夹具体设计说明书

 课程设计说明书

设计题目：设计减速箱体的机械加工工艺

规程及工艺装备

               姓名：***

 班级：机自1203班 

               学号：********** 

江南大学

机械制造技术基础课程设计任务书

题目：设计“减速箱体”零件的机械加工工艺规程及指定夹具设计

内容：零件图                            1张

      毛坯图                            1张

      机械加工工艺过程综合卡片          1张

      夹具装配图                        1张

      机械加工工序卡片                  1套

      夹具体零件图                      1张

      课程设计说明书                    1份

生产纲领：中批或大批生产（4000件/年）

班 级：        机械1203

学 号：        **********

* **        *  *

序言

机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。

由于能力有限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。

一、零件的工艺分析及生产类型的确定

1、零件的作用

题目所给的零件是减速箱体，箱体是机器的基础零件，它将机器中有关部件的轴、套、齿轮等相关零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，以传递扭矩或改变转速来完成规定的运动，故箱体的加工质量，直接影响到机器的性能、精度和寿命。

   图1  ：零件图 

2、零件的工艺分析

箱体类零件的结构比较复杂，薄壁且不均匀，加工表面多，其主要加工表面是平面和孔。通常平面的加工精度比较容易保证，而精度比较高的支承孔以及孔与孔之间、孔与平面之间的相互位置精度则比较难保证，往往成为生产中的关键。所以在制定箱体加工工艺过程时，应该将如何保证孔的位置精度作为重点来考虑。此外，还应该特别注意箱体的生产批量和工厂的具体生产条件。

通过对该零件的重新绘制，知原图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。该箱体需要加工的主要表面是三对支承孔、螺纹孔及底面（装配基准面）、顶面和左右外侧平面。三对支承孔是垂直关系。孔的公差为H7，表面粗糟度Ra1.6um、Ra3.2um、Ra6.3um。由零件图可知，零件的材料HT150，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，耐磨的零件。

3、零件的生产类型

 根据设计题目知：Q=4000台/件，；结合生产实际，备品率和废品率分别取0.1和0.01，带入公式（2-1）得生产纲领N=4000*1*（1+0.1）*（1+0.01）=4444件/年。生产批量为大批量生产。

二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图

1、选择毛坯

该箱体零件的结构形状比较复杂，生产批量大，所以毛坯选择铸件，零件材料为HT150。为了消除铸造应力，稳定加工精度，铸造后安排正火处理。

 2、毛坯尺寸公差与机械加工余量的确定

根据箱体零件图计算轮廓尺寸，长180mm，宽170mm，高127mm,所以零件的最大轮廓尺寸为180mm。

由表5-1得，铸造方法选择机器造型、铸件材料按灰铸铁，得到公差等级CT范围为8到12级，所以选择10级。

 根据加工面的基本尺寸和铸件的公差等级CT，由表5-3查得公差带相对于基本尺寸对称分布。

由表5-5，铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，得到机械加工余量等级范围E到G级，取为F级。

      对于所有加工表面的机械加工余量取同一个值，由表5-4查得最大轮廓尺寸为180mm、机械加工余量等级为F级，得RMA数值为2mm。求毛坯尺寸：

R127=127+3.6+22=134.6

          R130=130+3.6/2+22=135.8

          R117=117+3.6/2+22=122.8

R15=15+2.2/2+2=18.1

R40=40-22-2.6/2=34.7

R35=35-22-2.6/2=29.7

R42=42-22-2.8/2=36.6    

表1 减速箱体铸件毛坯尺寸公差与加工余量

图2毛坯图

三、选择加工方法，制订零件的机械加工工艺路线

1、定位基准的选择

由于铸件没有预铸孔，不能选铸孔为粗基准。考虑到底脚伸展面积大、厚度薄，上下均需要加工，可互为基准面加工上下两面，这样有利余保证上下面的加工质量。底板侧面可以用底面和对面作定位，粗铣即可保证加工质量。

2、零件表面加工方法和工艺路线的确定

用上述精基准定位，加工两锥孔，后续加工可一面两销定位。在镗模上精镗两对支承孔，能满足图纸要求的位置精度，且生产率比较高。镗孔应该在左右侧面加工后进行，以确保同轴孔系的同轴度。镗孔前的预备粗镗和半精镗精镗。 平面的加工应该在镗孔前进行。其终加工用半精铣就能达到要求。其预备工序是粗铣。

    表2 加工面精度及加工方法

为了保证加工精度，平面和孔隙的粗精加工划分成不同的工序。

综合以上个项，可设计以下工艺路线：

工艺路线一：

         工序一 正火处理145~204HBS

工序二.粗铣下平面，保证粗糙度Ra6.3

工序三 粗铣上平面，半精铣上平面，保证粗糙度Ra3.2.

工序四 粗铣底面板上表面，半精铣底面板上表面

工序五. 钻底板另一侧的孔，绞孔至9，锪沉头孔14，以后的工序采用底 

        板对角线上的两个孔定位

工序六. 钻底板上的孔，绞孔至8，保证粗糙度Ra1.6

工序七 .粗铣半精铣四侧凸缘面，保证粗糙度Ra3.2

工序八 .粗镗35的孔，半精镗35的孔，精镗35的孔，保证粗糙度Ra1.6

工序九 .粗镗40的孔，半精镗40的孔，精镗40的孔

工序十 .粗镗φ42，φ47，φ75，半精镗φ47保证形位要求，精镗φ47，保证粗糙度Ra1.6

工序十一 .钻上平面4M5-7H的孔，攻4M5-7H深12的螺纹

工序十二 .钻φ35孔周围M5-7H的孔， .攻螺纹。

工序十三 .钻对面φ35孔周围M5-7H的孔， .攻螺纹。

工序十四 .钻φ40孔周围M5-7H的孔，.攻螺纹。

工序十五 .钻对面φ40孔周围M5-7H的孔，.攻螺纹。

工序十六 .钻底面φ47孔周围M5-7H的孔，.攻深10mm螺纹

工序十七  去毛刺

工序十八  检验

工艺路线二：

     工序一 正火处理145~204HBS

工序二.粗铣下平面，保证粗糙度Ra6.3

工序三 粗铣上平面，半精铣上平面，保证粗糙度Ra3.2.

工序四 .铣底座四侧面

工序五 .粗铣半精铣四侧凸缘面，保证粗糙度Ra3.2

工序六 粗铣底面板上表面，半精铣底面板上表面

工序七 .粗镗φ42，φ47，φ75，半精镗φ47保证形位要求

工序八 精镗φ47，保证粗糙度Ra1.6

工序九. 钻底板上的孔，绞孔至8，保证粗糙度Ra1.6

工序十. 钻底板另一侧的孔，绞孔至9，锪沉头孔14

工序十一.粗镗35的孔，半精镗35的孔，精镗35的孔，保证粗糙度Ra1.6

工序十二 .粗镗40的孔，半精镗40的孔，精镗40的孔

工序十三 .钻上平面4φ4的孔

工序十四 .钻四侧凸缘面12个M5-7H的孔

工序十五   攻各面M5-7H的螺纹

工序十六  去毛刺

工序十七  检验

选用工艺路线方案一

四、工序设计

1、选择加工设备与工艺设备

工序二、三、四、七铣平面用X62卧式铣床加工。

工序八到十选用T68镗床加工。

其余连接孔选用Z525立式钻床加工。

2、选择夹具

    本箱体零件外形比较复杂，应在专用夹具上进行加工。

3、选择刀具

    根据不同的工序选用不同的刀具。

    在粗铣和半精铣的工序中根据表5-98选用硬质合金端铣刀；

在钻孔和镗孔的工序中选用麻花钻和镗刀。

在铰孔和攻螺纹时用直柄机用铰刀和丝锥。

4、选择量具

本零件属于成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。

（1）选择加工孔用量具

（A）粗镗半精镗孔，35,40,42,从表5-108中选取读数值0.01mm，测量范围25~50mm的内径千分尺即可。粗镗孔75选择读数0.01mm，测量范围50~175的内径千分尺即可。

（B）半精镗孔35,40,42，从表5-108中选取读数值0.01mm，测量范围18~35mm,35~50mm的内径百分表即可。

（B）精镗孔，由于精度要求较高，加工时每个工件都需要测量，故选用极限量规。选择锥柄圆柱塞规。

（2）长度测量

 选用两用/双面游标卡尺

5、确定工序尺寸

（1）M5螺纹孔工序尺寸：查《机械切削手册》得，先钻孔，钻孔的加工余量为2.5mm，攻螺纹M5的加工余量为1.5mm。

（2）镗孔的加工余量

     查机《械切削手册》得35孔粗镗的加工余量为2mm，半精镗加工余量为                   0.6mm，精镗的加工余量为0.05mm。

     40孔粗镗的加工余量为2mm，半精镗加工余量为0.6mm，精镗的加工余量为0.05mm。 

五、确定切削用量及基本时间。

切削用量包括背吃刀量，进给量和切削速度，确定顺序是先确定、再确定。

1、工序6切削用量及基本时间的确定

（1）切削用量   本工序为钻孔，刀具选用直柄麻花钻，直径d=7.5mm，和硬质合金直柄机用铰刀,直径d=8mm。

确定进给量f   由于孔径和深度均很小，宜采用手动进给

选择钻头磨钝标准及耐用度。   根据表5-130，钻头后刀面最大磨损限度为0.8mm，寿命T=60min。铰孔后刀面最大磨损限度为0.9mm，寿命T=120min。

确定切削速度v   由表5-132，σb=670MPa的45钢加工性属5类。根据表5-134，暂定进给量f=0.05mm/r。由表5-134，可查得vc=50m/min，n=400r/min。由表5-136查得铰孔时进给量为f=0.2mm/r，切削速度vc=50m/min，主轴转速n=68r/min，背吃刀量ap=0.05。根据组合机床选择主轴实际转速。

（2）基本时间   钻2个φ8mm深15mm的通孔，铰2个φ8mm深15mm的通孔，锪钻底面沉头孔基本时间约为50s。

2、工序9切削用量及基本时间的确定

（1）粗镗40的孔    选用刀具为YG6硬质合金，直径为20mm的圆形镗刀。

A、切削用量

a、确定确定进给量     根据镗削用量表可查出，取。

b、确定背吃刀量       因其单边余量：Z=2.65mm

所以镗削深度： mm

c、确定切削速度        根据参考文献④表15-25，得，取

查T68镗床主轴转速，选择，则实际切削速度为

B、基本时间

由①表2-24，知机动时间

则

（2）半精镗Φ40的孔       所选刀具为YG6硬质合金，直径为20 mm的圆形镗刀。

A、切削用量

⒈确定进给量    根据镗削用量表可查出，取。

⒉因其单边余量：Z=0.65mm

所以镗削深度： mm

⒊确定切削速度   

根据参考文献④表15-25，得，取

查T68镗床主轴转速，选择，则实际切削速度为

⑵基本时间

由①表2-24，知机动时间

则

（3）精镗Φ40的孔

⑴切削用量 

⒈确定进给量    根据镗削用量表可查出，取。

⒉因其单边余量：Z=0.05mm

所以镗削深度：mm

⒊确定切削速度   

根据参考文献④表15-25，得，取

查T68镗床主轴转速，选择，则实际切削速度为

⑵基本时间

由①表2-24，知机动时间

则

则

六、夹具设计

1、问题的提出

本夹具主要用于工序九镗孔。在本工序加工时，除了考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度外，主要考虑精度问题。

2、定位方式与定位基准的选择

工件在夹具中或在机床上的定位，是通过工件的定位基准面与夹具定位元件接触（支撑定位）或相配合（定心定位）来实现的，因此工件定位方式及夹具定位元件的选择完全取决于工件定位基准面的形状。而工件基本上是由平面、内外圆柱面、圆锥面、成形面或工件之间的组合表面作为定位基准。

根据零件图可知，本夹具采用一面两销定位。本工序以底面、其中一个底面对角线上两φ9沉头孔定位。因此用短定位销，故工件底面为第一定位标准，3个自由度，圆柱销两个自由度，菱形销1个自由度。菱形销作为防转支承，其长轴方向应与两销中心连线相垂直，并应正确地选择菱形销直径的基本尺寸和经销边后圆柱部分的宽度。

3、定位销长度的分析

在机床夹具中，当工件以圆柱孔内表面作为定位基准时，常常使用圆柱销作为定位元件，其中短圆柱销2个自由度，而长圆柱销4个自由度。因此，在设计时要正确选择定位销的长度，如果选择定位销长度不正确会出现欠定位，或者出现过定位，无论欠定位还是过定位均会对夹具的定位精度产生影响，从而影响到工件的加工质量。这里所指的定位圆柱销的长度，指的是定位销和孔的有效接触长度。

从理论上来讲，工件x和y2个自由度的基面不应是圆柱面而应是一条圆周线，但是由于工件的内孔有一定的深度，因此，控制工件限位基面2个自由度的就是一条不确定的圆周线。同时，又由于限位基面——工件内孔的频繁装卸所产生的摩擦及切削力、夹紧力的影响，圆周线的限位基面极易磨损，造成定位误差。因此，将限位基面作成圆柱面就可避免这一问题，从理论上来讲，圆柱孔与圆柱销的配合，其有效长度再短，也将4个自由度。而生产实践中，因工件的圆柱孔和圆柱销属间隙配合且工件的定位基面存在加工误差，因此，只要圆柱销的长度足够短，便可达到2个自由度的目的。

4、定位误差的分析与计算

工件在夹具中因定位比准确而产生的工件加工误差称为定位误差，它是一批工件采用调整法加工，由于定位所造成的误工件加工面相对其工序基准的位置误差。产生定位误差的原因有基准不重合误差ΔBC和定位基准位移误差ΔJW，及定位误差ΔDW=ΔJB+ΔJW。

确定两销中心距及公差   两销中心距的基本尺寸应等于两孔中心距的平均尺寸，其公差为两孔中心距公差的~，即δLd=（~）δLD。

两孔中心距Lg故两销中心距及公差为Lg。

确定圆柱销直径和公差   圆柱销基本尺寸等于孔的最小尺寸，公差一般取g6或h7，本工序取g6。

故本工序底面孔直径和公差为。

圆柱销尺寸及公差为

确定菱形销直径和公差

a.选择菱形销宽度b=4mm。

b.补偿量为

a===0.02（mm）

最小间隙为

X2min===0.009(mm)

菱形销的直径为d2=D2-X2min=9-0.09=8.991(mm)

菱形销直径一般取h6，故d2= mm。

定位误差的计算与分析

a.移动定位误差。根据误差公式可得

Δdw1=Δd+ΔD+Δ1

式中  Δ1——定位1的最小间隙；

      Δd—圆柱销销的直径公差；

      ΔD——孔直径公差。

所以，移动定位误差为

Δdw1=Δd1+ΔD1+Δ1=0.015+0.009+0.005=0.029（mm）

Δdw2=Δd2+ΔD2+Δ2=0.015+0.009+0=0.024（mm）

 b.根据公式可求得其转角误差Δθ，为

   =

   0.007

Δ2——定位副2的最小间隙；

    L——两定位孔中心距。

5、夹具体结构设计

定位元件设计   由于本夹具采用一面两销定位元件主要是四块支承板，圆柱销、削边销（菱形销）的尺寸上面已经分析了，具体形状如下：

导向元件设计   镗磨是依靠导向元件——镗套来引导镗杆，从而保证被加工孔的位置精度。机床精度（镗杆和机床主轴采用浮动连接）不影响镗孔的位置精度，要保证镗孔的位置精度主要通过镗套的位置精度和结构的合理性来实现，同时镗套结构对于被镗孔的形状精度、尺寸精度以及表面粗糙度都有影响，因此需要合理地选择镗套。

a．导向方案选择。由于零件生产类型为大批生产，考虑镗套磨损后可以更换，选择标准结构的固定式镗套，其与衬套配合固定在镗模支架上。这种镗套的外形尺寸小、 结构紧凑、制造简单、易获得高的位置精度，所以一般在扩孔、镗孔或铰孔中应用较多。由于镗套是固定在镗模支架上，不随镗杆转动和移动，而镗杆在镗套中既有相对转动又有相对移动镗套易磨损，故只宜于低速的情况下工作，且应采取有效的润滑措施。

b．导向元件设计。镗套与镗杆、衬套的配合必须选择恰当，过紧易研坏或咬死，过松则不能保证工序加工精度。

40mm孔对应φ35镗套，其与衬套配合为φ45H7/g6，衬套与夹具支架配合为φ52H7/n6。

压紧装置设计   用两移动压板压紧减速箱盖凸缘上表面，双头螺栓A型、调节支承将其与底座连接。

其它装置设计   除上述装置以外该夹具还需要底座、支架等各种夹具配件。

绘制夹具装配图

 图3：夹具体 

 图4：装配图

 图5：装配图

设计小结

通过这次历时两个星期的机械制造技术基础的课程设计，设计完成了一个箱体零件的一道加工工序的专用夹具。在设计的过程中遇到了也解决了很多平时在理论课学习中未曾遇到的问题，所以感觉学到了很多东西，受益匪浅。同时对专用夹具的设计过程有了一个比较深刻的了解，相信通过这次的设计，可以为我的以后的毕业设计以至于再以后的参加工作时的各项设计打下了一个比较好的基础。

当然，我设计的工序以及夹具都是比较简单的，所以，个人能力还需要多在以后的学习中再磨练，争取更大的进步。

由于时间的问题加上个人能力还很有限，所有可想而知可能该设计还存在着许多不尽如人意的地方，相信在以后遇到同样的问题的时候可以做的更好。这次的缺陷还请各位老师进行批评指正。

参考书目

1、崇凯、李楠. 《机械制造技术基础课程设计指南》. 第一版.北京：化工工业出版社，2007

2、刘新佳《材料成型工艺基础》. 第一版.北京：化学工业出版社.2006

3、黄如林、汪群.《金属加工工艺工装设计》.第一版.北京：化学工业出版社，2006

4、鲁屏宇.《工程图学》.第一版.北京：机械工业出版社，2005

5、冯辛安.《机械制造装备设计》.第二版.北京：机械工业出版社，2007

6、冯之敬.《机械制造工程原理》.第一版.北京：清华大学出版社，2006  

7、杨叔子.《机械加工工艺师手册》.第一版.北京：机械工业出版社，2001