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課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
設(shè)計(jì)題目：反向齒輪器箱體零件加工工藝規(guī)程
及相關(guān)夾具設(shè)計(jì)
第一部分：加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
一 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(shuō)的變速齒輪箱；改變傳動(dòng)方向，例如我們用兩個(gè)扇形齒輪可以將力垂直傳遞到另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸；改變轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)分開(kāi)兩個(gè)原本嚙合的齒輪，達(dá)到把發(fā)動(dòng)機(jī)與負(fù)載分開(kāi)的目的，比如剎車(chē)離合器等；分配動(dòng)力，例如我們可以用一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)齒輪箱主軸帶動(dòng)多個(gè)從軸，從而實(shí)現(xiàn)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)多個(gè)負(fù)載的功能。
二 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(tái)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(fù)雜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬于典型的箱體零件。為了實(shí)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(jì)基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)，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(xiāo)定位。吊耳孔雖然尺寸精度要求不高，但要求對(duì)上蓋面有很好的平行度。
綜上所述，該反向齒輪箱的各項(xiàng)技術(shù)要求比較合理，符合零件在實(shí)際工作中的功用。
三 審查反向齒輪箱的工藝性
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(shí)還提高了接觸剛度；加工Φ47mm軸承孔和Φ35mm軸承孔時(shí)，由于孔徑較大，要選擇鏜刀進(jìn)行加工，為了滿(mǎn)足兩孔的同軸度，可以用在一個(gè)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(jiàn)，該零件的工藝性較好。
四 選擇毛坯
由于該反向齒輪箱在工作過(guò)程中不會(huì)受到很大的沖擊載荷，對(duì)齒輪箱的強(qiáng)度的沖擊韌性要求不是很高所以毛坯可以選用鑄件。由于是單件小批量生產(chǎn)，可以選用灰鑄鐵材料，用金屬模砂型機(jī)械鑄造的方法得到毛坯。
五 定位基準(zhǔn)的選擇
定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分，通常先確定精基準(zhǔn)，然后再確定粗基準(zhǔn)。
1. 精基準(zhǔn)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(zhǔn)進(jìn)行加工，然而這兩個(gè)平面是需要加工的表面，因此首先要加工這兩個(gè)面。選擇上蓋接合面和后側(cè)面作精基準(zhǔn)，零件上的很多表面都可以采用它們作為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，即遵循了“基準(zhǔn)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(jì)是選用的基準(zhǔn)，因此選用它們作為基準(zhǔn)又遵循了“基準(zhǔn)重合”的原則。選用上蓋結(jié)合面作基準(zhǔn)時(shí)，采用一面兩孔的方式定位，夾緊穩(wěn)定可靠。
2. 粗基準(zhǔn)的選擇
作為粗基準(zhǔn)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(zhǔn)。以下底面作為粗基準(zhǔn)加工上蓋接合面和后側(cè)面，可以為后續(xù)工序準(zhǔn)備好精基準(zhǔn)。
六 工序的分散與集中
本零件是單件小批量生產(chǎn)，可以選擇工序集中原則來(lái)安排齒輪箱的加工工序。這樣就可在工件的一次裝夾中，加工好工件的多個(gè)平面。因此可以較好地保證這些表面之間的相互位置精度，同時(shí)可以減少裝夾的次數(shù)和輔助時(shí)間，并減少工件在機(jī)床之間的搬運(yùn)次數(shù)和工作量，有利于縮短生產(chǎn)周期。選用工序集中原則，還可以減少機(jī)床和夾具的數(shù)量，并相應(yīng)地減少操作工人，節(jié)省車(chē)間面積，簡(jiǎn)化生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)組織管理工作。
七 加工順序的安排
1. 機(jī)械加工順序
（1） 遵循“先基準(zhǔn)后其他”原則，首先加工精基準(zhǔn)——上蓋接合面和后側(cè)面。
（2） 遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，再安排精加工工序。
（3） 遵循“先主后次”原則，先加工主要表面——上蓋接合面和后側(cè)面，后加工次
要表面——左右端面和四角端面。
（4） 遵循“先面后孔”原則，先銑削上蓋接合面，再鉆接合面上的孔，先銑削吊耳凸臺(tái)面，再鉆孔。
2.熱處理工序
先對(duì)鑄件毛坯進(jìn)行正火處理，以提高其金屬性能。
2. 輔助工序
在熱處理之后、粗加工之前對(duì)鑄件涂底漆，以防止工件生銹；精加工之后，安排去毛刺、清洗和終檢工序。
八 機(jī)床的選用及工藝設(shè)備選用
在單件小批量生產(chǎn)前提下，為了滿(mǎn)足工序集中的原則，可以選用高效專(zhuān)用設(shè)備和組合機(jī)床，該零件多選用加工中心完成加工過(guò)程，其中就有四軸聯(lián)動(dòng)的加工中心。在加工的初始階段選用了通用的立式銑床，這些要提出機(jī)床特征并注明機(jī)床的型號(hào)。工藝設(shè)備主要包括刀具、夾具和量具。在工藝卡片上寫(xiě)出它們的名稱(chēng)，如鉆頭、千分尺、塞規(guī)和銑床夾具等。該零件的加工采用專(zhuān)用夾具。
九 確定加工方案
在綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎(chǔ)上，表2列出了反向齒輪箱的工藝路線(xiàn)。
表2 反向齒輪箱工藝路線(xiàn)、設(shè)備及工裝的選用
加工表面
表面粗糙度Ra/um
加工方案
上蓋結(jié)合面
1.6
粗銑-半精銑-精銑
前端面
6.3
粗銑
吊耳上凸臺(tái)面
6.3
粗銑
左右側(cè)面
6.3
粗銑
上蓋接合面Φ12mm孔
6.3
鉆
Φ16mm沉頭孔
6.3
锪
Φ47mm軸承孔
1.6
粗鏜-半精鏜-精鏜
Φ35mm軸承孔
1.6
粗鏜-半精鏜-精鏜
前端面Φ12mm孔
1.6
擴(kuò)鉸
Φ35mm吊耳孔
3.2
粗鏜-精鏜
十 確定加工路線(xiàn)
在綜合考慮上述工作結(jié)果和工序順序安排原則的基礎(chǔ)上，將反向齒輪器箱體零件的工藝路線(xiàn)填入機(jī)械加工工藝卡片中?？ㄆ?jiàn)附頁(yè)。
第二部分：三號(hào)夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具，經(jīng)過(guò)與老師協(xié)商，決定設(shè)計(jì)三號(hào)夾具。該工序要加工兩個(gè)不同尺寸的軸承孔，且軸承孔有同軸度要求，故在設(shè)計(jì)夾具是考慮利用轉(zhuǎn)位工作臺(tái)進(jìn)行。另外還要加工吊耳孔，其與上蓋結(jié)合面有平行度要求，最后加工前端面上的孔。
一、定位方式和定位元件的選擇
完成該箱體的加工一共需要三個(gè)不同的夾具，根據(jù)工藝規(guī)程設(shè)計(jì)，三號(hào)夾具用在以上蓋結(jié)合面為定位面加工左右兩端面的軸承孔，吊耳孔和前端面上的孔。由于上蓋結(jié)合面已經(jīng)精加工，且是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，故根據(jù)“基準(zhǔn)重合”原則可以設(shè)為精基準(zhǔn)，利用上蓋結(jié)合面上有4個(gè)孔中的兩個(gè)孔，采用一面兩銷(xiāo)定位方式進(jìn)行加工。
一面兩孔組合定位常用于加工箱體、杠桿、蓋板等零件，易做到基準(zhǔn)統(tǒng)一，保證工件的位置精度，又有利于夾具的設(shè)計(jì)與制造。工件的定位平面一般是加工過(guò)的精基面，兩孔可以是工件結(jié)構(gòu)上原有的，也可以是為定位需要而專(zhuān)門(mén)設(shè)置的工藝孔。一面兩孔定位時(shí)相應(yīng)的定位元件是一面兩銷(xiāo)，兩定位銷(xiāo)可以有以下兩種：(1)兩個(gè)圓柱銷(xiāo)（圖1）；(2)一個(gè)圓柱銷(xiāo)和一個(gè)削邊銷(xiāo)（圖2）。
圖1兩個(gè)圓柱銷(xiāo) 圖2 一個(gè)圓柱銷(xiāo)和一個(gè)切邊銷(xiāo)
圖1這種定位是過(guò)定位，沿連心線(xiàn)方向的自由度被重復(fù)限制了，只能用于加工要求不高的場(chǎng)合，使用較少。三號(hào)夾具采用圖2的定位方式。工件以平面作主要定位基準(zhǔn)，用支承板限制工件的三個(gè)自由度；其中一孔用定位銷(xiāo)定心定位，限制工件的兩個(gè)自由度；另一孔用菱形銷(xiāo)定位，僅消除工件的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，如圖3所示。菱形銷(xiāo)作為防轉(zhuǎn)支承，其軸長(zhǎng)方向應(yīng)與兩銷(xiāo)的中心連線(xiàn)相垂直，并應(yīng)正確選擇菱形銷(xiāo)直徑的基本尺寸和經(jīng)削邊后圓柱部分的寬度，以保證僅限制一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的功能。
圖3 限制的自由度
二 定位誤差分析
左端：圓柱銷(xiāo)與加工零件孔之間的配合為間隙配合，選用H8/f7。故孔徑120+0.022mm，公差為T(mén)D1=0.022mm；圓柱銷(xiāo)銷(xiāo)徑12-0.034-0.016 mm公差為T(mén)d1=0.018mm；最小間隙為Δ1=0.016mm。
右端：菱形銷(xiāo)與加工零件孔之間的配合為間隙配合，選擇H8/f7。故孔徑公差為T(mén)D2=0.022mm；菱形銷(xiāo)銷(xiāo)徑公差為T(mén)d2=0.018mm；最小間隙為Δ2=0.016mm。
分析：
先單獨(dú)分析左端圓銷(xiāo)1的定位情況。銷(xiāo)與孔之間的最大間隙為：ε1 ＝Δ1 ＋ TD1 ＋ Td1 。
ε1將使一批工件安裝時(shí)孔的中心偏離銷(xiāo)的中心。其中偏心位移誤差范圍，是以 ε1為直徑的圓，圓心即為銷(xiāo)的中心O1（如圖b中所示）。
再分析削邊銷(xiāo)2定位情況：由于削邊銷(xiāo)不限制X 的移動(dòng)自由度，而限制Z的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，所以孔2與削邊銷(xiāo)2的中心偏移范圍為：
在X方向： εx ＝ ε1 ＝Δ1 ＋ TD1 ＋ Td1 = 0.056mm
在Y方向： εy ＝ ε2 ＝Δ2 ＋ TD2 ＋ Td2 = 0.056mm
綜合誤差：
孔1、2的中心偏移誤差組合起來(lái)，將引起工件的兩種定位誤差：
(1)?縱向定位誤差：即在兩孔聯(lián)心線(xiàn)方向的最大可能移動(dòng)量（ εx ）。
εx ＝ ε1 ＝Δ1 ＋ TD1 ＋ Td1 = 0.056mm （相當(dāng)于第一孔定位誤差）
(2)?角度定位誤差：即工件繞O1和O2的最大偏轉(zhuǎn)角θ 。
角度定位誤差：
=0.000318
分析：
由上式看出，欲減小，可以從兩方面著手：
（i）提高孔與銷(xiāo)的加工精度，減小配合間隙；
（ii）增大孔間距。故在選擇定位基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)盡可能選距離較遠(yuǎn)的兩孔；若工件上無(wú)合適的兩孔而需另設(shè)工藝孔時(shí)，兩工藝孔也應(yīng)布置在具有最大距離的適當(dāng)部位。
若采用以上兩種措施還不能滿(mǎn)足要求，應(yīng)采用單邊靠。此時(shí)，角度誤差為：
為了保證工件的加工精度，必須使上述所有誤差因素對(duì)工件加工的綜合影響，控制在工件所允許的公差（T公差）范圍之內(nèi)，即：
ε＝ε制造 ＋ε安裝 ＋ε加工 ≤T工件
上式即為保證規(guī)定加工精度實(shí)現(xiàn)的條件，也稱(chēng)為用夾具安裝加工時(shí)的誤差計(jì)算不等式。
為使T工件做到合理地分配給以上機(jī)械加工中產(chǎn)生誤差的各個(gè)環(huán)節(jié)，通常在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，夾具上定位元件之間，定位元件與引導(dǎo)元件之間，以及其他相關(guān)尺寸和相互位置的公差，一般取工件上相應(yīng)公差的1/5～1/2，最常用的是1/3～1/2，因粗加工的T工件大，此時(shí)，夾具上相應(yīng)公差取小的比例。
三 工件夾緊裝置
由螺釘、螺母、螺栓或螺桿等帶有螺旋結(jié)構(gòu)的元件與墊圈、壓板或壓塊等組成的夾緊機(jī)構(gòu)稱(chēng)為螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。目前夾具上用得最多的一種。三號(hào)夾具采用螺旋壓板夾緊裝置。
圖5 螺旋壓板夾緊裝置
l L1:原始力Q離支點(diǎn)的距離
l L2:夾緊力W離支點(diǎn)的距離
l 支承在中間，工件在左端，螺旋壓緊的原始作用力位于壓板右端
l 對(duì)支承取短，通常夾緊力：
其中η——效率=0.95
對(duì)于夾緊力作用點(diǎn)及作用力方向的選擇，夾緊力應(yīng)落在工件剛性較好的部件上。如圖6所示：
圖6 夾緊力作用點(diǎn)及作用力方向
螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：夾緊力大W≈（60～120)Q，自鎖性能好，工作安全可靠。但夾緊行程大，操作費(fèi)力費(fèi)時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)。
在估算時(shí)，將工件視為分離體，以最不利于夾緊時(shí)的狀況為工件受力狀況，分析作用在工件上的各種力，列出工件的靜力平衡方程式，求出理論夾緊力，再乘以安全系數(shù)，作為實(shí)際所需的夾緊力。
夾緊力：F=KFj
K—安全系數(shù)，一般取1.5～2.5；
F—由靜力平衡計(jì)算出的理論夾緊力，單位為N。
分析工件的受力情況時(shí)，除了夾緊力、切削力外，大工件還應(yīng)考慮重力，運(yùn)動(dòng)速度較大時(shí)還必須考慮離心力和慣性力的影響。
四 繪制夾具裝備圖，并打印出A2圖紙
裝配圖見(jiàn)A2圖紙。