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汽車變速箱箱體加工工藝及夾具設(shè)計(jì)
1 汽車變速箱加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
1.1零件的分析
1.1.1零件的作用
題目給出的零件是汽車變速箱箱體。變速箱箱體的主要作用是支承各傳動(dòng)軸，保證各軸之間的中心距及平行度，并保證變速箱部件與發(fā)動(dòng)機(jī)正確安裝。因此汽車變速箱箱體零件的加工質(zhì)量，不但直接影響汽車變速箱的裝配精度和運(yùn)動(dòng)精度，而且還會(huì)影響汽車的工作精度、使用性能和壽命。汽車變速箱主要是實(shí)現(xiàn)汽車的變速，改變汽車的運(yùn)動(dòng)速度。汽車變速箱箱體零件的頂面用以安裝變速箱蓋，前后端面支承孔、用以安裝傳動(dòng)軸，實(shí)現(xiàn)其變速功能。
1.1.2零件的工藝分析
由汽車變速箱箱體零件圖可知。汽車變速箱箱體是一個(gè)簿壁殼體零件，它的外表面上有五個(gè)平面需要進(jìn)行加工。支承孔系在前后端面上。此外各表面上還需加工一系列螺紋孔。因此可將其分為三組加工表面。它們相互間有一定的位置要求?，F(xiàn)分析如下：
（1）、以頂面為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：頂面的銑削加工；的螺孔加工；的工藝孔加工。其中頂面有表面粗糙度要求為，8個(gè)螺孔均有位置度要求為，2個(gè)工藝孔也有位置度要求為。
（2）、以、、的支承孔為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：2個(gè)、2個(gè)和1個(gè)的孔；尺寸為的與、的4個(gè)孔軸線相垂直的前后端面；前后端面上的3個(gè)、16個(gè)的螺孔，以及4個(gè)、2個(gè)的孔；還有另外兩個(gè)在同一中心線上與兩端面相垂直的的倒車齒輪軸孔及其內(nèi)端面和兩個(gè)的螺孔。其中前后端面有表面粗糙度要求為，3個(gè)、16個(gè)的螺孔，4個(gè)、2個(gè)的孔均有位置度要求為，兩倒車齒輪軸孔內(nèi)端面有尺寸要求為及表面粗糙度要求為。
（3）、以兩側(cè)窗口面為主要加工平面的加工面。這一組加工表面包括：尺寸為和的兩側(cè)窗口面；與兩側(cè)窗口面相垂直的12個(gè)的螺孔；與兩側(cè)面成角的尺寸為的錐管螺紋孔（加油孔）。其中兩側(cè)窗口面有表面粗糙度要求為，12個(gè)螺孔均有位置度要求為。
1.2 箱體加工的主要問題和工藝過程設(shè)計(jì)所應(yīng)采取的相應(yīng)措施
由以上分析可知。該箱體零件的主要加工表面是平面及孔系。一般來說，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，對于變速箱箱體來說，加工過程中的主要問題是保證孔的尺寸精度及位置精度，處理好孔和平面之間的相互關(guān)系。
由于汽車變速箱的生產(chǎn)量很大。怎樣滿足生產(chǎn)率要求也是變速箱加工過程中的主要考慮因素。
1.2.1孔和平面的加工順序
箱體類零件的加工應(yīng)遵循先面后孔的原則：即先加工箱體上的基準(zhǔn)平面，以基準(zhǔn)平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。變速箱箱體的加工自然應(yīng)遵循這個(gè)原則。這是因?yàn)槠矫娴拿娣e大，用平面定位可以確保定位可靠夾緊牢固，因而容易保證孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去鑄件表面的凹凸不平。為提高孔的加工精度創(chuàng)造條件，便于對刀及調(diào)整，也有利于保護(hù)刀具。
變速箱箱體零件的加工工藝應(yīng)遵循粗精加工分開的原則，將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證孔系加工精度。
1.2.2孔系加工方案選擇
變速箱箱體孔系加工方案，應(yīng)選擇能夠滿足孔系加工精度要求的加工方法及設(shè)備。除了從加工精度和加工效率兩方面考慮以外，也要適當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)因素。在滿足精度要求及生產(chǎn)率的條件下，應(yīng)選擇價(jià)格最底的機(jī)床。
根據(jù)汽車變速箱箱體零件圖所示的變速箱箱體的精度要求和生產(chǎn)率要求，當(dāng)前應(yīng)選用在組合機(jī)床上用鏜模法鏜孔較為適宜。
（1）、用鏜模法鏜孔
在大批量生產(chǎn)中，汽車變速箱箱體孔系加工一般都在組合鏜床上采用鏜模法進(jìn)行加工。鏜模夾具是按照工件孔系的加工要求設(shè)計(jì)制造的。當(dāng)鏜刀桿通過鏜套的引導(dǎo)進(jìn)行鏜孔時(shí)，鏜模的精度就直接保證了關(guān)鍵孔系的精度。
采用鏜?？梢源蟠蟮靥岣吖に囅到y(tǒng)的剛度和抗振性。因此，可以用幾把刀同時(shí)加工。所以生產(chǎn)效率很高。但鏜模結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造難度大、成本較高，且由于鏜模的制造和裝配誤差、鏜模在機(jī)床上的安裝誤差、鏜桿和鏜套的磨損等原因。用鏜模加工孔系所能獲得的加工精度也受到一定限制。
（2）、用坐標(biāo)法鏜孔
在現(xiàn)代生產(chǎn)中，不僅要求產(chǎn)品的生產(chǎn)率高，而且要求能夠?qū)崿F(xiàn)大批量、多品種以及產(chǎn)品更新?lián)Q代所需要的時(shí)間短等要求。鏜模法由于鏜模生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期長，不大能適應(yīng)這種要求，而坐標(biāo)法鏜孔卻能適應(yīng)這種要求。此外，在采用鏜模法鏜孔時(shí)，鏜模板的加工也需要采用坐標(biāo)法鏜孔。
用坐標(biāo)法鏜孔，需要將箱體孔系尺寸及公差換算成直角坐標(biāo)系中的尺寸及公差，然后選用能夠在直角坐標(biāo)系中作精密運(yùn)動(dòng)的機(jī)床進(jìn)行鏜孔。
零件圖所示變速箱箱體孔系尺寸換算如下：
如下圖所示為三個(gè)支承孔中心線所構(gòu)成的坐標(biāo)尺寸關(guān)系。其中：，，。設(shè)加工時(shí)坐標(biāo)系為且現(xiàn)在要計(jì)算、及。
由圖可知：
根據(jù)余弦定理：
根據(jù)幾何關(guān)系可得：
孔系中心的直角坐標(biāo)尺寸算出來后。還需要進(jìn)一步確定各組成環(huán)的公差。組成環(huán)的公差分配方法有多種，現(xiàn)以等公差分配法為例子說明各組成環(huán)公差的求解方法。
已知：
因
兩邊微分后得：
若 ，則有
|AC|與和構(gòu)成尺寸鏈，其中|AC|為尺寸鏈的封閉環(huán)。按等公差分配原則，及的公差各取。
|CB|與及構(gòu)成另一個(gè)尺寸鏈，且|CB|為尺寸鏈的封閉環(huán)。按前述方法可得及的尺寸公差各為。
最終求得的變速箱箱體孔系在直角坐標(biāo)中的尺寸及公差為：
方法來自《機(jī)械工人專業(yè)計(jì)算》
1.3變速箱箱體加工定位基準(zhǔn)的選擇
1.3.1粗基準(zhǔn)的選擇
粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：
（1）、保證各重要支承孔的加工余量均勻；
（2）、保證裝入箱體的零件與箱壁有一定的間隙。
為了滿足上述要求，應(yīng)選擇變速箱的主要支承孔作為主要基準(zhǔn)。即以變速箱箱體的輸入軸和輸出軸的支承孔作為粗基準(zhǔn)。也就是以前后端面上距頂平面最近的孔作為主要基準(zhǔn)以限制工件的四個(gè)自由度，再以另一個(gè)主要支承孔定位限制第五個(gè)自由度。由于是以孔作為粗基準(zhǔn)加工精基準(zhǔn)面。因此，以后再用精基準(zhǔn)定位加工主要支承孔時(shí)，孔加工余量一定是均勻的。由于孔的位置與箱壁的位置是同一型芯鑄出的。因此，孔的余量均勻也就間接保證了孔與箱壁的相對位置。
1.3.2精基準(zhǔn)的選擇
從保證箱體孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置 。精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)能保證變速箱箱體在整個(gè)加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。從變速箱箱體零件圖分析可知，它的頂平面與各主要支承孔平行而且占有的面積較大，適于作精基準(zhǔn)使用。但用一個(gè)平面定位僅僅能限制工件的三個(gè)自由度，如果使用典型的一面兩孔定位方法，則可以滿足整個(gè)加工過程中基本上都采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位的要求。至于前后端面，雖然它是變速箱箱體的裝配基準(zhǔn)，但因?yàn)樗c變速箱箱體的主要支承孔系垂直。如果用來作精基準(zhǔn)加工孔系，在定位、夾緊以及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面都有一定的困難，所以不予采用。
1.4變速箱箱體加工主要工序安排
對于大批量生產(chǎn)的零件，一般總是首先加工出統(tǒng)一的基準(zhǔn)。變速箱箱體加工的第一個(gè)工序也就是加工統(tǒng)一的基準(zhǔn)。具體安排是先以孔定位粗、精加工頂平面。第二個(gè)工序是加工定位用的兩個(gè)工藝孔。由于頂平面加工完成后一直到變速箱箱體加工完成為止，除了個(gè)別工序外，都要用作定位基準(zhǔn)。因此，頂面上的螺孔也應(yīng)在加工兩工藝孔的工序中同時(shí)加工出來。
后續(xù)工序安排應(yīng)當(dāng)遵循粗精分開和先面后孔的原則。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺紋底孔在多軸組合鉆床上鉆出，因切削力較大，也應(yīng)該在粗加工階段完成。對于變速箱箱體，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原則亦應(yīng)先精加工平面再加工孔系，但在實(shí)際生產(chǎn)中這樣安排不易于保證孔和端面相互垂直。因此，實(shí)際采用的工藝方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可脹心軸定位來加工端面，這樣容易保證零件圖紙上規(guī)定的端面全跳動(dòng)公差要求。各螺紋孔的攻絲，由于切削力較小，可以安排在粗、精加工階段中分散進(jìn)行。
加工工序完成以后，將工件清洗干凈。清洗是在的含0.4%—1.1%蘇打及0.25%—0.5%亞硝酸鈉溶液中進(jìn)行的。清洗后用壓縮空氣吹干凈。保證零件內(nèi)部雜質(zhì)、鐵屑、毛刺、砂粒等的殘留量不大于。
根據(jù)以上分析過程，現(xiàn)將汽車變速箱箱體加工工藝路線確定如下：
工序1：粗、精銑頂面。以兩個(gè)的支承孔和一個(gè)的支承孔為粗基準(zhǔn)。選用立軸圓工作臺銑床，和專用夾具。
工序2：鉆頂面孔、鉸工藝孔。以兩個(gè)的支承孔和前端面為基準(zhǔn)。選用專用組合鉆床和專用夾具。
工序3：粗銑前后端面。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合銑床和專用夾具。
工序4：粗銑兩側(cè)面及凸臺。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合銑床和專用夾具。
工序5：粗鏜前后端面支承孔。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合鏜床和專用夾具。
工序6：檢驗(yàn)。
工序7：半精銑前后端面。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合銑床和專用夾具。
工序8：鉆倒車齒輪軸孔，鉆前后端面上孔。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合鉆床和專用夾具。
工序9：銑倒車齒輪軸孔內(nèi)端面，鉆加油孔。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合銑床和專用夾具。
工序10：鉆兩側(cè)面孔。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合鉆床和專用夾具。
工序11：精鏜支承孔。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合鏜床和專用夾具。
工序12：攻錐螺紋孔。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合攻絲機(jī)和專用夾具。
工序13：前后端面孔攻絲。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合攻絲機(jī)和專用夾具。
工序14：兩側(cè)窗口面上螺孔攻絲。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合攻絲機(jī)和專用夾具。
工序15：頂面螺孔攻絲。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合攻絲機(jī)和專用夾具。
工序16：中間檢驗(yàn)。
工序17：精銑兩側(cè)面。以頂面和兩工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合銑床和專用夾具。
工序18：精銑前后端面。以兩個(gè)支承孔和一個(gè)工藝孔為基準(zhǔn)。選用專用組合銑床和專用夾具。
工序19：清洗。選用清洗機(jī)清洗。
工序20：終檢。
以上工藝過程詳見機(jī)械加工工藝過程卡片。
1.5機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“汽車變速箱箱體”零件材料采用灰鑄鐵制造。變速箱材料為HT150，硬度HB為170—241，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，采用鑄造毛坯。
（1）、頂面的加工余量。（計(jì)算頂面與支承孔軸線尺寸）
根據(jù)工序要求，頂面加工分粗、精銑加工。各工步余量如下：
粗銑：參照《機(jī)械加工工藝手冊第1卷》表3.2-23。其余量值規(guī)定為，現(xiàn)取。表3.2-27粗銑平面時(shí)厚度偏差取。
精銑：參照《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-59，其余量值規(guī)定為。
鑄造毛坯的基本尺寸為根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-11,鑄件尺寸公差等級選用CT7，再查表2.3-9可得鑄件尺寸公差為
毛坯的名義尺寸為：
毛坯最小尺寸為：
毛坯最大尺寸為：
粗銑后最大尺寸為：
粗銑后最小尺寸為：
精銑后尺寸與零件圖尺寸相同，即
（2）、兩工藝孔。
毛坯為實(shí)心，不沖孔。兩孔精度要求為IT8，表面粗糙度要求為。參照《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-47，表2.3-48。確定工序尺寸及加工余量為：
鉆孔：
擴(kuò)孔： （Z為單邊余量）
鉸孔：
（3）、頂面8螺孔
毛坯為實(shí)心，不沖孔。參照《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-71，現(xiàn)確定其工序尺寸及加工余量為：
鉆孔：
攻絲：
（4）、前后端面加工余量。（計(jì)算長度為）
根據(jù)工藝要求，前后端面分為粗銑、半精銑、半精銑、精銑加工。各工序余量如下：
粗銑：參照《機(jī)械加工工藝手冊第1卷》表3.2-23，其加工余量規(guī)定為，現(xiàn)取。
半精銑：參照《機(jī)械加工工藝手冊第1卷》，其加工余量值取為。
精銑：參照《機(jī)械加工工藝手冊》，其加工余量取為。
鑄件毛坯的基本尺寸為，根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-11，鑄件尺寸公差等級選用CT7。再查表2.3-9可得鑄件尺寸公差為。
毛坯的名義尺寸為：
毛坯最小尺寸為：
毛坯最大尺寸為：
粗銑前后端面工序尺寸定為
半精銑前后端面工序尺寸定為
精銑前后端面后尺寸與零件圖尺寸相同，即
（5）、前后端面上16螺孔，3螺孔，4孔，倒車齒輪軸孔加工余量。
毛坯為實(shí)心，不沖孔。參照《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-71，現(xiàn)確定螺孔加工余量為：
16螺孔
鉆孔：
攻絲：
3螺孔
鉆孔：
攻絲：
孔，參照《機(jī)械加工工藝人員手冊》表5-58，確定工序尺寸為：
鉆孔：
倒車齒輪軸孔，參照《機(jī)械加工余量與公差手冊》表4-23確定工序尺寸及余量為：
鉆孔：
鉆孔：
擴(kuò)孔：
鉸孔：
（6）、前后端面支承孔。
根據(jù)工序要求，前后端面支承孔的加工分為粗鏜、精鏜兩個(gè)工序完成，各工序余量如下：
粗鏜：孔，參照《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-48,其余量值為；
孔，參照《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-48,其余量值為；孔，參照《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-48,其余量值為。
精鏜：孔，參照《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-48,其余量值為；
孔，參照《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-48,其余量值為；
孔，參照《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-48,其余量值為。
鑄件毛坯的基本尺寸分別為：
孔毛坯基本尺寸為；
孔毛坯基本尺寸為；
孔毛坯基本尺寸為。
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-11，鑄件尺寸公差等級選用CT7，再查表2.3-9可得鑄件尺寸公差分別為：
孔毛坯名義尺寸為；
毛坯最大尺寸為；
毛坯最小尺寸為；
粗鏜工序尺寸為；
精鏜后尺寸與零件圖尺寸相同，即。
孔毛坯名義尺寸為；
毛坯最大尺寸為；
毛坯最小尺寸為；
粗鏜工序尺寸為；
精鏜后尺寸與零件圖尺寸相同，即。
孔毛坯名義尺寸為；
毛坯最大尺寸為；
毛坯最小尺寸為；
粗鏜工序尺寸為；
精鏜后尺寸與零件圖尺寸相同，即。
（7）、兩側(cè)面及凸臺加工余量。(兩側(cè)面計(jì)算長度分別為：側(cè)面到支承孔
軸線尺寸和。凸臺計(jì)算長度為：凸臺到定位孔軸線尺寸)
由工序要求，兩側(cè)面需進(jìn)行粗、精銑加工。各工序余量如下：
粗銑：參照《機(jī)械加工工藝手冊第1卷》表3.2-23，其余量值為,現(xiàn)取其為。表3.2-27，粗銑平面時(shí)厚度偏差取。
精銑：參照《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-59,其余量值規(guī)定為。
鑄件毛坯的基本尺寸分別為：，。
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-11，鑄件尺寸公差等級選用CT7，再查表2.3-9可得鑄件尺寸公差分別為和。
則兩側(cè)面毛坯名義尺寸分別為：
毛坯最小尺寸分別為：
毛坯最大尺寸分別為：
粗銑后最大尺寸分別為：
粗銑后最小尺寸分別為：
精銑后尺寸與零件圖尺寸相同，即和。
由工序要求可知，凸臺只需進(jìn)行粗銑加工。其工序余量如下：
參照《機(jī)械加工工藝手冊第1卷》表3.2-23，其余量規(guī)定為，現(xiàn)取其為。
鑄件毛坯的基本尺寸。根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-11，鑄件尺寸公差等級選用CT7，再查表2.3-9可得鑄件尺寸公差為。
則凸臺毛坯名義尺寸為：
毛坯最小尺寸為：
毛坯最大尺寸為：
粗銑后尺寸與零件圖尺寸相同，即。
（8）、兩側(cè)面螺孔加工余量
毛坯為實(shí)心，不沖孔。參照《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-71,現(xiàn)確定螺孔加工余量為：
鉆孔：
攻絲：
（9）、倒車齒輪軸孔內(nèi)端面加工余量（計(jì)算長度）
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表2.2-25，只需進(jìn)行粗銑加工即能達(dá)到所需表面粗糙度要求及尺寸精度要求。因此倒車齒輪軸孔內(nèi)端面只進(jìn)行粗銑加工。
參照《機(jī)械加工工藝手冊第1卷》表3.2-23，其余量值規(guī)定為，現(xiàn)取。
鑄件毛坯的基本尺寸為。根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-11，鑄件尺寸公差等級選用CT7，再查表2.3-9可得鑄件尺寸公差為。
毛坯名義尺寸為：
毛坯最小尺寸為：
毛坯最大尺寸為：
粗銑后尺寸與零件圖尺寸相同，即。
（10）、加油孔加工余量
毛坯為實(shí)心，不沖孔。參照《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-71，現(xiàn)確定其余量為：
鉆孔：
擴(kuò)孔：
攻絲： 錐管螺紋孔
2 專用夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。在加工汽車變速箱箱體零件時(shí)，需要設(shè)計(jì)專用夾具。
根據(jù)任務(wù)要求中的設(shè)計(jì)內(nèi)容，設(shè)計(jì)加工工藝孔夾具及銑前后端面夾具各一套。其中加工工藝孔的夾具將用于組合鉆床，刀具分別為兩把麻花鉆、擴(kuò)孔鉆、鉸刀對工件上的兩個(gè)工藝孔同時(shí)進(jìn)行加工。銑端面夾具將用于組合銑床，刀具為兩把硬質(zhì)合金端銑刀YG8對變速箱箱體的前后兩個(gè)端面同時(shí)進(jìn)行加工。
2.1加工工藝孔夾具設(shè)計(jì)
本夾具主要用來鉆、擴(kuò)、鉸兩個(gè)工藝孔。這兩個(gè)工藝孔均有尺寸精度要求為，表面粗糙度要求，表面粗糙度為，與頂面垂直。并用于以后各面各孔加工中的定位。其加工質(zhì)量直接影響以后各工序的加工精度。本到工序?yàn)槠囎兯傧潴w加工的第二道工序，加工到本道工序時(shí)只完成了頂面的粗、精銑。因此再本道工序加工時(shí)主要應(yīng)考慮如何保證其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
2.1.1定位基準(zhǔn)的選擇
由零件圖可知，兩工藝孔位于零件頂面上，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并應(yīng)與頂面垂直。為了保證所鉆、鉸的孔與頂面垂直并保證兩工藝孔能在后續(xù)的孔系加工工序中使各重要支承孔的加工余量均勻。根據(jù)基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。在選擇兩工藝孔的加工定位基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)盡量選擇上一道工序即粗、精銑頂面工序的定位基準(zhǔn)，以及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為其定位基準(zhǔn)。因此加工工藝孔的定位基準(zhǔn)應(yīng)選擇頂面作為主要定位基面以限制工件的三個(gè)自由度，以兩個(gè)同軸的主要支承孔限制工件的兩個(gè)自由度，在用工件的一個(gè)端面作為輔助定位限制工件的另一個(gè)自由度。
為了提高加工效率，根據(jù)工序要求用兩把刀具對兩個(gè)工藝孔同時(shí)進(jìn)行加工。同時(shí)為了縮短輔助時(shí)間，準(zhǔn)備采用氣動(dòng)夾緊方式夾緊。
2.1.2切削力的計(jì)算與夾緊力分析
由于本道工序主要完成工藝孔的鉆、擴(kuò)、鉸加工，而鉆削力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于擴(kuò)和鉸的切削力。因此切削力應(yīng)以鉆削力為準(zhǔn)。由《切削手冊》得：
鉆削力
鉆削力矩
式中：
當(dāng)用兩把刀具同時(shí)鉆削時(shí)：
本道工序加工工藝孔時(shí)，工件變速箱箱體放在兩V形塊上。依靠上面的活動(dòng)鉆模板下降夾緊工件，夾緊力方向與鉆削力方向相同。因此進(jìn)行夾緊立計(jì)算無太大意義。只需連接兩V形塊的杠桿及固定杠桿的銷釘強(qiáng)度、剛度適當(dāng)即能滿足加工要求。
2.1.3夾緊元件及動(dòng)力裝置確定
由于汽車變速箱的生產(chǎn)量很大，采用手動(dòng)夾緊的夾具雖然結(jié)構(gòu)簡單，在生產(chǎn)中的應(yīng)用也比較廣泛。但因人力有限，夾緊受到限制。另外在大批量生產(chǎn)中靠人力頻繁的夾緊也十分勞累且生產(chǎn)率低下。因此本道工序夾具的夾緊動(dòng)力裝置采用氣動(dòng)夾緊。采用氣動(dòng)夾緊，原始夾緊力可以連續(xù)作用，夾緊可靠，機(jī)構(gòu)可以不必自鎖。
本道工序夾具的夾緊元件選用兩短錐銷、活柱鉆模板。兩短錐銷分別在單活塞回轉(zhuǎn)式氣缸的活塞及心軸推動(dòng)下進(jìn)入工件支承孔中，從水平方向夾緊工件。但工件仍可繞氣缸心軸中心轉(zhuǎn)動(dòng)。活柱鉆模板由氣缸帶動(dòng)下降夾緊工件。
單活塞回轉(zhuǎn)氣缸結(jié)構(gòu)圖如下：
1—缸體 2—活塞桿 3—墊片 4—密封圈 5—活塞
6—墊圈 7—密封圈 8—導(dǎo)氣軸 9—導(dǎo)氣套 10—止推軸承
11—油環(huán) 12—滾針軸承 13—壓蓋 14—管接頭
其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：
D
H
P
（公斤力）
公稱尺寸
公差
100
35
310
75
+0.030
100
125
135
M10
M16
2
30
3
4
2.1.4鉆套、襯套、鉆模板及夾具體設(shè)計(jì)
工藝孔的加工需鉆、擴(kuò)、鉸三次切削才能滿足加工要求。故選用快換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時(shí)間。根據(jù)工藝要求：工藝孔分鉆、擴(kuò)、鉸三個(gè)工步完成加工。即先用的麻花鉆鉆孔，根據(jù)GB1141—84的規(guī)定鉆頭上偏差為零，故鉆套孔徑為即。再用標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔，根據(jù)GB1141—84的規(guī)定擴(kuò)孔鉆的尺寸為，故鉆套尺寸為即。最后用的標(biāo)準(zhǔn)鉸刀鉸孔，根據(jù)GB1141—84的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)鉸刀尺寸為故鉆套孔徑尺寸為。
圖：快換鉆套
鉸工藝孔鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表：
d
H
D
公稱尺寸
允差
12
18
18
+0.023
+0.012
30
28
12
7
10
11.5
20.5
襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖所示：
其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表：
d
H
D
C
公稱尺寸
允差
公稱尺寸
允差
18
+0.018
0
24
25
+0.039
+0.025
1
0.6
鉆模板選用懸掛式鉆模板，在本夾具中選用的是氣動(dòng)滑柱式鉆模板。利用夾具體內(nèi)安裝氣缸，使滑柱帶動(dòng)升降板上升或下降由于氣缸始終作用故不需要自鎖機(jī)構(gòu)。
夾具體的設(shè)計(jì)主要考慮零件的形狀及將上述各主要元件聯(lián)成一個(gè)整體。這些主要元件設(shè)計(jì)好后即可畫出夾具的設(shè)計(jì)裝配草圖。整個(gè)夾具的結(jié)構(gòu)見夾具裝配圖2所示。
2.1.5夾具精度分析
利用夾具在機(jī)床上加工時(shí)，機(jī)床、夾具、工件、刀具等形成一個(gè)封閉的加工系統(tǒng)。它們之間相互聯(lián)系，最后形成工件和刀具之間的正確位置關(guān)系。因此在夾具設(shè)計(jì)中，當(dāng)結(jié)構(gòu)方案確定后，應(yīng)對所設(shè)計(jì)的夾具進(jìn)行精度分析和誤差計(jì)算。
由工序簡圖可知，本道工序由于工序基準(zhǔn)與加工基準(zhǔn)重合，又采用頂面為主要定位基面，故定位誤差很小可以忽略不計(jì)。本道工序加工中主要保證兩工藝孔尺寸及位置度公差及表面粗糙度。本道工序最后采用精鉸加工，選用GB1141—84鉸刀，直徑為，并采用鉆套，鉸刀導(dǎo)套孔徑為，外徑為同軸度公差為。固定襯套采用孔徑為，同軸度公差為。
該工藝孔的位置度應(yīng)用的是最大實(shí)體要求。即要求：（1）、各孔的實(shí)際輪廓受最大實(shí)體實(shí)效邊界的控制即受直徑為的理想圓柱面的控制。（2）、各孔的體外作用尺寸不能小于最大實(shí)體實(shí)效尺寸。（3）、當(dāng)各孔的實(shí)際輪廓偏離其最大實(shí)體狀態(tài)，即其直徑偏離最大實(shí)體尺寸時(shí)可將偏離量補(bǔ)償給位置度公差。（4）、如各孔的實(shí)際輪廓處于最小實(shí)體狀態(tài)即其實(shí)際直徑為時(shí)，相對于最大實(shí)體尺寸的偏離量為，此時(shí)軸線的位置度誤差可達(dá)到其最大值。即孔的位置度公差最小值為。
工藝孔的尺寸，由選用的鉸刀尺寸滿足。
工藝孔的表面粗糙度，由本工序所選用的加工工步鉆、擴(kuò)、鉸滿足。
影響兩工藝孔位置度的因素有（如下圖所示）：
（1）、鉆模板上兩個(gè)裝襯套孔的尺寸公差：
（2）、兩襯套的同軸度公差：
（3）、襯套與鉆套配合的最大間隙：
（4）、鉆套的同軸度公差：
（5）、鉆套與鉸刀配合的最大間隙：
所以能滿足加工要求。
2.1.6夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明
鉆鉸工藝孔的夾具如夾具裝配圖2所示。裝卸工件時(shí)，將小車?yán)龅街Ъ?1上，小車帶有四個(gè)滾輪04，可沿兩條圓柱導(dǎo)軌靈活移動(dòng)。工件裝上后卡在三個(gè)斜塊24中間。將小車連同工件推入夾具中時(shí)，螺釘23起限位作用。小車由滑柱08及彈簧21支承，夾緊工件時(shí)，小車可以壓縮彈簧而自動(dòng)下降。由于本工序在頂面鉆鉸孔，除了頂面已經(jīng)加工以外，其余表面均尚未加工，為了保證所鉆鉸的孔與頂面垂直并保證兩工藝孔能在后續(xù)的孔系加工工序中使各主要支承孔的加工余量均勻，所以鉆鉸孔工序的定位選擇頂面作為主要定位基面以限制工件的三個(gè)自由度，以兩個(gè)同軸的主要支承孔限制工件的兩個(gè)自由度，再用工件端面限制一個(gè)自由度。本夾具采用活柱鉆模板向下運(yùn)動(dòng)夾緊工件，鉆模板裝在四根滑柱10和22上，兩根對角安裝的滑柱10與氣缸活塞相連，滑柱下移時(shí)，既可夾緊工件，操作時(shí)，先接通氣缸使氣缸活塞及心軸推動(dòng)兩個(gè)短錐銷進(jìn)入工件孔中，從水平方向夾緊工件。由于夾緊缸由彈簧18支承并安裝在滑柱上，當(dāng)活柱鉆模板下降夾緊工件時(shí)，錐銷連同氣缸可以和工件一起下降。心軸裝在滾針軸承及推力軸承上，即使水平方向已夾緊工件，但工件仍可繞心軸的中心轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)滑柱10、22下降時(shí)，鉆模板、工件也一起下降并迫使小車下降，工件則壓在兩個(gè)浮動(dòng)V形塊06上，兩浮動(dòng)V形塊06通過杠桿07的轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)自位。加工完后，滑柱升起，由彈簧21將小車和工件托起，拉出小車即可卸下工件。
2.2粗銑前后端面夾具設(shè)計(jì)
本夾具主要用來粗銑汽車變速箱箱體前后端面。由加工本道工序的工序簡圖可知。粗銑前后端面時(shí)，前后端面有尺寸要求，前后端面與工藝孔軸線分別有尺寸要求。以及前后端面均有表面粗糙度要求Rz50。本道工序僅是對前后端面進(jìn)行粗加工。因此在本道工序加工時(shí)，主要應(yīng)考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)應(yīng)保證加工尺寸精度和表面質(zhì)量。
2.2.1定位基準(zhǔn)的選擇
在進(jìn)行前后端面粗銑加工工序時(shí)，頂面已經(jīng)精銑，兩工藝孔已經(jīng)加工出。因此工件選用頂面與兩工藝孔作為定位基面。選擇頂面作為定位基面限制了工件的三個(gè)自由度，而兩工藝孔作為定位基面，分別限制了工件的一個(gè)和兩個(gè)自由度。即兩個(gè)工藝孔作為定位基面共限制了工件的三個(gè)自由度。即一面兩孔定位。工件以一面兩孔定位時(shí)，夾具上的定位元件是：一面兩銷。其中一面為支承板，兩銷為一短圓柱銷和一削邊銷。
為了提高加工效率，現(xiàn)決定用兩把銑刀對汽車變速箱箱體的前后端面同時(shí)進(jìn)行粗銑加工。同時(shí)為了縮短輔助時(shí)間準(zhǔn)備采用氣動(dòng)夾緊。
2.2.2定位元件的設(shè)計(jì)
本工序選用的定位基準(zhǔn)為一面兩孔定位，所以相應(yīng)的夾具上的定位元件應(yīng)是一面兩銷。因此進(jìn)行定位元件的設(shè)計(jì)主要是對短圓柱銷和短削邊銷進(jìn)行設(shè)計(jì)。
由加工工藝孔工序簡圖可計(jì)算出兩工藝孔中心距。
由于兩工藝孔有位置度公差，所以其尺寸公差為
所以兩工藝孔的中心距為 ，而兩工藝孔尺寸為。
根據(jù)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》削邊銷與圓柱銷的設(shè)計(jì)計(jì)算過程如下：
（1）、確定兩定位銷中心距尺寸及其偏差
==
（2）、確定圓柱銷直徑及其公差
（—基準(zhǔn)孔最小直徑）
取f7
所以圓柱銷尺寸為
（3）、削邊銷的寬度b和B （由《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》）
（4）、削邊銷與基準(zhǔn)孔的最小配合間隙
其中： —基準(zhǔn)孔最小直徑 —圓柱銷與基準(zhǔn)孔的配合間隙
（5）、削邊銷直徑及其公差
按定位銷一般經(jīng)濟(jì)制造精度，其直徑公差帶為，則削邊銷的定位圓柱部分定位直徑尺寸為 。
（6）、補(bǔ)償值
2.2.3定位誤差分析
本夾具選用的定位元件為一面兩銷定位。其定位誤差主要為：
（1）、移動(dòng)時(shí)基準(zhǔn)位移誤差
=
=
(2)、轉(zhuǎn)角誤差
其中：
2.2.4銑削力與夾緊力計(jì)算
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》可查得：
銑削力計(jì)算公式為
圓周分力
查表可得：
代入得
=
查表可得銑削水平分力、垂直分力、軸向分力與圓周分力的比值為：
當(dāng)用兩把銑刀同時(shí)加工時(shí)銑削水平分力
銑削加工產(chǎn)生的水平分力應(yīng)由夾緊力產(chǎn)生的摩擦力平衡。
即： （）
計(jì)算出的理論夾緊力F再乘以安全系數(shù)k既為實(shí)際所需夾緊力
即： 取k=2
2.2.5定向鍵與對刀裝置設(shè)計(jì)
定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個(gè)。其距離盡可能布置的遠(yuǎn)些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進(jìn)方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時(shí)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負(fù)荷，加強(qiáng)夾具在加工中的穩(wěn)固性。
根據(jù)GB2207—80定向鍵結(jié)構(gòu)如圖所示：
夾具體槽形與螺釘
根據(jù)T形槽的寬度 a=16mm 定向鍵的結(jié)構(gòu)尺寸如下：
B
L
H
h
D
夾具體槽形尺寸
公稱尺寸
允差d
允差
公稱尺寸
允差D
16
-0.012
-0.035
25
10
4
12
4.5
16
+0.019
5
對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。
由于本道工序是完成汽車變速箱箱體前后端面的粗銑加工，所以選用直角對刀塊。根據(jù)GB2243—80直角對到刀塊的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖所示：
塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如圖所示：
塞尺尺寸為：
公稱尺寸H
允差d
C
3
-0.006
0.25
2.2.6夾緊裝置及夾具體設(shè)計(jì)
為了提高生產(chǎn)效率，縮短加工中的輔助時(shí)間。因此夾緊裝置采用氣動(dòng)夾緊裝置。工件在夾具上安裝好后，氣缸活塞帶動(dòng)壓塊從上往下移動(dòng)夾緊工件。
根據(jù)所需要的夾緊力，來計(jì)算氣缸缸筒內(nèi)徑。
氣缸活塞桿推力
其中：P—壓縮空氣單位壓力 （取P=6公斤力/）
—效率 （?。?
厘米
取厘米=300
因此氣缸選用管接式法蘭氣缸，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：
1—活塞桿 2—前蓋 3—密封圈
4—缸筒 5—活塞 6—后蓋
其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表：
D
C
D
公稱尺寸
公差
300
40
80
-0.060
190
350
公稱尺寸
孔數(shù)
M16
4
230
35
25
壓塊選用結(jié)構(gòu)如圖所示：
主要結(jié)構(gòu)尺寸如下表：
d
D
H
C
M24
36
28
26
20
17.5
12.5
2
夾具體的設(shè)計(jì)主要考慮零件的形狀及將上述各主要元件聯(lián)成一個(gè)整體。這些主要元件設(shè)計(jì)好后即可畫出夾具的設(shè)計(jì)裝配草圖。整個(gè)夾具的結(jié)構(gòu)夾具裝配圖3所示。
2.2.7夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明
本夾具用于汽車變速箱箱體前后端面的粗銑。夾具的定位采用一面兩銷，定位可靠，定位誤差較小。其夾緊采用的是氣動(dòng)夾緊，夾緊簡單、快速、可靠。有利于提高生產(chǎn)率。工件用吊環(huán)在夾具體上安裝好后，壓塊在氣缸活塞的推動(dòng)下向下移動(dòng)夾緊工件。當(dāng)工件加工完成后，壓塊隨即在氣缸活塞的作用下松開工件，即可取下工件。由于本夾具用于變速箱體端面的粗加工，對其進(jìn)行精度分析無太大意義。所以就略去對其的精度分析。
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致 謝
我在湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)習(xí)期間，能夠完成學(xué)業(yè)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，得益于湖工機(jī)械學(xué)院老師的大力支持和幫助。特別是梁潔萍梁老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間給我很多鼓勵(lì)和幫助。還有許多老師和同學(xué)在我的學(xué)習(xí)過程中起到了非常重要的作用，在本科學(xué)習(xí)即將結(jié)束之際，我向各位老師和同學(xué)表示誠摯的謝意！
最后，很感謝閱讀這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的老師。感謝你們抽出寶貴的時(shí)間來閱讀這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。
外語文獻(xiàn)翻譯
摘自: 《制造工程與技術(shù)（機(jī)加工）》（英文版）
《Manufacturing Engineering and Technology—Machining》
機(jī)械工業(yè)出版社 2004年3月第1版
美 s. 卡爾帕基安(Serope kalpakjian)
s.r 施密德(Steven R.Schmid) 著
原文：
20.9 MACHINABILITY
The machinability of a material usually defined in terms of four factors:
1、 Surface finish and integrity of the machined part;
2、 Tool life obtained;
3、 Force and power requirements;
4、 Chip control.
Thus, good machinability good surface finish and integrity, long tool life, and low force And power requirements. As for chip control, long and thin (stringy) cured chips, if not broken up, can severely interfere with the cutting operation by becoming entangled in the cutting zone.
Because of the complex nature of cutting operations, it is difficult to establish relationships that quantitatively define the machinability of a material. In manufacturing plants, tool life and surface roughness are generally considered to be the most important factors in machinability. Although not used much any more, approximate machinability ratings are available in the example below.
20.9.1 Machinability Of Steels
Because steels are among the most important engineering materials (as noted in Chapter 5), their machinability has been studied extensively. The machinability of steels has been mainly improved by adding lead and sulfur to obtain so-called free-machining steels.
Resulfurized and Rephosphorized steels. Sulfur in steels forms manganese sulfide inclusions (second-phase particles), which act as stress raisers in the primary shear zone. As a result, the chips produced break up easily and are small; this improves machinability. The size, shape, distribution, and concentration of these inclusions significantly influence machinability. Elements such as tellurium and selenium, which are both chemically similar to sulfur, act as inclusion modifiers in resulfurized steels.
Phosphorus in steels has two major effects. It strengthens the ferrite, causing increased hardness. Harder steels result in better chip formation and surface finish. Note that soft steels can be difficult to machine, with built-up edge formation and poor surface finish. The second effect is that increased hardness causes the formation of short chips instead of continuous stringy ones, thereby improving machinability.
Leaded Steels. A high percentage of lead in steels solidifies at the tip of manganese sulfide inclusions. In non-resulfurized grades of steel, lead takes the form of dispersed fine particles. Lead is insoluble in iron, copper, and aluminum and their alloys. Because of its low shear strength, therefore, lead acts as a solid lubricant (Section 32.11) and is smeared over the tool-chip interface during cutting. This behavior has been verified by the presence of high concentrations of lead on the tool-side face of chips when machining leaded steels.
When the temperature is sufficiently high-for instance, at high cutting speeds and feeds (Section 20.6)—the lead melts directly in front of the tool, acting as a liquid lubricant. In addition to this effect, lead lowers the shear stress in the primary shear zone, reducing cutting forces and power consumption. Lead can be used in every grade of steel, such as 10xx, 11xx, 12xx, 41xx, etc. Leaded steels are identified by the letter L between the second and third numerals (for example, 10L45). (Note that in stainless steels, similar use of the letter L means “l(fā)ow carbon,” a condition that improves their corrosion resistance.)
However, because lead is a well-known toxin and a pollutant, there are serious environmental concerns about its use in steels (estimated at 4500 tons of lead consumption every year in the production of steels). Consequently, there is a continuing trend toward eliminating the use of lead in steels (lead-free steels). Bismuth and tin are now being investigated as possible substitutes for lead in steels.
Calcium-Deoxidized Steels. An important development is calcium-deoxidized steels, in which oxide flakes of calcium silicates (CaSo) are formed. These flakes, in turn, reduce the strength of the secondary shear zone, decreasing tool-chip interface and wear. Temperature is correspondingly reduced. Consequently, these steels produce less crater wear, especially at high cutting speeds.
Stainless Steels. Austenitic (300 series) steels are generally difficult to machine. Chatter can be s problem, necessitating machine tools with high stiffness. However, ferritic stainless steels (also 300 series) have good machinability. Martensitic (400 series) steels are abrasive, tend to form a built-up edge, and require tool materials with high hot hardness and crater-wear resistance. Precipitation-hardening stainless steels are strong and abrasive, requiring hard and abrasion-resistant tool materials.
The Effects of Other Elements in Steels on Machinability. The presence of aluminum and silicon in steels is always harmful because these elements combine with oxygen to form aluminum oxide and silicates, which are hard and abrasive. These compounds increase tool wear and reduce machinability. It is essential to produce and use clean steels.
Carbon and manganese have various effects on the machinability of steels, depending on their composition. Plain low-carbon steels (less than 0.15% C) can produce poor surface finish by forming a built-up edge. Cast steels are more abrasive, although their machinability is similar to that of wrought steels. Tool and die steels are very difficult to machine and usually require annealing prior to machining. Machinability of most steels is improved by cold working, which hardens the material and reduces the tendency for built-up edge formation.
Other alloying elements, such as nickel, chromium, molybdenum, and vanadium, which improve the properties of steels, generally reduce machinability. The e