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反向齒輪器箱體夾具設(shè)計說明書
學 院 制造學院
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
年 級
學生姓名
學 號
指導教師
時 間
說明書目錄
1、 設(shè)計目的
2、 反向齒輪器箱體工藝特點及技術(shù)要求
3、 選擇定位基準
4、 制定零件加工工藝路線
5、 專用夾具設(shè)計的具體要求
6、 擬訂夾具方案
摘 要
本設(shè)計是反向齒輪器箱體零件的加工工藝規(guī)程及一些工序的專用夾具設(shè)計。反向齒輪器箱體零件的主要加工表面是平面及孔。一般來說，保證平面的加工精度要比保證孔的加工精度容易。因此，本設(shè)計遵循先面后孔的原則。并將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證孔的加工精度?；鶞实倪x擇以反向齒輪器箱體外圓面作為粗基準，以孔及其下表面作為精基準。先將底面加工出來，然后作為定位基準，在以底面作為精基準加工孔。整個加工過程選用通用機床。在夾具方面選用專用夾具?？紤]到零件的結(jié)構(gòu)尺寸簡單，夾緊方式多采用手動夾緊，夾緊簡單，機構(gòu)設(shè)計簡單，且能滿足設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞 反向齒輪器箱體零件，加工工藝，夾具，定位，夾緊
20
ABSTRACT
This paper is to design the craft processes of making the CA6140 lever spare parts and some specialized tongs in the process. The CA6140 lever spare part primarily processes the surface and bores. Generally speaking, to guarantee the accuracy of the flat surface process is easier than that of the bore. Therefore, this design follows the principle that surface first and then the bore, and definitely divides the process of flat surface and bore into coarse processes and precise processes to guarantee the bore processes. The basic choice is to consider outside circle as rough basis and to consider bore and its next surface as precise basis. The bottom is first processed out to be fixed position basis, and process the bore using the bottom as the precise basis. The whole processes choose the machine bed. In the aspects of tongs choosing, specialized tongs are used. In consideration of the simple construction size of the spare parts, clipping by hands is adopted. It is simple, and the organization design is simple, and can satisfy the design request.
Key Words Lever spare parts, craft proces , tongs, fixed position, tight clip
目錄
摘 要 III
ABSTRACT 4
1 緒 論 6
1.1 反向齒輪箱的用途 6
1.2 反向齒輪箱的技術(shù)要求 6
1.3 選擇定位基準 8
1.4 制定零件加工工藝路線 8
1.5 切削計算 10
2 鉆底座M12螺紋底孔 锪20孔夾具設(shè)計 13
2.1研究原始質(zhì)料 13
2.2定位基準的選擇 13
2.3切削力及夾緊力的計算 13
2.4誤差分析與計算 14
2.5 零、部件的設(shè)計與選用 14
2.5.1定位銷選用 14
2.5.2夾緊裝置的選用 15
2.5.3 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計與選用 15
2.6夾具設(shè)計及操作的簡要說明 17
總 結(jié) 19
謝 辭 20
參考文獻 21
1 緒 論
機械加工工藝是規(guī)定產(chǎn)品或零件機械加工工藝過程和操作方法，是指導生產(chǎn)的重要的技術(shù)性文件。它直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率及其加工產(chǎn)品的經(jīng)濟效益，生產(chǎn)規(guī)模的大小、工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機械加工工藝來體現(xiàn)，因此工藝規(guī)程的編制的好壞是生產(chǎn)該產(chǎn)品的質(zhì)量的重要保證的重要依據(jù)。在編制工藝時須保證其合理性、科學性、完善性。
而機床夾具是為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量的同時提高生產(chǎn)的效率、改善工人的勞動強度、降低生產(chǎn)成本而在機床上用以裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件相對于機床或刀具有個正確的位置，并在加工過程中保持這個位置不變。它們的研究對機械工業(yè)有著很重要的意義，因此在大批量生產(chǎn)中，常采用專用夾具。
而本次對于零件加工工藝及夾具設(shè)計的主要任務(wù)是：
⑴ 完成零件零件加工工藝規(guī)程的制定；
⑵ 完成專用夾具的設(shè)計。
通過對零件的初步分析，了解其零件的主要特點，加工難易程度，主要加工面和加工粗、精基準，從而制定出零件加工工藝規(guī)程；對于專用夾具的設(shè)計，首先分析零件的加工工藝，選取定位基準，然后再根據(jù)切銷力的大小、批量生產(chǎn)情況來選取夾緊方式，從而設(shè)計專用夾具。
1.1 反向齒輪箱的用途
該反向齒輪箱用途非常廣泛。常用于加速減速，就是常說的變速齒輪箱；改變傳動方向，例如我們用兩個扇形齒輪可以將力垂直傳遞到另一個轉(zhuǎn)動軸；改變轉(zhuǎn)動力矩，同等功率條件下，速度轉(zhuǎn)的越快的齒輪，軸所受的力矩越小，反之越大；離合功能，我們可以通過分開兩個原本嚙合的齒輪，達到把發(fā)動機與負載分開的目的，比如剎車離合器等；分配動力，例如我們可以用一臺發(fā)動機，通過齒輪箱主軸帶動多個從軸，從而實現(xiàn)一臺發(fā)動機帶動多個負載的功能。
1.2 反向齒輪箱的技術(shù)要求
按表1的形式將反向齒輪器的主要技術(shù)要求列于表1中。
表1 反向齒輪箱零件技術(shù)要求表
加工表面
尺寸及偏差
mm
表面粗糙度Ra
um
形位公差
mm
上蓋接合面
200
1.6
0.05
后側(cè)面
130
6.3
上蓋接合面Φ12mm孔
12
6.3
Φ16mm沉頭孔
16
6.3
吊耳上凸臺面
6.3
左右端面
6.3
Φ47mm軸承孔
Φ47-0.008+0.018
1.6
◎
Φ0.01
A-B
Φ35mm軸承孔
Φ35-0.008+0.018
1.6
◎
Φ0.01
A-B
后側(cè)面Φ12mm孔
Φ120+0.019
1.6
Φ35mm吊耳孔
Φ350+0.027
3.2
∥
0.05
C
該反向齒輪箱形狀復雜、結(jié)構(gòu)簡單，屬于典型的箱體零件。為了實現(xiàn)改變方向、力矩等功能，其軸承孔與軸承有很高的配合要求，因此尺寸加工精度要求較高，而且要求較高的同軸度。上蓋結(jié)合面作為設(shè)計基準和定位基準，要求較高的平面度。為了保證齒輪箱有較高的裝配精度，上蓋面采用銷定位。吊耳孔雖然尺寸精度要求不高，但要求對上蓋面有很好的平行度。
綜上所述，該反向齒輪箱的各項技術(shù)要求比較合理，符合零件在實際工作中的功用。
1、反向齒輪箱特點：
反向齒輪箱屬于面型薄壁箱體零件，加工要求較高的是頂面和軸承孔的加工，其具體要求見零件圖。
2、對反向齒輪箱體的結(jié)構(gòu)：
1）該反向齒輪箱形狀復雜、結(jié)構(gòu)簡單，屬于典型的箱體零件。
2）該箱體壁厚均勻，鑄造容易，不易出現(xiàn)縮孔，縮松等缺陷。
3）在箱體零件上，孔徑相同的比較多，有利于減少刀具的種類和數(shù)量。
4）為了實現(xiàn)改變方向、力矩等功能，其軸承孔與軸承有很高的配合要求，因此尺寸加工精度要求較高，而且要求較高的同軸度。
5）上蓋結(jié)合面作為設(shè)計基準和定位基準，要求較高的平面度。
6）吊耳孔雖然尺寸精度要求不高，但要求對上蓋面有很好的平行度。
3、反向齒輪箱體工藝性的定性分析：
分析零件圖可知，齒輪箱的上蓋接合面和后側(cè)面均要求銑削加工，上蓋接合面的四角伸出端與左右端面相接，這樣既減少了加工面積，又減少了材料的使用，同時還提高了接觸剛度；加工Φ47mm軸承孔和Φ35mm軸承孔時，由于孔徑較大，要選擇鏜刀進行加工，為了滿足兩孔的同軸度，可以用在一個工位里完成它們的加工；該齒輪箱是單件小批量的生產(chǎn)，要求工序盡可能的集中，因此多選用在加工中心上完成，以提高生產(chǎn)效率。由此可見，該零件的工藝性較好。
4、反向齒輪箱體材料和毛坯：
零件的材料用HT-20~~33，采用鑄鐵有以下一些優(yōu)點，鑄鐵有較高的耐磨性，減振性和鑄造性，而且價格低廉。采用鑄件毛坯，鑄出后要進行時效處理，消除其內(nèi)應(yīng)力，然后才送到機械加工車間加工，否則加工后會發(fā)生很大的變形，影響加工精度。
1.3 選擇定位基準
定位基準有粗基準和精基準之分，通常先確定精基準，然后再確定粗基準。
1. 精基準的選擇
根據(jù)該箱體零件的技術(shù)要求和裝配要求，選擇上蓋結(jié)合面和后側(cè)面作為精基準進行加工，然而這兩個平面是需要加工的表面，因此首先要加工這兩個面。選擇上蓋接合面和后側(cè)面作精基準，零件上的很多表面都可以采用它們作為基準進行加工，即遵循了“基準統(tǒng)一”的原則。由于上蓋接合面和后側(cè)面又是作為設(shè)計是選用的基準，因此選用它們作為基準又遵循了“基準重合”的原則。選用上蓋結(jié)合面作基準時，采用一面兩孔的方式定位，夾緊穩(wěn)定可靠。
2. 粗基準的選擇
作為粗基準的表面應(yīng)平整和光潔，不能有飛邊、澆口、毛刺、冒口及其他的缺陷。本箱體零件選用下底面作為粗基準。以下底面作為粗基準加工上蓋接合面和后側(cè)面，可以為后續(xù)工序準備好精基準。
1.4 制定零件加工工藝路線
工藝路線擬定是工藝規(guī)程制定的核心，在具體工作中應(yīng)在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出多種方案進行分析比較，注意到加工路線不僅影響加工的質(zhì)量和效率，而且還影響到工人的勞動強度、設(shè)備安排、車間面積、生產(chǎn)成本等，必須認真分析，使擬定的加工工藝路線達到科學合理。本設(shè)計經(jīng)分析擬定的工藝路線分析如下：
1粗銑零件上蓋結(jié)合面，半精銑上蓋結(jié)合面
2鉆鉸上結(jié)合面￠12連接螺栓孔，鉸修上蓋結(jié)合面￠12孔
3粗銑兩側(cè)軸承凸臺端面
4粗銑吊耳上凸臺端面
5粗銑前端面
6鉆前端面￠10孔，鉆前端面￠12孔，鉆前端面M12螺紋底孔
7鉆底面M12螺紋底孔，锪￠20孔
8粗鏜兩側(cè)軸承孔
9粗鏜吊耳孔
10精銑吊耳上凸臺面
11半精鏜兩側(cè)軸承孔
12精鏜吊耳孔
13精銑兩側(cè)軸承凸臺端面
14鉆兩側(cè)軸承凸臺端面上6個M6螺紋底孔
15在上蓋結(jié)合面上鉆4個M8螺紋底孔
16攻底面M12螺紋
17擴鉸前端面￠12孔，鉸前端面￠10孔為M12螺紋底孔
18攻前端面M12螺紋
19攻兩側(cè)軸承凸臺端面上6個M6螺紋
20在上蓋結(jié)合面上攻4個M8螺紋，鉆左側(cè)凸臺面上￠5深35孔
21在上蓋結(jié)合面鉆4個￠5油孔
22精銑上蓋結(jié)合面
23鉸修上蓋結(jié)合面￠12孔
24精鏜兩側(cè)軸承孔
25鉸￠16沉頭孔
26去毛刺
27清洗
28與7065裝配
29鉆2個配作￠5錐銷孔底孔
30手鉸2個配作￠5錐銷孔
31與7076裝配
32鉆吊耳上配作￠8銷孔底孔
33手鉸吊耳上配作￠8銷孔
34清洗
35終檢
1.5 切削計算
工序60：鉆鉸孔
機床：Z525
刀具：硬質(zhì)合金錐柄麻花鉆頭。型號：E211和E101
帶導柱直柄平底锪鉆（GB4260-84）
公制/莫式4號錐直柄鉸刀 刀具材料：
Φ10H7孔先鉆Φ9.5孔，然后鉸孔至Φ10
切削深度：
進給量：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-52，取
切削速度：參照參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-53，取
機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（1.1）有：
，取
實際切削速度，由式（1.2）有：
被切削層長度：
刀具切入長度：
式（1.8）
刀具切出長度： 取
走刀次數(shù)為1
機動時間： 式（1.9）
鉸孔孔
切削深度：，
進給量：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-58，取
切削速度：參照參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-60，取
機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（1.1）有：
，取
實際切削速度，由式（1.2）有：
被切削層長度：
刀具切入長度，由式（1.8）有：
刀具切出長度： 取
走刀次數(shù)為1
機動時間，由式（1.9）有：
工序:鉆底座M12螺紋底孔 锪20孔
機床：立式鉆床Z525
刀具：根據(jù)參照參考文獻[3]表4.3～9選高速鋼錐柄麻花鉆頭。
⑴ 鉆孔
進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～38，取。
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4～41，取。
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻[3]表5.1～31，取
所以實際切削速度：
切削工時
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
工序:鉆攻M12X6H螺孔
機床：Z525
刀具：釩鋼機動絲錐
（1）、M12X6H螺孔攻絲
進給量：由于其螺距,因此進給量
切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.105，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：，取
絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： （盲孔）
機動時間：
2 鉆底座M12螺紋底孔 锪20孔夾具設(shè)計
2.1研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來鉆底座M12螺紋底孔 锪20孔，加工時要滿足粗糙度要求。為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵是找到定位基準。同時，應(yīng)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強度。
2.2定位基準的選擇
由零件圖可知：在對鉆底座M12螺紋底孔 锪20孔進行加工前，底平面進行了粗、精銑加工，孔進行了鉆、擴、鉸加工加工。因此，定位、夾緊方案有：
方案：選一面兩銷定位方式，工藝孔用短圓柱銷，棱形銷定位，夾緊方式用操作簡單，通用性較強的移動壓板來夾緊。
圖中對孔的的加工沒有位置公差要求，所以我們選擇底平面和兩孔為定位基準來設(shè)計鉆模，從而滿足孔的加工要求。工件定位用底面和兩孔定位限制6個自由度。
2.3切削力及夾緊力的計算
鉆該孔時選用：鉆床Z525，刀具用高速鋼刀具。
由參考文獻[5]查表可得：
切削力公式：
式中 （M12螺紋底孔）
查表得：
其中：
即：
實際所需夾緊力：由參考文獻[5]表得：
有：
安全系數(shù)K可按下式計算有：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻[5]表 可得：
所以
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。
取，，
查參考文獻[5]1～2～26可知移動形式壓板螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算：
式中參數(shù)由參考文獻[5]可查得：
其中：
螺旋夾緊力：
由上述計算易得：
因此采用該夾緊機構(gòu)工作是可靠的。
2.4誤差分析與計算
該夾具以底面、兩孔為定位基準。該孔次性加工即可滿足要求。
由參考文獻[5]可得：
⑴ 兩定位銷的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
2.5 零、部件的設(shè)計與選用
2.5.1定位銷選用
本夾具選用一可換定位銷和固定棱形銷來定位，其參數(shù)如表2.1和2.2：
表2.1可換定位銷
d
H
D
公稱尺寸
允差
14～18
16
15
～0.011
22
5
1
4
M12
4
表2.2 固定棱形銷
d
H
d
公稱尺寸
允差
40～50
20
22
+0.034
～0.023
65
5
3
8
1
6
1.5
2.5.2夾緊裝置的選用
該夾緊裝置選用移動壓板，其參數(shù)如表2.3：
表2.3 移動壓板
公稱直徑
L
6
45
20
8
19
2.6
7
M6
5
2.5.3 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計與選用
工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求。故選用可換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。
圖2.1 可換鉆套
鉸工藝孔鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表2.4：
表2.4 鉆套
d
H
D
公稱尺寸
允差
6
12
12
+0.018
+0.007
22
18
10
4
9
0.5
18
襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖2.2 固定襯套
其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表2.5：
表2.5 固定襯套
d
H
D
C
公稱尺寸
允差
公稱尺寸
允差
12
+0.034
+0.016
12
18
+0.023
+0.012
0.5
2
鉆模板選用翻轉(zhuǎn)式鉆模板，用4個沉頭螺釘和2個錐銷定位于夾具體上。
2.6夾具設(shè)計及操作的簡要說明
對夾具體的設(shè)計的基本要求
（1）應(yīng)該保持精度和穩(wěn)定性
在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應(yīng)該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。
（2）應(yīng)具有足夠的強度和剛度
保證在加工過程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動是不允許的，夾具應(yīng)有足夠的厚度，剛度可以適當加固。
（3）結(jié)構(gòu)的方法和使用應(yīng)該不錯
夾較大的工件的外觀，更復雜的結(jié)構(gòu)，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強度）前提下，應(yīng)能減小體積減輕重量，結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡單。
（4）應(yīng)便于鐵屑去除
在加工過程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時清除，切削熱的積累會破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個過程中的鐵屑不多，可適當增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對切削過程中產(chǎn)生更多的，一般應(yīng)在夾具體上面。
（5）安裝應(yīng)牢固、可靠
夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應(yīng)的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當夾安裝在重力的中心，夾具應(yīng)盡可能低，支撐面積應(yīng)足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識別特定的文件夾結(jié)構(gòu)，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。
夾具體是夾具的基礎(chǔ)件，夾具體上所有組成部分都必須最終通過這一基礎(chǔ)件連接成一個有機整體。為了滿足加工要求，夾具體應(yīng)有足夠的剛度和強度，同時結(jié)構(gòu)工藝性要好。
由于鑄造工藝性好，幾乎不受零件大小、形狀、重量和結(jié)構(gòu)復雜程度的限制，同時吸振性良好、抗壓能力好，故此選用鑄造夾具體，材料選取HT200，鑄造成型后時效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。
總 結(jié)
本文是反向齒輪器箱體的加工工藝和夾具設(shè)計，設(shè)計的總體過程可以概括為，首先對撥叉零件的結(jié)構(gòu)、形狀及材料作整體分析，然后初選加工工藝方案，并對工藝方案進行比較選擇合理的工藝路線，然后計算分析尺寸，并制定出工藝卡片。最后是夾具的設(shè)計。
本次課程設(shè)計綜合了大學里所學的知識，是理論與實際相結(jié)合的一個成果。由于專業(yè)知識有限，在設(shè)計過程中遇到的問題主要通過老師的講解，同學們的討論以及查閱資料來解決。通過課程設(shè)計，我對課本理論知識有了更深刻了理解，同時，我的看圖，繪圖能力也有了較大的提高。這對我以后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。
謝 辭
本次課程設(shè)計綜合了大學里所學的專業(yè)知識，是理論與實際相結(jié)合的一次考驗。通過這次設(shè)計，我的綜合運用知識的能力有了很大的提高，尤其是看圖、繪圖、設(shè)計能力，為我今后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。在此過程中，我進一步加深了對課本知識的理解，進一步了解了零件的工藝以及夾具設(shè)計過程，收獲頗豐。
本次設(shè)計是在XX老師的悉心指導和幫助下完成的。我的機械工藝知識有限，在設(shè)計中常常碰到問題，是鄭老師不厭其煩的指導，不斷的點拔迷津，提供相關(guān)資料，才使其順利完成。XX老師耐心的講解，使我如沐春風。不僅如此，xx老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和高尚的敬業(yè)情操深深打動了我。在此，我向XX老師表示最真誠的感謝。同時，感謝同組同學的支持和幫助，使我更好的完成課程設(shè)計。
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