1、 变速箱体工艺与工装设计毕 业 设 计 说 明 书学生姓名： 学 号： 学 院： 专 业： 机械工程 指导教师： 职称: 2012 年 3 月 变速箱体工艺与工装设计 摘要：在生产过程中，使生产对象（原材料，毛坯，零件或总成等）的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程，如毛坯制造，机械加工，热处理，装配等都称之为工艺过程。在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。序言箱体零件是机器或部件的基础零件,它把有关零件联
2、结成一个整体,使这些零件保持正确的相对位置,彼此能协调地工作.因此,箱体零件的制造精度将直接影响机器或部件的装配质量,进而影响机器的使用性能和寿命.因而箱体一般具有较高的技术要求.由于机器的结构特点和箱体在机器中的不同功用,箱体零件具有多种不同的结构型式,其共同特点是:结构形状复杂,箱壁薄而不均匀 ,内部呈腔型; 有若干精度要求较高的平面和孔系 ,还有较多的紧固螺纹孔等.箱体零件的毛坯通常采用铸铁件.因为灰铸铁具有较好的耐磨性,减震性以及良好的铸造性能和切削性能,价格也比较便宜.有时为了减轻重量,用有色金属合金铸造箱体毛坯(如航空发动机上的箱体等).在单件小批生产中 ,为了缩短生产周期有时也采
3、用焊接毛坯.毛坯的铸造方法,取决于生产类型和毛坯尺寸.在单件小批生产中,多采用木模手工造型;在大批量生产中广泛采用金属模机器造型,毛坯的精度较高.箱体上大于 3050mm 的孔,一般都铸造出顶孔,以减少加工余量.一、零件的工艺分析及生产类型的确定1 零件的作用题目所给定的零件是变速箱，用于机床主轴变速，且只能装有两根主轴，用于简单的二级变速。输入轴与电动机相连，输出轴与工作机相连。2 零件的工艺分析通过对该零件图的重新绘制，对零件有些深入的了解，轴承孔为主要的加工部分。此零件为典型的箱体类零件，并不是所有的表面和轮廓都要加工，除几个轴承孔外，其他部分加工要求不高，都比较容易获得。主要保证好输入
4、轴与输出轴孔的精度以及两个面的位置度。箱体类零件其设计基准与装配基准为底部，首先应保证好，两侧面与轴承盖相配合，要保证的位置度不难，在加工中心上可完成大部分的工作，此零件孔较多，但大部是小螺丝孔，只要能满足装配则可。主要的工艺思路是先面后孔，先粗后精的原则。零件的加工难点及关键点为轴承孔，而且为大批量生产，后面将着重为这方面的工艺进行考虑，进行夹具设计。3 零件的生产类型依设计题目知：Q=500 件/年， N=2 件/ 台，结合生产实际。备品率 和废品率 分别取为 5%和 3%。代入公式得该零件的生产纲领N=500*2*（1+5%）*（1+3%）=1081 件/年零件为变速箱，质量为 4.9k
5、g,查表 2-1 可知其属轻型零件，生产类型为大批生产。二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图1.选择毛坯该零件材料是 HT200。考虑到此材料可铸性较好，因此应该选用铸造件，保证零件工作可靠。由于零件年产量为 500 件，属于大批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故可以采用铸造成型。这从提高生产率、保证加工精度考虑，也是应该的。2、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差参见机械制造技术基础课程设计指南第五章第一节，灰铸铁的公差及机械加工余量按 GB/T 6414-1999 确定。要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。、基本概念（1）铸件基本尺寸 R 机械加工前的毛坯铸件的尺寸，包
6、括必要的机械加工余量。（2）尺寸公差 CT 允许尺寸的变动量。（3）要求的机械加工余量 RMA 在毛坯铸件上为了随后可用机械加工方法去除铸造对金属表面的影响，并使之达到所要求的表面特征和必要的尺寸精度而留出的金属余量。单侧作机械加工时,RMA 与铸件其他尺寸之间的关系如(2-1)表示。对圆柱形的铸件部分或在双侧机械加工的情况下，RMA 要加倍，如（2-1）表示。对内腔作机械加工相对应的表达式如（2-3）表示。R=F+RMA+CT/2 （2-1）R=F+2RMA+CT/2 （2-2）R=F-2RMA+CT/2 （2-3）F 为最终机械加工后的尺寸、公差等级铸件公差有 16 级，常用的为 CT4C
7、T13，该零件采用砂型铸造手工造型，材料是灰口铸铁，根据表 5-1 查得，公差为 CT11CT14。3、要求的机械加工余量根据表 5-4 和 5-5 查得，铸件的机械加工余量为 24mm。4、确定毛坯尺寸由零件图可知，所有的表面粗糙度都1.6um,所以所有表面加工余量都无须增大。分析本零件，有的表面只需粗加工，这时可取所查数据的小值，需要精加工和半精加工时可取其大值。综上所述，确定毛坯尺寸见下表表 1-1 变速箱毛坯尺寸零件尺寸 单边余量 铸件尺寸 零件尺寸 单边余量 铸件尺寸326 2 330 72 2.1 67.8230 2 234 62 2.1 57.880 21 75.8 42 2.1
8、 37.892H7 2.1 87.8 72 2.1 67.85.确定毛坯尺寸公差根据查表 5-3 得，本毛坯允许偏差见下表 1-2表 1-2 变速箱毛坯尺寸允许偏差铸件尺寸 偏差 根据 铸件尺寸 偏差 根据330 +1.9-0.967.8 +1.4-0.6234 +1.9-0.957.8 +1.4-0.676 +1.4-0.637.8 +1.4-0.687.8 +1.5-0.7铸件公差表使用方法67.8 +1.4-0.6铸件公差表使用方法6 设计毛坯图（1） 确定圆角半径 铸件圆角半径要求不高，满足要救即行。内圆角半径为 3.5，外圆角半径为 5（2） 确定铸造方法 由于批量生产，且零件较大，
9、选为砂型铸造。（3） 确定毛坯的热处理方式 为消除铸造时产生的残余应力采用人工时效处理，改善加工条件。（4） 毛坯图见下图三、选择加工方法，制定工艺路线1定位基准的选择本零件是变速箱，底面是其设计基准（也是装配基准） ，为避免由于基准不重合而产生误差，应选底面为定位基准进行加工。从图可知，此零件要加工的尺寸不多，为 6 个轴孔以及上、下面以及两轴承盖端面及其它螺纹孔。底面作为定位基准加工上表面。另外两侧面以一边作为粗基准加工另一面，然后以另一面作为基准加工对面。加工孔时一加工好的一侧面作为基准进行镗削。2零件表面加工方法的选择本零件的加工面有端面、底面、内孔、小孔、螺纹孔等，材料为 HT200
10、。以公差等级和表面粗糙度要求，其加工方法选择如下。（1）.变速箱上、下面 粗糙度要求为 6.3，只需进行粗铣就行。Ra（2） 轴承端盖面 粗糙度要求为 3.2，且两侧面相对于基准 A-B 的垂直度公差为0.03，需进行粗铣、半精铣、精铣，且要保证好垂直度。（3） 80 内孔 粗糙度要求为 1.6，垂直度要求为 0.03，公差等级为 IT7，毛坯孔a已经铸出，加工方法可采用粗镗、半精镗、精镗就可以满足加工要求。其它五个轴承孔及2 个 30H7 的孔的加工方法相同。（4） 螺丝孔及 4 个地脚螺钉孔 孔较多，但要求不高，保证好位置度后一次性在加工中心上完成即可。3制定工艺路线按照加式原则，先加工基
11、准面及先粗后精，同时，为保证加工效率，成批量生产，此零件的加工工艺路线按如下方式进行。工序 1：按划线找正粗精铣箱体底面，保证 17mm 高的底座面表面粗糙度。工序 2：按划线精铣箱体顶面，保证箱体高度 230mm 及表面粗糙度。工序 3：按划线粗铣四周精铣箱体两端盖，控制长宽及表面粗糙度至图纸要求工序 4：钻底脚上的孔，锪 4x26 孔铰两对角定位孔保证表面粗糙度 Ra1.6 尺寸至图纸要求。 工序 5 粗镗 80mm92H7mm72mm 孔。工序 6：粗镗 62mm42mm72mm 孔。工序 7：精镗 72mm80mm92H7mm 孔，保证表面粗糙度 Ra1.6 及尺寸各要求至图纸要求。工
12、序 8：精镗 62mm42mm72mm 孔，保证表面粗糙度 Ra1.6 及尺寸各要求至图纸要求。工序 9：根据尺寸关系精镗 2x30H7mm2x22H7mm 的孔保证表面粗糙度至图纸要求。工序 10：用钻模版钻攻 20xM10,2xM16 及两小孔，攻 G1/4“,G1/8“管螺纹。工序 11：去毛刺，倒角工序 12：终检。四、工序设计1选择加工设备与工艺装备（1） 选择机床 根据工序要求选择合适的机床。此零件为变速箱体，为提高生产效率，各个工序之间完成的工作较多，且有大量的孔及螺纹，此零件的所有工序应选择在立式加式中心上完成，这样能较大程度上减少零件在加工过程中的装夹次数保证加工精度。（2）
13、 选择夹具 零件为成批量生产，所以必需定好位，但要求不高，只需以面销组合定位就可。此零件较高的地方为两侧面及轴承孔，且相互之间垂直度要求较高，定位时考虑以面孔定位，保证好精度。所有工序无须采用专用夹具。（3） 选择刀具 根据不同的工序选择刀具。A 粗加工上、下面时可采用 50 硬质合金端铣刀。B 半精加工、精加工侧面时可采用硬质合金铣刀，注意控制铣刀直径。C 钻各个小孔时，用普通钻头一次性钻出。D 攻丝时用机用丝锥即可，大小根据螺纹大小而定，有 M10 及 M16 两种类型。E 半精镗、精镗孔时用微调镗刀，在加工 92H7 的孔及 42 的孔时注意镗刀杆深度。（4）选择量具 本零件属于成批生产
14、，一般情况下尽量采用通用量具。此零件要加工的地方不多，主要是孔的测量，A 选择面的测量，用游标卡尺则行。B 选择加工孔的量具。22H7 、30H7、42、62 、72、80、92H7 孔经粗镗、半精镗、精镗三次加工。粗镗时，用内径千分尺测量则可。 （范围为 25-50、50-125）半精镗上述孔，公差等级在 IT9，需用相适应的内径千尺测量。精镗上述孔时，精度要求很高，加工时每个工作都要测量，故宜选用极限量规。5、确定切削用量及基本时间6、切削用量包括背吃刀量 、进给量 和切削速度 。确定顺序是先确定 、apfvap,再确定 。 fv六、 夹具设计1夹具的设计及作用条件机械制造业中广泛采用的能
15、迅速把工作固定在准确位置上或同时能够确定加工工具位置的辅助装置，这种装备统称为夹具。在金属切削机床上采用的夹具统称为机床夹具。夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响机械加工的质量、工人劳动强度、生产率和成本。1） 夹具在现代机械加工中应用得相当广泛，它能够起到下列作用：（1） 保证稳定可靠地达到各项加工精度要求。（2） 缩短加工工时，提高劳动生产率。（3） 降低生产成本。（4） 减轻劳动强度。（5） 可由较低技术等级的工人进行操作。（6） 能够扩大机床工艺范围。2） 机床夹具作用实现必须满足三个条件a 夹具在机床上的准确的位置b 工件在夹具中占有正确的加工位置c 刀具相对于工件有准确的位置
16、本夹具是针对轴承孔的加工满足以上原则进行专门设计，在卧式加工中心上完成，以便提高生产效率及精度保证。1、 定位方案 在箱类、 盖板类、 杠杆类、 拨叉类、 甚至某些盘类工件的定位中， 广泛地应用平面双销组合定位， 尤其是在各种生产流水线、 自动线等自动化作业线和数控机床、柔性制造系统中， 平面双销定位几乎成为夹具定位方案的首要选择。 上图就是一面两销定位的基本情况，从图上可以看出，零件应以底面及 13 孔定位，采用一面两销组合定位。两孔成一条直线。定位的分析：其中台阶平面限制 3 个自由度，圆柱销限制 2 个自由度，削边销限制 1 个自由度，共限制了 6 个自由度，完全定位。（1）菱形销结构及
17、规格菱 形 销的尺寸由 于 削 边 销 的 直 径 尺 寸 需 要 根 据 具 体 定 位 精 度 要 求 来 计 算 确 定 ，所 以 ， 削 边 销 的 规 格 以 与 之 配 合 的 定 位 孔 的 直 径 D来确定。图 129为 削 边 销 主 要 结 构 尺 寸 。 其 中 参 数 为 ：D定位孔直径基本尺寸；B削边销宽度；6削边销圆弧宽度；削 边 销 规 格 及 主 要 参 数 见 表 。菱形销的主要参数（2）菱形销的设计如 所 示 ， 当 孔 距 为 最 大 极 限 尺 寸 ， 销 距为最小极限尺寸时， 菱形销的干涉点会发生在A、 B。 当 孔 距 为 最 小 极 限 尺 寸 ，
18、 销 距 为 最 大 极限 尺 寸 时 ， 菱 形 销 的 干 涉 点 则 在 C、 D 。 为 了 满 足 工件 顺 利 装 卸 的 要 求 ， 需 控 制 菱 形 销 直 径 ， 和 经 削 边d后 的 圆 柱 部 宽 度 。 b菱形销宽度 可由下所示几何关系求得。 在 中AOC22Dab在 中DOC22BCOD2minbX联立两式得D 36 68 820 2024 2430 3040 4050B D-0.5 D-1 D-2 D-3 D-4 D-5 D-56 2 3 4 5 5 6 8aXaDb42min2min略去 项aX4min2则 ab2min菱形销宽度 已标准化，故可反算得b2in
19、2DX式中 菱形销定位的最小间隙(mm)；min2X菱形销圆柱部分的宽度(mm)；b I件定位孑L的最大实体尺寸(mm)；D补偿量(mm)。a又 2ldLDa式中 孔距公差(mm) ；LD销距公差(mm)。ld菱形销直径可按下式求得min22Xd根据以上可以得出两销的中心距为366 0.015,公差为0.03。削边销的直径为12.966，取公差带为H7。（3）菱形销的工作高度 2H上述两销定位中， 圆柱销l为第二定位基准， 消除两个移动自由度， 菱形销为第三定位基 准 ， 消除最后一个转动不定度， 所以， 一般的安装顺序， 多希望圆柱销首先插入1号定位孔 一 小 段 高 度 后 ， 菱 形 销
20、 再 参 与 安 装 。 因 此 ， 为 装夹方便，菱 形 销的工作高度 可比圆2H柱销的工作高度 低35 mm。1即：2H2、 夹紧方案 在 机 械 加 工 过 程 中 ， 为 保 持 工 件 定 位 时 所 确 定 的 正 确 加 工 位 置 ， 防 止 工 件 在 切削力、惯性力、 离心力及重力等作用下发生位移和振动， 一般机床夹具都应有一个夹紧装置，以将工件夹紧。从前面的零件图可以看出，零件的两侧底面各边有 2 个孔，在此处采用螺栓夹紧。而且这种夹紧方式夹紧方便简易可靠，可免去夹紧力的计算。3、 对刀 4、 夹具与机床连接元件 采用两个标准的定位键，固定在夹具体底面的同一直线位置的键槽
21、中，用于确定铣床夹具相对于机床进给方向的正确位置，并保证定位键的宽度与机床工作台 T 形槽相匹配的要求。5、 夹具体 工件的定位元件固定于夹具体上，夹紧元件安装于夹具体上，同时将对刀装置安装于夹具体上，这样整个夹具便有机连在一起。6、 使用说明 安装工件时，松开螺栓上的螺母，把工件安装在定位板上，再旋紧螺母。7、 结构特点 此夹具结构简单，操作方便。夹具体上有对刀块，可以在对零件加工之前很好的对刀，夹具体上有一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，方便铣削加工。8、 对夹具进行试用设计小结经过这段时间，在指导老师的精心指导下，完成了此次任务的设计。从零件的工艺的分析至毛坯的选择
22、以及毛坯尺寸的确定，从而设计毛坯图。之后，对加工方法进行确定，设计合理的加工工艺方案，对各工序进行设计，包括刀、量具的选择。最后，进行夹具设计。通过这个过程，让我了解到设计的基本过程，加强了对于基础知识的综合运用能力，加强了识图、制图的能力，了解了夹具设计基本步骤。这将对以后的工作和学习起到非常重要的作用，是做为机械专业毕不可少的课程。但是由于能力所限，经验不足，设计中有许多不足之处请各位老师多多指点。 参考文献1， 邹青 主编 机械制造技术基础课程设计指导教程 北京： 机械工业出版社 2004，8 2， 赵志修 主编 机械制造工艺学 北京： 机械工业出版社 1984，23， 孙丽媛 主编 机
23、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 4， 李洪 主编 机械加工工艺手册 北京： 北京出版社 1990，125， 邓文英 主编 金属工艺学 北京： 高等教育出版社 20006， 黄茂林 主编 机械原理 重庆： 重庆大学出版社 2002，77， 丘宣怀 主编 机械设计 北京： 高等教育出版社 19978， 储凯 许斌 等主编 机械工程材料 重庆： 重庆大学出版社 1997，129， 廖念钊 主编 互换性与技术测量 北京： 中国计量出版社 2000，110，乐兑谦 主编 金属切削刀具 北京： 机械工业出版社 1992，1211，李庆寿 主编 机床夹具设计 北京： 机械工业出版社 1983，412，陶济贤 主编 机床夹具设计 北京： 机械工业出版社 1986，413， 机床夹具结构图册 贵州：贵州人民出版社 1983，714，龚定安 主编 机床夹具设计原理 陕西：陕西科技出版社，1981,715，李益民 主编 机械制造工艺学习题集 黑龙江： 哈儿滨工业大学出版社 1984, 716, 周永强等 主编 高等学校毕业设计指导 北京： 中国建材工业出版社 2002,12
