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一級減速器箱蓋加工工藝和夾具設計
學生姓名：
學 號：
指導教師：
所在學院：
專 業(yè)：機械設計制造及其自動化
中國·大慶
2015 年 6 月
III
摘 要
本文是在減速器箱體的圖樣分析后進行減速器箱體的機械加工工藝路線的設計，同時按照其中的加工工序的要求設計夾具。
減速器箱體的主要加工內容是表面和孔。其加工路線長，加工時間多，加工成本高，零件的加工精度要求也高。按照機械加工工藝要求，遵循先面后孔的原則，并將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證加工精度?；鶞蔬x擇以底面作為粗基準，以底面與兩個工藝孔作為精基準，確定了其加工的工藝路線和加工中所需要的各種工藝參數。
在零件的夾具設計中，主要是根據零件加工工序要求，分析應限的自由度數，進而根據零件的表面特征選定定位元件，再分析所選定位元件能否限定應限自由度。確定了定位元件后還需要選擇夾緊元件，最后就是確定專用夾具的結構形式。
關鍵詞:減速器箱體；加工工藝；工序；專用夾具
黑龍江八一農墾大學本科畢業(yè)設計
Abstract
This paper is the design of mechanical line processing of the gearbox in the pattern analysis of the gearbox after, at the same time according to the design process of the fixture requirements.
The main content is the processing of the gearbox surface and the hole. The processing route is long, processing time, high processing cost, the machining precision requirement is high. In accordance with the requirements of the machining process, follow the principle of the surface after the first hole, and the hole and the plane processingclearly divided into roughing and finishing stages of processing to ensure accuracy. The basis choice to the bottom as a rough benchmark, the bottom with two hole as abenchmark, various parameters needed to process its processing and processing of.
In parts of fixture design, mainly according to the requirements of machining process, analysis of the number of degrees of freedom should be restricted, and then according to the surface features of parts of the selected positioning element, then analysis the selected components can be defined positioning should be limited degrees of freedom. Determine the location components also need to select the clamping element, finally is to determine the structure of special fixture.
Keywords: reducer; processing technology; process; special fixture
- 32 -
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 本課題的研究內容和意義 1
1.2 國內外的發(fā)展概況 2
1.3 本課題應達到的要求 3
2 零件工藝的分析 4
2.1 零件的工藝分析 4
2.2 箱體零件的結構工藝性 4
3 工藝規(guī)程設計 7
3.1 確定毛坯的制造形式 7
3.2 定位基準的選擇 8
3.2.1 粗基準的選擇 8
3.2.2 精基準的選擇 9
3.3 擬定工藝路線 10
3.3.1 劃分加工階段 10
3.3.2 安排加工順序 11
3.3.3 擬定加工工藝路線 12
3.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 13
4 確定切削用量及基本工時 15
4.1 粗銑上窺視孔面 15
4.2 粗銑結合面 16
4.3 磨分割面 17
4.4 鉆孔 18
5 銑左右端面夾具設計 20
5.1 設計要求 20
5.2 夾具設計 20
5.2.1 定位基準的選擇 20
5.2.2 切削力及夾緊力的計算 20
5.3定位誤差的分析 23
5.4夾具設計及操作的簡要說明 24
6 鉆孔夾具設計 25
6.1設計分析 25
6.2設計方案論證 25
6.3切削力及夾緊力的計算 25
6.4 設計及操作的簡要說明 26
6.5 結構分析 26
6.6 夾具的公差 28
6.7 工序精度分析 29
總 結 30
參考文獻 32
致謝 33
1 緒論
1.1 本課題的研究內容和意義
工裝工藝及夾具畢業(yè)設計是對所學專業(yè)課知識的一次鞏固，是在進行社會實踐之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習，也是理論聯系實際的訓練。機床夾具已成為機械加工中的重要裝備。機床夾具的設計和使用是促進生產發(fā)展的重要工藝措施之一。
機械加工工藝規(guī)程是生產準備工作的主要依據。根據它來組織原材料和毛坯的供應，進行機床調整，專用工藝裝備的設計與制造，編制生產作業(yè)計劃，調配勞動力，以及進行生產成本核算等。
機械加工工藝規(guī)程也是組織生產、進行計劃調度的依據。有了它就可以制定生產產品的進度計劃和相應的調度計劃，并能做到各工序科學地銜接，使生產均衡、順利，實現優(yōu)質、高產和低消耗。
機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片，是兩個主要的工藝文件。機械加工工藝過程卡片，是說明零件加工工藝過程的工藝文件。在單件、小批量生產中，以機械加工工藝過程卡片指導生產，過程卡的各個項目編制較為詳細。機械加工工序卡片是為每個工序詳細制定的，用于直接指導工人進行生產，多用于大批量生產的零件和成批生產中的重要零件。
在機械行業(yè)中，如何去保證工件的高精度、加工的成本等實質性問題，一直是從事于機械行業(yè)人員研究的問題，其中在設計夾具的時候就要考慮以上問題，高效的夾具是工件高精度的保證，如何讓夾具更高效、更經濟，這是行業(yè)人急需要解決的。
隨著社會的發(fā)展，科技的不斷提高，各種高科技技術逐漸滲透到各個行業(yè)，如何利用這些高科技為人類服務，如何充分利用這些高科技在機械行業(yè)中，這還需要機械行業(yè)人員不斷的努力，開拓創(chuàng)新。
隨著科學技術的發(fā)展，和社會市場需要，夾具的設計在逐步的超向柔性制造系統方向發(fā)展。迄今為止,夾具仍是機電產品制造中必不可缺的四大工具之一,刀具本身已高度標準化,用戶只需要按品種、規(guī)格選用采購。而模具和夾具則和產品息息相關,產品一有變化就需重新制作,通常是屬于專用性質的工具,模具已發(fā)展成為獨立的行業(yè);夾具在國內外也正在逐漸形成一個依附于機床業(yè)或獨立的小行業(yè)。 組合夾具不僅具有標準化、模塊化、組合化等當代先進設計思想,又符合節(jié)約資源的原則,更適合綠色制造的環(huán)境保護原理。所以是今后夾具技術的一個重要發(fā)展方向單位 。
機床夾具通常是指裝夾工件用的裝置:至于裝夾各種刀具用的裝置,則一般稱為“輔助工具”。輔助工具有時也廣義地包括在機床夾具的范圍內。按照機床夾具的應用范圍,一般可分為通用夾具,專用夾具和可調整式夾具等。
通過這次畢業(yè)設計，對自己所學的理論知識進行一次綜合運用，也是對四年的學習深度的一個檢驗。在這次設計過程中，充分挖掘自己分析問題，解決問題的潛力。并希望通過畢業(yè)設計能養(yǎng)成一種嚴謹，認真的態(tài)度，為以后參加工作打下一個良好的基礎。
1.2 國內外的發(fā)展概況
工裝的全稱是工藝裝備，工裝是指加工機床外而需保證零件加工質量的工藝裝備，是制造過程中所用的各種工具的總稱。它是各企業(yè)內除生產設備和工具外的為配合生產設備和人完成工藝制作要求的部分，大多工裝都是針對各自產品特點的。機械加工過程中用來固定和定位要加工的零件或毛坯件的裝置，即工裝的主要作用有：固定，定位，防止變形。
夾具屬于工裝，工裝包含夾具，屬于從屬關系。不僅僅是焊裝用，在機加工方面也有用，許多時候，需要裝配幾個部件并保證其定位準確的時候就需要。設計工裝夾具要緊扣產品，因為工裝夾具是專門為某些產品特定的，要保證生產時無干涉現象、定位準確、操作工操作便捷等。簡單的說，就是用于工件裝夾的工具。
夾具從產生到現在，大約可以分為三個階段：第一個階段主要表現在夾具與人的結合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是加工過程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機床之間的橋梁，夾具的機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊。人們越來越認識到，夾具與操作人員改進工作及機床性能的提高有著密切的關系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現為夾具與機床的結合，夾具作為機床的一部分，成為機械加工中不可缺少的工藝裝備。
由于現代加工的高速發(fā)展，對傳統的夾具提出了較高要求，如快速、高效、安全等。要想達到這樣的生產要求，就必須計算加工工序零件在加工過程中由于切削力、重力、慣性力等所產生的切削力及切削力矩，按照夾具設計中所確定的夾緊方式進行夾緊力的計算，為了減小夾具的具體尺寸，就需要增大夾具的定位區(qū)間，增大由夾緊力而產生的摩擦力矩、正壓力及由此而產生的摩擦力，以達到夾具小巧而精用的目的。同時為了減少工人的勞動強度，提高工件裝夾效率，還需要對夾具的夾緊機構的行程進行設計，以期以最短的夾緊行程，達到最佳的夾緊效果。
1.3 本課題應達到的要求
通過實際調研和采集相應的設計數據、閱讀相關資料相結合，對減速器箱體的基本結構及作用有個大致的了解，在此基礎上，經過對金屬切削加工、金屬切削機床、機械設計與理論等相關知識充分掌握后，分析減速器箱體的加工工藝，確定減速器箱體各加工表面的加工方法，進而形成減速器箱體的機械加工工藝路線。并能根據減速器箱體的加工工序要求，分析減速器箱體的定位方式、金屬切削加工過程中的機床工作臺驅動、工件夾緊等方面的相關數據，結合機械機構設計的相關理論知識，完成工件的有效定位及夾緊，從而使整個減速器箱體的加工工藝路線經濟，工件定位方案合理，來達到產品的最優(yōu)化設計。
針對實際使用過程中存在的金屬加工工藝文件編制、工件夾緊及工藝參數確定及計算問題，綜合所學的機械理論設計與方法、機械加工工藝文件編制及實施等方面的知識，設計出一套適合于實際的減速器箱體加工工藝路線，從而實現適合于現代加工制造業(yè)、夾緊裝置的優(yōu)化設計。為提高鉆床夾具在機床上安裝的穩(wěn)固性，減輕其斷續(xù)切削可能引起的振動，夾具體不僅要有足夠的剛度和強度，其高度和寬度比也應恰當，一般有H/B≤1～1.25，以降低夾具重心，使工件加工表面盡量靠近工作臺面。
2 零件工藝的分析
2.1 零件的工藝分析
1.要加工孔的孔軸配合度為H7，
2.表面粗糙度為Ra小于1.6um,圓度為0.0175mm,垂直度為0.08mm,同2.1.3 軸度為0.02mm。其它孔的表面粗糙度為Ra小于12.5um,錐銷孔的表面粗糙度為Ra小于1.6um。
3.蓋體上平面表面粗糙度為Ra小于12.5um,端面表面粗糙度為Ra小于3.2um.
4.機蓋機體的結合面的表面粗糙度為Ra小于3.2um.
5.結合處的縫隙不2.1.6 大于0.05mm， 機體的端面表面粗糙度為Ra小于12.5um.
2.2 箱體零件的結構工藝性
工藝分析的目的主要有兩個：
一是審查零件的結構形狀及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及熱處理等的技術要求是否合理，是否便于加工與裝配；
二是通過工藝分析，對零件的工藝要求有進一步的了解，以便制定出合理的工藝規(guī)程。
①鑄件必須進行時效處理，以消除應力。有條件時應在露天存放一年以上再加工。
②為了保證加工精度應使定位基準統一，該零件主要定位基準，集中在D面和W面上。
③鏜孔時，在可能的條件下盡量采用“支承鏜削”方法，以增加鏜桿的剛性，提高加工精度。對直徑較小的孔、應采用鉆、擴、鉸加工方法。
為保證在同一軸上各孔的同軸度，可采用在已加工孔上，安裝導向套再加工其他孔的方法。
④為提高孔的加工精度，應將粗鏜、半精鏜和精鏜分開進行。
⑤鑄造時一般φ50mm以下孔不鑄出。
⑥孔的尺寸精度檢驗，使用內徑千分尺或內徑百分表進行測量。軸內孔之間距離的測量可以通過孔與孔之間壁厚進行間接測量。
⑦同一軸線上各孔的同軸度，可采用檢驗心軸進行檢驗。
⑧各軸孔的軸線之間的平行度，以及軸孔的軸線與基準面的平行度，均應通過檢驗心軸進行測量。
減速器箱體作為主傳動系的支承零件，各傳動軸間要求一定的位置精度，因此，加工此減速器箱體的主要任務是保證各孔系間的相互位置精度。在此減速器箱體的加工中保證各孔正確位置是靠T68坐標鏜床手動控制坐標來完成的，為更好地保證加工質量，單件小批量生產也可采用組合夾具、專用鏜模進行加工，批量較大時，應采用專用鏜模進行加工。
根據減速器箱體零件圖可知，其主要加工面是進行導軌面的加工、表面加工、孔加工、鉆孔、攻絲，孔的精度要求高。該零件年生產屬小批量生產，設計加工零件所需要的專用夾具是為了提高勞動效率、降低成本。
箱體的結構形狀比較復雜，加工的表面多，要求高，機械加工的工作量大，結構工藝性有以下幾方面值得注意：
2.2.1 本箱體加工的基本孔可分為通孔和階梯孔兩類，其中通孔加工工藝性最好，
階梯孔相對較差。
2.2.2 箱體的內端面加工比較困難,結構上應盡可能使內端面的尺寸小于刀具需穿過之孔加工前的直徑，當內端面的尺寸過大時，還需采用專用徑向進給裝置。
2.2.3 為了減少加工中的換刀次數,箱體上的緊固孔的尺寸規(guī)格應保持一致.
3 工藝規(guī)程設計
3.1 確定毛坯的制造形式
毛坯的選擇不僅影響毛坯的制造工藝及費用、零件生產率和經濟性，而且也與零件的機械加工工藝和質量密切相關。故正確選擇毛坯具有重大的技術經濟意義。
毛坯選擇時，應全面考慮以下因素：
1）零件的材料及機械性能要求；
2）零件的結構形狀與外形尺寸；
3）生產類型，它在很大程度上決定采用毛坯制造方法的經濟性；
4）現有生產條件；
5）充分考慮利用新工藝、新材料、新技術的可能性。
由于鑄鐵容易成形，切削性能好，價格低廉，且抗振性和耐磨性也較好，因此，一般箱體零件的材料大都采用鑄鐵，其牌號選用HT200，由于零件年生產量8萬臺，已達到大批生產的水平，通常采用金屬摸機器造型，毛坯的精度較高，毛坯加工余量可適當減少。
長期使用經驗證明，由于灰口鑄鐵有一系列的技術上（如耐磨性好，有一定程度的吸震能力、良好的鑄造性能等）和經濟上的優(yōu)點，通常減速器箱體材料采用灰口鑄鐵。最常用的是HT200~400，當載荷較大時，采用HT300~540高強鑄鐵。
減速器箱體的毛坯大部分采用整體鑄鐵件或鑄鋼件。當零件尺寸和重量很大無法采用整體鑄件（受鑄造能力的限制）時，可以采用焊接結構件，它是由多塊金屬經粗加工后用焊接的方法連成一整體毛坯。焊接結構有鑄—焊、鑄—煅—焊、煅—焊等。采用焊接結構可以用小的鑄造設備制造出大型毛坯，解決鑄造生產能力不足的問題。焊前對各種組合件進行粗加工，可以部分地減輕大型機床的負荷。
毛坯未進入機械加工車間之前，為不消除毛坯的內應力，對毛坯應進行人工實效處理，對某些大型的毛坯和易變形的零件粗加工后要再進行時效處理。
毛坯鑄造時，應防止沙眼、氣孔、縮孔、非金屬夾雜物等缺陷出現。特別是主要加工面要求更高。重要的減速器箱體毛坯還應該達到規(guī)定的化學成分和機械性能要求。
該零件為減速器箱體類，且外型尺寸較大，材料為HT200，零件的形狀較復雜，因此不能用鍛造，只能用鑄件，采用砂型鑄造毛坯，如圖3.1減速器箱體毛坯圖所示。采用小批量造型生產。根據零件主要的加工表面的粗糙度查參考文獻《機械制造工藝簡明手冊》確定各表面加工余量。
毛坯鑄造時，應防止砂眼和氣孔的產生。為了減少毛坯制造時產生殘余應力，應使減速器箱體壁厚盡量均勻，減速器箱體澆鑄后應安排時效或退火工序。
該減速器箱體的材料是HT200，單件小批生產，由于結構復雜，所以毛坯采用鑄件。為了提高減速器箱體加工精度的穩(wěn)定性，采用時效處理以消除內應力。
3.2 定位基準的選擇
定位基準的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一。定位基準選擇正確、合理，可以保證零件的加工質量，提高生產率。否則，就會使加工工藝過程問題百出，使生產無法進行。
減速器箱體定位基準的選擇，直接關系到減速器箱體上各個平面與平面之間、孔與平面之間、孔與孔之間的尺寸精度和位置精度要求是否能夠保證。在選擇基準時，首先要遵守“基準統一”和“基準重合”的原則，同時必須考慮生產批量的大小、生產設備、特別是夾具的選用等因素。
該減速器箱體的結構復雜，壁厚不均，剛性不好，而加工精度要求又高，故減速器箱體重要加工表面都要劃分粗、精加工兩個階段，這樣可以避免粗加工造成的內應力、切削力、夾緊力和切削熱對加工精度的影響，有利于保證減速器箱體的加工精度。
定位基準有粗基準和精基準只分，通常先確定精基準，然后確定粗基準。
3.2.1 粗基準的選擇
加工的第一個平面是蓋或低坐的對和面，由于分離式箱體軸承孔的毛坯孔分布在蓋和底座兩個不同部分上很不規(guī)則，因而在加工蓋回底座的對和面時，無法以軸承孔的毛坯面作粗基準，而采用凸緣的不加工面為粗基準。故蓋和機座都以凸緣A面為粗基準。這樣可以保證對合面加工后凸緣的厚薄較為均勻，減少箱體裝合時對合面的變形。
選擇粗基準時，主要要求保證各加工面有足夠的余量，使加工面與不加工面間的位置符合圖樣要求，并特別注意要盡快獲得精基面。具體選擇時應考慮下列原則：
①重要表面原則
為保證工件上重要表面的加工余量小而均勻，則應選擇該表面為粗基準。
②不加工表面原則?
為了保證加工面與不加工面間的位置要求，一般應選擇不加工面為粗基準。
③余量最小原則?
如果零件上每個表面都要加工，則應選擇其中加工余量最小的表面為粗基準，以避免該表面在加工時因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件廢品。
④使用一次原則?
因為粗基準本身都是未經機械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重復使用將產生較大的誤差。
⑤平整光潔原則
以便工件定位可靠、夾緊方便。
根據生產類型不同，實現以主軸孔為粗基準的工件安裝方式也不一樣。大批大量生產時，由于毛坯精度高，可以直接用減速器箱體上的重要孔在專用夾具上定位，工件安裝迅速，生產率高。在單件、小批及中批生產時，一般毛坯精度較低，按上述辦法選擇粗基準，往往會造成減速器箱體外形偏斜，甚至局部加工余量不夠，因此通常采用劃線找正的辦法進行第一道的工序加工，即以主軸孔及中心線為粗基準對毛坯進行劃線和檢查，必要時予以糾正，糾正后孔的余量應足夠，但不應定均勻。
該減速器箱體為單件小批量生產，在單件小批量生產時，由于毛坯精度低，所以以劃線找正法安裝。劃線時先找正主軸孔中心，然后以主軸孔為基準找出其他需加工平面的位置。加工該減速器箱體時，按所劃的線找正安裝工件，則體現的是以主軸孔作為粗基準。
3.2.2 精基準的選擇
選擇精基準時，主要考慮保證加工精度和工件裝夾方便可靠。一般應考慮以下原則：
1) 基準重合原則?
即選用設計基準作為定位基準，以避免定位基準與設計基準不重合而引起的基準不重合誤差。
2) 基準統一原則?
應采用同一組基準定位加工零件上盡可能多的表面，這就是基準統一原則。
3) 自為基準原則?
某些要求加工余量小而均勻的精加工工序，選擇加工表面本身作為定位基準，稱為自為基準原則。
4) 互為基準原則?
5) 便于裝夾原則
所選精基準應保證工件安裝可靠，夾具設計簡單、操作方便。
為了保證減速器箱體零件孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的相互位置和距離尺寸精度，減速器箱體類零件精基準選擇常用兩種原則：基準統一原則、基準重合原則。小批生產時一般采用基準重合原則，即以裝配基準作為定位基準，避免了基準不重合誤差，有利于提高減速器箱體上各表面間的相互位置精度。大批生產時常采用基準統一原則，即一面兩孔定位，可避免由于基準變換而帶來的累積誤差。根據大批大量生產的減速器箱體通常以頂面和兩定位銷孔為精基準，機蓋以下平面和兩定位銷孔為精基準，平面為330X20mm，兩定位銷孔以直徑6mm,這種定位方式很簡單地限制了工件六個自由度，定位穩(wěn)定可靠；在一次安裝下，可以加工除定位面以外的所有五個面上的孔或平面，也可以作為從粗加工到精加工的大部分工序的定位基準，實現“基準統一”；此外，這種定位方式夾緊方便，工件的夾緊變形小；易于實現自動定位和自動夾緊，且不存在基準不重合誤差。
3.3 擬定工藝路線
分離式箱體工藝路線與整體式箱體工藝路線的主要區(qū)別在于：
整個加工過程分為兩個大的階段，先對蓋和低座分別進行加工，而后再對裝配好的整體箱體進行加工。第一階段主要完成平面，，緊固孔和定位空的加工，為箱體的裝合做準備；第二階段為在裝合好的箱體上加工軸承孔及其端面。在兩個階段之間應安排鉗工工序，將蓋與底座合成箱體，并用二錐銷定位，使其保持一定的位置關系，以保證軸承孔的加工精度和撤裝后的重復精度。
3.3.1 劃分加工階段
零件的技術要求較高時，零件在進行加工時都應劃分加工階段，按工序性質不同，可劃分如下幾個階段：
①粗加工階段
此階段的主要任務是提高生產率，切除零件被加工面上的大部分余量，使毛坯形狀和尺寸接近與成品，所能達到的加工精度和表面質量都比較低。
②半精加工階段
此階段要減少主要表面粗加工中留下的誤差，使加工面達到一定的精度并留有一定的加工余量，并完成次要表面的加工（鉆、攻絲、銑鍵槽等），為精加工做好準備。
③精加工階段
切除少量加工余量，保證各主要表面達到圖紙要求，所得精度與表面質量都比較高。所以此階段主要目的是全面保證加工質量。
④光整加工階段
此階段主要針對要進一步提高尺寸精度、降低粗糙度（IT6級以上）的表面。一般不用于提高形狀、位置精度。
根據加工階段劃分的要求及零件的批量，該減速器箱體的加工劃分為3個階段：粗加工階段（粗銑各個平面、孔端面及各主軸孔粗鏜）、半精加工階段（半精鏜各主軸孔，完成各次要孔等）和精加工階段（磨各平面、精鏜各主軸孔）。
3.3.2 安排加工順序
復雜工件的機械加工工藝路線中要經過切削加工、熱處理和輔助工序，如何將這些工序安排在一個合理的加工順序中，生產中已總結出一些指導性的原則，先述如下。
切屑加工工序順序的安排原則
1）先粗后精
各表面加工順序按照粗加工、半精加工、精加工和光整加工的順序進行，目的是逐步提高零件加工表面的精度和表面質量。
2）先主后次
零件的主要加工表面（一般是指設計基準面、主要工作面、裝配基面等）應先加工，而次要表面（鍵槽、螺孔等）可在主要表面加工到一定精度之后、最終精度加工之前進行加工。
3）先面后孔原則
對于減速器箱體類、支架類、機體類等零件，平面輪廓尺寸較大，用平面定位比較穩(wěn)定可靠，故應先加工平面，后加工孔。這樣，不僅使后續(xù)的加工有一個穩(wěn)定可靠的平面作為定位基準面，而且在平整的表面上加工孔，加工變得容易一些，也有利于提高孔的加工精度。
4）先基準后其他
作為精基準的表面要首先加工出來。
該減速器箱體的加工和裝配大多以平面為基準，按照加工順序安排的原則，采用先面后孔的加工順序。先加工平面，可以為加工精度較高的支承孔提供穩(wěn)定可靠的精基準，有利于提高加工精度。另外，先加工平面可以將鑄件不平表面切除，可減少鉆孔時鉆頭引偏和刀具崩刃等現象的發(fā)生，對刀和調整也較為方便。加工孔系時應遵循先主后次的原則，即先加工主要平面或孔系，這也符合切削加工順序的安排原則。
3.3.3 擬定加工工藝路線
擬定工藝路線的出發(fā)點：應當使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。還要考慮經濟效果，以便降低生產成本。
綜合以上加工階段和加工順序的分析，可以初步得出減速器箱體的加工藝路線。
初擬減速器箱體加工工藝路線方案如表3-1所示。
表3-1 工藝路線方案
工序號
工序內容
10
鑄造
20
清除澆注系統，冒口，型砂，飛邊，飛刺等
30
人工時效處理
40
以分割面為定位基準，按線找正，裝夾工件，粗銑頂斜面，留余量1mm
50
以已加工的頂斜面為定位基準，按線找正，裝夾工件，粗銑分割面，留余量1mm
60
以已加工的分割面為定位基準，按線找正，裝夾工件，精銑頂斜面，保證尺寸。
70
以已加工的頂斜面為定位基準，按線找正，裝夾工件，精銑頂面，保證尺寸要求。
80
將上下箱體合并
90
以箱體端面定位，鉆2-Φ3銷釘孔、鉸2-Φ3銷釘孔。裝定位銷
100
以箱體端面定位，鉆6-Φ9連接孔。
110
粗、精銑兩端端面
120
以底面、端面為定位基準，粗、精鏜軸承孔及卡簧槽
130
以已加工端面定位，鉆、攻螺釘孔4-M3
140
拆卸上下箱體、去毛刺、清洗
方案在鏜孔時，把粗鏜、半精鏜、精鏜分開進行加工，滿足了粗精分開的原則，可以有效避免因粗精不分給工件帶來的加工應力無法釋放的危害，有效地保證了零件的加工精度。而且四個是孔同時進行加工的，不僅可以保證各主軸孔間的相互位置精度，而且還有效地提高了零件的加工效率，降低了工人的勞動強度。
考慮到機械加工順序安排原則及零件的生產成本等因素，其優(yōu)越性在于把粗鏜、半精鏜、精鏜分開進行加工，符合切削加工工序順序的先粗后精安排原則，而且各軸孔加工順序按照粗加工、半精加工、精加工進行，可以逐步提高零件加工表面的精度和表面質量，可以逐漸提高各個軸孔的質量要求，可以提高各軸孔間的相互位置精度和各自的尺寸精度，保證減速器箱體零件的技術要求，確定其為此零件的加工工藝路線。
3.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
減速器箱體體的材料是HT200，由于結構復雜，所以毛坯采用鑄件。
根據上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸與毛坯尺寸如下：
①頂面
根據其加工長度和加工寬度的大小及尺寸公差等級，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.2-4鑄件機械加工余量，可得頂面B長度方向的單邊加工余量如下：
精加工余量：Z2 =2.5mm
粗加工余量：Z1 =5.5mm
毛坯余量：Z =5.5+2.5=8mm
②兩側面
根據其加工長度和加工寬度的大小及尺寸公差等級，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.2-4鑄件機械加工余量，可得兩側面A、C長度方向的單邊加工余量如下：
精加工余量：Z2 =2.5mm
粗加工余量：Z1=5.5mm
毛坯余量：Z =5.5+2.5=8mm
③平面
根據其加工長度和加工寬度的大小及尺寸公差等級，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.2-4鑄件機械加工余量，可得平面D、W長度方向的單邊加工余量如下：
精磨余量： Z4=1.0mm
粗磨余量： Z3=1.5mm
半精刨余量：Z2 =3.5mm
粗刨余量： Z1=5.0mm
毛坯余量： Z=5.0+3.5+1.5+1.0=11mm
4 確定切削用量及基本工時
4.1 粗銑上窺視孔面
⑴ 加工條件：??
工件材料：灰鑄鐵
加工要求：粗銑箱蓋上頂面，保證頂面尺寸3 mm
機床：銑床X52K
刀具：采用高速鋼鑲齒三面刃銑刀，dw=225mm,齒數Z=20
量具：卡板??
⑵ 計算銑削用量??????????
最大加工余量為Zmax=2.5mm,可一次銑削，切削深度ap=2.5mm
確定進給量f：
根據《工藝手冊》），表2.4—75,確定fz=0.2mm/Z
切削速度：參考有關手冊，確定V=0.45m/s,即27m/min
根據表2.4—86,取nw=37.5r/min,
故實際切削速度為：
V=πdwnw?/1000=26.5(m/min)
當nw=37.5r/min,工作臺的每分鐘進給量應為：
fm=fzznz=0.2×20×37.5=150(mm/min) (5-2)
切削時由于是粗銑，故整個銑刀刀盤不必銑過整個工件，則行程為
l+l1+l2=125+3+2=130mm
故機動工時為：??
tm =130÷150=0.866min=52s
輔助時間為：
tf=0.15tm=0.15×52=7.8s
其他時間計算：
6%×（tb+tx) =6%×(52+7.8)=3.58s
故工序5的單件時間：
tdj=tm+tf+tb+tx?=52+7.8+3.58=63.4s
4.2 粗銑結合面
⑴ 加工條件：??
工件材料：灰鑄鐵
加工要求：精銑箱結合面，保證頂面尺寸3 mm
機床：臥式銑床X52K
刀具：采用高速鋼鑲齒三面刃銑刀，dw=225mm,齒數Z=20
量具：卡板??
⑵ 計算銑削用量??????????
已知毛坯被加工長度為330 mm，最大加工余量為Zmax=2.5mm,留磨削量0.05mm，可一次銑削，切削深度ap=2.45mm
確定進給量f：根據《機械加工工藝手冊》（以下簡稱《工藝手冊》），表2.4—75,確定
fz=0.2mm/Z
切削速度：
參考有關手冊，確定V=0.45m/s,即27m/min
根據表2.4—86,取nw=37.5r/min;由公式（5-1）得
故實際切削速度為：
V=πdwnw?/1000=26.5(m/min)
當nw=37.5r/min,工作臺的每分鐘進給量應為：
fm=fzznz=0.2×20×37.5=150(mm/min)
切削時由于是粗銑，故整個銑刀刀盤不必銑過整個工件，則行程為
l+l1+l2=330+3+2=335mm
故機動工時為：??
tm =335÷150=2.23min=134s
輔助時間為：
tf=0.15tm=0.15×134=20.1s
其他時間計算：
tb+tx=6%×(134+20.1)=9.2s
故工序6的單件時間：
tdj=tm+tf+tb+tx?=134+20.1+9.2=163.3s
4.3 磨分割面
工件材料：灰鑄鐵
加工要求：以底面及側面定位，裝夾工件，磨分割面，加工余量為0.05mm機床：平面磨床M7130
刀具：砂輪
量具：卡板
⑴ 選擇砂輪
見《工藝手冊》表4.8—2到表4.8—8，則結果為
WA46KV6P350×40×127
其含義為：砂輪磨料為白剛玉，粒度為46號，硬度為中軟1級，陶瓷結合劑，6號組織，平型砂輪，其尺寸為350×40×127（D×B×d）
⑵ 切削用量的選擇
砂輪轉速為N砂?=1500r/min,V砂=27.5m/s
軸向進給量fa?=0.5B=20mm(雙行程)
工件速度Vw?=10m/min
徑向進給量fr?=0.015mm/雙行程
⑶ 切削工時
根據《工藝手冊》可知
式中L—加工長度，L=330mm
b—加工寬度，230mm
Zb——單面加工余量，Zb?=0.0 5mm
K—系數，1.10
V—工作臺移動速度（m/min）
fa——工作臺往返一次砂輪軸向進給量（mm）
fr——工作臺往返一次砂輪徑向進給量（mm）
輔助時間為：
tf=0.15tm=0.15×162=24.3s
其他時間計算：
tb+tx=6%×(162+24.3)=11.2s
故該工序的單件時間：
tdj=tm+tf+tb+tx?=162+24.3+11.2=197.5s
4.4 鉆孔
⑴ 鉆4-Φ9mm孔
工件材料：灰鑄鐵
機床：立式鉆床Z535型
刀具：采用Φ5mm的麻花鉆頭走刀一次，?擴孔鉆Φ6mm走刀一次
Φ5mm的麻花鉆：f=0.25mm/r（《工藝手冊》2.4--38)
?v=0.53m/s=31.8m/min（《工藝手冊》2.4--41)
ns=1000v/πdw=405(r/min)
按機床選取nw=400r/min,?（按《工藝手冊》3.1--36）
所以實際切削速度
Φ6mm擴孔：f=0.57mm/r（《工藝手冊》2.4--52）
v=0.44m/s=26.4m/min（《工藝手冊》2.4--53）
ns=1000v/πdw=336(r/min)
按機床選取nw=400r/min,?（按《工藝手冊》3.1--36）
所以實際切削速度
由于是加工2個相同的孔，故總時間為
T=2×(t1?+t2)=2×(10.8+10.8)=86.4s
輔助時間為：
tf=0.15tm=0.15×86.4=12.96s
其他時間計算：
tb+tx=6%×(86.4+12.96)=5.96s
故單件時間：
tdj=tm+tf+tb+tx?=86.4+12.96+5.96=105.3s
⑵ 鉆6-Φ9mm孔
工件材料：灰鑄鐵
加工要求：鉆6個直徑為9mm的孔
機床：立式鉆床Z535型
刀具：采用麻花鉆頭走刀一次，
f=0.25mm/r
v=0.44m/s=26.4m/min
ns =1000v/πdw=336(r/min)
按機床選取nw=400r/min,?（按《工藝手冊》3.1--36）
所以實際切削速度
由于是加工6個相同的孔，故總時間為
T=6×t=6×20.4=102.4 s
輔助時間為：
tf=0.15tm=0.15×81.6=12.2s
其他時間計算：
tb+tx=6%×(81.6+12.2)=5.6s
故單件時間：
tdj=tm+tf+tb+tx?=81.6+12.2+5.6=99.5s
按機床選取nw=195r/min,?
則實際切削速度
V=4.9(m/min)
故機動加工時間：
l=19mm, l1?=3mm,l2?=3mm,
t= (l+l1+l2)×2/nf×4=1.02(min)=61.2s
輔助時間為：
tf=0.15tm=0.15×61.2=9.2s
其他時間計算：
tb+tx=6%×(61.2+9.2)=4.2s
故單件時間：
tdj=tm+tf+tb+tx?=61.2+9.2+4.2=74.6s
故該工序的總時間：
T=105.3+99.5+109.7+74.6=389.1s
5 銑左右端面夾具設計
5.1 設計要求
為了提高勞動生產，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。本夾具將用于X52k銑床。成批生產，任務為設計一銑左右端面夾具
本夾具無嚴格的技術要求，因此，應主要考慮如何提高勞動生產率，降低勞動強度，精度不是主要考慮的問題。
5.2 夾具設計
5.2.1 定位基準的選擇
為了提高加工效率及方便加工，決定材料使用高速鋼，用于對進行加工，準備采用手動夾緊。
由零件圖可知：進行加工前，左右端面進行了粗、精銑加工，進行了粗、精加工。因此，定位、夾緊方案有：
方案Ⅰ：選下平面、和側面和支撐釘定位夾緊方式用操作簡單，通用性較強的移動壓板來夾緊。
為了使定位誤差達到要求的范圍之內，這種定位在結構上簡單易操作。
5.2.2 切削力及夾緊力的計算
刀具：立銑刀（硬質合金）
刀具有關幾何參數：
由參考文獻[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計算公式：
有：
根據工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數作為實際所需夾緊力的數值，即：
安全系數K可按下式計算：
式中：為各種因素的安全系數，查參考文獻[5]1～2～1可知其公式參數：
由此可得：
所以
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。
夾緊力的確定
夾緊力方向的確定
夾緊力應朝向主要的定位基面。
夾緊力的方向盡可能與切削力和工件重力同向。
(1) 夾緊力作用點的選擇
a. 夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內。
b. 夾緊力的作用點應落在工件剛性較好的部位上，這樣可以防止或減少工件變形變形對加工精度的影響。
c. 夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面。
(3)夾緊力大小的估算
理論上確定夾緊力的大小，必須知道加工過程中，工件所受到的切削力、離心力、慣性力及重力等，然后利用夾緊力的作用應與上述各力的作用平衡而計算出。但實際上，夾緊里的大小還與工藝系統的剛性、夾緊機構的傳遞效率等有關。而且，切削力的大小在加工過程中是變化的，因此，夾緊力的計算是個很復雜的問題，只能進行粗略的估算。
估算的方法：一是找出對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，估算此狀態(tài)下所需的夾緊力；二是只考慮主要因素在力系中的影響，略去次要因素在力系中的影響。
估算的步驟：
a.建立理論夾緊力FJ理與主要最大切削力FP的靜平衡方程：FJ理=Ф (FP)。
b.實際需要的夾緊力FJ需，應考慮安全系數，FJ需=KFJ理。
c.校核夾緊機構的夾緊力FJ是否滿足條件：FJ>FJ需。
夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個過程緊密聯系在一起的。定位問題已在前面研究過，其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。
僅僅定好位在大多數場合下，還無法進行加工。只有進而在夾具上設置相應的夾緊裝置對工件進行夾緊，才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務。
夾緊裝置的基本任務是保持工件在定位中所獲得的即定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發(fā)生移動和震動，確保加工質量和生產安全。有時工件的定位是在夾緊過程中實現的，正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。
一般夾緊裝置由動源即產生原始作用力的部分。夾緊機構即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)行夾緊任務的部分。他包括中間遞力機構和夾緊元件。
考慮到機床的性能、生產批量以及加工時的具體切削量決定采用手動夾緊。
螺旋夾緊機構是斜契夾緊的另一種形式，利用螺旋桿直接夾緊元件，或者與其他元件或機構組成復合夾緊機構來夾緊工件。是應用最廣泛的一種夾緊機構。
螺旋夾緊機構中所用的螺旋，實際上相當于把契繞在圓柱體上，因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動時所產生的壓力來夾緊工件的。不過這里上是通過轉動螺旋，使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來夾緊的。
典型的螺旋夾緊機構的特點：
（1）結構簡單；
（2）擴力比大；
（3）自瑣性能好；
（X）行程不受限制；
（5）夾緊動作慢。
夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動裝置和夾緊裝置，在此套夾具中，中間傳動裝置和夾緊元件合二為一。力源為機動夾緊，通過螺栓夾緊移動壓板。達到夾緊和定心作用。
工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉，通過螺栓夾緊移動壓板，實現對工件的夾緊。并且移動壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動壓板，通過精確的圓弧定位，實現定心。此套移動壓板制作簡單，便于手動調整。通過松緊螺栓實現壓板的前后移動，以達到壓緊的目的。壓緊的同時，實現工件的定心，使其定位基準的對稱中心在規(guī)定位置上。
查參考文獻[5]1～2～26可知螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算：螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算有：
式中參數由參考文獻[5]可查得：
螺旋夾緊力：
該夾具采用夾緊機構， 由上述計算易得：
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。
5.3定位誤差的分析
為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機床夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示：
⑴定位誤差 ：
其中：
，
，
，
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
5.4夾具設計及操作的簡要說明
由于是大批大量生產，主要考慮提高勞動生產率。因此設計時，需要更換零件加工時速度要求快。本夾具設計，用移動夾緊的大平面定位三個自由度，定位兩個自由度，用定位塊定位最后一個轉動自由度。
夾具體是夾具的基礎件，夾具體上所有組成部分都必須最終通過這一基礎件連接成一個有機整體。為了滿足加工要求，夾具體應有足夠的剛度和強度，同時結構工藝性要好。
由于鑄造工藝性好，幾乎不受零件大小、形狀、重量和結構復雜程度的限制，同時吸振性良好、抗壓能力好，故此選用鑄造夾具體，材料選取HT200，鑄造成型后時效處理，以消除內應力。
6 鉆孔夾具設計
設計任務
設計在成批生產條件下,在專用立式鉆床上鉆孔夾具設計
6.1設計分析
1、φ9為自由尺寸,可一次鉆削保證.該孔在軸線方向的設計基準是以鉆套的中心線.徑線的設計基準是以軸承孔與另一端面.
2、面銑結合面是前一工序已完成的尺寸
3、專用鉆床的最大鉆孔直徑為φ9mm.
4、本工序是對孔進行加工，采取移動的夾具，鉆模板選用旋式；使用快換鉆套。
6.2設計方案論證
1、定位基準的選擇
工序結合面是已加工過的平面，且又是本工序要加工的孔φ19mm的設計基準，按照基準重合原則選擇它作為定位基準是比較恰當的。若定位元件采用φ110的軸承孔，則基準不重合。因此，選擇結合面與軸承端面作為定位比較合理。
2、夾緊結構的確定
當定位心軸水平放置時，在專用鉆床上鉆φ9 mm孔的鉆前力和扭矩力均由重力與外力來承擔，這時工件的夾緊可以有兩種方案：
（1） 在箱體的底面上，采用壓板壓緊，夾緊力與切削力處于平行狀態(tài)。這種結構復雜，裝卸工件比較麻煩。
（2） 在箱體的底面上采用螺紋夾緊裝置，加緊力與切削力平行，這種結構簡單。裝卸工件比較容易。
6.3切削力及夾緊力的計算
刀具：麻花鉆，dw=9mm,
則F=9.81×54.5 ap0.9af0.74ae1.0Zd0-1.0δFz (《切削手冊》)
查表得：d0=19mm,ae=195, af =0.2, ap =9.5mm, δFz =1.06所以：
F=(9.81×54.5×2.50.9×0.20.74×192×20×1.06) ÷19=79401N
查表可得，銑削水平分力，垂直分力，軸向力與圓周分力的比值：
FL/ FE=0.8, FV / FE =0.6, FX / Fe =0.53
故FL=0.8 FE =0.8×79401=63521N
FV=0.6 FE=0.6×79401=47640N
FX =0.53 FE=0.53×79401=42082N
在計算切削力時，必須考慮安全系數，安全系數
K=K1K2K3K4
式中：K1 —基本安全系數，2.5
K2—加工性質系數，1.1
K3—刀具鈍化系數，1.1
K2—斷續(xù)切削系數，1.1
則F/=K FH=2.5×1.1×1.1×1.1×63521
=211366N
選用螺旋—板夾緊機構，故夾緊力
fN=1/2 F/
f為夾具定位面及夾緊面上的摩擦系數，f=0.25
則 N=0.5×211366÷0.25=52841N
6.4 設計及操作的簡要說明
在設計夾具時，為降低成本，可選用手動螺釘夾緊，本道工序的銑床夾具就是選擇了手動螺旋—板夾緊機構。由于本工序是粗加工，切削力比較大，為夾緊工件，勢必要求工人在夾緊工件時更加吃力，增加了勞動強度，因此應設法降低切削力?？梢圆扇〉拇胧┦翘岣呙鞯闹圃炀?，使最大切削深度降低，以降低切削力。
6.5 結構分析
按設計步驟，先在各視圖部位用雙點劃線畫出工件的外形，然后圍繞工件的布置定位，加緊和導向元件再進一步考慮零件的裝卸，各部件結構單元的劃分，加工時操作的方便和結構工藝性的問題使整個夾具設計形成一個整體。
夾具體是夾具的基本組成部分，為了滿足加工要求，特定的文件夾應該有足夠的剛度和強度，以及更好的結構的過程。
由于鑄造工藝性好，幾乎沒有零件的尺寸，形狀，同時限制重量和結構的復雜性，良好的減振器，抗壓能力好，因此鑄造選擇材料HT200鑄件后，時效處理，以消除應力。
對夾具體的設計的基本要求
（1）應該保持精度和穩(wěn)定性
在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。
（2）應具有足夠的強度和剛度
在加工過程中夾具體不允許因夾緊力和切削力等外力變形，夾具應有足夠的厚度，適當加固剛度。
（3）結構的方法和使用應該不錯
夾較大的工件的外觀，更復雜的結構，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應特別注意結構的過程中，應處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強度）前提下，應能減小體積減輕重量，結構應該簡單。
（4）應便于鐵屑去除
在加工過程中，如果不及時清除，切削熱的積累會破壞夾具定位精度，也會破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個過程中的鐵屑不多，可適當增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對切削過程中產生更多的，一般應在夾具體上面。
（5）安裝應牢固、可靠
夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應的表面接觸或實現的。當夾安裝在重力的中心，夾具應盡可能低，支撐面積應足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識別特定的文件夾結構，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。
加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產生沖擊和振動，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便于鐵屑。此外，夾點技術，經濟的具體結構和操作、安裝方便等特點，在設計中還應考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便排出鐵屑。
1、夾具采用分鑄式鑄件組合的結構。鑄造簡單，剛性較好。為保證鑄件壁厚均勻，內腔掏空；為減少加工面，各部件的結合面處設置鑄件凸臺。
2、定位板和定位釘安裝在夾具體的底面與側面并通過夾具體的孔與底面的平行度，保證工件底