變速箱加工工藝設計.doc

黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計 I 摘 要 通過運用機械制造工藝學、數控加工課程中的基本理論以及在生產實習中學 到實踐知識，正確的解決一個零件在加工過程中的定位、夾緊以及工藝路線安排， 工藝尺寸確定，數控編程等問題，保證零件的加工質量.能夠熟練的做出數控編程 程序。 學會使用圖表資料以及手冊，掌握與本本設計有關的各種資料的名稱，出處， 能夠做到熟練運用。因此，它在我們的大學生活中占有重要的地位。就我個人而 言，我希望能通過這次課程設計對自己未來從事的工作進行一次適應性訓練，從 中鍛煉自己分析問題，解決問題的能力，為今后參加工作打下一個良好的基礎。 由于能力有限，設計當中可能會有不足之處，懇請各位老師給予批評指正。 關鍵詞：數控加工 工藝設計 夾具設計 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文 II 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計 III 目錄 摘要 .I ABSTRACT.II 目錄 .III 前言 .VI 1 設計的目的及內容 .1 1.1 設計的選題意義 .1 1.2 設計的主要內容 .2 2 數控編程中的加工工藝分析及設計 .2 2.1 零件的作用 .2 2.2 零件的分析 .2 2.3 零件的精度分析 .2 2.4 表面粗糙度的分析 .3 2.6 選擇加工設備與刀具、夾具等 .4 3 工藝規(guī)程的設計 .5 3.1 基準與定位的分析 .5 3.2 加工方法的選擇 .5 3.2.1 內孔的加工方法 .5 3.2.2 端面的加工方法 .7 3.3 加工工序的劃分 .7 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計 IV 3.4 工件的時效處理 .7 3.5 輔助工序的安排 .8 4 加工工序的設定 .8 4.1 工序尺寸及公差的計算 .8 4.2 切削用量的選擇 .8 4.3 加工時的對刀 .8 4.3 工序的設定 .9 5 夾具設計 .18 5.1 機床夾具在機械加工中的作用 .18 5.2 機床夾具的組成 .19 5.3 夾具的作用和設計條件 .19 5.4 專用夾具的設計 .20 5.5 粗、精銑變速箱體底平面夾具設計 .20 5.6 設計夾具的基本要求 .20 5.7 對夾具體的要求 .21 5.8 定位誤差的分析 .22 5.9 夾緊力的計算及夾緊元件的強度校核 .22 5.10 定位基準的選擇 .23 5.11 銑削力和夾緊力的計算 .24 5.12 夾具體槽形與對刀裝置設計 .24 5.13 夾緊裝置及夾具體設計 .26 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計 V 5.14 夾具設計及操作的簡要說明 .27 6 結論 .38 參考文獻 .40 致 謝 .41 附錄 1 .42 附錄 2 .43 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計 VI 前言 數控機床的加工原理可簡要概述為：在數控機床上加工零件時，要是想根據 零件的加工圖樣的要求確定零件的工藝過程、工藝參數和刀具參數，再按規(guī)定編 寫零件數控加工程序，然后通過手動數據輸入方式或計算機通信等方式將數控加 工程序送到數控系統(tǒng)，在數控系統(tǒng)控制軟件的支持下，經過分析處理與計算后發(fā) 出相應的指令，通過伺服系統(tǒng)使機床按預定的軌跡運動，從而控制機床進行零件 的自動加工。 數控加工原理及加工過程：零件圖閱讀零件圖工藝分析制定工藝數 控編程程序傳輸數控機床數控編程的內容包括：分析零件圖，確定工藝過程； 數學處理；編寫程序單；制作程序戒指并輸入程序信息；程序校驗。 黑龍江八一農墾大學本科畢業(yè)設計 - 7 - 1 設計的目的及內容 1.1 設計的選題意義 目前，國內外汽車和發(fā)動機廠家的變速箱體生產大多數采用流水線專用組合 機床，定位方式有所不同，有以凸臺面定位的，國外大多數采用一面雙銷定位， 軸承孔和撥叉孔等的加工一般采用粗鏜精鏜來完成，國外也有較先進的采用 先粗鏜，再高速鉸來加工，提高了生產效率和精度，但需要更精密的機床和控制， 技術難度比較大。毛坯一般都用鑄件。 選擇這樣的一個題目來研究，可以促使我充分熟悉大學四年來學的大部分知 識，并嘗試將這些知識綜合運用并和實踐經驗相結合，培養(yǎng)自覺查手冊，設計遵 循行業(yè)標準，生產不僅要考慮質量還要考慮經濟性等一個工藝人員必須具備的素 質。 1.2 設計的主要內容 此次設計主要分成兩部分： 零件的數控加工工藝設計，各種類型的機械零件，由于其結構形狀、精度、 表面質量、技術條件和生產數量等要求各不相同，所以針對某一零件的具體要求， 在生產實際中要綜合考慮機床設備、生產類型、經濟效益等諸多因素，確定一個 合理的加工方案，并合理安排加工順序，經過一定的加工工藝過程，才能制造出 符合要求的零件。最后編寫出合理簡單的加工程序。 夾具設計部分，把工件迅速的固定在正確的位置上，完成切削加工、檢驗、 裝配、焊接、和熱處理等工作所使用的工藝裝備稱為夾具。把機床上使用來完成 工件裝夾任務所使用的工藝裝備稱為機床夾具。在機械制造的切削加工、檢驗、 裝配、焊接和熱處理等工藝過程中，要使用大量的夾具來安裝加工對象，使其占 黑龍江八一農墾大學本科畢業(yè)設計 - 8 - 有正確的位置，以保證零件和產品的加工質量，并提高生產率，從而提高其經濟 性。 2 數控編程中的加工工藝分析及設計 2.1 零件的作用 變速箱是用來“ 改變” 速度的，因為任何發(fā)動機都有它的最佳工作范圍，亦稱 動力區(qū)(power band)，指該臺發(fā)動機能發(fā)出的最大或接近最大功率及最大扭矩的轉 速(rpm) 范圍。汽車變速箱功能:改變傳動比，擴大驅動輪轉矩和轉速的變化范圍， 在發(fā)動機旋轉方向不變情況下，是汽車能倒退行駛；利用空擋，中斷動力傳 遞，以發(fā)動機能夠起動、怠速，并便于變速器換檔或進行動力輸出。變速器是由 變速傳動機構和操縱機構組成，需要時，還可以加裝動力輸出器。在分類上有兩 種方式：按傳動比變化方式和按操縱方式的不同來分。 2.2 零件的分析 本次我們要分析的箱體類零件是一汽車變速箱箱體零件，汽車變速箱箱體零 件為典型的箱體類零件，生產規(guī)模為批量加工，零件的軌跡比較復雜，必須保證 零件的尺寸精度?？傮w看起來箱體之間的結構是正確的，圓弧的大小合適，沒有 超過銑刀的要求；還有就是內孔的大小也比較合理，不過大也不過小。如果是內 孔的直徑過大，外圓柱段的壁厚就顯得比較小，這時我們在數控銑床加工起來就 比較的困難，還要考慮更多的問題來保證箱體的精度，因而我們的夾緊也就成了 一個大的問題，但是在這里沒有出現，也就說明作為典型的箱體類零件的加工選 擇在數控銑床上加工的正確性，而且對于零件的表面粗糙度的要求也不高，通過 精銑基本上都能達到，也體現出了數控技術的精度高的特點。 黑龍江八一農墾大學本科畢業(yè)設計 - 9 - 2.3 零件的精度分析 零件的加工精度是指零件加工后的實際幾何參數（尺寸、形狀和位置）與理 想幾何參數相符合的程度。符合程度越高則加工精度就越高。實際加工不可能做 得與理想零件完全一致，總會有大小不同的偏差，零件加工后的實際幾何參數對 理想幾何參數的偏離程度，稱為加工誤差。 由于在加工過程中有很多因素影響加工精度，所以同一種加工方法在不同的 工作條件下所能達到的精度是不同的。任何一種加工方法，只要精心操作，細心 調整，并選用合適的切削參數進行加工，都能使加工精度得到較大的提高，但這 樣會降低生產率，增加加工成本。由機床、夾具、刀具和工件組成的機械加工工 藝系統(tǒng)( 簡稱工藝系統(tǒng))會有各種各樣的誤差產生，這些誤差在各種不同的具體工作 條件下都會以各種不同的方式(或擴大、或縮小)反映為工件的加工誤差。 工藝系 統(tǒng)的原始誤差主要有工藝系統(tǒng)的幾何誤差、定位誤差、工藝系統(tǒng)的受力變形引起 的加工誤差、工藝系統(tǒng)的受熱變形引起的加工誤差、工件內應力重新分布引起的 變形以及原理誤差、調整誤差、測量誤差等。這些都會影響到零件的加工精度。 如圖 1-3-2 就是我們本次要加工的箱體：在這次的數控銑削加工中，零件重 要的加工部位有：中間兩孔，端面，及各螺紋孔。零件其他加工部位相對容易加 工。由上述尺寸可以確定零件的尺寸應該以零件左側面為基準，這樣才能保證零 件的加工精度要求，零件其軸向加工部位要求較低。 2.4 表面粗糙度的分析 表面粗糙度反映的是零件加工表面的微觀幾何形狀誤差，即指加工表面所具 有的較小間距和微小峰谷不平度。它不同于宏觀幾何形狀，也不同于表面波度。 主要由加工過程中刀具和零件表面的摩擦、切削分離時表面金屬層塑性變形及工 藝系統(tǒng)變頻振動等原因而形成。 表面粗糙度是衡量零件表面質量的重要指標。主要表現在對零件的耐磨性、 黑龍江八一農墾大學本科畢業(yè)設計 - 10 - 配合性質的穩(wěn)定性、抗腐蝕性、密封性、疲勞強度、外觀質量等方面的影響。 在這里我參考的是國標 GB/T1311993，由圖 2-1 可以知道銑變速箱箱體零 件表面粗糙度的要求不是很高。 圖 2-1 變速箱零件圖 2.5 毛坯的確定 從上述的資料表明我這次設計的汽車變速箱箱體零件，雖然不是很復雜，但 是從它的用途及承受的壓力來看，我選擇的毛坯材料是：鑄鐵 HT200， 。由于年產 量為批量生產，而且零件的輪廓尺寸較大，鑄造表面質量的要求高，故可采用鑄 造質量穩(wěn)定的，適合大批生產的金屬模鑄造。便于鑄造和加工工藝過程，而且還 可以提高生產率。 黑龍江八一農墾大學本科畢業(yè)設計 - 11 - 2.6 選擇加工設備與刀具、夾具等 設備的選擇：選擇數控機床作為工序中的加工設備，稱為數控加工。數控銑 床與普通銑床相比具有許多優(yōu)點，它的應用范圍還在不斷擴大。但是數控機床的 初始投資費用比較大，在選用數控機床加工時要充分考慮其經濟效益。一般來說， 數控機床適用加工零件較復雜、精度 要求高、產品更新快、生產周期要求短的場 合。由于這次設計中主要加工的是端平面以及各種孔，所以最后我選擇數控銑床 進行加工。 刀具的選擇：由圖 1-3-2 可知，在該零件的數控銑削加工中需要加工的有端 面、內孔以及各螺紋孔。在加工平面時，我選用面銑刀銑削端面；選擇麻花鉆攻 螺紋；內孔的加工選擇鏜刀來完成。 夾具的選擇：在機械制造中，用以裝夾工件（和引導刀具）的裝置，稱為夾 具。它是用來固定加工對象，使之占有正確位置，以接受施工會檢測和裝置。在 這次的加工中我采用的是通用夾具。利用 FANUC 數控銑床的三爪自動定心卡盤 作為夾具，這種方法使工件定位所迅速方便，定位精度高。且在加工中還采用了 銑端面加工時的專用夾具，用以保證各端面加工精度。 量具的選擇：在數控加工中我們通常會在零件粗加工或是半徑加工后對零件 的尺寸以及精度進行檢測，為了更好的保證精加工的質量，使加工出的零件的精 度更高質量越好。所以在這次數控銑削加工中我選擇的量具是游標卡尺和角度尺。 游標卡尺是用在粗加工后進行測量零件的外圓尺寸，及時的調整加工的參數。 3 工藝規(guī)程的設計 3.1 基準與定位的分析 定位基準是指加工中用來使工件在機床或夾具上定位的所依據的工件上的點、 黑龍江八一農墾大學本科畢業(yè)設計 - 12 - 線、面。按工件上用作定位的表面狀況把定位基準分為粗基準，精基準和輔助基 準。粗基準是在在零件加工的第一道工序中，只能用毛坯上未經加工的表面作為 定位基準；精基準是用工件上已經加工的表面作為基準；輔助基準是指零件設計 圖紙中某不要求加工的表面，有時為了工件裝夾的需要，而專門將其加工作為定 位用，或者是為了定位的需要，加工時為了有意提高零件設計精度的表面，這種 表面不是零件上的工作表面，只是由于工藝需要而加工的基準面。 在加工這汽車變速箱箱體零件中，我們以上說的粗基準、精基準以及輔助基準 我們都要選擇。該零件的粗加工和精加工的軸向定位基準均選擇在側端面。因為這 是汽車變速箱箱體零件的中間兩孔與側面應有平行度要求，以左、右端面互為基準 保證的軸左、右兩段零件的表面粗糙度和精度的要求。 3.2 加工方法的選擇 一種加工方法能夠保證的加工精度有一個相當大的范圍，但如果要求它保證 的加工精度過高，需要采取的一些特殊的工藝措施，將使加工成本隨之增大。同 樣理由，作為一種加工方法，有加工經濟表面粗糙度的概念。機械零件都是一些 簡單的幾何表面如外圓、孔、平面等組合而成的，因此的零件的工藝路線的就是 這些表面加工路線的恰當的組合。 由前面對軸精度和表面粗糙度的分析，知道箱體的精度和表面粗糙度的要求 都不是很高，最高的表面粗糙度值也是 Ra1.6，如果是我們所使用的數控銑加工 精度比較高的話，精銑也就可以達到了，但是在出于考慮低成本的加工出合格的 零件，我們在這里還是要選擇磨削，因為材料為鋼材的外圓柱表面，精銑和磨削 都能達到我們需要的技術要求，但是銑削沒有磨削經濟。 3.2.1 內孔的加工方法 粗鏜半精鏜精鏜，它能達到的公差等級是 IT10IT8,粗糙度 Ra1.6 6.3m ，而我們此次加工的零件的內孔的表面粗糙度的值 Ra 3.2，內圓的公差 黑龍江八一農墾大學本科畢業(yè)設計 - 13 - 最小的也有 0.05mm，所以這樣的的加工方法也能到達我們的要求。 3.2.2 端面的加工方法 X、Y、Z 方向粗銑-半精銑-精銑。端面一般作為基準，只采用即可。但在這 個變速箱箱體零件中，與上蓋連接面不僅僅只用來作為基準，所以需要精銑達到 所需要的精度要求。 3.3 加工工序的劃分 安排加工工藝的順序時應先面后孔：由于平面面積較大定位穩(wěn)定可靠，有利 于簡化夾具結構減少安裝變形。從加工難度來看，平面比孔加工容易。先加工批 平面，把鑄件表面的凹凸不平和夾砂等缺陷切除，在加工分布在平面上的孔時， 對便于孔的加工和保證孔的加工精度都是有利的。因此，一般均應先加工平面。 粗、精加工階段要分開：箱體均為鑄件，加工余量較大，而在粗加工中切除 的金屬較多，因而夾緊力、切削力都較大，切削熱也較多。由于粗加工后，工件 內應力重新分布也會引起工件變形，因此，對加工精度影響較大。為此，把粗精 加工分開進行，有利于把已加工后由于各種原因引起的工件變形充分暴露出來， 然后在精加工中將其消除。 3.4 工件的時效處理 箱 體 結 構 復 雜 壁 厚 不 均 勻 ， 鑄 造 內 應 力 較 大 。 由 于 內 應 力 會 引 起 變 形 ， 因 此 鑄 造 后 應 安 排 人 工 時 效 處 理 以 消 除 內 應 力 減 少 變 形 。 一 般 精 度 要 求 的 箱 體 ， 可 利 用 粗 、 精 加 工 工 序 之 間 的 自 然 停 放 和 運 輸 時 間 ， 得 到 自 然 時 效 的 效 果 。 但 自 然 時 效 需 要 的 時 間 較 長 ， 否 則 會 影 響 箱 體 精 度 的 穩(wěn) 定 性 。 對 于 這 個 精 密 的 箱 體 ， 在 粗 加 工 和 精 加 工 工 序 間 還 應 安 排 一 次 人 工 時 效 ， 迅 速 充 分 地 消 除 內 應 力 ， 提 高 精 度 的 穩(wěn) 定 性 。 3.5 輔助工序的安排 黑龍江八一農墾大學本科畢業(yè)設計 - 14 - 每一道工序后都會進行去除毛刺的工序，在粗加工完之后會進行尺寸的檢測， 及時的調整加工時的參數使加工的零件的精度更高。最后加工出的成品還要進行 清洗防銹的處理。 4 加工工序的設定 4.1 工序尺寸及公差的計算 該零件銑削加工的形狀比較簡單，且該零件的公差要求也不是很高，最大的 公差 0.3 mm，最小的公差有 0.025mm，而且這些公差的保證，都可以通過機床 參數的調整、定位基準的確定以及切削三要素的合適旋轉來保證。 4.2 切削用量的選擇 數控銑削加工中的切削用量包括背吃刀量 p 、切削速度 c(主軸轉速 n)、 進給量 f。切削用量的選擇原則是：粗銑時，首先應考慮盡可能大的背吃刀量 p ，其次選擇較大的進給量 f，最后確定一個合適的切削速度 c 。增大背吃刀量 p 可使走刀次數減少，增大進給量 f 有利于斷削。精銑時，對加工精度和表面粗 糙度要求較高，加工余量不大且較均勻。選擇精銑的切削用量，應著重考慮如何 保證加工質量，并在基礎上盡量提高生產率。因此，精銑時應選擇用較小的背吃 刀量和進給量，并選用性能高的刀具材料和合理的幾何參數，以盡可能提高切削 速度。 所以通過以上的分析和查閱銑削切削用量手冊可以確定本次加工的用量如下： 粗銑端面時的背吃刀量 p =2mm，主軸轉速 n=600r/min，進給速度 f=120mm/r。精銑時的背吃刀量 p =0.4mm，主軸轉速 n=500r/min，進給速度 f=120mm/r。銑削螺紋時的背吃刀量 p 根據進給的次數和查閱的手冊來定，主 軸轉速 n=500r/min，進給速度 f=80 mm/r。 4.3 加工時的對刀 1）將所用銑刀裝到主軸上并使主軸中速旋轉； 黑龍江八一農墾大學本科畢業(yè)設計 - 15 - 2）手動移動銑刀沿 X(Y)方向靠近被側邊，直到銑刀周刃輕微接觸到工件表面可 聽到刀刃與工件的摩擦聲； 3）保持 X、Y 坐標不變，將銑刀沿+Z 向退離工件； 4）將機床相對坐標 X 置零，并沿 X 向工件方向移動刀具半徑的距離； 5）將此時機床坐標系下的 X 值輸入系統(tǒng)偏置寄存器中，該值就是被側邊的 X 坐標； 6）改變方向重復以上操作，可得被測邊的 Y 坐標。為避免損傷工件表面，可在刀 具和工件之間加入塞尺進行對刀，并將塞尺的厚度減去。 4.3 工序的設定 根據零件圖以及工序設定選擇，在加工中先銑平面;接著攻螺紋 20*M10-6H；精鏜 工件表面內孔；攻螺紋 8*M8-6H 和 3*M10-6H。具體加工順序如下： 1）選擇專用銑床，粗銑與上連接面 2）選擇臥式加工中心，半精銑與上蓋連接面 黑龍江八一農墾大學本科畢業(yè)設計 - 16 - 表 4-1 各因素及其水平 因 素 水 平 葉片形狀（S） 葉片排列（A） 轉速（V ） 1 2 3 4 6 結論 在這次畢業(yè)設計中，對我來說有所收獲也存在著不足之處。收獲： 1）能把以前所學的各種知識，綜合的運用的這次設計中，鞏固了以前所學的知識。 2）學會了參閱各種資料及查各種余量、切削用量等手冊。 3）學會了，分析問題，解決問題的能力。 不足之處： 1）有些步驟，問題解決的方法不是很好，需在以后的學習、實踐中進一步改進。 （2）有些工藝路線制定的不是太好，而且余量、切削用量設計不是很精確， 需在以后的實踐中積累經驗，進一步改進。 綜上所述：這次的畢業(yè)設計對我以后的工作起了很大的幫助，我認識到，無論是工作還 是學習都必須做到認真、謹慎，時時處處細心 黑龍江八一農墾大學本科畢業(yè)設計 - 17 - 參考文獻 1劉海麗.提高山區(qū)縣水稻種植機械化水平的措施J.廣西農業(yè)機械化，2011,(2)：24-27. 2劉文華.水稻插秧機現狀分析及發(fā)展預測J.湖南農機，2009,36(4)：4-6. 3劉天祥,汪春,王明.基于 COSMOSMotion 插秧機縱向進給機構的運動分析J. 黑龍江八一 農墾大學學報，2008,20(6)：23-25. 4徐飛軍,李革,趙勻. 水稻插秧機移箱機構的發(fā)展研究J. 農機化研究，2008(5)：1-5. 5 張冬梅.植質缽育型孔式秧盤播種機關鍵部件的試驗研究【D】 大慶：黑龍江八一農墾大 學碩士論文 2009.6 6 Ping-Kun Chang,Yaw-Nan Peng. Influence of mixing techniques on propertiesof high performance concrete. 【J】 Cement and Concrete Research. 2001 7 中華人民共和國農業(yè)部.全國水稻生產機械化十年發(fā)展規(guī)劃（2006-2015）R.2006-10. 黑龍江八一農墾大學本科畢業(yè)設計 18 致 謝