109 变速箱壳体铣面夹具设计.docx
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109变速箱壳体铣面夹具设计
本科毕业设计
题目：
变速箱壳体铣面夹具设计
摘要
为对变速箱壳体端面铣削加工，我们进行此次专用夹具设计。
变速箱零件为铸件，零件形状复杂，在定位时，选一面两销的定位方式定位，并以操作简单的手动夹紧方式夹紧，其机构设计简单，方便且能满足要求。
关键词：
变速箱壳体，铣面加工，专用夹具，设计
DesignofClampingDeviceforTheGearboxShellFaceMilling
Abstract:
Thisdesignisabouttheshellofthegearboxfacemillingclampdesign.Thepartsiscasting,andithavecomplexshape.Whenprocessesing,weneedtakeitinrightposition,sowechooseslocatemodewhichtwosellsatthesametime,andoperatesthesimplemanualclampwayclamp,itsorganizationdesignissimple,theconveniencealsocansatisfytherequest.e_35B_QK_
Keywords:
ShellofTheGearbox,MillingFace,UnitClamp,DesignofClampingDevice.
目录
一.前言-1-
二．设计任务-2-
三．铣床夹具的主要类型与特点-3-
3.1铣床夹具的主要类型-3-
3.2铣床夹具的特点-3-
四．对加工工件进行工艺分析-3-
五．定位方案设计-3-
5.1工件与夹具体的定位-3-
5.2夹具体与机床的定位-4-
5.3定位误差计算-4-
六．夹紧方案设计-6-
6.1铣削力的计算-7-
6.2夹紧力的计算-8-
七．夹具体与其它装置设计-10-
7.1夹具体设计-10-
7.2其它装置设计-11-
八．技术条件制定-12-
九．夹具精度分析-12-
十.夹具工作原理简介-13-
十一.总结-14-
参考文献-15-
致谢-16-
一.前言
夹具最早出现在18世纪后期，随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。
在机床上对工件进行加工时,为了保证加工表面相对其它表面的尺寸和位置精度,首先需要使工件在机床上占有准确的位置,并在加工过程中能承受各种力的作用而始终保持这一准确位置不变。
前者称为工件的定位,后者称为工件的夹紧,这一整个过程统称为工件的装夹。
在机床上装夹工件所使用的工艺装备称为机床夹具。
而机床夹具按专业化程度可分为通用夹具、专用夹具、组合夹具、成组夹具。
它在保证产品优质、高产、低成本，充分发挥现有设备的潜力，以便工人掌握复杂或精密零件加工技术，以减轻繁重的体力劳动等诸方面起着巨大的作用。
因此，机床夹具的设计和使用是促进生产迅速发展的重要工艺措施之一。
夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置、对刀引导元件（确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向）、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。
对于此次要加工的变速箱，由于传统铣削变速箱壳体端面所使用的夹具复杂、生产效率低、工人工作强度大、夹具通用性低等特点，故需设计一种能满足现代化生产的专用夹具。
当然，由于自己知识的缺陷，设计时考虑的不够周全，存在一些错误，还请各位老师和同学指正，我将做到虚心接受，努力提高自己。
二．设计任务
设计题目：
变速箱壳体铣面夹具设计
姓名
陈亮
班级
机制052
学号
20050416
设计题目
变速箱壳体铣面夹具设计
指导老师
樊十全
零件名称
变速箱壳体
材料
QT450-10
生产类型
中批量生产
毛坯
铸件
生产纲领
年生产量5000件
设计任务
零件简图如下图2-1，本工序铣削加工变速箱壳体侧端面，设计铣床手动专用夹具。
图2-1
三．铣床夹具的主要类型与特点
3.1铣床夹具的主要类型
铣床夹具主要用于加工零件上的平面、凹槽、键槽、缺口、花键、齿轮及各种成形面等。
由于铣削加工通常是夹具随工作台一起作进给运动，有时也作圆周进给运动，因此铣床夹具的结构，按进给方式不同铣床夹具可分为直线进给式、圆周进给式和靠模进给式三种类型。
3.2铣床夹具的特点
铣削加工的切削用量和切削力一般较大，切削力的大小和方向也是变化的，而且又是断续切削，因而加工时冲击和振动较严重。
所以对于此次所设计的夹具，要特别注意工件定位稳定性和夹紧可靠性；夹紧装置要能产生足够的夹紧力，手动夹紧时要有良好的自锁能力；夹具上各组成元件的强度和刚度要高。
另外，由于铣削的切屑较多，夹具上应有足够的排屑空间，应尽量避免切屑堆积在定位支承面上。
因此，定位支承面应高出周围的平面（可参考底板图纸），而且在夹具体内尽可能做出便于清除切屑和排出冷却液的出口。
四．对加工工件进行工艺分析
在铣削端面前，变速箱壳体的上下表面与两定位孔都已加工好。
对于上下表面其加工精度要求保证平面度为0.28，粗糙度为6.3，两表面间距离为165.15mm；对于两定位孔则是先钻，再通过铰刀精铰至10mm.
在加工侧端面时，侧端面尺寸要求为
，表面粗糙度为3.2，分析可知由铣削直接加工就可达到要求。
五．定位方案设计
5.1工件与夹具体的定位
工件与夹具体的定位是间接通过定位块来实现的。
定位块通过自己本身及定位插销12、四个内六角圆柱头螺钉16、衬套11实现与底板的定位。
而对于工件与定位块的定位，为限制工件沿Z轴的移动自由度、工件绕X轴的转动自由度及工件绕Y轴的转动自由度，我们需用工件的下表面作为第一定位基准；为限制工件沿X轴方向的移动自由度、沿Y轴方向的移动自由度，需将工件上内孔1作为第二定位基准；同时为限制工件绕Z轴的转动自由度，需将工件上内孔2作为第三定位基准，这样就限制了工件的六个不定度，达到完全定位，而这种定位方式也就是我们常说的“一面两孔”定位。
5.2夹具体与机床的定位
夹具体与机床的定位是通过两个定向键9、内六角圆柱头螺钉10，以及T型螺钉与压板将夹具体固定在机床导轨上，实现定位。
定位方案示意具体情况如下图5-1：
图5-1
5.3定位误差计算
在机械加工中，产生加工误差的因素很多，而其中与夹具相关的误差有夹具相对于机床成形运动的位置误差，夹具相对于刀具位置的误差，工件在夹具中的定位误差，工件在夹具中被夹紧时产生的夹紧误差，夹具磨损所造成的加工误差等，而我们此处的话，只对工件在夹具中的定位误差做一简单计算。
定位误差由基准位置误差和基准不重合误差组成。
基于此，对于一面两孔的定位，如下图5-2：
图5-2
可查《机床夹具设计手册》表1－1－12得：
基准位置误差
（5.1）
（5.2）
式中：
为第一定位孔的公差，
为圆柱销的公差；
为第二定位孔的公差，
为菱形销的公差；
——第一定位孔与圆柱销间的最小间隙；
——第二定位孔与菱形销间的最小间隙；
——为转角误差。
又因圆柱销尺寸为
，菱形销尺寸为
，圆柱销与定位孔1的配合为
，
菱形销与定位孔2间的配合为
，两定位孔尺寸为
。
由此可得
对于基准不重合的误差有：
（5.3）
则定位误差
（5.4）
＝
=
由此可知，此定位方式能够满足加工要求。
六．夹紧方案设计
由于螺旋夹紧机构具有结构简单、制造容易、夹紧可靠、扩力比大、夹紧行程不受限制等特点，所以在手动夹紧装置中被广泛使用，而对于此次设计，即可用螺旋夹紧机构对工件进行夹紧，在这螺旋夹紧机构的结构是由底板1、六角螺母2、可调支柱3、双头螺杆4、压缩弹簧5、平垫圈6、移动压板7、平底螺母8构成。
在对工件进行夹紧前，可先将可调支柱、六角螺母、双头螺杆、平底螺母拧松，待工件装上之后，通过压板压住工件，再分别拧紧可调支柱、六角螺母、双头螺杆、平底螺母，再加上定位块、圆柱销、菱形销、衬套的定位，实现对工件的夹紧与松开。
根据工件尺寸，对移动压板的尺寸可初步拟定为厚度为25mm，长155mm，再据工件尺寸、压板尺寸、双头螺杆尺寸大小，可选M20X2.5的平底螺母作为压紧螺母。
夹紧方案的确定如下图6-1所示（局部图）：
图6-1
6.1铣削力的计算
对于此零件，我们可用万能铣床X62W对其进行加工，所选铣刀为镶齿套式面铣刀，刀具材料为高速钢W18Cr4V.
因工件材料为QT450-10,硬度为185HBS.则可查《机床夹具设计手册》表1－2－9得：
计算公式为：
（6.1）
其中P---铣削力（N）；
---在调整高速钢铣刀铣削时，考虑工件材料及铣刀类型系数，其值查表1－2－10选取,此处为
=294；
t---铣削深度（mm），指铣刀刀齿切入和切出工件过程中，接触弧在垂直走刀方向平面中测得的投影长度;
---每齿进给量（mm/齿）;
D---为铣刀直径（mm）;
B---铣削宽度（mm），指平行于铣刀轴线方向测得的切削尺寸;
z---为铣刀齿数;
---为用高速钢铣削时，考虑工件材料机械性能不同的修正系数，对于QT450-10：
。
查《金属切削手册》表9－12可得
，查表9－7可得D＝125mm,Z=14,又因工件的铣削深度为2.5mm,铣削宽度为110mm.
所以
6.2夹紧力的计算
查《机械夹具设计手册》表1－2－11可得
夹紧力计算公式
（6.2）
其中K---安全系数;
P---为切削力（N）;
---为夹紧元件与工件间的摩擦系数;
L、H、l---工件受力大概尺寸，其中L＝82.575mm，H＝165.15mm，l=52.5mm,具体如下图6-2：
图6-2
又因安全系数
（6.3）
其中
---考虑工件材料及加工余量均匀的基本安全系数;
---加工性质系数;
---刀具钝化程度系数;
---切削特点系数;
----夹紧力的稳定性系数;
----手动夹紧时的手柄位置系数;
----仅有力矩使工件与支承面接触的情况系数。
查《机械夹具设计手册》表1－2－1和表1－2－2和表1－2－12得:
。
则
代入夹紧力计算公式
因螺旋夹紧机构是通过平底螺母来实现夹紧，若手柄长度为240mm，作用力为100N,则可查《机械夹具设计手册》表1－2－25得螺母夹紧力
N。
所以有
<
，故此夹紧装置能满足加工所需的夹紧力，能保证工件的加工精度，是可行的。
七．夹具体与其它装置设计
7.1夹具体设计
夹具体是夹具的基础件。
在夹具体上，要安装组成该夹具所需要的各种元件、机构和装置等。
设计时应满足以下基本要求：
1、应有足够的强度和刚度：
保证在加工过程中，夹具体在夹紧力、切削力等的作用下，不致产生不允许的变形和振动；
2、结构简单，具有良好的工艺性：
在保证强度和刚度的条件下，力求结构简单，体积小，重量轻，特别是对于移动或翻转的夹具，其重量不应太大（一般不超过10KG），以便于操作；
3、尺寸要稳定：
对于铸造夹具体，要进行时效处理，对于焊接夹具体，要进行退火处理，以消除内应力，以保证夹具体加工尺寸的稳定；
4、便于排屑：
为防止加工中切屑积在定位元件工作表面或其他装置中，而影响工件的正确定位和夹具的正常工作，在设计夹具体时，要考虑切屑的排除问题。
基于此，选夹具的结构为铸造结构，材料为45钢，夹具体进行时效处理，根据工件、定位元件、夹紧装置、对刀－引导元件以及其他辅助机构和装置在总体上的配置，夹具体的外形尺寸大致可确定为长430mm，宽200mm,厚23mm。
如下图7-1所示：
（具体见夹具体零件图）：
图7-1
7.2其它装置设计
铣床夹具依靠夹具体底面和定向键侧面与机床工作台上平面及T型槽相连接，以保证定位元件对工作台和导轨具有正确的相对位置。
为了减小安装时的偏斜角
的误差，安装定向键时应当使它们靠向T型槽的同一侧。
对定向键的设计方案如下图7-2所示（局部图）：
图7-2
对定向键的直角部分都倒1*45°的倒角，在夹具体与定向键的连接部分中的直角开出凹槽，如图中的小凹槽。
定向键与夹具体采用螺钉连接，对于定向键的大小，根据铣床工作台最大行程700*260*320，我们可以确定向键的尺寸，具体见定向键零件图。
八．技术条件制定
1.圆柱销中心和菱形销中心到D面的距离之差为116.01mm。
2.菱形销相对于夹具体表面的垂直度要求为
。
3.夹具体侧面与基准面A的垂直度要求0.02，与基准C与基准D的公共连线的平行度要求为0.025。
九．夹具精度分析
夹具误差必须满足如下公式：
（9.1）
dw是定位误差：
dw=0.032;
jw是基准位置误差：
jw=0.004;
jd是铣床夹具的对刀误差：
Δjd=δS＋δh（9.2）
δS——塞尺的制造误差；δh——对刀块工作表面至定位元件的尺寸公差。
查《机床夹具设计手册》塞尺基本尺寸可知：
δS=0.014。
因为对刀块是用就地加工法加工的，所以可以认为：
δh=0。
由此我们可知：
jd=0.014
得
=0.035
0.035<
可知,夹具精度符合要求。
十.夹具工作原理简介
下面我们来分析与说明它的工件原理:
工件通过菱形销、圆柱销固定在定位块上，而定位块又通过定位插销和内六角圆柱头螺钉与夹具体相联，对于螺旋夹紧机构是通过六角螺母固定在夹具体上。
在夹具体的底平面上安装定向键用于与铣床工件台面的连接与定位。
装工件时，只要把平底螺母松开一点，并将移动压板向左移动一点即可把工件放上去，拧紧即可，开始对工件的进行铣面加工。
卸载工件时，松开平底螺母，移动压板左移，即可卸载。
操作简单，省时省力，装卸工件时只需靠平底螺母的松紧和移动压板的移动即可轻松实现。
通过上述分析得出:
本套夹具定位准确可靠,拆卸工件方便,加工质量稳定,提高了生产效率,降低了生产成本,减轻了工人的劳动强度是可行的。
对此夹具各个零件的装配关系见下图10-1：
图10-1
十一.总结
此次毕业设计是我们从大学理论学习走向实际工作应用的重要一步。
从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。
其间，查找资料，向老师请教，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。
在设计过程中,我对专业基础知识有了一次系统的复习和巩固，同时也学会了查找相关资料与标准，学会了分析数据，提高了自己的CAD\PRO-E的制图能力，也能更熟练的运用OFFICE办公软件，懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。
但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处，比如缺乏综合应用专业知识的能力，设计分析不全面,运用各种工具不熟，等等，当然这的话还在自己在以后的工作学习中不断完善。
总之,通过这次设计，我了解了变速箱壳体铣面的加工方法，熟悉了变速箱壳体铣面夹具的设计步骤，锻炼了自己工程设计的实践能力，也培养了自己独立思考分析问题的意识,相信这对于我以后的工作学习是有很大帮助。
参考文献
[1]
王启平主编.机床夹具设计[M].哈尔滨工业大学出版社，2005
[2]
东北重机,洛阳工学院，一汽职工大学编.机械夹具设计手册[M].上海科学技术出版社，1990
[3]
陆剑中.孙家宁主编.金属切削原理与刀具[M].机械工业出版社，2005
[4]
刑闽芳主编.互换性与技术测量[M].清华大学出版社.2000
[5]
王秀伦主编.机床夹具设计[M].国防工业出版社.1983
[6]
曾志新,吕明主编.机械制造技术基础[M].武汉理工大学出版社.2001
[7]
杨忠明，朱家诚主编.机械设计[M].武汉理工大学出版社.2001
[8]
吴宗泽主编.机械零件设计手册[M].机械工业出版社.2003
[9]
徐圣群主编.简明机械加工工艺手册[M].上海科学技术出版社.1991
[10]
于就泗，齐发主编.机械工程材料[M].大连理工大学出版社,2003
[11]
谭建荣主编.图学基础教程[M].高等教育出版社，1999
[12]
余桂英，郭纪林主编.AutoCAD2006中文版实用教程[M].大连理工出版社.2006
[13]
戴曙主编.金属切削机床[M].机械工业出版社.1993
[14]
上海柴油机厂工艺设备研究所编.金属切削机床夹具设计手册[M].机械工业出版社.1984
[15]
上海市金属切削技术协会编.金属切削手册[M].上海科学技术出版社，1984
[16]
中国机械社区：
[17]
野火论坛：
[18]
燕春南.浮动夹紧铣削夹具的设计.机床与液压[J]，2008年01期.
[19]
李兆东.一种万能铣夹具设计.山东建筑工程学院学报[J]，2006年03期.
[20]
窦广勇，胡延凤.单向阀专用铣夹具的设计.通用机械[J]，2004年08期.
致谢
此次毕业设计可以圆满地完成，要感谢我的指导老师樊十全,感谢他在整个设计过程中给予我的指导和帮助,也要谢谢吴彦红老师中途对我CAD图的指正，以及我周围的同学朋友，感谢他们提出宝贵的意见和建议。
另外，我要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的悉心教导使我有了良好的专业基础知识，这也是毕业设计得以完成的基础。
虽然大学即将结束,但学习是人一生的事,在以后的工作中,我一定努力学习,不辜负老师同学对我的期待,做出自己的一份事业，也为社会做出自己的一份贡献。
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