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本科畢業(yè)設計開題報告
題 目：渦輪減速器箱體機械加工工藝規(guī)程及鉆床夾具設計
院 （系）： 機械工程學院
班 級： 機制08-1 班
姓 名： 馮梓良
學 號： 2008022548
指導教師： 于鳳云
教師職稱： 教 授
黑龍江科技學院本科畢業(yè)設計開題報告
題 目
渦輪減速器箱體機械加工工藝規(guī)程及鉆床夾具設計
來源
工程實際
1、研究目的和意義：
1.1 研究目的
本題目是根據(jù)機械設計制造及其自動化專業(yè)的機械制造方向的培養(yǎng)目標、典型零件機械加工工藝規(guī)程與工藝裝備設計要求而擬畢業(yè)設計題目，目的是提高我們理論聯(lián)系工程實際和工程實際設計能力。畢業(yè)設計是綜合運用機械設計制造及其自動化專業(yè)的專業(yè)知識，分析和解決實際工程問題的一次深入的綜合性訓練。通過畢業(yè)設計能使我們熟悉制定零件機械加工工藝規(guī)程和分析工藝問題的能力，以及設計機床夾具的能力。通過設計過程，熟悉有關標準和設計資料，學會使用有關手冊和數(shù)據(jù)庫。也作為我們未來從事機械制造技術工作的一次重要的基本訓練。根據(jù)渦輪減速器箱體的技術要求，運用夾具設計的基本原理和方法，擬定夾具設計方案，完成夾具結構設計，提高結構設計能力。培養(yǎng)我們熟悉并運用有關手冊、規(guī)范、圖表等技術資料的能力。進一步培養(yǎng)我們識圖、制圖、運算和編寫技術文件等基本技能。
1.2 研究意義
我設計的題目是“渦輪減速器箱體機械加工工藝規(guī)程及鉆床夾具設計”，本題目的設計重點是機械加工工藝規(guī)程和工藝裝備設計。渦輪減速器箱體做為渦輪蝸桿的支撐和定位零件，其主要作用支撐各傳動軸，保證各軸之間的中心距及平行度，并保證渦輪減速器箱體各部件的正確安裝。渦輪減速器箱體的工藝編制是否合理，直接關系到零件最終能否達到質(zhì)量要求。機械加工工藝過程是用切削方法改變毛坯形狀、尺寸和材料的物理性質(zhì)，使其成為具有所需要的一定精度、粗糙度等的零件。機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件機械加工工藝的過程和操作方法等的工藝文件之一，它是在具體的生產(chǎn)條件下，把較為合理的工藝過程和操作方法，按照規(guī)定的形式書寫成工藝文件，經(jīng)審批后用來指導生產(chǎn)。機械加工工藝規(guī)程一般包括一下內(nèi)容：工件加工的工藝路線、各工序的具體內(nèi)容及所用的設備和工藝設備、工藝的檢驗項目及檢驗方法、切削用量、時間定額等。
夾具的設計也是必不缺少的一部分，機床夾具是機械制造中一項重要的工藝裝備，工件通過機床夾具進行安裝，包含工件通過夾具上的定位元件獲得正確的位置、通過夾緊機構使工件的既定位置在加工過程中保持不變兩個方面。這樣就可以保證工件加工表面的位置精度，且精度穩(wěn)定。使用夾具安裝工件，可以減少劃線、找正、對刀等輔助時間，采用多件、多工位夾具、以及氣動、液壓動力夾具夾緊裝置，可以進一步減少輔助時間，提高生產(chǎn)率。通過本題目可以使我們對機械加工工藝的規(guī)程制定及工藝裝備的設計有較深入的學習。
2、國內(nèi)外發(fā)展情況(文獻綜述)：
2.1 國內(nèi)外機械加工工藝的發(fā)展情況
機械加工工藝及夾具隨著科技的發(fā)展，并且與計算機技術、數(shù)控技術、控制論及系統(tǒng)工程與制造技術的結合為制造系統(tǒng)，形成現(xiàn)代制造工程學。而物料流、能量流、信息流是組成制造系統(tǒng)的三個基本要素?，F(xiàn)代加工逐漸演變?yōu)榧苫南到y(tǒng)加工，這雖減輕了工人的勞動強度，但同時對工人的知識水平要求較高。這需要我們?nèi)轿坏恼J知現(xiàn)代科技知識。因此，在以后的學習中需要我們?nèi)轿坏膶W習其各個相關領域的知識，不能只注重一點，為將來的人才戰(zhàn)略提出了新的要求[1]。
制造業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，直接體現(xiàn)了一個國家的生產(chǎn)力水平，對產(chǎn)品質(zhì)量有著重大的影響。而工藝與裝備是制造業(yè)的基礎，工藝是人、機料等軟、硬要素集成的一項基礎工程，它貫穿于產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程[2]。工業(yè)發(fā)達國家極為重視工藝與裝備問題，21世紀裝備制造應是中國與發(fā)達國家競爭的主要領域之一[3]。自建國以來，特別是改革開放30多年來，我國機械制造業(yè)取得了較快發(fā)展，制造工藝取得了長足進步。但與西方先進工業(yè)國家相比，還存在著明顯差距，我國的裝備制造業(yè)發(fā)展速度相對緩慢，裝備制造業(yè)工藝水平與國際先進水平相比，在技術方面仍有一定差距，主要表現(xiàn)為“兩低”、“兩高”，即產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率低，工藝成本和環(huán)境污染高。因此，要充分認識機械制造工藝在振興我國裝備制造業(yè)中的基礎性作用[4]。
在機械制造工藝不斷發(fā)展的今天，其在國外表現(xiàn)出全球化、自動化、環(huán)保化、虛擬化、網(wǎng)絡化等發(fā)展趨勢[5]。而我國的現(xiàn)代機械制造加工工藝主要沿著“廣義制造”(或稱“大制造”)的方向發(fā)展，具體的發(fā)展方向可以歸納為四個方面和多個大項目。這四個方面體現(xiàn)為現(xiàn)代設計技術、現(xiàn)在成形和改性技術、現(xiàn)代加工技術、制造系統(tǒng)和管理技術，大項目則包括分層制造技術、微納米制造技術、高速加工技術等[6]。當前，我國工藝發(fā)展的重點是并行設計、創(chuàng)新設計、改性技術與現(xiàn)代成形、材料成形過程仿真和優(yōu)化等[7]。
2.2 國內(nèi)外夾具發(fā)展情況
通用夾具一般被認為是在19世紀后期出現(xiàn)的，當時歐美工廠中出現(xiàn)天軸傳動的車床，同時又有了夾持的卡盤，因為兩者不可分割，這是最早出現(xiàn)的夾具。20世紀初，美國美國福特汽車公司推出T型轎車，訂單隨之激增。當時的機床精度還較差，為了保證零件的互換性，達到要求的孔距精度，出現(xiàn)殼鉆模和鏜模，有效地提高了生產(chǎn)率。到了20世紀20年代初，美國汽車工業(yè)的年產(chǎn)量已超過百萬輛以上的規(guī)模。“普通通用機床+專用夾具”這一生產(chǎn)方式拉開了近現(xiàn)代大批量生產(chǎn)的帷幕[8]。夾具的發(fā)展歷程，大約可以分為三個階段：第一個階段，主要表現(xiàn)在夾具與人的結合上，這時夾具主要是作為人的單純的輔助工具，使得加工效率提高；第二階段，夾具成為人與機床之間的橋梁，夾具的機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊；第三階段，表現(xiàn)為夾具與機床的結合，夾具作為機床的一部分，成為機械加工中不可缺少的工藝裝備[9]。
隨著科學技術的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。20世紀80年代以后，夾具在制造業(yè)中不僅應用于傳統(tǒng)的機械加工領域，而且擴大到了檢驗、焊接等多種生產(chǎn)過程[10]。
夾具結構和設計的發(fā)展主要受生產(chǎn)模式、制造工藝、機床或設備發(fā)展的影響。隨著數(shù)控機床、加工中心、柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)等現(xiàn)代化加工設備的廣泛應用，傳統(tǒng)的機械加工方法發(fā)生了重大變革，由一次裝夾多面加工代替了傳統(tǒng)的多次裝夾和多次加工，由大批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗥贩N小批量的生產(chǎn)。而數(shù)字化設備加工功能的擴大化，已經(jīng)將夾具引導刀具的功能完全替代了，給今后夾具的快速定位、快速裝夾提出了更高的要求[11]。
隨著機械制造業(yè)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)模式逐步被中小批量生產(chǎn)模式所取代，機械制造系統(tǒng)欲適應這種變化需具備較高的柔性。國外己把柔性制造系統(tǒng)(FMS)作為開發(fā)新產(chǎn)品的有效手段，對機床夾具提出了新的要求，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟以及計算機輔助夾具設計等方向發(fā)展[12]。
夾具元件多功能模塊化，能單獨使用也能與其他元件組合在一起使用的多功能模塊化單元體的比例將進一步增加，如現(xiàn)在使用的各種定位夾緊座、定位壓緊支承、精密虎鉗等模塊式單元體具有定位、夾緊以及調(diào)節(jié)的綜合功能，可以一件單獨使用，也可以幾件組裝在一起使用，T形基礎、方箱能組裝成一次能裝夾多件相同或不相同的工件的夾具，使用這種夾具可以減少機床的停機時間，最大限度發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的高效性能[13]。專用夾具、組合夾具一體化，現(xiàn)代化加工設備的多功能化，使工藝過程高度集中、工件一次定位裝夾后能完成多工序加工，這就需要一種通用而又能重復使用的組合可調(diào)式的夾具系統(tǒng)。它是由一系列統(tǒng)一化、標準化的元件和合件組成，利用這些元件、合件組裝成各種不同形式、不同結構、可重復使用的夾具，供單件或中小批量生產(chǎn)使用。這種夾具系統(tǒng)保留了組合夾具的各種優(yōu)點，組裝又像專用夾具那樣簡單可靠。為了便于夾具與機床定位連接，夾具基體有統(tǒng)一標準的定位連接位置，使之專用、組合夾具向著一體化、組合化方向發(fā)展，以滿足現(xiàn)代化加工設備的需要[14]。
夾具設計自動化，也是現(xiàn)代夾具發(fā)展的趨勢之一。隨著市場競爭日益激烈，傳統(tǒng)人工設計夾具的方法已無法滿足現(xiàn)代制造業(yè)生產(chǎn)的需要。20世紀70年代后期，隨著計算機技術的普及、CAD的出現(xiàn)，由于夾具的圖形不大、結構比一般機械設備的結構簡單，因此自然而然地想到將CAD技術用于夾具設計。因而，出現(xiàn)了計算機輔助夾具設計（CAFD）技術[15]。
白俄羅斯Раковнц院士早于1970年已發(fā)表了“在鉆模版上設計長槽窗口的算法”一文。此后20世紀70年代前期Раковнц院士發(fā)表了10篇有關在工藝裝備和夾具設計中應用計算機的文章。20世紀80年代在美國也出現(xiàn)了有關“計算機輔助夾具設計”的文章、我國從20世紀80年代中期開始研究CAFD技術；到20世紀90年代初，清華大學開發(fā)了計算機輔助組合夾具夾具設計系統(tǒng)。隨著CAFD技術的進一步發(fā)展和現(xiàn)代生產(chǎn)的需求，對組合夾具的設計和構形自動化、智能化提出了更高的要求[16]。
3、研究/設計的目標：
3.1渦輪減速器箱體加工工藝設計的目標
渦輪減速器箱體的主要技術要求是對孔和平面的精度和表面粗糙度的要求，支撐孔的尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度，孔與孔的軸線之間的相互位置精度（平行度、垂直度），裝配基準面與加工時的定位基準面的平面度和表面粗糙度，各支承孔軸線和平面基準面的尺寸精度、平行度和垂直度。加工時，按照先粗后精，加工面再加工孔的原則進行加工，這樣才能加工出質(zhì)量合格、符合技術要求的零件。
3.2鉆床夾具設計的目標
夾具的設計則應在滿足基本使用功能的基礎上，盡量保證渦輪減速器箱體各部分的加工精度。盡量優(yōu)化、簡化夾具結構，降低生產(chǎn)成本。對夾具體以下有幾點要求：
1）有適當?shù)木群统叽绶€(wěn)定性
2）有足夠的強度和剛度
3）結構工藝性好
4）在機床上安裝穩(wěn)定可靠。
4、設計方案（研究/設計方法、理論分析、計算、實驗方法和步驟等）：
4.1渦輪減速器箱體機械加工工藝的設計方案
本題目加工渦輪減速器箱體零件如圖1所示：
圖1 零件圖
（1）工藝路線方案一
工序1 銑底面。
工序2 鉆4×Φ13.5锪平Φ24的孔。
工序3 粗銑Φ98的左右側面和工件的左側面。
工序4 銑前后Φ65的凸臺面。
工序5 銑Φ36凸臺面。
工序6 粗鏜Φ74孔、孔口倒角2.5×45°，粗鏜Φ132孔。
工序7 鉆擴鉸Φ18H7孔,孔口倒角1×45°。
工序8 精鏜Φ74H7孔和Φ132H8的孔。
工序9 精擴鉸Φ18H7孔。
工序10 鉆M12-6H螺紋底孔，孔口倒角2×45°，攻螺紋M12-6H。
工序11 鉆4×M10-7H螺紋底孔，攻螺紋4×M10-7H。
工序12 鉆4×M8-7H螺紋底孔，攻螺紋4×M8-7H。
（2）工藝路線方案二
工序1 銑底面。
工序2 鉆4×Φ13.5锪平Φ24的孔。
工序3 粗銑Φ98的左右側面和工件的左側面。
工序4 銑前后Φ65的凸臺面。
工序5 銑Φ36凸臺面。
工序6 鉆擴鉸Φ18H7孔,孔口倒角1×45°。
工序7 粗鏜Φ74孔、孔口倒角2.5×45°，粗鏜Φ132孔。
工序8 精銑Φ98凸臺的左側面和工件的左側面。
工序9 精鏜Φ74H7孔和Φ132H8的孔。
工序10 鉆M12-6H螺紋底孔，孔口倒角2×45°，攻螺紋M12-6H。
工序11 鉆4×M10-7H螺紋底孔，攻螺紋4×M10-7H。
工序12 鉆4×M8-7H螺紋底孔，攻螺紋4×M8-7H。
（3）工藝方案的比較與分析
上述兩個工藝方案的特點在于：兩個方案都是按先粗后精，加工面再加工孔的原則進行加工的。方案一是先加工Φ74孔、孔口倒角2.5×45°，Φ132孔。然后以底面為基準經(jīng)過尺寸鏈換算找正Φ18的中心線再來加工孔Φ18H7孔，而方案二則與此相反，先鉆、擴、鉸Φ18mm,倒角45°，然后以孔的中心線為基準找正Φ74孔的中心線來加工孔，這時的垂直度和精度容易保證，并且定位和裝夾都很方便。因此，選擇方案二是比較合理的。
4.2鉆床夾具設計方案
（1）定位方案的選定
該零件的定位方案我選擇的是一面兩孔定位方式。這種定位方式在渦輪減速器箱體、杠桿、蓋板等類零件的加工中用的很廣。工件的定位面一般是加工過的精基面，兩定位孔可能是工件上原有的，也可能是專為定位需要而設置的工藝孔。
當工作部分直徑D<3mm時采用小定位銷（JB/T 8014.1－1999），夾具體上應有沉孔，使定位銷圓角部分沉入孔內(nèi)而不影響定位。大批量生產(chǎn)時，應采用可換定位銷（JB/T 8014.3－1999）。工作部分的直徑，可根據(jù)工件的加工要求和安裝方便，按g5、g6、f6、f7制造，與夾具體配合為H7/r6或H7/n6，襯套外徑與夾具體配合為H7/h6，其內(nèi)徑與定位銷配合為H7/h6或H7/h5。當采用工件上孔與端面組合定位時，應該加上支承墊板或支承墊圈。
（2）夾具夾緊裝置的確定
兩個Φ10mm孔中的圓柱銷共同承受鉆孔時的切削扭矩。在鉆M12-6H的螺紋底孔時，由于孔徑較小，切削扭矩和軸向力較小，并且軸向力可以使工件夾緊，因此，在確定夾緊方式時就可以不考慮軸向切削力的影響，即可以不施加夾緊力來克服軸向切削力。但由于切削扭矩會使工件產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，因此需要對工件施加向下壓的夾緊力來克服切削扭矩。為便于操作和提高機構的效率，采用轉(zhuǎn)動壓板夾緊機構，其力的作用點落在靠近加工孔的120°圓弧端面上。
本夾具對工件進行機械加工時，為了保證加工要求，首先要使工件相對于機床有正確的位置，并使這個位置在加工過程中不因外力的影響而變動。為此，在進行機械加工前，先要將工件裝夾好。用夾具裝夾工件有下列優(yōu)點：
1）能穩(wěn)定的保證工件的加工精度：用夾具裝夾工件時，工件相對于道具及機床的位置精度由夾具保證，不受工人技術水平的影響，使一批工件的加工極度趨于一致。
2）能提高勞動生產(chǎn)率：使用夾具裝夾工件方便、快捷，工件不需要劃線找正。
5、方案的可行性分析：
5.1 渦輪減速器箱體加工工藝方案可行性分析
通過對渦輪減速器箱體的加工工藝路線的確定，該零件的加工以底面作為基準是合理的，按照有關零件的粗基準的選擇原則：當零件有不加工表面時，應選擇這些不加工的表面作為粗基準，當零件有很多個不加工表面的時候，則應當選擇與加工表面要求相對位置精度較高大的不加工表面作為粗基準，從零件圖分析得知，渦輪減速器箱體以底面作為粗基準。精基準的選擇主要考慮基準重合的問題，選擇加工表面的設計基準為定位基準，稱為基準重合的原則。采用基準重合原則可以避免由定位基準與設計基準不重合引起的基準不重合誤差，零件的尺寸精度和位置精度能得到可靠的保證。本加工工藝方案滿足粗基準選擇的五項要求及精基準選擇的五項原則，以該方案可行。
5.2 設計鉆床夾具方案可行性分析
該夾具為鉆床使用的專用夾具，此類夾具的特點是針對性強、結構緊湊、操作簡便、生產(chǎn)率高。在本次設計中，夾具的設計滿足機床夾具總體方案設計的基本要求，充分保證零件加工質(zhì)量，具有較高的生產(chǎn)效率和較低的制造成本以及具有良好的結構工藝性。所以該方案可行。
6、該設計的創(chuàng)新之處：
（1）本夾具操作方便、安全和省力。
（2）本工藝的生產(chǎn)準備周期短，生產(chǎn)效率高。
7、設計產(chǎn)品的主要用途和應用領域：
產(chǎn)品的主要用途：加工渦輪減速箱體的孔及螺紋加工，保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)力，降低生產(chǎn)成本，并且減輕工人的勞動強度。
產(chǎn)品的應用領域：主要用于立式鉆床上加工直徑較小的單孔或搖臂鉆床加工平行孔系。
8、時間進程：
2012年3 月12日～2012年3 月18日 在齊齊哈爾機床廠，收集渦輪減速箱箱體的相關資料
2012年3月19日～2012年3月 25 日 在校圖書館和實訓中心，了解箱體類零件的工作原理和夾具結構設計
2012 年 3月26日～2012年4月2日 在校圖書館查閱互聯(lián)網(wǎng)，了解機械加工工藝的編制和主要零部件的設計
2012?年?4月3日～2012年4月9日??? 完成實習總結和實習日記
2012?年?4月10日～2012年4月16日????完成開題報告
2012?年?4月16日～2012年4月22日???編寫零件加工工藝，填寫工藝卡片
2012?年?4月23日～2012年4月29日???夾具設計及計算
2012?年?4月30日～2012年5月16日?? 夾具主要零件設計
2012?年?5月19日～2012年6月3日 完成部件圖、零件圖及裝配圖
2012?年?6月4日～2012年6月10日??? 編寫畢業(yè)設計說明書、審圖、修改
2012?年?6月11日～2012年6月15日?? 答辯
9、參考文獻：
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指導教師意見
教師簽字：
年 月 日
開題答辯小組意見：
組長簽字： 成員簽字：
年 月 日
畢業(yè)設計領導小組意見:
組長簽字：
年 月 日