【毕业设计论文】SPE175左箱体缸头结合面圆盘铣夹具设计-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: SPE175 左箱体缸头结合面圆盘铣 夹具设计 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 目 录 1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 . 1 课题的来源及研究意义. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 . 2 机床夹具概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 . 3 机床夹具在国内外的发展趋势. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 . 4 本设计主要研究内容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 原始资料数据介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3 加工方案制定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 . 1 加工方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 . 2 加工方案选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 4 夹具部件结构设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 4 . 1 定位的概念. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 4 . 2 工件定位的基本原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 4 . 3 夹具部件结构设计说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 5 切削用量的选择及刀具的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 5 . 1 刀具的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 5 . 2 切削用量的选择原则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 6 典型零部件强度校核及材料选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 6 . 1 强度理论概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 6 . 2 压板的强度校核与材料选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 7 气动技术概况. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 7 . 1 气动技术的主要应用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 7 . 2 气动元件在国内外的发展趋势. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 7 . 3 气缸. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 8 使用说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 结束语. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 致谢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 1 引言 1 . 1 课题的来源及研究意义 四年的大学生活接近尾声时，我们进行了为期近四个月的毕业设计。毕业设计是 对大学四年来我们所学到的基础知识和专业知识的一次系统性的总结与综合运用，同 时也是培养我们分析问题和解决问题能力的良好的机会，而且毕业设计也是大学教学 的最后一个重要环节。因此，认真踏实地做好这次毕业设计不仅意味着我们能否顺利 毕业，而且对今后我们走上工作岗位后能否很出色的做好自己的工作也有十分重要意 义。另外，毕业设计还可以培养我们独立思考，开发思维和协调工作的能力，这对今 后踏入社会以后能否尽快地适应社会也有很大的帮助。机械工业的生产水平是一个国 家现代化建设水平的主要标志之一。这是因为工业、农业、国防和科学技术的现代化 程度，都会通过机械工业的发展程度反映出来。人们之所以要广泛使用机器，是由于 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 机器既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能较人工生产改进产品的质量，特别 是能够大大提高劳动生产率和改善劳动条件。机械工业肩负着为国民经济各个部门提 供技术装备和促进技术改造的重要任务，在现代化建设的进程中起着主导和决定性的 作用。所以通过大量设计制造和广泛使用各种各样先进的机器，就能大大加强和促进 国民经济发展的力度，加速我国的社会主义现代化建设。由机械制造工艺系统的组成 机床、工件、刀具和夹具可看出夹具在机械加工中占有很重要的地位。尤其在成 批生产时更是大量的采用机床夹具。它们是机床和工件之间的联结装置，使工件相对 于机床或刀具获得正确位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度， 所以机床夹具设计是装备设计中一项重要的工作，是加工过程中最活跃的因素之一。 本研究课题是以江苏林海动力机械集团的 S P E 1 7 5发动机左箱体缸头结合面转盘 铣夹具为设计对象，目的是对箱体上表面进行铣削加工。江苏林海动力机械集团是集 科工贸及金融与大专院校于一体的由 6 0多个成员单位组成的跨行业、跨地区的大型 企业集团，林海集团是江苏林海动力机械集团公司的简称。企业始建于 1 9 5 6年，具 有五十年研制和生产小型动力及配套机械的历史，有专业生产线和柔性生产线组成的 国内一流的生产制造系统，有达到国家一级计量水平的计量检测系统，有动力试验中 心和 C A D 开发中心组成的研究开发系统等，具备了强大的产品开发能力。企业主要生 产摩托车、摩托车发动机、特种车辆、小型汽油机、小型汽油发电机组、林业机械、 消防机械等七大类 1 0 0 多种规格的产品。 本次设计将根据企业的自身要求，以现有的加工设备为基础，为 S P E 1 7 5 发动机 左箱体缸头结合面的铣削加工设计专用的夹具，在满足生产要求的基础上提高生产 率，并尽量节约成本。 同时通过本次设计，培养学生综合运用所学基础理论、专业知识和各项技能，着 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 重培养设计、计算、分析问题和解决问题的能力，进而总结、归纳和获得合理结论， 进行较为系统的工程训练，初步锻炼科研能力，提高论文撰写和技术表达能力，为实 际工作奠定基础。 1 . 2 机床夹具概述 1 . 2 . 1 夹具的概念 在金属切削机床上加工工件时，为了保证加工表面的尺寸、几何形状和相互位置 精度，应使工件相对刀具和机床切削成形运动有正确的位置，然后将工件夹紧固定以 完成安装过程。在机床上用于安装工件的工艺装备称为机床夹具。夹具在工艺装备中 占有十分重要的地位，它对保证工件的加工精度、提高生产效率、降低生产成本、扩 大机床使用范围等方面具有重要的作用，尤其在成批生产时更是大量的采用机床夹 具。机床夹具的好坏将直接影响工件加工的质量，所以机床夹具设计是装备设计中一 项重要的工作，是加工过程中最活跃的因素之一。 1 . 2 . 2 机床夹具在机械加工中的作用 （1 ）可靠和稳定地保证工件的加工精度 （2 ）提高劳动生产率和降低加工成本 （3 ）减轻劳动强度 （4 ）扩大机床的工艺范围 1 . 2 . 3 机床夹具的基本组成 就夹具组成元件的功能来看可以分为： （1 ）定位元件及定位装置 （2 ）夹紧元件及夹紧装置 （3 ）导向元件 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 （4 ）对刀元件及定向元件 （5 ）夹具体 （6 ）其他元件及装置 1 . 2 . 4 机床夹具的类型 机床夹具的种类很多，形状千差万别。为了设计和制造上的方便，往往按某一属 性进行分类。常见的分类有以下两种： （1 ）按夹具的通用特性划分 如通用夹具、专用夹具、可调夹具、成组夹具、组合夹具、随行夹具。 （2 ）按所使用的机床划分 如车床夹具、铣床夹具、镗床夹具、磨床夹具和钻床夹具等等。 1 . 2 . 5 夹具发展变革 机械制造业经过了漫长的发展历程，从远古简单的石器打磨，到现代工业的数控 加工，已经摆脱了手工作坊的作业方式，进入集团化生产、专业化协作的生产阶段。 而夹具随着机械制造模式的改变也经历了变革。 在科技高速发展的今天，为了使企业整体的数字化和现代化加工技术能够得到更 快的发展，就要使夹具设计和数字化、现代化加工技术相结合，解决好夹具设计制造 过程中的一系列问题，企业在产品制造过程中的许多疑难问题就会迎刃而解。 1 . 3 机床夹具在国内外的发展趋势 夹具是机械加工不可缺少的部件，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。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 1 . 3 . 1 高精 随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精 度要求更高。高精度夹具的定位孔距精度高达5 m ，夹具支承面的垂直度达到 0 . 0 1 m m / 3 0 0 m m ，平行度高达 0 . 0 1 m m / 5 0 0 m m 。德国 d e m m e l e r （戴美乐）公司制造的 4 m 长、2 m 宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为0 . 0 3 m m ；精密平口钳的平行度 和垂直度在 5 m以内；夹具重复安装的定位精度高达5 m ；瑞士 E R O W A柔性夹具 的重复定位精度高达 2 5 m 。机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制 造公司都是精密机械制造企业。当然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不 同的型号，以及不同档次的精度标准供选择 1 。 1 . 3 . 2 高效 为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。为了减 少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和 液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，加紧和松开 工件只用 1 2 秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。 为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典 3 R夹具仅用 1分钟，即可完成线切 割机床夹具的安装与校正。采用美国 J e r g e n s （杰金斯）公司的球锁装夹系统，1分 钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹 具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用 1 。 1 . 3 . 3 模块、组合 夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元 件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能， 体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打 下基础，应用 C A D 技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提 供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改 进和完善夹具系统 1 。 1 . 3 . 4 通用、经济 夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比 较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性 好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德国 d e m m e l e r （戴美乐）公 司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样的 焊接夹具。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济 实用才有推广应用的价值 1 。 1 . 4 本设计主要研究内容 本设计研究内容主要包括以下几个方面： ( 1 ) 方案制定与选择 ( 2 ) 夹具部件结构设计 ( 3 ) 气动控制单元设计 ( 4 ) 典型零部件的强度校核 ( 5 ) 切削用量的选择及刀具的选择 2 原始资料数据介绍 Y 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图2 . 1 S P E 1 7 5 左箱体 工件材质：A D C 1 2 （压铸铝） 加工要求尺寸为高度 2 3 6 . 5 m m ， 平面度误差在 0 . 0 4 m m 以内， 表面粗糙度 R a 为 3 . 2m。 毛坯件压铸成型，毛坯尺寸 2 3 7 . 7 m m （由于压铸成型，所以该尺寸有一定的波动性， 但加工余量充足，不影响加工，可满足加工后的要求） ，平面度和表面粗糙度要求通 过加工实现。 3 加工方案制定 3 . 1加工方案 根据 S P E 1 7 5 发动机左箱体的毛坯尺寸、加工要求和生产批量大小, 相应的加工方 式也有所区别, 我们共设计了三种供选择的方案，并根据方案的优劣选择适合企业年 生产纲领要求，并且相对加工效率最高，成本最低的方案。三种加工方案分别为：立 式升降台铣床、数控铣床、圆台铣床。 3 . 1 . 1 方案 1 ：立式升降台铣床 立式升降台铣床的主轴是垂直布置的，简称立铣。立铣头可以根据加工需要在垂 直面内扳转一个角度（4 5 ） 。主轴能沿着轴向作手动进给或调整位置。立式升降 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 台铣床装上面铣刀或立铣刀可加工平面、台阶、沟槽、多齿零件和凸轮表面等。 3 . 1 . 2 方案 2 ：数控铣床 立铣头上铣刀的轴向运动，工作台上工作的纵向、横向运动，都由伺服机构驱动， 能实现三轴联动。工作台能手动上、下调节其位置。这种铣床除了加工平面、台阶、 沟槽外，还可以加工复杂的立体成形表面。 3 . 1 . 3 方案 3 ：圆台铣床 圆台铣床与一般通用铣床相比的区别，在于其工作台为一个回转台。台面上可安 装多套夹具，加工时可同时进行装卸零件的过程，且该类机床一般带有两根主轴，可 装载两副铣刀盘，实现一次装夹先后完成两道工序。确切的说，它是一台组合机床， 更具有加工的针对性。 表 3 - 1 圆台铣床主要参数 项 目 规 格 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 主轴径m / m 粗铣马达 精铣马达 转盘直径m / m 最大旋径m / m 盘面高度m / m 滑鞍的最大行程m / m 铣刀直径m / m 铣刀型式 刀具片规格 转盘回转数 转盘马达 升降马达 润滑泵部 油压马达 1 0 0 Y 1 3 2 M 2 - 6 - B 3 / 5 . 5 K W Y 1 3 2 M 2 - 6 - B 3 / 5 . 5 K W 1 2 0 0 1 4 0 0 7 3 0 4 0 0 2 0 0 （参考） R 2 6 5 . 2 - 3 1 5 M E - 2 0 A L （参考） S F A N 1 2 0 3 E F R - H 1 0 （参考） 2 - 5 分/ 每转 Y 9 0 L - 4 - B 5 / 1 . 5 K W A 0 2 - 7 1 1 2 - B 3 / 0 . 3 7 K W L R 4 3 7 9 8 设计工装时自备 机械尺寸m / m 机械重量 长2 1 0 0 宽1 6 0 0 高2 1 3 0 无夹具7 0 0 0 K G S 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 3 . 2 加工方案选择 方案 1 中，采用立式升降台铣床，特点是操作要求低，能够基本保证加工要求， 且由于其通用性，故通常企业内都有大量的此类设备，原始资源充足。根据加工目的， 对于粗、精加工通常会设计两条生产线，即一条粗加工，一条精加工。但此种加工方 案造成零件在加工过程中需要两次装夹，这就会产生一定的安装误差，导致加工后的 零件无法达到技术要求，使得不合格率提高。同时，大量的劳动力投入也不符合企业 从劳动密集型向技术密集型转变的发展趋势，造成大量劳动力和生产资料的使用率低 下，无形中大大提高了生产成本。 方案 2 中，采用数控铣床，特点是加工精度高，能够大大提高产品质量和生产率， 且需要的劳动力相对较少，生产资料的利用率也被充分提高。但采用数控铣床同样存 在着两次装夹的问题，这使得产品的合格率又有所下降。同时，使用数控铣床使得产 品生产的投入成本大副提高，对于工人的操作要求也是一大挑战，又由于数控铣床本 身的运行成本较高，使得成本的控制显得困难了许多。 方案 3 中，采用圆台铣床，最直接的特点是该铣床有两根主轴，可安装两副铣刀 盘，实现一次装夹先后完成粗、精加工两道工序，解决了之前方案中由于两次装夹造 成的加工误差，简化了加工工序，大大缩短了加工时间，降低了劳动成本。缺点是加 工方式单一，通用性差。 综上，本设计选择方案 3 中圆台铣床，该方案既可以满足零件加工的技术要求， 又符合企业年生产纲领的要求，提高了生产率，节约了生产成本。 图 3 . 2 X 3 0 1 2 机床外形图： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图 3 . 2 X 3 0 1 2 机床外形图 4 夹具部件结构设计 4 . 1 定位的概念 使用夹具安装工件时，工件在夹具中的位置是由定位元件确定的。工件的有关表 面需紧靠在定位元件上，从而被确定在一个既定的位置上，实现工件的定位。工件定 位的作用在于使工件准确占据定位元件所规定的位置，并且使一批逐次加工的工件在 夹具中占据同一正确的位置。通常夹具是用来安装加工成批工件的，所以工件的定位 需要保证一批工件加工位置的一致性。 4 . 2 工件定位的基本原理 没有采取定位措施时，每个工件在夹具中的位置是任意的。因此，对一个工件来 说，其位置是不确定的，而对一批工件来说，其位置将是变动的、不一致的。一个物 体在空间可能具有的运动称为自由度。从理论力学可知，一个在空间处于自由状态的 物体具有六个自由度，它们是沿三个垂直坐标轴 x 、y 、z 的平动和沿三个垂直坐标轴 x 、y 、z的转动。若使物体在某方向上有确定的位置，就必须设法限制该方向的自由 度。当物体的六个自由度完全被限制后，则该物体在空间的位置就完全被确定了。在 夹具设计时， 是采用各种定位元件限制工件的自由 度，实现工件的定位。 4 . 3 夹具部件结构设计说明 Y 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图4 . 1 S P E 左箱体 图 4 - 1 为 S P E 1 7 5 发动机左箱体的剖视图，上表面面为本次设计要求的加工平面。 从零件结构来看，以结合面为定位精基准，配合两个销轴，是此次设计定位的主要方 案，即机械加工中传统的定位方式，一面两销定位方式。在实际生产中，如加工箱体， 连杆和其它具有较大平面的零件，广泛应用一面两销作为定位基准，采用一面两销具 有支承面大，支承刚度好，定位精度较高，装卸工件方便等优点。结合面为已加工表 面，精度高。因此作为定位精基准，限制工件的 x 移动，y 转动，z 转动 3 个自由度。 图 4 . 2为圆柱销，配合工件的轴孔作为第二定为基准，限制了工件的 x移动，z 移动两个自由度。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图 4 . 2 圆柱销 图 4 . 3 为菱形销，作为第三个定为基准，它和圆柱销联合限制了工件的 x 移动的 自由度。使用 1 个圆柱销 1 个菱形销，菱形销的两侧被削去一部分安装时就有了更大 装夹空间，易于装夹。使用时，要使菱形销的横截面长轴垂直于两销的轴心连线，否 则菱形销不但不起应用的作用，还有可能使工件无法装夹。 图 4 . 3 菱形销 图 4 . 4为支承夹紧结构。图中 5为支承座，用于固定支承钉，与夹具体连接。6 为支承钉，设计中共使用了 3 个支承钉和 1 个辅助支承钉，它们共同限制了工件的 2 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 个自由度。图中螺母用于调节支承钉的高度，使工件装夹之后保持水平。7为压板， 设计中共有 3 处，它们共同起到夹紧工件的作用。8 为铰链，连接压 图 4 . 4 支承夹紧结构 板与铰链座。9 为推杆，在汽缸的作用下，推杆运动以控制压板的夹紧与松开。3 1 为 推杆座，用于安装推杆，与夹具体连接。 5 切削用量的选择及刀具的选择 5 . 1 刀具的选择 5 . 1 . 1 刀具材料应具备的性能 刀具在工作中要承受很大的压力和冲击力。同时，由于切削时产生的工件材料塑 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 性变形以及在刀具、切屑、工件相互接触表面间产生的强烈摩擦，使刀具切削刃上产 生很高的温度和受到很大的应力。因此，作为刀具材料应具备以下特性。 （1 ）高的硬度 刀具材料必须具备高于被加工材料的硬度，一般刀具材料的常温硬 度都在 6 2 H R C 以上。 （2 ）高的耐磨性 耐磨性是刀具抗磨损的能力。它是刀具材料力学性能、组织结构 和化学性能的综合反映。 （3 ）足够的强度和韧性 为能承受很大的压力，以及冲击力和振动，刀具材料应具 有足够的强度和韧性。一般强度用抗弯强度表示，韧性用冲击值表示。 （4 ）高的耐热性 耐热性是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的 性能。 （5 ）良好的热物理性能和耐热冲击性 刀具材料抵抗热冲击的能力可用耐热冲击系 数 R 表示，R 的定义式为 R =b ( 1 -) / E 式中- 热导率；b- 抗拉强度；- 泊松比；E - 弹性模量；- 热膨胀系数 （6 ）良好的工艺性 这里指的是锻造性能、热处理性能、高温塑变性能以及磨削加 工性能等。 （7 ）经济性。 5 . 1 . 2 工件材料性能 下表为工件材料 A D C 1 2 （压铸铝合金，A D C 1 2为新牌号，与表中牌号相符）性能 参数。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 表 5 - 1 工件材料性能参数： 合金牌号 合金代号 力学性能 抗拉强度 b/ M a p 伸长率( % ) ( l0= 5 0 ) 布氏硬度 H B S ( 5 / 2 5 0 / 3 0 ) Y Z A l S i l 1 C u 3 Y L 1 1 4 2 3 0 1 8 0 5 . 1 . 3 刀具性能和选定 下表为刀具性能参数。 表 5 - 2 刀具性能参数 材料性能 密度/ ( g / c m 3 ) 硬度 抗弯强度 / M a p 抗压强度 / M a p 冲击韧性 / ( k J / m 2 ) 高速 钢 7 . 6 - 7 . 8 6 3 - 7 0 H R C 2 5 0 - 4 0 0 0 2 5 0 - 4 0 0 0 1 0 0 - 6 0 0 材 料 种 类 硬质 合金 8 . 0 - 1 5 8 9 - 9 4 H R A 9 0 0 - 2 4 5 0 3 5 0 0 - 5 9 0 0 2 5 - 6 0 材料性能 弹性模量 / G a p 热导率/ W / ( m K ) 热膨胀系数 / ( 1 0 - 6 / ) 耐热性/ 刀具材料 高速 钢 2 0 0 - 2 3 0 1 6 . 0 - 2 5 . 1 9 - 1 2 6 0 0 - 6 5 0 高速钢 材 料 种 类 硬质 合金 4 2 0 - 6 3 0 2 0 . 9 3 - 8 3 . 7 4 5 - 7 8 0 0 - 1 0 0 0 铸造钴 基合金 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 根据工件材料性能参数可知，高速钢刀具和硬质合金刀具均能对工件进行加工， 硬质合金刀具硬度明显高于工件材料硬度，考虑到工件加工数量较大，大批量的加工 很容易使刀具磨损严重，造成产品尺寸无法达到加工技术要求，频繁更换刀具又造成 大量的刀具调试时间，影响了加工效率，综合各种因素，故选用硬质合金刀具加工工 件 1 3 。 5 . 2 切削用量的选择原则 制订切削用量，就是要在已经选择好刀具材料和几何角度的基础上，合理地确定 切削深度p 、进给量 f 和切削速度c 。 所谓合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能，在保证加工质量 的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。 不同的加工性质，对切削加工的要求是不一样的。因此，在选择切削用量时，考 虑的侧重点也应该有所区别。粗加工时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具 耐用度，故一般有限选择尽可能大的切削深度p ，其次选择较大的进给量 f ，最后根 据刀具男用度要求，确定合适的切削速度。精加工时，首先应保证工件的加工精度和 表面质量要求，故一般选用较小的进给量 f和切削深度p ，而尽可能选用较高的切 削速度c 。 5 . 2 . 1 切削深度p 的选择 切削深度应根据工件的加工余量来确定。 粗加工时，除留下精加工余量外， 走刀应尽量可能切除全部余量。当加工余量过 大，工艺系统刚度较低，机床功率不足，刀具强度不够，或断续切削的冲击振动较大 时，可分多次走刀。切削表面层有硬皮的铸锻件时，应尽量使用p大于硬皮层的厚 度，以保护刀尖。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 半精加工和精加工的加工余量一般较少，可一次切除。但有时为了保证工件的加 工精度和表面质量，也可采用二次走刀。 多次走刀时，应尽量将第一次走刀的切削深度取大些，一般为总加工余量的 2 / 3 - 3 / 4 。 在中等功率的机床上，粗加工时的切削深度可达 8 - 1 0 m m ，半精加工（表面粗糙度 为 R a 6 . 3 - 3 . 2 m ） 时， 切削深度取为 0 . 5 - 2 m m ， 精加工 （表面粗糙度为 Ra1 . 6 - 0 . 8 m ） 时，切削深度取为 0 . 1 - 0 . 4 m m 。 图 5 . 1 加工铣削示意图 图 5 . 1 为工件加工示意图，右侧刀盘为粗加工，左侧刀盘为精加工。粗加工时， 考虑在保证精加工的同时尽可能多的去除加工余量，所以确定粗加工的切削深度为 1 . 2 m m ；留 0 . 3 m m 作为精加工余量。 5 . 2 . 2 进给量 f 的选择 切削深度选定以后，接着就应尽可能选用较大的进给量 f 。粗加工时，由于作用 在工艺系统上的切削力较大，进给量的选取受到下列因素限制：机床- 刀具- 工件系统 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 的刚度，机床进给机构的强度，机床有效功率与转矩，以及断续切削时刀片的强度。 半精加工和精加工时，最大进给量主要受工件加工表面粗糙度的限制。 工厂中，进给量一般多根据经验按一定表格选取，在有条件的情况下，可通过对 切削数据库进行检索和优化。 进给量 f =d / 1 0 0 0 =2 0 0 / 1 0 0 0 = 0 . 6 2 8 m m / r d - 刀盘直径 5 . 2 . 3 切削速度c 的选择 在p和 f选定以后，可在保证刀具合理耐用的条件下，用计算的方法或用查表 法确定切削速度c 的值。在具体确定c 值时，一般应遵循下述原则： （1 ）粗铣时，切削深度和进给量均较大，故选择较低的切削速度；精铣时，则选择 较高的切削速度。 （2 ）工件材料的加工性较差时，应选较低的切削速度。故加工灰铸铁的切削速度应 较加工中碳钢低，而加工铝合金和铜合金的切削速度则较加工钢高得多。 （3 ）刀具材料的切削性能越好时，切削速度也可选得越高。因此，硬质合金刀具的 切削速度可选得比高速钢高好几倍，而涂层硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼刀 具的切削速度又可选得比硬质合金刀具高许多。 此外，在确定精加工、半精加工的切削速度时，应注意避开积屑瘤和鳞刺产生的 区域；在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度；在加工带硬皮 的铸锻件时，加工大件、细长件和薄壁件时，以及断续切削时，应选用较低的切削速 度。 回转体（刀具或工件）上选定点的切削速度c（m / m i n 或 m / s ）的计算公式为： c =d n / 1 0 0 0 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 d - 工件过刀具上选定点的回转直径（m m ） n - 工件或刀具的转速（r / s 或 r / m i n ） 根据机床参数确定，粗加工刀盘转速为 5 0 8 r / m i n ，精加工刀盘转速为 7 4 3 r / m i n 。 粗加工铣削速度c= 3 1 9 m / m i n 精加工铣削速度c= 4 6 6 m / m i n 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 6 典型零部件强度校核及材料选择 6 . 1 强度理论概述 各种材料因强度不足引起的失效现象是不同的。塑性材料，如普通碳钢，以发生 屈服现象，出现塑性变形为失效的标志。脆性材料，如铸铁，失效现象则是突然断裂。 在单向受力情况下，出现塑性变形的屈服极限s和发生断裂时的强度极限b，可由 实验测定。s和b可称为失效应力。以安全系数除失效应力，便得到许用应力 ， 于是建立强度条件 可见，在单向应力状态下，失效状态或强度条件都是以实验为基础的。 实际构件危险点的应力状态往往不是单向的。实现复杂应力状态下的实验，要比 单向拉伸或压缩困难得多。常用方法是把材料加工成薄壁圆筒，在内压 p 作用下，筒 壁为二向应力状态。如再配以轴向拉力 F ，可使两个主应力之比等于各种预定的数值。 这种薄壁筒试验除作用内压和轴力外，有时还在两端作用扭矩，这样还可得到更普遍 的情况。此外，也还有一些实现复杂应力状态的其他实验方法。尽管如此，完全复现 实际中遇到的各种复杂应力状态，并不容易。况且，复杂应力状态中应力组合的方式 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 和比值，又有各种可能。如果像单向拉伸一样，靠实验来确定失效状态，建立强度条 件，则必须对各式各样的应力状态一一进行实验，确定失效应力，然后建立强度条件。 由于技术上的困难和工作的繁重，往往是难以实现的。解决这类问题，经常是依据部 分实验结果，经过推理，提出一些假说，推测材料失效的原因，从而建立强度条件。 事实上，尽管失效现象比较复杂，但经过归纳，强度不足引起的失效现象主要还 是屈服和断裂两种类型。同时，衡量受力和变形程度的量又有应力、应变和应变能密 度等。人们在长期的生产活动中，综合分析材料的失效现象和资料，对强度失效提出 各种假说。这种假说认为，材料之所以按某种方式（断裂或屈服）失效，是应力、应 变或应变能密度等因素中某一因素引起的。按照这类假说，无论是简单或复杂应力状 态，引起失效的因素是相同的。亦即，造成失效的原因与应力状态无关。这类假说称 为强度理论。利用强度理论，便可由简单应力状态的实验结果，建立复杂应力状态的 强度条件。 强度理论既然是推测强度失效原因的一些假说，它是否正确，适用于什么情况， 必须由生产实践来检验。 经常是适用于某种材料的强度理论， 并不适用于另一种材料； 在某种条件下适用的理论，却又不适用于另一种条件。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 6 . 2 压板的强度校核与材料选择 图 6 - 1 压板 6 . 2 . 1 切削力 切削加工时，在刀具的作用下，被切削层金属、切屑和工件已加工表面金属都要 产生弹性变形和塑性变形，这些变形所产生的抗力分别作用在前刀面和后刀面上；同 时，由于切屑沿前刀面流出，刀具与工件之间有相对运动，所以还有摩擦力作用在前 刀面和后刀面上。这些作用在刀具上的合力就是总切削力 F ，简称切削力。 由于 F 受很多因素的影响，因此，其大小和方向都是不固定的。为了便于分析切 削力的作用和测量切削力的大小， 常常将总切削力F 分解为三个互相垂直的切削分力： （1 ）切削力 Fc 是总切削力在主运动方向上的分力。因此，它垂直于基面，是 切削力中最大的一个切削分力。其所消耗的功率占总功率的 9 5 % - 9 9 % 。它是计算机床 动力，校核刀具、夹具的强度与刚度的主要依据之一。 （2 ）背向力 Fp 是总切削力在切削深度方向上的分力。它在基面内，与进给运 动方向垂直。此力作用在机床- 夹具- 工件- 刀具系统刚度最弱的方向上，容易引起振 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 动与加工误差，它是设计和校验系统刚度和精度的基本参数。 （3 ）进给力 Ff 是总切削力在进给运动方向上的分力。它在基面内，与进给运 动方向一致。Ff作用在机床的进给机构上，是计算和校验机床进给系统的动力、强度 及刚度的主要依据之一 1 5 。 6 . 2 . 2 强度校核 为校核夹具强度，需计算切削力 Fc Fc= kcp f （N ） kc- 单位切削力；p - 切削深度；f - 进给量 查表, 当 f = 0 . 3 m m / r 时 kc= 8 1 4 . 2 N / m m 2 计算得 Fc= 2 9 3 . 1 1 2 N Fc= f摩擦力= kFN k - 摩擦系数 查表得= 0 . 1 计算得 FN= 1 7 2 4 . 1 9 N 工作应力= FN/ A A - 最小截面面积 为 1 2 0 m m 2 计算得= 1 4 . 3 6 8 M P a 6 . 2 . 3 材料选择 表 6 - 1 常用材料的主要力学性能 材料名称 牌号 s / ( M P a ) b / ( M P a ) 5 / % 优质碳素结构钢 4 5 3 5 3 5 9 8 1 6 合金结构钢 4 0 C r 7 8 5 9 8 0 9 灰铸铁 H T 1 5 0 1 2 0 - 1 7 5 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 由表可知压板材料选用 4 5 优质碳素结构钢即可完全满足强度要求。 7 气动技术概况 气动技术是以压缩空气作为介质，以空气压缩机作为动力源，来实现能量传递或 信号传递与控制的工程技术，是流体传动与控制的重要重要组成技术之一，也是实现 工业自动化和机电一体化的重要途径。 气动技术与传统的液压技术相比，有以下优点：( 1 ) 结构简单轻便、方便安装维 护；( 2 ) 输出速度一般在 5 0 5 0 0 m m / s ，速度快于液压和电气方式；( 3 ) 对冲击负载和负 载过载的适应能力较强；( 4 ) 可靠性高、使用寿命长、安全无污染且成本较低。 由于气动技术具有以上的使用优点，气动技术在世界工业企业得到了广泛的应 用。一个完善的机电一体化系统包括机械、动力、信息检测传感、执行、控制及信号 处理等部分。作为机电一体化系统的执行部分的气动元件及其系统不仅仅具有机械、 气动执行机构，同时也集成了信息检测传感等元件，甚至还集成了其他一些微型机电 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 系统。 7 . 1 气动技术的主要应用 气动技术应用面的扩大是气动工业发展的标志。气动元件的应用主要为两个方 面：维修和配套。过去国产气动元件的销售主要用于维修，近几年来，直接为主要配 套的销售份额逐年增加。国产气动元件的应用，从价值数千万元的冶金设备到只有几 百元的椅子。铁道扳岔、列车的煞车、街道清扫、特种车间内的起吊设备、军事指挥 车等都用上了专门开发的国产气动元件。这说明气动技术已渗透到各行各业，并且正 在日益扩大。 气动技术的应用主要在： ( 1 ) 汽车、轮船等制造业： 包括焊装生产线、夹具、机器人、输送设备、组装线、等方面。 ( 2 ) 生产自动化： 机械加工生产线上零件的加工和组装, 如工件的搬运、转位、定位、检测等工序。 ( 3 ) 某些机械设备： 冶金机械、印刷机械、建筑机械、农业机械、制鞋机械、塑料制品生产线、等许 多场合。 ( 4 ) 电子半导体、家电制造业： 硅片的搬运、元器件的插入与锡焊，彩电、冰箱的装配生产线等。 ( 5 ) 包装过程自动化： 化肥、粮食、食品、药品等实现粉末、粒状、块状物料的自动计量包装。用于烟 草工业的自动化卷烟和自动化包装等许多工序。用于对粘稠液体( 如化妆品、牙膏等) 和有毒气体( 如煤气等) 的自动计量灌装。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 7 . 2 气动元件在国内外的发展趋势 随着生产自动化程度的不断提高，气动技术应用面迅速扩大、气动产品品种规格 持续增多，性能、质量不断提高，同时陆续开发出适应市场要求的新产品，使气动元 件的品种日益增加，其发展趋势主要有以下几个方面： 7 . 2 . 1 精确化 为了使气缸的定