箱体机械制造工艺与夹具设计

目录摘要 21. 前言 42. 工艺规程的制定 52.1. 加工零件的分析 52.2. 毛坯的选择52.3. 工艺工程设计 52.4. 工序设计122.5. 工序过程卡制定212.6. 机械加工工序卡243. 镗床夹具设计 384.1. 夹紧方案的确定384.2. 其它元件的选择394.3. 镗床夹具总图设计444.总结与体会 45 5.致谢词 46 6.参考文献 47摘 要箱体类是机械和部件的基础零件，因此箱体的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能、寿命。箱体的加工主要是平面和孔系。孔系的加工不仅孔的本身精度要求较高，而且孔距精度和相互位置精度的要求也高。孔的加工方法根据零件批量不同孔系精度要求不同而不同。孔系的技术 要求是给平行孔中心线之间及中心线与基准面之间距离尺寸精度和相互位置精度。生产 中常采用找正发法和镗模法。找正法是在通用机床上，借助 辅助工具来找正要加工孔的正确位置的加工方法。这种加工方法效率低，一般只用于单件小批量生产。 镗模法即利用镗 模夹具加工孔系，其特点是定位加紧迅速， 节省了调整、找正的辅助时间，生产效率高，是中批量生产、大批大量生产中广泛采用的加工方法。平面加工方法有刨、铣、拉、磨等，刨削和铣削常用做平面的粗加工和半精加工，而磨削则用做平面的精加工。此外还有刮研、研磨、超精加工、抛光等光整加工方法。采用那中加工方法较合理，需根据零件的形状、尺寸、材料、技术要求、生产类型、工厂现有的设备来决定。刨削是单件小批量生产最常用的方法，刨削的刀具结构简单，机床成本较低， 调整方便，但生产效率低；在大批大量生产中多采用铣削。关键词：工艺、箱体、夹具。AbstractBox is machines and components of basic part, so the processing quality of box will be directly affected to machines and components of precision, capability, lifetime. Box of processing main is plane and hole. Holes in the hole of processing is not only higher precision, accuracy and distance of each other but also the requirements of high accuracy position, the box therefore crucial. batch holes in the box under different processing methods and the accuracy of the different holes and different now be discussed separated. the main technical requirements are parallel holes of the hole parallel to centerline between the dimensional accuracy of the distance between the centerline and datum and position accuracy. In the production they main have find righteousness and boring mold. find equality in the general machine, processing and auxiliary tools approached about the exact location of the hole machining method. This method of processing is low, and generally only applies and small-batch production. According to find ways of being different .boring jig processing module using holes. the boring jig processing module of characteristic is boring holes at the mold processing greatly increased stiffness boring bar positioning clamp quickly, saving adjustments are looking for support, high efficiency, and is approved for production, witch is widely used in the processing of a large number of a large-scale production method. Plane processing methods are planning, milling, widening, grinding, milling and shaving planning used roughing and self-finishing. The pane was used for grinding and finishing. Lapping addition, grinding, superfinishing, polishing and other finishing methods. What is more reasonable method of processing required under of the shape, size, material, technical requirement, existing equipment to determine type and factory production. Plate plane processing is the single commonly used for small-batch processing methods, planning tool simple, low-cost machine, and easy to adjust, but low productivity; in a large number of large production use milling.Keyword: Technology, Box, Fixture1 前言机械制造工业担负着为国民经济各部门提供各种机械装备的任务，在国民经济中具有十分重要的地位和作用。它提供的装备水平对国民经济各部门的技术进步有很大的、直接的影响，其规模和水平是反映国民经济势力和科学水平的重要标志。我国机械制造工艺的现状和今后的任务是：我国机械制造工艺经过 40 多年的发展，各种机械产品，已经形成了品种繁多、门类相当齐全、布局基本合理的机械制造工业体系。我国机械制造工业虽然取得了很大的成绩，但在生产制造技术方面，仍处于机械化生产为主的阶段。我国的机械制造技术与世界上先进工业国家在机械制造中的精密加工技术和以计算机控制，具有柔性化、智能化、集成化特点的自动化制造技术相比较，存在阶段性的差距。因此，毕业后即将作为机械制造工业基础的设计人员，面临着十分艰巨的任务。所以此次设计的目的就是解决目前遇到的问题和以后可能遇到的问题，以便在以后的工作中更好的发挥作用。预期目标：完成产品制造工艺的制定和部分工装的设计工作、达到综合锻炼目的等。全文分为四个部分来阐述：第一部分为前言，提出设计目的和预期目标。第二部分为工艺设计，主要对零件划分工艺加工阶段、切削用量、加工余量等的设计。第三部分为铣床夹具的设计，此次铣床设计工件的沟槽夹具，采用汽动夹紧方式。第四部分为镗床夹具的设计，此次镗床设计工件的蜗杆孔的粗镗夹具，由于大批量生产，所以也可采用汽动夹紧的连动机构。第五部分为总结与体会。第六部分为致谢词。第七部分为参考文献。2 工艺规程的制定2.1 加工零件的分析零件的年生产纲领由给出的箱体零件的年生产确定生产类型为大量生产。主要是平行孔系如蜗轮盖孔、大、小齿轮盖孔，蜗杆盖孔，以及各个表面的螺纹孔；螺纹孔，平面的加工精度等级达到IT 9级。2.2 毛坯的选择由于是大批量生产，所以选用的毛坯铸造方法为：金属模铸造，铸造的精度等级:Zj4。其特点是铸件内部组织致密,机械性能较高,单位面积的产量较高,零件的大小,形状复杂程度和生产批量有一定的限制,单件或少量生产时,一般不用,金属铸造的最小铸孔孔径尺寸为10mm至20mm铸件单面加工余量为2mm.毛坯的材料为：灰口铸铁，其牌号根据需要可选用HT150HT300，常用的是 HT200。箱体与集体毛坯的铸造内应力较大，一般要进行自然时效或人工时效处理。在特定的条件下，也可以选用其他的材料。IBS1020K零件的形状主要有孔，如蜗杆盖孔，蜗轮盖孔、大齿轮、小齿轮盖孔都是铸孔出来的毛坯孔（留有余量） ，断面A-A的上下都有偏差安装要求。2.3 工艺过程设计2.3.1 定位基准选择定位基准有粗基准和精基准之分。加工中首先使用的是粗基准，但是在选择定位基准时，为保证零件的加工精度，首先考虑的是精基准，然后才是粗基准。(1)精基准的选择 由于箱体上孔与孔、孔与平面及平面与平面之间都有较高的相互位置精度要求，应优先考虑基准统一原则，以避免因基准转换而产生的误差，有利于保证箱体各主要表面的相互位置精度。大批量生产应选用一面两孔定位。从零件图可以看出蜗杆穿过的面，即零件图A-A 的底面经过粗铣、精铣后作为精基准面，及其平面对角上通过钻、粗绞2-8.5达到IT7的定位精度要求两个孔一起作为精基准组合一面两销定位。平面作为第一定位基准，两孔作为二、三定位基准。(2)粗基准的选择 主要应满足两点要求：一是在保证各个加工表面都有余量的前提下，应使重要孔的加工余量均匀；二是保证加工表面与不加工表面之间正确的相对位置。为此，一般应选箱体的重要孔作为主要的粗基准。应次可以选用零件图上的G 面及G 面上的孔作为粗基准。2.3.2 零件表面加工方案的选择零件表面加工方法，首先取决于加工表面的技术要求。在选择加工方法时，应该选择相应的能获得经济加工精度的加工方法，零件上主要的孔如蜗杆盖孔、大、小齿轮盖孔、蜗轮盖孔等都是在铸件的基础上加工，又因为零件是大批量，并考虑零件结构的形状，孔要求达到的精度等级为IT7级，一般不采用车削、磨削，而采用铰削，镗削。孔径较小时用铰削，孔径较大或长度较短时采用镗削。查机械加工工艺设计手册可得孔镗削的加工方案为粗镗半精镗精镗等级精度可达TI7级。零件主要平面的加工要达到的技术要求为IT9 级，由于零件外形不是规则的圆柱形，故不宜车削加工，因此采用铣削加工。查手册可知零件平面的铣削加工方案为粗铣精铣。另外主要表面的次要孔的加工如螺纹孔由于直径dPc5)基本时间的计算:基本时间 tj=L/fn=(L+L1+L2)/fn。其中 L=20，L 1=2L2=0,f=0.8/r；n=245r/min。则 Tj=(17+4+4)/(0.72248)=6.73 s单件时间定额的计算:Td=TjTj18%(TjTj18%)(3%5%)=8.58s 半精镗1)背吃刀量的确定 取 ap=1.5/2=0.752)进给量的确定 参照机械制造技术基础课程指南表 5-139 所列镗刀进给量，取f=0.2-0.8/r.结合机械制造工艺设计简明手册表 4.2-2 所给实际进给量，取f=0.41/r。3)切削速度的计算 由机械制造技术基础课程设计指导课程表 5-139，工件材料为 45钢，切削速度 v=80m/min。由公式（5-1）n=1000v/d=100080/(79.5)=320.3r/min参照机械制造工艺设计简明手册表 4.2-1 所列卧式镗床 T616 的主轴转速，取转速n=370r/min;可求得该工序的实际钻削速度:v=nd/1000=37079.5/1000=92.4m/min4)校核功率 由机械制造技术基础公式（2-4）Pc=Kcapfv/60000=20000.750.590.0/60000=1.12kwPn5)基本时间的计算基本时间 tj=L/fn=(L+L1+L2)/fn，其中 l=10，L1=2,L2=0；f=0.41/r；n=370 r/min。则 Tj=(10+2+0)/(0.41370)=4.75 s单件时间定额的计算Td=TjTj18%(TjTj18%)(3%5%)=6.1s精镗1)背吃刀量的确定 取 ap=0.5/2=0.252)进给量的确定 参照机械制造技术基础课程指南表 5-139 所列镗刀进给量，取f=0.2-0.8/r.结合机械制造工艺设计简明手册表 4.2-2 所给实际进给量，取f=0.2/r。3)切削速度的计算 由机械制造技术基础课程设计指导课程表 5-139，工件材料为 45钢，切削速度 v=80m/min。则主轴速度 n=1000v/d=100080/(80)=318.5r/min参照机械制造工艺设计简明手册表 4.2-1 所列卧式镗床 T616 的主轴转速，取转速n=370r/min；可求得该工序的实际钻削速度 v=nd/1000=37080/1000=93m/min4)校核功率 由机械制造技术基础公式（2-4）Pc=Kcapfv/60000=20000.250.290.4/60000=0.15kwPn5)基本时间的计算基本时间 Tj=L/fn=(L+L1+L2)/fn，其中 l=10，L1=2，L2=0；f=0.2/r；n=370 r/min。则 Tj=(10+2+0)/(0.2370)=9.7 s单件时间定额的计算Td=TjTj18%(TjTj18%)(3%5%)=12.4s。其他孔加工与上述计算相似。 3、镗床夹具此次设计的镗床夹具为镗箱体 50H8 孔。镗床选用卧式镗床 T611，工作台长 L=1000mm，宽 B=800mm，T 型槽 n=6， T 型槽间距 e=115mm。由于设计的次镗孔为粗镗，所以采用单面前导向设置镗套。单面导向的镗杆在镗模中只用一个位于刀具前面或后面的镗套引导。镗杆与机床主轴采用刚性连接，镗杆的一端为锥柄，直接插入机床主轴莫式锥孔中，镗套中心线应和机床主轴轴线重合。单面前导向即支架布置在刀具的前方，主要用于镗削加工孔直径 D60mm 的通孔。这种方式便于在加工过程中进行观察和测量。工件装卸和更换刀具方便。镗床夹具习惯简称镗模，主要用来加工壳体零件上的精密孔或孔系。它与钻床夹具相似，用镗套引导并支承镗杆，以保证孔及孔系的加工精度。采用镗模后，镗孔精度可以不受镗床精度的影响，而主要取决于镗模精度。镗模不仅广泛用于一般镗床和高效的组合镗床，还可在通用机床上用镗模加工出高精度的孔系。2.4 工件装夹方案的确定工 件 定 位 方 案 的 确 定 ， 首 先 应 考 虑 满 足 加 工 要 求 。 镗 螺 杆 孔 ， 关 键 与 镗 套 的 平行 度 有 关 ， 与 夹 具 无 关 为 此 ， 考 虑 定 位 方 案 ， 主 要 应 满 足 所 需 镗 蜗 杆 孔 与 镗 套 孔的 平 行 度 度 要 求 。 根 据 基 准 重 合 的 原 则 ， 应 选 F面 平 面 做 为 第 一 定 位 基 准 。 故工件的定位基准的选择F面及其底面的两最远孔做一面两销进 行 定 位，共限制六个不定度，属于完全定位。工 件 定 位 方 案 的 确 定 除 了 考 虑 加 工 要 求 外 ， 还 应 结 合 定 位 元 件 的 结 构 及 夹 紧方 案 实 现的可能性而予以最后确定。 实 现 夹 紧 力 方 向 作 用 于 主 要 定 位 基 面 。 在 一般 情 况 下 ， 为 满 足 夹 紧 力 应 主 要 作 用 于 第 一 定 位 基 准 的 要 求 .考 虑 到 工 件 为 大 批 生 产 ， 为 提 高 生 产 效 率 ， 减 轻 工 人 劳 动 强 度 ， 宜 采 用 气 动 夹 紧 ，即 一 空 气 压 缩 为 原 动 力 。 若 将 汽 缸 水 平 方 向 的 力 转 变 为 垂 直 方 向 的 加 紧 力 ， 可 利 用 汽缸 活 塞 杆 推 动 一 开 有 斜 面 槽 的 滑 块 ， 使 两 勾 形 压 板 同 时 向 下 压 紧 工 件 。 为 缩 短 行 程 ，斜 槽 有 两 个 升 角 ， 前 端 的 大 升 角 用 于 加 大 空 行 程 ， 后 端 的 小 升 角 用 于 夹 紧 工 件 并 自 琐 。其 工 作 原 理 和 铣 床 夹 具 相 同 ， 参 考 图 3.2 夹 具 工 作 原 理 图 。2.5 其它元件的选择2.5.1 夹紧力的计算实际所需的夹紧力安装计算所得。计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个钢性系统。根据工件受切削力、夹紧力，工件自重，运动惯性等的作用情况，找出在加工过程中对夹具最不利的瞬时状态。按静力平衡原理计算理论夹紧力。最后为保证夹具可靠，再乘以安全系数做为实际所需夹紧力的数值。即 Wk=WK.式中 Wk-实际所需的夹紧力（N）W-在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力（N ）W=Pp 为切削力，其估计计算由机床夹具设计手册p35 可算的p= 2001 1.50.30.75111（190150）P=1337.35NK-安全系数K=K0K1K2K3K4K5K6查机床夹具设计手册得其中K0=1.2，K1=1.2，K2=1.3 ，K3=1.2，K4=1.0 ，K5=1.0，K6=1.0K=2.246由于镗工件顶面沟槽，夹紧力与切削力方向垂直，所以 Wk=Kp/（m1+m2）其中 m1 为夹紧元件与元件间的摩擦系数 m1=0.23； M2 为工件与夹具支承面间的摩擦系数 m2=0.7.Wk1=2Wk=23128.84N=6257N夹紧力约为 F=10838N 镗床根据其镗套支架的分布形式可分为单面导向和双面导向两类。单面导向镗模有单面导向和单面双导向两种形式。单面单导向镗模，其镗套和镗模支架布置在工件的一侧，镗杆与机床主轴采用刚性连接。这种镗模的结构简单，操作方便，适用于加工孔径大而其长度较短及加工精度要求较低的孔系。此次设计的加工镗孔零件图如下图 4.2图 4.2 镗孔零件图2.5.2 镗套的选择回转式镗套带有可旋转部分。镗套和镗杆之间只有相对移动而没有相对转动，使两着之间的摩擦磨损大大降低，避免了高速镗孔时发热而出现的“咬死”现象。因此，回转式镗套一般应用在高速镗孔或因镗杆直径较大时线速度超过 20m/min 的场合。根据回转部分安装的位置不同，可分为内滚式回转镗套和外滚式镗套。外滚式镗套的回转部分安装在导向支架上，导套在轴承上运动，镗杆在导套内只作相对移动而无相对转动。如图 4.3 装有滚动轴承，这种镗套用于卧式镗孔，其直径尺寸较大，加工精度与轴承精度极其配合状况有关，通常用于粗加工和半精加工，如需减小径向尺寸，可采用滚针轴承。当镗孔直径大于镗套孔径时，为使镗刀通过镗套孔，需要在镗套内开引刀槽。为了使镗杆进入导套时镗刀能进入刀槽，必须在镗杆与镗套间设置定向键。带有引刀槽的外滚式镗套，其定向键有两种形式。采用尖头定向键的外滚式镗套，尖头键安装部位应在镗套的前端，以保证当镗杆起动旋转并工作进给时，键已进入镗杆的键槽中。所以选用外滚式镗套。图 4.3 具有导向键键的外滚式镗套镗套与镗杆以及衬套的配合必须选取适当，过紧容易研坏或咬死，过松则不能保证加工进高度。固定式镗套的材料一般用低碳钢。渗碳深度 0.8 到 1.2mm，55 至 60HRC。 如图 4.3所示是具有弹簧钩头键的外滚式镗套，在轴承的端面开有键槽，钩头键在弹簧的作用下，进入槽中，使镗套固定在某个确定的角度位置上。当镗杆进入镗套时，镗杆上的键槽对准钩头键，钩头键被镗杆键槽地面下面压下而脱开槽，使镗套可以随镗杆一起运动。当加工完毕，主轴停车定向装置又使镗杆准确停在预定的角度位置，而键也对准槽。当镗杆完全脱离镗套后，键有重新落入槽而使镗套定位。2.5.3 衬套的选择衬套采用低碳钢，热处理要求与镗套基本相同，但硬度更高，58 到 64HRC。 图 4.4 镗衬套2.5.4 镗模支架镗模支架用于安装镗套，保证被加工孔系的位置精度，并承受切削力，其典型结构和尺寸可查阅夹具手册。镗模支架要求有足够的强度和刚度，常在结构上设计较大的安装基准面和必要的加强筋。镗模支架上不允许安装夹紧机构或承受夹紧力，以免支架变形影响精度。如图 4.5 所示。镗模支架和底座的材料一般为铸铁，毛坯还需要时效处理。图 4.5 镗模支架2.5.5 夹紧机构的选择 图 4.7 组合压板2.5.6 其他定位元件如螺钉、支承板、定位键、定向键、弹簧等的选择，均可和铣床夹具相同的选择方法。2.6 镗床夹具总图的绘制夹具特点：夹具结构的好坏，主要看这种结构在单件或小批量生产的条件下，其制造、检验、装配、调试、维修所花费的劳动量 是否最少而且制造费用是否又最低。为了保证夹具结构的良好工艺性，应该注意以下几个方面：应该尽量多采用标准件和通用件。（1）夹具的装配精度应便于用调整、修配法来保证。（2）夹具的装配精度一般比较高，夹具的制造常常用语小批量生产。所以夹具的装配精度大多是在装配过程中采用调整、修补、或装配补充加工等方法。因此夹具结构中某些零件部件要具有可调性；作为补偿环节的元件应留有余量；还需要有合适的装配基准。在装配过程中，装配基准应不再作调整或修配，而其他零件按装配基准进行调整或修配时，不允许发生相互干涉或牵连。（3）夹具结构应该便于测试或测量。（4）夹具结构应便于维修和更换易损件。此外，在设计时应该注意到，拆卸有关夹具零件时，应尽可能不受其他零部件的阻碍；夹具上某些零件拆卸后，若装配时仍要求保持原来位置，应防止误装的措施。图 4.8 镗床夹具总装配图4 总结与体会本设计的特点是实践性强、涉及面广、灵活性大。它涉及毛坯的制造、热处理、机械加工方法、工艺装备、加工设备。本设计的内容来自生产和科研实践，其理论的发展有促进和指导生产的发展；而工艺理论和方法的应用十分灵活，随着具体情况的不同而千变万化。因此在设计时要注意联系实际，参加实践即毕业实习，在实习中根据所学的知识去分析和解决实际的工艺问题。此次设计的重点问题是夹具的设计，即在设计夹具时要考虑的很多因素。如工件的定位，夹紧方式，特别是工件夹紧方式的原动力的设计、工作原理是很困难的事。原因是在以前很少接触此方面的设计，对此并不是很了解。在此次毕业设计中，在老师的直到下和同学的帮助下，通过两个多月的设计再一步巩固了我综合运用所学的理论知识和技能的能力，初步能够分析和解决实际问题设计中存在的问题。通过学习、讨论和在实验室的实践，使得理论知识深化，知识领域得以扩展和专业技能得到延伸。根据设计题目还在图书管进行了资料的调研、