毕业设计（论文）-典型摇枕（110t）机加工艺设计及钻模设计.pdf

诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导 下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中 列出。 本人签名：年月日 毕业设计任务书毕业设计任务书 设计题目：典型摇枕（110t）机加工艺设计及钻模设计 系部： 机械工程系专业：机械设计制造及其自动化学号： 112011123 学生：王飞指导教师（含职称）：任艳红（高工） 1课题意义及目标 学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解机械加工 工艺方案的选择、工艺方法的确定、加工过程设备选型等；及机械加工过程中使用的 专用夹具设计、夹具各零部件材料选择、性能参数确定、应力计算方法等机械加工方 面的设计规范、计算方法及设计思想等，为学生在毕业后从事机械加工技术工作打好 基础。 2主要任务 1）制定所提供零件的机械加工工艺流程，选择合适的工艺方法。 2）将确定的工艺方法按工艺流程分工序展开进行详细说明，包含设备选型、加 工基准选择、加工步骤描述、加工过程尺寸确定、所需工装需求、量具选择等。 3）根据加工设备种类和零件定位、加工需要设计联合钻孔夹具（简称钻模）， 绘制该钻模的装配图及各零部件的分解图，并对设计过程和设计思路进行详细介绍， 包含各零部件的材料选定、直径或厚度确定、热处理参数等进行分步骤详细阐述。 4）完成设计说明书一本，内容包括两部分：详细的机械加工工艺过程展开说明； 机加夹具装配图和零件图及设计说明。 3主要参考资料 1 陈宏钧.实用机械加工工艺手册.-2 版.北京:机械工业出版社,2003.1. 2 任嘉卉.公差与配合手册. -2 版.北京: 机械工业出版社,2000.4. 3 李维荣.五金手册. -2 版.北京: 机械工业出版社,2002（2007.3 重印）. 4进度安排 设计各阶段名称起止日期 1 根据提供的零件图纸及设计要求， 确定加工工 艺方案和工艺流程 2015 年 3 月 3 日3 月 23 日 2 完成零件加工工艺过程的设计 3 月 24 日4 月 13 日 3 设计机加夹具， 确定机加夹具的总体结构及零 件结构，并进行强度和内力计算 4 月 14 日5 月 4 日 4 完成夹具的装配图及零件图绘制5 月 5 日6 月 1 日 5 完成毕业论文及答辩工作6 月 2 日6 月 22 日 审核人审核人：年月日 I 典型摇枕（110t）机加工艺设计及钻模设计 摘要：机械加工工艺规程一般包括：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所 用的设备和工艺设备、工艺的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。为了能 确切的说明过程，使工件能按照零件图的技术要求加工出来，就得制定复杂的机械加 工工艺规程来作为生产指导性的技术文件；钻模的设计可以简化钻孔过程中的重复安 装、定位，实现一次装夹可以钻一组或几个不同位置的孔，也同时提高了零件的定位 精度和各孔之间的位置精度。 关键词：关键词：110t 摇枕，机加工艺，钻模设计 Typical bolster（110t）machining process and jig design Abstract： Repeat as technical requirements of machining process planning mainly includes the following content: workpiece machining process, the process of the specific content and the selection of equipment and process equipment, test items and test methods, cutting dosage, time quota. In order to exact description and processing process, the workpiece according to part drawing processing, the need to develop a complex machining process rules to guide the production of technical documents; jig design can simplify the process of drilling in the installation and positioning, to achieve a clamping can drill a group or several different position of the hole, and also improve the parts of the positioning accuracy and the hole position accuracy. Keywords: 110t bolster, Machining process, Jig design II 目录 1前言.1 1.1摇枕的作用1 1.2国内外研究进展1 1.3机加工艺设计及钻模设计的概述4 2零件的分析.5 2.1零件的结构5 2.2零件的工艺分析5 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8 3.3.1划线（见图二）.8 3.3.2加工心盘面（见图四）.10 3.3.3加工两端上旁承安装面（见图五）.11 3.3.4钻上旁承装配面四孔（见图六）.12 3.3.5钻固定杠杆支点座四安装孔（见图七）.13 3.3.6自检.14 3.4摇枕机加工序卡15 4钻模设计.16 4.1问题的引出16 4.2总体方案17 4.3铣钻组机总体布局设计的技术方案18 5夹具的工作原理与结构设计.20 5.1夹具定位、夹紧、辅助支撑等技术方案21 5.1.1夹具的定位方案及定位装置.21 5.1.2心盘钻模板的设计方案.24 5.1.3夹具方案及夹紧装置.24 5.2夹紧力的计算25 III 5.3夹紧动力装置26 5.3.1液压装置.26 5.3.2气压装置.27 5.4自锁式辅助支承结构方案28 5.5冷却液的飞溅防护和回收28 5.6定位误差和精度的分析和计算30 5.6.1定位误差分析计算.30 5.6.2夹具精度分析计算.31 5.7该夹具的性能和优点33 6结论.34 参考文献.35 致谢.36 附录.37 太原工业学院毕业设计 1 1前言前言 1.1摇枕的作用摇枕的作用 摇枕是铁路货车车辆上的一个重要部件，是转向架上直接承受车体载荷的梁。因 其外形似枕又能随弹簧作上下左右的运动而得名。摇枕中央有下心盘，两端支撑在摇 枕弹簧上。摇枕的作用是将车体作用在下心盘的载荷分配给两端的弹簧上，它可以把 转向架左右两侧架连成一个整体。 1.2国内外研究进展国内外研究进展 20 世纪 90 年代到 2005 年，我国摇枕的制造技术有了相当明显的提升，基本上改 变了落后的摇枕制造技术局面， 并且质量方面也有所改善。 然而随着世界的繁荣发展， 铁路货车的载重能力也需要得到相应的提升，所以创新摇枕制造技术迫在眉睫。2006 年， 我国开始对摇枕制造技术创新攻关， 进而在整体芯 B+级铸钢摇枕制造技术上取得 了重要突破和瞩目成就。2007 年 2 月，B+级钢的研制得到了国际同行的一致肯定，在 下半年开始，整体芯 B+级钢摇枕制造技术得到全面推广，从起初的国内 25 吨轴重到 国外最大 40 吨轴重转向架大批量装车，和在极端环境条件下的多种特殊情况下的考 验，足以证明整体芯 B+级钢摇枕质量和安全性能显著高于国外同类摇枕。从 2008 年 下半年开始至今，我国采用该技术生产的摇枕一直大量出口至俄罗斯、美国、澳大利 亚等十几个国家，而以 110t 摇枕的技术更加彰显我国的摇枕技术水平。 近些年来,随着数控机床、加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统等现代化加 工设备的广泛应用,使传统的机械加工的制造方法发生了重大变革,夹具的功能已经 从过去的装夹、定位、引导刀具,转变为装夹、定位。而数字化的设备加工功能的扩 大化,给今后夹具的快速定位、快速装夹提出了更高的要求。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 4。 1）高精密化 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,更高精度夹具的定位孔距精度高达5m,夹具支承面的垂直度达 太原工业学院毕业设计 2 0.01mm/300mm ,平行度高达 0.01mm/500mm。德国 demmeler 公司制造的 4m 长、2m 宽 的孔系列组合焊接夹具平台,其等高误差为0.03mm,精密平口钳的平行度和垂直度 在5m 以内,夹具重复安装的定位精度高达5m;瑞士EROWA 柔性夹具的重复定位 精度高达 2 - 5m。机床夹具的精度已提高到微米级。 2）高效自动化 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。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 3R 夹具仅用 1 分钟,即可完成线切割机床夹具的安装与校正。 3）模块化 组合夹具元件模块化是实现组合化的基础。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 CAD 技术,可建立元件库、典型夹具库、 标准和用户使用档案库,进行夹具优化设 计。组合夹具分会与华中科技大学合作,正在着手创建夹具专业技术网站,为夹具行业 提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台,争取实现夹具设计与服务的通用化、 远程信息化和经营电子商务化。我国夹具元件的标准化工作,已有一定的基础,但还远 远跟不上生产发展的需要,我国和先进发达国家相比,差距也比较大。 4）通用化 经济夹具的通用性直接影响其经济性。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。 德国 demmeler 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。随着我国经济的高速发展,社会对机械产品需求多样化的趋势也越来越明显。为 此,制造技术的研究者提出了成组技术的科学理论及实践方法,它能从根本上解决生 产由于品种多,产量小带来的矛盾 4。 成组技术作为一门综合性的生产技术科学是计算机辅助设计、计算机辅助工艺过 程设计、 计算机辅助制造 CAM 和柔性制造系统等方面的技术基础和指导思想。近几年 来, 由于成组技术在生产组织和应用中经济效益十分显著, 它对提高我国机械工业 的制造技术和生产管理水平将日益发挥其重要的作用。成组技术 GTGroup Technology 是一门生产技术科学, 它研究如何识别和发掘生产活动中有关事务的相似性, 并对 太原工业学院毕业设计 3 其进行充分利用。即把相似的问题归类成组, 寻求解决这一组问题相对统一的最优方 案, 以取得所期望的经济效益。成组技术应用在机械加工方面, 乃是将多种零件按其 工艺的相似性分类成组以形成零件族, 把同一零件族中零件分散的小生产量汇集成 较大的成组生产量, 从而使小批量生产能获得接近于大批量生产的经济效果。这样, 成组技术就巧妙地把品种多转化为“少”, 把生产量小转化为“大”, 由于主要矛盾 有条件地转化, 这就为提高多品种、 小批量生产的经济效益提供了一种有效的方法 6。 国外研究和开发计算机辅助夹具设计系统的情况: 1)夹具结构自动布局的理论和方法 Amy J.C.Trappey 10用空间投影计数法简化了 工件总体形状的表示,然后用几何推理的方法,通过 PSOE 一套立体网络搜索的策略得 到夹具的布局。 2)在 CAPP 中增加一个夹具规划器 T.Chang 10在所研究开发的 QTC 系统中增加一 个夹具规划模块。此类夹具规划模块可以和全自动化的工艺设计动能进行交互设计形 成夹具装配图,但是这一模块只能使用于外形极为简单的夹紧零件。 3)夹具设计专家系统 A.Markus 10等提出了一个用PROLOG语言为箱体类零件装配 组合夹具的 MODBUILD 系统。 P.M.Ferreira 等开发了 AIFIX 专家系统,适用于常规的机 械加工。 预计计算机辅助夹具设计的发展趋势 7为: 1）在制造系统中与其他 CAPP /CAM /CAE 和 PDM、CNC 等异构系统的无缝集成； 2）多智能体等先进 A I 技术的广泛深入应用;CAFDV 的广泛深入研究； 3）软件设计与硬件检测结合起来,实现物理上的自动装配； 4）与机器人抓取方面研究的结合。 随着制造技术的发展,产品的设计周期缩短,更新换代增快。传统的大批量生产模 式逐步被中小批量生产模式所取代。机械制造业欲适应这种变化须具备较 高的柔性, 国外已把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段,并将其作为机械制造业中主要发 展方向。 柔性化的着眼点主要在机床和工装两个方面,而夹具又是工装柔性化的重点。组 合夹具的平均设计和组装时间是专用夹具所花时间的 5%20% ,可以认为组合夹具就 是柔性夹具的代名词。由于组合夹具应变能力强、设计和制造周期短、成本低、适应 产品更新换代的要求,提高了企业的竞争力,所以日益受到厂家的青睐。应用组合夹具 的一项关键技术就是 CAFD 技术 9。 太原工业学院毕业设计 4 我国从 20 世纪 80 年代中期就已经开始研究这项技术,并对如何将人工智能的理 论应用到了组合夹具计算机辅助设计 CAD 过程进行了探索。但由于组合夹具设计取决 于被加工工件,而被加工工件又千变万化,造成组合夹具 CAD 难以实现智能化。经过 30 多年国内外众多学者的不懈努力,工作虽有进展,但离生产实际应用还具有很大距 离。 1.3机加工艺设计及钻模设计的概述机加工艺设计及钻模设计的概述 机械加工工艺过程程就是用切削的方法改变毛皮的形状、尺寸和材料的物理机械 性质成为具有所需要的一定精度、粗糙度等的零件。机械加工工艺规程是规定零件机 械加工工艺的过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为 合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生 产。机械加工工艺规程一般包括一下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容 及所用的设备和工艺设备、工艺的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额的等。 为了能确切的说明过程，使工件能按照零件图的技术要求加工出来，就得制定复杂的 机械加工工艺规程来作为生产指导性的技术文件；夹具是保证零件精度的重要工具， 夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制定之后按照某一工序的集体要求进行 的，夹具的设计质量的高低，应以能否稳定保证工件的加工质量、生产效率、成本等 指标衡量。 机械加工工艺规程是指导车间生产的主要技术文件、生产准备和管理准备的重要 资料、新建或扩建工厂和车间的基本依据、还便于交流与推广先进经验。正确的工艺 规程可以稳定地保证产品的质量和获得较高的生产率及经济效益、能使生产均衡、顺 利的进行。 机床夹具是机械制造中一项重要的工艺装备， 工件通过机床夹具进行安装， 包含工件通过夹具上的定位元件获得正确的位置及通过夹紧机构使工件的既定位置 在加工过程中保持不变两个方面，这样就可以保证工件的加工表面的位置精度，且精 度稳定；使用夹具安装工件，可以减少划线、找正、对刀等辅助时间它可以缩短辅助 时间，采用多件、多工位夹具、以及气动、液压动力夹具夹紧装置，可以进一步减少 辅助时间，提高生产率；有些机床夹具实质上是多机床进行了部分改造，扩大了原机 床的功能适用范围；可以减轻工人的劳动强度，保证生产安全。 太原工业学院毕业设计 5 2零件的分析零件的分析 2.1零件的结构零件的结构 110t 摇枕是大型铸钢件， 是铁路货车的重要支撑连接部件， 每节车箱用两个摇枕， 摇枕的上部支撑货车的整个厢体及装箱的货物，下部连接支架和车轮，并共同作用在 铁轨上。 其体积庞大，呈长条不规则形，长 2438mm，宽 503.2mm，高 473.4mm， 材质为 B+级钢(ZG25MnCrNi)，毛坯重量 712kg，属大型壳体类工件，其主要由心盘 面、立领、斜楔磨耗板、侧板、旁承面及磨耗圈组成，其组成结构见图 1。其技术要 求符合 AARM 一 210 的规定。 1 一侧磨耗板 ；2 一插入件 ；3 一摇枕；4 一摇枕心盘磨耗圈；5 一旁承面 图 1 摇枕组成示意图 2.2零件的工艺分析零件的工艺分析 心盘内圆直径/mm：(420. 70. 8) 立领高/mm：51 旁承面到心盘底面：4. 8 太原工业学院毕业设计 6 旁承孔/mm：4-24 旁承面加工面积/mm：190330 侧面螺栓孔/mm：4-24 侧孔相对位置/mm：114, 203 , 65 , 13 弹簧承台到旁承面距离/mm： 0 6.4- 2 157. 重量/kg：712 太原工业学院毕业设计 7 3工艺规程设计工艺规程设计 3.1确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 确定毛坯的主要依据是零件在产品中的作用和生产纲领以及零件本身的结构，另 外还必须综合考虑摇枕的制作成本和市场需求。其加工要求高，加工面数量多并且种 类繁多，各道工序都各有要求且材质为 B+级铸钢，综合各项技术要求生产此摇枕零 件选择砂型铸造铸件的方式。 3.2基准的选择基准的选择 零件在加工前为毛坯，所有的面均为毛面，开始加工时只能选用毛面为基准，称 为粗基准。以后选已加工的面为定位基准，称为粗基准。 粗基准的选择将影响到加工面与不加工面的相互位置，或影响到加工余量的分 配，所以，正确选择粗基准对保证产品质量有重要影响。在选择粗基准时，一般应遵 循的原则为 （1）保证相互位置要求如果必须保证工件上加工面与不加工面的相互位置要 求，则应以不加工面作为粗基准。 （2）保证加工面加工余量合理分配如果必须首先保证工件某重要加工面的余 量均匀，则应该选择该加工面的毛坯面为粗基准。 （3）便于工件装夹选择粗基准时，必须考虑定位准确，夹紧可靠以及夹具结 构简单、操作方便等问题。为了保证定位准确，夹紧可靠，要求选用的粗基准尽可能 平整、光洁和有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其他缺陷。 （4）粗基准一般不得重复使用如果能使用精基准定位，则粗基准一般不应被 重复使用。 精基准的选择要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、 可靠和方便。为此，一般应遵循的五条原则为 （1）基准重合原则应尽可能选择被加工面的设计基准为精基准。这称之为基 准重合原则，在对加工面位置尺寸有决定作用的工序中，特别是当位置公差的值要求 很小时， 一般不应违反这一原则。 否则就必然会产生基准不重合误差， 增大加工难度。 太原工业学院毕业设计 8 （2）统一基准原则当工件以某一精基准定位， 可以比较方便的加工大多数 （或 所有）其他加工面，则应该尽早的把这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后工 序均以它为精基准加工其他加工面。这称为统一基准原则。采用统一基准原则可以简 化夹具设计，减少工件搬动和翻转次数。应当指出的是，统一基准原则常会带来基准 不重合的问题，这种情况下要针对具体问题进行认真分析，在可以满足设计要求的前 提下，决定最终选择的精基准。 （3）互为基准原则某些位置度要求很高的表面，常采用互为基准反复加工的 办法来达到位置度要求。这称为互为基准原则。 （4）自为基准原则旨在减小表面粗糙度、减小加工余量和保证加工余量均匀 的工序，常以加工面本身为基准进行加工，称为自为基准原则。 （5）便于装夹原则所选择的精基准，要能保证定位准确、可靠，夹紧结构简 单，操作方便。这称为便于装夹原则。 在上述五条原则中，前四条都有它们各自的应用条件，唯有最后一条，即便于 装夹原则是始终不能违反的。在考虑工件如何定位的同时必须认真分析如何夹紧工 件，遵守夹紧结构的设计原则。15 3.3制定工艺路线制定工艺路线 零件上的全部加工面应安排在一个合理的加工顺序中加工，这对保证零件质量、 提高生产率、降低加工成本都至关重要。工艺顺序的安排原则： （1）先加工基准面，再加工其它表面 （2）一般情况下，先加工平面后加工孔 （3）先加工主要表面，后加工次要表面 （4）先安排粗加工工序，后安排精加工工序 遵循工序顺序的安排原则，确定了摇枕的加工路线为：划线加工心盘面加工 两端上旁承安装面钻上旁承装配面四孔钻固定杠杆支点座四安装孔打磨毛刺、 擦拭切削液自检 3.3.1划线（见图二）划线（见图二） 太原工业学院毕业设计 9 3.3.1.1 摇枕纵向中心线确定方法：将摇枕垂直放置在平台上，通过摇枕两端弹簧 承台中心的弹簧圆脐中心连线即为摇枕纵向中心线； 3.3.1.2 摇枕横向中心线确定方法： 以两端弹簧承台中心的弹簧圆脐中心连线的中 点垂直于摇枕纵向中心线的直线即为摇枕横向中心线。 3.3.1.3 以中心销孔为摇枕中心划横向和纵向中心线， 并比较该横纵向中心线与以 弹簧承台圆脐为中心划出的摇枕横纵向中心线的偏差，若偏差5mm，则加工心盘面 和旁承面孔时，以中心销孔为基准加工；若偏差5mm，则对该摇枕进行隔离，并注 明原因后返回铸造公司处理。 3.3.1.4 将摇枕吊放成水平位置，心盘安装面朝下，用千斤顶支撑两端。 3.3.1.5 以弹簧承台面为基准调平。 3.3.1.6 在心盘安装面两侧划低于弹簧承台面 201.8 尺寸线。 3.3.1.7 在摇枕两端上旁承装配面的两侧划低于弹簧承台面 155.6 尺寸线。 图二：摇枕总工艺图 太原工业学院毕业设计 10 3.3.2加工心盘面（见图四）加工心盘面（见图四） 3.3.2.1 将摇枕毛坯吊放在设备工作台上，找正并夹紧。 其中设备选用落地车床或 卧式镗床（T68）。 3.3.2.2 当摇枕心盘尺寸420.7 的中心和中心销孔中心重合时，以摇枕中心销孔 中心为基准，加工心盘面；当心盘尺寸420.7 的中心和中心销孔中心有偏移时，偏 移量1.5 时，以心盘尺寸420.7 的中心为基准进行加工，加工后修磨中心销孔，使 中心销孔中心和心盘尺寸420.7 的中心重合；当偏移量1.5 时，产品隔离，并通知 主管技术员。加工完成应进行抽检自检，保证心盘尺寸及形位公差要求：心盘底面至 弹簧承台面高度 0 6.4- 150.8 ，心盘内径420.70.8、高度 0.5 1.5- 51 、及圆角 R3、R6，保证 心盘底面平面度0.5。 3.3.2.3 心盘表面外观质量要求： a)、心盘垂直内表面应平滑、无气孔、无凸起、无毛刺，以适合心盘垂直磨耗环 的组装。 b)、心盘表面（包括心盘顶部凹槽和中心销孔）必须无接缝、毛刺或影响垂直磨 耗环和中心销组装的其他凸起。 3.3.2.4 心盘加工后，允许存在以下铸造缺陷（如图三所示）： 心盘垂直加工表面 图三 a)、距离心盘垂直表面 19 范围内，直径等于或小于 3.2、深度小于或等于 1.6 的 缺陷； b)、距离心盘垂直表面 19 范围外，直径等于或小于 12.7、深度小于或等于 3.2 的 缺陷； 太原工业学院毕业设计 11 c)、夹杂物和气孔的总面积不超过 12.9cm2； d）、不影响支撑表面的装配功能； 3.3.2.5 对超过这四项规定的铸造缺陷，要求用黄色粉笔在缺陷周边划封闭圆圈， 并在铸件明显位置写“返修”字样，记录后隔离，并随记录表格一起返回铸造公司进 行焊修处理。 图四：加工心盘面 3.3.3加工两端上旁承安装面（见图五）加工两端上旁承安装面（见图五） 3.3.3.1 将处于水平支撑位置的摇枕吊放在设备工作台上，找正并夹紧。其中加工 设备选用龙门刨床（T5 铣头）或专用铣床。 3.3.3.2 根据划线位置调整刀头高度，以心盘底面为基准，按工艺图所示尺寸铣两 端上旁承装配面，保证弹簧承台面至心盘大平面高度尺寸为 0 6.4- 150.8 、心盘支撑面至 上旁承装配面高度尺寸为 4.81.6、上旁承装配面平面度0.5。加工旁承面时兼顾保 证旁承面的最小壁厚 323.2（有专用量规 N175JL11）。 太原工业学院毕业设计 12 3.3.3.3 旁承面外观质量要求：旁承加工表面应光滑、无凸起、无毛刺。 3.3.3.4 旁承面加工后，允许存在以下铸造缺陷： a)、直径等于或小于 12.7、深度小于或等于 3.2 的缺陷； b)、夹杂物和气孔的总面积不超过 12.9cm2； 3.3.3.5 对超过 3.3.3.4 条规定的铸造缺陷，要求用黄色粉笔在缺陷周边划封闭圆 圈，并在铸件明显位置写“返修”字样，记录后隔离，并随记录表格一起返回铸造公 司进行焊修处理。 图五：加工两端上旁承安装面 3.3.4钻上旁承装配面四孔（见图六）钻上旁承装配面四孔（见图六） 3.3.4.1 将待加工的摇枕吊放在设备工作台上，找正并夹紧。其中加工设备选用钻 床（Z30100）。 3.3.4.2 把钻模工装找正、固定在待加工的摇枕上，以加工后的摇枕心盘横、纵向 中心线为基准加工两端旁承面四孔，保证尺寸 4 1 0 24 、6351 及 2160.5。 3.3.4.3 旁承面四孔外观质量要求：孔边缘光滑、无毛刺；孔背面凸台光滑、平整。 太原工业学院毕业设计 13 3.3.4.2 旁承面四孔外观质量要求：孔边缘光滑、无毛刺；孔背面凸台光滑、平整。 图六：钻上旁承装配面四孔 3.3.5钻固定杠杆支点座四安装孔（见图七）钻固定杠杆支点座四安装孔（见图七） 图七：钻固定杠杆支点座四安装孔 太原工业学院毕业设计 14 3.3.5.1 将待加工的摇枕吊放在定位装置上夹紧，用摇臂钻床（Z30100）进行加 工。 3.3.5.2 把钻模工装找正，固定在待加工摇枕上， 以摇枕心盘底面和心盘横向中心 平面为基准，加工两侧固定杠杆支点座四孔，保证尺寸 4 1 0 24 、203、58.6、114 1 及 130.2。 3.3.5.3 固定杠杆支点座孔外观质量要求：孔边缘光滑、无毛刺；孔背面光滑、平 整。 3.3.6自检自检 按照表一对各工序的重点加工尺寸进行自检。 表一：加工过程所需必备专用量具表一：加工过程所需必备专用量具 序号加工工序重要加工尺寸量具名称备注 1加工心盘面 420.70.8； 0.5 1.5- 51 心盘通止规 （不含磨 耗环） 壁厚（24） （32） 摇枕心盘边缘厚度 止规 （不含垂直磨耗 环） 0 6.4- 150.8 摇枕弹簧座至心盘 量规 170摇枕中心销孔直径 和深度量规 （带水平 磨耗盘） 2加工旁承面 4.81.6、 平面度 0.5 摇枕心盘至旁承量 规 （带水平磨耗盘检 测） 3钻旁承面孔 4 1 0 24 、 2160.5 摇枕旁承两孔量规 塞尺 0.538 旁承面壁厚摇枕旁承面孔边缘 壁厚通止规 6351（划线检测） 太原工业学院毕业设计 15 4 钻固定杠杆 支点座孔 4 1 0 24 、 1141 固定杠杆支点座量 规 3.4摇枕机加工序卡摇枕机加工序卡 表二：表二：110t 级级 SCT 摇枕机加工序卡摇枕机加工序卡 序号工序分析基准选择设备选型刀具选用自检 划线弹簧圆脐平板、垫铁、千斤 顶 利用表 一中所 对应的 重要加 工尺寸 及量具 进行自 检 车心盘内壁 420.7 以中心销孔为基 准面 落地车床或卧式 镗床（T68） 端面车刀 车心盘底面以中心销孔为基 准面 端面车刀 车心盘圆角 R3、R6 以中心销孔为基 准面 圆弧车刀 去毛刺活扳手 300 中子挫 300、 三棱 刮刀 刨两端旁承 安装面 以心盘底面为基 准 龙门刨床 （M6000） T5 铣刀 去毛刺活扳手 300 中平挫 300、 三棱 刮刀 钻旁承面 24 四孔 以加工后的摇枕 心盘横、纵向中 心线为基准 摇臂钻床 （Z30100） 锥柄麻花 钻 24mm 去毛刺活扳手 300 中平挫 300、 三棱 刮刀 钻固定杠杆 支点座24 四孔 以摇枕心盘底面 和心盘横向中心 线为基准 摇臂钻床 （Z30100） 锥柄麻花 钻 24mm 去毛刺活扳手 300 半圆挫 250、 三棱 刮刀 太原工业学院毕业设计 16 4钻模设计钻模设计 钻床夹具因大都具有刀具导向装置，习惯上又称为钻模，主要用于孔加工。根据 其机构特点主要可分为：固定式钻模、滑柱式钻模、翻转式钻模、回转式钻模和盖板 式钻模等。 4.1问题的引出问题的引出 110t 摇枕是大型铸钢件，是铁路货车的重要支撑连接部件，每节车箱用两个摇枕， 摇枕的上部支撑货车的整个厢体及装箱的货物， 下部连接支架和车轮， 并共同作用在铁轨 上。摇枕工件的体积庞大，呈长条不规则形，长 2438mm，宽 503.2mm，高 473.4mm，材料 为 B+级钢（ZG25MnTi），毛坯重量 712Kg，属大型壳体类工件，其工序加工的主要内容为： 铣削 440*490 心盘面， 保证两个弹簧座面对铣削后的心盘面的平行度小于 1mm 和 160 +1 -2mm； 钻 8- 1 0 24 和 4- 1 0 24 孔。另外，定位面、夹紧面、加工面均为毛坯面，毛坯的加工余 量按 10mm 考虑，最大达 13mm。其主要的技术要求及相关尺寸如图 1 所示。 图 1 太原工业学院毕业设计 17 需要研制一台加工摇枕用的双立式三工位铣、钻组机：1. 要求在一次装夹的情 况下，完成心盘面和相应孔的加工，保证其图纸工艺要求；2.计划要求生产节拍从 45 分钟/每件提高至 20 分钟/每件；3.运用强力铣削技术，满足对铸钢件的大余量（余 量按 10mm 考虑）铣削；4.要求夹具的定位、夹紧可靠方便，改变目前件件需精心调 整，消除人为因素对夹具定位的影响；5.要求变原有的干式加工为湿式加工，防止冷 却液的到处飞溅，以提高刀具的耐用度和加工质量等。 为了实现上述要求，要求研制一台专用组合机床的夹具，其存在的技术难点主要 有： 1）一次装夹进行摇枕铣、钻组机的总体布局方案的实现 2）夹具的定位、夹紧点的选择及相应的结构设计 3）湿式加工时冷却液飞溅防护和回收 4.2总体方案总体方案 针对设计要求，通过认真构思，在满足在一次装夹的情况下，进行摇枕铣、钻组机的 总体布局设计；研制主轴直径为200mm 的强力铣削头，来满足大余量、大走刀、大面积 同时多齿铣削铸钢件的切削需要；考虑铣削力的大小、浮动钻模板的下移、移动滑台的台 宽（800mm）、工件的实际情况等因素，优选定位、夹紧点及相应的定位夹紧方案、辅助 太原工业学院毕业设计 18 支撑措施和手动推料装置，保证定位夹紧可靠，并降低劳动强度，省了机加辅助时间；采 用铣削和钻孔的冷却分路进行，且可多点随行移动，喷射冷却，并在夹具上采用配置三种 类型挡水板等防护措施， 有效地解决了冷却液的到处飞溅和冷却液的回收难题， 保证了对 大型摇枕工件采用湿式加工技术方案的实施。 4.3铣钻组机总体布局设计的技术方案铣钻组机总体布局设计的技术方案 依据被加工零件的特点、加工工序内容和组合机床的设计原则，其总体设计的布 局形式可以是多种多样，如常见的卧式单面、卧式双面、立式单面和立卧双面等等， 以满足不同的加工需要。然而，针对铁路货车大型摇枕零件特点和其在加工工序中的 加工内容，其总体的布局设计，如果采用常规办法来达到合理的配置，满足其工艺的 需要并非易事。 经分析比较研究，新研制的铣、钻组机采用了双立柱相向而立、三工位分步实施 的总体布局设计方案，具体如下页图 2 所示： 由图 2 可知：铣、钻组机分为装卸、铣削、钻孔三个工位。右侧的铣削工位由强 力铣削头 7、右立柱 8、按钮台 9、同步齿型带装置和550 直径的可转位重型面铣刀 组成；左侧的钻孔工位由左立柱 2、悬挂钻模板 3、立式滑台 4、主轴箱 5、动力头 6 组成；底部有专门研制设计的带有可强力进给的滑台和支撑底座所组成的带滑台底座 1 组成，其中，滑台长行程进给油缸，行程 1700mm， 缸径170/110，并可在左侧 立柱下端穿越而过；夹具鞍骑在带滑台底座 1 的滑台台面上，台面宽为 800mm，工件、 夹具、底座 1 上的滑台可沿两立柱的横向中心线移动，如图 2 所示的双向箭头方向。 太原工业学院毕业设计 19 太原工业学院毕业设计 20 5夹具的工作原理与结构设计夹具的工作原理与结构设计 该部分的技术方案是双立式三工位铣、 钻组机研制中的关键部件， 关系到机床总 体设计布局是否能够切实得以实现，为此，我们优选了定位、夹紧点及相应的定位夹 紧方案，并设计自锁式手动辅助支撑和手动推料装置，保证了定位夹紧可靠，降低了 操作者的劳动强度，节省了机加的辅助时间，如图 3 和图 4 所示。 图 3夹具定位、夹紧 辅助支撑、冷却示意图 太原工业学院毕业设计 21 图 4夹具总装效果图 5.1夹具定位、夹紧、辅助支撑等技术方案夹具定位、夹紧、辅助支撑等技术方案 5.1.1夹具的定位方案及定位装置夹具的定位方案及定位装置 工件在夹具中定位的任务是： 使同一工序中的一批工件都能在夹具中占据正确的 位置，工件位置的正确与否，用加工要求来衡量，能满足加工要求的为正确，不能满 足加工要求的为不正确。 一批工件逐个在夹具上定位时， 各个工件在夹具中占据的位 置不可能完全一致， 也不必要求它们完全一致， 但各个工件的位置变动量必须控制在 加工误差所允许的范围之内。 由图 1 可知， 摇枕的铣钻工序的加工为第一道工序， 其定位点和夹紧点均为毛坯 面，为保证定位的可靠性，首先对六个定位点的毛坯面进行一定得清理，保证表面无 杂质，以满足定位精度的要求。根据加工内容的要求，夹具的 6 点定位是： 以摇枕两端的弹簧座面作为主定位面， 对工件进行 3 点定位， 限制三个方向的自 太原工业学院毕业设计 22 由度，如图 3 所示在夹具的左右两端采 3（如图 5 所示）定位的要求。 图 5定位块 由于 V 型面定位， 工件的定位基准始终在 V 型块两定位面的对称中心平面内， 对 中性好。 以摇枕两端的两个 64的 V 型面（如图 7 所示）作为定位点，对工件进行 2 点定 位，限制二个方向的自由度，如图 4 所示的浮动 V 型定位座 2。 需要说明的是对于一根长轴类 零件的两端 V 型定位，可限制 4 个 方向的自由度；对于一根大型摇枕 工件的两端 V 型定位，由于工件本 身存在有 64的 V 型面，则可限制 5 个方向的自由度，即只有摇枕轴 线方向上的没有限制。现在，以摇 枕两端的 V 型面作为定位点，只需 要限制水平横向移动和绕水平方向 的转动两个自由度，因此，在用 V图 6 夹具浮动 V 型定位座结构示意图 型定位结设计时，必须设法取消 3 个方向的自由度，以满足 2 点定位的需要，其定位 结构方案如图 6 所示。 太原工业学院毕业设计 23 浮动 V 型定位座的定位机理是：当吊运的摇枕工件放在 V 型座的 4 个滚轮 4 上， 浮动 V 型 6 在工件重力的作用下，带动定位销轴 3 下压弹簧 2，直至摇枕工件底面的 弹簧座面落至图3中夹具上左右两端的定位块3上为止， 以达到V型两点定位的目的。 图 7 V 型块 最后，以摇枕左侧尺寸 174mm 处的轴肩进行一点定位，限制一个方向的自由度， 即轴向的自由度，如图 3 中的可调轴向支钉 4 所示，其局部结构方案见图 8 和图 9 所示。如欲调整摇枕工件的轴向定位位置，可先松开在图 5 限位板 2 上的螺母 5，用 螺丝刀转动定位支钉 4 即可依据实际加工的需要来确定摇枕的轴向定位。 图 8 夹具轴向定位结构示意图 图 9 夹具轴向定位 太原工业学院毕业设计 24 5.1.2心盘钻模板的设计方案心盘钻模板的设计方案 1 一螺钉 ； 2 一钻模体 ； 3 一定位环 ； 4 一圆锥销 ； 5 一定位板 ；6 一可换钻套(二)； 7 一左右丝杆 ；8 一可换钻套 (一)； 9 一侧板 ；10 一主板 图 10： 摇枕心盘钻模结构 摇枕旁承面 4 孔为每个面 2 孔，分别位于摇枕上平面心盘两侧。侧壁 4 孔则为每 侧面各 2 孔，共 8 孔，孔径均为24 mm，由于 8 孔不在同一面上，这对摇枕的定位 装夹较困难，同时因各孔相距甚远，加工时不可能用多孔钻床，只能用摇臂钻。针对 以上特点，设计并制作了摇枕钻孔用翻转胎和摇枕心盘钻模，见图八。 翻转胎不仅能保证摇枕夹紧定位，而且在摇枕夹紧后可顺利实现 3 工位(+90， 一 90，0)的翻转，在丝杆插销锁定后， 摇枕可以在固定工位时进行钻削；摇枕 心盘上共分布有 8 孔 ，每孔都有相应的可换衬套，主板上 4 孔用于钻削摇枕旁承面 上的 4 个24 mm 的螺栓孔，两侧板上各分布有 2 孔，用于钻削摇枕侧壁上的 4 个 24 mm 的螺栓孔，翻转胎和心盘钻模同时使用可以实现一次装夹摇枕就完成 8 孔的钻 削要求，不仅定位准确合理且效率高，加工时间短，使用后效果较好。 5.1.3夹具方案及夹紧装置夹具方案及夹紧装置 太原工业学院毕业设计 25 夹紧机构-传递夹紧力，它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。 要使动力装置所产生的力或人力正确地作用到工件上，需有适当的传递机构。在工件 夹紧过程中起力的传递作用的机构，称为夹紧机构。 图 11 转动压板图 12 夹紧装置 由图 1、图 2 和图 3 可知，由于夹具鞍骑在带滑台底座 1 的滑台台面上，其夹 紧点的选择除要考虑尽量靠近加工面，还要考虑让开 4 个需要钻17 +0.84孔的位置和 钻孔时下行钻模板的干涉。现在，夹紧点选有 4 点，分别位于摇枕心盘面的两侧和摇 枕两端 V 型面的中间，并对钻模板进行非标设计让出与夹紧压板相干涉的空间。 选用杠杆夹紧机构，利用杠杆作用在动力源左右下产生压力来夹紧工件，在动力 源向上产生推力，向外推出。就会带动（图 11）转动压板一端向下产生压力，来夹 紧工件。其结构如图 12。 5.2夹紧力的计算夹紧力的计算 这里采用非标设计的硬质合金可转位重型面铣刀。刀盘直径550mm，刀体厚度 80mm，刀齿 22 个，刀片尺寸 19*19*6.5，主偏角为 75。铣削面积 440*490，铣削余 量最大至 13mm，其切削参数的选择综合考虑了多方面的因素，并经试验确定，如下 表： 太原工业学院毕业设计 26 切削速度 m/min 主轴转速 r/min 每齿进给量 mm/z 滑台进给量 mm/min 100580.25319 在上述切削条件之下， 对摇枕心盘面进行铣削， 无论刚开始铣削刀体所受到的冲 击力，还是在铣削中途最多有 10 个刀齿同时进行铣削所受到的强大铣削力 可得计算切削力大小： 2 . 0-3 . 1 -75 . 0 1 . 1 ) 3 . 789(81 . 9 nzdafaF peec = = KN858585501031925. 04403 .78981. 9 2 . 03 . 175. 01 . 1 = 式中： c F 切削力(N) e a -被加工表面宽度(mm) e f 每齿的进给量（mm） p a 进给量（mm/min） Z参加切削的铣刀齿数 d铣刀直径（mm） n主轴转速（mm/min） 由此可知总切削力在进给方向的分力 f F 为： f F =0.3 c F =257.7kN 根据夹紧点的位置，可以估算每个夹紧力的大小 F 为： KN uum KF F f 7 . 141 )25 . 0 25 . 0 (4 7 . 2571 . 1 )( 21 = + = + = K安全系数（取 1.1） M夹紧位置个数（4 个） 1 u 夹紧元件与工件间摩擦系数（由于是未加工表面，取 0.25） 2 u 工件与夹具间摩擦系数 5.3夹紧动力装置夹紧动力装置 5.3.1液压装置液压装置 太原工业学院毕业设计 27 液压装置的特点是： 1、液压油油压高，传动力大，在产生同样原始作用力的情况下，液压缸的结构 尺寸比气压小了许多。 2、液压油的不可压缩性可使夹具刚度高，工作平稳、可靠。 3、液压传动噪声小，劳动条件比气压的好。 4、液压缸具有结构简单、输出力大、性能稳定可靠、使用维护方便、应用范围 广泛等特点。但是，油压高容易导致漏油，液压元件的材质和制造的要求高。 5.3.2气压装置气压装置 气压装置以压缩空气为力源，应用比较广泛，其特点： 1、动作迅速，反应快。气压为 0.5Mpa 时，气缸活塞速度为 1-10m/s，夹具每小 时连续松夹上千次。 2、工作压力小，使用范围，传动结构简单。 3、空气黏度小，阻力就小于液压油。 4、空气可以就地取材，容易保持清洁，管道不易堵塞，无污染。但是缺点是空 气压缩性大，夹具的刚度和稳定性较差， 在产生相同原始作用力的条件下，因工 作压力低，其动力装置的结构尺寸大， 还有较大噪音。通过对以上两种夹紧装 置优缺点的比较：由于实际加压点的空 间位置和空间区域面积较小，所以选择 液压气缸工件需要的夹紧力为 141.7KN， 而气缸只能提供压力一般在 0.2-1.0Mpa， 不能满足要求，所以选择液压气缸因此 采用中压油缸（如图 13 所示），缸径 125mm，杆径75mm，行程为 180mm， 油压可在 14Mpa 以内进行调整。可达到图 13 油缸 的夹紧力 KNdpW 8 . 171 4 1 2 ，可以满足要求。 太原工业学院毕业设计 28 5.4自锁式辅助支承结构方案自锁式辅助支承结构方案 辅助支承不能作为定位元件， 不能限制工件的自由度， 它只用以增加工件在加工 过程中刚性的作用。 辅助支承一般可分为： 螺旋式辅助支承 齿轮齿条式辅助支承 自 动调节辅助支承 推式辅助支承。 图 14夹具自锁式辅助支撑示 由图3可知， 由于夹具上的左右两端采用两个等高的定位块3来满足定位的要求， 但 4 个夹压点却远离定位块 3，所以，当 4 个夹紧油缸施压通过活塞杆推动翻转压板 下压摇枕工件时，摇枕易受力变形，尤其是再加上铣削力的作用，变形会变的更加严 重，因此，必须在夹具上考虑辅助支撑的设置。本夹具设计的手动自锁式辅助支承如 图 14 所示。 其动作过程是：当摇枕工件落在夹具定位块上准确定位后，工件底面将支撑盘 6 压下，支撑盘 6 通过支撑轴 4 在螺塞限位销 3 的作用下，定向下移并下压弹簧 2，此 时， 再通过手轮转动螺纹推杆 8 在螺纹套 9 内向前转动， 同时推动定向顶销 7 向前移 动直至支撑轴 4 上的 10斜面，从而达到辅助支撑自锁的目的。 优选定位、 夹紧点及相应的定位夹紧方案， 设计自锁辅助支撑和手动推料定位装 置，不仅夹具定位夹紧可靠，而且降低了工人的劳动强度