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变速箱
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变速箱箱体工艺及钻孔夹具设计,变速箱,箱体,工艺,钻孔,夹具,设计
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变速箱箱体工艺及钻孔夹具设计目录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 组合机床的发展史11.2 组合机床的国内外发展状况11.3 组合机床的分类和组成21.4 组合机床的特点31.5 本课题研究的内容及意义31.6 组合机床设计步骤41.6.1 调查研究41.6.2拟定方案41.6.3工作图设计42组合机床总体设计42.1组合机床工艺方案42.1.1被加工零件特点42.1.2定位基准的选择52.1.3组合机床配置形式52.2选择刀具和切削用量52.3切削力、切削扭矩、切削功率的确定62.4组合机床总体分析三图一卡62.4.1被加工零件工序图62.4.2加工示意图72.4.3组合机床联系尺寸图102.4.4生产率计算卡133组合机床多轴箱设计143.1多轴箱的组成及表示方法143.1.1多轴箱的组成143.1.2多轴箱总图绘制方法特点143.2多轴箱通用零件143.2.1通用箱体类零件153.2.2通用主轴、齿轮和套153.3多轴箱的原始数据的计算153.3.1被加工的零件的特点153.3.2箱体尺寸的确定153.3.3钻孔切削参数的确定163.3.4钻孔的切削力，切削转矩和切削功率等动力参数计算173.3.5多轴箱所需动力计算173.3.6轴的初步选定173.4多轴箱传动方案设计183.4.1多轴箱传动系统的一般要求183.4.2主轴分布类型及传动方案183.5传动件的设计计算193.5.1传动方案图分析193.5.2齿轮的设计计算193.5.3齿轮的校核193.6.2验算中心距误差214结论22参考文献24IV摘 要 本设计是汽车变速箱箱体零件的加工工艺规程及钻孔专用夹具设计。汽车变速箱箱体零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。基准选择以变速箱箱体的底面作为粗基准，以轴孔作为精基准。主要加工工序安排是先以支承孔系定位加工出底平面，再以顶平面与支承孔系定位加工出工艺孔。整个加工过程均选用组合机床。本设计为7个M10孔的组合钻床夹具设计，并包含组合机床的三图一卡设计。选用专用夹具，夹紧方式多选用气动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。因此生产效率较高。适用于大批量、流水线上加工。能够满足设计要求。关键词： 组合机床；加工工艺；专用夹具ABSTRACT This design is the processing technology specification and drilling fixture design of the gearbox parts. The main machining surface of gearbox parts is plane and hole system. Generally speaking, it is easier to ensure the machining accuracy of plane than that of hole system. Therefore, this design follows the principle of face first and hole second. The machining of hole and plane can be divided into rough machining and finish machining to ensure the machining accuracy of hole system. The bottom surface of the gearbox is selected as the coarse datum and the shaft hole as the fine datum. The main processing procedure is to process the bottom plane by positioning the supporting hole system, and then process the process hole by positioning the top plane and the supporting hole system.Combined machine tools are used in the whole process. This design is the fixture design of 7 M10 holes combined drilling machine, and includes the three diagrams and one card design of the combined machine. The special clamp is selected, and the pneumatic clamp is selected for the clamping mode. The clamp is reliable and the mechanism does not need to be self-locking. Therefore, the production efficiency is high. It is suitable for mass production and assembly line processing. It can meet the design requirements.Key words: Modular machine tool; processing technology; special fixtureIII1 汽车变速箱加工工艺规程设计1.1零件的分析1.1.1零件的作用题目给出的零件是汽车变速箱箱体。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。因此汽车变速箱箱体零件的加工质量，不但直接影响汽车变速箱的装配精度和运动精度，而且还会影响汽车的工作精度、使用性能和寿命。汽车变速箱主要是实现汽车的变速，改变汽车的运动速度。汽车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。1.1.2零件的工艺分析由汽车变速箱箱体零件图可知。汽车变速箱箱体是一个簿壁壳体零件，它的外表面上有五个平面需要进行加工。支承孔系在前后端面上。此外各表面上还需加工一系列螺纹孔。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：（1）、以顶面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：顶面的铣削加工；的螺孔加工。其中顶面有表面粗糙度要求为，8个螺孔均有位置度要求为。（2）、以80mm、62mm、72mm的支承孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：一个80mm一个62mm和2个72mm的孔；4个孔轴线相垂直的前后端面；前后端面上的过孔、螺孔。（3）、以两侧面为主要加工平面的加工面。1.2 箱体加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施由以上分析可知。该箱体零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于变速箱箱体来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。由于汽车变速箱的生产量很大。怎样满足生产率要求也是变速箱加工过程中的主要考虑因素。1.2.1孔和平面的加工顺序箱体类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工箱体上的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。变速箱箱体的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。变速箱箱体零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。1.2.2孔系加工方案选择变速箱箱体孔系加工方案，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格最底的机床。根据汽车变速箱箱体零件图所示的变速箱箱体的精度要求和生产率要求，当前应选用在组合机床上钻孔较为适宜。1.3变速箱箱体加工定位基准的选择1.3.1粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）、保证各重要支承孔的加工余量均匀；（2）、保证装入箱体的零件与箱壁有一定的间隙。为了满足上述要求，应选择变速箱的主要支承孔作为主要基准。即以变速箱箱体的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此，以后再用精基准定位加工主要支承孔时，孔加工余量一定是均匀的。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。1.3.2精基准的选择从保证箱体孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证变速箱箱体在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从变速箱箱体零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是变速箱箱体的装配基准，但因为它与变速箱箱体的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。1.4变速箱箱体加工主要工序安排对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。变速箱箱体加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于顶平面加工完成后一直到变速箱箱体加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。因此，顶面上的螺孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺纹底孔在多轴组合钻床上钻出，因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。对于变速箱箱体，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在的含0.4%1.1%苏打及0.25%0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。根据以上分析过程，现将汽车变速箱箱体加工工艺路线确定如下：工序1：粗、精铣顶面。工序2：钻顶面孔。以两个支承孔和前端面为基准。选用专用组合钻床和专用夹具。工序3：粗铣前后端面。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合铣床和专用夹具。工序4：粗铣两侧面及凸台。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合铣床和专用夹具。工序5：粗钻前后端面孔。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合镗床和专用夹具。工序6：半精铣前后端面。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合铣床和专用夹具。工序7：钻齿轮轴孔，钻前后端面上孔。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合钻床和专用夹具。工序8：铣齿轮轴孔内端面，钻加油孔。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合铣床和专用夹具。工序9：精镗支承孔。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合镗床和专用夹具。工序10：前后端面孔攻丝。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合攻丝机和专用夹具。工序11：顶面螺孔攻丝。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合攻丝机和专用夹具。工序12：精铣两侧面。以顶面和两工艺孔为基准。选用专用组合铣床和专用夹具。工序13：精铣前后端面。以两个支承孔和一个工艺孔为基准。选用专用组合铣床和专用夹具。工序14：清洗。选用清洗机清洗。工序15：终检。1.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“汽车变速箱箱体”零件材料采用灰铸铁制造。变速箱材料为HT200，硬度为129192HBS，生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。（1）、顶面的加工余量。（根据工序要求，顶面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：参照机械加工工艺手册第1卷表3.2-23。其余量值规定为，现取。表3.2-27粗铣平面时厚度偏差取。精铣：参照机械加工工艺手册表2.3-59，其余量值规定为。（2）、80、62、72轴承孔毛坯为实心，不冲孔。两孔精度要求为IT8，表面粗糙度要求为。（3）、顶面8螺孔毛坯为实心，不冲孔。参照机械加工工艺手册表2.3-71，现确定其工序尺寸及加工余量为：钻孔： 攻丝： （4）、前后端面加工余量。根据工艺要求，前后端面分为粗铣、半精铣、半精铣、精铣加工。各工序余量如下：粗铣：参照机械加工工艺手册第1卷表3.2-23，其加工余量规定为，现取。半精铣：参照机械加工工艺手册第1卷，其加工余量值取为。精铣：参照机械加工工艺手册，其加工余量取为。铸件毛坯的基本尺寸为，根据机械加工工艺手册表2.3-11，铸件尺寸公差等级选用CT7。再查表2.3-9可得铸件尺寸公差为。 毛坯的名义尺寸为：毛坯最小尺寸为：毛坯最大尺寸为：粗铣前后端面工序尺寸定为半精铣前后端面工序尺寸定为精铣前后端面后尺寸与零件图尺寸相同，即（5）、前后端面上螺孔加工余量。毛坯为实心，不冲孔。（6）、前后端面支承孔。根据工序要求，前后端面支承孔的加工分为粗镗、精镗两个工序完成，各工序余量如下：粗镗：4个孔，参照机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为；精镗：4个孔，参照机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为； 铸件毛坯的基本尺寸分别为：孔毛坯基本尺寸为；孔毛坯基本尺寸为；孔毛坯基本尺寸为。根据机械加工工艺手册表2.3-11，铸件尺寸公差等级选用CT7，再查表2.3-9可得铸件尺寸公差分别为：（7）、两侧面加工余量。由工序要求，两侧面需进行粗、精铣加工。各工序余量如下：粗铣：参照机械加工工艺手册第1卷表3.2-23，其余量值为,现取其为。表3.2-27，粗铣平面时厚度偏差取。2组合机床总体设计2.1组合机床工艺方案工艺分析是设计组合机床最重要的一步，必须认真分析被加工零件的工艺过程。深入现场全面了解被加工零件的结构特点，加工部位，夹紧方式，工艺方法 和加工过程所用的刀具，切削用量及生产率等。2.1.1被加工零件特点零件名称：变速箱箱体。该零件外形较复杂。本工序所要加工孔的数量为7个，均为直径8.5mm的孔，且孔深也同为22mm.。各孔没位置度公差，孔内表面粗糙度无要求。因此，直接钻孔即可满足精度要求。该零件材料为HT200 ,其硬度为129-192HBS。其质量为36kg。零件外形见图2.1。图2.1零件图2.1.2定位基准的选择加工时，采用两面一销的定位方式限制六个自由度实现完全定位。即一面（下端面），限制了 3个自由度，沿Z移动、绕X转动、绕Y转动。一个圆柱销，限制沿X、丫移动。一个前端面，限制绕Z转动的。并以顶面夹压。2.1.3组合机床配置形式根据以上工艺特点选用单工位的单面卧式组合钻床进行加工。这样不仅提高了加工效率，而且多个孔一次走刀即加工成形，能够较好的保证其位置精度。此外，在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人水平要求也不高。2.2选择刀具和切削用量本工序加工所需刀具为钻头。选择刀具首先是选择刀具材料，对于钻头来说， 常见材料有高速钢和硬质合金两种。高速钢钻头主要用于切削硬度在 250-280HBS的部分结构钢和铸铁；硬质合金钻头则主要用于加工硬度较高的钢 件。被加工零件的材料为灰铸铁，硬度为129-192HBS。所以，选用高速钢钻头。 同时查组合机床设计简明手册表6-11选择切削用量并计算主轴转速进给速度， r/minVf=nf=749.30.15=112.4mm/min刀具类型 ：8.5锥长柄麻花钻切削速度v ：20m/min进给量f ：0.15mm/r主轴转速n ：949.3r/min进给速度vf ：112.4mm/min2.3切削力、切削扭矩、切削功率的确定根据选定的切削用量，确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及夹具设计 的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其他传动件（齿轮、传动轴等）的尺寸； 确定切削功率，用以选择主传动电机功率。参照组合机床设计手册p134表6-20组合机床切削用量计算图中推荐的 切削力、转矩及功率公式如表2.1表2.1钻扩皎切削力、转矩及功率公式工序内容零件材料切削力F（N）切削转矩T（N*MM）切削功率P（KW）备注钻孔灰铸铁切削力： N式中 切削扭矩 N*mm切削功率KW表2.2钻扩皎切削力、转矩及功率数据工序内容直径D（mm）切削力F（N）切削转矩T（N*MM）切削功率P（KW）备注钻孔8.51059.42796.22.4组合机床总体分析三图一卡2.4.1被加工零件工序图被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示设计的组合机床所完成的工 艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在机床加工前加工余量、毛坯或半成品 情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件图的基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括：1 ）被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。尤其是当需要设置中间导向套时，应表示出零件内部的肋、壁布置 及有关结构的形状及尺寸。以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。2）加工用定位基准、夹压部位及夹压方向。以便依此进行夹具的定位支承 （包括辅助定位支承限位、夹紧、导向系统的设计。3）本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技 术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求（主要指定位基准）4）必要的文字说明。如被加工零件编号、名称、材料、硬度、重量及加工 部位的余員等。汽车轴承座钻孔双面钻孔组合机床的被加工零件工序图如图2.2所示图2.2加工工序图为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要突岀本机床的加工内容。绘制时, 应按一定比例，选择足够的视图及剖视图，突出加工部位（用粗实线）,并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关的部位（用细突线）表示清楚。凡本道工序保证 的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方画粗实线标记。加工用定位基准、机械夹 压位置及方向、辅助支承均须使用规定的符号表示出来。加工部位的位置尺寸应由定位基准注起。为便于加工及检查，尺寸应采用直 角坐标系标注，而不采用极坐标系。但有时因所选定位基准与设计基准不重合, 则需对加工部位要求的位置尺寸精度进行分析换算。此外，应将零件图上的不对 称位置尺寸公差应换算成对称尺寸公差，其公差数值的决定要考虑两方面，一是 要能达到产品图纸要求的精度，二是采用组合机床能够加工出来。2.4.2加工示意图1 .加工示意图的作用和内容加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的。是表达 工艺方案具体内容的机床工艺方案图。它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱和液 压、电气系统以及选择动力部件、绘制机床总联系尺寸图的主要依据；是对机床 总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。加工示意图应表达和标注的内容有：(1 )机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作进程；(2)工件、刀具及导向、托架及多轴箱之间的相对位置尺寸联系；(3 )主轴结构类型、尺寸及外伸长度；(4 )刀具类型、数量和结构尺寸(直径和长度)；接杆、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置等尺寸结构；刀具、导向套间的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式及配合尺寸；加工示意图如图2.3所示：图2.3加工示意图2选择刀具、导向及有关计算(1 )刀具的选择变速箱箱体的材料为HT200，孔径D为8.5mm ,刀具的材料选择刀具的材料选择高速钢钻头，为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单，选择13的锥柄麻花钻, 莫氏锥度1。孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间 有3050mm的距离，以便排出切屑和刀具磨损后有一定的向前的调整量。(2 )导向结构的选择组合机床加工孔时，除釆用刚性主轴加工方案外，零件上的孔的位置进度主要是靠刀具的导向装置来保证的。因此，正确选择导向结构和确定导向类型、参 数、精度，是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时必须解决的问题。由于要加工的孔径较小且其线速度(切削速度)6-812221016.58-1015261628362638461218.510-1218301322M8161612-1522342036453046
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