汽车变速箱箱体机械加工工艺及铣上平面、镗Φ80孔夹具设计

开题报告

学生姓名 指导教师姓名 课题来源 课题名称 专 业 职 称 教师自拟题目 班 级 工作单位 课题性质 应用设计 变速器箱体机械加工工艺及夹具设计 科学意义和应用前景: 减速器箱体是减速器的基础零件，能使减速器的轴、齿轮等有关零件连接成一个整体的情况下使其保证正确的相互位置，使他们能传递扭矩或改变转速用以完成规定动作的运动。所以说减速器箱体的整理加工质量将直接影响到整个机器的各种性能。 用来使各种原材料、半成品成为成品的方法和过程称作工艺，它在生产不但是构思和想法，而且也是实在的方法与手段，同时直接落实在通过工件、刀具、机床、夹具所构成的工艺系统中，因此工艺所包含和涉及的范围很广，所以说工艺是生产中最为活跃的因素。 对于工艺装备来说夹具是其主要的组成部分，因此夹具设计在制造系统中占据着不可或缺尤为重要的地位。由于它可以直接影响到零件的整体加工质量，生产效率和制造成本，因而夹具也被认为是在工艺过程中的最为活跃的因素的一份子，相应的对与夹具的研究在制造业中也极为重视。 本设计的科学依据（科学意义和应用前景，国内外研究概况，目前技术现状、水平和发展趋势等） 现状分析：机加工是我们国民基础产业，也是国民经济增长和国防能力的重要保证。而今机械制造技术也正向着高度自动化、精密化、智能化、高效化、集成化的方向发展，并且开始应用了计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)，但总体来说我们国家与发达国家相比还有很大的距离，例如我们机床用的都是日本法兰克系统、德国西门子系统。所以还需要我们不断地努力，去改变发展我们国家的机械制造业。 技术现状和发展趋势：在科学技术飞速发展的今天，先进加工工艺技术亦日新月异，主要发展如下： 1. 采用模拟技术，优化工艺设计 2. 成形精度向近无余量方向发展 3. 成形质量向近无“缺陷”方向发展 4. 机械加工向超精密、超高速方向发展 5. 采用新型能源及复合加工。解决新型材料的加工和表面改性难题 6. 采用自动化技术，实现工艺过程的优化控制 7. 采用清洁能源及原材料、实现清洁生产 8. 加工与设计之间的界限逐渐淡化，并趋向集成及一体化。 9. 工艺技术信息技术管理技术紧密结合，先进制造生产模式获得不断发展。

1. 课题调研，完成开题报告、外文资料翻译、文献综述； 2. 编制给定零件机械加工工艺文件，完成机械加工工序卡片一套：设备和工装清单一份；机械加工工艺流程卡片一份；继续加工工序卡片一份（填写卡片内所有内容）； 3. 根据给定工序内容设计两套专用夹具，完成总装图2张； 4. 设计并绘制一张总装图中的所有非标准零件； 5. 编写设计说明书一份。 首先，认真研究汽车变速箱箱体图纸，明确零件几何形体的各个细节形状及加工工艺要求； 查阅资料，学习研究汽车减速箱箱体材料选取，加工工艺的一般方法； 设计内容和预期成果（具体设计内容和重点解决的技术问题、预期成果和提供的形式） 拟采取设计方法和技术支持（设计方案、技术要求、实验方法和步骤、可能遇到的问题和解决办法等） 结合课本学习的知识和工程训练的实践，查阅相关手册，根据箱体零件的几何形体，以及工艺要求，制定出箱体加工的工艺路线； 明确所涉及的加工工艺中，对镗床夹具的具体需求； 查阅夹具设计课本，构思夹具的结构，功能实现方法，绘制结构草图； 查阅手册，完成镗床专用夹具定位误差分析及夹紧力计算夹具； 总图技术条件的确定及尺寸链的分析； 绘制所设计的镗床夹具图纸，出图； 绘制其中以个非标零件的零件图； 完成箱体工艺制定和夹具设计，完成毕业设计。 工作环境及技术条件： 1. 掌握箱体零件的加工工艺； 实现本项目预期目标和已具备的条件（包括过去学习、研究工作基础，现有主要仪器设备、设计环境及协作条件等） 2. 绘制变速器箱体零件图 3. 给定零件生产类型：中批生产。 学习、研究工作基础： 1. 热加工工艺基础的学习 2. 生产实习 3. 机械制造基础课程的学习 4. 计算机辅助作图软件CAD/CAM的学习 5. 变速器拆装实习

1. 查阅资料，撰写文献综述，并翻译外文资料、开题报告，完成开题（4周）； 2. 准备相关的设计资料，熟悉零件图，并绘制零件图（1周）； 各环节拟定阶段性工作进度 (以周为单位) 3. 绘制零件的毛坯图（1周）； 4. 完成机械加工工艺卡片的编制（3周）； 5. 根据给定工序，设计专用夹具（3周）； 6. 设计并绘制整套零件图（2周）； 7. 完成设计说明书一份（1周）； 8. 准备答辩（1周）。

开 题 报 告 审 定 纪 要 时 间 参 会 教 师 姓 名 记录人： 指导教师签名： 年 月 日 教 研 室 意 见 地点 职 务（职 称） 姓 名 主持人 职 务（职 称） 论 证 情 况 摘 要 指 导 教 师 意 见 教研室主任签名： 年 月 日

摘 要

本设计是围绕汽车变速器箱体加工工艺和专用夹具设计而进行的，变速器箱体主要加工是铣面、钻镗孔和攻螺纹。变速器箱体的左右端面和上下表面的粗糙度要求比较高，面的粗糙度相对孔的加工精度更容易达到要求。而孔的分布位置比较具有规律，基本在两条轴线内，需要保证的主要是孔的垂直度和圆跳动及内孔面的粗糙度。本设计的工艺规程遵循先面后孔的设计原则，并将面的粗、精加工与孔的粗、精加工明确分开，确保孔的尺寸精度和各种要求。粗基准和精基准选择的都是变速箱的下部底面。加工工序方面首先安排以变速器箱体的下部底面为定位基准对上表面进行加工，再以下部端面与箱体侧部表面对轴承孔加工，装夹方式则选用人工上紧的螺纹钉夹具，该夹具经过专门设计，能保证可靠的夹紧。

本设计是适用于中批量生产，要求在确保加工质量的条件下，尽可能降低生产工时，提高生产效率，降低生产成本，也是现今机加工产业的主要发展方向。因为本设计是面向实际生产，对变速箱体零件图纸进行分析，及对变速箱的结构及功用多方面考虑，确保能保证工艺过程符合生产需要，并能保证尺寸要求和技术要求，并对设计的箱体面、轴承孔加工的夹具进行精度和误差分析，确保夹具能应用于实际生产。

关键词：变速箱箱体 加工工艺 定位 夹紧 夹具设计

Abstract

This design is about the automobile gearbox which is design of processing technology and special fixture. The main processing direction of gear box includes milling surface, drilling hole and tapping thread. The roughness of the left and right end faces of the transmission case and the upper and lower surfaces require a high degree of roughness. The roughness of the surface is easier to meet the requirement of the machining accuracy of the hole. The distribution of holes has a regular pattern, distributed in two axes. The main guarantee is the verticality of the hole and the runout of the circle and the roughness of the inner hole surface. The design process of the actual practice, production and processing oriented, combining theoretical knowledge, Follow the design principle of the front face and the rear hole. The surface roughing and finishing are clearly separated from the roughing and finishing of the hole. Ensure dimensional accuracy and various requirements of the hole. Both the rough and the fine reference are chosen for the lower underside of the gearbox. In the processing process, the lower surface of the gear box is arranged as the positioning reference, and the upper surface is processed. The bearing hole is machined on the following end surface and the side surface of the box body. The clamping method uses the manual tightening screw thread clamp. The fixture has been specially designed. Reliable clamping is guaranteed.

This design is suitable for mass production requirements to ensure processing quality conditions, reduce production time as much as possible, improve production efficiency, reduce production as the main direction of development, but also present in machine processing industry. Because this design is for the actual production, the gearbox parts drawings are analyzed, and the transmission function and structure in many respects, that can guarantee the process to meet the production needs, and can guarantee the required size and technical requirements, and the design of the fixture box, bearing decent hole machining precision and error analysis. Ensure that the fixture can be used in practical production.

Key words: gearbox processing technology positioning clamping fixture design

目 录

摘 要.............................................................. I Abstract ............................................................ VI 第1章 绪论......................................................... 1

1.1 选题背景..................................................... 1 1.2 选题意义和发展现状........................................... 1 1.3 设计的主要内容............................................... 2 第2章 变速箱体工艺规程设计......................................... 3

2.1 零件分析..................................................... 3 2.1.1 零件的作用 ................................................. 3 2.1.2 变速箱体结构特点 ........................................... 3 2.2 变速箱体工艺性............................................... 4 2.2.1 零件工艺分析 ............................................... 4 2.2.2 箱体选材和毛坯控制 ......................................... 4 2.3 工艺路线..................................................... 5 第3章 镗孔夹具设计................................................. 8

3.1 夹具定位、夹紧确定........................................... 8 3.2 夹紧元件、动力装置、夹紧力确定............................... 9 3.3 夹具体、镗套、镗杆设计...................................... 10 3.4 夹具设计及操作简要说明...................................... 12 第4章 铣箱体上平面夹具设计....................................... 14

4.1 铣床夹具.................................................... 14 4.2 定位基准与误差.............................................. 14 4.3 铣削力与夹紧力计算.......................................... 15 4.4 夹紧装置及夹具体设计........................................ 15 4.5 夹具设计及操作的简要说明.................................... 15 第5章 刀具........................................................ 17

5.1 刀具选用.................................................... 17 5.2 刀具材料.................................................... 17 5.3 切削控制.................................................... 18 总 结.............................................................. 19 致 谢.............................................................. 20 参考文献........................................................... 21

第1章 绪论

1.1 选题背景

减速箱体作为减速器的基础零件，最主要的功能是使箱体内的齿轮、轴、轴承等相关零件保持相对位置，使其能够平稳运行而不互相干扰，并且使齿轮间能够正确的传递扭矩和改变齿轮和输出轴的转速，用来达到操作者要求的合适的运动。变速箱还是箱体内各种零件要求的润滑和冷却环境的保持者。因此，变速箱箱体的加工质量会影响到装配以及整个整车性能。

将一个零件从毛坯加工道成品是一个复杂的工艺过程，而这个加工的方法和过程叫做工艺，这个过程需要根据零件的技术要求和结构特点，在不同的条件下，经常需要采用不同的加工方法和设备。而不同的工艺过程所消耗的工时、成本都不一样，优质化的工艺规程能提高劳动生产的效益，减少加工时需要的成本支出，降低加工时需要的资源损耗，而工艺规程是加工生产中最活跃最容易调整的因素。

而在整个生产过程中，选用正确的夹具能充分节约装夹找正的工时，所以设计一套合理夹具对于整个工业生产来说很有必要。它可以直接作用到零件全部的加工质量、生产效益，所以夹具的设计也是工艺加工中很具影响力的因素，所以也十分受重视。

1.2 选题意义和发展现状

选择这个毕业设计的题目，首先是对大学四年来在校知识的进行一次全面而具有针对性的应用，是对所学知识的一次巩固和考验，充分将所学知识调用起来，与自己在生产实习中所获得的经验相应证，让自己将所学知识灵活汇总去应对一次实际上的加工设计；也是对以后所要从事的行业进行一次模拟和应用，为了自己能以更好的状态接受工作，培养标准化设计、查阅工艺手册、将成本和效益相结合等工艺人员应该具有的良好素质，同时能促使更快适应生产岗位和让高等教育和企业需求人才相衔接起来。

通过本次毕业设计，是对我们对图纸理解能力的一次考验，加深对图纸认知的印象，同时是一次对工艺设计的考验，让我们开始对生产成本和生产效率以及劳动回报的价值考量，同时更是对所学知识的灵活运用，对数据处理的一次考校，尤其夹具的设计更是综合了四年所学，从理论知识整合到实际生产需求，为以后毕业走向生产岗位做好了准备。

国内外机加工制造业是考量一个国家经济发展水平的标准之一，它能推动国家经济的发展，也能确保国防的水平，是一个国家的基础产业。由于个人计算机的飞速发展，在设计加工图纸和对工件进行加工模拟也使用上了计算机，如CAD/CAM，而今加工产品越来越向着精密加工，加工的方式越来越智能、自动化，加工的产业越来越高度集成化，加工的效益更加呈现高效化。但总体来说我们国家机加工制造业水平与发达国家相比还有很大的距离，例如我国加工机床用的都是日本法兰克系统，而更加人性化、智能化德国西门子

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系统的机床却很少。所以还需要我们不断地努力，去改变发展我们国家的机械制造业。

当然，随着科技水平的进步，国内外加工工艺技术也越来先进，主要发展如下： 采用CAD/CAM进行模拟和使用自动化生产技术，优化工艺规程； 毛坯的精度呈现低余量无余量的发展方向； 毛坯的质量也呈现出无缺陷的发展方向； 机加工更是呈现超精密超高速的发展方向；

材料方面采用新型材料和清洁型材料以提高表面可加工性；

新型能源、清洁能源和复合型加工方式的采用更是进一步降低了加工成本； 工艺、信息、管理技术呈现三位一体化，生产模式愈加先进； 工艺加工技术、加工方式与设计理念越加趋向统一，愈加和谐。

而在变速箱生产方面，目前，国内外汽车变速箱生产厂家的生产设备可能存在不同，主要是根据生产方式和工艺规程的而选择。而在定位的方式上也存在着有不一致的地方，例如有些厂家以凸缘面定位来进行生产加工，而大多数生产厂家以一面两销定位生产，在轴承孔加工方式上也有所不同，一般采用粗镗——精镗的方式加工，但也有部分厂家加工设备较为先进，采用粗镗——高速铰的方式来加工，这样的加工方式虽然提高了生产的效率以及加工的精度，但是要求的设备更先进更精密，对操作设备的人员控制技术要求也更高。

1.3 设计的主要内容

首先，认真研究汽车变速箱箱体图纸，分析工件的几何形体，在工件加工时还要注意下工件的细节形状，注意要满足工件的加工工艺要求；

查阅资料，学习研究汽车减速箱箱体材料选取，加工工艺的一般方法；

结合课本学习的知识和工程训练的实践，查阅相关手册，根据箱体零件的几何形体，以及工艺要求，制定出箱体加工的工艺路线；

明确所涉及的加工工艺中，对镗床夹具的具体需求；

查阅夹具设计课本，构思夹具的结构，功能实现方法，绘制结构草图； 查阅手册，完成镗床专用夹具定位误差分析及夹紧力计算夹具； 总图技术条件的确定及尺寸链的分析； 绘制所设计的镗床夹具图纸，出图； 绘制其中以个非标零件的零件图；

完成箱体工艺制定和夹具设计，完成毕业设计。

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第2章 变速箱体工艺规程设计

2.1 零件分析

2.1.1 零件的作用

变速器是汽车最主要的部件之一，由变速箱体、齿轮、齿轮轴、轴承等一系列零件构成，最主要的功能是随驾驶人的不同驾驶条件和需求改变汽车的车速和传递的扭矩，用以不同的条件例如：爬坡、超车，不仅如此，还能实现反方向传递转速，用以实现倒车。

变速器箱体则能整合整个变速器的基础零件，用以使其内部零件处于正确的的相对位置，为其他零件提供一个平稳运行的环境，使内部零件能相协调有序的运作。变速器箱体质量好坏会直接作用到轴和齿轮间的配合，还会影响其相互间的位置关系的准确性，尤其会影响变速器的功能和使用寿命。

2.1.2 变速箱体结构特点

变速箱体是非回转型平面型薄壁壳体零件，是很具有典型的零件，它的尺寸比较大，样式也很复杂。需加工有铣平面，孔系加工和攻螺纹等。一般变速箱体具备以下特点：

1. 尺寸较大

变速器通常是机体中最大的部件之一，是箱体内部零件的母体。大型的减速箱的箱体可长达5~6m，可宽达3~4m，重达50~60吨。变速器是机体传递动力的零件，也是柔性的调整驱动转速或不可缺的零件。

2. 形状复杂

当箱体体积过大的时候，箱体就要承受额外的质量和重力，而为了保证箱体具有一定的刚度及强度，箱体的体积设计的小一些更稳定，可能还需要在铸造时缩减的壁厚处额外再添加凸边、筋板、凸台等一系列结构。但箱体上安装零件的数量和零件在箱体空间上的分布位置是决定变速箱箱体复杂程度最主要的因素，所以需要我们合理的去设计变速器的箱体结构。

3. 精度要求

变速器箱体具有多个轴孔，它的尺寸精度和位置精度要求都很高，而他的加工质量是直接作用在装配精度上，能直接影响变速器的运行性能和使用寿命。

4. 有许多紧固螺钉定位箱孔

同时变速器箱体还有很多的连接螺纹孔，这些孔分布在箱体各表面，虽然加工要求不是很高，但因各面的加工情况的不同，有时加工起来很是困难。

因箱体具有以上固有特点，所以加工时很不方便，劳动量很大，装夹找正也十分困难，

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需要考虑到各方面可能遇见的问题。

2.2 变速箱体工艺性

2.2.1 零件工艺分析

有零件图纸可知零件主要的技术要求如下：

左端面轴承孔为?80、?62.17和销孔?30，孔与轴之间配合度公差等级皆为IT7，且查《互换性与测量技术基础》的表2-8可知孔?80、?62.17的上极限偏差皆为+18um，下极限偏差皆为0，销孔?30的上下极限偏差皆为0，这几个孔的表面粗糙度皆要求低于1.6um；右端面轴承孔为?72.17，孔与轴之间配合度公差等级皆为IT7，孔上极限偏差皆为+18um，下极限偏差为0；箱体中部?92的轴承孔与?22销孔配合度公差等级都是IT7，孔的上下偏差都是0，粗糙度和箱体中部?42孔的要求低于1.6um，?92孔与孔A、B同轴度要求为0.04mm；箱体左右端面粗糙度要求低于3.2um，与左右端面轴承孔?72.17、?80的垂直度要求为0.03mm；凸缘上的沉头通孔表面粗糙度要求为6.3um，而其他孔的表面粗糙度为要求低于12.5um。

本零件是变速器箱体，需要加工的地方有上下左右前后端面；输入、输出以及倒档等各轴承的轴承孔；还有箱体各结合地方和安装附加部件地方的接合螺纹孔。本着满足零件的技术要求来设计零件加工顺序，所以零件的粗基准选择为零件的下端面，加工上端面时用压板压紧凸缘进行夹紧，加工凸缘则以压板压紧上端面进行夹紧，而箱体底部则利用支承块定位元件支撑，这样就能充分限制住变速器箱体的自由度，对零件进行加工。而精加工时，就先以精加工的底面作为精基准，这样就能保证基准相重合、统一，就避免因为基准方面或是其他的不必要方面引起的误差，同时在装夹的时候，也因为前面加工已经涉及到了，也不会因为装夹而造成其他方面的影响。

2.2.2 箱体选材和毛坯控制

本减速器箱体是中等批量规格生产，在此我们以HT200锻造而成。之所以选用HT200为材料，是因为灰铸铁的铸造性能比较好，价格也相对低廉，还有良好的可加工性，并且能完全满足箱体的耐磨性能要求、减震性能要求和刚度性能要求、强度要求。同时由于箱体外部形状和内部构造相对较为复杂，为了降低生产成本，提高切削性能，因此选用铸造成型。当然铸造的缺点也有，铸造生产的零件它所要求的工序比较多、投料要求的也比较多，当加工过程控制不好的时候，铸件出来的品质也不好保证，出现废品的可能性也相对较高，同时铸造的车间因为其固有的属性，能耗高、原材料堆放的多，所以其生产作业环境也相对较差。

对于毛坯的控制，我们应该尽可能保证其能满足箱体的尺寸精度要求，而在毛坯外部的尺寸相对来说好保证，但是内腔的结构尺寸相对来说较为难。但现如今铸造工艺较为成熟，铸造出的零件的质量相对来说比较高。不仅如此，零件的加工余量越少，铸造时需要

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的原料越少，加工需要的工时越低，生产需要的成本就越低，因此可以适当的减少毛坯的加工余量，近可能使毛坯尺寸和零件相匹配，这样就可以被切削量就能减少些，还能在铸造的时候减少材料的使用量。但也不能一味地追求加工余量少而不注重毛坯的品质，在设计毛坯的时候还必需考虑到加工的时候走刀的时候会不会不方便，装夹的时候能不能装夹平稳，会不会适合装夹等等一系列后期的工艺问题。

毛坯的铸造可能因为各种人为或非人为的原因出现以下缺陷：例如铸造时金属液体内部存在气体，在液体凝结时不能够及时散去，于是就在零件内产生了气孔；或是一些很难除去的型砂在铸造出来的零件表面上粘附着；亦或是铸造厚又大件湿型板类零件时，零件表面极易形成的槽痕缺陷；或是零件铸造出来后夹杂着其他杂物等等，所以需要尤其注意，同时因为部分缺陷可以去除，常在铸造后，为了减少毛坯的内应力，在进入切削车间前，坯料应该人为的时效处理，尤其对于一些易变形的大零件应该先进行处理后再放入其他车间进行切削或其他加工。

1. 毛坯轮廓尺寸

根据设计图纸可以知道变速器箱体的结构尺寸长396mm*宽190mm*高230mm，所以零件的最大尺寸是长度，虽然是中批量生产，但铸件仍使用砂型机器造型及壳型来进行生产模型，查《机械加工工艺手册》（以下简称《工艺手册》），可以知道铸件尺寸公差等级CT为11到13，其中接合面的表面粗糙度Ra要求小于3.2um，轴承孔比较大，满足铸造预留孔条件即孔直径大于30，加工的余量等级处于E到G，由此可得毛坯轮廓尺寸如下：

毛坯轮廓的长度：396+6=402mm 毛坯轮廓的宽度：200+6=206mm 毛坯轮廓的高度：230+6=236mm

2. 加工余量

因为加工的粗基准是变速器箱体下端面，要保证凸缘的高度，所以加工余量最主要是看毛坯的轮廓尺寸，所以为保证工件下部端面及凸缘及箱体内部深度等各方面属性，所以工序03的背吃刀量ap可以给定为2.50mm，工序05的背吃刀量ap可以选择给定为2.95mm，预留精镗余量0.05mm，工序06的背吃刀量ap也可以选择给定为2.95mm，也预留精镗余量0.05mm。因为毛坯是铸造出来的，所以毛坯的实际轮廓尺寸跟设计尺寸可能会存在一些差异，需要根据实际轮廓尺寸去确定真正需要加工的尺寸余量，去确立切削的背吃刀量，要同时保证各面要求的实际尺寸，此处的背吃刀量或者说加工余量仅是作为

参考加工值，详细加工工序请参考工序卡片。

2.3 工艺路线

变速器因为其特有的性质，对箱体加工的要求很高，同时也因为是箱体类零件，其外部的形状和内部的构造十分复杂，需要加工的地方也相对较多且不容易加工，这样就显得加工的工作量十分大。所幸之处是箱体材料是HT200，铸造出来的零件毛坯可加工性很

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强，为了充分减少不必要的劳动量，提高加工质量，减少加工的工时，使得生产成本能够降低，所以拟定以下两种工艺路线，表2-1和表2-2，如下：

表2-1 工艺路线方案一

工序号 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18

铸造 时效处理 粗、精铣下端面 粗铣上端面 粗铣前、后端面 粗铣左、右端面 工序名称 工艺装备或车间 铸造车间 钳工 卧式铣床 卧式铣床 卧式铣床 卧式铣床 专业钻床 专业钻床 专业钻床 卧式镗床 卧式镗床 卧式镗床 卧式铣床 卧式铣床 卧式铣床 钳工 钳工 钻右端面2*?72.17孔 钻左端面?30、?80、?62.17孔 钻箱体内部?92、?42孔 镗右端面2*?72.17孔 镗左端面?80、?62.17孔 镗箱体内部2*?22、?92、?42孔镗刀 精铣上端面 精前、后端面 精铣左、右端面 螺纹孔M10、M14、M16攻螺纹 去毛刺 检验 表2-2 工艺路线方案二

工序号 01 02 03 04 铸造 时效处理 粗、精铣下端面 粗、精铣上端面 工序名称 工艺装备或车间 铸造车间 钳工 卧式铣床 卧式铣床 6

05 06 07 08 09 10 11 12 13 15 16 粗、精铣前、后端面 粗、精铣左、右端面 钻右端面?2*72.17孔 钻左端面?30、?80、?62.17孔 钻箱体内部?92、?42孔 镗右端面?2*72.17孔 镗左端面?80、?62.17孔 镗箱体内部?22、?92、?42孔 螺纹孔M10、M14、M16攻螺纹 去毛刺 检验 卧式铣床 卧式铣床 专业钻床 专业钻床 专业钻床 卧式镗床 卧式镗床 卧式镗床 钳工 钳工 两个工艺方案的区别在于铣面和钻孔工序的先后顺序，方案一是先对加工的表面进行粗铣，再对粗铣过的表面进行钻孔，钻孔后再接着对各表面进行精铣；而方案二则是先对各加工表面进行粗铣，然后就直接对粗铣过的加工面进行精铣，精铣过后就再对各精铣面进行孔系加工。方案一的优点在于钻孔过后，再进行的精铣能擦除掉钻孔时对表面引起的损伤，保持表面的光洁度，使用于对表面粗糙度要求特别高的零件；而方案二则将加工的工序集中起来，减少了零件去往不同机床加工的转移次数，同时也避免了多次找正夹紧，不仅如此，选用第二个方案加工零件，因为对工件的各端面精铣加工后，工件的各种尺寸精度都满足设计时的需求，即轴承的轴线也不会产生超出要求任何偏差，这样能保证加工出来的轴承孔能满足与左右端面的垂直度的要求。所以在大批量的流水线加工过程中我们选用方案一最合适，而在本设计中，中批量加工，选用方案二的工作效率最高，即本次设计选用方案二。

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第3章 镗孔夹具设计

3.1 夹具定位、夹紧确定

机加工产业中，用来安装零件，让零件处于正确的加工位置或检测位置，用来保证机加工的生产质量，同时又能使得劳动生产的效率进行提高，而这种工艺装备叫做夹具。机加工中或不可缺的工艺装备之一是机床夹具，在实际生产中都叫工装，使用工装可以提高机加工的零件生产质量，能使得生产劳动强度降低，能减少生产成本的支出，同时使得工艺过程更趋向于自动化加工，使用专用工装还可以让机床实现一机多用，改变原来的使用范围，扩大其用途，使用工装能为零件的批量生产提供便携和必要条件。而夹具最典型的两个作用是“定位”和“夹紧”，定位是指零件在工作台上将要进行切削加工时，为了保证或者是提高加工的精度，即是为了能够正确的安装好工件，让零件能处于工作台和刀具的正确位置。而夹紧则是使得工件在受到刀具或是机床加工时给它力的作用下，还能保持与工作台、刀具间的正确的相对位置的夹紧力，这两个过程加到一起便成了“安装”，而夹具或说工装便是能实现这个任务的装备。

查阅变速箱箱体的设计图纸，可以知道该零件图的孔系加工具有尺寸精度要求、位置精度要求和表面粗糙度精度要求，即左右轴承孔与左右端面的垂直度为0.03mm，轴承孔?92相对于A、B轴承孔的同轴度不大于0.03mm，同时该图所主要轴承孔的表面粗糙度都要求低于1.6um，孔轴配合度代号分别是?92H7、 ?80J7，而工艺销孔间的配合度代号分别是?30H7、?22H7。而各孔的加工都是在各端面精铣过后才进行加工，即各孔都是以上道精加工过后的面为基准，使得基准满足统一、重合的原则，而在对工件工艺孔进行加工时，也是以先前加工精铣过后的变速箱箱体的下端面为工艺孔的定位基准。而在后续孔加工工序中，工艺孔能让其他轴承孔的加工余量保持均匀，同时先面后孔的加工方法，不仅仅能充分保证各轴承孔所要求的垂直度，还能充分保证轴线的位置精度，这样加工出来的孔的位置精度也最具有保证，同时还能保证轴承孔?92相对于A、B轴承孔的同轴度误差控制在0.03mm以内。因此在一面两销的定位基准下，对孔系进行加工。

夹紧力的确定主要是根据力的大小、力的作用点、力的方向这几个方面来判断，这就需要根据工件去分析，例如工件有怎样的加工要求，具有什么样的结构特点，切削时刀具给的力的方向和有没有受到其他力的作用。夹紧力方向容易确定，主要定位基准面所在的位置就是夹紧力应该向着的方向；同时为使得零件受的夹紧力相对较少，使得夹紧的装置简单些，也不会因为夹紧力过大而使得零件变形，所以夹紧力应该与刀具切削时的力和工件的重力相一致，但因为实际过程难以满足理论数据，所以尽量在满足条件时，尽量使得夹紧力比较小。而夹紧力所作用的点最好是在零件的刚性好的地方，以便于防止装卡时夹

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紧力过大使得零件产生形变，对加工质量造成不好的影响；同时在装卡时，夹紧力的作用点不可落在支承点所作用的部位外面，这样不仅仅会使得零件的定位发生错误，还可能在装卡时引发工件的脱落；最后一点是夹紧力的作用点需尽可能接近需加工的部位，以便于减少切削时刀具作用的力对夹具夹紧处产生的力矩，使得在加工时零件发生扭转或扭转的趋势能够减少。零件在实际加工中受到很多力的作用，例如：切削力、惯性力、离心力及重力，理论上零件所受力矩平衡，但实际还与工艺系统的装备、及各部件的刚性、各机构传递效率各方面有关。同时，切削时力也可能是随时都在变化中，所以夹紧力只能粗略估算，实际的计算相当复杂。估算时应用以下公式：

理论上：Fj理=?（FP） 实际上：Fj需=kFj理 式中

Fj理——理论夹紧力 Fj需——需要夹紧力 FP——主要最大切削力

?——理论系数，根据装卡情况确定

k——安全系数，粗加工时k=1.5~3.0，k=2.5~3.0，精加工时k=1.5~2.0。 而校核夹紧力FJ是否满足FJ> Fj需即可。 在此处由静力平衡，可以代入数据计算可得： 最大所需夹紧力：W=10KN。

3.2 夹紧元件、动力装置、夹紧力确定

变速箱箱体的加工量很大，需要加工的孔有很多，同时它的生产规格也属于中批量生产，而夹具的设计特点就是单件生产，针对性强，设计周期短，一般不进行强度、刚度的计算，所以设计时需要将设置修配和调整环节考虑进去，所以该变速箱箱体的夹具采用的是手动夹紧，因为设计手动夹紧时所制作出来的工装结构相对就简约很多，同时操作起来也十分灵活，在实际生产过程也用的非常广泛，不仅如此，使用手动夹紧的夹紧方式，还能够保证夹紧的可靠性，不用考虑到机构的自锁性，维护也非常方便，同时节约了生产的成本，在工装设计后还能较早的生产加工出来并投入到生产线去。而工装使用的手动夹紧的元件是压板和螺钉。拧紧螺帽便能使压板压紧工件，使用压板和螺纹的夹紧方式装卸起来也十分的便捷。

切削力与夹紧力可由本道工序主要完成工艺孔的镗加工： 镗削力: 镗削力矩 ： 式中：

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本道工序加工工艺孔时，工件的下平面与台价台靠紧。采用带光面压块的压紧螺钉夹紧机构夹紧，该机构主要靠压紧螺钉夹紧，属于单个普通螺旋夹紧。根据参考文献[11]可查得夹紧力计算公式：

式中：W0—单个螺旋夹紧产生的夹紧力（N）； Q—原始作用力（N）； L—作用力臂（mm）；

（3-1）

r'—螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm）； g1—螺杆端部与工件间的摩擦角（°）； rZ—螺纹中径之半（mm）； t—螺纹升角（°）；

g2—螺旋副的当量摩擦角（°）。

由式（3.1）得点接触的单个普通螺旋夹紧力，代入得：

3.3 夹具体、镗套、镗杆设计

夹具的最基本零件是夹具体，就像是变速箱箱体，夹具上的各种元件和设备被它揽括在一起，并将他们连接成一个整体，最后由夹具体将要加工的零件安装到加工机床。需要加工的工件的结构、尺寸和要加工的部位直接影响到夹具体的形状、结构和各基本元件的分布情况， 而机床在切削时对要加工工件的力与夹具体、工件所受的重力和机床与夹具

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体所安装的方式都会直接影响到夹具体的设计思路。本次设计夹具体毛坯使用装配夹具体，由个别非标零件和标准毛坯件用螺钉、销体等零件组装、连接成夹具体。其标准毛坯是源自专业毛坯厂，其余标准零件如垫铁、压板也经由专业标准零件厂家生产，此夹具体的基本元件都是其他厂家生产，市面上能够买到，也不用经锻造焊接等一系列生产，所以装配夹具体的制造起来的生产周期很短，制造该夹具体的生产成本也因此可以控制到很低，精度方面也很高、很稳定，要是磨损维护修理也很方便，所以在实际生产中使用装配夹具体越来越多，越来越广泛。夹具体应该满足的基本要求有6点：为了使得夹具体具刚度强度足够，夹具体壁厚大概在15~30mm,转角处圆角在R5~10mm；然后就是结构要求十分方便装卸，所以要求尽量简单，体积要求要尽量小，重量能尽量轻；再要求就是夹具体在结构上要有好工艺性，便于组装及二次维护；还有就是在加工过程中，切屑可能会划伤工件，从而达不到想要的预期的粗糙度精度要求，所以夹具体还要求排屑能便捷；再就是安装要具有良好的稳定性，能保证工件在加工时装卡的稳定性，能维持工件与机床的相对位置；最后夹具体一定要有适当的精度性，要具有一定的位置精度，同时尺寸形状也要具备一定精度。在夹具元件间常用的配合方面在镗孔时查夹具元件间常用的配合选择表4-1选用有引导作用、有相对运动元件间的一般精度H7/h6。

除了夹具体外，镗床还有镗套、镗杆、支架、底座等需要专业设计。根据孔径选用镗模，而在本变速器箱体的孔径基本大于60mm，所以选定为单支承前引导镗模。镗套方面我们选用回转式镗套中的滑动式镗套，因为固定式镗套不适合高转速加工，也就是不能够进行较高精度加工，为了保证加工出来的工件质量，在此我们选用回转式镗套，虽然造价方面比前者要高，但是粗精加工都适用，同时能充分提高零件的加工质量；而在回转式镗套中，之所以选用滑动式而不选用滚动式镗套，是因为滚动式镗套的工程造价更高，能达到的转速更快，能加工的精度更高，但是其维护成本也更高，而滑动式镗套在本变速器箱体镗孔时所能达到的精度已经足够，相对来说维护成本更低，而本夹具设计也只是为了本箱体加工，具有单一性，所以在镗套的选择上其已经够用，不必要花费更多去提高其镗孔质量，从而增加设计成本支出，而镗套类型与布置结构影响镗套的尺寸，由以下公式计算：

H=(1.5～3)d 式中： d——镗杆引导部分的直径d

H——镗套长度

为降低该夹具的生产成本，生产批量也不大，负荷也适中，选用铸铁作为镗套的材料，并时效处理，硬度比镗杆硬度低，因其镗套同时适用精镗，内径公差带就选用H6，外径公差带就选用g5，两者间按?0.01mm同轴度误差，0.01～0.02mm的圆柱度误差，按0.4～0.1um粗糙度Ra，0.8～0.4um外圆粗糙度Ra。镗杆选用镶条式，而镶条选用刚料或铜料，其摩擦因数小、耐磨，具有较大大排屑，磨损后好修磨，不会轻易卡死。镗杆尺寸可由如下计算:

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(D-d)/2=(1～1.5)B

式中： D——为镗孔直径

d——为镗杆直径 B——镗刀截面

镗杆而一般以45钢或40Cr钢热处理而成，公差带与镗套相配合，选用H6/g5，镗套与村套选用H6/h5，袖套与支架选用H6/n5。其误差分析如下：

由工序简图可知，本道工序由于工序基准与加工基准重合，又采用底面为主要定位基

0.02面，故定位误差?dw很小可以忽略不计。本道工序加工中主要保证工艺孔尺寸Φ62??0.01mm

及表面粗糙度Ra1.6?m。本道工序最后采用精镗加工，选用标准硬质合金镗刀，直径为Φ

0.0262??0.01mm，并采用镗套，镗刀导套孔径为该工艺孔的位置度应用的是最大实体要求。

工艺孔的表面粗糙度Ra1.6?m，由本工序所选用的加工工步粗镗精满足。 影响两工艺孔位置度的因素有： （1）镗模板上装衬套孔的尺寸公差：

=0.005

（2）两衬套的同轴度公差：

=0.005（3）衬套与钻套配合的最大间隙：

=25.034-25.012=0.022（4）钻套的同轴度公差：

=0.005（5）镗套与镗刀配合的最大间隙：

=25.039-25.008=0.031

所以能满足加工要求。

3.4 夹具设计及操作简要说明

安装工件时，将夹具吊放在机床工作台合理位置，放置平稳，并将夹具和工作台通过

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螺钉安装稳定，再将变速器箱体吊装在夹具体上的定位块上，适当调整位置，使箱体与夹具的相对位置保持正确，再旋动压板上的螺母稍微卡压住箱体，再测量箱体、夹具与机床的相对位置，微调，尽量保持正确相对位置，最后再将各螺母对称方向旋进压紧，注意千万不能一下子将一个方向的螺母直接拧紧，可能会破坏前面步骤卡压的正确的相对位置，也注意别使用加力杆过渡卡压可能磨损加工好的面的粗糙度。

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第4章 铣箱体上平面夹具设计

4.1 铣床夹具

铣床夹具主要是夹持进行平面铣削、齿轮插齿、花键铣削、键槽铣削、复杂成型面铣削等加工类型的工件。进行该类铣削时，切削时力很大，吃刀量很深，铣刀切削时非连续加工，切削力变化很大，具有很大的冲击及振动。因此加工时将对影响到工件加工的稳定性，要是夹紧的力度不够，工件、夹具和机床的相对位置可能会错位，进而会对工件的加工质量造成影响。所以在设计夹具的时候，就要考虑到夹具需要的夹紧力相对较大，夹具体上各部分的元件要求的强度和刚度都比较大。

铣床夹具有下列设计要点：因为铣床铣削力和铣削用量比较大，需要尽量增加供给定位稳定性，如将支承面积适当增大，支承点尽量设定远些，也可设定辅助支承；夹紧方面也可以适当提高夹紧刚度，注意下夹紧力的施力方向和作用点，刚度和强度一定要保证；至于定位键其结构市面上已有标准化零件，可以选用A型定位键，精度要求较高则可以选用B型定位键，选A型定位键是因为铣箱体上表面，偏摆对加工无影响；对刀元件标准化了，此处选用标准对刀块就适用，而实际生产中对刀时的塞尺已经成套件使用，可直接购用；夹具体的设计则要充分考虑刚度和强度，而夹具体的置耳作则可参考夹具标准，视情况而定，此处具体请参考附录的设计图纸，如其他大型夹具，或装夹其他大型零件有需要可以采用联动夹紧或者其他夹紧，本设计装夹稳定为简化设计降低维护及生产成本，不需联动夹具，就不附带说明。

4.2 定位基准与误差

查阅变速箱箱体的设计图纸，可以知道该变速器箱体零件图的上端面表面粗糙度都要求为Ra小于6.3um，选用变速器箱体的铣削过后的下端面为定位基准，同时该基准也是设计基准，两者相重合，能保证加工的尺寸精度，勿需重新计算，即能保证上下端面间的平行度要求，在本次加工的工序中，仅需保证好变速箱体下部端面放置平稳，贴合稳靠。

误差主要为：销与孔的配合0.05mm，钻模与销的误差0.02mm，钻套与衬套0.029mm。 由公式： e=(H/2+h+b)×△max/H

△max=(0.052+0.022+0.0292)1/2

=0.06mm

e=0.06×30/32=0.05625

可见这种定位方案是可行的。

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4.3 铣削力与夹紧力计算

本夹具是在铣床上使用的，用于定位螺钉的不但起到定位用，还用于夹紧，为了保证工件在加工工程中不产生振动，必须对六角螺母和螺母螺钉施加一定的夹紧力。 由计算公式：

Fj=FsL/(d0tg(α+ψ1’)/2+r’tgψ2) （4-2）

式中： Fj——沿螺旋轴线作用的夹紧力

Fs——作用在六角螺母 L——作用力的力臂(mm) d0——螺纹中径(mm) α——螺纹升角(゜)

ψ1——螺纹副的当量摩擦(゜)

ψ2 ——螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的摩擦角(゜) r’——螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的当量摩擦半(゜)

其回归方程为：

Fj＝ktTs。

式中： Fj——螺栓夹紧力(N)

kt——力矩系数(cm－1)

Ts——作用在螺母上的力矩(N.cm)

Fj =5×2000=10000N

4.4 夹紧装置及夹具体设计

在此铣夹具中使用可移动的压板卡压箱体，可移动压板的优点在于完成铣削以后，直接能拧松螺钉等松紧装置使得压板松开，就可以拆卸掉压板然后退一段距离后再取出零件。这样可以避免卸下工件时撞刀，同时便于维护，装卸生产简单，容易上手。而夹具体则是将夹具上的各种元件和设备揽括在一起，将他们连接成一个整体，并安装到加工机床上。夹具体的装配草图在设计好夹具体之上的主要元件后将其合理分配好相对位置就能汇总出。详细请参考附件装配图。

4.5 夹具设计及操作的简要说明

夹具用于在立式铣床上加工传动箱体上平面，工件以与此相平行的下平面为及其侧面和水平面底为定位基准，在短销、支承板和支承钉上实现完全定位。采用转动A型压板夹紧工件。当加工完一边，可松开螺钉、螺母、支承钉来加工另一边。如夹具装配图所示。对专用铣床夹具的设计，可以了解机床夹具在切削加工中的作用：可靠地保证工件的加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的给以性。本夹具设计可以反应夹具设计时应注意的问题，如定位精度、夹紧方式、夹具结构的刚度和强度、结构工艺

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性等问题。

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第5章 刀具

5.1 刀具选用

本设计中变速器箱体要加工的工艺分别是：粗铣、精铣、钻孔、粗镗孔、精镗孔、打定心孔、攻丝。所以涉及的刀具就是：面铣刀、钻头、镗刀、中心钻、丝锥。而在实际生产的过程中，可能用的涉及到的刀具可能就不同，可能会很复杂，例如镗孔时一般用镗刀而部分公司则可能使用到了拉刀，而在其他方面加工也可能采用到复合刀具或者是专用刀具去进行生产和加工的，当然这主要是看各公司的生产车间使用的机床，例如在东风变速箱厂他们公司则是加工时在铣面的时候分别使用到：双轴立式转盘铣床、组合铣床、 双面钻铣组合铣床、卧式双面组合铣床、组合龙门铣床等等，而本设计在实习期间，在公司参考的机床则使用的是卧式镗铣床，这种机床采用德国西门子系统由沈阳机床厂所生产，该机床集铣面、镗孔、钻孔与一体，完全适用于本设计中。当然两者不同之处在于大批量与中小批量生产等不同吧，所以在不同的生产情况下，得取决于经济性和效益还有工件的加工要求等各种方面选用机床和刀具。

本设计镗孔时需加工的孔径分Ф42、Ф62.17、Ф72.17、Ф80、Ф92几种，常用的镗刀一般可以分为维护调整加工范围大的微调镗刀和切削时因两边受力平衡可以稍微增大切削量的双刃镗刀，但在本设计中因为加工时存在阶梯孔，而且大孔在内，机床镗轴具有尺寸限位，而且可能镗轴比外阶梯孔孔径大，而镗刀可能刀柄不够长，无法够到轴承孔，所以在加工时如果有必要可以使用加长刀杆，加长刀杆不存在国标，需要专业定做，当然一把机床也可以生产加工，刀杆长度可以根据刀柄长度设计，但不应过长，因为机床本身存在精度误差，如果过长，此时镗孔时误差就可能过大。在加工阶梯孔时要注意，因为内孔孔径大于外孔孔径，所以在此处内孔加工可以选用可调铣刀或者T型刀。若选用镗杆加工孔，则需注意以下事项：公差范围应该包括刀槽两侧面不平行度；镗杆中心线与刀槽后端面不垂直度应小于0.02/100，径向剖面与轴向剖面中刀槽与侧面上的定位螺钉孔的相交角容差分别为?10'、+30’；镗杆与销孔同心度不大于0.2mm，定位销角度上错位不大于0.01mm；达到以上要求精度要求基本能达标。

5.2 刀具材料

合适的刀具材料也影响着加工，所以在加工时一定要选好刀具的材料，选择的刀具材料合适否影响着生产效率，同时也是关系到生产的效益，而刀具材料的选择主要看加工工件的材料，以及转速及进给来选择。因为箱体材料是HT200，所以此处选择硬质合金刀，查刀具表格可以知道硬质合金刀硬度能达到HRA89-94；而在切削时候能维持刀具的切削性能的最高温度范围在800-1000，它所具有的抗弯强度的性能在90-250，硬质合金刀在

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加工性能上相比以高速钢为材料的刀具或其他材料的刀具加工时性价比要高的多，因为硬质合金刀在加工时效率要高，同时使用寿命相对其他材料的刀具要高。所以刀具的材料我们选择硬质合金。当然硬质合金刀也具有一定的缺点，例如刀具本身材料的脆性比较大，在磨刀具的时候也不好磨，这在加工的时候还是有一定的使用难度的。

5.3 切削控制

加工过程中，刀具是从零件表层切削掉余量，而在加工的过程中，切削可能会引起刀具和工件产生形变，还因为高速摩擦将产生切削热量，同时在切削过程中，刀具因为在恶劣环境中使用，可能会产生磨损现象，所以在加工的过程中，我们要控制好切削的吃刀量，进给速度和刀具的转速，同时在选择刀具的时候，要选择合适的刃角的切削刀具，安装刀具的时候如果有刀具角度设置也需要我们注意，即选择合适的刀具工作角度。不仅如此，在生产加工中，需要注意排屑的方式，需要注意排屑会不会划伤加工好的工件表面，也要注意进出刀时候刀具会不会划伤加工好的工件表面。切削热的控制只能通过在加工时对零件进行喷洒冷却液来解决，在钻孔的时候需要用到铣油，铣油是铣床用冷却油，即是铣床上在加工零部件的时候为了防止加工的材料在加工的过程中因为过热效应使工件的材料、结构产生破坏而使用的冷却油。这些基本是加工中常见的问题，需要注意。

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