摆线针轮减速器的机座加工工艺及夹具设计

1摆线针轮减速器的机座加工工艺及夹具设计学生：刘瑜指导老师：陈志亮（湖南农业大学工学院，长沙410128）摘要：本次设计的是摆线针轮减速器的机座加工工艺及其夹具设计，由于本工件的表面比较复杂，毛坯采用铸造。通过对摆线针轮减速器的机座零件图及其性能要求的分析研究，合理的设计出了一套工艺规程和铣下平面的夹具和精镗主轴孔的夹具。运用所学专业知识，查阅相关资料，完成设计任务，设计出合理的夹具。关键词：机座；加工工艺；基准；工艺规程；夹具；THEPROCESSINGANDFIXTUREDESIGNFORENGINEBASEOFTHECYCLOIDALPINWHEELREDUCERStudent:LiuYuTutor:ChenZhiliang（CollegeofEngineering,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China）Abstract:Thedesignofthecycloidalpinwheelframeprocessingtechnologyandfixturedesignofthereducer,becausethesurfaceoftheworkpieceiscomplex,thecastingblank.Throughtheanalysisofframepartsrequirementsandperformanceofthecycloidpinwheelreducer,reasonabledesignedasetoffixtureandfineboringspindleholeplanarprocessandmillingfixture.Usingtheprofessionalknowledge,accesstorelevantinformation,tocompletethedesigntasks,designreasonablefixture.Keywords:Enginebase;Processingtechnology;Benchmark；Processplanning;Fixture1前言一般说来，机床夹具的基本组成部分根据其功用可分为：定位元件或装置、刀具导向元件或装置、夹紧元件或装置、连接元件、夹具体。2根据任务书所规定的内容，本次设计包括两个部分。第一部分为工艺规程的制定。制定一套合理的工艺规程，有利于在生产过程中做到优质、高效、低耗、安全生产及改善工人生产条件。其主要内容包括：零件工艺性分析、零件毛坯图确定、工艺路线、加工余量的确定、主要工序的定位方案及定位误差分析、主要工序的单件机动工时的计算等。第二部分为确定铣下底面和镗主轴孔的夹具。经过多种方案的对比，确定了更为合理的夹紧方式、定位方式、夹具的总体结构及夹紧力。使得所设计的夹具结构简单、定位精确、夹紧可靠。2摆线针轮减速器机座加工工艺2.1机座结构分析机座是机器的基础部件之一。摆线针轮减速器机座结合了箱体和支架的特点。是整台机器装配和调整基准件，它将轴、套、传动轮等零件组装在一起，使各零件之间保持正确的位置关系，以满足机器或部件的工作性能要求。主要加工表面不但有一些固定联结各部件的平面，还有许多精度较高的轴承孔需要加工。除此之外，还有许多精度要求较低的紧固孔和螺纹孔需要加工。机体的底面作为装配的基准面，其它各面和孔的轴心线应以该面作为基准，保持一定的加工尺寸精度和相互位置精度。下图为摆线针轮减速器机座毛坯图。图1摆线针轮减速器机座毛坯图Fig1Cycloidreducerbaseblankmap2.2机座的主要技术要求摆线针轮减速器机座结合了箱体和支架的特点。箱体的技术要求比支架更全面、更典型。其主要技术要求如下：3(1)轴孔精度轴孔的尺寸精度和形状精度对轴承的配合质量有很大关系，因而也对轴的回转精度、传动平稳性、噪音、轴承寿命等起重大影响。因此对机座上轴孔的公差、光洁度、形状精度都有一定的要求，对两个轴承孔Ф80尺寸精度为标准公差IT8级，表面粗糙度值为1.6µm，圆度应在0.01mm左右。(2)联接平面机座上的固定联接平面是确定机座上各零部件相对位置的重要表面。为了保证机座和所有联接零部件结合面的紧密贴合，保证密封性，防止工作时润滑油漏出，其粗糙度要求为3.2µm。与轴心线的垂直度公差为0.02mm。机座下底面是固定联接平面在加工过程当中作为定位基准面，直接影响轴孔的加工精度，因此，其表面粗糙度值为6.3µm。与轴孔中心线平行度在140mm长度上公差为0.1mm。可见，机座的主要加工面为孔和平面，由于其尺寸不大，刚性较好，所以平面加工一般没有多大困难，但在加工轴孔时，因为其刀具（例如钻头和镗杆）的尺寸都受到孔径尺寸的限制，不能过大，因而容易变形，影响加工质量。此外，任何轴孔的加工不但要保证轴孔本身的尺寸精度和同轴度，而且还要照顾它和其他平面的位置精度，所有这些情况都说明加工孔比较困难，它是机座加工中的关键。2.3机座的材料与毛坯分析零件的材料常选用铸铁。铸铁具有较好的耐磨性、铸造性、切削性和减振性，且成本低廉。普通中小型箱体可选用HTl50或HT200；铸件毛坯在单件小批量生产时，多采用手工木模造型，毛坯精度低，加工余且大；大批量生产的毛坯多采用金属模机器造型．毛坯精度高，加工余量可减小。单件小批量生产时直径大于50mm的孔及成批生产时直径大于30mm的孔，一般都在毛坯上预铸出孔，以减少加工余量及节约材料。由于灰口铸铁流动性好，容易成形，价格低廉，切削性能好，又有较好的吸振性，因此支架箱体零件的材料通常采用灰口铸铁。对于精度高、刚性不好的零件粗加工之后需要安排一次时效处理，以消除切削加工产生的内应力，减少精加工之后的变形，稳定切削加工所获得的各项精度。所以零件为HT200。HT200灰铸铁，这是一种常用工程材料，可承受较大弯曲应力，用于强度、耐磨性要求较高较重要的零件和要求保持气密性的铸件，如汽缸、齿轮、底架、机体、飞轮、齿条、一般机床铸有导轨的床身及中等压力液压筒、液压泵和阀的壳体等，有较好的耐热性和良好的减震性，铸造性好。4根据制造厂现有毛坯生产条件和摆线针轮减速机机座属于批量生产类型的生产纲领，采用金属模机器造型的方法生产毛坯。毛坯铸造时应防止砂眼和气孔产生。为了减少残余应力。2.4毛坯的种类毛坯的成型方式以及毛坯成型之后采取什么措施来减少或消除内应力。一般说来，毛坯的成型方法有两种：一种是铸件，适用于形状较复杂的零件毛坯。另一种是锻件，适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。根据零件材料确定毛坯为铸件，根据其结构形状、尺寸大小和材料性能毛坯的铸造方法选用----低压铸造毛坯公差等级---IT8级毛坯的成型方法选择跟零件的材料和它所需要的加工精度有关。在零件的结构工艺性分析中可得，零件表面比较复杂，用锻造无法达到设计要求，所有毛坯的成型采用铸造，根据具体精度要求及生产类型应用金属型铸造。2.5加工顺序的安排在拟定支架箱体类零件的工艺过程时，一般应遵循“先面后孔”和“先粗加工再精加工”的两条原则(1)先面后孔原则：支架箱体类零件应先加工主要平面(包括其他较大的平面)，后加工支承孔(包括其他孔径较大的孔)。这是因为孔的加工比平面要困难得多，以平面为精基准加工孔，可为孔加工提供稳定可靠的精基准，容易保证孔的加工精度及有关技术要求。“先面后孔”原则也符合基准重合原则和基准同一原则，可减少因基准不重合造成的定位误差。对于箱体上某些次要小平面、凸台面及螺钉孔，可视具体情况安排在适当阶段进行加工。(2)粗，精分开原则：对于精度较高刚性较差的箱体零件，一定要粗、精加工分开进行，即在主要平面(包括次要的大平面)和主轴孔粗加工之后再进行各表面的精加工。这样不仅有利于在粗精加工之间进行时效处理，而且有利于保证加工精度。对于精度不太高、刚性比较好的支架箱体零件，粗、精加工可不必分开。经过以上的分析，成批生产时机体工艺过程大体作如下安排：铸造→人工时效→划线→粗加工平面→精加工平面→粗加工孔→自然时效→半精加工孔→次要表面加工→精加工孔→钻小孔、攻丝等。2.6定位基准的选择2.6.1定位基准选择原则5在加工过程中，定位对加工质量有很大的影响，所以需要合理地选择定位基准。进行某一加工工序时,该工序所用的定位基准，必须在加工以前准备好。定位基准本身准确与否，要影响定位的精度，从而影响被加工表面的位置准确性。由于工序性质的不同，在各个加工阶段中，对定位基准的要求也不同。(1)粗加工阶段因为粗加工的主要任务是切除大部分余量，因此，要考虑能用较大的切削用量以提高生产率。在选择定位基准时，应着重保证工件在安装时要稳定可靠。如在粗镗主轴孔时，采用下底面为径向定位基准和夹紧表面，以利于传递较大的扭矩。(2)细加工阶段在这个阶段中，由于要达到一般次要表面的最终要求，并为主要表面精加工作准备，因此就要较多的考虑位置精度的保证问题。在细加工阶段开始时，要将某些表面进一步加工准确，尤其是在粗加工阶段后安排有热处理工序时，对作为定位基准的表面，有必要进行修复。(3)精加工阶段在精加工阶段，主要的任务是保证精度问题。因为此时大部分余量已经切除，工件的刚度相对下降，而加工精度要求更高，因此，要特别注意保证有高的定位精度。由以上分析可知，在选择定位基准时，应该使定位准确、稳定可靠，并使夹具的构造比较简单。因此对于摆线针轮减速器机座来说，一般选取下底面和A面还有工艺孔作为定位基准。2.6.2辅助定位基准在加工过程中，有时会找不到合适的表面作定位基准，为了便于安装和易于获得所需要的加工精度，就需要使用辅助定位基准。辅助定位基准在加工中是经常采用的，典型的例子是轴类零件上的中心孔。利用中心孔就能很方便地将轴安装在顶尖间进行加工。2.6.3初次定位基准当工件由毛坯进行初次加工时，所用的定位表面称为初次定位基准。初次定位基准是毛坯上的表面，一般精度较低，粗糙度Ra的数值也较大。所以，一般只使用一次，在以后的加工中，应利用经过机加工的表面进行定位。在选择初次定位基准时，应特别注意下列几个方面：(1)对于不需要加工全部表面的零件，应选取始终不加工的表面作初次定位基准；(2)对于要加工全部表面的零件，则应选取加工余量小的表面作初次定位基准；6(3)由于初次定位基准的精度不高，加以粗加工时的切削用量大，因此要持别注意定位和夹紧的稳定和可靠。2.6.4定位基准转换在设计工艺路线时、选择定位基准不能只考虑一个工序的要求，而应该对整个加工过程中的定位基准系统进行分析。因此，定位基准在整个零件的加工过程中就产生了转换问题。定位基准转换以后，不但会影响余量的不均，而且会影响表面本身精度．而且更重要的是影响位置精度的保证。因此，对这一定位基准系统，必须保证有较高的位置精度。为了保证位置精度，一般经常采用以下四种方法：(1)一次安装在一次安装的条件下，可以保证有较高的位置精度。因为在一次安装时所加工的各表面的位置精度，主要取决于设备的精度，而与定位误差和定基误差无关。(2)互为基准有位置精度要求的两个表面，在加工时，用其中任何一个表面作为定位基准来加工另一个表面。由于这种方法的定位基准与原始基准重合，不产生定基误差，只有一次定位误差的影响，因此这种方法只要使定位准确，也能保证较高的位置精度。(3)同一基准有位置精度要求的两个表面，在加工时都采用另一个表面作为定位基准。这种方法有定位误差和定基误差的影响。但是，当有位置精度要求的两个表面均不适宜于作定位基准、且不能在一次安装中进行加工时，则只能采用同一基准的方法进行加工。此时，若能减小定位误差，也能达到较高的位置精度。为此，有时采用辅助定位基准，使用简单的表面定位、以减小定位误差，从而使同一基准法也能保证较高的位置精度。(4)不同基准有位置精度要求的两个表面，在加工时，采用两个不同的表面作为各自的定位基准。这种方法不但有定位误差的影响，而且有较大的定基误差的影响。因为在这种方法中，定基误差不但要包括用同一基准法时的定基误差，而且还要包括两个定位基准之间的位置公差。因此，这种方法只能保证较低的位置精度。在以