摘 要
本文是在变速箱上盖的图样分析后进行变速箱上盖的机械加工工艺路线的设计，同时按照其中的加工工序的要求设计夹具。
变速箱上盖的主要加工内容是表面和孔。其加工路线长，加工时间多，加工成本高，零件的加工精度要求也高。按照机械加工工艺要求，遵循先面后孔的原则，并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证加工精度。基准选择以底面作为粗基准，以底面与两个工艺孔作为精基准，确定了其加工的工艺路线和加工中所需要的各种工艺参数。
在零件的夹具设计中，主要是根据零件加工工序要求，分析应限的自由度数，进而根据零件的表面特征选定定位元件，再分析所选定位元件能否限定应限自由度。确定了定位元件后还需要选择夹紧元件，最后就是确定专用夹具的结构形式。
关键词:变速箱上盖；加工工艺；工序；专用夹具
Abstract
This article is in the gearbox cover pattern analysis machining process route design gearbox cover, but in accordance with the requirements of the design process in which the processing jig.
The main content of the transmission and processing of the surface and cover the hole. Its processing line long processing times and more, high processing costs, machining precision parts is high. In accordance with the requirements of the machining process, follow the principle of surface after the first hole, and hole machining and the plane clearly divided into roughing and finishing stages in order to ensure accuracy. Select to the bottom surface of the base as a crude reference to the bottom surface of the hole as a fine reference both processes, determine the route of its processing technology and the various process parameters required for processing.
In fixture design parts, the main part is based on the requirements of the processing step, the analysis should be limited to the number of degrees of freedom, and then depending on the surface characteristics of the part of the positioning element is selected, and then analyze whether the selected positioning element defines should limit freedom. Determine the positioning element after clamping elements also need to choose, it is to determine the final form of the structure of the special fixture.
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????Keywords: transmission cover; processing; step; special fixture
目录
摘 要 II
Abstract III
第1章 序 言 1
1.1 本课题的研究内容和意义 1
1.2 国内外的发展概况 2
1.3 本课题应达到的要求 3
第2章 零件的分析 5
2.1零件的形状 5
2.2零件的工艺分析 5
第3章 工艺规程设计 7
3.1 确定毛坯的制造形式 7
3.2 基面的选择 7
3.3 制定工艺路线 7
3.3.1 工艺路线方案一 8
3.3.2 工艺路线方案二 8
3.3.3 工艺方案的比较与分析 9
3.4 选择加工设备和工艺装备 10
3.4.1 机床选用 10
3.4.2 选择刀具 10
3.4.3 选择量具 10
3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 10
3.6确定切削用量及基本工时 12
第4章 铰链式钻模板钻床夹具设计 25
4.1概述 25
4.2夹具的组成 25
4.3定位方法及定位元件 27
4.3.1定位的基本原理 27
4.3.2 定位元件 27
4.4对工件的夹紧设计 29
4.5夹具体 33
4.6专用夹具夹紧动力元件选用 33
4.7钻模板与导引元件的设计 33
4.8夹具体的设计与夹具方案 34
4.8.1夹具体设计 34
4.8.2夹具体设计 34
4.8.3夹紧力分析 35
结论 36
致谢 37
参考文献 38
第1章 序 言
1.1 本课题的研究内容和意义
工装工艺及夹具毕业设计是对所学专业课知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。
机械加工工艺规程是生产准备工作的主要依据。根据它来组织原材料和毛坯的供应，进行机床调整，专用工艺装备的设计与制造，编制生产作业计划，调配劳动力，以及进行生产成本核算等。
机械加工工艺规程也是组织生产、进行计划调度的依据。有了它就可以制定生产产品的进度计划和相应的调度计划，并能做到各工序科学地衔接，使生产均衡、顺利，实现优质、高产和低消耗。
机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片，是两个主要的工艺文件。机械加工工艺过程卡片，是说明零件加工工艺过程的工艺文件。在单件、小批量生产中，以机械加工工艺过程卡片指导生产，过程卡的各个项目编制较为详细。机械加工工序卡片是为每个工序详细制定的，用于直接指导工人进行生产，多用于大批量生产的零件和成批生产中的重要零件。
在机械行业中，如何去保证工件的高精度、加工的成本等实质性问题，一直是从事于机械行业人员研究的问题，其中在设计夹具的时候就要考虑以上问题，高效的夹具是工件高精度的保证，如何让夹具更高效、更经济，这是行业人急需要解决的。
随着社会的发展，科技的不断提高，各种高科技技术逐渐渗透到各个行业，如何利用这些高科技为人类服务，如何充分利用这些高科技在机械行业中，这还需要机械行业人员不断的努力，开拓创新。
随着科学技术的发展，和社会市场需要，夹具的设计在逐步的超向柔性制造系统方向发展。迄今为止,夹具仍是机电产品制造中必不可缺的四大工具之一,刀具本身已高度标准化,用户只需要按品种、规格选用采购。而模具和夹具则和产品息息相关,产品一有变化就需重新制作,通常是属于专用性质的工具,模具已发展成为独立的行业;夹具在国内外也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业。 组合夹具不仅具有标准化、模块化、组合化等当代先进设计思想,又符合节约资源的原则,更适合绿色制造的环境保护原理。所以是今后夹具技术的一个重要发展方向单位 。
机床夹具通常是指装夹工件用的装置:至于装夹各种刀具用的装置,则一般称为“辅助工具”。辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。按照机床夹具的应用范围,一般可分为通用夹具,专用夹具和可调整式夹具等。
通过这次毕业设计，对自己所学的理论知识进行一次综合运用，也是对四年的学习深度的一个检验。在这次设计过程中，充分挖掘自己分析问题，解决问题的潜力。并希望通过毕业设计能养成一种严谨，认真的态度，为以后参加工作打下一个良好的基础。
1.2 国内外的发展概况
工装的全称是工艺装备，工装是指加工机床外而需保证零件加工质量的工艺装备，是制造过程中所用的各种工具的总称。它是各企业内除生产设备和工具外的为配合生产设备和人完成工艺制作要求的部分，大多工装都是针对各自产品特点的。机械加工过程中用来固定和定位要加工的零件或毛坯件的装置，即工装的主要作用有：固定，定位，防止变形。
夹具属于工装，工装包含夹具，属于从属关系。不仅仅是焊装用，在机加工方面也有用，许多时候，需要装配几个部件并保证其定位准确的时候就需要。设计工装夹具要紧扣产品，因为工装夹具是专门为某些产品特定的，要保证生产时无干涉现象、定位准确、操作工操作便捷等。简单的说，就是用于工件装夹的工具。
夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。
由于现代加工的高速发展，对传统的夹具提出了较高要求，如快速、高效、安全等。要想达到这样的生产要求，就必须计算加工工序零件在加工过程中由于切削力、重力、惯性力等所产生的切削力及切削力矩，按照夹具设计中所确定的夹紧方式进行夹紧力的计算，为了减小夹具的具体尺寸，就需要增大夹具的定位区间，增大由夹紧力而产生的摩擦力矩、正压力及由此而产生的摩擦力，以达到夹具小巧而精用的目的。同时为了减少工人的劳动强度，提高工件装夹效率，还需要对夹具的夹紧机构的行程进行设计，以期以最短的夹紧行程，达到最佳的夹紧效果。
1.3 本课题应达到的要求
通过实际调研和采集相应的设计数据、阅读相关资料相结合，对变速箱上盖的基本结构及作用有个大致的了解，在此基础上，经过对金属切削加工、金属切削机床、机械设计与理论等相关知识充分掌握后，分析变速箱上盖的加工工艺，确定变速箱上盖各加工表面的加工方法，进而形成变速箱上盖的机械加工工艺路线。并能根据变速箱上盖的加工工序要求，分析变速箱上盖的定位方式、金属切削加工过程中的机床工作台驱动、工件夹紧等方面的相关数据，结合机械机构设计的相关理论知识，完成工件的有效定位及夹紧，从而使整个变速箱上盖的加工工艺路线经济，工件定位方案合理，来达到产品的最优化设计。
针对实际使用过程中存在的金属加工工艺文件编制、工件夹紧及工艺参数确定及计算问题，综合所学的机械理论设计与方法、机械加工工艺文件编制及实施等方面的知识，设计出一套适合于实际的变速箱上盖加工工艺路线，从而实现适合于现代加工制造业、夹紧装置的优化设计。为提高钻床夹具在机床上安装的稳固性，减轻其断续切削可能引起的振动，夹具体不仅要有足够的刚度和强度，其高度和宽度比也应恰当，一般有H/B≤1～1.25，以降低夹具重心，使工件加工表面尽量靠近工作台面。
第2章 零件的分析
2.1零件的形状
题目给的零件是汽车变速箱盖零件，主要作用是起连接作用。
零件的实际形状如上图所示，从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单。具体尺寸，公差如下图所示2-1。
图2-1 汽车变速箱盖零件图
2.2零件的工艺分析
由零件图可知，其材料为HT200，该材料为灰铸造，具有较高强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力和要求耐磨零件。
汽车变速箱盖零件主要加工表面为：1. 粗铣底面、半精铣，表面粗糙度值为3.2。2. 粗铣、半精铣上端面，表面粗糙度值3.2。3. 车外圆，表面粗糙度值3.2。4. 车内孔及圆弧，及表面粗糙度值3.2。5.两侧面粗糙度值6.3、12.5，面粗糙度值6.3。
汽车变速箱盖共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下：
(1)．底部端面的加工表面：
? ? 这一组加工表面包括：端面，内圆，倒角钻孔并攻丝。这一部份只有端面有6.3的粗糙度要求。其要求并不高，粗车后半精车就可以达到精度要求。而钻工没有精度要求，因此一道工序就可以达到要求，并不需要扩孔、铰孔等工序。
(2).端面的加工表面：
这一组加工表面包括：端面，粗糙度为3.2；的端面，并带有倒角；中心孔。其要求也不高，粗车后半精车就可以达到精度要求。其中，内圆直接在车床上做镗工就行了。
第3章 工艺规程设计
本汽车变速箱盖假设年产量为10万台，每台车床需要该零件1个，备品率为19%，废品率为0.25%，每日工作班次为2班。
该零件材料为HT200，考虑到零件在工作时要有高的耐磨性，所以选择铸铁铸造。依据设计要求Q=100000件/年，n=1件/台；结合生产实际，备品率α和 废品率β分别取19%和0.25%代入公式得该工件的生产纲领
N=2XQn(1+α)（1+β)=238595件/年
3.1 确定毛坯的制造形式
零件材料为HT200，铸件的特点是液态成形，其主要优点是适应性强，即适用于不同重量、不同壁厚的铸件，也适用于不同的金属，还特别适应制造形状复杂的铸件。考虑到零件在使用过程中起连接作用，分析其在工作过程中所受载荷，最后选用铸件，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠[2]。年产量已达成批生产水平，而且零件轮廓尺寸不大，可以采用砂型铸造，这从提高生产效率，保证加工精度，减少生产成本上考虑，也是应该的。
3.2 基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
粗基准的选择，对像汽车变速箱盖这样的零件来说，选好粗基准是至关重要的。对本零件来说，如果外圆的端面做基准，则可能造成这一组内外圆的面与零件的外形不对称，按照有关粗基准的选择原则(即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面做粗基准，若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对应位置精度较高的不加工表面做为粗基准) [3]。
对于精基准而言，主要应该考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不在重复。
3.3 制定工艺路线
制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
3.3.1 工艺路线方案一
10 铸造 铸造
20 时效 时效
30 涂底漆 涂底漆
40 粗铣 粗铣底部大端面
50 精铣 精铣底部大端面
60 粗铣 粗铣顶部凸台端面
70 精铣 精铣顶部凸台端面
80 铣削 铣削M10螺纹孔端面
90 钻扩铰 钻扩铰底部8-φ12孔
100 钻 钻内部3-φ12孔
110 钻扩铰 钻扩铰底部φ19、φ21、φ26台阶孔
120 钻扩铰 钻扩铰前端面φ10、φ12台阶孔
130 钻孔攻丝 钻顶部凸台端面M10孔螺纹孔
140 粗车 粗车顶部SR20内部圆弧轮廓及倒角 机加工
150 精车 精车顶部SR20内部圆弧轮廓及倒角 机加工
160 去毛刺 去毛刺
170 检查 检查
3.3.2 工艺路线方案二
10 铸造 铸造
20 时效 时效
30 涂底漆 涂底漆
40 粗铣 粗铣底部大端面
50 精铣 精铣底部大端面
60 粗铣 粗铣顶部凸台端面
70 精铣 精铣顶部凸台端面
80 铣削 铣削M10螺纹孔端面
140 粗车 粗车顶部SR20内部圆弧轮廓及倒角 机加工
150 精车 精车顶部SR20内部圆弧轮廓及倒角 机加工
90 钻扩铰 钻扩铰底部8-φ12孔
100 钻 钻内部3-φ12孔
110 钻扩铰 钻扩铰底部φ19、φ21、φ26台阶孔
120 钻扩铰 钻扩铰前端面φ10、φ12台阶孔
130 钻孔攻丝 钻顶部凸台端面M10孔螺纹孔
160 去毛刺 去毛刺
170 检查 检查
3.3.3 工艺方案的比较与分析
上述两个方案的特点在于：方案一的定位和装夹等都比较方便。方案二采用镗床加工，需要要及时更换刀具，因为有些工序在车床上也可以加工，镗、钻孔等等，需要换上相应的刀具。因此综合工艺方案，取优弃劣，具体工艺过程如下：
10 铸造 铸造
20 时效 时效
30 涂底漆 涂底漆
40 粗铣 粗铣底部大端面
50 精铣 精铣底部大端面
60 粗铣 粗铣顶部凸台端面
70 精铣 精铣顶部凸台端面
80 铣削 铣削M10螺纹孔端面
90 钻扩铰 钻扩铰底部8-φ12孔
100 钻 钻内部3-φ12孔
110 钻扩铰 钻扩铰底部φ19、φ21、φ26台阶孔
120 钻扩铰 钻扩铰前端面φ10、φ12台阶孔
130 钻孔攻丝 钻顶部凸台端面M10孔螺纹孔
140 粗车 粗车顶部SR20内部圆弧轮廓及倒角 机加工
150 精车 精车顶部SR20内部圆弧轮廓及倒角 机加工
160 去毛刺 去毛刺
170 检查 检查
3.4 选择加工设备和工艺装备
3.4.1 机床选用
①.工序是粗车、和精车。各工序的工步数不多，成批量生产，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外轮廓尺寸不大，精度要求属于中等要求，选用最常用的CA6140卧式车床。参考根据《机械制造设计工工艺简明手册》表4.2-7。
②.工序是钻孔，选用Z525摇臂钻床。
3.4.2 选择刀具
①.在车床上加工的工序,一般选用硬质合金车刀和镗刀。加工刀具选用YG6类硬质合金车刀，它的主要应用范围为普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工和半精加工。为提高生产率及经济性,可选用可转位车刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。
②.钻孔时选用高速钢麻花钻，参考《机械加工工艺手册》（主编 孟少农），第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有参数[4]。
3.4.3 选择量具
本零件属于成批量生产，一般均采用通常量具。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器的测量方法极限误差选择。采用其中的一种方法即可。
3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“汽车变速箱盖” 零件材料为HT200，查《机械加工工艺手册》（以后简称《工艺手册》），表2.2-17 各种铸铁的性能比较，灰铸造的硬度HB为143～269，表2.2-23 灰铸造的物理性能，HT200密度ρ=7.2～7.3（），计算零件毛坯的重量约为2。
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