壳体机械加工工艺及其夹具设计方案

攀枝花学院

Panzhihua University

本科毕业设计<论文）

文献综述

院 <系）：机械工程学院

专业：机械设计制造及其自动化

班级： 2009级机制4班

学生姓名：周勇均学号: 200910601170

2018年 3 月4日

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和夹具的设计。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。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<加工工艺部分）

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

孔系加工

壳体的孔系，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。

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）

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

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。

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，2008.1

[2]《机械制造工艺学》，王先逵主编.北京：机械工业出版社，2006.1

[3]《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，2005.1

[4]《机床夹具设计与制造》，李昌年主编. 北京：机械工业出版社,2006

[5]《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，1995

[6]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，2007

[9]《公差与配合》，任嘉卉主编.北京：机械工业出版社，2000.4

[10]《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，2008.4

[11]《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，2005.8