毕业设计论文开题报告涡轮减速器箱体机械加工工艺规程及钻床夹具设计.docx

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毕业设计论文开题报告涡轮减速器箱体机械加工工艺规程及钻床夹具设计

本科毕业设计开题报告

题目：

涡轮减速器箱体机械加工工艺规程及钻床夹具设计

院（系）：

机械工程学院

班级：

机制08-1班

姓名：

学号：

指导教师：

教师职称：

教授

黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告

题目

涡轮减速器箱体机械加工工艺规程及钻床夹具设计

来源

工程实际

1、研究目的和意义：

1.1研究目的

本题目是根据机械设计制造及其自动化专业的机械制造方向的培养目标、典型零件机械加工工艺规程与工艺装备设计要求而拟毕业设计题目，目的是提高我们理论联系工程实际和工程实际设计能力。

毕业设计是综合运用机械设计制造及其自动化专业的专业知识，分析和解决实际工程问题的一次深入的综合性训练。

通过毕业设计能使我们熟悉制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力，以及设计机床夹具的能力。

通过设计过程，熟悉有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库。

也作为我们未来从事机械制造技术工作的一次重要的基本训练。

根据涡轮减速器箱体的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，提高结构设计能力。

培养我们熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。

进一步培养我们识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。

1.2研究意义

我设计的题目是“涡轮减速器箱体机械加工工艺规程及钻床夹具设计”，本题目的设计重点是机械加工工艺规程和工艺装备设计。

涡轮减速器箱体做为涡轮蜗杆的支撑和定位零件，其主要作用支撑各传动轴，保证各轴之间的中心距及平行度，并保证涡轮减速器箱体各部件的正确安装。

涡轮减速器箱体的工艺编制是否合理，直接关系到零件最终能否达到质量要求。

机械加工工艺过程是用切削方法改变毛坯形状、尺寸和材料的物理性质，使其成为具有所需要的一定精度、粗糙度等的零件。

机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺的过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产。

机械加工工艺规程一般包括一下内容：

工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺设备、工艺的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。

夹具的设计也是必不缺少的一部分，机床夹具是机械制造中一项重要的工艺装备，工件通过机床夹具进行安装，包含工件通过夹具上的定位元件获得正确的位置、通过夹紧机构使工件的既定位置在加工过程中保持不变两个方面。

这样就可以保证工件加工表面的位置精度，且精度稳定。

使用夹具安装工件，可以减少划线、找正、对刀等辅助时间，采用多件、多工位夹具、以及气动、液压动力夹具夹紧装置，可以进一步减少辅助时间，提高生产率。

通过本题目可以使我们对机械加工工艺的规程制定及工艺装备的设计有较深入的学习。

2、国内外发展情况（文献综述）：

2.1国内外机械加工工艺的发展情况

机械加工工艺及夹具随着科技的发展，并且与计算机技术、数控技术、控制论及系统工程与制造技术的结合为制造系统，形成现代制造工程学。

而物料流、能量流、信息流是组成制造系统的三个基本要素。

现代加工逐渐演变为集成化的系统加工，这虽减轻了工人的劳动强度，但同时对工人的知识水平要求较高。

这需要我们全方位的认知现代科技知识。

因此，在以后的学习中需要我们全方位的学习其各个相关领域的知识，不能只注重一点，为将来的人才战略提出了新的要求[1]。

制造业是国民经济的支柱产业，直接体现了一个国家的生产力水平，对产品质量有着重大的影响。

而工艺与装备是制造业的基础，工艺是人、机料等软、硬要素集成的一项基础工程，它贯穿于产品生产的全过程[2]。

工业发达国家极为重视工艺与装备问题，21世纪装备制造应是中国与发达国家竞争的主要领域之一[3]。

自建国以来，特别是改革开放30多年来，我国机械制造业取得了较快发展，制造工艺取得了长足进步。

但与西方先进工业国家相比，还存在着明显差距，我国的装备制造业发展速度相对缓慢，装备制造业工艺水平与国际先进水平相比，在技术方面仍有一定差距，主要表现为“两低”、“两高”，即产品精度和生产效率低，工艺成本和环境污染高。

因此，要充分认识机械制造工艺在振兴我国装备制造业中的基础性作用[4]。

在机械制造工艺不断发展的今天，其在国外表现出全球化、自动化、环保化、虚拟化、网络化等发展趋势[5]。

而我国的现代机械制造加工工艺主要沿着“广义制造”（或称“大制造”）的方向发展，具体的发展方向可以归纳为四个方面和多个大项目。

这四个方面体现为现代设计技术、现在成形和改性技术、现代加工技术、制造系统和管理技术，大项目则包括分层制造技术、微纳米制造技术、高速加工技术等[6]。

当前，我国工艺发展的重点是并行设计、创新设计、改性技术与现代成形、材料成形过程仿真和优化等[7]。

2.2国内外夹具发展情况

通用夹具一般被认为是在19世纪后期出现的，当时欧美工厂中出现天轴传动的车床，同时又有了夹持的卡盘，因为两者不可分割，这是最早出现的夹具。

20世纪初，美国美国福特汽车公司推出T型轿车，订单随之激增。

当时的机床精度还较差，为了保证零件的互换性，达到要求的孔距精度，出现壳钻模和镗模，有效地提高了生产率。

到了20世纪20年代初，美国汽车工业的年产量已超过百万辆以上的规模。

“普通通用机床+专用夹具”这一生产方式拉开了近现代大批量生产的帷幕[8]。

夹具的发展历程，大约可以分为三个阶段：

第一个阶段，主要表现在夹具与人的结合上，这时夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，使得加工效率提高；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧；第三阶段，表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备[9]。

随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。

20世纪80年代以后，夹具在制造业中不仅应用于传统的机械加工领域，而且扩大到了检验、焊接等多种生产过程[10]。

夹具结构和设计的发展主要受生产模式、制造工艺、机床或设备发展的影响。

随着数控机床、加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统等现代化加工设备的广泛应用，传统的机械加工方法发生了重大变革，由一次装夹多面加工代替了传统的多次装夹和多次加工，由大批量生产转变为多品种小批量的生产。

而数字化设备加工功能的扩大化，已经将夹具引导刀具的功能完全替代了，给今后夹具的快速定位、快速装夹提出了更高的要求[11]。

随着机械制造业的飞速发展，产品的更新换代越来越快，传统的大批量生产模式逐步被中小批量生产模式所取代，机械制造系统欲适应这种变化需具备较高的柔性。

国外己把柔性制造系统（FMS）作为开发新产品的有效手段，对机床夹具提出了新的要求，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济以及计算机辅助夹具设计等方向发展[12]。

夹具元件多功能模块化，能单独使用也能与其他元件组合在一起使用的多功能模块化单元体的比例将进一步增加，如现在使用的各种定位夹紧座、定位压紧支承、精密虎钳等模块式单元体具有定位、夹紧以及调节的综合功能，可以一件单独使用，也可以几件组装在一起使用，T形基础、方箱能组装成一次能装夹多件相同或不相同的工件的夹具，使用这种夹具可以减少机床的停机时间，最大限度发挥数控、加工中心机床的高效性能[13]。

专用夹具、组合夹具一体化，现代化加工设备的多功能化，使工艺过程高度集中、工件一次定位装夹后能完成多工序加工，这就需要一种通用而又能重复使用的组合可调式的夹具系统。

它是由一系列统一化、标准化的元件和合件组成，利用这些元件、合件组装成各种不同形式、不同结构、可重复使用的夹具，供单件或中小批量生产使用。

这种夹具系统保留了组合夹具的各种优点，组装又像专用夹具那样简单可靠。

为了便于夹具与机床定位连接，夹具基体有统一标准的定位连接位置，使之专用、组合夹具向着一体化、组合化方向发展，以满足现代化加工设备的需要[14]。

夹具设计自动化，也是现代夹具发展的趋势之一。

随着市场竞争日益激烈，传统人工设计夹具的方法已无法满足现代制造业生产的需要。

20世纪70年代后期，随着计算机技术的普及、CAD的出现，由于夹具的图形不大、结构比一般机械设备的结构简单，因此自然而然地想到将CAD技术用于夹具设计。

因而，出现了计算机辅助夹具设计（CAFD）技术[15]。

白俄罗斯Раковнц院士早于1970年已发表了“在钻模版上设计长槽窗口的算法”一文。

此后20世纪70年代前期Раковнц院士发表了10篇有关在工艺装备和夹具设计中应用计算机的文章。

20世纪80年代在美国也出现了有关“计算机辅助夹具设计”的文章、我国从20世纪80年代中期开始研究CAFD技术；到20世纪90年代初，清华大学开发了计算机辅助组合夹具夹具设计系统。

随着CAFD技术的进一步发展和现代生产的需求，对组合夹具的设计和构形自动化、智能化提出了更高的要求[16]。

3、研究/设计的目标：

3.1涡轮减速器箱体加工工艺设计的目标

涡轮减速器箱体的主要技术要求是对孔和平面的精度和表面粗糙度的要求，支撑孔的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度，孔与孔的轴线之间的相互位置精度（平行度、垂直度），装配基准面与加工时的定位基准面的平面度和表面粗糙度，各支承孔轴线和平面基准面的尺寸精度、平行度和垂直度。

加工时，按照先粗后精，加工面再加工孔的原则进行加工，这样才能加工出质量合格、符合技术要求的零件。

3.2钻床夹具设计的目标

夹具的设计则应在满足基本使用功能的基础上，尽量保证涡轮减速器箱体各部分的加工精度。

尽量优化、简化夹具结构，降低生产成本。

对夹具体以下有几点要求：

1）有适当的精度和尺寸稳定性

2）有足够的强度和刚度

3）结构工艺性好

4）在机床上安装稳定可靠。

4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：

4.1涡轮减速器箱体机械加工工艺的设计方案

本题目加工涡轮减速器箱体零件如图1所示：

图1零件图

（1）工艺路线方案一

工序1铣底面。

工序2钻4×Φ13.5锪平Φ24的孔。

工序3粗铣Φ98的左右侧面和工件的左侧面。

工序4铣前后Φ65的凸台面。

工序5铣Φ36凸台面。

工序6粗镗Φ74孔、孔口倒角2.5×45°，粗镗Φ132孔。

工序7钻扩铰Φ18H7孔,孔口倒角1×45°。

工序8精镗Φ74H7孔和Φ132H8的孔。

工序9精扩铰Φ18H7孔。

工序10钻M12-6H螺纹底孔，孔口倒角2×45°，攻螺纹M12-6H。

工序11钻4×M10-7H螺纹底孔，攻螺纹4×M10-7H。

工序12钻4×M8-7H螺纹底孔，攻螺纹4×M8-7H。

（2）工艺路线方案二

工序1铣底面。

工序2钻4×Φ13.5锪平Φ24的孔。

工序3粗铣Φ98的左右侧面和工件的左侧面。

工序4铣前后Φ65的凸台面。

工序5铣Φ36凸台面。

工序6钻扩铰Φ18H7孔,孔口倒角1×45°。

工序7粗镗Φ74孔、孔口倒角2.5×45°，粗镗Φ132孔。

工序8精铣Φ98凸台的左侧面和工件的左侧面。

工序9精镗Φ74H7孔和Φ132H8的孔。

工序10钻M12-6H螺纹底孔，孔口倒角2×45°，攻螺纹M12-6H。

工序11钻4×M10-7H螺纹底孔，攻螺纹4×M10-7H。

工序12钻4×M8-7H螺纹底孔，攻螺纹4×M8-7H。

（3）工艺方案的比较与分析

上述两个工艺方案的特点在于：

两个方案都是按先粗后精，加工面再加工孔的原则进行加工的。

方案一是先加工Φ74孔、孔口倒角2.5×45°，Φ132孔。

然后以底面为基准经过尺寸链换算找正Φ18的中心线再来加工孔Φ18H7孔，而方案二则与此相反，先钻、扩、铰Φ18mm,倒角45°，然后以孔的中心线为基准找正Φ74孔的中心线来加工孔，这时的垂直度和精度容易保证，并且定位和装夹都很方便。

因此，选择方案二是比较合理的。

4.2钻床夹具设计方案

（1）定位方案的选定

该零件的定位方案我选择的是一面两孔定位方式。

这种定位方式在涡轮减速器箱体、杠杆、盖板等类零件的加工中用的很广。

工件的定位面一般是加工过的精基面，两定位孔可能是工件上原有的，也可能是专为定位需要而设置的工艺孔。

当工作部分直径D<3mm时采用小定位销（JB/T8014.1－1999），夹具体上应有沉孔，使定位销圆角部分沉入孔内而不影响定位。

大批量生产时，应采用可换定位销（JB/T8014.3－1999）。

工作部分的直径，可根据工件的加工要求和安装方便，按g5、g6、f6、f7制造，与夹具体配合为H7/r6或H7/n6，衬套外径与夹具体配合为H7/h6，其内径与定位销配合为H7/h6或H7/h5。

当采用工件上孔与端面组合定位时，应该加上支承垫板或支承垫圈。

（2）夹具夹紧装置的确定

两个Φ10mm孔中的圆柱销共同承受钻孔时的切削扭矩。

在钻M12-6H的螺纹底孔时，由于孔径较小，切削扭矩和轴向力较小，并且轴向力可以使工件夹紧，因此，在确定夹紧方式时就可以不考虑轴向切削力的影响，即可以不施加夹紧力来克服轴向切削力。

但由于切削扭矩会使工件产生旋转，因此需要对工件施加向下压的夹紧力来克服切削扭矩。

为便于操作和提高机构的效率，采用转动压板夹紧机构，其力的作用点落在靠近加工孔的120°圆弧端面上。

本夹具对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。

为此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。

用夹具装夹工件有下列优点：

1）能稳定的保证工件的加工精度：

用夹具装夹工件时，工件相对于道具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工极度趋于一致。

2）能提高劳动生产率：

使用夹具装夹工件方便、快捷，工件不需要划线找正。

5、方案的可行性分析：

5.1涡轮减速器箱体加工工艺方案可行性分析

通过对涡轮减速器箱体的加工工艺路线的确定，该零件的加工以底面作为基准是合理的，按照有关零件的粗基准的选择原则：

当零件有不加工表面时，应选择这些不加工的表面作为粗基准，当零件有很多个不加工表面的时候，则应当选择与加工表面要求相对位置精度较高大的不加工表面作为粗基准，从零件图分析得知，涡轮减速器箱体以底面作为粗基准。

精基准的选择主要考虑基准重合的问题，选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。

采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能得到可靠的保证。

本加工工艺方案满足粗基准选择的五项要求及精基准选择的五项原则，以该方案可行。

5.2设计钻床夹具方案可行性分析

该夹具为钻床使用的专用夹具，此类夹具的特点是针对性强、结构紧凑、操作简便、生产率高。

在本次设计中，夹具的设计满足机床夹具总体方案设计的基本要求，充分保证零件加工质量，具有较高的生产效率和较低的制造成本以及具有良好的结构工艺性。

所以该方案可行。

6、该设计的创新之处：

（1）本夹具操作方便、安全和省力。

（2）本工艺的生产准备周期短，生产效率高。

7、设计产品的主要用途和应用领域：

产品的主要用途：

加工涡轮减速箱体的孔及螺纹加工，保证加工质量，提高生产力，降低生产成本，并且减轻工人的劳动强度。

产品的应用领域：

主要用于立式钻床上加工直径较小的单孔或摇臂钻床加工平行孔系。

8、时间进程：

2012年3月12日～2012年3月18日在齐齐哈尔机床厂，收集涡轮减速箱箱体的相关资料

2012年3月19日～2012年3月25日在校图书馆和实训中心，了解箱体类零件的工作原理和夹具结构设计

2012年3月26日～2012年4月2日在校图书馆查阅互联网，了解机械加工工艺的编制和主要零部件的设计

2012 年 4月3日～2012年4月9日   完成实习总结和实习日记

2012 年 4月10日～2012年4月16日    完成开题报告

2012 年 4月16日～2012年4月22日   编写零件加工工艺，填写工艺卡片

2012 年 4月23日～2012年4月29日   夹具设计及计算

2012 年 4月30日～2012年5月16日  夹具主要零件设计

2012 年 5月19日～2012年6月3日完成部件图、零件图及装配图

2012 年 6月4日～2012年6月10日   编写毕业设计说明书、审图、修改

2012 年 6月11日～2012年6月15日  答辩

9、参考文献：

1马晓春.我国现代机械制造技术的发展趋势[J].森林工程.2002,（3）：

10-14.

2赵志修.机械制造工艺学[M].北京：

机械工业出版社,1985：

4-5.

3赵志勇,王丽杰.机械加工工艺规程的发展[J].科技资讯.2009,（6）：

25-29.

4王世敬,温筠.现代机械制造技术及其发展趋势[J].石油机械.2002,（11）：

8-10.

5曾爱新.谈机械加工工艺的发展趋势[J].职园培地，2002,（8）：

26-27.

6秦嵩,周伟.浅谈提高机械加工工艺的方法[J].科学时代.2011,（11）：

22-23.

7王颖. 机械加工工艺规程及工艺文件[J]. 科技资讯,2008,（30）：

44.

8朱耀祥,浦林祥.现代夹具设计手册[M].北京：

机械工业出版社,2010：

2-3

9贾建华,范建蓓.柔性夹具在现代制造业中的应用与展望[J].机电工程.2005,（12）：

53-55.

10朱耀祥.柔性夹具与计算机辅助夹具设计技术[J].制造技术与机床.2000,（8）：

12-15.

11隋聚艳.夹具的发展及其趋势分析[J].现代商贸工业.2009,（4）：

20-22.

12朱耀祥.计算机辅助组合夹具设计系统的研究[J].机械工程学报.1994,（5）：

32-33.

13王凤鲜.浅谈组合夹具的重要作用[J].科技情报开发与经济.2008,（13）：

16-18.

14张亚明.机床夹具分类与构成[J].科技资讯.2008,46（5）：

2-5.

15卢克超,周利平.计算机辅助专用夹具CAD系统开发和研究[J].科技资讯.2006,（5）：

10-11.

16蔡瑾，段国林，姚涛，等.计算机辅助夹具设计技术回顾与发展趋势综述[J].机械设计，2010,

（2）：

1-4.

指导教师意见

教师签字：

年月日

开题答辩小组意见：

组长签字：

成员签字：

年月日

毕业设计领导小组意见:

组长签字：

年月日