汽车变速箱箱体加工工艺及铣平面夹具设计.doc
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湖北汽车工业学院毕业设计开题报告
毕业设计论文
课题名称
汽车变速箱箱体加工工艺及铣平面夹具设计
课题来源
生产实际
专业
机械设计制造及其自动化
班级
T913-1
学号
30
学生姓名
任东方
指导教师
王永泉/任柏林
完成日期
2013-01-10
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。
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日期：
年月日
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不保密□。
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指导教师签名：
日期：
年月日 日期：
年月日
湖北汽车工业学院毕业（设计）论文
摘要
本设计是汽车变速箱箱体零件的加工工艺规程设计及铣削专用夹具设计。
汽车变速箱箱体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输入轴和输出轴的轴承孔作为粗基准，以顶面与两个工艺孔作为精基准。
主要加工工序安排是先以轴承孔系定位加工出顶面，再以顶面与轴承孔系定位加工出工艺孔，在后续工序中除个别工序外均用顶面和工艺孔定位加工其他孔系与平面。
轴承孔系的加工是采用镗模法镗孔，各平面采用铣削法加工，整个加工过程以数控组合机床为主数控铣床及加工中心为辅。
夹具选用专用夹具，定位元件采用若干个支撑板一短圆柱销一短削边销，夹紧方式选用气动夹紧、夹紧可靠，然后分析定位误差和计算夹紧力，设计夹具体，绘制夹具装配图。
关键字：
变速箱箱体工艺规程设计专用夹具设计
Abstract
Thosearethemachiningprocessingproceduresandspecialclampingapparatusdesignoftheautomobilegear-box.Themainmachiningsurfacesoftheautomobilegear-boxareplanesandholes.Generallyspeaking,toguaranteetheaccuracyoftheplanesareeasierthantheholes’s.Therefore,thedesignfollowstheprincipleofplanesfirstandholessecond,andthemachiningoftheholesandtheplanesareclearlydividedintoroughmachiningandfinishmachiningstage.Thesupportingholesoftheinputandoutputshaftofthegear-boxareastheroughdatum,andthetopplaneandtwofabricationholesareasthefinishdatum.Themainprocessingprocessarefasteningthegear-boxwiththesupportingholestoprocessthetopplane,thenfasteningthegear-boxwiththetopplaneandtwofabricationholestoprocessthebearingholes.Inthesubsequentworkingprocedure,inadditiontosomeindividualprocesses,thegear-boxisfastenedbythetopplaneandtwofabricationholestoprocessingtheothes.ThewholeprocessesaregivenprioritytoCNCcombinationmachinetools，CNCmillingmachinesandmachiningcentersarecomplementary.Thespecialclampingapparatusareusedinthewholemachiningprocess,positioningcomponentsadoptanumberofsupportplates,ashortcylindricalpinandashortcuttingedgepin,andtheclampingwaychoosepneumaticandisveryreliable.IntheendIanalysistheerrorandcalculatetheclampingforce,designthebodyofthespecificclampingapparatus.
Keywords:
gear-boxthedesignoftheprocessplaningthedesignofthespecialclampingapparatus
目录
第1篇汽车变速箱箱体加工工艺规程设计 1
1.变速箱箱体零件的分析 1
1.1零件的作用 1
1.2零件的工艺分析 1
1.2.1箱体零件的主要技术要求 1
1.2.2箱体零件的主要加工表面 1
1.3箱体零件的材料及毛坯 2
2.变速箱箱体的加工方案选择 3
2.1孔和平面的加工顺序 3
2.2面的加工方案选择 3
2.3孔系加工方案选择 4
3.变速箱箱体加工定位基准的选择 6
3.1粗基准的选择 6
3.2精基准的选择 6
4.制定变速箱箱体的工艺路线 8
4.1工序安排原则 8
4.2箱体实际加工工艺具体安排 8
4.3箱体加工工艺路线 9
4.4方案对比分析 11
5.选择工艺装备 12
5.1选择机床 12
5.2选择夹具 12
5.3选择刀具 13
5.4选择量具 13
6.机械加工余量、毛坯尺寸及工序尺寸的确定 14
6.1顶面加工余量 14
6.2两工艺孔的加工余量 15
6.3顶面8螺孔M10-6H的加工余量 15
6.4前后端面加工余量 16
6.5前后端面螺纹孔及倒车齿轮轴孔加工余量 17
6.6前后端面上支承孔加工余量 18
6.7两侧面的加工余量 21
6.8两侧面螺孔的加工余量 22
6.9倒车齿轮轴孔内端面加工余量 23
6.10加油孔加工余量 23
7.确定切削用量及基本工时（机动时间） 25
7.1粗、精铣顶面 25
7.2钻顶面螺纹底孔、钻扩铰定位孔 26
7.3粗精铣前后端面 29
7.4粗精铣两侧面 32
7.5铣倒车齿轮轴孔左右两内端面 35
7.6镗前后端面支承孔 37
7.6.1粗镗前后端面支承孔 37
7.6.2半精镗前后端面支承孔 38
7.6.3精镗前后端面支承孔 40
7.7扩铰倒车齿轮轴孔、钻前后左右端面上通孔及螺纹底孔 42
7.8钻加油孔螺纹底孔 45
7.9前后左右端面M10-6H、M14-6H螺孔螺纹底孔攻丝 47
7.10加油孔攻丝 48
8.生产节拍分析及生产线规划 49
第2篇专用夹具设计 50
1.定位基准和夹紧方案的选择 50
2.定位元件的选择及相关计算 50
3.定位误差的分析与计算 52
4.铣削力与夹紧力的计算 53
4.1铣削力的计算 53
4.2夹紧力的估算 54
5.定位键与对刀装置设计 55
6.夹紧方案选择及夹紧元件的设计计算 56
6.1夹紧装置的组成 56
6.2对夹紧装置的要求 56
6.3夹紧方案的选择 56
6.4夹紧元件的设计计算 56
7.夹具体的设计 58
8.夹具设计及操作的简要说明 58
总结 59
致谢 60
参考文献 61
61
第1篇汽车变速箱箱体加工工艺规程设计
1.变速箱箱体零件的分析
1.1零件的作用
变速箱箱体内装有输入轴、输出轴、倒档轴和齿轮等。
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，并保证变速箱箱体部件与其相连接的其他部件的正确安装。
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[14]。
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。
从变速箱箱体零件图来看，它是一个薄壁壳体腔形零件，形状复杂，铸造困难，刚度差，易变形，加工精度要求较高[15]。
1.2零件的工艺分析
1.2.1箱体零件的主要技术要求
汽车箱体零件对一些主要孔与平面有较高技术要求，主要有：
主要孔的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度；主要孔与孔、孔与平面的位置公差；主要平面的尺寸公差、平面度和表面粗糙度。
其主要技术指标如下：
（1）主要孔（轴承座孔）的尺寸公差不低于IT7级；
（2）孔与孔、孔与平面的位置公差：
A.前后端面A和B相对于L-L轴线的跳动量，在100mm长度上分别不大于0.08mm和0.12mm。
B.轴线L-L和轴线M-M在同一平面内的不平行度，在变速器箱体整个长度365上不大于0.07mm。
C.端面C相对于轴线N-N的跳动量，在半径为18mm的长度上不大于0.15mm。
D.主要孔的表面粗糙度为Ra1.6um，前后端面和两侧表面的表面粗糙度为Ra6.3um。
1.2.2箱体零件的主要加工表面
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；的工艺孔加工。
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个工艺孔也有位置度要求为。
（2）以、、的支承孔为主要加工表面的加工面。
这一组加工表面包括：
2个、1个和1个的孔；尺寸为与、的3个孔轴线相垂直的前后端面；前后端面上、的螺孔，以及4个、2个的通孔；还有另外两个在同一轴心线上与两端面相垂直的倒车齿轮轴孔及其内端面和2个的螺孔。
其中前后端面有表面粗糙度要求为，、螺孔，4个、2个通孔均有位置度要求为，两倒车齿轮轴孔内端面有尺寸要求为及表面粗糙度要求。
（3）以两侧窗口面为主要加工平面的加工面。
这一组加工表面包括：
尺寸为和的两侧窗口面；与两侧窗口面相垂直的12个的螺孔；与两侧面成角的尺寸为的锥管螺纹孔（加油孔）。
其中两侧窗口面有表面粗糙度要求为，12个螺孔均有位置度要求为。
【14】
1.3箱体零件的材料及毛坯
对于汽车上的箱体类零件，由于形状较为复杂，通常采用铸铁制造毛坯。
铸铁具有成形容易、可加工性良好，同时吸振性好，成本低等优点，故采用金属型铸造毛坯，壳体的材料为HT200，热处理硬度为190HB；近来，随着轻量化技术的成熟，轿车上的变速器壳体已采用铝合金压铸ZL104、ZL105等[10]。
2.变速箱箱体的加工方案选择
由以上分析可知，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，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[14]，处理好孔和平面之间的相互关系。
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，再以基准平面定位加工其他平面，然后再加工孔系。
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。
并且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。
同时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。
[15]
2.2面的加工方案选择
对于平面加工的技术要求，主要有平面本身的尺寸公差、平面度及该平面与其他表面的位置公差。
箱体平面加工常用的方法有刨、铣、磨三种。
刨削和铣削常作平面的粗加工和半精加工，而磨削则作平面的精加工。
1）刨削加工
其特点是刀具结构简单，机床调整方便，成本较低，在龙门刨床上可以利用几个刀架，在一次装夹中，同时或依次完成若干个表面的加工或多个零件的同时加工，从而较经济地保证这些表面的相互位置精度。
精刨后的表面粗糙度Ra值可达，平面度可达0.02mm/m。
但由于刨削速度低，有空回程损失，同时参加工作的刀具数目少，故其生产效率低，只适于单件小批生产。
2）铣削加工
铣削生产效率高于刨削，故在汽车制造业中的发动机机体、汽缸盖的加工中，常采用多轴龙门铣床，用几把铣刀同时加工几个平面，这样既能保证平面间的位置精度，又能提高生产效率。
近年来，由于端铣刀在结构、刀具材料等方面都有了很大的改进，如不重磨刃端铣刀、密齿硬质合金可转位端铣刀等高速刀具获得了广泛的应用。
其中不重磨刃端铣刀，每齿进给量可达数毫米，其生产率较普通精加工端铣刀高倍，加工表面的表面粗糙度Ra值可达1.25um，因此国内外制造行业普遍提倡以铣代刨。
另外，在组合机床上，为了提高机床的工序集中程度，可用多个密齿硬质合金可转位铣刀，同时加工箱体的几个面，以提高加工质量和生产率。
[4]
故变速箱箱体的主要平面应该采用铣削的加工方法。
2.3孔系加工方案选择
孔系是指箱体零件上一系列有位置精度要求的孔的组合。
孔系加工是箱体零件加工的关键。
根据箱体零件的生产批量的不同和孔系精度要求的不同，所用的加工方法也不同。
汽车变速箱箱体零件上的孔，按其工作性质和加工精度的不同，可分为主要孔和次要孔。
其中轴承座孔为主要孔，这类孔的公差要求较严，一般为IT7IT9级，多在镗床类机床（如卧式镗床、组合镗床）上加工。
次要孔，如螺纹底孔及油孔等，此类孔的公差较大，通常为IT12级，可在普通立式钻床、摇臂钻床或多轴组合机床上加工。
箱体零件孔系的加工，可在普通镗床或组合镗床上进行。
获得孔系各孔之间的位置公差的方法，主要有以下几种。
（1）划线找正法和试镗法
按划线加工孔系是最简单的方法。
加工前按照零件图在箱体毛坯上各孔的加工位置线，然后按划出的线逐一找正进行加工。
这种方法的缺点是找正花费的时间长、生产率低、加工误差大，如在卧式镗床上加工，一般孔距误差为。
因此，这种方法仅适用于单件小批量生产中，对孔距公差要求不高的零件加工或粗加工。
为了提高划线找正的加工精度，可以采用试镗法加工孔系。
用这样的方法镗孔，孔中心距误差可达到。
试镗法的优点是不需要专门的辅助设备；其缺点是试镗和测量花费的时间较多，生产率较低，而且对工人的技术水平要求也较高。
（2）用镗模法镗孔
在大批量生产中，汽车变速箱箱体孔系加工一般都在组合镗床上采用镗模法进行加工。
镗模夹具是按照工件孔系的加工要求设计制造的。
当镗刀杆通过镗套的引导进行镗孔时，镗模的精度就直接保证了关键孔系的精度。
用镗模法加工孔系，工件装夹在镗模上，镗杆被支承在镗模的导套里，增加了系统的刚性。
这样镗刀便通过模板上的孔将工件上相应的孔加工出来了。
当采用两个或两个以上的支承来引导镗杆时，镗杆与机床主轴之间必须采用浮动连接。
采用浮动连接时，机床主轴回转误差对孔系加工精度影响很小，因而可以在精度较低的机床上加工出精度较高的平行孔系。
在车床、卧式镗床或其他机床上均可安装镗模加工孔系。
当从一端加工、镗杆两端均有导向支承时，孔与孔之间的同轴度和平行度可达。
采用镗模可以大大地提高工艺系统的刚度和抗振性。
因此，可以用几把刀同时加工。
所以生产效率很高。
但镗模结构复杂、制造难度大、成本较高，且由于镗模的制造和装配误差、镗模在机床上的安装误差、镗杆和镗套的磨损等原因。
用镗模加工孔系所能获得的加工精度也受到一定限制。
（3）用坐标法镗孔
坐标法镗孔是先把被加工孔系的位置尺寸转换为两个相互垂直的坐标尺寸，然后在机床上利用坐标尺寸的测量装置确定主轴与工件之间的相互位置，从而保证孔系的加工精度。
坐标法镗孔的孔距精度取决于坐标的移动精度，也就是取决于坐标测量装置的精度。
采用坐标法加工孔系时，要特别注意选择基准孔和镗孔顺序，否则坐标尺寸的累积差将影响孔距精度。
基准孔应尽量选择本身尺寸精度高、表面粗糙度值小的孔，以便加工过程中检验其坐标尺寸。
在现代化的汽车制造厂中，在中小批量生产箱体零件时，还可以使用自动换刀数字程序控制镗铣床。
这种机床通用性很高，又具有生产率高的特点，是介于万能机床和专用机床之间的一种新型机床。
实际生产中，不仅要求产品的生产率高，而且要求能够实现大批量、多品种以及产品更新换代所需要的时间短等要求。
镗模法由于镗模生产成本高，生产周期长，不大能适应这种要求，而坐标法镗孔却能适应这种要求。
此外，在采用镗模法镗孔时，镗模板的加工也需要采用坐标法镗孔。
[15]
综合上述各种变速箱箱体孔系加工方案，除了应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备外，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用镗模法镗孔较为适宜。
3.变速箱箱体加工定位基准的选择
加工箱体类零件时，基准选择应当满足以下要求：
（1）保证各重要支承座孔的加工余量均匀；
（2）保证装入箱体的零件与箱体内壁要有足够的间隙；
（3）要尽可能使基准重合以及基准统一，以减少定位误差和避免加工过程中的误差累积，从而保证箱体零件的加工精度。
3.1粗基准的选择
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。
虽然箱体类零件一般都是选择主要孔为粗基准，但是随着生产类型的不同，实现以主要孔为粗基准的工件的装夹方式是不同的。
中小批量生产时，由于毛坯的精度较低，一般采用划线找正。
大批量生产时，毛坯精度较高，可以直接以主要孔在夹具上定位，采用专用夹具装夹。
3.2精基准的选择
精基准的选择最常见的有两种方案：
一种方案是利用一个平面和该平面上的两个工艺孔定位，即通常所说的一面两孔定位，一般工艺孔孔径公差采用，两工艺孔中心距。
另一种方案是用三个互相垂直的平面作定位基准，该方案适用于不具备一面两孔定位基准的条件的一些箱体零件。
生产批量大时常采用第一种方案。
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。
选用顶面及其上的两个工艺孔作精基准具有如下特点：
变速器箱体的设计基准和装配基准是前端面和该面上的两个主要孔和。
根据基准重合原则，加工时应选前端面和该面上的那两个主要孔作定位基准，这样才能使定位误差最小。
但因变速器壳体上需要加工的主要部分大多位于前后端面上，根据对主要孔所提出的技术要求，最好在同一工作行程中能把前后端面上的同轴线孔加工出来。
如果采用前端面及其上的主要孔作为定位基准，就难以做到这一点。
此外，用前端面和该面上两个主要孔作定位基准还将使夹具结构复杂，定位稳定性差，使用也不方便，同时难以实现基准统一和自动化。
实际加工表明，采用顶面及其上的两个工艺孔作为定位基准，加工时箱体口朝下，中间导向支架可以紧固在夹具体上，提高了夹具的刚度，有利于保证各支承孔加工的位置精度，而且工件装卸方便，能减少辅助工时并提高生产率。
采用这种定位基准，可以做到基准统一，能加工较多的表面，也会避免因基准转换而引起的定位误差，容易保证各表面间的位置公差。
分析零件图有关技术要求可知，为了保证后端面和主要孔轴线之间的垂直度要求，以及两侧面距孔的尺寸及不平行的要求，要在最后精加工两端面和两侧面时，最好还是以主要孔定位，使其基准重合。
而主要孔的位置，是由在垂直平面内距顶面和水平平面内距工艺孔这两个尺寸确定的。
因此，顶面及其上的两个工艺孔是主要孔的设计基准。
所以，以顶面及其上的两个工艺孔作精基准来加工主要孔，是不会产生基准不重合定位误差的。
而同时加工孔时，只要以的刀具位置为基准，来确定孔的刀具位置，则定位误差也就不存在了。
同样，孔的位置公差也可以得到保证。
4.制定变速箱箱体的工艺路线
4.1工序安排原则
1）先面后孔。
加工平面型箱体类零件时，一般是先加工平面，然后以平面定位再加工其他表面。
平面面积较大，定位稳定可靠，可减少装夹变形，有利于提高加工精度。
同时，箱体类零件的平面多为装配和设计的基准，这样便可使装配基准和设计基准与定位基准、测量基准重合，从而减少累计误差，提高加工精度。
2）粗、精加工阶段分开。
当工件的刚性好、内应力小，毛坯精度高时，粗加工后的变形很小时，可以在基准平面及其他平面粗、精加工后，再粗、精加工主要孔。
这样既可以减少工序数目和零件的安装次数，又可减少加工余量。
因此，这种方案的生产率高、经济性好。
但是，当毛坯精度较低且刚性差，内应力大时，粗加工后的变形量大，往往会影响加工质量。
故当零件技术要求较高，而粗加工又会引起显著变形时，因采用平面加工和孔的加工交叉进行，即粗加工平面-粗加工孔-精加工平面-精加工孔。
虽然交叉加工使生产管理复杂起来，加工余量亦大，但这样较易保证加工
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