变速器副箱壳体加工工艺及夹具设计.doc

变速器副箱壳体加工工艺及夹具设计 第 页 共页目 次1 引言12 变速箱副箱加工工艺22.1箱体的结构特点、材料、毛坯及热处理22.1.1箱体的结构特点22.1.2箱体的材料、毛坯及热处理22.2变速器副箱壳体加工工艺过程及分析32.2.1变速器副箱壳体的主要技术要求32.2.2变速器副箱壳体的机械加工工艺分析52.3 主要表面的加工82.3.1箱体的平面加工82.3.2主轴孔的加工82.4 定位基准的选择82.4.1粗基准的选择92.4.2精基准的选择93 夹具设计113.1 设计任务分析113.2 计及操作的简要说明113.3 夹具的公差123.4定位销尺寸确定与高度计算133.4.1定位销尺寸的确定143.4.2定位销高度的计算14结 论15致 谢15参 考 文 献15Title16Abstract16 变速器副箱壳体加工工艺及夹具设计 第 17 页 共1 6 页变速器副箱壳体加工工艺及夹具设计作者：xx 指导老师：李兵安徽农业大学工学院 05级机制 合肥 230036摘要： 本设计先对箱体副箱结构特点、材料毛胚、及热处理的分析，通过对545-H变速器壳体零件图的分析及结构形式的了解，从而对变速器副箱进行工艺分析、工艺说明及加工过程的技术要求和精度分析。而后对变速器箱体的轴承孔、平面加工进行夹具设计与精度和误差分析，制定出相关工艺路线，及相关刀具切削用量的确定。该工艺与夹具设计结果能应用于生产要求。 关键词：变速器 加工工艺 定位 夹具设计1 引言箱体是机器和部件的基础零件,由它将机器和部件中许多零件连接成一个整体,并使之保持正确的相互位置,彼此能协调地运动.常见的箱体零件有:各种形式的机床主轴箱.减速箱和变速箱等汽车作为一种商品，在驾驶室里首先触摸的就是变速操纵杆，变速器性能好坏直接影响使用者对整车的评价。而变速器壳和离合器壳（简称“两壳”）是变速器的基础零件，它把齿轮传动部件、差速器总成以及换档机构接合成一个整体，两壳的加工质量对变速器总成的寿命、噪音、换档轻便灵活性等重要性能指标起决定作用。 副箱主要用于农用车、工程车以及重卡，副箱作用主要是爬坡时加大扭矩。为了使齿轮很好的装入副箱壳体，需要达到一定的尺寸及形位公差要求。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度，加工操作，安全生产，技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种，上质量，上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。 在实际生产中，由于零件的生产类型、材料、结构、形状、尺寸和技术要求等不同，针对某一零件，往往不是单独在一种机床上，用某一种加工方法就能完成的，而是要经过一定的工艺过程才能完成其加工。因此，不仅要根据零件的具体要求，结合现场的具体条件，对零件的各组成表面选择合适的加工方法，还要合理地安排加工顺序，逐步地把零件加工出来。在整个加工构成中，夹具不仅仅是为了夹紧、固定被加工零件，设计合理的夹具，还要求保证加工零件的位置精度、提高加工生产率。各种专用夹具的设计质量，将直接影响被加工零件的精度要求，在机械加工工艺过程中起到重要的作用。2 变速箱副箱加工工艺2.1箱体的结构特点、材料、毛坯及热处理2.1.1箱体的结构特点1）形状复杂 其复杂程度取决于安装在箱体上的零件的数量及在空间的相互位置,为确保零件的载荷与作用力,尽量缩小体积.有时为了减少机械加工量或减轻零件的重量,而又要保证足够的刚度,常在铸造时减小壁的厚度,再在必要的地方加筋板.凸台.凸边等结构来满足工艺与力的要求.2）精度要求有若干个尺寸精度和相互位置精度要求很高的平面和孔，这些平面和孔的加工质量将直接影响机器的装配精度，使用性能和使用寿命。3）有许多紧固螺钉定位箱孔这些孔虽然没有什么特殊要求，但由于分布在大型零件上，有时给加工带来很大的困难。由于箱体有以上特点，故机械加工劳动量相当大，困难也相当大，例如变速箱体在镗孔时，需要达到一定的位置度，否则会造成装配困难。即使装配上工作时也会产生很大的噪音，影响寿命。2.1.2箱体的材料、毛坯及热处理1）毛坯种类的确定常用毛坯种类有：铸件、锻件、焊件、冲压件。各种型材和工程塑料件等。在确定毛坯时，一般要综合考虑以下几个因素：a 依据零件的材料及机械性能要求确定毛坯。例如，零件材料为铸铁，须用铸造毛坯；强度要求高而形状不太复杂的钢制品零件一般采用锻件。b 依据零件的结构形状和外形尺寸确定毛坯。c 依据生产类型确定毛坯。大批大量生产中，应选用制造精度与生产率都比较高的毛坯制造方法。d 确定毛坯时既要考虑毛坯车间现有生产能力，又要充分注意采用新工艺、新技术、新材料的可能性。e 考虑生产批量。综合考虑各种因素保证最大经济效益，此变速器副箱为多种变速器配套，其结构，性状较为复杂，是大批量的生产，545-H为支承件，力学性能要求不高，所以材料为HT200用铸造成型。2）毛坯的形状及尺寸的确定毛坯的形状尽可能与零件相适应，并且考虑到加工艺的实现的可能性。在确定，毛坯的形状时，为了方便加工，要考虑下列问题：a 为了装夹稳定、加工方便，对于形状不易装夹稳固或不易加工的零件要考虑增加工艺搭子。b 为了提高机械加工的生产率，可以采用较先进的铸造方法。c 有些形状比较特殊，单纯加工比较困难的零件可以考虑将两个甚至数个合制成一个毛坯。例如连杆与连杆盖在一起模锻，待加工到一定程度再切割分开。在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题，又要保证零件的使用性能。3）铸造技术要求毛坯未进入机械加工车间之前，为消除毛坯的内应力，对毛坯应进行人工实效处理，对某些大型的毛坯和易变形的零件粗加工后要再进行时效处理。毛坯铸造时，应防止沙眼、气孔、缩孔、非金属夹杂物等缺陷出现。特别是主要加工面要求更高。重要的箱体毛坯还应该达到规定的化学成分和机械性能要求。2.2变速器副箱壳体加工工艺过程及分析2.2.1变速器副箱壳体的主要技术要求农用机械，工程车变速器要求不高，545-H 采用的是HT200。主要加工部位有：轴承支承孔、结合面、端面、上平面、螺栓孔、螺纹孔等。对这些加工部位的技术要求有:1) 主副箱结合面与外端面必须平行，其误差一超过0.1；2) 副箱上端面与外端面垂直，其误差不超过0.1；3) 主副箱结合面一侧轴承支承孔在处于最大实体尺寸时相对B-C基准，其误差为零。垂直A面误差不超过0.08；4) 主副箱连接孔位置度要求相对B,F为0.3，上端面螺纹孔相对于基准G 位置度公差为0.05和0.3； 5) 箱体的侧面安装螺栓孔，保证位置精度相对于G与A为0.2；6) 外端面平面度0.02，轴承孔支承端面粗糙度为Ra3.2；7) 铸件人工时效处理； 8) 零件材料HT200。图2.1 副箱545H零件图图2.2 副箱545-H三维模型2.2.2变速器副箱壳体的机械加工工艺分析1）主要孔装轴承支承孔2120，2382）主要平面主副箱结合面，上平面，支承孔的端面等。3）其他加工其他主要连接孔、螺孔以及一些特别的凸台面等。轴承支承孔通常在镗床上镗削；加工连接孔、螺孔、在钻床上进行，主要平面通常在摇臂钻床，对于要求精度高的螺孔以及定位销在数控机床中加工，支承孔端面可以在镗孔同一次安装中加工出来。箱体的机械加工过程取决于精度要求、批量大小、结构特点、尺寸重量、大小等因素。此处还应考虑车间的条件，中间有无热处理工序。2.2.3副箱加工的工艺路线拟定工艺路线是制定工艺过程的关键性的一步。在拟定时应充分调查研究，多提几个方案，加以分析比较确定一个最合理方案。拟定工艺路线要考虑解决以下几个问题：1）加工方法的选择在选择各表面的加工方法时，要综合考虑以下因素a 要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。b 根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工，在 小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。c 要考虑被加工材料的性质，例如，淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。d 要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法,再选择前面各工序的加工方法。2) 加工阶段的划分零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：a 粗加工阶段粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为IT11IT12。b 半精加工阶段半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为IT9IT10。c 精加工阶段精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求。另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度精加工的加工精度一般为IT6IT7。d 光整加工阶段) 工序的集中与分散制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。a 工序集中的特点工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。b 工序分散的特点工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。副箱545-H的工艺过程工序号工序名称工 序 内 容工艺装备1铸造2清砂清除浇注系统，冒孔，型砂，飞边，飞刺等3热处理人工时效处理4涂漆非加工面涂防锈漆5粗铣、半精铣以轴承支承孔2116mm，34mm为定位基准，（固定锥销，浮动锥销定位，工装1），铣上平面C，保证尺寸820.1mm。钻上平面26mm（定位销孔），钻，攻2M10mm。数控立式加工中心6粗铣、半精铣以已加工的上平面C及两定位销孔23mm定位，以螺栓2M10夹紧（专用工装2），铣两端面，保证专用铣床6粗镗、半精镗以工装2定位夹紧，镗副一轴两个轴承孔，保证116，镗副箱二轴轴承孔34，保证120,38.专用镗床7粗铣、半精铣以工装2定位夹紧，铣台阶面，保证130，100，80.卧式铣床8钻，绞以工装2定位夹紧,钻，绞312孔卧式加工中心9钻以12定位孔两销定的盖板钻，钻模板孔813.摇臂钻床10钻，攻丝以38作为定位销，和上端面定位的钻模板，钻,钻69，攻丝，6M 10摇臂钻床11钻，攻丝以轴承支承孔2120mm，38mm为定位基准，（固定锥销，浮动锥销定位，工装1），钻29，攻丝2M 10，钻12.5（深18），攻丝M14.数控立式加工中心12钻，攻丝钻，攻丝放油孔摇臂钻床13锪孔锪各孔14检验检查各部尺寸及精度2.3 主要表面的加工2.3.1箱体的平面加工箱体平面的粗加工和半精加工常选择刨削和铣削加工。刨削箱体平面的主要特点是：刀具结构简单；机床调整方便；在龙门刨床上可以用几个刀架，在一次安装工件中，同时加工几个表面，于是，经济地保证了这些表面的位置精度。箱体平面铣削加工的生产率比刨削高。在成批生产中，常采用铣削加工。当批量较大时，常在多轴龙门铣床上用几把铣刀同时加工几个平面，即保证了平面间的位置精度，又提高了生产率。2.3.2主轴孔的加工由于主轴孔的精度比其它轴孔精度高，表面粗糙度值比其它轴孔小，故应在其它轴孔加工后再单独进行主轴孔的精加工（或光整加工）。上述主轴孔精加工方案中的最终工序所使用的刀具都具有径向“浮动”性质，这对提高孔的尺寸精度、减小表面粗糙度值是有利的，但不能提高孔的位置精度。孔的位置精度应由前一工序（或工步）予以保证。从工艺要求上，精镗和半精镗应在不同的设备上进行。若设备条件不足，也应在半精镗之后，把被夹紧的工件松开，以便使夹紧压力或内应力造成的工件变形在精镗工序中得以纠正。2.3.3孔系加工箱体的孔系，是有位置精度要求的各轴承孔的总和，其中有平行孔系和同轴孔系两类。副箱两端轴承支承孔120，38各自有同轴要求，相互之间又要有平行度要求。平行孔系主要技术要求是各平行孔中心线之间以及孔中心线与基准面之间的尺寸精度和平行精度根据生产类型的不同，可以在普通镗床上或专用镗床上加工。单件小批生产箱体时，为保证孔距精度主要采用划线法。为了提高划线找正的精度，可采用试切法，虽然精度有所提高，但由于划线、试切、测量都要消耗较多的时间，所以生产率仍很低。坐标法加工孔系，许多工厂在单件小批生产中也广泛采用，特别是在普通镗床上加装较精密的测量装置（如数显等）后，可以较大地提高其坐标位移精度。2.4 定位基准的选择在制定工艺过程时，选择定位基准的主要目的是为了保证加工表面的位置精度。因此选择定位基准的总原则应该是从有较高位置精度要求的表面中进行选择。定位基准的选择包括粗基准和精基准的选择。2.4.1粗基准的选择选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合图纸要求。粗基准选择的原则是：1) 选择应加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。2) 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。3) 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。4) 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。5) 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。箱体粗基准选择要求：在保证各加工表面均有加工余量的前提下，使主要孔加工余量均匀；装入箱体内的旋转零件应与箱体内壁有足够间隙；此外还应保证定位、夹紧可靠。为了满足上述要求，一般选箱体的主要孔的毛坯孔作为粗基准。副箱545-H以两端轴承支承孔定位，为粗基准。2.4.2精基准的选择精基准选择的原则是：互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。自基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。基准统一原则。应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作，工基准选择上端面，其已被加工，达到一定的平面度，故可作为精基准。选上端面为精基准可同时满足加工两端面，及其上的孔，由与基准的统一，满足外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度要求。切削用量的选择(查机械加工工艺手册) 加工对象加工方法工步骤刀 具切削深度切削速度(m/s)进给量(mm/r)(mm/z)走刀长度（mm）备注副箱上平面粗铣1直柄立铣刀W18Cr4V1.50.240.41554.4-14半精铣2直柄立铣刀W18Cr4V0.50.410.08155上端面螺纹孔钻1直柄麻花钻161.30.25182.4-39攻丝2丝锥140.0951.01624-58上端面定位孔钻削加工1直柄麻花钻81.210.22102.4-39外端面和结合面粗铣1镶齿三面刃铣刀1.50.120.82602.4-73半精铣1镶齿三面刃铣刀0.50.300.25260两端面轴承支承孔粗镗1镗刀1.50.20.4242.4-66半精膛2镗刀0.50.30.25242.4-66台阶面粗铣1圆柱铣刀YG61.50.240.42602.4-84半精铣2圆柱铣刀YG60.50.410.08200结合面定位销孔、钻削加工1直柄立铣刀W18Cr4V180.370.43202.4-38 2.4-41铰孔（两工艺用）2机用铰刀1801515202.4-58 2.4-59结合面孔钻削加工1直柄麻花钻200.360.45222.4-38 2.4-41外端面各孔，螺孔钻削加工1直柄麻花钻200.200.4222.4-38 2.4-41功丝2丝锥100.0951.0122.4-105放油孔钻削加工1直柄麻花钻300.350.61302.4-38 2.4-41功丝2丝锥220.22222.4-105上端面螺纹孔钻削加工1直柄麻花钻161.30.25182.4-39功丝2丝锥140.0951.01624-58孔倒角锪孔1锪刀10.410.212.4-673夹具设计设计任务：设计在成批生产条件下,在统一基准下加工两端面及其上各孔. 图3.1 副箱毛坯图3.1 设计任务分析1) 保证上端面与两端面垂直度要求；2) 保证两端面平行度要求；3) 保证两侧轴承孔的同轴度以及主副轴承孔平行度的要求；4) 以上端面以及两销定位，加工上述表面及孔能在同一个夹具上装夹，保准的统一。3.2 计及操作的简要说明在设计夹具时，为降低成本，可选用手动螺钉夹紧，通过扳手上紧螺钉。由于本工序是粗加工，切削力比较大，为夹紧工件，势必要求工人在夹紧工件时更加吃力，增加了劳动强度，因此应设法降低切削力。可以采取的措施是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力。加工两端面及镗孔时在专用机床上，采取两侧同时加工，一方面提高了加工效率，另一方面减低了夹紧箱体所需的力。夹具上装有对刀块，可使夹具在零件的加工之前很好地对刀（与塞尺配合）图3.2 夹具装配图三维模型3.3 夹具的公差3.3.1制订夹具公差的基本原则和方法1）满足误差不等式并有精度储备的的原则零件加工中受工艺系统各种误差因素的影响而使加工尺寸产生一定的误差，设除夹具本身之外工艺系统其他各误差环节所造成的总和，同时考虑到要维持夹具的使用精度，在寿命期内应留出允许的磨损公差为m.因此，夹具的制造误差应当保证被加工工件的尺寸误差在考虑上述两项误差之后。仍在允许的尺寸公差范围之内于是就有不等式图3.3 夹具装配图2）基本尺寸按工件相应尺寸的平均值标注并采用双向对称偏差的原则。为了便于尺寸计算和误差分析，并尽可能避免计算中的错误，凡是夹具上与被加工主件尺寸相应的尺寸，其基本尺寸均应按工件尺寸的平均尺寸标注，其公差取工件尺寸公差的1/21/5标注。3.3.2与加工要求没有直接关系的加具尺寸公差的制订与加工要求无直接关系的尺寸是指不直接与零件加工尺寸相对应的夹具尺寸。他们的尺寸公差无法从工件上相对应的尺寸来确定。但他们的公差也并非对加工精度没有影响。属于这种夹具公差的多为夹具内部结构配合尺寸公差，如定位元件与夹具体、可换钻套与衬套、导向套与刀具、铰链连接的轴与孔、夹具机构上各零件的配合尺寸公差等。这类尺寸公差主要是根据零件的功用和装配要求，直接根据国家标准规定的公差配合来选用的。 3.4定位销尺寸确定与高度计算3.4.1定位销尺寸的确定以一面两销（一圆柱销和一削边销及一平面支承）实现定位。图3.4 夹具体1) 确定定位销中心距及尺寸公差（如图2-3）取 L=244.7故销间距为2）查机床夹具手册，定位销配合尺寸 ，取3) 按表2-1-2(机床夹具设计手册)选削边销的b及B之值取 ；B=d-0.5=5.5 4）确定削边销的直径尺寸及公差销孔公差配合 所以销边销尺寸为 3.4.2定位销高度的计算确定定位销高度时，要注意防止卡住现象，当安装比较笨重的工件时，不太可能将工件托平后同时装入定位销，而是将工件一边支在夹具支承面上，逐渐套入两销。这时，如定位销高度选择不当，将使工件卡在定位销边缘上而装不进去。避免产生卡住的最大高度，为了装卸工件方便，可使削边销低于圆柱销2, 圆柱销高与定位支承钉4。圆柱销16,削边销14。结 论变速箱箱体加工，定位是首要解决的问题，是极其重要的一个环节，而一面两销定位是最常用的一种定位方式，应合理应用，因此在考虑零件在夹具中的定位方案时既要遵守“基准重合、基准统一”原则，又要考虑六点定位原则，既要防止过定位，又要防止产生欠定位等现象，从而确保工件在夹具中正确定位。采用同一夹具，加工箱体上多道工序，选择同一夹具加工箱体时，由于加工基准不变，能够减少因为基准的变化而引起的误差，更好的保证箱体的尺寸及形位公差的要求；加工箱体两端面及镗两侧轴承支撑孔，减少了装夹夹紧力，保证加工要求，又能提高加工效率。致 谢 本毕业设计是在指导老师李兵指导下完成的，在我即将完成毕业设计之际，衷心感谢老师指导以及在生活上给予的关心和帮助。在此毕业设计完成之际，瑾向李老师表示最衷心的感谢，并致以崇高的敬意！ 在课题的研究和设计过程中，得到了师兄的无私帮助，在此对他们表示衷心的感谢。在设计工作中，得到了工学院有关领导和老师的帮助与支持，在此表示衷心的感谢。 参 考 文 献1燕山大学等编，机床夹具设计手册，上海科学技术出版社2李洪主编，机械加工工艺手册，北京出版社3梁炳文主编，机械加工工艺与窍门精选，机械工业出版社4周增文 张亮蜂等编著，机械加工工艺基础，中南大学出版社5王绍俊主编，机械制造工艺设计手册，哈尔滨工业大学出版社6王生力主编，重型机械制造工艺学，冶金工业出版社1986年7李庆寿主编，机床夹具设计，机械工业出版社19848床夹具设计中的一面二销定位，刘丽娟(云南省玉溪工业财贸学校6531009铣变速箱两端面夹具，