涡轮减速箱体加工工艺规程及工艺装备的设计

第1页共44页1绪论1.1箱体的概述箱体类零件通常作为箱体部件装配时的基准零件。它将一些轴、套、轴承和齿轮等零件装配起来，使其保持正确的相互位置关系，以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。因此，箱体类零件的加工质量对机器的工作精度、使用性能和寿命都有直接的影响。箱体零件结构特点：多为铸造件，结构复杂，壁薄且不均匀，加工部位多，加工难度大。箱体零件的主要技术要求：轴颈支承孔孔径精度及相互之间的位置精度，定位销孔的精度与孔距精度；主要平面的精度；表面粗糙度等。箱体零件材料及毛坯：箱体零件常选用灰铸铁，汽车、摩托车的曲轴箱选用铝合金作为曲轴箱的主体材料，其毛坯一般采用铸件，因曲轴箱是大批大量生产，且毛坯的形状复杂，故采用压铸毛坯，镶套与箱体在压铸时铸成一体。压铸的毛坯精度高，加工余量小，有利于机械加工。为减少毛坯铸造时产生的残余应力，箱体铸造后应安排人工时效。]1[1.2箱体类零件工艺过程特点分析1.2.1箱体类零件的特点一般减速箱为了制造与装配的方便，常做成可剖分的，这种箱体在矿山、冶金和起重运输机械中应用较多。剖分式箱体也具有一般箱体结构特点，如壁薄、中空、形状复杂，加工表面多为平面和孔。减速箱体的主要加工表面可归纳为以下三类：⑴主要平面箱盖的对合面和顶部方孔端面、底座的底面和对合面、轴承孔的端面等。⑵主要孔轴承孔及孔内环槽等。⑶其它加工部分联接孔、螺孔、销孔、斜油标孔以及孔的凸台面等。第2页共44页1.2.2工艺过程设计应考虑的问题根据减速箱体可剖分的结构特点和各加工表面的要求，在编制工艺过程时应注意以下问题：⑴加工过程的划分整个加工过程可分为两大阶段，即先对箱盖和底座分别进行加工，然后再对装合好的整个箱体进行加工——合件加工。为保证效率和精度的兼顾，就孔和面的加工还需粗精分开；⑵箱体加工工艺的安排安排箱体的加工工艺，应遵循先面后孔的工艺原则，对剖分式减速箱体还应遵循组装后镗孔的原则。因为如果不先将箱体的对合面加工好，轴承孔就不能进行加工。另外，镗轴承孔时，必须以底座的底面为定位基准，所以底座的底面也必须先加工好。由于轴承孔及各主要平面，都要求与对合面保持较高的位置精度，所以在平面加工方面，应先加工对合面，然后再加工其它平面，还体现先主后次原则。⑶箱体加工中的运输和装夹箱体的体积、重量较大，故应尽量减少工件的运输和装夹次数。为了便于保证各加工表面的位置精度，应在一次装夹中尽量多加工一些表面。工序安排相对集中。箱体零件上相互位置要求较高的孔系和平面，一般尽量集中在同一工序中加工，以减少装夹次数，从而减少安装误差的影响，有利于保证其相互位置精度要求。⑷合理安排时效工序一般在毛坯铸造之后安排一次人工时效即可；对一些高精度或形状特别复杂的箱体，应在粗加工之后再安排一次人工时效，以消除粗加工产生的内应力，保证箱体加工精度的稳定性。]2[第3页共44页2设计的目的毕业设计,是在学完机械设计制造专业课程后，经过生产实习取得感性知识后进行的一项教学环节；在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成的一项工程基本训练。同时，也为以后工作打下良好基础。通过毕业设计达到以下目的：1熟练的运用机械制造工艺学及夹具和有关先修课程（工程材料及热处理，机械设计，互换性与技术测量，金属切削原理和机床等）的知识，结合毕业实习学到的知识，掌握零件的机加工工艺规程的设计的基本原理和方法，初步具备设计中等复杂零件的工艺规程的能力。2能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，设计出高效，省力，既经济合理又能保证加工质量的夹具。3进一步提高设计计算，制图的能力。熟练掌握AutoCAD，Pro/E等绘图软件的应用，能熟练的查阅和使用各种技术资料（国家标准，手册，图册，规范等）。4在设计过程中培养自己严谨的工作作风和独立工作的能力,为步入社会从事设计工作打好基础。第4页共44页3工艺规程设计3.1零件的作用题目给定的零件是涡轮减速箱体（见附图1），箱体类零件是机器及其部件的基础件，它将机器及其部件中的轴、轴承、套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。3.2零件的工艺分析涡轮减速箱体共有两组加工表面，它们相互间有一定的位置要求。现分述如下：（1）以Ø52mm孔为中心的加工表面。这一组加工表面包括：Ø36027.00，保证与Ø52mm孔的垂直度要求为0.01mm，位置度要求为72063.0；端面的6-M6螺纹孔；还有保证底面的粗糙度m3.6aR。（2）以底面为定位表面的加工表面。这一组加工表面包括：左右两端面、Ø70端面；Ø52033.00mm孔；Ø24端面。3.3零件的生产类型依照设计题目知：Q=2000台/年，n=1件/台；结合生产实际，备品率和废品率分别取10%和1%。代入公式N=Qn(1+)(1+)有：N=2000×1×（1+10%）×（1+1%）=2222件/年零件是涡轮减速箱体，质量为15kg，查《机械制造技术基础课程设计指南》表2-1可知属轻型零件，生产类型为中批量生产。3.4选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图3.4.1确定毛坯的制造形式零件材料为HT200。考虑到工件在使用过程中经常承受交变载荷，因此采用铸件，使金属纤维尽量不被切断，保证工件的工作可靠性。由于零件年产量为2222件，属中批量生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可以采用金属型铸造。这对提高生产率，保证加工质量也是有利的。第5页共44页3.4.2确定机械加工余量和毛坯尺寸和公差参见《机械制造技术基础课程设计指南》第五章第一节，灰铸铁金属型铸造的公差及机械加工余量按GB/T6414-1999铸件尺寸公差与机械加工余量确定。1)求最大轮廓尺寸根据零件图计算轮廓尺寸，长150mm，宽148mm，高180mm，故最大轮廓尺寸为180mm。2）选取公差等级CT由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-1，铸造方法按金属型铸造，铸件材料按会铸铁，得公差等级CT范围8--10级，取10级。3)求铸件尺寸公差根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT，由表《机械制造技术基础课程设计指南》表5-3查得，公差带相对于基本尺寸对称分布。4）求机械加工余量等级有《机械制造技术基础课程设计指南》表5-5，铸造方法为金属型铸造，铸件材料为灰铸铁，得机械加工余量等级范围的D—F级，取F级。5）求机械加工余量（RMA）对所有加工表面取同一个数值，由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-4查最大轮廓尺寸为180mm，机械加工余量等级为F级，得RMA数值为2mm6）求毛坯基本尺寸如下图,A面、B面属双侧加工，应由《机械制造技术基础课程设计指南》第五章第一节的式5-2R=F+2RMA+CT/2求出，即R=136+2×2+3.6/2=141.8mm.C面为单侧加工，应由《机械制造技术基础课程设计指南》第五章第一节的式5-3R=F+RMA+CT/2求出，即R=108+2+3.6/2=111.8mm。其它毛坯尺寸如下表所示：第6页共44页图涡轮减速箱体零件图涡轮减速箱体铸件毛坯尺寸公差与加工余量单位：mm项目A、B面C面033.00120孔050.0052孔公差等级CT10101010加工面基本尺寸13610812052铸件尺寸公差3.63.63.62.8机械加工余量等级FFFFRMA2222毛坯基本尺寸141.8111.8114.246.6项目027.0036孔56端面24端面70端面公差等级CT10101010加工面基本尺寸3614814886铸件尺寸公差2.63.63.63.2机械加工余量等级FFFFRMA2222毛坯基本尺寸30.7153.8153.891.6毛坯图的绘制1）毛坯图的表示毛坯总余量确定后，便可绘制毛坯图。见附图第7页共44页2）毛坯图的绘制方法a用粗实线表示表面形状，以双点划线表示经切削加工后的表面。b用双点划线画出经简化了次要细节的零件图的主要视图，将确定的加工余量叠加在各相应被加工表面上，即得到毛坯轮廓，用粗实线表示。3.5制定工艺路线3.5.1工艺路线方案一：工序一：铸造成型工序二：热处理，对毛坯进行时效处理，使其硬度达到HBS187-220工序三：粗铣底面工序四：粗镗孔Ø120、粗镗孔Ø52工序五：粗铣两端面、粗铣Ø70端面工序六：热处理工序七：半精铣底面工序八：半精镗孔Ø120、半精镗孔Ø52工序九：半精铣两端面、半精铣Ø70端面工序十：粗铣Ø56端面°工序十一：粗镗、半精镗孔Ø36工序十二：精镗孔Ø120、精镗孔Ø52及倒角工序十三：精铣左端面、精铣Ø70端面工序十四：精镗孔Ø36工序十五：粗铣Ø24端面工序十六：攻螺纹M10工序十七：攻Ø120孔端面螺纹6-M6工序十八：攻Ø56端面螺纹6-M6工序十九：钻孔工序二十：去毛刺工序二十一：终检。3.5.2工艺路线方案二工序一：铸造成型第8页共44页工序二：热处理，对毛坯进行时效处理，使其硬度达到HBS187-220工序三：粗铣底面工序四：粗铣两端面、粗铣Ø70端面工序五：粗铣Ø24端面工序六：粗镗孔Ø120、粗镗孔Ø52工序七：热处理工序八：半精铣底面工序九：半精铣两端面、半精铣Ø70端面工序十：半精镗孔Ø120、半精镗孔Ø52工序十一：粗铣Ø56端面°工序十二：粗镗、半精镗孔Ø36工序十三：精铣左端面、精铣Ø70端面工序十四：精镗孔Ø120、精镗孔Ø52及倒角工序十五：精镗孔Ø36工序十六：攻螺纹M10工序十七：攻Ø120孔端面螺纹6-M6工序十八：攻Ø56端面螺纹6-M6工序十九：钻孔工序十二十：去毛刺工序二十一：终检。3.5.3工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工Ø120mm及Ø52的孔，然后加工端面；而方案二则与其相反，先粗加工端面，然后镗孔。经比较可见方案一的工序顺序安排能保证下端面和左右端面与孔的中心线的位置精度，但是违背了先加工平面，后加工孔的原则，在毛坯上钻孔，容易使镗刀引偏。方案二中先粗加工左右端面后钻孔，就避免了上述情况，而且容易保证精度要求。鉴于上述比较我们制定的加工路线如下：工序一：铸造成型工序二：热处理，对毛坯进行时效处理，使其硬度达到HBS187-220工序三：粗铣底面第9页共44页工序四：粗铣两端面、粗铣Ø70端面工序五：粗铣Ø24端面工序六：粗镗孔Ø120、粗镗孔Ø52工序七：热处理工序八：半精铣底面工序九：半精铣两端面、半精铣Ø70端面工序十：半精镗孔Ø120、半精镗孔Ø52工序十一：粗铣Ø56端面°工序十二：粗镗、半精镗孔Ø36工序十三：精铣左端面、精铣Ø70端面工序十四：精镗孔Ø120、精镗孔Ø52及倒角工序十五：精镗孔Ø36工序十六：攻螺纹M10工序十七：攻Ø120孔端面螺纹6-M6工序十八：攻Ø56端面螺纹6-M6工序十九：钻孔工序十二十：去毛刺工序二十一：终检。以上工艺过程详见“机械加工工序过程卡片”。3.6机械加工余量涡轮减速箱的材料为HT200。毛坯重量为16.0kg，硬度HBS为187～220MPa，生产类型为中批量生产，采用铸造成型。根据上述的原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸如下：（1）底面的加工余量由于加工表面的粗糙度为Ra6.3µm，需分成两个工序：1）粗铣底面2）半精铣底面。粗铣加工余量为3mm半精铣加工余量为0.8mm第10页共44页2）左右两端面加工的加工余量此加工过程分为三个工序：1）粗铣两端面2）半精铣两端面3）精铣左端面。粗铣加工单边余量为2mm半精铣加工单边余量为0.8mm精铣左端面加工余为0.2mm3）Ø70端面加工的加工余量此加工分为三个工序：1）粗铣Ø70端面2）半精铣Ø70端面3）精铣Ø70端面粗铣加工余量为2mm半精铣加工余量为0.5mm精铣加工余量为0.3mm4）Ø52mm孔和Ø120mm孔加工的加工余量此加工分为三个工序：1）粗镗Ø52mm孔和Ø120mm孔2）半精镗Ø52mm孔和Ø120mm孔3）精镗Ø52mm孔和Ø120mm孔粗镗Ø52mm孔和Ø120mm孔的双边加工余量为4mm半