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1、目录摘要I前言11 零件的分析21.1分析传动箱零件图22 机械加工工艺过程设计32.1 毛坯的制造方法32.2选择各表面加工方法和加工方案42.3选择定位基准52.4拟定机械加工工艺路线72.5机床加工工序的设计82.5.1 机床的设计与选择82.5.2工艺装备的选择与设计83 夹具的设计103.1定位基准和定位方案的确定103.2选择定位元件103.3定位误差的计算103.4 对工件的夹紧方案设计123.4.1 夹紧力的作用点及方向的选择123.4.2夹紧力计算133.4.3夹紧方式的选择14结束语16参考文献17致谢18拖拉机传动箱两端面钻孔机床夹具设计摘要：夹具是在机床上用于装夹工件的
2、装置，它包括夹紧机构，定位元件和夹具体等。本设计通过对零件的分析，确定了零件的加工工艺过程，选择出了工艺装备，如刀具、切削用量，机床等等。通过对定位误差的计算，确定了其定位基准和定位元件；通过对夹紧力的计算，确定了其夹紧机构压板夹紧和夹紧方式液压夹紧，从而降低了工人的劳动强度，提高了生产率。关键词： 夹具 定位基准 定位元件Tractor transmission box two end drilling the machine tools fixture designAbstract：The jigs and fixtures is the installment that used to
3、armor the work piece on the machine tool, it includes the fixture, localization part and clamps concretely and so on. This design through to the analysis of components, had determined the processing technological process of components, chose the craft equipment, like cutting tool, cutting specificat
4、ions, machine tool and so on. Through to the position error of computation, had determined its localization datum and the localization part; Through to clamps the strength of the computation, had determined its fixture - clamp and clamps of the way -hydraulic pressure to clamp, thus reduced workers
5、labor intensity, enhanced the productivity.Keywords: jigs and fixtures localization datum localization part前言夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。用夹具装夹工件可以保证加工精度，降低人工等级，提高劳动生产率和降低加工成本，扩大机床工艺范围等作用，使得操作方便、安全。本设计通过对拖拉机传动箱工艺的分析，对其中一道工序两端面钻孔进行夹具设计。本设计说明书共分为三章。第一章对零件进行了大体分析，介绍了一下零件在拖拉机中的作用；第二章，对零件的工艺过程进行了分析，确定了其毛坯
6、的制造方法、定位基准和各表面加工方法加工方案，拟定出了加工工艺路线，通过对加工方案的选择，确定了机床的选择；第三章，也就是本设计的主要内容，即夹具的设计，在这一章中，具体介绍了两端面钻孔定位基准的选择，通过分析比较，确定出了定位元件，通过查阅工具书算出了定位误差，根据夹紧力的选择原则，确定了夹紧力的作用点和作用方向，进而计算出了夹紧力，确定了其夹紧机构和夹紧方式。 随着经济的迅猛发展，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。1 零件的分析1.1分析传动箱零件图(a)加工定位基准面图 (b)加工定位基准面图图1.2
7、 传动箱工序图传动箱（见图1.1）是拖拉机的基础零件，它将部件中的轴、套、齿轮等有关零件联结成一个整体，并使之保持正确的相互位置，以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。因此，传动箱的尺寸精度、几何形状和相互位置精度以及各表面质量均影响拖拉机的性能与工件寿命，是一个关键零件。2 机械加工工艺过程设计 设计合理的加工方法，工序数量和顺序，应考虑以下关系：（1）零件成形的内在关系。零件材料与工艺手段的成形属性，以及工厂的生产条件，如传动箱零件材料为HT200，故采用铸件；机械加工中的安排原则与零件的材料、种类、结构形状、尺寸大小、精度高低相关联。（2）零件加工质量的内在联系。在加工阶段划分中，粗精加
8、工阶段顺序分开，其目的在于对主要表面能及时发现毛坯的气孔、缩孔、疏松等缺陷，避免不必要的后续工序加工的浪费；粗、精加工由于其加工目的不同，切削用量选取的原则各异，其切削力、切削热和切削功率也不同，由此可合理选取机床（其精度和功率等）；为保证加工质量，粗精加工应分阶段和工序，以减小或消除有切削力、热所引起的内应力；有些零件由于结构形状的原因，采用互为基准加工时，也应把加工分为阶段和工序，以利于保证各表面间的相互位置精度；对于零件中的主要表面和次要表面，为保证主要表面的加工精度和表面粗糙度不受加工中的影响，也应分加工阶段和工序。（3）零件加工成本的内在联系。机械加工工艺过程的设计要考虑工厂的优势，
9、即设备、人员和财力的实际情况，是否发挥工厂原有设备的潜力、技术人员和工人的特长；机械加工工艺过程设计使工艺投入最小、物力消耗最低。（4）零件加工生产率的内在联系。机械加工工艺过程设计中采用工序集中还是工序分散原则；各工序的工时定额是否符合生产节拍；是否合理的采用了高生产率的工艺方法。根据成形内在联系、质量内在联系、成本内在联系和生产率内在联系原则，设计程序大体如下：2.1 毛坯的制造方法由零件的结构、尺寸大小、材料与技术要求、生产纲领与生产节拍，以及工厂的具体条件等选择毛坯的种类和制造方法。传动箱零件的材料为HT200，其结构形状复杂，孔与面多，属多孔箱体类，由于零件的年产量为35000件，已
10、达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故采用压铸制造方法，它既满足了零件的技术要求，又提高了材料的利用率，又有较高的生产率，还能保证加工精度。各种毛坯的制造方法所获得的毛坯形状一般都比较粗糙，尺寸精度和表面质量低于零件的要求，因此必须经过一系列的机械加工才能获得合乎技术要求的零件。零件制造过程中需规定合理的加工余量，以减小加工时的能量、刀具和加工时间的消耗，提高材料的利用率。目前一般由查阅文献中的表格来决定余量。零件上的一个表面往往是由多个工序或多个工步加工而获得的。如传动箱零件的底平面（加工定位基准面），须经两次铣削加工完成，其工序尺寸1520.1mm，加工余量为1.5mm-2mm;其
11、加工余量为0.3mm，则该加工表面总余量为1.8mm-2.3mm.2.2选择各表面加工方法和加工方案在分析零件的技术要求基础上，根据零件各组成表面的结构性质、技术条件及生产类型决定加工方法，以及所需的粗、精加工工序；根据工厂的具体条件，决定零件加工工序数目的多少，以采用工序集中还是分散原则（文献2-5）。选择表面加工方法的原则： 所选择加工方法的经济加工精度及表面粗糙度应满足被加工表面的要求。 所选择的加工方法要能保证加工表面的几何形状精度和表面相互位置要求。 选择加工方法要与零件的加工性能、热处理状况相适应。对于硬度低、韧性较高的金属材料，如有色金属等不应采用磨削加工，而淬火刚、耐热钢等材料
12、多用磨削加工。 所选择的加工方法要与生产类型相适应。大批量生产可采用高效机床和先进加工方法；而小批量生产则用通用机床、通用工艺装备和一般的加工方法。 所选择的加工方法要与工厂现有的生产条件相适应，不能脱离现有设备状况和工人技术水平，要充分利用现有设备，挖掘生产潜力。根据加工原则结合本设计任务给的零件需要加工的表面端面，内孔，圆角等可知，其中要表面的加工方法如下： 1）下端面：是重要表面，也是定位基准面，表面粗糙度是R6.3，可进行粗细后再进行半精铣或精铣。2）两端面；是重要表面，表面粗糙度是R6.3，可进行粗细后再进行半精铣。3）钻两端面孔：是重要表面，用麻花钻钻孔本次加工的是钻孔这道工序，要
13、想保证钻孔的精度，就要选择最合理的加工方法，为此，在这里设计了两种加工方案。加工方案的选择如下：方案一：工件安装在工作台上，通过工作台的移动，有工作台带动工件沿各工位顺序逐一地进行加工。先加工零件的一端面的孔，加工完毕后，再加工零件的另外一个端面，重新定位、夹紧、对刀，再进行加工。方案二：工件安装在工作台上，动力滑台移动同时对两端面的孔进行加工。经分析比较，如果用方案一，由于中间过程中有零件的装卸，所以容易产生定位误差，造成基准不重合误差、基准位移误差等，不利于传动箱的加工，加工精度低，生产率也低。而第二种方案可做到基准重合，避免基准不重合误差，由于孔的精度要求高，可充分利用加工中心，一次加工
14、多个孔。这样利用机床的精度一次装夹加工多个孔，以保证零件各主要表面的位置精度，是一种局部的工序集中原则的体现。至于其他表面，采用普通机床专用夹具，工序加工内容较简单，属分散原则。2.3选择定位基准在分析零件各个加工表面的设计基准之后，应考虑选择其加工时的定位基准，在零件表面的加工方法和工序集中或分散原则确定之后，就大致决定了加工工序的数目及其内容，而后进一步考虑工序的先后顺序和保证个加工表面的位置精度，这就是正确选择各加工表面加工时的定位基准。 拖拉机传动箱是机械加工中工序多、精度要求高的零件，一般都有较高精度的孔需要加工，又常常要在几次安装下进行。因此，定位基准选择“一面双孔”是最常用的方法
15、，它的特点是：1）可以简便的消除工件的6个自由度，使工件获得稳定可靠的定位。2）有同时加工零件五个表面的可能，即能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。 3）“一面两孔”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，有利于保证零件加工精度。同时，部件（如夹具）实现通用化，有利于缩短设计、制造周期，降低成本。4）易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切屑落于定位基面上。 为保证加工精度及技术要求，作为定位基准的平面和销孔必须规定相应的尺寸精度、位置精度及表面粗糙度要求。定位基准的选择还包括粗基准的选择和精基准的选择，粗基准的选
16、择原则如下：1）选择重要表面为粗基准：对于工件的重要表面，为保证其本身的加工余量小而均匀，应优先选择该重要表面为粗基准。2）选择不加工表面为粗基准：为了保证加工表面与不加工表面之间的相互位置要求，一般应选择不加工表面为粗基准。3）选择加工余量最小的表面为粗基准：若零件上有多个表面要加工，则应选择其中加工余量最小的表面为粗基准，以保证各加工表面都有足够的加工余量。4）选择较为平整光洁，无分型面、冒口、面积较大的表面为粗基准，以使工件定位可靠、装夹方便，减少加工劳动量。5）粗基准在同一自由度上只能使用一次。粗基准重复使用会造成加大的定位误差。根据以上原则，结合本零件，则粗基准的选择为：选取不加工表
17、面为粗基准，由于传动箱的轴孔为不加工表面，不存在加工余量，所以取传动箱的轴孔为加工底面时的粗基准。精基准的选择原则：1）基准重合原则：尽量选用被加工表面的设计基准作为精基准，这样可以避免因精准不重合而引起的误差。2）基准统一原则：选择尽可能多的表面加工时都能使用的基准作精基准。3）互为基准原则：对于两个表面间相互位置精度要求很高，同时其自身尺寸与形状精度都要求很高的加工表面，常采用“互为基准，反复加工”原则。4）自为基准原则：对于加工精度要求很高，余量小而且均匀的表面，加工中常用加工表面本身作为定位基准。5）所选精基准，应保证工件装夹稳定可靠，夹具结构简单，操作方便。根据以上原则，精基准的选择
18、为：采用“一面两孔”的定位方式，以底面和两个12孔为精基准加工的定位基准。后续工序均采用统一的精基准，这样可以做到基准统一，故而可减少因基准变换带来的基准不重合误差，另外也有利于零件安装，夹紧也较为方便。2.4拟定机械加工工艺路线拟定机械加工工艺路线决定了各表面的加工方法、工序数目和个工序所用的基准之后，便可具体编排各工序的顺序，包括机械加工工序，热处理、表面处理、检验，以及各种辅助性工序（如清洗、去毛刺），安排工艺路线必须合理，符合客观规律。机械加工工艺路线方案：1） 编号上线2） 粗铣定位基准面3） 钻定位基准孔4） 精铣定位基准面5） 粗铣顶部平面6） 粗铣两端面7） 粗细前端面和槽8）
19、 精铣顶部平面9） 精铣两端面10）精铣前端面和槽11）粗镗两端面孔12）半精镗两端面孔13）精镗两端面孔14）钻两端面孔15）钻前端面各孔16）扩两端面孔17）攻两端面螺纹18）攻前端面螺纹19）钻底面各孔20）攻底面螺纹21）清洗22）终检2.5机床加工工序的设计机床加工工序的设计，包括：机床和工艺装备的选择和设计，工序余量及工序尺寸的计算，切削用量的选择，以及工时定额的制定等。2.5.1 机床的设计与选择 零件加工的精度和生产率在很大程度上是由使用的机床决定的。在设计工艺规程选择机床是主要确定机床的种类和型号（包括规格尺寸）。选择机床时要考虑生产的经济性，还要考虑机床的工艺可能性、机床的
20、精度和零件的加工精度相适应、机床的加工尺寸范围需与毛坯的外形尺寸相适应、机床的主轴转速范围、走刀量、机床动力等应基本上符合切削用量要求（文献6-8）。在选择机床时应尽可能利用工厂的现有设备，或对现有机床进行改装。根据所选择的加工方案两端面同时钻孔，所以采用双面组合机床加专用夹具。2.5.2工艺装备的选择与设计 由于传动箱零件机械加工中采用了双面组合机床，而且零件的精度要求高，故采用专用机床夹具来保证其位置精度。1.刀具的选择：在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工)等，必须根据具体情况合理选择。通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度在实际工
21、作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变，实际工作的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很小。 制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，并不易变形。 通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。在钻两端面孔时，根据孔的直径分别选取相应直径的麻花钻。（查阅文献9）根据以上原则，由于传动箱零件的材料是HT200，其硬度是160HB-210HB，切削
22、性能较好，所以采用标准型高速钢麻花钻 测量工具尽量采用通用量具，并设计专用量具，如塞规L、L、L21/12H7量规等。2.切削用量的选择和工时定额的确定切削用量的选择：（1）尽量做到合理的利用刀具，充分发挥其性能。（2）复合刀具切削用量选择，应考虑刀具的使用寿命。进给量通常按复合刀具最小直径选择，切削速度按复合刀具得最大直径选择。（3）选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响。（4）切削用量选择时，还必须考虑所选动力滑台的性能，尤其是当采用液压动力滑台时，所选择的每分钟进给量一般比动力滑台可实现的最小进给量大%50。否则， 会由于温度和其它原因导致进给量不稳定，影响加工精度，甚至造成机床不能正
23、常工作。根据传动箱零件的材料和强度，查阅文献1 可选出相应的切削用量。根据加工表面的尺寸大小计算出基本时间，至于单件工时定额由工厂的生产经验并参照其它先进工厂同类零件的工时来制定。3.确定机床加工工序的其它一些问题确定工序余量、工序尺寸及公差、加工表面粗糙度等由机械加工工艺手册中查阅。确定工序尺寸时应考虑工序基准预定为基准是否重合，若不重合时需进行工序尺寸的换算，并计算在定位夹紧后的定位误差是否满足工序尺寸公差的要求（文献8）。在有些工序中，测量基准与工序基准不重合，也需进行工艺尺寸换算，并注意假废品的问题。3 夹具的设计机床夹具是在机床上加工使用的一种工艺装备，用来确定工件与刀具的相对位置，
24、将工件定位并夹紧。专用夹具是为某一零件的某一道工序而专门设计制造的夹具，没有通用性。但可用在组合机床、通用机床或专用机床。传动箱零件机械加工工艺中采用许多专用夹具，现就该零件工艺路线中两端面钻孔工序所用夹具作分析。3.1定位基准和定位方案的确定根据钻孔时的工序尺寸，形状和位置精度要求，工件定位时需限制六个自由度，工件的定位基准和夹紧装置虽然在工序图上已经规定，但在拟定定位、夹紧方案时仍然应对其进行分析研究。由于该零件结构形状较为复杂，为保证该零件各孔的位置精度，采用同一基准加工，即采用一面两孔作为定位基准。用六点定位原理分析，限制了六个自由度，属于完全定位。3.2选择定位元件根据工件的定位基准
25、表面，采用定位块为定位元件，以形成定位平面，限制了工件的三个自由度，保证了它的尺寸精度与形状精度。在保证孔的位置精度方面，以两孔为定位基准，可以做到定位重合，而且操作方便。为了避免发生不必要的过定位现象，所以采用一个圆柱销和一个菱形销作为定位元件。3.3定位误差的计算工件以“一面两孔”在夹具一面两销上定位时，由于孔O1与圆柱销存在最大配合间隙，孔O2与菱形销存在最大配合间隙，因此会产生基准位置（位移和转角）误差，通过查阅文献11-12，得出以下计算： 菱形销尺寸计算：（1）确定定位销中心距及尺寸公差取 所以两定位销中心距为580.50.005mm为两定位销中心距公差为工件上孔心距公差（2）确定
26、圆柱销尺寸及公差取12g6=12mm按3-1表选定菱形销b1及B的值。取b1=4mm B=d-2=（12-2）mm=10mmd3668820202525323240405050BBb1d-0.512d-123d-234d-335d-435d-546d-558-14 表3-1（3）确定菱形销直径尺寸及公差取补偿值：则 菱形销与孔的配合取h6，其下偏差取-0.011mm，故菱形销直径为11.983mm =12 所以 计算定位误差：基准位移误差为：转角误差为：所以 双向转角误差、分别为两工件孔直径公差、分别为两定位销直径公差、分别为两定位副最小间隙、分别为两定位副最大间隙单项转角误差3.4 对工件的
27、夹紧方案设计3.4.1 夹紧力的作用点及方向的选择根据工件定位方案，应考虑夹紧力的作用点及方向1. 对夹紧力作用方向的选择要考虑下面几点（1）加紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性。要做到这点要求，夹紧力的方向应朝向主要低能定位基准，把工件压向定位元件的主要定位表面上。（2）夹紧力方向应是工件变形尽可能小。由于工件在不同方向上刚度是不等的，不同的受力表面也因其接触面积大小变形各异，尤其在加压薄壁零件时，更需要注意。（3）夹紧力方向应是所需夹紧力尽可能小。在保证夹紧可靠的情况下，减小夹紧力可以减轻工人的劳动强度，提高生产率，同时可以使机构轻便，紧凑以及减少工件变形。2. 夹紧力作用点的
28、选择夹紧力作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积，选择夹紧作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目、合理选择夹紧力作用点必须注意以下几点：（1）夹紧力应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支撑面内。（2）夹紧力作用点应落在工件刚度较好的部位上，这对刚度较差的工件尤其重要。（3）夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面以减小切削力对工件造成的翻转力矩。必要时应在工件刚性差的部位增加辅助支承并施加夹紧力，以免振动和变形。由于传动箱属于薄壁类零件，容易变形，在选择夹紧力时，就要防止其变形。根据以上原则，我们选择两个夹紧作用点，作用点位置位顶部平面，其夹紧力方向与定位基准垂直（见图
29、3.1）。这样可使传动箱变形小，承受的夹紧力相对来说也较小，能够减轻工人的劳动强度，提高生产率，同时能使机构轻便，紧凑。 3.4.2夹紧力计算由本工序加工情况分析，钻孔时的主要切削力与夹紧力相互垂直。切削力F估算如下： （3-1）D所选刀具直径，单位mmf每分钟进给量，单位mm/minHB零件材料的硬度刀具：由于两端面同时钻孔，且孔的直径不相同，所以选取直径分别为8.5mm, 11.9 mm, 10.2 mm的高速钢麻花钻。所以 对左端面：左=对右端面：右=经比较，左端面的切削力大，经分析应该取较大的切削力，所以切削力为179.23N所以左 （3-2） 为工件在夹紧与定位时与夹具所产生的摩擦力
30、，分别取0.25。 由于在实际加工过程中，工件加工表面的余量、硬度不均匀、刀具的磨铣，以及断续切削等因素的影响。所以实际所需要的夹紧力比理论夹紧力要大得多。为了加工安全可靠，保证加工质量，则必须将理论夹紧力乘以安全系数，即式中： K安全系数，K= 基本安全系数。取=1.5 加工粗糙系数，取=1.2 刀具钝化系数，取=1.01.9 切削特性系数，本例为断续切削，取 =1.0 考虑夹紧力稳定系数，液压夹紧时取=1.0 当由力矩企图使工件回转时，考虑支承面接触情况的系数，本例定位元件是定位块，其与工件定位表面接触面积较大，取=1.2所以 F=N由于是两个夹紧作用点，故每个夹紧作用点为537.5N在设
31、计夹紧机构时，考虑到方便工件的装卸，所以本结构采用压板。见图3.13.4.3夹紧方式的选择夹紧方式分为手动夹紧和机动夹紧。机动夹紧又分为液压夹紧和气压夹紧。采用手动夹紧时，可凭人力来控制夹紧力的大小，一般不需要算出所需夹紧力的确切数值，但是所达到的精度低，如果不注意，有可能会引起工件较大的变形，并且加重了工人的劳动强度，降低了生产率；采用气压夹紧时，经济性好，运行速度快，并且能够计算出夹紧力的大小，但是其运行速度不容易控制；采用液压夹紧时，即能计算出确切的夹紧力又可以很好的控制其运行速度，并且生产率也较高所以根据本工序钻孔时的切削力计算，为保证加工期间工件的定位可靠性，采用液压夹紧机构。如图所示： 图3.1 夹具图
