1、C6140 主轴箱体加工工艺及夹具设计摘要： 本设计要求“以质量求发展，以效益求生存” ，在保证零件加工质量的前提下，提高了生产率，降低了生产成本，是国内外现代机械加工工艺的主要发展方面方向之一。通过对 60140 主轴箱体零件图的分析及结构形式的了解，从而对主轴箱体进行工艺分析、工艺说明及加工过程的技术要求和精度分析。然后再对主轴箱体的底孔、轴承孔的加工进行夹具设计与精度和误差分析，该工艺与夹具设计结果能应用于生产要求。 关键词： 主轴箱 加工工艺 定位 夹具设计前言加工工艺及夹具毕业设计是对所学专业知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际
2、的训练。机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展,机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。课题背景及发展趋势材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技术也推动着设计。从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有其本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的“功能” 。技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和
3、新的造型风格。材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，对中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。夹具的基本结构及夹具设计的内容按在夹具中的作用,地位结构特点,组成夹具的元件可以划分为以下几类:(1)定位元件及定位装置；(2)夹紧元件及定位装置(或者称夹紧机构)； (3)夹具体；(4)对刀,引导元件及装置(包括刀具导向元件,对刀装置及靠模装置等)；(5)动力装置；(6)分度,对定装置；(7)其它的元件及装置(包括夹具各部分相互连
4、接用的以及夹具与机床相连接用的紧固螺钉,销钉,键和各种手柄等)；每个夹具不一定所有的各类元件都具备,如手动夹具就没有动力装置,一般的车床夹具不一定有刀具导向元件及分度装置。反之,按照加工等方面的要求,有些夹具上还需要设有其它装置及机构,例如在有的自动化夹具中必须有上下料装置。专用夹具的设计主要是对以下几项内容进行设计：（1）定位装置的设计；（2）夹紧装置的设计；（3）对刀-引导装置的设计；（4）夹具体的设计；（5）其他元件及装置的设计。目录1 1.1 摘要 .11.2 前言.22 箱体加工工艺规程设计 .52.1 零件的分析.52.1.1 零件的作用 .52.1.2 零件的工艺分析 .52.2
5、 箱体加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 52.2.1 确定毛坯的制造形式 .62.2.2 基面的选择 .62.2.3 确定工艺路线 .62.2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 .72.2.5 确定切削用量 .82.3 小结.193 专用夹具设计 .203.1 加工左端平面镗孔夹具设计 .203.1.1 定位基准的选择 .213.1.2 切削力的计算与夹紧力分析 .213.1.3 夹紧元件及动力装置确定 .243.1.4 镗套、镗套、镗模板及夹具体设计 .243.1.5 夹具精度分析 .243.1.6 夹具设计及操作的简要说明 .243.2 小结 .254 心得 .26
6、参考文献 .27致谢 .28河南机电高等专科学校2 主轴箱体加工工艺规程设计2.1 零件的分析2.1.1 零件的作用题目给出的零件是 C6140 主轴箱体，它的主要的作用是用来支承、固定的。它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中的主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值也将大打折扣。2.1.2 零件的工艺分析零件的材料为 HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，减震性能良好。传动箱体需要加工表面以及加工表面的位置要
7、求。现分析如下：（1）主要加工面：1）铣上下平面保证尺寸 100mm，平行度误差为 0.032）铣侧面保证尺寸 62 与 20 与下平面的平行度误差为 0.023）镗上、下面平面各孔至所要求尺寸，并保证各位误差要求4）钻侧面 4M6 螺纹孔5）钻孔攻丝底平面各孔（2）主要基准面：1）以下平面为基准的加工表面这一组加工表面包括：传动箱上表面各孔、传动箱上表面2）以下平面为基准的加工表面这一组加工表面包括：主要是下平面各孔及螺纹孔2.2 主轴箱体加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施箱体的结构特点箱体是机器和部件的基础零件,由它将机器和部件中许多零件连接成一个整体,并使之保持正确的相互位置
8、,彼此能协调地运动.常见的箱体零件有:各种形式的机床主轴箱.减速箱和变速箱等.各种箱体类零件由于功用不同,形状结构差别较大,但结构上也存在着相同的特点 :1.尺寸较大河南机电高等专科学校箱体通常是机器中最大的零件之一,它是其他零件的母体,如大型减速箱体长达 56m,宽 34m,重 5060 吨,正因为它是一个母体 ,所以它是机器整体的最大零件.2.形状复杂其复杂程度取决于安装在箱体上的零件的数量及在空间的相互位置,为确保零件的载荷与作用力,尽量缩小体积.有时为了减少机械加工量或减轻零件的重量,而又要保证足够的刚度,常在铸造时减小壁的厚度,再在必要的地方加筋板.凸台.凸边等结构来满足工艺与力的要
9、求.3.精度要求有若干个尺寸精度和相互位置精度要求很高的平面和孔，这些平面和孔的加工质量将直接影响机器的装配精度，使用性能和使用寿命。4有许多紧固螺钉定位箱孔。这些孔虽然没有什么特殊要求。但由于分分布在大型零件上，有时给加工带来很大的困难。由于箱体有以上共特点，故机械加工劳动量相当大，困难也相当大，例如减速箱体在镗孔时，要如何保证位置度问题，都是加工过程较困难的问题。二箱体的材料、毛坯及热处理1、 毛坯种类的确定。常用毛坯种类有：铸件、锻件、焊件、冲压件。各种型材和工程塑料件等。在确定毛坯时，一般要综合考虑以下几个因素：（1）依据零件的材料及机械性能要求确定毛坯。例如，零件材料为铸铁，须用铸造
10、毛坯；强度要求高而形状不太复杂的钢制品零件一般采用锻件。（2） 依据零件的结构形状和外形尺寸确定毛坯，例如结构比较的零件采用铸件比锻件合理；结构简单的零件宜选用型材，锻件；大型轴类零件一般都采用锻件。（3） 依据生产类型确定毛坯。大批大量生产中，应选用制造精度与生产率都比较高的毛坯制造方法。例如模锻、压力铸造等。单件小批生产则采用设备简单甚至用手工的毛坯制造方法，例如手工木模砂型铸造。（4）确定毛坯时既要考虑毛坯车间现有生产能力又要充分注意采用新工艺、新技术、新材料的可能性。本主轴箱体是大批量的生产，材料为 HT2040 用铸造成型。河南机电高等专科学校2毛坯的形状及尺寸的确定：毛坯的尺寸等于
11、零件的尺寸加上（对于外型尺寸）或减去（对内腔尺寸）加工余量。毛坯的形状尽可能与零件相适应。在确定，毛坯的形状时，为了方便加工，有时还要考虑下列问题：（1）为了装夹稳定、加工方便，对于形状不易装夹稳固或不易加工的零件要考虑增加工艺搭子。（2）为了提高机械加工的生产率，有些小零件可以作成一坯多件。（3）有些形状比较特殊，单纯加工比较困难的零件可以考虑将两个甚至数个合制成一个毛坯。例如连杆与连杆盖在一起模锻，待加工到一定程度再切割分开。在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增
12、加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。3毛坯的材料热处理长期使用经验证明，由于灰口铸铁有一系列的技术上（如耐磨性好，有一定程度的吸震能力、良好的铸造性能等）和经济上的优点，通常箱体材料采用灰口铸铁。最常用的是 HT2040，HT2547 ，当载荷较大时，采用HT3054，HT3561 高强铸铁。箱体的毛坯大部分采用整体铸铁件或铸钢件。当零件尺寸和重量很大无法采用整体铸件（受铸造能力的限制）时，可以采用焊接结构件，它是由多块金属经粗加工后用焊接的方法连成一整体毛坯。焊接结构有铸焊、铸
13、煅焊、煅焊等。采用焊接结构可以用小的铸造设备制造出大型毛坯，解决铸造生产能力不足的问题。焊前对各种组合件进行粗加工，可以部分地减轻大型机床的负荷。毛坯未进入机械加工车间之前，为不消除毛坯的内应力，对毛坯应进行人工实效处理，对某些大型的毛坯和易变形的零件粗加工后要再进行时效处理。毛坯铸造时，应防止沙眼、气孔、缩孔、非金属夹杂物等缺陷出现。特别是主要加工面要求更高。重要的箱体毛坯还应该达到规定的化学成分和机械性能要河南机电高等专科学校求。2.2.1 确定毛坯的制造形式零件的材料 HT200。由于年产量为 4000 件，达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸较大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质
14、量稳定的，适合大批生产的金属模铸造。便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。2.2.2 基面的选择（1）粗基准的选择 对于本零件而言，按照互为基准的选择原则，选择本零件的下表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，利用底面定位块支承和底面作为主要定位基准，以限制 z、z 、y、y、五个自由度。再以一面定位消除 x、向自由度，达到定位,目的。（2）精基准的选择 主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用已加工结束的上、下平面作为精基准。2.2.3 确定工艺路线表 2.1 工艺路线方案一工序 1 钻箱体直径 18 孔工序 2 钻前端面各孔工序 3 镗左平面各孔工序 4 镗右平面各孔工序
15、5 粗,精铣上平面至尺寸工序 6 粗,精铣下平面工序 7 粗,精铣左端平面工序 8 粗,精铣右端平面工序 9 粗,精铣前端平面工序 10 粗,精铣后端平面工序 11 钳工,去除锐边毛剌工序 12 检验表 2.2 工艺路线方案二工序 1 粗,精铣上平面至尺寸工序 2 粗,精铣下平面工序 3 粗,精铣左端平面工序 4 粗,精铣右端平面河南机电高等专科学校工序 5 粗,精铣前端平面工序 6 粗,精铣后端平面工序 7 钻箱体直径 18 孔工序 8 钻前端面各孔工序 9 镗左平面各孔工序 10 镗右平面各孔工序 11 钳工,去除锐边毛剌工序 12 检验工艺路线的比较与分析：第二条工艺路线不同于第一条是将
16、铣各平面工序放到前面。加工完上下平面再加工各孔与,其它的先后顺序均没变化。通过分析发现这样的变动提高了生产效率。而且对于零的尺寸精度和位置精度都有太大程度的帮助。采用互为基准的原则，先加工上、下两平面，然后以下、下平面为精基准再加工两平面上的各孔，这样便保证了，上、下两平面的平行度要求同时为加两平面上各孔保证了垂直度要求。符合先加工面再钻孔的原则。若选第一条工艺路线，加工不便于装夹，并且毛坯的端面与轴的轴线是否垂直决定了钻出来的孔的轴线与轴的轴线是非平行这个问题。所以发现第一条工艺路线并不可行。如果选取第二条工艺方案，先加工上、下平面，然后以这些已加工的面为精基准，加工其它各孔便能保证孔的形位
17、公差要求从提高效率和保证精度这两个前提下，发现第二个方案比较合理。所以我决定以第二个方案进行生产。具体的工艺过程见工艺卡片所示。2.2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定主轴箱体的材料是 HT200，生产类型为大批生产。由于毛坯用采用金属模铸造, 毛坯尺寸的确定如下：由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。由于本设计规定零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与最小余量时应按调整法加工方式予以确定。1）加工箱体的上下平面，根据参考文献8表 4-35 和表 4-37 考虑 3m
18、m，粗加工 2mm 到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求，精加工 1mm，2）加工的侧面时，用铣削的方法加工两侧面。由于侧面的加工表面有粗糙河南机电高等专科学校度的要求 ，而铣削的精度可以满足，故采取分二次的铣削的方式，粗1.6aRm铣削的深度是 2mm，精铣削的深度是 1mm3）镗上、下平面各孔时，由于粗糙度要求 ，因此考虑加工余量1.6aRm2.5mm。可一次粗加工 2mm，一次精加工 0.5 就可达到要求。6）加工 610 孔，根据参考文献8表 4-23 考虑加工余量 1.2mm。可一次钻削加工余量 5mm，就可达到要求。7）加工 230 底孔时，根据参考文献8表 4-23 考虑加工余量
19、 15mm。可一次钻削加工余量 5mm，第二次扩孔就可达到要求。8）加工上平面 2-18 孔，粗加工 10mm 到金属模铸造的质量和表面粗糙度要求，精加工 4mm，可达到要求。2.2.5 确定切削用量工序 1：粗、精铣传动箱体下平面（1）粗铣下平面加工条件：工件材料： HT200，铸造。机床：X52K 立式铣床。查参考文献7表 3034刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀） ，材料： ， ，齿数15YT0Dm，此为粗齿铣刀。8Z因其单边余量：Z=2mm所以铣削深度 ：pa2m每齿进给量 ：根据参考文献3表 2.4-75，取 铣削速度 ：参照f 0.12/faZV参考文献7表 3034，取 。1.3/Vs机床主轴转速 ： 式（2.1）n0d式中 V铣削速度；d刀具直径。由式 2.1 机床主轴转速 ：n101.360254/min4nr按照参考文献3表 3.1-74 实际铣削速度 ：v.31.7/1060dns进给量 ： fV.28/4.8/ffaZm
