，而且费时费力，所以采用自动流水生产线将工件送往夹具体上。

工件在夹具体上安装好后，压块在气缸活塞的推动下向下移动夹紧工件。当工件加工完成后，压块随即在气缸活塞的作用下松开工件，即可取下工件。气压传动系统如下图所示：

由气压传动系统示意图可知：A和B分别接在法兰式气缸两个通气口，是整个夹具动力的来源。所以整个夹具工作情况由夹具装备图可知：

结合图纸，其工作原理：当加工工件置于夹具上定位完毕，气源经过雾化器，减压阀，单向阀，换向阀，单向节流阀进入从通气口A端（即法兰式气缸顶部通气口进入气缸内，在上气缸体内形成推动活塞向下的力，而此时通气口B 直接与大气相通，使上下腔体形成压差，此压差推动活塞向下运动即使得活塞杆向下运动，带动光面压块向下运动，最终工件在此压力下得到夹紧。当一件工件加工完毕，切换手动换向阀，这时A端也就是气缸上腔大气直接连通，而下腔通过手动换向阀换向后，流入气源输送进来的气体，使得下腔压力远大于上腔压力，这时形成的压力差推动活塞向上运动，使得活塞杆上移，释放工件。待要加工下一个工件时，可以切换手动换向阀，这一夹紧释放过程循环进行。若要使自动化程度更高，可采用机动换向阀与行程开关并用，达到加工目的。但这样会使成本增加，并且机器实际运行的可靠性要求很高。这里就不累述。

由于本夹具用于变速箱体端面的粗加工，对其进行精度分析无太大意义。所以就略去对其的精度分析。

参考文献

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