特殊汽车变速箱箱体加工工艺及夹具设计

特殊汽车变速箱箱体加工工艺及夹具设计内容摘要：

，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 wd 很小可以忽略不计。 本道工序加工中主要保证两工艺孔尺寸  及位置度公差 及表面粗糙度 m。 本道工序最后采用精铰加工，选用 GB1141— 84 铰刀，直径为  ，并采用钻套， 19 铰刀导套孔径为 mmd  ，外径为 mmD  同轴度公差为。 固定衬套采用孔径为  ，同轴度公差为 。 该工艺孔的位置度应用的是最大实体要求。 即要求：（ 1）、各孔的实际轮廓受最大实体实效边界的控制即受直径为   的理想圆柱面的控制。 （ 2）、各孔的体外作用尺寸不能小于最大实体实效尺寸 mm12。 （ 3）、当各孔的实际轮廓偏离其最大实体状态，即其直径偏离最大实体尺寸 mm12 时可将偏离量补偿给位置度公差。 （ 4）、如各孔的实际轮廓处于最小实体状态即其实际直径为  时，相对于最大实体尺寸 mm12 的偏离量为  ，此时轴线的位置度误差可达到其最大值 mm1 2 2  。 即孔的位置度公差最小值为 。 工艺孔的尺寸  ，由选用的铰刀尺寸  满足。 工艺孔的表面粗糙度 m ，由本工序所选用的加工工步钻、扩、铰满 足。 影响两工艺孔位置度的因素有（如下图所示）： （ 1）、钻模板上两个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： mm0 2 1 3  （ 4）、钻套的同轴度公差：  （ 5）、钻套与铰刀配合的最大间隙：  mmmmd w 22524232221  所以能满足加工要求。 夹具设计及操作的简要说明 钻铰工艺孔的夹具如夹具装配图 2 所示。 装卸工件时，将小车拉出到支架01 上，小车带有四个滚轮 04，可沿两条圆柱导轨灵活移动。 工件装上后卡在三 20 个斜块 24 中间。 将小车连同工件推入夹具中时，螺钉 23 起限位作用。 小车由滑柱 08 及弹簧 21 支承，夹紧工件时，小车可以压缩弹簧而自动下降。 由于本工序在顶面钻铰孔，除了顶面已经加工以外，其余表面均尚未加工，为了保证所钻铰的孔与顶面垂直并保证两工艺孔能在后续的孔系加工工序中使各主要支承孔的加工余量均匀，所以钻铰孔工序的定位选择顶面作为主要定位 基面以限制工件的三个自由度，以两个同轴的主要支承孔限制工件的两个自由度，再用工件端面限制一个自由度。 本夹具采用活柱钻模板向下运动夹紧工件，钻模板装在四根滑柱 10 和 22 上，两根对角安装的滑柱 10 与气缸活塞相连，滑柱下移时，既可夹紧工件，操作时，先接通气缸使气缸活塞及心轴推动两个短锥销进入工件孔中，从水平方向夹紧工件。 由于夹紧缸由弹簧 18 支承并安装在滑柱上，当活柱钻模板下降夹紧工件时，锥销连同气缸可以和工件一起下降。 心轴装在滚针轴承及推力轴承上，即使水平方向已夹紧工件，但工件仍可绕心轴的中心转动。 当滑柱 22 下降时，钻模板、工件也一起下降并迫使小车下降，工件则压在两个浮动 V 形块 06 上，两浮动 V 形块 06 通过杠杆 07 的转动而实现自位。 加工完后，滑柱升起，由弹簧 21 将小车和工件托起，拉出小车即可卸下工件。 粗铣前后端面夹具设计 本夹具主要用来粗铣汽车变速箱箱体前后端面。 由加工本道工序的工序简图可知。 粗铣前后端面时，前后端面有尺寸要求  ，前后端面与工艺孔轴线分别有尺寸要求 。 以及前后端面均有表面粗糙度要求 Rz50。 本道工序仅是对 前后端面进行粗加工。 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。 定位基准的选择 在进行前后端面粗铣加工工序时，顶面已经精铣，两工艺孔已经加工出。 因此工件选用顶面与两工艺孔作为定位基面。 选择顶面作为定位基面限制了工件的三个自由度，而两工艺孔作为定位基面，分别限制了工件的一个和两个自由度。 即两个工艺孔作为定位基面共限制了工件的三个自由度。 即一面两孔定 21 位。 工件以一面两孔定位时，夹具上的定位元件是：一面两销。 其中一面为支承板，两销为一短圆柱销和一削边销。 为了提高加工效率，现决定用两把铣刀对汽车变速箱箱体的前后端面同时进行粗铣加工。 同时为了缩短辅助时间准备采用气动夹紧。 定位元件的设计 本工序选用的定位基准为一面两孔定位，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短圆柱销和短削边销进行设计。 由加工工艺孔工序简图可计算出两工艺孔中心距 gL。 mmL g 7 91 1 02 5 7 22  由于两工艺孔有位置度公差，所以其尺寸公差为 mmLg  所以 两工艺孔的中心距为  ，而两工艺孔尺寸为。 根据《机床夹具设计手册》削边销与圆柱销的设计计算过程如下： 定位销中心距基准孔中心距 （ 1）、确定两定位销中心距尺寸 xL 及其偏差 Lx xL = gL = Lx mmLg )31~51(   （ 2）、 确定圆柱销直径 1d 及其公差 1d mmDd 1211  （ 1D — 基准孔最小直径） 1d 取 f7 22 所以圆柱销尺寸为  （ 3）、 削边销的宽度 b 和 B （由《机床夹具设计手册》） mmb 4 mmDB 1022  （ 4）、削边销与基准孔的最小配合间隙 2 212)2(2Db LgLx   其中： 2D — 基准孔最小直径 1 — 圆柱销与基准孔的配合间隙 )2(422  （ 5）、削边销直径 2d 及其公差 mmDd 9 8 1  按定位销一般经济制造精度，其直径公差带为 6h ，则削边销的定位圆柱部分定位直径尺寸为 mm0 。 （ 6）、补偿值  mmLxLg m i n1   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： （ 1）、移动时基准位移误差 yj yj mi n111 XDd  = 0 .0 1 60 .0 2 70 .0 0 9  = (2)、转角误差 L XDdXDdtg 2 m i n222m i n111   其中： )2(2 m i n1m i n2 XX LgLx   23   tg   铣削力与夹紧力计算 根据《机械加工工艺手册》可查得： 铣削力计算公式为 圆周分力 Fzfp kZdaaaFz   查表可得： mmd 3200  12Z mma 192 zmmaf / mmap 3 Fzk 代入得  zF = 查表可得铣削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为：EL FF EV FF Ex FF NFF EL 6 6 3 3  NFF EV 0 3 3  NFF Ex 7 6 3 3  当用两把铣刀同时加工时铣削水平分力 NFF LL 3 3 6 6 62239。  铣削加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力平衡。 即： FFL39。 （  ） NFF L 17778 39。  计算出的理论夹紧力 F 再乘以安全系数 k 既为实际所需夹紧力 39。 F 即： kFF39。 取 k=2 NF 3555617778239。  定向键与对刀装置设计 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 24 远些。 通过定向键与铣床工作台 T 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。 根据 GB2207— 80 定向键结构如图所示： 夹具体槽形与螺钉 o 根据 T 形槽的宽度 a=16mm 定向键的结构尺寸如下： B L H h D 1h 夹具体槽形尺寸 2B 2h 公称尺寸 允差 d 允差 4d 公称尺寸 允差 D 16 25 10 4 12 16 + 5 对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。 由于本道工序是完成汽车变速箱箱体前后端面的粗铣加工，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所示： 装配时绞 25 塞尺选用平塞尺，其结构如图所示： 标记四周倒圆 塞尺尺寸为： 公称尺寸 H 允差 d C 3 夹紧装置及夹具体设计 为了提高生产效率，缩短加工中的辅助时间。 因此夹紧装置采用气动夹紧装置。 工件在夹具上安装好后，气缸活塞带动压块从上往下移动夹紧工件。 根据所需要的夹紧力 NF 3555639。  ，来计算气缸缸筒内径 0D。 气缸活塞杆推力  PDQ 420 其中： P— 压缩空气单位压力 （取 P=6 公斤力 / 2厘米 ） — 效率 （取 .90 ） 39。  FQ 220 5 5 544 厘米  PQD  厘米 取 300D 厘米 =300mm 因此气缸选用管接式法兰气缸，其结构如下图所示： 26 （行程）最小 1— 活塞杆 2— 前盖 3— 密封圈 4— 缸筒 5— 活塞 6— 后盖 其主要结构参数如下表： D C 1D 2D 3D 4D D 公称尺寸 公差 300 10040 40 80 190 350 M 英寸1d 2d L l 1l  公称尺寸 孔数 39。 39。 2/1Z M16 4 230 35 25 39。 3022 压块选用结构如图所示： 主要结构尺寸如下表： 27 d D H 1d 2d l 1l C M24 36 28 26 20 17.5 12.5 2 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 3 所示。 夹具设计及操作的简要说明 本夹具用于汽车变速箱箱体前后端面的粗铣。 夹具的定位采用一面两销，定位可靠，定位误差较小。 其夹紧采用的是气动夹紧，夹紧简单、快速、可靠。 有利于提高生产率。 工件用吊环在夹具体上安装好后，压块在气缸活塞的推动下向下移动夹紧工件。 当工件加工完成后，压块随即在气缸活塞的作用下松开工件，即可取下工件。 由于本夹具用于变速箱体端面的粗加工，对其进行精度分析无太大意义。 所以就略去对其的精度分析。 28 参考文献 [1] 许晓旸。 专用机床设备设计。 重庆：重庆大学出版社， 2020。 [2] 孙已德。 机床夹具图册。 北京：机械工业出版社， 1984。 [3] 双元制培训机械专业理论教材编委会。 机械工人专业计算。 北京 ： 机械工业出版社 ， 1995。 [4] 廖念钊。 互换性与技术测量。 北京：中国计量 出版社， 2020。 [5] 淘济贤。 机床夹具设计。 北京：机械工业出版社， 1986。 [6] 单丽云。 工程材料。 徐州 ： 中国矿业 大学出版社， 2020。 [7] 廖念钊。 互换性与技 术测量。 北京：中国计量出版 社， 2020。 [8] 李兆铨。 机械制造 技术。 北京 ： 中国水利水电出版社 ， 2020。