汽车变速器体的工艺及夹具设计

汽车变速器体的工艺及夹具设计 摘 要 本课题主要是对汽车变速器的机械加工工艺规程的设计以及工艺装备的设计（年产量为5000件），为企业解决实际的问题。本课题的设计综合运用了我们所学的机械制图、机械设计基础、机床概论、机械制造工艺学、机床夹具设计等专业理论知识，通过设计提高我的基础理论和查阅各种资料的综合分析的能力，使我得到一次运用所学知识的综合训练。 关键词: 变速器，加工工艺，工艺装备目 录第1章 零件的分析41.1零件的结构、形状、技术要求41.2零件的加工方法选择 51.3零件的加工方案选择 61.4确定切削用量及基本工时71.5机械加工工艺过程卡 71.6机械加工工序卡 9第2章 钻床夹具的设计102.1问题的提出 10 2.2 夹具设计 10 2.3 组合车床夹具的结构设计 11 2.3.1定位元件的选用 11 2.3.2夹紧元件的选择 112.3.3夹具体的设计 122.3.4支架的设计 122.4 组合车床夹具设计及操作的简要说明13第3章 铣床夹具的设计143.1立式铣床夹具的设计143.1.1问题的提出143.1.2定位基准的选择 14 3.1.3夹具的结构设计 143.1.4定位元件的选择及要求143.1.5夹紧元件的选择 153.1.6夹具体的设计 152.3.5夹紧方案的设计 152.3.6夹紧元件结构 162.3.7夹具与工作台的联结方式163.2夹具设计及操作的简要说明 16结论 17致谢 18参考文献 19第1章 零件的分析1.1 零件的作用题目所给定的零件是汽车上面的变速器体，该变速器体用于放置变速器，起固定和防止撞击破坏引起不必要的麻烦 。1.2 零件的工艺分析1.2.1 零件的结构，形状，技术要求。 零件的结构如图（1-1）所示： 1-1 零件结构图该零件的上表面至下表面为290,上下表面的粗糙度为1.6.A） 该零件直径75 孔的端面距离为366,粗糙度为3.2。B） 该零件直径75孔的精度等级为6级,采用基轴制,粗糙度为0.8,相对于底面的平行度为0.05,其轴线距底面为205公差为0.1C） 上表面上的六个直径为8.5孔的表面粗糙度为1.6零件的技术要求：1该变速器体的材料为HT20-40，2为未注铸造圆角R3-5，3铸件不允许有夹渣、裂纹、气孔等缺陷。1.3 零件的加工方法选择表1-1零件的加工方法选择加工面加工方法设备刀具定位夹紧上表面A铣立铣X62 40端面铣刀以底面B定位, 在底面与空腔上夹紧下表面B铣立铣X62 40端面铣刀以顶面A定位, 在119*119 长方体的上面与空腔上夹紧直径75的孔钻钻床钻头，以工件的B面定位,在加上工件左侧一点及E面两点. 在底面与空腔上夹紧两侧面铣立铣X62 50立式铣刀以A面定位. 在零件上表面上夹紧.钻A面上孔钻,铰组合机床 8.5麻花钻头以B面定位加上75的两端定位及夹紧. 在零件左侧上夹紧镗75孔镗镗床镗刀以工件的B面定位,在加上工件左侧一点及E面两点. 在底面与空腔上夹紧1.2.3 零件的加工方案的选择表1-2 零件的加工方案的选择序号工序名称工序内容设备及工艺装备说 明1铸2热处理3粗铣底面立铣X62, 40端面铣刀以顶面A定位在119*119 长方体的上面与空腔上夹紧4 铣铣A面约3至4mm立铣X62 40端面铣刀以底面B定位, 在底面与空腔上夹紧5精铣铣B面至A面为267立铣X62, 40端面铣刀以顶面A定位在119*119 长方体的上面与空腔上夹紧6铣 铣侧面立铣X62, 50立式铣刀以A面定位加上75的两端定位. 在零件左侧上夹紧.7 铣铣C面约2至3mm40的端面铣刀以工件的B面定位,在加上工件左侧一点及E面两点.在工件A面上加紧8 铣铣D面至C面为36640的端面铣刀以工件的B面定位,在加上工件右侧一点及E面两点.在工件A面上加紧9 镗镗75的孔以工件的B面定位,在加上工件左侧一点及E面两点. 10 钻钻A面上孔 8.5麻花钻头,立式钻床以B面定位加上75的两端定位及夹紧. 在零件左侧上夹紧11 热处理12 去毛刺13 检验1.4 确定切削用量及基本工时1.4.1 工序5：铣B面。本工序采用计算法确定切削用量。a、加工条件 工件材料:HT200铸造b、加工要求 精铣B面，表面粗糙度为1.6c、机床：X62立式铣床.d、刀具：刀片材料硬质合金 40端面铣刀.1.4.2 计算切削用量（1）粗铣B面,在长度方向上的余量为20.a、已知毛坯长度方向的加工余量为10+1.5-1.7mm,一次加工ap=2mm计长度加工公差按IT12级，取-0.46mm（入体方向）。 b、进给量 f根据切削用量简明手册（第三版）（以下简称切削手册，当ap3mm以及工件直径为80mm时 f=12mm/r按说明书见切削手册取 F=1.5mm/rC、计算切削速度 按切削手册表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T=60 min） Vc=CvKv/Tmapxvfyv(m/min) 其中Cv=242, Xv=0.15, yv=0.35, m=0.2。修正系数Kv 见切削手册表1.28即 Kmv=1.44, Ksv=0.8, Kkv=1.04, Kkrv=0.81, KBv=0.97。所以 Vc=2421.440.81.040.810.97/800.220.151.50.35 = 102.6(m/min) d、 确定机床主轴转速 ns=1000vc/dw=1000102.6/65=523(r/min) 按机床说明书（见工艺手册表4.2-8），与523r/min相近的机床转速为480r/min及600r/min。现取nw=600r/min如果选nw=480r/min，则速度损失太大。所以实际切削速度为vc=122m/min1.4.3 钻孔8.5mm根据有关资料介绍，利用钻头进行铰钻时，其进给量与切削速度与钻同样尺寸的实心孔时的进给量与切削速度的关系为： f=(1.21.8)f钻 v=(1/21/3)v钻 式中f钻，v钻加工实心孔时的切削用量。 现已知：f钻=0.56mm/r (切削手册表2-7)v钻=19.25m/min (切削手册表2.13)并令 f=1.35 f钻=0.76mm/r 按机床选取f=0.76mm/r v=0.4 v钻=7.7m/minns=1000/D=10007.7/12=204r/min 按机床选取nw=200r/min 所以实际切削速度v=12200/1000=75m/min第2章 钻床夹具的设计为提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度， 设计专用夹具。经过老师的指导与协商，决定设计第12道工序，它们分别是钻六个8.5的孔其中两个用钻铰复合刀加工到8.5H7。2.1. 钻26与40的孔夹具的设计 本夹具将用于组合机床，刀具为8.5的麻花钻头和钻铰复合刀。2.1 问题的提出 本夹具主要用钻直径8.5孔，这个孔为通空，采用基空制,精度等级为6级.2.2 夹具设计 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，甚至造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。 基准的选择：对于该工序而言,采用B面为定位基准。设计基准应该是变速器体顶面作为主要定位面，限制工件的3个自由度，为保证工件上两轴承孔的加工余量均匀，用该两个毛呸孔定位基准，限制2个自由度，又为了保证工件上两轴承孔处壁厚一致，用两毛呸面177.5mm作定位基准，在自动定心的卡爪2上定位，限制最后一个自由度。因为该夹具用于加工批量大的场合，加工要求相对来说比较高，因此，决定采用气动夹紧。 定位方案和夹紧如图（2-1）所示：图2-1定位方案和夹紧2.3 夹具的结构设计2.3.1 定位元件的选用本夹具的定位面为夹具体上的底面，固定定位销为短心轴,活动定位销为螺柱式,采用螺母进行锁紧与拆卸.定位面是平面。材料为45Cr优质炭素结构钢，支撑钉与工件定位基面的接触的表面，尺寸精度不低于IT8，定位元件-支撑钉的工作表面粗糙度大于Ra1.6微米，选用Ra0.8或Ra0.4，采用调整法和修配法提高装配精度，保证支撑钉在同一个平面上。定位心轴的材料选用45钢，心轴外圆柱表面与工件定位面配合的表面，尺寸精度不低于IT8，选用IT7或IT6制造，并经过调质处理，提高表面硬度和耐磨性。硬度HRC5562。该心轴为刚性心轴的结构形式。是间隙配合的心轴，多用于定心精度不高生产批量不大的场合，要求水泵叶轮以孔和端面组合定位。2.3.2 夹紧元件的选择本夹紧方案采用夹紧螺母、垫圈与心轴联结夹紧，通过于心轴的联结把水泵叶轮固定到夹具上，心轴的具体形状尺寸等见图纸车夹具中心轴。当工件加工完毕后，松开螺母，卸下工件。再装上下一个工件，夹紧后即可加工下底面。由于采用手动夹紧，也只能用与中小批生产的场合。2.3.3 夹具体的设计夹具体是与车床联结的元件，本车床夹具体材料为HT20-40，盘形类零件，夹具体为铸件。2.3.4 支架的设计该支架是用来固定定位元件用的，材料为：HT100，支架采用铸件。2.3.5 夹紧方案的设计加工前，水泵叶轮在夹具上获得正确的位置后，还必须在夹具上设置夹紧机构，将水泵叶轮夹紧，以保证水泵叶轮在切削力、离心力等外力作用下仍然保持定位时所占据的位置不变。 a)夹紧力的方向：夹紧力的方向朝向工件的主要定位面，以保证水泵叶轮的定位精度。根据加工要求，在水泵叶轮的底面上车削，要保证孔与端面的垂直度和4mm的厚度，根据加工要求，以水泵叶轮底面的对面为主要定位面，夹紧力的方向应该朝向底面，这样能保证定位可靠，满足上述要求。 b)夹紧力的作用点：夹紧力的作用点应正对定位元件或落在定位元件的支撑范围内，以保证水泵叶轮的定位可靠。夹紧力的作用点应处在水泵叶轮刚性较好的部位，减小了夹紧变形。这种措施对刚性较差的水泵叶轮很重要，夹紧水泵叶轮时，若夹紧力作用在水泵叶轮的圆柱薄壁上，会使水泵叶轮产生较大的变形，所以夹紧力作用在刚性较好的凸台处，因为它的轴向刚度比径向刚度大。 c)夹紧力的大小：夹紧力的大小，对工件的定位可靠性，工件和夹具的变形，夹紧机构的复杂程度和传动装置的选择都有很大的影响。 夹紧力的大小涉及复杂的动态平衡问题，所以只能作粗略估算。计算时已主切削力为依据与夹紧力建立静平衡方程，解此方程来求夹紧力的大小。考虑到切削力大小在加工过程中受到工件材质不均匀、刀具磨损等因素影响，在考虑到工件在实际加工过程中还会受到惯性力3和来自工件自重等外力因素。所以对按静力平衡求得的夹紧力大小还必须乘以安全系数加以修正，作为实际所需要的夹紧了力数值。即：Fj=KFj0式中：Fj 为实际所需的夹紧力，单位：N;Fj0为理论上的夹紧力；K为安全系数，通常K=1.51.3。 Fj=12000(N)（计算略）2.3.6 夹紧元件结构本夹具夹紧元件采用夹紧螺母、垫圈与中心定位心轴夹紧。2.3.7 夹具与工作台的联结方式夹具是通过过渡盘固定在车床主轴上的，以此来确定夹具在机床上的位置。用4个M16的螺栓将夹具安装在车床主轴上。2.4 夹具设计及操作的简要说明 如前说述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。但由于是中大批生产，所以着眼于气动夹紧而不采用机动夹紧，因为这是提高工作效率的重要途径。本道工序的组合车床夹具就选用了气动夹紧的方式。本工序是钻顶面六个8.5孔,力较小，为了夹紧工件，避免了夹具结构过于庞大。目前采取的措施是：提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力。选择合理的夹紧机构，尽量增加夹紧力。结果，本夹具总的感觉还比较紧凑。 夹具的装配图以及零件图分别见图纸。第3章 铣床夹具的设计3.1 卧式铣床夹具的设计 经过与指导老师的协商，本夹具用在立式铣床上加工汽车变速器体的顶面。机床型号为X63力式铣床。刀具为50的端面铣刀。3.1.1问题的提出本夹具主要用来精铣变速器体的顶面,有一定的技术要求，要求相对于72H8的轴线的对称度为0.2，表面粗糙度为3.2。主要应考虑机械加工的精度，而提高劳动生产率，降低劳动强度为次要因素。3.1.2定位基准的选择精基准的选择主要应考虑基准重合问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。现设计计算如下：方案1，工件以底面及80+_ 0.05 mm外圆为定位基准，共限制了工件的五个自由度。a） 定位误差的分析 如图所示，工件以80+_ 0.05 mm外圆柱面在定位元件的80+0.07+0.01mm止口中定位，加工宽11mm的槽，求槽的对称度的定位误差。 （a）零件定位误差 叶轮工序图及定位元件简解 (a)分析：对称度的工序基准12H8的轴线与定位基准80+_ 0.05 mm的轴线不重合，B0。工件定位基准与止口定位基准（80+0.07+0.01mm）不重合，Y0。定位基准可以任意方向移动。 （b）计算： B=0.02mm（同轴度误差）。 Y=TD+Td+Xmin =0.03+0.10+0.02 =0.15mm D=Y+B=0.15+0.02=0.17mm 这种定位方式的定位误差太大，很难保证槽的对称度要求。其原因：一方面是定位基准与工序基准不重合，另一方面是定位基面的公差太大。解决以上问题的措施是：方案二：改用12H8孔定位，使B=0。同时，由于12H8孔的公差较小，Y也将缩小。 计算： 此时 B=0（同轴度误差）Y=Dmax-dmin=80.10-79.95=0.15mmD=Y+B=0.15+0=0.15mm方案三：提高定位基面的制造精度，缩小Y，如可将80+_ 0.05 mm提高到80+_ 0.02 mm，止口定位基面的直径改为80+0.04+0.07mm。经过计算比较，通过方案二的这种方式，能够满足槽的对称度要求。3.1.3夹具的结构设计夹具的总体结构为盘类形状。3.1.4定位元件的选择及要求：本夹具选用的定位元件是一个定位销和一个定位盘。定位销采用的短圆柱销，因为这种类型的销适用于直径在50mm以下的孔定位。限制了水泵叶轮两个自由度。用一个定位盘上的面限制水泵叶轮底面的三个自由度。定位盘的定位基面必须有足够的精度，因为工件的定位是通过定位副的接触实现的，定位盘的精度直接影响工件的定位精度，因此，该定位盘基面应有足够的精度，以适应水泵叶轮的加工要求。该定位盘应有足够刚度和强度，定位盘不仅限制工件的自由度，还有支撑工件，承受夹紧力和切削力的作用，所以应该有足够刚度和强度，以免使用中变形或破坏。定位盘的耐磨性好，水泵叶轮的装卸会磨损定位元件的定位基面，导致定位精度下降。定位盘的工艺性要好，定位盘的的结构应力求简单，合理，便于加工，装配和更换。定位盘的材料：HT20-40，3.1.5夹紧元件的选择本夹具夹紧元件，采用移动压板。3.1.6夹具体的设计夹具材料选用HT20-40，盘类结构。夹具体采用铸件。3.1.7夹紧方案的设计夹紧力的作用点在水泵叶轮定位基面的对面，落在定位盘的支承范围内，保证定位可靠，作用点处在水泵叶轮刚性较好的部位，减小了夹紧变形。夹紧力的方向：夹紧力的方向朝向水泵叶轮定位底面以保证水泵叶轮的定位精度。该夹紧力的方向有利于减小夹紧力，在工件上铣床上铣销，夹紧力因于铣销轴向力工件的重力同向，切削力、重力由夹具的固定支承承受。切削扭矩由夹紧力所产生的摩擦力矩平衡，轴向力和重力所产生的摩擦力矩有利于减小所需夹紧力。故所需夹紧力可最小。夹紧力对工件定位的可靠性、工件和夹具的变形、夹紧机构的复杂程度和传动装置的选择有很大的影响。夹紧力的大小计算涉及到复杂的动力平衡问题，这里只作粗略的估算。 FJ=KFJ0=1.5600=900N1. 夹紧元件的结构：在夹紧机构中多数是以斜锲夹紧机构、螺旋夹紧机构以及偏心夹紧机构为基础构成的，这三种夹紧机构合称为基本夹紧机构。本夹紧机构采用螺旋夹紧机构，它的结构形式变化最多，选用典型的移动压板，它的结构紧凑，使用方便。2. 夹具与工作台安装联结方式：本铣夹具通过定位键与铣床工作台T形槽的配合来确定夹具在机床上的位置。定位键采用沉头螺钉固定在夹具体底面的纵向槽中，使用两个，两定位键的距离较远，定位精度较好。定位键与夹具体的配合为H7/h6。为提高夹具安装精度，定位键的下部（与工作台T形槽配合部分）可留有余量进行修配，或者在安装夹具时使定位键一侧与工作台T形槽靠紧，以小轴间隙的影响。 铣床夹具的夹具体设计有耳座，并通过四个M16的螺栓将夹具紧固在机床的工作台T形中，耳座的间距与T形槽的间距一致。 3.2 夹具设计及操作的简要说明本夹具用在卧式铣床上加工变速器体的上表面.工件以底面,侧面,后面定位，在孔72的地方用快速螺旋夹紧机构夹紧，旋转手柄，通过杠杆联动压板同时夹紧工件。当加工完毕后，扳手顺时针转动，使工件与夹具体之间松开。及可换另一零件加工.分度盘下端沿圆周方向分布有四条长度为1/4周长的斜槽。然后逆时针转动分度盘，在斜槽面的推压下是对定销逐渐退入夹具体的衬套中，当分度盘转过90度位置时，对定销依靠弹簧弹出，落入第二条斜槽中，再反靠分度盘使对定销与槽壁贴紧，用扳手把分度盘拉紧在夹具体上，即可加工另一条槽。由于分度盘上的四条槽为单向升降，因此分度盘也只能单向旋转分度。该夹具结构简单，操作方便。但分度精度受到分度盘的四条斜槽制造精度的影响，故适用于加工要求精度不高的情况下。另外采用铸铁定位盘，也只能用于加工批量不大的场合。铣床夹具的装配图及夹具主要零件图分别见图纸结 论 通过将近2个月的设计研究，整个设计工作已经完成。本人设计了一套车夹具和一套铣夹具。其设计本方案与实际生产相吻