【毕业设计论文】车床衬套加工工艺及关键工序工装设计-车床衬套设计说明书【有对应的CAD图】

订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 毕业设计说明书( 论文) 题 目: 车床衬套加工工艺及关键工序 工装设计 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 中 文 摘 要 衬套是起衬垫作用的环套，衬套常用做转轴的支撑，相当于一个滑动轴承， 要求很好的耐磨性，加工精度尤其是表面粗糙度要求较高，材质常用锡青铜等铜 合金。衬套在机械行业应用非常广泛。车床衬套是在车床的轴上起衬垫和密封作 用的环套。CA6140 车床衬套所用材料是 45 钢，它是车床中的关键零件之一，生 产量比较大。为了保证产品质量，提高加工效率，需要对其加工工艺进行优化设 计，并在关键工序使用组合机床或专用机床进行加工。 关键词 衬套 夹具 工装 组合机床 本科毕业设计说明书（论文） 第 I 页 共 I 页 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 外 文 摘 要 本科毕业设计说明书（论文） 第 1 页 共 24 页 T i t l e B u s h i n g L a t h e P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y A n d K e y P r o c e s s e s M a c h i n e D e s i g n A b s t r a c t B u s h i s t h e r o l e o f t h e r i n g f r o m l i n e r k i t s , B u s h u s e d t o d o t h e s u p p o r t s h a f t , w h i c h i s e q u i v a l e n t t o a s l i d i n g b e a r i n g , r e q u i r e a v e r y g o o d r e s i s t a n c e t o a b r a s i o n , m a c h i n i n g a c c u r a c y , e s p e c i a l l y t h e h i g h e r s u r f a c e r o u g h n e s s , m a t e r i a l u s e d , s u c h a s c o p p e r b r o n z e a l l o y . B u s h i n a w i d e r a n g e o f m a c h i n e r y a p p l i c a t i o n s . B u s h i n g l a t h e a x i s i n t h e l i n e r a n d s e a l e d f r o m t h e r o l e o f t h e r i n g s e t s . C A 6 1 4 0 l a t h e b u s h i n g m a t e r i a l i s 4 5 s t e e l , i t i s a l a t h e , o n e o f t h e k e y p a r t s , a l a r g e r p r o d u c t i o n v o l u m e . I n o r d e r t o e n s u r e p r o d u c t q u a l i t y , i m p r o v e p r o c e s s i n g e f f i c i e n c y , t h e n e e d t o o p t i m i z e t h e i r d e s i g n p r o c e s s a n d k e y p r o c e s s i n t h e u s e o f c o m b i n a t i o n o r s p e c i a l m a c h i n e t o o l s f o r p r o c e s s i n g . K e y w o r d s B u s h i n g F i x t u r e F r o c k M o d u l a r M a c h i n e T o o l 目 录 本科毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 24 页 1 绪论2 1.1 毕业设计的目的及要求.3 1.2 加工工艺规程的概念及作用.3 1.3 夹具的用途及分类.4 1.4 组合机床概述.4 2 零件的分析6 2.1 零件的作用.6 2.2 零件的工艺分析.6 3 工艺规程设计7 3.1 确定毛坯的制造形式.7 3.2 基准的选择.7 3.3 制定工艺路线.7 3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定.8 3.5 确立切削用量及基本工时.9 4 夹具设计15 4.2 定位元件的选择.15 4.3 夹紧机构的设计.15 4.4 夹具设计的相关计算和分析.16 5 组合机床设计18 5.1 组合机床总体设计.18 结束语24 致谢25 参考文献26 1 绪论 本科毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 24 页 衬套是起衬垫作用的环套，衬套常用做转轴的支撑，相当于一个滑动轴承，要 求很好的耐磨性，加工精度尤其是表面粗糙度要求较高，材质常用锡青铜等铜合金。 衬套在机械行业应用非常广泛。车床衬套是在车床的轴上起衬垫和密封作用的环套。 为了保证产品质量，提高加工效率，需要对其加工工艺进行优化设计，并在关键工序 使用组合机床或专用机床进行加工 1 。 1 . 1 毕业设计的目的及要求 车床衬套是某企业产品中的关键零件之一，生产量比较大。为了保证产品质量， 提高加工效率，需要对其加工工艺进行优化设计，并在关键工序使用组合机床或专用 机床进行加工。本次毕业设计即以此为背景，要求我们根据企业生产需要和车床衬套 零件的加工要求，首先完成零件的加工工艺规程设计，在此基础之上，选择其关键工 序之一进行专用夹具及加工用组合机床设计，并完成必要的设计计算。 通过这样一个典型环节综合训练，达到综合训练学生运用所学知识，解决工程实 际问题的能力。由于个人能力所限、实践经验少、资料缺乏，设计尚有许多不足之处， 恳请各位老师给予指教。 1 . 2 加工工艺规程的概念及作用 1 . 2 . 1 机械加工工艺规程的概念 在生产过程中，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使之成为成品 或半成品的过程，称为工艺过程。它包括：毛坯制造、零件加工、部件或产品装配、 检验和涂装包装等。其中，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸、表面 质量和性能等，使其成为零件的过程，称为机械加工工艺过程 2 。 1 . 2 . 2 工艺规程在机械加工中的作用 工艺规程是指生产的主要技术文件。在制订工艺规程时，首先要确保科学性与合 理性，并在生产实践中不断改进和完善，而在生产中，则必须严格地执行既定的工艺 规程，这是产品质量、生产效率和经济效益的保证。 工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据。由工艺规程所涉及的内容可见，产 品投产前原材料及毛坯的供应，通用工艺装备的准备。机床负荷的调整，专用工艺装 备的设计和制造，作业计划的编排，劳动力的组织以及生产成本的核算等，都是以工 艺规程作为基本依据的。 本科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 24 页 在新建或扩建工厂或车间时，只有根据生产纲领和工艺规程才能正确地确定生产 所需的机床和其他设备的种类、规格和数量，车间的面积，机床的布置，生产工人的 工种、等级和数量以及辅助部门的安排等。因此，工艺规程也是工厂基础建设的基本 资料。 1 . 3 夹具的用途及分类 机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检 测的装置，又称卡具。夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置） 、 夹紧装置、对刀引导元件( 确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向) 、分度装 置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分 度装置两类） 、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成 3 。 1 . 3 . 1 夹具的用途 夹具可以在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件。用 途很广，例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。其中机床夹具最为 常见，常简称为夹具。在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的 尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求，加工前必须将工件 装好（定位） 、夹牢（夹紧） 。 1 . 3 . 2 夹具的分类 夹具种类按使用特点可分为： （1 ）万能通用夹具。如机用虎钳、卡盘、分度头和回转工作台等，有很大 的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规 格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件。 （2 ）专用性夹具。为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制 造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。常用的有车床夹 具、铣床夹具、钻模( 引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具) 、镗模( 引导 镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具) 和随行夹具（用于组合机床自动线上的移动 式夹具） 。 （3 ）可调夹具。可以更换或调整元件的专用夹具。 （4 ）组合夹具。由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新 产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。 1 . 4 组合机床概述 本科毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 24 页 组合机床是用按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工 艺要求设计的专用部件组成的专用机床。组合机车是由万能机床和专用机床发展来 的，它既有专用机床、结构简单的特点，又有万能机床能够重新调整，以适应新工件 加工的特点。组成组合机床的通用部件有如下几类：动力部件动力头，动力滑台 和动力箱；工件运送部件回转工作台，移动工作台和回转鼓轮；支承部件立 柱，床身，底座和滑座等。控制系统有通用的液压传动装置，电气柜，操纵台等。与 万能机床和专用机床相比，有如下特点： （1 ）由于组合机床是由 7 0 8 0 % 的通用零部件组成，在需要的时候，它可以部分 或全部地进行改装，以组成适应新的加工要求的新设备。也就是说，组合机床有重新 改装的优越性，其通用零部件可以多次重复利用。 （2 ）组合机床是按具体的加工对象专门设计的。因而可以按最合理的工艺过程 进行加工。这在万能机床上往往是不易实现的。 （3 ）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。它 是实现集中工序的最好途径，是提高生产效率的有效设备。 （4 ）组合机床常常是用多轴对箱体零件一个面上的许多孔同时进行加工。这样 就能比较好的保证各孔之间的精度要求，提高产品质量；减少了工件间的搬运，改善 劳动条件；也减少了机床的占地面积。 （5 ）由于组合机床大多书零部件是同类的通用部件，这就简化了机床的维修。 必要时可以更换整个部件，以提高机床的维修速度。 （6）组合机床的通用部件可以组织专门工厂集中生产。这样可以采用专用高效 设备进行加工，有利于提高通用部件的性能，降低制造成本 5 。 本科毕业设计说明书（论文） 第 6 页 共 24 页 2 零件的分析 2 . 1 零件的作用 题目所给的零件是 C A 6 1 4 0车床的 8 4 0 0 7 车床衬套。它位于车床变速机构中，主 要起支撑轴的作用，换档，拨动相关齿轮与不同的齿轮啮合，使主轴回转运动按照工 作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的 2 M 8 孔与操纵机构相 连，下方尺寸 1 8 H 1 1 处是用于控制齿轮的，通过上方的力拨动下方的齿轮变速。 图 2 . 1 车床衬套零件图 2 . 2 零件的工艺分析 C A 6 1 4 0 车床 8 4 0 0 7 车床衬套共有二组加工表面，其相互有一定关联要求。分析如 下： 2 . 2 . 1 以2 5 H 6 为中心的一组加工表面 这一组加工表面有：2 5 H 7 、4 5 m 6 、3 2 、3 0 . 5 槽和孔 7 1 3 等。 2 . 2 . 2 以尺寸 9 0 为中心的一组加工表面 这一组加工表面包括：两端面、孔 8 H 7 R 5 、槽 5 H 7 等。 这二组加工表面有一定的关联要求，即第二组尺寸和第一组尺寸相关联要求。 由上面分析可知，加工时应先加工第一组表面，再以第一组加工后表面和一端面 为精基准加工另外一组加工面。 本科毕业设计说明书（论文） 第 7 页 共 24 页 3 工艺规程设计 3 . 1 确定毛坯的制造形式 零件材料为 4 5 ， 考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大， 零件结构又比较简单， 长度较短，故选择圆钢毛坯一次加工两件。 3 . 2 基准的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工 质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还 会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行 6 。 3 . 2 . 1 粗基准的选择 对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工 件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准 选择原则， 现选取4 5 们m 6 外圆毛坯面作为粗基准， 车床的三爪卡盘装夹车削4 5 H 6 等相关加工面。 3 . 2 . 2 精基准的选择 主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸 换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复，现选取下端面、槽 5 H 9 和孔 2 5 H 7 7 。 3 . 3 制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术 要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用通用机床配以专 用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使 生产成本尽量下降 8 。 3 . 3 . 1 加工工艺路线方案一 工序一：夹 4 5 m 6 毛坯外圆，车 4 5 m 6 至 4 4 . 6 、齐端面、7 0 、4 2 、钻孔 2 5 H 7底孔 2 4 . 6 ，控制长度尺寸，掉头装夹，加工以上参数，具体参数参照工序 卡片，切断。 工序二：铣 7 0 端面，保证尺寸 9 0 工序三：精车车孔 2 5 H 7 ，车孔 3 1 工序四：精车 4 5 H 6 、齐端面保证尺寸 9 0 本科毕业设计说明书（论文） 第 8 页 共 24 页 工序五：铣内侧面A ，保证尺寸4 . 5 工序六：钻孔 8 H 9 、扩 R 5 工序七：钻孔 7 1 3 工序八：铣开挡5 H 9 ，保证尺寸2 6 工序九：铣凸台平面，保证尺寸6 7 . 5 工序十：检查 工序十一：入库 3 . 3 . 2 工艺路线方案二 工序一：夹 4 5 m 6 毛坯外圆，车 4 5 m 6 至 4 4 . 6 、齐端面、7 0 、4 2 、钻孔 2 5 H 7底孔 2 4 . 6 ，控制长度尺寸，掉头装夹，加工以上参数，具体参数参照工序 卡片，切断。 工序二：铣 7 0 端面，保证尺寸 9 0 工序三：车 4 5 H 6 、齐端面保证尺寸 9 0 工序四：精车车孔 2 5 H 7 工序五：铣尺寸 29，保证尺寸 59.5 工序六：铣开裆尺寸 5 H 9 工序七：钻孔 7 1 3 工序八：钻孔 8 H 9 、扩 R 5 工序九：检查 工序十：入库 3 . 3 . 3 工艺路线分析比较 工艺路线一与工艺路线二的差别在于对铣尺寸 29，保证尺寸 59.5 的加工安排， 工艺路线一以底面、孔 2 5 H 7 和槽 5 H 9 定位加工尺寸 2 9 ，能很好的保证孔的轴线与 面的平行度要求，后面工序仍以此基准加工其他尺寸，能很好的保证尺寸公差和行位 公差的要求，所以此次设计依据工艺路线一来开展设计。 3 . 4 机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定 C A 6 1 4 0 车床 8 4 0 0 7 车床衬套，零件材料为 4 5 ，生产类型大批量，铸造圆钢。 据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及 毛坯尺寸如下： 3 . 4 . 1 内孔的加工余量及公差 本科毕业设计说明书（论文） 第 9 页 共 24 页 查机械制造工艺设计简明手册 （以下称工艺手册 ）表 2 . 2 - 2 . 5 ，取 2 5 H 7 内孔余量为 2 。 3 . 4 . 2 车削加工余量 粗车 1 . 6 m m 精车 0 . 4 m m 由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最 小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。 3 . 5 确立切削用量及基本工时 （1 ）工序一 夹4 5 m 6 毛坯外圆，车4 5 m 6 至4 4 . 6 、齐端面、7 0 、4 2 、钻孔2 5 H 7 底 孔2 4 . 6 ，控制长度尺寸，掉头装夹，加工以上参数，具体参数参照工序卡片，切断。 （a ）加工条件 工件材料：4 5 ，圆钢。 机床：C 6 1 1 6 车床。 刀具：Y G 1 5 硬质合金车刀。 （b ）车切削用量 因为切削量不大，故可以选择 ap 1= 3 m m 。 查车刀后刀面最大磨损及寿命 查机械加工工艺师手册表 2 7 - 1 1 ，车后刀面最大磨损为 1 . 0 m m 1 . 5 m m 。 查机械加工工艺师手册表 2 7 - 1 1 ，寿命 T = 1 8 0 m i n 切削速度按最大尺寸设计，即：按最大外圆处 7 5 计算切削速度 查表 机械加工工艺师手册 ， Vc= vv X pm v fyaT C ( 3 . 1 ) 算得 Vc6 4 m m / s ，n = 4 3 9 r / m i n ，Vf= 4 9 0 m m / s 据 C 6 1 1 6 车床参数，选择 nc= 4 7 5 r / m i n ，Vf c= 4 7 5 m m / s ，则实际切削速度 Vc= 3 . 1 4 7 5 4 7 5 / 2 1 0 0 0 = 5 5 . 9 3 m / m i n ，校验机床功率查切削手册Pc c= 2 . 1 k w ，而机床所能 提供功率为 1 0 W ，Pc m Pc c。故校验合格。 车削参数最终确定 ap= 1 . 8 m m ，nc= 4 7 5 r / m i n ，Vf c= 4 7 5 m m / s ，Vc= 5 5 . 9 3 m / m i n ， fz= 0 . 1 6 m m / r 。 计算车削基本工时 本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 24 页 4 5 处工时：T车（7 5 - 4 5 ）L / 2 ncff= 6 4 0 / 4 7 5 0 . 1 6 = 3 . 1 2 m i n 3 2 处工时：T车（7 5 - 4 2 ）L / ncff= （7 5 - 4 2 ）/ 2 4 7 5 0 . 1 6 = 2 . 8 6 m i n 7 0 处工时：T车（7 5 - 7 0 ）L / 2 3 ncff= （7 5 - 7 0 ）/ 2 4 7 5 0 . 1 6 = 1 . 3 m i n 齐端面工时：T车7 5 L / 3 2 ncff= 7 5 / 3 2 4 7 5 0 . 1 6 = 6 . 5 m i n T13 . 1 2 + 2 . 8 6 + 1 . 3 + 6 . 5 1 3 . 7 8 m i n 掉头加工工时相同，即：T21 3 . 7 8 m i n 切断工时：T37 0 / 3 2 4 7 5 0 . 1 6 0 . 1 5 m i n T总1 3 . 7 8 2 + 0 . 1 5 2 7 . 7 1 m i n （2 ）工序三和工序四 精车 4 5 H 6 、齐端面保证尺寸 9 0 ，精车车孔 2 5 H 7 。 （a ）加工条件 工件材料：4 5 ，圆钢。 机床：C 6 1 1 6 车床。 （b ）切削用量 因为是精加工，切削量不大，故可以选择 ap 1= 0 . 2 m m ，1 次走刀即可完成所需尺寸。 查车刀后刀面最大磨损及寿命： 查机械加工工艺师手册表 2 7 - 1 1 ，车后刀面最大磨损为 1 . 0 m m 1 . 5 m m 。 查机械加工工艺师手册表 2 7 - 1 1 ，寿命 T = 1 8 0 m i n 。 计算切削速度按 机械加工工艺师手册 ， Vc= vv X pm v fyaT C ( 3 . 2 ) 算得 Vc6 8 m m / s ，n = 4 3 9 r / m i n ，Vf= 4 9 0 m m / s ，因是精加工，为取得高的加工精度 和表面粗糙度，故选择高的转速。 据 C 6 1 1 6 车床参数，选择 nc= 6 2 5 r / m i n ，Vf c= 5 7 4 m m / s ，则实际切削速度 Vc= 3 . 1 4 4 5 6 2 5 / 2 1 0 0 0 = 4 4 . 1 5 m / m i n ，校验机床功率查切削手册Pc c= 1 . 1 k w ，而机床所能 提供功率为 1 0 W ，Pc m Pc c。故校验合格。 车削参数最终确定 ap= 0 . 2 m m ，nc= 6 2 5 r / m i n ，Vf c= 5 7 4 m m / s ，Vc= 4 4 . 1 5 m / m i n ， fz= 0 . 1 6 m m / r 。 计算车削基本工时： 4 5 m 6 处工时：T1L / ncff= 4 0 / 6 2 5 0 . 1 6 = 0 . 4 m i n 2 5 H 7 处工时：T2L / ncff= 9 0 / 6 2 5 0 . 1 6 = 0 . 8 2 m i n 本科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 24 页 T总0 . 4 + 0 . 8 2 1 . 2 2 m i n （3 ）工序六 钻孔 8 H 9 、扩 R 5 。 （a ）加工条件 工件材料：4 5 ，圆钢。 机床：Z 3 0 3 2 钻床。 刀具：选择高速钢麻花钻钻头，do= 8 H 7 m m ，钻头采用双头刃磨法，后角 o 1 2 0 ，d 1 0 。 （b ）切削用量 查 切 削 手 册 f = 0 . 7 0 m m / r 0 . 8 6 m m / r；36 . 0 8 5 . 5 Pc c。故校验合格。 最终确定 ap= 2 . 5 m m ，nc= 4 7 5 r / m i n ，Vf c= 4 7 5 m m / s ，Vc= 4 4 . 5 m / m i n ，fz= 0 . 1 6 m m / z 。 计算基本工时： tm2 L / Vf= 2 ( 5 + 9 ) / 4 7 5 = 0 . 0 5 m i n 。 （6 ）工序九 铣凸台平面，保证尺寸 6 7 . 5 。 （a ）加工条件 本科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 24 页 工件材料：4 5 ，圆钢。 机床：X A 6 2 卧式铣床。 刀具：高速钢圆柱铣刀，铣削宽度 ae Pc c。故校验合格。 最终确定 ap= 4 m m ，nc= 4 7 5 r / m i n ，Vf c= 4 7 5 m m / s ，Vc= 4 4 . 7 5 m / m i n ，fz= 0 . 1 6 m m / z 。 计算基本工时： tm4 L / Vf= 4 （4 2 + 3 0 ）/ 4 7 5 = 0 . 6 m i n （7 ）工序十：检查 （8 ）工序十一：入库 本科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 24 页 4 夹具设计 经过和老师的磋商，本设计选择的是工序八进行夹具设计，即钻孔8 H 9 、扩孔 R 5 的夹具设计。 4 . 1 问题的提出 车床衬套材料为 4 5钢，年产量 5万件。为了提高劳动生产率，保证加工质量， 降低劳动强度，需要设计专用夹具。本夹具用于车床衬套侧孔的钻削加工。机床夹具 是一种在金属切削机床上实现装夹任务的工艺装备，是机械加工工艺系统的一个重要 组成部分。 在给定的零件中，对本工序加工的主要考虑孔 8 H和端面的位置要求以及和槽 5 H 9槽的位置要求，由于公差要求较低，因此，本步的重点应在卡紧的方便与快速性 上。 4 . 2 定位元件的选择 在设计夹具的过程中要考虑到工件是否正确定位， 保证加工精度， 缩短安装时间， 提高劳动生产率，扩大机床工艺范围，实现一机多能，操作方便，可降低对工人的技 术要求，还可减轻工人的劳动强度。夹具包括定位元件装置，夹紧装置，对刀导向 元件，连接元件以及其他夹紧装置和夹具体 9 。 常见的定位元件有支撑钉、支撑板、定位销、锥面定位销、V形块、定位套、锥 度心轴等等。 本夹具设计出于定位简单和快速的考虑，选择 2 5 H 7孔和底面以及槽 5 H 9为基 准，使工件完全定位。采用的定位元件有心轴和定位销。 4 . 3 夹紧机构的设计 工件在夹具中定位后一般应夹紧，使工件在加工过程中保持以获得的定位不被破 坏。由于工件在加工过程中受切削力，惯性力、夹紧力等的作用，会形成变形或位移， 从而影响工件的加工质量。所以工件的夹紧也是保证加工精度的一个十分重要的问 题。为了获得良好的加工效果，一定要把工件在加工过程中的位移、变形等控制在加 工精度所允许的范围之内。夹紧时间的处理有时会比定位的设计更为困难，从设计难 度上讲，夹紧机构往往花费设计人员较多的心血 1 0 。 夹紧机构设计时一般应满足以下主要原则： 本科毕业设计说明书（论文） 第 16 页 共 24 页 （1 ）夹紧时不能破坏工件在定位元件上所获得的位置。 （2 ）夹紧力应保证工件位置在整个加工过程中不变或不产生不允许的振动。 （3 ）使工件不产生过大的变形表面损伤。 （4 ）夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的刚度和强度，手动夹紧机 构必须保证自锁，机动夹紧机构应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。 （5 ）夹紧机构必须安全、省力、方便、符合工人操作习惯。 （6 ）夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。 出于定位简单和快速的考虑，本设计采用的夹紧机构是快速螺旋夹紧机构进行夹 紧的。如下图所示： 图 4 . 1 夹具装配图 4 . 4 夹具设计的相关计算和分析 4 . 4 . 1 切削力和卡紧力计算 本步加工按钻削估算卡紧力。实际效果可以保证可靠的卡紧。 钻削力： 2 . 8018 1 . 00 . 1 0 . 12650 86. 072. 086. 0 72. 0 = z y f x pzFiz kffaaFCFN ( 4 . 1 ) 本科毕业设计说明书（论文） 第 17 页 共 24 页 由于钻削力很小，计算时可忽略。 卡紧力为 7 . 26 2 = f F FN1 . 5 ( 4 . 2 ) 取系数 S1= 1 . 5 S2= S3= S4= 1 . 1 则实际卡紧力为 F = S1S2S3S4F = 5 3 . 3 N ( 4 . 3 ) 使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡 紧力。 4 . 4 . 2 定位误差分析 本工序采用 2 5 H 7孔和底面以及槽 5 H 9 定位，加工基准和设计基准统一，能很 好的保证定位的精度。 4 . 4 . 3 夹具设计及操作的简要说明 夹具的卡紧力不大，故使用手动卡紧。为了提高生产力，使用螺纹卡紧机构。 本科毕业设计说明书（论文） 第 18 页 共 24 页 5 组合机床设计 组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以 少量专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。组合 机床能对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工。组合机床可分为具有固定夹 具的单工位组合机床、具有移动夹具的多工位组合机床和转塔式组合机床三类 1 1 。 5 . 1 组合机床总体设计 绘制组合机床“三图一卡” ，就是针对具体，在选定的工艺和结构方案的基础上， 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 1 2 。 5 . 1 . 1 被加工零件工序图的作用及内容 被加工零件工序图是根据制订的工艺方案，表示所设计的组合机床（或自动线） 上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位 基准、夹紧部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半 成品情况的图样。除了设计研究合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、 使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件工序图基 础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括： （1 ）被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形 状和尺寸。本工序加工部位用粗实线表示，其余部位用细实线表示。当需要设置中间 导向时，则应把设置中间导向临近的工件内部肋、壁布置及有关结构形状和尺寸表示 清楚，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。 （2 ）本工序所选用的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。以便据此进行夹具的支 撑、定位、夹紧和导向等机构设计。 （3 ）本工序所选用加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求 以及对上道工序的技术要求。本工序加工部位的位置尺寸应与定位基地直接发生关 系。当本工序定位基准与设计基准不符时，必须对加工部位的位置精度进行分析和换 算，并把不对称公差换算为对称公差。对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真 分析。当本工序有特殊要求时必须注明。 （4 ）注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量 1 3 。 5 . 1 . 2 加工示意图 本科毕业设计说明书（论文） 第 19 页 共 24 页 （1 ）加工示意图的作用和内容 加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的，是表达工艺 方案具体内容的机床工艺方案图；是设计刀具，辅具，夹具，多轴箱和液压、电气系 统以及选择动力件，绘制机床总联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的 原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。 加工示意图应表达和标注的内容有：机床的加工方法，切削用量，工作循环和工 作行程，工件、夹具、刀具及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸，主轴结构类型、 尺寸及外伸长度 1 4 。 （2 ）绘制加工示意图的注意事项 加工示意图应绘制成展开图，按比例用细实线画出工件外形、加工部位，加工表 面画粗实线，必须使工件和加工方位与机床布局相吻合。为简化设计，同一多轴箱上 结构尺寸完全相同的主轴( 即指加工表面，所用刀具及导向，主轴及接杆等规格尺寸， 精度完全相同时，只画一根，但必须在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号) 。一般 主轴的布置不受真实距离的限制，当主细彼此间很近或需设置结构尺寸较大的导向装 置时，必须以实际中心距严格按比例画，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向装置 等是否相互干涉 1 5 。 （3 ）选择刀具、导向装置及切削用量、转矩、进给力、功率和有关联系尺寸的 计算。 （a ）刀具的选择 选择刀具应考虑工件材质、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求。只要 条件允许，应尽量选用标准刀具。本工序是钻孔，选用高速钢麻花钻配合通用刀杆。 刀具尺寸应满足加工要求。 （b ）导向结构的选择 导向装置的作用：保证刀具相对工作的正确位置，保证刀具间正确的位置，提高 刀具系统的支撑刚性。本工序的切削速度最大不过 V = 5 0 m / m i n 。 （c ）确定切削转矩、轴向力和切削功率 确定切削转矩、轴向力和切削功率是为了分别确定主轴及其他传动件尺寸、选择 滑台、主电动机提供依据。 铣削转矩、轴向力和切削功率根据机械加工工艺手册第二版第 1 卷（王先逵 主编机械工业出版社）P 1 - 6 1 表 1 . 6 - 1 0 可得： 本科毕业设计说明书（论文） 第 20 页 共 24 页 钻孔周向力为 3 8 8 3 . 1 N 功率为 1 . 4 7 6 k W ，钻削转矩为 3 1 0 N m m 。 （d ）确定主轴类型及相关尺寸 主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联结结构进行确定。主轴轴颈及轴端 尺寸主要取决于进给力和主轴、刀具系统结构。主轴轴颈尺寸规格应根据切削转矩 T 来确定。 强度条件下 4 5 钢质主轴的直径为： 3 3826.1 16 T T d= = 8 m m ( 5 . 1 ) 刚度条件计算时： 4 4 2 948. 1 100018032 T G T d= = 7 m m ( 5 . 2 ) 因此钻孔时主轴直径至少为 8 m m 。查组合机床设计简明手册表 5 - 1 6 可确定使 用的钻削头为 1 T X 2 5 型顶置式齿轮传动钻削头。该钻削头纵向总尺寸为 3 7 5 m m 。 （e ）钻头刀杆尺寸的确定 钻头刀杆直径至少为 6 5 m m ，但不能过大，否则强度不够。钻头刀杆伸出长度至少 为 5 3 m m ，但也不能过长否则影响加工精度。这里钻刀刀杆直径取 4 8 m m ，钻刀刀杆伸 出长度取 1 0 0 m m 。 （f ）确定联系尺寸 其中最重要的联系尺寸是工件端面到轴箱端面之间的距离，它等于刀具悬伸长 度、主轴外伸长度之和，再减去加工端面的厚度。为了使机床结构紧凑，应尽量使工 件端面至轴箱距离最小。因此首先从所有刀具中找出影响联系尺寸的关键刀具，使其 接杆最短，以获得加工终了时轴箱前端面到工件端面之间所需的最小距离，并据此确 定全部刀具、接杆( 或卡头) 、导向托架及工件之间的联系尺寸。主轴端部须标注外径 和孔径( D d ) 、外伸长度 L ；刀具结构尺寸须标注直径和长度；导向结构尺寸应标注 直径、长度、配合；工件至夹具之间的尺寸须标注工件离导套端面的距离；还须标注 托架与夹具之间的尺寸 1 6 。 本设计中工件端面到钻削头端面之间的距离定为 1 2 5 m m 。 （g ）标注切削用量 钻孔 n = 7 1 0 r / m i n ；vf= 1 2 . 6 m / m i n ；fr= 0 . 4 8 m m / r （h ）动力部件工作循环及行程的确定 本科毕业设计说明书（论文） 第 21 页 共 24 页 动力部件的工作循环是指加工时，动力部件从原始位置开始运动到加工终了位 置，又返回到原位的动作过程。一般包括快速引进、工作进给和快速退回等动作。 有时还有中间停止，多次往复进绐，跳跃进给，挡铁停留等特殊要求。 工作进给长度 L 的确定 工作进给长度L ， 应等于加工部位长度L1与刀具切入长度L2和切出长度L3之和。 即 L = L1+ L2+ L3= 8 . 5 + 1 . 5 + 4 0 = 5 0 m m 。 快速进给长度的确定 快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度按具体情况确定。工 件离钻削头端面最大距离为 190mm，快速进给长度定为 150mm。 快速退回长度的确定 快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和。快退长度 L = 2 0 0 m m 。 动力部件总行程确定 动力部件的总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程外， 还要考虑因刀具 磨损或补偿制造、安装误差，动力部件能够向前调节的距离( 即前备量) 和刀具装卸以 及刀杆同刀具一起从主轴孔中取出时，动力部件需后退的距离( 即后备量) 。因此，动 力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。 前备量取 2 0 m m ；后备量取 1 1 0 m m ；总行程为 2 2 0 m m 。 5 . 1 . 3 机床联系尺寸总图 （1 ）机床联系尺寸总图的作用与内容 （a ）机床联系尺寸总图的作用 机床联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的 主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的，是用来表示机床的配置型 式、主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总体布局图，用 以检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适；它为 多轴箱、夹具等专用部件设计提供主要依据；它可以看成是机床总体外观简图，由其 轮廓尺寸，占地面积、操作方式等可以检验是否适应用户现场使用环境 1 7 。 （b ）机床联系尺寸总图的内容： 表明机床的配置型式和总布局。以适当数量的视图( 般至少两个视图，主视 图应选择机床实际加工状态) ，用同一比例画出各主要部件的外廓形状和相对位置。 表明机床基本型式( 卧式、立式或复合式、单面或多面加上、单工位或多工位) 及操作 本科毕业设计说明书（论文） 第 22 页 共 24 页 者位置等。 完整齐全地反映各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺 寸、运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。 标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标出机床分组 编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件，不得遗漏 1 8 。 （2 ）绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容 （a ）选择动力部件 动力部件的选择主要是确定动力箱（或各种工艺切削头）和动力滑台。下图中是 根据已定的工艺方案和机床配置型式并结合使用及修理等因素，确定机床为卧式单面 单工位液压传动组和机床，液压滑台实现工作进给运动，选用配套的动力箱驱动多轴 箱铣面主轴。 动力滑台的选择 钻削小端面，考虑到立式加工，因此选用 1 H Y 2 5 - I A型液压滑台，以及相配套的 1 C L 2 5 M 型立柱，1 C D 2 5 1 M 型立座侧底座。 动力箱的选择 在不需要精确计算主轴箱功率可按下列简化公式进行估算：/ 切 PP = ( 5 . 3 ) 式中， 切 P 消耗于主轴的切削功率的总和，单位为 k W 主轴箱的传动效率， 加工黑色金属时取0 . 8 0 . 9 ， 加工有色金属时取0 . 7 0 . 8 钻孔切削功率： 切 P =1.39kw总功率：P=1.39/0.8=1.74kw 因此 1 T Z b 1 2 型置顶式齿轮传动钻削动力头满足要求。 （b ）确定机床装料高度 H 装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。在确定机床装料高度时，首 先要考虑工人操作的方便性；对于流水线要考虑车间运送工件的滚道高度，以便允许 内腔通过随行夹具返回系统或冷却排屑系统。其次是机床内部结构尺寸限制和刚度要 求 1 9 。考虑刚度、结构功能和使用要求等因素，装料高度为 1 0 0 0 m m 。 （c ）确定夹具轮廓尺寸 本工序夹具尺寸已知长 1 3 5 m m ，宽 1 3 5 m m ，高 1 2 5 m m 。 （d ）确定工作台 本科毕业设计说明书（论文） 第 23 页 共 24 页 依据工序内容，及相应的 1 C L 2 5 M型立柱，1 C D 2 5 1 M型立座侧底座的尺寸选择 1 A Y U 6 3 型多工位移动工作台。 5 . 1 . 4 机床生产率计算卡 生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、 负荷率等的技术文件。通过其可以分析所拟定的方案是否满足要求 2 0 。 （1 ）理论生产率 Q Q = A / tk= 5 0 0 0 0 / 2 3 0 0 = 2 1件/ h ( 5 . 4 ) 式中 A 为年生产纲领取 5 0 0 0 0 件；tk单班制取 2 3 0 0 h （2 ）实际生产率 Q1 T单= T切+ T辅= 0 . 1 5 + 1 . 5 6 7 = 1 . 7 2 9 m i n Q1= 6 0 / T单= 6 0 / 1 . 7 2 9 = 3 4 件/ h 实际生产率大于理想生产率。因此本设计满足要求。 （3 ）机床负荷率 = Q / Q 1= 2 1 / 3 4 = 0 . 6 1 8 ( 5 . 5 ) 机床负荷率不大于 0 . 6 1 0 . 6 5 。 本科毕业设计说明书（论文） 第 24 页 共 24 页 结束语 毕业设计是培养学生综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题，锻 炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。 回顾这次毕业设计，从选题到定稿，从理论到实践，在这段毕业设计期间里，可 以说得是苦多于甜。通过本次毕业设计，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了 很多在书本上所没有学到过的知识。 对我来说，收获最大的是方法和能力那些分析和解决问题的方法与能力。在 整个设计过程中，我发现我们这些学生最最缺少的是经验，没有感性的认识，空有理 论知识，有些东西很可能与实际脱节。此次设计需要我们将学过的相关知识都系统地 联系起来，从中暴露出自身的不足，以待改进。通过这次毕业设计，我懂得了理论与 实际相结合是很重要的只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实 践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手 能力和独立思考的能力。 在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重。在设计的过程中也发现了自己 的不足之处：对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如单片机选 用的确定、滚珠丝杠怎么计算、硬件电路的具体应该怎么设计等等。通过这次毕业设 计之后，又把以前所学过的知识重新温故。 此外，在这次设计过程中，我深切地体会到：任何机器的改造，都是建立在它的 自动化程度高或提高生产率的综合性能基础之上的。要想设计出一台好的数控机床， 就必须很好地设计它的机械部分和软件部分；而每个零件或部件的