109变速箱壳体铣面夹具设计解析

1、变速箱壳体铣面夹具设计本 科毕业设计题目变速箱壳体铳面夹具设计摘 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Design of Clamping Device for The Gearbox Shell Face MillingAbstract: This design is about the shell of the gearbox face milling clamp design.The par

2、ts iscast ing ,and it have complex shape.Whe n processes in g,we n eed take it in right positi on,sowe chooses locate mode which two sells at the same time, and operates the simple manualclamp way clamp, its orga ni zatio n desig n is simple, the convenience also can satisfy therequest.变速箱壳体铣面夹具设计Ke

3、y WOrds：Shell of The Gearbox,Milli ng Face,Un it Clamp,Desig n of Clampi ng Device.目 录一.前 U 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

4、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 -变速箱壳体铣面夹具设计-1 -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

5、。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）

6、、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。变速箱壳体铣面夹具设计-2 -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

7、变速箱壳体侧端面，设计铣床手 动专用夹具。图 2-1变速箱壳体铣面夹具设计-3 -三.铳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

8、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10 mm.在加工侧端面时，侧端面尺寸要求为202o0.2，表面粗糙度为3.2，分析可知由铣削 直接加工就

9、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丫轴的转动 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、沿丫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。变速

10、箱壳体铣面夹具设计-4 -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 5-15.3 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:变速箱壳体

11、铣面夹具设计-5 -图 5-2可查机床夹具设计手册表1-1-12得:式中：；D1为第一定位孔的公差，冷1为圆柱销的公差；D2为第二定位孔的公差，；d2为菱形销的公差；：1min第一定位孔与圆柱销间的最小间隙；：2min第二定位孔与菱形销间的最小间隙；：J*W- -为转角误差。又因圆柱销尺寸为10；。08,菱形销尺寸为卩：吹,圆柱销与定位孔1的配合为G7h6 菱形销与定位孔2间的配合为G7，两定位孔尺寸为1o0.006。h6由此可得：D*W(Y)一 D1 d1 1min二0.018+0.008+0.006=0.032基准位置误差：D*W(Y) 一 D1 di：1minJ*W二tg6+ 6+ AD

12、i di iminD2、d22min2L(5.1)(5.2变速箱壳体铣面夹具设计-6 -对于基准不重合的误差有:则定位误差厶二 = D二0.032 0.004= 0.036T工3十g，D1 + Jmin+ 注2 + b + minJ*Wtg=0.0175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

13、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10.0082二0.004(5.3)2Ltg0.032 0.0322 105.01(5.4)变速箱壳体铣面夹具设计-7 -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）：变速箱壳体铣面夹具设计-8 -图 6-16.1 铣削力的计算对

14、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：P = Cpt1.1s0.72D_1.1B0.90z Kp（6.1）其中P-铣削力（N；CP-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1-210选取，此处为CP=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变速箱壳体铣面夹具设计-9 -面中测得的投影长度sz-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

15、刀轴线方向测得的切削尺寸；z-为铣刀齿数；Kp-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QT45O-10HB0 55心珂莎）.“987。查金属切削手册表9-12可得sz=0.3,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P二Cpt1.1s0.72D_1.1B0.90z Kp= 294 2.51.10.30.72125_1.11100.9014 0.987=1607N6.2 夹紧力的计算查机械夹具设计手册表夹紧力计算公式W=其中K-安全系数；P-为切削力（N ;J1-为夹紧元件与工件间的摩擦系数；L、H、I-工件受力大概尺寸，

16、其中L=82.575mm H=165.15mm l=52.5mm,具体如下图6-2:1-2-11可得(6.2)u1H l变速箱壳体铣面夹具设计-10 -又因安全系数K二K。K1K2K3K4K5K6其中Ko-考虑工件材料及加工余量均匀的基本安全系数；K1-加工性质系数；K2-刀具钝化程度系数；Ka-切削特点系数；K4-夹紧力的稳定性系数；K5-手动夹紧时的手柄位置系数；K6-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:K。= 1.3,K 厂 1.0, K厂 1.3,K3二1.2, K4二1.3,K5二1.0, K6q =0.16。则K -

17、 K0K1K2K3K4K5K6=1.31.01.3 1.21.3 1.01.0= 2.6364代入夹紧力计算公式(6.3)1.0图 6-2变速箱壳体铣面夹具设计-11 -K P L u1H l=2.6364 如 607 汉 82.5750.16 165.15 52.5=6167N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W。=7950N。所以有WKW0,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

18、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

19、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）：变速箱壳体铣面夹具设计-12 -图 7-17.2 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。变速箱壳体铣面夹具设计-13 -变速箱壳体铣面夹具设计-14 -对定向键的直

20、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0.02。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

21、差：jd =SS+ Sh(9.2)SS塞尺的制造误差；Sh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：SS=0.014。因为对刀块是用就地加工法加工的，所以可以认为：Sh=0。由此我们可知：Ajd=0.014得J(0.032)2(0.004)2(0.014)2=0.0350.035|丁工可知,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

22、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，变速箱壳体铣面夹具设计-15 -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

23、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CADPRO-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，

24、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。变速箱壳体铣面夹具设计-16 -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，20052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，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，20054刑闽芳主编互换性与技术测量M.清华大学出版社.20005王秀伦主编机床夹具设计M.国防工业出版社 19836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.20017杨忠明，朱家诚主编机械设计M.武汉理工大学出版社.20018吴宗泽主编机械零件设计手册M.机械工业出版社.20039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.199110于就泗，齐发主编机械工程材料M.大连理工大学出版社,200311谭建荣主编图学基础教程M.高等教育出版社，199912余桂英，郭纪林主编.Auto CAD 2006 中文版实用教程M.大连理工出版社.200613戴曙主编金属切削机床M.机械工业出版社.199314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.198415上海市金属切削技术协会编金属切削手册M.上海科学