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傳動箱體加工工藝與夾具設(shè)計
前言
加工工藝及夾具畢業(yè)設(shè)計是對所學(xué)專業(yè)知識的一次鞏固，是在進行社會實踐之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習，也是理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練。
機床夾具已成為機械加工中的重要裝備。機床夾具的設(shè)計和使用是促進生產(chǎn)發(fā)展的重要工藝措施之一。隨著我國機械工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展,機床夾具的改進和創(chuàng)造已成為廣大機械工人和技術(shù)人員在技術(shù)革新中的一項重要任務(wù)。
1.1課題背景及發(fā)展趨勢
材料、結(jié)構(gòu)、工藝是產(chǎn)品設(shè)計的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，一方面，技術(shù)制約著設(shè)計；另一方面，技術(shù)也推動著設(shè)計。從設(shè)計美學(xué)的觀點看，技術(shù)不僅僅是物質(zhì)基礎(chǔ)還具有其本身的“功能”作用，只要善于應(yīng)用材料的特性，予以相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式和適當?shù)募庸すに?，就能夠?chuàng)造出實用，美觀，經(jīng)濟的產(chǎn)品，即在產(chǎn)品中發(fā)揮技術(shù)潛在的“功能”。
技術(shù)是產(chǎn)品形態(tài)發(fā)展的先導(dǎo)，新材料，新工藝的出現(xiàn)，必然給產(chǎn)品帶來新的結(jié)構(gòu)，新的形態(tài)和新的造型風格。材料，加工工藝，結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品形象有機地聯(lián)系在一起的，某個環(huán)節(jié)的變革，便會引起整個機體的變化。
工業(yè)的迅速發(fā)展，對產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)率提出了愈來愈高的要求，使多品種，對中小批生產(chǎn)作為機械生產(chǎn)的主流，為了適應(yīng)機械生產(chǎn)的這種發(fā)展趨勢，必然對
機床夾具提出更高的要求。
1.2 夾具的基本結(jié)構(gòu)及夾具設(shè)計的內(nèi)容
按在夾具中的作用,地位結(jié)構(gòu)特點,組成夾具的元件可以劃分為以下幾類:
(1)定位元件及定位裝置；
(2)夾緊元件及定位裝置(或者稱夾緊機構(gòu))；
(3)夾具體；
(4)對刀,引導(dǎo)元件及裝置(包括刀具導(dǎo)向元件,對刀裝置及靠模裝置等)；
(5)動力裝置；
(6)分度,對定裝置；
(7)其它的元件及裝置(包括夾具各部分相互連接用的以及夾具與機床相連接用的緊固螺釘,銷釘,鍵和各種手柄等)；
每個夾具不一定所有的各類元件都具備,如手動夾具就沒有動力裝置,一般的車床夾具不一定有刀具導(dǎo)向元件及分度裝置。反之,按照加工等方面的要求,有些夾具上還需要設(shè)有其它裝置及機構(gòu),例如在有的自動化夾具中必須有上下料裝置。
專用夾具的設(shè)計主要是對以下幾項內(nèi)容進行設(shè)計：（1）定位裝置的設(shè)計；（2）夾緊裝置的設(shè)計；（3）對刀-引導(dǎo)裝置的設(shè)計；（4）夾具體的設(shè)計；（5）其他元件及裝置的設(shè)計。
32
目錄
1 前言 1
1.1課題背景及發(fā)展趨勢 1
1.2 夾具的基本結(jié)構(gòu)及設(shè)計內(nèi)容 1
2 t箱體加工工藝規(guī)程設(shè)計 3
2.1零件的分析 3
2.1.1零件的作用 3
2.1.2零件的工藝分析 3
2.2箱體加工的主要問題和工藝過程設(shè)計所應(yīng)采取的相應(yīng)措施 4
2.2.1確定毛坯的制造形式 4
2.2.2基面的選擇 4
2.2.3確定工藝路線 4
2.2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 5
2.2.5確定切削用量 6
2.3小結(jié) 22
3 專用夾具設(shè)計 23
3.1加工上平面鏜孔夾具設(shè)計 23
3.1.1定位基準的選擇 23
3.1.2切削力的計算與夾緊力分析 23
3.1.3夾緊元件及動力裝置確定 24
3.1.4鉆套、襯套、鉆模板及夾具體設(shè)計 25
3.1.5夾具精度分析 27
3.1.6夾具設(shè)計及操作的簡要說明 27
3.2粗、精銑傳動箱上平面夾具夾具設(shè)計 28
3.2.1定位基準的選擇 28
3.2.2定位元件的設(shè)計 28
3.2.3定位誤差分析 29
3.2.4銑削力與夾緊力計算 29
3.2.5夾具體槽形與對刀裝置設(shè)計 30
3.2.6夾緊裝置及夾具體設(shè)計 32
3.2.7夾具設(shè)計及操作的簡要說明 33
3.3鉆18－M8螺紋孔夾具設(shè)計 33
3.3.1定位基準的選擇 33
3.3.2定位元件的設(shè)計 34
3.3.3定位誤差分析 35
3.3.4鉆削力與夾緊力的計算 35
3.3.5鉆套、襯套、鉆模板及夾具體設(shè)計 36
3.3.6夾緊裝置的設(shè)計 38
3.3.7夾具設(shè)計及操作的簡要說明 38
3.4小結(jié) 39
4 結(jié)束語 40
參考文獻 41
2 傳動箱體加工工藝規(guī)程設(shè)計
2.1零件的分析
2.1.1零件的作用
題目給出的零件是傳動箱體，它的主要的作用是用來支承、固定的。它的主要任務(wù)是將主電機傳來的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)過一系列的變速機構(gòu)使主軸得到所需的正反兩種轉(zhuǎn)向的不同轉(zhuǎn)速，同時傳動箱分出部分動力將運動傳給進給箱。傳動箱中的主軸是車床的關(guān)鍵零件。主軸在軸承上運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性直接影響工件的加工質(zhì)量，一旦主軸的旋轉(zhuǎn)精度降低，則機床的使用價值也將大打折扣。
2.1.2零件的工藝分析
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，減震性能良好。傳動箱體需要加工表面以及加工表面的位置要求?，F(xiàn)分析如下：
（1）主要加工面：
1）銑上下平面保證尺寸100mm，平行度誤差為0.03
2）銑側(cè)面保證尺寸62與20與下平面的平行度誤差為0.02
3）鏜上、下面平面各孔至所要求尺寸，并保證各位誤差要求
4）鉆側(cè)面4—M6螺紋孔
5）鉆孔攻絲底平面各孔
（2）主要基準面：
1）以下平面為基準的加工表面
這一組加工表面包括：傳動箱上表面各孔、傳動箱上表面
2）以下平面為基準的加工表面
這一組加工表面包括：主要是下平面各孔及螺紋孔
2.2傳動箱體加工的主要問題和工藝過程設(shè)計所應(yīng)采取的相應(yīng)措施
2.2.1確定毛坯的制造形式
零件的材料HT200。由于年產(chǎn)量為4000件，達到大批生產(chǎn)的水平，而且零件的輪廓尺寸較大，鑄造表面質(zhì)量的要求高，故可采用鑄造質(zhì)量穩(wěn)定的，適合大批生產(chǎn)的金屬模鑄造。便于鑄造和加工工藝過程，而且還可以提高生產(chǎn)率。
2.2.2基面的選擇
（1）粗基準的選擇 對于本零件而言，按照互為基準的選擇原則，選擇本零件的下表面作為加工的粗基準，可用裝夾對肩臺進行加緊，利用底面定位塊支承和底面作為主要定位基準，以限制z、z、y、y、五個自由度。再以一面定位消除x、向自由度，達到定位,目的。
（2）精基準的選擇 主要考慮到基準重合的問題，和便于裝夾，采用已加工結(jié)束的上、下平面作為精基準。
2.2.3確定工藝路線
表2.1工藝路線方案一
工序1
粗精銑上平面
工序2
粗精銑下平面
工序3
粗精銑寬度為20mm的側(cè)面及保證尺寸60的面
工序4
鉆上平面12-M6螺紋底孔
工序5
鉆下平面18-M8螺紋底孔
工序6
鉆下平面臺階面各小孔
工序7
鉆側(cè)面各孔
工序8
鉗工，攻絲各螺紋孔
工序9
鏜上平面各孔
工序10
鏜下平面各孔
表2.2工藝路線方案二
工序1
粗精銑上平面
工序2
粗精銑下平面
工序3
粗精銑寬度為20mm的側(cè)面及保證尺寸62的面
工序4
鏜上平面各孔
工序5
鏜下平面各孔
工序6
鉆上平面12-M6螺紋底孔
工序7
鉆下平面18-M8螺紋底孔
工序8
鉆下平面臺階面各小孔
工序9
鉆側(cè)面各孔
工序10
鉗工，攻絲各螺紋孔
工藝路線的比較與分析：
第二條工藝路線不同于第一條是將“工序8與工序9， 放到后面。加工完上下平面各螺紋孔M8與螺紋孔M6”變?yōu)椤肮ば?工序5”其它的先后順序均沒變化。通過分析發(fā)現(xiàn)這樣的變動提高了生產(chǎn)效率。而且對于零的尺寸精度和位置精度都有太大程度的幫助。
采用互為基準的原則，先加工上、下兩平面，然后以下、下平面為精基準再加工兩平面上的各孔，這樣便保證了，上、下兩平面的平行度要求同時為加兩平面上各孔保證了垂直度要求。符合先加工面再鉆孔的原則。若選第一條工藝路線， 加工“工序4與工序5，”不便于裝夾，并且毛坯的端面與軸的軸線是否垂直決定了鉆出來的孔的軸線與軸的軸線是非平行這個問題。所以發(fā)現(xiàn)第一條工藝路線并不可行。如果選取第二條工藝方案，先鏜上、下平面各孔，然后以這些已加工的孔為精基準，加工其它各孔便能保證12-M6與18-M8孔的形位公差要求
從提高效率和保證精度這兩個前提下，發(fā)現(xiàn)第二個方案比較合理。所以我決定以第二個方案進行生產(chǎn)。具體的工藝過程見工藝卡片所示。
2.2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
傳動箱體的材料是HT200，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。由于毛坯用采用金屬模鑄造, 毛坯尺寸的確定如下：
由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所規(guī)定的加工余量其實只是名義上的加工余量，實際上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。
由于本設(shè)計規(guī)定零件為大批量生產(chǎn)，應(yīng)該采用調(diào)整法加工，因此計算最大與最小余量時應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確定。
1）加工箱體的上下平面，根據(jù)參考文獻[8]表4-35和表4-37考慮3mm，粗加工2mm到金屬模鑄造的質(zhì)量和表面的粗糙度要求，精加工1mm，
2）加工寬度為20mm的側(cè)面時，用銑削的方法加工兩側(cè)面。由于側(cè)面的加工表面有粗糙度的要求，而銑削的精度可以滿足，故采取分二次的銑削的方式，粗銑削的深度是2mm，精銑削的深度是1mm
3）鏜上、下平面各傳動軸孔時，由于粗糙度要求，因此考慮加工余量2.5mm?？梢淮未旨庸?mm，一次精加工0.5就可達到要求。
6）加工18－M8底孔，根據(jù)參考文獻[8]表4-23考慮加工余量1.2mm?？梢淮毋@削加工余量1.1mm，一次攻螺紋0.1就可達到要求。
7）加工12－M6底孔時，根據(jù)參考文獻[8]表4-23考慮加工余量1.2mm?？梢淮毋@削加工余量1.1mm，一次攻螺紋0.1mm就可達到要求。
8）加工下平面臺階面各小孔，粗加工2mm到金屬模鑄造的質(zhì)量和表面粗糙度要求，精加工1mm，可達到要求。
2.2.5確定切削用量
工序1：粗、精銑傳動箱體下平面
（1）粗銑下平面
加工條件：
工件材料： HT200，鑄造。
機床：X52K立式銑床。
查參考文獻[7]表30—34
刀具：硬質(zhì)合金三面刃圓盤銑刀（面銑刀），材料：， ，齒數(shù)，此為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=2mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-75，取銑削速度：參照參考文獻[7]表30—34，取。
機床主軸轉(zhuǎn)速： 式（2.1）
式中 V—銑削速度；
d—刀具直徑。
由式2.1機床主軸轉(zhuǎn)速：
按照參考文獻[3]表3.1-74
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[7]表2.4-81,
（2）精銑下平面
加工條件：
工件材料： HT200，鑄造。
機床： X52K立式銑床。
參考文獻[7]表30—31
刀具：高速鋼三面刃圓盤銑刀（面銑刀）：， ，齒數(shù)12，此為細齒銑刀。
精銑該平面的單邊余量：Z=1mm
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[7]表30—31，取
銑削速度：參照參考文獻[7]表30—31，取
機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（2.1）有：
按照參考文獻[7]表3.1-31
實際銑削速度：
進給量，由式（1.3）有：
工作臺每分進給量：
粗銑的切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-45可查得銑削的輔助時間
精銑的切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-45可查得銑削的輔助時間
銑下平面的總工時為：t=+++=1.13+1.04+1.04 +1.09=2.58min
工序2：加工上平面，各切削用量與加工上平面相近，因此省略不算，參照工序1執(zhí)行。
工序3：粗精銑寬度為20mm的側(cè)面：
（1）粗銑寬度為20mm的側(cè)面
加工條件：
工件材料： HT200，鑄造。
機床：X52K立式銑床。
查參考文獻[7]表30—34
刀具：硬質(zhì)合金三面刃圓盤銑刀（面銑刀），材料：， ，齒數(shù)，此為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=2mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-75，取銑削速度：參照參考文獻[7]表30—34，取。
由式2.1得機床主軸轉(zhuǎn)速：
按照參考文獻[3]表3.1-74
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[7]表2.4-81,
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
式（2.2）
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
（2）精銑寬度為20mm的下平臺
加工條件：
工件材料： HT200，鑄造。
機床： X52K立式銑床。
由參考文獻[7]表30—31
刀具：高速鋼三面刃圓盤銑刀（面銑刀）：， ，齒數(shù)12，此為細齒銑刀。
精銑該平面的單邊余量：Z=1mm
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[7]表30—31，取
銑削速度：參照參考文獻[7]表30—31，取
機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（2.1）有：
按照參考文獻[3]表3.1-31
實際銑削速度：
進給量，由式（2.3）有：
工作臺每分進給量：
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
根據(jù)參考文獻[9：=249/(37.5×3)=2.21min。
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-45可查得銑削的輔助時間
精銑寬度為20mm的下平臺
根據(jù)參考文獻[9]切削工時：=249/(37.5×3)=2.21min
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-45可查得銑削的輔助時間
粗精銑寬度為30mm的下平臺的總工時：
t=+++=2.21+2.21+0.41+0.41=5.24min
工序４：粗鏜Φ62H12的孔
機床：臥式鏜床
刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料：
切削深度：，毛坯孔徑。
進給量：根據(jù)參考文獻表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為=2.0mm。因此確定進給量。
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4-9取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻[3]表3.1-41取
實際切削速度：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
查參考文獻[1]，表2.5-37工步輔助時間為：2.61min
精鏜下端孔Φ62H12
機床：臥式鏜床
刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料：
切削深度：
進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為=。因此確定進給量
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4-9，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，取
實際切削速度，：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
所以該工序總機動工時
查參考文獻[1]，表2.5-37工步輔助時間為：1.86min
工序5：粗鏜Φ72H12的孔
機床：臥式鏜床
刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料：
切削深度：，毛坯孔徑。
進給量：根據(jù)參考文獻表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為=2.0mm。因此確定進給量。
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4-9取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻[3]表3.1-41取
實際切削速度：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
查參考文獻[1]，表2.5-37工步輔助時間為：2.61min
精鏜下端孔到Φ72H12
機床：臥式鏜床
刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料：
切削深度：
進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為=。因此確定進給量
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4-9，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，取
實際切削速度，：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
所以該工序總機動工時
查參考文獻[1]，表2.5-37工步輔助時間為：1.56min
工序6：鉆下平在12-M6
工件材料為HT200鐵，孔的直徑為6mm。加工機床為Z535立式鉆床，加工工序為鉆孔至Φ5，選用Φ5的麻花鉆頭。攻M6螺紋，選用M6細柄機用絲錐攻螺紋。
進給量：根據(jù)參考文獻[5]表2.4-39，取
切削速度：參照參考文獻[5]表2.4-41，取
由式（2.1）機床主軸轉(zhuǎn)速：
，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
攻M6×1.5的螺紋
機床：Z535立式鉆床
刀具：細柄機用絲錐（）
進給量：由于其螺距,因此進給量
切削速度：參照參考文獻[5]表2.4-105，取
由式（2.1）機床主軸轉(zhuǎn)速：
，取
絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
攻M6螺紋
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
總工時為：t=2++=3.75min
工序7：加工18－M8底孔
工件材料為HT200鐵，孔的直徑為8mm。加工機床為Z535立式鉆床，加工工序為鉆孔至Φ7，選用Φ7的麻花鉆頭。攻M8螺紋，選用M8細柄機用絲錐攻螺紋。
進給量：根據(jù)參考文獻[5]表2.4-39，取
切削速度：參照參考文獻[5]表2.4-41，取
由式（2.1）機床主軸轉(zhuǎn)速：
，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
攻M8×1.5的螺紋
機床：Z535立式鉆床
刀具：細柄機用絲錐（）
進給量：由于其螺距,因此進給量
切削速度：參照參考文獻[5]表2.4-105，取
由式（2.1）機床主軸轉(zhuǎn)速：
，取
絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取
實際切削速度：
攻M8螺紋的工時
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
工序8：階梯孔
工件材料為HT200鐵，孔的直徑為20mm，表面粗糙度。加工機床為Z535立式鉆床，加工工序為锪鉆，加工刀具為：锪鉆孔——Φ20mm小直徑锪鉆。
1）確定切削用量
確定進給量 根據(jù)參考文獻[7]表28-10可查出，由于孔深度比，，故。查Z535立式鉆床說明書，取。
根據(jù)參考文獻[7]表28-8，鉆頭強度所允許是進給量。由于機床進給機構(gòu)允許的軸向力（由機床說明書查出），根據(jù)參考文獻[7]表28-9，允許的進給量。
由于所選進給量遠小于及，故所選可用。
確定切削速度、軸向力F、轉(zhuǎn)矩T及切削功率 根據(jù)表28-15，由插入法得：
，
，
由于實際加工條件與上表所給條件不完全相同，故應(yīng)對所的結(jié)論進行修正。
由參考文獻[7]表28-3，，，故
查Z535機床說明書，取。實際切削速度為
由參考文獻[7]表28-5，，故
校驗機床功率 切削功率為
機床有效功率
故選擇的鉆削用量可用。即
，，，
相應(yīng)地
，，
工序9：校驗
（5）锪鉆Φ20階梯孔
加工條件：
工件材料：HT200，金屬模鑄造，
機床：Z535立式鉆床
刀具：高速鋼鉆頭Φ7，M8絲錐，Φ20小直徑端面锪鉆
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
锪鉆Φ20階梯的工時
锪鉆孔進給量，機床主軸轉(zhuǎn)速，
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
由參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
t=+
t=0.27+1.77=2.04min
該工序的總工時為： 2.04+0.07+0.05+1.77+1.77=5.7min
所以該方案滿足生產(chǎn)要求。
2.3小結(jié)
機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件。對加工工藝規(guī)程的設(shè)計，可以了解了加工工藝對生產(chǎn)、工藝水平有著極其重要的影響。生產(chǎn)規(guī)模的大小、工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機械加工工藝來體現(xiàn)。
3 專用夾具設(shè)計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度。在加工杠桿零件時，需要設(shè)計專用夾具。
根據(jù)任務(wù)要求中的設(shè)計內(nèi)容，需要設(shè)計加工銑上平面夾具、傳動箱體鏜上頂面鏜孔夾具及傳動箱體鉆18-M8底孔夾具各一套。其中上頂面鏜孔的夾具將用于組合鉆床，刀具分別鏜刀。采用X62W銑床，硬質(zhì)合金端銑刀YG8對銑上平面進行加工。鉆M8底孔夾具采用立式鉆床，先用麻花鉆鉆孔，再用絲錐攻螺紋。
3.1加工上平面孔的鏜孔夾具設(shè)計
本夾具主要用來鏜上平夾具，此孔也是后面作為工藝孔使用，這個工藝孔有尺寸精度要求為+0.03，表面粗糙度要求，表面粗糙度為，與頂面垂直。并用于以后各面各孔加工中的定位。其加工質(zhì)量直接影響以后各工序的加工精度。本到工序為杠桿加工的第一道工序，加工到本道工序時只完成了傳動箱體上表面的粗、精銑。因此再本道工序加工時主要應(yīng)考慮如何保證其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。
3.1.1定位基準的選擇
由零件圖可知，有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并應(yīng)與頂面垂直。為了保證所鉆的孔與頂面垂直并保證工藝孔能在后續(xù)的孔系加工工序中使各重要支承孔的加工余量均勻。根據(jù)基準重合、基準統(tǒng)一原則。在選擇工藝孔的加工定位基準時，應(yīng)盡量選擇上一道工序即粗、精銑箱體的下表面工序的定位基準，以及設(shè)計基準作為其定位基準。因此加工工藝孔的定位基準應(yīng)選擇選用下平作為定位基準，為了提高加工效率，根據(jù)工序要求先采用標準硬質(zhì)合金鏜刀刀具對工藝孔進行粗鏜削加工；然后采用硬質(zhì)合金鏜刀對其進行精加工，準備采用手動夾緊方式夾緊。
3.1.2切削力的計算與夾緊力分析
由于本道工序主要完成工藝孔的鏜加工，參考文獻[9]得：
鏜削力
鏜削力矩
式中：
本道工序加工工藝孔時，工件的下平面與臺價臺靠緊。采用帶光面壓塊的壓緊螺釘夾緊機構(gòu)夾緊，該機構(gòu)主要靠壓緊螺釘夾緊，屬于單個普通螺旋夾緊。根據(jù)參考文獻[11]可查得夾緊力計算公式：
式（3.1）
式中： —單個螺旋夾緊產(chǎn)生的夾緊力（N）；
—原始作用力（N）；
—作用力臂（mm）；
—螺桿端部與工件間的當量摩擦半徑（mm）；
—螺桿端部與工件間的摩擦角（°）；
—螺紋中徑之半（mm）；
—螺紋升角（°）；
—螺旋副的當量摩擦角（°）。
由式（3.1）根據(jù)參考文獻[11]表1-2-23可查得點接觸的單個普通螺旋夾緊力：
3.1.3夾緊元件及動力裝置確定
由于傳動箱體的生產(chǎn)量很大，采用手動夾緊的夾具結(jié)構(gòu)簡單，在生產(chǎn)中的應(yīng)用也比較廣泛。因此本道工序夾具的夾緊動力裝置采用手動夾緊。采用手動夾緊，夾緊可靠，機構(gòu)可以不必自鎖。
本道工序夾具的夾緊元件選用帶光面壓塊的壓緊螺釘。旋緊螺釘使其產(chǎn)生的力通過光面壓塊將工件壓緊。
3.1.4鉆套、襯套、鉆模板及夾具體設(shè)計
工藝孔的加工需粗、精鏜切削才能滿足加工要求。故選用快換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。鉆模板選用固定式鉆模板，工件以底面及側(cè)面分別靠在夾具支架的定位快，用帶光面壓塊的壓緊螺釘將工件夾緊。
夾具體的設(shè)計主要考慮零件的形狀及將上述各主要元件聯(lián)成一個整體。這些主要元件設(shè)計好后即可畫出夾具的設(shè)計裝配草圖。整個夾具的結(jié)構(gòu)見夾具裝配圖如上圖所示：
3.1.5夾具精度分析
利用夾具在機床上加工時，機床、夾具、工件、刀具等形成一個封閉的加工系統(tǒng)。它們之間相互聯(lián)系，最后形成工件和刀具之間的正確位置關(guān)系。因此在夾具設(shè)計中，當結(jié)構(gòu)方案確定后，應(yīng)對所設(shè)計的夾具進行精度分析和誤差計算。
由工序簡圖可知，本道工序由于工序基準與加工基準重合，又采用頂面為主要定位基面，故定位誤差很小可以忽略不計。本道工序加工中主要保證工藝孔尺寸Φmm及表面粗糙度。本道工序最后采用精鏜加工，選用標準硬質(zhì)合金鏜刀，直徑為Φmm，并采用鏜套，鏜刀導(dǎo)套孔徑為該工藝孔的位置度應(yīng)用的是最大實體要求。
工藝孔的表面粗糙度，由本工序所選用的加工工步粗鏜精滿足。
影響兩工藝孔位置度的因素有（如下圖所示）：
（1）鏜模板上裝襯套孔的尺寸公差：
（2）兩襯套的同軸度公差：
（3）襯套與鉆套配合的最大間隙：
（4）鉆套的同軸度公差：
（5）鏜套與鏜刀配合的最大間隙：
所以能滿足加工要求。
3.1.6夾具設(shè)計及操作的簡要說明
鏜Φ62孔的夾具如夾具裝配圖ZJZ-01所示。裝卸工件時，先將工件放在定位塊上；用壓塊的壓緊螺釘將工件夾緊；然后加工工件。當工件加工完后，將帶光面壓塊的壓緊螺釘松開，取出工件。
3.2粗、精銑傳動箱體上平面夾具設(shè)計
本夾具主要用來粗、精銑傳動箱上平面。由于加工本道工序的工序簡圖可知。粗、精銑傳動箱上平面時，上平面尺寸為210×315mm，粗糙度要求，傳動箱上平面與下平面有平行度要求,并與工藝孔軸線分別垂直度的要求，本道工序是對傳動箱上平面進行粗精加工。因此在本道工序加工時，主要應(yīng)考慮提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。同時應(yīng)保證加工尺寸精度和表面質(zhì)量。
圖3.5夾具裝配圖
3.2.1定位基準的選擇
由零件圖可知工藝孔的軸線所在平面有垂直度的要求，從定位和夾緊的角度來看，本工序中，定位基準是下平面，設(shè)計基準也是要求保證上、下兩平面的平行度要求，定位基準與設(shè)計基準重合，不需要重新計算上下平面的平行度，便可保證平行度的要求。在本工序只需保證下平面放平就行，保證下平面與兩定位板正確貼合就行了。
為了提高加工效率，現(xiàn)決定用兩把銑刀傳動箱體的上平面同時進行粗精銑加工。同時進行采用手動夾緊。
3.2.2定位元件的設(shè)計
本工序選用的定位基準為一面兩銷定位，所以相應(yīng)的夾具上的定位元件應(yīng)是一面兩銷。因此進行定位元件的設(shè)計主要是對固定擋銷和帶大端面的短圓柱銷進行設(shè)計。
根據(jù)參考文獻[11]帶大端面的短圓柱銷的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如圖3.5所示。
圖3.5 帶大端面的短圓柱銷
根據(jù)參考文獻[11]固定擋銷的結(jié)構(gòu)如圖3.6所示。
圖3.6 固定擋銷
3.2.3定位誤差分析
本夾具選用的定位元件為一面兩銷定位。其定位誤差主要為：
銷與孔的配合0.05mm，銑/鉆模與銷的誤差0.02mm，銑/鉆套與襯套0.029mm
由公式e=(H/2+h+b)×△max/H
△max=(0.052+0.022+0.0292)1/2
=0.06mm
e=0.06×30/32=0.05625
可見這種定位方案是可行的。
3.2.4銑削力與夾緊力計算
本夾具是在銑床上使用的，用于定位螺釘?shù)牟坏鸬蕉ㄎ挥?，還用于夾緊，為了保證工件在加工工程中不產(chǎn)生振動，必須對“17”六角螺母和”11”螺母螺釘施加一定的夾緊力。由計算公式
Fj=FsL/(d0tg(α+ψ1’)/2+r’tgψ2) 式（3.2）
Fj－沿螺旋軸線作用的夾緊力
Fs－作用在六角螺母
L－作用力的力臂(mm)
d0－螺紋中徑(mm)
α－螺紋升角(゜)
ψ1－螺紋副的當量摩擦(゜)
ψ2－螺桿(或螺母)端部與工件(或壓塊)的摩擦角(゜)
r’－螺桿(或螺母)端部與工件(或壓塊)的當量摩擦半徑(゜)
根據(jù)參考文獻[6]其回歸方程為
Fj＝ktTs
其中Fj－螺栓夾緊力(N)；
kt－力矩系數(shù)(cm－1)
Ts－作用在螺母上的力矩(N.cm)；
Fj =5×2000=10000N
3.2.5夾具體槽形與對刀裝置設(shè)計
定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺U形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負荷，加強夾具在加工中的穩(wěn)固性。
根據(jù)參考文獻[11]定向鍵的結(jié)構(gòu)如圖3.7所示。
圖3.7 定向鍵
根據(jù)參考文獻[11]夾具U型槽的結(jié)構(gòu)如圖3.8所示。
圖3.8 U型槽
主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如下表3.5所示。
表3.5 U型槽的結(jié)構(gòu)尺寸
螺栓直徑
12
14
30
20
對刀裝置由對刀塊來實現(xiàn)，用來確定刀具與夾具的相對位置。
由于本道工序是完成傳動箱體上平面尺寸為210×315mm的粗、精銑加工，所以選用直角對刀塊。根據(jù)GB2243—80直角對到刀塊的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖3.9所示。
圖3.9 直角對刀塊
塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如圖3.10所示。
圖3.10 平塞尺
塞尺尺寸如表3.6所示。
表3.6 平塞尺結(jié)構(gòu)尺寸
公稱尺寸H
允差d
C
3
-0.006
0.25
3.2.6夾緊裝置及夾具體設(shè)計
夾緊裝置采用移動的A型壓板來夾緊工件，采用的移動壓板的好處就是加工完成后，可以將壓板松開，然后退后一定距離把工件取出。
移動壓板的結(jié)構(gòu)如圖3.11所示。
圖3.11 移動壓板
主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如表3.7所示。
表3.7 移動壓板結(jié)構(gòu)尺寸
97
30
11
36
40
8
16
4
1.5
12
夾具體的設(shè)計主要考慮零件的形狀及將上述各主要元件聯(lián)成一個整體。這些主要元件設(shè)計好后即可畫出夾具的設(shè)計裝配草圖。整個夾具的結(jié)構(gòu)夾具裝配圖ZJX-02所示。
3.2.7夾具設(shè)計及操作的簡要說明
本夾具用于在立式銑床上加工傳動箱體上平面，工件以與此相平行的下平面為及其側(cè)面和水平面底為定位基準，在短銷、支承板和支承釘上實現(xiàn)完全定位。采用轉(zhuǎn)動A型壓板夾緊工件。當加工完一邊，可松開螺釘、螺母、支承釘來加工另一邊。如夾具裝配圖所示。
3.3鉆18－M8螺紋孔夾具設(shè)計
3.3.1定位基準的選擇
在加工M8螺紋孔工序時，傳動箱體上、下兩平面及工藝孔已經(jīng)加工到要求
尺寸。因此選用上平面及與其垂直的任意孔上表面加作為定位基準。符合典型的一面兩銷定位原理，一共限制了工件的6個自由度，符合六點定位法則。工件以一面兩銷定位時，夾具上的定位元件是：一面兩銷。其中一面為傳動箱的上表
圖3.12 夾具裝配圖
面，兩銷為短圓柱銷和固定擋銷。
3.3.2定位元件的設(shè)計
本工序選用的定位基準為一面兩銷定位，所以相應(yīng)的夾具上的定位元件應(yīng)是一面兩銷。因此進行定位元件的設(shè)計主要是對短圓柱銷和固定擋銷進行設(shè)計
根據(jù)參考文獻[11]，可查得短圓柱銷的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖。
3.3.3定位誤差分析
機械加工過程中，產(chǎn)生加工誤差的因素有很多。在這些因素中，有一項因素于機床夾具有關(guān)。使用夾具時，加工表面的位置誤差與夾具在機床上的對定及工件在夾具中的定位密切相關(guān)。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中各項加工誤差之總和等于或小于該工序所規(guī)定的工序公差。
本夾具選用的定位元件為一面兩銷定位。其定位誤差主要為：
銷與孔的配合0.05mm，鉆模與銷的誤差0.02mm，鉆套與襯套0.029mm
由公式e=(H/2+h+b)×△max/H
△max=(0.052+0.022+0.0292)1/2
=0.06mm
e=0.06×30/32=0.05625
可見這種定位方案是可行的。
3.3.4鉆削力與夾緊力的計算
由于本道工序主要完成工藝孔的鉆、攻螺紋加工，而鉆削力遠遠大于攻螺紋切削力。因此切削力應(yīng)以鉆削力為準。由參考文獻[9]得：
鉆削力
鉆削力矩
式中：
本套夾具采用活動墊板夾緊，活動墊板主要靠上下旋動墊板上的螺母來實現(xiàn)夾緊。根據(jù)參考文獻[11]可知該機構(gòu)屬于單個螺旋夾緊。
由式（3.1）根據(jù)參考文獻[11]表1-2-20到表1-2-23可查得
3.3.5鉆套、襯套、鉆模板及夾具體設(shè)計
M8螺紋孔的加工需鉆、攻螺紋兩次切削才能滿足加工要求。故選用快換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。根據(jù)工藝要求：M8螺紋孔分鉆、攻螺紋兩個工步完成加工。鉆、攻，加工刀具分別為：鉆孔——Φ7標準高速鋼麻花鉆，磨出雙錐和修磨橫刃；攻螺紋——Φ8的絲錐。
根據(jù)參考文獻[11]表2-1-47可查得鉆套孔徑結(jié)構(gòu)如圖3.14所示。
圖3.14 快換鉆套
鉆M8孔鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3.9所示。
表3.9
d
H
D
公稱尺寸
允差
7
20
12
+0.018
+0.007
22
18
10
4
7
7
16
50°
根據(jù)參考文獻[11]表2-1-58可得襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖3.15所示。
圖3.15 固定襯套
其結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3.10所示。
表3.10
d
H
D
C
公稱尺寸
允差
公稱尺寸
允差
12
+0.034
+0.016
20
18
+0.023
+0.012
0.5
2
根據(jù)參考文獻[11]夾具U型槽的結(jié)構(gòu)如圖3.16所示。
圖3.16 U型槽
主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如表3.11所示。
表3.11
螺栓直徑
12
14
30
20
3.3.6夾緊裝置的設(shè)計
夾緊裝置采用活動的墊板來夾緊工件，采用的活動墊板的好處就是加工完成后，可以將壓板松開，然后向下退后一定距離把工件取出。主要用的螺旋夾緊原理。
3.3.7夾具設(shè)計及操作的簡要說明
本套夾具用于加工M8螺紋孔。定位采用常見的一面兩銷定位方案。傳動箱體上平面（一面）及其內(nèi)孔來實現(xiàn)完全定位。主要考慮工件便于取出夾緊裝置采用活動墊板夾緊。工件加工完成后，移動壓板向后退一定距離，工件就可以很方便的取出。工件裝夾時，先將工件放到帶大端面的長圓柱銷和固定定位銷處，然后將移動墊板上移，壓緊工件，將螺栓擰緊就可以進行加工了。加工完成以后將移動壓板退出一定距離，就可以把工件直接取出。如夾具裝配圖上圖所示。
3.4小結(jié)
對專用夾具的設(shè)計，可以了解機床夾具在切削加工中的作用：可靠地保證工件的加工精度，提高加工效率，減輕勞動強度，充分發(fā)揮和擴大機床的給以性能。本夾具設(shè)計可以反應(yīng)夾具設(shè)計時應(yīng)注意的問題，如定位精度、夾緊方式、夾具結(jié)構(gòu)的剛度和強度、結(jié)構(gòu)工藝性等問題。
攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 4 總結(jié)
結(jié)束語
通過近兩個月的畢業(yè)設(shè)計，使我們充分的掌握了一般的設(shè)計方法和步驟，不僅是對所學(xué)知識的一個鞏固，也從中得到新的啟發(fā)和感受，同時也提高了自己運用理論知識解決實際問題的能力，而且比較系統(tǒng)的理解了液壓設(shè)計的整個過程。
在整個設(shè)計過程中，我本著實事求是的原則，抱著科學(xué)、嚴謹?shù)膽B(tài)度，主要按照課本的步驟，到圖書館查閱資料，在網(wǎng)上搜索一些相關(guān)的資料和相關(guān)產(chǎn)品信息。這一次設(shè)計是大學(xué)四年來最系統(tǒng)、最完整的一次設(shè)計，也是最難的一次。在設(shè)計的時候不停的計算、比較、修改，再比較、再修改，我也付出了一定的心血和汗水，在期間也遇到不少的困難和挫折，幸好有xxx老師的指導(dǎo)和幫助，才能夠在設(shè)計中少走了一些彎路，順利的完成了設(shè)計。
本設(shè)計研究過程中仍然存在不足之處，有的問題還待于進一步深入，具體如下：
（1）缺乏實際工廠經(jīng)驗，對一些參數(shù)和元件的選用可能不是非常合理，有一定的浪費。
（2）與夾具相關(guān)的刀具和量具的了解還不太清楚。
（3）系統(tǒng)的設(shè)計不太完善，在與計算機配合進行精確的數(shù)據(jù)采集和控制上還有一些不足。
（4）使用有一定的局限：人工操作多，零部件磨損度在實際中尚不明確。
四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
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