【畢業(yè)設計】柴油機氣缸體頂底面粗銑組合機床總體及夾具設計

【畢業(yè)設計】柴油機氣缸體頂底面粗銑組合機床總體及夾具設計,畢業(yè)設計,柴油機,缸體,底面,組合,機床,總體,整體,夾具,設計 畢業(yè)設計說明書 1 1前言 根據工件加工的需要，以獨立的通用部件為基礎，配以部分專用部件組成的 專用機床，稱之為組合機床。它適用于小批、大批、大量生產企業(yè)，多用于加工 量大的大、中型箱體和箱體類工件，完成鉆孔、擴孔、車端面和凸臺、在孔內鏜 各種形狀槽，以及銑削平面和成形面。 通用部件是組成組合機床的基礎。用來實現機床切削和進給運動的通用部件， 如單軸工藝切削頭、傳動裝置、動力箱、進給滑臺等為動力部件。用以安裝動力 部件的通用部件如側底座、立柱、立柱底座等稱為支承部件。 組合機床的特點： a．組合機床由 70～90%的通用部件組成，可以縮短設計和制造周期。而且在 需要的時候，還可以部分或全部進行改裝，以組成適應新加工要求的新設備。這 就是說組合機床有重新改造的優(yōu)越性，其通用部件可以多次重復利用。 b．組合機床是按具體加工對象專門設計的，可以按最佳工藝方案進行加工。 c 在組合機床上可以同時從幾個方向采用多把刀具對幾個工件進行加工，是實 現集中工序，提高生產效率的最好途徑。 d.組合機床是在工件一次裝夾下用多軸實現多孔同時加工，有利于保證各孔 相互之間的精度要求，提高產品質量；減少了工件工序間的搬運，改善了勞動條 件；減少了占地面積。 e．由于組合機床大多數零、部件是同類的通用部件，簡化了機床的維護和修 理。 f．組合機床的通用部件可以組織專門工廠集中生產，有利于提高產品質量和 技術水平，降低制造成本。 隨著電子技術的飛速發(fā)展，根據大批量生產多樣化、中小批量多品種生產高 效化的要求，以及產品更新加速的特點，70 年代以來發(fā)展了新型組合機床----柔 性組合機床。它是應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具、刀具的自動更 換，配以可編程序控制器（PC） 、數字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和 驅動系統(tǒng)，能靈活適應多品種加工的可調可變的組合機床。 在我國，組合機床發(fā)展已有 28 年的歷史，其科研和生產都具有相當的基礎， 應用也已深入到很多行業(yè)。是當前機械制造業(yè)實現產品更新，進行技術改造，提 高生產效率和高速發(fā)展必不可少的設備之一。 機床夾具是在機床上加工零件時所使用的一種工藝設備，用它來準確地定位 工件與刀具之間的相對位置，即實現工件的定位與夾緊，以完成加工所學要的準 確相對運動。 由于夾具能有效地保證加工精度和提高勞動生產率，故已成為機械加工中不 可缺少的工藝裝備。為了適應機械制造業(yè)中產品更新快、品種多、中小批生產的 柴油機氣缸體頂底面粗銑組合機床總體及夾具設計 2 要求，近些年來夾具設計的發(fā)展表現在以下幾個方面： a．通用夾具朝高精度、高效率、大范圍方向發(fā)展； b．專用夾具的發(fā)展不僅注重高精度與高效率，而且朝標準化與規(guī)格化方向發(fā) 展； c．大力發(fā)展可調整夾具與組合夾具； b．發(fā)展能擴大機床使用范圍和性能的夾具； e．夾具的設計與制造采用新工藝、新結構、新材料。 畢業(yè)設計說明書 3 2機床總體設計 2．1 被加工零件分析 被加工零件：柴油機氣缸體 材料：HT250 硬度：HB180-240 年產量：65000 件 加工部位：頂底面 加工要求：氣缸體表面粗糙度被加工到 6.3 ，頂底面尺寸至 427±0.3mm。m? 2．2 機床結構的確定 根據被加工零件加工要求：頂底面兩面粗銑，選擇雙面銑組合機床。 被加工零件置于移動工作臺上，兩邊分別設兩把銑刀，以兩個電動機驅動。 另外還應有部件包含：兩個側底座，一個中間底座，兩個銑削頭，及兩個主軸 箱及夾具。 2．3 本組合機床的特點 a.結構牢固, b.剛性好, c.尺寸調整范圍大, d.單位工作效率高, e.精確度好， f.操作簡便，g.可對鑄件進行大行程走刀，h.強力銑削。 2．4 切削用量的確定 在組合機床工藝方案確定過程中，工藝方法和關鍵工序的切削用量選擇是十分 重要。切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度、生產率、刀具耐用度、機 床的結構形式及工作可靠性均有較大的影響。 2．4．1 切削用量選擇的特點 a．組合機床長采用多刀多刃同時切削，為盡量減少換刀時間和刀具的消耗， 保證機床的生產率及經濟效果，選用的切削用量比普通機床單刀加工時低 30%左右。 b．組合機床通常用動力滑臺來帶動刀具進給。因此，同一滑臺帶動的多軸箱 上所有刀具的每分鐘進給兩相同，即等于滑臺的工進速度。 2．4．2 切削用量選擇的方法 a．應盡量作到合理使用所有刀具，充分發(fā)揮其使用性能。 柴油機氣缸體頂底面粗銑組合機床總體及夾具設計 4 b．復合刀具切削用量選擇應考慮刀具的使用壽命。 c．多軸鏜孔主軸刀頭均需定向快速進退時，各鏜軸轉速應相等或成整數倍。 2．4．3 刀具的選擇 根據被加工平面 250×250mm 和 330×330mm——為大平面，以及被加工零件材 料為 HT250，故選擇硬質合金端銑刀。文獻資料［8］P54 規(guī)格：400 齒數：20 2．4．4 銑削用量的確定 根據：a.銑刀種類：硬質合金端銑刀 b．被加工零件材料：HT250 c．工序：粗銑 查得：a.銑削深度：2～5mm 取 4mm b.銑削速度 v：50～80m/mm 取 80 m/mm（大平面盡量取大原則） c．每齒走刀量：0.2～0.4mm/z 取 0.2 mm/z（大平面盡量取小原則） 文獻資料［9］P132～P133 轉速：n=v×1000/∏D=80×1000/3.14×400=93.69r/min 圓整為：n=64 r/min 實際切削速度：V =n∏D/1000=80.4m/minc 每分鐘進給量：V =f×n=20×0.2×60=240mm/minf 2．4．5 計算切削功率 根據：每分鐘進給量：V =240mm/min 銑削深度：180f 銑削深度： a =4mm 銑削寬度：a =580mm p e 每齒進給量: f =0.2mm/z z 查表得： P =7.8kw 根據文獻資料［9］P105c 由于功率損耗，取 =0.85? P = =9.1kw電 機 7.805C? 2．5 各部件的選型 2．5．1 選擇電動機 根據：P = 9.1kw電 機 畢業(yè)設計說明書 5 選擇電動機 Y160L-6 根據文獻資料［9］P115 參數： 表 2-1 電動機參數 P電 機 L3電機轉速 輸出軸轉速 動力箱型號 11kw 535 1460 730 1TD63Ⅳ 2．5．2 選擇銑削頭 根據電動機功率：P = 9.1kw ，以及刀盤直徑： =400mm電 機 ? 選取銑削頭 1TX40（有滑套） 根據文獻資料［9］P104 參數：（如圖） 圖 2-1 銑削頭 表 2-2 銑削頭尺寸參數 b1L1d L2b2d1h L3 400 500 128.57?160 355 M16 200 80 柴油機氣缸體頂底面粗銑組合機床總體及夾具設計 6 圖 2-2 銑削頭聯系尺寸 再根據銑削頭查得尾置式齒輪傳動銑削頭聯系尺寸 根據文獻資料［9］ ： 表 2-3 銑削頭聯系尺寸 B B1B2L L1L2L3H H1H2 400 355 400 630 160 380 535 200 275.1 650 H3c d 410 125 18? 2．5．3 選擇工作臺 根據被加工要求，即同時銑氣缸體的兩面，銑刀在加工過程中不移動，故選擇 移動工作臺。由移動工作臺在加工過程中，實現快進和工進。 根據被加工零件尺寸： 被加工平面 250×250mm 和 330×330mm，頂底面距離為 427mm， 移動工作臺的寬度 W=800mm； 銑削寬度：a =580mm，夾具底座寬 1140mm, e 移動工作臺的最小行程為 1150mm 選移動工作臺，型號：1AYU80IV 根據文獻資料［9］P119 參數：（如圖） 圖 2-3 移動工作臺 表 2-4 移動工作臺尺寸 W H S L1L2L3L4L5 800 280 1150 1250 2440 232 232 230 2．5．4 選擇側底座 側底座用于臥式組合機床，其上面安裝滑臺、主軸箱、銑削臺等部件，側面與 中間底座相連接時用鍵或錐銷定位。側底座的長度應與滑臺相適應。 因為該機床無滑臺，所以側底座尺寸根據銑削頭和主軸箱尺寸定。 由：L=630mm, L =380mm， 根據文獻資料［9］P272 畢業(yè)設計說明書 7 選擇 1CC 系列側底座，側底座長定為 1100mm；寬取 810mm；高取 630m。 2．5．5 選擇中間底座 中間底座其頂面安裝夾具或輸送部件，側面與側底座或立柱底座相連接，并通 過端面鍵或定位銷定位。根據機床配置形式不同，中間底座有多種形式，如：雙面 臥式組合機床的中間底座，兩側面都安裝側底座；三面臥式組合機床的中間底座為 三面安裝側底座；立式回狀工作臺式組合機床，除了安裝立柱外，還需安裝回轉工 作臺?？傊?，中間底座的結構，尺寸需根據工件的大小、形狀以及組合機床的配置 形式等來確定。因此，中間底座一般按專用部件進行設計，但為了不致使組合機床 的外廓尺寸過分繁多，中間底座的主要尺寸應符合國家標準規(guī)定。 根據多工位移動工作臺尺寸：寬 W=800mm,長 L=2800mm，根據文獻資料［9］ P26-27 中間底座尺寸選為：寬：900mm， 長：2800mm, 高：65mm 2．5．6 機床分組 為了便于設計和組織生產，組合機床各部件和裝置按不同的功能劃分編組。組 號劃分如下： 第 10～19 組——支承部件。一般由通用的側底座、立柱及其底座和專用中間 底座等組成。 第 20～29 組——夾具及輸送設備。夾具是組合機床主要的專用部件，常編為 20 組，包含工件定位夾緊及固定導向部分。 第 30～39 組——電氣設備。電氣設計常編為 30 組，包括原理圖、接線圖和安 裝圖等設計。專用操縱臺、控制柜等則另編組號。 第 40～49 組——傳動裝置。包括機床中所有動力部件如動力滑臺、動力箱等 通用部件，編號為 40 組，其余需修改部分內容或專用的傳動設備則單獨編組。 第 50～59 組——液壓和氣動裝置。 第 60～69 組——刀具、工具、量具和輔助工具等。 第 70～79 組——主軸箱及其附屬部件。 第 80～99 組——冷卻、排屑及潤滑裝置。 第 90～99 組——電氣、液壓、氣動等各種控制擋鐵。 2．6 繪制“三圖一卡” 繪制組合機床“三圖一卡” ，就是針對具體零件，在選定的工藝個結構方案的 基礎上，進行組合機床總體方案圖樣文件設計。其內容包括：繪制被加工零件工序 圖、加工示意圖、機床聯系尺寸總圖和編制生產率計算卡等。 柴油機氣缸體頂底面粗銑組合機床總體及夾具設計 8 2．6．1 被加工零件工序圖 圖 2-4 工序圖 說明： a．在此道工序前，上一道工序為粗銑該圖中的上下兩表面。 b．在此工序中，把圖中下表面做為定位基準面，上表面有四個對稱的加緊點， 下表面用兩個支承板支承，并在下表面上的兩個孔中裝兩個定位銷，即采用一面兩 銷定位。為防止過定位，兩個銷采用一個圓柱銷和一個削邊銷的組合。 c．本工序把頂底面尺寸加工至 427±0.3mm，表面粗糙度被加工到 6.3 2．6．2 加工示意圖 畢業(yè)設計說明書 9 圖 2-5 加工示意圖 說明： a．切削功率：P=7.8kw b. 切削速度：V=80mm/min c. 銑削深度：a=4mm d. 每分鐘進給量： V=240mm/min e. 轉速： n=64r/min 2．6．3 機床聯系尺寸總圖 柴油機氣缸體頂底面粗銑組合機床總體及夾具設計 10 圖 2-6 機床聯系尺寸圖 說明： a．銑削動力由左右兩個電動機提供。 b．被加工零件的快進和工進由移動工作臺提供。 c．機床裝料高度為，650mm。國家標準為 850mm～1060mm,但該機床由于被加工 零件尺寸較大，且工人需在零件上表面實行對零件的手動夾緊（手動夾緊高度為 1300mm） ，而裝料過程相對容易。故降低了裝料高度。 2．6．4 機床生產率計算卡 根據加工示意圖所確定的工作循環(huán)及切削用量等，就可以計算機床生產率并編 制生產率計算卡。生產率計算卡是反映機床生產節(jié)拍或實際生產率和切削用量、動 作時間、生產綱領及負載率等關系的技術文件。它是用戶驗收機床生產效率的重要 依據。 a．理想生產率 Q（單位為件/h）是指完成年生產綱領 A（包括備品及廢品率） 所要求的機床生產率。它與全年工時總數 有關，一般情況下，單班制 取kt kt 2350h，兩班制 取 4600h，則：kt Q= = =14.6 (件/h)kAt650 4 b．實際生產率 Q1 實際生產率 Q （單位為件/h） 是指所設計機床每小時實際可生產的零件數 量。則： Q = （2-1）160T單 式中 ----生產一個零件所需時間（min） ，可按下式計算：單 = + = （2-2）單 t切 輔 L?快 進 快 退12移停 裝ff fkL（ t） +（ t）VV 式中 、 -----分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進給長度，單位為 mm；1L2 =580mm；在此工序中只有一次工進，故 =0mm。1 2 、 ----分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進給量，單位為 mm/min；fVf =256mm/min；在此工序中只有一次工進，故 =0mm。f fV ---------當加工沉孔、止孔、锪窩、倒角、光整表面時，滑臺在死擋鐵停t 上的停留時間，通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉 5～10 轉所需要的時間，單位為 min； 轉速：n=64r/min,故停刀時間 =5s停t 、 --分別為動力部件快進、快退行程長度，單位為 mm;快 進L快 進 =350mm， =950mm?？?進L快 進L ---------動力部件快速行程速度。用機械動力部件時取 5～6m/min；用fkV 液壓動力部件時取 3～10m/min； 畢業(yè)設計說明書 11 在此機床中采用機械動力部件， =5m/min。fkV ---------直線移動或回轉工作臺進行一次工位轉換時間，一般取移t 0.1min； 此工序中取 =0.1min。移t --------工件裝、卸（包括定位或撤消定位、夾緊或松開、清理基面或裝 卸t 切削及吊運工件等）時間。它取決于裝卸自動化程度、工件重 量大小、裝卸是否方便及工人的熟練程度。通常取 0.5～1.5min。此工序中，夾具的裝夾為手動裝夾，故需要的 時間較長，取 =1min。裝 卸t 所有數據代入式②，得 =3.71minT單 把 =3.71min 代入式①，得 Q =16.2（件/h）T單 1 c．機床負荷率 ?負 在次機床中，Q =16.2（件/h） ，Q=14.6（件/h） ，即 Q Q，所以機床負荷率為1 1 二者之比。即： = =90%負 1 對于一般組合機床負荷率一般在 0.75～0.9，此處機床負荷率 符和標準。?負 表 2-5 生產率計算卡 生產率計算卡 圖號 毛坯種類 鑄鐵 名稱 氣缸體 毛坯重量 被加 工零 件 材料 HT250 硬度 180～240 工序名稱 頂底面粗銑 工序號 2 工時(min) 序號 工步名稱 被加 工零 件數 量 銑削 深度 (mm) 加工 寬度 (mm) 工作 行程 (mm) 切削 速度 (m/ min) 每分鐘 轉速 (r·min ) 進給量 (mm/r) 進給 速度 (mm/ min) 機加 工時 間 輔助 時間 共計 1 裝卸工件 1 1 1 2 工作臺快進 1 0.07 0.07 3 工作臺工進 1 4 580 1150 80.38 64 4 256 2.27 2.27 柴油機氣缸體頂底面粗銑組合機床總體及夾具設計 12 4 工作臺快退 1 0.19 0.18 0.37 總計 3.71min 單件工時 3.71min 機床生產率 16.2 件/h 備注 裝卸工件時間取決于操作者熟練程度,本機床計算時取 1min 機床負荷率 90% 3 夾具的設計 3．1 概述 在機械制造的機械加工、檢驗、裝配、焊接和熱處理等冷熱工藝過程中，使用 著大量的夾具，用于安裝加工對象，使之占有正確的位置，以保證零件和產品的質 量，并提高生產效率。 3．1．1 夾具的作用 a．保證加工精度，穩(wěn)定加工質量。 由于采用專用機床夾具安裝工件，可以準確地確定工件相對刀具和機床切削成 形運動的相互位置。所以，加工精度易于保證，不受或少受各種主觀因素的影響， 可以穩(wěn)定加工質量。 b．提高勞動生產率，降低加工成本。 采用機床夾具安裝，可使工件夾緊牢靠，有利于采用較大切削用量，減少機動 時間。以達到提高生產率。 由于采用與生產規(guī)模相適應的夾具，使產品質量穩(wěn)定，廢品大大減少，勞動生 產率提高，可使用低等級工人等，皆可大大降低加工成本。 c．擴大機床工藝范圍，實現“一機多能” 。 在批量不大的生產條件下，工件的種類和規(guī)格多，而機床品種和數量卻有限。 采用機床夾具，可使機床“一機多能” 。 d．減輕勞動強度，保證安全生產。 使用專用夾具安裝工件，定位方便、迅速，夾具又可采用增力、機動等裝置， 畢業(yè)設計說明書 13 因此可以減輕工人的勞動強度。根據加工條件，還可以設計防護裝置，確保操作者 安全。 e．在流水線生產中，便于平衡生產節(jié)拍。 工藝過程中，當某些工序所需工序時間特別長時，可以采用多工位或高效夾具 等以提高生產效率，使節(jié)拍平衡。 3．1．2 機床夾具的分類 a．通用夾具：通用夾具是指已標準化，且有較大適用范圍的夾具。 b．專用夾具：專用夾具是指根據零件機械加工工藝過程中的某一工序而專門 設計的。 c．可調整夾具：可調整夾具是在加工完一種工件后，經過調整或更換個別元 件，即可加工形狀相似，尺寸和加工工藝相近的多種工件。 d．專門化拼裝夾具：這類夾具是針對某工序加工要求，由事先制造好的通用 性較強的標準元件和部件拼裝而成。 e．自動化生產用夾具：自動化生產用夾具是專門用于自動線和數控機床。 3．1．3 機床夾具的組成 a．定位元件或夾定位裝置 定位元件或定位裝置是指用于確定工件在夾具中正確位置的元件或部件。 b．夾緊元緊或夾緊裝置 夾緊元緊或夾緊裝置是指用于夾緊工件，使其在外力作用下仍能保持其既定 位置的元件或部件。 c．對刀、引導元件 對刀、引導元件是指用于確定、引導刀具與夾具定位元件互相位置的元件。 d．連接元件 連接元件是指用于保證夾具與機床間相互位置的元件。 e．夾具體 夾具體是指用于連接夾具各組成部分，使之成為一個整體的基礎件。 f．其他元件及裝置 根據工件加工要求，有些夾具除上述組成部分外，還需要設置其他元件或裝 置。 3．1．4 夾具設計方法與步驟 a．設計前的準備 b．擬定夾具結構方案、繪制草圖 ⑴確定定位方案 ⑵對刀和導向方式的選擇 柴油機氣缸體頂底面粗銑組合機床總體及夾具設計 14 ⑶確定夾緊方案 ⑷設計夾具體，繪制夾具結構草圖 c．繪制夾具總圖 d．繪制夾具零件圖 3．2 設計的前期準備 a.通過分析被加工零件圖，零件為柴油機氣缸體，才料為鑄鐵，該工序的加工 要求是頂底面粗銑，銑削氣缸體表面至 Ra 為 6.3 ，頂底面尺寸至 427±0.3mm，m? b．此道工序是在兩側面粗銑完成后的進行的，所以在該工序在銑頂底面時， 可以把兩側面作為基準平面和定位平面。 c．機床為雙面銑組合機床，夾具體的安裝高度為 345mm。 d．所使用的刀具為硬質合金端銑刀，規(guī)格 400， 3．3 定位裝置的確定 3．3．1 概述 工件在加工前，必須首先使它相對于刀具和切削成形運動占有正確的位置，即 工件的定位。工件在夾具中的定位，是指同一批工件中的任何一個，在夾具中按定 位要求與定位元件相接觸或配合，都能使其占有正確位置的過程。擬定夾具設計方 案時，定位方案是必須首先確定的問題，它對夾具總體設計方案的確定乃至整個夾 具的成敗，都起著決定性的作用。 工件定位的基本原理：又運動學已知，任一剛體在空間三個互相垂直的坐標系 中，有六個自由度，即沿三坐標軸的移動自由度和繞三個軸的轉動自由度，分別用 、 、 、和 、 、 表示。未定位前的工件即相當于自由剛體，是無法進行X??YZAX?YZ 加工的。因此，為了使工件在夾具中有一個正確位置，必須對影響工件加工面位置 精度的自由度予以限制。 在該工序中，采用全定位夾具對被加工零件進行夾緊。 全定位：工件在夾具中定位，如果夾具有六個支承點，則工件的六個自由度全 被夾具所限制，使工件在夾具中占有完全確定的位置時，這種定位方式稱為“全定 位” 。 3．3．2 定位方式 畢業(yè)設計說明書 15 圖 3-1 工序圖 如圖 3-1，下表面用兩個支承板，上表面是四個壓緊點，另外下表面用兩個銷 定位，采用一面兩銷定位。 為了防止過定位，增加兩個孔連心先方向上的間隙，把第二個銷碰到工件孔壁 的部分削去，只留下左右一部分圓柱面，也起到減小第二銷直徑的作用。由于垂直 于連心線方向上第二銷直徑沒有減小，故對工件的轉角誤差沒有影響。安裝削邊銷 的時候，削邊方向要垂直于連心線，為了保證削邊銷的強度，通常采用菱形結構。 采用這樣的定位方法后，圓柱銷和削邊銷就限定了被加工零件的 、 和 三X??Y?Z 個方向的自由度；下面兩個支承板和上面四個夾緊裝置限制了被加工零件的 、 和 三個方向的自由度。AX?Y 3．3．3 定位元件 根據氣缸體上孔徑的大小，選擇直徑為 的圓柱銷，定位銷頭部有 15 導角。10?? a．削邊銷尺寸的確定 根據文獻資料［2］P24，表 3-1，如下： 柴油機氣缸體頂底面粗銑組合機床總體及夾具設計 16 圖 3-2 削邊銷 表 3-1 削邊銷尺寸參數 D(mm) 3～6 6～8 8～20 20～24 24～30 30～40 40～50 b(mm) 2 3 4 5 5 6 8 B(mm) D-0.5 D-1 D-2 D-3 D-4 D-5 D-5 由上述表格可查得在孔徑為 10 的情況下，B=8mm；b=4mm。 根據文獻資料［2］P24，查得極限偏差為 g6 b．工件的轉角誤差 圖 3-3 轉角誤差圖 （3-1）LdDdDD2arctnmin2min1)2(1 ?????????? 式中 ——以菱形銷定位的定位孔直徑的公差；2? ——菱形銷直徑的公差；d ——菱形銷與孔的最小配合間隙min2? min2i1i )(DbLg????? 畢業(yè)設計說明書 17 LdDdDD2arctnmin1min)( 1221 ?????????? 由上式得 0.015°)2( 0.005°1?D? 故工件在任意方向偏轉時，最大轉角誤差為 0.02°。 c．基準位移誤差 0.0086mm。?????max1in11dDY? d．基準不重合誤差：基準不重合誤差應從定位基準到工序基準之間的所有尺 寸的公差之和在加工尺寸方向上的投影，故基準不重合度誤差 =0。B 最后，在求得基準位移誤差和轉角誤差后，算得定位誤差 =0.0086mm。此值D 小于工件相應位置度的三分之一，即 0.0086mm(0.03/3)mm=0.01mm。 3．4 確定夾緊方案 3．4．1 設計夾緊裝置的要求 為了保持工件在定位時已取得的正確位置，并且在加工過程中在切削力、離心 力、慣性力等外力作用下保證位置始終不變和不發(fā)生振動，一般夾具都應設置夾緊 裝置。 夾緊裝置必須滿足以下基本要求： a.夾緊時不能破壞工件定位已經取得的正確位置； b.夾緊力大小要可靠和適當，既要保證在加工過程中工件不發(fā)生位移和振動， 又不使工件產生的形變和損傷表面超過允許的范圍； c.夾緊裝置應安全可靠，操作方便省力； e.夾緊裝置的自動化程度和復雜程度應與生產批量和生產條件相適應； f.結構要便于制造、調整、使用和維修。 3．4．2 夾緊力的確定 確定夾緊力就是要確定其方向、作用點及大小。為此，應根據工件定位方式、 結構特點、加工要求以及切削力與其它外力作用等情況來綜合考慮。 a.緊力的方向 夾緊力的方向應有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力方向應垂直于主要定位面；夾緊 力的方向應有利于減小夾緊力；夾緊力的方向應是工件剛性交好的方向。 根據上述準則，在本夾具設計中選擇把夾緊力方向確定為從上向下垂直于水平 面，即加工時被加工零件的上表面。這樣一來，有助于把被加工零件固定在夾具體 上，也符合夾緊力垂直于主定位面的原則。同時，這樣的安排也能通過夾緊力產生 的摩擦力來克服切削力。 b.緊力的作用點 柴油機氣缸體頂底面粗銑組合機床總體及夾具設計 18 夾緊力作用點的確定，是指在夾緊立方向已經確定后，來確定作用點的位置。 夾緊力作用點的選擇應不破壞工件定位已經確定的位置，即應作用在支承上或 支承所組成的面積范圍之內；夾緊力的作用點應使夾緊系統(tǒng)的夾緊變形盡可能變小； 夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面。 根據上述準則，在本夾具設計中把四個夾緊力作用點盡量選在四角，以靠近被 加工表面，并選在支承板的垂直線上， （支承板改制加長，以便于支撐點和夾緊點 盡量靠近被加工表面） 。 c．夾緊力的大小 計算夾緊力時，為簡化計算，通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。根據工 件所受切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾具最不利的狀態(tài)，按靜 力平衡原理計算出理論夾緊力。最后再乘以安全系數作為實際所需夾緊力。即 W = / （N） （3-2）k0()KP?? 式中 W --實際所需夾緊力k P----切削力 P ---圓柱銷允許承受的部分切削力0 ---摩擦系數? K----安全系數 安全系數由下式計算： K=K K K K K K K （3-3）0123456 式中，K ～K 為各種因素的安全系數，見下表：06 表 3-2 安全系數 畢業(yè)設計說明書 19 代入式（3-3）得：K=2.64 切削力 P=p×A p=1300/ 0.13a a=xa sinf? x=360a /∏dDp 式中： x---平均切削厚度圓周方向系數 a --每齒進給量f d----銑削角 ---銑削導角? p---單位面積銑削力 A---銑削面積 D---刀具直徑 數據代入公式得，P=1.028KN W =21.120KNk 分到四個夾緊點上，每個夾緊裝置上設的夾緊力為 W ˊ=5.280KNk 3．5 其它元件的設計 需要用到的元件主要有夾具體、支座、頂桿、壓板、手柄、導向板、法蘭盤等 等。這些元件都是在設計中非常重要的元件，設計的過程主要參考文獻資料［1］ 、 文獻資料［2］ 、文獻資料［9］ 。詳細設計情況見零件圖，這里不一一介紹。 3．6 夾具的公差配合與技術要求 3．6．1 制定夾具公差與技術要求的基本原則 柴油機氣缸體頂底面粗銑組合機床總體及夾具設計 20 a.為了保證工件的加工精度，制定夾具公差時，應使夾具的定位、制造和調整 誤差的總和不超過工序公差的三分之一。 b.為了延長夾具的壽命和增加可靠性，必須考慮夾具使用中的磨損補償問題。 在不增加制造難度的前提下，應盡量把夾具公差定得小一些。 c.夾具中與工件尺寸有關的尺寸公差，不論工件尺寸公差是單向的還是雙向的， 都應該化為雙向對稱分布的公差。 d.夾具中的尺寸公差和技術要求應分別表示清楚，不要互相重復和矛盾。凡注 有公差的部位，一定要有相應的檢驗基準。 e.當采用調整、修配等方法裝配夾具時，夾具零件的制造公差可適當放大。 3．6．2 夾具公差的制定 根據文獻資料［1］ P41-42 表 3-3 夾具的尺寸公差 工件加工尺寸 公差 夾具相應尺寸 公差 工件加工尺寸 公差 夾具相應尺寸 公差 0.008～0.01 0.006 0.20～0.24 0.08 0.01～0.02 0.010 0.24～0.28 0.09 0.02～0.03 0.015 0.28～0.34 0.10 0.03～0.05 0.020 0.34～0.45 0.15 0.05～0.06 0.025 0.45～0.65 0.20 0.06～0.07 0.030 0.65～0.90 0.20 0.07～0.08 0.035 0.90～1.30 0.20 0.08～0.09 0.040 1.30～1.50 0.20 0.09～0.10 0.045 1.50～1.80 0.20 0.10～0.12 0.050 1.80～2.00 0.20 0.12～0.16 0.060 2.00～2.50 0.20 0.16～0.20 0.070 2.50～3.00 0.20 畢業(yè)設計說明書 21 表 3-4 夾具上常用配合的選擇 配合形式 一般精度 較高精度 應用 定位銷與工件基 準孔 7,6Hhgf6,5Hhgf定位元件與工件 定位基準間 滑動定位件 刀具與導套 7,6hgf6,5hgf有引導作用，且 有相對運動的元 件間 滑動夾具底座板 7,9Hfd78Hd無引導作用，但 有相對運動的元 件間 固定支承釘定位 銷 7,6npr7,6sut沒有相對運動的 元件間 3．6．3 夾具技術要求的制定 夾具上凡與工件加工要求直接有關的都應標注技術要求。 數值參考下表 根據文獻資料［1］ P49 表 3-5 技術要求參數 技術要求 參考數值 （mm ） 同一平面上的支承釘或支承板的等高公差 0.02? 定位元件工作表面對定位鍵槽側面的平行度或垂直度 0.02/100 定位元件工作表面對夾具體底面的平行度或垂直度 0.02/100 鉆套軸線對夾具體底面的垂直度 0.05/100 鏜模前后鏜套的同軸度 0.02? 對刀塊工作表面對定位元件工作表面的平行度或垂直度 0.03/100 對刀塊工作表面對定位鍵槽側面的平行度或垂直度 0.03/100 車、磨夾具的找正基面對其回轉中心的圓跳動 0.02 柴油機氣缸體頂底面粗銑組合機床總體及夾具設計 22 3．7 工序的精度分析 在機械加工中不可避免地會產生各種載荷和干擾，它們以不同的程度反映為各 種加工誤差。為保證加工零件能達到規(guī)定的精度，必須相應地采取各種措施，以限 制和減少這些加工誤差。 3．7．1 定位誤差的分析與計算 根據文獻資料［1］P146-149 在采用調整法加工一批工件時，夾具相對刀具的位置經調定后就不再變動。由 于基準不重合，一批工件依次在夾具中進行加工時，因工序基準位置變動將使工件 的工序尺寸產生變化，以這個尺寸變化范圍既其極限差值稱為定位誤差，以 表D? 示。 本夾具是通過一面兩銷定位的（如圖） ，所以此處的定位誤差為圓孔定位誤差。 圖 3-4 定位誤差分析圖 在任意方向上： （3-4）11minaxYDd?????A （3-5）ax2rct[()/]? 式中 ------基準位移誤差 ---定位圓孔與心軸間的最小配合間隙（必要時可以在調刀時消1min 除） ，此處選 0.001mm。 ------角度偏差?? 畢業(yè)設計說明書 23 -----尺寸 D1 的上偏差 -0.005mm1D? -----尺寸 D2 的上偏差 -0.005mm2 -----尺寸 d1 的下偏差 -0.014mmd -----尺寸 d2 的下偏差 -0.014mm 把數據代入式中得到 =0.02mm； =1.146Y??? 3．7．2 夾緊誤差的分析與估算 所謂夾緊誤差是指在夾具中加工一批工件時，由于夾緊力的作用，使得工件和 夾具元件發(fā)生變形，從而導致工件的工序基準在加工尺寸方向上產生的最大位置變 動量。對一批工件而言，如果這個位置變動量是常樹，一般可通過調整對刀和夾具 在機床上的安裝位置來消除它對加工精度的影響。 根據文獻資料［1］P154 夾具的夾緊元件為壓板，并以支承板支承，故用以下公式： = （3-6）J?1()/9.8nmRzHBZkCNS??? -----夾緊誤差 ? -----工件定位表面粗糙度 25z ---工件材料硬度 180HBSHB ----作用在定位元件上的法向力 5280NZN ------定位元件與工件的接觸面積 52.8cmS 2 表 3-6 接觸變形計算系數 數據代入公式為， =1.74J?m? 3．7．3 對刀和導向誤差 T 夾具上的對刀或導向裝置對定位元件的位置不準確，將導致加工表面的位發(fā)生 變化，由此而造成的加工尺寸誤差即為對刀或導向誤差。 當使用銑床夾具加工工件時，采用標準塞尺和對刀塊進行對刀，其對刀誤差為： =T +T 查文獻資料［1］P155T?Sh 式中 T ----塞尺的制造公差；S T ---對刀塊工作面對定位元件的尺寸公差 3．7．4 夾具的位置誤差 A? 柴油機氣缸體頂底面粗銑組合機床總體及夾具設計 24 夾具在機床上安裝時，其定位元件對機床裝卡面的相互位置誤差將導致工件定 位基準發(fā)生移動，從而使工序尺寸發(fā)生變化，這種誤差稱為夾具的安裝誤差。 產生夾具的安裝誤差的因素有： a. 夾具定位元件對夾具體安裝基面的相互位置誤差。 b. 夾具安裝基面本身的制造誤差及其與機床裝卡面間的間隙所產生的連接誤 差。 查文獻資料［1］P159 根據本機床夾具安裝形式， 主要取決于夾具體和安裝夾具的移動工作臺之A? 間的平行度。此處平行度誤差為 0.02mm。 3．7．5 加工方法誤差 G 加工方法誤差是指在切削加工過程中，因機床、刀具質量、工件材質以及由于 切削力、切削熱的作用而引起的工藝系統(tǒng)彈性變形、熱變形等因素使加工表面位置 發(fā)生變化，從而造成的加工尺寸誤差。 查文獻資料［1］P159 表 3-7 平面的加工方法誤差 m? 本機床加工方法為端面粗銑，B=320mm，L=580mm，即 L3B 故 =70G?m? 3．7．6 保證加工精度的條件 利用夾具加工時，機床—夾具—工件—刀具—機床形成一個封閉的加工系統(tǒng)。 它們依次相聯系，最后形成刀具和工件間的正確位置關系，保證工序尺寸 A 的要求。 在這個封閉系統(tǒng)中，影響都表現為對加工尺寸 A 產生影響。顯然，為了確保加工要 求 A，上述各項誤差的總和應不超過工序尺寸 A 的公差 T 畢業(yè)設計說明書 25 本工序的尺寸為 427±0.3mm，故 T=0.3mm。 而 =0.041mm〈T DJTAG???? 所以該機床和夾具的設計是可以滿足加工要求的。 柴油機氣缸體頂底面粗銑組合機床總體及夾具設計 26 4總 結 為期三個多月的畢業(yè)設計業(yè)已經結束?；仡櫿麄€畢業(yè)設計過程，雖然充滿了困 難與曲折，但我感到受益匪淺。本次畢業(yè)設計課題是柴油機氣缸體頂底面粗銑組合 機床總體及夾具設計。本設計是學完所有大學期間本專業(yè)應修的課程以后所進行的， 是對我三年半來所學知識的一次大檢驗，使我能夠在畢業(yè)前將理論與實踐更加融會 貫通，加深了我對理論知識的理解，強化了實際生產中的感性認識，熟悉了機械設 計的過程。 通過這次畢業(yè)設計，我基本上掌握了柴油機氣缸體頂底面粗銑組合機床總體及 夾具設計的方法和步驟，以及設計時應注意的問題等，另外還更加熟悉運用查閱各 種相關手冊，選擇使用工藝裝備等。 總的來說，這次設計，使我在基本理論的綜合運用以及正確解決實際問題等方 面得到了一次較好的鍛練，提高了我獨立思考問題、解決問題以及創(chuàng)新設計的能力， 縮短了我與工廠工程技術人員的差距，為我以后從事實際工程技術工作奠定了一個 堅實的基礎。 畢業(yè)設計說明書 27 參 考 文 獻 ［1］楊黎明. 機床夾具設計手冊[M]．北京： 國防工業(yè)出版社 ，1996. ［2］徐發(fā)任. 機床夾具設計[M]. 重慶：重慶大學出版社，1993. ［3］陳秀寧、施高義編. 機械設計課程設計[M]. 浙江： 浙江大學出版社，1995. ［4］王建平 夏季 曾國英. 加工夾具定位誤差的計算[A]. 重型機械科技，2005. ［5］徐錦康主編. 機械設計[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2001. [6] 李益民. 機械制造工藝設計設計手冊[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 1995. [7] 王伯平. 互換性與測量技術基礎[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2000.2. [8] 金振華. 組合機床及其調整與使用[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1990.4. [9] 謝家瀛. 組合機床設計簡明手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1996.8. [10] 李益明. 機械制造工藝設計簡明手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1993.6. [11] 艾興 肖詩綱. 切削用量簡明手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1994.7. [12] 程健 郭一楠 孫偉 穆俊英-Status Evaluation of Loose of Jig Bed Based on Fuzzy Inference System [A].JOURNAL OF CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGYJOURNAL OF CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY.2003. 柴油機氣缸體頂底面粗銑組合機床總體及夾具設計 28 致 謝 此次畢業(yè)設計是在劉道標老師的認真指導下進行的。劉老師經常為我解答一系 列的疑難問題，以及指導我的思想，引導我的設計思路，糾正我的錯誤。在歷經三 個多月的設計過程中，一直熱心的輔導。在整個畢業(yè)設計的過程中，我遇到了許多 的困難，也走了一些彎路，整個設計的過程是個苦樂參半的學習過程。在困難中我 學到了許多知識，這一切都離不開劉老師的熱心指導，另外王正剛老師在此過程中 也給了我巨大的幫助，幫我解決了很多的問題。在此，我忠心地向他們表示誠摯的 感謝和敬意！ 其次我還要感謝和我同組設計的同學，從他們那里我也學到了不少的知識，在 我們相互合作，相互幫助下，我們很好的解決了在設計中遇到的困難。他們的鼓勵 使我堅定了一定能做好的信念，讓我體會到團體的力量和合作的精神。 由于我是第一次進行這種大課題的設計，水平不足，缺乏經驗，難免會留下一 些遺憾，在此懇請各位專家、老師及同學不吝賜教本次設計任務業(yè)已順利完成，但 由于本人水平有限，缺乏經驗，難免會留下一些遺憾，在此懇請各位專家、老師及 同學不吝賜教。 畢業(yè)設計說明書 29 附 錄 序號 圖名 圖號 圖副 1 加工工序圖 YG02-0001 A3 2 加工示意圖 YG02-0002 A2 3 機床尺寸聯系總圖 YG02-0003 A0 4 夾具總裝圖 YG02-2001 A0 5 夾具體 YG02-2011 A0 6 支座 YG02-2012 A2 7 頂桿（長） YG02-2041 A4 8 頂桿（短） YG02-2042 A4 9 壓板 YG02-2043 A4 10 手柄 YG02-2044 A4 11 導向板（短） YG02-2045 A3 12 導向板（長） YG02-2046 A3 13 法蘭盤 YG02-2047 A4 14 削邊銷 YG02-2048 A4 15 生產率計算卡