汽车变速箱箱体加工工艺及夹具设计

1 汽车变速箱加工工艺规程设计1.1 零件的分析1.1.1 零件的作用题目给出的零件是汽车变速箱箱体。变速箱箱体的主要作用是支承各传动轴，保证各轴之间的中心距及平行度，并保证变速箱部件与发动机正确安装。因此汽车变速箱箱体零件的加工质量，不但直接影响汽车变速箱的装配精度和运动精度，而且还会影响汽车的工作精度、使用性能和寿命。汽车变速箱主要是实现汽车的变速，改变汽车的运动速度。汽车变速箱箱体零件的顶面用以安装变速箱盖，前后端面支承孔120mm、80mm用以安装传动轴，实现其变速功能。1.1.2 零件的工艺分析由汽车变速箱箱体零件图可知。汽车变速箱箱体是一个簿壁壳体零件，它的外表面上有五个平面需要进行加工。支承孔系在前后端面上。此外各表面上还需加工一系列螺纹孔。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：（ 1） 、以顶面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：顶面的铣削加工；8 M10 6H的螺孔加工；212 0.027mm的工艺孔加工。其中顶面有表面粗糙度要求为 Ra6.3 m， 8 个螺孔均有位置度要求为 0.3mm ， 2个工艺孔也有位置度要求为 0.1mm 。0.030.0130.035（2）、以120 mm、80 mm、100 mm 的支承孔为主要加工表0.030.013面的加工面。这一组加工表面包括：2个120 mm、2个80 mm和1个100 0.035mm 的孔；尺寸为 365 0.025mm 的与 2120 0.03mm、280 0.013 mm 的4 个孔轴线相垂直的前后端面； 前后端面上的 3 个 M 14 6H 、 16 个 M 10 6H 的螺孔，以及4 个 15mm、 2 个 8mm 的孔；还有另外两个在同一中心线上与两0.020端面相垂直的30 0.015mm的倒车齿轮轴孔及其内端面和两个M10 6H的螺孔。其中前后端面有表面粗糙度要求为Ra6.3 m ,3jM14 6H、i6jM10 6H的螺孔， 4 个 15mm、 2 个 8mm 的孔均有位置度要求为 0.3mm ，两倒车齿轮轴0.46孔内端面有尺寸要求为900mm及表面粗糙度要求为Ra3.2 m0（ 3） 、以两侧窗口面为主要加工平面的加工面。这一组加工表面包括：尺寸为16000.1mm 和 10400.1mm 的两侧窗口面；与两侧窗口面相垂直的 12 个M 10 6H 的螺孔；与两侧面成60 角的尺寸为 1 的锥管螺纹孔（加油孔） 。其中两侧窗口面有表面粗糙度要求为 Ra6.3 m ， 12 个螺孔均有位置度要求为0.3mm。3.2 箱体加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施由以上分析可知。该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，对于变速箱箱体来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。由于汽车变速箱的生产量很大。怎样满足生产率要求也是变速箱加工过程中的主要考虑因素。3.2.1 孔和平面的加工顺序箱体类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工箱体上的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。变速箱箱体的加工自然应遵循这个原则。 这是因为平面的面积大， 用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。变速箱箱体零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，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。3.2.2 孔系加工方案选择变速箱箱体孔系加工方案，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。 除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外， 也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格最底的机床。根据汽车变速箱箱体零件图所示的变速箱箱体的精度要求和生产率要求，当前应选用在组合机床上用镗模法镗孔较为适宜。（ 1） 、用镗模法镗孔在大批量生产中，汽车变速箱箱体孔系加工一般都在组合镗床上采用镗模法进行加工。镗模夹具是按照工件孔系的加工要求设计制造的。当镗刀杆通过镗套的引导进行镗孔时，镗模的精度就直接保证了关键孔系的精度。采用镗模可以大大地提高工艺系统的刚度和抗振性。因此，可以用几把刀同时加工。所以生产效率很高。但镗模结构复杂、制造难度大、成本较高，且由于镗模的制造和装配误差、镗模在机床上的安装误差、镗杆和镗套的磨损等 原因。用镗模加工孔系所能获得的加工精度也受到一定限制。（ 2） 、用坐标法镗孔在现代生产中，不仅要求产品的生产率高，而且要求能够实现大批量、多品种以及产品更新换代所需要的时间短等要求。镗模法由于镗模生产成本高，生产周期长，不大能适应这种要求，而坐标法镗孔却能适应这种要求。此外，在采用镗模法镗孔时，镗模板的加工也需要采用坐标法镗孔。用坐标法镗孔，需要将箱体孔系尺寸及公差换算成直角坐标系中的尺寸及公差，然后选用能够在直角坐标系中作精密运动的机床进行镗孔。零件图所示变速箱箱体孔系尺寸换算如下：如下图所示为三个支承孔中心线所构成的坐标尺寸关系。其中： |OA| 150.28 0.05mm ， |OB | 133.35 0.05mm， |AB | 91.02 0.05mm 。设加 工时坐标系为x0y且xOB30mm现在要计算yOB、xOA及yOA。由图可知：yOB133.352 302 129.93mmcos 30/|OB| 30/133.35 0.2249776.9999013.001根据余弦定理：cos|OA|2 |OB|2 |AB|22 |OA|OB |150.282 133.352 91.0222 150.28 133.350.800436.827根据几何关系可得：xOA |OA|sin( ) 60.707mmyOA |OA|C0S()137.473mm孔系中心的直角坐标尺寸算出来后。还需要进一步确定各组成环的公差。 组成环的公差分配方法有多种，现以等公差分配法为例子说明各组成环公差的 求解方法。已知：|CA| 60.707 30 90.707mm|CB| yOA yOB 137.473 129.932 7.541mm| AB | 78.084mm因 | AC |2 |CB |2 | AB |2两边微分后得:2 | AC | d | AC | 2 |CB | d | CB | 2 | AB | d | AB |若 d | AC | d |CB | ，则有0.0067d | AB | | AB |0.05 91.02| AC |CB |90.707 7.541|AC|与Xoa和Xob构成尺寸链，其中|AC|为尺寸链的封闭环。按等公差分配原则，Xoa及Xob的公差各取 / 20.034mm|CB|与yoA及yoB构成另一个尺寸链，且|CB|为尺寸链的封闭环。按前述方法可得yoA及yoB的尺寸公差各为 /20.034mm 0最终求得的变速箱箱体孔系在直角坐标中的尺寸及公差为：x0A 60.707 0.0034mmyOA 137.473 0.0034mmxOB 30 0.0034mmyoB 129.93 0.0034 mm方法来自机械工人专业计算3.3 变速箱箱体加工定位基准的选择3.3.1 粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：(1)、保证各重要支承孔的加工余量均匀；(2)、保证装入箱体的零件与箱壁有一定的间隙。为了满足上述要求，应选择变速箱的主要支承孔作为主要基准。即以变速 箱箱体的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面 最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位 限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此，以后再用精 基准定位加工主要支承孔时，孔加工余量一定是均匀的。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。3.3.2 精基准的选择从保证箱体孔与孔、 孔与平面、平面与平面之间的位置。 精基准的选择应能保证变速箱箱体在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从变速箱箱体零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是变速箱箱体的装配基准，但因为它与变速箱箱体的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。3.4 变速箱箱体加工主要工序安排对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。变速箱箱体加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于顶平面加工完成后一直到变速箱箱体加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。因此，顶面上的螺孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺纹底孔在多轴组合钻床上钻出，因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。对于变速箱箱体，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在80 90 c的含0.4%1.1%苏打及0.25% 0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于 200mg 。根据以上分析过程，现将汽车变速箱箱体加工工艺路线确定如下：工序 1：粗、精铣顶面。以两个120mm 的支承孔和一个80mm 的支承孔为粗基准。选用立轴圆工作台铣床，和专用夹具。工序2：钻顶面孔、铰工艺孔。以两个120mm 的支承孔和前端面为基准。选用专用组合钻床和专用夹具。工序3：粗铣前后端面。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合铣床和专用夹具。工序4：粗铣两侧面及凸台。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合铣床和专用夹具。工序5：粗镗前后端面支承孔。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合镗床和专用夹具。工序6：检验。工序7：半精铣前后端面。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合铣床和专用夹具。工序8：钻倒车齿轮轴孔，钻前后端面上孔。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合钻床和专用夹具。工序9：铣倒车齿轮轴孔内端面，钻加油孔。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合铣床和专用夹具。工序10：钻两侧面孔。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合钻床和专用夹具。工序11：精镗支承孔。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合镗床和专用夹具。工序12：攻1 锥螺纹孔。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合攻丝机和专用夹具。工序13：前后端面孔攻丝。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合攻丝机和专用夹具。工序14：两侧窗口面上螺孔攻丝。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合攻丝机和专用夹具。工序15：顶面螺孔攻丝。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合攻丝机和专用夹具。工序 16：中间检验。工序17：精铣两侧面。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合铣床和专用夹具。工序18:精铳前后端面。以两个120mm支承孔和一个工艺孔为基准。选用专用组合铣床和专用夹具。工序19：清洗。选用清洗机清洗。工序20：终检。以上工艺过程详见机械加工工艺过程卡片。3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“汽车变速箱箱体”零件材料采用灰铸铁制造。变速箱材料为HT15Q硬度HB为170241,生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。(1)、顶面的加工余量。(计算顶面与120 0.03mm支承孔轴线尺寸100 0.12mm)根据工序要求，顶面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：参照机械加工工艺手册第 1 卷表 3.2-23 。其余量值规定为2.7 3.4mm,现取3.0mm。表3.2-27粗铳平面时厚度偏差取0.28mm。精铣：参照机械加工工艺手册表2.3-59 ，其余量值规定为 1.5mm 。铸造毛坯的基本尺寸为100 3.5 1.5 105mm。根据机械加工工艺手册表2.3-11,铸件尺寸公差等级选用CT7,再查表2.3-9可得铸件尺寸公差为 1.2mm。毛坯的名义尺寸为： 100 3.5 1.5 105mm毛坯最小尺寸为：105 0.6 104.4mm毛坯最大尺寸为：105 0.6 105.6mm粗铣后最大尺寸为： 100 1.5 101.5mm粗铣后最小尺寸为： 101.5 0.28 101.22mm精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即 100 0.12mm。（ 2） 、两工艺孔12 0.027 mm 。毛坯为实心，不冲孔。两孔精度要求为 IT8 ，表面粗糙度要求为6.3 m 。参照机械加工工艺手册表2.3-47 ，表 2.3-48 。确定工序尺寸及加工余量为：钻孔：11mm扩孔：11.85mm2Z0.85mm（ Z为单边余量）铰孔：12H82Z0.15mm（ 3） 、顶面8 螺孔 M 10 6H毛坯为实心，不冲孔。参照机械加工工艺手册表2.3-71 ，现确定其工序尺寸及加工余量为：钻孔： 8.5mm攻丝： M 10 6H（ 4） 、前后端面加工余量。 （计算长度为 365 0.025mm ）根据工艺要求，前后端面分为粗铣、半精铣、半精铣、精铣加工。各工序余量如下：粗铣：参照机械加工工艺手册第 1 卷表 3.2-23 ，其加工余量规定为2.7 3.5mm ，现取 3.0mm。半精铣：参照机械加工工艺手册第 1 卷 ，其加工余量值取为 2.5mm。精铣：参照机械加工工艺手册 ，其加工余量取为 0.5mm。铸件毛坯的基本尺寸为 365 0.5 2.5 3 371mm， 根据 机械加工工艺手册表2.3-11 ,铸件尺寸公差等级选用 CT%再查表2.3-9可得铸件尺寸公差 为 1.6mm 。毛坯的名义尺寸为： 365 0.5 2.5 3 371mm毛坯最小尺寸为：371 0.8 370.2mm毛坯最大尺寸为：371 0.8 371.8mm粗铣前后端面工序尺寸定为 368 0.25mm半精铣前后端面工序尺寸定为 365.5 0.25mm精铣前后端面后尺寸与零件图尺寸相同，即 365 0.23mm（5）、前后端面上16螺孔 M10 6H ， 3螺孔 M14-6H ， 4 孔 15mm ，倒车齿轮轴孔23000.21mm加工余量。毛坯为实心，不冲孔。参照机械加工工艺手册表2.3-71 ，现确定螺孔加工余量为：16 螺孔 M 10 6H钻孔： 8.5mm攻丝： M 10 6H3 螺孔 M14-6H钻孔： 11.9mm攻丝： M14 -6H4 15mm 孔，参照机械加工工艺人员手册表5-58 ，确定工序尺寸为：钻孔： 15mm倒车齿轮轴孔230 00.21 mm ，参照机械加工余量与公差手册表4-23确定工序尺寸及余量为：钻孔：15mm钻孔：28mm2Z13mm扩孔： 29.8mm2Z 1.8mm铰孔：30H 82Z0.2mm（6）、前后端面支承孔 120 0.03mm, 80 0.013 mm, 100 0.035mm 。根据工序要求，前后端面支承孔的加工分为粗镗、精镗两个工序完成，各工序余量如下：粗镇：120 0.03mm孔，参照机械加工工艺手册表 2.3-48,其余量值为 2mm；80 0013mm孔，参照机械加工工艺手册表 2.3-48,其余量值为2mm；100 0.035mm 孔，参照机械加工工艺手册表2.3-48, 其余量值为 2mm 。精镗： 120 0.03mm 孔，参照机械加工工艺手册表2.3-48, 其余量值为1mm；80 0.013mm 孔， 参照 机械加工工艺手册 表 2.3-48, 其余量值为 1mm ；100 0.035 mm孔，参照机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为1mm。铸件毛坯的基本尺寸分别为：120 0.03mm孔毛坯基本尺寸为120 2 1117mm;80 0.013mm孔毛坯基本尺寸为80 2 1 77mm ;100 0.035 mm 孔毛坯基本尺寸为 100 2 1 97mm 。根据机械加工工艺手册表 2.3-11 ,铸件尺寸公差等级选用 CT7,再查表 2.3-9 可得铸件尺寸公差分别为：1.2mm、1.1mm、1.1mm。120 0.03mm孔毛坯名义尺寸为120 2 1117mm;毛坯最大尺寸为117 0.6 117.6mm ；毛坯最小尺寸为117 0.6 116.4mm ；粗镗工序尺寸为 119 00.1107 mm ；精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即 120 0.03 mm 。80 0.013mm 孔毛坯名义尺寸为80 2 1 77mm ；毛坯最大尺寸为77 0.55 77.55mm ；毛坯最小尺寸为77 0.55 76.45mm ；粗镗工序尺寸为 79 00.1170 mm ；精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即 80 0.013 mm 。100 0.035 mm 孔毛坯名义尺寸为 100 2 1 97mm ；毛坯最大尺寸为97 0.55 97.55mm ；毛坯最小尺寸为97 0.55 96.45mm ；粗镗工序尺寸为 99 00.1170 mm ；精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即 100 0.035 mm 。7) 、两侧面及凸台加工余量。( 两侧面计算长度分别为：侧面到支承孔80 0.013mm轴线尺寸16000mm和10400mm。凸台计算长度为：凸台到定位孔轴线尺寸 20 00.9600 mm)由工序要求，两侧面需进行粗、精铣加工。各工序余量如下：粗铣： 参照 机械加工工艺手册第 1 卷 表 3.2-23 ，其余量值为 2.0 2.7mm,现取其为2.5mm。表3.2-27 ,粗铳平面时厚度偏差取 0.22mm精铣：参照机械加工工艺手册表2.3-59, 其余量值规定为 1.5mm铸件毛坯的基本尺寸分别为： 160 2.5 1.5 164mm ，104 2.5 1.5 108mm。根据机械加工工艺手册表 2.3-11 ,铸件尺寸公差等级选用 CT7,再查表 2.3-9 可得铸件尺寸公差分别为1.4mm 和 1.2mm。则两侧面毛坯名义尺寸分别为： 106 2.5 1.5 164mm104 2.5 1.5 108mm毛坯最小尺寸分别为：1640.7163.3mm108 0.6107.4mm毛坯最大尺寸分别为：1640.7164.7mm108 0.6108.6mm粗铣后最大尺寸分别为： 160 1.5 161.5mm104 1.5 105.5mm105.5 0.22 105.28mm粗铣后最小尺寸分别为： 161.5 0.22 161.28mm精铳后尺寸与零件图尺寸相同，即16000.1mm和10400.1mm由工序要求可知，凸台只需进行粗铣加工。其工序余量如下：参照机械加工工艺手册第 1 卷表 3.2-23 ，其余量规定为 1.0 1.5mm，现取其为 1.5mm。铸件毛坯的基本尺寸 20 1.5 21.5mm 。根据机械加工工艺手册表2.3-11 ,铸件尺寸公差等级选用CT7,再查表2.3-9可得铸件尺寸公差为0.82mm。则凸台毛坯名义尺寸为：20 1.5 21.5mm毛坯最小尺寸为：21.5 0.41 21.09mm毛坯最大尺寸为：21.5 0.41 21.91mm粗铣后尺寸与零件图尺寸相同，即 20 00.9600 mm 。（ 8） 、两侧面螺孔加工余量毛坯为实心，不冲孔。参照机械加工工艺手册表2.3-71, 现确定螺孔加工余量为：钻孔：8.5mm攻丝：M 10 6H（9）、倒车齿轮轴孔内端面加工余量（计算长度9000.46mm ）根据机械加工工艺手册表2.2-25 ，只需进行粗铣加工即能达到所需表面粗糙度要求3.2 m及尺寸精度要求。因此倒车齿轮轴孔内端面只进行粗铳加工。参照 机械加工工艺手册第 1 卷 表 3.2-23 ， 其余量值规定为 1.5 2.0mm ， 现取 1.5mm 。铸件毛坯的基本尺寸为 90 1.5 2 87mm 。根据机械加工工艺手册表2.3-11，铸件尺寸公差等级选用CT7,再查表2.3-9可得铸件尺寸公差为1.1mm。毛坯名义尺寸为： 90 1.5 2 87mm毛坯最小尺寸为：87 0.55 2 85.9mm毛坯最大尺寸为：87 0.55 2 88.1mm粗铣后尺寸与零件图尺寸相同，即 9000.46 mm 。（ 10） 、加油孔加工余量毛坯为实心，不冲孔。参照机械加工工艺手册表2.3-71 ，现确定其余量为：钻孔：28.5mm扩孔：30.5mm2Z 2mm攻丝： 1 锥管螺纹孔2 专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工汽车变速箱箱体零件时，需要设计专用夹具。根据任务要求中的设计内容，设计加工工艺孔夹具及铣前后端面夹具各一套。其中加工工艺孔的夹具将用于组合钻床， 刀具分别为两把麻花钻、 扩孔钻、铰刀对工件上的两个工艺孔同时进行加工。铣端面夹具将用于组合铣床，刀具为两把硬质合金端铳刀YG8X寸变速箱箱体的前后两个端面同时进行加工。2.1 加工工艺孔夹具设计本夹具主要用来钻、扩、铰两个工艺孔12mm 。这两个工艺孔均有尺寸精度要求为 0.027mm ， 表面粗糙度要求， 表面粗糙度为 6.2 m ， 与顶面垂直。 并用于以后各面各孔加工中的定位。 其加工质量直接影响以后各工序的加工精度。本到工序为汽车变速箱体加工的第二道工序，加工到本道工序时只完成了顶面的粗、精铣。因此再本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。2.1.1 定位基准的选择由零件图可知，两工艺孔位于零件顶面上，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与顶面垂直。为了保证所钻、铰的孔与顶面垂直并保证两工艺孔能在后续的孔系加工工序中使各重要支承孔的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。 在选择两工艺孔的加工定位基准时， 应尽量选择上一道工序即粗、精铣顶面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择顶面作为主要定位基面以限制工件的三个自由度，以两个同轴的主要支承孔120mm限制工件的两个自由度，在用工件的一个端面作为辅助 定位限制工件的另一个自由度。为了提高加工效率，根据工序要求用两把刀具对两个12mm工艺孔同时进行加工。同时为了缩短辅助时间，准备采用气动夹紧方式夹紧。2.1.2 切削力的计算与夹紧力分析由于本道工序主要完成工艺孔的钻、扩、较加工，而钻削力远远大于扩和 校的切削力。因此切削力应以钻削力为准。由切削手册得：钻削力F 26Df0.8HB0.6钻削力矩 T 10D1.9f0.8HB0.6式中：D 12mm1 1HB HBmax - HBmax HBm.255 - 255 187 2323 3， =，_1f 0.15mm rF 26 12 0.1508 2320.6 1802.5NT 10 121.9 0.150.8 2320.66488.8N mm当用两把刀具同时钻削时：F 2F 2 1802.5 2605NT 2T 2 6488.8 12977.6N mm本道工序加工工艺孔时，工件变速箱箱体放在两V形块上。依靠上面的活动钻模板下降夹紧工件，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧立计算 无太大意义。只需连接两 V形块的杠杆及固定杠杆的销钉强度、刚度适当即能 满足加工要求。2.1.3 夹紧元件及动力装置确定由于汽车变速箱的生产量很大，采用手动夹紧的夹具虽然结构简单，在生 产中的应用也比较广泛。但因人力有限，夹紧受到限制。另外在大批量生产中 靠人力频繁的夹紧也十分劳累且生产率低下。因此本道工序夹具的夹紧动力装 置采用气动夹紧。采用气动夹紧，原始夹紧力可以连续作用，夹紧可靠，机构可以不必自锁。本道工序夹具的夹紧元件选用两短锥销、活柱钻模板。两短锥销分别在单活塞回转式气缸的活塞及心轴推动下进入工件支承孔120mm中，从水平方向夹紧工件。但工件仍可绕气缸心轴中心转动。活柱钻模板由气缸带动下降火紧 工件。单活塞回转气缸结构图如下：1 缸体 2 活塞杆 3 垫片4 餐封圈5 活塞6垫圈 7 一密封圈 8 导气轴9 导气套10 止推轴承11油环12 一滚针轴承13 一压盖14 一管接头其主要结构参数如下:DHP （公斤力）D1D2公称尺寸公差1003531075+0.030100D3D4d2I1l21 3n125135M10M16230342.1.4 钻套、衬套、钻模板及夹具体设计工艺孔的加工需钻、扩、较三次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔0.02712 mm分钻、扩、较三个工步完成加工。即先用10mm的麻花钻钻孔，根0.034据GB11484的规定钻头上偏差为零，故钻套孔径为11F8mm即1l0.016mm。再用SCSmm标准扩孔钻扩孔，根据GB11484的规定1mm扩孔钻的尺00.034 寸为11.85。回皿，故钻套尺寸为11.85F 7mm即11.85。.。那叫最后用0.01512mm的标准较刀较孔，根据GB11484的规定标准较刀尺寸为12 0.008 mm故0.039钻套孔径尺寸为12 0.021 mmo图：快换钻套校工艺孔钻套结构参数如下表：dHDD2hmm1r公称尺寸允差121818+0.023+0.01230281271011.520.545衬套选用固定衬套具结构如图所示:其结构参数如下表:dHDCG公称尺寸允差公称尺寸允差18+0.01802425+0.039+0.02510.6钻模板选用悬挂式钻模板，在本夹具中选用的是气动滑柱式钻模板。利用 夹具体内安装气缸，使滑柱带动升降板上升或下降由于气缸始终作用故不需要 自锁机构。火具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这 些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构见夹具装 配图2所示。2.1.5 夹具精度分析利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加 工系统。它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此 在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计 算。由工序简图可知，本道工序由于工序基准与加工基准重合，又采用顶面为 主要定位基面，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两工艺孔尺寸12 0.027 mm及位置度公差0.1mm及表面粗糙度6.3 m。本道工序最后采用精较加工，选用 GB11484较刀，直径为12 0:008mm,并采用钻套，钱刀导套孔径为d 12 0.029mm,外径为D 18 0)022mm同轴度公差为 0.0210.0 120.005mm 0固定衬套采用孔径为 18 0.(0wmm ,同轴度公差为 0.005mm。该工艺孔的位置度应用的是最大实体要求。即要求：(1)、各孔的实际轮廓受最大实体实效边界的控制即受直径为120.111.9mm的理想圆柱面的控制。(2)、各孔的体外作用尺寸不能小于最大实体实效尺寸12mmo (3)、当各孔的实际轮廓偏离其最大实体状态，即其直径偏离最大实体尺寸12mm时可将偏离量补偿给位置度公差。(4)、如各孔的实际轮廓处于最小实体状态即其实际 直径为12.027mm时，相对于最大实体尺寸12mm的偏离量为0.027mm，此时轴线的位置度误差可达到其最大值0.10.0270.127mmo即孔的位置度公差最小值为0.1mmo工艺孔的尺寸12 0.027mm,由选用的钱刀尺寸12 0.0108 mm满足。工艺孔的表面粗糙度6.3 m ,由本工序所选用的加工工步钻、扩、较满足。影响两工艺孔位置度的因素有(如下图所示)：(1)、钻模板上两个装衬套孔的尺寸公差：1 0.005mm(2)、两衬套的同轴度公差：2 0.005mm(3)、衬套与钻套配合的最大间隙：3 18.034 18.012 0.022mm(4)、钻套的同轴度公差：4 0.005mm(5)、钻套与钱刀配合的最大间隙：5 12.039 12.008 0.031mm2yp1222322di 2 0.039 0.078mm 0.1mmw ww所以能满足加工要求。2.1.6 夹具设计及操作的简要说明钻铰工艺孔的夹具如夹具装配图 2 所示。装卸工件时，将小车拉出到支架01 上， 小车带有四个滚轮04，可沿两条圆柱导轨灵活移动。工件装上后卡在三个斜块 24 中间。将小车连同工件推入夹具中时，螺钉23起限位作用。小车由滑柱 08 及弹簧 21 支承，夹紧工件时，小车可以压缩弹簧而自动下降。由于本工序在顶面钻铰孔，除了顶面已经加工以外，其余表面均尚未加工，为了保证所钻铰的孔与顶面垂直并保证两工艺孔能在后续的孔系加工工序中使各主要支承孔的加工余量均匀，所以钻铰孔工序的定位选择顶面作为主要定位基面以限制工件的三个自由度，以两个同轴的主要支承孔限制工件的两个自由度，再用工件端面限制一个自由度。本夹具采用活柱钻模板向下运动夹紧工件，钻模板装在四根滑柱10和 22上， 两根对角安装的滑柱10与气缸活塞相连， 滑柱下移时，既可夹紧工件，操作时，先接通气缸使气缸活塞及心轴推动两个短锥销进入工件孔中， 从水平方向夹紧工件。 由于夹紧缸由弹簧18 支承并安装在滑柱上，当活柱钻模板下降夹紧工件时，锥销连同气缸可以和工件一起下降。心轴装在滚针轴承及推力轴承上，即使水平方向已夹紧工件，但工件仍可绕心轴的中心转动。当滑柱10、 22 下降时，钻模板、工件也一起下降并迫使小车下降，工件则压在两个浮动V形块06上，两浮动V形块06通过杠杆07的转动而实现自位。加工完后，滑柱升起，由弹簧21 将小车和工件托起，拉出小车即可卸下工件。2.2 粗铣前后端面夹具设计本夹具主要用来粗铣汽车变速箱箱体前后端面。由加工本道工序的工序简图可知。粗铣前后端面时，前后端面有尺寸要求368 0.25mm ，前后端面与工艺孔轴线分别有尺寸要求55 00.6355 mm 。以及前后端面均有表面粗糙度要求Rz50。本道工序仅是对前后端面进行粗加工。因此在本道工序加工时，主要应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度。同时应保证加工尺寸精度和表面质量。2.2.1 定位基准的选择在进行前后端面粗铣加工工序时，顶面已经精铣，两工艺孔已经加工出。因此工件选用顶面与两工艺孔作为定位基面。选择顶面作为定位基面限制了工 件的三个自由度，而两工艺孔作为定位基面，分别限制了工件的一个和两个自 由度。即两个工艺孔作为定位基面共限制了工件的三个自由度。即一面两孔定 位。工件以一面两孔定位时，夹具上的定位元件是：一面两销。其中一面为支 承板，两销为一短圆柱销和一削边销。为了提高加工效率，现决定用两把铳刀对汽车变速箱箱体的前后端面同时 进行粗铳加工。同时为了缩短辅助时间准备采用气动夹紧。2.2.2 定位元件的设计本工序选用的定位基准为一面两孔定位，所以相应的夹具上的定位元件应 是一面两销。因此进行定位元件的设计主要是对短圆柱销和短削边销进行设计由加工工艺孔工序简图可计算出两工艺孔中心距LgoLq 257 2 1102279.55mmg由于两工艺孔有位置度公差，所以其尺寸公差为Lg 1 0.1 0.03mmg 3所以两工艺孔白中心距为279.55 0.03mm,而两工艺孔尺寸为120.027mm o根据机床夹具设计手册削边销与圆柱销的设计计算过程如下:(1)、确定两定位销中心距尺寸Lx及其偏差lxLx = Lg = 279.55mm11、1Lx ( ) Lg 0.03 0.01mm5 33(2)、确定圆柱销直径d1及其公差d1d1 D1 12mm(Di 一基准孔最小直径)di 取 f7所以圆柱销尺寸为12 0.034 mm(3)、削边销的宽度b和B (由机床夹具设计手册)b 4mmB D2 2 10mm(4)、削边销与基准孔的最小配合间隙22b( Lx Lg 三)DI其中：D2基准孔最小直径1 圆柱销与基准孔的配合间隙2 4 (0.01 0.030.0272 )120.018mm(5)、削边销直径d2及其公差d2 D22 12 0.018 11.982mm按定位销一般经济制造精度，其直径公差带为 h6,则削边销的定位圆柱部分定位直径尺寸为11.982。009mmo(6)、补偿值1Lg Lx1min 0.03 0.01 0.008 0.032mm22.2.3定位误差分析本夹具选用的定位元件为一面两销定位。其定位误差主要为:(1)、移动时基准位移误差jyjy d1 D1 Xmn=0.009 0.027 0.016=0.052mm(2)、转角误差tgdi Di Ximin d2D2X2min2L其中：X2m. 2( LxLg 2吗tg0.0002880.018 0.027 0.016 0.009 0.027 0.0642 279.550.01652.2.4 铳削力与夹紧力计算根据机械加工工艺手册可查得：铳削力计算公式为圆周分力 Fz 9.81 54.5aP.9a0-74a1-0Zd010kFz查表可得：d0 320mm Z 12 a 192mm af 0.2mm/zap 3mmkFz 1.06代入得Fz 9.81 54.5 30.9 0.20.74 192 12 320 1.0 1.06=3333.34N查表可得铳削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为：FL/FE 0.8FV/FE 0.6Fx/FE 0.53FL 0.8FE 0.8 3333.34 2666.7 NFV 0.6FE 0.6 3333.34 2000.0NFx 0.53FE 0.53 3333.34 1766.7N当用两把铳刀同时加工时铳削水平分力F； 2Fl 2 2666.7 5333.4N铳削加工产生的水平分力应由火紧力产生的摩擦力平衡。即： F； F（0.3查表可得）_ _ _ _F五造%17778N0.3计算出的理论夹紧力F再乘以安全系数k既为实际所需夹紧力F1即： F kF 取 k=2F, 2 17778 35556N2.2.5 定向键与对刀装置设计定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。具距离尽可能布置的 远些。通过定向键与铳床工作台 T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面 对于工作台的送进方向具有正确的位置。定向键可承受铳削时产生的扭转力矩, 可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工中的稳固性。根据GB220A80定向键结构如图所示：夹具体槽形与螺钉根据T形槽的宽度a=16mm定向键的结构尺寸如下:BLHhDh夹具体槽形尺寸B2h2公称 尺寸允差d允差d4公称尺寸允差D16-0.012-0.03525104124.516+0.0195对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置由于本道工序是完成汽车变速箱箱体前后端面的粗铳加工，所以选用直角 对刀块。根据GB2243-80直角对到刀块的结构和尺寸如图所示：塞尺选用平塞尺，其结构如图所示:塞尺尺寸为:公称尺寸H允差dC3-0.0060.252.2.6 夹紧装置及夹具体设计为了提高生产效率，缩短加工中的辅助时间。因此夹紧装置采用气动夹紧 装置。工件在夹具上安装好后，气缸活塞带动压块从上往下移动夹紧工件。根据所需要的夹紧力F 35556N ,来计算气缸缸筒内径D。2气缸活塞杆推力Q曰P4其中：P压缩空气单位压力（取P=6公斤力/厘米2）一效率 （取 0.9 ）Q F 3555.6公斤力Do4QP4 3555.63.14 6 0.9838.8厘米2D。28.96 厘米 取 Do 30 厘米=300mm因此气缸选用管接式法兰气缸，具结构如下图所示:1 一活塞杆2 前盖3一密封圈4 一缸筒5 一活塞6后盖其主要结构参数如下表：DCD1D2D3D4D公称尺寸公差300401004080-0.060190350M30 1.5di英寸d2LlI1公称尺寸孔数Z1/2M164230352522 30压块选用结构如图所示:主要结构尺寸如下表:dDHdid2lliCM243628262017.512.52火具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这 些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构夹具装配 图3所示2.2.7夹具设计及操作的简要说明本夹具用于汽车变速箱箱体前后端面的粗铳。夹具的定位采用一面两销， 定位可靠，定位误差较小。具夹紧采用的是气动夹紧，夹紧简单、快速、可靠 有利于提高生产率。工件用吊环在夹具体上安装好后，压块在气缸活塞的推动 下向下移动夹紧工件。当工件加工完成后，压块随即在气缸活塞的作用下松开 工件，即可取下工件。由于本夹具用于变速箱体端面的粗加工，对其进行精度 分析无太大意义。所以就略去对其的精度分析。参考文献1 许晓旸。专用机床设备设计。重庆：重庆大学出版社， 2003。2 孙已德。机床夹具图册。北京：机械工业出版社，1984。3 双元制培训机械专业理论教材编委会。机械工人专业计算。北京：机械工业出版社，1995。4 廖念钊。互换性与技术测量。北京：中国计量出版社，2004。5 淘济贤。机床夹具设计。北京：机械工业出版社，1986。6 单丽云。工程材料。徐州：中国矿业大学出版社，2000。7 廖念钊。互换性与技术测量。北京：中国计量出版社，2000。8 李兆铨。机械制造技术。北京：中国水利水电出版社，2005。9 贺光谊。画法几何及机械制图。重庆：重庆大学出版社， 1994。10 丁骏一。典型零件制造工艺。北京：机械工业出版社,1989 。11 孙丽媛。 机械制造工艺及专用夹具设计指导。 北京： 冶金工业出版社，2002。12 东北重型机械学院。 机床夹具设计手册。 上海： 上海科学技术出版社，1979。13 孟少龙。机械加工工艺手册第 1 卷。北京：机械工业出版社， 199114 金属机械加工工艺人员手册 修订组。 金属机械加工工艺人员手册。上海：上海科学技术出版社， 1979。15 李洪。机械加工工艺手册。北京：机械工业出版社， 1990。16 马贤智。机械加工余量与公差手册。北京：中国标准出版社， 1994致谢我在湖北工业大学学习期间，能够完成学业和毕业设计，得益于湖工机械学院老师的大力支持和帮助。特别是梁洁萍梁老师在毕业设计期间给我很多鼓励和帮助。还有许多老师和同学在我的学习过程中起到了非常重要的作用，在本科学习即将结束之际，我向各位老师和同学表示诚挚的谢意！最后，很感谢阅读这篇毕业设计（论文）的老师。感谢你们抽出宝贵的时间来阅读这篇毕业设计（论文） 。外语文献翻译摘自 : 制造工程与技术(机加工) (英文版) Manufacturing Engineering and Technology Machining 机械工业出版社2004 年 3 月第 1 版 P560 564页美 s. 卡尔帕基安 (Serope kalpakjian)s.r 施密德 (Steven R.Schmid)著原文：20.9 MACHINABILITYThe machinability of a material usually defined in terms of four factors:1、 Surface finish and integrity of the machined part;2、 Tool life obtained;3、 Force and power requirements;4、 Chip control.Thus, good machinability good surface finish and integrity, long tool life, and low force And power requirements. As for chip control, long and thin (stringy) cured chips, if not broken up, can severely interfere with the cutting operation by becoming entangled in the cutting zone.Because of the complex nature of cutting operations, it is difficult to establish relationships that quantitatively define the machinability of a material. In manufacturing plants, tool life and surface roughness are generally considered to be the most important factors in machinability. Although not used much any more, approximate machinability ratings are available in the example below.20.9.1 Machinability Of SteelsBecause steels are among the most important engineering materials (as noted in Chapter 5), their machinability has been studied extensively. The machinability of steels has been mainly improved by adding lead and sulfur to obtain so-called free-machining steels.Resulfurized and Rephosphorized steels. Sulfur in steels forms manganesesulfide inclusions (second-phase particles),which act as stress raisers in the primary shear zone. As a result, the chips produced break up easily and are small; this improves machinability. The size, shape, distribution, and concentration of these inclusions significantly influence machinability. Elements such as tellurium and selenium, which are both chemically similar to sulfur, act as inclusion modifiers in resulfurized steels.Phosphorus in steels has two major effects. It strengthens the ferrite, causing increased hardness. Harder steels result in better chip formation and surface finish. Note that soft steels c