变速箱箱体加工专用夹具及组合机床设计

1、图书分类号：密 级：毕业设计(论文)变速箱箱体加工专用夹具及组合机床设计DESIGNOF SPECIALJIGANDMODULARMACHINETOOLFORGEARBOXPROCESSING学生姓名班 级学院名称专业名称指导教师学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期：年月日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、

2、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名：日期：年月日 日期：年月日摘要由于变速箱箱体体积小，结构紧凑，输出功率大，因此被大量用于冶金、化工、矿山、船舶、核电等重型机械传动行业。变速箱有三种轴一个输入、一个传动和一个输出，为了能精确传动，要求对安装三根轴的孔系会要求很高的的位置精确度和

3、尺寸的精确度。本课题通过对变速箱加工工艺工序进行研究，制定合理的加工工艺路线，采用组合机床对变速箱箱体孔系进行加工，实现一次装夹，完成三个孔系的加工。为了满足变速箱箱体零件的批量性加工，专门设计了专用的工装夹具，满足变速箱快速安装定位，可靠夹持。关键词变速箱；组合机床；夹具设计AbstractApplication of combined high-volume machining parts, high efficiency, high productivity is the development direction of machining. The graduation project

4、 is entitled "Two face milling gearbox". The combination of milling machine tool required to achieve both ends of surface, can be manual, 10mm milling head can be fine-tuning. Making process in the process, conducted by volume ends face milling processing program, and to seek the best tech

5、nology solutions, which illustrates the process in the importance of the production process. The main elements of my design are: the general layout for a machine tool design; on the machine feed and transmission parts of the design; Integration for the fixture design; With this design, this machine

6、can meet the design requirements, and the traditional compared to the machine, this machine has high automation, high productivity and high precision. KeywordsGear box combination tool fixture design目 录摘要IIAbstractIII1 绪论12 变速箱零件的分析22.1 零部件的作用22.2 零件的工艺分析32.3变速箱箱体加工方案及采取的措施32.3.1确定平面与孔的加工顺序42.3.2孔系加

7、工方案选择42.3.3方案制定42.4工艺过程设计中的主要问题52.4.1加工方法的选择原则52.4.2加工阶段的划分52.4.3工序的合理组合62.4.4加工工序的安排72.5变速箱箱体加工定位的基准选择82.5.1选择粗基准的原则82.5.2选择精基准的原则82.6变速箱的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定93 工艺规程设计103.1 基准的选择103.1.1粗基准的选择103.1.2精基准的选择103.2 工艺路线的制定103.3加工设备及工艺装备的选用123.4 确定轴承孔镗削加工余量、切削用量及基本工时133.4.1 加工余量的确定133.4.2 切削用量的确定133.4.3 基

8、本工时的确定133.4.4编制机床生产率计算卡144.1组合机床的成型和特征164.2组合机床的成型步骤165 组合机床总体设计185.1 选择组合机床的配置形式185.2绘制机床联系尺寸图195.2.1机床部件的选择195.2.2台面的选择195.2.3镗削头底座的选择205.2.4 绘制机床联系尺寸图205.3 绘制镗削轴承座孔加工示意图215.3.1 刀具的选择215.3.2 镗削头的选择225.3.3 绘制加工示意图236 组合机床夹具设计246.1组合机床夹具概述246.1.1 组合机床的专用夹具设计特点246.1.2组合机床的专用夹具的设计过程246.2 定位支承系统256.2.1

9、定位方案256.2.2定位销的液压控制256.2.3 定位误差计算266.3夹紧机构276.3.1 夹紧方案276.3.2夹紧力的计算28结论30致谢31参考文献321 绪论机械加工工艺已成为现代企业设计产品，节省资源，确保产品品质，减少能源损耗的不可或缺的手段，现代企业也会根据加工工艺工序来对产品做准备，制定生产计划，加工制作，质量检测，完善生产组织。同时成为现代企业增加产品品种，完善产品品质，提升加工水平，增加经济收益的重要保证。 在现实的生产过程中，不同的零件在其类型、所用材料、构造、外形、大小、参数要求等等方面都有着不小的差距，同一种机床，同一种加工方式肯定不能将它们妥善加工，只有为其

10、设计一定的工序才可以完成对其的加工。可知，要想加工好一个零件，不仅要依照零件的细节要求，根据现有的加工条件，总结出对零件表面的工艺，还有能够对零件的工艺顺序有合理的安排，从而加工成零件。往往会存在多个不同的加工方案，可以用来加工一个零部件，即使这几个方案均能够够加工出满意的零件，但还要能从其制作效率以及成本上出发，选择出其中一个效益最高并且在实际中可以生产的方案。由此可知，要想制定一个有效且合理的工艺工序，不仅仅要能考虑到被加工零件的尺寸要求精度要求等等细节还要能符合现有的加工条件等等方面。组合机床的专用夹具在整个加工工艺中有不可或缺的作用，在工艺过程中，专用夹具不但要能夹紧并固定被加工工件，

11、还要能够确保被加工部件位置的精度，提升其生产效率，因此，一个组合机床的专用夹具设计的是否合理，会在很大程度上关系到被加工零部件的尺寸精度。组合机床简单来说，就是一种专用机床并且效率极高，由较多的通用部件做设计基本，与一些专用零部件组合而成。适合在大批量生产中针对某一类型的工件的一道或者几道工艺工序做加工。不仅像专用机床那样，构造简单、自动化并且生产效率高，并且在被加工零件发生变化时还能做出相应的变化，更好的加工出零件。一般来说，组合机床都是半自动化的，能够同时加工被加工零件的多个面。从1911年开始，美国开发成功后就开始大量应用于大量生产的各个工业领域，并且随着汽车工业的发展而逐步完善。组合机

12、床是根据被加工件的工艺要求，按照工序高度集中的原则而设计的，是有大量的通用的部件作设计基础，与一些专用的零部件组合而成，再装配上专用夹具，能够同时让多个刀具一起加工。组合机床具有很高的加工精度，加工方式具有针对性，自动化程度高并且生产效率高，在一定程度上实现了自动化的加工。自动化机床的适应性也很强，在被加工的零件发生变动时，仅仅需要整合一下组合机床上原有的通用部件，再把专用部件做下微调，便可以继续加工。尤其是在数字化自动机床还未被人们所熟知的这一段时间内，对人类的生产加工做出了巨大贡献，在车铣端面和钻镗孔系时作用明显，在加工壳体或是箱体类的零件时被普遍使用。2 变速箱零件的分析2.1 零部件的

13、作用由于变速箱箱体体积小，结构紧凑，输出功率大，因此被大量用于冶金、化工、矿山、船舶、核电等重型机械传动行业。变速箱有三种轴一个输入、一个传动和一个输出，为了能精确传动，要求对安装三根轴的孔系会要求很高的的位置和尺寸的精确度。图2-1 圆柱齿轮变速箱变速箱箱体的主要功能就是支承各个动轴，以实现各个动轴定位的准确，保障各轴的距离与平行度，并且能使变速箱箱体和其他相关联零部件准确的安装。图2-2 圆柱齿轮变速箱体壳图2-3 圆柱齿轮变速箱盖板2.2 零件的工艺分析变速箱箱体是一个簿壁壳体的零件，一共需要加工箱体的外表面的五个面。前后端面上有3个轴承孔。并且五个表面还需加工一些螺纹孔。因此我将其分为

14、三组面进行加工，以确保各个平面之间位置的相对精度。本课题的设计任务是对变速箱三个轴承孔进行镗削加工， 轴承孔尺寸分别为500mm、280mm、240mm。轴撑孔的自身圆柱度要求0.01mm。三个孔之间的平行度要求0.01mm.图2-4 变速箱零件图2.3变速箱箱体加工方案及采取的措施综上所述，箱体的表面和各个孔为该箱体零件的重要工艺点。一般来说，平面比孔系更容易加工。因此，对于变速箱箱体来说，加工过程中最主要的问题是保证加工孔时的位置和尺寸的精度，使之能与平面有较好的配合。2.3.1确定平面与孔的加工顺序为了保障孔与平面之间的相对位置精度，如果被加工工件有较大的平面可以用来做基准面时，就要以较

15、大的平面作为基准（在这个平面已经被加工过后），这就是先面后孔原则（箱体类的零件）。遵循这个原则，不仅可以精确定位，装配也比较容易。并且对于毛坯而言，从保障加工精度方面，也是应该先加工平面，因为直接在毛坯上钻孔的话，钻头很容易发生偏斜。即使被加工工件真的没有符合要求的平面，也同样要以它的其他表面作为定位基准，需要先加工其他表面以保证加工精度（先孔后面的原则）。进一步提升孔的加工精度，便于对刀并调整刀具，同时也能更好的保护刀具。变速箱箱体零件的加工工艺应分开进行粗加工和精加工，同时为保障被加工部件的加工精确度，也应事先精确标明要进行粗加工与精加工的区域。2.3.2孔系加工方案选择选择合适的机床，不

16、仅要能适合被加工零件的孔系加工方案有不错的生产效率（达到所要求的加工精度要求），还要能够为经济效益着想，要在众多满足方案要求的机床中选择其中最实惠的机床。根据以上准则，使用镗模法是目前最适合组合机床的镗孔方法。所使用的镗模的精度和被加工的孔的精度有直接联系，由于在加工时镗刀是径直通过镗套来进行镗孔的，并且孔系加工的要求决定了镗模的制作。在组合镗床上要想能够大量的加工箱体的孔隙，几乎都会使用镗模法来加工。采用镗模可以很大程度上提高工艺系统的稳定性。甚至可以用几个孔同时用刀加工。所以加工单件工件耗时很少。然而，镗模的制作难度高、构造繁杂、制作成本较大，且由于镗模在制作、装配、在组合机床上的安装时会

17、产生一点位置偏差，再加上镗套和镗杆在使用时会有一定的磨损，因此镗模加工孔系并不能做出很高的加工精度。2.3.3方案制定图 2-5 变速箱箱体根据以上的分析，为了保证三个轴承孔形状及位置精度，就有必要设计出加工该箱体专用的镗削组合机床和其适用的专用夹具，先将变速箱壳体进行组装，在进行轴承孔的加工。2.4工艺过程设计中的主要问题2.4.1加工方法的选择原则（1）所选的加工方法的精度要求和它们的经济性要能相互适应。（2）要能够保障加工表面的几何精度和各个平面之间的位置精度。（3）要考虑到零件材料的加工特殊性。（4）所选的方法要适合加工零件类型。（5）工厂所能用的加工设备和工人的技术要能达到加工要求。

18、2.4.2加工阶段的划分加工阶段可以分为3个阶段：1.粗加工阶段粗加工主要是切削多余的金属（绝大部分），为接下来的的半精加工和精加工做准备，并为之后的半精加工以及精加工提供定位基准，能在粗加工阶段就发现有问题的毛坯，并加以判断是做修补还是报废处理，以免浪费时间。粗加工可采用精度不高但是功率大切削量足的机床，选用经计算后合适的切削用量，提高生产效率、粗加工时，去除的材料较多切削速度小、进给量和吃刀量大，尺寸精度低，表面质量低，因此，粗加工后孔的表面粗糙度比较大并且精度低。查书得知粗加工的表面粗糙度要求为，公差等级是。 2.半精加工阶段半精加工处于粗加工和精加工之间，加工完后表面的粗糙度会小于粗加

19、工后的粗糙度，但比不上精加工的粗糙度。查书得知半精加工的表面粗糙度要求为，公差等级是。3.精加工阶段精加工主要是切除剩余的少量加工余量,保证零件的尺寸精度、几何精度以及表面粗糙度,通常在最后再进行精加工工序，可有效减少甚至避免工件被精加工的表面因其他因素遭到损伤。因为精加工要求加工完零件的表面粗糙度要求较高，并且被加工零件的变形程度要很小，所以精加工一般都是用高精度机床，查书得知精加工的表面粗糙度要求为，公差等级是，。另外，加工阶段划分好后，会便于热处理工序的合理安排。不同的热处理方式，有的需在粗加工之前进行，有的则需在粗精加工之间进行。2.4.3工序的合理组合合理组合工序的两种原则：(1)工

20、序分散原则该原则可使切削用量更加合理，工序也更加简单。依照工序分散原则，不仅仅能使加工的机器设备和设计的夹具构造更加简单，从而在维修机器和调节设备时更加方便易于操作，并且在更换被加工零件时更加方便，也能更好的决定好的切削用量，减少机器的运作时间。缺点是工序过于繁琐，需要较大的人力和资源。(2)工序集中原则该原则为了使工序的总数减少，需要在设计时能够在一条工序内包含尽可能多的内容。减少了总工序数目意味着减少了工件的夹装次数，工艺路线也随之缩短，相对应的减少了操作需要的工人数和厂房面积，也便于生产和管理，在一次工件的装夹过程中，如果要保障各个加工平面的相互位置的精度，可以同时加工这些表面。但是由于

21、对设备的要求较高，投资也较大，生产周期较长，因此，不利于日常生产。一般来说，为了能够更好的管理生产，提高生产效率，在小批量生产中都会整合多个工序一起进行，工序集中的程序也有一定的限制，以为基本上不会未加工小批量的零件而专门设计专用的设备，这时大多需要设计出组合机床和它的专用夹具，并形成流水线进行小批量的加工。2.4.4加工工序的安排各个被加工零部件加工工序的顺序需要依照以下原则：一、机械加工工序1） 如果处理的毛坯件较大且形状复杂，为了能为接下来的精加工提供正基准，要先安排划线工序2） 经基准面要首先加工（先做基准后做其他原则）3） 为保证重要表面的精度在加工该表面前应先修正精基准4） 先进行

22、粗加工后进行精加工，先加工主要表面后加工次要表面5） 如果由次要表面对主要表面有位置精度要求，则应该安排在主要表面加工完后再进行二、热处理工序6） 在进行机械加工前就应进行，退火、正火、毛坯预备性等等热处理程序。7） 如果是有大型铸件为消除残余应力，就需要根据加工精度的要求来安排时效处理。8） 如果需要提高工件的硬度进行淬火处理，需要在进行精加工之前先处理。9） 在精加工前应先进行渗碳处理（渗碳会造成工件的变形）。三、辅助工序 （1）如果要中间检验，则在粗加工都结束后安排，在半精加工阶段，协调好各个工序之间进行。（2）为测试表面质量还需进行如特种检验、荧光检验和磁力探伤之类的检验，通常在精加工

23、阶段。（3）在最后一班进行如电镀、发蓝、表面抛光处理等等工序。2.5变速箱箱体加工定位的基准选择2.5.1选择粗基准的原则1）最适合作为粗基准的应为被加工零件的未加工面。为了保障各个面之间的位置精度。假如工件的表面上有好几个没有加工的面，则粗基准应在其中选择与加工表面的相互之间位置精度要求较高的面。要求箱体零件壁厚均匀、形状对称。2） 做粗基准的表面其选择的加工余量要均匀。机床的导轨面便可以被选作粗基准，可以为接下来精加工阶段做准备，能确保把较少的余量细致的去掉，从而使表层留下平顺的材料，从而使机床的耐磨性得到提高。3）粗基准应选择加工余量最均匀的表面。以确保其加工余量的充足。4）粗基准应选择

24、大面积并且光滑的表面，这样就可以保障能够夹紧工件和被加工工件的位置精度。粗糙的比如有飞边、毛刺等等想象的表面最好不要选，如果必须选要事先经过初加工。5）粗基准大多只能使用一次，为了保证表面之间位置的精度（粗基准选的表面大多是不规则的）综上所述，变速箱箱体的2个支承孔500和240应被选作主要基准。2.5.2选择精基准的原则精基准的选择原则：1.基准重合的原则：定位基准应尽量选择设计基准。如果选择的基准不是同一个的话，就会出现一定的误差。2.基准统一的原则：定位基准应尽量只使用一个。只使用一个基准的话可避免基准之间的误差，并且如果基准一致，所需要的夹具的数量可适量减少，从而减轻工作量。像轴类零件

25、轴承，在车削、磨削时都以顶针孔作为定位基准，像这样不仅在一次装夹中可以加工到绝大多数的表面，还可以确保各个圆柱面的同轴度以及中心线与外圆表面的垂直度。3.互为基准的原则：精基准不一定只能有一个，可以有两个面相互作为精基准从而相互参考进行加工。举个例子：如果要磨一个经过淬火的齿轮齿，为保障磨削的齿面的余量平均，就需要先磨内孔，精基准选齿轮面，之后再磨内孔时就要选择齿轮面做精基准。2.6变速箱的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定灰口铸铁一般被选作为制作箱体类零件的材料。该材料型号为HT250， 大多被用来铸造毛坯，适合大批量生产。1.铸造件作为的箱体，毛坯的构造也要符合其工艺要求：（1）、铸件

26、的壁厚应适宜，厚度平均，不得有突起、毛刺或飞边。（2）、铸造圆角要有一定圆度，不得出现尖角。（3）、铸件构造要简单，还要能方便的制作和成型。（4）、合理加强筋板的厚度和分布，确保在冷却时铸件不会出现变形或者是开裂现象。（5）、铸件的材料要选择合理，有一定的可塑性。2.在设计毛坯时应首先考虑其表面形状和尺寸要求：（1）、各个加工平面的形状应该简洁易于制作。（2）、设计基准和工艺基准应为同一个基准。（3）、设计好的毛坯在加工、装卸和检验时应该很方便。（4）、毛坯的结构应该一致，加工时应尽量使用普通设备和标准化的工具。制作毛坯时，要尽量减小毛坯的制作成本，如果毛坯的形状尺寸与零件更加接近，确实会在一

27、定程度上减少制作成本，但是在制作时其要求的工艺工序和尺寸要求会更加严格，意味着需要投入更多的成本，相较之下可以适当增加制作的毛坯的余量。必要时可以事先做出毛坯草图再选择合适的制作方案。结论在本次毕业设计中，我先翻阅了大量关于变速箱箱体加工工艺的书籍，对箱体的加工工艺以及工序有了一定程度的了解，并在网上查找合适的箱体零件图，想象着如果让我拿到这张图纸，我要通过什么发法把它给加工出来，需要什么样的工序，再通过详细的尺寸，自己用UG画出了箱体的三维图，确认并编写详细的工艺工序，在图书馆查找关于夹具设计的相关工具书，了解专用夹具的知识，构思我这个箱体零件需要什么样的夹具，并翻看之前的课本，再次复习夹紧力、切削力等等各种力的计算公式。在实习期间，在工厂参观实际了解了箱体的正确加工方式，以及详细的工艺工序，并把我所要加工的箱体要求运用到其中，设计出理想的组合机床。在制作组合机床的过程中也遇到了很多麻烦，比如所设计的组合机床不能与专用夹具很好的配合，联系尺寸设计时不能与实际相结合，在选择夹紧力动力装置时不知该如何选择等等但