机械毕业设计22半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床夹具设计

专业订作机械毕业设计，机械设计课程设计，减速器设计，工艺及工装夹具设计 联系 QQ 834308595 1 1 前 言 本设计的课题是气缸盖半精镗、精镗组合机床及夹具设计。这个课题来源于 江苏 高精机电装备有限公司，是针对该公司对气缸盖半精镗，精镗组合机床加工，其工作效率和精度不高而设计的。主要是为了适合流水线生产，提高目前的生产效率、加工精度，从而降低加工成本。 组合机床一般都由支承部件（床身、立柱、底座和中间底座）、动力部件（动力滑台和主轴头、动力头）、工件定位夹压和运送部件（夹具、回转工作台、移动工作台、鼓轮等）和控制部件（电气柜、液压站、操纵台等）组成。 组合机床是根据工件加工的需要，以大量的通用部件为基础， 配以少量的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到几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛运用，并可用来组成自动生产线。多年来机械产品加工中广泛的采用万能机床，但是随着生产的发展，很多企业的产品的产量越来越大，精度越来越高， 采用万能机床加工已经不能很好的满足要求。理所当然，生产着用机床可以提高生产效率和加工精度。在组合机 床设计过程中，为了降低组合机床的制造成本，应尽可能的使用通用件和标准件。目前，我国设计制造的组合机床，其通用部件和标准件约占零件总数的 70 80%，其它 20 30%是专用零件。 在进行组合机床的夹具设计时，首先需要对被加工零件孔的分布情况及所要达到的要求进行分析，如各部件尺寸、材料、形状、硬度及加工精度和表面粗糙度等内容。然后还要深入基层进行实地观察，摸索夹具的工作原理，体会组合机床的优点。通过认真阅读研究 15040081型 气缸盖的零件图 ，了解其材料、硬度、重量等，对内侧面进行半精镗和精镗排气空和进起孔。接 下来是总体方案的设计，总体方案设计的具体工作是编制“三图一卡”，即绘制被加工的零件图，加工的示意图，机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。最后，就是技术设计和工作设计。技术设计就是根据总体设计已经确定的三图一卡，设计夹具等专用部件正式总图；工作设计就是绘制各个专用部件的图样，编制各零件的明细表。 设计的整个过程是艰辛的，在设计过程中必须要考虑到方方面面的问题。由于所学的知识的有限，因此在设计过程中查阅了大量的相关资料，以补充自己的不足之处。 首先，要有丰富的实践经验。整个设计，仅靠一些参考资料是远远不够的。因此 ，在设计工作开始前，特地到江淮动力股份有限公司、盐城红旗机床厂、高精机电装备有限公司等进行了实地的参观考察，积累了一些宝贵经验。 其次，运用四年来所学的专业知识，针对现实中遇到的实际情况，做到举一反三，触类旁同。整个设计过程不仅涉及到以前所学的知识，而且还设计到新的理念，所以我在设计过程中一边温习以前所学的知识，一边学习新的知识，这样拓宽了我半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计 (夹具设计 ) 2 的视眼。 第三，通过自身的努力，结合理论和实际，从合理性、经济性、工艺性 、实用性及其对被加工零件的具体要求对现有机床进行研究分析，找出可以进行改进的地方，通过相互对比， 确定一个新的，周全的设计方案。在指导老师吴进老师的悉心指导下，在同课题组三位同学相互讨论学习和帮助下，经过两个月的艰辛劳动，终于完成了这一设计课题。 专业订作机械毕业设计，机械设计课程设计，减速器设计，工艺及工装夹具设计 联系 QQ 834308595 3 2 组合机床工艺 方案 的拟订 工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步 。 工艺方案制定的正确与否是在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能 。 因此 ， 应根据工件的形状和加工要求的特点 ， 加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求及生产率要求等， 按一定的原则 ， 结合组合机床常用的工艺方法 ， 充分考虑到各种因素 ， 并经技术经济分析后拟订出先进 、 合理 、 经济 、 可靠的工艺方案 。 选择工艺基面和定位方式是制定工艺方案的关键所在 。 2.1 被加工 零件的加工工序和加工精度 由于本机床是用于对气缸盖导管孔进行半精镗和精镗加工 ， 根据先粗后精 ， 工序集中原则 ， 现对气缸盖导管孔加工的工艺路线设计如下 : 工序 1(半精镗 ) 工位 :枪铰排气导管孔 (刀具直径为 14.8mm)， 镗排气阀座孔 (刀具直径为 47.8mm)， 加工精度为 H8； 工位 :枪铰进气导管孔 (刀具直径为 14.8mm)， 镗进气阀 座孔 (刀具直径为 44.8mm)， 加工精度为 H8。 工序 2(精镗 ) 工位 :枪铰排气导管孔 (刀具直径为 15mm)， 镗排气阀座孔(刀具直径为 48mm)， 加工精度为 H7； 工位 :枪铰进气导管孔 (刀具直径为 15mm)， 镗进气阀座孔(刀具直径为 45mm)， 加工精度 为 H7。 2.2 被加工零件的特点 气缸盖 的 材料为 HT250； 硬度为 150-225HBS； 生产纲领为年产量 5万件 ， 单班制 ； 在本工序前各主要表面已加工完毕 。 半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计 (夹具设计 ) 4 3 组合机床配置型式选择 组合机床有大型和小型 ， 又可分为卧式 ， 立式两种 ，根据 配置形式 还 可分为单工位和多工位 。配置方案不同对机床的复杂程度 ， 通用化程度 ， 结构工艺性 ， 加工精度 ， 机床重新调整的可能性等都有不同的影响 。 在本工序中要求加工同轴的两个孔 ，因此采用卧式布置 ， 为了提高生产效率 ， 降低设计成本 。 机床采用卧式，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。 本机床采用了单滑台双动力头结构 ， 考虑到相关联的机床夹具结构的统一性 ， 采用固定式夹具 .由于在加工过程中要实现大范围的调速 ， 因此采用伺服滑台来满足这个要求 。 其具有如下特点 :可自动变换进给速度和工作循环 ， 可在较宽 的范围实现位控 ，执行零件加工的数控程序 .由此 ， 根据已定的工艺方案和机床配置形式 ， 确定机床为卧式单面双工位数控传动的组合机床 ， 伺服滑台实现工作进给运动 ， 设计配套的动力箱。 图 3-1 组合机床配置型式图 专业订作机械毕业设计，机械设计课程设计，减速器设计，工艺及工装夹具设计 联系 QQ 834308595 5 4 组合机床总体设计 4.1 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 ， 夹压部件以及被加工零件的材料 ， 硬度和本机床的前加工余量 ， 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 ， 是在被加工零件图基础上 ， 突出本机床的加工内容 ， 并作必要的说明而绘制的 。 为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定：应按一定的比例，绘制足够的视图以剖面；本工序加工部位用粗实线表示，保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方画“ ”粗实线，其余部位用细实线表示。 本机床加工时是采用的一面两销定位方式，一面是气缸盖的内侧面，两销分别是一圆柱销一菱形销。它共限制六个自由度，可以达到定位效果 ，因此可以保证所需要的加工精度。 绘制的被加工零件 工序图如图 4-1、 4-2 所示。 图中符号 -夹紧位置 -定位基准 图 4-1 半精镗加工零件工序图 半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计 (夹具设计 ) 6 图 4-2 精镗加工零件工序图 4.2 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，它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱、电气系统以及选择动力部件，绘制机床总体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 。 图 4-3 半精镗加工零件示意图 专业订作机械毕业设计，机械设计课程设计，减速器设计，工艺及工装夹具设计 联系 QQ 834308595 7 图 4-4 精镗加工零件示意图 4.2.1 刀具的选择 选择刀具应考虑工件材料，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。 孔加工刀具（钻、扩、铰等）的直径应与加工部位尺寸，精度相适应，其长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套外端面 30-50mm， 以利排屑和刀具磨损后有一定向前调整量。刀具锥柄插入接杆孔内长度，在绘制加工示意图是应注意从刀具总长中减去。根据以上条件选择硬质合金刀具。刀具是由镗孔刀和枪铰刀组成的复合刀具。 半 精加工中时，镗杆直径选择 40mm，铰杆直径选择 12mm 。在加工硬度较高的铸铁时，为提高刀具使用寿命，宜采用多刃镗刀头。本机床采用四刃镗刀头。 由于在切削力的作用下，刀体上两个导向块与刀齿圆柱校准部分的圆柱刃带确定一个圆，因此采用双导向块已能满足圆周导向的要求。但由于来自外部的干扰，有时会使双导向块丧失平衡，从而引起加工误差，所以有时单刃铰刀也采用三个导向块。通过第三个导向块使铰刀切削部分的整个圆周方向上都具有很大的刚度，从而提高了平衡稳定性和加工经济度。 综合上述条件，铰刀采用 焊接式 单刃双导向条铰刀。 精 加工时，镗刀采用德国 MAPAL公司的精密刀具，铰刀采用 机械夹固式铰刀，精度较半精加工稍高。 4.2.2 组合机床切削用量的选择 查文献资料 9 半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计 (夹具设计 ) 8 表 4-1 孔加工常用工序间余量 加工工序 加工孔径 直径上工序间余量 铰孔 10 20 0.10 0.20 半精镗 10 20 0.7 1.2 精镗 30 130 0.25 0.40 得镗孔的切削余量为： 半精加工：阀座孔 ap=0.4mm， 导管孔 ap=0.1mm； 精加工：阀座孔 ap=0.1mm， 导管孔 ap=0.1mm； 查文献资料 9 表 4-2 镗孔切削用量 工序 刀具材料 铸铁 v(mm/min) f(mm/r) 半精镗 硬质合金 50 70 0.15 0.45 精镗 硬质合金 70 90 H 级 0.12 0.15 得镗孔的切削用量为： 半精加工 ： f=0.15 mm/r； 精加工 ： f=0.15 mm/r； 切削速度的计算： Vc=1000dn（ 4-1） Vc 切削速度，单位为 m/min 。 a.半精加工 (排气 ) 枪铰 14.8mm导 管 孔 由 表 4-2得 ，选择 f=0.15mm/r， n=1500r/min 由公式（ 4-1）得 Vc=3.14 14.8 1500/1000=69.7m/min 镗 47.8mm阀座 孔 由 表 4-2得 ，选择 f=0.15mm/r， n=466r/min 由公式（ 4-1）得 Vc=3.14 47.8 466/1000=70m/min 半精加工 (进气 ) 枪铰 14.8mm导管 孔 由 表 4-2得 ，选择 f=0.15mm/r， n=1500r/min 由公式（ 4-1）得 Vc=3.14 14.8 1500/1000=69.7m/min 镗 44.8mm阀座 孔 由 表 4-2得 ，选择 f=0.15mm/r， n=466r/min 由公式（ 4-1）得 Vc=3.14 44.8 466/1000=65.6m/min b.精加工 (排气 ) 枪铰 15mm导管 孔 由 表 4-2得 ，选择 f=0.15mm/r， n=1500r/min 由公式（ 4-1）得 Vc=3.141 5 1500/1000=70.7m/min 镗 48mm阀座 孔 专业订作机械毕业设计，机械设计课程设计，减速器设计，工艺及工装夹具设计 联系 QQ 834308595 9 由 表 4-2得 ，选择 f=0.15mm/r， n=466r/min 由公式（ 4-1）得 Vc=3.14 48 1500/1000=70.2m/min 精加工 (进气 ) 枪铰 15mm导管 孔 由 表 4-2得 ，选择 f=0.15mm/r， n=1500r/min 由公式（ 4-1）得 Vc=3.141 5 1500/1000=70.7m/min 镗 45mm阀座 孔 由 表 4-2得 ，选择 f=0.15mm/r， n=466r/min 由公式（ 4-1）得 Vc=3.14 45 466/1000=65.8m/min 4.2.3 计算切削力 ， 切削扭矩及切削功率 根据文献资料 9表 6-20得 计算公式如下： 切削力 Fz=51.4apf0.75HB0.55 （ 4-2） Fx=0.51ap1.2 f0.65HB1.1 （ 4-3） 转 矩 T=25.7Dapf0.75HB0.55 （ 4-4） 功 率 61200FzVP （ 4-5） 公式中： V 切削速度（ m/min）； f 进给量（ mm/r）； ap 切削深度（ mm）； D 加工直径（ mm）； Fz 圆周力（ N）； Fx 轴向切削力（ N）； HB 布氏硬度： )(31 m i nm axm ax HBHBHBHB ； 在本设计中， HBmax=225， Hbmin=150，代入公式得 HB=200 HBS。 a.半精加工：（排气） 枪铰导管孔： 由公式（ 4-2）得 Fz=51.4 0.1 0.150.75 2000.55 =51.4 0.1 0.241 18.432=22.832N； 由公式（ 4-3）得 Fx=0.51 0.11.2 0.150.65 2001.1 =0.51 0.063 0.291 339.729=3.176N； 由公式（ 4-4）得 T=22.832 14.8/2 =168.9 N mm 由公式（ 4-5）得 P=16.813 69.7/61200=0.03KW 镗阀座孔： 由公式（ 4-2）得 Fz=51.4 0.4 0.150.75 2000.55 =51.4 0.4 0.241 18.432=91.329N； 由公式（ 4-3）得 Fx=0.51 0.41.2 0.150.65 2001.1 =0.51 0.333 0.291 339.729=16.813N； 半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计 (夹具设计 ) 10 由公式（ 4-4）得 T=91.329 47.8/2 =25.7 172 0.35 19.1=2182.8N mm 由公式（ 4-5）得 P=91.329 70/61200=0.1KW 半精加工：（进气） 枪铰导管孔： 由公式（ 4-2）得 Fz=51.4 0.4 0.150.75 2000.55 =51.4 0.1 0.241 18.432=22.832N； 由公式（ 4-3）得 Fx=0.51 0.11.2 0.150.65 2001.1 =0.51 0.063 0.291 339.729=3.176N； 由公式（ 4-4）得 T=22.832 14.8/2 =168.9 N mm 由公式（ 4-5）得 P=22.832 69.7/61200=0.03KW 镗阀座孔： 由公式（ 4-2）得 Fz=51.4 0.4 0.150.75 2000.55 =51.4 0.4 0.241 18.432=91.329N； 由公式（ 4-3）得 Fx=0.51 0.41.2 0.150.65 2001.1 =0.51 0.333 0.291 339.729=16.813N； 由公式（ 4-4）得 T=91.329 44.8/2 =2045.8N mm 由公式（ 4-5）得 P=91.329 65.6/61200=0.09KW b.精加工：（排气） 枪铰导管孔： 由公式（ 4-2）得 Fz=51.4 0.1 0.150.75 2000.55 =51.4 0.1 0.241 18.432=22.832N； 由公式（ 4-3）得 Fx=0.51 0.11.2 0.150.65 2001.1 =0.51 0.063 0.291 339.729=3.176N； 由公式（ 4-4）得 T=22.832 15/2 =171.24 N mm 由公式（ 4-5）得 P=16.813 69.7/61200=0.03KW 镗阀座孔： 由公式（ 4-2）得 专业订作机械毕业设计，机械设计课程设计，减速器设计，工艺及工装夹具设计 联系 QQ 834308595 11 Fz=51.4 0.1 0.150.75 2000.55 =51.4 0.1 0.241 18.432=22.832N； 由公式（ 4-3）得 Fx=0.51 0.1.2 0.150.65 2001.1=3.176N； 由公式（ 4-4）得 T=91.329 48/2 =547.9N mm 由公式（ 4-5）得 P=91.329 70.2/61200=0.03KW 精加工：（进气） 枪铰导管孔 : 由公式（ 4-2）得 Fz=51.4 0.1 0.150.75 2000.55 =51.4 0.1 0.241 18.432=22.832N； 由公式（ 4-3）得 Fx=0.51 0.11.2 0.150.65 2001.1 =0.51 0.063 0.291 339.729=3.176N； 由公式（ 4-4）得 T=22.832 15/2 =171.24 N mm 由公式（ 4-5）得 P=22.832 70.7/61200=0.03KW 镗阀座孔： 由公式（ 4-2）得 Fz=51.4 0.1 0.150.75 2000.55 =51.4 0.1 0.241 8.432=22.932N； 由公式（ 4-3）得 Fx=0.51 0.11.2 0.150.65 2001.1 =0.51 0.063 0.291 339.729=3.176N； 由公式（ 4-4）得 T=91.329 45/2 =513.7N mm 由公式（ 4-5）得 P=91.329 65.8/61200=0.03KW 4.3 机床联系尺寸图 机床联系尺寸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和布局。用以检验各主要部件相对位 置几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重要依据；它可以看成是机床总体外观简图。 半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计 (夹具设计 ) 12 图 4-5机床联系尺寸图 4.3.1 动力滑台的选择 a.选择动力部件 由文献资料 12表 5-3 数控机械滑台主要技术性能选择 NC-1HJ32M 型和NC-1HJ32G 型数控机械滑台，其台面宽度为 320mm，台面长为 630mm，最大行程为630mm，最大进给力为 12500N，电动机 Y100L1-4， P=2KW。 由于本机床采用的是专用滑台，所以要在原有参数的基础上进行修改。故选择 伺服电机。由文献资料 12 表13-32 选 SYJD1-110-B2 型交流伺服电机，其额定转矩 T=11.5N.m，最高转速为N=3000r/min， P=2.5KW。 b.确定机床装料高度 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。其次是机床内部结构尺寸的限制和刚度要求。参考国家标准装料高度 H=1000 mm。 c.确定夹具轮廓尺寸 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。具体要考虑布置工件的定位、限位、夹紧机构、刀具导向装置以及夹具底座排屑和安装等方面的空间和面积需要。 夹具底座的高度尺寸，一方面要保证其有足够的高度，同时考虑机床的装料高度、排屑的方便性和便于设置定位、夹紧机构。一般不小于 240 mm。本机床夹具的长为 780mm，宽为 460mm，高为820mm。 4.4 机床生产率计算卡 a.理想生产率 Q 理想生产率 Q（单位为件 /h）是指完成年生产纲领 A（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。它与全年工时总数 tk有关。根据文献资料 9： 专业订作机械毕业设计，机械设计课程设计，减速器设计，工艺及工装夹具设计 联系 QQ 834308595 13 表 4-3 半精加工机床 生产率计算卡 图号 Y G 02 - JSK - 0001 毛坯种类 铸件 名称 气缸盖 毛坯重量 被加工零件 材料 H T 250 硬度 150 - 225H B S 工序名称 半精镗气缸盖导管孔及阀座孔 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(mm/min) 每分钟转速(r/min) 进给量(mm/r) 进给速度(mm/min) 工时 (min ) 1 装卸 工件 2 机加工时间 辅助时间 共计 2 动力 部件 1.5 1.5 滑台 快进50 5000 0.01 0.01 动力箱工进( 枪铰排气导管孔 ) 14.8 33 45 70.7 1500 0.15 225 0.2 ( 枪铰进气导管孔 ) 14.8 28.5 45 70.7 1500 0.15 225 0.2 0.2 ( 镗排气阀座孔 ) 47.8 10 15 70.2 466 0.15 70 0.21 ( 镗进气阀座孔 ) 44.8 10 15 65.8 466 0.15 70 0.21 0.21 滑台快退110 5000 0.022 总计 1.942min 单件工时 1.942min 机床生产率 29.09 件 /h 备注 装卸工作时间取决于操作者熟练程度 , 本机床计算时取1.5min 机床负荷率 73% 半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计 (夹具设计 ) 14 表 4-4精加工机床生产率计算卡 图号 Y G 02 - JSK - 0002 毛坯种类 铸件 名称 气缸盖 毛坯重量 被加工零件 材料 H T 250 硬度 150 - 225H B S 工序名称 精镗气缸盖导管孔及阀座孔 工序号 2 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(mm/min) 每分钟转速(r/min) 进给量(mm/r) 进给速度(mm/min) 工时 (min ) 1 装卸 工件 2 机加工时间 辅助时间 共计 2 动力 部件 1.5 1.5 滑台 快进50 5000 0.01 0.01 动力箱工进( 枪铰排气导管孔 ) 15 33 45 69.7 1500 0.15 225 0.2 ( 枪铰进气导管孔 ) 15 28.5 45 69.7 1500 0.15 225 0.2 0.2 ( 镗排气阀座孔 ) 48 10 15 70 466 0.15 70 0.21 ( 镗进气阀座孔 ) 45 10 15 65.6 466 0.15 70 0.21 0.21 滑台快退110 5000 0.022 总计 1.942min 单件工时 1.942min 机床生产率 29.09 件 /h 备注 装卸工作时间取决于操作者熟练程度 , 本机床计算时取1.5min 机床负荷率 73% 专业订作机械毕业设计，机械设计课程设计，减速器设计，工艺及工装夹具设计 联系 QQ 834308595 15 Q=A/tK=5000/2350=21.2 件 /小时 （ 4-6） b.实际生产率 Q1 实际生产率 Q1 是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。 Q1=60/T=29.09件 /小时 （ 4-7） c.机床负荷率 机床负荷率为理想 生产率与实际生产率之比。即文献资料 9 =Q/Q1=0.73 （ 4-8） 因为组合机床负荷率一般为 0.75 0.90，而对于精密度较高、自动化程度高的组合机床，宜适当降低负荷率，所以本机床满足要求。 半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计 (夹具设计 ) 16 5 夹具设计 5 1 概述 机床夹具是一种装夹工件的工艺设备，它广泛的应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装备、焊接和检验等工艺过程中。在金属切削机床上使用最多的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工 艺设备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，故机床夹具设计在企业的产品设计和制造 及其生产技术准备中占有及其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作。在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件的定位和夹紧。然而，由于各类机床加工的方式不同，有些机床夹具还具有一些特殊的功能。 机床夹具在保证产品优质、高效和低成本方面充分发挥着现代先进设备的巨大潜力。有利于提高工人对复杂或精密零件的加工技能，减轻繁重的体力劳动。机床夹具设计和使用是促进生产周期的重要工艺措施之一 /因此一切机械制造行业 广大工 人和工程技术人员历来都把机床夹具的改进和开发作为技术革新的主要课题之一。 5.1.1 机床夹具在机械加工中的作用 对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对刀具（或机床）有正确的位置并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此进行机械加工前，先要将工件夹好。 工件的装夹方法有两种：一种是工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种是工件装夹在夹具上。 采用第一种方法装夹工件时，一般是先按图样要求在工件表面划线，找出工件表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后在夹紧。这种方法不需专门的装备 ，但效率低，一般用于单件或小批量生产；批量较大时，大都采用夹具装夹工件。使用机床夹具的目的主要有以下六个方面。然而，在不同的生产条件下应该有不同的侧重点。夹具设计时应综合考虑加工的技术要求、生产成本和工人操作等方面的要求，以达到预期的效果。 a.保证加工精度 用夹具装夹工件时，能稳定地保证加工精度，并减少对其它生产条件的依赖性 ，故在精密加工中广泛的使用夹具，并且它还是全面质量管理的一个重要环节。 b.提高劳动生产率 使用夹具后，能使工件迅速地定位和夹紧，并能够显著地收缩辅助时间和基本时间，提高劳动生 产率。 c.改善工人的劳动条件 用夹具装夹工件方便、省力、安全。当采用气压、液压等夹紧装置时，可以减轻工人的劳动强度，保证安全生产。 d.降低生产成本 在批量生产中使用夹具时，则由于劳动生产率的提高和允许使用技术等级较低的工人操作，故可以明显降低生产成本。 e.保证工艺纪律 在生产过程中使用夹具时，可确保生产周期、生产调度等 工秩序。因为夹具往往也是工程技术人员解决高难度零件加工的主要工艺手段之一。 专业订作机械毕业设计，机械设计课程设计，减速器设计，工艺及工装夹具设计 联系 QQ 834308595 17 f.扩大机床工艺范围 这是在生产条件有限的企业中常用的一种技术改造措施。如在车床上拉削、深孔加 工等，也可用夹具装夹以加工较复杂的成形圆。 5.1.2 机床夹具的分类 机床夹具有多种分类方法。一般按适用工件的范围的特点分为 ：通用夹具 、 专用夹具 、 组合夹具和可调夹具或按适用的机床分为车床夹具 、 铣床夹具 、 钻床夹具 、镗床夹具等。 通用夹具是指已经标准化，可用于加工一定范围内的不同工件夹具。如三爪自定心卡盘、虎钳 、万能分度头 和 磁力工作台等。专用夹具是指为某一工件的某道工序而设计制造的夹具。一般在批量生产中使用，是机械制造厂里使用范围最广的一种机床夹具。 5.1.3 机床夹具的组成 机床夹具的种类和结构虽然繁多，但 它们的组成均可概括为下面四个部分： a.定位装置 位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置，从而保证加工位置的正确。 b.夹紧装置 夹紧装置的作用是将工件压紧、夹牢，保证工件在加工的过程中受到外力 （切 削力等）作用时不离开占据正确的位置。 c.夹具体 夹具体是机床夹具的基件，通过它将机床的所有元件构成一个整体。 d.其它装置或元件 如连接元件，分度装置，靠模装置，上下料装置，工业机器人等。 5.1.4 本次毕业设计的任务 本次毕业设计是设计在 气缸盖 上 进行镗加工所用的夹具。它是发挥我们独立思考和创新的有效过 程。使我们充分而又灵活地运用课堂所 学的理论知识与实践环节紧密结合，培养解决生产实际问题的能力，为适应今后的工作打好坚实的基础。 5 2 夹具的设计步骤及内容 5.2.1 气缸盖镗孔的工艺分析 该 加工零件的工序内容 半精镗 (a) 47.8H8 深 10mm，粗糙度为 3.2， 枪铰导管底孔 14.8H8 深 33mm，粗糙度为 3.2um的排气孔。两孔位置度公差为 0.03mm。 (b) 44.8H8深 10mm，粗糙度为 3.2，枪铰导管底孔 14.8H8 深 28.5mm，粗糙度为 3.2um的进 气孔。两孔位置度公差为 0.03mm。 精镗 (a) 48H6 深 10mm，粗糙度为 1.6， 枪铰导管底孔 15H6 深 33mm，粗糙度为 1.6um的排气孔。两孔位置度公差为 0.03mm。 (b) 45H6 深 10mm，粗糙度为 1.6，枪铰导管底孔 15H6 深 28.5mm，半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计 (夹具设计 ) 18 粗糙度为 1.6um的进气孔。两孔位置度公差为 0.03mm。 以上倒角均为 1 45 除应保证各孔尺寸精度外，还需满足以下要求： a. 48 H6孔与 15H6孔同轴度误差不大于 0.04mm， 15H6孔与 被加工工件内侧面垂直度为 0.03mm， 48H6孔的底面与 15H6孔的垂直度为 0.02/4.5mm， 圆跳动为 0.02mm。 b. 45 H6孔与 15H6孔同轴度误差不大于 0.04mm， 15H6孔与被加工工件内侧面垂直度为 0.03mm， 45H6孔的底面与 15H6孔的垂直度为 0.02/4.5mm， 圆跳动为 0.02mm。 5.2.2夹紧 方案的分析 A 工件在加工过程中定位基准的分析 在选择定位基准时，应尽量选择设计基准作为定位基准，即遵循基准统一原则。由总体设计可以知道我使用的是半精镗、精镗同时 进行加工 ，加上对零件的分析，最后选择气缸盖的内侧面即需加工空的一面作为定位的基准面，这样就有利于保证个被加工孔相互间的位置精度。气缸盖要很好的固定在机床上，就必须限制六个自由度， 这 样才可以保持加工精度。根据切削力的方向和夹具 夹 紧力的方向 ，我选择气缸盖的内侧面确立一个平面来限制三个自由度，另外的三个自由度我选择两个定位销来限制。最后再在气缸盖的底面上加上一个辅助支承，这样就更能保证工件的加工精度。这种定位方式就是“一面两销”定位。 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，应力求夹紧点的数目为最小。 考虑到该气缸盖是铸铁件，使夹紧力分散，应采用多点夹紧。所以本设计采用压块进行压紧，四个压块可将压紧力分为四个 . C 夹 紧位置的确定 夹 紧位置选择的好坏直接影响工件的加工精度、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想对，再根据气缸盖的大体形状，我选择工件的外侧面为 夹 紧位 置，方向向内 ， 由于本道工序是镗加工，所以轴向力不是很大，选择压板夹紧比较好。 D.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。 E.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，本课题中是不适合的 。 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专业订作机械毕业设计，机械设计课程设计，减速器设计，工艺及工装夹具设计 联系 QQ 834308595 19 成压夹作用的元件称为夹 紧元件，本设计采用了液压夹紧，解决了手动夹紧是夹紧力不一致，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 。 5.2.3夹紧力的确定与计算 确定夹紧力的方向、作用点和大小时要分析工件的结构，加工要求，切削力和其它外力作用工件的情况，以及定位元件的结构和布置方式。 A夹紧力的方向和作用点的确定 夹紧力方向必须遵循： a. 夹紧力作用方向不 应破坏工件的定位。 b. 夹紧力作用方向应使工件的夹紧变形尽量减小。 c. 夹紧力作用方向应使所需夹紧力尽可能小。 综上所述，我选择四个作用点在气缸盖的外侧面上。 B 夹紧力的计算 查 参考文献 1得 夹紧力 ： W=KF (5-1) 其中 K为安全系数 K=43210 kkkkk (5-2) 0k 一般安全系数，考虑增加夹紧的可靠性和因工件材料性质及余量不均匀等引起切削力的变化。一般 取 1.2-1.5。这里取 1.4 1k 加工性质系数。粗加工取 1.2。精加工取 1。这里取 1。 2k 刀具钝化系数。考虑到刀具磨钝后，切削力增大，一般取 1.0-1.9， 这里取 1.3。 3k 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。 4k 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。 所以经过计算得安全系数 K=2.184。 根据该夹具的装夹方式，选择的计算公式 (5-1) 式中 WK 实际所需夹紧力（ N）； K 安全系数； P 切削力（ N）； 由总体设计计算得到的轴 向 作用力为 16.8N， 最后 由公式（ 5-1）、（ 5-2） 算得 夹紧力 ： F=38N 5.2.4夹紧液压缸的选择 组合机床的夹紧液压缸已进行了通用化系列化设计，根据夹紧力的大小， 可以用任何型号的液压缸 ，因为任何型号的液压缸都能满足本机床夹具需要的夹紧力。但是根据调查，现在厂里用的液压缸一般是 T5034、 T5035、 T5038 这几种型号。 由半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计 (夹具设计 ) 20 于 T5034 型号液压缸的行程比较小，所以 这里选用型号为 T5035 的液压缸 。 查 参考文献 8表 4 3查基本尺寸参数，表 4 4查液压缸的技术参数。这种液压缸的刚体采用无缝钢管，两端的端盖是嵌入式的，在缸体的两端内壁开有环槽，将端盖放入后旋转 90度。端盖的边沿进入缸体两端的环槽中，即可承受轴向力 。 该夹紧装置主要是通过杠杆原理把液压缸的的推力和拉力传递到压紧块，完成夹紧的工作。 杠杆是以一比一的比例来传递力的。 5.2.5定位元件的设计 根据定位方式 查 参考文献 1表 2.1-4，选择一个的圆柱销和一个削边销，这两个都采用固定式。它们主要有以下几个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安装削边销时，削边方向要垂直于连心线，为了保证削边销的强度，通常采用菱形结构。 根据 参考文献 9表 6-32 选择配 合。选择销工作部分直径 g5， 定位销头部有 15 导角，与夹具体孔配合为 H7/n6。 为了便于更换定位销，设计成带衬套的结构衬套外径与夹具体孔配合为 H7/n6，内径与定位销配合为 H7/h6。故选择了一个15.5g5圆柱销和一个 15.5g5的削边销，它们的高度相同。选用四个一样大小的30的支承块 构成一个支承平面 ，支承块的上下表面的平行度为 0.01mm， 表面粗糙度为 0.8，高度为 25 0.015， 分别用 M10的内六角圆柱头螺 钉于 夹具体连接。 选取“一面两销”的定位方式。其定位特点有： 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，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。 5.2.6定位误差 的 计算 a. 菱形销的最大直径 m i n2m i n1m i n2m a x2 )(2 DbDd LiLg （ 5-3） 式中 b 菱形销宽度； Lg 两孔中心距的公差； Li 两定位销中心距的公差，一般取（ 1/3 1/5）Lg； min1 圆柱销与孔配合的最小间隙，m ax1m in1m in1 dD ； 专业订作机械毕业设计，机械设计课程设计，减速器设计，工艺及工装夹具设计 联系 QQ 834308595 21 min2D 圆柱销定位孔的最小直径 由公式（ 5-3） 计算得max2d=15.473 图 5-1 转角误差示意图 b. 工件的转角误差 L dDdDD 2a r c t a n m i n2m i n1)2( 2211 （ 5-4） 式中 2D 以菱形销定位的定位孔 直径的公差； 2d 菱形销直径的公差； min2 菱形销与孔的最小配合间隙 m i n2m i n1m i n2 )(2 Db LiLg （ 5-5） L dDdDD 2a r c t a n m i n1m i n2)( 11221 （ 5-6） 由 公式（ 5-4）、（ 5-5）、（ 5-6） 得 )2(D0.015 )1(D0.005 故 工件在任意方向偏转时， 最大转角误差为 0.02 。 c. 基准位移误差 m ax1m i n111 dDY 0.0086mm。 （ 5-7） d. 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 B =0。 最 后，在求得基准位移误差和转角误差后，算得 定位误差 D =0.0086mm。此值小于工件相应位置度的三分之一，即 0.0086mm (0.03/3)mm=0.01mm。 5.2.7导向装置的选择 一般夹具的导向装置是选用镗套或者导向支架，它们又可以分为很多种类。由半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计 (夹具设计 ) 22 于切削速度不大，同时为了保证被加工零件的技术要求，再结合本夹具的结构特点，切削主轴为钢性主轴，且加工深度不深，故不选用导向装置。只 有当拆卸被加工零件时，需要一个导向装置来确保工件在退出定位销时不损坏定位销。所以选 用导向条为导向 装置 。 如 图 图 5-2 拆卸导向装置示意图 5.2.8夹 具 体的设计 夹具体采用铸造的箱体结构 ，各边的厚度取 35mm， 保证