变速箱箱体机械加工工艺规程及夹具设计重点讲义

1、河南机电高等专科学校毕业设计第1章夹具在其发展的200多年历史中，大致经历了三个阶段：第一阶段，夹具在工件加工、制造的各工序中作为基本的夹持装置，发挥着夹固工件的最基本功用。随着军工生产及内燃机，汽车工业的不断发展，夹具逐渐在规模生产中发挥出其高效率及稳定加工质量的优越性，各类定位、夹紧装置的结构也日趋完善，夹具逐步发展成为机床工件工艺装备工艺系统中相当重要的组成部分。这是夹具发展的第二阶段。这一阶段，夹具发展的主要特点是高效率。在现代化生产的今天，各类高效率，自动化夹具在高效，高精度及适应性方面，已有了相当大的提高。随着电子技术，数控技术的发展，现代夹具的自动化和高适应性，已经使夹具与机床逐

2、渐融为一体，使得中，小批量生产的生产效率逐步趋近于专业化的大批量生产的水平。这是夹具发展的第三个阶段，这一阶段，夹具的主要特点是高精度，高适应性。可以预见，夹具在不一个阶段的主要发展趋势将是逐步提高智能化水平。一项优秀的夹具结构设计，往往可以使得生产效率大幅度提高，并使产品的加工质量得到极大地稳定。尤其是那些外形轮廓结构较复杂的，不规则的拔叉类，杆类工件，几乎各道工序都离不开专门设计的高效率夹具。目前，中等生产规模的机械加工生产企业，其夹具的设计，制造工作量，占新产品工艺准备工作量的50%80%。生产设计阶段，对夹具的选择和设计工作的重视程度，丝毫也不压于对机床设备及各类工艺参数的慎重选择。夹

3、具的设计，制造和生产过程中对夹具的正确使用，维护和调整，对产品生产的优劣起着举足轻重的作用。1.1零件的分析拖拉机的变速箱箱体是拖拉机上的一个重要零件。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。因此拖拉机变速箱箱体零件的加工质量，不但直接影响拖拉机变速箱的装配精度和运动精度，而且还会影响拖拉机的工作精度、使用性能和寿命。拖拉机变速箱主要是实现拖拉机的变速，改变拖拉机的运动速度。拖拉机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，实现其变速功能。因此对变速箱箱体而言，其材料要有较高的强度、耐磨性和减震性。该零件

4、安装在拖拉机的拖拉机的后桥上，通过传动轴和发动机相连接。在其侧面设置有轴承孔及螺纹孔及光孔，其上面设置有螺纹孔，箱体底部设置有油塞孔。为加工方便，在其上端面上须钻出212H8工艺孔。该零件通过上端面（Y面）和箱体上盖组装在一起。1.2零件的作用拖拉机的变速箱箱体是拖拉机上的一个重要零件。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。因此拖拉机变速箱箱体零件的加工质量，不但直接影响拖拉机变速箱的装配精度和运动精度，而且还会影响拖拉机的工作精度、使用性能和寿命。拖拉机变速箱主要是实现拖拉机的变速，改变拖拉机的运动速度。拖拉机变速箱箱体零件的顶面

5、用以安装变速箱盖，前后端面支承孔 、 用以安装传动轴，实现其变速功能。因此对变速箱箱体而言，其材料要有较高的强度、耐磨性和减震性。该零件安装在拖拉机的拖拉机的后桥上，通过传动轴和发动机相连接。在其侧面设置有轴承孔及螺纹孔及光孔，其上面设置有螺纹孔，箱体底部设置有油塞孔。为加工方便，在其上端面上须钻出212H8工艺孔。该零件通过上端面（Y面）和箱体上盖组装在一起。1.3零件的工艺分析根据任务书可知，此箱体的生产纲领是5000件/年，属于大批量生产。通过查资料知：此箱体的材料应选用HT150,该材料具有较高的强度、耐磨性及减震性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。该零件的主要加工面是Y面、T面、

6、K面、Z面及底面。主要加工的孔有A1 、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9孔及其它光孔。Y面的平面度是0.10mm直接影响到变速箱箱体和上盖的接触精度和密封性能，同时在作为加工基准时，也直接影响到其它加工面的加工。K面、Z面、T面的平面度都是0.15mm影响到密封性能及附属零件的接触精度。K面和Y面及T面的垂直度是0.08。A1、A2、A3、A4、A5、A6孔之间的平行度是0.08mm。A8与A9孔的平行度是0.04mm，与K面的垂直度是0.15mm。A7孔尺寸精度为80±0.12mm，其端面平面度是0.5mm，和T面的垂直度是0.5mm。这些面的加工直接影响到减速箱与传

7、动轴及拖拉机后桥的安装精度，以及箱体内轴线的同轴度、平行度和齿轮间的啮合精度。因此，在加工时尽量采用统一基准，减少装夹次数，来保证其加工精度。经过查阅参考文献中有关面和孔的加工精度及机床所能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。1.4确定毛坯及毛坯尺寸 根据零件结构及使用性能，查阅资料知其毛坯应选择铸件，材料选用HT150.又由任务书的要求知零件的生产纲领是5000件/年。通过计算，该零件质量为40Kg。查表知，其生产类型是大批量生产。毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。又由于箱体零件的内腔及轴承孔及支撑孔均需铸造出来，因此，还应该安放有型芯。此外，为消除残余应

8、力，铸造后应该安排人工时效。有参考文献知，该铸件的尺寸公差等级CT为810级，加工余量等级MA为G级。故取CT为10级，MA为G级。铸件的分型面选择Y面。浇冒口放在T面和K面及Z面的两侧面。通过查表后，确定各表面的总加工余量如下表所示： 表1-1 拖拉机变速箱各加工表面总余量加工表面基本尺寸（mm）加工余量等级加工余量数值（mm）说明YTKZ A1-A927022019024052-115GGGGG54+4442顶面，单侧加工侧面，双侧加工侧面，单侧加工侧面，单侧加工孔，双侧加工表1-2拖拉机变速箱主要毛坯尺寸及公差主要面尺寸零件尺寸(mm)总余量毛坯尺寸（mm）公差CTY面轮廓尺寸Y面轮廓尺

9、寸Y面至A1孔中心距离Z面至K面的尺寸A1A9 孔尺寸2705986027052-115885842786066527856-1191098107第2章 工艺规程设计2.1定位基准的选择精基准的选择：拖拉机变速箱箱体的Y面和212H8孔既是装配基准，又是设计基准，用它们作基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，实现箱体零件“一面两孔”的典型定位方式；其余面和孔的加工也能用它定位，这样使加工工艺路线遵循了“基准统一”的原则。此外，Y面的面积较大，定位比较稳定，夹具方案也比较简单，可靠，操作比较方便。粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择箱体零件的重要孔或面作为粗基准，在保证各加工面均有加工余量的前

10、提下，是重要孔的加工余量尽量均匀；装入箱体内的旋转零件（如齿轮，轴套等）与箱体内壁有足够的间隙；此外还应定位准确、加紧可靠。 最先进行机械加工的表面是精基准Y面和212H8孔，这时可采用箱体的底面为定位基准，限制3个自由度，Z面和T面分别使用支撑钉，各限制一个自由度， 联合限制一个自由度，共限制6个自由度。2.2制定工艺路线 根据各表面加工要求和各种加工方法所能达到的加工精度，确定各表面的加工方法如下:Y面：粗铣精铣;K面和Z面：粗铣精铣；T面：粗铣精铣；铸孔：粗镗半精镗精镗；未铸孔：钻扩铰;螺纹孔：钻孔-攻螺纹。因为Y面和Z面及K面有较高的垂直度要求，各轴承孔间有较高的平行度要求。故它们的加

11、工适宜采用工序集中的原则，即在一次装夹下，尽量把所有轴承孔加工出来，一次装夹下加工更多的面，以保证其位置精度。根据先面后孔、先要平面后次要平面、先粗后精加工的原则，将Y面、K面、Z面的粗加工放在前面，精加工放在后面，每一阶段中，又先加工Y面，后镗各轴承孔，其它侧面上的光孔及螺纹孔等次要表面放在最后加工，现拟定工艺路线如下： 表2-1 拖拉机变速箱加工工艺路线序号102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230工序名称铸造热处理涂底漆粗铣钻粗铣粗铣镗铣镗精铣扩铰精铣精镗精镗钻-扩-铰钻攻钻攻钻攻钻攻检验入库工 序 内 容人工

12、时效处理非加工面涂底漆以底面为定位基准，粗铣Y面在Y面上钻扩铰212H8工艺孔至212H8，孔口倒角1x45粗铣T面及K面粗铣Z面及2R15圆弧面粗镗，半精镗A1 、A2、A3、A4、A5、A6轴承孔铣A7轴承孔两侧面粗镗及半精镗A7、A8、A9、A0轴承孔及孔口倒角精铣Y面精扩铰212H8工艺孔精铣铣T面及K面 精镗A1 、A2、A3、A4、A5、A6轴承孔 A7、A8、A9、A0轴承孔钻-扩-铰 616D10和20H8孔忽油塞孔右侧端面，钻M16X1.56H螺纹孔攻M16X1.56H螺纹钻Z基准和K基准上螺纹底孔攻Z基准和K基准上螺纹钻T前后基准面上的螺纹底孔攻T前后基准面上的螺纹钻Y基准

13、面的螺纹底孔攻Y基准面上的螺纹去毛刺，检查是否合格 简 要 说 明2.3选择加工设备及刀、夹、量具 由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以专用机床为主，辅以少量通用机床。其生产方式以专用机床的流水生产线为主，辅以少量通用机床加专用夹具。工件在各机床上的装卸及各机床间的传送主要有人工完成加上少量机械传递。粗、精铣Y面。考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣，选择X52K立式铣床。选择直径D为315mm的C类可转位面铣刀、专用夹具和游标卡尺。在Y面上钻扩铰212H8工艺孔至11H8，孔口倒角1x45选用摇臂钻床Z3025,选用锥柄麻花钻，锥柄扩孔复合钻，扩孔时倒角。选用锥柄机用铰刀

14、，专用夹具，快换钻头、游标卡尺及塞规。粗、精铣T面及K面和粗、精铣Z面及2R15圆弧面。根据定位夹紧方案，及工件结构，选用卧式双面组合铣床，因切削功率比较大，故采用功率为5.5KW的1TX32型铣削头。选择直径为100mm的的C类可转为面铣刀、专用夹具、游标卡尺。粗镗、半精镗、精镗A1 、A2、A3、A4、A5、A6轴承孔。采用卧式双面组合镗床。选择功率为1.5KW的1TA20镗削头。选择镗通孔的镗刀、专用夹具、游标卡尺。粗镗、半精镗、精镗A7、A8、A9、A0轴承孔及孔口倒角。采用卧式双面组合镗床。选择功率为1.5KW的1TA20镗削头。选择镗通孔的镗刀、专用夹具、游标卡尺。铣A7轴承孔两侧

15、面。根据零件的结构，选择立铣。选择X52K立式铣床，选择直径D为30mm的C类可转位圆柱铣刀、专用夹具和游标卡尺。锪油塞孔右侧端面，钻M161.56H螺纹孔。根据定位夹紧方式及工件结构，选择卧式钻床。使用的工具有锪孔钻、锥柄麻花钻，锥柄扩孔复合钻，游标卡尺及塞规。扩孔时倒角。攻M16×1.56H螺纹。在卧式钻床上进行，选用高速钢丝攻。使用的工具有螺纹测量规、专用夹具。 钻Z基准和K基准上螺纹底孔，钻T前后基准面上的螺纹底孔及钻Y基准面的螺纹底孔在专用卧式钻床上进行。选用的工具有锥柄麻花钻，锥柄扩孔复合钻，游标卡尺及塞规。扩孔时倒角。 攻Z基准和K基准上螺纹，攻T前后基准面上的螺纹及攻

16、Y基准面上的螺纹。在卧式钻床上进行，选用高速钢丝攻。使用的工具有螺纹测量规、专用夹具。 第3章 加工工序设计3.1加工工艺孔夹具设计(工序20)工序20在Y面上钻扩铰212H8工艺孔至11H9，2×10F9孔的扩、绞余量参考文献1取，Z扩=0.9mm，Z绞=0.1mm。各工步的余量和工序尺寸及公差列于表2-3。表2-3 各工步的余量和工序尺寸及公差加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸及公差29F9钻孔3.5-1029F9扩孔0.9H1011.829F9铰孔0.1-12孔和孔之间的位置尺寸的位置度要求均由钻模保证。用概率法计算尺寸链如下=583mm=+ =x-x-x =598-19-5

17、235 =56mm又 =+所以 = =0.412mm故 x=31.550.206mm=31.550.2mm尺寸链如图所示 所以 =150mm参考文献1表2.4-38，并参考Z3025机床说明书，取钻210mm孔的进给量为f=0.3mm/r。参考文献1表2.4-41，用插入法球的钻10mm孔的V=0.435m/s=26.1m/min，由此可以计算出转速为:n=830r/min按机床的实际转速应该取n=1000r/min，则实际切削速度应该为 v=31m/min 参考文献1表2.4-69，得：F=9.81(N)M=9.81(Nm)求得钻7mm孔的F和M如下： F=9.81=1119NM=9.81=

18、4Nm他们均小于机床的最大进给力7840N和机床的最大扭转力矩196Nm，所以机床刚度足够用。扩28.8mm孔，参考文献1表2.4-50，并参考机床实际进给量，取f=0.3mm/r（因扩的是盲孔，所以进给量也应取的较小） 参考文献4表3-54，扩孔的切削速度为（）V，故取V=0.5V=0.531m/min=15.5m/min由此计算出转速 n= = r/min=560r/min按照机床实际转速取n=600r/min。参考文献1表2.48，绞孔的进给量取f=0.3mm/r（因为绞的是盲孔，所以进给量取的应该较小）。参考文献1表2.4-60，取绞孔的切削速度为v=0.3m/s=18m/min。由此

19、可以算出转速n=636.9r/min。按照机床实际转速取n=630r/min，则实际切削速度为v=17.8m.min。3.2时间定额的计算1.机动时间参考文献1表2.5-7，得钻孔的计算公式为：=2）=14,钻盲孔=3mm=19.5mm,取2=14，钻盲孔时取2=0钻2-7mm孔：=11.5mm,.将以上数据及前面已经选定的f及n带入公式，得参考文献1表2.5-7，得扩孔和绞孔的计算公式为： +(12)扩盲孔和绞盲孔时扩211.8mm孔：,将以上数据及前面已经选定的f和n带入公式，得 绞212mm的孔： 将以上数据及前面已经选定的f和n带入公式，得 2总机动时间也就是基本时间为：2.辅助时间参

20、考文献1表2.5-41确定如表所示 辅助时间 min操作内容每次用时间钻扩绞操作次数时间操作次数时间操作次数时间主轴变速0.025110.02510.025变换进给量0.02510.025移动摇臂0.01520.0610.01510.015升降钻杆0.01520.0620.0320.03装卸套筒刀具0.0610.0610.0610.06卡尺测量0.120.420.2塞规测量0.2520.5开停车主轴运转清除铣屑0.0150.020.04各工步的辅助时间为：钻孔0.37min.扩孔0.33min.绞孔0.63min。所以辅助时间为：=0.37+0.63+0.015+0.33+0.02+0.04+

21、1.5min =2.905min（3）辅助时间 （4）布置工作地时间,参考文献5取。得=0.114min（5）布置工作地时间。参考文献5取。得（6）休息与终结时间 ,参考文献5表2.5-44，取各部分时间为中等件 33min 升降摇臂 1min 深度定位 0.3min使用夹具 10min 试铰刀 7min（7）单件时间 = =0.9+2.905+0.114+0.114 =4.033min第4章 铣削夹具设计本次设计的夹具是第10道工序-粗铣Y面专用夹具。该夹具使用于立式普通铣床。4.1确定设计方案这道工序所加工在箱体上端面，按照基准重合原则并考虑到目前有72孔，115孔。基准选择以变速箱箱体的

22、输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。从对工件的结构形状分析，采用一面两销定位夹紧比较稳定可靠，也容易实现。根据工件结构及加工方便性，采用液压加紧比较方便、快捷。工件以外框侧面和定位销定位，限制了6个自由度。采用液压缸和压板压紧。为保证加工稳定性本夹具使用了两个辅助支撑。这种方案定位可靠，夹紧也很方便。本道工序的夹具适用于普通铣床，效率高，加紧稳定，方便。4.2切削力及夹紧力计算刀具可转位面铣刀，315mm，z=16 =z 其中 所以 F=z =1129(N) F=水平分力: 1241.086(N)垂直分力： 338.49 (N)在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数K=K式中 K-基本

23、安全系数1.5 K-加工性质系数1.1 K-刀具钝化系数1.1 K-断续切削系数1.1所以F=KF=1.5×1.1×1.1×1.1×1241.086=2477.83 N因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力与切削力F的关系=KF=3×2477.83=7433.49 N从强度考虑，锁紧杆的直径为20mm完全能满足要求。4.3夹紧元件及动力装置确定 已经算得加紧力为7433.49N.所以液压缸的只需提供大于7433.49N 就可以了，为保险起见，根据参考文献选取液压缸压力为7500N。初选液压缸压力为2.0Mpa无杆腔面积A=3750 因此

24、液压缸内壁的直径为70mm。取杆的直径d为20mm。定位元件的选择4.4定位误差分析的计算粗铣Y面用的是一面两孔的定位形式，一面即是零件的侧面T, 两孔即是零件A1和A6两轴承支撑孔，短圆柱销是水平安装的。工件以“一面两孔”定位是组合定位方式之一，其定位误差同单一定位基准定位时的定位误差求法是一样的，也是有基准不重合误差( B) 和基准位移误差( Y)所组成。假定两销均为垂直放置，销1为圆柱销，而销2为菱形销。工件第一孔沿x、y方向的位移误差与单孔定位相同，即工件第二定位孔在x方向的位移误差比第一小，所以工序基准选择第一孔。如下图尺寸链所示 有图可知：A0=60 +70 +=mm 即加工上平面

25、Y的工序尺寸为mm由于工序基准和定位基准重合，故B=0定位方式为孔销定位，在限制自由度定位元件力的作用下单方向位移，工序定位基准移动方向与加工尺寸方向的夹角为故Y=cos=0.048mm因此定位误差D=B+Y=0.048mm<T/3=0.1mm因此夹具定位方式满足要求。4.5操作说明夹具使用普通立式铣床上，加工拖拉机变速箱的箱底与箱盖的结合面。以“一面两孔”定位方式进行定位，采用液压缸及压板压紧以及阶梯销定位。当装夹工件时首先使工件在两短销上进行定位，然后启动液压加紧装置进行加紧，最后调整辅助支撑钉，保证工件定为稳定。第5章 钻削夹具设计5.1确定设计方案这道工序所加工的孔均在Y面上，并

26、且与Y面垂直。按照急转重合原则并考虑到前只有Y面加工，为避免重复使用粗基准，应以Y面定位。又为避免钻头引偏，且2-孔是盲孔，也只能从Y面加工，这就要求钻孔时候Y面必须向上。从对工件结构分析，为保证Y面向上，同时也考虑加工工艺孔的位置，所以采用一面两孔定位，T面和T面上的两个左右两孔定位，同时用螺母加紧。这样既限制了零件的自由度同时也保证了加工精度。5.2计算夹紧力参考文献3表1-2-11，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力与切削力F之间的关系为=KF。式中K为安全系数。参考文献6,当夹紧力与切削力方向相反时，取K=3.有前面的计算可知F=1119N。所以 =KF=31119=335

27、7N。5.3定位精度分析 2两孔相距5340.5mm，查参考文献3表1-10-1，故取夹具模板上相应的钻套孔相距5340.013mm。心轴与轴承孔之间的配，参考文献3表1-10-4，最大配合间隙为0.112mm。配合时心轴与轴承孔的配合如图所示：参考文献3表1-10-6，取衬套与旧爱具体模板的配合为；钻套、扩孔套和绞套与衬套的配合为；钻，扩孔时刀具与导套内孔的配合为；绞孔时取刀具同样导套内孔的配合为；此外，夹具上还应该有标注一下技术要求：钻套轴线与定位面的垂直度；定位面的平面度.05mm；定位面与夹具安装面的垂直度0.08mm；孔口倒角1x45：可以直接用的钻床刀具倒角，这里就不过多的描述。5.5操作说明夹具使用普通立式钻床上，加工拖拉机变速箱的两个工艺孔。以“一面两孔”定位方式进行定位，采用车床尾架及压板压紧以及定位销钉定位。当装夹工件时首先使工件在两短销上进行定位，然后启车床尾架加紧装置进行加紧，最后调整辅助支撑钉，保证工件定为稳定。结 论组合机床的设计是根据多个加工工位而设计的一次性加工工序的机床能大提高生产率，降低生产成本易于自动化，它是普通机床到加工中心的过渡，设计组合机床能使我们对普