汽车变速箱箱体加工工艺及夹具设计.doc

1、湖北工业大学继续教育学院毕业论文（设计）摘 要本设计是汽车变速箱箱体零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。汽车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，以顶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

2、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：变速箱；加工工艺；专用夹具湖北工业大学继续教育学院毕业论文（设计）IAbstractThe design is about the special-purpose clamping apparatus of the machining technology process and some working procedures of the car gearbox parts. The main machining surface of th

3、e car gearbox parts is the plane and a series of hole. Generally speaking, to guarantee the working accuracy of the plane is easier than to guarantee the holes. So the design follows the principle of plane first and hole second. And in order to guarantee the working accuracy of the series of hole, t

4、he machining of the hole and the plane 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 technological holes are as the finish datum. The main process of machining tech

5、nology is that first, the series of supporting hole fix and machine the top plane, and then the top plane and the series of supporting hole fix and machine technological hole. In the follow-up working procedure, all working procedures except several special ones fix and machine other series of hole

6、and plane by using the top plane and technological hole. The machining way of the series of supporting hole is to bore hole by coordinate. The combination machine tool and special-purpose clamping apparatus are used in the whole machining process. The clamping way is to clamp by pneumatic and is ver

7、y 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.Key words: Gearbox; machining technology; special-purpose clamping apparatus目录湖北工业大学继续教育学院毕业论文（设计）II摘 要

8、 .IAbstract .II第 1 章 汽车变速箱加工工艺规程设计 .11.1 零件的分析 .11.1.1 零件的作用 .11.1.2 零件的工艺分析 .11.2 变速箱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 21.2.1 孔和平面的加工顺序 .21.2.2 孔系加工方案选择 .21.3 变速箱箱体加工定位基准的选择 .51.3.1 粗基准的选择 .51.3.2 精基准的选择 .61.4 变速箱箱体加工主要工序安排 .61.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 .81.6 确定切削用量及基本工时（机动时间） .13第 2 章 专用夹具设计 .352.1 加工工艺孔夹具设计

9、 .352.1.1 定位基准的选择 .352.1.2 切削力的计算与夹紧力分析 .362.1.3 夹紧元件及动力装置确定 .362.1.4 钻套、衬套、钻模板及夹具体设计 .372.1.5 夹具精度分析 .392.1.6 夹具设计及操作的简要说明 .412.2 粗铣前后端面夹具设计 .412.2.1 定位基准的选择 .412.2.2 定位元件的设计 .422.2.3 定位误差分析 .432.2.4 铣削力与夹紧力计算 .442.2.5 定向键与对刀装置设计 .442.2.6 夹紧装置及夹具体设计 .462.2.7 夹具设计及操作的简要说明 .48致 谢 .49参考文献 .50湖北工业大学继续教

10、育学院毕业论文（设计）0第一章 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 、 用以安装传动轴，实现其变速。m12081.1.2 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

11、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； 的螺孔加工； 的工艺孔加工。其中顶面有表HM608m027.1面粗糙度要求为 ，8 个螺孔均有位置度要求为 ，2 个工艺孔也mRa3. 3.0有位置度要求为 。1（2）以 、 、 的支承孔为主要加工表面03.013.8m035.的加工面。这一组加工表面包括：2 个 、2 个 和 1 个. 013.8的孔；尺寸为 的与 、m035.1025.363.01的 4 个孔轴线相垂

12、直的前后端面；前后端面上的 3 个 、1.8 HM64湖北工业大学继续教育学院毕业论文（设计）116 个 的螺孔，以及 4 个 、2 个 的孔；还有另外两个在同HM610m158一中心线上与两端面相垂直的 的倒车齿轮轴孔及其内端面和两个0.3的螺孔。其中前后端面有表面粗糙度要求为 ，3 个mRa.6、16 个 的螺孔，4 个 、 2 个 的孔均有位置度614610158要求为 ，两倒车齿轮轴孔内端面有尺寸要求为 及表面粗糙度m3.0 46.09要求为 。Ra2（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 和 的两侧窗口面；与两侧窗口面相垂直的 12 个01.601.4的

13、螺孔；与两侧面成 角的尺寸为 的锥管螺纹孔（加油孔） 。其HM601中两侧窗口面有表面粗糙度要求为 ，12 个螺孔均有位置度要求为mRa3.。m3.01.2 变速箱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。1.2.1 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

14、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，将孔与平面的加湖北工业大学继续教育学院毕业论文（设计）2工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。1.2.2 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

15、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

16、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。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：， ， 。设加mOA05.28.1|mOB05.3.1|mAB05.2.91|工时坐标系为 且 现在要计算 、 及 。yxOy

17、xOy湖北工业大学继续教育学院毕业论文（设计）3aY图 1 坐标尺寸关系由图可知： myOB93.12035.2475/|/cos9.7601.3根据余弦定理：804.35.128.09.15|2|cos 222 OBA87.36根据几何关系可得： mxOA7.6)sin(|y431co|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： m70.9360.7|CA myBOB541.732.14| 8.|因 222|ACA湖北工业大学继续教育学院毕业论文（设计）4两边微分后得：|2|2|2 AB

18、dCBdAdC若 ，则有|BAd067.541.70.9| |AC|与 和 构成尺寸链，其中|AC|为尺寸链的封闭环。按等公差分配OAxB原则， 及 的公差各取 。m3.2/|CB|与 及 构成另一个尺寸链，且|CB|为尺寸链的封闭环。按前OAyB述方法可得 及 的尺寸公差各为 。034.2/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：mxOA034.7.6y1xOB.3my034921.3 变速箱箱体加工定位基准的选择1.3.1 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

19、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湖北工业大学继续教育学院毕业论文（设计）5对位置。1.3.2 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

20、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。1.4 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

21、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

22、工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在 的含 0.4%1.1%c908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 。mg2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 的支承孔和一个 的支承孔12080为粗基准。选用立轴圆工作台铣床，和专用夹具。湖北工业大学继续教育学院毕业论文（设计）6工序 2：钻顶面孔、铰工艺孔。以两个 的支承孔和前端面为基准。m120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

23、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 锥螺纹孔。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合攻丝机1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：精铣前后端面。以两个 支承孔和一个工艺孔为基准。选m120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。