变速箱箱体加工工艺与专用机床夹具设计.doc

第1章 绪 论

1.1选题背景
材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技术也推动着设计。从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有其本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的“功能”。
技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。
1.2 选题的目的及意义
选择这样的一个题目来研究，可以促使学生充分调动本科四年来学的大部分知识，并尝试将这些知识综合运用并和实践经验相结合，培养自觉查手册，设计遵循行业标准，生产不仅要考虑质量还要考虑经济性等一个工艺人员必须具备的素质。有利于加快学生适应生产岗位的步伐，有利于高等教育和企业人才需求的衔接。
通过这次设计实践，能更好的掌握和巩固所学的书本知识，学以致用，加强读图，熟悉图纸，分析图纸的能力，是从理论到实际的一个过渡，为毕业走上工作岗位适应具体工作要求做准备。
目前，国内外汽车和发动机厂家的变速箱体生产大多数采用流水线专用组合机床，定位方式有所不同，有以凸台面定位的，国外大多数采用一面双销定位，轴承孔和拨叉孔等的加工一般采用粗镗——精镗来完成，国外也有较先进的采用先粗镗，再高速铰来加工，提高了生产效率和精度，但需要更精密的机床和控制。
1.3、国内外发展现状
1、国外机床夹具的发展现状
国外生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具;另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3~4年就要更新50~80%左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10~20%左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统(FMS)等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：
(1) 能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本;
(2) 能装夹一组具有相似性特征的工件;
(3) 能适用于精密加工的高精度机床夹具;
(4) 能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具;
(5) 采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率;
(6) 提高机床夹具的标准化程度。
2、国内机床夹具的发展方向
夹具是机械加工不可缺少的部件，在我国机床技术正向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效模块、组合、通用、经济方向发展。
机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。
(1) 标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148~T2259-91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。
(2) 精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1";用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。
(3) 高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右;在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。
(4) 柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。
1.4设计的主要内容
1、分析研究部件装配图样和审查零件图
(1) 分析加工零件的结构特点
(2) 分析零件的各项技术要求
(3) 审查零件的机械加工工艺性
2、零件的工艺规程的编制
要解决主的问题有：定位基准的选择，工艺路线的制定，应用计算法与查表法确定机械加工余量与工序尺寸，最后为切削用量的确定。
3、零件加工的专用车床夹具
这部分分中详细论述了车床夹具的组成原理与特点，根据零件结构与工艺性能提出设计方案，然后对方案进行详细的分析，包括原理与结构动作的分析，最后对其进行计算分析，包括定位元件的尺寸公差，定位误差的分析计算，切削力的分析计算，夹紧力的分析计算，强度校核。
4、 绘制夹具装配图
5、 编写设计说明

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黑龙江工程学院本科生毕业设计

第2章 变速箱体加工工艺规程设计

2.1零件的分析
2.1.1零件的作用
变速器是由齿轮，齿轮轴和变速器箱体等零件构成。其主要功用是改变汽车的行驶速度，以适应各种不同的路面条件，并可实现倒速行使。
变速器箱体零件在整个变速器组成中的功用是保证其他各个部件占据合理正确的位置，使之有一个协调运动的基础构件。变速箱体零件质量的优点将直接影响到轴和齿轮等零件的相互位置准确性及变速器组成使用的灵活性与寿命。
变速箱体是个典型的箱体零件，其形状复杂，薄壁（10-20mm）。需要加工多个平面，孔系和螺纹等。钢度低受力和受热等因素影响会产生变形和震动。
2.1.2变速箱体的结构特点
机体是机器和部件的基础零件,由它将机器和部件中许多零件连接成一个整体,并使之保持正确的相互位置,彼此能协调地运动.常见的箱体零件有:各种形式的机床主轴箱.减速箱和变速箱等.
各种箱体类零件由于功用不同,形状结构差别较大,但结构上也存在着相同的特点 :
1. 尺寸较大
机体通常是机器中最大的零件之一,它是其他零件的母体,如大型减速箱体长达5~6m,宽3~4m,重50~60吨,正因为它是一个母体,所以它是机器整体的最大零件.
2. 形状复杂
其复杂程度取决于安装在箱体上的零件的数量及在空间的相互位置,为确保零件的载荷与作用力,尽量缩小体积.有时为了减少机械加工量或减轻零件的重量,而又要保证足够的刚度,常在铸造时减小壁的厚度,再在必要的地方加筋板.凸台.凸边等结构来满足工艺与力的要求.
3. 精度要求
有若干个尺寸精度和相互位置精度要求很高的平面和孔，这些平面和孔的加工质量将直接影响机器的装配精度，使用性能和使用寿命。
4．有许多紧固螺钉定位箱孔
这些孔虽然没有什么特殊要求。但由于分分布在大型零件上，有时给加工带来很大的困难。
由于箱体有以上共特点，故机械加工劳动量相当大，困难也相当大，例如减速箱体在镗孔时，要如何保证位置度问题，都是加工过程较困难的问题。
2.2变速箱体的工艺性
2.2.1零件的工艺分析
要加工孔的孔轴配合度为H7，表面粗糙度为Ra小于1.6um,圆度为0.0175mm,垂直度为0.08mm,同轴度为002mm。
其它孔的表面粗糙度为Ra小于12.5um,锥销孔的表面粗糙度为Ra小于1.6um。
盖体上平面表面粗糙度为Ra小于12.5um,端面表面粗糙度为Ra小于3.2um。机体的结合面的表面粗糙度为Ra小于3.2um，结合处的缝隙不大于0.05mm。机体的端面表面粗糙度为Ra小于12.5um。
2.2.2箱体的材料、毛坯及热处理
1、 毛坯种类的确定
常用毛坯种类有：铸件、锻件、焊件、冲压件。各种型材和工程塑料件等。在确定毛坯时，一般要综合考虑以下几个因素：
（1）依据零件的材料及机械性能要求确定毛坯。例如，零件材料为铸铁，须用铸造毛坯强度要求高而形状不太复杂的钢制品零件一般采用锻件。
（2） 依据零件的结构形状和外形尺寸确定毛坯，例如结构比较的零件采用铸件比锻件合理；结构简单的零件宜选用型材，锻件；大型轴类零件一般都采用锻件。
（3） 依据生产类型确定毛坯。大批大量生产中，应选用制造精度与生产率都比较高的毛坯制造方法。例如模锻、压力铸造等。单件小批生产则采用设备简单甚至用手工的毛坯制造方法，例如手工木模砂型铸造。
（4）确定毛坯时既要考虑毛坯车间现有生产能力又要充分注意采用新工艺、新技术、新材料的可能性。
本减速器是大批量的生产，材料为HT200用铸造成型。
2、毛坯的形状及尺寸的确定
毛坯的尺寸等于零件的尺寸加上（对于外型尺寸）或减去（对内腔尺寸）加工余量。毛坯的形状尽可能与零件相适应。在确定，毛坯的形状时，为了方便加工，有时还要考虑下列问题：
（1）为了装夹稳定、加工方便，对于形状不易装夹稳固或不易加工的零件要考虑增加工艺搭子。
（2）为了提高机械加工的生产率，有些小零件可以作成一坯多件。
（3）有些形状比较特殊，单纯加工比较困难的零件可以考虑将两个甚至数个合制成一个毛坯。例如连杆与连杆盖在一起模锻，待加工到一定程度再切割分开。
在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。
在毛坯的种类形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。
2.2.3毛坯的材料热处理
长期使用经验证明，由于灰口铸铁有一系列的技术上（如耐磨性好，有一定程度的吸震能力、良好的铸造性能等）和经济上的优点，通常箱体材料采用灰口铸铁。最常用的是HT200，HT25~47，当载荷较大时，采用HT30~54，HT35~61高强铸铁。
箱体的毛坯大部分采用整体铸铁件或铸钢件。当零件尺寸和重量很大无法采用整体铸件（受铸造能力的限制）时，可以采用焊接结构件，它是由多块金属经粗加工后用焊接的方法连成一整体毛坯。焊接结构有铸—焊、铸—煅—焊、煅—焊等。采用焊接结构可以用小的铸造设备制造出大型毛坯，解决铸造生产能力不足的问题。焊前对各种组合件进行粗加工，可以部分地减轻大型机床的负荷。
毛坯未进入机械加工车间之前，为不消除毛坯的内应力，对毛坯应进行人工实效处理，对某些大型的毛坯和易变形的零件粗加工后要再进行时效处理。
毛坯铸造时，应防止沙眼、气孔、缩孔、非金属夹杂物等缺陷出现。特别是主要加工面要求更高。重要的箱体毛坯还应该达到规定的化学成分和机械性能要求。
2.2.4确定毛坯的制造形式
零件的材料HT200。由于年产量为4000件，达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸较大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造。便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。
2.2.5基面的选择
（1）粗基准的选择 对于本零件而言，按照互为基准的选择原则，选择本零件的下表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，利用底面定位块支承和底面作为主要定位基准，以限制z、z、y、y、五个自由度。再以一面定位消除x、向自由度，达到定位,目的。
（2）精基准的选择 主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用已加工结束的上、下平面作为精基准。
2.2.6确定工艺路线
变速箱箱体的机械加工质量要求高，加工工作量大，因此箱体零件的结构应具有良好的机械加工工艺性，使之能采用即简单又经济合理的机械加工工艺。所以根据以上要求拟定了两套工艺路线如表2.1和表2.2。
表2.1 工艺路线方案一
工序1
铸造
工序2
时效
工序3
涂底漆
工序4
钻箱体各孔
工序5
钻前端面各孔
工序6
镗左平面各孔
工序7
镗右平面各孔
工序8
粗,精铣上平面至尺寸
工序9
粗,精铣下平面
工序10
粗,精铣左端平面
工序11
粗,精铣右端平面
工序12
粗,精铣前端平面
工序13
粗,精铣后端平面
工序14
钳工,去除锐边毛剌
工序15
钳工,去除锐边毛剌
工序16
检验
工序17
入库

表2.2 工艺路线方案二
工序1
铸造

工序2
时效
工序3
涂底漆
工序4
粗,精铣上平面至尺寸
工序5
粗,精铣下平面
工序6
粗,精铣箱体宽度侧平面
工序7
粗,精镗直径Φ62H12的孔
工序8
粗,精镗直径Φ80H12的孔
工序9
钻Φ30的孔
工序10
加工6－M10孔
工序11
钻Φ22的孔
工序12
钻2xM16的孔
工序13
钻台阶小孔
工序16
钳工,去除锐边毛剌
工序17
检验
工序18
入库

工艺路线的比较与分析：
第二条工艺路线不同于第一条是将铣各平面工序放到前面。加工完上下平面再加工各孔与,其它的先后顺序均没变化。通过分析发现这样的变动提高了生产效率。而且对于零的尺寸精度和位置精度都有太大程度的帮助。
采用互为基准的原则，先加工上、下两平面，然后以下、下平面为精基准再加工两平面上的各孔，这样便保证了，上、下两平面的平行度要求同时为加两平面上各孔保证了垂直度要求。符合先加工面再钻孔的原则。若选第一条工艺路线， 加工不便于装夹，并且毛坯的端面与轴的轴线是否垂直决定了钻出来的孔的轴线与轴的轴线是非平行这个问题。所以发现第一条工艺路线并不可行。如果选取第二条工艺方案，先加工上、下平面，然后以这些已加工的面为精基准，加工其它各孔便能保证孔的形位公差要求，从提高效率和保证精度这两个前提下，发现第二个方案比较合理。所以我决定以第二个方案进行生产。具体的工艺过程见工艺卡片所示。
2.2.7机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
1．箱盖
（1）毛坯的外廓尺寸
考虑其加工外廓尺寸为396×200×230 mm，表面粗糙度要求RZ为3.2um，根据《机械加工工艺手册》（以下简称《工艺手册》），表2.3—5及表2.3—6，按公差等级7—9级，取7级，加工余量等级取F级确定。
毛坯长：396+2×3.5=403mm ；
宽：200+2×3=206mm ；
高：230+2×2.5=237mm 。
（2）主要平面加工的工序尺寸及加工余量
为了保证加工后工件的尺寸，在铣削工件表面时，工序5的铣削深度ap=2.5mm，工序6的铣削深度ap=2.45mm，留磨削余量0.05mm,工序8的磨削深度ap=0.05mm
2 .箱体
(1) 主要平面加工的工序尺寸及加工余量
为了保证加工后工件的尺寸，在铣削工件表面时，工序4的铣削深度ap=2.0mm，工序5的铣削深度ap=0. 5mm。
(2) 主轴箱体的材料是HT200，生产类型为大批生产。由于毛坯用采用金属模铸造, 毛坯尺寸的确定如下：
由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。
由于本设计规定零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与最小余量时应按调整法加工方式予以确定。

2.2.8确定切削用量
1. 工序1 粗、精铣变速箱体下平面
（1）粗铣下平面
工件材料： HT200，铸造；
机床：X52K立式铣床；
刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。
单边余量：Z=3mm；所以铣削深度：。
每齿进给量：取；铣削速度：参照参考文献[7] 《机械加工工艺师手册》,取。
机床主轴转速：
（2.1）
式中 ： V—铣削速度；
d—刀具直径。
由式2.1机床主轴转速：

按照参考文献参考文献[7] 《机械加工工艺师手册》﹐取。
实际铣削速度：

进给量：

工作台每分进给量：

：根据参考文献查参考文献[7] 《机械加工工艺师手册》，。
（2）精铣下平面
工件材料： HT200，铸造；n
机床： X52K立式铣床；
刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：， ，齿数12，此为细齿铣刀。
精铣该平面的单边余量：Z=2mm；
铣削深度：；
每齿进给量：根据参考文献[7] 《机械加工工艺师手册》，取。
铣削速度：参照参考文献[7] 《机械加工工艺师手册》取。
机床主轴转速，由式（2.1）有：

按照参考文献[7] 《机械加工工艺师手册取》, 。
实际铣削速度：

进给量，由式（1.3）得：

工作台每分进给量：

被切削层长度：由毛坯尺寸可知。
刀具切入长度：

刀具切出长度，取。
走刀次数为1
机动时间：

根据参考文献[4] 《机械加工工艺手册》,可查得铣削的辅助时间。
精铣的切削工时
被切削层长度：由毛坯尺寸可知 ；
刀具切入长度：精铣时；
刀具切出长度：取。
走刀次数为1
机动时间：

可查得铣削的辅助时间。
铣下平面的总工时为：
t=+++=1.13+1.04+1.04 +1.09=2.58min
2. 工序2加工其它平面，各切削用量与加工上平面相近，因此省略不算，参照工序1执行。
3. 工序3粗精铣左右端的侧面
（1）粗铣左右端的侧面
工件材料： HT200，铸造；
机床：X52K立式铣床；
刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：， ，
齿数，此为粗齿铣刀。
单边余量Z=3mm；所以铣削深度。
每齿进给量；取铣削速度。
参照参考文献[7] 《机械加工工艺师手册》，取。
由式2.1得机床主轴转速：

按照参考文献[4] 《机械加工工艺手册》，取。
实际铣削速度：

进给量：

程式时，我们应按不利的加工条件下，即N1时求夹紧力。既

图3.1.1
2.在分析受力时，往往可以列出不同的工件静平衡方程式。这时应选产生夹紧力最大的一个方程，然后求出所需的夹紧力。如图所示垂直方向平衡式为 W=1.5KN;水平方向可以列出：,f 为工件与定位件间的摩擦系数，一般0.15,即W=10KN；对o点取矩可得下式

比较上面三种情况，选最大值，既W=10KN。
3.上述仅是粗略计算的应用注意点，可作大致参考。由于实际加工中切削力是一个变值，受工件材料性质的不均匀、加工余量的变动、刀具的钝化等因素影响，计算切削力大小的公式也与实际不可能完全一致，故夹紧力不可能通过这种计算而得到结果。生产中也有根据一定生产实际经验而用类比法估算夹紧力的，如果是一些关键性的重要夹具，则往往还需要通过实验的方法来确定所需夹紧力。
本夹具主要用来镗左端平面夹具，，这个工艺孔有尺寸精度要求，表面粗糙度要求，表面粗糙度为，与顶面垂直。并用于以后各面各孔加工中的定位。其加工质量直接影响以后各工序的加工精度。本到工序为杠杆加工的第一道工序，加工到本道工序时只完成了传动箱体上表面的粗、精铣。因此再本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。
3.1.2定位基准的选择

由零件图可知，有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与顶面垂直。为了保证所钻的孔与顶面垂直并保证工艺孔能在后续的孔系加工工序中使各重要支承孔的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣箱体的下表面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择选用下平作为定位基准，为了提高加工效率，根据工序要求先采用标准硬质合金镗刀刀具对工艺孔进行粗镗削加工；然后采用硬质合金镗刀对其进行精加工，准备采用手动夹紧方式夹紧。
3.1.3切削力的计算与夹紧力分析
由于本道工序主要完成工艺孔的镗加工：
镗削力 ：

镗削力矩 ：

式中：

本道工序加工工艺孔时，工件的下平面与台价台靠紧。采用带光面压块的压紧螺钉夹紧机构夹紧，该机构主要靠压紧螺钉夹紧，属于单个普通螺旋夹紧。根据参考文献[11]可查得夹紧力计算公式：

（3.1）

式中： —单个螺旋夹紧产生的夹紧力（N）；
—原始作用力（N）；
—作用力臂（mm）；
—螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm）；
—螺杆端部与工件间的摩擦角（°）；
—螺纹中径之半（mm）；
—螺纹升角（°）；
—螺旋副的当量摩擦角（°）。
由式（3.1）得点接触的单个普通螺旋夹紧力：

3.1.4夹紧元件及动力装置确定
由于箱体的生产量很大，采用手动夹紧的夹具结构简单，在生产中的应用也比较广泛。因此本道工序夹具的夹紧动力装置采用手动夹紧。采用手动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。
本道工序夹具的夹紧元件选用带光面压块的压紧螺钉。旋紧螺钉使其产生的力通过光面压块将工件压紧。
3.1.5镗套、衬套、镗模板及夹具体设计
工艺孔的加工需粗、精镗切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。钻模板选用固定式钻模板，工件以底面及侧面分别靠在夹具支架的定位快，用带光面压块的压紧螺钉将工件夹紧。
夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构见夹具装配图如上图所示：
3.1.6夹具精度分析
利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统。它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。
由工序简图可知，本道工序由于工序基准与加工基准重合，又采用顶面为主要定位基面，故定位误差很小可以忽略不计。本道工序加工中主要保证工艺孔尺寸Φmm及表面粗糙度。本道工序最后采用精镗加工，选用标准硬质合金镗刀，直径为Φmm，并采用镗套，镗刀导套孔径为该工艺孔的位置度应用的是最大实体要求。
工艺孔的表面粗糙度，由本工序所选用的加工工步粗镗精满足。
影响两工艺孔位置度的因素有（如下图所示）：
（1）镗模板上装衬套孔的尺寸公差：

（2）两衬套的同轴度公差：

（3）衬套与钻套配合的最大间隙：

（4）钻套的同轴度公差：

（5）镗套与镗刀配合的最大间隙：

所以能满足加工要求。
3.1.7夹具设计及操作的简要说明
装卸工件时，先将工件放在定位块上；用压块的压紧螺钉将工件夹紧；然后加工工件。当工件加工完后，将带光面压块的压紧螺钉松开，取出工件。
本夹具主要用来粗、精铣传动箱上平面。由于加工本道工序的工序简图可知。粗、精铣传动箱上平面时，上平面尺寸为210×315mm，粗糙度要求，传动箱上平面与下平面有平行度要求,并与工艺孔轴线分别垂直度的要求，本道工序是对传动箱上平面进行粗精加工。因此在本道工序加工时，主要应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度。同时应保证加工尺寸精度和表面质量。
3.2 本章小结
对专用镗床夹具的设计，可以更加了解机床夹具在切削加工中的作用，并保了证工件的加工精度，提高加工效率，减轻工人的劳动强度。本夹具设计可以反应夹具设计时应注意的问题，如定位精度、夹紧方式、夹具结构的刚度和强度、结构工艺性等问题。

第4章 铣箱体上平面夹具设计

4.1铣夹具简图
本夹具主要用来粗铣变速箱箱体前上端面。如图4.1所示
图4.1铣床夹具简图
4.1.1定位基准的选择
由零件图可知工艺孔的轴线所在平面有垂直度的要求，从定位和夹紧的角度来看，本工序中，定位基准是下平面，设计基准也是要求保证上、下两平面的平行度要求，定位基准与设计基准重合，不需要重新计算上下平面的平行度，便可保证平行度的要求。在本工序只需保证下平面放平就行，保证下平面与两定位板正确贴合就行了。
为了提高加工效率，现决定用两把铣刀传动箱体的上平面同时进行粗精铣加工。同时进行采用手动夹紧。
4.1.2定位元件的设计
本工序选用的定位基准为一面两销定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销。因此进行定位元件的设计主要是对固定挡销和带大端面的短圆柱销进行设计。
带大端面的短圆柱销的结构尺寸参数如图4. 2所示。

图4.2 带大端面的短圆柱销
固定挡销的结构如图4.3所示。

图4.3 固定挡销
4.1.3定位误差分析
本夹具选用的定位元件为一面两销定位。其定位误差主要为：
销与孔的配合0.05mm，铣/钻模与销的误差0.02mm，铣/钻套与衬套0.029mm
由公式e=(H/2+h+b)×△max/H
△max=(0.052+0.022+0.0292)1/2
=0.06mm
e=0.06×30/32=0.05625
可见这种定位方案是可行的。
4.1.4铣削力与夹紧力计算
本夹具是在铣床上使用的，用于定位螺钉的不但起到定位用，还用于夹紧，为了保证工件在加工工程中不产生振动，必须对“17”六角螺母和”11”螺母螺钉施加
一定的夹紧力。由计算公式

Fj=FsL/(d0tg(α+ψ1’)/2+r’tgψ2) 式（4.2）

式中 ： Fj — 沿螺旋轴线作用的夹紧力；
Fs — 作用在六角螺母；
L — 作用力的力臂(mm)；
d0 — 螺纹中径(mm)；
α — 螺纹升角(゜)；
ψ1— 螺纹副的当量摩擦(゜)；
ψ2 — 螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的摩擦角(゜)；
r’— 螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的当量摩擦半(゜)。
其回归方程为
Fj＝ktTs。

式中 Fj－螺栓夹紧力(N)；
kt－力矩系数(cm－1)；
Ts－作用在螺母上的力矩(N.cm)；
Fj =5×2000=10000N。
4.1.5夹具体槽形与计对刀装置设
定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台U形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。定向键可承受铣削时产生的扭转力矩，可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工中的稳固性。
定向键的结构如图4.4所示。

图4.4定向键

夹具U型槽的结构如图4.5所示。

图4.5U型槽

主要结构尺寸参数如下表4.5所示。
表4.5 U型槽的结构尺寸
螺栓直径

12
14
30
20

对刀装置由对刀块来实现，用来确定刀具与夹具的相对位置。
由于本道工序是完成传动箱体上平面尺寸为210×315mm的粗、精铣加工，所以选用直角对刀块。根据GB2243—80直角对到刀块的结构和尺寸如图4.6所示。

图4.6 直角对刀块

塞尺选用平塞尺，其结构如图4.7所示。

图4.7 平塞尺

塞尺尺寸如表4.6所示。
表3.6 平塞尺结构尺寸
公称尺寸H
允差d
C
3
-0.006
0.25

4.1.6夹紧装置及夹具体设计
夹紧装置采用移动的A型压板来夹紧工件，采用的移动压板的好处就是加工完成后，可以将压板松开，然后退后一定距离把工件取出
移动压板的结构如图4.8所示。

图4.8 移动压板

主要结构尺寸参数如表4.7所示。

表4.7 移动压板结构尺寸

97
30
11
36
40
8
16
4
1.5
12

夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构夹具装配图ZJX-02所示。
4.1.7夹具设计及操作的简要说明
本夹具用于在立式铣床上加工传动箱体上平面，工件以与此相平行的下平面为及其侧面和水平面底为定位基准，在短销、支承板和支承钉上实现完全定位。采用转动A型压板夹紧工件。当加工完一边，可松开螺钉、螺母、支承钉来加工另一边。如夹具装配图所示。

4.2本章小结
对专用铣床夹具的设计，可以了解机床夹具在切削加工中的作用：可靠地保证工件的加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的给以性。
本夹具设计可以反应夹具设计时应注意的问题，如定位精度、夹紧方式、夹具
结构的刚度和强度、结构工艺性等问题。

第5章 专用刀具选择

5.1刀具选择
变速器箱体零件加工中有一部分工序是采用用专用刀具或复合刀具进行加工的，多数为为钻削或铣、镗削，或它们的复合削。在此设计工艺里第7工序粗镗侧面上孔的镗刀。此镗刀同时可以用于后面工序的半精加工与精加工。
实际生产情况是很复杂的，不紧要考虑生产率，还要考虑经济性等许多因素。在某一具体情况下，究竟选择那种刀具最为合适，须根据实际情况决定。此时要考虑工件材料，工件要求精度和光洁度，批量等决定选择最合适的刀具。
本工序是大批量加工Ф72，Ф80的孔，而镗刀是加工内孔时比较广泛的一种刀具加工小孔时多半将刀片焊在刀杆上，或是做成整体高速镗刀；加工孔径大于Ф20-Ф30时，一般都用杆镗，本设计要加工的孔为Ф72，Ф80，为了避免镗杆过粗，宜采用镗刀块镗刀块与镗杆刀槽滑配合，粗镗，半精镗时用特制的双角度螺钉将刀块压向刀槽支承面，并紧固住，精镗时可以浮动。本设计采用浮动镗刀头。
这种结构的镗刀块对镗杆刀槽的精度要求比较高，特别是精镗刀杆，否则镗孔精度就不容易保证达到7级，并且也不稳定。
所以镗杆应该满足以下技术要求：刀槽两侧面不平行度应在宽度公差范围内；刀槽与镗杆的不对称性也应在刀槽宽度公差范围内；刀槽后支承面与镗杆中心先的不垂直度不容许大于0.02/100；定位螺钉孔与刀槽侧面在径向剖面的相交角容差为；在轴向剖面内的相交角容差为+30’；定位销孔中心偏离镗杆中心不大于0.2mm，同时要修定位销角度面，以使定位销错位不超过0.01mm；定位销与刀块相应全面接触，用涂色法检查。满足上述要求时，同镗刀块精镗孔（浮动）很容易达到6-7级精度要求；半精镗也可达到8-9级精度。
5.1.1刀具材料选择
刀具材料选择的是否恰当对刀具的生产率有重要的影响，在选择刀具时一开始就应考虑正确选择刀具材料。
因为硬质合金比高速钢及其他工具钢生产率高的多，因此，在能采用硬质合金的情况下应竟可能的采用。这是一个提高刀具生产率的十分重要的方向。但是由于目前硬质合金钢的性能还有许多缺憾，如脆性大，极难加工等，使它在许多刀具上应用困难。因而目前许多复杂刀具及切削条件差的刀具主要还是应用高速钢[11]。
查表确定材料用硬质合金其性能为：硬度：HRA89-94；维持切削性能的最高温度：800-1000；抗弯强度：90-250；工艺性能：压制烧结后使用，不能冷热加工，多锒片使用，无需热处理.
5.1.2 确定合理的切削方式及工作角度
所谓切削方式，是指在刀齿上以一定的方式分配切削厚度和宽度。从已学过的分层 拉削方式和轮切削方式的比较中可知，切削方式选择的是否恰当对刀具的切削效率，切削负荷，耐用度及加工表面质量都有着很大的影响。
参照资料，查表选取如下合适切削角度：
[11]
5.1.3 妥善解决刀具的排屑，容屑，断屑问题
任何刀具在切削过程中都将切下很多切屑。必须妥善的处理切屑，使它能顺利的不段排出，或自由容纳在容屑槽内，才能保证刀具的正常工作，否则，将发生却屑堵塞现象，甚至损坏刀具。
但是各种刀具的容屑空间的形式是不同的，概括起来可分为三种形式：自由容屑空间；半封闭容屑空间；封闭容屑空间。
镗刀采用半封闭容屑空间。
5.1.4 合理的确定刀具的结构参数
所谓结构参数，包括刀体尺寸，刀齿形状和尺寸，容屑槽的形状和尺寸，刀齿齿数，装卡部分的尺寸等。
选择刀具参数时，必须考虑一系列问题，如强度，精度，生产率，容屑要求等等，
1． 刀片边长L等于刀片内切圆直径d
切削刃实际参加工作长度
[6] （5.1）
即由公式（5.1）得：

而
所以
L>1.5x3.123=4.688mm
2．刀片厚度s用惯线图求得：
S=4.8mm
3．刀尖圆弧半径用惯性线求得：

由上面计算并查表可得本设计的镗刀参数为：

5.1.5 正确选择刀具的轮廓
对于加工表面的刀具，选择刀具轮廓是刀具的一项重要内容。轮廓选择的精度将直接影响加工工件的精度，应努力提高刀具轮廓的设计精度。
5.2 专用量具选择
变速器箱体零件主要加工表面和孔，关键工序加工中需要测量尺寸公差，形状位置公差及表面质量，许多工序都需要用到专用量具。
在此设计倒车惰轮轴承孔 mm 测量使用的量规如下：
5.2.1 量规工作尺寸的确定
由于
查表得：IT8=0.033mm所以此倒车惰轮轴承孔为8级精度的孔。
1、由孔上下偏差画出公差带图
因为：

所以：
ES=+0.020
EI=-0.013

2、由表查出工作量规的制造公差T和通规位置要素Z的值，并标在公差带图上
孔用量规：制造公差T=0.0034 ；
通规位置要素Z=0.005 ；
3、计算各种量规的极限偏差和确定量规的工作尺寸
通端：
上偏差=EI+Z+T/2=-0.013+0.005+0.0017=-0.0063 ;
下偏差= EI+Z-Z/2=-0.013+0.005-0.0017=-0.0097 ;
止端：
上偏差=ES=+0.020 ；
下偏差=ES-T=0.020-0.0034=0.0166 ；
工作尺寸：
通端：
止端：
5.2.2 量规的技术要求
孔用塞规的材料可用淬硬钢（合金工具钢，碳素工具钢，渗碳钢）或硬质合金的材料制造，也可在测量面上镀上以厚度大于磨损量的镀铬层，氮化层等耐磨材料。此设计塞规采用T10A为材料。
量规测量面的硬度，对量规的寿命有一定的影响，通常使用淬硬钢制造的量规，其测量面硬度为HR