1、变速箱箱体加工工艺及夹具设计 第 1 页 共 15 页1XXXXXXXX 大 学毕 业 论 文（设计）论文题目 变速箱箱体加工工艺及夹具设计 姓 名 XXXXXX 学 号 XXXXXXXXX 院 系 工学院 专 业 车辆工程 指导教师 XXXXXX 职 称 副教授 中国XXXX二 o 一一 年 五 月变速箱箱体加工工艺及夹具设计 第 2 页 共 15 页2目 录1.绪论32.变速箱加工工艺程序设计 32.1 箱体的作用分析 32.2 箱体加工的主要问题和工艺设计所采取的办法 42.3 箱体加工的定位基准 52.4 箱体加工主要工序设计 52.5 加工余量及毛坯尺寸 83专用夹具设计83.1 加
2、工工艺孔夹具设计8结论 12致谢 13参考文献13外文摘要 14附图 115附图 216附图 317变速箱箱体加工工艺及夹具设计 第 3 页 共 15 页3变速箱箱体加工工艺及夹具设计作者：XXXXX 指导老师：XXXXXXXXXXXXXX 大学 工学院 XX 车辆 XXXX XXXXXX摘要：变速箱箱体的作用是支承各传动轴，保证各轴间的中心距及平行度，以及与相关部件的联结安装。为保证孔的加工精度，变速箱箱体加工工序的安排是先面后孔，最后加工螺纹孔的原则。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。变速箱箱体作为一个簿壁壳体零件，加工过程中可能造
3、成箱体的扭曲变形，严重影响孔系的精度，所以变速器箱体的加工过程中的夹具至关重要。为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，在加工变速箱箱体零件时，需用专用夹具。本篇就专门讲述变速箱箱体加工工序的工艺制定和各工序内容，就其中第二道工序加工工艺孔的加工原理和夹装方案，以及该工序中所使用的专用夹具进行设计。关键词：加工的主要问题 加工定位基准 加工工艺规程 加工工艺孔的夹具设计1 绪论箱体零件是一种典型零件，其加工工艺规程和工装设计具有典型性。变速器箱体零件结构复杂，零件毛坯采用铸造成形。在加工过程中，采用先面后孔的加工路线，以保证工件的定位基准统一、准确。为了消除切削力、夹紧力、切削热力和因
4、粗加工所造成的内应力对加工精度的影响，整个工艺过程分为粗、精两个阶段。通过被加工零件的分析完成机械加工工艺的设计。根据箱体零件的结构及其功能，运用定位夹紧的知识完成夹具设计。2 变速箱加工工艺程序设计2.1 箱体的作用分析2.1.1 零件的作用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，变速箱箱体加工工艺及夹具设计 第 4 页 共 15 页4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
5、以安装变速箱盖，前后端面支承孔 m120、m80用以安装传动轴，实现其变速功能。2.1.2 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薄壁壳体零件，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，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。2.2 箱体加工的主要问题和工艺设计应采取的办法由以上分析可知。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
6、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。2.2.1 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，便于对刀及时调整，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。2.2.2 孔系加工方案选择变速箱箱体孔系加工方案，应选
7、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，变速箱箱体加工工艺及夹具设计 第 5 页 共 15 页5当前应选用在组合机床上用镗模法镗孔较为适宜。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
8、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。2.3 箱体加工的定位基准2.3.1 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
9、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。2.3.2 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
10、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。2.4 箱体加工主要工序设计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、精加工顶变速箱箱体加工工艺及夹具设计 第 6 页 共 15 页6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
11、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 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，
12、现将汽车变速箱箱体加工工艺路线确定如下表：表 2.1工序 工序名称 定位基准 加工设备1 粗、精铣顶面。以两个 的支m120承孔和一个 的支8承孔为粗基准。选用立轴圆工作台铣床，和专用夹具。2钻顶面孔、铰工艺孔。以一个 的支120承孔面和前端面为基准。选用专用组合钻床和专用夹具。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。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。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。6 检验。 钻镗支撑孔后，是否保证面的平整度。变速箱箱体加工工艺及夹具设计 第 7 页 共 15 页77
13、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。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。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。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。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。12 攻 锥螺纹孔。1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。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。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
14、机和专用夹具。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。16 中间检验。 检查螺纹孔关键尺寸，查看图纸，有无遗漏。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。18 精铣前后端面。以两个 支承m120孔和一个工艺孔为基准。选用专用组合铣床和专用夹具。19 清洗。 选用清洗机清洗。变速箱箱体加工工艺及夹具设计 第 8 页 共 15 页820 终检。检查面的平整度，不得有翘曲、变形;平面度、孔径尺寸和孔距应在误差范围内；检查是否有漏加工的地方。2.5 加工余量及毛坯尺寸“汽车变速箱箱体”零件材料采用灰铸铁制造。变速箱材料为 HT150，硬度
15、HB 为 170241，生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。1.51 两工艺孔 m027.1毛坯为实心，不冲孔。两孔精度要求为 IT8，表面粗糙度要求为 。参m3.6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： 1扩孔： （ Z 为单边余量）85. mZ85.02铰孔： 2H13 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、两把扩孔钻、两把铰刀，对工件上的两个工艺孔同时进行加工。3.1
16、 加工工艺孔夹具设计本夹具主要用来钻、扩、铰两个工艺孔 m12。这两个工艺孔均有尺寸精度要求为 ，表面粗糙度要求，表面粗糙度为 ，与顶面垂直。m027. .6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。本道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。因此在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。变速箱箱体加工工艺及夹具设计 第 9 页 共 15 页93.1.1 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、
17、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，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 工艺孔同时进m12行加工。同时为了缩短辅助时间，准备采用液压传动夹紧方式夹紧。3.1.2 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、铰加工，而钻削力远远大于扩和铰的切削力。因此切削力应
18、以钻削力为准。由切削手册得：钻削力 6.08.2HBDfF钻削力矩 91T式中： m231875323minaxax HB15.0rfNF.802266.8.0T49.1当用两把刀具同时钻削时： F2605.1mNT.978本道工序加工工艺孔时，工件变速箱箱体放在三支撑板形块上。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。因此不必进行夹紧力计算。3.1.3 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
19、置采用液压传动夹紧方式夹紧。液压传动夹紧方式夹紧，原始夹紧力可以连续作用，夹紧可靠，机构可以不必自锁。变速箱箱体加工工艺及夹具设计 第 10 页 共 15 页103.1.4 钻套、衬套、钻模板及夹具体设计工艺孔的加工需钻、扩、铰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 m027.1分钻、扩、铰三个工步完成加工。即先用 m10的麻花钻钻孔，根据 GB114184 的规定钻头上偏差为零，故钻套孔径为 F8即 m034.16。再用 85.标准扩孔钻扩孔，根据 GB114184 的规定 5.扩孔钻的尺寸为027.，故钻套尺寸为 F785
20、.1即03416.。最后用1的标准铰刀铰孔，根据 GB114184 的规定标准铰刀尺寸为m05.8故钻套孔径尺寸为 m039.21。图：快换钻套铰工艺孔钻套结构参数如下表：Dd H公称尺寸 允差12Dh1m1r12 18 18+0.023+0.01230 28 12 7 10 11.5 20.5 45衬套选用固定衬套其结构如图所示：变速箱箱体加工工艺及夹具设计 第 11 页 共 15 页11其结构参数如下表：d D公称尺寸 允差H公称尺寸 允差C 118+0.018024 25+0.039+0.0251 0.6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
21、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。夹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。3.1.5 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 很小可以忽略不计。本道工序加工中主要保证wd两工艺孔尺寸 及位置度公差 及表
22、面粗糙度 。本道工序m027.1m1.0m3.6最后采用精铰加工，选用 GB114184 铰刀，直径为 ，并采用钻套，0158.2铰刀导套孔径为 ，外径为 同轴度公差为 。d039.21D03.1805.固定衬套采用孔径为 ，同轴度公差为 。4.68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 的理想圆柱面的m902变速箱箱体加工工艺及夹具设计 第 12 页 共 15 页12控制。 （2） 、各孔的体外作用尺寸不能小于最大实体实效尺寸 m12。 （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 时可将偏离量补偿给
23、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 m07.1时，相对于最大实体尺寸 12的偏离量为 07.，此时轴线的位置度误差可达到其最大值 .07.0。即孔的位置度公差最小值为 .。工艺孔的尺寸 ，由选用的铰刀尺寸 满足。027.1 m015.82工艺孔的表面粗糙度 ，由本工序所选用的加工工步钻、扩、铰满足。36影响两工艺孔位置度的因素有：（1） 、钻模板上两个装衬套孔的尺寸公差： 05.1（2） 、两衬套的同轴度公差： m05.2（3） 、衬套与钻套配合的最大间隙： m2834.（4） 、钻套的同轴度公差： .4（5） 、钻套与铰刀配合的最大间隙： 03119.5d
24、w7022254231 所以能满足加工要求。3.1.6 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所示。装卸工件时，将小车拉出到支架，小车带有四个滚轮，可沿两条圆柱导轨灵活移动。工件装上后卡在三个支撑板3 上。将工件推入夹具中，推动工件，使工件前面靠紧夹具壳体，右面靠紧挡板 6，挡板 6 起限位作用。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，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
25、紧工件，一对压板 5 与油缸活塞相连，滑柱下移时，既可夹紧工件。加工完后，滑柱升起，将工件托起，拉出工件即可。结 论变速箱箱体加工工艺及夹具设计 第 13 页 共 15 页13变速箱箱体的作用是支承各传动轴，保证各轴间的中心距及平行度，以及与相关部件的联结安装。在生产中工序的安排 ，第一工序都是粗精准定位加工出一面两销。后面的工序都是用一面两销做加工基准，基准统一。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。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。变速箱箱体
26、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。致 谢我在大学四年里，学习了汽车方面诸多理论和构造知识，这次毕业设计，这个关于生产工艺和专用夹具设计的论文，让我从加工生产零件这个新角度来审视汽车零部件的设计。深刻了解了夹具，机械及工艺规程对零部件设计与生产以及达到既定运动目的影响，感触很深。我在学习期间，能够完成学业和毕业设计，得益于老师和同学们的帮助。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！也为母校升为一本院校感到由衷的高兴！最后，很感谢审阅这篇毕业设计（论文）的老师。感谢你们抽出宝贵的时间来审阅这篇毕业设计（论文）
27、 。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 薛源顺。机床夹具设计。北京：机械工业出版社，2000。3 白成轩。机床夹具设计新原理。北京：机械工业出版社，1997。4 戴陆武。机床夹具设计。西安：西北工业大学出版社，1990。变速箱箱体加工工艺及夹具设计 第 14 页 共 15 页145 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，古莹蓭，莫雨松，等。互换性与技术测量。北京：中国计量出版社，2003。8 李兆铨。机械制造技术。北京：中国水利水电出版社，2005。9 东北重型机械学院。
28、机床夹具设计手册。上海：上海科学技术出版社，1979。10 孟少龙。机械加工工艺手册第 1 卷。北京：机械工业出版社，1991。11 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。12 李洪。机械加工工艺手册。北京：机械工业出版社，1990。13 马贤智。机械加工余量与公差手册。北京：中国标准出版社，1994。14（美）Robert L Mott. Machine Elements in Mechanical Design.北京：机械工业出版社，2003.15HOFFMAN E G .Jip and Fixture Design , Albany
29、 ,N Y: Delmar Publishers,1991.16SUNSH,CHEN J N,A fixture design system using case-based reasoning , Engineering Application of Artificial Intelligence,1996(毕 业 论 文 外 文 摘 要)Title: Gear Box And The Fixture Design Process Abstract:The transmission box is the role of supporting the shaft, to ensure that
30、 the center distance between the axis and parallel, and connected with the installation of related components. To ensure the machining precision holes, the transmission box arrangement processing 变速箱箱体加工工艺及夹具设计 第 15 页 共 15 页15operation after the first face hole, threaded hole final processing princi
31、ples. It has five flat outer surface of the need for processing. The surface of the holes in the former back-end support, in addition to the need to process the surface of a series of threaded holes. Gear box shell wall as part of a book, the process may cause distortion of the cabinet, seriously af
32、fecting the accuracy of holes, so the gear box in the fixture process engineering is critical. In order to improve labor productivity, to ensure processing quality, reduce labor intensity16. Gear box parts in the processing, you need a dedicated fixture. This paper describes the gear box manufacturi
33、ng processes devoted to technology development and content of each process to which the second procedure - processing principles and clamping hole machining program, and the processes used to design special fixtures.Keywords: Processing of the main problems The choice of locating datum Process planning Fixture design process hole图 1 变速器箱体加工夹具装配图：图 2 变速器箱体加工原理图：图 3 变速器箱体加工夹具零件图：附注：AutoCad 版本为 2011 版
