机械制造工艺学课程设计-单级圆锥齿轮减速器

中国地质大学1李继胜07208520081002160中国地质大学2第一章产品概述…………………………………………………3第二章工艺分析…………………………………………………5第三章生产纲领及生产类型……………………………………5第四章毛坯材料、铸造方法及毛坯余量………………………64.1材料选择………………………………………………64.2铸造方法及模具设计…………………………………64.3毛坯热处理……………………………………………74.4毛坯余量………………………………………………74.5箱体分型分析…………………………………………84.6毛坯的三维图…………………………………………84.7毛坯零件图……………………………………………94.8毛坯铸造图……………………………………………104.9UG设计其模具…………………………………………11第五章工序划分、加工工序卡和加工工艺过程卡……………125.1上箱体加工工艺过程卡………………………………135.2下箱体加工工艺过程卡………………………………155.3合箱加工工艺过程卡…………………………………16第六章上箱体凸台端面的加工…………………………………186.1技术要求………………………………………………186.2基准选择………………………………………………186.3工艺要求分析…………………………………………186.4加工余量的确定………………………………………186.5加工设备及刀具、量具的选择………………………186.6定位基面的选择及定位方式的分析…………………206.7圆周力的计算…………………………………………206.8工时定额的计算………………………………………20第七章铣床夹具设计……………………………………………217.1夹具设计方案…………………………………………217.2气缸的选用……………………………………………227.3连接件的设计…………………………………………257.4铣床夹具效果图………………………………………28实习总结…………………………………………………………29参考资料…………………………………………………………30第一章产品概述本组的工艺和夹具的设计对象是一款单级的圆锥齿轮减速箱的箱体。1.1减速器的应用范围中国地质大学3该产品用于对输入轴降低转速，增大转矩，同时还具有将输入轴的传动方向旋转90°的作用。由于其只有单级减速，减速比小，功能单一，多用于与转速不高的输入轴或者转速要求较高的输出轴相连接。比如，用于传送带减速。箱体的结构如下图：1.2箱体的作用箱体的主要作用可以概括为：1).传动机构的载体2).润滑机构的载体3).冷却机构的载体4).密封原件的载体箱体一般对各种运动部件起支撑作用，并且在机器工作的过程中具有保证各个运动副处于正确的相对位置，同时有吸收冲击、缓和振动的作用。对于在内部开设有油槽或是水道的箱体，还能对其内部的各个运动副提供润滑或冷却作用。此外，箱体还能为其内部的运动部件提供一个密封环境，进而隔绝外界的污染，保持内部共工作环境的性对稳定。对于本设计对象其作用还包括将输入轴的传动方向旋转90°，以利于在有空间限制的情况下将输入轴的动力传输到输出轴。1.3箱体的结构减速器箱体的结构及加工特点：1).要求有足够的强度和刚度2).外形为六面体的多孔多加强筋的薄壁结构中国地质大学43).加工内容多，尺寸多4).部分尺寸精度要求高为了便于安装内部部件，同时为了铸造方便、节省成本，一般将减速箱的箱体做成剖分式的（小型单级蜗轮蜗杆减速器也有将箱体做成整体式的情况）。由机座和机盖组成，取轴的中心线所在平面为剖分面。为了便于分模，在箱体上设置有拔模斜度。减速箱的箱体因其承受的力不大，所以做成薄壁结构，以节省材料。为了增加薄壁结构的强度，在箱体上的薄弱位置还设置了加强筋，以增加箱体抗冲击的能力。箱体上还设有多处圆角，和加强筋一样具有改善箱体受力状况的作用。箱体内部是空腔结构用于放置相互啮合的齿轮轴，和一定量的润滑油。此外，其轴承座上安装了与轴相配合的轴承和密封原件，分别用于改善旋转轴的工作条件和对工作环境进行密封。由于这个减速器是单机圆锥齿轮减速器，因而只有三个轴承孔。为了便于搬运，在下箱体的两侧设计有用于起吊的吊耳。下箱体上设计有用于将减速器安装在地面上的地脚螺栓孔。为了能够将上下箱体安装在一起，在上下箱体上分别设计了10个螺栓孔，用于安装螺栓，将上下箱体牢固地联接在一起，联接在一起之后既能以上下箱体为整体对轴承孔进行加工，又能对箱体的联接进行预紧。并用定位销定位。1.4.箱体的加工部位及相关技术要求减速箱箱体的主要加工部位包括上下箱体的结合面、三个轴承孔（合箱之后加工）、螺栓孔、定位销孔、窥视孔上得平面及螺栓孔、三个轴承座端面及端面上的螺栓孔、下箱体的地脚螺栓孔和底平面，油孔端面及其螺纹孔。由于箱体加工其定位方式通常是一面两销定位，并且是分别以上下箱体的结合面位定位面，同时还为了保证密封，上下箱体的结合面在加工时就要保证其平面度（0.025）。先以粗基准加工结合面和定位销孔，后续工序就以这两个基准进行定位加工。轴承孔用于安装轴承，轴承孔本身要有圆柱度要求（0.012），以使轴承能够顺利安装。两个同轴的轴承孔相互间还有同轴度要求（0.03），使轴可以顺利安装，并保证轴承与轴的结合面的受力状况良好，保证轴承的使用寿命。相垂直的第三个轴承孔用于安装与第一根轴相垂直的第二根轴，为了保证两根轴上的齿轮能够正常啮合，并改善轴承的受力状况，第三个轴承孔在加工时其轴线就有相对于前两个轴的轴线的垂直度要求（0.010）。第一第二轴承端面对于轴线有0.10的垂直度要求。此外，各个加工平面及加工孔有粗糙度要求。上下箱体的结合面粗糙度要求为中国地质大学5Ra1.6；第一第二轴承孔的粗糙度要求为Ra2.5，第三轴承孔粗糙度为Ra1.6；轴承端面的粗糙度为Ra3.2。第二章工艺分析箱体类零件的结构复杂，壁薄且不均匀，加工部位多，加工难度大。零件的材料是HT200，该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性、减震性、切削加工性、铸造性，价格便宜，制造方便，但塑性较差、脆性高，适用于承受较大应力、要求耐磨的场合。由图纸可知，机盖、机座生产工艺的基本技术要求：1）.速器箱体铸成后，应清理并进行时效处理2）.机盖和机座合箱后，边缘应平齐，相互错位每边不大于2㎜；3）.应检查与机座接合面的密封性，用0.05㎜塞尺塞入深度不得大于结合面宽度的1／3，用涂色法去检查接触面积达每个结合面一个斑点；4）.与机座连接后，打上定位销进行镗孔，镗孔时接合面处禁放任何衬垫；5）.机械加工未标注偏差尺寸处精度为IT12；6）.铸造尺寸精度为IT18；7）.未注明的倒角为C2，粗糙度为Ra12.5；8）.未注明的铸造倒角半径为R＝3～5㎜；9）.机盖结合面的粗糙度为Ra1.6，平面度为0.025；10）.输出（入）轴承孔两端面与输出（入）轴中心线的垂直度为0.01，粗糙度为Ra3.2；11）.窥视口面的粗糙度为Ra12.5；12）.输出轴承孔的粗糙度为Ra1.6，输入轴承孔的粗糙度为Ra1.6；13）.输出轴承孔的圆柱度为0.012，同轴度为0.03；14）.窥视口面的粗糙度为Ra12.5；15）.输出轴承孔的上偏差为0.040，下偏差为0；16）.机座不得漏油；经过建模并对图纸中尺寸的标注，公差配合的制定，形位公差，表面粗糙度的分析整合，我们总结出加工中的重难点以及应该注意的地方：A）.结合面的加工中，应在保证平面度0.025和粗糙度Ra1.6的要求下，采取合理的加工方法，以满足在检验密封性时满足要求。B）.加工轴承孔端面和端面时应该采取合箱加工，才能满足所要求的垂直度的要求。C）.为了减少加工中的换刀次数，箱体上的紧固孔的尺寸规格应保持一致。2同第三章生产纲领及生产类型年产量Q＝20000（件/年），该零件在每台产品中的数量n=1（件/台），废品率α＝3％，备品率β＝5％。由公式N＝Q³n（1＋α＋β）得：N＝10000³1³（1＋3％＋5％）=21600确定的生产类型为大量生产。因此，可以确定为Y流水线的生产方式，又因为在加工箱盖和底座的时候有很多的地方是相同的，所以可选择相同的加工机床，采取同样中国地质大学6的流水线作业，到不同的工序的时候就采用分开的方法，可以选择先重合后分开再重合的方式的流水线作业。虽然是大批量生产，从积极性考虑，采用组合机床加工，流水线全部采用半自动化的设备。第四章毛坯材料、铸造方法及毛坯余量4.1材料选择箱体零件有复杂的内腔，应选用易于成型的材料和制造方法。铸铁容易成型、切削性能好、价格低廉，并且具有良好的耐磨性和减振性。因此，箱体零件的材料大都选用HT200～HT400的各种牌号的灰铸铁。最常用的材料是HT200，而对于较精密的箱体零件（如坐标镗床主轴箱）则选用耐磨铸铁。某些简易机床的箱体零件或小批量、单件生产的箱体零件，为了缩短毛坯制造周期和降低成本，可采用钢板焊接结构。某些大负荷的箱体零件有时也根据设计需要，采用铸钢件毛坯。在特定条件下，为了减轻质量，可采用铝镁合金或其它铝合金制做箱体毛坯，如航空发动机箱体等。该产品只有单级减速，承受的力不大，这里选用HT200作为铸件材料。若无此材料可用球墨铸铁件或45钢。铸铁是一种以Fe、C、Si为基础的复杂多元合金。含碳量在2.0％~4.0％的范围。除C和Si外，还含有Mn、P、S等元素。其中Mn元素能温和形成碳化物（珠光体），增加强度和耐磨性；而S元素对合金是有害的，需要对其含量进行控制。灰铸铁中的C主要以游离形式存在，呈片状，断口为灰色。其强度低，脆性大，但是抗缺口敏感性、减振性和耐磨性优良，切削性能好。HT200为较高强度的铸铁，基体组织为珠光体。强度、耐磨性、耐热性均较好，铸造性能好，需进行人工时效处理。4.2铸造方法及模具设计在大批大量生产时，通常采用金属模机器造型。虽然使用金属模造型时模具的成本增加，但是金属模机器造型的毛坯铸造误差小，更加接近实际加工完成后成品的尺寸，机加工余量小而且生产效率高，其综合经济效益更高。需要注意的是用金属模出灰铸铁件的时候易出白口。白口会造成后续粗加工的切削力不均匀而且会加剧刀具损耗。铸造毛坯的要求：对非加工面不允许有裂纹、冷隔、疏松、气孔、砂眼以及缺肉等缺陷。模具设计时的注意事项：灰铸铁的线收缩率为1％。此外，壁间连接应避免热节、锐角和交叉。热节处易产生缩孔、缩松，某些易产生柱状晶的金属还会在直角相交处形成晶间脆弱面而产生裂纹。因此，铸件壁的转角处应设计有结构圆角。为防止缺陷和方便造型，铸件的相交壁都有过渡圆角。设计拔模斜度时，首先应了解该表面是否还要机械加工：壁厚8mm的加工表面，可采用增加壁厚法；壁厚为8~12mm的加工表面，可采用加减壁厚法；非加工表面通常采用减少壁厚法。为了减少加工余量，成批生产大于30mm的孔，一般都要在毛坯上铸出预孔。外另，在毛坯铸造时，应防止砂眼和气孔的产生；应使箱体零件的壁厚尽量均匀，以减少毛坯制造时产生的残余应力。毛坯质量的好坏对后续机加工中的难易程度及废品率影响较大。二汽4H发动机缸体在后续的机加工中春秋两季的废品率高达50％。金属的铸造性能受温度、温差、湿度等季节条件影响较大，在春秋两季毛坯生产中就应当注意对生产车间的温度和湿度进行控制，以降低废品率，增大效益。中国地质大学74.3毛坯热处理热处理是箱体零件加工过程中的一个十分重要的工序，需要合理安排。由于箱体零件的结构复杂，壁厚也不均匀，因此，在铸造时会产生较大的残余应力。为了消除残余应力，减少加工后的变形和保证精度的稳定，所以，在铸造之后必须安排人工时效处理。人工时效的工艺规范为：加热到500℃～550℃，保温4h～6h，冷却速度小于或等于30oC℃/h，出炉温度小于或等于200℃。普通精度的箱体零件，一般在铸造之后安排一次人工时效处理。对一些高精度或形状特别复杂的箱体零件，在粗加工之后还要安排1次人工时效处理，以消除粗加工所造成的残余应力。有些精度要求不