摘 要 在生產過程中，使生產對象（原材料，毛坯，零件或總成等）的質和量的狀態發生直接變化的過程叫工藝過程，如毛坯制造，機械加工，熱處理，裝配等都稱之為工藝過程。在制定工藝過程中，要確定各工序的安裝工位和該工序需要的工步，加工該工序的機車及機床的進給量，切削深度，主軸轉速和切削速度，該工序的夾具，刀具及量具，還有走刀次數和走刀長度，最后計算該工序的基本時間，輔助時間和工作地服務時間。 箱體零件是一種典型零件，其加工工藝規程和工裝設計具有典型性。該箱體零件結構復雜，零件毛坯采用鑄造成形。在加工過程中，采用先 面后孔的加工路線，以保證工件的定位基準統一、準確。為了消除切削力、夾緊力、切削熱和因粗加工所造成的內應力對加工精度的影響，整個工藝過程分為粗、精兩個階段。通過被加工零件的分析完成了機械加工工藝的設計及各加工工序機動時間的計算。根據箱體零件的結構及其功能，運用定位夾緊的知識完成了夾具設計。 關鍵詞 ： 工序；工位；工步；加工余量 Abstract Enable producing the target in process of production (raw materials, the blank , state of quality and quantity on part become always ) take place direct course of change ask craft course, if the blank is made, machining, heat treatment , assemble etc. and call it the craft course. In the course of making the craft , is it confirm every erector location and worker step that process need this of process to want, the locomotive of processing , this process , and the entering the giving amount of the lathe, cut depth , the rotational speed of the main shaft and speed of cutting, the jig of this process, the cutter and measuring tool, a one hundred sheets of number of times still leaves and a one hundred sheets of length leaves, calculate basic time of this process , auxiliary time and service time of place of working finally. This box machine element is typical, the manufacturing process and tooling design of it is typical.The structure of this box machine element is complicated, the machine elements blank adopt casting shape. In the process of manufacture, in order to ensure the location datum accurate and unity, I adopt the manufacturing line from face to hole.In order to clear away the influence for machining accurate of internal stress, cutting force, clamping force, heat in cutting from coarse manufacturing, the whole manufacturing process is made of coarse and accurate manufacturing. Parts were processed through the analysis of the complete machining process design and the manufacturing processes for mobile time calculations. According to the box components and the function and structure, the use of the knowledge positioning clamp completed the fixture design. Key words:The process；worker one；workers step；the surplus of processing 目 錄 摘 要 . I Abstract . II 目 錄 . III 1 緒論 . 1 1.1 本課題的研究內容 和 意義 . 1 1.2 國內外的發展概況 . 1 1.3 本課題應 達到的要求 . 1 2 零件工藝的分析 . 2 2.1 確定毛坯的制造形式 . 2 2.2 箱體零件的結構工藝性 . 2 3 擬定箱體加工的工藝路線 . 3 3.1 定位基準的選擇 . 3 3.2 加工路線的擬定 . 3 4 機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 . 6 4.1 機體 . 6 4.1.1 毛坯的外廓尺寸： . 6 4.1.2 主要平面加工的工序尺寸及加工余量： . 6 4.1.3 加工的工序尺寸及加工余量： . 6 4.2 箱體 . 6 4.2.1 主要平面加工的工序尺寸及加工余量： . 6 4.2.2 加工的工序尺寸及加工余量： . 7 5 確定切削用量及基本工時 . 8 5.1 機座 . 8 5.1.1 工序 5 粗銑箱體下平面 . 8 5.1.2 工序 6 粗銑箱體分割面 . 8 5.1.3 工序 7 磨箱體分割面 . 9 5.1.4 工序 8 鉆孔 . 10 5.1.5 工序 9 鉆孔 . 12 5.1.6 工序 10 鉆孔 . 14 5.2 機體 . 16 5.2.1 工序 2 鉆，鉸 2 個直徑為 6mm 深 28mm 的孔 . 16 5.2.2 工序 4 半精銑前后端面 . 17 5.2.3 工序 5 半精銑左右端面 . 18 5.2.4 工序 6 精前后銑端面 . 19 5.2.5 工序 7 精左右銑端面 . 20 5.2.6 工序 9 粗鏜 . 21 5.2.7 工序 10 粗鏜 . 21 5.2.8 工序 11 半精鏜 . 22 5.2.9 工序 12 半精鏜 . 23 5.2.10 工序 13 精鏜 . 24 5.2.11 工序 14 精鏜 . 24 5.2.12 工序 15 鉆孔在蝸桿軸承孔端面上鉆 4-M12mm ，深 16 mm 的螺紋孔 . 25 5.2.13 工序 16 鉆孔在蝸輪軸承孔端面上鉆 4-M12mm，深 16mm 的螺紋孔 . 26 5.2.14 工序 17 锪孔 . 27 6 專用的夾具設計 . 29 6.1 粗銑下平面夾具 . 29 6.1.1 問題的指出 . 29 6.1.2 夾具設計 . 29 6.2 粗銑前后端面夾具設計 . 30 6.2.1 定位基準的選擇 . 30 6.2.2 定位元件的設計 . 31 6.2.3 銑削力與夾緊力計算 . 32 6.2.4 夾緊裝置及夾具體設計 . 33 6.2.5 夾具設計及操作的簡要說明 . 33 7 結論與展望 . 34 7.1 結論 . 34 7.2 不足之處及展望 . 34 致 謝 . 35 參考文獻 . 36 1 緒論 1.1 本課題的研究內容 和 意義 箱體零件是 機器或部件的基礎零件 ,它把有關零件聯結成一個整體 ,使這些零件保持正確的相對位置 ,彼此能協調地工作。因此 ,箱體零件的制造精度將直接影響機器或部件的裝配質量 ,進而影響機器的使用性能和壽命。因而箱體一般具有較高的技術要求。 由于機器的結構特點和箱體在機器中的不同功用 ,箱體零件具有多種不同的結構型式 ,其共同特點是 :結構形狀復雜 ,箱壁薄而不均勻 ,內部呈腔型；有若干精度要求較高的平面和孔系 ,還有較多的緊固螺紋孔等 17。 1.2 國內外的發展概況 箱體零件的毛坯通常采用鑄鐵件。因為灰鑄鐵具有較好的耐磨性 ,減震性以及良 好的鑄造性能和切削性能 ,價格也比較便宜。有時為了減輕重量 ,用有色金屬合金鑄造箱體毛坯(如航空發動機上的箱體等 )。在單件小批生產中 ,為了縮短生產周期有時也采用焊接毛坯。 毛坯的鑄造方法 ,取決于生產類型和毛坯尺寸。在單件小批生產中 ,多采用木模手工造型；在大批量生產中廣泛采用金屬模機器造型 ,毛坯的精度較高。箱體上大于 30 50mm的孔 ,一般都鑄造出頂孔 ,以減少加工余量。 1.3 本課題應 達到的要求 熟悉 減速機 的發展歷程 ； 熟 悉減速機箱體零件的結構 ；掌握 的使用方法； 根據 零件使用要求，編制零件機械加工工藝規程， 并形成全套工藝文件，即工藝過程卡，機加工工藝卡，工序卡；分析計算該零件機械加工工藝參數，選用加工設備和工藝裝備；設計 該箱體零件加工的專用夾具，繪制夾具裝配圖及全套非標零件圖，夾緊機構應采用液壓夾 緊機構，設計液壓系統回路及液壓元件主要參數；分析夾具的定位精度。 2 零件工藝的分析 2.1 確定毛坯的制造形式 要加工孔的孔軸配合度為 H7，表面粗糙度為 Ra 小于 1.6um,圓度為 0.0175mm,垂直度為 0.08mm,同軸度為 0.02mm。 其它孔的表面粗糙度為 Ra 小于 12.5um,錐銷 孔的表面粗糙度為 Ra 小于 1.6um。 由于鑄鐵容易成形，切削性能好，價格低廉，且抗振性和耐磨性也較好，因此，一般箱體零件的材料大都采用鑄鐵 8，其牌號選用 HT20-40，由于零件年生產量 2 萬臺，已達到大批生產的水平，通常采用金屬摸機器造型 1，毛坯的精度較高，毛坯加工余量可適當減少。 2.2 箱體零件的結構工藝性 箱體的結構形狀比較復雜，加工的表面多，要求高，機械加工的工作量大，結構工藝性有以下幾方面值得注意： 本箱體加工的基本孔可分為通孔和階梯孔兩類，其中通孔加工工藝性最好，階梯孔相對較差 2。 箱 體的內端面加工比較困難，結構上應盡可能使內端面的尺寸小于刀具需穿過之孔加工前的直徑，當內端面的尺寸過大時，還需采用專用徑向進給裝置 5。 為了減少加工中的換刀次數，箱體上的緊固孔的尺寸規格應保持一致，本箱體分別為直徑 11 和 13。 3 擬定箱體加工的工藝路線 3.1 定位基準的選擇 定位基準有粗基準和精基準只分，通常先確定精基準，然后確定粗基準 3。 根據大批大量生產的減速器箱體通常以頂面和兩定位銷孔為精基準，機蓋以下平面和兩定位銷孔為精基準，平面為 330X20mm，兩定位 銷孔以直徑 6mm,這種定位方式很簡單地限制了工件六個自由度，定位穩定可靠；在一次安裝下，可以加工除定位面以外的所有五個面上的孔或平面，也可以作為從粗加工到精加工的大部分工序的定位基準，實現“基準統一”；此外，這種定位方式夾緊方便，工件的夾緊變形小；易于實現自動定位和自動夾緊，且不存在基準不重合誤差 18。 基準的選擇 加工的第一個平面是蓋或低坐的對和面，由于分離式箱體軸承孔的毛坯孔分布在蓋和底座兩個不同部分上很不規則，因而在加工蓋回底座的對和面時，無法以軸承孔的毛坯面作粗基準，而采用凸緣的不加工面為粗基準 。故蓋和機座都以凸緣 A 面為粗基準。這樣可以保證對合面加工后凸緣的厚薄較為均勻，減少箱體裝合時對合面的變形。 3.2 加工路線的擬定 整個加工過程分為兩個大的階段，先對蓋和低座分別進行加工，而后再對裝配好的整體箱體進行加工，如表 3-1， 3-2 所示。第一階段主要完成平面，緊固孔和定位空的加工，為箱體的裝合做準備；第二階段為在裝合好的箱體上加工軸承孔及其端面。在兩個階段之間應安排鉗工工序，將蓋與底座合成箱體，并用二錐銷定位，使其保持一定的位置關系，以保證軸承孔的加工精度和撤裝后的重復精度 9。 表 3-1 WHX112 減速機機座的工藝過程 工序號 工序名稱 工 序 內 容 工藝裝備 1 鑄造 2 清砂 清除澆注系統，冒口，型砂，飛邊，飛刺等 3 熱處理 人工時效處理 4 涂漆 非加工面涂防銹漆 5 粗銑 以分割面定位裝夾工件，銑底面，保證高度尺寸 242.5mm 專用銑床 6 粗銑 以底面定位，按線找正，裝夾工件，銑分割面留磨量 0.5-0.8mm 專用銑床 7 磨 以底面定位，裝夾工件，磨分割面，保證尺寸240mm 專用磨床 8 鉆 鉆底面 4 16mm,4 11mm,4 13mm 專用鉆床 9 鉆 鉆攻 3 M12mm,15mm,4 M16mm, 深25mm 專用鉆 床 10 鉆 鉆攻 2 M10mm,深 15mm, 3 M6mm,深10mm 專用鉆床 11 鉗 箱體底部用煤油做滲漏試驗 12 檢驗 檢查各部尺寸及精度 表 3-2 WHX112 減速機箱體合箱后的工藝過程 工序號 工序名稱 工 序 內 容 工藝裝備 1 鉗 將箱蓋，箱體對準和箱，用 10 M12 螺栓，螺母緊固 2 鉆 鉆， 鉸 2 6mm 的錐銷孔，裝入錐銷 專用鉆床 3 鉗 將箱蓋，箱體做標記，編號 4 粗銑 以底面定位，按底面一邊找正，裝夾工件，兼顧其他三面的加工尺寸，銑前后端面，保證尺寸 260mm 專用銑床 5 粗銑 以底面定位，按底面一邊找正，裝夾工件，兼顧其他三面的加工尺寸，銑左右端面，保證尺寸 260mm 專用銑床 6 精銑 以底面定位，按底面一邊找正，裝夾工件，兼顧其他三面的加工尺寸，銑前后兩端面，保證端面 A 的垂直度為 0.048 專用銑床 7 精銑 以底面定位，按底面一邊找正，裝夾工件，兼顧其他三面的加工 尺寸，銑左右兩端面，保證端面 A 的垂直度為 0.048 專用銑床 8 粗鏜 以底面定位，以加工過的端面找正，裝夾工件，粗鏜蝸桿面 110mm 軸承孔，留加工余量 0.2 0.3mm,保證兩軸中心線的垂直度公差為0.08，與端面 B 的位置度公差為 0.2mm 專用鏜床 9 粗鏜 以底面定位，以加工過的端面找正，裝夾工件，粗鏜蝸輪面 110mm 軸承孔，留加工余量 0.2 0.3mm,保證兩軸中心線的垂直度公差為0.08，與端面 B 的位置度公差為 0.2mm 專用鏜床 10 檢驗 檢查軸承孔尺寸及精度 11 半精鏜 以底 面定位，以加工過的端面找正，裝夾工件，半精鏜蝸桿面 110mm 軸承孔，留加工余量0.1 0.2mm 專用鏜床 12 半精鏜 以底面定位，以加工過的端面找正，裝夾工件，半精鏜蝸輪面 110mm 軸承孔，留加工余量0.1 0.2mm 專用鏜床 13 精鏜 以底面定位，以加工過的端線找正，裝夾工件，按分割面精確對刀（保證分割面與軸承孔的位置度公差為 0.02mm），加工蝸桿面軸承孔 專用鏜床 14 精鏜 以底面定位，以加工過的端線找正，裝夾工件，按分割面精確對刀（保證分割面與軸承孔的位置度公差為 0.02mm）， 加工蝸輪面軸承孔 專用鏜床 15 鉆 用底面和兩銷孔定位，用鉆模板鉆，攻蝸桿軸承空端面螺孔 專用鉆床 16 鉆 用底面和兩銷孔定位，用鉆模板鉆，攻蝸輪軸 專用鉆床 續表 3-2 工序號 工序名稱 工 序 內 容 工藝裝備 承空端面螺孔 17 锪孔 用帶有錐度為 90 度的锪鉆锪軸承孔內邊緣倒角 4 45 度 專用鉆床 18 鉗 撤箱，清理飛邊，毛刺 19 鉗 合箱，裝錐銷，緊固 20 檢驗 檢查各部尺寸及精度 21 入庫 入庫 4 機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 4.1 機體 4.1.1 毛坯的外廓尺寸： 考慮其加工外廓尺寸為 330 272 240 mm，表面粗糙度要求 RZ 為 3.2um，根據機械加工工藝手冊（以下簡稱工藝手冊），表 2.3 5 及表 2.3 6，按公差等級 7 9 級，取 7 級，加工余量等級取 F 級確定 4， 毛坯長： 330+2 3.5=337mm 寬： 272+2 3=278mm 高： 240+2 3=246mm 4.1.2 主要平 面加工的工序尺寸及加工余量： 為了保證加工后工件的尺寸，在銑削工件表面時，工序 5 的銑削深度 ap=2.5mm，工序 6 的銑削深度 ap=2.45mm，留磨削余量 0.05mm,工序 10 的磨削深度 ap=0.05mm 4.1.3 加工的工序尺寸及加工余量： (1)鉆 4- 16mm 孔 鉆孔： 16mm， 2Z=16 mm， ap=8mm (2)鉆 4- 11mm 孔 鉆孔： 10mm， 2Z=10 mm， ap=5mm 擴孔： 11mm， 2Z=1mm， ap=0.5mm (3)鉆 4- 13mm 孔 鉆孔： 13mm， 2Z=13 mm， ap=6.5mm (4)攻鉆 3-M12mm 鉆孔： 12mm， 2Z=12 mm， ap=6mm 攻孔： M12mm (5)攻鉆 4-M16mm 孔 鉆孔： 16mm， 2Z=16 mm， ap=8mm 攻孔： M16mm (6)攻鉆 3-M6mm 孔 鉆孔： 6mm， 2Z=6 mm， ap=3mm 攻孔： M6mm (7)攻 鉆 2-M10mm 孔 鉆孔： 10mm， 2Z=10 mm， ap=5mm 攻孔： M10mm 4.2 箱體 4.2.1 主要平面加工的工序尺寸及加工余量： 為了保證加工后工件的尺寸，在銑削工件表面時，工序 4 的銑削深度 ap=2.0mm，工序 5 的銑削深度 ap=0. 5mm 4.2.2 加工的工序尺寸及加工余量： (1)鉆絞 2- 6mm 孔 鉆孔： 4mm， 2Z=4 mm， ap=2mm 絞孔： 6mm (2)鏜 2- 110mm 軸承孔 粗鏜： 109.4mm， 2Z=4.4 mm， ap=2.2mm 半精鏜： 109.8mm， 2Z=0.4mm， ap=0.2mm 精鏜： 109.8mm, 2Z=0.2mm, ap=0.1mm 5 確定切削用量及基本工時 5.1 機座 5.1.1 工序 5 粗銑箱體下平面 (1)加工條件： 工件材料：灰鑄鐵 加工要求：粗銑箱結下平面，保證頂面尺寸 3 mm 機床： 臥式銑床 X63 刀具：采用高速鋼鑲齒三面刃銑刀 10， dw=225mm,齒數 Z=20 量具：卡板 (2)計算銑削用量 已知毛坯被加工長度為 150 mm，最大加工余量為 Zmax=2.5mm,留磨削量 0.05mm， 可一次銑削 19 確定進給量 f： 根據機械加工工藝手冊（以下簡稱工藝手冊），表 2.4 75,確定 fz=0.2mm/Z 切削速度： 參考有關手冊，確定 V=0.45m/s,即 27m/min 3 8 ( r / m in )22514.3 271000dw 1000ns V 根據表 2.4 86,取 nw=37.5r/min, 故實際切削速度為： )2 6 . 5 ( m /m in1 0 0 0 nw dw V 當 nw=37.5r/min,工作臺的每分鐘進給量應為： fm=fzznz=0.2 20 37.5=150(mm/min) 切削時由于是粗銑，故整個銑刀刀盤不必銑過整個工件，則行程為 l+l1+l2=150+3+2=155mm 故機動工時為： tm =155 150=1.033min=62s 輔助時間為： tf=0.15tm=0.15 62=9.3s 其他時間計算： tb+tx=6% (62+9.3)=4.3s 故工序 5 的單件時間： tdj=tm+tf+tb+tx =62+9.3+4.3=75.6s 5.1.2 工序 6 粗銑箱體分割面 (1)加工條件： 工件材料：灰鑄鐵 加工要求：精銑箱結合面，保證頂面尺寸 3 mm 機床：臥式銑床 X63 刀具：采用高速鋼鑲齒三面刃銑刀， dw=225mm,齒數 Z=20 量具：卡板 (2)計算銑削用量 已知毛坯被加工長度為 330 mm，最大加工余量為 Zmax=2.5mm,留磨削量 0.05mm，可一次銑削 確定進給量 f： 根據機械加工工藝手冊（以下簡稱工藝手冊），表 2.4 75,確定 fz=0.2mm/Z 切削速度： 參考有關手冊，確定 V=0.45m/s,即 27m/min 則 ns=1000v/ dw=(1000 27) (3.14 225)=38(r/min) 根據表 2.4 86,取 nw=37.5r/min, 故實際切削速度為： )2 6 . 5 ( m / m in1 0 0 0 nw dw ns 當 nw=37.5r/min,工作臺的每分鐘進給量應為： fm=fzznz=0.2 20 37.5=150(mm/min) 切削時由于是粗銑，故整個銑刀刀盤不必銑過整個工件，則行程為 l+l1+l2=330+3+2=335mm 故機動工時為： tm =335 150=2.23min=134s 輔助時間為： tf=0.15tm=0.15 134=20.1s 其他時間計算： tb+tx=6% (134+20.1)=9.2s 故工序 6 的單件時間： tdj=tm+tf+tb+tx =134+20.1+9.2=163.3s 5.1.3 工序 7 磨箱體分割面 工件材料：灰鑄鐵 加工要求：以底面及側面定位，裝夾工件，磨分割面，加工余量為 0.05mm 機床：平面磨床 M7130 刀具：砂輪 量具：卡板 (1)選擇砂輪 見工藝手冊表 4.8 2 到表 4.8 8，則結果為 WA46KV6P350 40 127 其含義為：砂輪磨料為白剛玉，粒度為 46 號，硬度為中軟 1 級，陶瓷結合劑， 6 號組織，平型砂輪，其尺寸為 350 40 127（ D B d） (2)切削用量的選擇 砂輪轉速為 N 砂 =1500r/min,V 砂 =27.5m/s 軸向進給量 fa =0.5B=20mm(雙行程 ) 工件速度 Vw =10m/min 徑向進給量 fr =0.015mm/雙行程 (3)切削工時 f fa v1000 k Zbb L 2 tm 式中 L 加工長度， L=330 mm b 加工寬度， 230mm Zb 單面加工余量， Zb =0. 5mm K 系數， 1.10 V 工作臺移動速度（ m/min） fa 工作臺往返一次砂輪軸向進給量（ mm） fr 工作臺往返一次砂輪徑向進給量（ mm） s162min855.10.01520101000 0.051.1230330 2 tm 輔助時間為： tf=0.15tm=0.15 1113.2=24.3s 其他時間計算： tb+tx=6% (162+24.3)=11.2s 故工序 7 的單件時間： tdj=tm+tf+tb+tx =162+24.3+11.2=195.5s 5.1.4 工序 8 鉆孔 (1)鉆 4- 16mm 孔 工件材料：灰鑄鐵 加工要求：鉆 4 個直徑為 16mm 的孔 機床：立式鉆床 Z535 型 刀具：采用 16mm 的麻花鉆頭走刀一次 16mm 的麻花鉆： f=0.30mm/r（工藝手冊 2.4-38） v=0.52m/s=31.2m/min（工藝手冊 2.4-41） 3 9 7 (r/m in )dw 1 0 0 0 vns 按機床選取 nw=400r/min, （按工藝手冊 3.1-36） 所以實際切削速度 m in )/(42.311 0 0 03 1 4 2 01 0 0 0 nw dw V m s5.14m in24.0f nw l2l1l t1 由于是加工 4 個相同的孔，故總時間為 T=4 (t1 +t2)= 4 (14.5+0)=58s 輔助時間為： tf=0.15tm=0.15 58=8.7s 其他時間計算： tb+tx=6% (58+8.7)=4s 故單件時間： tdj=tm+tf+tb+tx =58+8.7+4=70.7s (2)鉆 4- 11mm 孔 工件材料：灰鑄鐵 加工要求：鉆 4 個直徑為 11mm 的孔 機床：立式鉆床 Z535 型 刀具：采用 10mm 的麻花鉆頭走刀一次， 擴孔鉆 11mm 走刀一次 10mm 的麻花鉆： f=0.25mm/r（工藝手冊 2.4-38) v=0.53m/s=31.8m/min（工藝手冊 2.4-41) ns=1000v/ dw=405(r/min) 按機床選取 nw=400r/min, （按工藝手冊 3.1-36） 所以實際切削速度 m in