减速器壳体机械加工工艺与工装设计-文献综述

减速器壳体机械加工工艺与工装设计文献综述专业：机械设计制造及自动化 班级： 作者：童庆 指导老师：王坤发一、前言制造工艺是制造技术的灵魂、核心和关键，是生产中最活跃的因素。其过程是 采用金属切削刀具或磨具及其他加工方法来加工工件，使工件达到所要求的形状、 尺寸、表面粗糙度和力学物理性能，从而生产成为合格零件。而机械加工工艺规程 是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件，是一切有关生产人 员都应严格执行、 认真贯彻的纪律性文件。 机床夹具是机床上装夹工件的一种装置， 其作用是使工件相对于机床和刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位 置不变。使用夹具可以有效的保证加工质量，提高生产效率，降低生产成本，扩大 机床的工艺范围，减轻工人劳动强度，保证安全生产等，因此，夹具在机械制造中 占有重要的地位。考虑到机械加工工艺安排及夹具的使用在减速器壳体的生产中直 接影响到其加工质量和生产效率等，所以对减速器壳体的机械加工工艺及夹具设计 的课题有着十分重要的意义。课题的主要研究内容是减速器壳体的加工工艺、 规程设计和镗夹具的工装设计。 其中需要解决的主要问题是处理好生产中工件的加工质量、生产效率和经济性之间 的关系。本课题设计说明书分三个章节写： 第 1章 绪论；第 2章减速器壳体工艺规 程设计，第 3章镗床夹具设计。 为了更好地完成课题， 拓展关于设计的有关知识面， 我通过图书馆书籍的借阅以及网上的相关资料的搜索等方式进行设计资料的收集。 主要查阅的资料和书籍有：机械加工工艺师手册金属切削原理与刀具机 械制造工艺学 金属切削机床夹具设计手册 床夹具图册 机械零件设计手 册公差与配合机械设计基础机械制图（应用本科）金属工艺学 等。二、文献资料综述一（工艺规程部分）减速机是一种动力传达机构， 利用齿轮的速度转换器， 将电机（马达） 的回转 数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机 构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的 踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工 机具及自动化生产设备， 到日常生活中常见的家电， 钟表等等. 其应用从大动力的传 输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用， 且在工业应用上， 减 速机具有减速及增加转矩功能。因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。 减速器的作用主要有：1）降速同时提高输出扭矩， 扭矩输出比例按电机输出乘减速比， 但要注意不能超 出减速机额定扭矩。2 ）减速同时降低了负载的惯量， 惯量的减少为减速比的平方。 大家可以看一下一 般电机都有一个惯量数值。减速机的工作原理减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备， 把电动机 .内燃机或其它高速运转的动 力通过减速机的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目 的，普通的减速机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果，大小齿轮的齿数 之比，就是传动比。减速机的种类减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。它的种类 繁多，型号各异，不同种类有不同的用途。减速器的种类繁多，按照传动类型可分 为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器；按照传动级数不同可分为单级和多 级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥圆柱齿 轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。以下是 常用的减速机分类：（1）摆线针轮减速机（2）硬齿面圆柱齿轮减速器（3）行星齿轮减速机（4）软齿面减速机（5）三环减速机（6）起重机减速机（7）蜗杆减速机（8）轴装式硬齿面减速机（9）无级变速器工艺路线是制造单位按照 规定的作业流程完成生产任务 的途径，主要用来进 行工序排产和车间成本统计。其包含了定位基准的选择，主要表面的加工，加工阶 段的划分与工序的合理组合等内容。 通过查阅了杨淑子主编机械加工工艺师手册 ， 现就文中有关内容论述如下：1、定位基准的选择在制定工艺过程时，选择定位基准的主要目的是为了保证加工表面的位置精度， 因此选择定位基准的总原则应该是从有较高位置精度要求的表面中进行选择。定位 基准的选择包括粗基准和精基准的选择。在制订零件机械加工工艺路线时，总是首先考虑选择怎样的精基准把各个主要 表面加工出来，然后再考虑选择怎么的粗基准把作为精基准的表面先加工出来。机 械加工工艺路线的制定中粗基准和精基准的选择很关键，选择是否合理直接关系到 加工工艺路线制订的全局。（1）粗基准的选择选择粗基准时， 考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量， 使不加工表 面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。粗基准的选择原则是：1）选择应加工表面为粗基准。 目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关 系精度。如果工件上表面有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相 互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。 例如：机床床身导轨面是其 余量要求均匀的重要表面。 因而在加工时选择导轨面作为粗基准， 加工床身的底面， 再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少余量，使表层保留 而细致的组织，以增加耐磨性。3）应选择加工余量最小的表面作为粗基准。 这样可以保证该面有足够的加工余 量。4）应尽可能选择平整、 光洁、面积足够大的表面作为粗基准， 以保证定位准确夹紧可靠。 有浇口、冒口、 飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准， 必要时需经初加工。5）粗基准应避免重复使用， 因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的， 多次使 用难以保证表面间的位置精度。箱体粗基准选择要求： 在保证各加工表面均有加工余量的前提下， 使主要孔加 工余量均匀； 装入箱体内的旋转零件应与箱体内壁有足够间隙； 此外还应保证定位、 夹紧可靠。为了满足上述要求，一般选箱体的主要孔的毛坯孔作为粗基准。减速箱 体加工的第一个面是盖或底座的结合面，由于分离式箱体轴承孔的毛坯孔分布在盖 和底座两个不同的部分上很不规则，因而在加工盖和底座的结合面时无法用主要孔 的毛坯作粗基准。而是用顶面与底面作为粗基准。这样可以保证结合面加工后凸缘 的厚度叫均匀。（2）精基准的选择 选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准 确、牢固、方便。精基准选择原则是： 基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基 准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。基准统一原则。应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证个表 面间的位置精度， 避免基准转换所带来的误差， 并且各工序所采用的夹具比较统一， 从而可减少夹具设计和制造工作。 例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。 车削、 磨削都是顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多数表面，而且保证了各外 圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加 工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面， 这样能保证齿面余量均匀。自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加 工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像 拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。 箱体上孔与孔、孔与平面、平面与平面之间都有较高的位置精度要求，这些 要求的保证与精基准的选择有很大的关系。 为此，通常优先考虑 “基准统一” 原则。 使具有相互位置精度要求的大部分工序，尽可能用同一组基准定位。以避免因基准 转换过多而带来的积累误差，并且由于采用同一基准，使所用夹具具有相似的结构 形式，可减少夹具设计与制造工作量、降低成本。2、主要表面的加工（1）箱体的平面加工 箱体平面的粗加工和半精加工常选择刨削和铣削加工。 刨削箱体平面的主要特点是： 刀具结构简单； 机床调整方便； 在龙门刨床上可 以用几个刀架，在一次安装工件中，同时加工几个表面，于是，经济地保证了这些 表面的位置精度。箱体平面铣削加工的生产率比刨削高。 在成批生产中， 常采用铣削加工。 当批 量较大时，常在多轴龙门铣床上用几把铣刀同时加工几个平面，即保证了平面间的 位置精度，又提高了生产率。（2）孔系加工减速器箱体的孔系， 是有位置精度要求的各轴承孔的总和， 其中有平行孔系 和同轴孔系两类。平行孔系主要技术要求是各平行孔中心线之间以及中心线与基准面之间的 尺寸精度和平行精度根据生产类型的不同，可以在普通镗床上或专用镗床上加工。单件小批生产箱体时， 为保证孔距精度主要采用划线法。 为了提高划线找正 的精度，可采用试切法，虽然精度有所提高，但由于划线、试切、测量都要消耗较 多的时间，所以生产率仍很低。坐标法加工孔系， 许多工厂在单件小批量生产中也广泛采用， 特别是在普通 镗床上加装较精密的测量装置（如数显等）后，可以较大地提高其坐标位移精度。必须指出，采用坐标发加工孔系时，原始孔和加工顺序的选定是很重要的。 因为，各排孔的孔距是靠坐标尺寸保证的。坐标尺寸的积累误差会影响孔距精度。 如果原始孔和孔的假定顺序选择的合理，就可以减少积累误差。成批或大量生产箱体时，加工孔系都采用镗模。孔距精度 主要取决与镗模 的精度和安装质量。虽然镗模制造比较复杂，造价较高，但可利用精度不高的机床 加工出精度较高的工件。因此，在某些情况下，小批生产也可考虑使用镗模加工平 行孔系。同轴孔系的主要技术要求是各孔的同轴度精度。成批生产时，箱体的同轴 孔的同轴度大部分是用镗模保证，单件小批量生产中，在普通镗床上用以下两种方 法进行加工：1）从箱体一端进行加工加工同轴孔系时，出现同轴度误差的主要原因是： 当主轴进给时，镗杆在重力作用下，使主轴产生挠度而引起孔的同轴度误 差；当工作台进给时，导轨的直线度误差会影响各孔的同轴度精度。对于箱壁较近的同轴孔，可采用导向套加工同轴孔。对于大型箱体，可利 用镗床后立柱导套支撑镗杆。2）从箱体两端进行镗孔 一般是采用“调头镗”使工件在一次安装下，镗完一端的孔后，将镗床工 作台回转 180，在镗另一端的孔。 具体办法是：加工好一端孔后， 将工件退出主轴， 使工作台回转 180，用百（千）分表找正已加工孔壁与主轴同轴， 即可加工另一孔。“调头镗”不用夹具和长刀杆，镗杆悬伸长度短，刚性好。但调整比较麻 烦和费时，适合与箱体壁相距较远的同轴孔。3、加工阶段的划分与工序的合理组合 零件上的全部加工表面应安排在一个合理的加工顺序中加工，这对保证零件质 量，提高生产率，降低加工成本都至关重要。参考文献 1 中的第 1篇械加工工艺基 础 第 4章 机械加工工艺规程制订有：（1）加工阶段的划分 按加工性质和目的的不同，工艺过程一般可划分成粗加工、半精加工、精加工 和光整加工几个阶段。划分加工阶段的作用是：能减少或消除内应力、切削力和切 削热对精加工的影响；及早发现毛坯缺陷；便于安排热处理、可合理使用机床；避 免或减少损伤已精加工过的表面。（2）工序的组合组合工序有两种不同的原则，即工序集中原则和工序分散原则。工序集中的特点：零件各个表面的加工集中在少数几个工序中完成，每个工序 所安排的加工内容多；有利于保证各加工面间的相互位置精度要求；有利于采用高 效机床和工艺装备； 生产面积和操作工人数量减少； 生产计划和生产组织得到简化； 工件装夹次数减少。工序分散的特点；工序多，工艺过程长，每个工序所包含的加工内容少；所使 用的工艺设备和装备比较简单、易于调整和掌握；生产技术准备工作较容易，易于 变换产品。三、文献资料综述二（夹具设计部分）镗床夹具又称镗模它主要用于加工箱体，支架等工件上的单孔或孔系。镗模不 仅广泛用于一般镗床和镗孔组合机床上也可以用于一般车床、铣床和摇臂钻床上， 加工有较高精度要求的孔或孔系。镗床夹具，除具有定位元件、加紧机构和夹具体 等基本部分外，还有引导刀具的镗套。而且还像钻套布置在钻模板上一样，镗套也 按照被加工孔或孔系的坐标位置，布置在一个或几个专用的镗孔的位置精度和孔的 几何形状精度。因此，镗套、镗模支架和镗杆是镗床夹具的特有元件。夹具的设计要考虑的有定位元件的选择，夹紧装置与夹紧力的确定以及典型夹 具的设计原则等因素，我主要查阅了金属切削机床夹具设计手册机床夹具图 册机床夹具设计与制造机械零件设计手册公差与配合机械制造工 艺学等资料和书籍。一、在零件加工时，要考虑的重要问题之一就是如何将工件正确地装夹在机床上或 夹具中。所谓装夹有两个含义，即定位和夹紧，有些书中将装夹称之为安装。李昌 年主编机床夹具设计与制造有以下论述：1、定位元件的确定定位是指确定工件在机床（工作台）上或夹具中占有正确位置的过程，通常可 以理解为工件相对于切削刀具或磨具的一定位置，以保证加工尺寸和形位精度的要 求。所以参考文献 4 第二章中介绍常用定位方法有：（1）工件以平面定位（2）工件以圆柱孔定位（3）工件以外圆表面定位（4）工件以其他表面定位（5）定位表面的组合（6）一面两孔定位2、夹紧装置和夹紧力的确定 夹紧是指工件在定位后将其固定，使其在加工过程中能承受重力、切削力等而 保持定位位置不变的操作。由参考文献 4 第三章有：（1）夹紧装置的确定 夹紧装置时夹具的重要组成部分。在设计夹紧装置时，应注意满足以下要求：1）在加紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。2）夹紧力大小适当。 夹紧机构应能保证在加工过程中工件不产生松动或振动， 同时 又要避免工件产生不适当的变形和表面损伤。 而且夹紧机构一般应有自锁作用。3）夹紧装置应操作方便、省力、安全。4）夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与生产批量和生产方式相适应。结构设计应力求简单、紧凑、并尽量采用标准化元件。（2）夹紧力的确定夹紧力包括大小、方向和作用点三要素。 夹紧力方向的选择一般应遵循以下原则： 1）夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。2）夹紧力作用方向尽量与工件刚度大的方向相一致，以减小工件夹紧变形。3）夹紧力作用方向应尽量与切削力、工件重力方向一致，以减小所需夹紧力。 夹紧力作用点的选择：1）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内， 以保证工件已 获得的定位不变。2）夹紧力作用点应处于工件刚性较好的部位，以减少工件夹紧变形。3）夹紧力作用点应尽量靠近加工表面，以减小切削力对工件造成的翻转力矩。 夹紧力大小的估算：估算夹紧力的一般方法是将工件视为分离体，并分析作用在工件上各种力，再根据力系平衡条件，确定保持工件平衡所需最小夹紧力，最后将最小夹紧力乘以一 适当的安全系数，即得到所需的夹紧力。二、夹具的结构类型镗床夹具按其结构特点，使用机床和镗套位置的不同，有以下分类方法。1按使用机床类别分，可分为万能镗床夹具，多轴组合机床镗床夹具、精密镗床 夹具，以及一般通用机床镗床夹具。2按夹具的结构特点分，可分为卧式镗床夹具和立式镗床夹具等。3按镗套的位置分布，可分为单支承前引导的镗床夹具，即镗套为于被加工孔的 前方；单支承后引导的镗床夹具。三、夹具设计基本要求1夹具应满足零件加工工序的精度要求，特别是对于精加工工序，应适当提高夹具的精度，以保证工件的尺寸公差和位置公差等。2夹具应达到加工生产率的要求。3夹具的操作要方便、安全。4能保证夹具一定的使用寿命和较低的夹具制造成本。5要适当提高夹具元件的通用化和标准化程度。6要具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造和维修注：镗夹具精加工用的夹具侧重于加工精度的要求等四、夹具的设计方法主要是绘制所需的图样同时制定有关的技术要求。 应在参阅有关典型夹具图样的基础上，按加工要求构思出设计方案，再经修改，最后确定夹具的结构。五、夹具设计的步骤1设计的准备： 夹具设计前， 设计人员应明确设计任务和要求， 根据任务认真调 查研究，要收集所需资料，并对其进行分析：（1）收集产品零件图、装配图、毛坯图、工序图和工艺规程等技术文件，分析 零件的作用、形状、结构特点、材料和技术要求。（2）分析零件的加工工艺规程， 特别是本工序半成品的形状、 尺寸、 加工余量、切削余量和所使用的工艺基准（3）分析工艺装配设计任务书（4）了解所使用的机床规格、性能、精度以及夹具连接部分结构的联系尺寸。（5）了解所使用的刀具、量具的规格（6）收集有关设计的资料，其中包括国家标准、部颁标准、企业标准等资料已 经典型夹具资料。2夹具设计的方案设计：（1）确定夹具的类型。（2）根据六点定位规则确定工件的定位方式，选择合适的定位元件。（3）确定工件的夹紧方式，选择合适的夹紧装置。（4）确定刀具的调整方案，选择合适的对刀元件或导向元件。（5）确定夹具与机床的连接方式。（6）确定其他元件和装置的结构形式，如分度装置、靠模装置等。（7）确定夹具总体布局和具体的结构形式。（8）绘制总体草图。（9）进行工序精度分析。（10）对动力夹紧力验算。小结综上所述，机械制造工艺与夹具是机械制造业的基础，是将设计图样转化成产 品的必要条件。一套符合生产实际的工艺技术和夹具，可以实现产品的“优质、高 产、低耗”的条件。本次减速器壳体的机械加工工艺及镗夹具的设计是在学完了机 械制造工艺理论课和大部分专业课的基础上进行的大学毕业前的最后一个实践环 节。是对所有课程一次深入的综合性的复习，也在设计过程中拓展了更多的相关专 业知识面，是一次理论联系实际的适应性训练。通过该次设计不仅能锻炼自己的分 析和解决问题的能力，同时也培养了查阅手册及书籍资料的能力，为以后毕业后工 作积累了一定的经验。13参考文献1 机械加工工艺师手册，杨叔子主编 .北京：机械工业出版社， 2008.12 机械制造工艺学，王先逵主编 .北京：机械工业出版社， 2006.13 金属切削原理与刀具，陆剑中，孙家宁主编 .北京：机械工业出版社， 2005.14 机床夹具设计与制造，李昌年主编 . 北京：机械工业出版社 ,20065 金属切削机床夹具设计手册，浦林祥主编 .北京：机械工业出版社， 19956 机床夹具图册，薛源顺主编 .北京：机械工业出版社7 机械零件设计手册，王绍俊主编 .北京：机械工业出版社8 机械设计基础，陈立德主编 .北京：高等教育出版社， 20079 公差与配合，任嘉卉主编 .北京：机械工业出版社， 2000.410 金属工艺学上下册，邓文英，郭晓鹏主编 .-5版.-北京：高等教育出版社， 2008.411 机械制图（应用本科），郭纪林，余桂英主编 .大连：大连理工大学出版社， 2005.815