机械机床毕业设计71YZJ1956立式铣床总体及夹具设计.doc
机械机床毕业设计71YZJ1956立式铣床总体及夹具设计
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机械机床毕业设计71YZJ1956立式铣床总体及夹具设计,机械毕业设计论文
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目 录 1 前言 . 1 2 组合机床总体设计 . 3 2.1 总体方案论证 . 3 2.1.1 加工对象工艺性分析 . 3 2.1.2 机床配置型式的选择 . 3 2.1.3 定位基准的选择 . 3 2.2 确定切削用量及选择刀具 . 4 2.2.1 选择切削用量 . 4 2.2.2 计算切削力 、 切削扭矩及切削功率 . 5 2.2.3 刀具耐用度的计算 . 6 2.2.4 选择刀具结构 . 6 2.3 三图一卡 设计 . 6 2.3.1 被加工零件工序图 . 6 2.3.2 加工示意图 . 7 2.3.3 机床联系尺寸 图 . 7 2.3.4 机床生产率计算卡 . 8 3 组合机床夹具设计 . 11 3.1.1 零件的工艺性分析 . 11 3.1.2 夹具设计的基本要求 . 11 3.1.3 夹具总体结构构思 . 11 3.2 定位方案的确定 . 12 3.2.1 定位方案的 论证 . 12 3.2.2 定位 基准的选择 . 12 3.2.3 定位 的实现方法 . 12 3.3 误差分析 . 13 3.3.1影响加工精度的因素 . 13 3.3.2保证加工精度的条件 . 14 3.4 夹紧方案确定 . 14 3.4.1 夹紧装置的 确定 . 14 3.4.2 夹紧力的 确定 . 16 3.4.3 夹紧液压缸的选择 . 17 3.5 夹具体 的 确定 . 18 4 结论 . 19 参考文献 . 20 致 谢 . 21 附 录 . 22 nts 1 1 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。 本次设计的课题是 缝纫机底板下平面的半精铣 。该课题来源于 江苏恒力组合机床有限公司 。 该公司以生产组合机床而享誉。特别是 该 公司 生产的 1TX系列铣削头、 1HJ、1HY 系列滑台、 1TA 镗头 十分走俏， 市场需求量大，畅销国内外市场。现在该公司 迫切需要改善现有的生产条件，进行提高生产率、改善产品质量方面的技术改造，使产品的合格率上升，增加产量，适应市场竞争的需要，提高经济效益。 本设计主要针对 原有的 人工夹紧铣底板上平面， 一个行程只加工一件， 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。 由底板 需大批量生产，为了提高加工精度，降低成本，有必要设计一种 自动夹紧 并且在行程允许的情况下同时加工两件零件 的 组合机床 来 满足 半精铣底板下ntsYZJ1956 立式铣床总体及夹具设计 2 平面的自动夹紧的组合机床 。本次设计分总体设计、夹具 设计 及液压系统设计 四部分。我主要负责 总体设计和夹具部分的设计。 在设计组合机床过程中，组合机床夹具的设计是整个组合机床设计工作的重要部分之一。虽然夹具零件的标准化程度高，使设计工作量大为减少，设计周期大为缩短，但在夹具设计过程中，在保证加工精度的 前提下，如何综合考虑生产率、经济性和劳动条件等因素，还有一定的难度。 设计该组合机床思路如下：仔细分析零件的特点，以确定零件合理可行的加工方法（包括安排工序及工艺流程，确定工序中的工步数，选择加工的定位基准及夹压方案等），确定工序间加工余量，选择合适的切削用量，确定组合机床的配制形式；根据被加工零件的工艺要求确定刀具，再由刀具直径计算切削力，切削扭矩，切削功率，然后选择各通用部件，最后按装配关系组装成组合机床。 本设计 以设计 底板下平面立式铣床为主线 ，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组合机床的配置 。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。 nts 3 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 缝纫机底板下平面的半精加工 。材料 HT150，其硬度为 HB150 200，在本工序之前底板大平面粗加工，定位销孔已经加工完毕 。 b.本机床被加工零件的加工工序及加工精度 本道工序： 铣底板下平面 ，由本设备“ YZJ1956 铣底板下平面组合机床 ”完成，因此 ，本设备的主要功能是完成 缝纫机底板下平面的半精铣 。具体加工内容及加工精度是： 半精铣底板下平面，铣削面光洁度为 Ra6.3 与定位面（即地板大平面）垂直度要求为 0.05/100mm，与定位销平行度为 0.01/100mm。 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。 各种形式的单工位组合机床，具有固定式夹具，通常可安装一个工件，特别适用于大、中型箱体类零件的加工。根据配置动力部件的型式和数量，这种机床可分为单面、多面复合式。但其机动时间不能与辅助时间重合，因而生产率比多工位机床低。 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 立式单面铣床，在增加工作台工作行程的情况下可以同时加工两工件。 2.1.3 定位基准的选择 被加工零件为 缝纫机底板 属 于板类 零件，本工序加工为 半精铣底板下平面 ，精 度要求高。由于 板类 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 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.有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各 ntsYZJ1956 立式铣床总体及夹具设计 4 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，通过一个平面和两个定位销限制其六个自由度。但由于 底板 零件质量较大，底面上孔的直径太小，为防止定位销受力变形，不宜选用“一面双孔”定位基准， 初步拟定“三平面”定位方法，该定位方案限制的自由度叙述如下：本机床加工时采用的定位方式是三面定位，以底 面为定位基准面，限制三个自由度；在 左侧有一 个定位板 加上工件的流动方向 ，限制两个自由度；在 靠近立柱的一面加一个定位支架限 制剩下的一个自由度。 这样工件的 6 个自由度被完全约束了也就得到了完全的定位。 2.2 确定切削用量及选择刀具 2.2.1 选择切削用量 对于 半精铣表面 ，采用查表法选择切削用量，从 1P.130 表 6-11 中选取。由于平面的 切 铣削用量和加工平面与基准面的垂直度还有平面度 以及铣削深度 有关 ，随 着平面度和垂直度的增加而逐渐增加 ，其递减值按 文献 1P.131 表 6-12 选取。降低进给量的目的是为了减小 径 向切削力，以避免 盘铣刀因为 径向切削力的增加而烧伤 。 铣削深度较大时，由于冷却排屑条件都较差，是刀具寿命有所降低。降低切削速度主要是为了提高刀具寿命，并使加工较深孔时钻头的寿命与加工其他浅 铣削时刀盘刀片 的寿命比较接近。 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。组合机床 上以铣削头为动力的机床多数为工件运动，主轴转动的系统，而工件的横向进给一般以铣削工作台为进给系统。 查文 献资料，硬质合金端铣刀 的切削用量如表 2-1： nts 5 表 2-1切削用量 加工材料 钢 铸铁 铝及合金 b=52-70 b=70-90 b=100-110 工序 粗铣 精铣 粗铣 精铣 粗铣 精铣 粗铣 精铣 粗铣 精铣 铣削深度（ mm） 2-4 0.5-1 2-4 0.5-1 2-4 0.5-1 2-5 0.5-1 2-5 0.5-1 V(m/min) 80-120 100-180 60-100 90-150 40-70 60-100 50-80 80-130 300-700 500-1000 Sz（ mm/z） 0.2-0.4 0.05-0.2 0.2-0.4 0.05-0.15 0.1-0.3 0.05-0.1 0.2-0.4 0.05-0.2 0.1-0.4 0.05-0.3 注 ： 生产率要求不高时，一次铣削余量为 4-5mm，粗糙度达到 Ra=1.6 m时，Sz=0.02-0.03mm/z。 在选择切削速度时， 因此，一般先按切削用量选择合理刀具，根据工件的宽度在这里我们选择直径为 200mm的西夏墅的 GMA200（右式）刀盘，刀盘主要参数为： D= 200 mm， Z=12，刀盘选择后，根据刀盘 选择 比 较合理的转速in(单位 为 r/min)和每转进给量if（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 fii vfnfnfn 2211（ 2-1） 在选择了转速后就可以根据公式 1000 ndv （ 2-2） 选择合理的切削速度。 根据零件特性以及切削用量选择刀盘转速为 n=250rpm， f =0.08mm/r. 由式 2-2得 v = nd /1000= 200 250/1000=157m/min 2.2.2 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 6.08.026 HBDfF (2-3) 6.08.09.110 HBfDT (2-4) ntsYZJ1956 立式铣床总体及夹具设计 6 DTvP 9740(2-5) 式中， F 切削力（ 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（或钻头）直径（ mm）； HB 布氏硬度 。 )(31 m i nm a xm a x HBHBHBHB ，在本设计中，200max HB ， 150min HB ，得 HB=183。 由以上公式可得： 6.08.026 HBDfF = 6.08.0 18308.020026 =15701N 6.08.09.12 HBfDT = 6.08.09.1 1 8 308.02 0 02 =142208Nmm DTvP 9740 2009 7 40 1571 4 22 0 8 =3.6kw 2.2.3 刀具耐用度的计算 确定刀具耐用度，用以验证选用量或刀具是否合理，刀具的耐用度至少大于 4 个小时。查阅文献 2中公式： 83.155.025.09600 HBvf DT(2-6) 式中： T 刀具耐用度，单位 min； D 钻头直径，单位 mm； v 切削速度，单位 m/min； f 每转进给量，单位 mm/r； HB 布氏硬度。 选择 6.6mm的钻头进行计算： 83.155.025.09600 HBvf DT83.155.025.01 8 308.01 5 72 0 09 6 0 0 =246min 根据计算，所得刀具耐用度满足要 求。 2.2.4 选择刀具结构 根据工艺要求及加工精度的要求，加工 底板下平面的刀具选用盘铣刀 。 2.3三图一卡 设计 2.3.1 被加工零件工序图 nts 7 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。 a.被加工零件 名称及编号： 底板下平 面 材料及硬度： HT150 HB150-200。 b.定位基准及夹压点的选择 针对机体的结构特点，不宜选用“一面双孔”定位基准，可采用“三平面”定位基准的方法。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。 刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。 刀具直径选择 200mm，齿数为 12 的刀盘 。 同时为了不使铁屑飞溅，采 用左式刀具。 b 工件循环过程以及行程的确定。 在起始位置，刀具离工件一段距离为 200mm，在工件向刀具方向运动时为工进过程，当两个零件即底板下平面加工完毕后 工作台继续前进一段距离（ 200mm），在此工进过程一共为 1160mm。而快退过程则是 1560mm，加上前备量和后备量各 20mm。因此工作台总行程为 1600mm。 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；它为夹具 这类 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。 2.3.3 .1选择动力部件 和运动部件。 a动力部件的选择 ntsYZJ1956 立式铣床总体及夹具设计 8 由所得切削功率为 P=3.6kw，在这里选用 1TX32 型铣削头，而此类铣削头的传动装置配置又有传动装置侧置，尾置，顶置等几种形式，在这里我们选用尾置形式。 1TX32 型铣削头传动装置有三种电机功率： 3kw、 4kw、 5.5kw。由于铣削功率为 3.6kw，因此我们选用 P=5.5kw 的传动装置。 b运动部件的选择 铣削的过程一般是工件运动，刀具转动。在本 机床中工件的横向运动是通过工作台的 工进和快进以及快退来实现的，而在这里我们选用标准铣削工作台来实现这一过程。选用 1XG40 铣削工作台。铣削工作台的传动装置采用 XJ25，各项参数如下： 快进电机 ： P=1.5kw， n=940r/min， Y100L-6 工进 电机： P=1.5kw， n=940r/min， Y112-6 工作台许用载荷为 20000N 许用切削功率为 11kw 进给速度为 160-2000mm/min 工作台面为 400 1600mm（长宽） 工作行程为 1600mm 高度为 900mm c其余配套通用件的选择 立柱采用 1XL32（右式） 2.3.3 .2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。本课题工件靠大平面定位，大平面由几个支撑钉支撑，为了不让压板有足够的力压紧工件的同时也不让压板压紧时在铣削过程中与刀具形成干涉，支撑钉的最佳高度为 40mm。而机床的装料高度由工作台的高度 H1 和夹具体的高度 H2 以及支撑钉的高度 H3 总合而成。因此 H=H1+H2+H3=900+140+40=1080mm 2.3.4机床生产率计算卡 已知：工作行程为 1600mm 进刀量为 240mm /min 机动时间 3.987min 装卸工件时间 1.2min 单件工时 2.6min/件 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。 查阅文献 1公式 ktNQ （ 2-7） 计算，式中， N 年生产纲领（件），本课题中 N=40000 件； kt 全年工时总数，本课题以单班 8 小时计，则 。 htk 2400则 htNQ k /7.16240040000 件nts 9 b 实际生产率 1Q （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。 查阅文献 1P.51 单TQ 601 （ 2-8） 式中， T单 生产一 个零件所需时间（ min）。 则 hTQ /54.112.560601 件单 由于两件同时加工所以为实际 生产率为 h/08.23254.1121/1 件 QQ c 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。 查阅文献 1P.52 /1QQ （ 2-9） 则 %4.7208.23 7.16/1 QQ生产率计算卡见表 2-2。 ntsYZJ1956 立式铣床总体及夹具设计 10 表 2-2 生产率计算卡 被加工零件 图号 - 毛坯种类 铸件 名称 底板 毛坯重量 材料 HT250 硬度 150 200HBS 工序名称 左右面钻孔 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) 进刀量 工时 (min) 每转 （ mm/r） 每分钟 （ mm/ min） 机 加工 时间 辅助 时间 共计 1 工作台 快进 200 6600 0.030 2 工作台 工进 1160 300 3.7 3 工作台 快进 200 6600 0.030 4 工作台 快退 1560 6600 0.227 5 装卸工件 1.2 备注 1. 装卸工件时间取决于操作者熟练程度 ; 2.机床的单件工时为 2.6min. 总计 5.2min 单件工时 2.6min 机床生产率 23.08件 /h 机床负荷率 72.3% nts 11 3 组合机床夹具设计 3.1 概述 3.1.1 零件的工艺性分析 夹具是组合机床的重要组成部分，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。它是用于实现被加工零件的准确定位、夹压、刀具的导向以及装卸工件时的限位等作用。 本次毕业设计是设计在 半精铣底板下平面 所用的夹具。 底板下平面的材料 为HT150，其硬度为 HB150 200，在本工序之 前底板大平面已经的粗铣已经完毕 。本道工序 加工平面光洁度要求为 6.3，平面度要求为 0.08。 3.1.2 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。 3.1.3 夹具总体结构构思 根据被加工零件特点 ,初定夹具总体结构如下 : ntsYZJ1956 立式铣床总体及夹具设计 12 工件采用四点支撑方法，其中三点为固定支撑，一个手动调节支撑和两个辅助支撑，另外一点为调节支撑，为了使工件夹紧牢靠，在每个零件左侧安放一个挡块，每个支承点通过油缸实现液压夹紧 3.2 定位方案的确定 3.2.1 定位方案论证 工件 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 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。 被加工零件为 缝纫机底板 ，本工序加工为 半精铣底板下平面 ，加工工序 比较分散 、精度要求 不 高， 而且被加工零件质量较大，底面上孔的直径太小 ， 因此在这里 不宜选用“一面双孔”定位基准， 故初步拟定“三平面”定位方法。 采用“三平面”定位方法，既能保证工件的加工精度，很方便地消除工件的六个自由度，使工件获得 稳定可靠的定位 。 3.2.2 定位基准的选择 定位基准选择的原则 a.尽可能选择最大基面做主要的定位基准面； b.尽可能与工序基准重合； c.尽量选最长表面做为限制自由度的定位基准； d.尽量选精度较高的已加工表面为定位基准； e.在同一工件各工序中尽量采用同一定位基准进行加工。 综上所述，故选定大平面 为定位基准面 。 3.2.3 定位的实现方法 根据被加工零件的结构特征，选择定位基准，实现六点定位原理，即选 底板大平面 作为定位基准面，用支承块限制了三个自由度，侧面用定位板限制了两个自由度 ,同时在机床运动过程中，机床和刀具运动轨迹是一定 的，在铣削加工过程中工件的进给方向可以限制一个自由度，在这里刀具和工件的进给可以限制了剩下的一个 自由度，这样 底板 的六个自由度全部消除，实现零件的定位，如图所示： nts 13 图 3-1 零件定位示意图 3.3 误差分析 一批工件依次在夹具中进行定位时，由于工序基准的变动对加工表面尺寸所造成的极限值之差称为定位误差。产生定位误差的原因是工序基准与定位基准不相重合或工序基准自身在位置上发生偏移或位移所引起的。 3.3.1 影响加工精度的因素 用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多，与夹 具有关的因素有：定位误差 P、对刀误差 T、夹具在机床上的安装误差 A和夹具误差 E，在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差 G。 在夹紧方法中产生的误差 o。 上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确而形成总的加工误差。 3.3.1.1 定位误差 a.基准不重合误差B由于定位基准与工序基准不重合而造成的定位误差。根据文献 4查得基准不重合误差的 计算公式如下： cos1 ni iB （ 3-1） 式中 i 定位基准与工序基准间的尺寸链组成环的公差 (mm) ； i 的方向与加工尺寸方向的夹角 o（ ） 。 b.基准位移误差Y由于定位基准的误差或定位支撑点的误差而造成的定位基准位移，即工件实际位置对确定位置的理想要素的误差，这种误差称为基准位移误差，以Y表示。不同的定位方式，其基准位移误差的计算方式也不同，此夹具定位是采用的“三平面”定位的方法，所以要计算的是平面支撑定位的位移误差。 工件为平面定位时，基准不重合误差： 0,BA 0BB； 基准位移误差： 0YA，YB a； ntsYZJ1956 立式铣床总体及夹具设计 14 故 0,DA DB a。 计算 底板大平面 的定位误差 加工底板下平面的尺寸， 0Y （大平面 与支撑面接触较好） 1c o snBii 0.2 cos 0 o 0.2mm 0 . 2 m mD B Y 3.3.1.2 对刀 误差 T 因刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差， 而在 装配图中，是由铣头的主轴精度决定的，在此铣削头中主轴端面尺寸为 128.50-0.018。 所以加工时的对刀误差为 T =0.018。 3.3.1.3 夹具的安装误差 A 因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差。本组合机床的夹具的安装基面为平面，因此安装误差： A =0。 3.3.1.4 加工方法误差G因机床的精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形因素造成的加工误差，所以根据经验为它留出工件公差的 1/3，计算可得： G=0.1/3=0.033mm。 3.3.1.5 夹紧方法误差 o 因液压缸对夹具施加的力是垂直向下的 ,对被加工零件在前后左右方向产生的力可以忽略不计 ,所以有夹紧方法产生的误差： o =0。 3.3.2 保证加工精度的条件 工件在夹具中加工时，总加工误差为上述的各项误差之和。由于上述误差为独立随机变量，应用概率法叠加因此保证加工精度的条件为： 22222oGATD K （ 3-2） 即工件的加工误差=0.053 应不大 于工件的尺寸公差K，由于 加工工件高度 为73 0.1，可取K=0.2，K为满足条件，所以该精度满足要求。 3.4 夹紧方案的确定 3.4.1 夹紧装置的确定 3.4.1.1 夹紧装置的组成 本设计中夹紧装置采用机械夹紧装置，由力源装置、中间传力机构、夹紧元件三部分组成。其组成部分的相互关系，如下面的方框图所示。 nts 15 力 源 装 置中 间 传 力 机 构夹 紧 元 件工 件机 动 夹 紧 装 置图 3-2 夹紧装置组成的方框图 3.4.1.2 夹紧装置设计的基本要求 a.夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。 b.夹紧力的大小要可靠和适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变，振动小，又要使工件不产生于过大的夹紧变形。 c.夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领想适应，在保证生产率的前提下，其结构要力求简单，以便于制造和维修。 d.夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。 3.4.1.3 夹紧装置的选择 通常应用的机械夹 紧装置有气压装置和液压装置两种，各有其优越性，要根据实际情况来选择用哪种装置。 A.气压装置 气压装置以压缩空气为力源，应用比较广泛，有以下特点： a.动作迅速，反应快。气压为 0.5MPa 时，气缸活塞速度为 110m/s，夹具每小时可连续松夹上千次。 b.工作压力低（一般为 0.40.6MPa）。传动结构简单，对装置所用材料及制造精度要求不高，制造成本低。 c.空气粘度小，在管路中的损失较少，便于集中供应和远距离输送，易于集中操纵或程序控制等。 d.空气可就地取材，容易保持清洁，管路不易堵塞，也不会污染环 境，具有维护简单，使用安全、可靠、方便等特点。 主要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的条件下，因工作压力低，其动力装置的结构尺寸大。此外，还有较大的排气噪声。 ntsYZJ1956 立式铣床总体及夹具设计 16 B.液压装置 液压装置的特点是： a.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。 b.液压油的不可压缩性可使夹具刚度高，工作平稳、可靠。 c.液压传动噪声小，劳动条件比气压的好。 通过对以上两种机械夹紧装置优缺点的比较，结合加工工件的精度要求、工人的劳动强度和环境要求、企业的实际情况，本设计中夹紧装置采用液压夹紧装置。 3.4.2 夹紧力的确定 3.4.2.1 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。 3.4.2.2 夹紧方案 根据以上要求及原则，工件属于箱体类零件 ，夹紧力的方向应垂直于最重要的定位基面 底面，并将工件压向该面，而不宜与其他方面进行夹紧。由于工件为薄壁件，易受力变形，故采用多点同时压向工件，均匀分布压紧力，起到减少受力变形的效果。夹紧力为液压缸驱动。用推杆将压力传递致压板，然后由压板将压力分散到工件压紧表面，从而将工件压紧。 3.4.2.3 夹紧力的预算 根据工件所受切削力、夹紧力的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不利的状态，来确定夹紧力。 根据文献 5查得切削力 Q的计算公式如下 210 )( ff pPKQ （ 3-3） 式中 K 安全系数； P 切削力； 0p 定位销上允许承受的一部分切削力，通常可按挤压强度确定：挤0 dhp ； 挤 许用挤压应力，取定位销和工件中较小者； 1f 压板和工件表面 间的摩擦系数； 2f 工件和定位支承块间的摩擦系数； d 定位销的直径； h 定位销的接触长度。 根据文献 5查得安全系数 K 按下式计算 nts 17 6543210 KKKKKKKK （ 3-4） 式中，0K6K为各种因素的安全系数，查文献 4表 3-1和表 3-2 0K：考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数，取0K 2.1； 1K ：加工性质，取 1K 2.1 ； 2K ：刀具钝化程度，取 2K 0.1 ； 3K：切削特点，取3K 0.1； 4K ：夹紧力的稳定性，取 4K 0.1 ； 5K：夹紧时的位置 ，取5K 0.1； 6K：仅有力矩使工件回转时工件与支承面的接触情况，取6K 1。 6543210 KKKKKKKK 10.10.10.10.12.12.1 414.1 查文献 2表 3-34摩擦系数 1f ， 2f 均为 35.0 根据 2.2.2节切削力的计算结果，取 P =15701N 02.3 1 7 1 635.035.0 5 7 0 114 1 4.121 ff KPQ 3.4.3 夹紧液压缸的选择 a.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） 2224 4 1 5 7 0 1 831 / 1 3 . 1 4 5 0 . 9 5 1 0 . 5 / 5 1 1 / 2FDP c m P P d D mm 查表 2-4,取 D=80mm 查表 2-5取 d=40mm c.液压缸壁厚和外径的计算 由 4P.12得 公式 2DPy （ 3-5） 式中 液压缸壁厚； D 液压缸内径； ntsYZJ1956 立式铣床总体及夹具设计 18 yP 试验压力，最大工作压力的（ 1.25-1.5）倍 yP=1.3 5=6.5MP； 缸体材料许用应力，铸钢 =100-110MP，取 =100MP。 6 . 5 0 . 0 9 0 . 0 0 2 9 2 5 M 2 . 9 2 5 m m2 2 1 0 0yPD ，取 =15mm 则外径 mmDD 110308021 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 26 . 50 . 4 3 3 0 . 4 3 3 0 . 9 9 . 9 4 m m 1 0 0yPtD （ 3-6） 取 t=10mm。 综上所述，查资料 5P.817页表 3.6-23，选定两边的夹紧液压缸的外径为 110mm,内径为 80mm， 内杆直径为 40mm， 夹紧行程为 10mm。 由于夹紧液压缸尺寸与夹具尺寸，机床联系尺寸有关，在这里 夹紧液压缸 只能 为非标。 3.5 夹具体的确定 夹具上的各种装置通过夹具体连接成一个总体。因此，夹具体的形状及尺寸取决于夹
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