变速箱加工工艺设计.doc

黑龙江八一农垦大学毕业设计 I 摘 要 通过运用机械制造工艺学、数控加工课程中的基本理论以及在生产实习中学 到实践知识，正确的解决一个零件在加工过程中的定位、夹紧以及工艺路线安排， 工艺尺寸确定，数控编程等问题，保证零件的加工质量.能够熟练的做出数控编程 程序。 学会使用图表资料以及手册，掌握与本本设计有关的各种资料的名称，出处， 能够做到熟练运用。因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。就我个人而 言，我希望能通过这次课程设计对自己未来从事的工作进行一次适应性训练，从 中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，为今后参加工作打下一个良好的基础。 由于能力有限，设计当中可能会有不足之处，恳请各位老师给予批评指正。 关键词：数控加工 工艺设计 夹具设计 黑龙江八一农垦大学毕业论文 II 黑龙江八一农垦大学毕业设计 III 目录 摘要 .I ABSTRACT.II 目录 .III 前言 .VI 1 设计的目的及内容 .1 1.1 设计的选题意义 .1 1.2 设计的主要内容 .2 2 数控编程中的加工工艺分析及设计 .2 2.1 零件的作用 .2 2.2 零件的分析 .2 2.3 零件的精度分析 .2 2.4 表面粗糙度的分析 .3 2.6 选择加工设备与刀具、夹具等 .4 3 工艺规程的设计 .5 3.1 基准与定位的分析 .5 3.2 加工方法的选择 .5 3.2.1 内孔的加工方法 .5 3.2.2 端面的加工方法 .7 3.3 加工工序的划分 .7 黑龙江八一农垦大学毕业设计 IV 3.4 工件的时效处理 .7 3.5 辅助工序的安排 .8 4 加工工序的设定 .8 4.1 工序尺寸及公差的计算 .8 4.2 切削用量的选择 .8 4.3 加工时的对刀 .8 4.3 工序的设定 .9 5 夹具设计 .18 5.1 机床夹具在机械加工中的作用 .18 5.2 机床夹具的组成 .19 5.3 夹具的作用和设计条件 .19 5.4 专用夹具的设计 .20 5.5 粗、精铣变速箱体底平面夹具设计 .20 5.6 设计夹具的基本要求 .20 5.7 对夹具体的要求 .21 5.8 定位误差的分析 .22 5.9 夹紧力的计算及夹紧元件的强度校核 .22 5.10 定位基准的选择 .23 5.11 铣削力和夹紧力的计算 .24 5.12 夹具体槽形与对刀装置设计 .24 5.13 夹紧装置及夹具体设计 .26 黑龙江八一农垦大学毕业设计 V 5.14 夹具设计及操作的简要说明 .27 6 结论 .38 参考文献 .40 致 谢 .41 附录 1 .42 附录 2 .43 黑龙江八一农垦大学毕业设计 VI 前言 数控机床的加工原理可简要概述为：在数控机床上加工零件时，要是想根据 零件的加工图样的要求确定零件的工艺过程、工艺参数和刀具参数，再按规定编 写零件数控加工程序，然后通过手动数据输入方式或计算机通信等方式将数控加 工程序送到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过分析处理与计算后发 出相应的指令，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而控制机床进行零件 的自动加工。 数控加工原理及加工过程：零件图阅读零件图工艺分析制定工艺数 控编程程序传输数控机床数控编程的内容包括：分析零件图，确定工艺过程； 数学处理；编写程序单；制作程序戒指并输入程序信息；程序校验。 黑龙江八一农垦大学本科毕业设计 - 7 - 1 设计的目的及内容 1.1 设计的选题意义 目前，国内外汽车和发动机厂家的变速箱体生产大多数采用流水线专用组合 机床，定位方式有所不同，有以凸台面定位的，国外大多数采用一面双销定位， 轴承孔和拨叉孔等的加工一般采用粗镗精镗来完成，国外也有较先进的采用 先粗镗，再高速铰来加工，提高了生产效率和精度，但需要更精密的机床和控制， 技术难度比较大。毛坯一般都用铸件。 选择这样的一个题目来研究，可以促使我充分熟悉大学四年来学的大部分知 识，并尝试将这些知识综合运用并和实践经验相结合，培养自觉查手册，设计遵 循行业标准，生产不仅要考虑质量还要考虑经济性等一个工艺人员必须具备的素 质。 1.2 设计的主要内容 此次设计主要分成两部分： 零件的数控加工工艺设计，各种类型的机械零件，由于其结构形状、精度、 表面质量、技术条件和生产数量等要求各不相同，所以针对某一零件的具体要求， 在生产实际中要综合考虑机床设备、生产类型、经济效益等诸多因素，确定一个 合理的加工方案，并合理安排加工顺序，经过一定的加工工艺过程，才能制造出 符合要求的零件。最后编写出合理简单的加工程序。 夹具设计部分，把工件迅速的固定在正确的位置上，完成切削加工、检验、 装配、焊接、和热处理等工作所使用的工艺装备称为夹具。把机床上使用来完成 工件装夹任务所使用的工艺装备称为机床夹具。在机械制造的切削加工、检验、 装配、焊接和热处理等工艺过程中，要使用大量的夹具来安装加工对象，使其占 黑龙江八一农垦大学本科毕业设计 - 8 - 有正确的位置，以保证零件和产品的加工质量，并提高生产率，从而提高其经济 性。 2 数控编程中的加工工艺分析及设计 2.1 零件的作用 变速箱是用来“ 改变” 速度的，因为任何发动机都有它的最佳工作范围，亦称 动力区(power band)，指该台发动机能发出的最大或接近最大功率及最大扭矩的转 速(rpm) 范围。汽车变速箱功能:改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围， 在发动机旋转方向不变情况下，是汽车能倒退行驶；利用空挡，中断动力传 递，以发动机能够起动、怠速，并便于变速器换档或进行动力输出。变速器是由 变速传动机构和操纵机构组成，需要时，还可以加装动力输出器。在分类上有两 种方式：按传动比变化方式和按操纵方式的不同来分。 2.2 零件的分析 本次我们要分析的箱体类零件是一汽车变速箱箱体零件，汽车变速箱箱体零 件为典型的箱体类零件，生产规模为批量加工，零件的轨迹比较复杂，必须保证 零件的尺寸精度。总体看起来箱体之间的结构是正确的，圆弧的大小合适，没有 超过铣刀的要求；还有就是内孔的大小也比较合理，不过大也不过小。如果是内 孔的直径过大，外圆柱段的壁厚就显得比较小，这时我们在数控铣床加工起来就 比较的困难，还要考虑更多的问题来保证箱体的精度，因而我们的夹紧也就成了 一个大的问题，但是在这里没有出现，也就说明作为典型的箱体类零件的加工选 择在数控铣床上加工的正确性，而且对于零件的表面粗糙度的要求也不高，通过 精铣基本上都能达到，也体现出了数控技术的精度高的特点。 黑龙江八一农垦大学本科毕业设计 - 9 - 2.3 零件的精度分析 零件的加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理 想几何参数相符合的程度。符合程度越高则加工精度就越高。实际加工不可能做 得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对 理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。 由于在加工过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在不同的 工作条件下所能达到的精度是不同的。任何一种加工方法，只要精心操作，细心 调整，并选用合适的切削参数进行加工，都能使加工精度得到较大的提高，但这 样会降低生产率，增加加工成本。由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工 艺系统( 简称工艺系统)会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作 条件下都会以各种不同的方式(或扩大、或缩小)反映为工件的加工误差。 工艺系 统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起 的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的 变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。这些都会影响到零件的加工精度。 如图 1-3-2 就是我们本次要加工的箱体：在这次的数控铣削加工中，零件重 要的加工部位有：中间两孔，端面，及各螺纹孔。零件其他加工部位相对容易加 工。由上述尺寸可以确定零件的尺寸应该以零件左侧面为基准，这样才能保证零 件的加工精度要求，零件其轴向加工部位要求较低。 2.4 表面粗糙度的分析 表面粗糙度反映的是零件加工表面的微观几何形状误差，即指加工表面所具 有的较小间距和微小峰谷不平度。它不同于宏观几何形状，也不同于表面波度。 主要由加工过程中刀具和零件表面的摩擦、切削分离时表面金属层塑性变形及工 艺系统变频振动等原因而形成。 表面粗糙度是衡量零件表面质量的重要指标。主要表现在对零件的耐磨性、 黑龙江八一农垦大学本科毕业设计 - 10 - 配合性质的稳定性、抗腐蚀性、密封性、疲劳强度、外观质量等方面的影响。 在这里我参考的是国标 GB/T1311993，由图 2-1 可以知道铣变速箱箱体零 件表面粗糙度的要求不是很高。 图 2-1 变速箱零件图 2.5 毛坯的确定 从上述的资料表明我这次设计的汽车变速箱箱体零件，虽然不是很复杂，但 是从它的用途及承受的压力来看，我选择的毛坯材料是：铸铁 HT200， 。由于年产 量为批量生产，而且零件的轮廓尺寸较大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸 造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造。便于铸造和加工工艺过程，而且还 可以提高生产率。 黑龙江八一农垦大学本科毕业设计 - 11 - 2.6 选择加工设备与刀具、夹具等 设备的选择：选择数控机床作为工序中的加工设备，称为数控加工。数控铣 床与普通铣床相比具有许多优点，它的应用范围还在不断扩大。但是数控机床的 初始投资费用比较大，在选用数控机床加工时要充分考虑其经济效益。一般来说， 数控机床适用加工零件较复杂、精度 要求高、产品更新快、生产周期要求短的场 合。由于这次设计中主要加工的是端平面以及各种孔，所以最后我选择数控铣床 进行加工。 刀具的选择：由图 1-3-2 可知，在该零件的数控铣削加工中需要加工的有端 面、内孔以及各螺纹孔。在加工平面时，我选用面铣刀铣削端面；选择麻花钻攻 螺纹；内孔的加工选择镗刀来完成。 夹具的选择：在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）的装置，称为夹 具。它是用来固定加工对象，使之占有正确位置，以接受施工会检测和装置。在 这次的加工中我采用的是通用夹具。利用 FANUC 数控铣床的三爪自动定心卡盘 作为夹具，这种方法使工件定位所迅速方便，定位精度高。且在加工中还采用了 铣端面加工时的专用夹具，用以保证各端面加工精度。 量具的选择：在数控加工中我们通常会在零件粗加工或是半径加工后对零件 的尺寸以及精度进行检测，为了更好的保证精加工的质量，使加工出的零件的精 度更高质量越好。所以在这次数控铣削加工中我选择的量具是游标卡尺和角度尺。 游标卡尺是用在粗加工后进行测量零件的外圆尺寸，及时的调整加工的参数。 3 工艺规程的设计 3.1 基准与定位的分析 定位基准是指加工中用来使工件在机床或夹具上定位的所依据的工件上的点、 黑龙江八一农垦大学本科毕业设计 - 12 - 线、面。按工件上用作定位的表面状况把定位基准分为粗基准，精基准和辅助基 准。粗基准是在在零件加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作为 定位基准；精基准是用工件上已经加工的表面作为基准；辅助基准是指零件设计 图纸中某不要求加工的表面，有时为了工件装夹的需要，而专门将其加工作为定 位用，或者是为了定位的需要，加工时为了有意提高零件设计精度的表面，这种 表面不是零件上的工作表面，只是由于工艺需要而加工的基准面。 在加工这汽车变速箱箱体零件中，我们以上说的粗基准、精基准以及辅助基准 我们都要选择。该零件的粗加工和精加工的轴向定位基准均选择在侧端面。因为这 是汽车变速箱箱体零件的中间两孔与侧面应有平行度要求，以左、右端面互为基准 保证的轴左、右两段零件的表面粗糙度和精度的要求。 3.2 加工方法的选择 一种加工方法能够保证的加工精度有一个相当大的范围，但如果要求它保证 的加工精度过高，需要采取的一些特殊的工艺措施，将使加工成本随之增大。同 样理由，作为一种加工方法，有加工经济表面粗糙度的概念。机械零件都是一些 简单的几何表面如外圆、孔、平面等组合而成的，因此的零件的工艺路线的就是 这些表面加工路线的恰当的组合。 由前面对轴精度和表面粗糙度的分析，知道箱体的精度和表面粗糙度的要求 都不是很高，最高的表面粗糙度值也是 Ra1.6，如果是我们所使用的数控铣加工 精度比较高的话，精铣也就可以达到了，但是在出于考虑低成本的加工出合格的 零件，我们在这里还是要选择磨削，因为材料为钢材的外圆柱表面，精铣和磨削 都能达到我们需要的技术要求，但是铣削没有磨削经济。 3.2.1 内孔的加工方法 粗镗半精镗精镗，它能达到的公差等级是 IT10IT8,粗糙度 Ra1.6 6.3m ，而我们此次加工的零件的内孔的表面粗糙度的值 Ra 3.2，内圆的公差 黑龙江八一农垦大学本科毕业设计 - 13 - 最小的也有 0.05mm，所以这样的的加工方法也能到达我们的要求。 3.2.2 端面的加工方法 X、Y、Z 方向粗铣-半精铣-精铣。端面一般作为基准，只采用即可。但在这 个变速箱箱体零件中，与上盖连接面不仅仅只用来作为基准，所以需要精铣达到 所需要的精度要求。 3.3 加工工序的划分 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 于简化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，一般均应先加工平面。 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。由于粗加工后，工件 内应力重新分布也会引起工件变形，因此，对加工精度影响较大。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。 3.4 工件的时效处理 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 这 个 精 密 的 箱 体 ， 在 粗 加 工 和 精 加 工 工 序 间 还 应 安 排 一 次 人 工 时 效 ， 迅 速 充 分 地 消 除 内 应 力 ， 提 高 精 度 的 稳 定 性 。 3.5 辅助工序的安排 黑龙江八一农垦大学本科毕业设计 - 14 - 每一道工序后都会进行去除毛刺的工序，在粗加工完之后会进行尺寸的检测， 及时的调整加工时的参数使加工的零件的精度更高。最后加工出的成品还要进行 清洗防锈的处理。 4 加工工序的设定 4.1 工序尺寸及公差的计算 该零件铣削加工的形状比较简单，且该零件的公差要求也不是很高，最大的 公差 0.3 mm，最小的公差有 0.025mm，而且这些公差的保证，都可以通过机床 参数的调整、定位基准的确定以及切削三要素的合适旋转来保证。 4.2 切削用量的选择 数控铣削加工中的切削用量包括背吃刀量 p 、切削速度 c(主轴转速 n)、 进给量 f。切削用量的选择原则是：粗铣时，首先应考虑尽可能大的背吃刀量 p ，其次选择较大的进给量 f，最后确定一个合适的切削速度 c 。增大背吃刀量 p 可使走刀次数减少，增大进给量 f 有利于断削。精铣时，对加工精度和表面粗 糙度要求较高，加工余量不大且较均匀。选择精铣的切削用量，应着重考虑如何 保证加工质量，并在基础上尽量提高生产率。因此，精铣时应选择用较小的背吃 刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削 速度。 所以通过以上的分析和查阅铣削切削用量手册可以确定本次加工的用量如下： 粗铣端面时的背吃刀量 p =2mm，主轴转速 n=600r/min，进给速度 f=120mm/r。精铣时的背吃刀量 p =0.4mm，主轴转速 n=500r/min，进给速度 f=120mm/r。铣削螺纹时的背吃刀量 p 根据进给的次数和查阅的手册来定，主 轴转速 n=500r/min，进给速度 f=80 mm/r。 4.3 加工时的对刀 1）将所用铣刀装到主轴上并使主轴中速旋转； 黑龙江八一农垦大学本科毕业设计 - 15 - 2）手动移动铣刀沿 X(Y)方向靠近被侧边，直到铣刀周刃轻微接触到工件表面可 听到刀刃与工件的摩擦声； 3）保持 X、Y 坐标不变，将铣刀沿+Z 向退离工件； 4）将机床相对坐标 X 置零，并沿 X 向工件方向移动刀具半径的距离； 5）将此时机床坐标系下的 X 值输入系统偏置寄存器中，该值就是被侧边的 X 坐标； 6）改变方向重复以上操作，可得被测边的 Y 坐标。为避免损伤工件表面，可在刀 具和工件之间加入塞尺进行对刀，并将塞尺的厚度减去。 4.3 工序的设定 根据零件图以及工序设定选择，在加工中先铣平面;接着攻螺纹 20*M10-6H；精镗 工件表面内孔；攻螺纹 8*M8-6H 和 3*M10-6H。具体加工顺序如下： 1）选择专用铣床，粗铣与上连接面 2）选择卧式加工中心，半精铣与上盖连接面 黑龙江八一农垦大学本科毕业设计 - 16 - 表 4-1 各因素及其水平 因 素 水 平 叶片形状（S） 叶片排列（A） 转速（V ） 1 2 3 4 6 结论 在这次毕业设计中，对我来说有所收获也存在着不足之处。收获： 1）能把以前所学的各种知识，综合的运用的这次设计中，巩固了以前所学的知识。 2）学会了参阅各种资料及查各种余量、切削用量等手册。 3）学会了，分析问题，解决问题的能力。 不足之处： 1）有些步骤，问题解决的方法不是很好，需在以后的学习、实践中进一步改进。 （2）有些工艺路线制定的不是太好，而且余量、切削用量设计不是很精确， 需在以后的实践中积累经验，进一步改进。 综上所述：这次的毕业设计对我以后的工作起了很大的帮助，我认识到，无论是工作还 是学习都必须做到认真、谨慎，时时处处细心 黑龙江八一农垦大学本科毕业设计 - 17 - 参考文献 1刘海丽.提高山区县水稻种植机械化水平的措施J.广西农业机械化，2011,(2)：24-27. 2刘文华.水稻插秧机现状分析及发展预测J.湖南农机，2009,36(4)：4-6. 3刘天祥,汪春,王明.基于 COSMOSMotion 插秧机纵向进给机构的运动分析J. 黑龙江八一 农垦大学学报，2008,20(6)：23-25. 4徐飞军,李革,赵匀. 水稻插秧机移箱机构的发展研究J. 农机化研究，2008(5)：1-5. 5 张冬梅.植质钵育型孔式秧盘播种机关键部件的试验研究【D】 大庆：黑龙江八一农垦大 学硕士论文 2009.6 6 Ping-Kun Chang,Yaw-Nan Peng. Influence of mixing techniques on propertiesof high performance concrete. 【J】 Cement and Concrete Research. 2001 7 中华人民共和国农业部.全国水稻生产机械化十年发展规划（2006-2015）R.2006-10. 黑龙江八一农垦大学本科毕业设计 18 致 谢