双面镗削组合机床夹具设计及性能仿真 【含论文+全套CAD图纸】
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双面
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本设计包括“二维图+论文”
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更多资料，配套三维图 面镗削组合机床夹具设计及性能仿真 图 书 分类号： 密 级： 更多资料，配套三维图 摘要 镗削加工变速箱体的三个轴承孔，采用双面镗削组合机床，并使用专用夹具进行夹紧。加工时，引用平面定位法，选择已加工工件上底面，作为基准面。定位元件选择支承板、支承钉和挡板。三个自由度由支承板限制，两个自由度由端面限制，一个自由度由一个侧面约束，最终实现工件完全定位。选用前法兰式油缸夹紧装置，设计基准与定位基准的重合可以减少定位误差。 夹具体采用铸造结构，可以便于工件加工排屑槽，增大定位元件的工作表面与夹具体间的 距离。为使得镗套和镗杆间清洁，工作时采用密封防屑装置。在镗模支架与夹具体底座间，采用螺钉紧固。镗模上开设孔系和凹槽，这样可以便于搬运与运输。 关键词 机床；镗削；夹具；仿真 更多资料，配套三维图 I he a of is as a is is by a a a of is to of In is to of is In to a is is of of is be 多资料，配套三维图 目 录 摘要 . I . 绪论 . 1 题背景 . 1 床夹具在机械生产加工中的作用 . 1 机床夹具发展趋势 . 1 文主要研究的内容 . 2 2 机床夹具概述 . 3 具的组成和分类 . 3 合机床专用夹具的特点 . 3 合机床专用夹具的分类 . 4 合机床 的 专用夹具设计程序 . 4 3 专用夹具的定位方案 . 5 件装夹 方式 . 5 件的用途 . 5 件的工艺分析 . 5 艺方案的制定 . 6 序图的制定 . 7 定工件的定位方式 . 7 件在夹具体中定位的作用和意义 . 7 面的选择 . 8 位元件的选择及布置 . 9 算定位误差 . 9 4 夹紧力的分析与计算 . 10 述 . 10 紧力的方向及作用点 的分析 . 10 紧力作用点的确定 . 11 紧力的大小 . 11 削力的计算 . 11 紧力的计算 . 15 紧油缸的确定 . 17 5 导向装置及夹具体设计 . 18 向装置的确定 . 18 具体的设计 . 18 更多资料，配套三维图 I 具体毛坯的制造方法 . 18 具体的基本要求及外形尺寸的确定 . 19 具体的排屑结构 . 20 具结构的工艺性 . 20 6 夹具其它部分结构的设计 . 21 助定位结构的确定 . 21 紧机构的确定 . 21 模的设计 . 21 杆的设计 . 23 套与镗杆以及衬套等的配合选择 . 23 具设计和操作的简要说明 . 24 关技术条件的说明 . 24 7 三维建模与性能仿真 . 26 述 . 26 于 的三维建模 . 26 构有限元仿真 . 28 真流程 . 28 真结果 . 30 结 论 . 33 致 谢 . 34 参考文献 . 35 附录 . 36 附录 1 . 36 更多资料，配套三维图 1 绪论 题背景 床夹具在机械生产加工中的作用 1） 提高工件的加工精度，提高产品质量 1 夹具可以提高工件相对机床与刀具的位置准确性。直接定位的夹具相对于人工技术划线找正，加工精度能得到很大提高。 2） 提高生产率和降低成本 1 夹具的使用，不仅省去划线找正的工作，而且 工件刚性 也得到了提高 ， 继而也增大了切削用量； 对工件使用夹具装夹或者运用高效的夹紧机构 ， 可以提高工件的生产效率 。 此外，在保障 产品质量， 降低 废品率， 技术要求降低的同时， 降低了 所需要的 生产成本。 3)随着技术要求的降低，工人的劳动强度也随之降低，进而保证工件的安全生产。 1 因为定位快准狠，精度得以保证，技术要求降低；与此同时，采用增力、机动的夹紧装置，可大大减轻劳动强度，降低成本。 4） 工艺范围的增大，达到一机多能。 1 如果小批量生产，且工件种类、规格繁杂，在有限的资源下，可通过夹具设计的多样性，使机床实现一机多能。 5） 平衡生产节拍。 1 在现代化的生产模式下，当某些步骤时间过长时，多采用几道工位或高效夹具，可提高生产效率，且平衡生产 过程中的节奏。 机床夹具发展趋势 随着社会的进步与发展，机床夹具的发展方向也慢慢走向高标准、高精密、高效化、柔性化，以此来满足现代化机械工业高、精、尖三大方向的发展和多品种、小批量生产的要求。 标准化 目前，我国所使用的夹具零部件的标准主要是， 2148 合夹具标准。高标准的机床夹具，对于商品化生产的进程发展，具有很大的推进作用。 精密化 夹具的精度与机械产品精度密切相关，两者呈现相辅相成的关系。比如：精密分度的多齿盘，分度精度可达 精密 车削的高精度三爪自定心卡盘，定心精度 5 m 。 高效化 在减少工件加工时间的同时，提高单位劳动力下的劳动生产效率。常见的高效化夹具有：自动化夹具、高效化夹具、具有夹紧力装置的夹具等。例如：新型电控永磁夹具、瑞更多资料，配套三维图 典 3国 金斯）公司的球锁装夹系统等。 柔性化 使夹具在调整工件结构、组合方式改变的情况下，对工艺可变因素的调节能力。工艺的可变因素：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。 文主要研究的内 容 设计双面组合镗床夹具，夹具设计种类为专用夹具。机床采用大量通用部件，既可缩短制造周期，又可提高机床可靠性、降低机床制造成本。 本次箱体的夹具设计，主要的研究内容如下： 1） 工件的定位 2） 工件的夹紧 3） 夹紧力的计算与分析 4） 对刀装置、导向装置和夹具体的设计 更多资料，配套三维图 模）、车床、铣床、钻床（钻 磨床和齿轮机床夹具等2 机床夹具概述 具的组成和分类 在机床上，装夹工件、引导刀具，并且能够与机床有确定相对位置的装置，简称夹具。 夹具由五个部分组成： 元件、夹具体夹紧装置、对刀及引导定位元件、定位装置、 ； 按应用 范围差异，分为： 具等等和成组、组合和随行夹通用、专用、通用可调 按适用机床差异，分为； 按采用的夹紧动力元件的差异，我们一般情况下可以分为：手动、气动夹具、液压、电动、磁力和真空夹具等夹具类型。 本次夹具设计箱体类镗孔夹具设计，故采用专用夹具。 合机床专用夹具的特点 组合机床夹具的 优势： 多 通过调整和选择 ， 来达到 预定精度要求 。 通过 国内 的 多年推广 ， 组合机床的 使用 数据表明 ， 如果在 机床 类型 、刀具 选择 和操作正确 ， 所 能 达到 加工工件的位置精度 ， 如 下表26。 表 2合机床夹具所加工工件可以达到的加工精度 夹具种类 位置精度项目名称 误差（ 钻床夹具 钻、铰两孔中心距误差 钻、铰两孔间的垂直度 钻、铰圆周孔各孔间的孔距误差 钻、铰圆周孔各孔间的角度误差 钻、铰上下两孔间的同轴度 (双导向 ) 钻、铰孔与底面的垂直度 钻、铰斜孔的角度误差 00 3 00 00 镗床夹具 镗两孔的中心距误差 镗两孔间的平行度或垂直度 镗两孔间的同轴度 00 、镗床夹具 加工斜面的角度误差 铣、刨两面的平行度或垂直度 2 00 磨床夹具 磨斜面的角度误差 磨平面与基准平面的平行度或垂直度 (正弦规 ) 孔轴线与基准平面的平行度或垂直度 30 00 00 更多资料，配套三维图 车床夹具 以平面为定位基准 孔与基准面间的距离误差 孔与基准面间的平行度或垂直度 以孔为定位基准 加工孔与基准孔的中心距误差 加工孔与基准孔的平行度 加工孔与基准孔的垂直度 00 00 00 经济方面 小批量的生产 ，工人可用通用夹具（ 如： 卡盘、虎钳） 对工件进行有序 装夹 。 通用夹具 目前情况下， 只适合于形状 、 大小 简单 的 工件 夹紧任务 ，复杂的装夹任务需 用 专用元件 。但专用元件成本过高，且还需划线找正，才能确保位置的精确，相比较而言，组合机床就简单的多，可以最大限度地降低成本 。 使用方便，应用面广， 可 根据需求进行 组装 应用不同领域 8。 极大减小 专用夹具库存面积 同时 。 减少 金属材质的 消耗。 合机床专用夹具的分类 按结构特点：单工位夹具、多工位夹具 单工位夹具：一个工位完成一道加工工序的夹具； 多工位夹具：一个工件完成多道工位上顺序或平行顺序加工的夹具。 合机床 的 专用夹具设计程序 设计程序如下： 具体分析、研究夹具设计的原始数据和要求。 因为就夹具的结构形式、主要性能在拟定组合机床的工艺和结构方案就已经提出了原则要求，所以在具体计算前，再对夹具的原始数据和要求进行研究查看； 对夹具结构方案的拟定。 在机床总体设计中，根据所确定的夹具定位基面 、夹压装置、刀具导向方式和加工方法，来制定合理有效的设计方案，然后再结合夹具结构要求，对必要数据进行分析和计算； 夹具总图和零件图的设计。 在已有夹具结构的设计方案的基础上，绘制生产所用的夹具总图和零件图。 更多资料，配套三维图 3 专用夹具的定位方案 件装夹 方式 工件装夹方式，采用先定位后夹紧（或在定位同时，对工件实现夹紧），保证加工工件的过程中，具有确定的位置。 因为加工精度与加工批量的多少息息相关，目前，机床对工件进行加工时可采用以下两种装夹方式： 1） 找正装夹法：通过对工件相关表面或划线的找正，在结尾处 确定工件加工时准确的装夹方法； 2） 夹具装夹法：通过机床上的夹具，对工件进行定位和夹紧，最后确定工件加工时，应具有准确的装夹方法。 采用夹具装夹法时，满足下面三个条件： 工件在夹具中占据一定位置； 夹具在机床上保持一定位置； 夹具相对刀具保持一定位置。 这样，才能保证加工表面小于其余表面尺寸、位置精度的要求。 件的用途 下图是农用三轮车变速箱的壳体，主要作用是，支承传动轴轴承和齿轮，实现各轴间的传动作用。示意图如下： 图 3变速箱体零件的结构简图 附零件的技术： 1) 消除内 应力，铸件硬度 2) 未注圆角按 3) 各轴承孔及止口不得有气孔，沙眼，缩松等缺陷，其他非加工面允许有个别气孔，其直径最大为 3为 2不得彼此相连； 4) 装 面可不加工； 件的工艺分析 更多资料，配套三维图 机床所设计的专用夹具，主要目的，为粗、精镗三个轴承孔三个轴承孔而设计加工的。 其中： 孔 直径80； 孔 直径52； 孔 直径62。 从变速箱整体零件图来看，我们主要需加工几组孔系和箱体顶表面。对变速箱体的定位方式，我们采用面定位，而不是“一面两销”，原 因主要是因为在工件表面上，不适合加工定位销孔。 零件加工过程，具体步骤如下： 1）先加工下盖面，再以下盖面为定位基准，对其余表面进行加工处理； 2）采用面定位，借助专用夹具，保证零件尺寸与形位公差； 3）以在具体加工过程中，挑选零件上底面作为基准面，用支撑钉钉住，使机床后面能顶住零件，最后，打开油缸进行对零件的加工。 艺方案的制定 因为本次加工过程，需要加工箱体的三个轴承孔，就需要使用多把镗刀进行粗镗或精镗加工，为有效提高劳动生产效率，我们采用的镗削方式为双面多把镗刀同时镗削的加工方式。我们需要确 定刀具的选择还有定位方式，安排如下： 1） 定位：因为需要对于工件侧面的三个轴承孔进行加工，工件上的 6个自由度需要局部限制，对于本次设计中要求，要进行完全定位，工件上底面有 3个自由度约束，每个侧面约束一个自由度，然后端面再进行限制一个自由度； 2） 刀具：翻阅组合机床机床设计第一册第五章，四节内容，知道镗孔直径数据。 孔 :截面 16 16的硬质合金钢镗刀，主偏角 60，镗杆直径选取 60 孔 :截面 大小 为 1212， 材质为 硬质合金镗刀 ,主偏角 50,镗杆直径为 40 孔 :截面 大小 12 12， 材质质地 硬质合金镗刀 ,主偏角 50,镗杆直径 45 在镗杆上安装镗刀时需要镗刀倾斜适当角度，以满足在镗杆内，镗刀有足够的安装长度和合理位置来安装夹紧与螺钉的安装。 在整个系统进程中，工件的材质是不均的，会因此产生碎屑，掉入工件内，阻止工件加工过程的有序进行，一般情况下，镗刀刀尖处要略微高于孔中心，以达到增大镗刀支撑面积的作用。所以根据镗杆直径，倾斜角 =12，但是这样会引起前角变小，后角变大。综合考虑，在刀磨时必须加大前角减少后角。但是通过实践操作，我们知道，前角角度太大也会间接影响刀尖强度，故孔中心与镗刀刀 尖间的距离不能太大；经多次实验证明，组合机床加工中等直径孔过程中，最合适的位置是，最好是 高于孔中心， 大约 1/2加工孔径处。即 ：80孔为 22孔为 2孔为 1.3 垂直镗杆轴心线的截面内，镗刀前后角约 5 6 更多资料，配套三维图 3）机床：卧式双面组合镗床 序图的制定 根据 具体的 工艺方案， 通过原有的基础结构 ，标明机床或自动线的加工内容，顺便加上必要技术参数说明，而绘制的图纸称为工序图。工序图也是组合机床设计与生产制造时，结构调整、精度保障，后期维修护理的主要依据。 主要包括以下内容： 加工基 面、夹压方向及其位置； 被加工零件形状； 所生产 零件的 编号、名称、 材料 性质 、硬度 大小，还有 被加工 的零件的部分余量 ； 加工表面的 表面参数，如尺寸大小、精度要求、位置尺寸，甚至位置精度还有技术条件的要求 。 还有上道工序的加工要求与机床选择要求。 下图即为本次设计的加工工序简图： 图 3加工工序简图 定工件的定位方式 一个工件意义：让定位元件精准的在规定的位置上定好位，而使得工件定位准确； 按批次放入夹具的工件意义：使得批量生产过程中 ，工件占有统一的位置。 在实际生产中，不是在任何情况下都必须限制工件的六个自由度，而是需要依据具体的加工要求，限制必要的自由度，依此可类分成以下四种定位方式： 1）完全定位 一个工件有 6个自由度，我们要对工件的所有的自由度进行限制，确保工件完全固定，实现完全定位（当工件在 3个坐标轴上都有明确的精度要求时，就用完全定位）； 更多资料，配套三维图 2） 不完全定位 与完全定位不同，按照加工要求，不需要对对应工件，实现六个自由度全部定位，即约束的自由度小于等于 5个时，这种定位方式，我们叫它不完全定位； 3） 欠定位 例如，需要将工件所有自由度全 部限制，但是我们仅仅约束了几个（小于 6），那么，我们称这种情况为欠定位； 4） 过定位 需要限制约束的自由度，我们使用不少于一种固定方式进行自由度的约束，我们称这种定位方式为重复定位，或超定位。 因本次设计对象是减速箱体双面镗削时所用的夹具，所以工件采用完全定位。 我们根据定位基面所限制得自由度个数，可将定位基面分为以下几种： 1） 主要定位基面 可以限制工件三个自由度，选择工件的比较大的面作为主要的定位基面； 2） 导向定位基面 一般限制工件两个自由度，一般选择窄长面作为导向定位基面，除此之外还需要保 证两个支承间的距离足够大； 3） 双导向定位基面 双导向定位基面的选择，一般是圆柱面，并且限制工件四个自由度； 4） 止推定位基面 只限制工件一个自由度，但是这个自由度是移动自由度的定位基面； 5） 防转定位基面 限制工件一个自由度，且这个自由度是转动自由度的定位基面，除此之外，防转支承点应尽量距离工件的回转轴线远些。 本次设计夹具的工件是箱体零件，是机械制造生产行业中的关键性零件，且工序多、劳动量大、精度要求高。“一面两销”是在组合机床加工时，这类箱体（汽缸体、气缸盖、后桥、离合器本体等）常用典型的定位方式。 根据工件零件 图，我们可以知道减速箱体，并不具有“一面两销”定位基准，所以采用以三个平面进行定位的平面定位法。主要的定位面选择箱体件平面作为设计基准面之一。 除此之外，在选择的工艺基面时，须遵循以下几项原则： 1） 组合机床的定位基面尽量选择设计基面； 2）定位基面的选择应尽量确保工件的加工的稳定性； 3）在保证一次安装的基础下，所选取的工艺基面，要能够对较多的面加工； 更多资料，配套三维图 4）基面统一原则； 5）选择的定位基面，要便于工件夹紧，简化夹具结构； 6 )如果选择的定位基面，不符合理想基面的标准，我们可以添加辅助支承结构。 由图3可知 ,为实现完全定位，我们选择 位元件的选择及布置 我们可以运用不同类型的定位元件，确定工件在夹具中的位置。 由加工工序简图知 ， 因为本次设计的是减速箱体，不适合加工定位销孔，并不适用 “一面两销”， 所以我们最后确定平面定位法作为定位方法 。 变速箱体的 定位元件选择、布置 情况 ， 如下表 3 承板定位，限制三个自由度 安装挡板 扳手扳紧，与挡板起到左右固定作用 安装扳手 油缸夹紧 用一个支承钉来顶住，限制 表 3算定位误差 夹具误差的计算，包含由夹具设计、制造和夹具使用，引起的各项误差的计算； 出现定位误差的环节是装夹过程，因定位准确性问题，造成批次工件在加工精度参数（尺寸、位置）上的误差。作为分析计算定位误差的重要指标，我们可以分析计算定位误差数值，发现其具体的影响因素。然后通过分析影响因素，想方设法减小定位误差的数值，达到提高夹具的精度。 本次设计对象是箱体镗孔所需夹具设计，我们所选定的定位基准与设计基准是重合的 ， 所以 工件的定位面和定位元件的平面是相互接触的，并且两者的接触部位不发生变化 ， 所以，E=0， 定位误差 P=E+B=0。 此 外，基准 ， 并且 工件的自由公差为 以我们知道，这种定位方案可行。 04210. 1 ，更多资料，配套三维图 0 4 夹紧力的分析与计算 述 夹紧装置 的合理设计，对工件的生产效率提高及工件加工的安全性、可靠性都有很大的影响。加工装置的合理设计，可使工件获得特定位置，并且在外力作用下，不产生振动与偏移，进而来保证工件的质量和工件生产加工的安全性。夹紧力的力源装置、夹紧元件、中间传力机构三部分共同组成了一般夹紧装置。 图 4件的受力分析图 夹紧装置的要求： 1） 在整个夹紧过程中，夹紧装置不能改变原先设定的工件定位的位置； 2） 适当的夹紧力可以确保工件在整个加工过程中，可以相对保证工件位置的稳定性，机床运作时没有 振动，也没有过大的变形量； 3） 结构得尽量的简单、方便制造、维修和维护； 4） 使用性好，操作安全、方便、省力。 大方面讲，要确定夹紧力，也就是要对夹紧力作用点、方向、大小进行全方位的确定。 紧力的方向及作用点 的分析 夹紧力方向的确定需要注意以下几点： 1） 朝着主要定位面； 2） 应有助于定位； 3） 应有利于减小夹紧力； 4） 和工件刚性最大的方向一致，以此减小工件因为夹紧力过大而产生变形。 更多资料，配套三维图 1 此外，夹紧力的大小与其方向的选择密切相关 ， 所以选择方向时应尽量减小夹紧力。 夹紧力的方向，与切削力的方向有以下几 种组合 ： 1）最有利是两者方向一致，此时夹紧力较小； 2) 如果两个力的方向相异时，那么夹紧力的大小必须大于切削力，但出现这种情况多数对于工件加工时不利的； 3） 比较多见的是两者方向垂直，依靠 夹紧力产生的摩擦力 平衡 切削力， 这样往往 所需夹紧力 会比较 大。 根据对本次夹紧力的研究分析，属于第三种类型，即： 切削力方向 ： 水平 夹紧力方向 ： 垂直向下 夹紧力作用在工件刚性良好的地方，使得工件与接触面之间产生作用力，然后再切削力的间接影响之下产生静摩檫力而使得工件保持静止状态，而实现工件夹紧的目的。 的确定 夹紧力作用点确定需注意： 1） 夹紧力作用点应使夹紧力落在支承面积之内，作用点的集中，会破坏工件定位，进而损坏工件精度； 2） 作用在工件上刚性良好的地方，对于刚性差的工件，要注意减少夹紧力造成的变形； 3） 应靠近工件加工面，提高工件切削部位的刚性、抗振性。 如果仅仅凭借一个作用点想达到以上三项条件几乎是不可能的，所以， 在多数情况下 ，实现多点夹压以满足工件夹紧的更加坚固 。 虽然一再强调多点夹紧，但是必须要对每个夹紧的地方都要安装特定的夹紧装置。借助多变的压板形状，我们就可以达到多点夹紧。 所以，为实现工件 多点 夹压夹 紧 ， 我们 采用浮动压板 ，在 80孔有勒板 处 和工件壁厚处 选择夹紧点 。 紧力的大小 削力的计算 1） 孔的计算如下： 粗镗： 主 切削 力 F F Fz z y p a f v k）式（ 套三维图 2 式中 与工件材料、刀具材料有关的影响系数 ，其大小与实验条件有关； 背吃刀量对切削 各 分力的影响指数； 进给量对切削 各 分
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