汽车变速箱上盖的加工工艺及工装设计
学 院：继续教育学院
专 业：机械设计制造与自动化
学 号：[1**********]5
学 生 姓 名： 李想
指 导 教 师： 罗玉福
2012 年 09 月
毕业设计（论文）答辩成绩评定
机械设计制造及其自动化 专业毕业设计（论文）第 答
辩委员会于 年 月 日审定了 班级 李想 学生
的毕业设计（论文）。
设计（论文）题目： 汽车变速箱上盖的加工工艺及工装设计
设计（论文）说明书共 28 页，设计图纸 2.5 张。
毕业设计（论文）答辩委员会意见：
成 绩：
机自 专业毕业设计（论文）答辩委员会
主任委员 （签字）
摘 要
汽车变速箱上盖是汽车变速箱的重要组成部分。它与变速箱箱体装配，为变速箱内部的齿轮、轴等工作元件提供一个稳定安全的工作环境，防止内部零件在暴露环境下工作。上盖上还设计了检查窗，是为了便于观查内部元件的工作情况。
本设计说明书是在毕业设计过程中撰写完成的，是对变速箱上盖加工工艺、
工装设计的说明、分析和论证。主要内容有：上盖的工艺规程制定、典型加工工序分析、专用夹具设计。变速箱上盖是典型的铸造箱盖类零件。结构上的特点就是扁平，长度宽度尺寸大，高度方向尺寸不大。考虑到上盖零件的毛坯选择铸造加工而成，在构型方面基本符合毛坯铸造方法的要求。非加工的成形面都采用了利于脱模的倒圆角设计。为了能在不拆卸上盖全体的条件下观察与检修内部元件的运作和故障情况，在零件设计时考虑到了在上盖的顶部设计一个检查口，为一凸台结构。与箱体装配的接合面尺寸很大，当用螺栓和定位销将其与变速箱主体结合的时候，大的接合面能保证接合的密封性。夹具主要起保证加工质量，提高劳动生产效率；降低生产成本；扩大机床的工艺范围；减轻劳动强度等功用。
通过这些我对变速箱上盖零件制造过程有一个总体的，全貌的了解与把握，
能够掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的基本知识，能选择加工方法与机床，夹具及加工参数，具备制定工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量的基础，初步具备分析解决工艺问题的能力。
关键词：工艺；工装；夹具
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目 录
摘 要 .................................................. 错误！未定义书签。
引 言 ................................................................... 1
第1章 机械加工工艺规程的制定 ............................................ 2 1.1零件的工艺性分析................................................... 2
1.1.1零件的功用 .................................................. 2
1.1.2零件的结构特点与工艺性 ...................................... 2
1.1.3主要加工表面及其技术要求 .................................... 2 1.2
1.3确定生产类型 ...................................................... 3 零件毛坯选择....................................................... 3
1.3.1零件毛坯材料选择 ............................................ 3
1.3.2变速箱上盖的毛坯 ............................................ 4
1.3.3毛坯的制造方式 .............................................. 4 1.4零件加工工艺规程的制定............................................. 5
1.4.1选择加工方法和加工方案 ...................................... 5
1.4.2定位基准的选择 .............................................. 5
1.4.3热处理及检验的选择与安排 .................................... 6
1.4.4拟定工艺路线 ................................................ 6
1.4.5选择各工序加工机床设备及工艺装备 ............................ 9
1.4.6确定各工序的工序尺寸、表面粗糙度及检验方法 ................. 10
1.4.7确定典型工序的切削用量及工序基本工时定额 ................... 12
1.4.8工艺过程的技术经济性分析 ................................... 16
第2章 夹具设计 ......................................................... 17 2.1钻床夹具的设计.................................................... 17
2.1.1钻床夹具的定位方案设计 ..................................... 17
2.1.2钻床夹具的定位误差分析 ..................................... 18
2.1.3钻削力与夹紧力的计算 ....................................... 19
2.1.4夹具的夹紧装置与机构设计 ................................... 23
2.1.5钻床夹具的动力装置设计 ..................................... 25
第3章 结 论 ............................................................ 26
参 考 文 献 ............................................................. 27
致 谢 ................................................................ 28
沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）
引 言
制造业是国家发展与社会进步的基础，而汽车制造将是未来面对普通消费者的主要的机械制造产品，而随着国家的发展人民生活水平的提高，人们对汽车的需求和要求必定变的更多，所以我们有必要对汽车及汽车零件的设计与加工投入更多的精力。了解机械中零件的加工工艺特点及工艺工装设计是非常必要的。
通过对汽车变速箱上盖工艺工装设计可以对大学里所学习的《机械制造工艺学》，《机床夹具设计》，《互换性与技术测量》等许多课程进行复习与提高，并掌握综合应用专业知识的能力。在此设计中，我将绘制一张变速箱上盖零件图；编写上盖加工的工艺规程；设计一套专用夹具以及绘制夹具图，夹具夹具体零件图。通过这些对汽车变速器制造活动有一个总体的，全貌的了解与把握，能够掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的基本知识，能选择加工方法与机床，夹具及加工参数，具备制定工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量的基础，初步具备分析解决现场工艺问题的能力，了解当今先进制造技术和先进制造模式的发展状况。并为将来毕业后的工作打下良好的基础。
为了更好的进行此次毕业设计我在图书馆借阅了许多资料，其中对设计帮助比较大的有侯家驹编的《汽车制造工艺学》，张耀宸编的《机械加工工艺设计实用手册》，杨黎明主编的《机床夹具设计手册》，现代机械制造工艺装备标准应用手册编委会编的《现代机械制造工艺装备标准应用手册》等许多图书。
由于本人水平有限，经验不足，设计中必定有许多错误的地方，还请各位老师批评，指正。
1
第1 章 机械加工工艺规程的制定
1.1 零件的工艺性分析
1.1.1零件的功用
此次设计的课题是关于汽车变速箱上盖的工艺工装设计。变速箱的上盖是汽车变速箱的重要组成部分。汽车变速箱内有很多的精密的齿轮，轴等零件，结构体系也较为复杂。为了保证内部的全部零件不再暴露的环境下工作，防止灰尘油污以及其他一些物质进入到箱体内部腐蚀零件，为箱体做一个上盖是很必需的。
1.1.2零件的结构特点与工艺性
变速箱上盖是典型的铸造箱盖类零件。结构上的特点就是扁平，长度宽度尺寸大，高度方向尺寸不大。考虑到上盖零件的毛坯选择铸造加工而成，在构型方面基本符合毛坯铸造方法的要求。非加工的成形面都采用了利于脱模的倒圆角设计。为了能在不拆卸上盖全体的条件下观察与检修内部元件的运作和故障情况，在零件设计时考虑到了在上盖的顶部设计一个检查口，为一凸台结构。与箱体装配的接合面尺寸很大，当用螺栓和定位销将其与变速箱主体结合的时候，大的接合面能保证接合的密封性。但是考虑到加工的质量和经济性，零件设计中简化了加工平面。在能保证接合的要求的前提下，加工表面的粗糙度等精度要求尽量降低。并且还在接合面上设计了装配定位孔和工艺定位孔，保证了装配的精度。
1.1.3主要加工表面及其技术要求
变速箱上盖的加工内容主要是关于平面和孔的加工。
平面的加工主要包括：
1、 底部大接合面的加工，技术要求：表面粗糙度Ra6.3μm 。
2、 凸台小平面的加工，技术要求：表面粗糙度Ra6.3μm ，至大接合面距
0. 2离要求90+mm -0. 2
3、 上盖内侧两端面的加工, 技术要求：表面粗糙度Ra12.5μm ，两端面之
0. 2间距离要求90+mm 。 -0. 2
4、 孔的加工包括：
1、 大接合面上14个直径11mm 的通孔加工，没有特别的技术要求。
2
2、 2个直径13mm 的装配定位孔的加工，技术要求：表面粗糙度Ra1.6μm ，
0. 03直径精度要求φ13+mm -0. 03
3、 2个直径11mm 的工艺定位孔的加工，技术要求：表面粗糙度Ra1.6μm ，
+0. 027直径精度要求φ110mm
4、 内壁顶部的4个φ9.6mm 的深孔加工，技术要求：表面粗糙度Ra6.3μ
m ，相对D 基准位置度要求φ0.2mm ，孔最深处至大接合面距离要求
0. 278+m -0. 2
5、 顶平面的4个M10螺纹孔的加工，技术要求：相对于D 基准位置度要
求φ0.4mm ，深18mm 。
6、 凸台上M16螺纹孔的加工，技术要求：表面粗糙度Ra6.3μm ，相对于
D 基准位置度要求0.4mm ，通孔。
7、 上盖上M14螺纹斜孔的加工，技术要求：孔中心轴线与Z 轴角度45度，
0. 150. 2高度方向尺寸要求55+mm, 深度尺寸要求26+mm 。 -0. 15-0. 2
8、 上盖两端4个直径16mm 的深孔钻扩加工，技术要求：表面粗糙度Ra6.3
0. 050. 077μm ，钻孔φ16+mm, 外扩孔要求φ20+mm, 孔中心线间距30.1mm ，，-0. 05-0. 050
0. 1高度方向距大接合面距离37+mm. 其中一端两个深孔的加工提出更高-0. 1
的形位要求：直线度0.03mm, 相对D 基准位置度φ0.2mm ，相对E 基准位置度0.3mm 。（参见变速箱上盖零件图）。
+0. 29、 上盖内壁阶梯孔的加工， 技术要求：孔直径为φ8.50mm, φ9mm, φ
12mm ，深139mm, 形位要求有2个，相对C 基准的位置度要求φ0.3mm, 相对F 基准的垂直度要求0.06mm.
1.2 确定生产类型
因变速箱上盖的生产产量很大，采用专用设备和专用工艺装备，广泛采用高效的专用机床等，且大多数设备经常重复进行某个工序的加工。根据变速箱上盖的这些生产特点，确定生产类型为大量生产。
1.3 零件毛坯选择
1.3.1零件毛坯材料选择
3
考虑到变速箱上盖的生产类型是大批量生产，结构形状较为复杂，制造精度不高，几何尺寸也比较大，以及考虑到生产经济性。所以其毛坯的材料选用容易成型，吸震性好，加工工艺性好和成本低的灰口铸铁，HT20-40. 其性能HB170-241 σδ20[3]。
1.3.2变速箱上盖的毛坯
毛坯图是毛坯制造和编制零件加工工艺的重要零件。制定工艺过程时，需要分析毛坯图，主要是分析粗加工的定位基准，其次分析铸件毛坯的分型面，浇口，冒口的位置，拔模斜度，圆角半径的大小。
铸件毛坯如图1-1所示：
（a ） (b)
(c)
图 1-1铸件毛胚图
1.3.3毛坯的制造方式
毛坯制造方法的选择时应考虑下列因素，生产类型；工件结构和尺寸；工件的机械加工性能要求；工件的工艺性能要求。
分析此减速器箱体，毛坯采用砂型浇注成型，在砂型中保温20-30min ，直到冷却消除铸件的应力，最终进行喷漆处理。分型面选用在轴承孔的轴向垂直
4
面，取外面一侧为上盖，便于浇注，排气和出砂[3]。
1.4 零件加工工艺规程的制定
1.4.1选择加工方法和加工方案
上盖零件各个加工表面的加工方法和加工方案具体如下： 1、 底部大接合面：粗铣—精铣； 2、 凸台小平面：粗铣—精铣； 3、 内侧两端面：粗铣—半精铣；
4、 大接合面上14个φ11mm 的通孔：钻孔； 5、 2个φ13mm 的装配定位孔的：钻孔--铰孔； 6、 2个φ11mm 的工艺定位孔：钻孔--铰孔； 7、 内壁顶部的4个φ9.6mm 的深孔：钻孔—粗铰； 8、 顶平面的4个M10螺纹孔：钻螺纹预孔—攻丝； 9、 凸台上M16螺纹孔：钻螺纹预孔—攻丝； 10、 上盖上M14螺纹斜孔：钻螺纹预孔—攻丝； 11、 上盖两端4个φ16mm 的深孔：钻孔—扩孔； 12、 上盖内壁阶梯孔：钻孔—扩孔； 1.4.2定位基准的选择
由于各加工阶段的加工性质不同，所以对定位基准的要求也有所不同。粗加工阶段的主要任务是切除大部分余量，切削力大，对定位基准的要求主要是稳定可靠。定位基准表面应该足够大，并便于施加较大的夹紧力而不致引起工件变形。精加工阶段的主要任务是保证精度问题。此时大部分余量都已经被切除，工件的刚度有所下降，而加工精度要求更高，因此要在选择定位基准是要保证因定位而引起的误差很小。
由于工序性质不同，定位基准也不同。如在第一道工序中只能用毛坯表面来定位，这是粗基准。在以后各工序的加工中，可以采用已经切削加工的表面作为定位基准，这就是精基准。
根据以上关于定位基准选择的概述，具体到变速箱上盖的工艺加工过程，定位基准的选择大致如下：开始，先是凸台小平面和上盖底部大接合面两个加
5
工表面互为基准进行粗精铣加工。先是以大接合面为粗基准加工小平面，然后在以加工过的小平面为基准加工大接合面；在工序钻、扩、铰接合面上一系列孔以及螺纹预孔的工序当中，考虑到工件加紧的稳定可靠，以及考虑到与设计基准的重合，宜选择大接合面为精基准加工；在铣削内壁两端面的工序时，考虑铣削的力度加大，为保证加紧稳定可靠，依然宜选大接合面为精基准加工；在内壁顶部钻、铰4个φ9.6mm 深孔工序中，考虑到保证工件在加工中不变形，宜选小平面为定位基准；在钻、扩内壁阶梯孔、两端φ16mm 深孔，以及攻丝螺纹预孔的工序中，考虑到加工方便、加紧可靠、且与设计基准重合等因素，还是选择大接合面为定位基准。 1.4.3热处理及检验的选择与安排
在本次设计中，因为设计相关的零件材料为铸件，在其装配工作时承受的作用力很小，且没有较高要求的接合或者配合工作面，所以不需要安排调质，正火、退火等等的热处理工序。但需要安排一个清理砂冒口，喷砂的工序。
至于检验工序，考虑到零件本身的加工精度不是很高，且加工过程中变形破坏的可能性不大，所以不需要特别安排中间检验的工序。每道工序结束后，正常用游标卡尺、极限量规等检验。在最后的工序里，再按图样要求做全面检查即可。
1.4.4拟定工艺路线
拟订工艺路线是制订工艺规程的关键。工艺路线不仅影响加工质量和效率，而且影响工人劳动强度，设备投资，车间面积，生产成本等，必须进行多种方案的分析比较。加工方法的选择首先要保证加工质量；其次还要考虑生产率和经济性。
机加工工序安排应满足先基准后其他；先主后次，先粗后精，先面后孔等原则。
1、工艺路线表
表1-1的第一套工艺方案是根据机加工序安排的原则，参考类似零件的加工工艺编排的。
表1-2第二套工艺方案是参考汽变速箱加工的现场工艺编排的。
6
表 1-1 第一套工艺路线方案
7
表1-2 第二套工艺路线方案
2、两套工艺路线方案比较
第一套方案，虽然也能达到加工要求，但是工序明显不如第二套工序集中。钻铰上盖表面的一系列孔可以集中到一个工序中完成，减少装夹的次数，提高效率。钻螺纹预孔完全可以像第二套方案中集中到一个工序中完成。在第八个工序中，方案一安排了一次中间检查，其实也是没有必要的。因为总体上前面
8
这些加工工序精度要求都不是很高的，而且每道工序完成后都有专用的量具检验。增加一道工序不妥。还有就是第二套方案中将钻扩阶梯孔的工序安排在钻扩两端φ16mm 深孔之后，因为阶梯孔很深，且与φ16mm 的深孔相贯穿，当加工完φ16mm 孔时，在阶梯孔钻铰的时候自然就没有那么多的钻铰深度了，难度降低，更易保证精度。
第二套方案联结紧凑，适当选用一些专用工装、设备，效率和加工精度都更加有保障。对于大批量生产是比较合理的方安，加工中辅助时间少，可以高质、高效达到各工序所需达到的要求。所以选用第二套工艺方案。 1.4.5选择各工序加工机床设备及工艺装备
各个工序加工机床设备及工艺装备的选用情况具体如下：
1、 粗精铣凸台小平面：立式铣床X53, 专用夹具，立铣刀，游标卡尺。 2、 粗精铣上盖底部大接合面：卧式（万能）铣床X62W, 专用夹具，端铣刀，
游标卡尺。
3、 钻铰14个φ11mm 孔：立式钻床Z550, 专用夹具，专用复合钻铰刀具，
游标卡尺。
0. 03
4、 钻、铰装配定位孔2-φ13+：立式钻床Z550，专用夹具，专用钻铰-0. 03
复合刀具，专用塞规。
+0. 0275、 钻、铰工艺定位孔2-φ110：立式钻床Z550，专用夹具，专用钻铰
复合刀具，专用塞规。
6、 铣内侧两端面：卧式（万能）铣床X62W ，专用夹具，端铣刀，游标卡
尺。
7、 在内壁顶部钻、铰4个φ9.6mm 的深孔：立式钻床Z550，专用夹具，
直径φ9.4mm 的直柄麻花钻，直径φ9.6mm 锥柄长刃机用铰刀，专用塞规，深度卡尺，孔距量规。
8、 在凸台上钻M10、M16螺纹孔的螺纹预孔：立式钻床Z550，专用夹具，
直径分别为φ14.5mm 和φ8.5mm 的短麻花钻，游标卡尺。
9、 钻M14螺纹斜孔的预孔：立式钻床Z550，专用夹具，短麻花钻，游标
卡尺。
9
10、 钻、扩上盖内壁阶梯孔：立式钻床Z550，专用夹具，直径φ8.2mm
的锥柄加长麻花钻，直径分别为φ9mm 和φ12mm 的标准扩孔钻，直径φ8.5mm 专用加长铰刀, 专用塞规，深度卡尺。
11、 对M10、M16螺纹预孔攻丝：立式钻床Z550，专用夹具，直径分别
10.0mm 和14.00mm 的细柄机用丝锥，游标卡尺。
12、 对M14螺纹斜孔预孔攻丝：立式钻床Z550，专用夹具，直径14.00mm
的细柄机用丝锥，游标卡尺。
13、 在上盖一端钻、扩φ16mm 深孔：立式钻床，专用夹具，直径φ15.7
的锥柄加长麻花钻，直径φ20mm 的标准扩孔钻，直径φ16mm 的专用铰刀，专用塞规，孔距量规，深度卡尺。
14、 在上盖另一端钻、扩φ16mm 深孔：立式钻床，专用夹具，直径φ15.7
的锥柄加长麻花钻，直径φ20mm 的标准扩孔钻，直径φ16mm 的专用铰
刀，专用塞规，孔距量规，深度卡尺。
1.4.6确定各工序的工序尺寸、表面粗糙度及检验方法
各个工序的工序尺寸、表面粗糙度及检验方法如表1-3所示[3]：
表1-3 各工序的工序尺寸、表面粗糙度及检验方法
10
11
+0. 15
选择第7道工序，钻铰内壁顶部4-φ9.60mm 的深孔。
加工条件：立式钻床Z550，专用刀具，专用夹具。 1、钻孔至φ9.4-φ9.42mm ，深59mm
确定背吃刀量a p =1/2*d=4.7mm ；钻头：φ9.4mm 由于工件材料是HT20-40；HB>=170， 查得：
进给量f=0.22mm ， T=2100s=35min
刀具材料选用高速钢，由资料查知：
C V =14. 7, Z V =0. 25, X V =0, Y V =0. 55, m =0. 125
[7]
[7,3]
；
；
又查表得：
K TV =1. 0, K apv =0. 88, K sv =0. 75
；
K Cv =1. 0, K tv =1. 0
[7]
；
由于：
v =式中 v ——钻削速度（m/s）； f ——钻削进给量（mm/r）； a p ——背吃刀量（mm ）； T ——耐用度（t ）；
12
C V d 0Z V T
m X V
a p
f
Y V
K V （1-1）
d 0——钻头直径(mm)；
C V 、Z V 、X V 、Y V 、m ——系数, 由被加工的材料性质和钻削条件决定； 所以由以上数据可知道：
v =
14. 7⨯9. 40. 125
0. 25
0. 55
⨯1. 0⨯1. 0⨯0. 75⨯0. 88⨯1. 0⨯1. 0=16. 62m /s ；
35
⨯4. 7⨯0. 22
由于：
n =1000v
πd 0
式中 n ——钻头转速（r/min）；
v ——钻头切削速度（r/min）；
d 0——钻头直径（mm ）。 所以：
n 1=
1000⨯16. 62
π⨯9. 4
=563. 3r /min
；
查表n 1取标准值500r/min 由文献中知：
T l 1+l 2+l 3
0=n ⋅f
式中 l 1——为钻孔深度（mm ）；
l 2、l 3——分别为刀具切入、退出长度（mm ）
； n ——钻头转速（r/min）； f
——钻头纵向进给量(mm/r)。
而
l 1=59mm l 2=7. 5mm
l 3=0. 31D =0. 31⨯9. 4=2. 91mm
所以：
T 0=
59+7. 5+2. 91500⨯0. 22
=0. 63min
13
1-2）1-3）（
（
+0. 15
2、铰孔至φ9.60，达图纸要求
铰刀选用直径9.6mm 锥柄长刃机用铰刀，由于工件材料是HT20-80；HB>=170，所以查资料知：进给量f=1.3mm/r。刀具材料选用高速钢[3,7]。 查知：
C V =15. 6, Z V =0. 2, X V =0, Y V =0. 5, m =0. 3；
又查表得：
K TV =1. 0, K apv =0. 88, K sv =0. 95K Cv =1. 0, K tv =1. 0，K dv =0. 7
； ，
[3,7]
由于：
v 1=式中 v ——铰削速度（m/s）； f ——铰削进给量（mm/r）； a p ——背吃刀量（mm ）； T ——耐用度（t ）； d 0——铰刀直径(mm)；
C V 、Z V 、X V 、Y V 、m
C V d 0V
60
（1-m )
Z
T a
m
X V
P
f
Y V
K V
m/s （1-4）
——系数, 由被加工的材料性质和铰削条件决定。
所以由以上数据可知：
v 1=
15. 6⨯9. 660
0. 7
0. 2
0. 5
⨯45
0. 3
⨯1. 3
⨯1. 0⨯1. 0⨯0. 7⨯0. 88⨯1. 0⨯0. 95=8. 59m /s
由于：
n =式中 n ——铰刀转速（r/min）；
v ——铰刀切削速度（r/min）； d 0——铰刀直径（mm ）。
1000v
πd 0
（1-5）
所以：
14
n 2=
1000⨯8. 59
π⨯9. 6
=285. 7r /min
查表n 1取标准值250r/min 由文献中知：
T 0=而
l =59mm
l 2=0. 31D =0. 31⨯9. 6=2. 976mm l 1查表可知为2. 5mm
l 1+l 2+l 3
n ⋅f
所以：
T 0=
,
59+2. 5+2. 976
250⨯1. 3
=0. 198min
3、辅助时间计算 由文献查表得：
a. 装卸工件时间：工件重量为30-40kg 之间，t1=0.1min b. 钻换时间t2=0.10min c. 铰换时间t3=0.10min d. 排屑时间t4=0.06min e. 电机起动t5=0.02min f. 快进，快退t6=0.05min g. 工作台移动t7=0.1min h. 液压缸夹紧时间t8=0.05min i. 快速工作其他时间：t9=0.13min总的辅助时间为：
, ,
[1,3]
T 0=4⨯(t 2+...... +t 7) +t 1+t 8+t 9
=4(0. 1+0. 1+0. 06+0. 02+0. 05⨯2+0. 1) +0. 05+0. 13+0. 1 =2. 3min
4、加工此工序所需的总时间
加工此工序所需的总时间T 计算如下：
15
T =4(T 0+T 0) +T 0=5. 62min
,
, ,
=4⨯(0. 63+0. 20) +2. 3
1.4.8工艺过程的技术经济性分析
制订工艺规程时，在保证质量的前提下，往往会出现几种不同的方案。其中有些方案生产率很高，但设备和工夹具的投资比较大；另一些方案可能投资比较省，但生产率较低。因此，不同的方案就有不同的经济效果。本设计的减速器壳体属于大量生产。其长年生产所以本设计中采用大投资建立生产线将有利于提高生产率。
16
第2章 夹具设计
2.1 钻床夹具的设计
2.1.1钻床夹具的定位方案设计
1、定位方式的选择
在本次钻床夹具设计中，和前面铣床夹具定位基准选择的原则一样，尽可能的选用工序基准为定位基准，即遵循所谓的基准重合原则。当用多个表面定位的时，应选择其中一个较大的表面为主要定位基准，有利于工件装夹的平稳，保证夹具能有效夹紧以及保证工件不至于变形等。本次钻床夹具设计中，根据在制订工艺规程所选用的定位基准——上盖底部大接合面，所以选择底部大接合面为定位基准。
此次设计的钻床夹具用于钻、扩上盖内壁阶梯孔，选用的机床为立式钻床Z550，所以工件在夹具中应该是竖直放置。考虑到钻孔的精度要求较高，定位应该选择完全定位。具体的布置就是在大接合面上用两块支承板限制x 、z 、y 三个自由度；在上盖的一侧用一个固定支承钉限制一个自由度y ；在上盖竖直放置时候，为了保证工件不在YOZ 平面内转动，所以在其底部用一托槽限制其两个自由度z 、x 。这样，支承板、支承钉、托槽三者就将工件的六个自由度都限制了，实现了完全定位。
2、定位元件的设计 1）支承板
在前面的铣床夹具设计中，由于考虑到当时的底部大接合面尚未加工，作为粗基准只能用支承钉定位。但在钻床夹具设计中，大接合面已经精加工，所以适合用两块支承板定位了。支承板较之前面的支承钉能大大的增大受力面积，更好的保证工件受力不变形。支承板类型选用A 型（用于顶面和侧面定位）。由于采用了两个支承板，所以按照要求，在其装配后磨平工作面，以保证等高性。
2）支承钉
此次用到了一个侧面的固定支撑钉，宜选用C 型。参见图2-1。 3）托槽
17
⋂
⋂⋂
此次在工件定位中用到了托槽来限制z 、x 两个自由度。具体形状参见图2-2所示：
图 2-1 C型固定支承钉
图 2-2 托槽
托槽实际上是平面支承的一个演化。考虑到实际情况，工件的长侧边厚度较小（10mm ），且长度尺寸较大（330mm ），所以选用标准的支承板来定位是不行的。托槽槽宽尺寸为14mm ，大于上盖侧边厚度10mm ，主要是考虑到托槽只是起到一个“托”的作用，两边都留有适当间隙是为防止工件安装时被槽的某一侧挡到，使得工件过定位。
2.1.2钻床夹具的定位误差分析
1、钻孔距底面高度尺寸37±0. 1mm 的定位误差分析
对于此次设计的钻床夹具，工件的设计基准为上盖底部大接合面，而工序基准也为底部大接合面，所以，基准不重合误差△B =0。因为不存在制造不准确的定位副，所以，定位基准位移误差△Y =0mm。所以，深度尺寸的定位误差为△
D
⋂
=△B +△Y =0 mm
18
2、钻孔与工艺定位孔间距尺寸134±0. 1mm 的定位误差分析
阶梯孔尺寸134±0. 1mm 的设计基准为工艺定位孔，而本工序中的工序基准为工件外侧边。所以存在基准不重合误差。由零件图知其基准不重合误差值等于工序尺寸公差值，即△B =+0.05-(-0.05)=0.1mm. 因为不存在制造不准确的定位副，所以，定位基准位移误差△Y =0mm。所以该尺寸的定位误差△D =△B +△=0.1mm
2.1.3钻削力与夹紧力的计算
Y
1、钻削力的计算
采用的是高速钢钻头，故而进给力计算公式 查表得：
F f =C f d 式中 F f ——钻削进给力（N ）；
k Fy ——安全系数；
Z Ff
f
Y Ff
k Ff （2-1）
d 0——钻头直径（mm ）；
C f 、Z F y 、Y F y ——系数，由被加工的材料性质和钻削条件决定。 此工序钻Ф8.5mm 孔，由文献查表得安全系数为：
k 0=1. 2, k 1=1. 2, k 2=1. 15, k 3=1. 0k 4=1. 0, k 6=1. 0
k p =(所以，
k p min =(
[1**********]0
)
HB 190
)
0. 6
（2-2）
0. 6
=0. 935=1. 153
k p max =(
)
0. 6
取
k p =1. 1
所以钻削力为：
F f =G f d
Z Ff
f
Y Ff
k Ff
中其他参数查表得：
19
C Ff =420, Z Ff =0. 8d =8. 5, , f =0. 3
所以 ，
F f =420⨯8. 5
1. 0
⨯0. 3
0. 8
⨯1. 2⨯1. 2⨯1. 15⨯1. 0⨯1. 0⨯1. 0⨯1. 1=2486N
2、夹紧力的计算
由于工件受的钻削力在竖直平面上的分力P y 是方向大小恒定不变的力。但在水平面内，是一圆周力，大小不变，方向时刻变化。在估算夹紧力的时候，应该考虑到钻削力分力P x 在垂直定位平面方向和垂直定位平面方向上的两种情况，并分别计算取大值。
1）分力P x 在定位平面法线方向时 此时工件受力情况如下图2-3所示：
图 2-3 工件受力图
根据受力情况对工件进行静平衡计算：
20
Y 方向受力平衡：
∑Y
即：
=0
∑Y
X 方向平衡:
=P y +G -N 2=0
∑X
即：
=0
∑X
又相对与原点的转距和为0即
=2N 1+P x -2W =0
∑M
即：
O
=0
2W ⨯147+N 2⨯5-2N 1⨯143-G ⨯5-P y ⨯37-P x ⨯220=0
又相对于钻削点处的转矩为零，即
2N 1⨯77+G ⨯32-2W ⨯73-32N
2
=0
又已知：
1
(P +P ) 2=F f =2486N 2x 2y
G=500N(估算)
将数据带入上述方程解得理论夹紧力W=1153 N
2）分力P x 在定位平面切向时 此时工件受力情况如图2-4所示： 根据受力情况对工件进行静平衡计算： Y 方向受力平衡：
∑Y
即：
=0
∑Y
X 方向平衡:
=P y +G -N 2=0
∑X
即：
=0
21
P x -2W f -2N 1f =0
又相对与原点的转距和为0即：
∑M
即：
O
=0
2(W f +N 1f ) ⨯143+P y ⨯102-P x ⨯220=0
又有：
1
(P +P ) 2=F f =2486N 2x 2y
W f =W ⋅f 1 N 1f =N 1⋅f 2
G=500N(估算)
且由资料查得夹紧块对工件的摩擦系数：
f 1=0. 3~0. 5, 取f 1=0. 4
支承板对工件的摩擦系数：
f 2=0. 1~0. 4, 取f 2=0. 2
将数据带入上述方程解得理论夹紧力：
W=1520 N
所以，夹紧装置的夹紧力应该取较大值W=1520 N。 查资料选定安全系数：
K =K 0K 1K 2K 3K 4K 5K 6 由资料查得： 所以，
K =1. 3⨯1. 0⨯1. 3⨯1. 0⨯1. 0⨯1. 0⨯1. 0=1. 69
K 0=1. 3, K 1=1. 0, K 2=1. 3, K 3=1. 0, K 4=1. 0, K 5=1. 0, K 6=1. 0
工件夹紧需要的夹紧力大约为：
W K =W ⋅K =1520⨯1. 69=2568N
22
图 2-4 工
件受力图
2.1.4夹具的夹紧装置与机构设计
因为工件是大量生产，夹紧力又比较大，所以采用液压夹紧，液压缸选用通用系列查设计手册，选用凸缘式油缸[7]。
本设计中选择由两个液压缸直接顶起夹紧块进行压紧，压紧有效、快速。可以提高生产率。
具体的机构设计如图2-5所示：
在上图的机构中，工件竖直由右向左从托槽中插入，直至工件顶到左侧的支承钉，然后在启动液压缸，活塞推动夹紧块夹紧工件。同样，考虑到保护工件不致因为夹紧力太大而变形，所以应该保证活塞杆在接近其行程末端（留有适当余量）处顶杆开始顶起夹紧块。余量也不能太小，否则夹紧力不够，不能有效夹紧。
考虑到工件具体安装的情况，由于夹紧块夹紧作用的面不是工件的最高面（相对底部大接合面而言），选择液压缸型号的时候应该考虑到其活塞行程问题。当安装工件的时候，两个液压缸此时都以回油卸载，活塞退回至行程起点，如果选用的液压缸的活塞行程太短，活塞上的夹紧块退回行程不够，工件插入的时候就会被夹紧块挡到，根本不能通过，这样的错误是不允许的。此次选用
23
的液压缸活塞行程25mm, 经尺寸验算，满足要求。
图 2-5 机构设计图
本夹紧装置中用到的凸缘式液压缸的装配图如图2-6所示, 其中各主要零件如表2-1所示：
本夹紧机构中用到的夹紧块是非标准件，作用部分为铸件材料为灰铸铁HT200，与后面的直杆焊接而成。
表2-1 凸缘式液压缸零件列表
U(mm)
24
图 2-6 凸缘式液压缸的装配图
2.1.5钻床夹具的动力装置设计
此次钻床夹具的动力装置，选用液压动力。具体设计思路如前所述，在此不再赘述。
25
第3章 结 论
毕业设计结束了。回首设计过程，觉得自己有了很大的收获，学到了很多实实在在有用的知识。我做的设计是关于汽车变速箱上盖的工艺工装设计。整个课题的内容很丰富，涉及到了我大学很多专业课程的知识，比如工艺、公差、金属切削理论，夹具设计等。这些知识都是机械专业最基础最根本的。由于在以前学专业课的时候，知识学的很粗糙很肤浅，如走马观花一般根本不扎实。所以，在设计刚开始的时候，觉得有很多知识似曾相识，但却不知原理究竟，甚至还有很多是从未涉及的，所以感觉吃力。但是后来在老师的指导和帮助下，再加上翻阅查看了很多参考资料，这才一步步明朗和清晰。所以，在设计结束的时候，真实的体会到提高了很多。
1、设计让我开阔了视野，拓宽了知识面，学到了很多新知识，也让我许多
学过的知识得到了巩固，能熟练运用，融会贯通。
2、提高了自己的能力，独立设计、独立思考的能力。这是一次很难得的锻
炼，受益匪浅。
3、设计让我培养了一种科学严谨的治学态度，在真理面前孜孜以求，绝不
糊涂了事。我们即将步入社会，无论何时何地，做工作或做学问，都是需要严谨的精神的。
毕业设计是对我们大学所学知识的一次综合考验，也是我们大学生在学校的一次证明自己能力的机会。我们都应该认真对待，踏实完成。为大学的学习做一个完美的结束！
26
参 考 文 献
[1] 侯家驹. 《汽车制造工艺学》. 机械工业出版社. 1986
[2] 侯家驹主编. 《机械制造工艺学》. 机械工艺出版社 .2000
[3] 张耀宸主编. 《机械加工工艺设计实用手册》. 航空工业出版社 1993.12
[4] 杨黎明主编. 《机床夹具设计手册》. 国防工业出版社. 1996.5
[5] 庞怀玉主编. 《机械制造工程学》. 机械工业出版社. 1998.5
[6] 现代机械制造工艺装备标准应用手册编委会编. 《现代机械制造工艺装备标准应用手册》. 机械工业出版社. 1997.12
[7] 张玉、刘平主编. 《几何量公差与测量技术》. 东北大学出版社. 1999.9
[8] 左健民主编. 《液压与压传动》. 机械工业出版社. 1999.10
[9] 黄如林主编. 《切削加工简明实用手册》. 化学工业出版社. 2004.7
[10] 冯幸安主编. 《机械制造装备设计》. 机械工业出版社. 2004.1
[11] 顾维邦主编. 《金属切削机床》. 机械工业出版社. 1992.10
[12] 陈日曜主编. 《金属切削原理》. 高等教育出版社. 1985.3
[13] 国家标准局. 《GB/T12204-90金属切削基本术语》. 中国标准出版社. 1991.3
[14] 龚安定等编. 《机床夹具设计》. 西安交通大学出版社. 1993.6
[15] 大连理工大学工程画教研室编. 《机械制图》. 高等教育出版社. 2002.3
27
致 谢
本设计的完成在很大程度上得到了各位老师的殷切帮助，特别是我的指导老师罗老师，不论是在夹具装配图的完成过程中，还是在工艺分析方面无不包括了罗老师的汗水。正是在罗老师的指导下，我才克服了一个个困难，顺利的完成本次毕业设计。并且，我在罗老师不厌其烦的指导下，加深了对专业课知识的理解，提高了自己的设计水平。
还有许多老师也在这次设计中也提出了很多宝贵意见，在此一并表示感谢！且在设计中同学之间互相帮助，互相促进，也在这里感谢帮助过我的所有同学。
28
汽车变速箱上盖的加工工艺及工装设计
学 院：继续教育学院
专 业：机械设计制造与自动化
学 号：[1**********]5
学 生 姓 名： 李想
指 导 教 师： 罗玉福
2012 年 09 月
毕业设计（论文）答辩成绩评定
机械设计制造及其自动化 专业毕业设计（论文）第 答
辩委员会于 年 月 日审定了 班级 李想 学生
的毕业设计（论文）。
设计（论文）题目： 汽车变速箱上盖的加工工艺及工装设计
设计（论文）说明书共 28 页，设计图纸 2.5 张。
毕业设计（论文）答辩委员会意见：
成 绩：
机自 专业毕业设计（论文）答辩委员会
主任委员 （签字）
摘 要
汽车变速箱上盖是汽车变速箱的重要组成部分。它与变速箱箱体装配，为变速箱内部的齿轮、轴等工作元件提供一个稳定安全的工作环境，防止内部零件在暴露环境下工作。上盖上还设计了检查窗，是为了便于观查内部元件的工作情况。
本设计说明书是在毕业设计过程中撰写完成的，是对变速箱上盖加工工艺、
工装设计的说明、分析和论证。主要内容有：上盖的工艺规程制定、典型加工工序分析、专用夹具设计。变速箱上盖是典型的铸造箱盖类零件。结构上的特点就是扁平，长度宽度尺寸大，高度方向尺寸不大。考虑到上盖零件的毛坯选择铸造加工而成，在构型方面基本符合毛坯铸造方法的要求。非加工的成形面都采用了利于脱模的倒圆角设计。为了能在不拆卸上盖全体的条件下观察与检修内部元件的运作和故障情况，在零件设计时考虑到了在上盖的顶部设计一个检查口，为一凸台结构。与箱体装配的接合面尺寸很大，当用螺栓和定位销将其与变速箱主体结合的时候，大的接合面能保证接合的密封性。夹具主要起保证加工质量，提高劳动生产效率；降低生产成本；扩大机床的工艺范围；减轻劳动强度等功用。
通过这些我对变速箱上盖零件制造过程有一个总体的，全貌的了解与把握，
能够掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的基本知识，能选择加工方法与机床，夹具及加工参数，具备制定工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量的基础，初步具备分析解决工艺问题的能力。
关键词：工艺；工装；夹具
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目 录
摘 要 .................................................. 错误！未定义书签。
引 言 ................................................................... 1
第1章 机械加工工艺规程的制定 ............................................ 2 1.1零件的工艺性分析................................................... 2
1.1.1零件的功用 .................................................. 2
1.1.2零件的结构特点与工艺性 ...................................... 2
1.1.3主要加工表面及其技术要求 .................................... 2 1.2
1.3确定生产类型 ...................................................... 3 零件毛坯选择....................................................... 3
1.3.1零件毛坯材料选择 ............................................ 3
1.3.2变速箱上盖的毛坯 ............................................ 4
1.3.3毛坯的制造方式 .............................................. 4 1.4零件加工工艺规程的制定............................................. 5
1.4.1选择加工方法和加工方案 ...................................... 5
1.4.2定位基准的选择 .............................................. 5
1.4.3热处理及检验的选择与安排 .................................... 6
1.4.4拟定工艺路线 ................................................ 6
1.4.5选择各工序加工机床设备及工艺装备 ............................ 9
1.4.6确定各工序的工序尺寸、表面粗糙度及检验方法 ................. 10
1.4.7确定典型工序的切削用量及工序基本工时定额 ................... 12
1.4.8工艺过程的技术经济性分析 ................................... 16
第2章 夹具设计 ......................................................... 17 2.1钻床夹具的设计.................................................... 17
2.1.1钻床夹具的定位方案设计 ..................................... 17
2.1.2钻床夹具的定位误差分析 ..................................... 18
2.1.3钻削力与夹紧力的计算 ....................................... 19
2.1.4夹具的夹紧装置与机构设计 ................................... 23
2.1.5钻床夹具的动力装置设计 ..................................... 25
第3章 结 论 ............................................................ 26
参 考 文 献 ............................................................. 27
致 谢 ................................................................ 28
沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）
引 言
制造业是国家发展与社会进步的基础，而汽车制造将是未来面对普通消费者的主要的机械制造产品，而随着国家的发展人民生活水平的提高，人们对汽车的需求和要求必定变的更多，所以我们有必要对汽车及汽车零件的设计与加工投入更多的精力。了解机械中零件的加工工艺特点及工艺工装设计是非常必要的。
通过对汽车变速箱上盖工艺工装设计可以对大学里所学习的《机械制造工艺学》，《机床夹具设计》，《互换性与技术测量》等许多课程进行复习与提高，并掌握综合应用专业知识的能力。在此设计中，我将绘制一张变速箱上盖零件图；编写上盖加工的工艺规程；设计一套专用夹具以及绘制夹具图，夹具夹具体零件图。通过这些对汽车变速器制造活动有一个总体的，全貌的了解与把握，能够掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的基本知识，能选择加工方法与机床，夹具及加工参数，具备制定工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量的基础，初步具备分析解决现场工艺问题的能力，了解当今先进制造技术和先进制造模式的发展状况。并为将来毕业后的工作打下良好的基础。
为了更好的进行此次毕业设计我在图书馆借阅了许多资料，其中对设计帮助比较大的有侯家驹编的《汽车制造工艺学》，张耀宸编的《机械加工工艺设计实用手册》，杨黎明主编的《机床夹具设计手册》，现代机械制造工艺装备标准应用手册编委会编的《现代机械制造工艺装备标准应用手册》等许多图书。
由于本人水平有限，经验不足，设计中必定有许多错误的地方，还请各位老师批评，指正。
1
第1 章 机械加工工艺规程的制定
1.1 零件的工艺性分析
1.1.1零件的功用
此次设计的课题是关于汽车变速箱上盖的工艺工装设计。变速箱的上盖是汽车变速箱的重要组成部分。汽车变速箱内有很多的精密的齿轮，轴等零件，结构体系也较为复杂。为了保证内部的全部零件不再暴露的环境下工作，防止灰尘油污以及其他一些物质进入到箱体内部腐蚀零件，为箱体做一个上盖是很必需的。
1.1.2零件的结构特点与工艺性
变速箱上盖是典型的铸造箱盖类零件。结构上的特点就是扁平，长度宽度尺寸大，高度方向尺寸不大。考虑到上盖零件的毛坯选择铸造加工而成，在构型方面基本符合毛坯铸造方法的要求。非加工的成形面都采用了利于脱模的倒圆角设计。为了能在不拆卸上盖全体的条件下观察与检修内部元件的运作和故障情况，在零件设计时考虑到了在上盖的顶部设计一个检查口，为一凸台结构。与箱体装配的接合面尺寸很大，当用螺栓和定位销将其与变速箱主体结合的时候，大的接合面能保证接合的密封性。但是考虑到加工的质量和经济性，零件设计中简化了加工平面。在能保证接合的要求的前提下，加工表面的粗糙度等精度要求尽量降低。并且还在接合面上设计了装配定位孔和工艺定位孔，保证了装配的精度。
1.1.3主要加工表面及其技术要求
变速箱上盖的加工内容主要是关于平面和孔的加工。
平面的加工主要包括：
1、 底部大接合面的加工，技术要求：表面粗糙度Ra6.3μm 。
2、 凸台小平面的加工，技术要求：表面粗糙度Ra6.3μm ，至大接合面距
0. 2离要求90+mm -0. 2
3、 上盖内侧两端面的加工, 技术要求：表面粗糙度Ra12.5μm ，两端面之
0. 2间距离要求90+mm 。 -0. 2
4、 孔的加工包括：
1、 大接合面上14个直径11mm 的通孔加工，没有特别的技术要求。
2
2、 2个直径13mm 的装配定位孔的加工，技术要求：表面粗糙度Ra1.6μm ，
0. 03直径精度要求φ13+mm -0. 03
3、 2个直径11mm 的工艺定位孔的加工，技术要求：表面粗糙度Ra1.6μm ，
+0. 027直径精度要求φ110mm
4、 内壁顶部的4个φ9.6mm 的深孔加工，技术要求：表面粗糙度Ra6.3μ
m ，相对D 基准位置度要求φ0.2mm ，孔最深处至大接合面距离要求
0. 278+m -0. 2
5、 顶平面的4个M10螺纹孔的加工，技术要求：相对于D 基准位置度要
求φ0.4mm ，深18mm 。
6、 凸台上M16螺纹孔的加工，技术要求：表面粗糙度Ra6.3μm ，相对于
D 基准位置度要求0.4mm ，通孔。
7、 上盖上M14螺纹斜孔的加工，技术要求：孔中心轴线与Z 轴角度45度，
0. 150. 2高度方向尺寸要求55+mm, 深度尺寸要求26+mm 。 -0. 15-0. 2
8、 上盖两端4个直径16mm 的深孔钻扩加工，技术要求：表面粗糙度Ra6.3
0. 050. 077μm ，钻孔φ16+mm, 外扩孔要求φ20+mm, 孔中心线间距30.1mm ，，-0. 05-0. 050
0. 1高度方向距大接合面距离37+mm. 其中一端两个深孔的加工提出更高-0. 1
的形位要求：直线度0.03mm, 相对D 基准位置度φ0.2mm ，相对E 基准位置度0.3mm 。（参见变速箱上盖零件图）。
+0. 29、 上盖内壁阶梯孔的加工， 技术要求：孔直径为φ8.50mm, φ9mm, φ
12mm ，深139mm, 形位要求有2个，相对C 基准的位置度要求φ0.3mm, 相对F 基准的垂直度要求0.06mm.
1.2 确定生产类型
因变速箱上盖的生产产量很大，采用专用设备和专用工艺装备，广泛采用高效的专用机床等，且大多数设备经常重复进行某个工序的加工。根据变速箱上盖的这些生产特点，确定生产类型为大量生产。
1.3 零件毛坯选择
1.3.1零件毛坯材料选择
3
考虑到变速箱上盖的生产类型是大批量生产，结构形状较为复杂，制造精度不高，几何尺寸也比较大，以及考虑到生产经济性。所以其毛坯的材料选用容易成型，吸震性好，加工工艺性好和成本低的灰口铸铁，HT20-40. 其性能HB170-241 σδ20[3]。
1.3.2变速箱上盖的毛坯
毛坯图是毛坯制造和编制零件加工工艺的重要零件。制定工艺过程时，需要分析毛坯图，主要是分析粗加工的定位基准，其次分析铸件毛坯的分型面，浇口，冒口的位置，拔模斜度，圆角半径的大小。
铸件毛坯如图1-1所示：
（a ） (b)
(c)
图 1-1铸件毛胚图
1.3.3毛坯的制造方式
毛坯制造方法的选择时应考虑下列因素，生产类型；工件结构和尺寸；工件的机械加工性能要求；工件的工艺性能要求。
分析此减速器箱体，毛坯采用砂型浇注成型，在砂型中保温20-30min ，直到冷却消除铸件的应力，最终进行喷漆处理。分型面选用在轴承孔的轴向垂直
4
面，取外面一侧为上盖，便于浇注，排气和出砂[3]。
1.4 零件加工工艺规程的制定
1.4.1选择加工方法和加工方案
上盖零件各个加工表面的加工方法和加工方案具体如下： 1、 底部大接合面：粗铣—精铣； 2、 凸台小平面：粗铣—精铣； 3、 内侧两端面：粗铣—半精铣；
4、 大接合面上14个φ11mm 的通孔：钻孔； 5、 2个φ13mm 的装配定位孔的：钻孔--铰孔； 6、 2个φ11mm 的工艺定位孔：钻孔--铰孔； 7、 内壁顶部的4个φ9.6mm 的深孔：钻孔—粗铰； 8、 顶平面的4个M10螺纹孔：钻螺纹预孔—攻丝； 9、 凸台上M16螺纹孔：钻螺纹预孔—攻丝； 10、 上盖上M14螺纹斜孔：钻螺纹预孔—攻丝； 11、 上盖两端4个φ16mm 的深孔：钻孔—扩孔； 12、 上盖内壁阶梯孔：钻孔—扩孔； 1.4.2定位基准的选择
由于各加工阶段的加工性质不同，所以对定位基准的要求也有所不同。粗加工阶段的主要任务是切除大部分余量，切削力大，对定位基准的要求主要是稳定可靠。定位基准表面应该足够大，并便于施加较大的夹紧力而不致引起工件变形。精加工阶段的主要任务是保证精度问题。此时大部分余量都已经被切除，工件的刚度有所下降，而加工精度要求更高，因此要在选择定位基准是要保证因定位而引起的误差很小。
由于工序性质不同，定位基准也不同。如在第一道工序中只能用毛坯表面来定位，这是粗基准。在以后各工序的加工中，可以采用已经切削加工的表面作为定位基准，这就是精基准。
根据以上关于定位基准选择的概述，具体到变速箱上盖的工艺加工过程，定位基准的选择大致如下：开始，先是凸台小平面和上盖底部大接合面两个加
5
工表面互为基准进行粗精铣加工。先是以大接合面为粗基准加工小平面，然后在以加工过的小平面为基准加工大接合面；在工序钻、扩、铰接合面上一系列孔以及螺纹预孔的工序当中，考虑到工件加紧的稳定可靠，以及考虑到与设计基准的重合，宜选择大接合面为精基准加工；在铣削内壁两端面的工序时，考虑铣削的力度加大，为保证加紧稳定可靠，依然宜选大接合面为精基准加工；在内壁顶部钻、铰4个φ9.6mm 深孔工序中，考虑到保证工件在加工中不变形，宜选小平面为定位基准；在钻、扩内壁阶梯孔、两端φ16mm 深孔，以及攻丝螺纹预孔的工序中，考虑到加工方便、加紧可靠、且与设计基准重合等因素，还是选择大接合面为定位基准。 1.4.3热处理及检验的选择与安排
在本次设计中，因为设计相关的零件材料为铸件，在其装配工作时承受的作用力很小，且没有较高要求的接合或者配合工作面，所以不需要安排调质，正火、退火等等的热处理工序。但需要安排一个清理砂冒口，喷砂的工序。
至于检验工序，考虑到零件本身的加工精度不是很高，且加工过程中变形破坏的可能性不大，所以不需要特别安排中间检验的工序。每道工序结束后，正常用游标卡尺、极限量规等检验。在最后的工序里，再按图样要求做全面检查即可。
1.4.4拟定工艺路线
拟订工艺路线是制订工艺规程的关键。工艺路线不仅影响加工质量和效率，而且影响工人劳动强度，设备投资，车间面积，生产成本等，必须进行多种方案的分析比较。加工方法的选择首先要保证加工质量；其次还要考虑生产率和经济性。
机加工工序安排应满足先基准后其他；先主后次，先粗后精，先面后孔等原则。
1、工艺路线表
表1-1的第一套工艺方案是根据机加工序安排的原则，参考类似零件的加工工艺编排的。
表1-2第二套工艺方案是参考汽变速箱加工的现场工艺编排的。
6
表 1-1 第一套工艺路线方案
7
表1-2 第二套工艺路线方案
2、两套工艺路线方案比较
第一套方案，虽然也能达到加工要求，但是工序明显不如第二套工序集中。钻铰上盖表面的一系列孔可以集中到一个工序中完成，减少装夹的次数，提高效率。钻螺纹预孔完全可以像第二套方案中集中到一个工序中完成。在第八个工序中，方案一安排了一次中间检查，其实也是没有必要的。因为总体上前面
8
这些加工工序精度要求都不是很高的，而且每道工序完成后都有专用的量具检验。增加一道工序不妥。还有就是第二套方案中将钻扩阶梯孔的工序安排在钻扩两端φ16mm 深孔之后，因为阶梯孔很深，且与φ16mm 的深孔相贯穿，当加工完φ16mm 孔时，在阶梯孔钻铰的时候自然就没有那么多的钻铰深度了，难度降低，更易保证精度。
第二套方案联结紧凑，适当选用一些专用工装、设备，效率和加工精度都更加有保障。对于大批量生产是比较合理的方安，加工中辅助时间少，可以高质、高效达到各工序所需达到的要求。所以选用第二套工艺方案。 1.4.5选择各工序加工机床设备及工艺装备
各个工序加工机床设备及工艺装备的选用情况具体如下：
1、 粗精铣凸台小平面：立式铣床X53, 专用夹具，立铣刀，游标卡尺。 2、 粗精铣上盖底部大接合面：卧式（万能）铣床X62W, 专用夹具，端铣刀，
游标卡尺。
3、 钻铰14个φ11mm 孔：立式钻床Z550, 专用夹具，专用复合钻铰刀具，
游标卡尺。
0. 03
4、 钻、铰装配定位孔2-φ13+：立式钻床Z550，专用夹具，专用钻铰-0. 03
复合刀具，专用塞规。
+0. 0275、 钻、铰工艺定位孔2-φ110：立式钻床Z550，专用夹具，专用钻铰
复合刀具，专用塞规。
6、 铣内侧两端面：卧式（万能）铣床X62W ，专用夹具，端铣刀，游标卡
尺。
7、 在内壁顶部钻、铰4个φ9.6mm 的深孔：立式钻床Z550，专用夹具，
直径φ9.4mm 的直柄麻花钻，直径φ9.6mm 锥柄长刃机用铰刀，专用塞规，深度卡尺，孔距量规。
8、 在凸台上钻M10、M16螺纹孔的螺纹预孔：立式钻床Z550，专用夹具，
直径分别为φ14.5mm 和φ8.5mm 的短麻花钻，游标卡尺。
9、 钻M14螺纹斜孔的预孔：立式钻床Z550，专用夹具，短麻花钻，游标
卡尺。
9
10、 钻、扩上盖内壁阶梯孔：立式钻床Z550，专用夹具，直径φ8.2mm
的锥柄加长麻花钻，直径分别为φ9mm 和φ12mm 的标准扩孔钻，直径φ8.5mm 专用加长铰刀, 专用塞规，深度卡尺。
11、 对M10、M16螺纹预孔攻丝：立式钻床Z550，专用夹具，直径分别
10.0mm 和14.00mm 的细柄机用丝锥，游标卡尺。
12、 对M14螺纹斜孔预孔攻丝：立式钻床Z550，专用夹具，直径14.00mm
的细柄机用丝锥，游标卡尺。
13、 在上盖一端钻、扩φ16mm 深孔：立式钻床，专用夹具，直径φ15.7
的锥柄加长麻花钻，直径φ20mm 的标准扩孔钻，直径φ16mm 的专用铰刀，专用塞规，孔距量规，深度卡尺。
14、 在上盖另一端钻、扩φ16mm 深孔：立式钻床，专用夹具，直径φ15.7
的锥柄加长麻花钻，直径φ20mm 的标准扩孔钻，直径φ16mm 的专用铰
刀，专用塞规，孔距量规，深度卡尺。
1.4.6确定各工序的工序尺寸、表面粗糙度及检验方法
各个工序的工序尺寸、表面粗糙度及检验方法如表1-3所示[3]：
表1-3 各工序的工序尺寸、表面粗糙度及检验方法
10
11
+0. 15
选择第7道工序，钻铰内壁顶部4-φ9.60mm 的深孔。
加工条件：立式钻床Z550，专用刀具，专用夹具。 1、钻孔至φ9.4-φ9.42mm ，深59mm
确定背吃刀量a p =1/2*d=4.7mm ；钻头：φ9.4mm 由于工件材料是HT20-40；HB>=170， 查得：
进给量f=0.22mm ， T=2100s=35min
刀具材料选用高速钢，由资料查知：
C V =14. 7, Z V =0. 25, X V =0, Y V =0. 55, m =0. 125
[7]
[7,3]
；
；
又查表得：
K TV =1. 0, K apv =0. 88, K sv =0. 75
；
K Cv =1. 0, K tv =1. 0
[7]
；
由于：
v =式中 v ——钻削速度（m/s）； f ——钻削进给量（mm/r）； a p ——背吃刀量（mm ）； T ——耐用度（t ）；
12
C V d 0Z V T
m X V
a p
f
Y V
K V （1-1）
d 0——钻头直径(mm)；
C V 、Z V 、X V 、Y V 、m ——系数, 由被加工的材料性质和钻削条件决定； 所以由以上数据可知道：
v =
14. 7⨯9. 40. 125
0. 25
0. 55
⨯1. 0⨯1. 0⨯0. 75⨯0. 88⨯1. 0⨯1. 0=16. 62m /s ；
35
⨯4. 7⨯0. 22
由于：
n =1000v
πd 0
式中 n ——钻头转速（r/min）；
v ——钻头切削速度（r/min）；
d 0——钻头直径（mm ）。 所以：
n 1=
1000⨯16. 62
π⨯9. 4
=563. 3r /min
；
查表n 1取标准值500r/min 由文献中知：
T l 1+l 2+l 3
0=n ⋅f
式中 l 1——为钻孔深度（mm ）；
l 2、l 3——分别为刀具切入、退出长度（mm ）
； n ——钻头转速（r/min）； f
——钻头纵向进给量(mm/r)。
而
l 1=59mm l 2=7. 5mm
l 3=0. 31D =0. 31⨯9. 4=2. 91mm
所以：
T 0=
59+7. 5+2. 91500⨯0. 22
=0. 63min
13
1-2）1-3）（
（
+0. 15
2、铰孔至φ9.60，达图纸要求
铰刀选用直径9.6mm 锥柄长刃机用铰刀，由于工件材料是HT20-80；HB>=170，所以查资料知：进给量f=1.3mm/r。刀具材料选用高速钢[3,7]。 查知：
C V =15. 6, Z V =0. 2, X V =0, Y V =0. 5, m =0. 3；
又查表得：
K TV =1. 0, K apv =0. 88, K sv =0. 95K Cv =1. 0, K tv =1. 0，K dv =0. 7
； ，
[3,7]
由于：
v 1=式中 v ——铰削速度（m/s）； f ——铰削进给量（mm/r）； a p ——背吃刀量（mm ）； T ——耐用度（t ）； d 0——铰刀直径(mm)；
C V 、Z V 、X V 、Y V 、m
C V d 0V
60
（1-m )
Z
T a
m
X V
P
f
Y V
K V
m/s （1-4）
——系数, 由被加工的材料性质和铰削条件决定。
所以由以上数据可知：
v 1=
15. 6⨯9. 660
0. 7
0. 2
0. 5
⨯45
0. 3
⨯1. 3
⨯1. 0⨯1. 0⨯0. 7⨯0. 88⨯1. 0⨯0. 95=8. 59m /s
由于：
n =式中 n ——铰刀转速（r/min）；
v ——铰刀切削速度（r/min）； d 0——铰刀直径（mm ）。
1000v
πd 0
（1-5）
所以：
14
n 2=
1000⨯8. 59
π⨯9. 6
=285. 7r /min
查表n 1取标准值250r/min 由文献中知：
T 0=而
l =59mm
l 2=0. 31D =0. 31⨯9. 6=2. 976mm l 1查表可知为2. 5mm
l 1+l 2+l 3
n ⋅f
所以：
T 0=
,
59+2. 5+2. 976
250⨯1. 3
=0. 198min
3、辅助时间计算 由文献查表得：
a. 装卸工件时间：工件重量为30-40kg 之间，t1=0.1min b. 钻换时间t2=0.10min c. 铰换时间t3=0.10min d. 排屑时间t4=0.06min e. 电机起动t5=0.02min f. 快进，快退t6=0.05min g. 工作台移动t7=0.1min h. 液压缸夹紧时间t8=0.05min i. 快速工作其他时间：t9=0.13min总的辅助时间为：
, ,
[1,3]
T 0=4⨯(t 2+...... +t 7) +t 1+t 8+t 9
=4(0. 1+0. 1+0. 06+0. 02+0. 05⨯2+0. 1) +0. 05+0. 13+0. 1 =2. 3min
4、加工此工序所需的总时间
加工此工序所需的总时间T 计算如下：
15
T =4(T 0+T 0) +T 0=5. 62min
,
, ,
=4⨯(0. 63+0. 20) +2. 3
1.4.8工艺过程的技术经济性分析
制订工艺规程时，在保证质量的前提下，往往会出现几种不同的方案。其中有些方案生产率很高，但设备和工夹具的投资比较大；另一些方案可能投资比较省，但生产率较低。因此，不同的方案就有不同的经济效果。本设计的减速器壳体属于大量生产。其长年生产所以本设计中采用大投资建立生产线将有利于提高生产率。
16
第2章 夹具设计
2.1 钻床夹具的设计
2.1.1钻床夹具的定位方案设计
1、定位方式的选择
在本次钻床夹具设计中，和前面铣床夹具定位基准选择的原则一样，尽可能的选用工序基准为定位基准，即遵循所谓的基准重合原则。当用多个表面定位的时，应选择其中一个较大的表面为主要定位基准，有利于工件装夹的平稳，保证夹具能有效夹紧以及保证工件不至于变形等。本次钻床夹具设计中，根据在制订工艺规程所选用的定位基准——上盖底部大接合面，所以选择底部大接合面为定位基准。
此次设计的钻床夹具用于钻、扩上盖内壁阶梯孔，选用的机床为立式钻床Z550，所以工件在夹具中应该是竖直放置。考虑到钻孔的精度要求较高，定位应该选择完全定位。具体的布置就是在大接合面上用两块支承板限制x 、z 、y 三个自由度；在上盖的一侧用一个固定支承钉限制一个自由度y ；在上盖竖直放置时候，为了保证工件不在YOZ 平面内转动，所以在其底部用一托槽限制其两个自由度z 、x 。这样，支承板、支承钉、托槽三者就将工件的六个自由度都限制了，实现了完全定位。
2、定位元件的设计 1）支承板
在前面的铣床夹具设计中，由于考虑到当时的底部大接合面尚未加工，作为粗基准只能用支承钉定位。但在钻床夹具设计中，大接合面已经精加工，所以适合用两块支承板定位了。支承板较之前面的支承钉能大大的增大受力面积，更好的保证工件受力不变形。支承板类型选用A 型（用于顶面和侧面定位）。由于采用了两个支承板，所以按照要求，在其装配后磨平工作面，以保证等高性。
2）支承钉
此次用到了一个侧面的固定支撑钉，宜选用C 型。参见图2-1。 3）托槽
17
⋂
⋂⋂
此次在工件定位中用到了托槽来限制z 、x 两个自由度。具体形状参见图2-2所示：
图 2-1 C型固定支承钉
图 2-2 托槽
托槽实际上是平面支承的一个演化。考虑到实际情况，工件的长侧边厚度较小（10mm ），且长度尺寸较大（330mm ），所以选用标准的支承板来定位是不行的。托槽槽宽尺寸为14mm ，大于上盖侧边厚度10mm ，主要是考虑到托槽只是起到一个“托”的作用，两边都留有适当间隙是为防止工件安装时被槽的某一侧挡到，使得工件过定位。
2.1.2钻床夹具的定位误差分析
1、钻孔距底面高度尺寸37±0. 1mm 的定位误差分析
对于此次设计的钻床夹具，工件的设计基准为上盖底部大接合面，而工序基准也为底部大接合面，所以，基准不重合误差△B =0。因为不存在制造不准确的定位副，所以，定位基准位移误差△Y =0mm。所以，深度尺寸的定位误差为△
D
⋂
=△B +△Y =0 mm
18
2、钻孔与工艺定位孔间距尺寸134±0. 1mm 的定位误差分析
阶梯孔尺寸134±0. 1mm 的设计基准为工艺定位孔，而本工序中的工序基准为工件外侧边。所以存在基准不重合误差。由零件图知其基准不重合误差值等于工序尺寸公差值，即△B =+0.05-(-0.05)=0.1mm. 因为不存在制造不准确的定位副，所以，定位基准位移误差△Y =0mm。所以该尺寸的定位误差△D =△B +△=0.1mm
2.1.3钻削力与夹紧力的计算
Y
1、钻削力的计算
采用的是高速钢钻头，故而进给力计算公式 查表得：
F f =C f d 式中 F f ——钻削进给力（N ）；
k Fy ——安全系数；
Z Ff
f
Y Ff
k Ff （2-1）
d 0——钻头直径（mm ）；
C f 、Z F y 、Y F y ——系数，由被加工的材料性质和钻削条件决定。 此工序钻Ф8.5mm 孔，由文献查表得安全系数为：
k 0=1. 2, k 1=1. 2, k 2=1. 15, k 3=1. 0k 4=1. 0, k 6=1. 0
k p =(所以，
k p min =(
[1**********]0
)
HB 190
)
0. 6
（2-2）
0. 6
=0. 935=1. 153
k p max =(
)
0. 6
取
k p =1. 1
所以钻削力为：
F f =G f d
Z Ff
f
Y Ff
k Ff
中其他参数查表得：
19
C Ff =420, Z Ff =0. 8d =8. 5, , f =0. 3
所以 ，
F f =420⨯8. 5
1. 0
⨯0. 3
0. 8
⨯1. 2⨯1. 2⨯1. 15⨯1. 0⨯1. 0⨯1. 0⨯1. 1=2486N
2、夹紧力的计算
由于工件受的钻削力在竖直平面上的分力P y 是方向大小恒定不变的力。但在水平面内，是一圆周力，大小不变，方向时刻变化。在估算夹紧力的时候，应该考虑到钻削力分力P x 在垂直定位平面方向和垂直定位平面方向上的两种情况，并分别计算取大值。
1）分力P x 在定位平面法线方向时 此时工件受力情况如下图2-3所示：
图 2-3 工件受力图
根据受力情况对工件进行静平衡计算：
20
Y 方向受力平衡：
∑Y
即：
=0
∑Y
X 方向平衡:
=P y +G -N 2=0
∑X
即：
=0
∑X
又相对与原点的转距和为0即
=2N 1+P x -2W =0
∑M
即：
O
=0
2W ⨯147+N 2⨯5-2N 1⨯143-G ⨯5-P y ⨯37-P x ⨯220=0
又相对于钻削点处的转矩为零，即
2N 1⨯77+G ⨯32-2W ⨯73-32N
2
=0
又已知：
1
(P +P ) 2=F f =2486N 2x 2y
G=500N(估算)
将数据带入上述方程解得理论夹紧力W=1153 N
2）分力P x 在定位平面切向时 此时工件受力情况如图2-4所示： 根据受力情况对工件进行静平衡计算： Y 方向受力平衡：
∑Y
即：
=0
∑Y
X 方向平衡:
=P y +G -N 2=0
∑X
即：
=0
21
P x -2W f -2N 1f =0
又相对与原点的转距和为0即：
∑M
即：
O
=0
2(W f +N 1f ) ⨯143+P y ⨯102-P x ⨯220=0
又有：
1
(P +P ) 2=F f =2486N 2x 2y
W f =W ⋅f 1 N 1f =N 1⋅f 2
G=500N(估算)
且由资料查得夹紧块对工件的摩擦系数：
f 1=0. 3~0. 5, 取f 1=0. 4
支承板对工件的摩擦系数：
f 2=0. 1~0. 4, 取f 2=0. 2
将数据带入上述方程解得理论夹紧力：
W=1520 N
所以，夹紧装置的夹紧力应该取较大值W=1520 N。 查资料选定安全系数：
K =K 0K 1K 2K 3K 4K 5K 6 由资料查得： 所以，
K =1. 3⨯1. 0⨯1. 3⨯1. 0⨯1. 0⨯1. 0⨯1. 0=1. 69
K 0=1. 3, K 1=1. 0, K 2=1. 3, K 3=1. 0, K 4=1. 0, K 5=1. 0, K 6=1. 0
工件夹紧需要的夹紧力大约为：
W K =W ⋅K =1520⨯1. 69=2568N
22
图 2-4 工
件受力图
2.1.4夹具的夹紧装置与机构设计
因为工件是大量生产，夹紧力又比较大，所以采用液压夹紧，液压缸选用通用系列查设计手册，选用凸缘式油缸[7]。
本设计中选择由两个液压缸直接顶起夹紧块进行压紧，压紧有效、快速。可以提高生产率。
具体的机构设计如图2-5所示：
在上图的机构中，工件竖直由右向左从托槽中插入，直至工件顶到左侧的支承钉，然后在启动液压缸，活塞推动夹紧块夹紧工件。同样，考虑到保护工件不致因为夹紧力太大而变形，所以应该保证活塞杆在接近其行程末端（留有适当余量）处顶杆开始顶起夹紧块。余量也不能太小，否则夹紧力不够，不能有效夹紧。
考虑到工件具体安装的情况，由于夹紧块夹紧作用的面不是工件的最高面（相对底部大接合面而言），选择液压缸型号的时候应该考虑到其活塞行程问题。当安装工件的时候，两个液压缸此时都以回油卸载，活塞退回至行程起点，如果选用的液压缸的活塞行程太短，活塞上的夹紧块退回行程不够，工件插入的时候就会被夹紧块挡到，根本不能通过，这样的错误是不允许的。此次选用
23
的液压缸活塞行程25mm, 经尺寸验算，满足要求。
图 2-5 机构设计图
本夹紧装置中用到的凸缘式液压缸的装配图如图2-6所示, 其中各主要零件如表2-1所示：
本夹紧机构中用到的夹紧块是非标准件，作用部分为铸件材料为灰铸铁HT200，与后面的直杆焊接而成。
表2-1 凸缘式液压缸零件列表
U(mm)
24
图 2-6 凸缘式液压缸的装配图
2.1.5钻床夹具的动力装置设计
此次钻床夹具的动力装置，选用液压动力。具体设计思路如前所述，在此不再赘述。
25
第3章 结 论
毕业设计结束了。回首设计过程，觉得自己有了很大的收获，学到了很多实实在在有用的知识。我做的设计是关于汽车变速箱上盖的工艺工装设计。整个课题的内容很丰富，涉及到了我大学很多专业课程的知识，比如工艺、公差、金属切削理论，夹具设计等。这些知识都是机械专业最基础最根本的。由于在以前学专业课的时候，知识学的很粗糙很肤浅，如走马观花一般根本不扎实。所以，在设计刚开始的时候，觉得有很多知识似曾相识，但却不知原理究竟，甚至还有很多是从未涉及的，所以感觉吃力。但是后来在老师的指导和帮助下，再加上翻阅查看了很多参考资料，这才一步步明朗和清晰。所以，在设计结束的时候，真实的体会到提高了很多。
1、设计让我开阔了视野，拓宽了知识面，学到了很多新知识，也让我许多
学过的知识得到了巩固，能熟练运用，融会贯通。
2、提高了自己的能力，独立设计、独立思考的能力。这是一次很难得的锻
炼，受益匪浅。
3、设计让我培养了一种科学严谨的治学态度，在真理面前孜孜以求，绝不
糊涂了事。我们即将步入社会，无论何时何地，做工作或做学问，都是需要严谨的精神的。
毕业设计是对我们大学所学知识的一次综合考验，也是我们大学生在学校的一次证明自己能力的机会。我们都应该认真对待，踏实完成。为大学的学习做一个完美的结束！
26
参 考 文 献
[1] 侯家驹. 《汽车制造工艺学》. 机械工业出版社. 1986
[2] 侯家驹主编. 《机械制造工艺学》. 机械工艺出版社 .2000
[3] 张耀宸主编. 《机械加工工艺设计实用手册》. 航空工业出版社 1993.12
[4] 杨黎明主编. 《机床夹具设计手册》. 国防工业出版社. 1996.5
[5] 庞怀玉主编. 《机械制造工程学》. 机械工业出版社. 1998.5
[6] 现代机械制造工艺装备标准应用手册编委会编. 《现代机械制造工艺装备标准应用手册》. 机械工业出版社. 1997.12
[7] 张玉、刘平主编. 《几何量公差与测量技术》. 东北大学出版社. 1999.9
[8] 左健民主编. 《液压与压传动》. 机械工业出版社. 1999.10
[9] 黄如林主编. 《切削加工简明实用手册》. 化学工业出版社. 2004.7
[10] 冯幸安主编. 《机械制造装备设计》. 机械工业出版社. 2004.1
[11] 顾维邦主编. 《金属切削机床》. 机械工业出版社. 1992.10
[12] 陈日曜主编. 《金属切削原理》. 高等教育出版社. 1985.3
[13] 国家标准局. 《GB/T12204-90金属切削基本术语》. 中国标准出版社. 1991.3
[14] 龚安定等编. 《机床夹具设计》. 西安交通大学出版社. 1993.6
[15] 大连理工大学工程画教研室编. 《机械制图》. 高等教育出版社. 2002.3
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致 谢
本设计的完成在很大程度上得到了各位老师的殷切帮助，特别是我的指导老师罗老师，不论是在夹具装配图的完成过程中，还是在工艺分析方面无不包括了罗老师的汗水。正是在罗老师的指导下，我才克服了一个个困难，顺利的完成本次毕业设计。并且，我在罗老师不厌其烦的指导下，加深了对专业课知识的理解，提高了自己的设计水平。
还有许多老师也在这次设计中也提出了很多宝贵意见，在此一并表示感谢！且在设计中同学之间互相帮助，互相促进，也在这里感谢帮助过我的所有同学。
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