变速箱壳体铣面夹具设计【三维PROE】【10张CAD图纸和文档所见所得】【GJ系列】
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三维PROE
10张CAD图纸和文档所见所得
GJ系列
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三维
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JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY本 科 毕 业 论 文（设 计）题目： 变速箱壳体铣面夹具设计 学 院： 工学院 姓 名： 贺 先 学 号： 20101137 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 2010级 指导教师： 樊十全 职 称： 副教授 二0一四 年 五 月I 目录摘要2一、前言4二、设计任务4三、铣床夹具的主要类型和设计特点53.1 铣床夹具的主要类型53.2 铣床夹具的设计特点5四、对加工零件的工艺分析6五、定位方案设计65.1底板与工件的定位65.2 机床与底板的定位6六、定位误差分析与计算76.1 定位误差分析76.2 定位误差计算7七、夹紧方案设计9八、切削力计算10九、夹紧力计算11十、夹具体的设计12十一、技术条件制定13十二、夹具精度计算以及减少误差的方法1412.1 夹具的精度计算1412.2减少误差分析1412.3夹具精度的小结15十三、夹具工作原理的简介15十四、总结16参考文献17摘要我们此次实际的是用于铣削变速箱壳体的专用夹具，考虑到变速箱的形状，我们采用一面两销的定位方案，并通过拧紧和旋松螺母来实现夹具的装配和拆卸，这种设计操作简单，使用方便。其中我们所设计的夹具它的定位元件为菱形销、圆柱形以及以及定位块的四个凸面，而加工零件的定位表面为与菱形销和圆柱形配合的俩个孔以及加工元件的底面。关键词： 一面两销;变速箱;铣削;夹具;定位元件AbstractWe 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”， 这是我国劳动人民的历史重要性的斗争的工具生产的结论。在现代生产中,夹具的作用(设备)。无论在传统的制造业中,现代制造系统中,机床夹具是非常重要的,它在机械加工、焊接、热处理、检验、装配过程,为了安装加工,拥有正确的定位,良好的产品质量,确保零件和提高生产效率,工艺设备所使用的夹具。在机器上的工件,必须使用夹具装夹工件。工件装好,是确定相对于工件在机床上的位置正确。这一过程被称为定位。工件夹,对工件产生力量,让位于具有良好的位置将可靠的夹紧工件,这一过程称为夹紧。从夹紧的到定位,整个过程,称为夹紧。在加工过程中,工件几何精度取决于机床的相对位置,严格地说,只有在机床、夹具、刀具,相对正确的关系工具,夹具和工件,表面加工精度之间的相对位置。显然,机床夹具的基本要求是正确的,牢牢地固定在一个给定的工件的位置。因此,除了保证机床夹具的制造精度应该够了,还应该是生产足够的刚度来抵抗变形和振动。机床夹具在机械加工中起着非常重要的作用:第一,缩短辅助时间,提高生产效率,降低加工成本。第二,保证加工精度,加工质量稳定。第三,减少工人的技术要求,降低劳动强度,保证安全生产。第四,扩大机床的过程,实现“一台机器可以”;第五,在自动化生产和组装线,容易平衡生产节奏,等。因此,机床夹具的设计和使用修改后的技术的重要方法之一。 二、设计任务题目：变速箱壳体铣面夹具设计也就是设计一个变速箱壳体手动可调铣面夹具，壳体为铸件，材料为QT-450-10，要求年生产能力为5000件，为中批生产。具体如图下（1）： 图（1）三、铣床夹具的主要类型和设计特点3.1 铣床夹具的主要类型 铣床专用夹具大部分运用在加工零件上的平面、沟槽、花键、缺口，直线成型面和立体成型面等，由于在铣削加工中，多数情况是工作台好夹具一起做进给运动，而夹具的整体结构又主要取决于铣加工的进给方式，因此铣床专用夹具可分为直线、靠模和圆周进给式三种类型。3.2 铣床夹具的设计特点 第一，铣削一般为断续切削，且加工的余量比较大，切削力较大而且方向周期性变化，因此夹具整体应有一定的强度和刚度，另外夹具的重心应尽可能的低；第二，夹紧的装置应该要有一定的强度和刚度，确保必要的夹紧力，并有较好的自锁性，一般铣床夹具不便采用偏心夹紧机构，粗铣更是这样；第三，夹紧力应作用在工件刚度较大的部位上，工件与主要定位元件的定位表面接触刚度要大；当从侧面压紧工件时，压板在侧面的着力点应低于工件侧面支承点；第四，为了确定和调整铣刀和夹具的相对位置关系，应该正确选取对刀的装置，对刀装置也应设置在易观察和便用塞尺的位置，并设在铣刀开始切入工件的一端；第五，夹具结构应使切屑和冷却液能顺利排出，必要时应开排屑孔；第六，为了调整和确定夹具和确定夹具与机床工作台轴线的相对位置，在夹具体的底面应具有俩个定向建，定向建与工作台T形槽宜用单面贴合；精度高的甚至重型夹具宜采用夹具体上的找正基面。四、对加工零件的工艺分析 在平铣削端面前，变速箱壳体的上下表面已加工好，俩定位孔同样确保了精度。具体为上下表面加工精度为平面度0.36，粗糙度为3.2，俩表面间的间距为168.45mm；而俩孔则是先打中心孔，然后再钻孔，再扩孔最后再用绞刀精加工至10.3mm。在铣削侧端面前依据所给设计的要求，直接铣削加工其表面粗糙度为6.3。 五、定位方案设计5.1底板与工件的定位 底板与工件的定位是依据定位块简介来完成的。定位块是通过自身的端面与底板的端面贴合和四个内6角圆柱头螺钉、底板与村套配合而完成定位的。而定位块与工件的定位，以定位块上表面限制工件Z方向的移动、X方向方向转动以及Y方向的转动；以工件上内孔1作为轴线的定位基准，圆柱销1限制X方向的移动及Y方向的移动俩个自由 度。菱形销2则限制Z方向的转动的自由度。另外菱形销与圆柱销的中心连线必须和菱形销长轴垂直，从而达到完全定位，我们称这种定位为一面二销定位。5.2 机床与底板的定位 机床与底板的定位是由T形槽与俩个定向键、T形螺杆以及六角圆柱螺钉与压板将夹具固定在机床上，从而完成所需定位。如图（2）所示图（2） 六、定位误差分析与计算6.1 定位误差分析 工件逐个在夹具中定位时，各个工件的位置不一致的原因主要是基准不重合，而基准不重合又分为俩种情况：一是定位基准与限位基准不重合产生的基准位移误差；二是定位基准与工序基准不重合产生的基准不重合误差。6.2 定位误差计算 对于一面俩销的定位，如下图（3）是俩销反向移动图（3） 查机床夹具设计手册表1-1-12得基准位移误差： 基准转角误差：同理当圆柱销与菱形销移动方向相同时有基准位移误差：基准转角误差：其中式中为圆柱销的公差，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； 圆柱销与第一定位孔间最小间隙 为圆柱销与第二定位孔间最小间隙 为转角误差同理当圆柱销与菱形销移动方向相同时有基准位移误差：基准转角误差：而基准不重合误差为=0.5=0.5x0.008=0.004定位孔1与圆柱销配合为，定位孔2与菱形销配合为，都属于过盈配合，又因为的尺寸为菱形销10.20，圆柱销的尺寸为10.17带入基准误差公式得=0.018+0.008+0.005 =0.031则定位误差=+=0.031+0.004=0.0350.21T =tan =0.0172度综上可知，我们这次的定位方案符合设计要求。 七、夹紧方案设计 我们所要加工的工件需要六点定位，工件三个方向都要被夹紧，如果工件三方向分别设置夹紧机构，则夹具复杂且操作不便，为简化加工时的操作，其结构由底板、可调支柱，压缩弹簧，移动压板、平垫圈，双头螺杆等组成。在工件夹紧前，先旋松平底螺母，使移动压板松动向左右移动，再将工件放置在加工位置出，而后定位之后，再将移动压板放置正确位子，最后再拧紧螺母即可。根据工件的实际尺寸，可设压板的长、高、宽分别为160mm、25mm、44mm，再由双头螺杆和的可调支柱尺寸大小，可以选用M20的螺母为压紧螺母。其中夹紧图（4）如下：八、切削力计算我们此次加工面为平面，工件材料为铸铁，故查现代机床夹具设计表4-20得切削力P=同理其中由一直条件查表4-20可得=294, 为在高速钢铣刀铣削时，考虑工件材料及铣刀类型的系数；为铣削深度，mm；为每齿进给量，mm；d为铣刀直径，mm；B为铣削宽度，mm;z为铣刀齿数；为用高速钢铣刀铣削时，考虑工件材料机械性能笔筒的修正系数。其中=0.939另外查材料力学笔记其中为取700MPa查金属切削手册表9-7、9-9、9-10和9-12可取=0.4,铣削直径d为100mm，齿数取10，工件铣削深度为10mm，铣削宽度取80mm。将以上数据带入切削力公式得P=有P=294xxxxx10x0.939=1554N 九、夹紧力计算 按照我们的设计的工件和夹具的特点，查机械夹具设计手册可得其受力分析图（5） 图（5）由理论力学力矩知识可知：选的力矩方向为正方向得+=0 其中f=u即得：=其中K为安全系数，P为切削力u为夹紧元件与工件间的摩擦系数L、H、l为工件的大致受力尺寸其中L=89.243mmH=165.34mmL=50.05mm查现代机械机床夹具设计表4-21知安全系数K=xx其中为考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数 其值取1.2-1.5为加工性质系数 精加工其取值为1.0 为刀具钝化系数 其取值为1.0到1.9 为切削特点系数 断续切削其值为1.2 为夹紧的稳定性系数 手动夹紧其值为1.3 为手动夹紧时的手柄位置 其值操作方便为1.0 为仅有力矩使工件回转时，工件与支承面接触的情况系数 接触点稳定其值为1.0 另外刀具铣削力P查机械夹具设计手册 和相应计算可知切削力P大概为1550N代入安全系数公式可知 K=xx=1.25x1.0x1.45x1.2x1.3x1.0x1.0=2.8275 带入夹紧力公式可得 = = =4928.62471N我们此次采用的夹紧方式是螺旋夹紧机构，查机械夹具设计手册表1-2-25有当手柄长度为240mm，作用力为100N时螺母的夹紧力=7950N由此可知,因此夹紧机构满足加工所需夹紧力，故此设计是可行的十、夹具体的设计固定在夹具连接各种设备和组件的基础上,整体而言,最大的最复杂的,具有特定形状和大小取决于各种设备夹具布局和夹具和机床和加工过程中,夹具夹紧力、切削力和振动的影响,因此夹具必须有足够的强度和刚度。切削力生成的加工过程中,夹具的一些将会下降,减少累积过多会影响工件的定位和夹紧的可靠性,因此,夹具设计,必须考虑结构促进排泄。此外,经济的特定结构的混凝土结构和操作,方便拆卸等。以下是夹具体的设计的基本要求:第一，保证再加工过程中不允许产生变形和震动，应有足够的强度和刚度，从而保证不因夹紧力、切削力等外力作用下而产生不允许的变形和振动；第二，在保证强度和刚度的条件下，力求结构简单、体积小、质量轻等；第三，对铸件要进行时效处理，对于焊接夹具体要进行退火处理以清除内应力；第四，为防止加工中切屑聚集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正常工作。 由此，根据所铣削工件的尺寸、俩面一销的定位方案和刀具的对刀方式与夹紧力的作用点和方向以及其他组成部分的结构形式等来确定夹具体的形式和结构，则推知夹具体的尺寸长为430mm，宽200，厚24mm，如图（5）所示 图(5)十一、技术条件制定1. 找正基面的直线度与平面度公差值为0.005mm2. 菱形销相对于夹具体表面的垂直度要求为3. 夹具体上找正基面与安装元件的平面间的垂直度不大于0.01mm4. 夹具体侧面与基准面A的垂直度要求0.02，基准C与基准D的公共连线的平行度要求为0.025 十二、夹具精度计算以及减少误差的方法 12.1 夹具的精度计算 机床夹具是用来确保正确的工件相对位置的工具,和主要取决于产品的加工精度和工件之间的相对位置的工具,在加工过程中,夹具精度直接影响产品的质量。夹具设计,为了保证工件的制造精度定位,必须在正确的地方,并保持一个或多个处理的立场没有改变,第一选择良好的定位面,第二考虑合理的锚点的位置。定位定位不准确,工件定位和方向变化的必然结果,使工件的几何误差,从而使各种因素的综合分析必须精心设计。由于工件,错误是独立的随机变量,所以整体的加工误差。 ,另外夹具的精度必须满足其中是定位误差：=0.031 是基准位置误差：=0.003 是塞尺的制造误差：=0.010 是对刀块工作表面至定位元件的尺寸公差：=0.010 其中他们之间的关系如图（5）图（5） 带入公式得由此可知我们所设计的夹具满足以上要求.12.2减少误差分析 第一，在机床上找正夹具的位置； 第二，定位件装在夹具体上以后再最后加工定位件的工作表面； 第三，夹具安装在机床上以后再加工定位件的工作表面。12.3夹具精度的小结 为更高的加工精度,精度分析应给予。机床夹具是五花八门,但只要你知道每个错误代表的含义,理解错误计算原理,考虑到夹具设计过程的主要因素和关键问题,根据加工精度的计算可以用夹具布局是正确的,尺寸公差。工件加工精度结果明显合适的参数,使夹具可以保证长时间的加工精度。 十三、夹具工作原理的简介 接下来我们来简述一下夹具的工作原理：夹具体首先固结在铣面机床上，并用底面安放定向键用于与铣床工作台的定位；其次，由夹具体分别与定位块和工件固结，形成一面贴合；然后通过菱形销和圆柱销将工件固结在定位块上，期间，菱形销与圆柱销的中心连线应垂直菱形销的长边，从而形成一面俩销的定位原则；再通过旋动螺母来左右移动夹板来对工件形成夹紧，依靠后面的夹紧和前者的定位从而达到了所需装夹；最后，开始对工件进行铣切所需加工。由此我们这次设计的夹具的Pro-E装配图如图（6） 图(6)十四、总结这次的毕业设计论文是我们大学阶段的最后一次考试，也是我们大学四年学习的的一次理论到实践的一次检验。从一开始的选题、认识题目原理、去图书馆查找资料、绘图、修图、再向老师请教、与同学交流、再反复如此几次，也有挑灯夜战的苦读，但每次克服困难的过程就是我们收获和成长的过程。 在这次设计过程中，我对机械设计的基础知识系统的复习和巩固了一遍，也了解了许多我以前不懂的专业知识和课外
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