XZ25 50 变速箱工艺及钻床夹具设计

XZ25-50 变速箱工艺及钻床夹具设计Design of XZ25-50 Gearbox Technology and Drilling Fixture学生 姓 名 学院 名 称 专业 名 称 指导 教 师 机电 工 程 学 院 机械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 2008年5月29日 摘要应用组合机床加工大批量零件，快捷高效，生产效率高是机械加工的发展方向。本次 设计任务是制定箱体结合件的加工工艺、组合钻孔工序的工装设计、液压控制系统设计、 组合机床设计。 在工艺制定过程中，通过生产批量的分析确定箱体结合件的加工方案，并寻求最佳的 工艺方案，借此说明了工艺在生产过程中的重要性；在组合钻孔工序的工装设计过程中， 结合实例，介绍了夹具设计方法，特别是对孔的加工精度进行了探讨。 变速箱箱体零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比 保证孔系的加工精度容易。因此，本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确 划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。基准选择以变速箱箱体的输入轴和输出 轴的支承孔作为粗基准，以底面与两个工艺孔作为精基准。主要加工工序安排是先以支承 孔系定位加工出顶平面，再以顶平面与支承孔系定位加工出工艺孔。在后续工序中除个别 工序外均用顶平面和工艺孔定位加工其他孔系与平面。支承孔系的加工采用的是坐标法镗 孔。整个加工过程均选用组合机床。夹具选用专用夹具，夹紧方式多选用气动夹紧，夹紧 可靠，机构可以不必自锁。因此生产效率较高。适用于大批量、流水线上加工。能够满足 设计要求。 关键词 组合机床；加工工艺；钻夹具；液压传动 I徐州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论文 )Abstract This paper introduces the design of the box joint part of carding machine drill combination machine，which is widely used for its high efficiency. This design task includes five parts: working out processing technology of joint part of carding machine, design and assemble of drilling jig, design and assemble of ma in spind le box, design combination machine tool. During process pla nning, define the productive process of joint part of carding machine and find out the best process pla n by analyzing production lot, which show process pla nning is very important in product process; this paper introduces exper iences of attachment design by using a practica l exampleThe ma in machining surface of the car gearbox parts is the pla ne and a series of hole. Generally speaking, to guara ntee the working accuracy of the pla ne is easier tha n to guara ntee the hole s. So the design follows the principle of pla ne first and hole second. And in order to guara ntee the working accuracy of the series of hole, the machining of the hole and the pla ne is clearly divided into rough machining stage and finish machining stage. The supporting hole of the input bearing and output bearing is as the rough datum. And the top area and two technologica l holes are as the finish datum. The ma in process of machining technology is that first, the series of supporting hole fix and machine the top pla ne, and then the top pla ne and the series of supporting hole fix and machine technologica l hole. In the follow-up working procedure, all working procedures except severa l specia l ones fix and machine other series of hole and pla ne by using the top pla ne and technologica l hole. The machining way of the series of supporting hole is to bore hole by coordinate. The combination machine tool and specia l-purpose cla mping apparatus are used in the whole machining process. The cla mping way is to cla mp by pneumatic and is very helpful. The instruction does not have to lock by itself. So the product efficiency is high. It is applicable for mass working and machining in assembly line. It can meet the design requirements.combination machine tool Keywords axle boxes IIhandicra ft drills cla mp 目 录 1 绪论 . 42.1 XZ25-50 变速器壳体的用途. 52.2 零件的工艺分析. 52.3 确定箱体的生产类型. 52.4 确定箱体毛坯制造形式和尺寸. 52.4.1 确定毛坯的制造种类和制造方法. 52.4.2 毛坯余量和工序余量的确定. 52.5 定位基准的选择. 62.5.1 粗基准的选择. 62.5.2 精基准的选择. 62.6 确定箱体零件各加工表面的加工方案. 62.7 确定工艺方案的原则及注意问题. 62.7.1 粗、精加工阶段分开原则. 72.7.2 工序集中和分散原则. 72.7.3 制定工艺方案应注意的其它方面. 82.8 工艺路线的确定. 82.9 确定各表面的切削用量和基本工时. 92.9.1 工序 50 粗精铣上表面. 92.9.2 工序 60 钻上表面各螺纹底孔以及孔. 92.9.3 工序 70 攻上表面各螺纹以及铰孔. 102.9.4 工序 80 粗精铣左右表面. 112.9.5 工序 90 粗镗-半精镗-精镗左右面上轴承孔，扩铰倒档孔. 122.9.6 工序 100 钻左右面上的螺纹底孔以及孔. 152.9.7 工序 110 攻左右面上的螺纹. 172.9.8 工序 120 粗精铣前后各面和倒档孔内端面以及插倒档孔内槽. 182.9.9 工序 130 钻前后面上的螺纹底孔以及孔. 193.0 工序 140 攻前后面上的螺纹孔以及孔. 21 3.1被加工零件工序图. 24 3.1.1被加工零件工序图的作用与内容. 24 3.1.2绘制被加工零件图的规定及注意事项. 24 3.2加工示意图. 24 3.2.1加工示意图的作用和内容. 24 3.2.2选择刀具、导向及工作行程有关计算. 24 1徐州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论文 )3.2.3切削转矩和轴向力的计算. 26 3.2.4选择主轴直径和刀杆. 26 机床联系尺寸图. 26 3.3.1机床联系尺寸图作用和内容. 26 3.3.2绘制机床尺寸联系总图之前应确定的内容. 273.3.3理想生产率Q. 283.3.4实际生产率Q1.28 3.4机床分组. 284.1 对组合钻床夹具的具体的要求. 304.2 夹具体的毛坯结构. 304.3夹具元件的选择与设计. 304.4专用夹具的设计步骤. 31 4.4.1研究夹具原始资料. 314.5绘制夹具总装配图. 314.6标注夹具总装配图上个部分尺寸和技术要求. 314.7夹具公差配合的制订. 324.7.1制订夹具公差与技术条件的依据. 324.7.2制定夹具公差和技术条件的基本原则. 324.8夹具公差的制订. 324.9夹具设计部分的计算. 33 4.9.1基准的选择. 33 4.9.2钻削夹紧力的计算. 33 4.9.3夹具体设计. 344.9.4 钻模板设计. 35 4.9.5定位及其误差的分析. 354.9.6夹具的设计和操作的简要说明. 365. 组合钻床电气系统设计及其 PLC 控制 . 37 5.1组合机床的电气控制. 37 5.1.1组合机床电气控制系统分析. 37 5.1.2组合机床工作原理和电气控制要求. 37 5.1.3电气控制系统硬件设计. 37 5.1.4电气控制系统软件设计. 38 5.2结语. 386. 结论 . 39致谢 . 40 2 徐州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论文 )参考文献. 41 3徐州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论文 )1 绪论 毕业设计是研究箱体的加工工艺及组合钻床以及它的专用夹具。变速箱体是机械零件 中很常见也很重要的大型零件体。本次设计主要从上面三个方向去研究箱体类零件的加工 方法和工艺安排，设计出大量孔通过组合钻床一次完成的方案。 此次设计是培养我们工科学生的一个实践性的教学环节，也是最后一个教育环节。它 是在我们学完全部基础课，技术基础课以及专业课后，并在一些课程设计基础上，到工厂 进行参观实习，搜集原始资料后进行的一次大规模基本知识和基本技能的全面的系统的训 练。 设计的主要目的：培养我们综合运用所学基本知识和基本技能去分析和解决本专业范 围内的一般工程技术问题的能力；培养我们建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程 序、规范和方法；培养我们搜集和查阅资料和运用资料的能力。通过毕业设计进一步巩固 、 扩大和深化我们所学的基础理论，基本知识和基本技能，提高我们设计计算，制图，编写 技术文件，正确使用技术资料、标准手册等工具书独立工作的能力。通过毕业设计培养我 们严肃认真，一丝不苟和实事求是的工作作风，树立正确的生产观，经济观和全局观，从 而实现我们向工程技术人员过度，同时学会调查研究，搜集技术资料的方法。 通过这次毕业设计，在分析问题，解决问题等能力方面有了较高的提高，这为以后参 加工作打下了良好的基础。 4徐州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论文 )2 箱体零件加工工艺规程设计 2.1 XZ25-50 变速器壳体的用途XZ25-50 变速器箱体是各类机器中重要的基础件之一，它主要用于支撑和包容着各 种传动零件，保证其运动和动力进给驱动和分配，彼此按照一定的传动关系进行协调的运 动。因此，必须使众多的轴套及齿轮等零件保持正确的相互位置关系，所以箱体零件加工 质量的好坏，对整台机器的精度，性能和寿命都有直接的影响。2.2 零件的工艺分析零件类箱体的加工顺序均为先加工面，后加工孔；先粗后精，先主后次的原则。箱体 孔的精度要求高，加工难度也较大。从结构工艺特点来看，它是一个薄壁壳体腔形零件， 形状复杂，铸造困难，刚度差，易变形，加工精度要求高。它的外表面有多个联接平面需 要加工，支承孔系分布在前后端面上，为了更好的满足加工要求，特别加工出了四个定位 平面为辅助基准，除支承孔外，在各联接面上还有一系列螺纹孔。本次加工是以三孔定位 夹紧铣接合面，再以接合面和两销定位加工其他部位，可以起到互补的作用，这样能使孔 的加工提高稳定可靠的精基准，加工余量均匀。2.3 确定箱体的生产类型XZ25.50变速器壳体年产量Q=5000台 备品率%=2%废品率%=4%生产纲领N=Qn（1+%）（1+%） =5000*1（1+2%）(1+4%) =5304查表知该零件为大批量生产2.4 确定箱体毛坯制造形式和尺寸 2.4.1 确定毛坯的制造种类和制造方法式（2.1）XZ25-50 变速箱箱体为HT200（灰铸铁），壁厚为2.510mm，抗拉强度为220Na。 箱体属于铸件，适用铸造获得，由于零件年产量大，已达到大量生产的水平，采用金 属型铸造，所以加工余量要控制在最合理的位置。2.4.2 毛坯余量和工序余量的确定（1）由表2-1大批量生产的毛坯铸件公差等级：金属型铸造公差等级810，取9级 （2）由表2-3铸件尺寸公差CT=3.6（3）由表2-5毛坯铸件典型加工余量等级：金属型铸件-灰铸铁的机械加工余量等级DF取E 5徐州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论文 )（4）由表2-4要求的铸件机械加工余量（RMA）取RMA=2.2故由毛坯切削余量公式：RMA+CT/2 =2.2+3.6/2=2.2+1.8=4mm（5）当毛坯内腔作机械加工RMA时，同样上式RMA+CT/2=2.2+3.6/2=2.2+1.8=4mm（6）再查表，确定铸件单侧加工余量为4mm，双侧加工的每侧余量值为4.0mm， 孔在半径方向上的余量为4.0mm。查表2-35取铣平面单侧余量为：上结合面4.0mm，左 右端面各4.0mm，前后端面各4.0mm，镗孔余量参照表定为：精镗0.7mm,半精镗1.3mm,粗镗4.0mm，粗镗 2mm；查表2-28铰11孔余量1mm，铰12余量为1mm， 铰32孔0.25mm，扩余量1.75mm。2.5 定位基准的选择 2.5.1 粗基准的选择根据粗基准的选择原则 （1）粗基准的选择必须使重要表面有足够且均匀的加工余量 （2）粗基准的同一尺寸方向上只能使用一次 根据该零件的技术要求和装配要求，选择以孔150和130的轴线为初基准 粗精铣上平面。2.5.2 精基准的选择根据基准统一原则，后续各工序均采用上结合面和2x11定位孔，采用“一 面两孔”定位。这样定位对于夹紧装置也是很方便的2.6 确定箱体零件各加工表面的加工方案零件加工方案如下表所示 加工表面 尺寸精度等级 表 面 粗 糙 度Ra/um上表面IT9 3.2左右端面IT12 3.2前后端面IT9 6.3加工方案 粗铣半精铣 粗铣半精铣 粗铣半精铣 轴承孔IT7 1.6定位孔2-11 IT8 1.62-12孔IT11 6.3倒挡孔2-32 IT8 1.6其余各孔IT12 12.5螺纹孔7H2.7 确定工艺方案的原则及注意问题 6粗镗半精镗精镗 钻铰钻铰 钻扩铰 钻 钻攻丝徐州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论文 )2.7.1 粗、精加工阶段分开原则必须根据零件的生产批量、加工精度、技术要求进行全面分析，按照经济地满足加工 要求的原则，合理解决粗加工和精加工工序的安排。不要不分具体情况而一律粗、精加工 分开或粗、精加工工序合并的做法。一般在大批大量的生产中，确定工艺流程宜粗、精工 序分开进行，其优点是： （1）工件能得到较好的冷却，有利于减少热变形及内应力变形的影响，对精度要求 高更需如此安排的零件； （2）可避免粗加工振动对加工精度、表面粗糙度的影响； （3）有利于精加工机床保持持久的精度； （4）使机床结构简单，便于维修、调整。 但是，粗、精加工工序分开，将使机床台数增多。当工件生产批量不大时，由于机床 负荷率低，则经济性不好。因此，在能够保证加工精度的情况下，有时也采取粗、精 加工合并在同一台机床上进行的工艺方案，但必须采取措施，尽量减少由此而带来的不利 影响。例如使大量切除余量和铸造黑皮的第一道工序与最后一道精加工工序不能同时进 行。在工件需要两次安装时，应使粗、精加工工序所用夹具具有大小不同的夹紧力；若工 件一次安装，也应使粗、精加工工序分别具有不同的夹紧力。2.7.2 工序集中和分散原则组合机床是基于工序集中的工艺原则发展起来的，即运用多种不同刀具，采用多面、 多工位和复合刀具等方法，在一台机床上对一个或几个零件完成复杂的工艺过程，从 而有效地提高生产率，取得更好的技术经济效果。但也应当看到，工序集中程度的提高也 会带来下述一些问题： （1）工序过分集中会使机床结构复杂，刀具数量增加，机床大而笨重，调整使用不 便， 可靠性降低，反而影响生产率的提高； （2）工序过分集中导致切削负荷加大，往往由于工件刚性不足及变形等影响加工精 度。 因此，提高工序集中程度时，应注意： 适当考虑单一工序。即把相同工艺内容的工序集中在同一台机床或同一工位上加 工； 相互间有位置精度要求的工序应集中在同一台机床或同一工位上加工； 大量的钻、镗工序最好分开，不要集中在同一个主轴箱完成。这是因为：钻孔与镗 孔直径往往相差很大，主轴转速也就相差很大，导致主轴箱的传动链复杂和设计困难。同 时，大量钻孔会产生很大的轴向力，有可能使工件变形而影响镗孔精度；而且，精镗孔振 动较大又会影响钻孔，甚至会造成小钻头的损坏或折断。另外，由于铰孔为低速大进给量 7徐州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论文 )切削，而镗孔为高速小进给量切削，所以二者也不宜放在同一主轴箱上进行，以有利于切 削用量的合理选择和简化主轴箱的传动结构； 确定工序集中时，必须充分考虑零件是否会因刚性不足而在较大的切削力、夹紧力 下变形对加工精度带来不利影响； 工序集中时，必须考虑前述粗、精加工工序的合理安排及由于主轴箱结构及设置导 向的需要。主轴排列不宜过密，否则会造成机床、刀具调整不便，加工精度、工作可靠性 、 生产率降低的不良后果。2.7.3 制定工艺方案应注意的其它方面1镗孔组合机床，应注意精加工后孔的表面是否允许留下螺旋或直线退刀痕迹。 如果不允许留下螺旋刀痕，则应在加工终了时，使主轴（刀具）停止转动并周向定位，利 用夹具的让刀机构，将工件已加工表面移离刀尖一段距离后退刀。在生产率允许的情况下 ， 也可使刀具以工进速度退回，这样不仅不会留下刀痕，且有利于提高加工精度； （2）钻阶梯孔，应先钻大孔后钻小孔，这不仅可缩短钻小孔的深度，而且使小钻头 减少了折断的可能性； （3）互相结合的两个零件，钻孔应从结合面钻起，以更好的保证孔的位置精度，有 利于两零件的装配； （4）端面一般采用铣削加工。当加工孔口较大端面时，不应采取简单的端面刮削工 艺， 因为这样会因轴向切削力大而导致振动影响加工精度。当端面对孔有严格的垂直度要 求 时，应采取镗孔车端面的方法，同时加工端面和孔。对于工件内部的端面，则可采用 径向进刀的方法加工； （5）在制定加工一个零件的几台或成套机床或流水线、自动线工艺过程方案时，应 尽 可能使精加工工序集中在所有粗加工工序之后，以有利于稳定保证加工精度（。2.8 工艺路线的确定工序10毛坯铸造成形 工序20进厂检验，去飞边毛刺 工序30人工时效 工序40涂油漆 工序50粗精铣上表面 工序60钻上表面上各螺纹底孔以及钻孔 工序70攻上表面上各螺纹孔以及铰孔 工序80粗精铣左右表面 8徐州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论文 )工序90粗镗-半精镗-精镗左右面上的轴承孔，扩-铰倒档孔 工序100钻左右面上螺纹底孔以及孔 工序110攻左右面上的螺纹孔 工序120粗精铣前后各面和倒挡孔内端面以及铣倒档孔内槽 工序130钻前后面上的螺纹底孔以及孔 工序140攻前后面上的螺纹孔以及铰孔 工序150去毛刺，清洗 工序160终检入库2.9 确定各表面的切削用量和基本工时 2.9.1 工序50粗精铣上表面（1）机床：立式铣床X53K，夹具：专用夹具，刀具：高速钢镶齿套式面铣刀 铣刀 直径80mm,齿数为10。量具：深度游标卡尺 （2）粗铣上表面 背吃刀量ap=3mm铣刀每齿进给量为0.10.5,选f=0.3mm/z切削速度v=0.250.38m/s,取v=16m/min计算转速n=1000v/d=1000*16/3.14*80=63.69r/min实际转速取n=60r/min实际切削速度v=dn/1000=3.14*80*60/1000=15m/min基本时间t的计算 由t=L/nf=1640/60*3=8.91min（3）精铣上表面 背吃刀量ap =1mm铣刀每齿进给量为0.51.2,选f=0.8mm/z切削速度v=0.250.38m/s,取v=21m/min计算转速n=1000v/d=1000*21/3.14*80=83.5r/min实际转速取n=80r/min实际切削速度v=dn/1000=3.14*80*80/1000=20.1m/min基本时间t的计算 由t=L/nf=1640/60*8=2.5min2.9.2 工序60钻上表面各螺纹底孔以及孔（1）机床：摇臂钻床Z3040，夹具：钻模板，刀具：10,8.5高速刚麻花钻，M10的机用丝锥，11的高速钢铰刀。量具：塞规 （2）钻M10-7H的螺纹底孔 9徐州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论文 )选8.5高速刚麻花钻,走刀次数k=15由切削用量手册查得：进给量f=0.2mm/r,切削速度v=31m/min计算转速n=1000v/d=1000*31/3.14*8.5=1161.48r/min实际转速取n=1250r/min实际切削速度v=dn/1000=3.14*8.5*1250/1000=33.4m/min基本时间t的计算 由t=2*kL/nf=2*15*28/1250*0.2=3.36min（3）钻2 ?M10-7H的螺纹底孔选8.5高速刚麻花钻,走刀次数k=2由切削用量手册查得：进给量f=0.2mm/r,切削速度v=31m/min计算转速n=1000v/d=1000*31/3.14*8.5=1161.48r/min实际转速取n=1250r/min实际切削速度v=dn/1000=3.14*8.5*1250/1000=33.4m/min基本时间t的计算 由t=2*kL/nf=2*2*21/1250*0.2=0.34min（4）钻2 ?11的孔选10高速刚麻花钻,走刀次数k=2由切削用量手册查得：进给量f=0.2mm/r,切削速度v=31m/min计算转速n=1000v/d=1000*31/3.14*10=987.26r/min实际转速取n=1000r/min实际切削速度v=dn/1000=3.14*10*1000/1000=31.4m/min基本时间t的计算 由t=2*kL/nf=2*2*13/1000*0.2=0.26min2.9.3 工序70攻上表面各螺纹以及铰孔（1）机床：摇臂钻床Z3040，夹具：钻模板，刀具：M10的机用丝锥，11的高速 钢铰刀。量具：塞规 （2）攻M10-7H的螺纹 选M10的丝锥，走刀次数k=15由切削手册可得，攻螺纹的进给量等于螺纹的螺距，故发f=1.5mm/r,切削速度v=510m/min,取v=7m/min计算转速n=1000v/d=1000*7/3.14*10=222.9r/min实际转速取n=250r/min实际切削速度v=dn/1000=3.14*10*250/1000=7.85m/min基本时间t的计算 10徐州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论文 )由t=2*kL/nf=2*15*25/250*1.5=2min（3）攻2 ?M10的螺纹选M10的丝锥，走刀次数k=2由切削手册可得，攻螺纹的进给量等于螺纹的螺距，故发f=1.5mm/r,切削速度v=510m/min,取v=7m/min计算转速n=1000v/d=1000*7/3.14*10=222.9r/min实际转速取n=250r/min实际切削速度v=dn/1000=3.14*10*250/1000=7.85m/min基本时间t的计算 由t=2*kL/nf=2*2*25/250*1.5=0.224min（3）铰2 ?11的孔选11的铰刀，走刀次数k=2由切削手册可得，其进给量f=1.4mm/r,切削速度v=45m/min,取v=4m/min计算转速n=1000v/d=1000*4/3.14*11=115.8r/min实际转速取n=125r/min实际切削速度v=dn/1000=3.14*11*125/1000=4.32m/min基本时间t的计算 由t=2*kL/nf=2*2*13/125*1.4=0.297min2.9.4 工序80粗精铣左右表面（1）机床：铣专机，夹具：专用夹具，刀具：高速钢镶齿套式面铣刀 铣刀直径200mm,齿数为20。量具：深度游标卡尺 （2）粗铣左右表面 背吃刀量ap=3mm铣刀每齿进给量为0.10.5,选f=0.3mm/z切削速度v=0.250.38m/s,取v=16m/min计算转速n=1000v/d=1000*16/3.14*200=25.48r/min实际转速取n=25r/min实际切削速度v=dn/1000=3.14*200*25/1000=15.7m/min基本时间t的计算 由t=L/nf=648/25*6=4.32min（3）精铣左右表面 背吃刀量ap=1mm铣刀每齿进给量为0.51.2,选f=0.8mm/z切削速度v=0.250.38m/s,取v=21m/min 11徐州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论文 )计算转速n=1000v/d=1000*21/3.14*200=33.44r/min实际转速取n=30r/min实际切削速度v=dn/1000=3.14*200*30/1000=18.84m/min基本时间t的计算 由t=L/nf=648/30*16=1.35min2.9.5 工序90粗镗-半精镗-精镗左右面上轴承孔，扩铰倒档孔（1）机床：专用卧式组合钻床，夹具：专用夹具，刀具：专用高速钢镗刀，量具：