变速箱体数控加工工艺规划与仿真研究毕业论文.docx
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变速箱体数控加工工艺规划与仿真研究毕业论文
中国科技大学
本科毕业设计（论文）
学院
专业变速箱体数控加工工艺规划与仿真研究
学生姓名
班级学号
指导教师
二零一一年六
江苏科技大学本科毕业论文
变速箱体数控加工工艺规划与仿真
江苏科技大学
毕业设计（论文）任务书
学院名称：
机械工程学院专业：
机械设计制造及其自动化
学生姓名：
学号：
指导教师：
职称：
毕业设计（论文）题目：
变速箱体数控加工工艺规划与仿真
设计内容与要求:
（1）搜集资料，学习加工中心专用夹具设计的基本理论知识，了解数控编程流程和数控夹具的设计和应用。
（2）根据加工图纸设计夹具。
（3）设计夹具主要加工工艺。
二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）
（1）夹具安装使用说明书一份。
。
（2）毕业设计1份。
三、完成日期及进度
四、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）:
1.王启平。
机床夹具设计。
哈尔滨；哈尔滨工业大学出版社，1988
2.刘守勇。
机械制造工艺与机床夹具。
北京；机械工业出版社，1994.7
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北京；机械工业出版社1993
4.林文焕，陈本通。
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北京；国防工业出版社，1987
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6.徐发仁。
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北京，化学工业出版社，2006
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11.P.L.Jacobs.StereolithograghyandOtherRP&MTechologies.ASMEPress,1996
12.KALPAKJAN.ManufacturingEngineeringandTechnology.Addiso—WesleyPublishCompany,1995
13.P.L.Jacobs.stereolithograghyandOtherRP&MTechologies.ASMEPress,1996
14.G.Zong,etal.DirectSelectiveLaserSinteringofHighTemperatureMaterials,ProcessingoftheSolidFreefromFabriacationSymposition.UniversityofTexas,1992
系（教研室）主任：
（签章）年月日
学院主管领导：
（签章）年月日
摘要
犁刀变速齿轮箱体是旋耕机的一个主要零件。
旋耕机通过该零件的安装平面与手扶拖拉机变速箱的后部相连，用两圆柱销定位，四个螺栓固定，实现旋耕机的正确联接。
犁刀变速齿轮箱体的质量直接影响到机器的性能。
本次设计先进行了犁刀变速齿轮箱体的零件分析，通过对参考文献进行的分析与研究，阐述了工艺规程和制造技术等相关内容；在技术路线中，论述箱体的加工工艺，机械加工余量，加工顺序的安排和基本工时计算。
关键词犁刀变速箱定位基准加工余量
Abstract
Thecoultergearofchangingspeedisamajorelementofthemachineofrotarytillage.Themachineofrotarytillageislinkedthroughtherearofthegearboxofwalkingtractorandtheinstallationplaneofthiselement,usingtwocylinderstoselllocationand4bolrstofixinordertorealizethecorrectcouplingofthemachineofrotarytillage.Thequalityofthecoultergearcasingofchangingspeedputadirectinfluenceontheperformanceofmachine.Thisdesigngoesontheelementanalysisofthecoultergearcasingofchangingspeedfirst,throughtheresearchandanalysisofthebibliographicalreference,thenithaveelaboratedprocedurandmadetherelatedcontentssuchastechnology;Intechnicalroute,itdiscussedmachiningsurplusandtheprocessingtechnologyofcasing,theprocessofthesequentialarrangementandthecalculationofthebasicman-hour
Keywords;thecoultergearcasingofchangingspeed;locationstandard;mentalallowance
目录
摘要Ⅰ
AbstractⅡ
目录Ⅰ
第一章绪论
1．1箱体零件的主要技术要求
1．2箱体类零件的加工工艺分析
第二章零件的功用与结构分析
2.1零件的功用
2.2零件的工艺分析
2．2．1零件主要加工表面尺寸
第三章工艺规程设计，确定切削用量及工序设计
3.1铸件尺寸公差
3.2铸件机械加工余量
3.3确定切削用量及工序计算
第四章夹具设计
4.1夹具的组成
4.2夹具的分类
4.3夹具的作用
4.4定位误差及其分析与计算
结束语
参考资料
致谢
第一章绪论
箱体零件是机器或部件的基础零件，轴、轴承、齿轮等有关零件按规定的技术要求装配到箱体上，连接成部件或机器，使其按规定的要求工作，因此箱体零件的加工质量不仅影响机器的装配精度和运动精度，而且影响机器的工作精度、使用性能和寿命。
1．1箱体零件的主要技术要求
箱体类零件中以机床主轴箱的精度要求最高。
2
1.主要平面的形状精度和表面粗糙度
箱体的主要平面是装配基准，并且往往是加工时的定位基准，所以，应有较高的平面度和较小的表面粗糙度值，否则，直接影响箱体加工时的定位精度，影响箱体与机座总装时的接触刚度和相互位置精度。
一般箱体主要平面的平面度在0.1～0.03mm，表面粗糙度Ra2.5~0.63μm，各主要平面对装配基准面垂直度为0.1/300。
2.孔的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度
3
箱体上的轴承支承孔本身的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度都要求较高，否则，将影响轴承与箱体孔的配合精度，使轴的回转精度下降，也易使传动件（如齿轮）产生振动和噪声。
一般机床主轴箱的主轴支承孔的尺寸精度为IT6，圆度、圆柱度公差不超过孔径公差的一半，表面粗糙度值为Ra0.63～0.32μm。
其余支承孔尺寸精度为IT7～IT6，表面粗糙度值为Ra2.5～0.63μm。
4
3.主要孔和平面相互位置精度
5
同一轴线的孔应有一定的同轴度要求，各支承孔之间也应有一定的孔距尺寸精度及平行度要求，否则，不仅装配有困难，而且使轴的运转情况恶化，温度升高，轴承磨损加剧，齿轮啮合精度下降，引起振动和噪声，影响齿轮寿命。
支承孔之间的孔距公差为0.12～0.05mm，平行度公差应小于孔距公差，一般在全长取0.1~0.04mm。
同一轴线上孔的同轴度公差一般为0.04～0.01mm。
支承孔与主要平面的平行度公差为0.1~0.05mm。
主要平面间及主要平面对支承孔之间垂直度公差为0.1～0.04mm。
1．2箱体类零件的加工工艺分析
1.21`箱体类零件的结构特点和技术要求分析
一般来说，箱体零件的结构较复杂，内部呈腔形，其加工表面主要是平面和孔。
对箱体类零件的技术要求分析，应针对平面和孔的技术要求进行分析。
1．平面的精度要求 箱体零件的设计基准一般为平面，本箱体各孔系和平面的设计基准为G面、H面和P面，其中G面和H面还是箱体的装配基准，因此它有较高的平面度和较小表面粗糙度要求。
2．孔系的技术要求 箱体上有孔间距和同轴度要求的一系列孔，称为孔系。
为保证箱体孔与轴承外圈配合及轴的回转精度，孔的尺寸精度为IT7，孔的几何形状误差控制在尺寸公差范围之内。
为保证齿轮啮合精度，孔轴线间的尺寸精度、孔轴线间的平行度、同一轴线上各孔的同轴度误差和孔端面对轴线的垂直度误差，均应有较高的要求。
3．孔与平面间的位置精度 箱体上主要孔与箱体安装基面之间应规定平行度要求。
本箱体零件主轴孔中心线对装配基面（G、H面）的平行度误差为0.04mm。
4．表面粗糙度 重要孔和主要表面的粗糙度会影响连接面的配合性质或接触刚度，本箱体零件主要孔表面粗糙度为0.8μm，装配基面表面粗糙度为1.6μm。
1.22 箱体类零件的材料及毛坯
箱体零件的材料常用铸铁，这是因为铸铁容易成形，切削性能好，价格低，且吸振性和耐磨性较好。
根据需要可选用HT150～350，常用HT200。
在单件小批量生产情况下，为缩短生产周期，可采用钢板焊接结构。
某些大负荷的箱体有时采用铸钢件。
在特定条件下，可采用铝镁合金或其它铝合金材料。
铸铁毛坯在单件小批生产时，一般采用木模手工造型，毛坯精度较低，余量大；在大批量生产时，通常采用金属模机器造型，毛坯精度较高，加工余量可适当减小。
单件小批生产直径大于50mm的孔，成批生产大于30mm的孔，一般都铸出预孔，以减少加工余量。
铝合金箱体常用压铸制造，毛坯精度很高，余量很小，一些表面不必经切削加即可使用。
3 箱体类零件的加工工艺过程
箱体零件的主要加工表面是孔系和装配基准面。
如何保证这些表面的加工精度和表面粗糙度，孔系之间及孔与装配基准面之间的距离尺寸精度和相互位置精度，是箱体零件加工的主要工艺问题。
箱体零件的典型加工路线为：
平面加工－孔系加工－次要面（紧固孔等）加工。
1.23 箱体类零件的加工工艺过程分析
一、主要表面的加工方法选择
箱体的主要加工表面有平面和轴承支承孔。
箱体平面的粗加工和半精加工主要采用刨削和铣削，也可采用车削。
当生产批量较大时，可采用各种组合铣床对箱体各平面进行多刀、多面同时铣削；尺寸较大的箱体，也可在多轴龙门铣床上进行组合铣削，可有效提高箱体平面加工的生产率。
箱体平面的
精加工，单件小批量生产时，除一些高精度的箱体仍需手工刮研外，一般多用精刨代替传统的手工刮研；当生产批量大而精度又较高时，多采用磨削。
为提高生产效率和平面间的位置精度，可采用专用磨床进行组合磨削等。
箱体上公差等级为IT7级精度的轴承支承孔，一般需要经过3～4次加工。
可采用扩一粗铰一精铰，或采用粗镗－半精镗一精镗的工艺方案进行加工（若未铸出预孔应先钻孔）。
以上两种工艺方案，表面粗糙度值可达Ra0.8～1.6μm。
铰的方案用于加工直径较小的孔，镗的方案用于加工直径较大的孔。
当孔的加工精度超过IT6级，表面粗糙度值Ra小于0.4μm时，还应增加一道精密加工工序，常用的方法有精细镗、滚压、珩磨、浮动镗等。
二、箱体加工定位基准的选择
1．粗基准的选择 粗基准的选择对零件主要有两个方面影响，即影响零件上加工表面与不加工表面的位置和加工表面的余量分配。
为了满足上述要求，一般宜选箱体的重要孔的毛坯孔作粗基准。
本箱体零件就是宜主轴孔
Ⅲ和距主轴孔较远的Ⅱ轴孔作为粗基准。
本箱体不加工面中，内壁面与加工面（轴孔）间位置关系重要，因为箱体中的大齿轮与不加工内壁间隙很小，若是加工出的轴承孔与内壁有较大的位置误差，会使大齿轮与内壁相碰。
从这一点出发，应选择内壁为粗基准，但是夹具的定位结构不易实现以内壁定位。
由于铸造时内壁和轴孔是同一个型心浇铸的，以轴孔为粗基准可同时满足上述两方的要求，因此实际生产中，一般以轴孔为粗基准。
2．精基准的选择 选择精基准主要是应能保证加工精度，所以一般优先考虑基准重合原则和基准同一原则，本零件的各孔系和平面的设计基准和装配基准为为G、H面和P盖，因此可采用G、H面和P三面作精基准定位。
三、箱体加工顺序的安排
箱体机械加工顺序的安排一般应遵循以下原则：
1．先面后孔的原则 箱体加工顺序的一般规律是先加工平面，后加工孔。
先加工平面，可以为孔加工提供可靠的定位基准，再以平面为精基准定位加工孔。
平面的面积大，以平面定位加工孔的夹具结构简单、可靠，反之则夹具结构复杂、定位也不可靠。
由于箱体上的孔分布在平面上，先加工平面可以去除铸件毛坯表面的凹凸不平、夹砂等缺陷，对孔加工有利，如可减小钻头的歪斜、防止刀具崩刃，同时对刀调整也方便。
2．先主后次的原则 箱体上用于紧固的螺孔、小孔等可视为次要表面，因为这些次要孔往往需要依据主要表面（轴孔）定位，所以这些螺孔的加工应在轴孔加工后进行。
对于次要孔与主要孔相交的孔系，必须先完成主要孔的精加工，再加工次要孔，否则会使主要孔的精加工产生断续切削、振动，影响主要孔的加工质量。
3．孔系的数控加工
由于箱体零件具有加工表面多，加工的孔系的精度高，加工量大的特点，生产中常使用高效自动化的加工方法。
过去在大批、大量生产中，主要采用组合机床和加工自动线，现在数控加工技术，如加工中心、柔性制造系统等已逐步应用于各种不同的批量的生产中。
车床主轴箱体的孔系也可选择在卧式加工中心上加工，加工中心的自动换刀系统，使得一次装夹可完成钻、扩、铰、镗、铣、攻螺纹等加工，减少了装夹次数，实行工序集中的原则，提高了生产率。
1．3夹具的组成
（1）定位元件：
确定工件在夹具中位置的元件。
（2）导向元件：
用以引导刀具或调整刀具相对于夹具位置的元件。
如：
钻套、对刀块。
（3）夹紧元件：
使工件在加工过程中保持在夹具中既定位置的元件。
（4）连接元件：
用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。
（5）夹具件：
基础件，用于安装其它元件，使其形成整体。
（4）其它辅件：
夹紧用的扳手，操作手柄，分度机构等。
第二章零件的功用与结构分析
2.1零件的功用
犁刀变速齿轮箱体是旋耕机的一个主要零件。
旋耕机通过该零件的安装平面（零件图上的N面与手扶拖拉机变速箱的后部相连，用两圆柱销定位，四个螺栓固定，实现旋耕机的正确联接N面上的4-Φ13mm孔即为螺栓联接孔，2-Φ10F9孔为定位销孔。
犁刀变速齿轮箱体2内有一个空套在犁刀传动轴上的犁刀传动齿轮5，它与变速箱的一倒档齿轮常啮合。
犁刀传动轴8的左端花键上套有啮合套4，通过拨叉可以轴向移动。
啮合套4和犁刀传动齿轮5相对的一面都有牙嵌，牙嵌结合时，动力传给犁刀传动轴8。
其操作过程通过安装在SΦ30H9孔中的操纵杆3操纵拨叉而得以实现
2.2零件的工艺分析
材料HT200，主要加工面有：
N面、R面、Q面、2-Ф80H7孔。
N面的平面度0.05mm。
2-Φ80H7孔的尺寸精度、同轴度Φ0.04mm，与N面的平行度0.07mm，与R及Q面的垂直度Φ0.1mm，以及R相对Q面的平行度0.055mm。
2一Φ10F9孔的尺寸精度、两孔距尺寸精度140±0.05mm以及140±0.05mm对R面的平行度0.06mm。
图2.1传动示意图
1一左臂壳体2一犁刀变速齿轮箱体3一操纵杆4一啮合套5一犁刀传动齿轮6一轴承7一右臂壳体8一犁刀传动轴9一链轮
2．2．1零件主要加工表面尺寸
1.主要孔：
2-Ø80H72-Ø10F98—M12螺纹底孔4-Ø13
2.主要平面：
N面R面Q面等
3.其他加工部分凸台等
第三章工艺规程设计，确定切削用量及工序设计
根据零件材料HT200确定毛坯为铸件，又已知零件生产纲领为6000件／年，该零件质量约为7Kg，可知，其生产类型为大批量生产。
毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。
又由于箱体零件的内腔及2—Ø80mm的孔需铸出。
故还应安放型芯。
此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。
⒈铸件尺寸公差
铸件尺寸公差分为16级，由于是大量生产，毛坯制造方法采用砂型机器造型，由工艺人员手册查得，铸件尺寸公差等级为CT10级，选取铸件错箱值为1.0mm。
⒉铸件机械加工余量
对成批和大量生产的铸件加工余量由工艺人员手册查得，选取MA为G级，各表面的总余量如表3—1所示。
表3—1各加工表面总余量
加工表面
基本尺寸
（mm）
加工余
量等级
加工余量
数值（mm）
说明
R面
168
G
4
底面，双侧加工（取下行数据）
Q面
168
H
5
顶面降1级，双侧加工
N面
168
G
5
侧面，单侧加工（取上行数据）
凸台面
106
G
4
侧面单侧加工
孔2—Ø80
80
H
3
孔降1级，双侧加工
由工艺人员手册可得铸件主要尺寸公差如表3－2所示。
表3—2主要毛坯尺寸及公差（mm）
主要面尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
N面轮廓尺寸
168
—
168
4
N面轮廓尺寸
168
4+5
177
4
N面距孔Ø80中心尺寸
46
5
51
2.8
凸台面距孔Ø80中心尺寸
100+6
4
110
3.6
孔2—Ø80
Ø80
3+3
Ø74
3.2
铸件的分型面选择通过C基准孔轴线，且与R面（或Q面）平行的面。
浇冒口位置分别位于C基准孔凸台的两侧。
⒊零件—毛坯综合图
零件—毛坯综合图一般包括以下内容：
铸造毛坯形状、尺寸及公差、加工余量与工艺余量、铸造斜度及圆角、分型面、浇冒口残根位置、工艺基准及其他有关技术要求等。
零件—毛坯综合图上技术条件一般包括下列内容：
⑴合金牌号。
⑵铸造方法。
⑶铸造的精度等级。
⑷未注明的铸造斜度及圆角半径。
⑸铸件的检验等级。
⑹铸件综合技术条件。
⑺铸件交货状态：
如允许浇冒口残根大小等。
⑻铸件是否进行气压或液压试验。
⑼热处理硬度。
技术要求
l.毛坯精度等级CT为10级；
2.热处理：
时效处理，180－200HBS;
3.未注铸造圆角为R2－R3，拔模斜度2°；
4.铸件表面应无气孔、缩孔、夹砂等；
5.材料：
HT200。
制订工艺路线
根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下：
N面：
粗车——精铣；R面和Q面：
粗铣——精铣；凸台面：
粗铣；2—Ø80mm孔：
粗镗——精镗；7级～9级精度的未铸出孔：
钻一扩一铰；螺纹孔：
钻孔一攻螺纹。
因R面与Q面有较高的平行度要求，2—Ø80mm孔有较高的同轴度要求。
故它们的加工宜采用工序集中的原则，即分别在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来，以保证其位置精度。
根据先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将N面、R面、Q面及2—Ø80mm孔的粗加工放在前面，精加工放在后面，每一阶段中又首先加工N面，后再镗2—Ø80mm孔。
R面及Q面上的Ø8N8孔及4—M13螺纹孔等次要表面放在最后加工。
初步拟订加工工艺路线如下：
工序号
工序内容
铸造
时效
涂漆
10
粗车N面
20
钻扩铰2—Ø10F9孔（尺寸留精铰余量）,孔口倒角1×45°
30
粗铣凸台面
40
粗铣R面及Q面
50
粗镗孔2—Ø80,孔口倒角1×45°
60
钻孔Ø20
70
精铣N面
80
精铰孔2—Ø10F9
90
精铣R面及Q面
100
精镗孔2—Ø80H7
110
扩铰球形孔SØ30H9,钻4—M6螺纹底孔,孔口倒角1×45°,攻螺纹
4—M6
120
钻孔4—Ø13
130
锪平面4—Ø22
140
钻8—M12螺纹底孔,孔口倒角1×45°,钻铰孔2—Ø8N8,孔口倒角
1×45°,攻螺纹8—M12
150
检验
160
入库
上述方案遵循了工艺路线拟订的一般原则，但某些工序有些问题还值得进一步讨论。
如粗车N面，因工件和夹具的尺寸较大，在卧式车床上加工时，它们的惯性力较大，平衡较困难，又由于N面不是连续的圆环面，车削中出现断续切削，容易引起工艺系统的振动，故改用铣削加工。
工序40应在工序30前完成，使R面和Q面在粗加工后有较多的时间进行自然时效，减少工件受力变形和受热变形对2一Ø80mm孔加工精度的影响。
精铣N面后，N面与2一Ø10F9孔的垂直度误差难以通过精铰孔纠正，故对这两孔的加工改为扩铰，并在前面的工序中预留足够的余量。
4一Ø13mm孔尽管是次要表面，但在钻扩铰2—Ø10F9孔时，也将4一Ø13mm孔钻出，可以节约一台钻床和一套专用夹具，能降低生产成本，而且工时也不长。
同理，钻Ø20mm孔工序也应合并到扩铰SØ30H9球形孔工序中。
这组孔在精镗2一Ø80H7孔后加工，容易保证其轴线与2—Ø80H7孔轴线的位置精度。
工序140工步太多，工时太长，考虑到整个生产线的节拍，应将8—M12螺孔的攻螺纹作另一道工序。
修改后的工艺路线如下：
序号
工序内容
简要说明
铸造
时效
消除内应力
涂底漆
防止生锈
10
粗铣N面
先加工基准面
20
钻扩铰2—Ø10F9孔至2—Ø9F9,孔口倒角
留精扩铰余量
1×45°,钻孔4—Ø13
30
粗铣R面及Q面
先加工面
40
铣凸台面
50
粗镗孔2—Ø80,孔
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