基于PROE平台的立式双轴缸孔半精镗机床总体及刀具设计
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双轴缸孔半精镗
机床
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设计
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基于PROE平台的立式双轴缸孔半精镗机床总体及刀具设计,基于,PROE,平台,立式,双轴缸孔半精镗,机床,总体,刀具,设计
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文 献 资 料专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 康 生 班 级 BD机制042 学 号 0420110225 指 导 教 师 黄晓峰 文 献 资 料1邱跃勇.专用铣削组合机床的设计J.鸡西大学学报，2006，（02）:35-36.2张银保.立式轴承座钻孔组合机床设计J.湖北工业大学学报，2005，（03）:55-58.3于洪斌.钻攻组合机床的设计和使用J.组合机床与自动化，2007，（05）:127-128.4李兰忖.多工位钻镗组合机床自动控制系统设计J.制造技术与机床，2006，（03）:99-101.5谢骐.机床夹具设计中的技巧J.机械工人，冷加工，1999，（01）:49-50.6李春青.机械夹具的设计J.机械工程与自动化，2004（06）:59-72.7刘长青.基于机床夹具的加工精度分析J.荆门职业技术学院学报，2007（12）:45-478张卫红，吴伏家.深孔镗削振动机理研究J.机械管理开发，2007（04）:36-399张素芬.内偏心孔车削夹具的设计与制造J.机械研究与应用，2007（10）22-2310Gavin Wright，Stanford University.Reconfigurable machine and practical technology researchJ. Engineering Structures 24 (2002) 1727 .基于机床夹具的加工精度分析刘长青摘 要对工件在夹具上加工的精度进行分析,可在夹具总图上合理标注尺寸及公差;通过加工精度的校核,可论证夹具设计方案的可行性,确定夹具元件和装置的结构尺寸和精度。关键词 夹具设计;加工精度;加工误差;标注;结构设计在夹具总图上标注尺寸、公差,对夹具元件、装置进行结构设计是夹具设计的重要内容,也是比较棘手的工作。设计中往往出现一些问题:尺寸、公差标注不完整,或标注杂乱无章,影响装配图的效果和装配工作;当按一般原则确定了夹具元件、装置的方案后,结构设计太过抽象,参数选择没有明确的依据,影响夹具设计的可信度和可行性。本文从工件在夹具上加工的精度分析入手,探讨其在解决以上两个问题的技术途径。图1 工件在夹具上加工的加工误差1.与夹具有关的加工误差在机床夹具刀具工件所组成的机械加工工艺系统中,凡是影响刀具和工件正确位置的因素,都将引起加工误差。其中与夹具有关的因素有:定位误差D 、对刀误差T、夹具在机床上的安装误差A 和夹具误差J。影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差G。工件在夹具上加工的加工误差及关系如图1所示。1) 定位误差D 定位误差D 包括基准不重合误差B 和基准位移误差Y , D = B Y。根据工序图上工序尺寸的标注和本工序所选择的定位基准,判断工序基准与定位基准是否重合,若不重合,则B =B ,B 为工序基准与定位基准在加工尺寸方向上距离尺寸的公差;基准位移误差Y 是定位基准在加工尺寸方向上位置变动的最大范围,由定位副的制造误差和配合间隙引起。当工件以平面定位时不存在基准位移误差,以外圆或内孔定位时存在, Y 0。2) 对刀误差T 是刀具相对于对刀或导向元件位置不精确而造成的加工误差。钻套、镗套是钻模、镗模上的对刀导向元件, T = (B + h +H /2) Xmax /H, Xmax为钻套、镗套导向孔与钻头、镗杆的最大间隙; B为工件厚度; H为钻套高度或镗套长度; h为排屑空间的高度。工件薄时,按Xmax计算对刀误差。铣床夹具一般采用对刀块, T =S ,S 为塞尺厚度S的公差。3)安装误差A 是夹具在机床上安装位置不精确而造成的加工误差。14若夹具安装基面为平面,则A = 0;车床夹具通常安装在主轴前端,则A =Xmax , Xmax为夹具安装孔与主轴配合的最大间隙。若在主轴和夹具体之间采用过渡盘,则A =X1max +X2max , X1max、X2max分别为过渡盘和主轴、夹具体间的最大配合间隙;铣床夹具通常以两定位键作为机床和夹具的连接元件,则A =Xmax , Xmax为定位键与工作台T形槽的最大间隙。若加工尺寸在两定位键之外,则还存在转角误差 ,A =Xmax + 2L tg , tg =Xmax /L0 ,L0 为两定位键中心距, L为加工尺寸在导向方向上偏离定位键的距离。4)夹具误差J 由夹具各元件、装置以及定位基面间位置不精确引起。夹具误差J 反映在:定位元件相对安装基准的尺寸或位置误差J1 ;定位元件相对对刀或导向元件(包含导向元件之间)的尺寸或位置误差J2 ;导向元件相对安装基准的尺寸或位置误差J3 ;分度误差F。分度误差为最大分度值与最小分度值之差,按分度装置类型,有直线分度误差和回转分度误差。影响分度误差的主要因素有: x1 (对定销与分度套的最大间隙) 、x2 (对定销与固定套的最大间隙) 、e (分度套内、外圆的同轴度) 、2(分度盘两相邻孔距的公差值) 。在回转分度中,分度误差还受x3 (分度盘回转轴与轴孔间最大间隙)的影响。影响分度误差的各项因素都是独立随机变量,故可按概率法叠加, F =2 2 + x2 + x2 + e。回转分度误差 = 4arctg ( ( F + 2 x3 ) /4R) ,其中, R为回转中心到分度套中心的距离。在夹具的结构方案拟定后,查阅相应的国家标准机床夹具零件及部件或机床夹具设计手册,初步选定结构参数,就可逐项计算与夹具有关的误差。2.加工精度计算与夹具总图尺寸、公差标注夹具总图表达夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系,而对夹具的基本要求是确保满足工件的加工精度要求,因此,夹具总图上必须标注影响加工精度的这四类尺寸、公差: 1)影响定位精度的尺寸、公差( SD ) ; 2)影响对刀精度的尺寸、公差( ST ) ; 3)影响夹具在机床上安装精度的尺寸、公差( SA ) ;4)影响夹具精度的尺寸、公差( SJ ) 。在确定夹具结构方案的过程中,工件定位、夹紧、对刀和夹具在机床上安装等各部分结构以及总体布局会有几种不同的方案可供选择,因而,都应先画出草图,进行必要的计算。对上述与夹具有关的误差计算的公式中,出现的数据就是要在夹具总图上标注的尺寸、公差。例.在图2所示钢套零件上钻5 mm孔,设计的钻模如图3所示。图2 钢套钻孔工序图该钻模满足的加工要求有两个: 5 mm孔轴线到端面B的距离20 0. 1 mm; 5 mm孔对20H7孔轴线的对称度0. 1 mm。工件以20H7孔和其左端面在带凸肩的心轴上定位,采用螺旋轴向夹紧,钻套导向。防转销钉10 防止加工中工件绕心轴旋转。虽然存在过定位,但钻孔前工序保证了端面与20H7孔轴线的垂直度精度较高, = 0. 02 mm,与20H7孔和定位心轴20f6的最小配合间隙Xmin= 0. 02 mm相等,满足 0对称度0. 1 mm的G 取0. 033 mm,总加工误差 = (0. 054) 2 + (0. 052) 2 + (0. 03) 2 + (0. 033) 2mm = 0. 087 mmJC = 0. 1 - 0. 087 = 0. 013 mm 0校核结果表明,该钻模设计方案可行,夹具元件、装置结构尺寸合理,满足加工要求,可以确定下来,从而完成结构设计工作。如果实际算得JC 0,则要对夹具方案、结构、尺寸进行调整,逐步完善设计。4.结束语工件加工精度较高时,应进行加工精度分析。虽然机床夹具多种多样,但只要理解各项误差概念,掌握误差计算方法,明确夹具设计过程中要考虑的关键问题,通过加工精度实际计算,便可在夹具总图上正确标注尺寸、公差;根据加工精度校核结果,确定夹具元件合理的参数,使夹具能更稳定地保证加工要求。内偏心孔车削夹具的设计与制造张素芬摘 要:在车床上使用专用夹具,可扩大车床的加工范围,确保零件的加工质量,提高生产效率。笔者介绍了一种装夹内偏心孔零件的车削专用夹具,从零件的加工要求出发,具体描述了车削专用夹具的设计、制造及使用方法。关键词:偏心孔;车削;设计;制造;使用方法1.引言车床作为一种古老的机床,在现代制造业中占有十分重要的地位。当前,车床广泛地应用于各种轴类、盘类、套类和具有回转表面零件的加工,同时还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、滚花、攻丝和车外螺纹等加工。特别是在使用专用夹具的情况下,不仅可以扩大车床的加工范围,还可以提高零件的加工精度和加工效率。图1 零件如图1所示,零件要求批量生产。从该图可知,该零件要求在20mm 的轴上加工14. 6 + 0. 07 mm、16 + 0. 11 mm 和17 + 0. 11mm三个径向孔,而孔14. 6 +0. 07mm与孔16 + 0. 11mm和17 + 0. 11mm 又要求具有0. 7 0. 02mm 的偏心距, 且孔14. 6 + 0. 07mm和16 +0. 11mm的表面粗糙度均为Ra 3. 2m;同时孔16 + 0. 11mm和孔17 + 0. 11mm又分布在内孔14. 6 + 0. 07mm两端,从而形成了两端大中间小的阶梯孔,且孔16 + 0. 11mm和孔17 + 0. 11mm还有同轴度的要求。从以上分析可见该零件的加工难度较大。如果采用精密的坐标镗床或加工中心等高精度机床,则加工该零件并非十分困难。但现有生产条件只有普通车床,增加了加工难度。若在普通车床上直接采用三爪卡盘夹持零件进行加工,无法达到规定的加工要求;若采用四爪卡盘夹持零件进行加工,虽然能够达到规定的技术要求,但必须通过找正等繁杂的工序,这降低了加工效率,也很难保证零件的加工精度。所以,在批量生产时,为保证零件的加工质量、提高零件的生产效率、降低生产成本,必须设计和制造车床专用夹具。2.车削夹具的设计2.1定位方案的确定根据该零件的结构特点和加工要求可知:若该零件要达到规定的技术要求,则在加工时必须限制零件的5个自由度(即绕零件圆柱体轴心线转动的自由度不必限制)。因此,采用“一面一销”的不完全定位方式,即以零件的端面和8.5 + 0.015mm的孔作为定位基准面,以车削夹具上相应的定位平面和定位销作为定位元件,限制零件X、Y、Z 轴的移动和X、Y轴的转动共计5个自由度,确保零件的正常加工。同时,该零件的端面和孔8. 5 +0. 015mm的轴心线均为设计基准,满足了定位基准与设计基准重合的原则,消除了基准不重合误差(B ) ,即B = 0,而定位误差(D )的产生只是由基准位移误差(Y )引起。因此,该车削夹具的定位误差在水平方向和铅垂方向均存在。即,水平方向:D =B +Y +调=Y +调= ( ES + ei) /2 +调= (孔+销) /2 +调。式中: ES 为8. 5mm孔的上偏差; ei为8. 5mm定位销的下偏差;孔为8. 5mm孔的公差;销为8. 5mm定位销的公差;调为方套调整时的误差。铅垂方向的定位误差主要由方孔底面到车床回转中心线距离调整的误差决定。因此,在提高定位基准面和定位元件制造精度及减小调整误差的情况下,可有效地控制零件定位误差的大小,最终保证零件的加工质量。2. 2夹紧方案的确定由于该零件的产量不大,且零件较小,因此宜用手动夹紧机构;同时,因为该车削夹具将安装在车床主轴上随加工零件一起旋转,所以手动夹紧机构应尽量简单、安全、可靠,使整个车削夹具的质量较小,以减小车削夹具在旋转时所产生的离心力对加工零件精度的影响,注意防止车削夹具上的零件在加工过程中脱落和飞出。因此,应采用螺旋压板夹紧机构。2. 3夹具总体方案的确定为保证车削夹具定位准确,装夹、拆卸零件方便,清理切屑容易,车削夹具的总体方案选择开放式结构,如图2所示。图2夹具装配图1. 垫板2. 定位板3. 导柱4. 弹簧5. 定位销6. 方套7. 压板8. 螺钉9. 螺杆10. 螺柱11. 弓形体12. 螺钉销13. 锥柄14. 螺钉从图2可知,锥柄13与弓形体11联成一个整体,成为夹具体,用于支承定位元件、夹紧装置和相关零部件,同时便于将车削夹具安装在车床主轴上。为了加工偏心孔14. 6 + 0. 07mm,可通过上下移动方套6和调整定位板2来实现。其基本工作原理是:方套6在两个螺柱10的作用及两个导柱3和螺杆9 (螺杆9和弓形体11为间隙配合)的引导下,能够方便地向下移动;当两个螺柱10松开后,在弹簧4的作用下,方套6可以向上移动,从而实现定位板2的更换。定位板2制成两件,一件厚一件薄,两者厚度相差0. 7mm,通过薄板定位加工16 + 0. 11mm和17 + 0. 11mm的孔,再通过厚板定位加工14. 6 + 0. 07mm的偏心孔 3 。3.车削夹具的制造3. 1夹具体夹具体由四个螺钉销12将锥柄13和弓形体11联接而成。在制造锥柄13时,选用45号钢并经热处理使其最终的硬度达到2832HRC,通过车、钳等半精加工后,由外圆磨床精加工外圆柱面和锥面。弓形体11 也选用45 号钢,经铣、钳、磨加工而成,并要求相互成直角的平面对角尺。最后,将锥柄13和弓形体11进行配钻、铰孔,装配成一体。3. 2方套方套6是车削夹具的关键零件,它的制造与安装精度决定了零件的安装定位精度。所以,在加工时先用铣床进行粗加工和半精加工,保证方套方孔和外轮廓左右的对称度;用磨床对其外轮廓和方孔进行精加工,使其达到规定的技术要求;随后由钳工将8. 5 +0. 015mm定位销孔精制而成,并将定位销5装入方套6中(其配合为过渡
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