變速箱殼體組合機床及夾具設計含10張CAD圖
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摘 要
機床的夾具在我們現(xiàn)實生活的加工方面有著不可替代的重要作用，它對被加工工件的質(zhì)量和成本以及生產(chǎn)的速度具有比較直觀的影響。各企業(yè)通過在機床夾具設計方面長時間的經(jīng)驗累積，具有了相當多的設計經(jīng)驗，而且目前正在著重使用這些所掌握的設計經(jīng)驗來對機床的夾具設計過程中的速度與質(zhì)量方面做到進一步的加強和提升， 故此人們急切的想要尋找到一種可以行的通的高效解決方案。
這種變速箱殼體專業(yè)組合機床所采納的正是臥式雙面加工方案。它被用于對被加工件左側(cè)面上的 1 個?11.9 的孔，8 個?8.5 的孔，2 個?9.8 的孔以及右側(cè) 6 個?8.5 的孔進行精準鉆削。它主要由兩個部分組成，就是夾具的設計以及總體的設計。它用左主軸箱對 9 個孔進行加工，然后剩下的 8 個孔則使用右主軸箱進行加工。夾具固定的一部分則在兩個主軸箱的中心。機床采用的是我們常見的液壓工作臺，實現(xiàn)了進給之后，保證了進給速度的穩(wěn)定并且可靠。工件采用的定位方法正是“一側(cè)兩孔”的方法， 從而大大的保證了工件的定位精度，便于將工件夾持住。它還有助于技術(shù)人員的設計和制造。鉗子使用氣動夾鉗，導向裝置用于確保工作孔的位置精度。由于工件數(shù)量眾多，導向裝置的鉆套極易磨損，因此使用了可更換的鉆套。因此為了不影響正常工作， 夾具材料為 HT150，夾具上設有切屑排出槽，以防止切屑堆積在定位元件和其他設備的工作面上，并正確定位工件和夾具。
關(guān)鍵詞：機床夾具 加工質(zhì)量 變速箱殼體 組合機床 總體設計
ABSTRACT
Machine tool fixtures play an important role in processing, directly affecting processing quality, production efficiency and cost. The company has accumulated rich design experience in the long-term machine tool fixture design process, and is reusing these existing design experiences to improve the quality and efficiency of machine tool fixture design, so we urgently need a feasible method.
The gearbox shell combined machine tool adopts the horizontal double-sided processing scheme. It is used to drill 8 holes of 8.5, 1 hole of 11.9, 6 holes of 8.5 on the right and 2 holes of 9.8 on the left side of the machined part. It mainly includes two parts, namely the and fixture design. Use the left spindle box to process 9 holes, and use the right spindle box to process the remaining 8 holes. The center of the two spindle boxes is the fixed fixture part. The machine tool adopts a hydraulic working table to realize the feeding and ensure the stable and reliable feeding speed. The workpiece adopts the "two holes on one side" positioning method, which ensures the positioning accuracy of the workpiece and facilitates the clamping of the workpiece. It also contributes to the design and manufacture of technicians. Pliers use pneumatic clamps, and the guide device is used to ensure the accuracy of the position of the working hole. Due to the large number of workpieces, the drill sleeve of the guide is very easy to wear, so a replaceable drill sleeve is used. Therefore, in order not to affect the normal work, the fixture material is HT150, and the chip is provided with a chip discharge groove to prevent chips from accumulating on the working surface of the positioning element and other equipment, and to correctly position the workpiece and the fixture.
Keywords: Machine Tool Fixtures Processing Quality Gearbox Housing Combined Machine Overall Design
目錄
緒 論 1
第一章 組合機床夾具設計綜述 2
1.1 本文研究的背景和意義 2
1.2 國外研究現(xiàn)狀 2
1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 3
1.4 本設計研究方法 3
第二章 組合機床總體設計方案
2.1總體設計方案論證 4
2.1.1 加工內(nèi)容及要求 4
2.1.2 機床配置型式 4
2.1.3 定位基準 5
2.1.4 滑臺型式 5
2.2 加工工藝參數(shù)的選擇 5
2.2.1 切削用量 5
2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率 6
2.2.3 刀具的選擇 7
2.3 三圖一卡的繪制 7
2.3.1 被加工零件工序圖 7
2.3.2 加工示意圖 8
2.3.3 機床聯(lián)系尺寸總圖 9
2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡 11
第三章 組合機床夾具設計 13
3.1 夾具設計簡介 13
3.2 工件定位系統(tǒng) 13
3.2.1 零件工藝性分析 13
3.2.2 定位方案的選擇 13
3.2.3 誤差分析 14
3.3 導向系統(tǒng)設計 15
3.4 夾緊系統(tǒng)設計 16
3.4.1 夾緊機構(gòu)設計 16
3.4.2 夾緊力的計算 16
第四章 夾具體三維設計 18
4.1 夾具體設計 18
4.2 三維軟件簡介 18
4.3 裝配體設計 19
結(jié) 論 21
參 考 文 獻 22
致 謝 23
25
緒 論
組合機床是一種以預定步驟處理一個或多個工件的機床，其中一般通用零件為主要零件，專用零件為輔助零件。在上個世紀，中國經(jīng)濟在改革開放過程中得到了全面發(fā)展，作為國民經(jīng)濟基礎的機械制造業(yè)也取得了長足的進步。由于其出色的性能，復合機床在機械制造行業(yè)中占有特殊的位置。
夾具是一種用于夾緊工件的技術(shù)設備。它是一種根據(jù)加工程序的要求快速夾緊工件的設備，可保持機床和刀具之間的正確相對位置。設備通用程度分為：專用設備、可調(diào)設備、組合設備等[1]。在機械制造業(yè)中，夾具的設計和制造直接影響產(chǎn)品制造的質(zhì)量Error! Reference source not found.。
汽車變速箱是影響汽車質(zhì)量和行駛性能的重要部件之一，它主要裝有旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動裝置，以實現(xiàn)汽車變速。汽車變速箱殼體加工是需要精密加工的復雜過程。例如，加工尺寸的細微偏差會影響齒輪箱的運行性能，嚴重的齒輪破裂會損壞齒輪箱并直接使齒輪箱報廢[3]。
為了實現(xiàn)完整的齒輪箱殼體設計方案，不僅需要優(yōu)化加工程序，還需要機床所需的夾具，工具，定位基準和加工余量。此外，齒輪箱加工技術(shù)的優(yōu)化可能會轉(zhuǎn)化為低產(chǎn)能生產(chǎn)線上的產(chǎn)能困境。在實踐中，有效的工藝流程優(yōu)化已被證明可以合理配置切削刀具和參數(shù)，從而將產(chǎn)能提高 240％[4]。因此，高效的加工技術(shù)以及高度精確和靈活的夾具的發(fā)展將有助于變速箱殼體的加工。
第一章 組合機床夾具設計綜述
1.1 本文研究的背景和意義
隨著全球經(jīng)濟呈現(xiàn)跨越式的飛速發(fā)展，現(xiàn)代的制造企業(yè)環(huán)境具有天翻地覆的改變。其變化的主要表現(xiàn)在主要競爭力是對交付時間以及產(chǎn)品生命周期的明顯縮短。由于在這種背景下，計算機輔助儀器設計（CAFD）研究正逐漸成為熱點[5]。
多功能機床是高效的特殊機床，具有由許多通用零件和某些特殊零件組成的集中式過程。對單個或者更多的零件執(zhí)行多種工具，多種軸和多種面以及多站的加工。通過這種類型的組合機床，使用機床的使用者可以完成銑削，車削，攻絲，鉆孔，鏜孔， 軋制以及磨削的過程，因此具有非常高的生產(chǎn)效率和非常穩(wěn)定的加工精度。故此，現(xiàn)代的工業(yè)發(fā)展中，大規(guī)模生產(chǎn)方面，多任務加工方式是使加工具有高效生產(chǎn)，卓越的加工精準度，經(jīng)濟性以及精度穩(wěn)定性的零件的理想選擇。關(guān)鍵是如何設計好的 MFP。機床夾具在機器制造中起著重要的作用。這正是該設計需要解決的問題。
1.2 國外研究現(xiàn)狀
CAD 技術(shù)是一種全面而復雜的新技術(shù)。CAD 系統(tǒng)軟件和 CAD/CAM 技術(shù)共同發(fā)展。CAD 系統(tǒng)技術(shù)的功能主要集中在集成，智能和網(wǎng)絡上。目前，國內(nèi)外行業(yè)主流的CAD 系統(tǒng)主要是 UG、Pro/E、I-DEAS、CATIA 等。設計重點包括 SolidWorks，Solid Edge 和 MDT。AutoCAD 是 2D 繪圖的重點；MSC、ANSYS、FLUENT 等用于流體分析； POWERMILL 更專注于加工的動力廠[6]。
在國外，對模塊化機床的 CAD 技術(shù)的研究很早就開始了。 1970 年代初期，一些先進的國家開始研究主軸箱 CAD，例如美國羔羊公司，十字公司，英國克勞斯公司， 蘇聯(lián)莫斯科的 Ordniki 機床廠，明斯克自動線廠，哈爾科夫多功能機。它是西德的工具廠，梅斯，法國的雷諾汽車公司，英國的星伯里機床公司，日本特種機械有限公司。用于多功能機床（例如圖形和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）的 CAD 技術(shù)變得越來越實用，它的使用范圍持續(xù)的擴大。CAD 技術(shù)已被大家非常多的采用進行設計，所以大家都用 CAD 系統(tǒng)軟件進行設計。目前，它正在發(fā)展成為 CAD/CAM 繼承系統(tǒng)[7]。
INGERSOLL 通過由 50 個交互式 CAD 工作站所組成的軟件和硬件環(huán)境，幾乎實現(xiàn)了 100％的 CAD。例如，美國的 Striker Systems Computer Design，Inc.開發(fā)了用于CNC 沖壓，其廣泛的配置選項充分體現(xiàn)了自動化[8]。
1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
如今，多種任務機床在機械制造行業(yè)中非常受到大家的歡迎，并且具有不可比擬的優(yōu)勢。它突出的性能主要表現(xiàn)為以下幾個點：高頻率，靈活性，模塊化，高精確度以及高生產(chǎn)率等。故此，模塊化機床設備的發(fā)展側(cè)重于提高模塊化機床的加工精確度， 模塊化機床的操作確定性，模塊化機床的靈活性以及保證模塊化機床沒有技術(shù)性丟失。從另一個方向考慮，我們應對數(shù)控技術(shù)的實際應用做到進一步的增強，對多任務機床產(chǎn)品的專業(yè)數(shù)控化效率做到進一步的提升。
伴隨著目前技術(shù)的跨越式發(fā)展，一種被命名為柔性機床的創(chuàng)新式機床，占據(jù)了主流市場。它使用多個不同的主軸箱，并且可以實現(xiàn)主軸箱拆卸更換，自動換刀以及編碼附件夾具等。近年來，我們擴大了在多任務機床加工中心，CNC 多任務機床，機床配件（清潔機，裝配機，綜合測量機，測試機，輸送線）中的份額。
在設備方面，由于技術(shù)進步和不斷變化的市場需求，現(xiàn)代機械制造業(yè)正在迅速發(fā)展。 高混合小批量生產(chǎn)將是未來的主要生產(chǎn)形式。 制造系統(tǒng)正在朝著靈活性，集成性和智能性發(fā)展。為了滿足生產(chǎn)開發(fā)的需求，機床夾具正在朝著靈活性，效率，自動化，精度和標準化的方向發(fā)展。
1.4 本設計研究方法
在本設計中，將使用 Pro / E 軟件開發(fā)平臺來實現(xiàn)結(jié)合了機床和夾具的 CAD 系統(tǒng)的開發(fā)。調(diào)用相應的基本參數(shù)將生成相應的 3D 模型，并自動運行虛擬裝配以驗證零部件之間的干涉問題。假設滿足設計要求，便會自動生成藍圖。為未來的計算機輔助過程設計和計算機輔助制造奠定基礎。
第二章 組合機床總體設計方案
2.1 總體設計方案論證
此次設計以變速箱殼體作為加工對象，材料是 HT150,硬度HBS170-241，重量 21Kg，隸屬箱體零件，組成結(jié)構(gòu)多樣復雜。
2.1.1 加工內(nèi)容及要求
依據(jù)規(guī)定的加工過程設計原則，首要任務是對基準面以及其他主要表面進行粗加工，隨后是主要表面，接下來才是次要表面的加工，變速箱外殼的加工具體的精細步驟如下： a)粗加工底面；b）粗加工的左右端面； c）粗加工的前后端面； d）半精加工的底面； e）半精加工的左右端面。f）前后半成品 g）粗糙度； h）細鏜； i）在左右兩側(cè)鉆孔。 j）打孔和攻絲。
該過程是第 9 次，主要處理左右兩側(cè)的 17 個孔。具體處理內(nèi)容如下。在左側(cè)鉆了9 個孔， 8×?8.5 孔（深 24 毫米），1×?11.9 孔（深 25 毫米）。在右側(cè)鉆 8 個孔，并在 6×?8.5 的孔中鉆 24 毫米深的孔，18.5 毫米深的 2×?9.8 的孔。
2.1.2 機床配置型式
根據(jù)目標設計的要求：設計的多任務機床必須滿足加工要求并確保加工精度。接下來，使用供電技術(shù)來控制每個功率組件。因此，根據(jù)任務說明書的要求和變速箱的特點，初步確定了兩種設計方法。
方案一，選用立式復合機床，其特點：立式復合機床重心高，振動大，加工精度低，安裝面積小。
該解決方案的優(yōu)點是可以選擇機床的所有零件（包括工作臺，側(cè)底座，立柱，銑頭）作為通用零件，因此多功能機的通用性和標準化特性就足夠了。你可以證明這一點。結(jié)合工具，可以縮短整個機器的設計以及制造的循環(huán)周期。它的缺點則是該機床的組成結(jié)構(gòu)相對繁瑣，經(jīng)濟性方面并不理想。其次，因為切削工作是利用復合刀具進行，故此刀架所承受的力過大，加工精度不高。
方案二，臥式復合機床的設計及其特點：臥式復合機床重心低，振動小，運行穩(wěn)定，加工精度高，占地面積大。
在該方法中，由于動力銑頭和側(cè)基部是直接組裝的，因此提高了機床的整體剛度， 減小了機床的振動，并且提高了加工精度。選擇并排放置兩個銑頭和銑刀盤可減少柄上的應力并提高加工精度。
通過以上比較，選擇了臥式組合機床，還有一方面原因是臥式床具有振幅相對較小以及夾緊方式簡單的優(yōu)點。
2.1.3 定位基準
該模塊化機床的設計用在指定的零件或零件指定的過程。所以說選擇正確的定位參考才是保證加工精度必不可少的條件，也有助于實現(xiàn)最大的工藝集中度。 用于加工機床的定位方法是將 3 個自由度限制為以底面為定位參考面。 使用兩個齒輪限制兩個自由度。 左側(cè)的支撐銷限制了剩下的自由度。
2.1.4 滑臺型式
組合機使用液壓滑塊。如果工作的過程需要多次進料，可以輕松使用液壓方向控制閥。過載保護簡單可靠。移動速度控制閥用于控制滑臺的快速移動，轉(zhuǎn)換精度高， 操作可靠。但是，使用液壓滑塊存在弊端。例如，由于負載和溫度的變化，進給速度變得不穩(wěn)定。液壓系統(tǒng)中的機油泄漏會影響工作環(huán)境和浪費能源。調(diào)整和維護很麻煩。變速箱殼體的左側(cè)和右側(cè)有 17 個孔。由于其較高的定位精度和尺寸精度，故此應使用液壓滑臺。
綜上所述，依據(jù)制定好的工藝計劃以及機床配置和使用維護等因素，確定機床為臥式雙面單工位液壓傳動復合機床和液壓滑塊。此表實現(xiàn)了工作供電操作并選擇了匹配的電源箱驅(qū)動器、主軸箱鉆、鏜床主軸。
2.2 加工工藝參數(shù)的選擇
2.2.1 切削用量
對于要加工的 17 個孔，請使用“復雜機床設計通用手冊” [9]第 130 頁的表 6-11中選擇的表查找方法選擇切削量。
由于鉆削和鏜削的切削量與孔的深度有關(guān)，因此，隨著孔的深度變深，切削量將變小，并且從 P131 的表 6-12 中選擇減小值。 減少進給的目的是減少軸向切削力同時避免鏜頭以及鉆頭的損壞。 如果孔的深度較大，會縮短刀具壽命。 這使得深孔鉆削過程中的鉆頭和鏜頭的壽命更接近于其他淺孔鉆削和鏜頭的壽命。
首先，為左側(cè)的 9 個孔選擇切割深度。
第一，鉆孔 1～孔 8；8×Φ8.5，盲孔， l=24mm；由 d＞6～12，硬度大于 170～ 241HBS，選擇 v=10～18m/min，f＞0.1～0.18mm/r，又 d=8.5mm，取定v=13.2m/min， f=0.122mm/r，則由：
（2.1）
得：n=1000×13.2/8.5π=493r/min。
第二，鉆孔 9，1×Φ11.9，盲孔，l=25mm，由 d＞6～12，硬度大于 170～241HBS，
選擇 v=10～18m/min，f＞0.1～0.18mm/r，又 d=11.9mm，取定 v=13.2m/min , f=0.17mm/r。則 n=1000×13.2/11.9π=352r/min。
其次，對右面上 8 個孔的切削用量進行選擇。
第一，鉆孔 1、2、4、5、6、8；6×Φ8.5，盲孔，l=24mm，由 d＞6～12，硬度大于 170 ～ 241HBS ， 選擇 v=10 ～ 18m/min， f ＞ 0.1 ～ 0.18mm/r， 又 d=8.5mm ， 取定v=12.8m/min，f=0.135mm/r，則 n=1000×12.8/8.5π=480r/min。
第二，鉆孔 3、7；2×Φ9.8，盲孔，l=18.5mm，由于精鏜，加工材料為鑄鐵，硬度大于 170～241HBS，選擇 v=10～18m/min，f≤0.1～0.18mm/r，又 d=9.8mm，取定v=13m/min，f=0.15mm/r，則 n=1000×13/9.8π=422r/min。
2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率
根據(jù)以下公式，來確定鉆孔參數(shù)。
（2.2）
（2.3）
（2.4）
式中，F(xiàn) 為切削力（N）；T 為切削轉(zhuǎn)矩（N?㎜）；P 為切削功率（Kw）；v 為切削速度（m/min）；f 為進給量（mm/r）；D—加工（或鉆頭）直徑（mm）；HB—布氏硬度,，在本設計中：
（2.5）
（2.6）
帶入公式（2.6），得 HB=217.3。由以上公式可得到
加工左面 1～8 軸得數(shù)據(jù)為：F=1036.9N、T=2736.65N?mm、P=0.139KW；其中 9 軸得數(shù)據(jù)為 F=1892.85N、T=6762.9N?mm、P=0.2453KW。
加工右面 1、2、4、5、6、8 軸得數(shù)據(jù)為 F=1124.3N、T=2967.56N?mm、P=0.1461KW； 其中 3、7 軸的數(shù)據(jù)為 F=1410N、T=4230.95N?mm、P=0.1835KW。
總的切削功率：即對各面上所有軸的切削功率求和。通過計算可知左面的總功率為：
（2.7）
右面的總功率為：
（2.8）
又由 P=(1.5～2.5)Pw，因為是多軸加工，故取定 P=2Pw，則可得：
（2.9）
（2.10）
2.2.3 刀具的選擇
依據(jù)加工精度以及工藝要求，17 個加工孔的刀具應采用標準的錐柄麻花鉆。
2.3 三圖一卡的繪制
在機床的總體設計中，繪制三張工程圖和一張工藝卡是為了以圖案文件的形式表達機床的整個設計方案。 三張工程圖和一張工藝卡片的圖紙基于制造商提供的特定零件，特定工藝要求和結(jié)構(gòu)解決方案。 它主要指加工零件的流程圖，流程示意圖，機器尺寸實踐圖，生產(chǎn)率計算器[10]。
2.3.1 被加工零件工序圖
依據(jù)制造商給予的加工零件的草圖，設計加工零件的過程以強調(diào)所設計的多功能機床的加工內(nèi)容，并在必要時說明加工內(nèi)容。除了要在機床上完成的工藝細節(jié)之外， 還顯示了工藝的工件尺寸，精度，粗糙度，技術(shù)要求，定位標準和工件夾緊部件。它也是用于整個機床的精確調(diào)整和檢查的重要材料。加工零件的流程圖中所包含的主要內(nèi)容如下所示。
（1）加工零件的結(jié)構(gòu)形狀以及外部的尺寸，以及與這些結(jié)構(gòu)和尺寸相關(guān)的機床與夾具的專用零件的尺寸與形狀，以及被用于檢查加工過程中的工件之間的干涉尺寸。固定裝置和工具。在這種設計中，平面銑床是臥式的，切削方式為 1 道次，因此在加工機加工零件時，必須將重點放在切削刀具和夾具之間的干涉上。
（2）在此過程中選擇的定位參考，夾緊零件，壓力方向。在這種情況下選擇的定位基準面是在前一工序中加工的加工面。
（3）技術(shù)要求，例如在此過程中處理的開口表面的表面尺寸，精度，公差和粗糙度。
2.3.2 加工示意圖
加工圖也稱為機床加工計劃，并具有表示機床加工計劃的具體內(nèi)容的作用。同時， 它在設計切削刀具和夾具，選擇功率組件以及繪制機床尺寸連接圖時起著重要作用。除了流程項目的某些內(nèi)容（選擇工具類型，工作周期，工作行程等后如何進行處理） 外，還應表達并標記流程示意圖，但還應包括一些流程和一些流程。過程開口的內(nèi)容緊密相關(guān)（工具類型，工具與工件之間的相對位置以及接觸尺寸等）。
（1）工具選擇
刀具直徑的選擇應與加工零件的尺寸和精度兼容。對于Φ8.5 孔，選擇工具Φ8.5G7。對于孔Φ11.9，選擇工具Φ11.9G7。對于Φ9.8 孔，請選擇Φ9.8G7 工具。
（2）導向結(jié)構(gòu)的選擇
在多任務機床上鉆孔時，主要通過工具的導向裝置和連桿來保證零件中孔的位置精度。
此次設計中加工的 9 個孔時導向表面旋轉(zhuǎn)線速度應都小于 20m/min,故此導向裝置選用固定導套。
關(guān)于加工Φ8.5 孔，應選的導套尺寸為：D=15mm，D1=22mm，D2=26mm，L=25mm，
l=8mm，l1=3mm，e=18.5mm，配套的螺釘 M6。
關(guān)于加工Φ11.9 孔，應選的導套尺寸為：D=18mm，D1=26mm，D2=30m，L=25mm，
l=8mm，l1=3mm，e=22mm，配套的螺釘 M8。
關(guān)于加工Φ9.8 孔，應選的導套尺寸為：D=15mm，D1=22mm，D2=26mm，L=25mm，
l=8mm，l1=3mm，e=18.5mm，配套的螺釘 M6。
（3） 確定主軸、尺寸、外伸尺寸
在該設計中，主軸用于鉆孔、鏜孔，選用滾珠軸承主軸。本課題中的主軸均為滾珠軸承長主軸。
由計算得到的切削轉(zhuǎn)矩 T，由公式 P43[11]可得：
（2.11）
式中，d 為軸的直徑（㎜）；T 為軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·m）；B 為系數(shù)，B 取值為
6.2。除右面 2、6 軸徑取為 15mm 外，其余 15 根主軸軸徑均取為 20mm。
2.3.3機床聯(lián)系尺寸總圖
在設計多任務機床時，設計人員必須首先繪制加工零件的流程圖和示意圖，以確定整個機床的結(jié)構(gòu)。 機床尺寸觸點的總體視圖顯示了設計機床的總體布局，機床配置類型，傳統(tǒng)組件，特殊組件，主要組件（包括工具和固定裝置）以及安裝方法。 如何連接和移動這些零件。 另一方面，這可以說是整個機器的藍圖。首選擇功率組件。
首先，對于電動滑動模型的選擇，根據(jù)所選的切削量計算出的單主軸進給力基于公式 2.12。
（2.12）
式中，F(xiàn)i 為各主軸所需的向切削力，單位為 N。
則左主軸箱的切削力為：
（2.13）
右主軸箱的切削力為：
（2.14）
為了克服滑臺在運動時所引發(fā)的摩擦阻力，電動滑臺的進給力須大于 F 多軸箱的進給力。 選擇該設計左側(cè)和右側(cè)的液壓滑塊以確保工作穩(wěn)定性，作臺寬度為 400mm， 工作臺長度為 800mm，行程長度為 400mm，滑臺和滑板的總高度為 320mm，滑板長度為 1240mm，最大允許進給力為 20000N，高速行程速度為 8m / min，工作進給速度
為 12.5?500mm /分鐘
其次，對于動力箱模型選擇，根據(jù)切削量計算出的每個主軸的總切削力基于公式
2.15。
（2.15）
η是多軸盒的傳輸效率。如果主軸數(shù)量大且傳動機構(gòu)復雜，將使用較小的值。 否則，它是一個很大的值。 在此任務中，機加工零件的材料是灰口鑄鐵，它是一種黑色金屬，并且由于主軸數(shù)量眾多且傳動復雜，η= 0.8。
左主軸箱的總切削功率為：
（2.16）
右主軸箱的總切削功率為：
（2.17）
依據(jù)液壓滑臺的配套要求，得出動力箱及電動機的型號如表 2-1 所示。
表 2-1 動力箱及電動機型號
動力箱型號
電動機型號
電動機功率
(kW)
電動機轉(zhuǎn)速
(r/min)
輸出軸轉(zhuǎn)速
(r/min)
左主軸箱
1TD40I
Y132S-4
5.5
1440
720
右主軸箱
1TD40I
Y132S-4
5.5
1440
720
最后，選擇配套通用部件，側(cè)底座型號為 CC401，其高度 H=560mm，寬度 B=600mm，長度 L=1350mm。
第二，確定機床裝料高度 H。
加載高度設定為從機器工件的定位參考平面到地面的垂直距離。 根據(jù)設計，工件的最小孔位置 h2 = 103.5mm，主軸箱的最小主軸高度 h1 = 93.5mm，所選滑板和滑板的總高度 h3 = 320mm，側(cè)基座的高度 h4 = 560mm，夾具 基礎高度 h5 = 370mm，中間基礎高度 h6 = 630mm。 考慮到上述因素，機床的裝載高度為 H = 880 mm。
首先，確定主軸箱的外部尺寸。
（2.18）
（2.19）
式中，b 定義為工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（mm）；b1 定義為最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（mm）；H 定義為工件在高度方向相距最遠的兩孔距離（mm）； h1 為最低主軸高度（mm）。
其中，h1 還與工件的最低孔位置（h1 = 103.5 mm），機床的裝載高度（H = 880 mm），滑架的總高度（h3 = 320 mm）和高度有關(guān)。（H4 = 560mm），則滑塊和側(cè)底座之間的調(diào)節(jié)墊的高度（h1 = 5mm）有關(guān)。 對于臥式多任務機床，h1 必須防止?jié)櫥瑒闹鬏S襯套泄漏。 通常建議 h1> 85-140mm。 公式 2.20 顯示了該機床。
（2.20）
計算，得：h1=98mm。
b=180mm，h=242.78mm，取 b1=60mm，則求出主軸箱輪廓尺寸：
（2.21）
（2.22）
主軸箱輪廓尺寸如公式 2.23 所示：
（2.23）
2.3.3 機床生產(chǎn)率計算卡
生產(chǎn)率計算卡是專業(yè)的技術(shù)文件，可以精準反映機床生產(chǎn)周期以及切削用量與實際生產(chǎn)率，工作時間，生產(chǎn)程序和負載系數(shù)之間的關(guān)系。確定整個機床加工的工作周期以及先前選擇的切削量。這是設計的機床能否通過用戶認可的重要標準。
已知數(shù)據(jù)為：操作行程為 150mm，進給速度為 8000mm / min，輔助夾緊時間為0.5min，操作時間為 0.582min，加載時間為 0.5min，卸載時間為 0.5min，單件操作為
2.158min /件。
首先，用公式 2.24 計算理想的生產(chǎn)率 Q（個/小時）。
（2.24）
式中，N 為年生產(chǎn)綱領（件），本設計中 N=55000 件；tk 全年工時總數(shù)，本設計以單班 7 小時計，則 tk=2350h。
計算可得：
（2.25）
其次，計算實際生產(chǎn)率 Q1（件/h），實際生產(chǎn)率是指所設計的機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。即如公式 2.26 所示：
（2.26）
式中，T 單為生產(chǎn)一個零件所需時間（min）。
計算可得：
（2.27）
最后可得
（2.28）
計算
根據(jù)以上算得的數(shù)據(jù)，填寫機床生產(chǎn)率工藝卡。
第三章 組合機床夾具設計
3.1 夾具設計簡介
機床夾具是可以把工件穩(wěn)定固定在機床上的加工裝置，同時也與工件是機床之間的連接裝置。對于公司的加工和生產(chǎn)工程，這是非常重要的加工設備。機械制造商制造并使用許多固定裝置，其中包括各種機械加工過程，例如機械加工，檢查，組裝和熱處理。好的機床夾具不僅具有高的定位精度，高的剛性和足夠的合模力，而且在諸如高生產(chǎn)率和低生產(chǎn)成本的經(jīng)濟效益中也起著重要的作用[12]。
本章中設計的夾具是為齒輪箱的精密銑削而設計的特殊夾具。
3.2 工件定位系統(tǒng)
為確保達到加工精度要求，每次應將成批的工件放在夾具上的相同位置。
定位支撐系統(tǒng)在機床加工期間直接與工件接觸。不僅要分配工件的位置對準，還要分配一部分重力，合模力和切削力來設計定位支撐系統(tǒng)，不僅需要定位精度，而且還需要足夠的剛性。 此外，必須確保定位支撐元件的耐磨性，以確保機床的準確性和耐用性[13]。
3.2.1 零件工藝性分析
夾具是機床的重要組成部分，用于在裝卸工件時實現(xiàn)精確定位，夾緊，工具引導和極限位置。
變速箱殼體材料為 HT150，其硬度為 170～241HBS。本道工序一側(cè)鉆削 8×?8.5 深 24mm 的孔，?11.9 深 25mm 的孔；另一側(cè) 6×?8.5 深 24mm 的孔，2×?9.8 深 18.5mm的孔。
3.2.2 定位方案的選擇
通常，盒零件定位解決方案有兩種定位方法：“一側(cè)和兩個銷釘”和“三個平面”。第一種是“單側(cè) 2 針”定位方法，該方法可以輕松消除工件的 6 個自由度，從而能夠穩(wěn)定可靠地定位工件?？梢酝瑫r處理模制品的五個表面。這不僅使過程非常集中，而且提高了每個表面上孔的位置精度。
因為“一側(cè)有 2 個孔”可以作為零件從粗加工到精加工的一系列過程的定位參考， 因此統(tǒng)一了所有過程的標準，并減少了因加工轉(zhuǎn)換而引起的累積誤差。
第二種是“三平面”定位方法可以輕松消除工件的六個自由度，這使處理高度集中。
要加工的零件是箱形的變速箱殼體。此過程被視為雙面部分。處理步驟集中并且需要高精度。在確保工件的位置精度要求的同時，它便于夾持工件，也有助于夾具的設計和制造。
3.2.3 誤差分析
用加工夾具夾緊工件時，有很多因素會影響加工系統(tǒng)中工件的加工精度。與燈具關(guān)聯(lián)的元素是：
A. 定位誤差△D; B.刀具設定誤差△T; C.夾具安裝誤差△A; D.夾具誤差△J; E.其他影響加工技術(shù)系統(tǒng)中加工精度的因素一概稱為加工方法誤差△G。 F.所有上述誤差導致刀具相對于工件的定位不正確，從而形成整體加工誤差形式△。以下是詳細的分析。
A.定位誤差△D
a）標準偏差誤差△B
基準不對中誤差是由于定位基準和處理基準之間的不對準而導致的處理基準相對于加工尺寸的定位基準的最大位置變化范圍。在此設計中，定位誤差與工藝標準相符， 因此標準偏差誤差ΔB= 0。
b）參考位移誤差ΔW
基準位移誤差是因為定位元件和定位基面本身之間的誤差所引起的定位基準加工尺寸出現(xiàn)誤差。
如果支撐面（即工件的底面）面對夾具安裝基準（底面），則存在平行度誤差，加工孔定位誤差為ΔW= 0.02 mm。
（3.1）
B.對刀誤差△T
由于刀具相對于對刀或是導向元件的位置不夠精準故而引起的加工誤差，稱之為對刀誤差。
（3.2）
C.夾具的安裝誤差△A
由于夾具在機床上的安裝不精確故而引起的加工誤差，稱之為夾具的安裝誤差。本文中△A=0。
D.夾具誤差△J
由于夾具上的定位元件，工具設置或是導向元件與安裝的基礎表面（包括導向
元件之間）之間的誤差位引起的加工錯誤稱之為夾具錯誤。 在夾具裝配過程中調(diào)整并修復零件的加工精度。
（3.3）
E.加工方法誤差△G
加工方法誤差是由于機床，刀具質(zhì)量，工作材料，加工系統(tǒng)的彈性變形，切削力或切削過程中的熱量引起的熱變形引起的加工表面位置的變化。 處理尺寸錯誤。 此誤差被諸多因素所影響，且計算困難，故此依據(jù)以往經(jīng)驗，我們通常將會保留為工件公差的 1/3。 可以在計算時設置。
（3.4）
式中：Gk 為工件位置公差，取 0.30mm。
（3.5）
3.3 導向系統(tǒng)設計
導向裝置具有確保工具相對于工件的正確位置的重要作用。它可以確保每個工具的正確位置并提高工具系統(tǒng)的支撐剛度。
高效的加工技術(shù)以及高度精確和靈活的夾具的開發(fā)使變速箱殼體的加工更加
容易。鉆套的配合間隙會大大影響孔的定位精度。應該選擇緊密配合以提高加工精度。 由于在變速箱殼體的兩側(cè)鉆孔均使用高精度導向襯套進行，因此需要高達±0.05mm 的高位置精度，并且導向襯套應盡可能靠近待處理表面，以實現(xiàn)更高的精度。選擇并緊密合作。
導向襯套的結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示。
圖 3.1 導套結(jié)構(gòu)圖
3.4 夾緊系統(tǒng)設計
3.4.1 夾緊機構(gòu)設計
夾緊裝置由動力裝置，中間力傳遞機構(gòu)和夾具的稱為夾緊裝置的夾緊元件組成。它們在加工過程中承受各種力而無需修改[14]。
除了定位要求之外，機床夾具的設計還要求能夠?qū)⒐ぜA緊到夾具上。夾持裝置的基本要求是清晰，強大，簡單，快速，以確保機床加工過程中被加工工件的加工質(zhì)量。
夾緊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)通常由三部分組成：電源，夾緊元件和力傳遞機構(gòu)。根據(jù)可移動底盤主體的形狀和確定的定位模式，選擇壓板作為夾緊元件。動力傳遞機構(gòu)是在電源裝置和夾持元件之間傳遞動力的機構(gòu)。其主要作用是改變力的方向，以解決夾持力方向與設備設計中設備總體布局之間的沖突。
3.4.2 夾緊力的計算
查得夾緊力 Wk 計算公式如下：
（3.6）
式中，K 為安全系數(shù)；P 為切削力；f1 為壓板和工件表面間的摩擦系數(shù)；f2 為工件和定位支承塊間的摩擦系數(shù)。
經(jīng)查得安全系數(shù) K 按下式計算：
（3.7）
式中，K0~K6 為各種因素的安全系數(shù)，考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數(shù)，取K0=1.5；考慮加工性質(zhì)，取K1= 1.2 ；考慮刀具鈍化程度，取 K2=1.15；考慮切削特點，取K3=1.2；考慮夾緊力的穩(wěn)定性，取K4=1.0 ；考慮夾緊時的位置，取K5=1.0；考慮僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)時工件與支承面的接觸情況，取K6=1.0。
（3.8)
查得摩擦系數(shù) f1、f2 均為 0.16。
由于右電源盒的快速移動距離比左電源盒的快速移動距離短，因此首先進入工作階段。 動力箱右側(cè)的鉆孔力是指夾具左側(cè)的定位面，不 影響工件的位置。 當左側(cè)的電源箱也進入該過程時，兩個方向上的挖掘力會相互抵消，并且左側(cè)電源箱上的挖掘力會略有增加。 因此，夾緊力只需要消除這部分力對工件定位的影響。
根據(jù) 2.2.2 節(jié)切削力的計算結(jié)果，由公式（3.10）得：
（3.9）
（3.10）
第四章 夾具體三維設計
4.1 夾具體設計
夾具是用于將夾具的各個部分連接在一起的組件。在其頂部安裝了定位器元件， 夾緊裝置，工具導向器以及其他各種裝置和組件。還需要定位部件以將夾具附接至機床，以便夾具可以將所需的相互位置固定在機床上。
特定剪輯設計的基本要求是：
a）正確的精度和尺寸穩(wěn)定性。
b）具有足夠的強度和剛度。
c）可以制造結(jié)構(gòu)。
d）取出切屑很方便。
e）確保容易地裝卸工件。
f）在機床上的安裝穩(wěn)定可靠。
這種設計的夾具是一種框架夾具，由左右鉆模板和夾具的頂板組成。它們機械連接并具有出色的剛性。材料為 HT150，基本尺寸為 702 x 613 x 370 毫米。相應的精度要求，左右鉆孔模板的平行度小于 0.02。排屑器設計在底部。有關(guān)詳細信息，請參閱支架裝配圖 BSXCT-03-03。
4.2 三維軟件簡介
Pro / E 是基于功能的建模軟件，建模過程很復雜，使用一些基本命令完成[15]。夾具的主要部分是固定基座，固定框架，旋轉(zhuǎn)壓板，上壓力支撐，線軸，心軸，
上壓力支撐基座，油缸以及一些小的支撐塊和螺栓。 3D 建模夾具的裝配圖。在建立模型的過程中，將省略一些小的組件，例如固定裝置的許多部分中使用的螺栓和套管，或?qū)⑵ヅ涞牟糠纸M合為一個?？傮w而言，它簡化了整個模型。
建模步驟：第一步是設置軟件的工作環(huán)境。工作環(huán)境包括：創(chuàng)建一個專用于存儲模型文件的文件夾。設置模型單位以統(tǒng)一模型。默認為英語系統(tǒng)，所以需要更改為中文系統(tǒng)。設置模型使用的背景顏色對于拍攝屏幕截圖很有用。
第二步是確定建立模型功能的順序。需要建立最合理，最簡單的建模順序。
第三步是正確設置模型尺寸并創(chuàng)建幾何模型。在建模過程中，設置模型大小非常重要。要正確設置模型尺寸，可以考慮許多因素，例如零件尺寸是否滿足使用要求， 組件之間的對應關(guān)系，然后可以使用基本命令（例如建模過程）。拉伸，旋轉(zhuǎn)或排列。
第四步是保存文件。
4.3 裝配體設計
經(jīng)組裝后，可得到夾具的三維造型圖。如圖 4.1、4.2、4.3 所示。
圖 4.1 夾具裝配體示意圖
圖4.2 夾具裝配體示意圖
圖 4.3 夾具支架裝配示意圖
結(jié) 論
本文設計了一種用于發(fā)動機箱精加工和開膛過程的特殊組合機床。確定機床配置， 選擇常用零件，繪制工程圖和工藝卡片，設計夾具和工具。
該項目設計了一種使用單工位水平雙面鉆孔配置的變速箱殼體鉆孔復合機床。夾持裝置采用氣動夾具，自動化程度高，操作簡單，效率高，夾持可靠。這降低了工人的勞動強度，安全，可靠并且易于維護。該夾具具有框架型結(jié)構(gòu)，并且高度剛性且有利。為了保持鉆頭精度，工具指南使用了可更換的鉆套。結(jié)果，鉆套的磨損不會降低鉆削期間的加工精度。另外，機床的整體設計是可能的。本文主要研究以下方面：
首先，計算齒輪箱本體的相關(guān)過程參數(shù)，根據(jù)計算結(jié)果和相關(guān)經(jīng)驗，選擇機床的常規(guī)組件，然后計算機床的生產(chǎn)率并要求進行處理。選擇并設計了過程。專用銑刀。接下來，設計機床的關(guān)鍵部件夾具，計算夾持工件所需的夾持力，對夾具進行尺寸建模和組裝，以確定夾具的可操作性。
這種設計的組合式機床和固定裝置設計合理，可以滿足實際應用和加工要求，其中大多數(shù)使用通用和標準零件。制造成本低，機床操作簡便，設備調(diào)整維修方便。同時，機床設計存在一些需要改進的缺點。比如：機床占地大，機床結(jié)構(gòu)復雜。氣動機構(gòu)的工作壓力低，動力裝置的結(jié)構(gòu)尺寸大。
參 考 文 獻
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致 謝
本研究及學位論文是在我的褚劍鋒導師的親切關(guān)懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。在他的細心幫助下，我很少出錯誤，少走了不少彎路。從課題的選擇到項目的最終完成， 褚老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。他視野廣闊，為我營造了一種良好的學術(shù)氛圍，使我樹立了明確的學術(shù)目標，領會了基本的思考方式。值此畢業(yè)設計完成之際，謹向敬愛的褚劍鋒老師表示衷心的感謝！
最后還要感謝學校對我的大力栽培,感謝大學四年來所有的老師和朋友，正是有了他們無微不至的幫助和關(guān)懷，才使我在機械專業(yè)方面打下的堅實的基礎，正因為有了這些專業(yè)知識才使這次畢業(yè)設計能夠順利完成！
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