汽车变速器壳体工艺及夹具设计

1、摘要 此书为本人毕业设计期间完成的，是对汽车变速器壳体加工的工艺、工装设计全过程及内容之详尽说明。主要包括汽车变速箱壳体加工工艺规程的设计和分析；典型工序所使用的两套专用夹具的设计说明和计算、分析；以及专用刀、量具的设计说明。 在加工工艺方面将从分析汽车变速器壳体的工艺、技术要求入手，确定毛坯、拟订加工工艺路线；确定各工序所采用的设备；确定各工序所需要使用的刀具，夹具，量具，和辅助设备；确定各主要工序的技术要求和检验方法；确定各工序的加工余量、计算工序尺寸与公差；确定切削用量及估算基本工序时间。 夹具设计方面将由确定夹具的类型开始进行定位设计；确定工件的夹紧方式，选择夹紧装置；确定刀具的对刀导

2、向方案选择对刀元件和导向元件；确定夹具与机床的连接方式；确定其他元件和装置的结构形式；确定总体布局和夹具体的结构形式；绘制夹具方案设计图；进行工序精度分析；对动力夹紧装置进行夹紧力演算等等。 关键词 汽车变速箱壳体；工艺；工装目录 绪论 .1 1 机械加工工艺规程的规定 .1 1.1零件的工艺性分析 .1 1.1.1零件的功用 . .2 1.1.2 零件的结构特点和工艺性 .2 1.1.3 主要加工表面及其技术要求 3 1.2 确定生产类型 . . . . 4 1.3零件毛坯选择4 1.4零件加工工艺规程的制定5 1.4.1选择加工方法和加工方案.6 1.4.2定位基准的选择.7 1.4.3拟

3、定工艺路线.8 1.4.4选择各工序加工机床设备及工艺装备.10 1.4.5确定各工序机械加工余量，工序尺寸及表面粗糙度.12 1.4.6确定典型工序的切削用量及工序基本工时定额.14 1.4.7工艺过程的技术经济性分析.17 2 夹具设计 . . . . .17 2.1第一套夹具的设计.18 2.1.1 夹具功能简图和工作原理 .19 2.1.2夹具的定位方案设计（定位方式、元件等） .20 2.1.3夹具的定位误差分析 .22 2.1.4切削力及夹紧力的计算.24 2.1.5夹具的机构设计.26 2.2第二套夹具的设计.26 2.2.1夹具功能简图和工作原理.27 2.2.2夹具动力装置设

4、计.27 3 专用刀、量具设计 . .29 3.1专用刀具设计 . . . .29 3.1.1刀具的选择29 3.1.2刀具材料选择30 3.1.3确定合理切削方式及工作角度31 3.1.4妥善解决刀具的排屑，容屑，断屑问题31 3.1.5合理的确定刀具的结构参数31 3.1.6正确设计刀具的轮廓.32 3.2专用量具设计 . .33 3.2.1量规工作尺寸的确定.33 3.2.2量规的技术要求.34 结论 .35 谢辞 .36 参考文献 . . .37 附录A俄文原文 . .38 附录B汉语翻译 .44绪论制造业是国家发展与社会进步的基础，而汽车制造将是未来面对普通消费者的主要的机械制造产品

5、，而随着国家的发展人民生活水平的提高，人们对汽车的需求和要求必定变的更多，所以我们有必要对汽车及汽车零件的设计与加工投入更多的精力。有必要对汽车变速器的加工工艺进行更深层次的了解与学习。通过对汽车变速箱体的工艺工装设计可以对大学四年里所学习的机械制造工艺学，机床夹具设计，金属切削原理与刀具，互换性与技术测量等许多课程进行复习与提高。在此设计中，我将绘制一张变速箱体零件图；编写变速箱体加工的工艺规程；设计两套专用夹具；设计专用刀、量具各一套。通过这些对汽车变速器制造活动有一个总体的，全貌的了解与把握，能够掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的基本知识，能选择加工方法与机床，刀具，夹具及加工参

6、数，具备制定工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量的基础，初步具备分析解决现场工艺问题的能力，了解当今先进制造技术和先进制造模式的发展状况。并为将来毕业后的工作打下良好的基础。为了使读者能更详尽的了解我做的毕业设计，对汽车变速箱有一个更深入的了解和把握，此书对设计思想，设计步骤及工艺规程，夹具的设计都做了全面的阐述。本书有如下特点：此书是我在边做设计边编写的，力求贴近读者，形式简洁明快，便于查阅。本书在理论上取其精华，简明扼要；在文字叙述上尽量做到从略从简，使之条文化或表格化；此次毕业设计我对时间进行了细致的安排。按设计进度安排第一周指导老师下达设计任务书，本人填写开题报告表，绘制零件图；

7、-周分析零件加工的工艺方案，编制工艺规程；接着用周的时间设计两套专用夹具；再用周的时间设计专用刀、量具各一套；余下的时间撰写设计说明书及外文简要。将设计的内容弄懂弄通弄透准备最后的终期考核，毕业答辩。为了更好的进行此次毕业设计我在校图与省图借阅了许多资料，其中对设计帮助比较大的有侯家驹编的汽车制造工艺学，刘华明编的机械加工工艺手册，李庆受编的机械制造工艺装备设计实用手册等许多图书。此书由本人在毕业设计过程中撰写，限于水平有限，存在不妥之处，敬请各位老师给予批评指正。1 机械加工工艺规程的制定1.1 零件的工艺性分析 变速器壳体的四个轴承孔孔径分别为2- 。孔径较大，而孔的长度较短，只有18mm

8、，形状公差在尺寸公差之内，结构工艺较好。倒车惰轮轴承孔孔径为 mm长度为87.5mm。并且是两段孔，镗杆直径只能在19-24mm范围内，因而刚度性较差，加工其轴孔两端面位置在变速箱的最低处，加工用组合铣刀直径为160mm 两边刃口距离为 mm加工工艺性差。1.1.1 零件的功用变速器是由齿轮，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

9、。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。1.1.2零件的结构特点和工艺性变速器箱体零件的主要技术要求见图1.1和图1.2。第一，二轴及中间轴承孔的孔径尺寸精度为IT6，公差为0.02mm；表面粗糙度Ra=1.6m,倒车惰轮轴承孔精度为IT7-8，表面粗糙度Ra=1.6m。第一，二轴承孔与中间轴轴承孔的平行度公差在水平，垂直两个平面内均0.04/446mm。倒车惰轮轴承孔与中间轴承孔，水平，垂直两个平面内平行度公差为0.02/87.5mm。I第一轴轴承孔II第二轴承孔III中间轴承孔IV倒车惰轮

10、轴承孔图 1.1变速箱壳体零件图图1.2变速箱壳体零件图D前端面E后端面F凸台面1.1.3 主要加工表面及其技术要求前后两端面的平面度均为0.04mm，对第一，第二轴承孔的垂直度0.08mm /全长，表面粗糙度为Ra=3.2m。取力面的平面度为0.03mm，对中心线垂直度为0.03mm/全长，表面粗糙度Ra=3.2m 。1.2 确定生产类型制造机械零件的毛坯一般有铸件，锻件，型材，焊接件等。毛坯的选择对零件工艺过程的经济性有很大影响，工序数量，材料消耗，加工工时在很大程度上取决于所选择的毛坯。因此，选择毛坯的种类和制造方法应根据图纸要求，生产类型及毛坯生产车间的具体情况综合考虑，使零件的生产总

11、成本降低，质量提高。变速器箱体零件主要受汽车行驶路面的影响，工作条件比较恶劣。变速器箱体外廓及心腔形状比较复杂，所以其毛坯的材料选用容易成型，吸震性好，加工工艺性好和成本低的灰口铸铁。箱体采用HT20-40的灰口铸铁，其性能HB170-241 。 1.3 零件毛坯的选择毛坯图是毛坯制造和编制零件加工工艺的重要零件。制定工艺过程时，需要分析毛坯图，主要是分析粗加工的定位基准，其次分析铸件毛坯的分型面，浇口，冒口的位置，拔模斜度，圆角半径的大小。毛坯制造方法的选择时应考虑下列因素，生产类型；工件结构和尺寸；工件的机械加工性能要求；工件的工艺性能要求。分析此减速器箱体，毛坯采用砂型中浇注成型，在砂型

12、中保温20-30min，直到冷却消除铸件的应力，最终进行喷漆处理。分型面选用在轴承孔的轴向垂直面，取外面一侧为上盖，便于浇注，排气和出纱。 铸件毛坯图如图1.3： （a） (b) (c) (d )图 1.3铸件毛坯图1.4 零件加工工艺规程的制定由于工序性质不同，定位基准也不同。如在第一道工序中只能用毛坯表面来定位，这种定位基准称为粗基准。在以后各工序的加工中，可以采用已经切削加工的表面作为定位基准，这种定位基准称为精基准9。1.4.1 选择加工方法和加工方案铣削变速箱体上盖连接台平面工序是箱体零件加工的第一工序，为后面的工序加工提供精基准，该平面技术要求平面度为0.1mm，表面粗糙度Ra为3

13、.2m，加工余量4.5mm左右。该工序中两个工位：工位1粗铣；工位2半精铣，有两个铣头，工作台带动工件同时移动，刀具不动。工艺孔的加工，基准面的等级，定位孔的尺寸精度及定位销孔对基准面连接上盖及影响箱体的定位精度此工序为第二道工序，其中两个工位：工位1钻定位销孔至11.8mm并同时钻M101.5螺纹孔8mm此工序定位如图1.5。图1.4工艺孔工序定位图此工位N=500r/min f=0.3mm工位2绞工艺孔，并扩钻M10x1.5螺纹孔8.5mm。定位方式同工位1，n=250r/min,f=1mm。此工序加工也是工作台移动，要保证孔距精度轴承孔的精镗加工采用一面两销定位，双面卧式组合机床，两侧面

14、同时加工，保证，第I，II轴承孔中心线相对于与上盖结合面平行度0.1mm,第I，II轴承孔相对与轴承孔中外圆柱面（内孔面）平行度为0.04mm。变速箱体前后端面加工即是两侧面的精铣，为了保证两端面相对轴承孔的垂直度，采用轴承孔为定位基准，保证尺寸精度，平面度0.08mm，垂直度0.08mm。1.4.2 定位基准的选择粗基准选择的原则是相互位置要求原则；余量均匀原则；余量足够原则；切除总余量最少原则；粗基准不重复原则。变速箱体加工的粗基准选择有两种方法： 为了保证主要轴承孔的加工余量均匀，箱体零件内有足够的移动间隙，以轴承孔作为基准的方法，此方式夹具结构较为复杂，零件定位需加辅助支承，工作台定位

15、性差。 直接利用零件上铸造的前面台阶面，由于此面是取力面，在后面工序中需进行精加工，可用其作为粗基准，而且不需要加辅助支承，夹具相对比较简单如图1.6图1.5粗基准定位图综上所述，二方案定位比较好，所以第一道工序采用此方案为粗基准。精基准的选择原则：基准重合原则；基准统一原则；自为基准原则；互为基准原则。变速器箱体零件基准选择由第二道工序加工后产生大部分工序中都采用与上盖联结表面同两个工艺孔为基准，这种方式定位基准可使夹具结构简单，夹紧工件牢固可靠，特别适用自动或大量生产中，可满足螺纹连接孔的技术要求，但设计基准和工艺基准不重合，影响配合面加工精度，但由于零件相配合的工件较为简单，位置，形状等

16、公差要求不太高，所以采用此方案为基准，在后几套工序中可采用由一面两孔定位基准加工出来轴承孔作为精基准以提高相互位置精度。1.4.3 拟订工艺路线表1.1的第一套工艺方案是根据机加工工序安排的原则自行编排出来的。表1.1 第一套工艺路线方案工序号工序名称1铸造毛坯2清理烧冒口，喷砂3粗铣，半精铣低平面4钻扩（绞）孔，工艺孔5粗铣右端面6粗铣左端面7粗镗左右两面孔8粗铣，半精铣凸台面9检查10钻凸台面上的孔，攻螺纹11钻右面各孔并攻螺纹12钻左面各孔并攻螺纹13精镗左面孔14精镗右面孔15精铣右端面16精铣左端面17精铣底面18钻底面各孔和攻螺纹19钳，去毛刺，清洗上油20按图样要求检查入库表1.

17、2第二套工艺方案是参考长春一汽变速箱加工的现场工艺编制。表1.2 第二套 工艺路线方案工序号工序名称1铸造毛坯2清理3粗铣底平面（上盖接仓面）4钻扩（绞）孔，工艺孔5铣前后台面两角地面台阶（主要是靠近底平面凸出部分）6粗铣两侧面和半精铣侧面7粗镗侧面上的孔并同时钻27mm的孔8钻侧面各孔（两侧面同时加工）9攻两侧面各孔螺纹10粗铣前面台阶面，半精铣前面台阶面11钻前台阶面各孔12攻11-M10x1.5螺纹13洗26通孔处台阶并钻孔14攻螺纹15钻底面孔（除工序7中加工完的孔）16攻底面各孔的螺纹（除螺纹定位孔为的所有孔）17铣箱内部台阶孔（27孔内部的凸起部分）18半精镗侧面孔（两面同时镗）1

18、9精镗两侧面孔到尺寸20精铣两侧面21清洗22检查第一套工序，工序少加工快，但由于某些工序排的顺序不太合适，加工主要面时工序安排尚可。但不关紧要的工序穿插其中较为欠妥，虽然也能达到加工要求，但效果不如第二套。第二套工序联结紧凑，比较合理加工中辅助时间比较少，而且加工中精基准的选择各工序都很合理，适合流水线生产，根据零件的特点，可以达到各工序所需要要求。所以加工路线选第二套工序。1.4.4 选择各工序加工机床设备及工艺装备确定工序的设备包括机床设备，刀具，夹具，量具和辅助装备。选用机床时，应使机床的规格与零件外型尺寸相适应，机床的精度与工序要求的精度适应，机床的自动化程度与生产类型相适应。同时应

19、考虑本厂现有设备情况。表1.3 各工序机床设备及工艺装备表工序号机床设备，刀具和工艺设备123铣床XA5040A专用夹具 端铣刀4卧式组合机床 ZHS-U1023 BS042-100专用夹具 专用刀具12绞刀，8.5扩孔钻5组合机床 专用夹具 端铣刀6卧式铣床专用夹具 端铣刀7卧式组合机床 ZHS-U1023 BS042-100专用夹具 专用刀具可调整式镗刀，26锥柄麻花钻8专用钻孔机床专用夹具 专用刀具锥柄阶梯麻花钻，8麻花钻9自动螺纹攻丝机专用夹具M10丝锥（细柄机用）10卧式机床X52专用夹具端铣刀11摇臂钻床专用夹具专用刀具12自动螺纹攻丝机专用夹具M10丝锥13卧式组合机床 ZHS-

20、U1023 BS042-100专用夹具 削平型直柄立铣刀，锥柄阶梯麻花钻14自动螺纹攻丝机专用夹具M10丝锥15摇臂钻床专用夹具锥柄阶梯麻花钻16自动螺纹攻丝机SZ4210专用夹具细柄机用M10x1.5丝锥17卧式组合机床 BS042-34专用夹具 组合铣刀，端铣刀18卧式组合机床 BS042-32专用夹具 专用刀具，双刃镗刀19卧式组合机床 BS042-31专用夹具 专用刀具20卧式两面精铣组合机床 XL-32-27BS042-101专用夹具 精端铣刀21清洗机苏打水221.4.5 确定各工序机械加工余量，工序尺寸及表面粗糙度表1.4 各工序机械加工余量工序尺寸及表面粗糙度表6工序号加工余量

21、基本尺寸与公差1铸造毛坯2清理3工位1：粗洗地面到尺寸（件高）318.5-318工位2：半精铣底平面到尺寸317mm保证Ra为3.2平面度为0.1游标卡尺检验平尺4工位1：钻2-11.8-11.82 钻2-8.2-8.3深为20的孔工位2：扩2-8.5-8.6深为30的孔 绞2-12的孔游标卡尺孔中心具量规5达到工件宽度两底角Ra为12.5 保证尺寸游标卡尺量规6工位1：粗铣侧面到工件尺寸448-449工位2：半精铣侧面到工件尺寸446.5-447游标卡尺7到尺寸：88-88.5（左侧面） 98-98.5（右侧面） 108-108.5（下孔）同时钻26-26.2孔游标卡尺孔具量规8 左侧面 2

22、-8通孔2-8.5-8.6孔深236.8-6.9通孔8-8.5-8.6通孔右侧面 2-8.6-8.6通孔 2-8.5-8.6孔深23 4-15.3-15.4通孔 2-15.3-15.4孔深37游标卡尺孔具量规角度仪器深度千分尺9左侧面2-M10x1.5有效螺纹长188-M10x1.5攻透M8x1.25攻透右侧面2-M10x1.5攻透2-M18X2.5有效螺纹长32.54-18x2.5攻透4-M10x1.5有效螺纹长18塞规10粗铣，铣平半精铣保证粗糙度Ra为3.2游标卡尺0-300；0.031111-8.5-8.6深23的孔25.5-25.6的通孔游标卡尺孔具量规12攻前端面的11-M10x1

23、.5螺纹有效长度为18.5塞规13铣25.5通孔处的台阶钻17通孔11.9-12孔深30钻10.2-10.3孔深26游标卡尺0-300；0.03孔具量规14攻M30x1.5攻透 M20x1.5攻透 M14x2有效螺纹长度25 M12x1.75有效螺纹长22塞规（M10）154-8.5-8.6通孔12-8.5-8.6孔深23游标卡尺0-300；0.03孔具量规162-M10x1.5有效螺纹长254-M10x 1.5攻透12-M10x1.5有效螺纹长18塞规（M10）17工位1:粗铣到尺寸到48.8工位2:半精铣到尺寸游标卡尺0-100；0.0518达到尺寸109.5-109.8左侧面孔:89.5

24、-89.8右侧面孔:99.5-99.8并同时镗出109-109.526.7-28.9的台阶面游标卡尺0-150；0.0519精镗两侧面孔到尺寸游标卡尺0-150；0.01百分表0-10标准量块20达到工件尺寸 并保证两侧面的公差: 游标卡尺0-150；0.02检验平尺标准量块21清洗22检查1.4.6 确定典型工序的切削用量及工序基本工时定额工序4钻并绞12工艺孔，钻螺纹孔加工条件：组合机床加工，专用刀具，专用夹具。 钻12工艺孔 到11.8-11.82mm钻M10x1.5螺纹孔 钻8mm深30mm 确定背吃刀量：钻头：由于工件材料是HT20-80；HB=170所以从切削手册可知：f=0.3m

25、m T=35min 刀具材料选用高速钢，由文献中知：；又查表得：；由于： 12 （1.1）所以由以上数据可知道： 由于： 12 （1.2）所以：查表取标准值500r/min由文献中知： 12 （1.3）而所以： 绞12工艺孔 钻8孔到8.5所以从切削手册是可知：f=1.0mm T=45min 刀具材料选用高速钢，由文献中知：；又查表得：；由公式（1.1）可知：所以由以上数据可知道：由公式（1.2）可知：所以：查表取标准值250r/min由公式（1.3）可知：而所以： 辅助时间计算由文献查表得：a.装卸工件时间：工件重量为30-40kg之间，t1=0.00minb.钻换时间t2=0.10minc

26、.扩换时间t3=0.10mind.排屑时间t4=0.06mine.电机起动t5=0.02minf.快进，快退t6=0.05ming.工作台移动t7=0.1minh.液压缸夹紧时间t8=0.05mini.快速工作其他时间：t9=0.13min总的辅助时间为：加工此工序所需的总时间：1.4.7 工艺过程的技术经济性分析制订工艺规程时，在保证质量的前提下，往往会出现几种不同的方案。其中有些方案生产率很高，但设备和工夹具的投资比较大；另一些方案可能投资比较省，但生产率较低。因此，不同的方案就有不同的经济效果。本设计的减速器壳体属于大量生产。其长年生产所以本设计中采用大投资建立生产线将有利于提高生产率。

27、结 论随着国家的繁荣和发展，科技的进步，我国制造业一定会有突飞猛进的提高，此次设计对改进变速箱工艺有着深远的意义，弥补了一些过去工艺规程中的不足和缺陷，提高了生产效率和经济效益，更加贴近了当今先进制造技术和先进制造模式的发展状况。毕业设计是我们四年大学学习生活中最后一个重要的环节，它是在我们对自己所学知识掌握一定程度的基础上，对四年中所学的理论基础课，技术基础课及相关专业课的一次总的大检阅。设计中，通过自己对毕业设计课题的理解深度，应用所学知识的熟练程度，灵活程度，可以充分发现自身的知识缺陷，从而进行有效的弥补，完善自己的知识体系。经过努力，我终于完成了这次设计。设计中，经过对方案的选择、方案

28、的论证，以及最终的方案确定，通过绘制夹具装配图，定位元件图、零件图，书写毕业论文等一系列工作，我在独立分析问题，解决问题方面的能力有了很大的提高。同时，经过了这一系列的锻炼，在未来的日子里，我已经有解决这些方面问题的经验。在整个设计过程中，也暴露出了许多以往学习中的问题。因此，在设计中，我总是努力以严肃认真的态度对待每一步设计工作，尽量把所学的知识应用于实际设计中，使自己所学的知识能够融会贯通，更加系统化，并进一步加深和扩展，同时提高自己从事实际工作的能力。十五周的毕业设计即将结束，在这里，我要再一次感谢赵丽伟老师，是她的启发和帮助，使我能够顺利完成此次毕业设计的任务。目前我国已经生产出五轴联动的大型机床，相信不久的将来我们一定能在一台机床上加工不同的工艺，使夹具更简单，更便捷，一个零件从毛坯到成品在一条生产线上实现，更大的提高生产效率和经济效益，我坚信随着祖国的发展和科技的进步不就的将来一定会实现。最后，我要说明的是，这次毕业设计是我初次接触实际产品的设计工作，缺乏实际经验，设计时间较为仓促，所以本次设计中，会有许多不完善的地方，恳请各位老师批评指正。谢 辞本次设计的完成，我首先要感谢我的指导老师，赵丽伟老师。她在我做毕业设计期间，给予我许多学习上，研究上的悉心指导，还为我提供了重要的资料和手册，没有老师的帮助，我就不会这样顺利的完成这次设计任务，赵