变速箱壳体组合机床夹具设计

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∅8.5的孔，1个∅11.9的孔，右侧6个∅8.5的孔，2个∅9.8的孔。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HT150, 并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

The fixture design of modular machine tool for transmission

body based on 3D method

Abstract: The modular machine tool for transmission body uses the horizontal-type and two-side processing plan.It is used for drilling these holes in the work piece: eight holes with the diameter 8.5mm and depth 24mm, one hole with the diameter 11.9mm and depth 25mm on the left side,six diameter 8.5m holes and their bottom surfaces on the right surface, two diameter 9.8mm holes.The topic includes two parts, the general design and fixture design of the machine tool. The left spindle box is used for machining nine tappet holes, the right spindle box is used for machining eight holes, and a fixture is between two spindle boxes.To achieve stable and reliable feed, hydraulic pressure sliding tables are used in this machining tool.The work piece is located at the fixture through "a face two holes",which can ensure the position precision needs of the work piece and be beneficial to design the fixture.The combination machine is clamped by atmospheric pressure devices.To ensure position precision, the guiding devices are used. Replaceable guiding sleeves are chosen, because they are easy wearing in large quantities of production. The material of clamp body is HT150. Chip troughs which are in the clamp body are free of chip falling onto the working surface of positioning components or accumulating on other devices, and ensure the work piece correct positioning and the fixture normal working.

Key words: combination machine; design; fixture

1前言 ................................................ 错误！未定义书签。

1.1 本课题的意义 ....................................................... 1

1.2 国内发展概况 ....................................................... 4

1.3 课题由来及所需基本条件 ............................................. 2

2组合机床总体设计 ...................................................... 3

2.1 总体方案论证 ....................................................... 3

2.1.1 加工内容及要求 ................................................... 3

2.1.2 机床配置型式的选择 ............................................... 3

2.1.3 定位基准的选择 ................................................... 3

2.1.4 滑台型式的选择 ................................................... 4

2.2 确定切削用量及选择刀具 ............................................. 4

2.2.1 切削用量的选择 ................................................... 4

2.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率 .................................. 5

2.2.3 刀具结构的选择 ................................................... 5

2.3 总体设计—“三图一卡” ............................................. 6

2.3.1 被加工零件工序图 ................................................. 6

2.3.2 加工示意图 ....................................................... 6

2.3.3 机床尺寸联系总图 ................................................. 7

2.3.4 机床生产率计算卡 ................................................. 9

3 组合机床夹具设计 .................................................... 12

3.1 夹具设计的基本要求和步骤 .......................................... 12

3.1.1 夹具设计的基本要求 .............................................. 12

3.1.2 夹具设计的步骤 .................................................. 12

3.2 定位方案的确定 .................................................... 16

3.2.1 零件的工艺性分析 ................................................ 16

3.2.2 定位方案论证 .................................................... 16

3.2.3 误差分析 ........................................................ 16

3.2.4 校核加工精度 .................................................... 18

3.3导向装置 ........................................................... 15

3.4 夹紧方案的确定 .................................................... 16

3.4.1 夹紧装置的确定 .................................................. 16

3.4.2 夹紧力的确定 .................................................... 18

3.4.3 气缸的选择 ...................................................... 19

3.5 夹具体的设计 ...................................................... 20

3.6 夹具三维设计 ...................................................... 20

3.6.1 三维建模及三维软件介绍 .......................................... 20

3.6.2 基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

1 前言

1.1 本课题的意义

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。

1.2 国内发展概况

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（PLC ）、数字控制（NC ）等，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。

1.3 课题由来及基本条件

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：HT150

加工内容：一侧钻削8×φ8.5深24的孔，φ11.9深25的孔；另一侧6×φ8.5深24的孔，2×φ9.8深18.5的孔。

生产纲领：大批大量

2组合机床总体设计

2.1 总体方案论证

本设计的加工对象为变速箱壳体，材料是HT150, 硬度HBS170-241，重量21Kg ，属于箱体零件，结构复杂。

2.1.1 加工内容及要求

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；

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×φ8.5深24的孔，1×φ11.9深25的孔；钻右侧面上8个孔，钻削6×φ8.5深24的孔，2×φ9.8深18.5的孔

2.1.2 机床配置型式选择

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。

2.1.3 定位基准的选择

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。

2.1.4滑台型式的选择

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。

2.2 确定切削用量及选择刀具

2.2.1 切削用量的选择

对于17个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从[1]P130表6-11中选取。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]P131表6-12选取。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×Φ8.5，盲孔， l=24mm

由d ＞6～12，硬度大于170～241HBS ，选择v=10～18m/min ,f ＞0.1～0.18mm/r,又d=8.5mm,取定v=13.2m/min , f=0.122mm/r,则由

得：n=1000×13.2/8.5π=493r/min

b) 钻孔9 1×Φ11.9，盲孔，l=25mm

由d ＞6～12，硬度大于170～241HBS ，选择v=10～18m/min, f ＞0.1～0.18mm/r,又d=11.9mm,取定v=13.2m/min , f=0.17mm/r,

则n=1000×13.2/11.9π=352r/min

B. 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×Φ8.5，盲孔，l=24mm

由d ＞6～12，硬度大于170～241HBS ，选择v=10～18m/min, f ＞0.1～0.18mm/r,又d=8.5mm,取定v=12.8m/min, f=0.135mm/r, 1000v n = (2-1) πd

则n=1000×12.8/8.5π=480r/min

b) 钻孔3、7 2×Φ9.8，盲孔，l=18.5mm

由于精镗，加工材料为铸铁，硬度大于170～241HBS ，选择v=10～18m/min, f≤0.1～0.18mm/r,又d=9.8mm,取定v=13m/min, f=0.15mm/r,

则n=1000×13/9.8π=422r/min

（孔的编号见被加工零件工序图）

2.2.2计算切削力、切削扭矩及切削功率

钻孔：根据[1]P 134[9] 表6-20中公式

0. 80. 6F =26Df HB

T =10D 1. 9f 0. 8HB 0. 6

9740πD

式中， F—切削力（N ）；T —切削转矩（N •㎜）；P —切削功率（Kw ）；

v —切削速度（m/min）；f —进给量（mm/r）；D —加工（或钻头）直径（mm ）； P =HB —布氏硬度, ，在本设计中，HB max =241，

HB min =170, 得HB =HB -1(HB -HB ) HB=217.3。 max max min 3

由以上公式可得：

左面单根 1～8轴 F=1036.9N T=2736.65N•mm P=0.139Kw

9轴 F=1892.85N T=6762.9N•mm P=0.2453Kw

右面单根 1、2、4、5、6、8轴 F=1124.3N T=2967.56N•mm P=0.1461Kw

单根 3、7轴 F=1410N T=4230.95N•mm P=0.1835Kw

(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 Pw=8×0.139+0.2453=1.3573Kw

右面 Pw=6×0.1461+2×0.1835=1.2436Kw

实际切削功率

根据[1]，P=(1.5～2.5)Pw, 因为是多轴加工，故取定P=2Pw

则 P左=2×1.3573=2.7146Kw

P右=2×1.2436=2.4872Kw

2.2.3 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.

2.3 总体设计——“三图一卡”

2.3.1被加工零件工序图