汽車變速箱箱體加工工藝及夾具設(shè)計(jì)

攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章 汽車變速箱加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)1.1零件的分析1.1.1零件的作用題目給出的零件是汽車變速箱箱體。變速箱箱體的主要作用是支承各傳動(dòng)軸，保證各軸之間的中心距及平行度，并保證變速箱部件與發(fā)動(dòng)機(jī)正確安裝。因此汽車變速箱箱體零件的加工質(zhì)量，不但直接影響汽車變速箱的裝配精度和運(yùn)動(dòng)精度，而且還會(huì)影響汽車的工作精度、使用性能和壽命。汽車變速箱主要是實(shí)現(xiàn)汽車的變速，改變汽車的運(yùn)動(dòng)速度。汽車變速箱箱體零件的頂面用以安裝變速箱蓋，前后端面支承孔、用以安裝傳動(dòng)軸，實(shí)現(xiàn)其變速功能。1.1.2零件的工藝分析由汽車變速箱箱體零件圖可知。汽車變速箱箱體是一個(gè)簿壁殼體零件，它的外表面上有五個(gè)平面需要進(jìn)行加工。支承孔系在前后端面上。此外各表面上還需加工一系列螺紋孔。因此可將其分為三組加工表面。它們相互間有一定的位置要求?，F(xiàn)分析如下：（1）、以頂面為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：頂面的銑削加工；的螺孔加工；的工藝孔加工。其中頂面有表面粗糙度要求為，8個(gè)螺孔均有位置度要求為，2個(gè)工藝孔也有位置度要求為。（2）、以、的支承孔為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：2個(gè)、2個(gè)和1個(gè)的孔；尺寸為的與、的4個(gè)孔軸線相垂直的前后端面；前后端面上的3個(gè)、16個(gè)的螺孔，以及4個(gè)、2個(gè)的孔；還有另外兩個(gè)在同一中心線上與兩端面相垂直的的倒車齒輪軸孔及其內(nèi)端面和兩個(gè)的螺孔。其中前后端面有表面粗糙度要求為，3個(gè)、16個(gè)的螺孔，4個(gè)、2個(gè)的孔均有位置度要求為，兩倒車齒輪軸孔內(nèi)端面有尺寸要求為及表面粗糙度要求為。（3）、以兩側(cè)窗口面為主要加工平面的加工面。這一組加工表面包括：尺寸為和的兩側(cè)窗口面；與兩側(cè)窗口面相垂直的12個(gè)的螺孔；與兩側(cè)面成角的尺寸為的錐管螺紋孔（加油孔）。其中兩側(cè)窗口面有表面粗糙度要求為，12個(gè)螺孔均有位置度要求為。1.2變速箱箱體加工的主要問(wèn)題和工藝過(guò)程設(shè)計(jì)所應(yīng)采取的相應(yīng)措施由以上分析可知。該箱體零件的主要加工表面是平面及孔系。一般來(lái)說(shuō)，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，對(duì)于變速箱箱體來(lái)說(shuō)，加工過(guò)程中的主要問(wèn)題是保證孔的尺寸精度及位置精度，處理好孔和平面之間的相互關(guān)系。由于汽車變速箱的生產(chǎn)量很大。怎樣滿足生產(chǎn)率要求也是變速箱加工過(guò)程中的主要考慮因素。1.2.1孔和平面的加工順序箱體類零件的加工應(yīng)遵循先面后孔的原則：即先加工箱體上的基準(zhǔn)平面，以基準(zhǔn)平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。變速箱箱體的加工自然應(yīng)遵循這個(gè)原則。這是因?yàn)槠矫娴拿娣e大，用平面定位可以確保定位可靠夾緊牢固，因而容易保證孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去鑄件表面的凹凸不平。為提高孔的加工精度創(chuàng)造條件，便于對(duì)刀及調(diào)整，也有利于保護(hù)刀具。變速箱箱體零件的加工工藝應(yīng)遵循粗精加工分開(kāi)的原則，將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證孔系加工精度。1.2.2孔系加工方案選擇變速箱箱體孔系加工方案，應(yīng)選擇能夠滿足孔系加工精度要求的加工方法及設(shè)備。除了從加工精度和加工效率兩方面考慮以外，也要適當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)因素。在滿足精度要求及生產(chǎn)率的條件下，應(yīng)選擇價(jià)格最底的機(jī)床。根據(jù)汽車變速箱箱體零件圖所示的變速箱箱體的精度要求和生產(chǎn)率要求，當(dāng)前應(yīng)選用在組合機(jī)床上用鏜模法鏜孔較為適宜。（1）、用鏜模法鏜孔在大批量生產(chǎn)中，汽車變速箱箱體孔系加工一般都在組合鏜床上采用鏜模法進(jìn)行加工。鏜模夾具是按照工件孔系的加工要求設(shè)計(jì)制造的。當(dāng)鏜刀桿通過(guò)鏜套的引導(dǎo)進(jìn)行鏜孔時(shí)，鏜模的精度就直接保證了關(guān)鍵孔系的精度。采用鏜模可以大大地提高工藝系統(tǒng)的剛度和抗振性。因此，可以用幾把刀同時(shí)加工。所以生產(chǎn)效率很高。但鏜模結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造難度大、成本較高，且由于鏜模的制造和裝配誤差、鏜模在機(jī)床上的安裝誤差、鏜桿和鏜套的磨損等原因。用鏜模加工孔系所能獲得的加工精度也受到一定限制。（2）、用坐標(biāo)法鏜孔在現(xiàn)代生產(chǎn)中，不僅要求產(chǎn)品的生產(chǎn)率高，而且要求能夠?qū)崿F(xiàn)大批量、多品種以及產(chǎn)品更新?lián)Q代所需要的時(shí)間短等要求。鏜模法由于鏜模生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，不大能適應(yīng)這種要求，而坐標(biāo)法鏜孔卻能適應(yīng)這種要求。此外，在采用鏜模法鏜孔時(shí)，鏜模板的加工也需要采用坐標(biāo)法鏜孔。用坐標(biāo)法鏜孔，需要將箱體孔系尺寸及公差換算成直角坐標(biāo)系中的尺寸及公差，然后選用能夠在直角坐標(biāo)系中作精密運(yùn)動(dòng)的機(jī)床進(jìn)行鏜孔。零件圖所示變速箱箱體孔系尺寸換算如下：如下圖所示為三個(gè)支承孔中心線所構(gòu)成的坐標(biāo)尺寸關(guān)系。其中：，。設(shè)加工時(shí)坐標(biāo)系為且現(xiàn)在要計(jì)算、及。由圖可知： 根據(jù)余弦定理： 根據(jù)幾何關(guān)系可得： 孔系中心的直角坐標(biāo)尺寸算出來(lái)后。還需要進(jìn)一步確定各組成環(huán)的公差。組成環(huán)的公差分配方法有多種，現(xiàn)以等公差分配法為例子說(shuō)明各組成環(huán)公差的求解方法。已知： 因 兩邊微分后得： 若 ，則有 |AC|與和構(gòu)成尺寸鏈，其中|AC|為尺寸鏈的封閉環(huán)。按等公差分配原則，及的公差各取。 |CB|與及構(gòu)成另一個(gè)尺寸鏈，且|CB|為尺寸鏈的封閉環(huán)。按前述方法可得及的尺寸公差各為。最終求得的變速箱箱體孔系在直角坐標(biāo)中的尺寸及公差為： 1.3變速箱箱體加工定位基準(zhǔn)的選擇1.3.1粗基準(zhǔn)的選擇粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：（1）、保證各重要支承孔的加工余量均勻；（2）、保證裝入箱體的零件與箱壁有一定的間隙。為了滿足上述要求，應(yīng)選擇變速箱的主要支承孔作為主要基準(zhǔn)。即以變速箱箱體的輸入軸和輸出軸的支承孔作為粗基準(zhǔn)。也就是以前后端面上距頂平面最近的孔作為主要基準(zhǔn)以限制工件的四個(gè)自由度，再以另一個(gè)主要支承孔定位限制第五個(gè)自由度。由于是以孔作為粗基準(zhǔn)加工精基準(zhǔn)面。因此，以后再用精基準(zhǔn)定位加工主要支承孔時(shí)，孔加工余量一定是均勻的。由于孔的位置與箱壁的位置是同一型芯鑄出的。因此，孔的余量均勻也就間接保證了孔與箱壁的相對(duì)位置。1.3.2精基準(zhǔn)的選擇從保證箱體孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置 。精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)能保證變速箱箱體在整個(gè)加工過(guò)程中基本上都能用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。從變速箱箱體零件圖分析可知，它的頂平面與各主要支承孔平行而且占有的面積較大，適于作精基準(zhǔn)使用。但用一個(gè)平面定位僅僅能限制工件的三個(gè)自由度，如果使用典型的一面兩孔定位方法，則可以滿足整個(gè)加工過(guò)程中基本上都采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位的要求。至于前后端面，雖然它是變速箱箱體的裝配基準(zhǔn)，但因?yàn)樗c變速箱箱體的主要支承孔系垂直。如果用來(lái)作精基準(zhǔn)加工孔系，在定位、夾緊以及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面都有一定的困難，所以不予采用。1.4變速箱箱體加工主要工序安排對(duì)于大批量生產(chǎn)的零件，一般總是首先加工出統(tǒng)一的基準(zhǔn)。變速箱箱體加工的第一個(gè)工序也就是加工統(tǒng)一的基準(zhǔn)。具體安排是先以孔定位粗、精加工頂平面。第二個(gè)工序是加工定位用的兩個(gè)工藝孔。由于頂平面加工完成后一直到變速箱箱體加工完成為止，除了個(gè)別工序外，都要用作定位基準(zhǔn)。因此，頂面上的螺孔也應(yīng)在加工兩工藝孔的工序中同時(shí)加工出來(lái)。后續(xù)工序安排應(yīng)當(dāng)遵循粗精分開(kāi)和先面后孔的原則。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺紋底孔在多軸組合鉆床上鉆出，因切削力較大，也應(yīng)該在粗加工階段完成。對(duì)于變速箱箱體，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原則亦應(yīng)先精加工平面再加工孔系，但在實(shí)際生產(chǎn)中這樣安排不易于保證孔和端面相互垂直。因此，實(shí)際采用的工藝方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可脹心軸定位來(lái)加工端面，這樣容易保證零件圖紙上規(guī)定的端面全跳動(dòng)公差要求。各螺紋孔的攻絲，由于切削力較小，可以安排在粗、精加工階段中分散進(jìn)行。加工工序完成以后，將工件清洗干凈。清洗是在的含0.4%1.1%蘇打及0.25%0.5%亞硝酸鈉溶液中進(jìn)行的。清洗后用壓縮空氣吹干凈。保證零件內(nèi)部雜質(zhì)、鐵屑、毛刺、砂粒等的殘留量不大于。根據(jù)以上分析過(guò)程，現(xiàn)將汽車變速箱箱體加工工藝路線確定如下：工序1：粗、精銑頂面。以兩個(gè)的支承孔和一個(gè)的支承孔為粗基準(zhǔn)。選用立軸圓工作臺(tái)銑床，和專用夾具。工序2：鉆頂面孔、鉸工藝孔。以兩個(gè)的支承孔和前端面為基準(zhǔn)。選用專用組合鉆床和專用夾具。工序3：粗銑前后端面。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合銑床和專用夾具。工序4：粗銑兩側(cè)面及凸臺(tái)。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合銑床和專用夾具。工序5：粗鏜前后端面支承孔。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合鏜床和專用夾具。工序6：檢驗(yàn)。工序7：半精銑前后端面。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合銑床和專用夾具。工序8：鉆倒車齒輪軸孔，鉆前后端面上孔。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合鉆床和專用夾具。工序9：銑倒車齒輪軸孔內(nèi)端面，鉆加油孔。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合銑床和專用夾具。工序10：鉆兩側(cè)面孔。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合鉆床和專用夾具。工序11：精鏜支承孔。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合鏜床和專用夾具。工序12：攻錐螺紋孔。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合攻絲機(jī)和專用夾具。工序13：前后端面孔攻絲。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合攻絲機(jī)和專用夾具。工序14：兩側(cè)窗口面上螺孔攻絲。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合攻絲機(jī)和專用夾具。工序15：頂面螺孔攻絲。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合攻絲機(jī)和專用夾具。工序16：中間檢驗(yàn)。工序17：精銑兩側(cè)面。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合銑床和專用夾具。工序18：精銑前后端面。以兩個(gè)支承孔和一個(gè)工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合銑床和專用夾具。工序19：清洗。選用清洗機(jī)清洗。工序20：終檢。以上工藝過(guò)程詳見(jiàn)機(jī)械加工工藝過(guò)程綜合卡片（附表1）。1.5機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定“汽車變速箱箱體”零件材料采用灰鑄鐵制造。變速箱材料為HT150，硬度HB為170241，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，采用鑄造毛坯。（1）、頂面的加工余量。（計(jì)算頂面與支承孔軸線尺寸）根據(jù)工序要求，頂面加工分粗、精銑加工。各工步余量如下：粗銑：參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)第1卷表3.2-23。其余量值規(guī)定為，現(xiàn)取。表3.2-27粗銑平面時(shí)厚度偏差取。精銑：參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-59，其余量值規(guī)定為。鑄造毛坯的基本尺寸為根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-11,鑄件尺寸公差等級(jí)選用CT7，再查表2.3-9可得鑄件尺寸公差為 毛坯的名義尺寸為：毛坯最小尺寸為：毛坯最大尺寸為：粗銑后最大尺寸為：粗銑后最小尺寸為： 精銑后尺寸與零件圖尺寸相同，即（2）、兩工藝孔。毛坯為實(shí)心，不沖孔。兩孔精度要求為IT8，表面粗糙度要求為。參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-47，表2.3-48。確定工序尺寸及加工余量為：鉆孔： 擴(kuò)孔： （Z為單邊余量）鉸孔： （3）、頂面8螺孔毛坯為實(shí)心，不沖孔。參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-71，現(xiàn)確定其工序尺寸及加工余量為：鉆孔： 攻絲： （4）、前后端面加工余量。（計(jì)算長(zhǎng)度為）根據(jù)工藝要求，前后端面分為粗銑、半精銑、半精銑、精銑加工。各工序余量如下：粗銑：參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)第1卷表3.2-23，其加工余量規(guī)定為，現(xiàn)取。半精銑：參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)第1卷，其加工余量值取為。精銑：參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)，其加工余量取為。鑄件毛坯的基本尺寸為，根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-11，鑄件尺寸公差等級(jí)選用CT7。再查表2.3-9可得鑄件尺寸公差為。 毛坯的名義尺寸為：毛坯最小尺寸為：毛坯最大尺寸為：粗銑前后端面工序尺寸定為半精銑前后端面工序尺寸定為精銑前后端面后尺寸與零件圖尺寸相同，即（5）、前后端面上16螺孔，3螺孔，4孔，倒車齒輪軸孔加工余量。毛坯為實(shí)心，不沖孔。參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-71，現(xiàn)確定螺孔加工余量為：16螺孔鉆孔： 攻絲： 3螺孔鉆孔： 攻絲： 孔，參照機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)表5-58，確定工序尺寸為：鉆孔： 倒車齒輪軸孔，參照機(jī)械加工余量與公差手冊(cè)表4-23確定工序尺寸及余量為：鉆孔： 鉆孔： 擴(kuò)孔： 鉸孔： （6）、前后端面支承孔。根據(jù)工序要求，前后端面支承孔的加工分為粗鏜、精鏜兩個(gè)工序完成，各工序余量如下：粗鏜：孔，參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-48,其余量值為；孔，參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-48,其余量值為；孔，參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-48,其余量值為。精鏜：孔，參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-48,其余量值為；孔，參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-48,其余量值為；孔，參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-48,其余量值為。 鑄件毛坯的基本尺寸分別為：孔毛坯基本尺寸為；孔毛坯基本尺寸為；孔毛坯基本尺寸為。根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-11，鑄件尺寸公差等級(jí)選用CT7，再查表2.3-9可得鑄件尺寸公差分別為： 孔毛坯名義尺寸為；毛坯最大尺寸為；毛坯最小尺寸為；粗鏜工序尺寸為；精鏜后尺寸與零件圖尺寸相同，即?？酌髅x尺寸為；毛坯最大尺寸為；毛坯最小尺寸為；粗鏜工序尺寸為；精鏜后尺寸與零件圖尺寸相同，即。孔毛坯名義尺寸為；毛坯最大尺寸為；毛坯最小尺寸為；粗鏜工序尺寸為；精鏜后尺寸與零件圖尺寸相同，即。（7）、兩側(cè)面及凸臺(tái)加工余量。(兩側(cè)面計(jì)算長(zhǎng)度分別為：側(cè)面到支承孔軸線尺寸和。凸臺(tái)計(jì)算長(zhǎng)度為：凸臺(tái)到定位孔軸線尺寸)由工序要求，兩側(cè)面需進(jìn)行粗、精銑加工。各工序余量如下：粗銑：參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)第1卷表3.2-23，其余量值為,現(xiàn)取其為。表3.2-27，粗銑平面時(shí)厚度偏差取。精銑：參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-59,其余量值規(guī)定為。鑄件毛坯的基本尺寸分別為：，。根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-11，鑄件尺寸公差等級(jí)選用CT7，再查表2.3-9可得鑄件尺寸公差分別為和。則兩側(cè)面毛坯名義尺寸分別為： 毛坯最小尺寸分別為： 毛坯最大尺寸分別為： 粗銑后最大尺寸分別為： 粗銑后最小尺寸分別為： 精銑后尺寸與零件圖尺寸相同，即和。由工序要求可知，凸臺(tái)只需進(jìn)行粗銑加工。其工序余量如下：參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)第1卷表3.2-23，其余量規(guī)定為，現(xiàn)取其為。鑄件毛坯的基本尺寸。根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-11，鑄件尺寸公差等級(jí)選用CT7，再查表2.3-9可得鑄件尺寸公差為。則凸臺(tái)毛坯名義尺寸為：毛坯最小尺寸為：毛坯最大尺寸為：粗銑后尺寸與零件圖尺寸相同，即。（8）、兩側(cè)面螺孔加工余量毛坯為實(shí)心，不沖孔。參照機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-71,現(xiàn)確定螺孔加工余