變速箱殼體銑面夾具設計【三維PROE】【10張CAD圖紙和說明書】【GJ系列】

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JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 本 科 畢 業(yè) 論 文（設 計） 題目： 變速箱殼體銑面夾具設計 學 院： 工學院 姓 名： 賀 先 學 號： 20101137 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 年 級： 2010級 指導教師： 樊十全 職 稱： 副教授 二0一四 年 五 月 I 目錄 摘要 2 一、前言 4 二、設計任務 4 三、銑床夾具的主要類型和設計特點 5 3.1 銑床夾具的主要類型 5 3.2 銑床夾具的設計特點 5 四、對加工零件的工藝分析 6 五、定位方案設計 6 5.1底板與工件的定位 6 5.2 機床與底板的定位 6 六、定位誤差分析與計算 7 6.1 定位誤差分析 7 6.2 定位誤差計算 7 七、夾緊方案設計 9 八、切削力計算 10 九、夾緊力計算 11 十、夾具體的設計 12 十一、技術條件制定 13 十二、夾具精度計算以及減少誤差的方法 14 12.1 夾具的精度計算 14 12.2減少誤差分析 14 12.3夾具精度的小結(jié) 15 十三、夾具工作原理的簡介 15 十四、總結(jié) 16 參考文獻 17 摘要 我們此次實際的是用于銑削變速箱殼體的專用夾具，考慮到變速箱的形狀，我們采用一面兩銷的定位方案，并通過擰緊和旋松螺母來實現(xiàn)夾具的裝配和拆卸，這種設計操作簡單，使用方便。其中我們所設計的夾具它的定位元件為菱形銷、圓柱形以及以及定位塊的四個凸面，而加工零件的定位表面為與菱形銷和圓柱形配合的倆個孔以及加工元件的底面。 關鍵詞： 一面兩銷;變速箱;銑削;夾具;定位元件 Abstract We the actual special fixture is used for milling the gearbox shell, considering the shape of a gearbox, we adopt a two pin positioning scheme, and through the screw and unscrew nuts to realize the clamp assembly and disassembly, this design is simple, easy to use. Which we designed fixture its positioning components for the diamond pin, four convex cylindrical and positioning block, but the positioning surface of machining parts with the diamond pin and cylindrical coordinate the two holes and processing the bottom surface of the element. Key words: a two pin; Gearbox; Milling; Fixture; Positioning components. 一、前言 “工欲善其事，必先利其器”， 這是我國勞動人民的歷史重要性的斗爭的工具生產(chǎn)的結(jié)論。在現(xiàn)代生產(chǎn)中,夾具的作用(設備)。 無論在傳統(tǒng)的制造業(yè)中,現(xiàn)代制造系統(tǒng)中,機床夾具是非常重要的,它在機械加工、焊接、熱處理、檢驗、裝配過程,為了安裝加工,擁有正確的定位,良好的產(chǎn)品質(zhì)量,確保零件和提高生產(chǎn)效率,工藝設備所使用的夾具。在機器上的工件,必須使用夾具裝夾工件。工件裝好,是確定相對于工件在機床上的位置正確。這一過程被稱為定位。工件夾,對工件產(chǎn)生力量,讓位于具有良好的位置將可靠的夾緊工件,這一過程稱為夾緊。從夾緊的到定位,整個過程,稱為夾緊。 在加工過程中,工件幾何精度取決于機床的相對位置,嚴格地說,只有在機床、夾具、刀具,相對正確的關系工具,夾具和工件,表面加工精度之間的相對位置。顯然,機床夾具的基本要求是正確的,牢牢地固定在一個給定的工件的位置。因此,除了保證機床夾具的制造精度應該夠了,還應該是生產(chǎn)足夠的剛度來抵抗變形和振動。機床夾具在機械加工中起著非常重要的作用:第一,縮短輔助時間,提高生產(chǎn)效率,降低加工成本。第二,保證加工精度,加工質(zhì)量穩(wěn)定。第三,減少工人的技術要求,降低勞動強度,保證安全生產(chǎn)。第四,擴大機床的過程,實現(xiàn)“一臺機器可以”;第五,在自動化生產(chǎn)和組裝線,容易平衡生產(chǎn)節(jié)奏,等。因此,機床夾具的設計和使用修改后的技術的重要方法之一。 二、設計任務 題目：變速箱殼體銑面夾具設計 也就是設計一個變速箱殼體手動可調(diào)銑面夾具，殼體為鑄件，材料為QT-450-10，要求年生產(chǎn)能力為5000件，為中批生產(chǎn)。 具體如圖下（1）： 圖（1） 三、銑床夾具的主要類型和設計特點 3.1 銑床夾具的主要類型 銑床專用夾具大部分運用在加工零件上的平面、溝槽、花鍵、缺口，直線成型面和立體成型面等，由于在銑削加工中，多數(shù)情況是工作臺好夾具一起做進給運動，而夾具的整體結(jié)構又主要取決于銑加工的進給方式，因此銑床專用夾具可分為直線、靠模和圓周進給式三種類型。 3.2 銑床夾具的設計特點 第一，銑削一般為斷續(xù)切削，且加工的余量比較大，切削力較大而且方向周期性變化，因此夾具整體應有一定的強度和剛度，另外夾具的重心應盡可能的低；第二，夾緊的裝置應該要有一定的強度和剛度，確保必要的夾緊力，并有較好的自鎖性，一般銑床夾具不便采用偏心夾緊機構，粗銑更是這樣；第三，夾緊力應作用在工件剛度較大的部位上，工件與主要定位元件的定位表面接觸剛度要大；當從側(cè)面壓緊工件時，壓板在側(cè)面的著力點應低于工件側(cè)面支承點；第四，為了確定和調(diào)整銑刀和夾具的相對位置關系，應該正確選取對刀的裝置，對刀裝置也應設置在易觀察和便用塞尺的位置，并設在銑刀開始切入工件的一端；第五，夾具結(jié)構應使切屑和冷卻液能順利排出，必要時應開排屑孔；第六，為了調(diào)整和確定夾具和確定夾具與機床工作臺軸線的相對位置，在夾具體的底面應具有倆個定向建，定向建與工作臺T形槽宜用單面貼合；精度高的甚至重型夾具宜采用夾具體上的找正基面。 四、對加工零件的工藝分析 在平銑削端面前，變速箱殼體的上下表面已加工好，倆定位孔同樣確保了精度。具體為上下表面加工精度為平面度0.36，粗糙度為3.2，倆表面間的間距為168.45mm；而倆孔則是先打中心孔，然后再鉆孔，再擴孔最后再用絞刀精加工至10.3mm。在銑削側(cè)端面前依據(jù)所給設計的要求，直接銑削加工其表面粗糙度為6.3。 五、定位方案設計 5.1底板與工件的定位 底板與工件的定位是依據(jù)定位塊簡介來完成的。定位塊是通過自身的端面與底板的端面貼合和四個內(nèi)6角圓柱頭螺釘、底板與村套配合而完成定位的。而定位塊與工件的定位，以定位塊上表面限制工件Z方向的移動、X方向方向轉(zhuǎn)動以及Y方向的轉(zhuǎn)動；以工件上內(nèi)孔1作為軸線的定位基準，圓柱銷1限制X方向的移動及Y方向的移動倆個自由 度。菱形銷2則限制Z方向的轉(zhuǎn)動的自由度。另外菱形銷與圓柱銷的中心連線必須和菱形銷長軸垂直，從而達到完全定位，我們稱這種定位為‘一面二銷’定位。 5.2 機床與底板的定位 機床與底板的定位是由T形槽與倆個定向鍵、T形螺桿以及六角圓柱螺釘與壓板將夾具固定在機床上，從而完成所需定位。 如圖（2）所示 圖（2） 六、定位誤差分析與計算 6.1 定位誤差分析 工件逐個在夾具中定位時，各個工件的位置不一致的原因主要是基準不重合，而基準不重合又分為倆種情況：一是定位基準與限位基準不重合產(chǎn)生的基準位移誤差；二是定位基準與工序基準不重合產(chǎn)生的基準不重合誤差。 6.2 定位誤差計算 對于一面?zhèn)z銷的定位，如下圖（3）是倆銷反向移動 圖（3） 查《機床夾具設計手冊》表1-1-12得 基準位移誤差： 基準轉(zhuǎn)角誤差： 同理當圓柱銷與菱形銷移動方向相同時有 基準位移誤差： 基準轉(zhuǎn)角誤差： 其中式中為圓柱銷的公差，為第一定位孔的公差； 為圓柱銷的公差，為第二定位孔的公差； 圓柱銷與第一定位孔間最小間隙 為圓柱銷與第二定位孔間最小間隙 為轉(zhuǎn)角誤差 同理當圓柱銷與菱形銷移動方向相同時有 基準位移誤差： 基準轉(zhuǎn)角誤差： 而基準不重合誤差為=0.5=0.5x0.008=0.004 定位孔1與圓柱銷配合為，定位孔2與菱形銷配合為，都屬于過盈配合，又因為的尺寸為菱形銷10.20，圓柱銷的尺寸為10.17 帶入基準誤差公式得 =0.018+0.008+0.005 =0.031 則定位誤差=+=0.031+0.004=0.035<0.21T =tan =0.0172度 綜上可知，我們這次的定位方案符合設計要求。 七、夾緊方案設計 我們所要加工的工件需要六點定位，工件三個方向都要被夾緊，如果工件三方向分別設置夾緊機構，則夾具復雜且操作不便，為簡化加工時的操作，其結(jié)構由底板、可調(diào)支柱，壓縮彈簧，移動壓板、平墊圈，雙頭螺桿等組成。在工件夾緊前，先旋松平底螺母，使移動壓板松動向左右移動，再將工件放置在加工位置出，而后定位之后，再將移動壓板放置正確位子，最后再擰緊螺母即可。 根據(jù)工件的實際尺寸，可設壓板的長、高、寬分別為160mm、25mm、44mm，再由雙頭螺桿和的可調(diào)支柱尺寸大小，可以選用M20的螺母為壓緊螺母。 其中夾緊圖（4）如下： 八、切削力計算 我們此次加工面為平面，工件材料為鑄鐵，故查《現(xiàn)代機床夾具設計》表4-20得切削力P= 同理其中由一直條件查表4-20可得=294, 為在高速鋼銑刀銑削時，考慮工件材料及銑刀類型的系數(shù)；為銑削深度，mm；為每齒進給量，mm；d為銑刀直徑，mm；B為銑削寬度，mm;z為銑刀齒數(shù)；為用高速鋼銑刀銑削時，考慮工件材料機械性能筆筒的修正系數(shù)。其中=0.939 另外查《材料力學》筆記其中為取700MPa 查《金屬切削手冊》表9-7、9-9、9-10和9-12可取=0.4, 銑削直徑d為100mm，齒數(shù)取10，工件銑削深度為10mm，銑削寬度取80mm。 將以上數(shù)據(jù)帶入切削力公式得P= 有P=294xxxxx10x0.939=1554N 九、夾緊力計算 按照我們的設計的工件和夾具的特點，查《機械夾具設計手冊》可得其受力分析圖（5） 圖（5） 由理論力學力矩知識可知：選的力矩方向為正方向得+=0 其中f=u 即得：= 其中K為安全系數(shù)，P為切削力 u為夾緊元件與工件間的摩擦系數(shù) L、H、l為工件的大致受力尺寸 其中L=89.243mm H=165.34mm L=50.05mm 查《現(xiàn)代機械機床夾具設計》表4-21知 安全系數(shù)K=xx 其中為考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數(shù) 其值取1.2-1.5 為加工性質(zhì)系數(shù) 精加工其取值為1.0 為刀具鈍化系數(shù) 其取值為1.0到1.9 為切削特點系數(shù) 斷續(xù)切削其值為1.2 為夾緊的穩(wěn)定性系數(shù) 手動夾緊其值為1.3 為手動夾緊時的手柄位置 其值操作方便為1.0 為僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)時，工件與支承面接觸的情況系數(shù) 接觸點穩(wěn)定其值為1.0 另外刀具銑削力P查《機械夾具設計手冊》 和相應計算可知切削力P大概為1550N 代入安全系數(shù)公式可知 K=xx =1.25x1.0x1.45x1.2x1.3x1.0x1.0 =2.8275 帶入夾緊力公式可得 = = =4928.62471N 我們此次采用的夾緊方式是螺旋夾緊機構，查《機械夾具設計手冊》表1-2-25有當手柄長度為240mm，作用力為100N時螺母的夾緊力=7950N 由此可知,因此夾緊機構滿足加工所需夾緊力，故此設計是可行的 十、夾具體的設計 固定在夾具連接各種設備和組件的基礎上,整體而言,最大的最復雜的,具有特定形狀和大小取決于各種設備夾具布局和夾具和機床和加工過程中,夾具夾緊力、切削力和振動的影響,因此夾具必須有足夠的強度和剛度。切削力生成的加工過程中,夾具的一些將會下降,減少累積過多會影響工件的定位和夾緊的可靠性,因此,夾具設計,必須考慮結(jié)構促進排泄。此外,經(jīng)濟的特定結(jié)構的混凝土結(jié)構和操作,方便拆卸等。以下是夾具體的設計的基本要求: 第一，保證再加工過程中不允許產(chǎn)生變形和震動，應有足夠的強度和剛度，從而保證不因夾緊力、切削力等外力作用下而產(chǎn)生不允許的變形和振動； 第二，在保證強度和剛度的條件下，力求結(jié)構簡單、體積小、質(zhì)量輕等； 第三，對鑄件要進行時效處理，對于焊接夾具體要進行退火處理以清除內(nèi)應力； 第四，為防止加工中切屑聚集在定位元件工作表面或其他裝置中而影響工件的正確定位和夾具正常工作。 由此，根據(jù)所銑削工件的尺寸、倆面一銷的定位方案和刀具的對刀方式與夾緊力的作用點和方向以及其他組成部分的結(jié)構形式等來確定夾具體的形式和結(jié)構，則推知夾具體的尺寸長為430mm，寬200，厚24mm，如圖（5）所示 圖(5) 十一、技術條件制定 1. 找正基面的直線度與平面度公差值為0.005mm 2. 菱形銷相對于夾具體表面的垂直度要求為 3. 夾具體上找正基面與安裝元件的平面間的垂直度不大于0.01mm 4. 夾具體側(cè)面與基準面A的垂直度要求0.02，基準C與基準D的公共連線的平行度要求為0.025 十二、夾具精度計算以及減少誤差的方法 12.1 夾具的精度計算 機床夾具是用來確保正確的工件相對位置的工具,和主要取決于產(chǎn)品的加工精度和工件之間的相對位置的工具,在加工過程中,夾具精度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。夾具設計,為了保證工件的制造精度定位,必須在正確的地方,并保持一個或多個處理的立場沒有改變,第一選擇良好的定位面,第二考慮合理的錨點的位置。定位定位不準確,工件定位和方向變化的必然結(jié)果,使工件的幾何誤差,從而使各種因素的綜合分析必須精心設計。由于工件,錯誤是獨立的隨機變量,所以整體的加工誤差。 ,另外夾具的精度必須滿足 其中是定位誤差：=0.031 是基準位置誤差：=0.003 是塞尺的制造誤差：=0.010 是對刀塊工作表面至定位元件的尺寸公差：=0.010 其中他們之間的關系如圖（5） 圖（5） 帶入公式得 由此可知我們所設計的夾具滿足以上要求. 12.2減少誤差分析 第一，在機床上找正夾具的位置； 第二，定位件裝在夾具體上以后再最后加工定位件的工作表面； 第三，夾具安裝在機床上以后再加工定位件的工作表面。 12.3夾具精度的小結(jié) 為更高的加工精度,精度分析應給予。機床夾具是五花八門,但只要你知道每個錯誤代表的含義,理解錯誤計算原理,考慮到夾具設計過程的主要因素和關鍵問題,根據(jù)加工精度的計算可以用夾具布局是正確的,尺寸公差。工件加工精度結(jié)果明顯合適的參數(shù),使夾具可以保證長時間的加工精度。 十三、夾具工作原理的簡介 接下來我們來簡述一下夾具的工作原理：夾具體首先固結(jié)在銑面機床上，并用底面安放定向鍵用于與銑床工作臺的定位；其次，由夾具體分別與定位塊和工件固結(jié)，形成一面貼合；然后通過菱形銷和圓柱銷將工件固結(jié)在定位塊上，期間，菱形銷與圓柱銷的中心連線應垂直菱形銷的長邊，從而形成一面?zhèn)z銷的定位原則；再通過旋動螺母來左右移動夾板來對工件形成夾緊，依靠后面的夾緊和前者的定位從而達到了所需裝夾；最后，開始對工件進行銑切所需加工。由此我們這次設計的夾具的Pro-E裝配圖如圖（6） 圖(6) 十四、總結(jié) 這次的畢業(yè)設計論文是我們大學階段的最后一次考試，也是我們大學四年學習的的一次理論到實踐的一次檢驗。從一開始的選題、認識題目原理、去圖書館查找資料、繪圖、修圖、再向老師請教、與同學交流、再反復如此幾次，也有挑燈夜戰(zhàn)的苦讀，但每次克服困難的過程就是我們收獲和成長的過程。 在這次設計過程中，我對機械設計的基礎知識系統(tǒng)的復習和鞏固了一遍，也了解了許多我以前不懂的專業(yè)知識和課外知識，特別地這次歷時一個多月的畢業(yè)設計讓我提高了以前讓我望而卻步的pro-E和CAD軟件，豐富了我的學習經(jīng)歷，我也進一步的熟悉了OFFICE軟件的使用，這次畢業(yè)設計使我收獲頗豐，我從一開始一看題目就一片空白到后來自己能獨立完成這次設計，讓我更懂得了沒有做不出來的事，只有不想做的事。但這次設計也暴露出來我的許多不足，例如，我不能很好的把之前學過的許多之前有機的竄起來、聯(lián)系起來運用；分析問題不太全面，容易心浮氣躁等。因此，我希望通過這次的畢業(yè)設計的經(jīng)歷能讓我在以后的工作和生活中不斷進步 參考文獻 [1] 呂江清主編. 機械設計知道【M】.江西高校出版社 1992 [2] 陳立德主編.機械制造裝備課程設計【M】.高等教育出版社 2007 [3] 王伯平主編.互換性與測量技術基礎【M】.機械工業(yè)出版社 2008 [4] 劉鴻文主編.材料力學【M】.高等教育出版社 2010 [5] 何銘新、錢可強、徐祖茂主編.機械制圖【M】.高等教育出版社 2010 [6] 黃鶴汀主編.機械制造裝備【M】.機械工業(yè)出版社 2009 [7] 吳拓主編.現(xiàn)代機床夾具設計【M】.化學工業(yè)出版社 2011 [8] 東北重型機械學院主編.機械設計手冊【M】.1990 [9] 于珍主編.機床夾具設計與制造【M】.機械工業(yè)出版社. 2007 [10] 白成軒主編.機床夾具設計新原理【M】.機械工業(yè)出版社 [11] 陳家芳、潘建偉等主編.金屬切削手冊【M】.上海科學技術出版社 2010 [12] 于泗水、齊民主編.機械工程材料【M】.大連理工大學出版社 2010 [13] 王先奎主編.機械制造工藝學【M】.機械工業(yè)出版社.2006 [14] 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