齿轮箱工艺设计及加工过程仿真(数控编程)

齿轮箱工艺设计及加工过程仿真（数控编程）

摘要

犁刀变速齿轮箱体是旋耕机的一个主要零件。旋耕机通过该零件的安装平面与手扶拖拉机变速箱的后部相连，用两圆柱销定位，四个螺栓固定，实现旋耕机的正确联接。犁刀变速齿轮箱体的质量直接影响到机器的性能。本次设计先进行了犁刀变速齿轮箱体的零件分析，通过对参考文献进行的分析与研究，阐述了工艺规程和制造技术等相关内容；在技术路线中，论述箱体的加工工艺，机械加工余量，加工顺序的安排和基本工时计算。

关键词 ：工艺规程；犁刀变速齿轮箱体；定位基准；加工余量

Abstract

The coulter gear casing of changing speed is a major element of the machine of rotary tillage. The machine of rotary tillage is linked through the rear of the gearbox of walking tractor and the installation plane of this element, using two cylinders to sell location and 4

bolts to fix in order to realize the correct coupling of the machine of rotary tillage. The quality of the coulter gear casing of changing speed put a direct influence on the performance of machine. This design goes on the element analysis of the coulter gear casing of changing speed first, through the research and analysis of the bibliographical reference, then it have elaborated procedure and made the related contents such as technology; In technical route, it discussed machining surplus and the processing technology of casing, the process of the sequential arrangement and the calculation of the basic man-hour.

Keywords: Procedure；the coulter gear casing of changing speed；location standard ； mental allowance

目录

摘要 .......................................................................................................................................... Ⅰ

Abstract ........................................................................................................................... Ⅱ 目录 ................................................................................................................................. Ⅰ

第一章 绪论 ................................................................................................................... 1

1．1 箱体零件的主要技术要求 ..................................................................................... 1

1．1．1 箱体类零件的结构特点 ............................................................................ 1

1．1．2 箱体类零件的结构特点 ............................................................................ 2

1．1．3 箱体类零件的材料和毛坯 ........................................................................ 2

1．2箱体类零件的加工工艺分析 .................................................................................... 2

1．2．1工艺路线的安排 ........................................................................................... 2

1．2．2 定位基准的选择 ........................................................................................ 3

1．2．3 主要表面的加工 ........................................................................................ 4

1.2.3.1 箱体的平面加工 ........................................................................................... 4

1.2.3.2 孔系加工 ..................................................................................................... 4

1．3 夹具的组成 ............................................................................................................. 5

1．4 钻模的分类与设计 ................................................................................................. 6

第二章 零件的功用与结构分析 ................................................................................. 8

2.1 零件的功用 ................................................................................................................ 8

2.2 零件的工艺分析 ........................................................................................................ 8

2．2．1零件主要加工表面尺寸 ............................................................................. 10

2．2．2零件的材质。热处理及工艺分析 ............................................................. 10

第三章 工艺规程设计 ................................................................................................... 11

3．1 确定毛坯的制造形式 ............................................................................................. 11

3．2基面的选择 .............................................................................................................. 11

3．2．1 精基准的选择 ............................................................................................ 11

3．2．2 粗基准的选择 ............................................................................................ 11

3．2．3 定位夹紧方案的制定 ................................................................................ 11

3．3工艺过程的划分 ...................................................................................................... 12

3．4工艺路程的制定 ...................................................................................................... 12

3．5 工艺方案的分析与比较 ..................................................................................... 14

3．5．1 工艺规程选择的基本因素 .................................................................... 14

3．5．2 工艺规程的基本分析 ............................................................................ 15

第四章 确定切削用量及工序设计 ........................................................................... 17

4．1 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 ..................................................... 17

4．2 确定切削用量及工序计算 ..................................................................................... 18

4．2．1工序10：精铣N面 ................................................................................... 18

4．2．2工序20：粗扩铰2-Ф9 ，钻4-Ф13 ......................................................... 19

4．2．3 工序30: 精铣R面及Q面 .................................................................... 21

4．2．4 工序40: 铣凸台面 .................................................................................. 22

4．2．5 工序50: 粗镗2-Ф80 mm孔并倒角 ...................................................... 22

4．2．6 工序60: 精铣N面 ............................................................................... 23

4．2．7 工序70: 精扩铰2-Ф10 mm孔 .............................................................. 23

4．2．8 工序80: 精铣R及Q面 ................................................................... - 29 -

4．2．9 工序90: 精镗2-Ф80H7孔 ..................................................................... 25

4．2．10 工序100: 凸台面各孔钻、攻螺纹 ........................................................ 26

4．2．11 工序110:刮4 22平面 ....................................................................... 28

4．2．12 工序120: 钻铰R、Q面各孔 .............................................................. 29

4．2．13 工序130：攻螺纹8-M12-6H ............................................................... 35

第五章 夹具设计 ............................................................................................................. - 39 -

5.1 夹具设计的概述 ................................................................................................... - 39 -

5．2确定工件的定位方案 .............................................................................................. 36

5．3定位误差的分析 ...................................................................................................... 37

5．4计算夹紧里并确定螺杆直径 .................................................................................. 38

结束语 ...................................................................................................................................... 41

参考文献 .................................................................................................................................. 42

致谢 .......................................................................................................................................... 43

第一章 绪论

箱体类零件是机器及其部件的基础件，它将机器及其部件中的轴、轴承、套和齿轮等零件按一定的相互关系装配成一个整体，并按一定的传动关系协调其运动。因此，箱体加工质量的好与坏不仅影响这个装配精度及运动关系，而且还影响到机械的工作精度、使用性能和寿命。

箱体零件的结构特点：多为铸造件，结构复杂，壁薄且不均匀，加工部位多，加工难得大。

1．1 箱体零件的主要技术要求

轴颈支承孔孔径精度以及相互之间关系的位置精度，定位销孔的精度与孔距精度；主要平面的精度，表面粗糙度等。

箱体零件材料及毛坯：箱体零件唱选用灰铸铁，汽车、摩托车的曲轴箱选用铝合金作为曲轴箱的主要材料，其毛坯一般采用铸件，因而轴箱是大批大量的生产，且毛坯的形状复杂，所以采用压铸毛坯，镶套与箱体在压铸时铸成一体。压铸的毛坯精度高，加工余量小，有利于机械加工。为减少毛坯铸造时的产生的残余应力，箱体铸造后应安排人工时效。

1．1．1 箱体类零件的结构特点

箱体的种类很多，其尺寸大小和结构形式随着机器的结构和箱体在机器中的功用的不同有着较大的差异，但从工艺上分析它们仍然有着许多共同之处，其结构特点是：

1）外形上基本是由六个或者五个平面组成的闭封式多面体，又分成整体式和组合式两种；

2)结构形状比较复杂。内部常为空腔，某些部位有着“隔墙”，箱体壁薄且厚薄不均匀。

3)箱体上通常都布置有平行孔系或者垂直孔系；

4)箱体上的加工面，主要是大量的平面，此外还有许多精度要求较高的轴承支承孔和精度要求较低的紧固用孔。

1．1．2 箱体类零件的结构特点

1)轴承支承孔的尺寸精度和形状精度、表面粗糙度要求。

2)位置精度包括孔系之间的距离尺寸精度和平行度，同一轴线轴线上的同轴度以及

孔端面对孔轴线的垂直度等。

3)此外，为满足箱体加工中的定位需要及箱体与机器总装要求，箱体的装配基准面与加工中的定位基准应有一定的平面度和表面粗糙度要求；各支承孔与装配基准面之间应有一定距离储存精度的要求。

1．1．3 箱体类零件的材料和毛坯

箱体类零件的材料一般用灰口铸铁，常用的牌号有HT100~HT400。毛坯为铸造件，其铸造方法视为铸件精度和生产批量而定。单件小批量生产多用木模手工造型，毛坯精度低，加工余量大。有时也采用钢板焊接方式。大批生产常用金属模机器造型，毛坯精度较高，加工余量可适当减小。

为了消除铸造时形成的内应力，减小变形，保证其加工精度的稳定性，毛坯铸后应安排人工时效处理。精度要求高或形状复杂的箱体还应在粗加工后多加一次人工时效处理，以消除粗加工造成的内应力，进一步提高加工竟的的稳定性。

1．2箱体类零件的加工工艺分析

1．2．1工艺路线的安排

箱体要求加工的表面很多。早这些加工表面中，平面加工的精度比孔的加工精度容易保证，于是，箱体中主轴孔（主要孔）的 加工精度、孔系加工精度就成为工艺关键的问题。因此，在工艺路线的安排中应该注意三个问题：

(1)工件的时效处

箱体结构复杂壁厚不均匀，铸造内应力较大。由于内应力会引起变形，因此铸造后应安排人工时效处理以消除内应力减少变形。一般精度要求的箱体，可利用粗、精加工工序之间的自然停放和运输时间，得到自然时效的效果，但自然时效需要的时间较长，否则会影响箱体精度的稳定性。

对于特别精密的箱体，在粗加工和精加工工序之间还应该安排一次人工时效，迅速充分影响箱体精度的稳定性。

(2)安排加工工艺的顺序时应先面后孔

由于平面面积较大定位稳定可靠，有利于化简夹具结构减少安装变形。从加工难度来看，平面比孔加工容易。先加工批平面，把铸件表面的凹凸不平和夹砂等缺陷切除，在加工分布在平面上的孔时，对便于孔的加工和保证孔的加工精度都是有利的，因此，一般应该先加工平面。

(3)粗、精加工阶段要分开

箱体均为铸件，加工余量较大，而在粗加工中切除的金属较多，因而夹紧力、切削力都较大，切削热也较多。在粗加工之后，工件内应力重新分布也会引起工件变形，因次，对于加工精度影响较大。为此，把粗精加工分开进行，有利于把已加工后由于各种原因引起的工件变形充分暴露出来，然后在精加工中将其消除。

1．2．2 定位基准的选择

箱体定位基准的选择，直接关系到箱体打夯各个平面与平面之间，孔与平面之间，孔与孔之间的尺寸精度和位置精度要求是否能够保证。在选择基准时，首先要遵守“基准重合”和“基准统一”的原则，同时必须考虑批量生产的大小，生产设备、特别是夹具的选用等因素。

(1)粗基准的选择：

粗基准的作用是决定不加工平面与加工面的位置关系，保证加工面的余量均匀。 箱体零件上一般有一个（或几个）主要的大孔，为了保证加工面的余量均匀，应以该毛坯孔为粗基准（如主轴上的主轴孔）。箱体零件上的不加工面主要考虑内腔表面，它和加工面之间的距离尺寸有一定的要求，因为箱体中往往装有齿轮等传动件，它们与不加工的内壁之间的间隙较小，如果加工出的轴承孔端面与箱体内壁之间的距离尺寸相差太大，就有可能使齿轮安装时与箱体内壁相碰。从这一要求出发，应选内壁为粗基准。但这将使夹具的结构十分复杂，甚至不能实现。考虑到铸造时内壁与主要孔都是一个泥心浇注的，因此实际生产中常以孔为主要粗基准，限制四个自由度，而辅之以内腔或其他的毛坯为次要基准，以达到完全定位的目的。

(2）精基准的选择：

箱体零件的精基准一般有两种选择方案：一种是以装配面为精基准。它的优点是对于孔与底面的距离和平行度要求，基准是重合的，没有基准不重合误差，而且箱口向上，观察和测量、调刀都比较方便，但是在镗削中间壁上的孔时，由于无法安装中间导向支承而不得不采用吊架形式，吊架刚性差，操作不方便，安装误差大，不容易实现自动化，故这只能使用于无中间孔壁饿简单箱体或批量不大的场合。

针对采用吊架式中间导向支承的问题，采用箱口向下的安装方式，以箱体顶面和顶面上的两个工艺孔为精基准。在镗孔时，由于中间导向支承直接固定在夹具外行，使夹具的刚度提高，有利于保证各支承孔的尺寸和位置精度，并且工件装卸方便，减少了辅助时间，有利于提高生产率，但是这种定位方式也有不足之处，如箱口向下无法检查和

测量中间壁上孔的加工情况；以顶面个两个工艺孔作为定位基准，要提高顶面和孔的要求；加工基准与装配基准不重合需要进行尺寸链的计算或采用装配时用修刮尾座底板的办法来保证精度。

1．2．3 主要表面的加工

1．2．3．1 箱体的平面加工

箱体平面的粗加工和半精加工长选择刨削和切削加工。

刨削箱体平面的主要特点：刀具结构简单；机场调整方便；在龙门刨床上可以用几个刀架，在一次安装中，同时加工几个表面，于是，经济地保证了这些表面的位置精度。

箱体平面铣削加工的生产率比刨削高。在成批生产中，常采用铣削加工。当批量较大时，常在多轴铣床上用几把铣刀同时加工几个平面，即保证了平面间的位置精度又提高了生产率。

(1)主轴孔的加工：

由于主轴孔的精度比其他轴孔的精度高，表面粗糙度值比其他轴孔小，故应在其它轴孔加工后在单独进行主轴孔的精加工（或光整加工）。

目前机床主轴箱主轴孔的精加工方案有：精镗——浮动镗；金刚镗——滚压。

上述主轴孔精加工方案中的最终工序所使用的刀具都具有径向“浮动”的性质，这对提高孔的尺寸精度，减小表面粗糙值是有利的，但不能提高孔的位置精度。孔的位置精度应由前一工序（或工步）予以保证。

从工艺上要求，精镗和半精镗应在不同的设备上进行。若设备条件不足，也应该在半精镗之后，把被夹紧的工件送开，以便夹紧压力或内应力造成的工件变形在精镗工序中得以纠正。

1．2．3．2 孔系加工

车床箱体的孔系，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个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者专用镗床上加工。

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，可以采用试切法，虽然精度有所提高，但是由于划线、试切、测量都要消耗较多的时间，所以生产率仍然很低。

坐标加工孔系，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，采用坐标法加工孔系时，原始孔和加工顺序的选定很重要，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，就可以减少误差。

成批或大批生产箱体时，加工孔系都采用镗模。孔距精度主要取决于镗模的精度和安装的质量。虽然镗模制造比较复杂，造价较高，但可以

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，小批生产也可以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。成批生产时，箱体的同轴孔系的同轴度大部分是用镗模保证。单件小批量生产中，在普通镗床上用以下良种方法进行加工：

(1)从箱体的一端进行加工，加工同轴孔系时，出现同轴度误差的主要原因是： 当主轴进给时，镗杆在重力作用下，使主轴产生挠度而引起孔的同轴度 误差；当工作台进给时，导轨的直线度误差会影响各孔的同轴度精度。

对于箱壁较近的同轴孔，可以采用导向套加工同轴孔。对于大箱体，可以利用镗床后立柱导套支承镗杆。

（2)从箱体的两断进行镗孔 一般都是采用“调头镗”。使工件依次安装下，镗完一端的孔后，将镗床工作台回转１８００，再镗另一段的孔。具体办法是：加工好一端后面，将工件退出主轴，使工作台回转１８００，用百（千）分表找正已加工孔壁与主轴同轴，即可以加工另有一孔。

1．3 夹具的组成

根据夹具元件在结构中所起的作用不同，可将各种夹具元件分为下列几种：

定位件——起定位作用的元件或部件

夹紧装置——起加紧作用的一些元件或部件

自动定心装置——可同时起定位与夹紧作用的一些元件或部件

刀具引导件——引导刀具并确定刀具对夹具的相对位置的元件

其他件——包括与机床连接用的零件，各种连接件，特殊元件及其它辅助装置等 分度装置——用于改变工件与刀具相对位置以获得多个工位的一种装置，可作为某些夹具的一部分

夹具本体——用来连接夹具上的所有各种元件和装置成为一个夹具整体

靠模装置——它是作为用来加工型面的一种特殊装置

动力装置——在非手动夹具中，作为产生动力的部分，如气缸，油缸，电磁装置等 但是并非所有夹具都包括上述各类元件，然而其中定位元件，夹紧装置和夹具体本体则是每一夹具都不可缺少的组成部分。

1．4 钻模的分类与设计

这次课题研究的是钻床夹具（钻模），钻模的分类为：

(1)固定式钻模，加工中钻模相对于工件的位置保持不变的钻模称为固定大直径单孔，或摇臂钻上加工平行孔。

(2)回转式钻模，带有回转分度装置的钻模，加工同一圆周上的平行孔系，同一截面内径向孔系，同一直线上的等距孔系。

(3)翻转式钻模，加工小型工件不同表面上的孔，夹具工件总质量不大于１０Kg,孔径< Ф8－10mm，精度不高。

(4)盖板式钻模，大中型工件上加工孔，将钻套的定位元件直接装在钻模板上，无夹具体，设手柄，吊耳，常用一面二孔定位。

(5)带有升降钻模板的通用可调夹具。

钻模设计要点：

(1)钻套，钻套是引导刀具的元件，用以保证孔的加工位置，并防止加工过程中刀具的偏斜。钻套按其结构可分为4种即固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套。 固定钻套直接压入钻模板或夹具体的孔中，位置精度较高，但磨损后不易拆卸，故多用于中、小批量生产。可换钻套以间隙配合安装在衬套中，而衬套则压入钻模板或夹具体的孔中。为防止钻套在衬套中转动，加一固定螺钉。可换钻套在磨损后可以更换，故多用于大批量生产。快速钻套具有快速更换的特点，更换时不需拧动螺钉，而只要将钻套逆时针方向转动一个角度，使螺钉头部对准钻套缺口即可取下钻套，多用于同一孔需经多个共步加工情况。上述3种钻套均已标准化，其规格可查阅有关手册。特殊钻套用于特殊加工的场合，例如在斜面上钻孔，在工件凹陷处钻孔，钻多个小间距孔等等。此时不宜使用标准钻套，可根据特殊要求设计专用钻套。

(2)钻模板，钻模板用于安装钻套。钻模板与夹具体的联接方式有固定式、铰链式、分离式和悬挂式等几种。钻模采用的是固定式钻模板。这种钻模板直接固定在夹具体上，结构简单，精度较高。分离式钻模板，这种钻模板是可拆卸的，工件每装卸一次，钻模

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