变速箱体的机械加工工艺规程及专用夹具设计与制作.doc

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湖南工贸技师学院

技师论文案例报告

题目:设计“变速箱体”零件的机械加工工艺规程及相关工序的专用夹具

内容：1.零件图 一张
2.毛坯图 一张
3.机械加工工艺过程综合卡片 一张
（或机械加工工艺规程卡片 一套）
4.夹具装配图 一张
5.夹具体零件图 一张
6.课程设计说明书 一份

原始资料：该零件图样，Q=20000台/年， n=1件/台，每日1班

班 级 学 号：9 号
学 生：吕沛思
指 导 教 师：张璐青
系（教研室）主 任：王定勇

变速箱体的工艺与夹具的设计与制作
湖南工贸技师学院 吕沛思
摘要：本文对变速箱体的加工难点、生产类型进行了分析，针对零件的结构特点进行毛坯设计、对其工艺过程进行了设计。为提高生产效率，设计了铣削窄槽夹具，对其它箱体零件的加工有一定的借鉴意文。
关键词：变速箱 工艺 夹具 设计
一、分析零件图纸并确定其生产类型
1. 零件的作用
变速箱体的材料HT200，是减速箱的重要零件（见图立体1-1及零件图1-2），其主要作用是：
①、起支承作用，并在此基础上安装轴类零件及轴上零件。
②、利用它们的工艺结构起到其他重要零件的定位作用。
③、用以连接机器设备与地面的基础零件。

图1-1 变速箱体立体图

2.零件的结构分析
该零件是属于箱体零件，通过对该零件图的重新绘制，对零件有些深入的了解。此零件为典型的箱体类零件，并不是所有的表面和轮廓都要加工，除几个轴承孔外，其他部分加工精度要求不高，都比较容易获得。主要保证好输入轴与输出轴孔的精度以及两个面的位置度。此零件的工艺路线完全按照：先面后孔，先粗后精，先主后次，基准先行的一般工艺原则所进行的。其设计基准与装配基准为底平面，所以应先将其加工完成。两侧面与轴承孔的中心线有垂直度的要求，但是精度要求并不是特别高，容易保证形位公差要求。此零件孔较多，但大部是小螺丝孔，只要能满足装配即可。考虑到加工该零件所需要刀具繁多，而且为大批量生产，所以选在数控立式和卧式加工中心上完成加工。因此要设计专用夹具，其后有根据工艺路线专门设计的夹具具体分析。

3.零件的生产类型
依据设计题目知：Q=20000台/年，n=1件/台；结合生产实际，备品率α和废品率β分别取为5％和5％。代入公式N=Qn(1+α)(1+β) (1-1)
N=20000×1×(1+5％)×(1+5％)=22050件/年
零件质量为10.2kg（依据长×宽×高×7.8=吨），查表2-1可知其属于轻型零件，生产类型为大批生产。
二、选择毛坯尺寸，设计毛坯图
1.选择毛坯
该零件材料是HT200。考虑到其内部结构复杂，因此应该选用铸造件，保证零件工作可靠。由于零件年产量为22050件，属于批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故可以采用铸造成型。这从提高生产率、保证加工精度考虑，也是应该的。
2．确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差
（1） 公差等级 铸件公差等级有16级，代号为CT1-CT16，根据该零件功用与技术要求为普通级。
（2） 零件表面粗糙度 由零件图知，各加工表面1.6。
3．确定机械加工余量
根据铸件质量、零件表面粗糙度查表，由此查得单边余量在厚度方向为2 mm，水平方向也为2mm，也就是各处余量均为2mm。而铸件内的轴孔单边余量为2.1mm。
4. 确定毛坯尺寸
上面查得的加工余量适用于此零件，可适当加大。
综上所述，确定毛坯尺寸见下表
表2-1 变速箱毛坯尺寸
零件尺寸
单边余量
铸件尺寸
零件尺寸
单边余量
铸件尺寸
326
2
330
Φ72J7
2.1
Φ67.8
230
2
234
Φ62J7
2.1
Φ57.8
Φ80J7
2.1
Φ75.8
Φ42
2.1
Φ37.8
Φ92H7
2.1
Φ87.8
Φ72J7
2.1
Φ67.8

5.确定毛坯尺寸公差
根据查表5-3得，本毛坯允许偏差见下表1-2
表2-2 变速箱毛坯尺寸允许偏差
铸件尺寸
偏差
根据
铸件尺寸
偏差
根据
330
+1.9
-0.9
铸件公差表使用方法
Φ67.8
+1.4
-0.6
铸件公差表使用方法
234
+1.9
-0.9
Φ57.8
+1.4
-0.6
Φ76
+1.4
-0.6
Φ37.8
+1.4
-0.6
Φ87.8
+1.5
-0.7
Φ67.8
+1.4
-0.6
6． 设计毛坯图
（1） 确定圆角半径 铸件圆角半径要求不高，满足要救即行。内圆角半径为3.5，外圆角半径为5
（2） 确定铸造方法 由于批量生产，且零件较大，选为砂型铸造。
（3） 确定毛坯的热处理方式 为消除铸造时产生的残余应力采用人工时效处理，改善加工条件。
根据以上数据，设计出该零件的毛坯图见图2-1

三、选择加工方法，制定工艺路线
1．定位基准的选择
本零件是变速箱，底面是其设计基准（也是装配基准），为避免由于基准不重合而产生误差，应选底面为定位基准进行加工。
从图可知，此零件要加工的尺寸不多，为6个轴孔以及上、下面以及两轴承盖端面及其它螺纹孔。底面作为定位基准加工上表面。另外两侧面以一边作为粗基准加工另一面，然后以另一面作为基准加工对面。加工孔时一加工好的一侧面作为基准进行镗削。
2．零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有端面、底面、内孔、小孔、螺纹孔等，材料为HT200。以公差等级和表面粗糙度要求，其加工方法选择如下。
（1）.变速箱上、下面 粗糙度要求为6.4，只需进行粗铣就行。
（2） 轴承端盖面 粗糙度要求为1.6，且两侧面相对于基准A-B的垂直度公差为0.03，需进行粗铣、半精铣、精铣，且要保证好垂直度。
（3） Φ80J7内孔 粗糙度要求为1.6，垂直度要求为0.03，公差等级为IT7，毛坯孔已经铸出，加工方法可采用粗镗、半精镗、精镗就可以满足加工要求。其它五个轴承孔及2个Φ30H7的孔的加工方法相同。
（4） 螺丝孔及4个地脚螺钉孔， 孔较多，但要求不高，保证好位置度后一次性在加工中心上完成即可。
3．制定工艺路线
按照加工原则，先加工基准面及先粗后精，先面后孔。同时，为保证加工效率，成批量生产，此零件的加工工艺路线按如下方式进行。

工序1：以底面为定位基准加工上表面，钻4个Φ26的孔以及加工9个M10的螺纹。
工序2：以粗铣后的上表面为基准加工下底面及钻4个Φ13的孔。
工序3：加工完成右端面轮廓尺寸，粗镗、半精镗、精镗Φ42内孔、两个Φ72内孔，加工完成两个Φ30、Φ22的内孔以及加工完成右端面上的螺纹孔。
工序4：加工完成左侧面轮廓尺寸，粗镗、半精镗、精镗Φ80、Φ62内孔、Φ92内孔以及加工完成左端面上的螺纹孔
工序5：加工两个英制螺纹。
工序6：钳工去毛刺。
工序7：终检。

四、工序设计
1．选择加工设备与工艺装备
（1） 选择机床 根据工序要求选择合适的机床。
此零件为变速箱体，为提高生产效率，各个工序之间完成的工作较多，且有大量的孔及螺纹，此零件的所有工序应选择在立式加工中心上完成，这样能较大程度上减少零件在加工过程中的装夹次数保证加工精度。
（2） 选择夹具 零件为成批量生产，所以必需定好位，但要求不高，只需以面销组合定位就可。此零件较高的地方为两侧面及轴承孔，且相互之间垂直度要求较高，定位时考虑以面孔定位，保证好精度。所以选择一面两销夹具最佳。
（3） 选择刀具 根据不同的工序选择刀具。
A 粗加工上、下面时可采用Φ80硬质合金端铣刀。
B 半精加工、精加工侧面时可采用硬质合金铣刀，注意控制铣刀直径。
C 钻各个小孔之前，先用硬质合金中心钻打好中心孔
C 钻各个小孔时，用普通钻头一次性钻出。
D 攻丝时用机用丝锥即可，大小根据螺纹大小而定，有M10及M16两种类型。
E 半精镗、精镗孔时用微调镗刀，在加工Φ92H7的孔及Φ42的孔时注意镗刀杆深度。
（4）选择量具 本零件属于成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。此零件要加工的地方不多，主要是孔的测量，用内径千分尺和游标卡尺即可。
A 选择面的测量，用游标卡尺即可。
B 选择加工孔的量具。Φ22H7、Φ30H7、Φ42、Φ62J7、Φ72J7、Φ80J7、Φ92H7孔经粗镗、半精镗、精镗三次加工。粗镗时，用游标卡尺测量则可。半精镗上述孔，公差等级在IT9，需用相适应的内径千尺测量。（范围为25-50、50-175）精镗上述孔时，精度要求也不是很高，同样用相适应的内径千尺测量即可。
C 选择加工螺纹孔的量具。M16、M10的螺纹孔用相适应的的螺纹规测量即可。

数控加工工序卡
零件名称
减速器
零件图号
01
夹具名称
压板　
设备名称及型号
立式加工中心
材料名称及牌号
HT200
硬度
HB160~210
工序名称
加工上表面
工序号
1　

工步号
工步内容
切削用量
刀具
量具
Vf
n
f

编号
名称
编号
名称
　1
铣上平面
120
500
200
2
T1
Φ50端铣刀
1
游标卡尺
　2
钻4×Φ26中心孔、9×M10螺纹中心孔
40
1000
40
——
T2
Φ3中心钻
——
——
3
钻4×Φ26孔
70
300
120
——
T3
Φ26钻头
1
游标卡尺
4
钻9×M10的螺纹孔至Φ8.5
50
500
80
——
T4
Φ8.5钻头
1
游标卡尺
5
9×M10的螺纹孔端倒角
50
500
120
——
T5
Φ13钻头
——
——
6
攻9× M10的螺纹
13
100
60
——
T6
M10丝锥
5
M10螺纹规

共 4 页
　第 1 页

可修改编辑
数控加工工序卡
零件名称
减速器
零件图号
02
夹具名称
压板　
设备名称及型号
立式加工中心
材料名称及牌号
HT200
硬度
HB160~210
工序名称
加工下表面
工序号
2　

工步号
工步内容
切削用量
刀具
量具
Vf
n
f

编号
名称
编号
名称
　1
粗铣箱体底平面
120
500
200
1.8
T1
Φ50端铣刀
1
游标卡尺
　2
精铣箱体底平面
124
395
316
0.2
T7
Φ100盘铣刀
1
游标卡尺
3
钻4×Φ13中心孔
40
1000
40
——
T2
Φ3中心钻
——
——
4
钻4×Φ13孔
55
500
120
——
T5
Φ13钻头
1
游标卡尺

共 4 页
　第 2 页

数控加工工序卡
零件名称
减速器
零件图号
03
夹具名称
专用夹具　
设备名称及型号
卧式加工中心
材料名称及牌号
HT200
硬度
HB160~210
工序名称
加工右端面
工序号
3　

工步号
工步内容
切削用量
刀具
量具
Vf
n
f

编号
名称
编号
名称
1
粗铣右侧面轮廓
120
500
300
1.5
T1
Φ50端铣刀
1
游标卡尺
2
半精铣右侧面轮廓
140
300
200
0.3
T7
Φ100盘铣刀
1
游标卡尺
3
精铣右侧面轮廓
130
400
100
0.2
T7
Φ100盘铣刀
1
游标卡尺
4
粗镗Φ42内孔
40
600
80
——
T8
1号粗镗刀
1
游标卡尺
5
半精镗Φ42内孔
50
800
60
——
T16
1号半精镗刀
3
25~50内径千分尺
6
精镗Φ42内孔
50
1200
30
——
T20
1号精镗刀
3
25~50内径千分尺
7
粗镗两个Φ72内孔
60
300
70
——
T9
2号粗镗刀
1
游标卡尺
8
半精镗两个Φ72内孔
70
500
60
——
T15
2号半精镗刀
4
50~175内径千分尺
9
精镗两个Φ72内孔
60
700
50
——
T19
2号精镗刀
4
——
数控加工工序卡
工步号
工步内容
切削用量
刀具
量具
V
n
f

编号
名称
编号
名称
10
钻两个Φ30、两个Φ22、M10螺纹、M16螺纹的中心孔
40
1000
40
——
T2
Φ3中心钻
——
——
11
钻Φ30孔至Φ29.8
20
500
120
——
T10
Φ29.8钻头
1
游标卡尺
12
粗绞两个Φ30内孔至
Φ29.93
8
100
60
——
T17
1号粗绞刀
3
25~50内径千分尺
13
精绞两个Φ30内孔
12
100
50
——
T21
1号精绞刀
3
25~50内径千分尺
14
钻Φ22孔至Φ21.8
60
500
120
——
T11
Φ21.8钻头
1
游标卡尺
15
粗绞两个Φ22内孔至
Φ21.94
8
100
60
——
T18
2号粗绞刀
2
5~30内径千分尺
16
精绞两个Φ22内孔
12
100
50
——
T22
2号精绞刀
2
5~30内径千分尺
17
钻端面上M10螺纹孔
50
500
80
——
T4
Φ8.5钻头
1
游标卡尺
18
M10的螺纹孔端倒角
50
500
120
——
T5
Φ13钻头
——
——
19
攻M10的螺纹
13
100
60
——
T6
M10丝锥
5
M10螺纹规
20
钻端面上M16螺纹孔
55
500
120
——
T12
Φ13.9钻头
1
游标卡尺
21
M16的螺纹孔端倒角
60
500
120
——
T24
Φ18钻头
——
——
22
攻M16的螺纹
15
100
60
——
T23
M16丝锥
6
M16螺纹规

共 4 页
第 3 页

数控加工工序卡
零件名称
减速器
零件图号
04
夹具名称
专用夹具　
设备名称及型号
卧式加工中心
材料名称及牌号
HT200
硬度
HB160~210
工序名称
加工左表面
工序号
4　

工步号
工步内容
切削用量
刀具
量具
Vf
n
f

编号
名称
编号
名称
1
粗铣左侧面轮廓
120
500
300
1.5
T1
Φ80端铣刀
1
游标卡尺
2
半精铣左侧面轮廓
140
300
200
0.3
T7
Φ100端铣刀
1
游标卡尺
3
精铣左侧面轮廓
130
400
100
0.2
T7
Φ100端铣刀
1
游标卡尺
4
粗镗Φ62内孔
50
400
80
——
T9
2号粗镗刀
1
游标卡尺
5
半精镗Φ62内孔
60
450
70
——
T14
2号半精镗刀
4
50~175内径千分尺
6
精镗Φ62内孔
80
500
60
——
T19
2号精
镗刀
4
50~175内
径千分尺
数控加工工序卡
工步号
工步内容
切削用量
刀具
量具
Vf
n
f

编号
名称
编号
名称
7
粗镗Φ80内孔
70
400
70
——
T25
3号粗镗刀
1
游标卡尺
8
粗镗Φ92内孔
80
300
70
——
T25
3号粗镗刀
1
游标卡尺
9
半精镗Φ80内孔
70
500
60
——
T26
3号半精镗刀
4
50~175内径千分尺
10
半精镗Φ92内孔
80
400
60
——
T26
3号半精镗刀
4
50~175内径千分尺
11
精镗Φ80内孔
80
600
50
——
T27
3号精镗刀
4
50~175内径千分尺
12
精镗Φ92内孔
80
500
50
——
T27
3号精镗刀
4
50~175内径千分尺
13
钻M10螺纹的中心孔
40
1000
40
——
T2
Φ3中心钻
——
——
14
钻端面上的M10螺纹孔
50
500
80
——
T4
Φ8.5钻头
1
游标卡尺
15
M10螺纹孔端倒角
50
500
120
——
T5
Φ13钻头
——
——
16
攻M10的螺纹
13
100
60
——
T6
M10丝锥
5
M10螺纹规

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五、夹具设计

图6-1 零件固定在夹具上的立体图

图6-2 夹具立体图

图6-3 夹具零件简图

本夹具是针对轴承孔的加工进行专门设计，在卧式加工中心上完成，以便提高生产效率及精度保证。

1、 定位方案
从图上可以看出，零件应以底面及Φ13孔定位，采用一面两销组合定位。其中台阶平面限制3个自由度，圆柱销限制2个自由度，削边销限制1个自由度，共限制了6个自由度，完全定位。

图6-4菱形销的主要尺寸结构
1、菱形销结构及规格
菱形销的尺寸由于削边销的直径尺寸需要根据具体定位精度要求来计算确定，所以，削边销的规格以与之配合的定位孔的直径D来确定。
图6-4为削边销主要结构尺寸。其中参数为：
D——定位孔直径基本尺寸；
B——削边销宽度；
b——削边销圆弧宽度；
削边销规格及主要参数见表6-1

菱形销主要参数

D
3～6
>6～8
>8～20
>20～24
>24～30
>30～40
>40～50
B
D-0.5
D-1
D-2
D-3
D-4
D-5
D-5
b
2
3
4
5
5
6
8
表 6-1

本零件定位孔为Φ13，所以查表6-1得
B=D-2
=13-2
=11
b=4

2．菱形销的设计
如图所示，当孔距为最大极限尺寸，销距为最小极限尺寸时，菱形销的干涉点会发生在A、B。当孔距为最小极限尺寸，销距为最大极限尺寸时，菱形销的干涉点则在、 (图1—30 b)。为了满足工件顺利装卸的要求，需控制菱形销直径，和经削边后的圆柱部宽度。

图6-5 菱形销的设计

菱形销宽度可由图6-5所示几何关系求得。在中

在中

联立两式得

略去项
则

菱形销宽度已标准化，故可反算得

式中——菱形销定位的最小间隙(mm)；
——菱形销圆柱部分的宽度(mm)；
—— I件定位孔的最大实体尺寸(mm)；
——补偿量(mm)。
又

式中 ——孔距公差(mm)；
——销距公差(mm)。
菱形销直径可按下式求得

其中为12.9，为1.5 所以为11.4

2、 夹紧方案
从前面的夹具立体图可以看出，夹具的两侧底面各边有35mm的宽度，在此处采用四块压板夹紧，而且这种夹紧方式夹紧方便简易可靠，可免去夹紧力的计算。
3、 夹具与机床连接元件 采用两个标准的定位键，固定在夹具体底面的同一直线位置的键槽中，用于确定铣床夹具相对于机床进给方向的正确位置，并保证定位键的宽度与机床工作台T形槽相匹配的要求。
4、 夹具体 工件的定位元件固定于夹具体上，夹紧元件安装于夹具体上，同时将对刀装置安装于夹具体上，这样整个夹具便有机连在一起。
5、 使用说明 安装工件时，松开螺栓上的螺母，将两块压板后撤，把工件安装在定位板上，再将两块压板前移，然后旋紧螺母。
6、 结构特点 此夹具结构简单，操作方便。夹具体上有对刀块，可以在对零件加工之前很好的对刀，夹具体上有一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，方便铣削加工。

设计小节
通过这次毕业设计，我真正的体会到了一个机械专业学生应该具备怎样的素质和文化知识。作为技师班学生的我，独自完成一个零件从设计到加工成产品期间所有的工作量。在这段设计时间里，我查阅了大量的资料，计算了大量的数据，询问老师和同学大量的问题，而最终我也收获了大量的知识财富。在学校学习了四年，而这次所做的毕业设计，无疑就是让我将这四年期间所有所学的专业课程全部综合运用起来的最好措施。让我淋漓尽致的体会到了什么叫活学活用，并且让我明白了自己不足的地方，从而加以改进。由于这次时间紧迫，可能有许多制定的数据不合理、不完善，所以还恳请各位老师帮忙指出，纠正。

参考文献：
《夹具设计手册》 机械工业出版社
《机械设计手册》 机械工业出版社
《机械制造技术基础课程设计指南》 化学工业出版社
可修改编辑

图1-2 变速箱体零件图
图2-1变速箱体毛坯图

THANKS !!!

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