基于TY395柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及夹具设计

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008目 录1 前言12 组合机床总体设计32.1 总体方案论证32.1.1 加工对象工艺性分析32.1.2 机床配置型式的选择32.1.3 定位基准的选择32.2 确定切削用量及选择刀具42.2.1 选择切削用量42.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率52.3 三图一卡设计72.3.1 被加工零件工序图72.3.2 加工示意图82.3.3 机床联系尺寸图92.3.4 组合机床生产率计算卡113 组合机床夹具设计143.1 夹具设计的基本要求143.2 定位方案的分析143.3 定位元件的设计153.3.1定位元件选择的原则153.3.2选取“一面两销”定位方式的定位特点153.3.3圆柱销和菱形销主要的工作特点和使用说明153.4定位的实现方法163.5定位误差的计算173.5.1工件的转角误差183.5.2基准位移误差183.5.3基准不重合误差193.6夹紧方案的分析193.7夹紧力的确定与计算203.7.1夹紧力确定的基本原则203.7.2夹紧力的计算203.8夹紧液压缸的选择213.9夹紧机构的确定223.10夹具体的设计233.11夹具的精度分析254 结论27参考文献28致 谢29附 录301 前言组合机床是根据工件加工需要,以大量通用部件为基础,配以少量专用部件组成的一种高效的专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方法，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用来组成自动生产线。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额),完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、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等。组合机床的分类繁多,有大型组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,还有多工位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步,一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换,配以可编程序控制器()、数字控制()等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外,近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机(清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线)等在组合机床行业中所占份额也越来越大。二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。国内组合机床近几年取得了长足的进步，但是与发达国家相比，在产业结构、产品水平、开发能力、产业规模、制造技术水平、劳动生产率、国内外市场占有率等诸多方面尚存在不少差距。在组合机床方面，总体水平不高，国际竞争力不强，不能充分满足国内建设需要，关键技术过分依赖国外，自主发展能力薄弱，高技能人才的比较优势有弱化的危险，产品质量不稳定，用户服务水平差距较大。本设计主要针对原有的TY395柴油机机体115孔、109孔、108孔多工序加工、生产率低、位置精度误差大的问题而设计的，从而保证孔的位置精度、提高生产效率，降低工人劳动强度。夹具部分的设计，首先，在完成对组合机床的总体设计并绘制出“三图一卡”的基础上，绘制夹具设计的装配图；夹具设计是组合机床设计中的重要部分，夹具设计的合理与否，直接影响到被加工零件的加工精度等参数。首先确定工件的定位方式，然后进行误差分析，确定夹紧方式，夹紧力的计算，对夹具的主要零件进行结构设计。在夹具设计中，设计的主要思路是把原有的手动夹紧改为液压夹紧方式，这样设计主要优点是：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，液压油的不可压缩性可使夹具刚度高，工作平稳、可靠，液压传动噪声小，劳动条件比气压的好。解决了手动夹紧时夹紧力不一致、误差大、精度低、工人劳动强度大等缺点。随着现代工业生产水平的飞速提高，设计新产品，新机床，实现自动化，提高生产率，是当前生产中迫在眉睫的任务。我们三人一组设计专用组合机床既为一台高效能，高精度，具有工艺互换性的组合机床。在设计过程中，由于组合机床大部分是由标准零件构成，另外，一些非标准件尽量适应工厂的生产条件，使加工和维修方便，大大减少了设计工作量。近十多年来，组合机床及其自动线在高效、高生产率、柔性化以及采用并行工程制订更为合理、更为节省的方案方面取得了不小的进展。尤其是汽车工业，为了提高汽车的性能，对零件的加工精度提出了一些新的要求，因此对机床性能的要求更高了。目前，我国组合机床行业已发展成为自成体系、配套齐全的行业，由于行业内多数为中小企业，且兼产企业多，其市场竞争能力普遍较弱。 为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。本说明书以设计立式粗镗缸孔单面组合机床为主线，阐述了刀具的选择和夹具设计的过程。在第2章中着重介绍了组合机床的总体设计。在总体设计中，首先是被加工零件的工艺分析，然后是总体方案的论证，在比较了许多方案之后，结合本道工序加工的特点最终选择立式机床配置型式。再结合本道工序的特点选择刀具。根据选择的切削用量，计算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再确定刀具的大小和型式。在确定这些设计计算后，然后是绘制组合机床的“三图一卡”被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡。在第3章中，主要介绍了夹具的设计。夹具设计是组合机床设计中的一个重要的组成部分。夹具设计时，首先确定工件的定位方案，然后选择夹紧方案，估算夹紧力大小，选择夹紧液压缸的型号，最终完成夹具的零部件设计。最后根据计算结果绘制夹具装配图和主要的零件图。2 组合机床总体设计2.1 总体方案论证2.1.1 加工对象工艺性的分析A.本机床被加工零件特点该加工零件为TY395柴油机机体。材料HT250，其硬度为HB187251。B.本机床被加工零件的加工工序及加工精度本道工序：粗镗柴油机上3个机缸孔。由本设备“TY395柴油机机体缸孔组合机床”完成 ，具体加工内容及加工精度是：a.同时加工1，3缸：粗镗，深9.6mm；，深10.7mm；，深27mm，表面粗糙度值均为6.3。b.卸下右镗杆加工2缸：粗镗，深9.6mm；，深10.7mm；，深27mm，表面粗糙度值均为6.3。C.零件的生产批量 本组合机床生产批量较大，且多为连续生产机床，此时应将工序尽量集中在一台或少数几台机床上加工，以提高机床利用率。D.机床使用条件 本机床使用厂地条件较好，气候适用，车间温度三十度左右，使用液压传动能正常发挥机床工作性能，其它机床机构亦都能适应使用条件。2.1.2 机床配置型式的选择根据选定的工艺方案确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件的精度、技术要求及生产率，又要考虑机床操作方便可靠，易于维修，且润滑、冷却、排屑情况良好。对同一个零件的加工，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采取哪种方案时，绝不能草率，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进行多种方案的对比，从中选择最佳方案。机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成。其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、调试与运输也都比较方便；而且，机床重心较低，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其优点是占地面积小，自由度大，操作方便。其缺点是机床重心高，振动大。在认真分析了被加工零件的结构特点及所选择的加工工艺方案，又由组合机床的特点及适应性，确定设计的组合机床的配置型式为多工位立式镗削组合机床。2.1.3 定位基准的选择被加工零件为TY395柴油机机体属箱体类零件，加工工序集中、精度要求高。由于箱体零件的定位方案一般有两种，“一面两孔”和“三平面”定位方法。 A. “一面双孔”的定位方法的特点是：a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。b.有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。c.“一面双孔”可作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证零件的加工精度。同时，使机床各个工序（工位）的许多部件实现通用化，有利于缩短设计、制造周期，降低成本。d.易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切削落于定位基面上。B.“三平面”定位方法 它的特点是：a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。b.有同时加工零件两个表面的可能，能高度集中工序。一般情况下，“一面双孔”是最常用的定位方案，即零件在机床上放置的底面及底面上的两个孔作为定位基准，以底面为定位基准面，限制三个自由度；一个圆柱定位销限制2个自由度；一个棱性型定位销限制剩下的一个自由度。初拟订“一面双孔”的定位方案。2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 选择切削用量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、机床的布局形式及正常工作均有很大影响。机床多轴箱上所以的刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台。查文献1得硬度HB187-251时，粗镗孔的切削用量如表2-1：表2-1粗镗孔切削用量工序刀具材料铸铁切削速度(m/min)进给量(mm/r)粗镗 硬质合金35700.41.5在选择切削速度时，要求同一多轴箱上各刀具每分钟进给量必须相等并等于滑台的工进速度（单位为mm/min）,因此，一般先按各刀具选择较合理的转速(单位为r/min)和每转进给量（单位为mm/r），再根据其工作时间最长、负荷最重、刃磨较困难的所谓“限制性刀具”来确定并调整每转进给量和转速，通过“试凑法”来满足每分钟进给量相同的要求，即 （2-1） 在选择了转速后就可以根据公式 （2-2） 选择合理的切削速度。A、粗镗孔的切削用量的选择由表2-1，初选n=173r/min,f=0.45mm/r则由2-2得， B、粗镗孔的切削用量的选择由表2-1，初选n=173r/min,f=0.45mm/r则由2-2得， C、粗镗孔的切削用量的选择由表2-1，初选n=173r/min,f=0.45mm/r则由2-2得， 表2-2 加工各个孔的进给量，工进速度及切削速度 孔径切削用量115109108v (m/min)62.559.258.7f (mm/r)0.450.450.45n (r/min)173173 1732.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率根据文献1P.134表6-20中公式 （2-3） （2-4） （2-5） （2-6） 式中， 轴向切削力（N）；圆周力（N）。T 切削转矩（Nmm）；P 切削功率（kW）；V 切削速度（m/min）；F 进给量（mm/r）； D 加工直径（mm）； 切削深度（mm）； HB 布氏硬度。，在本设计中， ，得HB=230 。由以上公式可得：a.粗镗孔,深9.6mm, mm由公式（2-3）得： = =1124 N 由公式（2-4）得： = =160 N 由公式（2-5）得： = =64642.87 Nmm由公式（2-6）得： = b.粗镗孔,109孔，深10.7mm, mm 由公式（2-3）得： = =1124 N由公式（2-4）得： = =160 N由公式（2-5）得： =25.7 =61270 Nmm由公式（2-6）得： =KWc.粗镗孔,108孔，深27mm, mm由公式（2-3）得： = =1124N由公式（2-4）得： = =160 N由公式（2-5）得： =60708 Nmm由公式（2-6）得： =1.08 KW2.3三图一卡设计2.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，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、夹压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。除了设计研制合同外，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。绘制的被加工零件工序图如图2-1所示。图2-1 加工零件工序图a.被加工零件名称及编号：机体 TY395材料及硬度：HT250 HB187251 b.定位基准及夹压点的选择针对机体的结构特点，选用“一面双孔”定位基准。在选择夹压部位时应注意零件夹压后定位稳定和避免零件夹压后变形的问题，可以选择上表面夹压。c.图中符号 夹紧点 定位基面2.3.2 加工示意图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。零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。A.刀具的选择在编制加工示意图的过程中，首先是对刀具进行选择。一台机床刀具的选择是否合理，直接影响到机床的加工精度、生产率和工作情况。因而正确选择刀具是一个相当重要的工作。刀具的选择要考虑到工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生产率要求等因素。根据机体孔的加工精度，加工尺寸，台阶级加工，切削排除以及生产率等因素，和加工孔表面允许有退刀痕，因位置限制，导向孔的尺寸小于加工孔的尺寸，且加工孔直径大于40，应选用镗刀，这样对刀方便，加工中不至于有振动，并在导套上开引槽，以便镗刀通过，刀具选用硬质合金钢。因为加工的是阶梯孔，选用阶梯杆，并且是多刀加工，扭矩较大，所以要选用强度较好的刀杆材料：40Cr。镗削头与相同规格的液压滑台组成的镗床，满足要求的精度H7级，表面粗糙度达1.6微米的镗孔。因镗削直径较大，传递的扭矩大，可用主轴前端的短圆锥面和端面定位，并由端面键传递扭矩。 B.导向结构的选择组合机床上加工孔时，除用刚性主轴加工的方案外，其尺寸和位置精度都是依靠夹具导向来保证的。a.选择导向类型因导向直径较大，转速较高时，为了避免镗杆由于摩擦发热而变形，产生“别劲”的现象，可选用旋转导向。这种导向利于减轻摩损和持久保证精度。b.选择导向的形式和结构因精镗多级孔导向的旋转速度高，但加工精度要求比较低，可选用滚锥轴承的旋转导向。C.确定主轴、尺寸、外伸尺寸对于精镗类主轴,因其切削扭矩T值很小，如由切削扭矩计算主轴直径,则刚性不足.因此应按加工孔径镗杆直径浮动卡头规格主轴直径的顺序逐步推定主轴直径。D.动力部件工作循环及行程的确定根据以上的计算和各通用件的选择，本组合机床加工示意图如附录TY395-003所示。2.3.3机床联系尺寸图机床联系尺寸图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。用以检验各部件相对位置及尺寸联系是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重要依据；它可以看成是简化的机床总图A动力部件的选择a.动力滑台型号的选择本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较，液压滑台具有如下优点：在相当大的范围内进给量可以无级调速；可以获得较大的进给力；由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长；工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现；过载保护简单可靠；由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。但采用液压滑台也有其弊端，如：进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定；液压系统漏油影响工作环境，浪费能源；调整维修比较麻烦。本课题的加工对象是TY395柴油机机体上的3个缸孔，位置精度和尺寸精度要求不高，因此采用液压滑台。由此，根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理等因素，确定机床为立式多工位液压传动组合机床，液压滑台实现工作进给运动，选用配套的动力装置完成镗孔的加工。b. 动力箱型号的选择由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和，根据文献1的47页公式计算： (2-7) 式中：消耗于各主轴的切削功率的总和（）； 多轴箱的传动效率,加工黑色金属时取0.80.9，加工有色金属时取0.70.8；主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值。本课题中，被加工零件材料为灰铸铁，属黑色金属，故取5P=1.15+0.97+1.08=3.2kw则P=3.76 KW根据液压滑台的配套要求，滑台额定功率应大于电机功率的原则，查文献12表5-38、5-39得出动力箱及电动机的型号,见表2-3。表 2-3 动力箱及电动机的型号动力箱型号电动机型号电动机功率()电动机转速(r/min)输出轴转速(r/min)镗销头1TD50Y132M-64.0960180B.确定机床装料高度H装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。在确定机床装料高度时，首先要考虑人工操作的方便性；对于流水线要考虑车间运送工件的滚道高度；对于自动线要考虑中间底座的足够高度，以便允许内腔通过随行夹具返回系统或冷却排屑系统。本课题中：立式滑台高度为=1000mm，滑台宽度b=570mm,侧底座高度=420mm,取料高度H=1080mm。综合以上因素，该组合机床装料高度取H=1195mm。C.确定夹具的轮廓尺寸 主要确定夹具底座的长、宽、高尺寸。工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具底座轮廓尺寸的基本依据。具体考虑布置工件的定位、限位、夹紧机构、刀具导向以及夹具底座排屑和安装等方面的空间和面积需要。夹具的长度尺寸一般不小于导向长度，这里取710mm；至于宽度尺寸可根据导向分布尺寸及工件限位元件安置需要确定，这里取700mm ；夹具底座高度尺寸，一方面要保证其有足够的刚度同时要考虑机床的装料高度、中间底座的刚度、排屑的方便性和便于设置定位、夹紧机构。一般不小于240mm，本设计中为300mm。D.确定中间底座尺寸中间底座尺寸是指工件端面至多轴箱前端面的距离，本设计中左右均取1013+80+35+30=1158mm。 立滑台的前备量为20mm，计算长度为400mm，中间底座高度为560mmE.确定多轴箱轮廓尺寸标准通用钻、镗类多轴箱的厚度是一定的、卧式为325mm，立式为340mm。2.3.4组合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，就可以计算机床的生产率并编制生产率计算卡，生产率计算卡是反映出机床生产节拍或实际生产率和切削用量、动作时间、生产纲领及切削用量以及负荷率的关系的技术文件。它是用户验收机床生产率的重要依据。a.理想生产率Q（件/h）理想生产率是指完成年生产纲领（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。根据文献1P公式 （2-8） 计算，式中， A年生产纲领（件），本课题中A= 40000件； 全年工时总数，本课题以两班制计，则。则 b.实际生产率（件/h）实际生产率是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。即公式1P.51 （2-9）式中，生产一个零件所需时间（min）。= + =2(/+/+/+)+2 (/+/+)+ (2-10)式中：、-分别为刀具第、第、第进给长度，单位为mm； 、-为刀具第、第、第工作进给量，单位为mm/min；-当加工沉孔、止口、倒角、光整表面时，滑台在死挡铁上的停留时间；-镗刀横向进给所需的时间，取0.5s； -分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为mm；-动力部件快速行程长度用机械动力部件时取56m/min；用液压动力部件时取310m/min；-直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取0.06min；-工件装、卸（包括定位或撤消定位、夹紧或松开、清理基面或切屑及吊运工件等）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0.6min。本设计中=20mm，=80mm/min，=115mm，=80mm/min，=9mm,=40mm/min,=0.02min,=82mm，=228mm，=1300mm/min， =5700 mm/min，=0.1min，=0.6min则 =6min则 Q=件/hc.机床负荷率机床负荷率为理性乡生产率与实际生产率之比。即公式1P.52 （2-11） 则 当Q1Q时，机床负荷率为二者之比。组合机床负荷率一般为0.750.90，自动线负荷率为0.6-0.7。对于精密度较高、自动化程度高或多品种组合机床，宜适当降低负荷率。本机床负荷率适中。生产率计算卡见表2-4：表2-4 生产率计算卡被加工零件图号TY395-004毛坯种类铸件名称柴油机机体毛坯重量材料HT250硬度187251HBS 工序名称单面镗孔工序号序号工步名称被加工零件数量加工直径(mm)加工长度(mm)工作行程(mm)切削速度(m/min)每分钟转速(r/min)进给量(mm/r)进给速度(mm/min)工时(min)机加工时间辅助时间共计1装卸工件10.60.62滑台快进4075000.030.03多轴箱工进(镗孔115)1159.662.51730.4577.85多轴箱工进(镗孔109)10910.759.21730.4577.85左多轴箱工进(镗孔108)1082720058.71730.4577.852.572.57滑台快退2400.040.04滑台移位1200.060.063重复上工步22.72.7备注装卸工件时间取决于操作者熟练程度,本机床计算时取0.6min 总计6min单件工时min机床生产率10件/h机床负荷率87%3.组合机床夹具设计3.1 夹具设计的基本要求a.保证工件的加工精度保证工件的加工精度是夹具设计的最基本要求。其关键在于，正确地确定定位方案、夹紧方案和刀具导向方式，合理地设计夹具的尺寸、公差和技术要求，必要时应进行误差的分析和计算。b.提高生产效率、减低制造成本夹具设计的总体方案应与生产纲领相适应。在大批量生产时，应尽量采用各种快速、高效的结构、自动装置和先进的控制方法，以缩短辅助时间，提高生产率；在中心批量生产中，则要求在满足夹具功能的前提下，尽量使夹具结构简单，容易制造，以降低夹具的制造成本。c.操作方便、省力和安全夹具的操作要尽量做到方便、省力，如有条件，尽可能采用气动、液压及其他机械化夹紧装置、以减轻工人的劳动强度。并可较好地控制夹紧力。夹具操作位置应符合操作工人的习惯，必要时应有安全保护装置，以确保使用安全。d.便于排屑夹具的排屑是一个容易忽视的问题，如果排屑功能不好，切屑积集在夹具中，会破坏工件正确的定位；切屑带来的大量热量会引起夹具和工件的热变形，影响加工质量；切屑的的清扫又会增加辅助时间，降低生产率。切屑积集严重时，还会损伤刀具以致造成设备事故或工伤事故。因此，排屑问题在夹具设计时必须给予充分的注意，在设计高效组合机床夹具时尤为重要。e.有良好的结构工艺性夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修，应尽可能选用标准元件和标准结构。夹具设计是一种相互关联的工作，通常是在参阅有关资料的情况下，按加工要求构思出设计方案，绘制出图样，经修改后确定夹具的结构。3.2 定位方案的分析工件的定位是指保证同一批工件在夹具中占有一致的正确加工位置。 这一位置的获得可以通过定位支承限制工件相应的自由度来实现。由运动学已知，任一刚体在空间三个互相垂直的坐标系中，有六个自由度。即沿三个坐标轴的移动自由度和绕三坐标轴的转动自由度，分别用、和、表示。六点定位原理的应用中可能出现完全定位、不完全定位、欠定位和过定位几种情况。常见的定位方式有工件以平面定位，工件以内孔定位，工件以外圆定位，工件以圆环面定位，工件以一面两孔定位以及工件以外圆柱面在V形块上定位等。定位方案设计是夹具设计的第一步，也是夹具设计中关键的一步。定位方案设计的好坏直接影响加工精度和加工效率，并且，定位方案一经确定，夹具和其它组成部分也大体随之确定。因此，对于方案问题必须慎重考虑，以满足设计的基本要求：a. 定位方式必须根据工件结构、加工技术要求确定。b. 定位元件（机构）设计和布置应保证工件定位稳定，并有足够的刚性。c. 对定位元件的材料和技术条件应有一定的要求，以确保定位精度的稳定性和使用的持久性。d. 定位方案应有可行性分析和论证。根据本课题工件的特点，本方案采用的是工件以一面、一圆柱销和一菱形销定位。根据切削力的方向和夹具夹紧力的方向，选择气缸体的底面确立一个平面来限制三个自由度，另外的三个自由度选择两个定位销来限制。这种定位方式就是“一面两销”定位。3.3 定位元件的设计3.3.1定位元件选择的原则a. 高的精度定位元件的精度直接影响定位误差的大小，一般工厂多是根据经验取定定位元件的制造公差为工件上相应尺寸公差的1/3-1/5。定位过宽会降低定位精度，过严会使制造困难。b. 高的耐磨性定位元件要与工件经常接触，容易磨损。为避免因元件磨损而影响定位精度，所以要经常修理和更换定位元件。因此，要求定位元件的工作表面有足够的耐磨性。c. 足够的刚度和强度定位元件应避免由于工件的重量、夹紧力、切削力等因素的影响使其变形或损坏。d. 良好的工艺性定位元件的结构应便于加工、装配和维修，有时为了装配和维修方便，往往在夹具体上开有适当的工艺窗口。需经常更换的定位元件，其结构应便于更换。3.3.2选取“一面两销”定位方式的定位特点a. 可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠的定位；b. 有同时加工零件五个表面的可能性，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度；c. “一面两销”可做为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证零件加工精度，同时，使机床各工序（工位）的许多部件（如夹具）实现通用化，有利于缩短设计、制造周期、降低成本；d. 于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切屑落于定位基面。3.3.3圆柱销和菱形销主要的工作特点和使用说明a. 为了增加两孔连心线方向上的间隙，避免过定位，把第二销碰到工件孔壁的部分削去，只留下上下一部分圆柱面，也起到减小第二销直径的作用。b. 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。c. 安装菱形销时，削边方向要垂直于连心线，为了保证菱形销的强度，通常采用菱形结构。根据参考文献12表6-32选择配合。选择销工作部分直径g6，定位销头部有30导角，与夹具体孔配合为H7/n6。为了便于更换定位销，设计成带销套的结构销套外径与夹具体孔配合为H7/n6，内径与定位销配合为H7/g6。故选择了一个35g6圆柱销和一个35g6的菱形销，它们的高度相同。选用八个大小不一的支承板构成一个支承平面，支承板的上下表面的平行度为0.01mm，表面粗糙度为0.8，高度为500.01，分别用M10的内六角圆柱头螺钉与夹具体连接。3.4定位的实现方法根据切削力的方向和夹具夹紧力的方向，选择气缸体的底面确立一个平面来限制三个自由度，圆柱销限制两个自由度，剩下的一个自由度则由菱形销限制，这样气缸体的六个自由度全部消除，实现零件的定位，如图3-1所示：图3-1 零件定位示意图3.5 定位误差的计算由于一批零部件在夹具上定位时，各个工件所占据的位置不完全一样，加工后，各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。3.5.1. 工件的转角误差 图3-2 转角误差示意图工件的转角误差 （3-1）式中 转角误差； 圆柱销与孔的配合最大间隙； 菱形销与孔的最大配合间隙 L 两销孔中心距由文献6表5-13查得： （3-2） （3-3）由公式（3-1）、（3-2）、（3-3）得 arctan(0.052+0.052)/334=0.018故工件在任意方向偏转时，最大转角误差为0.018。3.5.2. 基准位移误差 图3-3基准位移误差示意图根据文献6表1.7-1查得：基准位移误差 （3-4） = 由式（3-2）、（3-4）得3.5.3. 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=0。工件的定位误差（用表示）是基准位移误差和基准不重合误差的合成，故在求得基准位移误差和转角误差后，算得定位误差=0.052mm。此值小于工件相应位置度的三分之一，即0.052mm(0.3/3)mm=0.1mm。3.6 夹紧方案的分析a. 夹紧位置的确定夹紧位置选择的好坏直接影响到工件的加工精度、定位的可靠、工作的稳定性。夹紧力的位置应使夹紧力落在定位平面内，力求接近平面的中心。夹紧力的方向最好要和轴向力相对，再根据气缸体的大体形状，选择工件上表面为夹紧位置，方向向下，本道工序是粗镗加工，选择压板夹紧。b. 夹紧点的数目在确定夹紧力作用点的数目时，应遵从的原则是：对刚性较差的工件，夹紧力的数目应增多，力求避免单点集中夹紧，以图减小工件的夹紧变形；但夹紧点愈多，夹紧机构愈复杂，夹紧的可靠性愈差，所以采用多点夹紧时，应使夹紧点的数目为最小。考虑到该气缸体是铸件，使夹紧力分散，应采用多点夹紧。所以本设计采用压板进行压紧，四个压板可将压紧力分为四个。c. 确定夹具的类型由于要求大量大批生产。通用夹具、组合夹具、可调夹具、随行夹具显然不能满足加工精度的要求。为了使用和维修的方便，专门设计了结构紧凑的专用夹具。d. 确定夹紧方式(动力装置)按夹紧动力来源分，可以分为手动夹紧机构和自动夹紧机构。手动夹紧主要用于小批量生产，本设计是不适合的。夹紧装置中产生动力的部分叫动力装置，常用的动力装置有气动、液压、电动等。夹紧装置中直接与工件的被夹压面接触并完成夹压作用的元件称为夹紧元件，本设计采用了液压夹紧，解决了手动夹紧夹紧力不一致，误差大，精度低，工人劳动强度大等缺点。由于油液的不可压缩性，能传递较大的压力，比气压大10多倍，因此，在产生同样作用力的情况下，油缸直径可以小许多倍，使夹具结构更为紧凑。所以综合气压和液压的优缺点后，最后选用液压夹紧。3.7 夹紧力的确定与计算夹紧力大小的计算是个很复杂的问题，一般只能做粗略的估算。为了简化计算起见，在设计夹紧装置时，可只找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理求出夹紧力的大小。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需要的夹紧力数值。3.7.1夹紧力确定的基本原则A.夹紧力的方向a.夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。b.夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。c.夹紧力的方向应是工件刚度较高的方向。B.夹紧力的作用点a.夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。b.夹紧力的作用点应选在工件刚度较高的部位。c.夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。3.7.2 夹紧力的计算根据被加工零件和所设计夹具的机构特征，夹紧力的大小由主切削力决定。夹紧力使工件不会反转和前后移动，因此在夹紧力的作用下，压板和工件夹紧位置产生了摩擦力，此摩擦力为两轴向进给力合力与圆周力合力提供。此处由于两进给力方向相反，相互抵消绝大部分的力，以及定位销承受了部分进给力，故两轴向进给力合力的影响可忽略不计，此处只计算由圆周力（切削力）合力决定的夹紧力。夹紧力的计算：查参考文献6表2.2-3夹紧力 计算公式 (3-5) 式中 实际所需夹紧力（N）； 安全系数理论夹紧力（N）；F切削力（N）；1夹紧元件与工件间的摩擦系数；2工件与夹具支承面间的摩擦系数；根据文献6公式2.2-2查得安全系数K计算公式如下 K= (3-6)式中 各种因素的安全系数，见文献6表2.2-1。 为安全系数般安全系数，考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数。一般取1.2-1.5。这里取1.3加工性质系数。粗加工取1.2。精加工取1。刀具钝化程度。考虑到刀具磨钝后，切削力增大，一般取1.0-1.9，这里取1.5。断续切削系数。断续切削时取1.2，连续切削时取1，这里是取1.2。一般用来表示夹紧力的稳定性，手动夹紧时取1.3，机动夹紧时取1.0。由公式(3-6)得根据该夹具的装夹方式，选择的计算公式(3-5)查文献2表3-34摩擦系数，均为根据2.2.2节切削力的计算结果，F=1124N 3.8夹紧液压缸的选择a.液压缸工作压力的确定由4P.10页表2-1得组合机床工作压力3-5MP，取P=5MP。b.内径D和秆直径d的确定查表2-2,取P2=0.5MP 取cm=0.95查表2-3,取d/D=1/2由公式（2-3）查表2-4,取D=90mm查表2-5取d=45mmc.液压缸壁厚和外径的计算由4P.12页公式 （3-7） 式中 液压缸壁厚； D液压缸内径； 试验压力，最大工作压力的（1.25-1.5）倍 =1.35=6.5MP； 缸体材料许用应力，铸钢=100-110MP，取=100MP。 ，取=15mm则外径。d.工作行程的确定查表2-6,取工作行程为30mm。e.缸盖厚度的确定 （3-8） 取t=15mm。综上所述，查资料6P.817页表3.6-23，选定夹紧液压缸为T5019I型油缸。3.9夹紧机构的确定夹紧机构如下图:图3-4夹紧机构简图3.10 夹具体的设计A.夹具体是夹具的基础件。在夹具本上，要安装组成该夹具所需要的各种元件，机构和装置。设计时应满足以下基本要求：a.有适当的精度和尺寸稳定性。b.有足够的强度和刚度。c.结构工艺性好。d.排屑方便。e.在机床上安装稳定可靠。f.保证装卸工件方便B.夹具体毛坯结构的选择：选择夹具体毛坯结构时，应以结构合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑。夹具体一般有三种结构：铸造结构、焊接结构、装配结构。由于本道工序是粗镗气缸体的三个孔，振动大，且是批量生产的，所以选择铸造结构，它的主要特点是，可铸出复杂的结构形状、抗压强度大、抗振性好、易于加工，但制造周期长，易产生内应力，故应进行时效处理。C.夹具体外形尺寸的确定：夹具制造属单件生产性质，为缩短设计和制造周期，减少设计和制造费用，所以夹具体设计，一般不作复杂的计算。通常都是参考类似的夹具结构，按经验类比法估计确定。如下表3-1。表3-1 夹具体结构尺寸的经验数据夹具体部位经验数据铸造结构夹具体壁厚h825mm夹具体加强筋厚度(0.70.9)h夹具体加强筋高度不大于5h按上表，取夹具体壁厚h=25mm夹具体加强筋厚度为 0.7250.925mm,即为17.522.5 mm.取厚度为20mm夹具体高度的确定：根据前面的总体设计及机床联系尺寸图，夹具体的高度H=300mmD.设计的夹具技术要求有以下几点：a. 铸造彻底清砂；b. 铸件需人工时效处理；c. 铸件不得有砂眼、气孔、缩松、裂纹等；d. 粗加工后需再次进行时效处理；e. 不加工表面涂底漆。E.夹具体的主要外形如下图：3-5 夹具体结构示意图3.11 夹具的精度分析夹具上主要元件之间的尺寸应取工件相应尺寸的平均值。当工件与之相应的尺寸有公差时，应视工件精度要求和该距离尺寸公差的大小而定，当工件公差值小时，宜