汽车变速器齿轮座工艺及工装夹具设计

摘 要

本次设计的主要内容是汽车变速器齿轮座工艺及工装夹具的设计。齿轮座主要是与齿轮、轴承等零件配对使用，其主要加工表面及控制位置为

025

.003.040--φ大头外圆和

35018.0002.0Φ++小头外圆。由零件要求分析可知，保证025.003.040--φ大头外圆和35018.0002.0Φ++小头外

圆尺寸的同时应该尽量保证其同轴度，这对于后工序装配和总成使用上来说都有重要影响。所以，工序安排时，采取以

025

.003.040--φ大头外圆粗定位夹紧加工后，对35018

.0002

.0Φ++小头外圆进行车削、磨削加工同时成型。因大头外圆和小头外圆的表面粗糙度分别为Ra1.6和Ra0.8，可通过粗车、精车、磨削加工来满足。对于钻、绞015.00

86++H φ孔时，

主要以齿轮座的小头外圆定位，控制其自由度，以达到加工出来的产品满足要求并且一致性好的目的。本文的研究重点在于通过对齿轮座的工艺性和力学性能分析，对加工工艺进行合理分析，选择确定合理的毛坯、加工方式、设计高效、省力的夹具，通过实践验证，最终加工出合格的齿轮座零件。 【关键词】汽车变速器齿轮座、工艺、定位

Abstract

This paper is abute automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something ，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in 025

.003.040--φ order to achieve the

productionmechanization

35018.0002.0Φ++

and automation, and can work in dangerous working

environments to protect the personal safety,025

.003.040--φ

Therefore widely 35018

.0002.0Φ++

used in

machine building,metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.This article is mainly

025

.003.040--φof the pneumatic manipulator the overall design,

35018

.0002.0Φ++and

pneumaticdesign. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors 015.00

86++H φparts, it can move according to the due track on the movement

ofgrabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic .

【关键词】pneumatic manipulator 、cylinder 、pneumatic loop

目 录

一、绪 论 ............................................................... 1 1.1课题的背景 ......................................................... 2 1.2夹具的发展史 ....................................................... 2 二、零件的分析 .. (2)

2.1、零件的作用 ....................................................... 3 2.2、零件的工艺分析 ................................................... 3 三、确定毛坯，绘制毛坯图、零件图 .. (5)

3.1、确定毛坯的制造形式及材料 ......................................... 5 3.2、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 ........................... 5 四、工艺规程设计 (7)

4.1、定位基准的选择 ................................................... 7 4.2、制定工艺路线 ..................................................... 7 4.3、选择加工设备及刀、夹、量具 ...................................... 10 4.4 确定切削用量及基本工时 .......................................... 10 4.4.1粗车大头外圆及端面 ........................................... 10 4.4.2粗车小头外圆及端面 ........................................... 10 4.4.3精车大头外圆及端面 ........................................... 10 4.4.4精车小头外圆及端面 ........................................... 10 4.4.5车∮32沟槽 ................................................... 10 4.4.6磨018.0002

.0632++k φ外圆 (10)

4.4.7钻92φ-直孔 ................................................... 24 4.4.8钻大端面2-M8螺纹孔底孔8.6φ，攻M8牙，钻、绞∮

5.8，∮6H8直孔 24 4.4.9钻32φ-油孔 ................................................... 25 五、钻孔夹具的设计 ...................................... 错误！未定义书签。

5.1定位基准的选择 (28)

5.2切削力的计算与夹紧力分析 (10)

5.3夹紧元件及动力装置确定 (10)

5.4夹紧装置的设计 (10)

5.5夹具操作的简要说明 (10)

参考文献 (30)

结论 (31)

致谢 (32)

一、绪论

本文首先对齿轮座的零件进行分析，通过对齿轮座进行的研究和分析，描述了它的毛坯制造形式、机械加工余量、基准选择、工序尺寸和毛坯尺寸的确定，以及切削用量和工时的计算等相关内容。为了提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量，与指导老协商后，觉得用夹具比较合适。

在这次毕业设计中，根据课题所给的零件图、技术要求，通过查阅相关资料和书籍，了解和掌握了的机械加工工艺和编程的一般方法和步骤，并运用这些方法和步骤进行了齿轮座的机械加工工艺及夹具设计。整个设计的指导思想“简便、高效、经济”。力求生产处符合要求的产品。

1.1课题背景

随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。

“工欲善其事，必先利其器。”

工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。

1.2夹具的发展史

夹具在其发展的200多年历史中，大致经历了三个阶段：第一阶段，夹具在工件加工、制造的各工序中作为基本的夹持装置，发挥着夹固工件的最基本功用。随着军工生产及内燃机，汽车工业的不断发展，夹具逐渐在规模生产中发挥出其高效率及稳定加工质量的优越性，各类定位、夹紧装置的结构也日趋完善，夹具逐步发展成为

机床—工件—工艺装备工艺系统中相当重要的组成部分。这是夹具发展的第二阶段。这一阶段，夹具发展的主要特点是高效率。在现代化生产的今天，各类高效率，自动化夹具在高效，高精度及适应性方面，已有了相当大的提高。随着电子技术，数控技术的发展，现代夹具的自动化和高适应性，已经使夹具与机床逐渐融为一体，使得中，小批量生产的生产效率逐步趋近于专业化的大批量生产的水平。这是夹具发展的第三个阶段，这一阶段，夹具的主要特点是高精度，高适应性。可以预见，夹具在不一个阶段的主要发展趋势将是逐步提高智能化水平。

二、零件的分析

2.1、零件的作用

题目所给的零件是齿轮座，而齿轮座一般是起到连接齿轮和轴承的零件，上面钻或铰有直孔或者是螺纹孔，其作用是用来与其它部件进行连接的，在汽车变速器中，齿轮座的应用非常广泛，而本课题的任务就是”汽车变速器齿轮座工艺及工装夹具的设计”。

2.2、零件的工艺分析

（1）以主视图为主要加工表面的加工面。

这一组加工表面包括： 齿轮座的大头孔

025

.003.040--φ小头孔35018

.0002.0Φ++的车削加工，两个端面的倒角的车削加

工，2-∮3直孔的钻削加工，532X φ沟槽的车削加工。其中大小头孔的表面粗糙度要求分别为m Ra μ6.1和m Ra μ8.0，2-∮3直孔的表面粗糙度为m Ra μ5.12，532X φ沟槽的表面粗糙度为m Ra μ5.12。

（2）以左视图为主要加工表面的加工面。

这一组加工表面包括：

92φ-孔的钻削加工，2-M8螺纹孔的加工，孔的钻、铰加工86,8.5H φφ。

以下是该齿轮座的零件图。

图1-1 齿轮座零件主视图

图1-2 齿轮座图左视图

三、确定毛坯，绘制毛坯图、零件图

3.1、确定毛坯的制造形式及材料

“齿轮座”零件材料采用45#钢锻造。材料为45#钢，需表面电镀处理，生产类型为大批量生产，采用锻造毛坯。

由于零件尺寸不大，结构比较复杂，因此我们采用直接气割下料的形式，从而提高劳动生产率，降低成本。

3.2、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

3.2.1、大头外圆

025

.0

03

.0

40--

φ

的加工余量

根据工序要求，齿轮座大头外圆的加工分粗、精车加工。各工步余量如下：

粗车：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-23。其余量值规定为2.1~6.5mm，现取2.5mm。表7-27粗铣平面时厚度偏差取-0.28mm。

精车：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-24。其余量值规定为0.8~1.0mm，现取1mm。

毛坯的基本尺寸为40+2.5+2.5=45mm。

根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，锻件尺寸公差等级选用CT7，可得毛坯尺寸公差为1.6mm。

毛坯的名义尺寸为：40+2.5+2.5=45mm

毛坯最小尺寸为：45-0.8=44.2mm

毛坯最大尺寸为：45+0.8=45.8mm

粗车后最大尺寸为：45.8-1-1=43.8mm

精车后最小尺寸为：44.2-1-1=42.2mm

精车后尺寸与零件图尺寸相同，即

025

.0

03

.0

40--

φ

mm。

3.2.2、小头外圆35018 .0 002 .0

Φ+

+的加工余量

根据工序要求，该孔的加工分为粗车、精车、磨削三个工序完成，各工序余量如下：

粗车：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为2.5mm;

精车：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为0.3mm。

毛坯的基本尺寸分别为：

毛坯基本尺寸为φ35+2.5+2.5=φ40；

根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，45#钢尺寸公差等级选用CT7，可得毛坯尺寸公差为1.1mm。

毛坯名义尺寸为φ35+2.5+2.5=φ40；

毛坯最大尺寸为φ40+0.55=φ40.55；

毛坯最小尺寸为φ40-0.55=φ39.45；

磨削后尺寸与零件图尺寸相同，即35018 .0 002 .0

Φ+

+；

4、工艺规程设计

4.1、定位基准的选择

4.1.1、粗基准的选择

粗基准选择应当满足以下要求：

A、保证各重要支承孔的加工余量均匀；

B、保证齿轮座的内壁有一定的间隙。

为了满足上述要求，应选择齿轮座的主要面作为定位基准。即以齿轮座的两个端面作为粗基准来限制工件的四个自由度，再以另一个面作为定位基准来限制第五个自由度。这样就能够很好地保证工件的定位，从而达到了加工各个工序的目的。

4.1.2、精基准的选择

从保证齿轮座孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置。精基准的选择应能保证齿轮座零件在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。

从齿轮座零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。

至于前后端面，虽然它是齿轮座箱体的装配基准，但因为它与齿轮座箱体的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。

4.2、制定工艺路线

对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。齿轮座体加工的第一个工序也就是加工统一的基准。

具体安排是先以底面作为定位基准来加工顶面，然后已经铣削好的顶面为基准来

加工底面。第二个工序是铣削加工齿轮座零件的四侧端面及倒角C3。由于顶平面加工完成后一直到齿轮座体加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。

后续工序安排应当遵循先面后孔的原则。先粗、精加工平面，再粗、精加工孔系。因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。

按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。

因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段后分散进行。

加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在c ?-9080的含0.4%—1.1%苏打及0.25%—0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于mg 200。

根据以上分析过程，现初步拟定齿轮座加工工艺路线如下； 方案一： 锻造毛坯,

对毛坯进行时效处理，确定并在毛坯上画出各孔的位置, 喷涂油漆,

工序1：粗车大头外圆及端面 工序2：粗车小头外圆及端面 工序3：精车大头外圆及端面 工序4：精车小头外圆及端面 工序5：车∮32沟槽 工序6：磨

018

.0002.0632++k φ外圆

工序7：钻92φ-直孔

工序8：钻大端面2-M8螺纹孔底孔8.6φ，攻M8牙，钻、绞∮5.8，,6H8直孔 工序9：钻32φ-油孔。 工序10：清洗加工零件。

工序11：检查零件。

工序12：入库。

方案二：

锻造毛坯,

对毛坯进行时效处理，确定并在毛坯上画出各孔的位置, 喷涂油漆,

工序1：精车大头外圆及端面

工序2：精车小头外圆及端面

工序3：粗车大头外圆及端面

工序4：粗车小头外圆及端面

工序5：车∮32沟槽

工序6：磨

018

.0

002

.0

6

32+

+

k

φ

外圆

工序7：钻9

2φ-直孔

工序8：钻大端面2-M8螺纹孔底孔8.6φ，攻M8牙，钻、绞∮5.8，,6H8直孔工序9：钻3

2φ-油孔。

工序10：清洗加工零件。

工序11：检查零件。

工序12：入库。

方案三：

锻造毛坯,

对毛坯进行时效处理，确定并在毛坯上画出各孔的位置,

喷涂油漆,

工序1：精车大头外圆及端面

工序2：精车小头外圆及端面

工序3：粗车大头外圆及端面

工序4：粗车小头外圆及端面

工序5：车∮32沟槽

工序6：磨

018

.0002.0632++k φ外圆

工序7：清洗加工零件。 工序8：检查零件。 工序9：入库。

工序10：清洗加工零件。 工序11：检查零件。 工序12：入库。

有上述几种零件加工工艺路线方案分析确定，首先分别经粗、精车加工大小头孔外圆面及端面，以及车削532X φ沟槽，磨小头外圆，钻92φ-直孔，钻大端面2-M8螺纹孔底孔8.6φ，攻M8牙，钻、绞∮5.8，6H8直孔等等。

其中，方案二的工艺路线虽能方便工人安装加工，但在装夹加工过程中会对零件已加工好表面造成破坏，造成零件损失；方案三，能加工出所要的零件，但加工时对零件的装夹和拆卸较频繁，时间耽搁较长，生产率下降；所以，综合选定，方案一可用。

4.3、选择加工设备及刀、夹、量具

由图样分析，该图样需要车削大小头外圆的轮廓，在这里我们在车轮廓时选用

YG8-20×30车刀。而钻削加工时我们可以选择锥柄麻花钻，量具可选用0--150mm 为

75-100mm 的测量游标卡尺，外径千分尺，游标深度卡尺等。 4.4 确定切削用量及基本工时 4.4.1粗车大头外圆及端面

本工序为粗车大头外圆及端面的工序，在这里，我们选择车床CA6140作为车削设备，加工刀具选择硬质合金端车刀（外圆车刀）mm d w 400= ； （1）粗车

车削深度p a ：mm a p 3=

每齿进给量f a ：根据实际工况，我们通过《实用机械工艺简明手册中》，取

Z mm a f /25.0=

车削速度V ：参照《实用机械工艺简明手册中》表，取s m V /4=

机床主轴转速n ：min /191400

14.360

4100010000r d V n ≈???==

π，取min /200r n = 实际车削速度V '：s m n

d V /19.460

1000200

40014.31000

0≈???=

=

'π

进给量f V ：s mm Zn a V f f /67.1160/2001425.0≈??== 工作台每分进给量m f ：min /2.700/67.11mm s mm V f f m === 即

700.2/min

3.5/200/min

mm mm r r =

εa ：根据实际工况，我们通过《实用机械工艺简明手册中》2.4-81,mm a 240=ε 被切削层长度l ：由毛坯尺寸可知mm l 341=

刀具切入长度1l ：mm a D D l 42)3~1()(5.0221=+--=ε 刀具切出长度2l ：取mm l 22= 走刀次数为1 机动时间1j t ：min 55.02

.7002

42341211≈++=++=

m j f l l l t 4.4.2粗车小头外圆及端面

本工序为粗车小头外圆及端面的工序，在这里，我们选择车床CA6140作为车削设备，加工刀具选择硬质合金端车刀（外圆车刀）mm w d 300= ； （1）粗车

车削深度p a ：mm a p 3=

每齿进给量f a ：根据实际工况，我们通过《实用机械工艺简明手册中》，取

Z mm a f /25.0=

车削速度V ：参照《实用机械工艺简明手册中》表，取s m V /4= 机床主轴转速n ：min /191400

14.360

4100010000r d V n ≈???==

π，取min /200r n = 实际车削速度V '：s m n

d V /19.460

1000200

40014.31000

0≈???=

=

'π

进给量f V ：s mm Zn a V f f /67.1160/2001425.0≈??== 工作台每分进给量m f ：min /2.700/67.11mm s mm V f f m === 即

700.2/min

3.5/200/min

mm mm r r =

εa ：根据实际工况，我们通过《实用机械工艺简明手册中》2.4-81,mm a 240=ε 被切削层长度l ：由毛坯尺寸可知mm l 341=

刀具切入长度1l ：mm a D D l 42)3~1()(5.0221=+--=ε 刀具切出长度2l ：取mm l 22= 走刀次数为1 机动时间1j t ：min 24.02.7002

42341211≈++=++=

m

f l l l j t

4.4.3精车大头外圆及端面 机床：CA6140车床

刀具：硬质合金钢刀具YG3X 精车大头外圆

025

.003.040--φ及端面

通过查表可知，车孔深度为mm a p 2=；

查表可知，由于刀杆伸出长度为mm 200，切削深度为mm 2。所以我们可以知道，车刀的进给量r mm f /6.0=；

切削速度V ：通过查找相关设计手册和规范，可知：min /15/25.0m s m V == 由表可知，机床主轴转速的计算公式为：min /5.6079

14.315

100010000r d V n ≈??==

π，有m i n /60r n =mm 5.55φ

于是就有机床的切削速度：s m n

d V /25.060

100060

7914.31000

0≈???=

='π

=

36/min

0.6/60/min

mm mm r r =

计算每分钟进给量：m in /36606.0mm fn f m =?==

切削的长度l 的计算：mm l 19= 计算刀具的切入长度1l ：mm tg tgk a l r

p 4.52302

)3~2(1≈+?

=

+=

计算刀具的切出长度2l ：mm l 5~32= 有mm l 42= 计算行程次数：1=i 计算机动时间：min 79.0136

4

4.519211≈?++=++=

m j f l l l t 4.4.4精车小头外圆及端面 机床：CA6140车床

刀具：硬质合金钢刀具YG3X 精车大头外圆

025

.003.040--φ及端面

通过查表可知，车孔深度为mm a p 2=；

查表可知，由于刀杆伸出长度为mm 200，切削深度为mm 2。所以我们可以知道，车刀的进给量r mm f /6.0=；

切削速度V ：通过查找相关设计手册和规范，可知：min /15/25.0m s m V == 由表可知，机床主轴转速的计算公式为：min /5.6079

14.315

100010000r d V n ≈??==

π，有m i n /60r n =mm 5.55φ

于是就有机床的切削速度：s m n

d V /25.060

100060

7914.31000

0≈???=

='π

=

36/min

0.6/60/min

mm mm r r =

计算每分钟进给量：m in /36606.0mm fn f m =?== 切削的长度l 的计算：mm l 19= 计算刀具的切入长度1l ：mm tg tgk a l r

p 4.52302

)3~2(1≈+?

=

+=

计算刀具的切出长度2l ：mm l 5~32= 有mm l 42=

计算行程次数：1=i 计算机动时间：min 79.0136

4

4.519211≈?++=++=m j f l l l t 4.4.5车∮32沟槽

通过查表可知，车孔深度为mm p a 10=；

查表可知，由于刀杆伸出长度为mm 130，切削深度为mm 5.1。于是就有：车刀的进给量r mm f /3.0=；

切削速度V ：通过查找相关手册可知min /15/25.0m s m V == 由表可知，机床主轴转速的计算公式为：min /5.6079

14.315

100010000r d V n ≈??==

π，有m i n /60r n =mm 5.55φ

于是就有机床的切削速度：s m n d V /36.060

1000607914.31000

0≈???=='π

=

36/min

0.6/60/min

mm mm r r =

计算每分钟进给量：m in /36606.0mm fn f m =?== 切削的长度l 的计算：mm l 23=

计算刀具的切入长度1l ：mm tg r

tgk p a l 72302)3~2(1

≈+?

=+=

计算刀具的切出长度2l ：mm l 5~32= 有mm l 62= 计算行程次数：1=i

计算机动时间：min 97.0136

44.519211

≈?++=++=m

f l l l j t

4.4.6磨

018

.0002.0632++k φ外圆

切削深度p a ：mm a p 1=

进给量f ：根据切削深度mm a p 1=，再参照文献[7]表2.4-66。因此确定进给量

r mm f /4.0=

切削速度V ：参照文献[7]表2.4-66，取min /21/35.0m s m V ==

机床主轴转速n ：min /6.8380

14.321

100010000r d V n ≈??==

π，取min /84r n = 实际切削速度V '：s m n

d V /35.060

100084

8014.31000

0≈???=

=

'π

工作台每分钟进给量m f ：m in /6.33844.0mm fn f m =?== 被切削层长度l ：mm l 19= 刀具切入长度1l ：mm tg tgk a l r

p 4.52302

)3~2(1≈+?

=

+=

刀具切出长度2l ：mm l 5~32= 取mm l 42= 行程次数i ：1=i 机动时间1j t ：min 85.016

.334

4.519211≈?++=++=m j f l l l t 4.4.7钻92φ-直孔

本工序为92φ-直孔，已知工件材料45#,锻件。 在这里，机床的选用: 选用钻床Z3050，功率P=1.5kw ； 钻头的选择: 选用?9麻花钻 材料为高速钢 钻头基本参数为：10α=；30β=； 1)钻削进给量的选择

查《机械制造工艺设计手册》表3—42有 0.9/f mm r = 2)钻削速度的选择

查《机械制造工艺设计手册》表3—42有 0.35/21/min v m s m ==

所以m r X X d v n /85.23828

14.32110001000===π

3)计算切削深度

p

a

mm d ap 142/282

===

4)钻削扭矩的计算

查《机械制造工艺设计手册》表3—36有

0M Cmd xmfym =

3

10m m

y x m m M C d f k -=?

式中： 225.631.9

0.8m m m C X y ===

所以，

103

m m

y x m m M C d f

k =?-

1.90.83

225.63220.351034.59.N m -=???=

5)计算轴向力

查《机械制造工艺设计手册》表3—36有

轴向力

...f

F X Y F F F C d F K = 式中 588.61

0.8

F F F C X Y ===

所以 ;28.576835.0286.588N X X F ==

因零件材料为HB=150，查《机械制造工艺设计手册》表3—36有

0.6

0.6

1500.94

190190m F HB K K ??

??

==== ?

?????

所以，实际的切削扭矩和轴向力分别为：

34.590.9432.52.55910.945255.5M N m F N =?==?=

6)计算切削功率

因为304/min 5.1/n r r s == 查《机械制造工艺设计手册》表3—36有

3 5.13

2102 3.1435.6510n m P M π--=?=???