毕业设计（论文）-汽车变速器壳体工艺及夹具设计（全套图纸）

1 摘要 此书为本人毕业设计期间完成的，是对汽车变速器壳体加工的工艺、工装设计全过程及内容之 详尽说明。主要包括汽车变速箱壳体加工工艺规程的设计和分析；典型工序所使用的两套专用夹具 的设计说明和计算、分析；以及专用刀、量具的设计说明。 在加工工艺方面将从分析汽车变速器壳体的工艺、技术要求入手，确定毛坯、拟订加工工艺路 线；确定各工序所采用的设备；确定各工序所需要使用的刀具，夹具，量具，和辅助设备；确定各 主要工序的技术要求和检验方法；确定各工序的加工余量、计算工序尺寸与公差；确定切削用量及 估算基本工序时间。 夹具设计方面将由确定夹具的类型开始进行定位设计；确定工件的夹紧方式，选择夹紧装置； 确定刀具的对刀导向方案选择对刀元件和导向元件；确定夹具与机床的连接方式；确定其他元件和 装置的结构形式；确定总体布局和夹具体的结构形式；绘制夹具方案设计图；进行工序精度分析； 对动力夹紧装置进行夹紧力演算等等。 关键词 汽车变速箱壳体；工艺；工装 2 目录 绪论 .1 1 机械加工工艺规程的规定 1 1.1 零件的工艺性分析 .1 1.1.1 零件的功用 2 1.1.2 零件的结构特点和工艺性 .2 1.1.3 主要加工表面及其技术要求 3 1.2 确定生产类型 . . . . 4 1.3 零件毛坯选择4 1.4 零件加工工艺规程的制定5 1.4.1 选择加工方法和加工方案.6 1.4.2 定位基准的选择.7 1.4.3 拟定工艺路线.8 1.4.4 选择各工序加工机床设备及工艺装备10 1.4.5 确定各工序机械加工余量，工序尺寸及表面粗糙度.12 1.4.6 确定典型工序的切削用量及工序基本工时定额.14 1.4.7 工艺过程的技术经济性分析.17 2 夹具设计 . . . . .17 2.1 第一套夹具的设计.18 2.1.1 夹具功能简图和工作原理 .19 2.1.2 夹具的定位方案设计（定位方式、元件等） .20 2.1.3 夹具的定位误差分析 22 2.1.4 切削力及夹紧力的计算24 2.1.5 夹具的机构设计26 2.2 第二套夹具的设计.26 2.2.1 夹具功能简图和工作原理27 2.2.2 夹具动力装置设计27 3 专用刀、量具设计 . .29 3.1 专用刀具设计 . 29 3.1.1 刀具的选择29 3.1.2 刀具材料选择30 3.1.3 确定合理切削方式及工作角度31 3.1.4 妥善解决刀具的排屑，容屑，断屑问题31 3.1.5 合理的确定刀具的结构参数31 3.1.6 正确设计刀具的轮廓32 3.2 专用量具设计 . .33 3.2.1 量规工作尺寸的确定33 3.2.2 量规的技术要求34 结论 .35 谢辞 .36 参考文献 . . .37 附录 A 俄文原文 .38 附录 B 汉语翻译 .44 3 绪论 制造业是国家发展与社会进步的基础，而汽车制造将是未来面对普通消费者的主 要的机械制造产品，而随着国家的发展人民生活水平的提高，人们对汽车的需求和要求 必定变的更多，所以我们有必要对汽车及汽车零件的设计与加工投入更多的精力。有必 要对汽车变速器的加工工艺进行更深层次的了解与学习。 通过对汽车变速箱体的工艺工装设计可以对大学四年里所学习的机械制造工艺 学 ， 机床夹具设计 ， 金属切削原理与刀具 ， 互换性与技术测量等许多课程进行 复习与提高。在此设计中，我将绘制一张变速箱体零件图；编写变速箱体加工的工艺规 程；设计两套专用夹具；设计专用刀、量具各一套。通过这些对汽车变速器制造活动有 一个总体的，全貌的了解与把握，能够掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的 基本知识，能选择加工方法与机床，刀具，夹具及加工参数，具备制定工艺规程的能力 和掌握机械加工精度和表面质量的基础，初步具备分析解决现场工艺问题的能力，了解 当今先进制造技术和先进制造模式的发展状况。并为将来毕业后的工作打下良好的基 础。 为了使读者能更详尽的了解我做的毕业设计，对汽车变速箱有一个更深入的了解和 把握，此书对设计思想，设计步骤及工艺规程，夹具的设计都做了全面的阐述。 本书有如下特点： 此书是我在边做设计边编写的，力求贴近读者，形式简洁明快，便于查阅。本书在 理论上取其精华，简明扼要；在文字叙述上尽量做到从略从简，使之条文化或表格化； 此次毕业设计我对时间进行了细致的安排。按设计进度安排第一周指导老师下达设 计任务书，本人填写开题报告表，绘制零件图；-周分析零件加工的工艺方案，编 制工艺规程；接着用周的时间设计两套专用夹具；再用周的时间设计专用刀、量具 各一套；余下的时间撰写设计说明书及外文简要。将设计的内容弄懂弄通弄透准备最后 的终期考核，毕业答辩。 为了更好的进行此次毕业设计我在校图与省图借阅了许多资料，其中对设计帮助比 较大的有侯家驹编的汽车制造工艺学 ，刘华明编的机械加工工艺手册 ，李庆受编 的机械制造工艺装备设计实用手册等许多图书。 此书由本人在毕业设计过程中撰写，限于水平有限，存在不妥之处，敬请各位老 师给予批评指正。 4 1 机械加工工艺规程的制定 1.1 零件的工艺性分析 变速器壳体的四个轴承孔孔径分别为 2- 005. 0 015 . 0 2 . 0 0 005 . 0 015. 0 90,200,110 + + 。孔径较大，而 孔的长度较短，只有 18mm，形状公差在尺寸公差之内，结构工艺较好。 倒车惰轮轴承孔孔径为 020 . 0 013 . 0 27+ mm 长度为 87.5mm。并且是两段孔，镗杆直径只能 在19-24mm 范围内，因而刚度性较差，加工其轴孔两端面位置在变速箱的最低处， 加工用组合铣刀直径为160mm 两边刃口距离为 45. 0 15 . 0 5 . 47 + mm 加工工艺性差。 1.1.1 零件的功用 变速器是由齿轮，齿轮轴和变速器箱体等零件构成。其主要功用是改变汽车的行驶 速度，以适应各种不同的路面条件，并可实现倒速行使。 变速器箱体零件在整个变速器组成中的功用是保证其他各个部件占据合理正确的 位置，使之有一个协调运动的基础构件。变速箱体零件质量的优点将直接影响到轴和齿 轮等零件的相互位置准确性及变速器组成使用的灵活性与寿命。 变速箱体是个典型的箱体零件，其形状复杂，薄壁（10- 20mm） 。需要加工多个平 面，孔系和螺纹等。钢度低受力和受热等因素影响会产生变形和震动。 1.1.2 零件的结构特点和工艺性 变速器箱体零件的主要技术要求见图 1.1 和图 1.2。 第一， 二轴及中间轴承孔的孔径尺寸精度为 IT6， 公差为 0.02mm； 表面粗糙度 Ra=1.6 m,倒车惰轮轴承孔精度为 IT7- 8，表面粗糙度 Ra=1.6m。 第一，二轴承孔与中间轴轴承孔的平行度公差在水平，垂直两个平面内均 0.04/446mm。 倒车惰轮轴承孔与中间轴承孔，水平，垂直两个平面内平行度公差为 0.02/87.5mm。 I第一轴轴承孔 II第二轴承孔 III中间轴承孔 IV倒车惰轮轴承孔 5 图 1.1 变速箱壳体零件图 图 1.2 变速箱壳体零件图 D前端面 6 E后端面 F凸台面 1.1.3 主要加工表面及其技术要求 前后两端面的平面度均为 0.04mm，对第一，第二轴承孔的垂直度 0.08mm /全长， 表面粗糙度为 Ra=3.2m。 取力面的平面度为 0.03mm，对中心线垂直度为 0.03mm/全长，表面粗糙度 Ra=3.2 m 。 1.2 确定生产类型 制造机械零件的毛坯一般有铸件，锻件，型材，焊接件等。毛坯的选择对零件工艺 过程的经济性有很大影响，工序数量，材料消耗，加工工时在很大程度上取决于所选择 的毛坯。因此，选择毛坯的种类和制造方法应根据图纸要求，生产类型及毛坯生产车间 的具体情况综合考虑，使零件的生产总成本降低，质量提高。 变速器箱体零件主要受汽车行驶路面的影响，工作条件比较恶劣。变速器箱体外廓 及心腔形状比较复杂，所以其毛坯的材料选用容易成型，吸震性好，加工工艺性好和成 本低的灰口铸铁。箱体采用 HT20- 40 的灰口铸铁，其性能 HB170- 241 20 。 1.3 零件毛坯的选择 毛坯图是毛坯制造和编制零件加工工艺的重要零件。制定工艺过程时，需要分析毛 坯图，主要是分析粗加工的定位基准，其次分析铸件毛坯的分型面，浇口，冒口的位置， 拔模斜度，圆角半径的大小。 毛坯制造方法的选择时应考虑下列因素，生产类型；工件结构和尺寸；工件的机械 加工性能要求；工件的工艺性能要求。 分析此减速器箱体，毛坯采用砂型中浇注成型，在砂型中保温 20- 30min，直到冷却消除 铸件的应力，最终进行喷漆处理。分型面选用在轴承孔的轴向垂直面，取外面一侧为上 盖，便于浇注，排气和出纱。 铸件毛坯图如图 1.3： 7 （a） (b) (c) 8 (d ) 图 1.3 铸件毛坯图 1.4 零件加工工艺规程的制定 由于工序性质不同，定位基准也不同。如在第一道工序中只能用毛坯表面来定位， 这种定位基准称为粗基准。在以后各工序的加工中，可以采用已经切削加工的表面作为 定位基准，这种定位基准称为精基准9。 1.4.1 选择加工方法和加工方案 铣削变速箱体上盖连接台平面工序是箱体零件加工的第一工序，为后面的工序加工 提供精基准，该平面技术要求平面度为 0.1mm，表面粗糙度 Ra 为 3.2m，加工余量 4.5mm 左右。 该工序中两个工位：工位 1 粗铣；工位 2 半精铣，有两个铣头，工作台带动工件同 时移动，刀具不动。 工艺孔的加工，基准面的等级，定位孔的尺寸精度及定位销孔对基准面连接上盖及 影响箱体的定位精度此工序为第二道工序，其中两个工位：工位 1 钻定位销孔至 11.8mm 并同时钻 M101.5 螺纹孔8mm 此工序定位如图 1.5。 9 图 1.4 工艺孔工序定位图 此工位 N=500r/min f=0.3mm 工位 2 绞1 . 012工艺孔，并扩钻 M10x1.5 螺纹孔8.5mm。定位方式同工位 1， n=250r/min,f=1mm。此工序加工也是工作台移动，要保证孔距精度mm05. 0367 轴承孔的精镗加工采用一面两销定位，双面卧式组合机床，两侧面同时加工，保 证 1 . 0 0 005. 0 015 . 0 100,90 + ， 005 . 0 015 . 0 1102 + ，第 I，II 轴承孔中心线相对于与上盖结合面平行度 0.1mm,第 I，II 轴承孔相对与轴承孔中 1 . 0 0 100+外圆柱面（内孔面）平行度为 0.04mm。 变速箱体前后端面加工即是两侧面的精铣，为了保证两端面相对轴承孔的垂直度， 采用轴承孔为定位基准，保证尺寸精度 0 2 . 0 1 . 446 ，平面度 0.08mm，垂直度 0.08mm。 1.4.2 定位基准的选择 粗基准选择的原则是相互位置要求原则；余量均匀原则；余量足够原则；切除总余 量最少原则；粗基准不重复原则。变速箱体加工的粗基准选择有两种方法： 10 为了保证主要轴承孔的加工余量均匀， 箱体零件内有足够的移动间隙， 以轴承孔 作为基准的方法， 此方式夹具结构较为复杂， 零件定位需加辅助支承， 工作台定位性差。 直接利用零件上铸造的前面台阶面， 由于此面是取力面， 在后面工序中需进行精 加工，可用其作为粗基准，而且不需要加辅助支承，夹具相对比较简单如图 1.6 图 1.5 粗基准定位图 综上所述，二方案定位比较好，所以第一道工序采用此方案为粗基准。 精基准的选择原则：基准重合原则；基准统一原则；自为基准原则；互为基准原则。 变速器箱体零件基准选择由第二道工序加工后产生大部分工序中都采用与上盖联结表 面同两个工艺孔为基准，这种方式定位基准可使夹具结构简单，夹紧工件牢固可靠，特 别适用自动或大量生产中，可满足螺纹连接孔的技术要求，但设计基准和工艺基准不重 合，影响配合面加工精度，但由于零件相配合的工件较为简单，位置，形状等公差要求 不太高，所以采用此方案为基准，在后几套工序中可采用由一面两孔定位基准加工出来 轴承孔作为精基准以提高相互位置精度。 1.4.3 拟订工艺路线 表 1.1 的第一套工艺方案是根据机加工工序安排的原则自行编排出来的。 表 1.1 第一套工艺路线方案 工序号 工序名称 1 铸造毛坯 2 清理烧冒口，喷砂 3 粗铣，半精铣低平面 4 钻扩（绞）孔，工艺孔 5 粗铣右端面 11 6 粗铣左端面 7 粗镗左右两面孔 8 粗铣，半精铣凸台面 9 检查 10 钻凸台面上的孔，攻螺纹 11 钻右面各孔并攻螺纹 12 钻左面各孔并攻螺纹 13 精镗左面孔 14 精镗右面孔 15 精铣右端面 16 精铣左端面 17 精铣底面 18 钻底面各孔和攻螺纹 19 钳，去毛刺，清洗上油 20 按图样要求检查入库 表 1.2 第二套工艺方案是参考长春一汽变速箱加工的现场工艺编制。 表 1.2 第二套 工艺路线方案 工序号 工序名称 1 铸造毛坯 2 清理 3 粗铣底平面（上盖接仓面） 4 钻扩（绞）孔，工艺孔 5 铣前后台面两角地面台阶（主要是靠近底平面凸出部分） 6 粗铣两侧面和半精铣侧面 7 粗镗侧面上的孔并同时钻27mm 的孔 8 钻侧面各孔（两侧面同时加工） 9 攻两侧面各孔螺纹 12 10 粗铣前面台阶面，半精铣前面台阶面 11 钻前台阶面各孔 12 攻 11- M10x1.5 螺纹 13 洗26 通孔处台阶并钻孔 14 攻螺纹 15 钻底面孔（除工序 7 中加工完的孔） 16 攻底面各孔的螺纹（除螺纹定位孔为的所有孔） 17 铣箱内部台阶孔（27 孔内部的凸起部分） 18 半精镗侧面孔（两面同时镗） 19 精镗两侧面孔到尺寸 20 精铣两侧面 21 清洗 22 检查 第一套工序，工序少加工快，但由于某些工序排的顺序不太合适，加工主要面时工 序安排尚可。但不关紧要的工序穿插其中较为欠妥，虽然也能达到加工要求，但效果不 如第二套。 第二套工序联结紧凑，比较合理加工中辅助时间比较少，而且加工中精基准的选择 各工序都很合理，适合流水线生产，根据零件的特点，可以达到各工序所需要要求。所 以加工路线选第二套工序。 1.4.4 选择各工序加工机床设备及工艺装备 确定工序的设备包括机床设备，刀具，夹具，量具和辅助装备。选用机床时，应使 机床的规格与零件外型尺寸相适应，机床的精度与工序要求的精度适应，机床的自动化 程度与生产类型相适应。同时应考虑本厂现有设备情况。 表 1.3 各工序机床设备及工艺装备表 工序号 机床设备，刀具和工艺设备 1 2 13 3 铣床 XA5040A 专用夹具 端铣刀 4 卧式组合机床 ZHS- U1023 BS042- 100 专用夹具 专用刀具12 绞刀，8.5 扩孔钻 5 组合机床 专用夹具 端铣刀 6 卧式铣床 专用夹具 端铣刀 7 卧式组合机床 ZHS- U1023 BS042- 100 专用夹具 专用刀具可调整式镗刀，26 锥柄麻花钻 8 专用钻孔机床 专用夹具 专用刀具锥柄阶梯麻花钻，8 麻花钻 9 自动螺纹攻丝机 专用夹具 M10 丝锥（细柄机用） 10 卧式机床 X52 专用夹具 端铣刀 11 摇臂钻床 专用夹具 专用刀具 12 自动螺纹攻丝机 专用夹具 M10 丝锥 14 13 卧式组合机床 ZHS- U1023 BS042- 100 专用夹具 削平型直柄立铣刀，锥柄阶梯麻花钻 14 自动螺纹攻丝机 专用夹具 M10 丝锥 15 摇臂钻床 专用夹具 锥柄阶梯麻花钻 16 自动螺纹攻丝机 SZ4210 专用夹具 细柄机用 M10x1.5 丝锥 17 卧式组合机床 BS042- 34 专用夹具 组合铣刀，端铣刀 18 卧式组合机床 BS042- 32 专用夹具 专用刀具，双刃镗刀 19 卧式组合机床 BS042- 31 专用夹具 专用刀具 20 卧式两面精铣组合机床 XL- 32- 27BS042- 101 专用夹具 精端铣刀 21 清洗机 苏打水 22 1.4.5 确定各工序机械加工余量，工序尺寸及表面粗糙度 15 表 1.4 各工序机械加工余量工序尺寸及表面粗糙度表6 工序号 加工余量 基本尺寸与公差 1 铸造毛坯 2 清理 3 工位 1：粗洗地面到尺寸（件高）318.5- 318 工位 2：半精铣底平面到尺寸 317mm 保证 Ra 为 3.2 平面度为 0.1 游标卡尺 检验平尺 4 工位 1：钻 2- 11.8-11.82 钻 2-8.2-8.3 深为 20 的孔 工位 2：扩 2- 8.5-8.6 深为 30 的孔 绞 2-12 的孔 游标卡尺 孔中心具量规 5 达到工件宽度 0 52 . 0 288两底角 Ra 为 12.5 保证尺寸 0 18 . 0 14 游标卡尺 量规 6 工位 1：粗铣侧面到工件尺寸 448- 449 工位 2：半精铣侧面到工件尺寸 446.5- 447 游标卡尺 7 到尺寸：88-88.5（左侧面） 98-98.5（右侧面） 108-108.5（下孔） 同时钻26-26.2 孔 游标卡尺 孔具量规 8 左侧面 2- 8 通孔 2- 8.5- 8.6 孔深 23 6.8- 6.9 通孔 8- 8.5- 8.6 通孔 右侧面 2- 8.6- 8.6 通孔 2- 8.5- 8.6 孔深 23 4- 15.3- 15.4 通孔 2- 15.3- 15.4 孔深 37 游标卡尺 孔具量规 角度仪器 深度千分尺 9 左侧面 2- M10x1.5 有效螺纹长 18 塞规 16 8- M10x1.5 攻透 M8x1.25 攻透 右侧面 2- M10x1.5 攻透 2- M18X2.5 有效螺纹长 32.5 4- 18x2.5 攻透 4- M10x1.5 有效螺纹长 18 10 粗铣，铣平 半精铣保证粗糙度 Ra 为 3.2 游标卡尺 0- 300；0.03 11 11- 8.5-8.6 深 23 的孔 25.5-25.6 的通孔 游标卡尺 孔具量规 12 攻前端面的 11- M10x1.5 螺纹 有效长度为 18.5 塞规 13 铣25.5 通孔处的台阶 钻17 通孔 11.9- 12 孔深 30 钻10.2- 10.3 孔深 26 游标卡尺 0- 300；0.03 孔具量规 14 攻 M30x1.5 攻透 M20x1.5 攻透 M14x2 有效螺纹长度 25 M12x1.75 有效螺纹长 22 塞规（M10） 15 4- 8.5- 8.6 通孔 12- 8.5- 8.6 孔深 23 游标卡尺 0- 300；0.03 孔具量规 16 2- M10x1.5 有效螺纹长 25 4- M10x 1.5 攻透 12- M10x1.5 有效螺纹长 18 塞规（M10） 17 工位 1:粗铣到尺寸到 48.8 工位 2:半精铣到尺寸 45. 0 15. 0 5 . 47 + 游标卡尺 0- 100；0.05 18 达到尺寸109.5- 109.8 左侧面孔:89.5- 89.8 游标卡尺 0- 150；0.05 17 右侧面孔:99.5- 99.8 并同时镗出109- 109.5 26.7- 28.9 的台阶面 19 精镗两侧面孔到尺寸 游标卡尺 0- 150；0.01 百分表 0- 10 标准量块 20 达到工件尺寸 0 2 . 0 1 . 446 并保证两侧面的公差: 游标卡尺 0- 150；0.02 检验平尺 标准量块 21 清洗 22 检查 1.4.6 确定典型工序的切削用量及工序基本工时定额 工序 4 钻并绞12 工艺孔，钻螺纹孔 加工条件：组合机床加工，专用刀具，专用夹具。 钻12 工艺孔 到11.8-11.82mm 钻 M10x1.5 螺纹孔 钻8mm 深 30mm 确定背吃刀量：mmap4= 钻头：mm8 由于工件材料是 HT20-80；HB=170 所以从切削手册可知： f=0.3mm T=35min 刀具材料选用高速钢，由文献中知： 125 . 0 ,55 . 0 , 0,25 . 0 , 1 . 8=mYXZC VVVV ； 又查表得： 75 . 0 ,88 . 0 , 0 . 1= svapvTV KKK； 0 . 1, 0 . 1= tvCv KK； 由于： 18 V Y p X a m VV K fT ZdC v V V 0 1 = 12 （1.1） 所以由以上数据可知道： smv/62.160 . 10 . 188 . 0 75 . 0 0 . 10 . 1 3 . 0435 81 . 8 55 . 0 0125 . 0 25 . 0 1 = = 由于： 0 1000 d v n = 12 （1.2） 所以： min/ 2 . 669 8 62.161000 1 rn= = 查表 1 n 取标准值 500r/min 由文献中知： nxf lll T 321 0 + = 12 （1.3） 而 mmDl mml mml 48 . 2 831 . 0 31 . 0 5 . 7 30 3 2 1 = = = 所以： min23 . 0 3 . 0500 48 . 2 5 . 730 0 = + =T 绞12 工艺孔 钻8 孔到8.5 所以从切削手册是可知： f=1.0mm T=45min 刀具材料选用高速钢，由文献中知： 125 . 0 ,35 . 0 , 0,25 . 0 , 1 . 8=mYXZC VVVV ； 又查表得： 0 . 1, 0 . 1, 0 . 1, 0 . 1= mvwvkvTV kKKK； 0 . 1, 0 . 1, 0 . 1= vtvpv kKK； 由公式（1.1）可知： 19 V YX P m Z V K faT dC v VV V 0 1 = 所以由以上数据可知道： smv/59 . 8 0 . 10 . 188 . 0 75 . 0 0 . 10 . 1 0 . 145 5 . 81 . 8 35 . 0 125. 0 25 . 0 1 = = 由公式（1.2）可知： 0 1000 d v n = 所以： min/ 7 . 321 5 . 8 59 . 8 1000 2 rn= = 查表 1 n 取标准值 250r/min 由公式（1.3）可知： nxf lll T 321 0 + = 而 mml mmDl mml 5 . 1 65 . 2 5 . 831 . 0 31 . 0 30 1 2 查表可知为 = = 所以： min14 . 0 0 . 1250 65 . 2 5 . 130 , 0 = + =T 辅助时间计算 由文献查表得： a.装卸工件时间：工件重量为 30-40kg 之间，t1=0.00min b.钻换时间 t2=0.10min c.扩换时间 t3=0.10min d.排屑时间 t4=0.06min e.电机起动 t5=0.02min f.快进，快退 t6=0.05min g.工作台移动 t7=0.1min h.液压缸夹紧时间 t8=0.05min 20 i.快速工作其他时间：t9=0.13min 总的辅助时间为： min56 . 1 13 . 0 05 . 0 ) 1 . 0205 . 0 02 . 0 06 . 0 22 . 0 1 . 01 . 0(2 )(2 98721 , , 0 = += +=tttttT 加工此工序所需的总时间： min93 . 1 56 . 1 14 . 0 23 . 0 , , 0 , 00 = += +=TTTT 1.4.7 工艺过程的技术经济性分析 制订工艺规程时，在保证质量的前提下，往往会出现几种不同的方案。其中有些方 案生产率很高，但设备和工夹具的投资比较大；另一些方案可能投资比较省，但生产率 较低。因此，不同的方案就有不同的经济效果。本设计的减速器壳体属于大量生产。其 长年生产所以本设计中采用大投资建立生产线将有利于提高生产率。 21 2 夹具设计 广义上说，为使工艺过程的任何工序保证质量，提高生产效率，减轻工人劳动强度 及工作安全等的一切附加装置称为夹具。机床夹具是将工件进行定位，夹紧，将刀具进 行导向和对刀，以保证工件和刀具之间相对位置关系的附加装置，简称夹具。 一般夹具由以下几个部分组成：1.定位元件 2.夹紧装置 3.夹具体 4.连接元件 5.对刀 和导向装置 6.其他元件与装置。 夹具主要起保证加工质量，提高劳动生产效率；降低生产成本；扩大机床的工艺范 围；减轻劳动强度等功用。 在本毕业设计中主要设计两道工序的专用夹具，一套为铣刀前面台阶的铣床夹具； 一套为镗侧面孔的镗床夹具。 设计夹具是从减小加工误差考虑，应尽可能的选用工序基准为定位基准，即尊循所 谓的基准重合原则。当用多个表面定位的时，应选择其中一个较大的表面为主要定位基 准。所以根据在制订工艺规程所选用的定位基准底面基准，所以选择底面为定位基 准。 2.1 第一套夹具的设计 镗床夹具是为了粗镗侧面的上下孔，因为尺寸要求和位置要求比较多所以需要限制 除 y r 的 5 个自由度。由于箱体零件典型的一面两销定位方式可以同时满足以上两种定位 要求，所以对于镗床夹具都选择一面两销完全定位的方式。 定位元件的设计包括定位元件的结构，形状，尺寸及布置方式等。工件的定位设计 主要决定与工件的加工要求和工件定位基准的形状尺寸精度等因素，所以在设计时应分 析定位基准的形态。 支承板 图 4.1 所示为 B 型带斜槽的支承板，用于水平方向布置的定位中，其凹槽可 防止细小切屑停留在定位面上。支承板的主要规格厚度 H 取 10mm。支承板用碳素工具 钢 T8，经热处理到 55- 60HRC。6 块支承板同时使用，需要设法使厚度 H 相等。支承板 用螺钉紧固在夹具体上。可限制 3 个自由度5。 22 图 2.1 支撑板零件图 两销定位即工件以圆柱孔定位。工件以精基准孔定位，定位销选择固定式定位销， 它是组合定位中常用的定位元件之一。图 2.1 所示为 A 型定位销，可限制工件的两个自 由度。 固定式定位销（GB/T2203- 91）主要规格 D 取 12mm。定位销材料用碳素工具钢 T8， 经热处理至 55- 60HRC 2.1.1 夹具功能简图 图 2.2 夹具功能简图 工作原理: 夹具采用的定位方式是一面两销，面即是加工零件以精基准平面定位。工 件的基准平面经切削加工后，可以直接放在平面上定位。经过刮削，磨削的平面具有较 小的表面粗糙度和平面度误差，故可获得较精确的定位。常用的定位元件有支承板和平 面支承钉等。这类是呈面接触的定位元件。本设计中夹具选择支承板作为定位元件。 23 本夹具采用单件同向联动夹紧机构，通过压杆连接销轴联动拉杆压爪实现夹紧和放 松，压杆外接活塞结构实现夹具的运动。 2.1.2 夹具的定位方案设计（定位方式、元件等） 工件以多个定位基准组合定位是很常见的。它们可以是平面，外圆柱面，内圆柱面， 圆锥面等各种组合。工件组合定位时应该合理的选择定位元件；按基准重合原则选择定 位基准；组合定位中，一些定位元件单独使用时限制沿坐标轴方向的自由度，而组合定 位时则转化为限制绕坐标轴方向的自由度。 图 2.3 固定销简图 本设计中加工减速器箱体零件，采用两孔一面定位，以使基准统一。这种定位方式 所采用的定位元件为支承板，定位销和菱形销。下面将重点介绍菱形销的设计和布置， 以防止过定位。 菱形销作为防转支承，其布置应使长轴方向与两销的中心连线垂直，并应正确选择 菱形销直径的基本尺寸和经削边后圆柱部分的宽度如图 2.4。 菱形销设计步骤如下： 1.确定两定位销的中心距 两定位销中心距的基本尺寸应等于工件两定位孔距的平均 尺寸，其公差一般为 LDLd ) 5 1 3 1 (= 5 （2.1） 因 24 mmmmL LDD 1 . 0,05 . 0 367= 图 2.4 菱形销简图 故取 mmLd0125 . 0 367= 2.选择定位销 1 d 按表取定位销的标准代号为 A 12h7x14GB/T2203 3.选择菱形销宽度 b 按表取 b=4mm 4.确定菱形销直径 2 d 求补偿量 a mmmma LdLD 0625 . 0 2 25 . 0 1 . 0 2 = + = + = （2.2） 计算菱形定位的最小间隙 min2 X mm D ab X0417 . 0 12 40625 . 0 22 2 min2 = = （2.3） 计算菱形销的直径 2 d mmXDd958.11)0417 . 0 12( min222 = （2.4） 取公差带为 h6,即菱形销的标准代号为 B12h6x14 GB/T2203 2.1.3 夹具的定位误差分析 工件在夹具中加工时加工误差由以下四方面组成： 25 A 夹具位置误差，即定位元件相对机床的切削成形运动的位置误差。 D 定位误差，即由定位引起的工序基准的位置误差。 T 刀具相对夹具的位置误差，即对刀导向误差。 G 与加工过程中一些因素有关的加工误差。 由于两套夹具所用到的定位基准与方案完全相同，在此做定位误差分析如下： 定位误差计算 垂直度公差 0.08 0=D 5 （2.5） 已知 YdD Xmmmm=计算0,05 . 0 ,0625 . 0 min11 得： mm mm X dDY 1125 . 0 )05 . 0 0625 . 0 ( min1 = += += （2.6） 图 2.5 菱形销垂直度误差分析图 平行度公差 0.04mm。如图 2.4 所示，当工件歪斜时会影响平行度公差，由 图 2.5 可得工件的转角误差公式 l XX L XX dDdD a 2 2 tan min222min111 max1max2 + = + = （2.7） 式中 22,DD 工件定位孔的直径公差（mm） ； 1d 圆柱定位销的直径公差（mm） ； 2d 菱形定位销的直径公差（mm） ； 26 min1 X圆柱定位销与孔间的最小间隙（mm） ； L中心距（mm） 。 则由公式（2.7）得： 01883 . 0 3672 0417 . 0 009 . 0 00025 . 0 0625 . 0 tan = + =a mm mm Y 100 01883 . 0 = （2.8） 因0=B，得定位误差为： mm mm YD 100 01883 . 0 = （2.9） 设计结果见图 2.6。 图 2.6 菱形销平面度误差分析图 2.1.4 切削力及夹紧力的计算 在机械加工过程中，为保持工件定位时所确定的正确的加工位置，为防止工件在切 削力，惯性力，离心力及重力等作用下发生位移和震动，一般机床夹具都应有个夹紧装 置，以将工件夹紧。 夹紧装置分为手动夹紧和机动夹紧。根据结构和功用，典型夹紧装置由力源装置； 中间传力机构；夹紧元件。 本设计的两套夹紧装置采用机动夹紧。其中铣床夹具采用液压夹紧机构，镗床夹具 采用联动夹紧机构。 确定夹紧力的方向，作用点和大小时，应该根据工件的结构特点，加工表面要求并 结合工件加工中的受力状况及定位元件的结构和布置方式等综合考虑。 27 本设计的夹紧力基本上符合下面的要求。夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹 紧力应朝向主要定位基面；夹紧力的方向应该有利于减小夹紧力；夹紧力的方向应是工 件钢度较高的方向。夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内；夹紧力的作用点应 选在工件钢度较高的部位；夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。 夹紧力估算： 钻削力：采用的是高速钢组合钻头，故而进给力计算公式 查表得： Ff YZ ff kfdGF FfFf = 5 （2.9） 此工序钻8 孔，11.8 孔 由文献查表得安全系数为： 0 . 1, 0 . 1 0 . 1,15 . 1 , 2 . 1, 2 . 1 64 3210 = = kk kkkk 6 . 0 ) 190 ( HB kp= （2.10） 所以： 935 . 0 ) 190 170 ( 6 . 0 min = p k 153 . 1 ) 190 290 ( 6 . 0 max = p k 取 1 . 1= p k 所以钻削力为： Ff YZ ff kfdGF FfFf = 1 5 （2.11） 中其他参数查表得： 3 . 0, 8 .11, 8 8 . 0,420 21 = = fdd ZC FfFf 所以由公式（2.11）得 ： N Ff 8 . 2339 1 . 10 . 10 . 10 . 115 . 1 2 . 12 . 13 . 08420 0 . 18 . 0 1 = = N Ff 1 . 3451 1 . 10 . 10 . 10 . 115 . 1 2 . 12 . 13 . 0 8 . 11420 0 . 18 . 0 2 = = 同时有四个钻头同时加工，如图 2.7 工件截面受力分析： Y 方向平衡： 28 0= Y 即： 0)(22 21 =+= ffG FFWY （2.12） NFFW ffG 5790 9 . 5790 21 =+= 相对与 A 点的转距和为 0 即 0= E M （2.13） 图 2.7 受力简图 如图 2.7 所示： 280 44273317 = = DC DE 因为： 157 . 0 280 44 =arctg DC DE 所以： 0 95 . 8 = BC=280- 200=80 所以： 6 . 125996.1295 . 8 80=tgBCtgAB 所以由公式（2.13）得： 04442 315323) 6 . 12180273(320 21 21 , =+ += ff ffGGF FF FFWWM 因为： 29 21 , 271365 6 . 105320 ffGG FFWW+=+ 21ffG FFW+= 所以： 12 , )320271()320365( 6 . 105 ffG FFW+= NN FF W ff G 38594.384 6 . 105 6 . 233949 1 . 345145 6 . 105 4945 22 , = = = 综上所述夹紧力需要两个 NWNW GG 385,5791= ， 一个 2.1.5 夹具的机构设计 因为工件是大量生产，夹紧力又比较大，所以采用液压夹紧，液压缸选用通用系列 查文献表得本次设计选用 5016 和 5019 型两种液压缸。 本设计中铣床夹具选择由两个液压缸直接带动夹爪进行压紧，镗床夹具则使用单件 同向联动夹紧机构，可以提高生产率。因为尺寸要求和位置要求比较多所以需要限制除 y r 的 5 个自由度。由于箱体零件典型的一面两销定位方式可以同时满足以上两种定位要 求，所以对于铣床和镗床夹具都选择一面两销完全定位的方式。这样夹具装卸比较容易 有利于提高加工速度和生产效率，液压系统传动力大工作平稳可靠，噪音小，劳动条件 和经济性都比较实惠。 2.2 第二套夹具的设计 铣床夹具是为了加工前台阶面（铣平，保证表面质量）因为没有尺寸要求所以需要 限制zx ), 两个自由度。由于箱体零件典型的一面两销定位方式可以同时满足以上两种定 位要求，所以对于夹具铣床选择一面两销完全定位的方式。 30 2.2.1 夹具功能简图和工作原理 图 2.8 第二套夹具简图 工作原理：夹具采用液压系统传动装置，通过油液推动活塞带动支撑杆与直角连接 板夹抓实现对零件的夹紧与放开，此夹具同样采用一面两销定位，外面的液压回路当上 面的为进油口时下面为出油口，实现放开。当下面的为进油口时，上面的为出油口实现 夹紧。直角连接板的作用是迫使夹抓离开零件。 常用的定位元件有支承板和平面支承钉等。这类是呈面接触的定位元件。本设计中 夹具选择支承板作为定位元件。 2.2.2 夹具动力装置设计 由于液压装置系统有以下特点：液压油油压高，传动力大，同比条件下液压缸比气 压缸小的多；油液的不可能性使压紧刚度高，工作平稳，可靠。液压传动噪声小，劳动 条件比较好，所以本设计选用液压装置。液压发展到目前的水平主要是由于液压本身的 特点所致，随着工业的发展，当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效、低噪音、 经久耐用、高度集成化的方向发展。液压传动技术必将广泛地应用于各个工业领域10。 31 图 2.9 液压控制图 液压装置的油路图设计：设计如图 29 油液经滤油器 12 进入柱塞泵 8，通过单向 阀 7 与快换接头 3 进入夹具液压缸 1。电接点压力表用于显示液压系统的工作压力，溢 流阀的作用是防止系统过滤，电磁卸荷阀 10 兼有卸荷，换向，保压的作用10。 32 3 专用刀、量具设计 3.1 专用刀具设计 变速器箱体零件加工中有一部分工序是采用用专用刀具或复合刀具进行加工的，多 数为为钻削或铣、镗削，或它们的复合削。在此设计工艺里第 7 工序粗镗侧面上孔的镗 刀。此镗刀同时可以用于后面工序的半精加工与精加工。 3.1.1 刀具选择 实际生产情况是很复杂的，不紧要考虑生产率，还要考虑经济性等许多因素。在某 一具体情况下，究竟选择那种刀具最为合适，须根据实际情况决定。此时要考虑工件材 料，工件要求精度和光洁度，批量等决定选择最合适的刀具。 本工序是大批量加工90，100 的孔，而镗刀是加工内孔时比较广泛的一种刀具 加工小孔时多半将刀片焊在刀杆上，或是做成整体高速镗刀；加工孔径大于20-30 时，一般都用杆镗，本设计要加工的孔为90，100，为了避免镗杆过粗，宜采用镗 刀块，镗刀块与镗杆刀槽滑配合，粗镗，半精镗时用特制的双角度螺钉将刀块压向刀槽 支承面，并紧固住，精镗时可以浮动。本设计采用如图 3.1 所示的浮动镗刀头。 这种结构的镗刀块对镗杆刀槽的精度要求比较高，特别是精镗刀杆，否则镗孔精度 就不容易保证达到 7 级，并且也不稳定。 所以本设计的镗杆应该满足以下技术要求：刀槽两侧面不平行度应在宽度公差范围 内；刀槽与镗杆的不对称性也应在刀槽宽度公差范围内；刀槽后支承面与镗杆中心先的 不垂直度不容许大于0.02/100； 定位螺钉孔与刀槽侧面在径向剖面的相交角容差为10； 在轴向剖面内的相交角容差为+30 ；定位销孔中心偏离镗杆中心不大于 0.2mm，同时要 修定位销角度面，以使定位销错位不超过 0.01mm；定位销与刀块相应全面接触，用涂 色法检查。满足上述要求时，同镗刀块精镗孔（浮动）很容易达到 6- 7 级精度要求；半 精镗也可达到 8- 9 级精度。 33 图 3.1 刀具简图 3.1.2 刀具材料选择 刀具材料选择的是否恰当对刀具的生产率有重要的影响，在设计刀具时一开始就应 考虑正确选择刀具材料。 因为硬质合金比高速钢及其他工具钢生产率高的多，因此，在能采用硬质合金的情 况下应竟可能的采用。这是一个提高刀具生产率的十分重要的方向。但是由于目前硬质 合金钢的性能还有许多缺憾，如脆性大，极难加工等，使它在许多刀具上应用困难。因 而目前许多复杂刀具及切削条件差的刀具主要还是应用高速钢11。 查表确定材料用硬质合金其性能为：硬度：HRA89- 94；维持切削性能的最高温度： 800- 1000；抗弯强度：90- 250；工艺性能：压制烧结后使用，不能冷热加工，多锒片使 用，无需热处理. 3.1.3 确定合理的切削方式及工作角度 所谓切削方式，是指在刀齿上以一定的方式分配切削厚度和宽度。从已学过的分层 拉削方式和轮切削方式的比较中可知，切削方式选择的是否恰当对刀具的切削效率，切 削负荷，耐用度及加工表面质量都有着很大的影响。 参照资料，查表选取如下合适切削角度： 00 0 0 0 6,75,6,14= sr 11 34 3.1.4 妥善解决刀具的排屑，容屑，断屑问题 任何刀具在切削过程中都将切下很多切屑。必须妥善的处理切屑，使它能顺利的不 段排出，或自由容纳在容屑槽内，才能保证刀具的正常工作，否则，将发生却屑堵塞现 象，甚至损坏刀具。 但是各种刀具的容屑空间的形式是不同的，概括起来可分为三种形式：自由容屑空 间；半封闭容屑空间；封闭容屑空间。 本设计的镗刀采用半封闭容屑空间。 3.1.5 合理的确定刀具的结构参数 所谓结构参数，包括刀体尺寸，刀齿形状和尺寸，容屑槽的形状和尺寸，刀齿齿数， 装卡部分的