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工装 夹具 ehy 90 汽车 变速箱 壳体 钻孔 组合 机床 设计 12 十二 图纸 优秀 优良

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毕业设计 开题论证报告 1 课题名称： 变速箱壳体组合机床夹具设计 一、课题简介 ： 1 课题来源 : 2 课题研究的主要内容： 组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。 组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广 泛应用，并可用以组成自动生产线。 组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件 (如飞轮、汽车后桥半轴等 )的外圆和端面加工。 3 国内外现状： 二十世纪 70 年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度 可达 米 1000 毫米，表面粗糙度可低达 米；镗孔精度可达 6 级，孔距精度可达 米。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。 最早的组合机床是 1911 年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修， 1953 年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则， 即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。 通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。 支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。 输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。 控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、 电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。为了使组合机床能在中小批量生产中得 2 到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。 二 、 本课题拟解决的问题 在对 基于三维的变速箱壳体组合机床夹具设计 的过程中，主要有以下一些问题需要解决 ： 1)制定工艺方案，确定组合机床的结构方案和相关设计计算，校核； 2)机床总体方案设计； 3)机床夹具设计； 4)机床夹具的零件 造型设计及装配图的绘制； 5)总装图以及有关设计计算校核。 三、 解决方案及预期效果 本机床加工为单工位加工，也就是一次安装下进行 8 个孔的 加工，其定位基准选择：机体的底面定位限制 3 个自由度，侧面定位限制 2 个自由度，端面定位限制 1 个自由度，这种定位的特点是： 工件获得可靠的定位； 的全部孔，即能高度集中工序，又有利于提高三端面孔的位置精度； 机床的许多部件实现通用化，有利于缩短设计制造周期、降低成本。 在选择定位基准的同时，要相应的决定夹压位置，本设计采用液压夹紧，夹紧部位为刚性较好的筋板上，即机体的上表面，目的为了减少机体夹紧变形误差，应注意的问题： 本次设计通过 基于三维的变速箱壳体组合机床夹具设计 ，提高了加工精度及保证了相应的位置精度，同时大大提高了生产效率，降低了劳 动强度，从而降低了零件的生产成本。 3 四、课题进度安排 3月 10日 3 月 22 日毕业实习阶段。 毕业实习，查阅资料，到多个公司实践，撰写实习报告。 3月 23日 4 月 5 日开题阶段。 提出总体设计方案及草图，填写开题报告。 4月 6日 5 月 14 日 设计初稿阶段。 完成总体设计图、部件图、零件图。 5月 15日 5 月 31 日 中期工作阶段。 完善设计图纸，编写毕业设计说明书，中期检查。 6月 1日 6 月 4 日毕业设计预答辩。 6 月 5 日 6 月 12 日毕业设计整改。 图纸修改、设计说明书修改、定稿，材料复查。 6 月 13 日 6 月 15 日毕业设计材料评阅。 6 月 16 日 6 月 18 日毕业答辩。 6 月 19日 6 月 21 日材料整理装袋 五、指导教师意见 签名 年 月 日 六、专业系意见 签名 年 月 日 七、学院意见 签名 年 月 日 1 目 录 1 前 言 . 错误 !未定义书签。 课题的意义 . 1 内发展概况 . 4 题由来及 所需 基本条件 . 2 2 组合机床总体设计 . 3 体方案论证 . 3 工内容及要求 . 3 床配置型式的选择 . 3 位基准的选择 . 3 台型式的选择 . 4 定切削用量及选择刀具 . 4 削用量的选择 . 4 算切削力、切削扭矩及切削功率 . 5 具结构的选择 . 5 体设计 “三图一卡” . 6 加工零件工序图 . 6 工示意图 . 6 床尺寸联系总图 . 7 床生产率计算卡 . 9 3 组合机床夹具设计 . 12 具设计的基本要求和步骤 . 12 具设计的基本要求 . 12 具设计的步骤 . 12 位方案的确定 . 15 件的工艺性分析 . 15 位方案论证 . 16 差分析 . 16 核加工精度 . 17 向装置 . 15 紧方案的确定 . 16 紧装置的确定 . 16 紧力的确定 . 18 缸的选择 . 19 具体的设计 . 20 具三维设计 . 20 维建模及三维软件介绍 . 20 于三维的夹具设计过程 . 21 4 结论 . 24 参 考 文 献 . 25 致 谢 . 26 附 件 清 单 . 27 基于三维的变速箱壳体组合机床夹具设计 2 变速箱壳体组合机床的夹具设计 摘 要： 变速箱壳体组合机床采用卧式双面加工方案。用于钻削被加工零件左侧面上的 8 个 孔， 1 个 孔，右侧 6 个 孔， 2 个 孔。主要包括总体设计和夹具设计两个部分。左侧主轴箱用来加工这 9 个孔，右侧主轴箱用来完成剩下的 8 个孔的加工，两主轴箱的中间是夹具部分。机床采用液压滑台实现刀具的进给，以保证进给速度的稳定可靠。工件选用“一面两孔”的定位方案，能够保证工件的位置精度要求，同时便于工 件装夹，又有利于夹具的设计与制造。采用气压夹紧方式。为保证工件上被加工孔的位置精度，采用了导向装置。因工件批量较大，导向装置中的钻套容易磨损，所以采用了可换钻套。夹具体材料采用 在夹具体上开设排屑槽以防止切屑在定位元件工作表面上或其他装置中堆积而影响工件的正确定位和夹具的正常工作。 关键词： 组合机床；总体设计；夹具 3 of D is in 45mm on on of is is a is in is at a of be to is by in of of in of of or on 前言 课题的意义 组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它能够对一种（或几种）零件进 行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序，生产效率高，加工精度稳定。因此，在现代化大生产中，要使零件加工具有高的生产效率，良好的加工精度、精度稳定性，好的经济性，采用组合机床加工是一个和基于三维的变速箱壳体组合机床夹具设计 4 好的选择。而如何设计一台好的组合机床就成为了关键，机床夹具是在金属切削加工中，用以准确地确定工件位置，并将其牢固地夹紧，以接受加工的工艺装备。它的主要作用是：可靠地保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。因此，机床夹具 在机械制造中占有重要的地位，这正是本课题需要解决的问题。 内发展概况 目前，组合机床在机械制造工业中应用越来越普遍，并已显示出其巨大的优越性。主要表现在以下几个方面：高速度、高精度、柔性化、 模块化、高生产率 等方向发展。 因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面，加强数控技术的应用，提高组合机床产品数控化率；另一方面，进一步发展新型部件，尤其是多坐标部件，使其模块化、柔性化，适应可调可变、多品种加工的市场需求。同时 ，高性能的组合机床的应用也越来越多，诸如被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件，完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。 随着技术的不断进步，一种新型的组合机床 柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（ 数字控制（ ，能任意 改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。 夹具方面，随着科学技术的进步和市场需求的变化，现代机械制造业得到了较快的发展。多品种、小批量生产方式将成为今后的主要生产形式，制造系统正向着柔性化、集成化、智能化方向发展，机床愈来愈多地采用先进的技术，加工效率不断地提高。机械产品的加工精度日益提高，高精度的机床大量出现 。为了适应生产发展的需要 ，机 床夹具正在向柔性化、高效化、自动化、精密化、标准化方向发展。 题由来及基本条件 a）设计内容 设计一台变速箱壳体双面组合机床 ； 总体设计：制定工艺方案，确定机床配置型式及结构方案，“三图一卡”设计； 部件设计：组合机床夹具设计 b）设计依据 被加工零件： 变速箱壳体（附零件图） 工件材料： 工内容：一侧钻削 8 24 的孔， 25 的孔；另一侧 6 24 5 的孔， 2 孔。 生产纲领： 大批大量 2 组合 机床总体设计 体方案论证 本设计的加工对象为变速箱壳体，材料是 度 量 21于箱体零件，结构复杂。 工内容及要求 根据先粗后精、先基准面后其它表面、先主要表面后次要表面的机械加工工序安排的设计原则，对变速箱壳体的工艺路线作如下设计： a)粗铣底面； b)粗铣左、右端面； c)粗铣前、后端面； d)半精铣底面； 基于三维的变速箱壳体组合机床夹具设计 6 e)半精铣左、右端面； f)半精铣前、后端面； g)粗镗孔； h)精镗孔； i)钻左、右面的孔； j)攻丝。 本道工序为第 9 道工 序，主要加工左右二面上的 17 个孔。具体加工内容是：左侧面 9 个孔， 钻削 8 24 的孔， 1 25 的孔 ；钻右侧面上 8 个孔，钻削 6 24 的孔， 2 孔 床配置型式选择 根据任务书的要求：设计的组合机床要满足加工要求、保证加工精度；尽可能用通用件、以降低成本；各动力部件用电气控制。因此根据任务书要求和变速箱壳体的特点初定两种设计方案： a） 卧式组合机床 特点：卧式组合机床重心低、振动小运作平稳、加工精度高、占地面积大。 b）立式组合机床 特点 ：立式组合机床重心高、振动大、加工精度低、占地面积小。 通过以上的比较，考虑到卧式床身振动小，装夹方便等优点，选用卧式组合机床。 位基准的选择 组合机床是针对某种零件或零件某道工序设计的。正确选择定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的集中工序。本机床加工时采用的定位方式是以底面为定位基准面，限制三个自由度；用两个挡铁限制两个自由度；在左侧有一个支承针，限制剩下的一个自由度。 台型式的选择 本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较，液压滑台 具有如下优点：在相当大的范围内进给量可以无级调速；可以获得较大的进给力；由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长；工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现；过载保护简单可靠；由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。但采用液压滑台也有其弊端，如：进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定；液压系统漏油影响工作环境，浪费能源；调整维修比较麻烦。本课题的加工对象是变速箱壳体左、右两个面上的 17 个孔，位置精度和尺寸精度要求较高，因此采用液压滑台。 由此，根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使 用及修理等因素，确定机床为卧式两面单工位液压传动组合机床，液压滑台实现工作进给运动，选用配套的动力箱驱动主轴箱钻孔、镗孔主轴。 . 7 定切削用量及选择刀具 削用量的选择 对于 17个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从 1 6选取。由于钻孔、镗孔的切削用量还与孔深度有关，随孔深的增加而逐渐递减，其递减值按1 6取。降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避免钻头、镗头折断。孔深度较大时，由于冷却排屑条件都较差，是刀具寿命有所降低。降低切削速度主要是为 了提高刀具寿命，并使加工较深孔时钻头、镗头的寿命与加工其他浅孔时钻头、镗头的寿命比较接近。 A. 对左面上 9个孔的切削用量的选择 a)钻孔 1孔 8 8 孔， l=24 d 6 12，硬度大于 170 241择 v=10 18m/f r,又 d=定 v= f=r,则由 (2 得 ： n=1000 493r/b)钻孔 9 1 孔， l=25 d 6 12，硬度大于 170 241择 v=10 18m/f r,又 d=定 v= f=r, 则 n=1000 352r/. 对右面上 8个孔的切削用量的选择 a)钻孔 1、 2、 4、 5、 6、 8 6 孔， l=24 d 6 12，硬度大于 170 241择 v=10 18m/f r,又 d=定 v=f=r, 则 n=1000 480r/b)钻孔 3、 7 2 孔， l=于精镗，加工材料为 铸铁，硬度大于 170 241择 v=1018m/f r,又 d=定 v=13m/f=r, 则 n=1000 13/422r/孔的编号见被加工零件工序图） 算切削力、切削扭矩及切削功率 钻孔：根据 91341 P 表 6公式 d 1000基于三维的变速箱壳体组合机床夹具设计 8 9740 式中， F 切削力（ N）； T 切削转矩（ N）； P 切削功率（ v 切削速度（ m/ f 进给量（ mm/r）； D 加工（或钻头）直径（ 布氏硬度 ,，在本设计中， m 41 ， 70 ,得 由以上公式可得： 左面 单根 1 8 轴 F=T=P= 轴 F= T=P=面 单根 1、 2、 4、 5、 6、 8轴 F= T=P=根 3、 7 轴 F=1410N T=P=轴编号与孔编号相对应 ) 总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和 左面 面 际切削功率 根据 1 ， P=(w,因为是多轴加工，故取定 P=2 P 左 =2 右 =2 刀具结构的 选择 根据工艺要求及加工精度的要求， 17个加工孔的刀具采用标准锥柄麻花钻 . 体设计 “三图一卡” 加工零件工序图 被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床（或自动线）上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。 工示意图 零件加工的工艺方案 要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。 A. 刀具的选择 刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。孔 )(31 m a xm a x 9 B. 导向结构的选择 组合机床钻孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具、接杆的导向装置来保证的。导向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提高刀具系统的支承刚性。 本课题中加工 9个孔时导向表面旋转线速度均小于 20m/以导向装置选用固定导套。 对于加工 择的导套尺寸为： D=1526=25l=8， e=用的螺钉 对于加工 择的导套尺寸为： D=1860m， L=25mm，l=8， e=22用的螺钉 对于加工 择的导套尺寸为： D=1526=25l=8， e=用的螺钉 C. 确定主轴、尺寸、外伸尺寸 在该课题中，主轴用于钻孔、镗孔，选用滚珠轴承主轴。又因为浮动卡头与刀具刚性连接，所以该主轴属于长主轴。故本课题中的主轴均为滚珠轴承长主轴。 根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩 T，由公式 943P d (2 式中， d 轴的直径（）； T 轴所传递的转矩（ N m）； B 系数，本课题中主轴为非刚性主轴，取 B= 由公式可得： 左面 1 8轴 d= 9轴 d= 右面 1、 2、 4、 5、 6、 8轴 d= 3、 7轴 d= 考虑到安装过程中轴的互换性、安装方便等因素，除右面 2、 6 轴径取为 15 外，其余 15根主轴轴径均取为 20 。 根据主轴类型及初定的主轴轴径，查 9 3得到主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆 锥号。主轴轴径 d=15 时，主轴外伸尺寸为： 16/25/ 1 L=85 ；接杆莫氏圆锥号为。主轴轴径 d=20 时，主轴外伸尺寸为： 20/32/ 2 L=115 ；接杆莫氏圆锥号为。 D. 动力部件工作循环及行程的确定 a) 工作进给长度 工L 的确定 工作进给长度 工L ，应等于加工部位长度 L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度 1L 和切出长度 2L 之和。切入长度一般为 5 10，根据工件端面的误差情况确定。钻孔时切出长度按 946P 表 3于三维的变速箱壳体组合机床夹具设计 10 )83(32 (2计算式中， 个面上钻孔时的工作进给长度见下表 ： 表 2两个面上钻孔的工作进给长度 L 1L d 2L 工47 8 0 65 右主轴箱 23.2 b) 快速进给长度的确定 快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置。初步选定两个主轴箱上刀具的快速进给长度为 115。 c) 快速退回长度的确定 快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和。由已确定的快速进给和工作进给长度可知，两面快速退回长度为 150。 d) 动力部件总行程的确定 动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。两面的前备量取 30，后备量取 190，则总行程为 400。 床尺寸联系总图 A. 选择动力部件 a) 动力滑台型号的选择 根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力，按式 962P ni 多轴箱 (2式中， 各主轴所需的 向切削力，单位为 N。 则 左主轴箱 1 8 9 3 68 多轴箱右主轴箱 6 31 4 1 2 46 多轴箱实际上 ,为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于 多轴箱F 。又考虑到所需的最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作的稳定性，由 991P 表 5、右两面的液压滑台均选用 1面宽400面长 800程长 400台及滑座总高 320座长 1240许最大进给力 20000N，快速 行程速度 8m/进速度 500mm/ b) 动力箱型号的选择 由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和切削P，根据公式 847P 11 切削多轴箱 (2 式中 , 切削P 消耗于各主轴的切削功率的总和（ ； 多轴箱的传动效率 ,加工黑色金属时取 工有色金属时取 轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值。本课题中，被加工零件材料为灰铸铁，属黑色金属，又主轴数量较多、传动复杂，故取 。 左主轴箱： 削 3 . 3 9 3 2 5 k 多轴箱削 多轴箱台额定功率应大于电机功率的原则，查 9115114P 表5表 2动力箱及电动机型号 动力箱型号 电动机型号 电动机功率(电动机转速(r/输出轴转速(r/左主轴箱 1132440 720 右主轴箱 1132440 720 c) 配套通用部件的选择 侧底座 高度 H=560，宽度 B=600，长度 L=1350。 B. 确定机床装料高度 H 装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。本课题中，工件最低孔位置 ，主轴箱最低主轴高度 ，所选滑台与滑座总高203 ，侧底座高度 604 ，夹具底座高度 ，中间底座高度 ，综合以上因素，该组合机床装料高度取 H=880。 a) 确定主轴箱轮廓尺寸 主要需确定的尺寸是主轴箱的宽度 及最低主轴高度 1h 。主轴箱宽度 B、高度 按下式计算： 12 (211 (2式中， b 工件在宽度方向相距最远的两孔距离（）； 1b 最边缘主轴中心距箱外壁的距离（）； h 工件在高度方向相距最远的两孔距离（）； 1h 最低主轴高度（）。 其中， 1h 还与工件最低孔位置（ ）、机床装料高度（ H=880）、滑基于三维的变速箱壳体组合机床夹具设计 12 台滑座总高（ 203 ）、侧底座高度（ 604 ）、滑座与侧底座之间的调整垫高度（ 7 ）等尺寸有关。对于卧式组合机床， 常推荐 40851 ，本组合机床按式 1 2 3 7 4( 0 . 5 )h h H h h h (2计算，得： 81 。 b=180mm,h=1 60b 则求出主轴箱轮廓尺寸： 0 06021 8 021 根据上述计算值 ,按主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱轮廓尺寸为 B H=500 500 。 床生产率计算卡 已知：工作行程为 150 进刀量为 8000 /助时间 夹紧 机动时间 装料时间 卸料时间 件工时 （件 /h） 理想生产率是指完成年生产纲领（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。用公式 851P 2 计算，式中， N 年生产纲领（件 ），本课题中 N=55000件； 全年工时总数，本课题以单班 7小时计，则 350。 则 1（件 /h） 实际生产率是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。即公式 851P 单01 (2式中，单T 生产一个零件所需时间（ 则 01 h 机床负荷率为理想生产率与实际生产率之比。即公式 852P 1(2 13 则 根据以上算得的数据，填写机床生产率计算卡，详见表 2 表 2 机床生产率计算卡 被加工零件 图号 毛胚种类 铸 件 名称 变速箱壳体 毛胚重量 21料 度 170241序名称 钻两侧面 工序号 序 号 工步名称 被加 工零 件数 加工 直径 工 长度 作 行程 削 速度 m/速 r/转 进给量 mm/r 每分钟 进给量 mm/ 时 动 时间 辅助 时间 共计 % 0 于三维的变速箱壳体组合机床夹具设计 14 1 装入工件 1 2 工件定位夹紧 3 左动力部件 快进 115 5000 钻 4 35 93 钻 5 35 52 死挡铁停留 快退 150 5000 4 右动力部件 快进 115 5000 钻 4 35 80 钻 5 35 13 422 死挡铁停留 快退 150 5000 5 松开工件 6 卸下工件 备 注 单位工时 床实际生产率 /h 机床理想生产率 Q /h 负荷率 3 组合机床夹具设计 具设计的基本要求和步骤 具设计的基本要求 低成本 夹具设计方案应与生产纲领相适应。在大批量生产时，为了缩短辅助时间，提高生产率，尽量采用快速、高效的结构和自动控制装置；在批量生产和满足夹具功能的前提下，尽量使夹具结构简单，容易制造，以降低夹具的制造成本。 15 夹具设计的最基本要求是保证工件的加工精度。关键是确定定位方案、夹紧方案，和合理地设计夹具的尺寸、公差和技术要求，必要时应进行误差的分析和计算。 夹具的排屑是一个很重要的问题，切屑积集在夹具中，会破坏工件正确的定位；切屑带来的大量热量会引起夹具和工件的热变形，影响加工质量；切屑的的清扫又会增加辅助时间，降低生产率。切屑积集严重时，还会造成设备事故或工伤事故。因此，在夹具设计时排屑问题必须给予充分的注意。 力和安全 夹具的操作要尽量做到方便、 省力，尽可能采用气动、液压及其他机械化夹紧装置、以减轻工人的劳动强度，控制好夹紧力。夹具操作位置应符合操作工人的习惯，应有安全保护装置，确保使用安全。 夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修，尽可能多选用标准部件和标准元件。 夹具设计通常可以在参阅有关资料的情况下，按加工要求设计方案，绘制图样，经修改确定夹具的结构。 具设计的步骤 分析产品零件图及装配图，分析零件的作用、形状、结构特点、材料和技术要求；分析零件的加工工艺规程，工艺装 备设计任务书，对任务书所提出的要求进行可行性研究；了解所用机床的规格、性能、精度以及与夹具选择动力部件 在分析各种原始资料的基础上，确定夹具的类型、定位设计、夹紧方式、导向方案 、连接方式、总体布局和夹具的结构形式。绘制方案设计图，进行工序精度分析，对动力夹紧装置进行夹紧力的计算。 检查夹具的各项功能是否符合设计要求。 根据所定方案绘制夹具装配图，应将夹具的工作原理、结构和各种元件的装配关系表达清楚。用双点划线绘制工件外形轮廓。合理选择材料，标注尺寸、公差和技术要求。 试和验证 位方案的确定 件的工艺性分析 夹具是组合机床的重要组成部分，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。它用于实现被加工零件的准确定位、夹压、刀具的导向以及装卸工件基于三维的变速箱壳体组合机床夹具设计 16 时的限位。 变速箱壳体材料为 硬度为 170 241本工序之前工件主要表面已加工完毕。本道工序一侧钻削 8 24的孔， 25 的孔；另一侧6 24 的孔， 2 孔。 位方案论证 箱体零件的 定位方案一般有两种，“一面两销”和“三平面”定位方法。 A“一面两销”的定位方法 它的特点是：可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。“一面双孔”可作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证零件的加工精度。同时，使机床各个工序（工位）的许多部件实现通用化，有利于缩短设计、制造周期，降低成本。易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切削落 于定位基面上。 B“三平面”定位方法 它的特点是： 可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。有同时加工零件两个表面的可能，能高度集中工序。 被加工零件为变速箱壳体属箱体类零件，本工序加工为双面加工零件，加工工序集中、精度要求高，故选用“一面两销”定位方法，采用“一面两销”定位方法，能够保证工件的位置精度要求，同时便于工件装夹，又有利于夹具的设计与制造。 差分析 用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多，与夹具有关的因素有： A. 定位误差 D ； B. 对刀误差 T ； C. 夹具的安装误差 A ； D. 夹具误差 J ； E. 在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差G ； F. 上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确而形成总的加工误差。 具体误差分析如下： A. 定位误差 D a) 基准不重合误差B基准不重合误差是由于定位基准和工序基准不重合而引起的工序基准相对于定位基准在加工尺寸上的最大位置变动范围。在本设计中，由于定位误差和工序基准是重合的，所以基准不重合误差B= 0。 b) 基准位移误差W基准位移误差是由于定位元件和定位基面本身的误差而引起的定位基准在加工尺寸上的误差。 17 当支承面即工件底面对夹具的安装基准（底面）有平行度误差， 被加工孔的定位误差取： = B + W = . 对刀误差 T 因为刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，称为对刀误差。 钻套导向孔尺寸 ），钻头尺寸为 ）对刀误差为钻头于导向孔的最大的间隙 ： 5 a x C. 夹具的安装误差 A 因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。 夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差， A =0 D. 夹具误差J因夹具上定位元件、对刀或导向元件及安装基面三者之间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工 误差，称为夹具误差，夹具误差大小取决于夹具零件的加工精度的夹具装配时的调整和修配精度。 夹具误差J主要包括定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差1J；定位元件相对于对刀或导向元件（包括导向元件之间）的尺寸或位置误差2J；导向元件相对于安装基准的尺寸或位置误差3J。 1J=J、3J与1J在公差上兼容，只需计算其中较大的一项即可。 J=. 加工方法误差G加工方法误差是指在切削加工过程中，因机床、刀具质量、工件材质以及由于切削力、切削热的作用而引起的工艺系统弹性变形、热变形等因素使加工表面位置发生变化，从而造成的加工尺寸误差。因该项误差影响因素很多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的31。计算时可设 3式中： k 工件位置公差取 = 核 加工精度 工件在夹具中加工时，总加工误差 为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机误差，应用概率法相加，根据文献 7 375 工件加工精度的条件为： 22222(3基于三维的变速箱壳体组合机床夹具设计 18 2222222222 = k= 工件总加工误差 应不大于工件的加工尺寸公差k，由以上得知，本夹具完全可以保证加工精度。 为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时需留出一定精度储备量此将上式改为： k 或 cJ=k 0 （ 3 当0时夹具能满足加工要求，根据以上得： cJ=k =0 所以夹具完全可以满足加工所要的要求。 向装置 导向装置的作用在于保证刀具对于工件的正确位置；保证各刀具相互间的正确位置和提高刀具系统的支承刚性。 变速箱壳体的两面钻组合机床的刀具导向装置是设计在夹具支架上的，由于是大批生产，所以采用可换式导套，是刀具在钻套内工作的。 钻套的主要参数包括：钻套的直径和公差配合，钻套的长度，钻套至工件端面的距离。 钻套的配合间隙对于孔的位置精度有较大的影响 。为了提高加工的精度，应选择较紧的配合。 变速箱壳体两面钻孔是在精密的导套中进行的，因此要求较高的位置精度，达到 且导套应尽量接近被加工表面，力求选用较高的精度和较紧的配合。 导套结构如图 3示。 图 3导套结构图 19 固定钻套的尺寸可查文献 2的 175 页的表 8 对于加工 择的导套尺寸为： 1 ， 61 ， 02 ， 6 。 配合尺寸为： 6/781 , 6/726 配用的螺钉 于加工 择的导套尺寸为： 6 ， 61 ， 02 ， 6 。 配合尺寸为： 6/781 , 6/726 配用的螺钉 于加工 择的导套尺寸为： 1 ， 21 ， 02 ， 6 。 配合尺寸为： 6/781 , 6/762 配用的螺钉 紧方案的确定 紧装置的确定 A 夹紧装置的组成 本设计中夹紧装置采用气压夹紧装置，由气源装置、中间传力机构、夹紧元件三部分组成。其组成部分的相互关系，如图 3方框图所示。 气压 夹紧装置 气源装置 中间传力机构 夹紧元件 基于三维的变速箱壳体组合机床夹具设计 20 图 3B夹紧装置设计的基本要求 a）夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。 b）夹紧力的大小要可靠和适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变，振动小，又要使工件不产生于过大的夹紧变形。 c）夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保 证生产率的前提下，其结构要力求简单，以便于制造和维修。 d）夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。 C夹紧装置的选择 通常应用的夹紧装置有气压装置和液压装置两种，各有其优越性，要根据实际情况来选择用哪种装置。 液压装置的特点是： a)液压油油压高、传动力大，在产生同样原始作用力的情况下，液压缸的 结构尺寸比气压小了许多。 b)液压油的不可压缩性可使夹具刚度高，工作平稳、可靠。 c)液压传动噪声小，劳动条件比气压的好。 但是，油压高容易导致漏油，液压元件的材质和 制造精度的要求高，故夹具成本高。 气压装置以压缩空气为力源，应用比较广泛，与液压相比有以下优点： a)动作迅速，反应快。气压为 0.5 ，气缸活塞速度为 110 /具每小时可连续松夹上千次。 b)工作压力低（一般为 .6 。传动结构简单，对装置所用材料及制造精度要求不高，制造成本低。 c)空气粘度小，在管路中的损失较少，便于集中供应和远距离输送，易于集 中操纵或程序控制等。 d)空气可就地取材，容易保持清洁，管路不易堵塞，也不会污染环境，具有维护简单，使用安全、可靠、方便等特点。 主要缺点是空气压缩性大，夹具的刚度和稳定性较差；在产生相同原始作用力的条件下，因工作压力低，其动力装置的结构尺寸大。此外，还有较大的排气噪声。 通过对以上两种夹紧装置优缺点的比较，结合加工工件的精度要求、工人的劳工件 21 动强度和环境要求、企业的实际情况，本设计中夹紧装置采用气压夹紧装置。 紧力的确定 夹紧力的方向应有助于定位稳定， 主夹紧力应朝向主要定位基面。夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。夹紧力的方向应是工件刚度较高的方向。 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。夹紧力的作用点应选在 毕业设计任务书 课题： 变速箱壳体组合机床夹具设计 1 一、设计内容 设计一台变速箱壳体双面组合钻床，具体设计任务是进行总体设计及夹具设计， 主要设计内容如下： 1、总体设计 1）制定工艺方案，确定机床配置型式及结构方案。 2）三图一卡设计，包括： (a) 被加工零件工序图， (b) 加工示意图， (c) 机床联系尺寸图， (d) 生产率计算卡， (e) 有关设计计算、校核。 2、夹具设计 (a) 夹具 造型设计及装配图的绘制 (b) 夹具体零件图 (c) 其它零件图 (d) 有关计算校核等。 二、设计依据 1、被加工零件