夹具设计报告 机械制造工艺课程设计.docx
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夹具设计报告机械制造工艺课程设计
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72075班张步阳设计工欲善其事，必先利其器
中国地质大学（武汉）
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72075班张步阳设计工欲善其事，必先利其器
夹具装配图
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72075班张步阳设计工欲善其事，必先利其器
气缸安装图
双作用双活塞气缸
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72075班张步阳设计工欲善其事，必先利其器
第一章
第二章
产品概述...........................................................................2
箱体的工艺分析.....................................................................4
2.1图纸的技术要求分析....................................................................4
第三章
生产纲领........................................................................6
材料的选择和毛坯的制造方法的选择及毛坯图..........................................6
第四章
4.1
4.2
4.3
材料选择.............................................................................6
毛坯制造方法的选择...................................................................7
毛坯图的绘制.........................................................................9
第五章
定位基面的选择及分析..............................................................11
5.1
5.2
粗精基准的选择.......................................................................11
各加工面基准表.......................................................................11
第六章
第七章
加工工作量及加工手段组合..........................................................12
大致工艺过程.................................................................13
铣凸台工序的夹具设计
第八章铣凸台工序的夹具设计与计算............................21
8.1夹具设计应遵循的原则............................................21
8.2切削力的计算....................................................22
8.3机动时间的计算及工序时间定额的确定..............................24
8.4定位方式的选择..................................................25
8.5夹紧机构的设计..................................................25
8.6气缸的选用..............................................................26
第九章铣凸台的工序卡片.......................................30
实习总结..........................................................32
参考文献..........................................................33
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第一章产品概述
箱体是减速器（如图1-1）中所有零件的基座，是支撑和固定轴
系部件、保证传动零件的正确相对位置并承受作用在减速器上载荷的
重要零件，在整个减速器总成中的起支撑和连接的作用，它把各个零
件连接起来，支撑传动轴，保证各传动机构的正确安装。
箱体一般还
兼做润滑油的油箱，具有充分润滑和良好密封箱内零件的作用。
1-1单级锥齿轮减速箱结构
为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体大多做成剖分式（如下
图），由机座和机盖组成，取轴的中心线所在平面为剖分面。
机座与
机盖采用普通螺栓联结，用圆锥销定位。
箱体的材料、毛坯种类与减
速器的应用场合及生产数量有关。
铸造箱体通常采用灰铸铁铸造。
铸
造箱体的刚性较好，外型美观，易于切削加工，能吸收振动和消除噪
声，但重量较重，适合于成批生产。
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72075班张步阳设计工欲善其事，必先利其器
1-2机盖1-3机座
变速器箱体是典型的箱体类零件，其结构和形状复杂，壁薄，外
部为了增加其强度加有很多加强筋。
有精度较高的多个平面、轴承孔，
螺孔等需要加工，因为刚度较差，切削中受热大，易产生震动和变形。
箱体零件是机器或部件的基础零件,它把有关零件联结成一个整
体,使这些零件保持正确的相对位置,彼此能协调地工作.因此,箱体
零件的制造精度将直接影响机器或部件的装配质量,加工质量的优
劣，将直接影响到轴和齿轮等零件位置的准确性，也为将会影响减速
器的寿命和性能进而影响机器的使用性能和寿命.因而箱体一般具有
较高的技术要求.
由于机器的结构特点和箱体在机器中的不同功用,箱体零件具有
多种不同的结构型式,其共同特点是:
结构形状复杂,箱壁薄而不均匀,
内部呈腔型;有若干精度要求较高的平面和孔系,还有较多的紧固螺
纹孔等.
箱体零件的毛坯通常采用铸铁件.因为灰铸铁具有较好的耐磨性,
减震性以及良好的铸造性能和切削性能,价格也比较便宜.有时为了
减轻重量,用有色金属合金铸造箱体毛坯（如航空发动机上的箱体等）.
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72075班张步阳设计工欲善其事，必先利其器
在单件小批生产中,为了缩短生产周期有时也采用焊接毛坯.
毛坯的铸造方法,取决于生产类型和毛坯尺寸.在单件小批生产
中,多采用木模手工造型;在大批量生产中广泛采用金属模机器造型,
毛坯的精度较高.箱体上大于30—50mm的孔,一般都铸造出顶孔,以
减少加工余量.
变速箱的大批量生产的机加工工艺过程中，其主要加工面有轴承
孔系及其端面，平面，螺纹孔，销孔等。
因此加工过程中的主要问题
是保证的孔的精度及位置精度，处理好孔与平面的相互关系。
第二章箱体的工艺分析
2.1图纸的技术要求分析
1.箱体零件的结构工艺性.
箱体的结构形状比较复杂，加工的表面多，要求高，机械加工的
工作量大，结构工艺性有以下几方面值得注意：
1）、本箱体加工的基本孔可分为通孔和阶梯孔两类，其中通孔
加工工艺性最好，阶梯孔相对较差。
2）、箱体的内端面加工比较困难，结构上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，当内端面的尺寸过
大时，还需采用专用径向进给装置。
3）、为了减少加工中的换刀次数，箱体上的紧固孔的尺寸规格
应保持一致，本箱体连接螺栓孔的直径均为17mm。
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零件名称
设计说明
①速器箱体铸成后，应清理并进行时效处理；
②机盖和机座合箱后，边缘应平齐，相互错位每边不大于2㎜；
③应检查与机座接合面的密封性，用0.05㎜塞尺塞入深度不得大
于结合面宽度的1／3，用涂色法去检查接触面积达每个结合面一个
斑点；
机
盖
④与机座连接后，打上定位销进行镗孔，镗孔时接合面处禁放任何
衬垫；
⑤机械加工未标注偏差尺寸处精度为IT12；
⑥铸造尺寸精度为IT18；
⑦未注明的倒角为C2，粗糙度为Ra12.5；
⑧未注明的铸造倒角半径为R＝3～5㎜。
①机座的上端面的粗糙度为Ra1.6；
②机盖和机座的接合面处的平面度为0.025；
③窥视口面的粗糙度为Ra12.5；
机
座
④轴承孔的圆柱度为0.012；
⑤轴承孔的中心平行度为0.025；
⑥轴承孔的上偏差是0.040，下偏差是0；
⑦输出轴承孔的内壁的粗糙度为Ra2.5、输入轴承孔的内壁的粗糙
度为Ra1.6；
⑧输出轴承孔的同轴度为0.03；
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⑨输出（入）轴承孔两端面与输出（入）轴中心线的垂直度为0.01；
⑩机座不得漏油。
第三章生产纲领
年产量Q＝20000（件/年），该零件在每台产品中的数量n=1（件
/台），废品率α＝3％，备品率β＝5％。
由公式N＝Q×n（1＋α＋β）得：
N＝10000×1×（1＋3％＋5％）=21600
查表（《机制工艺生产实习及课程设计》中表6－1）确定的生产
类型为大量生产。
因此，可以确定为Y流水线的生产方式，又因为在加工箱盖和底
座的时候有很多的地方是相同的，所以可选择相同的加工机床，采取
同样的流水线作业，到不同的工序的时候就采用分开的方法，所以可
以选择先重合后分开再重合的方式的流水线作业。
虽然是大批量生
产，从积极性考虑，采用组合机床加工，流水线全部采用半自动化的
设备。
第四章材料的选择和毛坯的制造方法的选择及毛坯图
4.1材料的选择
由于减速器箱体的外形与内形状相对比较复杂，而且它只是用来
起连接作用和支撑作用的，综合考虑，抗拉强度小于200MPa，所以
我们可以选用灰口铸铁（HT200），因为铸铁中的碳大部分或全部以自
由状态片状石墨存在。
断口呈灰色。
它具有良好铸造性能、切削加工
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性好，减磨性，加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复
杂铸件和耐磨件，又由于含有石墨，石墨本身具有润滑作用，石墨
掉落后的空洞能吸附和储存润滑油，使铸件有良好的耐磨性。
此外，
由于铸件中带有硬度很高的磷共晶，又能使抗磨能力进一步提高，这
对于制备箱体零件具有重要意义。
如果没有HT200时此种材料可以用
45号钢，经正火或退火处理就可以达到强度和韧性。
.
4.2毛坯的制造方法
金属型铸造：
是以金属型模腔上覆以涂层作为型腔，有时辅以
沙芯作内腔的铸造方法。
铸造冷却速度快，铸件内部组织致密，机械
性能较高，单位生产面积产量高，但零件尺寸大小，几何形状复杂程
度有一定限制，仅适于成批与大量生产，一般不宜与单件或小批量生
产。
根据零件图可知，减速箱上除主要的轴承孔是铸造的外，其它的
孔都是机械加工出来的。
因为查表得：
在大量生产的时候通孔的最小
直径是30㎜。
这些不铸造的孔留待机械加工时钻出。
由于减速器箱体为大批量生产，必须采用自动线机器造型，因此
分型面造在轴承孔的连线上，分成上下两半，采用两箱造型铸造。
采
用中注式浇注系统，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，因为铸件的上表面容易产生砂眼、气孔等。
为了补缩，
上面设几个冒口。
为了造型时方便拔模而设计了拔模斜度。
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4-1机盖铸造工艺图
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4-2机座铸造工艺图
4.3毛坯图的绘制
机盖
毛坯的外廓尺寸：
考虑其加工外廓尺寸为590×350×140mm，取机盖结合面的加工
余量为5mm，凸台面加工余量为3mm，其余加工面的加工余量为
4mm。
故
毛坯长：
590+4=594mm
宽：
350+2×4=358mm
高：
140+3=143mm
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72075班张步阳设计工欲善其事，必先利其器
机座
毛坯的外廓尺寸：
考虑其加工外廓尺寸为400×350×230mm，取机座结合面的加工
余量为5mm，凸台面加工余量为3mm，其余加工面的加工余量为
4mm。
故
毛坯长：
590+4=594mm
宽：
350+2×4=358mm
高：
230+5=235mm
毛坯图如下
4-3机盖毛坯图
4-4机座毛坯图
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第五章定位基面的选择及分析
5.1定位基准的选择
定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后确定粗基准。
精基准的选择
根据大批大量生产的减速器箱体通常以底面和两定位销孔为精基准，机盖则
以结合面作为精基准。
在一次安装下，可以加工除定位面以外的所有五个面上
的孔或平面，也可以作为从粗加工到精加工的大部分工序的定位基准，实现“基
准统一”；此外，这种定位基准的选择夹紧方便，工件的夹紧变形小；易于实现
自动定位和自动夹紧，且不存在基准不重合误差。
粗基准的选择
加工的第一个平面是箱盖和箱座的接和面，由于分离式箱体轴承孔的毛坯孔
分布在箱盖和箱座两个不同部分上很不规则，因而在加工箱盖和箱座的接和面
时，无法以轴承孔的毛坯面作粗基准，而采用箱体上的接合面作为粗基准。
这
样粗基准和精基准“互为基准”的原则下统一，可以保证结合面的平行度，减少
箱体装合时对合面的变形。
5.2各加工面基准表
工件
工序内容
粗铣箱盖凸台面
粗精铣箱盖结合面
粗精铣窥视孔端面
钻起吊螺钉孔
定位基准
箱盖的结合面
箱盖的凸台面
箱盖的结合面
箱盖的结合面
箱盖
钻窥视孔台阶面螺钉孔
箱盖的结合面
攻起吊螺钉孔和窥视孔台阶面螺钉孔
粗铣机座底面
箱盖的结合面
机座的结合面
机座底面
粗精铣机座结合面
精铣机座底面
机座结合面
机座结合面
粗铣机座凸台面
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粗铣排油口台阶面
机座结合面
机座结合面
机座结合面
机座结合面
箱座（机座）
粗铣游标台阶面
钻地角螺栓孔
钻排油螺栓孔和游标孔
粗精镗镗输出轴承孔
粗精镗镗输入轴承孔
粗精铣输入轴承孔端面
粗精铣输出轴承孔端面
钻上机座连接螺栓孔
锪上机座连接螺栓沉头座孔
钻输入与输出轴承盖孔
机座底面
机座底面
机座底面
机座底面
机座底面
机座底面
机座底面
合箱后
第六章加工工作量及加工手段组合
减速器箱体主要加工面有五个，机盖结合面、机座结合面、机座
底面、输入轴承孔端面、输出轴承孔端面。
此外，除了要镗轴承孔外，
还要加工的有上机座螺栓孔，机盖吊环孔、窥视孔台阶面、机座底面
螺栓孔、游标空、排油孔、油槽、上机座定位销孔。
下面查工序确定各工序的尺寸和偏差
1、机座与机盖结合面
A、加工工序：
粗铣—半精铣—精铣
B、工序余量：
粗铣后3.0，半精铣1.5，精铣0.5
C、工序公差：
毛坯±1.5，粗铣IT10，半精铣IT8，精铣IT7
D、工序尺寸：
精铣15+
00.025Ra1.6半精铣15.50+0.06Ra6.3，粗铣
170+0.12Ra12.5，毛坯20-+11..55
2、窥视孔台阶面
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A、
加工工序：
粗铣
B、工序余量：
粗铣5.0
C、工序公差：
毛坯±1.5，粗铣IT12
D、
3、机座底面
E、
工序尺寸：
铣50+0.185Ra12.5，毛坯10-+11..55
加工工序：
铣
F、工序余量：
铣5.0
G、工序公差：
毛坯±1.5，粗铣IT12
H、
4、轴承孔端面
A、加工工序：
粗铣—精铣
工序尺寸：
铣250+0.3Ra12.5，毛坯30-+11..55
B、工序余量：
粗铣4.5，精铣0.5
C、工序公差：
毛坯±1.5，粗铣IT13，精铣IT7
D、工序尺寸：
精铣
+0.035，粗铣355.5+0.54，毛坯355+1.6
3500
0-1.6
粗糙度Ra：
粗铣Ra12.5，精铣Ra3.2
6、输入（出）轴承孔
A、加工工序：
粗镗—半精镗--精镗—金刚镗
B、工序余量：
粗镗3，半精镗1.4，精镗0.5，细镗0.1
C、工序公差：
毛坯±1.5，粗镗IT12，半精镗IT10，精镗IT9，
金刚镗IT7
D、工序尺寸：
金刚镗φ140+0.040Ra1.6，精镗φ139.9+0.1Ra3.2，
0
0
半精镗φ139.4+0.16Ra6.3，粗镗φ138+0.4Ra12.5毛坯φ135+1.5
-1.0
0
0
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第七章大致工艺过程
在拟定工艺过程的时候应考虑，先面后孔，先粗后精，工序
适当等原则。
整个加工过程分为两个大的阶段，先对箱盖和箱体
分别进行加工，而后再对装配好的整体进行加工。
第一阶段主要
完成上机座结合面以及与合箱无关的部分的加工，为箱体的装合
做准备；第二阶段为在装合好的箱体上加工轴承孔及其端面和上
机座螺栓连接孔。
在两个阶段之间应安排钳工工序，将盖与底座
合成箱体，并用二锥销定位，使其保持一定的位置关系，以保证
轴承孔和螺栓连接孔的加工精度和撤装后的重复精度。
箱盖：
工序号
工序名称
毛坯铸造
清砂
工序内容
定位基准
设备
刀具
1
2
清除浇注系统，冒口，
型砂，飞边，飞刺等
人工时效处理
3
4
5
热处理
涂漆
铣
X62W
铣箱盖凸台面
保证:
箱盖结合
面
高速钢立
铣
刀
○输入与输出轴两侧1
W18Cr4V
的凸台尺寸为
600+0.3
，表面粗糙度
为Ra12.5
○右侧起吊螺钉凸台2
尺寸为1400+0.4
，表面
粗糙度为Ra12.5
○左侧起吊螺钉凸台3
尺寸为1050+0.35
，表面
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粗糙度为Ra12.5
6
X53K
粗铣
粗铣箱盖结合面
箱盖凸台
面
硬质合金
面铣刀
保证：
结合面尺寸170+0.12
，表
面粗糙度为Ra12.5
7
8
半精铣
半精铣箱盖结合面
保证：
箱盖凸台X53K
面
硬质合金
面铣刀
结合面尺寸
15.40+0.06
，表面粗糙
度为Ra6.3
精铣箱盖结合面
X53K
X53K
Z3025B
精铣
箱盖凸台
面
硬质合金
面铣刀
保证：
结合面尺寸150+0.025
，
表面粗糙度为Ra1.6，
平面度为0.025
铣窥视孔台阶面
保证：
9
铣
箱盖结合
面
硬质合金
面铣刀
窥视孔台阶面尺寸
+0.185
0
5
，表面粗糙度
为Ra12.5
10
锪孔
锪起吊螺钉沉头座
保证：
机座底面
锪钻
○右侧起吊螺钉沉头座1
的直径为φ40，距离输出
孔轴线的距离为1700+0.4
○右侧起吊螺钉沉头2
座的直径为φ40，距
离输出孔轴线的距离
为2000+0.46
11
Z3025B
钻孔
钻起吊螺钉孔
箱盖结合
面
麻花钻
保证：
○右侧起吊螺钉孔直径1
19
72075班张步阳设计工欲善其事，必先利其器
为φ12，距离输出孔轴线
的距离为1700+0.4
○右侧起吊螺钉孔的2
直径为φ12，距离输
出孔轴线的距离为
2000+0.46
12
Z3025B
Z3025B
钻孔
攻丝
钻窥视孔台阶面螺钉箱盖结合
麻花钻
丝锥
孔
面
13
攻起吊螺钉孔和窥视箱盖结合
孔台阶面螺钉孔
面
（如果是小批单件生产，加工工艺过程中应安排划线的工序，但由
于是大量生产，采用流水线生产，故省略划线工序。
）
机座：
工序号工序名称
工序内容
定位基准
设备
刀具
1
2
毛坯铸造
清砂
清除浇注系统，冒口，
型砂，飞边，飞刺等
人工时效处理
3
4
5
热处理
涂漆
铣
X53K
铣机座底面
保证：
机座结合
面
硬质合金面
铣刀
底座厚度为250+0.3
，底座
表面粗糙度为Ra12.5
粗铣机座结合面
保证：
6
7
X53K
X53K
粗铣
机座底面
硬质合金面
铣刀
结合面尺寸，表面粗糙
度为Ra12.5
半精铣
半精铣机座结合面
保证：
箱盖凸台
面
硬质合金面
铣刀
20
72075班张步阳设计工欲善其事，必先利其器
结合面尺寸15.40+0.54
，
，
表面粗糙度为Ra6.3
精铣机座结合面
8
X53K
X53K
X62W
精铣
机座底面
硬质合金面
铣刀
保证：
结合面尺寸150+0.025
表面粗糙度为Ra1.6，平
面度为0.025
9
铣
铣机座底面
机座结合
面
硬质合金面
铣刀
保证：
保证机座厚度为
25.40+0.3
，表面粗糙度为
Ra12.5
10
铣
铣机座凸台面
保证:
机座结合
面
高速钢立铣
刀
W18Cr4V
输入与输出轴两侧的凸
台尺寸为600+0.3
，表面
粗糙度为Ra12.5
铣排油口台阶面
保证:
11
X62W
X62W
铣
机座结合
面
高速钢立铣
刀
W18Cr4V
台阶面距离底座的距离
为80+0.54
，表面粗糙度为
Ra6.3
12
铣
铣游标台阶面
保证:
机座结合
面
高速钢立铣
刀
W18Cr4V
台阶面距离机座结合面
+0.35
的距离为1000
，距离
+0.18
机座壁的距离为150
表面粗糙度为Ra12.5
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72075班张步阳设计工欲善其事，必先利其器
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锪孔
锪地角螺栓沉头座
保证：
沉头座孔的直径为φ
+0.52
50，距离2970
和距离
2900+0.52
，表面粗糙度为
Ra12.5
14
Z3025B
钻孔
钻地角螺栓孔
保证：
机座结合
面
麻花钻
沉头座孔的直径为φ
+0.52
22，距离2970
和距离
2900+0.52
，表面粗糙度为
Ra12.5
15
16
Z3025B
Z3025B
钻孔
攻丝
钻排油螺栓孔和游标孔机座结合
麻花钻
丝锥
面
攻排油螺栓孔和游标孔箱盖结合
面
（由于机座有两凸缘面的原因，因此机座接合面与底面上螺栓
孔的锪平不
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