减速器箱体的加工工艺设计.docx
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减速器箱体的加工工艺设计
减速器箱体的加工工艺设计
摘要
减速器是通过齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数改变为所需要的回转数，并获到较大转矩的一种用来传递动力的机构。
在减速器中起着支持和固定轴组件的减速器箱体，对于保证轴组件运转精度、润滑及密封的可靠都起着重要作用。
因此减速器箱体的加工工艺的不断完善对于减速器的使用有着很重要的作用。
本文进行了对减速器箱体的加工工艺的设计。
要对减速器箱体的加工工艺进行细致全面的设计，必须通过制造毛坯采用的形式、选择定位基准、拟定减速器零件加工的工艺路线、通过确定机械生产加工的余量、工序尺寸及制造毛坯的尺寸，以及确定减速器的切削用量及加工的基本工时等方面来设计。
通过对减速器箱体加工工艺分析设计，提高减速器箱体制造的加工的工艺的水平，促进减速器箱体制造产业的进步。
关键词：
减速器；加工工艺；箱体
Abstract
Thereduceristhespeedconverterthroughthegear,themotor（motor）ofthenumberofrotationtothenumberoftherequiredrotation,andwasakindoflargetorqueusedtotransferpowermechanism.Reducerboxinthereducerplaysasupportandfixedaxiscomponents,ensuretheshaftassemblyoperationaccuracy,goodlubricationandreliablesealingandotherimportantrole.Sotheprocessofthereducerboxofthecontinuousimprovementoftheuseofthereducerhasaveryimportantrole.
Thedesignoftheprocessingtechnologyforthereducerboxiscarriedoutinthispaper..Determinemanufacturingtheblankform,selectthelocatingdatum,drawnupbydecelerationpartsmachiningprocess,mechanicalproductionandprocessingofthemargin,processdimensionandblankmanufacturingsizedetermine,determinethedecelerationdeviceofcuttingparametersandmachiningmanhourandsoon,toconductamorecomprehensivedesigntoreducethespeedreducerboxbodyprocessingtechnology.Throughtheanalysisanddesignofthegearboxprocessingtechnology,improvetheprocesslevelofthereducerboxmanufacturing,andpromotetheprogressofthemanufacturingindustryofthereducerbox..
Keywords:
reducer；processingtechnology；box
1绪论
1.1课题的研究背景及意义
减速器是通过齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数改变为所需要的回转数，并获到较大转矩的一种用来传递动力的机构[1]。
在目前用于传递动力与运动的机构中，减速器是使用最普遍的机构。
箱体质量约占减速器总质量的50%。
因此，箱体结构对减速器的工作性能、加工工艺、材料消耗、质量及成本等有很大影响。
通过对减速器箱体加工工艺分析设计，提高减速器箱体制造的加工的工艺的水平，促进减速器箱体制造产业的进步。
减速器箱体的的设计工艺是否完好，对减速器运行时的加工效率和配合精度影响很大。
特别是现代工艺对减速器的要求越来越高，已经运用于各种场合，很多工业设备对其运用非常重要。
减速器应用的广泛，正好是对减速器加工生产的质量的更高要求的一个推动。
对其加工的工艺非常重要。
1.2减速器的研究现状及类型和应用
在国外，欧洲和日本的企业凭借生产的减速器使用寿命长，可靠性好较国内企业一直处于减速器制造的领先地位，他们主要是因为工作过程中应用的材料和制造加工工艺方面占据优势。
但国外的减速器，还是主要以定轴传动为主，尚未解决好体积和重量等问题。
国外的几家减速器制造的知名企业均登陆中国境内，在天津均设有其生产企业和基地，以此辐射全国的市场，他们利用了我国的廉价资源，看好中国机械工业近几年的落后现状和今后发展的市场前景，看好国内市场。
它们凭借先进的装备、超前的技术、雄厚的资金和生产大规模的优势，同国内的企业进行市场竞争，已经在高档产品方面占据了优势。
近年来，随着绿色节能的提倡，国际产业环境也向着绿色节能高效的方向发展，改变陈旧的生产模式，发展高净化、低耗能、高附加值的绿色集约型经济增长方式。
我国传统的减速器一直跟不上国际同类产品发展的趋势，主要是因为生产方式都是按照单台套设备，设计和要求也都是根据单台套设备进行设计的，这样子造成了零部件相互差异大、与其他减速器的互换性能差，从而造成生产周期长，制造成本很高。
国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主。
材料品质和加工工艺水平上还需不断改进和提高，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。
目前全球的行业都在向着产业清洁、环保、低耗、高效、柔性变化发展，但是我国在这些方面还不能进行更好的适应市场的变化，主要是因为国内工业产业起步较晚，技术和设备跟不上国际要求，还需靠国外的进行生产发展。
现在的减速器正向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的特点在进行着革命性的变化。
我国信息化、节能化的生产减速器的技术还没有完全摆脱对国外技术的依赖。
不管是船舶、机车各类交通工具，建筑、生产加工中用的重型机械，还是工厂使用的加工机器以及自动化生产线上的生产设备，再到日常生活中常用的家电等等，几乎在各种各样的机械的传动系统中都可以见到减速器的存在。
减速机是降低转速，增加转矩的一种相对精密的机械。
它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途[2]。
按照他用来传递的介质类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器，如图1-1、1-2、1-3；按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照传递用的齿轮的类型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。
图1-1齿轮减速器图1-2蜗杆减速器图1-3行星齿轮减速器
1.3本文的主要研究内容
本文通过确定毛坯的制造形式、定位基准的选择、拟定零件加工的工艺路线、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定、确定切削用量及基本工时等，对减速器箱体的加工工艺进行全面的设计，通过查阅机械加工工艺相关资料，制定加工工艺路线，确定加工方案，选择机床刀具，分析计算切削用量等加工参数，完成机械加工工艺说明书。
根据说明书计算所得方法和数据，填写机械加工工艺规程卡片、机械加工工艺卡片、机械加工工序卡片，并绘制对应的工序简图。
2减速器箱体的结构和工艺分析
2.1箱体的结构分析
图2-1箱体零件图
箱体为一级减速器箱体，外廓尺寸为230x104x80mm，采用分离式，分箱座，箱盖，二者采用螺栓连接，为保证箱体上安装轴承和端盖的孔的正确形状，两个零件的孔是合在一起加工的，装配时它们之间采用推销定位，销孔钻成通孔，便于拔销。
箱座下为油池，内装有机油，供齿轮润滑。
齿轮和轴承采用非润滑方式，油面高度通过油面观察结构观察，通气塞为排放箱内的挥发气体。
拆去小盖可视察齿轮磨损情况或油污多少。
为了方便运输，箱体的两边要有四个成钩状的加强肋板。
箱体前后要对称，将两个齿轮相互啮合，放在在该对称面上，轴承和端盖要对称分布在齿轮两侧。
为了方便油池的清洗，在放油时能够清理净油，油池底部要保留有一定的斜度，并且要留有低于油池底面的放油螺塞。
2.2零件加工的技术要求
（1）箱体加工部位多为平面和孔系，其结构复杂，精度要求高加工时注意基准的选择及加紧力。
（2）箱体为铸件，铸件必须经过时效处理，以消除应力。
（3）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方法。
对于直径较小的孔应采用钻，扩，绞的方法加工。
（4）为提高孔加工精度，应将粗镗，半精镗，精镗分开。
（5）孔尺寸精度的检验，使用内径千分尺或内径千分表进行检验。
（6）为了保证同轴各孔的同轴度，可以在已加工孔上安装导向套进行加工其它的方法。
2.3箱体的毛坯种类
毛坯是零件生产过程的一部分。
在确定毛坯时，为了既不影响的毛坯的经济性，又不影响到机械加工的经济性，要根据加工零件的技术要求、结构特点、材料和生产纲领等，又要考虑热加工方面兼顾冷加工方面的要求，以便既能合理的确定毛坯的种类、毛坯的制造方法、毛坯的形状和尺寸，又能降低零件的制造成本。
有铸件、段件、冲压件、型材和焊接件等几种常用的毛坯种类。
如铸铁材料毛坯均为铸件，钢材料毛坯一般为锻件或型材等。
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。
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。
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。
2.4箱体的工艺性分析
为了保证加工质量、提高生产效率、降低生产成本，结构较复杂、加工面广、技术要求高、机械加工的劳动量大的减速器箱体结构工艺性有着重要意义。
本箱体加工保证要加工孔的孔轴配合度为H7，表面粗糙度为Ra小于3.2um，圆度为0.0175mm，垂直度为0.08mm，同轴度为0.02mm。
其它孔的表面粗糙度为Ra小于12.5um，锥销孔的表面粗糙度为Ra小于6.3um。
上端面表面粗糙度为Ra小于3.2um，箱体表面粗糙度为Ra小于12.5um。
由于加工的表面多，要求高，机械加工的工作量大箱体结构形状比较复杂，箱体加工的基本孔要分为加工工艺性最好的通孔和相对较差的阶梯孔两类。
加工比较困难的箱体内端面，应尽可能使内端面的尺寸小于刀具需穿过之孔加工前的直径，对于尺寸过大的内端面，需采用专用径向进给装置。
箱体上的紧固孔的尺寸规格应保持一致，以减少加工中的换刀次数。
因为减速器要大批量生产，通常采用机器加工，所以选用容易成形，切削性能好，价格低廉，且抗振性和耐磨性也较好的铸铁，大多数箱体零件也都选用HT20-40的铸铁。
因为毛坯才用铸铁铸造，这样其精度将大为提高，所以在制造毛坯时预留的加工余量可以适当的减少。
鉴于铸铁的优势，所以本箱体也将才用铸铁来制造毛坯。
为了不影响齿轮啮合精度，避免在工作时候产生噪音和震动，为了使轴的装配能相对简单，在齿轮啮合孔系之间，预留一定的传动齿轮副的中心距允差和齿轮啮合的精度的孔距，能减少轴承的磨损和发热，使轴的运转情况更加良好，使齿轮的使用寿命得到延长，使机器能保持较长时间较高的精度延长正常工作的时间。
一般都是采用装配或加工中的定位基准面来作为加工箱体的主要平面。
来确保不影响箱体与机器总装时的相对位置和接触刚度，以及箱体在加工过程中的定位精度。
3铸造工艺设计
3.1铸造工艺分析
3.1.1零件图分析
熟悉零件图图形各部分，而且要求提供的零件图必须是清晰无误，并且要有完整的尺寸和各种尺寸标记。
仔细对照图样。
注意零件图的结构是否符合铸造工艺性，有两个方面：
（1）查看零件结构是否符合铸造要求。
（2）在铸造过程中，考虑在既定的零件结构条件下可能出现的主要缺陷。
零件材料：
HT40
3.1.2零件技术要求
铸件重要的工作表面，在铸造是不允许有气孔、砂眼、渣孔等缺陷。
3.1.3选材的合理性
铸件所选材料是否合理，一般可以结合零件的使用要求、车间设备情况、技术状况和经济成本等常用铸造合金（如铸钢、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、铸造铝合金、铸造铜合金等）的牌号、性能、工艺特点、价格和应用等，进行综合分析，判断所选的合金是否合理。
3.1.4铸件结构工艺性
铸件壁厚不小于最小壁厚5-6mm，又在临界壁厚20-25mm以下。
3.2工艺方案的确定
3.2.1铸造方法的确定
铸造方法包括：
造型方法、造芯方法、铸造方法及铸型种类的选择
（1）造型方法、造芯方法的选择
根据手工造型和机器造型的特点，选择手工造型
（2）铸造方法的选择
根据零件的各参数，选择砂型铸造。
（3）铸型种类的选择
根据铸型的特点和应用情况选用自硬砂。
3.2.2浇注位置的确定
浇注位置选择的原则：
（1）部件的重要部分要置于底部；
（2）重要加工面应朝上或呈直立状态；
（3）使铸件的大平面朝下，避免结疤类缺陷；
（4）应保证铸件能充满；
（5）应有利于铸件补缩；
（6）应使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致；
所以浇注位置选择在箱体底部。
3.2.3分型面的选择
本铸件采用两箱造型，分型面选在机座中心面上。
图3-1分型面简图
3.3工艺参数
3.3.1加工余量的确定
根据造型方法、材料类型进行查询表3-1，查得加工余量等级为11-14，
取加工余量等级为12[3]。
表3-1造型方法、材料公差等级表
方法
公差等级CT
铸件材料
钢
灰铸铁
球墨铸铁
可锻铸铁
铜合金
锌合金
砂型铸造
11-14
11-14
11-14
11-14
10-13
10-13
手工造型
砂型铸造机器造型和壳型
8-12
8-12
8-12
8-12
8-10
8-10
金属型铸造（重力铸造低压铸造）
——
8-10
8-10
8-10
8-10
7-9
根据零件基本尺寸、加工余量等级。
铸件尺寸为基本公差数值为10。
根据零件尺寸公差、公差等级表3-2。
查得机械加工余量为5.5。
表3-2公差等级加工余量表
尺寸公差ＣＴ
10
11
加工余量ＭＡ
E
F
G
H
E
F
G
H
基本尺寸
加工余量数
100
2.5
1.5
3
2
3.5
2.5
4
3
3
2
3.5
2.2
4
3
4.5
3.5
>100-160
3
2
3.5
2.5
4
3
5
4
3.5
2.5
4
3
4.5
3.5
5.5
4.5
>160-250
3.5
2.5
4
3
5
4
6
5
4.5
3
5
3.5
6
4.5
7
5.5
>250-400
4
3
5
4
6
5
7.5
6.5
5
3.5
6
4.5
7
5.5
8.5
7
>400-630
4.5
3.5
5.5
4.5
6.5
5.5
8.5
7.5
5.5
4
6.5
5
7.5
6
9.5
8
>630-1000
5.5
4
6.5
5
8
6.5
10
8.5
6.5
4.5
7.5
5.5
9
7
11
9
3.3.2起模斜度的确定
根据所属的表面类型测量面高140，起模角度为0度25分（0.42°）。
3.3.3铸造圆角的确定
根据铸造方法和材料，最小铸造圆角半径为3。
3.3.4铸造收缩率的确定
根据铸件种类查表3-3得：
阻碍收缩率为0.8-1.0，自由收缩率为0.9-1.1。
表3-3铸铁阻碍收缩率自由收缩率表
铸铁种类
铸件种类
阻碍收缩率
下限（%）
阻碍收缩率
上限（%）
自由收缩率
下限（%）
自由收缩率
上限（%）
灰铸铁
中小型铸件
0.8
1
0.9
1.1
灰铸铁
大中型铸件
0.7
0.9
0.8
1
灰铸铁
特大型铸件
0.6
0.8
0.7
0.9
球墨铸铁
珠光体组织
0.8
1.2
1
1.3
球墨铸铁
铁素体组织
0.6
1.2
0.8
1.2
3.3.5最小铸造孔的选择
根据孔的深度、铸件孔的壁厚，最小铸孔的直径是80mm。
3.4浇注系统设计
（1）浇注位置的确定
根据内浇道的位置选择底注式。
（2）浇注系统类型选择
根据各浇注系统的特点及铸件的大小选用封闭式浇注系统。
（3）浇注系统尺寸的确定
3.4.1计算铸件质量：
按照铸件的基本尺寸（包括加工余量在内）计算出铸件的体积和铸件的质量。
其计算公式为：
式中m--铸件质量（g）；
p--金属材料的密度，对一般铸件可取p=7.2/cm3；
v--铸件的体积（cm3）；
对于不太复杂的铸件可以根据以上公式计算。
3.4.2各个浇道的截面积计算
奥赞公式法
该方法利用力学公式先求出浇注系统的最小横截面积，再根据不同工艺条件下的浇注系统各组元例，确定其它的横截面积。
铸铁件浇注系统最小横截面积计算公式
F=
（3-1）
式中F最小—最小横截面；
G—流过浇注系统最小横截面积的铸铁金属液总质量（kg）；
-金属材质密度（kg/cm）；
t—浇注时间（s）；
u—流量因数，量纲为1；
Hp—平均静压头（m）；
式中各参数的确定方法如下
（1）金属液总质量G的确定
根据铸件质量和生产类型选择铸铁件浇注系统占的质量百分比为20%，金属液总质量G=m×（1+20%）=42.8657kg×1.20=51.45kg。
（2）浇注时间t的确定
铸件壁厚取s1=2.2，浇注时间t=2.2×7.173=15.7s。
3.4.3冒口的设计
（1）铸铁件无冒口工艺设计的条件：
铸件的冷却模数M，要求铸件的，铸件太薄（如M<1），初始膨胀压力铁水反馈到浇注系统中去，形成无效膨胀力释放；
M=5954cm3/2786.31cm2=2.14cm<2.5cm,则需设冒口。
（2）冒口的计算方法
冒口的计算方法常用的有模数法、比例法和补缩液量法。
这里比例法。
根据本铸件的形状和加工明顶冒口。
用比例法确定铸件的冒口：
T为铸件的厚度或热节圆直径；这里设计冒口设置处壁厚T=45.5mm
由于减速器箱体为大批量生产，分成上下两半采用两箱造型。
采用中注式浇注系统，上面设几个冒口。
在直浇道下面设有横浇道。
浇注的时候重要的加工面应该向下，应为铸件的上表面容易产生砂眼、气孔等。
由于尽量使铸造工艺简单只采用一个分型面，这样可以提高铸造的精度[4]。
4减速器箱体的加工工艺设计
4.1加工工艺的设计
4.1.1设计原则
工艺规程设计的原则是在保证产品质量的前提下，应尽量提高生产率和降低生产成本。
应在充分利用本企业现在生产条件的基础上，尽可能采用国内外先进工艺技术和经验，并保证有良好的劳动条件。
工艺规程应做到正确、完整、统一和清晰，所用术语、符号、计量单位和编号等都要符合相应的标准。
4.1.2步骤和内容
（1）分析零件的零件图和结构图。
（2）工艺审查。
（3）确定毛坯的种类及其制造方法。
（4）拟定机械加工工艺路线。
（5）确定各工序所需的机床和工艺装备。
（6）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差。
（7）确定切削用量。
（8）确定各工序工时定额。
（9）总结工艺路线，从技术经济方面，对所制定的工艺方案应进行分析，把多种工艺方案进行比较，然后对最优方案进行优化，以此确定出最适合工艺方案。
（10）填写或打印工艺文件。
4.2基准的选择
4.2.1工艺基准
工艺基准是在工艺过程（加工和装配过程）中所采用的基准。
它包括以下4种类型。
（1）工序基准。
工序基准是在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。
所标注的倍加工面位置尺寸称为工序尺寸。
（2）定位基准。
定位基准是在加工中用于工件定位的基准。
作为基准的点、线、面，有时在工件上并不一定实际存在（如孔和轴的轴心线，两平面之间的对称中心面等），在定位时通过有关具体表面体现的，这些表面称为定位基面。
工件以回转表面（如孔、外圆）定位时，回转表面的轴心线是定位基准，而回转表面就是定位基面，工件以平面定位时，其定位基准与定位基面一致。
（3）测量基准。
测量基准是测量工件的形状、位置和尺寸误差时所采用的基准。
（4）装配基准。
“装配基准是在机器装配时，用来确定零件或部件在产品中的对位置所采用的基准”。
4.2.2定位基准的选择
在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作为定位基准。
这种定位基准称为粗基准。
在随后的工序中，用加工的表面做定位基准，则称为精基准。
（1）粗基准的选择
工件加工的优先工序所用基准先是粗基准，粗基准选择得对与否，不但会和第一道工序有影响，而且会对整个工件的整个加工过程产生全局的影响[5]。
选择粗基准，一般应遵循以下几项原则。
（a）保证零件加工表面相对不加工表面具有一定位置精度的原则。
（b）合理分配加工余量的原则
（c）便于装夹的原则。
（d）粗基准一般不得重复使用的原则。
（2）精基准的选择
精基准选择时，从整个工艺过程的角度来考虑，来保证零件的尺寸精度和位置精度，并且要使生产过程中的装夹方便可靠。
（a）基准重合原则。
应尽量选择加工表面的设计基准作为精基准。
（b）基准统一原则。
为了方便地加工大多数的表面，可以尽早的在工件上加工出一个可以作为唯一基准面并且达到一定要求的精度的基准，这样子，以后的加工工序，都可以以它作为基准进行加工。
（c）互为基准原则。
对某些位置精度要求高的表面，可以采用互为基准、反复加工的方法来保证其位置精度，这就是互为基准的原则。
（d）自为基准的原则。
对一些精度要求很高的表面，在精度加工时，为了保证加工精度，要求加工余量小而其均匀，这时可以已经精加工过的表面自身作为定位基准，这就是自为基准的原则[6]。
（e）便于装夹原则。
所选择得精度，尤其是主要定位面，应有足够大的面积和精度，以保证定位基准、可靠。
同时还应使夹紧机构简单、操作方便[7]。
4.2.3表面加工方法的选择
选择零件各表面的加工方法时，应该从零件加工质量，零件的生产率和制造成本方面考虑。
在设计工艺路线时，各表面由于精度和表面质量的要求，一般不可能只用一种方法一次加工就能达到要求。
对于主要表面，往往需要经过几次加工，由粗到精逐步达到要求[7]。
（1）表面的形状和尺寸；
（2）表面的精度与粗糙度；
（3）工件的材料与热处理；
（
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