变速器输出轴制造工艺及其夹具设计

*理工大学 变速器2轴制造工艺及自动夹具设计目录摘要IVAbstractII1.引言11.1 课题设计的目的和意义11.2变速器2轴的现状和发展趋势22.技术背景42.1轴类零件的特点及技术要求42.2 轴类零件的毛坯和材料52.3零件的相关加工机床62.4 零件在产样品、厂商72.5 相关专利解释说明83.变速器2轴的机械加工工艺设计93.1 零件的作用93.2 零件的工艺分析93.3 确定零件的生产类型103.4选择毛坯种类，绘制毛坯图113.4.1选择毛坯种类113.4.2 绘制毛坯图123.5选择加工方法，拟定工艺路线123.5.1 定位基准的选择123.5.2 零件表面加工方法的选择133.5.3 加工阶段的划分133.5.4 工序的集中与分散143.5.5 工序顺序的安排143.5.6 确定工艺路线143.5.7 加工设备及工艺装备选择153.5.8 工序间余量和工序尺寸的确定163.5.9 切削用量及基本时间定额的确定164.变速器2轴夹具系统设计204.1手动夹具设计204.1.1 明确设计要求、收集设计资料204.1.2工件在夹具中的定位与夹紧204.1.3定位基准的分析21 4.1.4 确定工件夹紧方案，设计夹紧机构234.1.5 确定夹具总体结构和尺寸244.1.6 夹具使用说明264.2自动夹具的设计264.2.3 夹具使用说明304.3机电控制系统315. 设计总结34致 谢36参考文献37摘要现代机械加工行业发生着深刻的结构性变化，工艺工装的设计与改良已成为相关企业生存和发展的必要条件。动力装置行业作为一个传统而富有活力的行业，近十几年取得了突飞猛进的发展。在新经济时代，这一行业呈现了新的发展趋势，由此对其动力装置的质量、性能产生了新的变化。输出轴作为动力装置的主要零件，工艺工装的设计与改良直接影响着其质量与性能。变速器2轴其实就是变速器的输出轴，输出轴零件的主要作用是支撑零件、实现回转运动并传递转矩和动力。可见它的作用是相当的大，其质量直接影响着变速器的性能，所以输出轴零件的机械综合性能要求较高，因此设计要求也比较高。此次设计以典型变速器输出轴为题材进行零件的机械加工工艺设计和自动夹具设计。关键词：输出轴；工艺；夹具；设计I*理工大学 变速器2轴制造工艺及自动夹具设计Abstract The modern machine-finishing profession is having the profound constitutive change, the craft work clothes design and the Improvement has become the correlation enterprise survival and the development essential condition. The power unit profession takes a tradition but the rich vigor profession, in the recent several years has obtained the development which progresses by leaps and bounds. In the new economical time, this profession has presented the recent development tendency, from this to its power unit quality; the performance has had the new change. The output shaft took the power unit the major parts, the craft work clothes design and the improvement directly is affecting its quality and the performance. The transmission of the 2 axis is an output shaft of the transmission, the main function of output shaft parts of the supporting parts, rotary motion and transfer torque and power. Its role is very big, its quality directly affects the performance of the transmission, so the output shaft parts of the comprehensive mechanical performance requirements higher, so the design requirements are relatively high. The design of the machining process in a typical transmission output shaft as the theme of the design of parts and automatic fixture design.Key words：The output shaft；technology；fixture ；design*理工大学 变速器2轴制造工艺及自动夹具设计1.引言1.1 课题设计的目的和意义 毕业设计是对我们大学所学知识的一次综合性考验。使我们综合运用所学过的基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。我们在完成毕业设计的同时，也培养了我们正确使用技术资料、国家标准、有关手册、图册等工具书，进行设计计算、数据处理、编写技术文件等方面的工作能力，也为我们以后的工作打下了坚实的基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，工艺对夹具的要求也会提高，专用夹具、成组夹具、组合夹具和随行夹具都朝着柔性化、自动化、标准化、通用化和高效化方向发展以满足加工要求。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。此次设计的目的和意义在于： （1） 培养综合分析和解决本专业的一般工程问题的独立能力，拓宽和深化所学知识。 （2） 培养树立正确的设计思想、设计思维，掌握工程设计的一般程序、规范和方法的能力。 （3） 培养正确地使用技术知识、国家标准、有关手册、图册等工具书，进行设计计算、数据处理、编写技术文件等方面的工作能力。（4） 培养自己进行调查研究、面向实际、面向生产，向工人和工程技术人员学习的基本工作态度、工作作风和工作方法。 （5） 熟悉轴类零件加工工艺过程和掌握夹具设计的方法步骤，为以后从事相关的技术性工作打下坚实的基础。 （6） 通过对输出轴零件的机械加工工艺设计，使我们在机械制造工艺规程设计，工艺方案论证，机械加工余量计算，工艺尺寸的确定，编写技术文件及查阅技术文献等各个方面得到一次综合性训练。初步具备设计一个中等复杂程度零件工艺规程的能力。 （7） 能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，完成夹具机构设计，初步具备设计出高效、省力、经济合理并能保证加工质量的专用夹具的能力。（8） 通过零件图、装配图的绘制，使我们进一步熟练绘图软件的使用。熟悉和掌握我国相关的制图标准和要求。 本次毕业设计的主要内容为：首先根据老师给定的输出轴进行研究、测量，认真绘出变速器2轴的零件图纸，明确相关技术要求和加工质量要求，然后根据图纸上相关要求等确定该零件的生产类型，经分析本次设计的零件属大批量生产。其次，对零件进行工艺分析，确定毛坯类型和制造方法，变速器输出轴的材料为45钢。可采用以锻造的形式进行毛坯的制造，然后根据图纸要求构思输出轴的加工工艺过程，每道工序都选用最佳的工艺方案，最终根据实际生产条件和相关要求确定最佳工艺方案，完成机械加工工序设计，进行必要地经济分析。最后，对某道加工工序进行自动夹具的设计。这次自动夹具的设计，我选定的是滚斜锥齿轮这道工序，先对滚齿工序进行了手动夹具的设计，然后在手动夹具的基础上进行修改，再改成自动夹具，并绘制装配图和零件图以及液压回路图等相关图纸。1.2变速器2轴的现状和发展趋势新技术新工艺不断得到应用随着全球能源及原材料价格的不断上涨，汽车销售价格的下降，要求汽车变速器向着体积小、质量轻、承载能力大、结构紧凑上发展。这就要求零件设计结构、机械性能也要相应有所改变，向着小巧紧凑，高强度、高刚性方向改进，进而也要求有新技术、新工艺来保证能够制造出来。目前的变速器大部分是采用手动换挡型式。变速器的2轴是制造技术的主要核心零件，涉及生产、装配总成、试验检测等工艺过程。根据产品设计要求，轴零件加工工艺流程采用的是锻造制坯正火车加工滚/插齿剃齿热处理磨加工修整，热后齿部不再加工。这种流程适宜于大批量生产的模式。了解到国内汽车变速器生产厂家了解到在同等级别的产品中，轴零件加工也基本上是这种模式，如上海汽车齿轮总厂、杭州依维柯汽车变速器有限公司、北京MOBIS变速器有限公司等。据业内预测，2013年欧洲变速器市场上的统计数据将会改变，配备手动变速器的汽车将占52%，配备自动手动变速器的将占10%，配备无级变速器的将占2%，配备双离合器变速器的将占16%，配备自动变速器的将占20%。但也有业内专家指出，预测都是根据现有的变速器种类进行的，新变速器产品还在不断研发过程中，因此今后汽车市场的变速器情况可能还会出现一些变化。目前，许多变速器生产企业正在研发一些燃油经济性更好、换挡性能更高的变速器，以满足市场上的多层次需求。2.技术背景2.1轴类零件的特点及技术要求输出轴零件的主要作用是支撑零件、实现回转运动并传递转矩和动力。输出轴零件的机械综合性能要求较高。轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关。2.1.1 轴类零件的功用和结构特点 轴类零件是机械加工中经常遇到的零件之一，在机器中，主要用来支承传动零件（齿轮、带轮，离合器等），以实现运轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关。动和动力的传递，如机床主轴；有的用来装卡工件，如心轴。轴类零件是回转体零件，其长度大于直径。一般由同轴心线的圆柱面、圆锥面、螺纹和相应的端面所组成，有些轴上还有花键、沟槽、径向孔等。按结构形状的不同，轴可分为光轴、阶梯轴、空心轴和异型轴。若按轴的长度和直径的比例来分，又可分为刚性轴（L/d12）和挠性轴（L/d12）两类。2.1.2 轴类零件的主要技术要求 （1）尺寸精度：支承轴颈与轴承的内圈配合，是轴类零件的主要表面，它影响轴的旋转精度与工作状态，尺寸精度要求较高，通常为IT5IT7；配合轴颈与各类传动件配合，其精度稍低，常为IT6IT9。（2）形状精度：主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度，一般为69级，形状精度的选择要和尺寸精度相适应。（3）位置精度：包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等，一般为510级。（4）表面粗糙度：轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。支承轴颈常为0.21.6m，传动件配合轴颈为0.43.2m。（5）平衡：对于回转速度较高的零件或异形回转体，还要对其进行静、动平衡。2.2 轴类零件的毛坯和材料(1)轴类零件的毛坯 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。 根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。(2)轴类零件的材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。 40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。 轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达5058HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。 精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。2.3零件的相关加工机床在金属切削机床中，普通车床是使用广泛的一种，它适用于加工各类轴类、套筒类和盘类零件中的回转表面，能完成钻中心孔、车外圆、车端面、钻孔、镗孔、铰孔及切断、车螺纹、滚花、车锥体、车特形表面攻丝等。因此输出轴的主要机床就是车床。（1）普通车床 普通车床的加工对象广，主轴转速和进给量的调整范围大，能加工工件的内外表面、端面和内外螺纹。这种车床主要由工人手工操作，生产效率低，适用于单件、小批生产和修配车间。如CA6140、CA6240、CA6132、CA6232等。（2）转塔车床和回转车床 转塔车床和回转车床具有能装多把刀具的转塔刀架或回轮刀架，能在工件的一次装夹中由工人依次使用不同刀具完成多种工序，适用于成批生产。（3）自动车床 自动车床能按一定程序自动完成中小型工件的多工序加工，能自动上下料，重复加工一批同样的工件，适用于大批、大量生产。（4）多刀半自动车床 多刀半自动车床有单轴、多轴、卧式和立式之分。单轴卧式的布局形式与普通车床相似，但两组刀架分别装在主轴的前后或上下，用于加工盘、环和轴类工件，其生产率比普通车床提高35倍。（5）仿形车床 仿形车床能仿照样板或样件的形状尺寸，自动完成工件的加工循环，适用于形状较复杂的工件的小批和成批生产，生产率比普通车床高1015倍。有多刀架、多轴、卡盘式、立式等类型。（6）立式车床 立式车床的主轴垂直于水平面，工件装夹在水平的回转工作台上，刀架在横梁或立柱上移动。适用于加工较大、较重、难于在普通车床上安装的工件，一般分为单柱和双柱两大类。（7）铲齿车床 铲齿车床在车削的同时，刀架周期地作径向往复运动，用于铲车铣刀、滚刀等的成形齿面。通常带有铲磨附件，由单独电动机驱动的小砂轮铲磨齿面。（8）专门车床 专门车床是用于加工某类工件的特定表面的车床，如曲轴车床、凸轮轴车床、车轮车床、车轴车床、轧辊车床和钢锭车床等。联合车床主要用于车削加工，但附加一些特殊部件和附件后，还可进行镗、铣、钻、插、磨等加工，具有“一机多能”的特点，适用于工程车、船舶或移动修理站上的修配工作。该设计中主要运用的车床为CA6140型卧式车床。2.4 零件在产样品、厂商重庆青山工业有限责任公司系中国兵器装备集团公司所属的国有大型工业企业。公司始建于1965年1月，经过40余年的发展，资产总额逾27亿元。公司专业从事各类汽车变速器的研发、生产和销售。经过多年的发展建设，逐步形成了重庆、成都、柳州、郑州四大生产基地,年产能力达220万台，搭建了MT-AMT-DCT-新能源四大产品平台，是迄今中国产销规模最大、产品谱系最全的乘用车变速器专业企业。公司技术力量雄厚，自主研发能力强，拥有多项国家专利，创建了目前行业内唯一一家国家级技术中心，具备国内领先、国际同等水平的设计、分析、试制、试验、匹配五大能力，自主研发出国内第一款AMT自动变速器并实现产业化，代表行业制定并发布了多项行业标准。公司管理运作规范，品质保证体系完善，精益制造和精益管理体系健全。先后通过了ISO/TS16949质量管理体系认证和GB/T24001、GB/T28001环境与职业健康安全管理体系认证；在全行业率先实施了精益制造和ERP系统，拥有精益的装配生产线和国际领先水平的加工、检测、理化、计量仪器等设备。2.5 相关专利解释说明本实用新型提供一种轴，包括轴心杆；一个或多个异型套，所述异型套均具有一个与所述轴心杆相适配的套孔，所述异型套紧固在所述轴心杆上。采用轴心杆和异型套的分别加工，使得加工零件结构简单，易操作，而且能同时加工，加快轴的制作时间。轴，其特征在于：包括轴心杆；一个或多个异型套，所述异型套均具有一个与所述轴心杆相适配的套孔，所述异型套紧固在所述轴心杆上。. 根据权利要求1 所述的轴，其特征在于：所述异型套有三个，包括一个六边形筒体异型套、一个圆筒体异型套和一个侧面由平面和弧面形成的不规则筒体异型套。根据权利要求1 或者2 所述的轴，其特征在于：所述异型套通过过盈配合或者焊接固定在所述轴心杆上。3.变速器2轴的机械加工工艺设计3.1 零件的作用 变速器是将发动机的转速一定的情况下，输出不同的转速，并且可以控制转向。本设计所设计的零件是变速器的输出轴，它是动力输出的主要零件。该轴在工作中需要承受一定的冲击载荷和较大的扭矩。因此，该轴应具有足够的耐磨性和抗扭强度，其工艺工装的设计与改良直接影响着其质量与性能。 该轴应具有足够的耐磨性和抗扭强度。设计中一定要注意表面热处理。因为它是动力输出的关键零件之一，它的加工质量对汽车的安全性和稳定性都有很大的影响。 各部分尺寸零件图中详细标注如下：图 3.1 变速器2轴零件图3.2 零件的工艺分析 通过对变速器2轴零件图的绘制，该零件的基本工艺状况已经大致掌握。主要工艺状况如下叙述： 零件的材料为45号钢，45号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质表面淬火提高零件表面硬度。根据对零件图的分析，该零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求如下：40、38、32、26、24。这些表面加工要求比较高，表面粗糙度为1.6，是输出轴的重要部位。还有一个是斜锥齿轮，该工艺须用到格里森滚齿机加工，不是一般的滚齿机能加工出来的，但是该轴是阶梯轴 并没有复杂的加工曲面，属于较为简单的零件，所以根据各加工表面的技术要求采用常规的加工工艺均可保证。3.3 确定零件的生产类型 零件的生产类型是指企业生产专业化程度的分类，一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，在实际生产中一般分为单件小批生产、中批生产、大批大量生产。不同的生产类型有着完全不同的工艺特征，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品年产量。零件的生产纲领N可按下式计算： 式中：N-零件的生产纲领 Q-产品的年产量（台、辆/年） m-每台（辆）产品中该零件的数量（件/台、辆） a %-备品率，一般取2%-4% b %-废品率，一般取0.3%-0.7%根据本零件的设计要求，Q=10000台，m=1件/台，分别取备品率和废品率3%和0.5%，将数据代入生产纲领计算公式得出N=10351件/年，零件质量为6kg左右，根据机械制造技术基础课程设计指导教程表1-3，表1-4 可知该零件为轻型零件，本设计零件变速器输出轴的生产类型为轻型大批量生产。3.4选择毛坯种类，绘制毛坯图 3.4.1选择毛坯种类 机械加工中毛坯的种类有很多种，如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件、焊接组合件等，同一种毛坯又可能有不同的制造方法。为了提高毛坯的制造质量，可以减少机械加工劳动量，降低机械加工成本，但往往会增加毛坯的制造成本。选择毛坯的制造方法一般应当考虑一下几个因素。（1）材料的工艺性能 材料的工艺性能在很大程度上决定毛坯的种类和制造方法。例如，铸铁，铸造青铜等脆性材料不能锻造和冲压，由于焊接性能差，也不宜用焊接方法制造组合毛坯，而只能用铸造。低碳钢的铸造性能差，很少用于铸造；但由于可锻性能，可焊接性能好，低碳钢广泛用于制造锻件、型材、冲压件等。 （2）毛坯的尺寸、形状和精度要求 毛坯的尺寸大小和形状复杂程度也是选择毛坯的重要依据。直径相差不大的阶梯轴宜采用棒料；直径相差较大的宜采用锻件。尺寸很大的毛坯，通常不采用模锻或压铸、特种铸造方法制造，而适宜采用自由锻造或是砂型铸造。形状复杂的毛坯，不宜采用型材或自由锻件，可采用铸件、模锻件、冲压件或组合毛坯。（3）零件的生产纲领 选择毛坯的制造方法，只有与零件的生产纲领相适应，才能获得最佳的经济效益。生产纲领大时宜采用高精度和高生产率的毛坯制造方法，如模锻及熔模铸造等；生产纲领小时，宜采用设备投资少的毛坯制造方法，如木模砂型铸造及自由锻造。 根据上述内容的几个方面来分析本零件，零件材料为45号钢，首先分析45号钢材料的性能，45号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等；其次，观察零件图知，本设计零件为轴类零件，毛坯选为棒料，各直径尺寸相差较小，且该轴在工作过程中要承受冲击载荷和扭矩，是变速器主要的动力输出元件，故为增强其强度、刚度和冲击韧性，毛坯选择锻件；再者，前面已经确定零件的生产类型为大批量生产。因此，本零件的毛坯种类以模锻方法获得。 3.4.2 绘制毛坯图 本次设计选择的毛坯种类是圆棒料，变速器2轴的最大直径是56，总长度为264毫米，留加工余量4毫米，圆棒料取27060图2.2毛坯图3.5选择加工方法，拟定工艺路线 3.5.1 定位基准的选择拟定工艺路线的第一步是先择定位基准。为使所选的定位基准能保证整个机械加工工艺过程顺利进行，通常考虑如何选择精基准来加工各个表面，然后考虑如何选择粗基准把作为精基准的表面先加工出来。 在轴类零件加工中，为保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应尽可能使其与装配基准重合并使各工序的基准统一，而且还要考虑在一次安装中尽可能加工出较多的面。 轴类零件加工时，精基准的选择通常有两种： 首先方案是采用顶尖孔作为定位基准。这样，可以实现基准统一，能在一次安装中加工出各段外圆表面及其端面，可以很好的保证各外圆表面的同轴度以及外圆与端面的垂直度，加工效率高并且所用夹具结构简单。所以对于棒料毛坯，在粗加工之前，应先打顶尖也，以后的工序都用顶尖孔定位。根据上述定位基准的选择原则，分析本零件，选取顶尖孔作为定位精基准。当零件外圆加工完毕以后，可以以外圆为精基准加工内孔，由于前面的工序使用中心孔精加工出来的输出轴外圆同轴度非常高，并且表面粗糙度等各项性能指标都很高，故使用加工后的外圆作为精基准而加工出来的孔和外圆的同轴度也非常高。本零件选择两中心孔和25作为精基准，选择47和23作为粗基准来加工两中心孔。3.5.2 零件表面加工方法的选择 根据本零件图上所标注的各加工表面的技术要求，查 机械制造工艺设计简明手册表1.4-7，表1.4-8，通过对各加工表面所对应的方案的选择，最后确定本零件各加工表面的加工方法如下表 3.5：需加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra/um加工方案46外圆IT 76.4um粗车半精车40外圆IT 61.6um粗车半精车精车38外圆IT 61.6um粗车半精车精车32外圆IT 61.6um粗车半精车精车26外圆IT 61.6um粗车半精车精车24外圆IT 61.6um粗车半精车精车56伞齿IT 76.4um滚齿机393630花键IT 76.4um滚齿机M22螺纹IT 76.4um粗车12锥孔IT 76.4um钻表 3.5 变速器输出轴各加工表面方案3.5.3 加工阶段的划分 本零件变速器输出轴加工质量要求较高，可将加工阶段分为粗加工、半精工、精加工三个阶段。 (1) 粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工40、32、26、24等外圆表面。 (2) 半精加工阶段：其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如40、32、26、24外圆表面。 (3) 精加工阶段：其任务就是保证尺寸、形状和位置精度达到或基本达到（精密件）图样规定的精度要求以及表面粗糙度要求。3.5.4 工序的集中与分散 本零件采用工序集中原则安排零件的加工工序。本零件变速器输出轴的生产类型为大批量生产，可以采用各种机床配以专用工具、夹具、以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。3.5.5 工序顺序的安排 （1）机械加工顺序 遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准，即在前面加工阶段先加工输出轴的左、右端面，56和24外圆表面，钻中心孔。 遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 遵循“先主后次”原则，如先加工外圆表面，再加工键槽。 遵循“先面后孔”原则，先加工56外圆表面，做为定位基准再加工其余各段。（2）热处理工序 毛坯锻造成型后，应当对毛坯进行正火处理以去除内应力，然后再进行机械加工。在粗加工之后、精加工之前，安排调质处理，调质硬度为 HBS200，获得良好的综合机械性能。（3）辅助工序 在对本零件的所有加工工序完成之后，安排去毛刺、清洗、终检工序。3.5.6 确定工艺路线 在综合考虑上述工序的顺序安排原则基础上，拟定该变速器输出轴零件的工艺路线如下： 1锻造模锻2热处理正火3粗车夹小端，粗车大端面和外圆夹大端，粗车小端面和外圆4钻钻两端中心孔5热处理调质处理6粗车夹小端，顶大端中心孔，精车大端外圆，留研磨尺寸夹大端，顶小端中心孔，精车小端各级外圆，留研磨尺寸车退刀槽7磨修研两中心孔8滚花键滚出39，36，30花键9滚齿在滚齿机上滚出斜锥齿轮5610热处理对齿面和轴颈进行表面淬火11研磨修研两端中心孔12磨中心孔定位夹紧工件精磨轴外圆各部至图纸要求13精车夹大端，顶小端，车螺纹M22至图纸尺寸，并倒角14钳工去毛刺15检验检查各尺寸和精度16入库涂油入库3.5.7 加工设备及工艺装备选择 由于生产类型大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式为以通用机床及专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床的的装卸及各机床间的传送均由工人完成。车各外圆时，多是用车床CA6140完成，夹紧方案为专用车夹具及三爪卡盘定位； 铣键槽也可以用车床完成；钻孔在铣床上完成；滚齿选用滚齿机Y3150，但是滚伞齿的时候要用到格里森滚齿机；量具选用游标卡尺即可。3.5.8 工序间余量和工序尺寸的确定 查机械制造技术基础课程设计指导教程加工余量表格，并综合对毛坯尺寸以及已经确定的机械加工工艺路线的分析，确定各工序间加工余量。工序尺寸是工件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸。因此，正确地确定工序尺寸及其公差是制订工艺规程的一项重要工作。工序尺寸的计算要根据零件图上的设计尺寸、已确定的各工序的加工余量及定位基准的转换关系来进行。确定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后一道工序开始依次向前推算，最后工序的工序尺寸按设计尺寸标注。当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸只与工序的加工余量有关。当定位基准与工序基准不重合或工序尺寸尚需从继续加工的表面标注时，工序尺寸应用工艺尺寸链解算。关于轴向工序尺寸的确定，由于轴向尺寸的尺寸精度要求不高，精车加工余量0.5mm，半精车留加工余量2mm，粗车留加工余量2.5mm。3.5.9 切削用量及基本时间定额的确定 切削用量是切削加工时可以控制的参数，具体是指背吃刀量ap（mm）、进给量f（mm/ r）和切削速度v(m/min)三个参数。选择切削用量主要应根据工件的材料、精度要求以及刀具的材料、机床的功率和刚度等情况，在保证工序质量的前提下，充分利用刀具的切削性能和机床的功率、转矩等特性，获得高生产率和低加工成本。从刀具耐用度出发，首先应选定背吃刀量ap，其次选定进给量f，最后选定切削速度v。粗加工时，加工精度和表面粗糙度要求不高，毛坯余量大。因此，选择粗加工的切削用量时，要尽量能保证较高的金属切除率，以提高生产率；精加工时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量小且均匀。因此选择切削用量是应着重保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。（1） 背吃刀量ap的选择粗加工时，背吃刀量应根据加工余量和工艺系统刚度来确定。由于粗加工时是以提高生产率为主要目标，所以在留出半精加工、精加工余量后，应尽量将粗加工余量一次 切除。一般ap 可达810mm。当遇到断续切削、加a工余量太大或不均匀时，则应考虑多次走刀，而此时的背吃刀量应一次递减，即ap1ap2 ap3.。 精加工时，应根据粗加工留下的余量确定背吃刀量，使精加工余量小而均匀。（2）进给量f的选择 粗加工时对表面粗糙度要求不高，在工艺系统刚度和强度好的情况下，可以选用大一些的进给量；精加工时，应主要考虑工件表面粗糙度要求，在一般表面粗糙度数值越小，进给量也要相应减小。（3）切削速度v的选择 切削速度主要应根据工件和刀具的材料来确定。粗加工时， 主要受刀具寿命和机床功率的限制。如超出了机床许用功率，则应适当降低切削速度；精加工时，ap和f用得都较小，在保证合理刀具寿命的情况下，切削速度应选取的尽可能高，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。 切削用量选定后，应根据已选定的机床，将进给量f和切削速度v修定成机床所具有的进给量f和转速n，并计算出实际的切削速度v。工序卡上填写的切削用量应是修定后的进给量f、转速n及实际切削速度v。转速n（r/min）的计算公式如下：,式中 d 刀具（或工件）直径（mm）；v切削速度（m/min ）。粗车外圆进给量查表可得：Ap(mm)F(mm/r)V(mm/r)n(r/min)粗车外圆5630.444126 4630.444287 3830.444400 3030.442630 2430.442800半精车外圆4630.731126 3830.731126 3030.731126 2430.731126精车外圆4630.444287 3830.444287 3030.444287 2430.444287以上f为进给量 ap深度 v是速度 由得 粗车外圆56时按机床选取n =126r/min。所以实际切削速度 =22.1(m/min) 粗车外圆46时按机床选取n =287r/min。所以实际切削速度 =41.5(m/min)粗车外圆38时按机床选取n =400r/min。所以实际切削速度 =47.7(m/min) 粗车外圆30时按机床选取n =630r/min。所以实际切削速度 =59.3(m/min)粗车外圆24时按机床选取n =800r/min。所以实际切削速度 =60.2(m/min) 半精车加工外圆56时按机床选取n =126r/min。所以实际切削速度 =22.1(m/min) 半精车加工外圆46时按机床选取n 126r/min。所以实际切削速度 =18.2(m/min)半精车加工外圆38时按机床选取n =126r/min。所以实际切削速度 =15.0(m/min)半精车加工外圆30时按机床选取n =126r/min。所以实际切削速度 =11.9(m/min)半精车加工外圆24时按机床选取n =126r/min。所以实际切削速度 =10(m/min)精车加工外圆56时按机床选取n =126r/min。所以实际切削速度 =50.5(m/min)精车加工外圆46时按机床选取n 287r/min。所以实际切削速度 =41.5(m/min)精车加工外圆38时按机床选取n =287r/min。所以实际切削速度 =34.2(m/min)精车加工外圆30时按机床选取n =287r/min。所以实际切削速度 =27.0(m/min)精车加工外圆24时按机床选取n =287r/min。所以实际切削速度 =21.6(m/min)4.变速器2轴夹具系统设计4.1手动夹具设计4.1.1 明确设计要求、收集设计资料选择工序9滚伞齿进行夹具设计。对零件图纸设计要求进行分析后有：该齿在轴的顶部，是一个伞齿，直径是56mm，该伞齿的尺寸公差与位置公差要求较低。零件材料为45钢，毛坯为模锻件，但是由于该齿是伞齿，一般的滚齿机加工不出来，选用格里森滚齿机加工。 夹具在机械制造中应用很广。由机床夹具和机床、刀具、工件组成的加工工艺系统，能够根据工艺要求，迅速实现工件的定位和夹紧，并在加工过程中保持它们之间的正确相对位置。使用夹具，可提高劳动生产率和加工精度。夹具是重要的机械制造工艺装备，其主要作用包括： （1）提高劳动生产率和降低加工成本。 （2）减轻工人的劳动强度。 （3）扩大机床的工艺范围。 （4）提高加工精度和保证产品质量。4.1.2工件在夹具中的定位与夹紧 （1）工件的定位 在机械加工中，为了保证工件各加工表面间的相互位置精度，工艺系统的各要素，即机床、刀具、组合夹具及工件之间，要有正确的相对位置关系。而工件相对于刀具或切削成形运动的相对位置关系，是由工件在夹具上的定位和夹具在机床上的定位来保证的。工件在夹具上定位的任务是，既要保证单个工件相对于已经调整好刀具位置的准确性，又要保证一批工件相对于刀具位置的一致性。工件定位的准确性和可靠性是影响加工后工件各表面相互位置精度的重要因素。定位的准确性和可靠性，除了与工件定位基准面的制造精度有关外，还取决于夹具元件定位精度和定位结构的合理性。实践证明，在设计夹具时，首先要熟悉和掌握工件在夹具中的定位基本原理和方法，拟定出定位方案，在此基础上根据工件的加工要求，分析定位的准确性和可靠性达到夹具结构的合理化。 （2）基准 基准就是人们在评价或衡量某一事物时，所采用的出发点或参照物。在机械加工中人们讨论工件上某些点、线和面的位置时，总是相对于工件上的另一些点、线 和面而言，后者就是衡量前者的参照点、线和面，成为基准。根据基准的性质和作用，可分为设计基准和工艺基准。在工艺基准中又可分为工序基准、定位基准和测量基准。与夹具关系较大的是工序基准和定位基准。 a.工序基准 在机械加工工序中确定本工序被加工表面位置的基准被称为工序基准。在工艺规程中的工序简图上，要表示出被加工表面本道工序基准的尺寸（称为加工尺寸）和相互位置要求（如平行度、垂直度等）。工序基准可以使工件上的实际表面，也可以是几何轴线和对称面。工序基准与设计基准不同，设计基准是零件图上所用的基准、设计尺寸经过最终加工才能达到。而工序基准是在加工过程中所用的基准。所以工序基准可能是设计基准，也可能不是设计基准，这要根据工件的加工过程来决定。夹具是为加工工件的某些表面而设计的，所以工序基准和加工尺寸是选择定位基准和组装夹具的重要依据。 b.定位基准 用来确定工件相对于夹具位置的基准称为定位基准。定位基准是工件与夹具定位元件接触或配合的实际点、线和面。在机械加工过程中，一般将工件视为刚体，刚体上各质点的相对位置是固定不变的。对于单个的工件来说，只要定位基准的位置被确定，其余部分的位置也随之确定。因此，工件的定位也就是使定位基准获得确定的位置。4.1.3定位基准的分析 六点定位原理：工件不受任何条件约束时，其位置是任意的和不确定的。设工件为一理想的刚体，并以一个空间直角坐标系作为参照来观察刚体的位置变动。由理论力学可知，在空间处于自由状态的刚体，具有六个自由度，即沿 x、y、z三个坐标轴的移动，和绕着这三个坐标轴的转动，如图1所示。这六种位置变动是基本的变动形式，工件在空间的任何位置状态，都可由这六种基本位置变动的组合来得到。在机床夹具设计中，用符号 、 、 和 、 、 分别表示沿三个坐标轴移动和绕这三个轴转动的自由度。从自由度的数量来看，自由状态下的工件有六个自由度。当工件受到外界条件约束时，它的某些自由度被限制，所以工件定位的实质就是从加工要求出发，限制其应该限制的自 图4.1.3 刚体在空间的六个自由度经分析，本工序主要轴固定并随着工作台旋转，在格里森滚齿床上用面滚齿刀加工，以上加工好的端面作为定位基准，需要限制5个自由度，Z方向的移动和自由度，X方向的移动和旋转自由度以及Y方向的移动和旋转自由度。使输出轴只能绕Z轴旋转。这样就达到定位夹紧的作用。图3.1 工序9滚伞齿。4.1.4 确定工件夹紧方案，设计夹紧机构 在机械加工过程中，工件会受到切削力、摩擦力等外力的作用，为了保证在这些外力的作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，把工件压紧夹牢在定位元件上。设计两种不同的夹紧方案：一轴上下2端用顶尖顶住，在24外圆用螺栓进行夹紧。二轴只采用下顶尖顶住，在38外圆用螺栓进行夹紧。比较这两种夹紧方案：两种方案都能把工件夹紧，但是第一种方案采取了上下顶尖能达到更好的定心作用，加工出来的轴精度更高。因此选择第一种夹紧方案。4.1.5 确定夹具总体结构和尺寸根据上述分析绘出手动夹具总装配图，如图4.1图 4.1 夹具总转配图1. 上顶尖 2.螺栓 3.夹具体 4.滚齿机工作台 5.垫圈 6.下顶尖 图 4.1.1 夹具体图4.1.2 下顶尖4.1.6 夹具使用说明安装工件时，将变速器2轴垂直放入夹具体中，下顶尖将轴顶起，然后手动将上顶尖摇下来，对着中心孔压紧工件，最后，用扳手将2螺栓和螺纹孔配合的同时，保持变速器2轴定心，这样就把变速器2轴固定好了。就可以进行滚齿操作了。加工完伞齿后，将上顶尖摇上去，松开螺栓就可以取出工件了4.2自动夹具的设计42.1自动夹具方案的确定自动夹具是在加工的整个过程中，工人只负责上下零件，没有其他多余的操作。以此来减轻工人党的工作强度，提高生产效率。本次设计的自动夹具是在手动夹具设计基础上把它改自动夹具。既然是自动夹具肯定需要用到其他辅助动力，来代替工人的手动夹紧这个动作。手动夹具的设计当中，工人是通过摇动使上顶尖往下压和螺栓压紧轴外圆来使工件固定的，在自动夹具的设计中就要把这2个操作代替，第一个操作可以改变夹紧外圆的位置来取消上顶尖，让起夹紧外圆在滚齿位置下面，即夹具位置在38处。第2个操作可以改变夹具体，夹紧方式用可旋转式液压缸来压紧，同时设计一个缸体来支撑工件和放置小型液压缸。设计自动夹具方案如图：4.2 图4.2 自动夹具装配图 图4.2.1 夹具底座 图3.8 夹具底座此设计通过液压缸往下挤压锥型夹套，夹套受到夹具底座的支顶，两边受到挤压来把工件夹紧。取代了手动夹紧操作，提高了生产效率。4.2.2 选择的液压缸参数：宁波丰州机械有限公司是一家高新科技企业，专业生产各种型号的空、油压转角缸、薄型缸、杠杆缸等用于机械零部件生产线的夹治具零组件，该公司夹具事业部专为各机械零部件生产厂家提供快速更换夹具，目前该公司产品已在国内十几个省上千家企业广泛使用。类型：可旋转式液压缸安装形式：油路板式调速缸型号：YZG-BT压力范围：70（MPa） 品牌：丰州适用范围：工装夹具/钻床/专用设备产品别名：油缸速度范围：咨询（m/s） 最大冲程：30（mm） 缸径：25，32，40，50，63（mm） 杆径：18，20，22.4，28，35（mm） 速比：1：10厂家：宁波丰州机械有限公司4.2.3 夹具使用说明此套自动夹具工人只需要把工件上到锥型夹套中就可以了，然后通过液压回路控制液压缸来夹紧工件，当加工完成工件后，弹簧将锥形夹套顶起，就可以取出工件了。4.3机电控制系统4.31 液压系统设计布局4.3.2液压系统工作原理自动夹紧系统包含两个伞位四通电磁换向阀及两个YZG-BT型普通液压缸。夹紧系统工作原理在工件放置到位后，液压泵供油，换向阀YA1电磁铁通电，换向阀左位开启，左液压缸推进从ST1至ST2位后接通2换向阀YA2电磁铁，换向阀左位开启，左旋液压缸左旋90度，液压缸连杆降落，压紧工件。滚齿机工作开始加工。加工完成后，换向阀YA1电磁铁断电，换向阀复位，液压工退ST2至ST1，换向阀YA2电磁铁断电，YA2复位，液压缸右旋90度，液压缸连杆抬升，工件松脱。4.3.3 液压系统控制电路4.3.4绘制PLC接线图，并进行端口分配4.3.5系统动作循环表液压系统共有五个工步：电机启动、夹紧工件、松开工件、原位停止，分别由开关SB1、SB2、SB3和ST1及ST2来控制循环的起动和工步的切换. 4.3.6梯形图的编制将编制的程序输入可编程序控制器，并模拟试验，达到了工步的要求。应用时，应输入相应的现场信号，进行调试和完善。5. 设计总结 时间过的真快，毕业设计就快结束了，在整个设计过程，我感触颇多。在老师和同学的帮助下，我从中学到了以前在课堂和书本上学不到的东西，受益匪浅。在这次设计过程中，我真正地认识到自己的不足之处，以前上课没有学到和自己平时忽略的知识，在这次设计当中也涉及到了。通过自己不断地查漏补缺，使得自己的知识结构进一步合理、知识体系进一步完善。这次设计将我以前学过的机械制造工艺学、公差与配合、机械制图、工程材料与热处理工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学知识。 对工艺和夹具有了进一步的了解。在这次毕业设计中，还有一个重点的就是工艺和夹具的设计。工艺的设计在学习的过程中只是作为理论知识讲的，并没有亲自设计过。因此，在开始的设计过程中，存在这样或那样的问题。但在老师的细心指导下，查阅各种关于工艺的设计资料，我根据步骤一步一步的设计，绘制工艺过程卡。老师仔细分析我的工艺过程后提出了多点意见，我考虑了老师所说的意见后，我又开始查阅资料，几经修改终于完成工艺过程卡和工艺卡片。虽然在这个反复过程中耗费了一些时间，但我仍然获益匪浅，了解到了工艺设计思想。对于夹具，我们机电专业的学生，都没有怎么涉及，设计过程中遇到很多的问题，但是在杨老师的耐心指导下，自己在翻阅相关资料，最后还是设计出来自动夹具。 其次，我了解到作为一个设计人员，在设计的过程中一点都不能马虎，每个步骤都必须有理有据，不能凭空捏造。而且，各种标准都要严格按照国家标准和国际标准执行，查阅大量资料。设计一个零件，需要花费一定的时间，有时甚至是很长的时间。亲自上阵后我才知道，做每件事都不是那么简简单单就能完成的，是要付出一定代价的。因此，我们也要用心去体会每个设计者的心思，这样才能像他们一样设计出好的作品。 在这次毕业设