汽车变速箱箱体的加工工艺及镗Φ80孔夹具设计.docx

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汽车变速箱箱体的加工工艺及镗Φ80孔夹具设计

摘要

本设计是围绕汽车变速器箱体加工工艺和专用夹具设计而进行的，变速器箱体主要加工是铣面、钻镗孔和攻螺纹。

变速器箱体的左右端面和上下表面的粗糙度要求比较高，面的粗糙度相对孔的加工精度更容易达到要求。

而孔的分布位置比较具有规律，基本在两条轴线内，需要保证的主要是孔的垂直度和圆跳动及内孔面的粗糙度。

本设计的工艺规程遵循先面后孔的设计原则，并将面的粗、精加工与孔的粗、精加工明确分开，确保孔的尺寸精度和各种要求。

粗基准和精基准选择的都是变速箱的下部底面。

加工工序方面首先安排以变速器箱体的下部底面为定位基准对上表面进行加工，再以下部端面与箱体侧部表面对轴承孔加工，装夹方式则选用人工上紧的螺纹钉夹具，该夹具经过专门设计，能保证可靠的夹紧。

本设计是适用于中批量生产，要求在确保加工质量的条件下，尽可能降低生产工时，提高生产效率，降低生产成本，也是现今机加工产业的主要发展方向。

因为本设计是面向实际生产，对变速箱体零件图纸进行分析，及对变速箱的结构及功用多方面考虑，确保能保证工艺过程符合生产需要，并能保证尺寸要求和技术要求，并对设计的箱体面、轴承孔加工的夹具进行精度和误差分析，确保夹具能应用于实际生产。

关键词：

变速箱箱体加工工艺定位夹紧夹具设计

Abstract

Thisdesignisabouttheautomobilegearboxwhichisdesignofprocessingtechnologyandspecialfixture.Themainprocessingdirectionofgearboxincludesmillingsurface,drillingholeandtappingthread.Theroughnessoftheleftandrightendfacesofthetransmissioncaseandtheupperandlowersurfacesrequireahighdegreeofroughness.Theroughnessofthesurfaceiseasiertomeettherequirementofthemachiningaccuracyofthehole.Thedistributionofholeshasaregularpattern,distributedintwoaxes.Themainguaranteeistheverticalityoftheholeandtherunoutofthecircleandtheroughnessoftheinnerholesurface.Thedesignprocessoftheactualpractice,productionandprocessingoriented,combiningtheoreticalknowledge,Followthedesignprincipleofthefrontfaceandtherearhole.Thesurfaceroughingandfinishingareclearlyseparatedfromtheroughingandfinishingofthehole.Ensuredimensionalaccuracyandvariousrequirementsofthehole.Boththeroughandthefinereferencearechosenforthelowerundersideofthegearbox.Intheprocessingprocess,thelowersurfaceofthegearboxisarrangedasthepositioningreference,andtheuppersurfaceisprocessed.Thebearingholeismachinedonthefollowingendsurfaceandthesidesurfaceoftheboxbody.Theclampingmethodusesthemanualtighteningscrewthreadclamp.Thefixturehasbeenspeciallydesigned.Reliableclampingisguaranteed.

Thisdesignissuitableformassproductionrequirementstoensureprocessingqualityconditions,reduceproductiontimeasmuchaspossible,improveproductionefficiency,reduceproductionasthemaindirectionofdevelopment,butalsopresentinmachineprocessingindustry.Becausethisdesignisfortheactualproduction,thegearboxpartsdrawingsareanalyzed,andthetransmissionfunctionandstructureinmanyrespects,thatcanguaranteetheprocesstomeettheproductionneeds,andcanguaranteetherequiredsizeandtechnicalrequirements,andthedesignofthefixturebox,bearingdecentholemachiningprecisionanderroranalysis.Ensurethatthefixturecanbeusedinpracticalproduction.

Keywords:

gearboxprocessingtechnologypositioningclampingfixturedesign

目录

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1选题背景1

1.2选题意义和发展现状1

1.3设计的主要内容2

第2章变速箱体工艺规程设计3

2.1零件分析3

2.1.1零件的作用3

2.1.2变速箱体结构特点3

2.2变速箱体工艺性4

2.2.1零件工艺分析4

2.2.2箱体选材和毛坯控制4

2.3工艺路线5

第3章镗孔夹具设计8

3.1夹具定位、夹紧确定8

3.2夹紧元件、动力装置、夹紧力确定9

3.3夹具体、镗套、镗杆设计10

3.4夹具设计及操作简要说明12

第5章刀具13

5.1刀具选用13

5.2刀具材料13

5.3切削控制14

总结15

致谢16

参考文献17

第1章绪论

1.1选题背景

减速箱体作为减速器的基础零件，最主要的功能是使箱体内的齿轮、轴、轴承等相关零件保持相对位置，使其能够平稳运行而不互相干扰，并且使齿轮间能够正确的传递扭矩和改变齿轮和输出轴的转速，用来达到操作者要求的合适的运动。

变速箱还是箱体内各种零件要求的润滑和冷却环境的保持者。

因此，变速箱箱体的加工质量会影响到装配以及整个整车性能。

将一个零件从毛坯加工道成品是一个复杂的工艺过程，而这个加工的方法和过程叫做工艺，这个过程需要根据零件的技术要求和结构特点，在不同的条件下，经常需要采用不同的加工方法和设备。

而不同的工艺过程所消耗的工时、成本都不一样，优质化的工艺规程能提高劳动生产的效益，减少加工时需要的成本支出，降低加工时需要的资源损耗，而工艺规程是加工生产中最活跃最容易调整的因素。

而在整个生产过程中，选用正确的夹具能充分节约装夹找正的工时，所以设计一套合理夹具对于整个工业生产来说很有必要。

它可以直接作用到零件全部的加工质量、生产效益，所以夹具的设计也是工艺加工中很具影响力的因素，所以也十分受重视。

1.2选题意义和发展现状

选择这个毕业设计的题目，首先是对大学四年来在校知识的进行一次全面而具有针对性的应用，是对所学知识的一次巩固和考验，充分将所学知识调用起来，与自己在生产实习中所获得的经验相应证，让自己将所学知识灵活汇总去应对一次实际上的加工设计；也是对以后所要从事的行业进行一次模拟和应用，为了自己能以更好的状态接受工作，培养标准化设计、查阅工艺手册、将成本和效益相结合等工艺人员应该具有的良好素质，同时能促使更快适应生产岗位和让高等教育和企业需求人才相衔接起来。

通过本次毕业设计，是对我们对图纸理解能力的一次考验，加深对图纸认知的印象，同时是一次对工艺设计的考验，让我们开始对生产成本和生产效率以及劳动回报的价值考量，同时更是对所学知识的灵活运用，对数据处理的一次考校，尤其夹具的设计更是综合了四年所学，从理论知识整合到实际生产需求，为以后毕业走向生产岗位做好了准备。

国内外机加工制造业是考量一个国家经济发展水平的标准之一，它能推动国家经济的发展，也能确保国防的水平，是一个国家的基础产业。

由于个人计算机的飞速发展，在设计加工图纸和对工件进行加工模拟也使用上了计算机，如CAD/CAM，而今加工产品越来越向着精密加工，加工的方式越来越智能、自动化，加工的产业越来越高度集成化，加工的效益更加呈现高效化。

但总体来说我们国家机加工制造业水平与发达国家相比还有很大的距离，例如我国加工机床用的都是日本法兰克系统，而更加人性化、智能化德国西门子系统的机床却很少。

所以还需要我们不断地努力，去改变发展我们国家的机械制造业。

当然，随着科技水平的进步，国内外加工工艺技术也越来先进，主要发展如下：

采用CAD/CAM进行模拟和使用自动化生产技术，优化工艺规程；

毛坯的精度呈现低余量无余量的发展方向；

毛坯的质量也呈现出无缺陷的发展方向；

机加工更是呈现超精密超高速的发展方向；

材料方面采用新型材料和清洁型材料以提高表面可加工性；

新型能源、清洁能源和复合型加工方式的采用更是进一步降低了加工成本；

工艺、信息、管理技术呈现三位一体化，生产模式愈加先进；

工艺加工技术、加工方式与设计理念越加趋向统一，愈加和谐。

而在变速箱生产方面，目前，国内外汽车变速箱生产厂家的生产设备可能存在不同，主要是根据生产方式和工艺规程的而选择。

而在定位的方式上也存在着有不一致的地方，例如有些厂家以凸缘面定位来进行生产加工，而大多数生产厂家以一面两销定位生产，在轴承孔加工方式上也有所不同，一般采用粗镗——精镗的方式加工，但也有部分厂家加工设备较为先进，采用粗镗——高速铰的方式来加工，这样的加工方式虽然提高了生产的效率以及加工的精度，但是要求的设备更先进更精密，对操作设备的人员控制技术要求也更高。

1.3设计的主要内容

首先，认真研究汽车变速箱箱体图纸，分析工件的几何形体，在工件加工时还要注意下工件的细节形状，注意要满足工件的加工工艺要求；

查阅资料，学习研究汽车减速箱箱体材料选取，加工工艺的一般方法；

结合课本学习的知识和工程训练的实践，查阅相关手册，根据箱体零件的几何形体，以及工艺要求，制定出箱体加工的工艺路线；

明确所涉及的加工工艺中，对镗床夹具的具体需求；

查阅夹具设计课本，构思夹具的结构，功能实现方法，绘制结构草图；

查阅手册，完成镗床专用夹具定位误差分析及夹紧力计算夹具；

总图技术条件的确定及尺寸链的分析；

绘制所设计的镗床夹具图纸，出图；

绘制其中以个非标零件的零件图；

完成箱体工艺制定和夹具设计，完成毕业设计。

第2章变速箱体工艺规程设计

2.1零件分析

2.1.1零件的作用

变速器是汽车最主要的部件之一，由变速箱体、齿轮、齿轮轴、轴承等一系列零件构成，最主要的功能是随驾驶人的不同驾驶条件和需求改变汽车的车速和传递的扭矩，用以不同的条件例如：

爬坡、超车，不仅如此，还能实现反方向传递转速，用以实现倒车。

变速器箱体则能整合整个变速器的基础零件，用以使其内部零件处于正确的的相对位置，为其他零件提供一个平稳运行的环境，使内部零件能相协调有序的运作。

变速器箱体质量好坏会直接作用到轴和齿轮间的配合，还会影响其相互间的位置关系的准确性，尤其会影响变速器的功能和使用寿命。

2.1.2变速箱体结构特点

变速箱体是非回转型平面型薄壁壳体零件，是很具有典型的零件，它的尺寸比较大，样式也很复杂。

需加工有铣平面，孔系加工和攻螺纹等。

一般变速箱体具备以下特点：

1.尺寸较大

变速器通常是机体中最大的部件之一，是箱体内部零件的母体。

大型的减速箱的箱体可长达5~6m，可宽达3~4m，重达50~60吨。

变速器是机体传递动力的零件，也是柔性的调整驱动转速或不可缺的零件。

2.形状复杂

当箱体体积过大的时候，箱体就要承受额外的质量和重力，而为了保证箱体具有一定的刚度及强度，箱体的体积设计的小一些更稳定，可能还需要在铸造时缩减的壁厚处额外再添加凸边、筋板、凸台等一系列结构。

但箱体上安装零件的数量和零件在箱体空间上的分布位置是决定变速箱箱体复杂程度最主要的因素，所以需要我们合理的去设计变速器的箱体结构。

3.精度要求

变速器箱体具有多个轴孔，它的尺寸精度和位置精度要求都很高，而他的加工质量是直接作用在装配精度上，能直接影响变速器的运行性能和使用寿命。

4.有许多紧固螺钉定位箱孔

同时变速器箱体还有很多的连接螺纹孔，这些孔分布在箱体各表面，虽然加工要求不是很高，但因各面的加工情况的不同，有时加工起来很是困难。

因箱体具有以上固有特点，所以加工时很不方便，劳动量很大，装夹找正也十分困难，需要考虑到各方面可能遇见的问题。

2.2变速箱体工艺性

2.2.1零件工艺分析

有零件图纸可知零件主要的技术要求如下：

左端面轴承孔为Ø80、Ø62.17和销孔Ø30，孔与轴之间配合度公差等级皆为IT7，且查《互换性与测量技术基础》的表2-8可知孔Ø80、Ø62.17的上极限偏差皆为+18um，下极限偏差皆为0，销孔Ø30的上下极限偏差皆为0，这几个孔的表面粗糙度皆要求低于1.6um；右端面轴承孔为Ø72.17，孔与轴之间配合度公差等级皆为IT7，孔上极限偏差皆为+18um，下极限偏差为0；箱体中部Ø92的轴承孔与Ø22销孔配合度公差等级都是IT7，孔的上下偏差都是0，粗糙度和箱体中部Ø42孔的要求低于1.6um，Ø92孔与孔A、B同轴度要求为0.04mm；箱体左右端面粗糙度要求低于3.2um，与左右端面轴承孔Ø72.17、Ø80的垂直度要求为0.03mm；凸缘上的沉头通孔表面粗糙度要求为6.3um，而其他孔的表面粗糙度为要求低于12.5um。

本零件是变速器箱体，需要加工的地方有上下左右前后端面；输入、输出以及倒档等各轴承的轴承孔；还有箱体各结合地方和安装附加部件地方的接合螺纹孔。

本着满足零件的技术要求来设计零件加工顺序，所以零件的粗基准选择为零件的下端面，加工上端面时用压板压紧凸缘进行夹紧，加工凸缘则以压板压紧上端面进行夹紧，而箱体底部则利用支承块定位元件支撑，这样就能充分限制住变速器箱体的自由度，对零件进行加工。

而精加工时，就先以精加工的底面作为精基准，这样就能保证基准相重合、统一，就避免因为基准方面或是其他的不必要方面引起的误差，同时在装夹的时候，也因为前面加工已经涉及到了，也不会因为装夹而造成其他方面的影响。

2.2.2箱体选材和毛坯控制

本减速器箱体是中等批量规格生产，在此我们以HT200锻造而成。

之所以选用HT200为材料，是因为灰铸铁的铸造性能比较好，价格也相对低廉，还有良好的可加工性，并且能完全满足箱体的耐磨性能要求、减震性能要求和刚度性能要求、强度要求。

同时由于箱体外部形状和内部构造相对较为复杂，为了降低生产成本，提高切削性能，因此选用铸造成型。

当然铸造的缺点也有，铸造生产的零件它所要求的工序比较多、投料要求的也比较多，当加工过程控制不好的时候，铸件出来的品质也不好保证，出现废品的可能性也相对较高，同时铸造的车间因为其固有的属性，能耗高、原材料堆放的多，所以其生产作业环境也相对较差。

对于毛坯的控制，我们应该尽可能保证其能满足箱体的尺寸精度要求，而在毛坯外部的尺寸相对来说好保证，但是内腔的结构尺寸相对来说较为难。

但现如今铸造工艺较为成熟，铸造出的零件的质量相对来说比较高。

不仅如此，零件的加工余量越少，铸造时需要的原料越少，加工需要的工时越低，生产需要的成本就越低，因此可以适当的减少毛坯的加工余量，近可能使毛坯尺寸和零件相匹配，这样就可以被切削量就能减少些，还能在铸造的时候减少材料的使用量。

但也不能一味地追求加工余量少而不注重毛坯的品质，在设计毛坯的时候还必需考虑到加工的时候走刀的时候会不会不方便，装夹的时候能不能装夹平稳，会不会适合装夹等等一系列后期的工艺问题。

毛坯的铸造可能因为各种人为或非人为的原因出现以下缺陷：

例如铸造时金属液体内部存在气体，在液体凝结时不能够及时散去，于是就在零件内产生了气孔；或是一些很难除去的型砂在铸造出来的零件表面上粘附着；亦或是铸造厚又大件湿型板类零件时，零件表面极易形成的槽痕缺陷；或是零件铸造出来后夹杂着其他杂物等等，所以需要尤其注意，同时因为部分缺陷可以去除，常在铸造后，为了减少毛坯的内应力，在进入切削车间前，坯料应该人为的时效处理，尤其对于一些易变形的大零件应该先进行处理后再放入其他车间进行切削或其他加工。

1.毛坯轮廓尺寸

根据设计图纸可以知道变速器箱体的结构尺寸长396mm*宽190mm*高230mm，所以零件的最大尺寸是长度，虽然是中批量生产，但铸件仍使用砂型机器造型及壳型来进行生产模型，查《机械加工工艺手册》（以下简称《工艺手册》），可以知道铸件尺寸公差等级CT为11到13，其中接合面的表面粗糙度Ra要求小于3.2um，轴承孔比较大，满足铸造预留孔条件即孔直径大于30，加工的余量等级处于E到G，由此可得毛坯轮廓尺寸如下：

毛坯轮廓的长度：

396+6=402mm

毛坯轮廓的宽度：

200+6=206mm

毛坯轮廓的高度：

230+6=236mm

2.加工余量

因为加工的粗基准是变速器箱体下端面，要保证凸缘的高度，所以加工余量最主要是看毛坯的轮廓尺寸，所以为保证工件下部端面及凸缘及箱体内部深度等各方面属性，所以工序03的背吃刀量ap可以给定为2.50mm，工序05的背吃刀量ap可以选择给定为2.95mm，预留精镗余量0.05mm，工序06的背吃刀量ap也可以选择给定为2.95mm，也预留精镗余量0.05mm。

因为毛坯是铸造出来的，所以毛坯的实际轮廓尺寸跟设计尺寸可能会存在一些差异，需要根据实际轮廓尺寸去确定真正需要加工的尺寸余量，去确立切削的背吃刀量，要同时保证各面要求的实际尺寸，此处的背吃刀量或者说加工余量仅是作为参考加工值，详细加工工序请参考工序卡片。

2.3工艺路线

变速器因为其特有的性质，对箱体加工的要求很高，同时也因为是箱体类零件，其外部的形状和内部的构造十分复杂，需要加工的地方也相对较多且不容易加工，这样就显得加工的工作量十分大。

所幸之处是箱体材料是HT200，铸造出来的零件毛坯可加工性很强，为了充分减少不必要的劳动量，提高加工质量，减少加工的工时，使得生产成本能够降低，所以拟定以下两种工艺路线，表2-1和表2-2，如下：

表2-1工艺路线方案一

工序号

工序名称

工艺装备或车间

01

铸造

铸造车间

02

时效处理

钳工

03

粗、精铣下端面

卧式铣床

04

粗铣上端面

卧式铣床

05

粗铣前、后端面

卧式铣床

06

粗铣左、右端面

卧式铣床

07

钻右端面2*Ø72.17孔

专业钻床

08

钻左端面Ø30、Ø80、Ø62.17孔

专业钻床

09

钻箱体内部Ø92、Ø42孔

专业钻床

10

镗右端面2*Ø72.17孔

卧式镗床

11

镗左端面Ø80、Ø62.17孔

卧式镗床

12

镗箱体内部2*Ø22、Ø92、Ø42孔镗刀

卧式镗床

13

精铣上端面

卧式铣床

14

精前、后端面

卧式铣床

15

精铣左、右端面

卧式铣床

16

螺纹孔M10、M14、M16攻螺纹

钳工

17

去毛刺

钳工

18

检验

表2-2工艺路线方案二

工序号

工序名称

工艺装备或车间

01

铸造

铸造车间

02

时效处理

钳工

03

粗、精铣下端面

卧式铣床

04

粗、精铣上端面

卧式铣床

05

粗、精铣前、后端面

卧式铣床

06

粗、精铣左、右端面

卧式铣床

07

钻右端面Ø2*72.17孔

专业钻床

08

钻左端面Ø30、Ø80、Ø62.17孔

专业钻床

09

钻箱体内部Ø92、Ø42孔

专业钻床

10

镗右端面Ø2*72.17孔

卧式镗床

11

镗左端面Ø80、Ø62.17孔

卧式镗床

12

镗箱体内部Ø22、Ø92、Ø42孔

卧式镗床

13

螺纹孔M10、M14、M16攻螺纹

钳工

15

去毛刺

钳工

16

检验

两个工艺方案的区别在于铣面和钻孔工序的先后顺序，方案一是先对加工的表面进行粗铣，再对粗铣过的表面进行钻孔，钻孔后再接着对各表面进行精铣；而方案二则是先对各加工表面进行粗铣，然后就直接对粗铣过的加工面进行精铣，精铣过后就再对各精铣面进行孔系加工。

方案一的优点在于钻孔过后，再进行的精铣能擦除掉钻孔时对表面引起的损伤，保持表面的光洁度，使用于对表面粗糙度要求特别高的零件；而方案二则将加工的工序集中起来，减少了零件去往不同机床加工的转移次数，同时也避免了多次找正夹紧，不仅如此，选用第二个方案加工零件，因为对工件的各端面精铣加工后，工件的各种尺寸精度都满足设计时的需求，即轴承的轴线也不会产生超出要求任何偏差，这样能保证加工出来的轴承孔能满足与左右端面的垂直度的要求。

所以在大批量的流水线加工过程中我们选用方案一最合适，而在本设计中，中批量加工，选用方案二的工作效率最高，即本次设计选用方案二。

第3章镗孔夹具设计

1.

2.

3.

2.

2.1.

1.

3.1夹具定位、夹紧确定

机加工产业中，用来安装零件，让零件处于正确的加工位置或检测位置，用来保证机加工的生产质量，同时又能使得劳动生产的效率进行提高，而这种工艺装备叫做夹具。

机加工中或不可缺的工艺装备之一是机床夹具，在实际生产中都叫工装，使用工装可以提高机加工的零件生产质量，能使得生产劳动强度降低，能减少生产成本的支出，同时使得工艺过程更趋向于自动化加工，使用专用工装还可以让机床实现一机多用，改变原来的使用范围，扩大其用途，使用工装能为零件的批量生产提供便携和必要条件。

而夹具最典型的两个作用是“定位”和“夹紧”，定位是指零件在工作台上将要进行切削加工时，为了保证或者是提高加工的精度，即是为了能够正确的安装好工件，让零件能处于工作台和刀具的正确位置。

而夹紧则是使得工件在受到刀具或是机床加工时给它力的作用下，还能保持与工作台、刀具间的正确的相对位置的夹紧力，这两个过程