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柴油机 缸体 底面 组合 机床 总体 整体 夹具 设计

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1 12 13 1 4 580 1150 44 1被加工零件图号名称材料气缸体机床计算时取1底面粗铣 工序号序号 加工宽度 (工作行程 (切削速度 (m/步名称备注生产率计算卡每分钟转速(r削深度(加工时间 辅助时间 共计1 56 9 机床计算时取1件工时机床生产率工序号90%402进给速度(mm/给量(mm/r)工时(盐城工学院毕业设计说明书 2006 目 录 1 前言 1 2 机床总体设计 3 加工零件分析 3 床结构的确定 3 组合机床的特点 3 削用量的确定 3 各部件的造型 4 制“三图一卡” 7 3 夹具设计 12 述 12 计的前期准备 13 位装置的确定 13 定夹紧方案 16 他元件的设计 18 具的公差配合及技术要求 18 序的精度分析 21 4 总结 25 5 参考文献 26 6 致谢 27 7 附录 28 外文翻 译 专 业 机械设计及自动化 学 生 姓 名 陶 金 丞 班 级 B 机制 023 班 学 号 0210110333 指 导 教 师 刘 道 标 1 柔性制造 陶金丞 译 摘要 ： 在制造中，生产率和柔性之间经常存在协调一致的问题。在该领域的一端是具有高生产率却低柔性的连续生产线；在该领域的 另一端是能提供最大柔性的独立的计算机数字控制的机床，但它只能进行低生产率的制造。柔性制造出在此连续统一体中间。在制造中总是需要一个系统，这个系统比单个机床能制造更大批量且用于更多制造过程，但仍保持起柔性。 关键词 ：柔性制造、协调一致 柔性制造的定义 ： 计算机集成制造的前一部叫做柔性制造。 柔性在现在带制造环境中是一个重要的特征。它意味着一个制造系统是用途多且适应性强，同时又能进行产量相对较大的制造。柔性制造 系统是多用途的，这是因为它能制造多种多样的部件。它适应性强，因为它能很快地加以改变来制造完全不同的另一 种部件。这种柔性在竞争激烈的国际市场上可能成败有别。 这是一个平衡的问题。独立的计算机数字控制（ 床有着高度的柔性，但是只能处理批量相对较小的制造。正相反，系列连续生产线能进行批来年感较大的制造，但都不灵活。柔性制造试图运用工业技术在灵活性与制造运行之间达到最佳的平衡。这些工业技术包括自动化的材料、处理、成组技术及计算机和分布数字控制。 柔性制造系统（ 一个独立的机床或一组机床服务于一个自动材料处理系统 /它是由计算机控制的而且有对刀具处理的能力。由于它有刀具处理能力并能受计算机控制，这样的系统 可以不断地重新配置来制造更加多样的部件，这就是它被称作柔性制造系统的原因。 一个制造系统要成为柔性制造系统必须具备的要素有： 1 计算机控制 2 自动处理材料能力 3 刀具处理能力 柔性制造向全面集成化制造的目标迈进了重要的一步。它实现了自动化制造过程的集成化。在柔性制造中，自动化的制造机器（如车床、铣床、钻床）和自动化 2 材料处理系统之间，通过计算机网络进行即时的沟通。 柔性制造的概况 ： 通过综合几个自动化的制造概念，柔性制造系统全面集成化的制造目标迈出了重要的一步，这些观念是： 1 独立机床的计算机数字控制 2 制造系统的分布 式数字控制 3 自动化的材料处理系统 4 成组技术 当这些自动化工艺、机器和观念合成到一个集成的系统时，就产生柔性制造系统。在柔性制造系统中，人和计算机起了重要作用。当然人的劳动量比手工操作的制造系统要小得多。然而，人仍然在柔性制造系统的操作中起着至关重要的作用 。 人的任务包括几个方面： 1 设备故检、维护和修理 2 刀具的变换和设置 3 安装和拆卸系统 4 数据输入 5 部件程序的变换 6 程序的开发 柔性制造制系统设备象所有制造设备一样，必须友人监管以免出现失常、机器程序错误，以及故障。当发现问题时检修人员必须确定问题的根源，然后给出正 确的措施。人还要采取指定的措施来维修运行不正常的机器。甚至当所有系统都正 常运行时，定期的维护也是必要的。 操作人员还要根据需要设置机床，换刀具、以及重新配置系统。柔性制造系统的刀具处理能力削弱了，但并有消除，在刀具变换和设置上仍需要人力。在装卸柔性制造系统时也是这样。一旦原材料被送到自动化材料处理系统上，它就会以规定的方式，在系统中移动。然而，初装到材料系统处理系统仍 然是由操作人员完成的；成品的拆卸也是同样。 与计算机的交流仍需人力完成。人开发零件程序，通过计算机控制柔性制造系统。当重新配置 造另一 种类型零件时，他们还在必要的时候变换程序。人在柔性制造系统中劳动力密集型的成分越来越少，但仍然是很重要的。 3 柔性制造系统中的各层次控制都是由计算机来完成的。在刀具柔性制造系统中独立的机床是由 控制的。整个的系统是由 控制的。自动化的材料处理系统是由计算机来控制的，其他功能如数据收集、系统监控、刀具控制、运输控制也是计算机控制的。人机交互是柔性制造系统中的关键。 柔性制造的历史发展 ： 柔性制造产生于 20 世纪 60 年代中期，当时英国莫林斯有限公司开发了 24 号系统。 24 系统是一个真正的 而，它从 一开始就注定是失败的，因为自动化、集成 和计算机控制技术还没有发展到能够恰好支持这一系统的程度。第一个 超迁的开发。因此，最终因不能工作饿被放弃。 再 20 世纪 60 年代和 70 年代的期于时间里，柔性制造仍是一个学术观念。然而，随着复杂计算机控制技术在 20 世纪 70 年代末和 80 年代初的出现，柔性制造变成为可能。在美国最初的主要用户是汽车、卡车和拖拉机制造商。 柔性制造的理由 ： 在 制造中，生产率和柔性之间经常存在协调一致的问题。在该领域的一端是具有高生产率却低柔性的连续生产线；在该领域的另一端是能提供最大柔性的独 立的计算机数字控制的机床，但它只能进行低生产率的制造。柔性制造出在此连续统一体中间。在制造中总是需要一个系统，这个系统比单个机床能制造更大批量且用于更多制造过程，但仍保持起柔性。 连续生产线能以高生产率制造大量的零件。这条生产线需要大量的准备工作，但却能造出大量的相同的零件。它的主要缺点 是即使一个部件杂设计上有小的改变都能造成整个生产线的停产和结构改变。这是一个致命的弱点，因为这意味着没有高成本，耗时停工和变化生产线结构是不能制造出不同的零件的，即使是来自同一个零件族。 传统上计算机数字控制机床是用来制造少 量在设计上稍有不同的零件。这种机床很适合这一用途，因为它们能迅速地改变程序开适应设计上小的或者更大的变化。然而，作为独立的机床它们不能大量地或高生产率地制造零件。 柔性制造系统比独立的计算机数控机床具有更大的生产能力和更高的生产率。它们在柔性方面比不上计算机数字控制机床，但它们却相差不多，柔性制造的中间性能的特殊意义在于大多数铸造要求中等量的的生产率来制造中等量的产品，同时有足够的的柔性以快速改变结构来制造另一个零件或产品。柔性制造 填补了制造中长期存在的空白。 4 柔性制造以其基本能力给制造者提供了许多优点： 1 族内具有柔性在一个零件 2 随意进给零件 3 同时制造不同的零件 4 准备时间和产品设计到投产的时间减少了 5 机床的使用更有效 6 直接和见解的人力成本减少 7 能加工不同的材料 8 如一台机床故障能继续进行部分生产 柔性制造系统的软件 ： 软件是驱动柔性制造系统的主要的不可件的因素。 要求的软件有两个基本的层次： 作系统软件是最高层次，是计算机制造商特别规定的并对应用软件进行监督控制。应用软件通常是由系统供应商开发和提供的，它包口所有的 特定程序和例行程序。 应用软件是很复杂的 ，而且具有很强的专利性质。对于很多公司来说，它体现了几百名工人很多年开发努力的结晶。它通常是由几个模块组成。每个模块又是有由一系列与系统内部运行的各种功能相关的计算机沉痼系和例行程序组成。这些包括从 机下载的 分程序到机床控制器、运输和材料顺序的开发、工件的工序、模拟和刀具管理。所有这些软件模块必须得到很好的饿设计，并且能够可预测地、可靠地、相互作用地运行以便 达到最高的运行效率和可接受的水平。设计不好的软件使制造商不能获得 充分的柔性和潜能。 由于 件是柔性制造系统的命脉，它也 是一个 最复杂、最难以理解和在战略上重要的方面。如果构件和编码得恰当，进行了反复地测试，并且充分地运行的话，它可以使 到前所未有的生产性能水平。应补充说一句，所有完成的 、完全运行中对该系统彻底的检查后，才能被认为是可接受的。 软件设计的模块化并不一定以为着使用相同或类似的软件模块的所有都是一样的。很多 户有特殊的和内行才懂的各种要求来适应于他们自己的应用和操作考虑。这样的一些要求可能会包括特殊的 件模块来连接一个新的 已存在的自动存储和检索系统。或者 ，使 主机上直接接受生产要求和零件工序信息。 5 总之，像其他计算机软件一样， 件，就像开发和为之编码的人一样，独立而各具特点。重要的是生产环境下它能做什么并运行得如何。 6 In At of of At of NC m of in of in a he is is an in It a is of A is in it a of It is it be to a of be in a It is a of a of of As of of is an to in a as to 7 A is an or of by an is a of a be to a of is it is a a to as MS as 1. 2. . a of It of In a is a a of by 1. of . of . 4. of in MS is in of is a of a in of 8 1. 2. 3. 4. 5. of 6. of be a is a to is up as of MS in is of it is in is by as is of MS as MS to of or in at in MS is by MS is is as is to 9 in 4. a it to MS a of As it as an of 960s 970s. of on 970s 980s, a of in if n At of of At of NC of in of in a of of at a of in is in a to be is a it ad to 10 in be to or as in or at MS NC is of is to to to or in a of 1. a of 2. of 3. of 4. 5. 6. 7. to 8. to if is of is is is by MS MS is of 11 it is of of is up of a of to C MS to be in MS to at it is of a is of it MS at It be MS be it in in s of or MS to of MS to an to a MS or to MS of is as as is it it in a 盐城工学院毕业设计说明书 2006 1 1 前言 根据工件加工的需要，以独立的通用部件为基础，配以部分专用部件组成的专用机床，称之为组合机床。它适用于小批、大批、大量生产企业，多用于加工量大的大、中型箱体和箱体类工件，完成钻孔、扩孔、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。 通用部件是组成组合机床的基础。用来实现机床切削和进给运动的通用部件，如单轴工艺切削头、传动装置、动力箱、进给滑台等为动力部件。用以安装动力部件的通用部件如侧底座、立柱、立柱底座等称为支承部件。 组合机床的特点： a组合机 床由 70 90%的通用部件组成，可以缩短设计和制造周期。而且在需要的时候，还可以部分或全部进行改装，以组成适应新加工要求的新设备。这就是说组合机床有重新改造的优越性，其通用部件可以多次重复利用。 b组合机床是按具体加工对象专门设计的，可以按最佳工艺方案进行加工。 c 在组合机床上可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工件进行加工，是实现集中工序，提高生产效率的最好途径。 利于保证各孔相互之间的精度要求，提高产品质量；减少了工 件工序间的搬运，改善了劳动条件；减少了占地面积。 e由于组合机床大多数零、部件是同类的通用部件，简化了机床的维护和修理。 f组合机床的通用部件可以组织专门工厂集中生产，有利于提高产品质量和技术水平，降低制造成本。 随着电子技术的飞速发展，根据大批量生产多样化、中小批量多品种生产高效化的要求，以及产品更新加速的特点， 70年代以来发展了新型组合机床 是应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具、刀具的自动更换，配以可编程序控制器（ 数字控制（ ， 能任意改变工作循环控制和驱动系统，能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。 在我国，组合机床发展已有 28 年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。 机床夹具是在机床上加工零件时所使用的一种工艺设备，用它来准确地定位工件与刀具之间的相对位置，即实现工件的定位与夹紧，以完成加工所学要的准确相对运动。 由于夹具能有效地保证加工精度和提高劳动生产率，故已成为机械加工中不可缺少的 工艺装备。为了适应机械制造业中产品更新快、品种多、中小批生产的要求，柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 2 近些年来夹具设计的发展表现在以下几个方面： a通用夹具朝高精度、高效率、大范围方向发展； b专用 夹具 的发展不仅注重高精度与高效率，而且朝标准化与规格化方向发展； c大力发展可调整夹具与组合夹具 ； b发展能扩大机床使用范围和性能的夹具 ； e夹具的设计与制造采用新工艺、新结构、新材料 。 盐城工学院毕业设计说明书 2006 3 2 机床总体设计 2 1 被加工零件分析 被加工零件：柴油机气缸体 材料： 度： 产量： 65000 件 加工部位：顶底面 加工要求：气缸体表面粗糙度被加工到 6.3 m ，顶底面尺寸至 427 2 2 机床结构的确定 根据被加工零件加工要求：顶底面两面粗铣，选择双面铣组合机床。 被加工零件置于移动工作台上，两边分别设两把铣刀，以两个电动机驱动。 另外还应 有部件包含：两个侧底座，一个中间底座，两个铣削头，及两个主轴箱 及夹具。 2 3 本组合机床的特点 行大行程走刀， 2 4 切削用量的确定 在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方法和关键工序的切削用量选择是十分重要。切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的结构形式及工作可靠性均有较大的影响。 2 4 1 切削用量选择的特点 a组合机床长采用多刀多刃同时切削，为尽量减少换刀时间和刀具的消耗，保证机床的生产率及经济效果，选用的切削用量比普通机床单刀加工时 低 30%左右。 b组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给。因此，同一滑台带动的多轴箱上所有刀具的每分钟进给两相同，即等于滑台的工进速度。 2 4 2 切削用量选择的方法 a应尽量作到合理使用所有刀具，充分发挥其使用性能。 b复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用寿命。 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 4 c多轴镗孔主轴刀头均需定向快速进退时，各镗轴转速应相等或成整数倍。 2 4 3 刀具的选择 根据被加工平面 250 25030 330 为大平面，以及被加工零件材料为 选择硬质合 金端铣刀。文献资料 8 格： 400 齿数： 20 2 4 4 铣削用量的确定 根据： 质合金端铣刀 b被加工零件材料： c工序：粗铣 查得： 2 5取 4mm v： 50 80m/ 取 80 m/平面尽量取大原则） c每齿走刀量： z 取 0.2 mm/z（大平面尽量取小原则） 文献资料 9 速： n=v 1000/ D=80 1000/400=整为： n=64 r/际切削速度： n D/1000=分钟进给量： Vf=f n=20 60=240mm/ 4 5 计算切削功率 根据：每分钟进给量： 40mm/ 铣削深度： 180 铣削深度： 铣削宽度： 80每齿进给量 : z 查表得： 根据文献资料 9 于功率损耗，取 =电 机= = 5 各部件的选型 2 5 1 选择电动机 根据： = 择电动机 根据文献资料 9 城工学院毕业设计说明书 2006 5 参数： 表 2动机参数 电机转速 输出轴转速 动力箱型号 1135 1460 730 1 2 5 2 选择铣削头 根据电动机功率： = 以及刀盘直径： =400取铣削头 1滑套） 根据文献资料 9 数： （如图） 图 2铣削头 表 2铣削头尺寸参数 23400 500 60 355 00 80 图 2削头 联系尺寸 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 6 再根据铣削头查得尾置式齿轮传动铣削头联系尺寸 根据文献资料 9 ： 表 2系尺寸 B L H 400 355 400 630 160 380 535 200 50 d 410 125 18 2 5 3 选择工作台 根据被加工要求，即同时铣气缸体的两面，铣刀在加工过程中不移动，故选择移动工作台 。由移动工作台 在加工过程中，实现快进和工进。 根据被加工零件尺寸： 被加工平面 250 25030 330底面距离为 427 移动工作台的宽度 W=800 铣削宽度： 80具底座宽 1140 移动工作台的最小行程为 1150移动工作台，型号： 1 根据文献资料 9 数： （如图） 图 2表 2W H S 800 280 1150 1250 2440 232 232 230 2 5 4 选择侧底座 侧底座用于卧式组合机床，其上面安装滑台、主轴箱、铣削台等部件，侧面与中间底座相连接时用键或锥销定位。侧底座的长度应与滑台相适应。 因为该机床无滑台， 所以侧底座尺寸根据铣削头和主轴箱尺寸定。 由： L=63080 根据文献资料 9 择 1底座长定为 1100取 810取 630m。 盐城工学院毕业设计说明书 2006 7 2 5 5 选择中间底座 中间底座其顶面安装夹具或输送部件，侧面与侧底座或立柱底座相连接，并通过端面键或定位销定位。根据机床配置形式不同，中间底座有多种形式，如：双面卧式组合机床的中间底座，两侧面都安装侧底座；三面卧式组合机床的中间底座为三面安装侧底座；立 式回状工作台式组合机床，除了安装立柱外，还需安装回转工作台。总之，中间底座的结构，尺寸需根据工件的大小、形状以及组合机床的配置形式等来确定。因此，中间底座一般按专用部件进行设计，但为了不致使组合机床的外廓尺寸过分繁多，中间底座的主要尺寸应符合国家标准规定。 根据多工位移动工作台尺寸：宽 W=800 L=2800根据文献资料 9 间底座尺寸选为：宽： 900 长： 2800高： 652 5 6 机床分组 为了便于设计和组织生产，组合机床各部件和装置按不同的功能划分编组。 组号划分如下： 第 10 19组 支承部件。一般由通用的侧底座、立柱及其底座和专用中间底座等组成。 第 20 29组 夹具及输送设备。夹具是组合机床主要的专用部件，常编为 20组，包含工件定位夹紧及固定导向部分。 第 30 39 组 电气设备。电气设计常编为 30 组，包括原理图、接线图和安装图等设计。专用操纵台、控制柜等则另编组号。 第 40 49组 传动装置。包括机床中所有动力部件如动力滑台、动力箱等通用部件，编号为 40组，其余需修改部分内容或专用的传动设备则单独编组。 第 50 59组 液压和气动装置。 第 60 69组 刀具、工具、量具和辅助工具等。 第 70 79组 主轴箱及其附属部件。 第 80 99组 冷却、排屑及润滑装置。 第 90 99组 电气、液压、气动等各种控制挡铁。 2 6 绘制“三图一卡” 绘制组合机床“三图一卡”，就是针对具体零件，在选定的工艺个结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等。 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 8 2 6 1 被加工零件工序图 图 2说明： a在此道工序前，上一道工序为粗铣该图中的上下 两表面。 b在此工序中，把图中下表面做为定位基准面，上表面有四个对称的加紧点，下表面用两个支承板支承，并在下表面上的两个孔中装两个定位销，即采用一面两销定位。为防止过定位，两个销采用一个圆柱销和一个削边销的组合。 c本工序把顶底面尺寸加工至 427 面粗糙度被加工到 6 2 加工示意图 图 2盐城工学院毕业设计说明书 2006 9 说明： a切削功率： P=b. 切削速度： V=80mm/c. 铣削深度： a=4mm d. 每分钟进给量： V=240mm/e. 转速： n=64r/ 6 3 机床 联系 尺寸总图 图 2床联系尺寸图 说明： a铣削动力由左右两个电动机提供。 b被加工零件的快进和工进由移动工作台提供。 c机床装料高度为， 650家标准为 8501060该机床由于被加工零件尺寸较大，且工人需在零件上表面实行对零件的手动夹紧（手动夹紧高度为1300而装料过程相对容易。故降低了装料高度。 2 6 4机床生产率计算卡 根据加工 示意图所确定的工作循环及切削用量等，就可以计算机床生产率并编制生产率计算卡。生产率计算卡是反映机床生产节拍或实际生产率和切削用量、动作时间、生产纲领及负载率等关系的技术文件。它是用户验收机床生产效率的重要依据。 a理想生产率 Q（单位为件 /h）是指完成年生产纲领 A（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。它与全年工时总数般情况下，单班制350h，柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 10 两班制600h，则： Q=65000 4600 =件 /h) b实际生产率 1（单位为件 /h） 是指所设计机床每小时实际可生产的零件数量。则： 02 式中 可按下式计算： T单=t切+L快 进 快 退12 移停 装f 1 f 2 f + + t ） + （ + t + t ）V V V（ 2 式中 1L、2第工作进给长度，单位为 1L=580此工序中只有一次工进，故2L=0 第工作进给量，单位为 mm/ 56mm/此工序中只有一次工进，故 停孔、锪窝、倒角、光整表面时，滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转 5 10转所需要的时间，单位为 转速： n=64r/停刀时间停t=5s 快 进L、快 进退行程长度，单位为 快 进L=350 进L=950 机械动力部件时取 5 6m/液压动力部件时取 3 10m/ 在此机床中采用机械动力部件，m/ 移般取 此工序中取移t= 装 卸（包括定位或撤消定位、夹紧或松开、清理基面或切削及吊运工件等）时间。它取决于装卸自动化程度、工件重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。通常取 工序中，夹具的装夹为手动装夹，故需要的时间较长，取装 卸t=1 所有数据代入式，得 入式，得 /h） c机床负荷率 负在次机床中， /h）， Q= /h），即 ，所以机床负荷率为二盐城工学院毕业设计说明书 2006 11 者之比。即： 负=1Q Q =90% 对于一般组合机床负荷率一般在 处机床负荷率 负符和标准。 表 2生产率计算卡 生产率计算卡 被加工零件 图号 毛坯种类 铸铁 名称 气缸体 毛坯重量 材料 度 180 240 工序名称 顶底面粗铣 工序号 2 序号 工步名称 被加工零件数量 铣削深度(加工宽度(工作 行程(切削速度(m/ 每分钟转速(r 进给量(mm/r) 进给速度(mm/工时 (机加工时间 辅助时间 共计 1 装卸工件 1 1 1 2 工作台快进 1 工作台工进 1 4 580 1150 4 4 256 工作台快退 1 注 装卸工件时间取决于操作者熟练程度 ,本机床计算时取 1计 件工时 床生产率 /h 机床负荷率 90% 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 12 3 夹具的设计 3 1 概述 在机械制造的机械加工、检验、装配、焊接和热处理等冷热工艺过程中，使用着大量的夹具，用于安装加工对象，使之占有正确的位置，以保证零件和产品的质量，并提高生产效率。 3 1 1 夹具的作用 a保证加工精度，稳定加工质量。 由于采用专用机床夹具安装工件，可以准确地确定工件相对刀具和 机床切削成形运动的相互位置。所以，加工精度易于保证，不受或少受各种主观因素的影响，可以稳定加工质量。 b提高劳动生产率，降低加工成本。 采用机床夹具安装，可使工件夹紧牢靠，有利于采用较大切削用量，减少机动时间。以达到提高生产率。 由于采用与生产规模相适应的夹具，使产品质量稳定，废品大大减少，劳动生产率提高，可使用低等级工人等，皆可大大降低加工成本。 c扩大机床工艺范围，实现“一机多能”。 在批量不大的生产条件下，工件的种类和规格多，而机床品种和数量却有限。采用机床 夹具，可使机床“一机多能”。 d减轻劳动强度，保证安全生产。 使用专用夹具安装工件，定位方便、迅速，夹具又可采用增力、机动等装置，因此可以减轻工人的劳动强度。根据加工条件，还可以设计防护装置，确保操作者安全。 e在流水线生产中，便于平衡生产节拍。 工艺过程中，当某些工序所需工序时间特别长时，可以采用多工位或高效夹具等以提高生产效率，使节拍平衡。 3 1 2 机床夹具的分类 a通用夹具 ： 通用夹具是指已标准化，且有较大适用范围的夹具。 b专用夹具 ： 专用夹具是指根据零 件机械加工工艺过程中的某一工序而专门设计的。 c可调整夹具 ： 可调整夹具是在加工完一种工件后，经过调整或更换个别元件，即可加工形状相似，尺寸和加工工艺相近的多种工件。 d专门化拼装夹具 ： 这类夹具是针对某工序加工要求，由事先制造好的通用性较强的标准元件和部件拼装而成。 盐城工学院毕业设计说明书 2006 13 e自动化生产用夹具 ： 自动化生产用夹具是专门用于自动线和数控机床。 3 1 3 机床夹具的组成 a定位元件或夹定位装置 定位元件或定位装置是指用于确定工件在夹具中正确位置的元件或部件。 b 夹紧元紧或夹紧装置 夹紧元紧或夹紧装置是指用于夹紧工件，使其在外力作用下仍能保持其既定位置的元件或部件。 c对刀、引导元件 对刀、引导元件是指用于确定、引导刀具与夹具定位元件互相位置的元件。 d连接元件 连接元件是指用于保证夹具与机床间相互位置的元件。 e夹具体 夹具体是指用于连接夹具各组成部分，使之成为一个整体的基础件。 f其他元件及装置 根据工件加工要求，有些夹具除上述组成部分外，还需要设置其他元件或装置 。 3 1 4 夹具设计方法与步骤 a设计前的准备 b拟定夹具结构方案、绘制草图 确定定位方案 对刀和导向方式的选择 确定夹紧方案 设计夹具体，绘制夹具结构草图 c绘制夹具总图 d绘制夹具零件图 3 2 设计的前期准备 件为柴油机气缸体，才料为铸铁，该工序的加工要求是顶底面粗铣， 铣削气缸体表面至 6.3 m ，顶底面尺寸至 427 b 此道工序是在两侧面粗铣完成后的进行的，所以在该工序在铣顶底面时，可以把两侧面作为基准平面和定位平面。 c 机床为双面铣组合机床，夹具体的安装高度为 345 d 所使用的刀具为 硬质合金端铣刀，规格 400， 3 3 定位装置的确定 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 14 3 3 1 概述 工件在加工前，必须首先使它相对于刀具和切削成形运动占有正确的位置，即工件的定位。工件在夹具中的定位，是指同一批工件中的任何一个，在夹具中按定位要求与定位元件相接触或配合，都能使其占有正确位置的过程。拟定夹具设计方案时，定位方案是必须首先确定的问题 ，它对夹具总体设计方案的确定乃至整个夹具的成败，都起着决定性的作用。 工件定位的基本原理：又运动学已知，任一刚体在空间三个互相垂直的坐标系中，有六个自由度，即沿三坐标轴的移动自由度和绕三个轴的转动自由度，分别用 X 、Y 、 Z 、和 X 、 Y 、 Z 表示。未定位前的工件即相当于自由刚体，是无法进行加工的。因此，为了使工件在夹具中有一个正确位置，必须对影响工件加工面位置精度的自由度予以限制。 在该工序中，采用全定位夹具对被加工零件进行夹紧。 全定位：工件在夹具中定位，如果夹具有六个支承点，则工件的六个自由度全被夹具所限制，使工件在夹具中占有完全确定的位置时，这种定位方式称为“全定位”。 3 3 2 定位方式 图 3 如图 3表面用两个支承板，上表面是四个压紧点，另外下表面用两个销定位，采用一面两销定位。 为了防止过定位，增加两个孔连心先方向上的间隙，把第二个销碰到工件孔壁的部分削去，只留下左右一部分圆柱面，也起到减小第二销直径的作用。由于垂直于连心线方向上第二销直径没有减小，故对工件的转角误差没有影响。安装削边销的时候，削边方向要垂直于连心线，为了保证削边销的强度，通常采用菱形结构。 盐城工学院毕业设计说明书 2006 15 采用这样的定位方法后，圆柱销和削边销就限定了被加工零件的 X 、 Y 和 Z 三个方向的自由度；下面两个支承板和上面四个夹紧装置限制了被加工零件的 Z 、 X 和Y 三个方向的自由度。 3 3 3 定位元件 根据气缸体上孔径的大小，选择直径为 10 的圆柱销，定位销头部有 15 导角。 a 削边销尺寸的确定 根据文献资料 2 3下： 图 3表 3D(3 6 6 8 8 20 20 24 24 30 30 40 40 50 b(2 3 4 5 5 6 8 B( 上述表格可查得在孔径为 10的情况下， B=8b=4 根据文献资料 2 得极限偏差为 g6 b工件的转角误差 图 3转角误差图 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 16 L a r c t a n m i i ( 2211 （ 3 式中 2D 以菱形销定位的定位孔直径的公差； 2d 菱形销直径的公差； 菱形销 与孔的最小配合间隙 m (2 L a r c t a n m i i 11221 由上式得 )2(D )1(D 故工件在任意方向偏转时，最大转角误差为 c基准位移误差 m a i d基准不重合误差：基 准不重合误差应从定位基准到工序基准之间的所有尺寸的公差之和在加工尺寸方向上的投影，故基准不重合度误差 B =0。 最后，在求得基准位移误差和转角误差后，算得定位误差 D =值小于工件相应位置度的三分之一，即 ) 3 4 确定夹紧方案 3 4 1 设计夹紧装置的要求 为了保持工件在定位时已取得的正确位置，并且在加工过程中在切削力、离心力、惯性力等外力作用下保 证位置始终不变和不发生振动，一般夹具都应设置夹紧装置。 夹紧装置必须满足以下基本要求： 要保证在加工过程中工件不发生位移和振动，又不使工件产生的形变和损伤表面超过允许的范围； 作方便省力； 整、使用和维修。 3 4 2 夹紧力的确定 确定夹紧力就是要确定其方向、作用点及大小。为此，应根据工件定位方式、盐城工学院毕业设计说明书 2006 17 结构 特点、加工要求以及切削力与其它外力作用等情况来综合考虑。 夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力方向应垂直于主要定位面；夹紧力的方向应有利于减小夹紧力；夹紧力的方向应是工件刚性交好的方向。 根据上述准则，在本夹具设计中选择把夹紧力方向确定为从上向下垂直于水平面，即加工时被加工零件的上表面。这样一来，有助于把被加工零件固定在夹具体上，也符合夹紧力垂直于主定位面的原则。同时，这样的安排也能通过夹紧力产生的摩擦力来克服切削力。 夹紧力作用点的确定 ，是指在夹紧立方向已经确定后，来确定作用点的位置。 夹紧力作用点的选择应不破坏工件定位已经确定的位置，即应作用在支承上或支承所组成的面积范围之内；夹紧力的作用点应使夹紧系统的夹紧变形尽可能变小；夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。 根据上述准则，在本夹具设计中把四个夹紧力作用点尽量选在四角，以靠近被加工表面，并选在支承板的垂直线上，（支承板改制加长，以便于支撑点和夹紧点尽量靠近被加工表面）。 c夹紧力的大小 计算夹紧力时，为简化计算，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。根据工件所受切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹具最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后再乘以安全系数作为实际所需夹紧力。即 ()K P P/ （ N） （ 3 式中 安全系数由下式计算： K=3 式中， 下表： 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 18 表 3全系数 代入式（ 3： K=削力 P=p A p=1300/ a= x=360 中： 积 数据代入公式得， P=k=到四个夹紧点上，每个夹紧装置上设的夹紧力为 5 其它元件的设计 需要用到的元件主要有夹具体、支座、顶杆、压板、手柄、导向板、法兰盘等等。这些元件都是在设计中非常重要的元件，设计的过程主要参考文献资料 1、文献资 料 2、文献资料 9。详细设计情况 见 零件图，这里不一一介绍。 3 6 夹具的公差配合与技术要求 3 6 1 制定夹具公差与技术要求的基本原则 盐城工学院毕业设计说明书 2006 19 定夹具公差时，应使夹具的定位、制造和调整误差的总和不超过工序公差的三分之一。 须考虑夹具使用中的磨损补偿问题。在不增加制造难度的前提下，应尽量把夹具公差定得小一些。 论工件尺寸公差是单向的还是双向的，都应该化为双向对称分布的公差。 要互相重复和矛盾。凡注有公差的部位，一定要有相应的检验基准。 配等方法装配夹具时，夹具零件的制造公差可适当放大。 3 6 2 夹具公差的制定 根据文献资料 1 3工件加工尺寸公差 夹具相应尺寸公差 工件加工尺寸公差 夹具相应尺寸公差 油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 20 表 3配合形式 一般精度 较高精度 应用 定位销与工件基准孔 777,6 6 7g 5 5 5g 滑动定位件 刀具与导套 777,6 6 7g 5 5 5g 有相对运动的元件间 滑动夹具底座板 77,99有相对运动的元件间 固定支承钉定位销 777,6 6 7p 6 6 7u 3 6 3 夹具技术要求的制定 夹具上凡与工件加工要求直接有关的都应标注技术要求。 数值参考下表 根据文献资料 1 3术要求参数 技术要求 参考数值（ 同一平面上的支承钉或支承板的等高公差 位元件工作表面对定位键槽侧面的平行度或垂直度 00 定位元件工作表面对夹具体底面的平行度或垂直度 00 钻套轴线对夹具体底面的垂直度 00 镗模前后镗套的同轴度 刀块工作表面对定位元件工作表面的平行度或垂直度 00 对刀块工作表面对定位键槽侧面的平行度或垂直度 00 车、磨夹具的找正基面对其回转中心的圆跳动 城工学院毕业设计说明书 2006 21 3 7 工序的精度分析 在机械加工中不可避免地会 产生各种载荷和干扰，它们以不同的程度反映为各种加工误差。为保证加工零件能达到规定的精度，必须相应地采取各种措施，以限制和减少这些加工误差。 3 7 1 定位误差的分析与计算 根据 文献资料 1 采用调整法加工一批工件时，夹具相对刀具的位置经调定后就不再变动。由于基准不重合，一批工件依次在夹具中进行加工时，因工序基准位置变动将使工件的工序尺寸产生变化，以这个尺寸变化范围既其极限差值称为定位误差，以D表示。 本夹具是通过 一面两销定位的（如图），所以此处的定位误差为圆孔定位误差。 图 3位误差分析图 在任意方向上： 1 1 1 m i n 1 m a d （ 3 1 m a x 2 m a xa r c t a n ( ) / 2 （ 3 式中 Y1要时可以在调刀时消除），此处选 1D1 的上偏差 D2 的上偏差 油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 22 1d下偏差 d下偏差 数据代入式中得到Y= 3 7 2 夹紧误差的分析与估算 所谓夹紧误差是指在夹具中加工一批工件时，由于夹紧力的作用，使得工件和夹具元件发生变形，从而导致工件的工序基准在加工尺寸方向上产生的最大位置变动量。对一批工件而言，如果这个位置变动量是常树，一般可通过调整对刀和夹具在机床上的安装位置来消除它对加工精度的影响。 根据 文献资料 1 具的夹紧元件为压板，并以支承板支承，故用以下公式： J=1( ) / 9 . 8 1z z H B k H B C N S （ 3 J m 25 m 180 5280N S 表 3触变形计算系数 数据代入公式为，J=m 3 7 3 对刀和导向误差T夹具上的对刀或导向装置对定位元件的位置不准确，将导致加工表面的位发生变化，由此而造成的加工尺寸误差即为对刀或导向误差。 当使用铣床夹具加工工件时，采用标准塞尺和对刀块进行对刀，其对刀误差为：T=献资料 1 中 3 7 4 夹具的位置误差A夹具在机床上安装时，其定位元件对机床装卡面的相互位置误差将导致工件定位基准发生移动，从而使工序尺寸发生变化，这种误差称为夹具的安装误差。 盐城工学院毕业设计说明书 2006 23 产生夹具的安装误差的因素有： a. 夹具定位 元件对夹具体安装基面的相互位置误差。 b. 夹具安装基面本身的制造误差及其与机床装卡面间的间隙所产生的连接误差。 查 文献资料 1 根据本机床夹具安装形式，A主要取决于夹具体和安装夹具的移动工作台之间的平行度。此处平行度误差为 3 7 5 加工方法误差G加工方法误差是指在切削加工过程中，因机床