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汽车变速器壳体加工工艺研究


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天毕大蓦1

-r程硕士学位论文
领 域:机械工程

作者姓名:李立平 指导教师:王凤岐教授

企业导师:王海涛高工

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2004年1

月<

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汽车变速器壳体加工工艺研究

中文摘要
作为汽车零部件企业,在工艺技术上保证生产出高品质低成本的产品是企业 能在激烈的市场竞争中立足的关键。 汽车变速器是汽车的关键部件,而变速箱壳体又是变速箱中的关键零件。汽 车变速箱壳体的加工工艺直接影响产品的质量和企业的经济效益。本文针对唐山 爱信齿轮有限责任公司21种变速器壳体零件工艺进行了系统的研究,并在企业 成功应用,实现了成组工艺和高速加工技术,有效的提高了生产率和降低了成本。 本篇论文主要研究内容及创新如下: 1、将公司加工的21种汽车变速器壳体进行工艺分析,以成本、质量、生 产率为综合目标,制定了优化工艺。 2、进行了零件分类方法的研究,以分枝定量法为基础开发了成组分类软件, 应用开发的软件,对21种汽车变速箱零件进行分组,并制定了各组的成组 工艺。 3、对高速切削方法进行了系统研究。总结了唐齿制造经验,确定了机床选 取、刀具选取、刀具夹紧方式的选取、刀具动平衡、刀具安全性、切削用量 的选取的原则和方法。 4、成组夹具是实现成组加工的有力保证,夹具的好坏直接关系到成组加工 效果,本文分析了成组夹具设计特点,设计了汽车变速器壳体成组加工的成 套夹具,本文对一种孔加工夹具进行了详细介绍。 以上成果已应用到生产中去,取得了显著效果,验证了研究的正确性。

关键词:壳体零件,加工工艺,成组技术,成组夹具。高速切削

汽车变速器壳体加工工艺研究

ABSTRACT
Applying advanced machining technology which

can

make

hi曲quality and

low cost is the key to the enterprises producing automobile parts in the fury market competition. Gearbox is the key components in the the gearbox.The machining technology

automobile,and the casing
of gearbox influences

is key part in

the quality of

automobile and the profit of.enterprise.Base

on

the production of Tangshan AISIN

Gear Co.Ltd.,the machining technology of ge艇box was researched,and grouping
technology and

high-speed

machining

technology

were

applied

in

the

factory

successfully,It increases productivity Research 1

and reduces the
on

cost effectively.

and innovation

ofthis paper focus about 21

the following aspects: analysed

The

dissimilar processes

boxes were

and the

optimize

technology


was set up according to cost,quality and productivity.
on

Grouping methods are researched,based

the principle of sequence ramification,

the Group 3

Technology

software Was developed

and 21

casing parts were grouped.

The high-speed

machining

technology

was Researched

and was

used in the

process of the gearbox

machining.The

principle

and method

about how to choice the introduced. grouping

machine tool,toolholdeL cutting parameter 4

and cooling water etc.were

Grouping fixture is veryt important in the grouping

technology.The

fixture influences the effect of grouping technology.Author analyses the characteristic

ofgrouping fixture and



typical fDaure

for hole machining was in廿oduced.

The research resuR has been applied to the works,it validates the correctness of research.

Keywords:gearbox,group

technology,group

fixture,high-speed cutting

汽车变速器壳体加工工艺研究

独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外。论文中不包含其他入已经发

表或撰写过的研究成果,也不包含为获得丞洼太堂或其他教育机构的学位
或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。

学位论文作者签名:鸯童军

签字日期:2一。手年7月2日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解丞洼太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丢洼太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检
索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校
向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。

(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)

学位论文作者签名:套k卒

导师签名:

王吼吱

导师签名:蔓蚋
签字日期:蝴年7月z日
签字日期:舢4年7月年目

汽车变速器壳体加工工艺研究

第一章概述 1.1企业面对的市场形势”“
入世的历史之门已经打开。对于汽车零部件企业来说,遭遇的冲击和压力 将是巨大的。加入世贸组织以后,汽车零部件的进口平均关税降到10%,配 额将逐步减少,国产化率的鼓励措施将取消,全球采购数量越来越多,多年 来一直受关税和国产化双重保护的国内众多汽车零部件企业将面临巨大的 挑战。国内外汽车零部件的市场之争、品牌之争、服务之争、价格之争已经 随着市场的扩大而愈演愈烈。汽车零部件企业属于传统的大批大量生产类型 企业,讲究的是规模效益,但随着市场竞争的不断深化,顾客的需求不断变 化,其生产方式也在向着多品种、中小批量生产方式转化, 汽车零部件企

业要实现跨越性的发展,不仅需要在提高产品质量、不遗余力地采用新工艺、 新技术,不断进行产品创新等方面下功夫,还要不断的更新观念,优化生产 组织方式,积极主动地应对市场不断变化的需求,降低成本、提高效益,以 保持在市场上的竞争优势。 以下主要介绍轻、微型变速器生产企业状况: 长春齿轮厂是目前国内轻型汽车变速器产量最大的厂家之一,2000年产 量约22万台。为全国40多家轻型汽车厂、改装厂、20多家农用汽车厂供货, 凭借CAS5一个系列产品,占据全国轻型车市场近50%的份额,在变速器的 系列通用化方面树起了成功典范。 上海汽车齿轮总厂由于桑塔纳轿车变速器近几年的产量逐年减少,导致 其生产战略发生转移,生产轻型汽车变速器总成,凭借自身多年生产变速器

的经验及实力,首先为沈阳金杯配套轻型汽车变速器JK72,进而把产品陆续
打入全国各轻型客车、皮卡生产企业,最近又研制成功轻型越野车用变速器 产品,目前已形成一定轻型汽车变速器生产能力。 唐山爱信齿轮有限责任公司是国内集轻、微、轿车变速器于一体的生产 企业,近两年,该厂轻型汽车变速器5Y系列遍及全国各轻型汽车企业,匹 配车型有轻型载货车、皮卡、轻型客车、轻型越野车、suV等;5vM(035) 产品系唐山爱信于2000年自主设计开发并取得国内两项专利技术的新一代 轻型汽车变速器。该汽车变速器使用自主设计开发的一种结构紧凑、性能优 异的全新换档操纵机构,很好地解决了在一种变速器上换档操纵位置不能左 右互换的问题,市场前景很好,深受用户欢迎。 由于近年来江铃汽车和安徽江淮汽车发展迅速,两大汽车企业变速器配 套厂相应得到提升,南昌齿轮厂的MT75型产品需求快速增长,安徽省汽车

汽车变速器壳体jJnmi艺研究

齿轮箱总厂的LC5T97、LC5T80、LC5T88变速器颇受青睐。 哈尔滨变速箱厂近两年实旅战略转移,产品向多品种,宽系列发展,新 开发的重型车用变速器产量增长迅速,2001年3.4万台,轻型车用变速器呈 下降趋势。

1.2先进制造技术 1.2.1先进加工技术i-7]刚f341‘361‘4¨
进入21世纪,切削加工依然是制造技术最基础的工艺,而高速切削则是 切削加工工艺最重要的发展方向。多年的研究证明,在很高的切速区,随着切

速的增高,切削力减小,切削温度虽增至很高,但达到一定值后增势趋缓保持
不变。 高速切削,就是指切削温度随切速的增加不再显著增长的切削阶段,其切

速一般比普通切削高出5一10倍之多,所以又常被称为超高速切削。高速切削
的速度范围是一个相对概念,会随不同的加工方式和不同的工件材料而异。目

前实际生产中高速铣削铝、铝合金(含硅量小于12%)以及铸铁的速度范围,
大约分别为1500.4000m/min和750.2000m/min。 实际上在机床上进行高速切削加工时,则不仅有高的切削速度,而且要有 高的进给速度(含快移速度)以及能在最短时间和行程内达到指定速度的高加 (减)速度与之相配合。所以高速切削加工概念的内涵又有所延伸,它即包含 高的切削速度,也包含高的迸给速度(含快移速度)和高的加(减)速度。很

明显,高速切削加工是一项系统工程,它涉及机床、刀具、工件和若干外围技
术,比如CAM技术、加工状态监控技术等。 高速切削加工试验(高的切速、小的切深、快的进给)表明,它可以提高

加工效率昶降低加工能耗(单位功率的材料切除率),又能获得高的加工精度
和表面质量(表面完整性和粗糙度),尤其适合3n-r薄壁零件。实验还表明, 某些难加工材料比如镍基合金、钛合金和纤维增强塑料,在高速切削条件下也 变得易于切削,刀具磨损过快问题获得缓解。 最近十年,高速切削加工在汽车工业、航空航天业和模具工业获得较广泛 的应用,而且成效显著。在汽车工业,高速加工中心的加工效率己足以取代组 合机床,成为柔性生产线的主力加工设备,从而有力地推动了大批量生产的柔 性化;在航空航天业,高速数控铣床和加工中心不仅使薄壁、窄筋工件的;5nq- 变得容易,而且促进了机翼、机身等构件采用整体制造法(既构件由大型铝台 金坯料切除80%的多余材料整体制成)。 从技术角度看,高速切削加工已经正在与精密和超精密加工、硬切削加工、 干和准千切削加工相结合。

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1.2.2先进生产模式l

8。l刊

工业制造企业的生产方式经历了手工生产方式、大量生产方式、ⅡT生产方 式、精益生产方式、敏捷制造生产方式的过程。 1、大量生产方式是通过劳动低工资和大量资本投入来实现的,它将生产技

术专业化,每个工人只会一种技艺,缺乏灵活性,只是“机器”的一种延伸。工
人不关心产品质量,只期望产品的增加达到大量生产的要求。 2、JIT生产方式主要是通过适时适量生产、弹性配置员工数及质量保证等手 段,利用信息技术来降低成本以求最大利润。这时的员工已不是大量生产方式下

只依图生产、依命令工作的机器。他们有了一定的权利,逐步成长为身怀多种技 能的高级蓝领员工。在企业中的作用日益增强。 3、精益生产方式是在信息技术飞速发展和普及下诞生的,它强调彻底消除
浪费,最大限度地发挥“命运共同体”中每一组织、每一员工的能力和积极性, 以谋求企业经营效益的提高。 4、敏捷制造是柔’眭生产技术,它将有技术、有知识的劳动者与能够促进企

业内和企业问合作的灵活管理集成在一起,通过所建立的共同基础结构,对迅速
改变的市场需求做出快速反应。在这其中技术和信息的载体是人,管理的主体是

人,管理的客体也最终归结为对人的管理,人进一步确立了敏捷制造企业管理中
的核心地位。

1.3公司现状
我公司是一个专业汽车零部件—变速器开发制造企业,由于种种原因,公司
一直游离于国内各大汽车集团之外,缺乏各大汽车集团内部零部件企业享有的品

种较单一、批量较大的生产优势,这一特点决定了我公司的市场定位,即面向全 国各主机厂,不遗余力的满足用户不断变化的多样性需求,以此来求得企业的生
存与发展。

多年来公司始终搏击于市场竞争的风口浪尖之上,为满足用户需求,共发展 研制了轻型、微型、轿车等几大系列、上百个品种的变速器,正是覆盖面如此之 宽的产品开发,满足了用户的不同需求,支撑着公司的不断发展,在产品的设计
和工艺准备工作中,总是一个产品、一个零件的进行产品设计和工艺准各工作, 技术科设计了大量的相似工装。工装的设计一直没有大的突破。在加工过程中,

品种的更换,都需要更换工装、找正、测量,大量的辅助时间增加了生产成本。 每开发一个产品,一旦批基形成都会投入大量的设备,开始时几个零件共用一条 生产线,随着批量的增加,最后,每一个零件一条生产线。在共线阶段,一条生 产线更换品种需要将近8个小时的时间,这就需要再增加更换品种时间必要的库 存,这条线加工的品种越多,库存越大,成本越高。
存,这条线加工的品种越多,库存越大,成本越高。

汽车变速器壳体NII艺研究


1.2.2先进生产模式[s

l刮

工业制造企业的生产方式经历了手工生产方式、大量生产方式、JIT生产方 式、精益生产方式、敏捷制造生产方式的过程。 1、大量生产方式是通过劳动低工资和大量资本投入来实现的,它将生产技 术专业化,每个工人只会一种技艺,缺乏灵活性,只是“机器”的一种延伸。工 人不关心产品质量,只期望产品的增加达到大景生产的要求。 2、JIT生产方式主要是通过适时适量生产、弹性配置员工数及质量保证等手 段,利用信息技术来降低成本以求最大利润。这时的员工已不是大量生产方式下

只依图生产、依命令工作的机器。他们有了一定的权利,逐步成长为身怀多种技
能的高级蓝领员工。在企业中的作用日益增强。 3、精益生产方式是在信息技术飞速发展和普及下诞生的,它强调彻底消除 浪费,最大限度地发挥“命运共同体”中每一组织、每一员工的能力和积极性, 以谋求企业经营效益的提高。 4、敏捷制造是柔性生产技术,它将有技术、有知识的劳动者与能够促进企 业内和企业问合作的灵活管理集成在一起,通过所建立的共同基础结构,对迅速 改变的市场需求做出快速反应。在这其中技术和信息的载体是人,管理的主体是 人,管理的客体也最终归结为对人的管理,入进一步确立了敏捷制造企业管理中 的核心地位。

1.3公司现状



我公司是一个专业汽车零部4牛---变速器开发制造企业,由于种种原因,公司 一直游离于国内各大汽车集团之外,缺乏各大汽车集团内部零部件企业享有的品 种较单一、批量较大的生产优势,这一特点决定了我公司的市场定位,即面向全 国各主机厂,不遗余力的满足用户不断变化的多样性需求,以此来求得企业的生 存与发展。

多年来公司始终搏击于市场竞争的风口浪尖之上,为满足用户需求,共发展
研制了轻型、微型、轿车等几大系列、上百个品种的变速器,正是覆盖面如此之 宽的产品开发,满足了用户的不同需求,支撑着公司的不断发展,在产品的设计 和工艺准备工作中,总是一个产品、一个零件的进行产品设计和工艺准备工作, 技术科设计了大量的相似工装,工装的设计一直没有大的突破。在加工过程中, 品种的更换,都需要更换工装、找正、测量,大量的辅助时间增加了生产成本。 每开发一个产品,一旦批量形成都会投入大量的设备,开始时几个零件共用一条

生产线,随着批量的增加,最后,每一个零件一条生产线。在共线阶段,一条生
产线更换品种需要将近8个小时的时间,这就需要再增加更换品种时间必要的库 存,这条线加工的品种越多,库存越大,成本越高。

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市场竞争,是质量竞争同时也是价格竞争,库存越大,成本越高,为了适应 越来越激烈的市场竞争,1996年公司的前身(唐山齿轮厂)与日本爱信精机合 资,在引进日本技术的同时引进先进的管理方式—J1T(准时化生产方式):在必 要的时间生产出必要的产品。 同时,在壳体加工方面,采用通用设备、加工中心与专机组成的生产线进行 生产,加工中心多为80年代国产加工中心,转速低、移动速度慢,设备长期在 低转速范围内运转,新的高速切削刀具无法在其上取得满意的结果。专机的应用

总是根据生产纲领在适当的时候审批生产,长期的模式是专机到位调试合格了,
产品的产量便下滑了。

1.4课题的提出及主要工作
壳体加工工艺的编制极具灵活性,只要能装夹简单、加工出合格的产品便是 一个合格的工艺,但由于工艺人员的水平、素质都各有不同,所以同一类零件的 工艺会有所不同,同时生产纲领不同、加工工艺也不同。但是面对市场需求,汽 车行业生产由单一大批大量型向多品种小批量生产方式的转化趋势,在具体的生 产纲领下采用哪种工艺方案最合理,在企业内部也应形成一个统一的认识。 同时,随着高速加工技术越来越户泛的应用,高速加工机床、刀具的使用及 切削用量的选取在公司内也应推广使用。以丰田威驰变速器壳体为例,国际水平 的加工工时为12.13分钟,在日本的加工时间为14.15分钟,在公司的加工时间 按当时的加工条件,加工时间为30分钟左右(采用新设备、新刀具后为16-17 分钟),差距是一目了然的。 基于以上原因,公司迫切需要优化壳体加工工艺、实现成组加工、提高加工 效率、降低加工成本,选择合适的机床与刀具,通过试验找到合理的切削参数, 将近几年来国内外研究出来的高速切削成果应用到实际生产中来。 首先要对着21种零件进行工艺分析,从使用设备、投资额、人员配置、工 艺成本几个方面进行分析计算,找出一种工艺设计比较方法,这种方法使工艺方 案的确定由单纯的理论分析变为数据比较,根据企业投资能力,提供多种工艺方 案;

然后进行分类方法研究,开发分组软件、制定成组工艺,找出适合壳体类零
件加工的分组方法,最终根据生产纲领确定零件组; 对高速切削方法进行研究,从机床选取、刀具选取、刀具夹紧方式的选取、 刀具动平衡、刀具安全性、切削用量的选取以及冷却技术等方面进行介绍: 分析成组夹具设计特点,设计一种孔加工的成组夹具。 同时在公司内部确定适合本公司的壳体加工工艺规范,有利于新的工艺人员 在短时间内对壳体加工有一个全面的认识,少走弯路。

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第二章轻型汽车变速器壳体类零件优化工艺研究
2.1壳体零件类型及工艺特点

1、离合器壳体2、操纵盖3、中联板4、后体组件5、壳体 图2.1变速器外形图 本文中所研究的壳体是离合器壳体、后体组件、操纵盖三大类壳体。 该公司共生产2大机型的轻型汽车变速器,主要配套的车型有:沈阳金 杯、皮卡、东南得利卡、富利卡等,2大机型变速器的中心距全部为72毫米, 主要连接销孔的坐标都相同,不同的车型只要更换后体、离合器壳体便可使 用,见图2.1。 离合器壳体的主要功能是实现变速器与发动机的有效联接,是变速器模 块化设计中三个主要壳体零件之一,通过它的变化,同一变速器可搭载不同 型号发动机,满足多种车型的需要,所以同一基型变速器的离合器壳体与变 速器连接面(以下简称小面)全都相同,只是与发动机连接端(以下简称大

面)不同,但具有相同的功能孔。由于离合器壳体两个面其面积较大,压铸
时的变形量不易控制,所以,两个面的螺栓过孔必须经过加工,其/rot精度 钻削即可保证,但由于孔的数量较多,不同的生产批量,对应不同的加工方

汽车变速器壳体加工工艺研究

法;销孔加工一般采用钻、镗、铰或钻、镗,加工设备通常为专机或加工中 心~所以,离合器壳体具有进行成组加工的的基础。 后体组件是由后体及衬套组成,有的有轴承位,承载输出轴;有换档轴 孔,远距离操纵的操纵机构一般设置在后体内;有里程表孑L:有后体油封 用于密封变速器,即预防外界粉尘的侵入,又防止润滑油的渗出,但无论其 结构如何复杂,都必须与变速器壳体进行连接。所以,每一系列后体组件都 有相同的连接面及连接、定位孔。里程表孔虽然位置大小不同,但由于其精 度相同,加工方法也一样。同样,衬套孑L、油封孔、防尘罩外圆虽尺寸不同, 但并不影响其加工方法。 操纵盖是变速器安装换档杆的支撑件,其形状差异最大。 两大机型的中心壳体和中联板在该公司引进的一条日本专机生产线上 生产,一个“流生产”,单件加工时间为2分钟,其余的离合器壳体、后体 组件、操纵盏分别在公司内和下层配套厂生产,由于后体组件、离合器壳体 是在不断的市场开发中设计出来的,现行工艺也只是针对某一个具体零件的 加工工艺,工艺的花样繁多,缺乏统筹考虑。每一道工序都有一套夹具,夹 具、刀具数量较大,给生产组织、管理带来较大困难,车间物流混乱、丢漏 工序严重。为了最大限度的降低成本、最短周期生产出新产品,综合考虑这 21种壳、盖类零件的加工已迫在眉睫。 21种零件名称及生产纲领预测见表2.1。 表2.1
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

21种零件生产纲领预测表
零件名称 离合器壳体 离合器壳体 离合器壳体 离合器壳体 离合器壳体 离合器壳体 离合器壳体 离合器壳体 后体组件 后体组件 后体组件 后体组件 第一年
80250 7100 3000 5350 5750 1250 1500 1500 48250 3000 5350

图号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 lO 11 12

第二年
73850 10600 3000 6420 11500 2500 2250 2250 48250 3000 6420 5000

第三年
61050 17600 3000 9630 34500 7500 4500 4500 48250 3000 9630 15000

第四年
61050 31600 3000 14450 42000 15000 9000 90DO 48250 3000 14450 30000

第五年
36930 31600 3000 21670 44500 17500 18000 18000 24130 3000 21670 35000

2500

汽车变速器壳体加工工艺研究

13 14 15 16 17 18 19 20 21

13 14 15 16 17 18 19 20 21

后体组件 后体组件 后体组件 换档盖 操纵盖 操纵盖 操纵盖 操纵盖 操纵盖

40000 3600 4500 43600 4500 3000 48250 5500 5350

32000 3600 9000 35600 9000 4500 48250 8000 6420

16000 3600 27000 19600 27000 9000 48250 18000 9630

14400 3600 27000 18000 27000 18000 48250 33000

13600 3600 27000 17200 27000 36000 24130 38000 21670

14450

此21种零件共三大类,每一类零件极具相似性,根据经验分类可能不是最 经济的方案。分类不合理会造成人力、物力资源的浪费。 机械制造过程所采用的工艺方法和设备的先进性一般取决于产品的产量(也 就是工厂的生产纲领)。同一种产品由于产量或批量不同就可以有完全不同的工 艺过程。成组技术就是把形状相似或所采用的加工工序相似的零件归纳成组,改 变了传统的批量概念。对工厂而言,每一个零件的的生产数量虽少,但成组的零 件多了,便可看作批量增加了。这样就可以类似大批量生产,采用先进而高效的 设备,获得良好的经济效益。 从以上产品的种类及生产纲领可以想象在整个车间内有多少种夹具、刀具、 检具,多少周转的工位器具,在车间内组织生产是多么的繁杂,因此,采用成组 技术加工迫在眉睫。
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2.2工艺过程分析与优化rl

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工艺设计是连接产品和产品制造的重要纽带。没有正确合理的工艺设计,就 不可能经济而有效地将图纸变成合格产品。 工艺设计得不好,往往会造成加工质量达不到产品要求,从而导致过量的废 品或返修晶、过多的在制品、过低的产量和过高的成本。反之,工艺设计正确, 则必能在规定的计划期限内,以最低的成本生产出一定数量的设计所需的优质产
品。

箱体类零件的加工必须有一套能将夹紧变形控制在最小的工艺方案,而且工 艺方案直接受批量的控制,在目前的加工中,由于缺乏综合考虑,可以看到不同 的工艺路线、许多的夹具,要么全部用anT中心加工,成本较高;要么一条通用 机床线,工序极为分散,零件质量靠操作者个人技术决定。所以,在制定工艺前, 必须吸取经验,采取适度的自动化技术,以成组技术为基础、数控机床为核心,

汽车变速器壳体加工工艺研究

数控机床与普通机床并存,即保证质量,又减低投资金额。

2.2.1离合器壳体
离合器壳体与变速器壳体采用分体结构,是着眼于变速器适应性的考虑,即 通过离合器壳体前端接口的变化,以实现变速器匹配多种车型、不同发动机的需 要,这将有利于后续零部件的量产及其通用性,而且可有效提高此种系列变速器 的整体经济性。但分体结构相对于整体结构增加了加工、安装误差,为保证变速 器总成的整体性能,应力求使这种加工、安装误差的影响最小,因此对它与变速 器壳体的加工精度要求相对较高。

无论从总成使用还是在加工过程中离合器壳体加工的关键,首先是与发动机
连接面的平面度,若平面度不好在加工过程中,将产生较大的定位误差,在测量 过程中(用三坐标测量机)将会在建立基准过程中产生测量误差;(用检具)存 在测量基准与定位基准不统一的问题,测量基准与定位基准统一,也会发生零件 合格与否的误判。其次是销孔加工,如何保证位置精度是此工序的关键。 产品的制造可以采用几种工艺方案,零件加工也可以采用不同设备、不同的 加工方法、不同的工艺方案,除了在技术上可以达到不同的要求外,在经济上也

会有不同的效果。选择工艺方案,在保证产品质量的前提下,还要从经济上对各
种方案进行分析比较。选择方案,就必须对各种方案进行技术经济分析,对技术 经济指标进行综合比较,选择最优方案。最优的工艺方案,应该是在保证产品质 量的前提下。用较快的时间和较少的劳动消耗,来完成产品或零件的装配或加工

过程。所以,效率高、质量好、成本低,是衡量工艺方案好坏的重要标准。
下面以5RYA离合器为例进行工艺方案论证 我公司生产的离合器壳体品种有:1、2、3、4、5、6、7、8,前6种离合器 壳体的小面几乎完全一样,后2种壳体的小面也是同一系列产品的变形,工艺方 案极为相似,所以,首先以1离合器壳体为例进行工艺论证。 l销孔加工方案 销孔加工主要有两种加工方案,加工中心加工或专机/jn-r。在日本采用2台

专机加工两面销孔,每台专机的加工时间为3分,但加工品种仅3种,而且由于 其加工精度较高,专机价格需45万元/台(共90万元),其价格也大于购买1台
立式加工中心,新增产品不能很快投入生产。考虑到8种离合器壳体的小面并不 完全一样,而且加工中心的主轴转速、迸给速度也越来越快,在3分钟内能够加

工完2对销孔。因此新增的离合器壳体可以很快的实现在线加工。见表2.2销孔
加工方案比较。



塑奎壅壅墨壅堡垫羔王茎堑塞 表2.2
设备 数量

销孔加工方案比较
设备单价(万 兀) 设备总价 (万元) 加工时 间(分) 加工 工件 种类 操作者操 作难易程 度
易 品种更

换难易 程度 难


使用专机 使用立式



45

90



3.4



70

70



加工中心

无数



所以,采用立式加工中心具有更多的优势。 2两面螺栓过孔的加工方案 螺栓过孔,其孑L径、位置不同,但因功能相同,所蛆其位置公差相同导致其 加工方案相同,见表2.3。 表2-3
加工时间 (分) 使用专机 使用摇臂
64 6 44 264 2

螺栓过孔加工方案比较
设备 数量


设备单价(万 元)
15

设备总价 (万元)
30

加工工件 种类 多种

操作者劳 动强度


品种更换 难易程度 换模板

使用 人数


12

多种



换夹具

钻床

虽然,专机方案的一次投入较大,从工人工资角度考虑,工人工资按1.5 万元/年计算,一年的工资差异为(12—1)X1.5=16.5万元,使用专机多投入的

9万元,一年以后便会平衡,所以专机方案更合理。
此两台专机与公司内的专机不同,此两台专机采用万向节传动,万向节 数量大于现加工的孔的数量,便于品种增加时有备用的刀具,专机采用快速更 换钻模板的结构,夹紧采用上托式夹紧机构,便于品种更换。 3周边孔的加工方案 离合器壳体的周边的孔功能不同,孔的位置、角度也不相同,所以,夹具 设计的秭类极多,即使采用成组夹具,夹具数量也不会减少太多见表2.4。 表2.4
加工时间 (分) 使用通用 1分/台 机床 使用卧式 2分/台 加工中心
l 130 130 1,4 12 2017

周边孔加工方案比较
设备 数量 设备单价(万 兀J 设备总价 (万元) 加工工件 种类 操作者劳 动强度 品种更换 难易程度 使用 人数
12

多种





多种





同样,工资差额(12—0.25)X1.5=17.625,7年后仅从工资角度,便会平衡。而

汽车变速器壳体加工工艺研究

且,此线不必添加太多夹具很快便可加工新的品种。 4离合器壳体总的方案评价 离合器壳体总的方案评价见表2.5

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汽车变速器壳体加工工艺研究

下面计算零件的全年工艺成本 零件的生产成本的组成:
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.1剐z_一每件通用机床折113费
Sdz—每件刀具维持费及通用刀具折旧费 全年工艺




sjz一每件夹具维持费及通用夹具折旧费 L stz一调整工人工资 szz一专用机床折旧费 szdz一专用刀具折旧费 szjz一专用夹具折旧费

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全年不变费用Cn l




行政、总务人员的工资及办公费用 厂房维持及折1日费用 照明、取暖、通风、水费

—,.。 ., .,L 运输费用
由于存在公司机密及一些费用对计算结果不会产生太大影响,所以将计算简化为下式

Sn=(Sz+Stjz)N+(Stz+Szz);N为年产量
主要对比方案2、方案3,经计算得出如下2个公式:
Sn2=0.00036N+5 Sn3=0.0002N+5 工艺成本


见图2.2零件生产成本表。

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产量
5 10 15 20 25
50

N(万件)

图2 2零件生产成本表
.12.

汽车变速器壳体加工工艺研究

从上两式可以看出,从工艺成本角度考虑无论产量大小,方案3的工艺成本永远小 于方案2的工艺成本,所以,采用方案3作为离合器壳体加工的工艺方案。 全部离合器壳体的工艺过程见表2.6。



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汽车变速器壳体加工工艺研究

2.2.2后体组件
汽车变速器的后体是变速器模块化设计中的重要一环,它不但要对变速器输出轴有 很好的支撑作用,以保证变速器正常的输出,还要兼顾变速器总成密封性、润滑性、噪 音、里程表输出等多种要求,而很多情况下它又是变速器的操纵机构的载体(特别是地 板式直接操纵的变速器),因此其结构具有相当的复杂性和多样性,且通常其成渐缩式 筒状结构,纵向尺寸又相对较长,使得其内腔空间较小不利于加工。特别是三支撑结构 的变速器,其后体内还要安装轴承,而这些轴承又是对变速器输出轴、中间轴的过定位 支撑,因此若后体轴承孔位置偏差较大不仅会造成相应轴的安装困难,,还会直接影响齿 轮啮合及输出轴后端油封的密封效果。这无形之中就增加了后体加工的难度,对工艺方 案的设计亦提出了很高的要求。 我公司生产的后体组件主要有9、10、il、12、13、z4、15共7种。 后体组件工艺方案确定过程与离合器壳体相同,不再进行工艺方案的详细论证,后 体组件全部工艺过程见表2.7。

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汽车变速器壳体加工工艺研究

2.2.3操纵盖类零件
操纵盖类零件,是变速器内部操纵零件与车辆操纵系统的连接枢纽,通常通过其上 安装的选、换档杆将司机的操纵动作传入箱体内,实现其对车辆档位、速度的控制,而
且为防止润滑油从其上选、换档轴孔处泄漏,其上还设有安装油封的位置,对于一些远 距离拉索操纵的变速器,一般五倒档互锁机构也安装在操纵盖上,使操纵盖的结构变得 复杂、难加工,特别是现在一些变速器为搭载不同车型,要求实现操纵系统的左右互换, 就使得其操纵盖的结构更具复杂化。 我公司生产的操纵盖有16、17、18、19、20、2l,与后体、离合器相比,操纵盖 的结构差异最大。操纵盖类零件工艺过程见表2.8。

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表2.8

操纵盖类零件工艺过程 品种
16 17 18 19 20 21

竣各\
立铣(铣面) 孔加工) 专机1(铣槽)

√ √ √





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卧式加工中心(销

数控车床(车槽)

√车槽 √铣槽
√M12







√车槽 J铣槽

摇臂钻床(钻孔) 摇臂钻床(攻丝) 拉床(拉槽)

√中5 √中12

√06.5

√中12

√中12

√拉槽

注:√表示零件在该机床有加工工序

2.3本章小结
本章以离合器壳体为例,对该零件的三种加工工艺分别以设备投资、人员配置、生 产率为目标进行经济分析,计算出零件生产成本,可以一目了然的确定采用哪种工艺方 案更合理,同时将这种分析方法应用到这21种零件中去,最后形成全部21种零件的优 化工艺。

汽车变速器壳体加工工艺研究

第三章轻型汽车变速器壳体类零件成组工艺
3.1成组技术简介
在机械制造工业中,中、小批量生产占有较大比重,随着国内外市场竞争的日益加 剧,中小批量生产存在以下问题:
1、 2、

产量小,生产周期长,限制了先进生产技术的采用,因而生产效率低。 生产准备工作量大,在传统生产方式中,先是分别地针对每一种产品、每一种零 件进行图样设计和工艺准备工作,这些工作中,很多是重复性工作。小批量生 产时,品种多、更换快,因而生产准备工作量更大,有时甚至不能满足生产的 要求。

3、

生产计戈0、组织管理复杂化。由于生产品种和生产过程的多样性,使生产组织管 理复杂、很难实现科学管理。 鉴于上述情况,与大批量生产相比,小批量生产的技术水平和生产效率较低, 如果能将小批量生产转化成为批量较大的生产,就能较好的解决这一矛盾。成组技

术就是解决这一矛盾的手段。 苏联学者斯帕.米特洛范诺夫在五十年代中期提出了成组加工理论,利用零件加工 工艺方面的相似性原理将被加工零件划分为零件加工组,以扩大成组批量达到提高生产

效率的目的。成组技术以其强大的生命力迅速传遍全球,在欧、美很快就产生几种分类
编码系统,并提出了计算机辅助零件分类成组的方法。 成组技术的推广应用及其与计算机、数控等生产技术的紧密结合,推进了柔性制造 系统(FMS)的创建。 具有关资料表明,在全世暴多品种、小批量生产类型的企业约占企业总数的80%左 右。传统的大批量生产类型企业(如汽车、拖拉机制造业)也有向多品种、中批量生产 类型发展的趋势。由于传统的生产过程受“批量法则”的影响,只有大批量生产才能采

用高效率的生产设备和组织形式,获得高的经济效益。而大多数多品种、小批量生产类 型的企业普遍存在着生产效率低、制造周期长、工时、材料消耗大、成本高以及企业生
产过程管理混乱等一系列问题。而成组技术是公认的解决多品种、小批量生产类型企业 存在的问题,提高其经济效益和管理水平的有效途径。 我国早在六十年代初就在纺织机械、飞机、机床及工程机械等机械制造业中推广应

用成组技术并初见成效。十年动乱期间,成组技术的研究与推广工作几乎处于停滞状态, 改革开放后,重新恢复研究实验工作,于1983年机械委设计研究总院研制了全国机械 零件分类编码系统JLBM.1。随着应用推广和研究工作的持续发展,成组技术对提高我 国机械工业的制造技术和生产管理水平将日益发挥其重要作用。 从机械加工来讲,成组加工就是将工厂生产的被加工零件,根据其几何形状、结构

壅主壅蕉墨墨堡里旦三三茎堑塞 及加工工艺相似性进行分类分组;并根据各组零件加工工艺要求,将机床分成若干机床 组;按照被加工零件的工艺流程排列各机床组内的机床。即零件组与机床组一一对应。 被纳入同一组的零件可按照共同的工艺过程,在同一机床组中稍加调整后加工出来,以 减少调整时间与加工时间,这样就可以大大提高生产率。 由此可见,成组加工其本质就是将各个产品中工艺上相似的零件集中一起,以扩大 零件的批量,使大批大量生产中行之有效的高效率工艺方法和设备,可以应用到中、小 批生产中去,以提高中、小批生产企业的劳动生产率, 成组技术作为一门综合性的生产技术科学是计算机辅助设计、计算机辅助工艺过程 设计、计算机辅助制造(CAM)和柔性制造系统等方面的技术基础。

目前,多品种中小批生产企业约占机械企业总数的75%.89%,通常这些企业的劳动
生产率比较低、生产周期长,产品成本高,不利于竞争。

事实上,不同的机械产品,尽管其用途和功能不相同,然而每种产品中所包含的零
件类型却存在一定的规律性。德国阿亨工业大学曾在机床、发动机、矿山机械、轧钢设 备、仪器仪表、水利机械和军械等26个不同性质的企业中选取45000种零件进行分析, 结果表明,任何一种机械产品中的组成零件都可以分成以下三类,机械产品的组成零件 分类见表3.1。 表3.1

机械产品的组成零件分类表
零件 复杂件 特点 这些零件在产品中数量少,约占零件总数的 5%.10%。但结构复杂,产值高。不同的A类 零件之间差别很大,因而再用性低 这些零件在产品中的种类多,数量大,约占零 各种轴、套、齿 轮 螺钉、螺母、垫 发动机 举例

1分类
A类

和 特殊件

B类

相似件

件总数的70%,其特点是相似程度高,多为中 等复杂程度。

简单件 C类 或 标准件

这些零件结构简单.再用性高,多为低值件

圈等,一般均已 组织大量生产。

占70%左右的相似件在功能结构和加工工艺等方面存在大量的相似特征。只要充分 利用这种客观存在的相似形,将本来各不相同、杂乱无章的多种生产对象组织起来,统 一形成若干零件组、并在此基础上,从整体出发,采取适当措施,就能显著提高生产水 平。

成组工艺是把形状、工艺、尺寸相近似的零件组成一个零件族,按零件组统一制定 工艺规程进行制造,这样就扩大了批量,便于采用高效率的生产方法,从而大大提高劳 动生产率。零{牛分类是成组技术的基础,分类的合理与否直接影响到成组技术的效果。

3.2成组技术分类方法研究

汽车变速器壳体加工工艺研究

3.3.1成组技术的分类方法
划分零件组的方法有:
l、特征码域法根据全部零件的结构特征分布状况、设备加工范围和负荷、以及工艺 装备等分组的码域。 2、势函数法用二维矩阵对零件的几何特征进行描述,然后计算势函数值,再根据势 函数值对零件进行分类成组。 3、生产流程分析法直接按零件的加工工艺分类,把加工工艺相同的零件划在同一族
中。

大量的成组技术应用实例大多是相似件的成组工艺,通常多采用特征域码法和生产 流程分析法,势函数法其本质是一种变形的零件编码。成组技术的应用多见于回转体类 零件,对于形状复杂的壳体类零件能否采用成组技术是本章研究的课题。我公司本次准 备加工的21种壳盖类零件在变速器中属于复杂件,但由于其种类较多结构具有相似性,

因此也可以把它们作为相似件,但由于其结构复杂用编码来描述其特点很难详尽,因此
找到一个适当的分类方法便是本课题的关键。

3.2.2顺序分枝法原理及程序开发
生产流程分析法由于其对工艺的依赖性,在成组技术研究中受到限制,但是由于汽 车变速器专业化生产的明显性,在企业内部形成一套比较统一的工艺流程还是很有必要
的。正是基于这种比较统一的工艺流程,才有可能应用生产流程分析法。 生产流程分析法划分零件组又有许多具体方法,例如核心机床法、核心零件法、顺

序分枝法、聚类分析法等。在汽车工业中多采用生产线式生产方式,采用核心机床法会 影响“一个流”的生产方式,由于这21种零件属于三大类采用核心零件法就失去分组
的意义。

顺序分枝法是将待分类的全部零件按其工艺过程逐个地判别,使之归属于相应的各
级分枝组,进入各级分枝组的诸零件在工序类型、数霞和顺序上完全一致;然后,遵循 一定的并枝原则把各级分枝组合并为零件种数适当的加工族。采用顺序分枝法会将工序 相似的零件很方便的分在同一组。

汽车变速器壳体加工工艺研究

顺序分枝法程序框图见图3.1

读入,零件数N,并枝水平CL,机床组内机床数NM

I打印:程序名,程序开始时间,N,CL,NM参考值

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图3.1顺序分枝程序框图

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汽车变速器壳体加工工艺研究

根据框图编写了计算机程序,图3.2一图3.5为信息输入界面。

图3.2顺序分枝法主界面

图3.3零件力ll-r艺描述

汽车变速器壳体加工工艺研究

3.4零件工艺过程用机床代码描述

图3.5运行结果图

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汽车变速器壳体.nnli艺研究

运行结果如下见表3.9。 表3.9 零件 零件代码 离合器 离合器 离合器 离合器 离合器 离合器 离合器 离合器 后体 后体 后体 后体 后体 后体 后体 操纵盖 操纵盖 操纵盏 操纵盖 操纵盖 操纵盖
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 12 16 17 19 20 21 18

分组结果

机床代码
ABCDEFGPQ ABCDEFGPQ ABCDEFGPQ
ABCDEF ABCDEF ABCDEF

高亲密度并枝
2 2 2 2 2 2 3 3 l 1 1 l 5 1 1 6


中亲密度并枝
2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 l 1 1 1 1 3 2 4 4 5 3

低亲密度并枝
1 l 1 1 I 1 1 l 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

ABCDPQ
ABCD

BGHIJKLM

BGHIⅨI,MN
BGHIJKLMN BGHIJKLMN

BHIⅢ
BGHIJKLM BGHIJKLM
BGIO

GPQ BIPQ BIPQ
BIR G10

4 4 9 8

为便于编程,将所有机床按英文字母顺序编码,机床代码见下表3.10。 表3.10

机床代码表 机床名称
机床代码
A B C D E

立车 立铣 立式加工中心1 立式加工中心2 专机1

专机2 卧式加工中心1 渣压机 数控车 卧式加工中心2 卧铣 多头钻1 多头钻2 普车 专机3 摇臂钻床1 摇臂钻床2 拉床

F G H I J K L


N O P




通过研究上表,可以看出,低亲密度并枝结果没有任何指导意义,从高亲密度并枝 结果可以看出加工工艺极其相似的零件分在同~组,下面分别介绍按中亲密度并枝和高 亲密度并枝的分组结果,其零件分组分别见表3.11和3.12。 表3.1 1 中亲密度并枝分组结果
零件名称 后体9


l组别
后体lO 后体15 离合器2 离合器6 后体14 离合器1


后体ll 后体12 离合器3 离合器7

后体13

离合器4 离合器8

离合器5 操纵盖17



操纵盖16 操纵盖19 操纵盖21

操纵盖18 操纵盖20





汽车变速器壳体加工工艺研究

表3.12
组别 后体9


高亲密度并枝分组结果
零件名称 后体10 后体15 离合器2 离合器6 离合器3 离合器4 后体11 后体12

后体13 离合器1


离合器5
操纵盖17

3 4 5 6 7 8 9

离合器7 操纵盖19 后体14 操纵盖16 操纵盖17 操纵盏18 操纵盏2l

离合器8 操纵盖20

3.4综合分析
分组完成之后,是采用中亲密度的分枝结果还是采用中亲密度的分枝结果,是否每 一组零件就在一条生产线进行加工,还需要依据产量进行综合分析。 首先以离合器壳体为例进行分析,该组产量预见表3.13。 表3.13
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 17

第二组零件产量预测表
第一年 第二年 (件)
73850 10600 3000 6420 11500 2500 2250 2250 9000 121370

第三年 (件)
61050 17600 3000 9630 34500 7500 4500 4500 27000 169280

第四年 (件)
61050 31600 3000 14450 42000 15000 9000 9000 27000 212100

第五年 备注 (件)
36930 31600 3000 21670 44500 17500 18000 18000 27000 218200

型号

零件名称 (件) 离合器壳体 离合器壳体 离合器壳体 离合器壳体 离合器壳体 离合器壳体 离合器壳体 离合器壳体 操纵盖
80250 7100 3000 5350 5750 1250 1500 1500 4500 110200

合计

汽车变速器壳体加工工艺研究

第四章汽车变速器壳体高速加工技术研究
汽车变速器壳体加工,国外已广泛采用高速加工中心、高强度刀柄、高效刀具进行 加工,除人工上下料外,其余基本是自动化加工。而国内一般在使用八九十年代生产的 加工中心,刀柄、刀具也延续旧的习惯,加工效率基本为国外的50%。即使购买了高效 刀具,由于机床老化,也达不到预期效果。所以在国内推广高速加工技术。

4.1高速切削及关键技术I删I川
高速加工是一项综合性技术。需要由高速性能的机床,好的数控系统,CAD/CAM, 适宜的刀具及优化后的加工工艺等诸方面的协同配合才能得到满意的结果。 高速加工技术的起源可以追溯到1931年,在这个时期,有一项专利,在其中对高

速切削加工工艺作了描述。此后,大约过了30年,人们才对高速切削的切削过程和工
作原理有了了解。但是只有开发出相应高效的机床附件(例如高速电主轴、高材质刀具 和高品质表面涂层技术以及相应的夹具)后,高速切削才真正步入正轨。 根据1992年国际生产工程研究会(CIRP)年会主题报告的定义,高速切削(HSC) 指切削速度超过传统切削速度5.10倍的切削加工。因此,根据材料的不同和m-r-方式

的不同,高速切削的切削速度范围也不同。高速切削包括高速铣削,高速车削,高速钻
孔,高速车铣等,但绝大部分是高速铣削。目前,加工铝合金已达到2000.7500m/min: 铸铁为900—5000m/rain;钢为600.3000 m/rain。

虽然,高速切削技术具有加工效率高、切削力小、切削热对工件的影响减小、加工
精度高以及工序集约化等优点,但目前存在如下问题: l、缺乏合理的加工参数选择方案 高速切削作为一种全新的切削方式,目前尚没有完整的加工参数表可供选择,也没 有许多加工实例可供参考。在高速加工时,大多数依然是依靠以往的经验,或者进行大 量的试切来选择参数,达到最佳的切削效果,找到合理的加工参数是目前高速切削应用 的一个首要问题。 2、缺乏合适的刀具选择方法 刀具是高速切削推广应用中的一个关键问题。由于高速切削的切削机理与传统的切 削完全不同,加工的磨损机制与失效形式,刀具的受力状况,形成的切削形态等都不同。 传统的铣削加工,刀具的主要失效形式是后刀面磨损,而在高速切削中,其失效形式根 据加工的条件以及工件材料不同而完全不同,比如有刀尖破碎,前、后刀面磨损,刀杆

折断等各种形式,并且不同的刀具与不同的工件材料组合产生的效果也不一样。如何选
择合理的高速切削刀具,尽可能延长刀具使用寿命,以及最大限度地发挥刀具的性能, 对高速切削技术来说是一项十分关键的技术。 实现高速切削,必须考虑下列关键技术:

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一一

整主錾垄整塑笪垫三三茎堡塞

l、高速切削机床具有高主轴转速、高动态的进给驱动,大的功率,主轴和床身良 好的刚性,优良的吸振特性和隔热性能,快速的CNC控制性能,可靠的安全防护等等。 2、高速切削刀具具有良好的耐磨性和高的强度韧性的先进刀具材料,优良的刀具 涂层技术,合理的几何结构参数,高度动平衡的刀具系统,安全可靠的夹紧方式,高同 心度的刀刃精度质量等等。 3、高速切削工艺优化的高速加工参数,适合高速切削的加工走刀方式,专门的编 程策略,充分冷却润滑并具有环保特性的冷却方式等等。 所以说,高速切削是一项综合技术,企业在购置合适的高速切削机床后,必须根据 产品的材料和结构特点,选择合适的切削刀具,采用最佳的切削工艺,以达到理想的高 速加工效果。高速切削中的“高速”不是一个技术指标,而应是一个经济指标。它不仅 是一个技术上可以实现的切削速度,而且必须是一个可由此获得较大经济效益的高切削 速度。 根据本人在企业的工作实践对机床、刀具的选取及切削参数的选择进行总结归纳。

4.2机床的选取m1

I圳1圳

高速加工机床要实现高速、高精度加工,首先必须具备有快速响应能力的高性能数 控和伺服系统。这类系统不仅要有很短的插补周期,而且要求前馈控制、超前读、自动 加减速、误差补偿等功能。所谓高速加工机床,人们常把主轴最高转速10000r/mm以上 的加工中心和数控铣床视为高速加工铣床。这种高速加工铣床一般说来具有如下基本特 征: 1、高的主轴转速、快的进给速度和大的加(减)速度 2、微米级的精度 3、高的动静态刚度和轻量化的移动部件 在加工工艺分析一章中,机床的种类已经确定,下面主要介绍立式加工中心和卧式 加工中心型号具体选取。加工中心是一种综合加工能力较强的数控加工机床。它是把铣 削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等功能集中在一台设备上,使其具有多种工艺手段。 加工中心设置有刀库,刀库中存放着不同数量的各种刀具或检具,在加工过程中由程序 自动选用或更换。加工中心与同类数控机床相比结构复杂,控制系统功能较多。其控制 功能最少可实现两轴联动控制,实现刀具运动直线插补和圆弧插补。加工中心还具有不 同的辅助功能,如:各种加工固定循环,刀具半径自动补偿,刀具长度自动补偿,刀具 破损报警,刀具寿命管理,过载超程自动保护,丝杠螺距误差补偿,丝杠间隙补偿,故 障自动诊断,工作过程图形显示,入机对话,工件在线检测、离线编程等。机床选取首 先根据需要的精度、工作台大小、行程及刀库容量确定某一机床厂的机床型号,然后将

各机床厂的同款机床进行如下比较。
1、加工中心的类型选择 1)一般单工位(单面)加工的工件最好选用立式加工中心。

汽车变速器壳体]HNII艺研究

2)DHI两工位(双面)以上的工件或在四周呈径向辐射状排列的孔系、面的加工宜 选择卧式加工中心。 3)当工件的位置精度要求较高,采用卧式加工中心,在一次装夹中不能完成多工位 加工时,则应选择五面加工中心。 4)当工件尺寸较大,一般立柱式加工中心的工作范围不足时,应选用龙门式加工中
心。

2、加工中心的规格选择 i)、工作台规格的选择工作台尺寸应保证工件在其上面能顺利装夹,加工尺寸则 必须在各坐标行程内。此外,还要考虑换刀空间的各坐标干涉区限制。 2)、加工范围选择应考虑加工中心各坐标行程,主轴端面到工作台中心距离的最大 值、最小值,主轴中心至工作台面距离的最大值、最小值。另外,工件和夹具的总 重量不能大于工作台的额定负荷,工件移动轨迹不能与机床防护罩干涉,交换刀具 不得与工件相碰等。 3)、机床主轴功率及转矩选择主轴电动机功率反映了整机的切削效率,也反映了整 机的切削刚性。 3、加工中心精度的选择 根据零件关键部位的加工精度选择机床的精度等级。加工中心按精度分为普通型 和精密型两种,同时要注意加工精度和机床精度是两个不同的概念。加工精度是包括 机床在内的整个工艺系统的各种因素所造成的总和,这些因素包括机床、夹具、刀具、 切削用量、加工余量、加工材料,加工过程产生的切削力和切削热及冷却润滑条件等。 用户根据工件加工精度,选用相应的精度级机床,批量生产的零件,实际加工出 的误差值可能是定位精度的1.5.2倍。根据经验,一般应选择加工中心的各项误差值 为零件各项误差的0.5.0.65倍较为合理。 4、刀库容量选择 同一种规格的加工中心,通常都有2-3种不同容量的刀库,在选定刀库容量时,根 据被加工件的工艺分析结果来确定所需数量,通常以满足一个零件在一次装夹中所需刀 具数量确定刀库容量。从统计结果看,立式加工中心选用20把刀左右的刀库,卧式加 工中心选用40把刀左右的刀库为宜。用于柔性制造单元或柔性制造系统中的加工中心, 应选用大容量刀库,甚至配置可交换刀库。 5、加工中心选择功能及附件的选择 选定加工中心时,除了基本功能和基本体外,还有提供用户根据自身要求选用的功 能和附件。对附件的选择要有长远性和通用性。 6、冷却功能选择 冷却方式有:大流量的喷淋式冷却、刀具内冷装置、气雾冷却等。根据工件和刀具 的实际情况进行选择。下面是我公司选定的规格及精度后不同厂家生产的加工中心比较

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结果,见表4.I及表4.2。

表4.1
型号
EV.1020

立式加工中心比较
Arrow VTC.200B

VMC.1000
SIEMENSA2100

特性介绍 马扎克系统优点: 1、编程简单、易学易会

SIEMENS

MAZATROL
640

数控系统 伺服控制 方式

802D

半闭环

半闭环

。!纂鬻鎏囊翻臻一-j-i

2、可双向通讯,时时监 控 3、有专家数据库支持 4、刀具路径描述为三维空 间描述 5、可兼容G代码编程的程 序 6、可与厂家通过互联网通

_…^}i蒸蘩鎏.甏黪j

联动轴数







讯,确定维护内容及损坏 的部件。 马扎克系统缺点:年产量1 万台(全球),系统自制不 单独外卖,维护专业人员 少

结构特点

工作台移动 主轴箱平衡采

用平衡铁平衡
.蕊孵蕊糍鏊囊曩:!。j 行程XYZ 工作台尺 寸 主轴最高 转速rpm 快进速度
M/rain
24趁4,20 8000 1020X610x610 1120X510X510

黝黼麟剿
鳓鳞麟
1020X510X560

工作台移动

全动柱结构优点: 1、工作台移动虽然机床厂 采用增加跨距的方式使工 作台无悬空状态,但不象 工作台不移动无悬空状态 好。 2、由于工作台工作环境 差,改由立柱移动,可增 加运动部件的寿命和精 度。 3、运动部件质量恒定,运 、动惯量恒定,可达到优化 设计。 4、移动部件始终处于热对 称结构,机床热特性好。

120()X610

工进最大 速
Ivl/min

黼 ,。囊
1460X510 1120x600 8000 30 15



lO

刀库容量
24

24

21

(把) 最大刀长 定位精度
±0 004/全长 250 350 385

±0.005(JIS

熏囊~……““”“sll蕤

重复定位 精度 斗笠式刀 库换刀时 间(刀对
刀)

±0.002


标准,测最长度
300)

爨g删鬻熬
**嬲I、KUH¨z。

lj《嬲。。…~~雏

7秒

4秒

6(切削对切削)

刀臂式刀 库换刀时 间(刀对
刀)
1 5刀对刀

2.5秒

4.7切削对切削

导轨形式 标准配置

中型直线导轨 喷溅防护、冷

中型直线导轨
喷溅防护、刀具 寿命管理、地基 套件、工件吹气

自瀑搿赢鲩暴藕篓

却箱、切屑冲
刷、工作灯、 报警灯 可选配置 主轴油温冷

主轴贯通冷却、 NC旋转工作 台、侧出式排屑 器、铁屑斗、旋 转工作台

却、主轴贯通

冷却、黼《藏
滴’麓翁≤籀、自
动排屑、
表4.2 型号 数控系统 伺服控制 方式

卧式加工中心比较
M.H5BN FANUC.18iMA
BH4K FANUC一0i PFH5800

MAZ讯oL 640M
半闭环


半闭环

半闭环

联动轴数
秆j捏YV7
I:。I__

3 一j菇焉0蕊商蠹nW^Si糖静黧~z

3 500/400/500

730X730X740

.34.

工作台尺


500X500 500X500

500X500

工作台最 小回转度 数 主轴最高
12000

lo

0.0010





8000

转速rpm 快进速度
M/rain
40 36

篓!i薰t5000

___

鬻銎60麓:参j≤
攀荔i:__一={毒j

最快工进 速
M/rain



40

10

誊爹爹ji;6ioi jj l『』
40

刀库容量 (把) 最大刀长 换刀时间 (刀对刀) 换刀时间 (切削对 切削) 定位精度 重复定位 精度 导轨形式

40

16(32)
300 300


1.56秒

1秒

黍麟
囊熏辫i鏊蠢溢弑瓢二囊赫舅

4.5

3-4秒

±0.004
±0.0015

±0.005/300 ±0.003

羹雾
董r誊≥举豁n胀。

i一囊≯≤差鳓飘j 蠹誊薹+『;一!i毫j ij i
2根直线导轨 双工作台、主轴温 控单元、滚珠丝杠 冷却系统、8嘴冷

2根直线导轨

3根直线导轨 数控转台、APC装置托盘、

双工作台、数控转台、APC
装置托盘、变压器 标准配置

刀具折断检测刀具内冷、冀簿

潮鬻鬟戳囊簿囊蘩蓊鞲爹凌
鬃簿藕蠹鬻i蘩鼷翁豢蘩辫臻 精瓣鬻隅

却…大流量冲屑、
主轴吹气、APC安 全防护、全封闭

结构特点

1、主轴新结构,可保证主 轴的跳动0.003,主轴 采用油冷。 2、3点支撑刚性好,对地 基的依存较小(工作台

1、分体结构借用专机的结构 形式,即使变形更有利于 调整。可在首次调平,一 年后用水平仪复测。整体

1、主轴采用油冷 (世界首家使用) 2、床身8点定位提 高基础刚性的需要 3、冷却液的过滤在

运输,到厂后检验精度,

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大于800的机床也采用 分体结构)在床身立柱 上采用加厚设计,中 450鼠牙盘保证刚性, 首次调平后,在3—5个 月后用水平仪检测。 3、冷却液的过滤在机外 排屑装置中设置(机外 排屑有针对铸铁的、针 对铝的、针对铸铁和铝
的)

若超差可将中19.7的定位 销拿下,铰孔后打入中20 的定位销。 2、主轴采用喷雾润滑,同时 外排油雾,将热量带走; 3、主轴防水:1)低压气,若 停机,吹气停止,主轴进 水后,水可以排出,2)有 一套组合密封圈。 4、主轴免维护,只能由厂家 更换整个主轴,机床厂也 无能力更换轴承。 5、工作台和底座之间只要导 轨面的平行度(由两件配 合面对导轨面的垂直度保 证)好,X、Y、Z向的差 异只是机床零点的差异, 这些差异与机床精度无 关。

机外排屑装置中设 置(机外排屑有针 对铸铁的、针对铝 的、针对铸铁和铝
的)

4、系统功能优于其 它系统:刀具管理、 刀具寿命管理、主 轴检测 5、中空丝杠采用油 冷 6、高生产效率,指 各种辅助时间短

4、丝杠冷却:对马达与丝 杠之间的联轴座进行 冷却 5、主轴:主轴的间隙靠扭 力扳手控制扭矩来保 证机床精度,不允许客 户自行更换主轴。

根据全部性能的比较,同时了解生产厂家的技术实力、企业文化和售后服务,最终 确定生产厂家。

4.3刀具的选取n21‘川‘22¨23‘241。251
刀具技术特别是刀具材料的进步对高速切削加工的发展起了很大的作用。在高速 切削领域,当前主要使用金属陶瓷、陶瓷、涂层和超硬材料四类刀具,它们各有其特性 和应用范围并相互补充。其中涂层刀具发展最快而且在高速切削领域有巨大应用潜力, 目前在全部刀具中已占有50%以上的比重。

超硬材料刀具在高速切削领域独占优势,其实际应用与日俱增。在这类刀具中PCD (聚晶金刚石)刀具是高速切削铝合金和非金属材料的最佳选择,而金剐石涂层刀具则
不仅已经实用化且增长势头很猛:PCBN(青方氮化硼聚晶产品)刀具适于以更高速度切削 铸铁、淬硬钢等材料,CBN(5Z_方氮化硼)涂层刀具也有望在近期取得重大技术突破。 为了使高速切削刀具有足够的使用寿命和低的切削力,应根据不同的工件材料选择 最佳的刀具几何角度。与普通切削相比,高速切削刀具前角一般要小一些甚至是负前角,

后角要稍大一点,且常采用修圆或倒角刀尖来增大刀前角,以防止刀尖处的热磨损。由 于进行高速切削的旋转刀具要在很高的转速下工作,离心力问题非常突出,故要求其刀
体结构和刀片夹紧结构应十分可靠,同时需要在动平衡仪上经过严格的动平衡,最好能

塑圭壅鎏矍塞箜垫三三茎堑塞 进一步安装在机床上与主轴组件一起进行动平衡。 在普通转速下刀具与主轴间广泛采用的7:24锥联结,当高速旋转时,由于实心锥 柄不能像主轴孔那样受离心力作用发生“胀大”,两者之间出现间隙会导致刀具在锥孔 内摆动,从而引起刀具的轴向定位误差和破坏结构的动平衡。为了克服这种联结高速性 能差的缺点,相继开发出了一些适合高速切削的联结方式,如:HSK工具系统和Capto 工具系统。 下面详细介绍刀具、刀柄及切削用量的选取。

4.3.1刀具材料…。
要实现高速切削,刀具材料是关键。高速切削材料主要有硬质合金、涂层刀具、金 属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼和金剐石刀具。它们各有优点,适合不同的工件材料和不同 的切削速度范围。必须注意的是刀具材料和工件材料副之间有一个适配性问题,即一种 刀具材料与工件材料时性能良好,但加工另一种工件材料时却不理想,换句话说,不存 在一种万能刀具材料可适用于所有工件材料的高速加工。 高速切削刀具材料必须根据所加工的工件材料和加工性质来选择。~般而言,陶瓷 刀具、涂层刀具及CBN刀具适合于加工钢铁等黑色金属的高速加工;PCD刀具适合于 对铝、镁、铜等有色金属高速加工。表4.3中列出了上述刀具材料所适合加工的一些工 件材料。 表4.3 各种刀具所适合加工的工件材料 I徉 高硬 度 耐热 合金 钛合 金 镍基 高温 合金 良 优 优
不合适

\\

涂层硬质合金 陶瓷刀具
CBN PCD

腴\

铸铁

纯钢

高硅 铝合 A

FRP

复合 材料 一般
不合适

优 优 优
不合适


不合适

一般 优 优
不合适

优 优 良
不合适

优 一般 一般
不合适

一般
不合适

良 优

一般 优

一般 优

陶瓷刀具已应用于加工各种铸铁、钢件、热喷涂喷焊材料、镍基高温合金等。 金刚石刀具适合于加工非金属材料、有色金属及其合金。由于金刚石的热稳定性差, 切削温度达到800℃时,就会失去其硬度。因为金刚石和铁有很强的化学亲和力,在高 温下铁原子容易与碳原子相互作用使其转化为石墨结构,刀具极容易损坏,因此金刚石 刀具不适合于加工钢铁类材料,在切削有色金属时,PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的 几十甚至几百倍。 立方碳化硼刀具既能胜任淬硬钢、轴承钢、高速钢、冷硬铸铁的粗、精车,又能胜 任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的高速切削。CBN刀具是实现 以车代磨的最佳刀具之一。

4.3.2刀具

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以下介绍在加工中心上加工壳体常用刀具。 l、铣刀 在面铣时,由于铣刀和工件之间的关系,尺寸和位置是重要的因素。在选择刀具时, 工件的宽度决定铣刀的直径。对于加工小件而言,一般刀具直径比工件大30%是比较理 想的,但是机床功率和稳定性在许多情况下起决定作用。面铣常常需要几次走刀才能完 成。 在优化铣削效果时,铣刀的刀片是另一个重要因素。在任何一次铣削时如果同时参 加切削的刀片数多于一个是优点,但同时参加切削的刀片数太多就是缺点。在切削时每 一个切削刃不可能同时切削,所要求的功率和参加切削的切削刃多少有关。 就切屑形成过程,切削刃负载以及加工结果来说,铣刀相对于工件的位置起到了重 要作用。在面铣时,用一把比切削宽度大约大30%的铣刀并且将铣刀位置在接近于工件 的中心,那么切屑厚度变化不大。在切入切出的切屑厚度比在中心切削时的切削厚度稍 稍薄一些。 为了确保使用足够高的平均切屑厚度/每齿进给量,必须正确地确定适合于该工序的 铣刀刀齿数。铣刀的齿距是有效切削刃之间的距离。可根据这个值将铣刀分为3个类型 一密齿铣刀、疏齿铣刀、特密齿铣刀。 和铣削的切屑厚度有关的还有面铣刀的主偏角。主偏角是刀片主切削刃和工件表面 之间的夹角,主要有45度、90度角和圆形刀片。切削力的方向变化随着主偏角的不同 将发生很大的变化:主偏角为90度的铣刀主要产生径向力,作用在进给方向,这意味 着被加工表面将不承受过多的压力,对于铣削结构较弱的工件是比较可靠。 主偏角为45度的铣刀其径向切削力和轴向大致是相等的,所以产生的压力比较均 衡,对机床功率的要求也比较低,特别适合于铣削产生崩碎切屑的短屑材料工件。

圆形刀片的铣刀意味着主偏角从0度到90度连续变化,这主要取决于切削深度。
这种刀片切削刃强度非常高,由于沿长切削刃方向产生的切屑比较薄,所以适合大的进 给量。沿刀片径向切削力的方向在不断改变,而且在加工过程中所产生的压力将取决于 切削深度。现代刀片几何槽形的研制使圆形刀片具有平稳的切削效应、对机床功率需求 较低、稳定性好等优点。今天,它已不再是一种有效的粗铣刀,在面铣和立铣中都有广 泛的应用。 相对于工件的进给方向和铣刀的旋转方向有两种方式。第一种是顺铣,铣刀的旋转 方向和切削的进给方向是相同的,在开始切削时铣刀就咬住工件并切下最后的切屑。第 二种是逆铣,铣刀的旋转方向和切削的进给方向是相反的,铣刀在开始切削之前必须在 工件上滑移一段,以切削厚度为零开始,到切削结束时切削厚度达到最大。 在三面刃铣刀、某些立铣或面铣时,切削力有不同方向。面铣时,铣刀正好在工件 的外侧,切削力的方向更应特别注意。顺铣时,切削力将工件压向工作台,逆铣时切削 力使工件离开工作台。

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由于顺铣的切削效果最好,通常首选顺铣,只有当机床存在螺纹间隙问题或者有顺 铣解决不了的问题时,才考虑逆铣。 在理想状况下,铣刀直径应比工件宽度大,铣刀轴心线应该始终和工件中心线稍微 离开一些距离。当刀具正对切削中心放置时,极易产生毛刺。切削刃进入切削和退出切 削时径向切削力的方向将不断变化。机床主轴就可能振动并损坏,刀片可能碎裂而加工 表面将十分粗糙。铣刀稍微偏离中心,切削力方向将不再波动….铣刀将会获得一种预 载荷。我们可以把中心铣削比做在马路中心开车。 铣刀刀片每一次进入切削时,切削刃都要承受冲击载荷,载荷大小取决于切屑的横 截面、工件材料和切削类型。切入切出时,切削刃和工件之间是否能正确咬合是一个重 要方向。 在图4.1a中,铣刀轴心线完全位于工件宽度外侧而且在切入时的冲击力是由刀片最 外侧的刀尖承受的,这将意味着最初的冲击载荷由刀具最敏感的部位承受。铣刀最后也 是以刀尖离开工件,也就是说刀片从开始切削到离开,切削力一直作用在最外侧的刀尖 上,直到冲击力卸荷为止。图4.1b中,铣刀的中心线正好位于工件边缘线上,当切屑厚 度达到最大时刀片脱离切削,在切入切出时冲击载荷达到最大。图4.1c中铣刀轴心线位 于工件宽度之内,切入对的最初冲击载荷沿切削刃由距离最敏感刀尖较远的部位承受, 而且在退刀时刀片比较平稳的退出切削。

图4.1铣刀轴线与工件位置对冲击载荷的影响

对于每一个刀片来说,当要退出切削时切削刃离开工件的方式是重要的。接近退刀

时剩余的材料可能使刀片间隙多少有所减少。当切屑脱离工件时沿刀片前刀面将产生一
个瞬时拉伸力并且在工件上常常产生毛刺。这个拉伸力在危险情况下危及切屑刃安全。

当铣刀轴心线和工件边缘线重合或接近工件的边缘线时(图4.Ib),情况将很严重。
达到较好铣削的总结:

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①查机床的功率和刚度i以保证所需要的铣刀直径能够在机床上使用。 ②主轴上刀具的悬伸尽可能达到最短。
③采用适合于该工序的正确的铣刀齿距以确保在切削时没有太多的刀片同时和工 件啮合而引起振动,另一方面在铣削狭窄工件或铣削型腔时要确保有足够的刀片和 工件啮合。 ④确保采用每刀片的进给量以便在切屑足够厚时能获得正确的切削效果从而减小 刀具磨损。采用正前角槽形的可转位刀片,从而获得平稳的切削效果以及最低的功
率。

⑤选用适合于工件宽度的铣刀直径。 @选用正确的主偏角。 ⑦正确的放置铣刀。 ⑧仅仅在必要时使用切削液。 ⑨遵循刀具保养及维修的规则并且监控刀具磨损。 2、钻头 钻头是孔加工刀具中应用最广的刀具,尤其是钻削中30mm以下的孔时,钻头从结 构上分为整体式和可转位刀片钻头,由于汽车工业追求高的生产效率越来越多的台肩和 倒角复合钻的应用也越来越广泛。 许多工件上都需要钻削一个孔或数个孔,而且今天这些孔大多数都是在数控机床和 加工中心上加工。从原理上讲,有许多不同类型的孔,在这些孔之间最普遍的差异是配 合间隙。这些孑L包括螺纹孔、有极好配合要求的孔、管道孔以及为去除重量而加工出的 孔等。这些孔是通孔或者是盲孔,对切削刀具和方法有不同的要求。 在钻削过程中,为了以有效的方法达到满意的效果,需要考虑4个主要因素。

①直径和孔深的比值
②被加工孔需要的精度和表面粗糙度

③工件材料类型、质量和硬度
④机床,尤其是加工条件和主轴转速 这些因素将影响钻头类型的选择和应用。在所有的加工过程中,工件、机床和工艺 系统的稳定性是最重要的。在考虑什么类型的钻头适用于加工工序时,钻削工艺起着某 些制约作用。最小的可转位刀片直径为12.7毫米, 3、镗刀 镗刀按结构分为整体式、装夹式和可调式,可调式又分为微调式和差动式。在汽车 变速器壳体加工中常用的主要是单刃微调式镗刀和双刃粗镗刀。 粗镗刀利用轴向调节机构,使两刃高度完全一致,取得理想的平衡状态,防止振动。 进给螺丝是精镗头的命脉,在一些厂家采用配对生产法,将螺丝与螺母间的齿隙限制在 最小,获得最高的可靠性。在镗背面的孔时,往往需要将工件反装,或回转工作台,这

塑圭銮蕉墨壹焦塑壁三三堇婴壅 样不仅浪费时间,而且很难保证同轴度,在日本BIG公司生产的EWN精镗头只需将刀 片反装即可进行反镗加工,即保证精度有提高生产效率。对于有高精度要求的孔要求刀 杆有高的动平衡效果,在BIG公司生产的高速小孔精镗头移动平衡环,内藏的平衡块既 会移动,根据说明书中的相关数据,将平衡环转到相应的位置既可使镗头处于平衡状态。 4、攻丝 在加工中心上有两种攻螺纹方式:1)高精度自动倒转攻螺纹器,最高转速达 6000r/min。2)不需任何补偿作用的刚性攻。这两种攻螺纹的方式各有优劣,因此依照 加工要求而选择,在大量生产中,因追求高效率,自动倒转攻螺纹器将有利于生产,但 它机构复杂、附件繁多、维修不易、价格昂贵。目前,随着CNC 3hi中心使用数量的 增加,刚性攻丝将日渐普及。 使用刚性攻螺纹时,由于加工中心的数控系统控制轴向进给,故丝锥本身不需负担 控制任务,刚性攻螺纹时,丝锥的旋转速度与机械主轴轴向进给为100%同步,丝锥可 夹持在固定刀柄中,不需任何浮动功能。 攻丝所用刀柄一般为弹性夹紧式。 5、复合刀具 一为了保持高效率,我们必须使“在切削”时间最大化,使没有花在实际切削方式下 的相关时间最小化。在刀具方面,如何使在切削时间最短,那就是复合刀具,一把刀具

的工作过程为换刀一刀具或工作台的快速移动—切削速度移动—快速退回换刀点,如果
将两把刀具复合,则可节省一把刀具的换刀时间、快速移动时间和切削开始前3.5毫米 的安全距离。主要的复合刀具有钻孔倒角复合刀具、粗镗与倒角复合镗刀。但是刀具是 否复合必须经过计算或试验,以加工时间最短为标准。

4.3.3刀具夹紧方式
刀杆夹紧刀具的方式主要有侧固式、弹性夹紧式、液压夹紧式和热装式等。侧固式 难以保证刀具动平衡,在高速加工时不宜采用。热装式刀杆夹头的刀孔与刀柄为过盈配 合,须采用专用热膨胀装置装卸刀具。下表列出了弹性夹紧式、液压夹紧式和热装式刀 杆比较。 具体选择哪种刀柄,根据实际使用情况确定,见表4.4。 表4.4 弹簧夹头 径向 跳动 刚性 动平衡 操作 精度 成本 综合
≤O.01

三种刀杆夹紧结构比较 液压夹头
≈0.005

热装夹头
≈0.004

良好 良好 一般,与操作人 员有关 正常 适用高速加工低

中等 良 较好,精度一致性 好,但结构易损坏 较贵 精度较高时用

优秀 优秀 高

刀杆简单,初期投资热膨胀装
置费用较大 同心度、动平衡和使用简便型

塑兰壅鎏璺塞竺垫三三茎婴塞

4.3.4刀具动平衡

I. . . . . . . . . . . . . I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J. . . . . . . . . . . . .』 . . . . . . .一

速段

l最好,适用更高转速的高速切I

当主轴转速超过10000r/min,必须考虑刀具动平衡问题,过大的动不平衡引起刀具 轴线的偏摆将直接影响加工精度。虽然通常认为主轴在10000r/min开始使用平衡刀柄, 但是,还有一些因素决定是否需要平衡刀柄。例如:一把直径12.7毫米的端铣刀夹在 BT40的刀柄中,因为端铣刀自身不再产生不平衡的变化量,在12000 r/min时使用平衡

刀柄;而一把镗刀在BT50的刀柄中,在5000r/min时就需要动平衡。
总之,有3个选择标准:平衡与不平衡,平衡刀柄与随遇平衡刀柄,单面平衡与双 面平衡。对大多数情况,10000 r/min开始使用平衡刀柄,对于小的形状简单的刀具,如: 钻头和端铣刀,在15000 r/min是使用平衡刀柄。15000 r/min以上即使钻头和端铣刀产 生的小的不平衡力也会对)Jnq-产生消极的影响,此时需要使用随遇平衡刀柄。 在采购动平衡刀柄及刀具时一定要给定使用转速及平衡的公差等级。

4.3.5刀具安全性
高转速情况下会产生很大的离心力,造成2种危害,一是普通弹簧夹头夹紧力会 下降,二是大直径刀具可能会破坏,同时,飞溅的切屑和崩刃有很高的动能,很可能会 造成人身伤害。因此,工艺系统必须有高标准的防护措施。根据试验,不同直径的刀具 对应一个破坏转速,因此,在一定转速范围,使用刀具的最大直径受到安全性的限制。 如图4.2所示。

~\
~\

三 E

划 #
5 810 40 1 6 25 8。.1 00 152 2 32 1 60

3。5,bU.U^6加

刀具直径D/mm

图4.2高速旋转刀具安全操作标准(DI N 6589

1)

4.4切削用量选取‘圳‘蚓n61
制定切削用量,就是要在已经选择好刀具材料和几何角度的基础上,合理地确定切 削深度ap,进给量f和切削速度vc。 所谓合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能,在保i正)Jnq-质量的前提下,获

汽车变速器壳体自Dlq-艺研究

得高的生产率和低的加工成本的切削用量。 不同的加工性质,对切削加工的要求是不一样的。因此,在选择切削用量时,考虑 的侧重点也应有所区别。粗加工时,应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度, 故一般优先选择尽可能大的切削深度,其次选择较大的进给量f,最后根据刀具耐用度 要求,确定合适的切削速度。精加工时,首先应保证工件的加工精度和表面质量要求, 故一般选用较小的进给量f和切削深度,而尽可能选用较高的切削速度。 1、切削深度的选择 切削深度应根据工件的加工余量来确定。 粗加工时,除留下精加工余量外,一次走刀应尽可能切除全部余量。当加工余量过 大,工艺系统刚性较低,机床功率不足,刀具强度不够,或断续切削的冲击振动较大时, 可分多次走刀。 半精加工和精加工的加工余量一般较小,可一次切除。但有时为了保证工件的加工 精度和表面质量,也可采用二次走刀。 2、进给量的选择 切削深度选定以后,接着就应尽可能选用较大的进给量。粗加工时,由于作用在工

艺系统的切削力较大,进给量的选取受到下列因素IjttN,机床一刀具一工件系统的刚度,
机床进给机构的强度,机床有效功率与转矩,以及断续切削时刀片的强度。
半精加工和精加工时,最大迸给量主要受工件加工表面粗糙度的限制。 理论粗糙度=(P/S/R)+1000 f-一每转进给量 RI一刀尖半径 即理论粗糙度要求为1.6u,刀尖半径为0.4mm时,每转进给量为0.07mm/r。 3、切削速度的选择 在a廿和f选定以后,可在保证刀具合理耐用度的条件下,用计算的方法或查表法确 定切削速度。在具体确定切削速度值时,一般遵守以下原则: 1)、粗加工时,切削深度和进给量均较大,故选择较低的切削速度;精加工时,则 选择较高的切削速度。 2)、工件材料的加工性较差时,应选择低的切削速度。故加工灰铸铁的切削速度应 较加工中碳钢低,而ann-铝合金和铜合金的切削速度则较加工钢高得多。 3)、刀具材料的切削性能越好时,切削速度也可选得越高。因此,硬质合金刀具的 切削速度可选得比高速钢高好几倍,而涂层硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼刀具 的切削速度又可选得比硬质合金刀具高许多。 此外,在确定精加工、半精加工的切削速度时,应注意避开积屑瘤和磷刺产生的区 域;在易发生振动的情况下,切削速度应避开自激振动的临界速度;在加工带硬皮的铸 锻件时,加工大件、细长件和薄壁件时,以及断续切削时,应选用低的切削速度。如果

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出现振动,那么降低切削速度,选用刀尖半径小的刀片。在镗削中,高压内冷加工可能 会使镗杆挠曲,公差要求严格时,降低冷却压强。 切削参数的选择不仅直接影响被加工零件的质量而且还影响铣削加工的生产率和刀 具寿命。切削速度影响表面粗糙度,所以为了获得最好的表面质量,应当将切削速度限 制在推荐的范围内。 铣削的加工用量的确定主要考虑加工效率、2hi表面质量、刀具磨损以及加工成本。 不同刀具加工不同的工件材料时,加工用量会有很大差异,没有完整的2hi数据。通常, 随着切削速度的提高,加工效率提高,刀具磨损加剧,除较高的每齿进给量外,加工表 面粗糙度随切削速度的提高而降低。对于刀具寿命,每齿进给量和轴向切深均存在最佳 值,而且最佳值的范围相对较窄。高速铣削参数一般的选择原则是高的切削速度,中等 的每齿进给量£,较小的轴向切身ap,适当大的径向切深&。 切削参数的选择在各刀具制造商的样本中都有选择指南,在选择指南中规定了某一 刀具的切削速度、切削深度以及每齿进给量的范围。给定的切削用量受工件硬度、刀具 寿命_和加工成本制约,到底使用具体的切削参数才最适合,还需要在实际生产中摸索。 刀具的切削参数、耐用度以及硬度对工件的加工质量都有很大关系。刀具的切削参数选 低了,会降低生产效率,增加生产成本,甚至难以保证加工质量;相反,切削参数选高 了,会加速刀具磨损,不但降低加工质量,而且磨刀时间和刀具费用增加,同样也会影

响加工效率和生产成本,还会使切削力、切削温度提高,使加工震动加剧,加工条件恶
化等。因此,在机械加工过程中,必须合理地选择切削参数,以便于充分利用刀具的切 削性能和机床性能,在保证加工质量的前提下,获得尽可能高的生产率和低的生产成本, 提高切削加工的经济性。 以下介绍加工材料为ADCl2各种刀具的切削参数。加工铝合金时通常需要采用大 正前角和大后角,以减少积屑瘤、振动和冷焊现象的发生。T-MAX.AL铝合金面铣刀均 具有超大正前角。面铣刀采用方形刀片,方肩铣刀采用三角形刀片。所有刀片都经过精 磨。此类刀包括带修光刃的面铣刀刀片。铝材铣削的基本牌号是H10(刀具商规定的牌

号),金刚石刀尖的刀具牌号是CDl0(刀具商规定的牌号)。AL的槽形有利于在铝2hi中
提高表面质量并减少毛刺,锋利的切削刃产生极低的切削力,非常适合于强度低以及不 易夹紧的零件加工。 切削用量的试验是在按照上面介绍的机床、刀具选取完成后具体工件具体试验,切 削参数的结果与夹具的刚性有直接关系,该试验结果并不一定适用于其它产品,另外, 切削参数与刀具耐用度有直接关系,还需要综合考虑工艺成本。 同时,在工艺试制过程中,在保证不降低刀具切削寿命的前提下,对选定的切削参 数进行优化,表4.5中列出了常用刀具切削用量试验结果。加工工件材料为铝合金,牌 号ADCl2(日本牌号),加工中心为日本Mazak卧式加工中心,型号PFH500,主轴最高转

速15000转份,快速移动速度60米,分。

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表4.5 序 号
1 2 3 4 5 6

切削用量试验结果 刀具名 称 面铣刀 钻头 丝锥 精镗刀 粗镗刀 精镗刀 刀具 直径 切削 长度
mm 880 27.5 50 15 24 24


加工孔 数量 深度

切削 切削速 主轴转 速r/min
4000 8377 2000 2653 4000 5000

进给速度

进给速 度mm/r
O.8 O,19 1.25 O.15 O.15 0.05

rm
80 9.5

r衄
1.25

度Ⅱ炯in
1004 250 50 lOO 722 914

蛐n,mm
3200 1592 2500 385 600 250

M8
12

6 2 1 1

57.5 58

4.5高速切削冷却润滑技术
切削热是伴随金属切削过程中必然的一种物理现象,对工件质量、刀具寿命有不 可忽视的影响。低速切削时,机械磨损是刀具磨损的主要原因;而高速切削时,切削高 温诱导刀具的磨损,由机械磨损为主转化为扩散磨损、相变磨损和炭化磨损为主要磨损 形式,并引发刀其的粘接磨损。切削热还使刀具和工件热膨胀,加屠0后刀面磨损,引起

工件表面粗糙度上升,故超精加工工艺特别强调必须及时、有效地控制切削热在工件、
刀具内的传导。控制刀具、工件温升对数控加工有十分重要的意义。

要控制金属的切削热及刀具、工件的温升,必须综合考虑多方面因素,除了根据
金属材料的特性、机制技术指标,合理选择刀具、切削工艺参数以外,最直接的措施是 利用各种冷却介质,迅速带走刀具和工件上的切削热量、降低温度。 在金属切削加工技术诞生的那一天起,就有了干式切削和湿式切削的两种方法。 在低于180m/min的切削速度下,湿式切削方法能够获得理想的切削效果,已被广泛运 用。在切削过程中,切削液主要具有降温、润滑、排屑等三个作用。由于机床主轴高速 回转会在刀具周围产生离心高速、高压气流,依靠常规加大切削液流量、降低切削温升 的办法已达不到理想的效果。 现代干式切削技术,就是要研究、找到不使用(或少使用)切削液,起到上述三

个作用,改善切削条件、满足加工要求的办法。目前,国际上流行的不使用切削液的切
削方法主要有:完全不使用切削液的…全干式切削(高速干式切削法);用气体混合微 量润滑剂代替切削液的…半干式切削。 l、全午式切削法的特点 全干式切削法,也叫高速干式切削法。机床主轴高速回转(通常在

20000---60000r/min),使用高强度刀具,小切深、大走刀,进行超高速切削加工。切削
热90%以上被切削带走,通过切削工艺条件的改变来实现无切削液化加工,其效率高、



成本低,而机床、刀具投入的技术与成本很高。 2、半干式切削法的特点 半干式切削法是用气体加微量无害油剂代替切削液的降温、润滑、排屑的切削方式。 常见的有:MQL(微量润滑)切削、氮气流切削、超低温冷却切削和低温冷风切削。 1)、MQL切削 一种国外较为流行的半干式切削方法,在常温压缩空气中混入微量的无公害油雾代 替大量切削液,对切削点实施冷却、润滑和排屑。 2)、氮气流切削 用专用氮气发生装置把空气中的氧气、二氧化碳和水排出,提取氮气,并将这些高 温氮气喷入切削区,以缓解金属材料的氧化过程,并达到降低温升的目的。 3)超低温冷却切削



塑主壅垄墨显堡垫三三茎堡塞

在一定压力下,将-180。C的液氮或是.76℃的C02液体送入切削点,代替大量油剂
的切削方法。但该技术难度大、成本高。 4)低温冷风切削

将压缩空气的温度降低到一20℃---30。C,混入微量润滑剂,对切削点实施冷却、润
滑和排屑,这种方法与MQL切削不同之处是超低温风冷,使切削点低温化。 2、低温冷风切削法 1)、低温冷风对刀具寿命的影响 在切削过程中,刀尖切削点的温升对刀具寿命的影响很大,切削点低温化,不仅使工 件材料局部冷脆,有利于切屑的剪切断裂和降低切削负荷,同时也防止了刀具自身的扩 散磨损、相交磨损和粘接磨损,微量油雾润滑降低了刀具与工件、刀具与切屑间的摩擦 力,使刀具寿命得到延长。低温冷风切削法尤其适合钛、镁、铝、高硅铝合金、不锈钢 等难切削材料和薄壁材料的加工。 2)、低温冷风对加工质量的影响 在金属切削加工过程中,工件温度的高低对表面加工尺寸的稳定影响很大。实验证明, 低温冷风切削时,工件和刀具的温升低、变形小,刀具后端面切削阻力减小。而且,由 于切削点的温度相对平稳,加工表面残余应力小,工件表面质量容易保证。在成都宁江 机床厂最近进行的试验中,用金刚石刀具超精加工铝合金,使用低温冷风切削技术,工

件表面粗糙度高达Ra0.05u,而在相同条件下使用油剂车削,表面粗糙度为Ra0.15u,显 示出低温风冷切削技术的优越性能。

4.7本章小结
对汽车变速器壳体高速加工首先从机床、刀具、冷却等方面进行了系统研究,通过试

验制定了合理的汽车变速器壳体加工参数,介绍了刀具及加工中心机床选择方法。

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第五章成组夹具设计
5.1成组夹具设计方法[10J‘21。rmJ
131]‘321

壳体成组加工要根据分组结果及选定的机床型号进行成组夹具设计,成组夹具是 实现成组加工的有利保证,分组再合理,如果设计不出成组夹具或设计的成组夹具调整 不方便,成组加工也不能顺利实现。 机床夹具的首要任务是保证加工精度,特别是保证被加工工件的加工面与定位面以 及被加工表面相互之间的位置精度。使用夹具后,这种精度主要靠夹具和机床来保证, 不再依赖于工人的技术水平。其次是提高劳动生产率,降低成本,使用夹具后可减少划 线、找正等辅助时间,且易于实现多件、多工位加工。在现代机床夹具中,广泛采用气 动、液压等机动夹紧装置,可使辅助时间尽一步减少。 成组夹具是在成组技术原理指导下,为执行成组工艺而设计的夹具,与专用夹具 相比,成组夹具的设计不是针对某一零件的某一工序,而是针对一组零件的某个工序, 即成组夹具要适应零件组内所有零件的在某一工序的加工。 成组夹具在结构上由两大部分组成:基础部分和可调整部分。基础部分是成组夹具 的通用部分,在使用中固定不变,通常包括夹具体、夹紧传动装置和操作机构等。此部 分结构主要依据零件组内各零件的轮廓尺寸、夹紧方式及加工要求等因素确定。可调整 部分通常包括定位元件、夹紧元件和刀具引导元件等。更换工件品种时,只需对该部分 进行调整或更换元件,即可进行新的加工。 成组夹具的调整方式有四种:更换式、调节式、综合式和组成式。 成组夹具的设计方法与专用夹具大体相同,主要区别在于成组夹具的使用对象不是一个 零件而是一组零件。因此设计时需要对一组零件的图纸、工艺要求和加工条件进行全厦 分析,以确定最优的工件装夹方案和夹具调整形式。成组夹具的可调整部分是成组夹具 设计中的重点和难点。 工件在机床上加工时,首先要使工件在机床上或夹具中占有某一正确位置,这就是 定位,为了防止加工过程中切削力或其他外力破坏这一正确位置,还必须将工件夹牢压 紧,这就是夹紧,工件定位与夹紧的过程就称为工件安装。由于工件定位而产生的误差 称为定位误差,由于工件夹紧变形而产生的误差称为夹紧误差。定位误差和夹紧误差合 称为工件安装误差。 由于这21种零件全部为薄壁件,所以确定夹具方案的关键便是将夹紧变形控制在 最小。而夹紧变形的控制不能靠操作者来实现,过去壳体类零件在加工中靠小而可靠的 夹紧力来减少夹紧变形,这样难免会产生不良品。国内在引进产品技术的同时,不太注 重加工技术的引进,尤其是壳体类零件,生产批量不同、加工工艺不同、使用设备不同,

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那么所需要的夹紧定位点则不同,在引进的同时必须消化吸收,所以在此次工艺设计过 程中,按夹紧定位的实际需要,在毛坯中增加统一的定位及夹紧点。 定位点的选择原则不可能偏离六点定位的原则,但在选择的时候必须注意:1、确 定平面的3点必须形成稳定支撑,即三角形的重心靠近工件的中心2、限制防转自由度 的2点距离越远,定位越准确。 在夹具设计中推行一种“傻瓜”夹具的思维方式,在夹具中增加防错装置,不需操 作者思考太多,便可将工件正确地装夹在夹具上。 在夹具设计的同时,还要考虑夹具在机床上的定位与安装,夹具在机床上频繁更换 时要考虑其重复定位精度,下面以加工中心为例介绍夹具在工作台上安装定位的几种方 式,见图S.1。 l、以侧面定位板定位利用侧面定位板可直接计算出工件和夹具在工作台的位置, 并能保证与回转中心的相对位置。 2、以中心孔定位能保证与回转中心的精度,但还需要找正基准面。 3、以中央T型槽定位多用于立式加工中心,通常把标准定位块插入T型槽达到定 位的目的,但X向零点须重新找正。 4、以基准槽定位立式或卧式加工中心上均有这种定位方式,在工作台上除了有基 准槽外,还有供夹紧用的T型槽(有的是螺孔),通常是在基准槽中插入标准定位块或 止动块,作为工件或夹具的定位基准。采用高精度的止动件,可使定位精度保持性较高。 5、以基准销孔定位适合于频繁更换夹具的定位方式。卧式加工中心中也可采用, 但成本较高。

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目5

1夹具在机康上的就5i装

]侧Ⅲ是位2)十mn定位j)十女T§镕定&4)§¥#R位5)l¥日{li位

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5。2成组夹具设计 5.2.1平面加工夹具
在壳体类零件中,最关键的工序是第~道工序——平面加工。根据生产批量及零件
的结构及精度,有的零件平面单独加工,有的零件平面及孔在一道工序中加工。平面加

工质量的好坏,直接导致整个工艺的成败。面加工不良,主要是平面度不良,平面度超
差会在下道工序的加工中产生较大的夹紧变形,在夹紧状态,零件精度会在公差之内, 松开之后,夹紧变形恢复,此时零件精度就会发生变化,而且具有规律性。面加工不良 由夹具产生的原因主要有两个:l、定位选择不合理;2、夹紧点不合理。所以,壳体类 零件中,面加工的夹具设计成为重中之重。

在传统加工中,对于有铣削平面加工的工序,一般都增加几个辅助支撑,防止由于
切削力造成的工件变形影响加工精度,由于高速切削切削力减小,所以,一般不再需要 辅助支撑。 在面加工中,一定要考虑到加工工艺的灵活性,能采用车加工的就不要去铣削。 在定位、夹紧点的选择上注意以下几个问题: ①由3个支撑点形成一个支撑平面来支撑工件,这样可以避免由于毛坯工件的平面度 偏差而造成加工表面的平面度超差,并且支撑点与夹紧点应上下重合,避免形成弯 矩引起工件变形。由于夹紧引起的工件弹性变形,在松开夹紧后回弹。会造成平面度 超差,这是引起平面度超差的主要原因。

②支撑点和夹紧点最好是球面,保证各处是点接触,否则会因为毛坯平面的挠曲变形
造成夹紧变形。这个变形同样会造成平面度超差。 ⑧当工件的上表面无法夹紧时,可采用侧面夹紧,如果被夹紧的零件是盒形件,一定 在工件内增加塞块,用以避免夹紧变形。此种夹紧方式最好不要采用,或者采用其它 工艺方法加工平面,或者要求设计者在设计中增加夹紧点。

④由于高速切削加工切削力降低30%以上,减少加工变形,一般建议不必增加辅助支
撑便可保证加工精度。 ⑤2个限制转动自由度的定位点,距离尽可能远,如果毛坯有预注孔,用2个预注孔采 用弹性圆锥销定位是最简单的定位方案。(在实际生产中,由于压铸件的型芯易折断,

若采用预注孔定位,需要增加必要的补救措施,一旦型芯折断造成定位孔未铸出不影响
工件加工)。 成组夹具的设计,在考虑上述问题的同时,还需要考虑多神零件采用一套夹具加工, 而且品种更换时间要在短时间之内完成。所以夹具的设计必须考虑快换的问题。 分在第一组的后体共7种,由于这7种后体在日本属于不同的公司生产的,在引进

的同时完全按原来的定位点进行的测绘,又由于开发时间的先后顺序及后体长短不一, 造成7种后体7套铣面夹具。在这次设计过程中,统一了后体夹紧定位点的位置并依据
最长的后体设计夹具,这样一套夹具将7种后体铣面完成便有了可能。夹具总图见图5.2,

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该夹具是典型的六点定位原则的夹具,夹紧采用气动螺旋夹紧。该夹具定位采用点定位 形式,接触面近可能小,夹紧同样采用点接触,保证定位点与夹紧点在同一条线上,该 夹具铣面结果其平谣度在O.02以下,该精度无论从后续加工定位的角度还是从使用的角 度都能很好的满足要求。

5.2.2孑L加工夹具
在壳体类零件中,:/LN工主要有两种定位方式:1、用大面及预注孔定位2、用大 面及销孔加工。以离合器壳体加工为例,离合器壳体一般是某一机型变速器为匹配不同 的发动机而设计的,那么在这一机型变速器的离合器壳体与中心壳体连接面是相同的, 与发动机连接面是不同的。老的加工工艺一般用小面定位加工出大面销孑L,然后以大面 销孔定位加工小面销孔,再以小面销孔定位加工出大面销孔。无论那种工艺方案都不可 避免的制造较多的夹具,给现场管理和品种的调换都带来许多麻烦。通过对离合器壳体 的综合分析,找出一种通用的定位方式,争取以最少的夹具完成同一系列离合器的加工。 分在第二组的离合器壳体共8种,其中6种属于同一系列变速器,2种属于另~系 列变速器。所以夹具定位销的位置有2种,夹紧位置6种。由于此工序采用立式加工中 心加工,工作台面及行程足以装夹2套夹具,这样便可把2种系列的离合器壳体安排在 2种夹具上加工,降低了夹具设计难度。 夹具总图见图5.3,该夹具是典型的一面两销定位结构,定位销采用弹性圆锥销定

位,弹性圆锥销自成一体,通过调整弹性销的商低来适应壳体高度的差异,在弹性圆锥
销的锁紧机构中,采用一种新颖的薄片式夹紧机构来避免对螺纹的损害;夹紧机构采用

气动回转压板机构,该压板采用小锥度定位机构,便于更换及调整角度,通过更换压板
的长度及调整角度来适应不同壳体夹紧点的变化。这种夹具一套的价格约为5000元, 一付夹爪的价格为200元,随着品种的增多节约的夹具数量会更多,节省的夹具调整时

间及提高的生产效率不计算在内。

5.3夹具在机床上的安装与快换
在壳体类零件的试制阶段,既工艺验证阶段,一般会采用组合夹具进行首轮的工艺 方案验证,根据组合夹具的验证结果,确定最后的定位、夹紧方案。在夹具设计过程中 还应根据同一台机床使用几套夹具,设计出夹具快换方法。在卧式加工中心中,比较昂 贵的方法是一套夹具一个回转工作台,加工变更时工作台和夹具同时卸下来。另一种方 法是增加一个通用底板,用圆柱销定位,工序更换时,取下圆柱销及夹具,安装另~套

夹具及圆柱销,在机床中保留工件零点偏置参数,这样便省去了夹具找正的时间,降低 机床停机时间,提高机床利用率。
在夹具设计过程中也要应用成组技术,有利于夹具设计的标准化和通用化。 另外,在零件加工过程中,对于某一工序而言,是否使用夹具,使用什么类型的夹 具,以及使用什么档次的夹具,都要在夹具设计前必须加以认真的考虑。除了从保证加 工质量的角度考虑外,还应做经济性分析,以确保所设计的夹具在经济性上合理。

-So_

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5.4本章小结
成组夹具是实现成组加工的有利保证,成组夹具设计必须对全部零件的结构特点进 彳亍综合细致地分析,灵活运用六点定位原理,不要被传统的加工方法所局限。成组加工 带来的巨大经济效益在生产中开始显现,仅夹具一项,多品种的离合器壳体线由原来的 36套夹具降低到现在的6套,一套夹具按5000元计算,就可节约资金18万元,更换品 种的调整时间以加工中心为例从原来的2小时降低到10分钟,使得机床可动率由62% 提高到85%,由此带来的加工产量的提高,相应也减少设备总投资额,现场物流顺畅, 可以方便的实现看板管理。

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汽车变速器壳体加工工艺研究

第六章结论
变速箱是汽车中的关键部件,而汽车变速箱壳体的加工工艺直接影响产品的质量和 企业的经济效益,本文针对唐山爱信齿轮有限责任公司21种变速箱壳体零件工艺进行 了系统的研究,并在企业成功应用。本文主要完成的工作和创新如下: 1、对轻型汽车变速箱的21种壳体零件进行工艺分析,以质量、成本、生产率为综合

目标,制定了壳体优化工艺,为成组技术的实施奠定了基础。 2、进行了零件分类方法的研究,以顺序分枝法为基础开发了成组分类软件,对21种变
速箱零件进行了分组,并翻定了成组工艺。 3、对高速切削方法进行了系统研究,确定了机床选取、刀具选取、刀具夹紧方式的选 取、刀具动平衡、刀具安全性、切削用量的选取规则,实现了箱体加工的高速切削。本 文总结的原则和方法具有普遍指导意义。 4、分析了成组夹具设计特点,设计了离合器壳体加工成组夹具。夹具数量的减少给现 场物流管理带来极大的方便,同时,由于品种更换时不再调整夹具,节省了机床调 整时间、检测时间,大大提高了机床可动率,生产成本明显降低。 本文研究已在生产中应用,取得了显著效果,验证了研究的正确住。

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1989年

14、陶乾,《金属切削原理》,中国工业出版社,1965年 15、山特维克有限公司,《高效金属切削》,1997年 16、山特维克有限公司,《旋转刀具》,2003年 17、杨叔子,《机械加工工艺师手册》,机械工业出版社, 2000年

18、北京弗戈咨询有限汽车媒体事业部。《汽车制造业》,2003年第三期

19、北京弗戈咨询有限汽车媒体事业部,《现代制造工程》,2002年第九期 20、成大先;《机械设计手册》,化学工业出版社,
2001年 1996年 2l、杨黎明,《机床夹具设计手册》,国防工业出版社,

22、三菱综合材料株式会社,《硬质合金切削工具》,2001.2002年 23、大昭和精机株式会社,《cK模块式镗刀系列》
24、大昭和精机株式会社,《高精度刀具系统》 25、欧士机(上海)精密工具有限公司,(OSG综合工具》,2003年 26、许祥泰刘艳芳,《数控加工编程实用技术》,机械工业出版社, 2003年

27、丁晓东,《工艺过程中工艺方案的经济评价法》,机械制造,2001年6月,56。57

28、杜志俊,《离心力对车削加工误差影响的数学分析》,机械制造,2002年1月,41 29、李佳特,《高精高速加工对CNC要求》,机械与金属,2002年9月,28。3l 30、邱茂银杨永金,《成组技术的应用》,机械工人,2003年第5期,15—16 3l、罗红玉凌为民,《组合式夹具应用》,机械工人,2002年第5期,26
32、李冬梅《减速箱快速装夹钻孔夹具》,

机械工人,2003年第7期,53.54
机械制造,2003年/11,

33、周太平万建新,《保证数控加工精度的几点编程经验》,
43.44

汽车变速器壳体加工工艺研究

34、陈炳森吴军一,《高速切削技术现状与展望》,机械工人,2003年第9期,19.2l 35、罗振璧于学军,《探索企业的制造战略和优先技术》,机械制造,2001年8月,37.39 36、罗振璧,《快速可重组制造系统:新一代制造技术》,机械制造,2001年5月,30.33 37、钱国强,《高速攻螺纹》,枫械工人,2003年第9期.394D 38、陈循介,《加工中心的技术发展趋势》,机械制造,2001年8月,50.53 39、倪志荣,《机械加工应该重视定位基准的选择》,机械工人,2003年第9期,48.49 40、英格索尔生产系统有限责任公司,《大批量生产中的柔性…寻求平衡》,机械工人, 2003年第7期,26.31
41、Koren Y,Heisel U,Jovine F,et a1.Reconfigurable Manufacturing Systerm.Annals ofthe

CIRP,1999,49(2):l一14
42、Lynn H.Je岳J.NC

Progamming

for

High

Speed

Machining.t996(11).

http://www.mmsonline.tom 43、Dan

Marinac.Tool

Path

Strategies

for

Higll

Speed

Machining.2000f2)

http://www.mmsonline.com

汽车变速器壳体加工工艺研究

发表论文及参加科研情况
1、《数控车床编程简介》发表于《汽车齿轮》1997年第二期 2、《箱体类零件轴承孔直线度控制方法探讨》发表于《汽车齿轮》2002年第二期 3、《离合器壳体销孔加工》发表于《唐山市2001年优秀论文集》

汽车变速器壳体加工工艺研究

致谢。

首先,感谢天津大学、河北理工学院给了我这次求学的机会,感谢唐 山齿轮厂及唐山爱信齿轮有限责任公司对我多年的培养,感谢浙江中马机 械有限公司使我实现了成组加工的梦想,感谢我的王风岐导师、王海涛导 师在论文撰写过程中的大力指导,感谢我的师兄魏栋梁、王增在刀具方面

给予我的巨大帮助,感谢培养了我务实工作作风的l马宗仓巨任,感谢我在
车间实习时的孙连存师傅、刘谢群师傅,同时感谢我的家人对我的支持, 最后,感谢所有关心我的老师、朋友和亲人。

汽车变速器壳体加工工艺研究
作者: 学位授予单位: 李立平 天津大学

参考文献(43条) 1.王信义 机械制造工艺学 1990 2.N P 里波曼 工艺设计—如何确保操作可靠 1991 3.米曾榜 小孔加工 1988 4.胡永生 机械制造工艺原理 1992 5.支军 快换成组夹具的应用[期刊论文]-机械制造 2001(6) 6.丁晓东 工艺过程中工艺方案的经济评价法[期刊论文]-机械制造 2001(6) 7.储雪林 技术管理概论 1997 8.门田安弘.王瑞珠 新丰田生产方式 2001 9.张曙 先进制造技术 1995(05) 10.小栗富士.雄小栗达男 机械设计禁异手册 11.顾崇衔 机械制造工艺学 1987 12.周泽华.于启勋 金属切削原理 1993 13.艾兴 切削用量简明手册 1989 14.陶乾 金属切削原理 1965 15.山特维克有限公司 高效金属切削 1997 16.山特维克有限公司 旋转刀具 2003 17.杨叔子 机械加工工艺师手册 2000 18.北京弗戈咨询有限汽车媒体事业部 汽车制造业 2003 19.姚福生.王仁康 先进制造技术与现代制造工程--关于先进制造技术的再思考[期刊论文]-现代制造工程 2001(9) 20.成大先.王德夫.姜勇 机械设计手册 2001 21.杨黎明 机床夹具设计手册 1996 22.三菱综合材料株式会社 硬质合金切削工具 2002 23.大昭和精机株式会社 CK模块式镗刀系列 24.大昭和精机株式会社 高精度刀具系统 25.欧士机(上海)精密工具有限公司 OSG综合工具 2003 26.许祥泰.刘艳芳 数控加工编程实用技术 2003 27.丁晓东 工艺过程中工艺方案的经济评价法[期刊论文]-机械制造 2001(6) 28.杜志俊 离心办对车削加工误差影响的数学分析[期刊论文]-机械制造 2002(1) 29.李佳特 高精高速加工对CNC要求 2002 30.邱茂银.杨永金 成组技术的应用[期刊论文]-机械工人(冷加工) 2003(5) 31.罗红玉.凌为民 组合式夹具应用 2002(05) 32.李冬梅 减速箱快速装夹钻孔夹具 2003(07) 33.周太平.万建新 保证数控加工精度的几点编程经验[期刊论文]-机械制造 2003(11) 34.陈炳森.吴军一 高速切削技术现状与展望[期刊论文]-机械工人(冷加工) 2003(9)

35.罗振璧.于学军 探索企业的制造战略和优先技术 2001 36.罗振璧 快速可重组制造系统:新一代制造技术 2001 37.钱国强 高速攻螺纹[期刊论文]-机械工人(冷加工) 2003(9) 38.陈循介 加工中心的技术发展趋势 2001 39.倪志荣 机械加工应该重视定位基准的选择[期刊论文]-机械工人(冷加工) 2003(9) 40.英格索尔生产系统有限责任公司 大批量生产中的柔性—寻求平衡 2003(07) 41.Koren Y.Heisel U.Jovine F Reconfigurable Manufacturing System 1999(02) 42.Lynn H Jeff J NC Programming for High Speed Machining 1996 43.Dan Marinac Tool Path Strategies for High Speed Machining 2000

相似文献(10条) 1.期刊论文 王艳.乔吉超.WANG Yan.QIAO Jichao 典型钛合金壳体零件加工工艺 -制造技术与机床2007(7)
随着钛合金的广泛应用,由于其材料强度高,化学活性大,弹性模量较低等原因,其材料的难加工性越来越引起机械加工领域的关注.结合钛合金零件加 工领域的技术资料和经验对典型钛合金壳体零件使用加工中心加工的工艺进行了理论探讨,重点介绍了钛合金壳体零件加工中铣削、钻孔、镗孔、攻丝等 工艺,在实际运用中可以为钛合金零件加工领域的一线人员提供一定帮助.

2.期刊论文 唐娟.Tang Juan 铝合金薄壁壳体零件的数控加工 -机械制造2008,46(10)
分析了某型雷达铝合金薄壁壳体的技术要求和结构工艺性,制定了合适的数控加工工艺.重点解决了薄壁肋板难加工的工艺问题和工件反面粗加工时 定位不稳的问题,避免了因工艺缺陷和肋板变形引起的加工失效.此外,根据优化的加工工艺选用MasterCAM软件进行了自动编程,实现了该零件的高精度加 工.

3.会议论文 贺凯旗 泵类壳体零件的精加工 1997 4.期刊论文 尤伟诚 拖拉机变速器壳体零件的工艺分析 -机电信息2010(18)
轮式拖拉机变速箱壳体零件是壳体零件中较有代表性的一类,现以常州东风集团公司的DF300、DF350变速器为例,详细介绍了壳体的加工工艺,重点针 对企业的具体情况,因地制宜,合理制定壳体零件的加工工艺,以使业内人士在设计工艺和选择装备时有所借鉴.

5.期刊论文 熊美.刘岩 壳体零件的数控编程基本实现过程 -CAD/CAM与制造业信息化2004(12)
一、引言 数控编程技术包含了数控加工与编程、金属加工工艺、CAD/CAM软件操作等多方面知识与经验,其关键内容是数控加工走刀中的刀位点(简称CL点)的确定.

6.期刊论文 柳映莉.陈杰.胡晓峰 铝合金2A12-T4壳体零件补焊工艺 -热加工工艺2009,38(11)
用氩弧焊方法,在预热的情况下,对壁厚为4~20 mm的2A12-T4铝合金壳体零件进行焊补.结果表明,焊前预热,并采用与母材同牌号材料进行焊接,可有 效减少其焊接裂纹,并在实际生产应用中取得明显成效.

7.学位论文 嵇宁 壳体零件型腔加工的自动编程系统设计 2007
针对企业数控机床部分编程和操作人员CAD/CAM软件不熟悉和加工工艺知识不丰富,编制数控加工程序比较困难的状况,论文以壳体零件的型腔加工 为对象,研究了准自动编程问题。根据壳体型腔加工的特点,分析了其在数控加工中的编程问题,提出了解决问题的方法1.确定了加工工艺的基本参数 ,立铣刀直径、行距、层降,以及刀具转速和进给量。给出了参数选择的依据,自动选择工艺参数的方法,及选择工艺参数自动编程系统的流程框图。 2.分析了用Mastercam自动编程软件生成型腔加工的刀具运动轨迹,以及挖槽参数的选择,加工图形的生成,给出了参数化生成的图形导入 Mastercam的方法。 3.论述了Mastercam的后置处理功能,分析了不同数控系统的指令区别,对后置处理过的程序进行修改,给出了自动编程系统修改加工程序的框图 。 4.通过壳体零件的加工,验证了运用自动编程系统提高编程效率,使参数合理化的可能性。 论文的研究结果,为提高壳体型腔的数控加工编程效率,提供了设计壳体零件的型腔加工自动编程系统的可行性分析,为对CAD/CAM软件不熟悉和加 工工艺知识不丰富的人能够顺利的编制数控加工程序做了一些有意义的研究工作。

8.期刊论文 聂小武.鲁世强.王克鲁.李鑫.董显娟.NIE Xiao-wu.LU Shi-qiang.WANG Ke-lu.LI Xin.DONG Xianjuan 壳体零件缩孔缺陷的解决 -热加工工艺2006,35(5)
分析了壳体零件缩孔缺陷的形成原因及铸造工艺方案,通过采用人为制造热节来补缩铸件热节的浇注系统设计思路,有效地解决了缩孔缺陷.

9.期刊论文 田福祥.王名涌 壳体零件压铸模设计及其工艺改进 -热加工工艺2004(3)
在压铸模设计中,推出机构的设计对压铸件质量起着重要的作用,不合理的设计会引起铸件变形,使零件的废品率上升.对于薄壁类压铸件,推出机构的 设计尤其困难.图1所示的薄壁壳体零件,采用图2所示模具的顶板推出机构,保证了零件的质量;同时,对模具型腔材料的热处理工艺进行了改进,大大地提 高了模具的使用寿命.

10.期刊论文 商玉林.贺辛亥 壳体零件成形工艺分析及模具设计 -模具制造2003(1)
分析了以钛合金为材料的异型盒形件的冷加工工艺性特点,对壳体零件进行了展开计算及冷冲压加工工艺性分析,并对其模具结构进行介绍.

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