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论文技巧大全-减速器箱体加工工艺分析与镗孔夹具设计
时间:2021-04-08 15:23:43

  随着工业的发展,在许多工业产品中我们都能见到减速器的存在,减速器也随着工业的发展功能、精度、种类也变得更加完善,能够更加完美的配合其他部件的工作。在其中减速器箱体做为减速器整体中一个相当重要的组成部分,并且也是是安装各类传动轴的基础,所以要求减速器箱体有相当较强的刚度,相对位置精度能够达到各传动轴的要求,现市场上大部分的采用金属结构箱体的部件都有着较大的强度,且结构紧凑,重量较轻。

  因此在学习总结的基础上分析研究减速器箱体加工工艺、生产特点及其应用现状和发展趋势,在调查中发现提供给减速器箱体镗孔过程装用的夹具少之又少,针对减速器箱体,先要确定其种类,确定零件图,并根据零件图分析其加工工艺,确定正确的加工步骤,研究其工艺特点,确定毛坯等等。根据减速器箱体加工工艺的分析结果,根据减速器箱体的作用,使用环境,和一些具体的精度要求等。加工减速器箱体镗孔时如果能够有一款能够合适的夹具,这能够使加工更稳定,并且使其加工精度更符合标准。

  1.2设计内容及要求

  1.2.1设计内容

  文献[6]机床夹具是机械制造业的重要工艺装备。在分析研究减速器箱体基本概念、生产特点及其应用现状和发展趋势的基础上,分析减速器箱体成形工艺,确定部件的零件图;对减速器箱体加工工艺过程进行了优化,优化参数,缩短模具的生产制造周期,结合生产试验,确定减速器箱体的加工工艺,根据加工工艺流程和流程卡及其图纸来设计其箱体镗孔夹具。

  1.2.2设计要求

  根据文献[4]机械设计系统组成的三大要素:

  设计工作时间表达的程序、解决问题的逻辑思维方式和解决问题的具体方式、手段。

  减速器箱体在工业上一般由铸铁制造而成,并且其铸造过程复杂,工艺尺寸整理计算严格。

  1.减速器箱体其加工部位大多数为平面和孔隙,并且减速器箱体的结构及其复杂,因此对于其加工精度要求高,加工时要密切关注基准的选择,并且在设计其镗孔夹具时,必须提高和关注夹具的加紧力是否足够。

  2.箱体一般用铸铁制造,所以在对其铸件时,我们必须经过时效处理,以对其消除应力。

  3.在镗孔时,为了增加杆的刚性,提高加工精度,要在可能的情况下尽量采用支撑镗削的方式,对于直径较小的孔应采用,钻,扩,绞的方法加工。

  4.粗镗,半精镗还有精镗应分开进行才能保证加工精度。

  5.一般使用内径千分尺或者是千分表来对孔的尺寸精度进行检验。

  6.在已经加工成形的孔上安装导向套从而保证同轴各孔的同轴度。

  根据文献[5]设计机器应满足的要求:使用要求;经济要求;人机工程要求;绿色要求。根据这些就要求我们在设计之前就应该考虑清楚我们最终设计出来的机床夹具是不是符合了设计应满足的要求,这也是评判设计出的夹具成功与否的关键之一。

  第二章减速器箱体加工工艺分析

  2.1部件介绍

  如图2.1所示,是减速器箱体实物图,加工材料为灰铸铁,厚度一般为10mm左右,整体箱型,整体结构对称,并且要求大批量生产。减速器箱体外形复杂,对于尺寸的精度要求较高,因此对于其加工工艺要求也较高。

  图2-2部件实物图

  2.2毛坯的制造形式

  零件材料为HT200,使用范围广,所以产量大,需大批量生产,选用砂型铸造,采用机械翻砂造型,铸造精度为8级,能保证铸件的尺寸要求。

  2.3零件分析

  以下是该零件平面,孔和螺纹加工的粗造度等加工要求:

  工件底面粗糙度6.3

  工件顶面粗糙度Ra3.2

  4-Φ16凸台面粗糙度12.5

  4-Φ8.5孔粗糙度12.5

  工件四周凸台面粗糙度3.2

  左端Φ48粗糙度0.8

  左端Φ35孔粗糙度0.8

  右端Φ35孔粗糙度0.8

  后端Φ40孔粗糙度0.8

  前端Φ35孔粗糙度0.8

  技术要求:

  1.未注明铸造圆角R3~R4。

  2.人工时效处理。

  3.GB/T1804-m。

  2.4基面的选择

  在零件加工工艺分析中,对于零件加工基面的选择是最重要的步骤之一。基面的正确选择可以保证在加工时提高加工质量和提高加工的生产效率。如果基准的选择出现了差错,就会造成加工过程中许多错误,严重的甚至会造成大批量的零件报废,大量的资本损失。

  2.4.1粗基准选择的原则

  1.工件加工表面和不加工表面之间在加工过程中是由位置要求的,所以我们应优先选择不加工表面为粗基准,这样可以保证加工表面的完整保留。在加工时,在需要加工的表面不多时,优先选择加工表面要求精度高的表面作为精基准。

  2.如需保证工件一首要加工表面的加工余量加工均匀,那在加工时应选择该表面作为加工的粗基准。

  3.粗基准的表面应确保平整,无浇口、冒口、和飞边等缺陷,以便定位可靠。

  4.在定位为粗基准后,为避免生产中产生较大的位置误差,所以该面作为主要定位基准的粗基准一般只能使用一次。

  2.4.2精基准选择的原则

  为了使工件加工尺寸精度更加准确,装夹更加便利,更加可靠,相对于粗基准的选择,精基准的选择也十分重要。

  精基准选择应当满足以下要求:

  1.为减少和避免在生产中产生基准不重合误差,要以设计基准作为工件的定位基准从而实现“基准重合”。

  2.当在工件加工时确定了某一组精基准定位可以作为精基准可以方便的加工多组表面时,就尽可能多的采用该精基准定位作为基准来进行加工,实现“基准统一”,从而减少生产中基准转换所带来的转换误差。

  3.“自为基准”暨在工件加工时要求加工余量尽量小、均匀并且是精加工和光整加工,应选择该加工表面作为精基准,这便是自为基准原则。另外该加工表面与其他面的位置精度要求由先行工序保证。

  4.遵循“互为基准”原则和反复加工原则可以获得均匀的加工余量或者是较高的位置精度

  5.有多种方案可供选择时应选择定位准确、稳定、夹紧可靠,可使夹具结构简单的表面作为精基准。

  2.5加工工艺分析

  减速器箱体的设计加工工艺是否完好,这对减速器箱体在运行时的加工效率和其配合精度影响十分大。特别是随着现在工业的发展,对减速器的要求越来越高,减速器箱体已经运用于多种场合,对许多工业设备都是不可或缺的一部分,所以对减速器箱体的加工工艺分析十分有必要。

  图2-3减速器箱体实物图

  减速器箱体的技术要求

  主要技术要求如下:

  主要孔的尺寸精度是IT6~IT7,孔Φ35、Φ40、Φ47,表面粗糙度为Ra=1.6,相互垂直度为0.05mm

  主要平面:顶、底面的表面粗糙度为Ra=3.2,底座两侧上平面表面粗糙度为Ra=1.6,四侧凸面缘面表面粗糙度为Ra=3.2

  2.6加工工艺流程

  表2-1工艺流程

  工序号

  工序名称

  工序内容

  设备

  夹具

  刀具

  1备材料锻造无无无

  2热处理人工时效无无无

  3铣削铣工件的底面立式铣床专用夹具铣刀

  4铣削粗铣和半精铣工件上顶面立式铣床专用夹具铣刀

  5钻孔钻4-Φ8孔

  钻床专用夹具麻花钻

  6铣削粗铣和半精铣工件凸面组合铣床专用夹具铣刀

  7镗孔镗Φ74和Φ94的孔组合镗床专用夹具镗刀

  8钻孔钻攻所有的孔和螺纹组合钻床专用夹具麻花钻,丝锥

  9去毛刺去毛刺无无无

  10检验检验图纸要求无无无

  11入库检验完后入库备用无无无

  第三章减速器箱体镗孔夹具设计分析

  3.1机床夹具总概述

  在分析了减速器箱体具体的加工工艺,写出了他的加工工艺流程和制作出了其工艺流程卡后,我们就要开始我们本次毕业设计课题的中心内容——减速器箱体镗孔夹具设计。

  我们在开始夹具设计前必须要知道什么是机床夹具,熟悉机床夹具的概念、分类、组成和作用。

  3.1.1机床夹具的分类

  随着时间跨入一个崭新的世纪,我们的机械制造业也完成了飞跃式的突破,机床夹具的种类也是越来越多。机床夹具在一般情况下可以按照它应用的范围、使用机床的方式和夹紧力的动力源来划分:

  1.按应用范围分类:通用夹具、通用可调整夹具、专用夹具、组合夹具、成组夹具和拼拆式夹具。

  2.按夹具动力源分类:手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具、离心力夹具等

  3.按使用机床分类:车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他。

  常见的几种机床夹具主要有:

  1.车床夹具:泛指各种车床或者内外圆磨床上的夹具,其中大部分安装在机床的主轴上。车床夹具主要有圆盘式、花盘式、角铁式、心轴等。车床夹具一般要求比较高,例如定位元件就要求要个机床主轴的轴心线有十分高的位置精度在能够保证工件加工的质量。

  2.钻床夹具:钻床夹具的主要用途就是在工件钻孔时固定住工件,以提高工件加工孔的位置精度。钻床夹具主要有固定模板式钻模、复盖式钻模、翻转式和回转式等。钻床夹具中特有的元件就是钻套主要用来确定刀具的具体位置和指引刀具。

  3.铣床夹具:铣床夹具主要用于各种铣床和平面磨床上。

  4.镗床夹具:本次毕业设计主要设计的就是镗床夹具,箱体就是主要用镗床进行加工,镗床还主要用于底座等来专门加工精密孔或孔系。主要由定位元件、镗套、夹紧装置、夹具体组成。

  本次毕业设计的主题,在分析了减速器箱体加工工艺之后,根据大数据和箱体的结构特点,镗孔的位置等因素,决定设计一款专用的手动镗床夹具。

  3.1.2机床夹具的组成

  一般来说机床夹具的组成一般是差不多的,因为它们的工作原理都是相类似的。

  根据文献[3]第五页:由于工件是各式各样的,所以夹具也各不相同,但我们可以从不同的夹具结构中,将整个夹具分成几个既相对独立而又彼此联系的组成部分,通过分析一定数量的夹具,发现它们的共性,概括出一般夹具所普遍共有的结构组成部分。

  机床夹具一般由以下几个部分组成:

  1.定位装置(元件):定位装置主要由定位元件构成,其作用是确定工件在加工过程中的位置。

  2.夹紧装置:夹紧装置主要由夹紧元件或者其他组合和动力源。夹紧装置的只要作用是加工过程中将工件夹紧夹牢固定,并且保证工件在加工过程中不会松动,位置保持不变。

  3.夹具与机床之间的连接元件:暨机床主轴和工作台还有导轨之间确立相互位置的元件。

  4.对刀或导向元件:为了保证工件与刀具之间的位置正确的对刀元件和导向元件。

  5.其他装置或元件:根据工件工序的不同而额外设立的装置或者元件。

  6.夹具体:夹具体相当于整个夹具的整体框架包括基座和骨架,夹具体将各个夹具元件合并成一个整体。

  3.1.3机床夹具的作用

  机床夹具在整个工件或者部件在机械加工中起到了重要的作用

  夹具在机械加工中所起到的作用主要在这几个方面:

  1.由于夹具在加工过程中可以确定工件与机床和刀具之间的位置关系,在避免各类因素影响其相对位置精度的情况下,夹具可以保证在加工过程中保证加工的精度,以提高产品的质量

  2.提高生产效率和减少成本:由于在加工过程中有夹具的存在,所以被加工工件就会被固定在一个相对位置,这样就可以节省工件每次对刀的时间,就可以大量的减少一些不必要的时间,就大大的节省了时间成本,从而也可以减少员工的工作时间。另外夹具的使用可以使生产更加稳定,产品质量从而得到保证。

  3.扩大机床的适用范围:机床使用了夹具之后可以改变原机床的使用用途和范围,实现一机多用。

  根据文献[1]第194页可知以上分析,显示了夹具在机械加工中的重要性,所以夹具的设计和改进,是技术革新中的一个重要内容。由于生产规模和生产条件的不同,夹具的功用也有所侧重,其结构的复杂程度也有所不同。对于单件、小批或多品种生产,宜采用通用夹具、通用可调夹具或结构简单的专用夹具;对于大批量生产,夹具的主要作用则是在保证加工精度的前提下尽量提高生产率。此时,夹具结构的完善性是必要的,虽然夹具的制造费用要大一些,但由于生产率的提高,产品质量的稳定,技术经济效果还是显著的。

  3.2熟悉和正确选用定位元件

  3.2.1工件定位的基本原理

  在机床夹具设计前,认识到要想设计出一款完美适配工件的一款夹具,那么在设计前就必须做足功课,在了解了机床夹具的基本组成后,确定了机床夹具的工作主要就是确立工件、夹具、刀具和机床之间的正确位置关系。其中定位工件是夹具的主要作用之一,所以对于工件定位的基本原理是熟练掌握是十分有必有的。

  之前在第二章中已经提到的关于定位基准的选择就是工件定位的一个决定性要素,如果在加工之前,工件的定位基准一旦被确定,那么工件的最后定位的方案也基本就定下来了。定位基准的选择合适与否也就决定了定位方案是否可行,也就是说如果一开始定位基准的选择将之间关系到加工出来的工件的质量。

  根据第二章粗精基准的选择原则,在加工此工件时,可以选择的基准有很多,如图2-3所示根据原则,确立了以工件底面和4个直径为7.5的孔作为基准。

  基准的选择就是用定位去限制自由度,原则准确的完美的定位基准就是在加工时将工件的全部的六个自由度都限制住,这样工件就不能进行相对位置的变换。

  但是只是单纯的限制自由度是不够的,还要考虑被加工工件的定位精度和稳定性,只有满足这些条件才能更好的选择合适的定位元件。

  3.2.2正确选用定位元件

  在工件加工过程中,选定基准面之后就该轮到选定正确的定位元件了。一般情况下,如果工件以平面为基准定位,这也是最为常见的,使用比较广泛的一种定位方式,如果采用此种定位,那么我们在选择夹具定位元件时支撑钉或者是支撑板作为定位元件。

  但考虑到平面基准有粗精两种基准,所以粗基准和精基准所用到的定位元件也会有所不同。

  一般的粗基准的基准平面表面误差会比较大,所以我们在定位元件时也应该考虑到这个方面。经过前人的反复研究之后,对于粗基准表面的定位应采用三个支撑钉并且按照三角形分布定位是最佳方案。

  另外两种相似的便是工件以外圆柱面为基准的定位和工件以圆孔为基准的定位。因为本次所要设计加工的工件主要便是以圆孔为基准的定位为主,因此在这里便主要讲述以圆孔为基准的定位。

  以圆孔为基准的定位主要定位方法有外圆柱面暨定位销定位、外圆锥面定位和自动定心装置定位等。

  以圆孔为基准的定位主要用到的定位元件便是定位销也可称为心轴,不同长短的定位销可限制的自由度也不同。常见的定位销的制作材料多为20钢。

  还有两种定位方式分别是以特形表面为基准的定位和一面两孔定位。这两种方式在本次毕业设计中还尚未用到,所以在此不过多介绍。

  3.3夹具夹紧机构分析

  夹紧的目的:保证工件在加工过程中免受一些譬如切削力和重力等外力的影响而在加工过程或是生产过程中发生位置变化,以影响加工的精度。

  夹紧力主要被三个因素所决定:

  1.夹紧力的方向的确定:

  (1)夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性,夹紧力的方向应朝向只要定位基准。

  (2)夹紧力方向应使工件变形尽可能小。工件的刚度在不同方向上是不等的,不同的接触面积也会有着不同的受力面积。

  (3)夹紧力方向应使所需夹紧力在加工时尽可能的小。原因之前有提到,主要就是降低工人的劳动强度,减少不必要的时间损失,提高劳动效率以减少人工成本呗,完美符合机械设计的主要目的和要求。

  2.夹紧力的作用点的选择:

  (1)夹紧力应该落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内。

  (2)夹紧力的作用点应选择在工件刚度高的部位。

  (3)夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位,以提高工件切削部位的刚度和抗振性。

  (4)夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。

  3.选择夹紧装置:

  夹紧和定位是密切相关的,因此夹紧装置的选择和定位元件的选择是要相互配合的。主要的夹紧装置(机构)有楔块夹紧机构、螺旋夹紧机构、圆偏心夹紧机构。结合本次毕业设计的减速器箱体,所以我们选择了螺旋夹紧机构。

  3.4误差分析

  1.移动时基准位移误差

  (3-1)

  式中:————圆柱销孔的最大偏差

  ————圆柱销孔的最小偏差

  ————圆柱销定位孔与定位销最小配合间隙

  代入(式1)得:=

  =

  2.转角误差

  (3-2)

  式中:————圆柱销孔的最大偏差

  ————圆柱销孔的最小偏差

  ————圆柱销定位孔与定位销最小配合间隙

  ————削边销孔的最大偏差

  ————削边销孔的最小偏差

  ————削边销定位孔与定位销最小配合间隙

  其中:

  则代入(式2)得:

  则:

  第四章夹具展示

  4.1夹具二维图

  图4-1夹具底座

  图4-2夹具支撑板

  图4-3夹具装配图

  4.2三维装配图

  4.3夹具工作原理

  所设计扩孔装配图如图4.3所示。工件应该以其底面和两个Φ8.5孔作为定位基准而且底面应为第一定位基准并与两支承板相配合,限制工件的其中三个自由度,而其中一个Φ8.5孔将为第二定位基准并与其圆柱销相配合,限制工件两个自由度并与第二基准斜对角的Φ8.5孔作为第三定位基准并与削边销之间相配合,限制一个自由度,综上所述这属于完全定位,完美的限制了工件的自由度。

  如前所述,在设计夹具时,我们必须注意加工过程中提高劳动生产率避免干涉加工流程。应使夹具结构尽量简洁,便于操作,成本合适,从而提高夹具性价比。此次镗床夹具选择了钩形压板的夹紧方式,本工序为镗削余量小,镗削力小,所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。