变速箱体加工工艺及镗2组贯穿孔夹具设计

南通职业大学毕业设计（论文）第1章绪论1.1选题的目的及意义选择这样的的题目能够很好地展现我们专科三年所学的知识，培养我们的动手能力和实践的能力。要完成这样的设计需要大量调动我们所学的知识，需要结合课本上的知识查阅切削用量，形位公差等各种数据。独自完成设计更能够培养我们对机械加工工艺的熟悉度，为将来能够更快的适应工作岗位做下基础。1.2现代机床夹具的发展方向跟着科学技术的迅猛发展、市场需求的瞬息万变和商品角逐的日益激烈，机械产品更新换代的周期越来越短，同时，对机械产品质量和精度的要求愈来愈高，数控机床和柔性制造系统的应用越来越广发，机床夹具的计算机辅助设计（CAD）也日趋成熟，机床夹具必须随生产形式的变化而不断地向前发展：机床夹具的标准化、系列化和综合化发展可调夹具提高机床夹具的精度提高机床夹具高效化和自动化水平第2章变速箱体工艺分析2.1零件的分析2.1.1变速箱体的结构特点箱体类零件都有以下几点特征，变速箱体也符合这几个结构特征：（1）箱体通常是作为一个基本组件，零件或更多的组件安装在它上，形状更复杂，因为安装应该有一个定位面，一个定位孔，而且还使用固定螺丝孔，所以。（2）体积比较大。箱体内大部分是空的，需要安装齿轮和轴，运转时还要储存一定量的油，所以箱体内部需要大面积的体积。（3）壁薄容易变形。箱体大都体型较大，需要安装的地方还要求箱体的质量要小，所以加工时都把箱体设计成薄壁结构来减少重量。因为采用了薄壁结构，所以箱体在加工的时候产生的内力会导致箱体的变形，在运送途中如果不小心也会造成箱体的变形。（4）有精度要求较高的孔和平面。箱体内部的孔都是轴承孔，所以要求的加工精度比较高来保证同轴度，因为箱体的安装也有相应的要求，所以箱体表面粗糙度和孔的粗糙度都有较高的精度要求，这些加工精度将直接影响到箱体的装配精度和性能。2.2变速箱体的工艺分析孔的尺寸误差和几何形状的误差都会造成轴承与孔的配合产生误差，比如加工时晃动等方面失误，所以要保证加工的孔和孔轴的配合度为H7，这样来保证运行；当垂直轴孔的同轴度误差和这个孔的端面相同的轴的误差会使轴和轴承箱装配倾斜导致轴上齿轮与齿轮之间啮合度很差，从而使齿轮磨损或卡住。为了保证孔与轴更好的配合，所以需查表得孔的垂直度为0.08mm；孔的同轴度为0.02mm；圆度为0.0175mm；需加工孔的表面粗糙度为Ra小于1.6mm。经由查表与自己设计，最终确定箱体的顶面粗糙度和箱体个表面的粗糙度均小于12.5um，箱体的各个倒角和结合处的粗糙度都小于3.2um。2.3确定毛坯、画毛坯零件图参考箱体零件大都为铸件所以我选择毛坯的材料为HT200。因为变速箱用于汽车行业，所以需求量大根，为成批量生产。查参考资料和自己的认知我，箱体为壳型内部还为空的，所以选择毛坯铸造方法为砂型铸造机器造型和壳型。查参考文献[1]2.2-2，箱体公差等级CT为8～12级。查参考文献[1]2.2-5，箱体RMA等级为G级。所以选择CT10级，RMA为G级。表1-1各加工面总余量加工的表面箱体的基本尺寸（mm）加工余量的等级加工余量的值加工说明顶面326G3.5单侧加工左侧面230H4左侧面下平面396G5单侧加工右侧面230H4右侧面双侧加工降一级2-Φ7272H3孔双侧加工降一级Φ8080H3孔双侧加工降一级Φ9292H3孔双侧加工降一级∅Φ6262H3孔双侧加工降一级∅Φ4242H1加工第3章拟定毛坯加工工艺规程3.1定位基准的选择精基准的选择：为了保证加工零件的准确性和便于装夹以及基准的重合，选取加工好的上下平面作为精基准。粗基准的选择：在保证各加工面均有加工余量的前提下，要确保重要的孔的加工余量均匀分配；因为下底面接触面积比较大，更加容易保证接触的稳定性，选择大面积面可以保证加工时尽可能降低因切削力使零件晃动而带来的误差，所以这里我选择下底面做为粗基准。3.2制定工艺路线选择加工工艺基准它的出发点是，在考虑到零件的几何形状、它的位置以及尺寸精度等一系列技术要求得到相应的要求时，才能选择此基准为加工工艺基准。因为箱体零件的用途广泛比如汽车方面，所以需求量较高，工厂一般用中规模生产，一些企业采用万能性加工机床。在此之外，还可以考虑经济的效益，来使生产的成本尽可能下降。为了确保各个加工表面能够满足表面的加工要求并且在此基础上还要考虑到各个加工方法满足的经济效益在双方面要求下，确定各表面加工的方法如下：底面:粗铣—精铣；上顶面：粗铣—精铣；两侧面：粗铣—精铣；Φ92Φ80Φ72Φ62Φ42孔：粗镗—精镗；2-Φ30、2-Φ22孔：钻—扩—粗铰—精铰；根据先加工面再加工孔的原则，应当先加工箱体的重要表面然后是次要表面，最后再进行孔的加工，又因为加工时要先粗铣再精铣的原则，所以先粗铣表面和两个侧面，然后再精铣。每一阶段工序中要首先加工面，然后再镗或钻各个孔。初步拟定加工工艺路线如下：加工路线一工序号工序内容锻造时效涂漆10粗、精铣上平面至尺寸20粗、精铣下平面30粗、精铣箱体左右侧面40粗镗Φ92、Φ80、2-Φ72、Φ62、Φ4250精镗Φ92、Φ80、2-Φ72、Φ62、Φ4260钻扩铰2-Φ30H770钻扩铰2-Φ22H780钻7xM10螺纹底孔，孔深22mm倒角1x45°，攻丝深度16；钻5xM10螺纹底孔，倒角1x45°，攻螺纹；钻2xM16螺纹底孔倒角1x45°，攻螺纹。90钻底面沉头孔，铰孔Φ13，锪孔Φ26深4mm。100钻顶面8xM10螺纹孔，孔深24mm倒角1x45°，攻螺纹深18mm120检查130入库加工路线二：工序号工序内容锻造时效涂漆10粗镗Φ92、Φ80、2-Φ72、Φ62、Φ4220精镗Φ92、Φ80、2-Φ72、Φ62、Φ4230钻7xM10螺纹底孔，孔深22mm倒角1x45°，攻丝深度16；钻5xM10螺纹底孔，倒角1x45°，攻螺纹；钻2xM16螺纹底孔倒角1x45°，攻螺纹。40钻底面沉头孔，铰孔Φ13，锪孔Φ26深4mm。50钻顶面8xM10螺纹孔，孔深24mm倒角1x45°，攻螺纹深18mm60粗、精铣顶面至加工尺寸70粗、精铣下底面80粗精铣箱体左右侧面90钻扩铰2-Φ30H7100钻扩铰2-Φ22H7120检查130入库总结上面2种方案，都有一定的问题，还需要进行深一步的讨论。方案二相对于方案一部分工序有问题，没有遵循设计工艺路线原则中的先面后孔的原则。方案一中工序80和方案二中工序30的加工公布过多，可以考虑分序加工。粗加工和精加工不一定能够精确的加工出需要的尺寸，所以新方案需要添加半精加工，这样才能保证加工的精确性。修改后的工艺路线如下：工序号工序内容简要说明锻造时效消除内应力涂漆防止生锈10粗铣底平面先加工基准面20粗铣上平面先加工平面30粗铣箱体左右侧面40精铣上平面提高基准精度50精铣底面粗加工结束60粗镗孔Φ92H7、Φ80J7、2-Φ72J7、Φ62J7、Φ42精加工开始70精铣箱体左右侧面先加工主要的孔80半精镗孔Φ92H7、Φ80J7、2-Φ72J7、Φ62J7、Φ42工序集中90精镗孔Φ92H7、Φ80J7、2-Φ72J7、Φ62J7、Φ42加工2-Φ72的端面孔100钻扩铰2-Φ30H7加工Φ80的端面孔110钻扩铰2-Φ22H7加工2-Φ72的端面的螺纹孔120钻7xM10螺纹底孔，深22mm孔口倒角1x45°，攻螺纹深16加工Φ80的端面的螺纹孔130钻5xM10螺纹底孔，孔口倒角1x45°，攻螺纹.加工Φ80的端面的螺纹孔140钻2xM16螺纹底孔孔口倒角1x45°，攻螺纹.加工顶面螺纹孔150钻顶面8xM10螺纹孔，深24mm孔口倒角1x45°，攻螺纹深18mm加工底座沉头孔160钻底面沉头孔，铰孔Φ13，锪孔Φ26深4mm。检查入库3.3选择加工设备及刀、夹、量具因为生产类型为中批量生产，根据各个工序可以确定大部分工序都可以在通用机床上进行加工，少量工序在专用机床加工，所以以通用机床为主，专用机床为辅，完成加工后的装卸和运输均为人工完成。主要工序的刀、夹、量具选择：10：粗铣箱体的顶面：选用x52k立式铣床，查参考文献【2】表3.1选择硬质合金端三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：YT15,D=200mm，齿数，此为粗齿铣刀，选择专用夹具和游标卡尺。20：粗铣底平面：同10所选用机床和刀具30：粗铣箱体左右侧面：组合机床专用刀具。40：精铣底平面：同10所选用机床和刀具60（80、90）：粗镗孔Φ92H7、Φ80J7、2-Φ72J7、Φ62J7、Φ42：查参考文献【1】表4.2-19选择卧式镗床T612，查参考文献【1】表4.2-24这里可以选择加工的功率为10KW的1TA20镗削头，选用镗通孔镗刀，专用夹具、游标尺。70：精铣精铣箱体左右侧面：组合机床专用刀具。90：钻-扩-铰2-Φ30H7:查文献[1]表2.36选择机Z550立式钻床，为Φ30麻花钻和专用钻夹具，游标卡尺。100：钻-扩-铰2-Φ22H7：查文献[1]表2.36选择机Z550立式钻床，为Φ30麻花钻和专用钻夹具，游标卡尺。140（120、130、150）：本道工序为钻2xM16的螺纹底孔，孔口的倒角1x45°，最后攻出螺纹.：查文献【1】表2.35这里选用的加工机床为Z525立式钻床，选择钻头为Φ16的麻花钻和相应的专用夹具、游标卡尺。150：本道工序为钻底面的沉头孔，先铰的孔，然后进行锪孔，孔的大小为孔的深度为4mm：查参考文献【1】表3.1-13选用120°锥柄锥面锪钻（GB/T1143—2004),d=13,L=93,l=20,莫氏锥度为1；查参考文献【1】3.1-17然后选用莫氏锥柄机用铰刀（GB/T1132—2004)进行加工,具体参数如下：d=26，L=277，l=71，莫式锥度为3。3.4加工工序设计3.4.1工序10粗铣和工序50精铣底平面工序查参考文献【1】表2.2-5可以得平面加工余量，箱体底平面的精加工余量=1.5，由先前资料可知Z=4，所以Z底粗==4-1.5=2.5mm，查得ap精=2.5，ap精=1.5。查参考文献【1】表4.2-36，以150r/min为粗铣主轴转速，以300r/min为精铣的主轴转速。因为先前选定的加工铣刀直径为，所以以铣刀直径带入相应的切削速率方程得：V粗=，V精=校核机床功率（一般只校核粗加工工序）：查参考文献资料【2】表1.19，从中可以得出切削功率Pm的计算公式为：Pm=取z=10个齿，将它们带入公式中，得：kw查参考文献资料【2】表3.30可以得出机床主电动机功率为7.5kw，这里我取加工效率为0.85，那么所以重新选择主轴转速为，则:将它带入公式中：综上所以机床的功率足够。3.4.2工序60、80、90粗镗-半精镗-精镗的工序查参考文献【1】表2.2-5可以查出各个纵向孔的加工余量整理后如下图所示：查参考文献资料【1】表2.2-6可以确定镗孔的经济精度为：粗镗-12级，半精镗-11级精镗-7级。镗孔中间尺寸及公差要求详细参数见表(3-1）表3-1各纵向孔中间尺寸与精度孔粗镗半精镗精镗由参考文献资料【2】表2.14可得（MPa）、kv，再由表2.13可确定f、d0、vt。根据公式；；机床实际转速表，设计与计算如以下表（3-2至3-7）。（应为需加工的孔比较多所以我打算以表格的形势将数据反映出来，这样看的更加方便简洁）3.4.2-180J7孔的参数设计（如下表3-2）表3-280J7孔加工中间的尺寸与参数粗镗半精镗精镗加工后尺寸f（mm/r）0.30.250.15v（m/s）0.20.30.4ap（mm）20.750.25n（r/min）497296n实际（按机床选择）487596v实际11.818.8424.123.4.2-290H7孔的参数设计（具体参数如下表3-3）表3-392H7孔加工中间的尺寸与参数粗镗半精镗精镗加工后尺寸f（mm/r）0.30.250.15v（m/s）0.20.30.4ap（mm）20.650.35n（r/min）426383n实际（按机床选择）386075v实际10.717.221.73.4.2-32-72J7孔的参数设计（具体参数如下表3-4）表3-42-72J7孔加工中间的尺寸与参数粗镗半精镗精镗加工后尺寸f（mm/r）0.30.250.15v（m/s）0.20.30.4ap（mm）20.750.25n（r/min）54.680.2106n实际（按机床选择）607596v实际13.216.821.73.4.2-462J7孔的参数设计（具体参数如下表3-5）表3-562J7孔加工中间的尺寸与参数粗镗半精镗精镗加工后尺寸f（mm/r）0.30.250.15v（m/s）0.20.30.4ap（mm）20.750.25n（r/min）6493123.3n实际（按机床选择）6096128v实际11.311.524.93.4.2-542孔的参数设计（具体参数如下表3-6）表3-642孔加工中间的尺寸与参数粗镗半精镗精镗加工后尺寸f（mm/r）0.30.250.15v（m/s）0.20.30.4ap（mm）20.850.15n（r/min）95.5137.4182n实际（按机床选择）96128205v实际12.116.8273.4.3工序100钻扩铰2-Φ30H7孔工艺设计先钻15的孔，由参考文献【2】表2.30，取f=0.35查参考文献【2】表2.30得，使用插入法得v=0.48=28.8；F=4611N;M=33.648。主轴转速n=。再钻孔28，粗糙度Ra=6.3，由参考文献【2】表2.30，取f=0.45查参考文献【2】表2.30得，使用插入法得=28.8；F=9614N;M=126.059。主轴转速n=。扩孔粗糙度Ra为6.3，由参考文献【2】表2.30，取f=1.2.查参考文献【2】表2.30得，使用插入法得v=0.26=15.6;主轴转速n=。铰孔，粗糙度Ra=1.6，由参考文献【2】表2.30，取f=1.2查参考文献【2】表2.30得，使用插入法得=15.6；主轴转速n=。3.4.4工序110钻扩铰22H7孔工艺设计先钻20的孔，由参考文献【2】表2.30，取f=0.4.查参考文献【2】表2.30得，使用插入法得v=0.49=29.4；F=6327N;M=58.468。主轴转速n=。扩孔粗糙度Ra为6.3，由参考文献【2】表2.30，取f=0.7.查参考文献【2】表2.30得，使用插入法得v=0.37=22.2;主轴转速n=。铰孔，粗糙度Ra=1.6，由参考文献【2】表2.30，取f=1.5查参考文献【2】表2.30得，使用插入法得=7.8；主轴转速n=.3.4.5工序120（130、150）钻M10螺纹底孔的工艺设计钻8.5螺纹底孔（查参考文献【2】表2.7和表2.8）f=0.24v=（插入法）攻螺纹，螺距p为1.5经计算：根据所找参考文献【1】表6.2-5的内容，根据钻削机动的时间计算公式，可知Tj=0.11min，根据所找参考文献【1】表格6.3-9的内容，可知装夹工件时间T1=0.18min，参考文献【1】表6.3-10知卸下的工件时间T2=0.2min，参考文献【1】表6.3-11知各种操作所需时间T3=0.22min，参考文献【1】表6.3-12知测量工件所需时间T4=0.1min，则最后一共加在一起的时间Tf=T1+T2+T3+T4=0.7mink按参考文献【1】表6.3-36可知，k取15.7%，单件的定额时间T=（Tj+Tf）*（1+K%）=(0.11+0.7)*(1+15.7%)=0.94min3.4.6工序140钻2xM16螺纹底孔钻螺纹底孔（查参考文献【2】表2.7和表2.8）f=0.45v=（插入法）攻螺纹，螺距p=2经计算：根据所找参考文献【1】表6.2-5的内容，根据钻削机动的时间计算公式，可知Tj=0.15min，根据所找参考文献【1】表格6.3-9的内容，可知装夹工件时间T1=0.18min，参考文献【1】表6.3-10知卸下的工件时间T2=0.16min，参考文献【1】表6.3-11知各种操作所需时间T3=0.22min，参考文献【1】表6.3-12知测量工件所需时间T4=0.15min，则最后一共加在一起的时间Tf=T1+T2+T3+T4=0.71mink按参考文献【1】表6.3-36可知，k取15.7%，单件的定额时间T=（Tj+Tf）*（1+K%）=(0.15+0.71)*(1+15.7%)=0.99min。3.4.7工序160钻底面沉头孔先钻孔，由参考文献【2】表2.30取进给速度f=0.2mm/r。查参考文献【2】表2.30得，使用插入法得v=0.266=15.96，主轴转速n=。再铰孔,由参考文献【2】表2.30，取f=0.35;查参考文献【2】表2.30得，使用插入法得=10.8.锪孔Φ26深4,由参考文献【2】表2.30取进给速度f=0.12mm/r;切削速度v=0.3m/s。第4章夹具设计4.1镗孔夹具设计本次设计以加工工序60中为例。4.1.1确定设计方案因为需要加工的孔在侧面，而镗床加工方式也是横向加工，所以需要使孔与加工方向一致。先固定箱底底座，通过四个沉头孔将箱体与夹具同向固定；在用夹板固定箱体的顶面保证加工时不会应为切削力过大而使箱体晃动影响误差。4.1.2切削力的计算与夹紧力分析本工序是要完成孔的镗加工：镗切削力的计算：；镗削力矩：。式中：加工本道工序时，需要使箱体工件的底平面与工件台紧靠，确保加工的精确性，使用带光滑面的压块通过压紧螺钉使箱体工件底平面与工件台充分的夹紧，减少加工误差。该工件主要是靠压紧螺母使箱体与工件台加紧，夹紧力计算公式：式中：—单个螺旋夹紧产生的夹紧力（N）；—原始作用力（N）；—作用力臂（mm）；—螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm）；—螺杆端部与工件间的摩擦角（°）；—螺纹中径之半（mm）；—螺纹升角（°）；—螺旋副的当量摩擦角（°）。由夹紧力公式得点接触的单个普通螺旋夹紧力：4.1.3镗套、衬套、镗模板及夹具体设计本工序的工艺孔需要粗加工、半精加工、精加工。为了方便选用固定镗套以减少更换镗套的辅助时间。镗模板选用固定式镗模板，用带光面压块的压紧螺钉将工件夹紧，在侧面使用对刀块进行定位。4.1.4镗杆与浮动接头镗夹具和刀具、辅助工具有紧密的联系，设计最好先把刀具和辅助工具的结构形式定下来，否则夹具设计不能采用。镗床使用的工具有很多，如镗杆、镗杆接头和对刀装置等。镗孔直径D、镗杆直径d与镗刀截面的尺寸关系Dd当镗杆导向部分直径时，常采用插入式结构。耐磨材料，如铜或钢，使用时间长后磨损，可在下面加垫片，这样可以减少摩擦，减少误差。如上表，我选取镗孔直径为62、镗杆直径d=45、镗刀截面尺寸。4.1.5夹具精度分析本道工序主要加工的孔还要保证表面粗糙度。因为最后要进行精镗加工，所以选用直径为mm标准硬质合金镗刀，加工时镗套是必不可少的，否则镗孔的会对精度要求有很大的影响。导套孔直径为该工艺孔的最大实体尺寸要求。保证工艺孔表面粗糙度，由本工序所选用的加工工步粗镗-半精镗-精镗满足粗糙度要求。影响两工艺孔位置度的因素有：（1）镗模板上装衬套孔的尺寸公差：（2）两衬套的同轴度公差：（3）衬套与钻套配合的最大间隙：（4）钻套的同轴度公差：（5）镗套与镗刀配合的最大间隙：所以能满足加工要求。4.1.6镗模支架和底座设计镗模支架和底座多为铸铁件常用的一般为HT200,因为铸铁件更利于加工，硬度适中而且不会影响刀具或损坏刀具。所有的支架和底座都用圆柱销和螺钉紧固。下图为镗模支架典型结构和尺寸。镗模底座其典型结构和尺寸如下图：镗模底座需要安装加强筋，因为加工工时有较大的扭曲应力都靠镗模底座支撑，所以要一定的刚性强度。另外定位元件和支撑结构要在镗模底座平面的基础上要高出3-4mm，也就是在镗模底座基础上铸出3-4mm的凸台来安装定位元件支撑结构。另外凸台还要刮研来保证平面的光滑性。4.2铣床夹具设计4.2.1铣夹具简图本道工序为粗铣箱体上表面设计的夹具如下图所示：4.2.2定位基准的选择在这个过程中，定位基准是下平面，所以定位基准与设计参考相吻合，所以我不需要重新计算上下平面的平行度，从而保证了平行度的要求。本道工序只需保证下平面的平行就可以了，同时还要确保下平面与两定位板正确的安装。同时进行采用手动夹紧。4.2.3定位元件的设计本工序的定位基准为一面两销定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销。在这里我设计的是固定挡销和带大端面的短圆柱销来进行定位。带大端面的短圆柱销的设计出的尺寸如图4.2.3所示。4.2.3带大端面的短圆柱销固定挡销的结构如图4.2.4所示:图4.2.4固定挡销4.2.4定位误差的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：销与孔的配合0.05mm，铣、钻模与销的误差0.02mm，铣、钻套与衬套0.029mm由公式e=(H/2+h+b)×△max/H△max=(0.052+0.022+0.0292)1/2=0.06mme=0.06×30/32=0.05625所以这种定位方案是可行的。4.2.5铣削力与夹紧力计算本夹具是在铣床上使用的，为了确保加工时不产生振动，所以必须对“17”六角螺母和”11”螺母螺钉施加一定的夹紧力。由计算公式：Fj=FsL/(d0tg(α+ψ1’)/2+r’tgψ2)式中：Fj—沿螺旋轴线作用的夹紧力；Fs—作用在六角螺母；L—作用力的力臂(mm)；d0—螺纹中径(mm)；α—螺纹升角(゜)；ψ1—螺纹副的当量摩擦(゜)；ψ2—螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的摩擦角(゜)；r’—螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的当量摩擦半(゜)。其回归方程为：Fj＝ktTs。式中Fj－螺栓夹紧力(N)；kt－力矩系数(cm－1)；Ts－作用在螺母上的力矩(N.cm)；Fj=5×2000=10000N。4.2.6夹具体槽形与计对刀装置设夹具底平面的定向键安装位置一般都在夹具底面的纵向槽中，为了方便定向所以一般采用2个定向键。在夹具上的定位元件的工作面通过铣床工作台的U形槽的配合，提供了工作台工作台面的正确位置。定向键的作用一般是用来承受在加工时所产生的扭转力矩，定位的同时