设计说明书-陶金丞 2006

盐城工学院毕业设计说明书 2006 1 1 1 前言前言 根据工件加工的需要 以独立的通用部件为基础 配以部分专用部件组成的 专用机床 称之为组合机床 它适用于小批 大批 大量生产企业 多用于加工 量大的大 中型箱体和箱体类工件 完成钻孔 扩孔 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 通用部件是组成组合机床的基础 用来实现机床切削和进给运动的通用部件 如单轴工艺切削头 传动装置 动力箱 进给滑台等为动力部件 用以安装动力 部件的通用部件如侧底座 立柱 立柱底座等称为支承部件 组合机床的特点 a 组合机床由 70 90 的通用部件组成 可以缩短设计和制造周期 而且在 需要的时候 还可以部分或全部进行改装 以组成适应新加工要求的新设备 这 就是说组合机床有重新改造的优越性 其通用部件可以多次重复利用 b 组合机床是按具体加工对象专门设计的 可以按最佳工艺方案进行加工 c 在组合机床上可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工件进行加工 是实 现集中工序 提高生产效率的最好途径 d 组合机床是在工件一次装夹下用多轴实现多孔同时加工 有利于保证各孔 相互之间的精度要求 提高产品质量 减少了工件工序间的搬运 改善了劳动条 件 减少了占地面积 e 由于组合机床大多数零 部件是同类的通用部件 简化了机床的维护和修 理 f 组合机床的通用部件可以组织专门工厂集中生产 有利于提高产品质量和 技术水平 降低制造成本 随着电子技术的飞速发展 根据大批量生产多样化 中小批量多品种生产高 效化的要求 以及产品更新加速的特点 70 年代以来发展了新型组合机床 柔 性组合机床 它是应用多位主轴箱 可换主轴箱 编码随行夹具 刀具的自动更 换 配以可编程序控制器 PC 数字控制 NC 等 能任意改变工作循环控制和 驱动系统 能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床 在我国 组合机床发展已有 28 年的历史 其科研和生产都具有相当的基础 应用也已深入到很多行业 是当前机械制造业实现产品更新 进行技术改造 提 高生产效率和高速发展必不可少的设备之一 机床夹具是在机床上加工零件时所使用的一种工艺设备 用它来准确地定位 工件与刀具之间的相对位置 即实现工件的定位与夹紧 以完成加工所学要的准 确相对运动 由于夹具能有效地保证加工精度和提高劳动生产率 故已成为机械加工中不 可缺少的工艺装备 为了适应机械制造业中产品更新快 品种多 中小批生产的 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 2 要求 近些年来夹具设计的发展表现在以下几个方面 a 通用夹具朝高精度 高效率 大范围方向发展 b 专用夹具的发展不仅注重高精度与高效率 而且朝标准化与规格化方向发 展 c 大力发展可调整夹具与组合夹具 b 发展能扩大机床使用范围和性能的夹具 e 夹具的设计与制造采用新工艺 新结构 新材料 盐城工学院毕业设计说明书 2006 3 2 2 机床总体设计机床总体设计 2 1 被加工零件分析 被加工零件 柴油机气缸体 材料 HT250 硬度 HB180 240 年产量 65000 件 加工部位 顶底面 加工要求 气缸体表面粗糙度被加工到 6 3 顶底面尺寸至 427 0 3mm m 2 2 机床结构的确定 根据被加工零件加工要求 顶底面两面粗铣 选择双面铣组合机床 被加工零件置于移动工作台上 两边分别设两把铣刀 以两个电动机驱动 另外还应有部件包含 两个侧底座 一个中间底座 两个铣削头 及两个主轴 箱及夹具 2 3 本组合机床的特点 a 结构牢固 b 刚性好 c 尺寸调整范围大 d 单位工作效率高 e 精确度好 f 操作简便 g 可对铸件进行大行程走刀 h 强力铣削 2 4 切削用量的确定 在组合机床工艺方案确定过程中 工艺方法和关键工序的切削用量选择是十分 重要 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 床的结构形式及工作可靠性均有较大的影响 2 4 1 切削用量选择的特点 a 组合机床长采用多刀多刃同时切削 为尽量减少换刀时间和刀具的消耗 保证机床的生产率及经济效果 选用的切削用量比普通机床单刀加工时低 30 左右 b 组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给 因此 同一滑台带动的多轴箱 上所有刀具的每分钟进给两相同 即等于滑台的工进速度 2 4 2 切削用量选择的方法 a 应尽量作到合理使用所有刀具 充分发挥其使用性能 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 4 b 复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用寿命 c 多轴镗孔主轴刀头均需定向快速进退时 各镗轴转速应相等或成整数倍 2 4 3 刀具的选择 根据被加工平面 250 250mm 和 330 330mm 为大平面 以及被加工零件材 料为 HT250 故选择硬质合金端铣刀 文献资料 8 P54 规格 400 齿数 20 2 4 4 铣削用量的确定 根据 a 铣刀种类 硬质合金端铣刀 b 被加工零件材料 HT250 c 工序 粗铣 查得 a 铣削深度 2 5mm 取 4mm b 铣削速度 v 50 80m mm 取 80 m mm 大平面尽量取大原则 c 每齿走刀量 0 2 0 4mm z 取 0 2 mm z 大平面尽量取小原则 文献资料 9 P132 P133 转速 n v 1000 D 80 1000 3 14 400 93 69r min 圆整为 n 64 r min 实际切削速度 V n D 1000 80 4m minc 每分钟进给量 V f n 20 0 2 60 240mm min f 2 4 5 计算切削功率 根据 每分钟进给量 V 240mm min 铣削深度 180 f 铣削深度 a 4mm 铣削宽度 a 580mm pe 每齿进给量 f 0 2mm z z 查表得 P 7 8kw 根据文献资料 9 P105 c 由于功率损耗 取 0 85 P 9 1kw 电机 7 8 0 85 C P 2 5 各部件的选型 2 5 1 选择电动机 根据 P 9 1kw 电机 盐城工学院毕业设计说明书 2006 5 选择电动机 Y160L 6 根据文献资料 9 P115 参数 表 2 1 电动机参数 P电机L3电机转速输出轴转速动力箱型号 11kw53514607301TD63 2 5 2 选择铣削头 根据电动机功率 P 9 1kw 以及刀盘直径 400mm 电机 选取铣削头 1TX40 有滑套 根据文献资料 9 P104 参数 如图 图 2 1 铣削头 表 2 2 铣削头尺寸参数 b1L1 d L2b2d1 h L3 400500128 57 160355M1620080 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 6 图 2 2 铣削头联系尺寸 再根据铣削头查得尾置式齿轮传动铣削头联系尺寸 根据文献资料 9 表 2 3 铣削头联系尺寸 B B1B2 L L1L2L3 H H1H2 400355400630160380535200275 1650 H3 cd 41012518 2 5 3 选择工作台 根据被加工要求 即同时铣气缸体的两面 铣刀在加工过程中不移动 故选择 移动工作台 由移动工作台在加工过程中 实现快进和工进 根据被加工零件尺寸 被加工平面 250 250mm 和 330 330mm 顶底面距离为 427mm 移动工作台的宽度 W 800mm 铣削宽度 a 580mm 夹具底座宽 1140mm e 移动工作台的最小行程为 1150mm 选移动工作台 型号 1AYU80IV 根据文献资料 9 P119 参数 如图 图 2 3 移动工作台 表 2 4 移动工作台尺寸 WHS L1 L2L3 L4L5 800280115012502440232232230 2 5 4 选择侧底座 侧底座用于卧式组合机床 其上面安装滑台 主轴箱 铣削台等部件 侧面与 中间底座相连接时用键或锥销定位 侧底座的长度应与滑台相适应 因为该机床无滑台 所以侧底座尺寸根据铣削头和主轴箱尺寸定 由 L 630mm L 380mm 根据文献资料 9 P27 2 盐城工学院毕业设计说明书 2006 7 选择 1CC 系列侧底座 侧底座长定为 1100mm 宽取 810mm 高取 630m 2 5 5 选择中间底座 中间底座其顶面安装夹具或输送部件 侧面与侧底座或立柱底座相连接 并通 过端面键或定位销定位 根据机床配置形式不同 中间底座有多种形式 如 双面 卧式组合机床的中间底座 两侧面都安装侧底座 三面卧式组合机床的中间底座为 三面安装侧底座 立式回状工作台式组合机床 除了安装立柱外 还需安装回转工 作台 总之 中间底座的结构 尺寸需根据工件的大小 形状以及组合机床的配置 形式等来确定 因此 中间底座一般按专用部件进行设计 但为了不致使组合机床 的外廓尺寸过分繁多 中间底座的主要尺寸应符合国家标准规定 根据多工位移动工作台尺寸 宽 W 800mm 长 L 2800mm 根据文献资料 9 P26 27 中间底座尺寸选为 宽 900mm 长 2800mm 高 65mm 2 5 6 机床分组 为了便于设计和组织生产 组合机床各部件和装置按不同的功能划分编组 组 号划分如下 第 10 19 组 支承部件 一般由通用的侧底座 立柱及其底座和专用中间 底座等组成 第 20 29 组 夹具及输送设备 夹具是组合机床主要的专用部件 常编为 20 组 包含工件定位夹紧及固定导向部分 第 30 39 组 电气设备 电气设计常编为 30 组 包括原理图 接线图和安 装图等设计 专用操纵台 控制柜等则另编组号 第 40 49 组 传动装置 包括机床中所有动力部件如动力滑台 动力箱等 通用部件 编号为 40 组 其余需修改部分内容或专用的传动设备则单独编组 第 50 59 组 液压和气动装置 第 60 69 组 刀具 工具 量具和辅助工具等 第 70 79 组 主轴箱及其附属部件 第 80 99 组 冷却 排屑及润滑装置 第 90 99 组 电气 液压 气动等各种控制挡铁 2 6 绘制 三图一卡 绘制组合机床 三图一卡 就是针对具体零件 在选定的工艺个结构方案的 基础上 进行组合机床总体方案图样文件设计 其内容包括 绘制被加工零件工序 图 加工示意图 机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 8 2 6 1 被加工零件工序图 图 2 4 工序图 说明 a 在此道工序前 上一道工序为粗铣该图中的上下两表面 b 在此工序中 把图中下表面做为定位基准面 上表面有四个对称的加紧点 下表面用两个支承板支承 并在下表面上的两个孔中装两个定位销 即采用一面两 销定位 为防止过定位 两个销采用一个圆柱销和一个削边销的组合 c 本工序把顶底面尺寸加工至 427 0 3mm 表面粗糙度被加工到 6 3 2 6 2 加工示意图 盐城工学院毕业设计说明书 2006 9 图 2 5 加工示意图 说明 a 切削功率 P 7 8kw b 切削速度 V 80mm min c 铣削深度 a 4mm d 每分钟进给量 V 240mm min e 转速 n 64r min 2 6 3 机床联系尺寸总图 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 10 图 2 6 机床联系尺寸图 说明 a 铣削动力由左右两个电动机提供 b 被加工零件的快进和工进由移动工作台提供 c 机床装料高度为 650mm 国家标准为 850mm 1060mm 但该机床由于被加工 零件尺寸较大 且工人需在零件上表面实行对零件的手动夹紧 手动夹紧高度为 1300mm 而装料过程相对容易 故降低了装料高度 2 6 4 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 就可以计算机床生产率并编 制生产率计算卡 生产率计算卡是反映机床生产节拍或实际生产率和切削用量 动 作时间 生产纲领及负载率等关系的技术文件 它是用户验收机床生产效率的重要 依据 a 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 它与全年工时总数有关 一般情况下 单班制取 k t k t 2350h 两班制取 4600h 则 k t Q 14 6 件 h k A t 65000 4600 b 实际生产率 Q1 实际生产率 Q 单位为件 h 是指所设计机床每小时实际可生产的零件数 1 量 则 Q 2 1 1 60 T单 式中 生产一个零件所需时间 min 可按下式计算 T单 2 2 T单t切t辅 L 快进快退12 移停装 f 1f 2f k LLL t t t VVV 式中 分别为刀具第 第 工作进给长度 单位为 mm 1 L 2 L 580mm 在此工序中只有一次工进 故 0mm 1 L 2 L 分别为刀具第 第 工作进给量 单位为 mm min f 1 V f 2 V 256mm min 在此工序中只有一次工进 故 0mm f 1 V f 2 V 当加工沉孔 止孔 锪窝 倒角 光整表面时 滑台在死挡铁 停 t 上的停留时间 通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转 5 10 转所需要的时间 单位为 min 转速 n 64r min 故停刀时间 5s 停 t 分别为动力部件快进 快退行程长度 单位为 mm 快进 L 快进 L 350mm 950mm 快进 L 快进 L 动力部件快速行程速度 用机械动力部件时取 5 6m min 用 f k V 液压动力部件时取 3 10m min 盐城工学院毕业设计说明书 2006 11 在此机床中采用机械动力部件 5m min f k V 直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间 一般取 移 t 0 1min 此工序中取 0 1min 移 t 工件装 卸 包括定位或撤消定位 夹紧或松开 清理基面或 装卸 t 切削及吊运工件等 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 5 1 5min 此工序中 夹具的装夹为手动装夹 故需要的 时间较长 取 1min 装卸 t 所有数据代入式 得 3 71minT单 把 3 71min 代入式 得 Q 16 2 件 h T单 1 c 机床负荷率 负 在次机床中 Q 16 2 件 h Q 14 6 件 h 即 Q Q 所以机床负荷率为 11 二者之比 即 90 负 1 Q Q 对于一般组合机床负荷率一般在 0 75 0 9 此处机床负荷率符和标准 负 表 2 5 生产率计算卡 生产率计算卡 图号 毛坯种类铸铁 名称气缸体毛坯重量 被加 工零 件 材料HT250硬度180 240 工序名称顶底面粗铣工序号2 工时 min 序号 工步名称 被加 工零 件数 量 铣削 深度 mm 加工 宽度 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 机加 工时 间 辅助 时间 共计 1装卸工件1 11 2工作台快进1 0 07 0 07 3工作台工进145801150 80 386442562 27 2 27 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 12 4工作台快退1 0 190 180 37 总计3 71min 单件工时3 71min 机床生产率 16 2 件 h 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 1min 机床负荷率90 3 3 夹具的设计夹具的设计 3 1 概述 在机械制造的机械加工 检验 装配 焊接和热处理等冷热工艺过程中 使用 着大量的夹具 用于安装加工对象 使之占有正确的位置 以保证零件和产品的质 量 并提高生产效率 3 1 1 夹具的作用 a 保证加工精度 稳定加工质量 由于采用专用机床夹具安装工件 可以准确地确定工件相对刀具和机床切削成 形运动的相互位置 所以 加工精度易于保证 不受或少受各种主观因素的影响 可以稳定加工质量 b 提高劳动生产率 降低加工成本 采用机床夹具安装 可使工件夹紧牢靠 有利于采用较大切削用量 减少机动 时间 以达到提高生产率 由于采用与生产规模相适应的夹具 使产品质量稳定 废品大大减少 劳动生 产率提高 可使用低等级工人等 皆可大大降低加工成本 c 扩大机床工艺范围 实现 一机多能 在批量不大的生产条件下 工件的种类和规格多 而机床品种和数量却有限 采用机床夹具 可使机床 一机多能 d 减轻劳动强度 保证安全生产 使用专用夹具安装工件 定位方便 迅速 夹具又可采用增力 机动等装置 盐城工学院毕业设计说明书 2006 13 因此可以减轻工人的劳动强度 根据加工条件 还可以设计防护装置 确保操作者 安全 e 在流水线生产中 便于平衡生产节拍 工艺过程中 当某些工序所需工序时间特别长时 可以采用多工位或高效夹具 等以提高生产效率 使节拍平衡 3 1 2 机床夹具的分类 a 通用夹具 通用夹具是指已标准化 且有较大适用范围的夹具 b 专用夹具 专用夹具是指根据零件机械加工工艺过程中的某一工序而专门 设计的 c 可调整夹具 可调整夹具是在加工完一种工件后 经过调整或更换个别元 件 即可加工形状相似 尺寸和加工工艺相近的多种工件 d 专门化拼装夹具 这类夹具是针对某工序加工要求 由事先制造好的通用 性较强的标准元件和部件拼装而成 e 自动化生产用夹具 自动化生产用夹具是专门用于自动线和数控机床 3 1 3 机床夹具的组成 a 定位元件或夹定位装置 定位元件或定位装置是指用于确定工件在夹具中正确位置的元件或部件 b 夹紧元紧或夹紧装置 夹紧元紧或夹紧装置是指用于夹紧工件 使其在外力作用下仍能保持其既定 位置的元件或部件 c 对刀 引导元件 对刀 引导元件是指用于确定 引导刀具与夹具定位元件互相位置的元件 d 连接元件 连接元件是指用于保证夹具与机床间相互位置的元件 e 夹具体 夹具体是指用于连接夹具各组成部分 使之成为一个整体的基础件 f 其他元件及装置 根据工件加工要求 有些夹具除上述组成部分外 还需要设置其他元件或装 置 3 1 4 夹具设计方法与步骤 a 设计前的准备 b 拟定夹具结构方案 绘制草图 确定定位方案 对刀和导向方式的选择 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 14 确定夹紧方案 设计夹具体 绘制夹具结构草图 c 绘制夹具总图 d 绘制夹具零件图 3 2 设计的前期准备 a 通过分析被加工零件图 零件为柴油机气缸体 才料为铸铁 该工序的加工 要求是顶底面粗铣 铣削气缸体表面至 Ra为 6 3 顶底面尺寸至 427 0 3mm m b 此道工序是在两侧面粗铣完成后的进行的 所以在该工序在铣顶底面时 可以把两侧面作为基准平面和定位平面 c 机床为双面铣组合机床 夹具体的安装高度为 345mm d 所使用的刀具为硬质合金端铣刀 规格 400 3 3 定位装置的确定 3 3 1 概述 工件在加工前 必须首先使它相对于刀具和切削成形运动占有正确的位置 即 工件的定位 工件在夹具中的定位 是指同一批工件中的任何一个 在夹具中按定 位要求与定位元件相接触或配合 都能使其占有正确位置的过程 拟定夹具设计方 案时 定位方案是必须首先确定的问题 它对夹具总体设计方案的确定乃至整个夹 具的成败 都起着决定性的作用 工件定位的基本原理 又运动学已知 任一刚体在空间三个互相垂直的坐标系 中 有六个自由度 即沿三坐标轴的移动自由度和绕三个轴的转动自由度 分别用 和 表示 未定位前的工件即相当于自由刚体 是无法进行X Y Z A X Y Z 加工的 因此 为了使工件在夹具中有一个正确位置 必须对影响工件加工面位置 精度的自由度予以限制 在该工序中 采用全定位夹具对被加工零件进行夹紧 全定位 工件在夹具中定位 如果夹具有六个支承点 则工件的六个自由度全 被夹具所限制 使工件在夹具中占有完全确定的位置时 这种定位方式称为 全定 位 3 3 2 定位方式 盐城工学院毕业设计说明书 2006 15 图 3 1 工序图 如图 3 1 下表面用两个支承板 上表面是四个压紧点 另外下表面用两个销 定位 采用一面两销定位 为了防止过定位 增加两个孔连心先方向上的间隙 把第二个销碰到工件孔壁 的部分削去 只留下左右一部分圆柱面 也起到减小第二销直径的作用 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 安装削边销 的时候 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 采用这样的定位方法后 圆柱销和削边销就限定了被加工零件的 和三X Y Z 个方向的自由度 下面两个支承板和上面四个夹紧装置限制了被加工零件的 Z 和三个方向的自由度 A X Y 3 3 3 定位元件 根据气缸体上孔径的大小 选择直径为的圆柱销 定位销头部有 15 导角 10 a 削边销尺寸的确定 根据文献资料 2 P24 表 3 1 如下 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 16 图 3 2 削边销 表 3 1 削边销尺寸参数 D mm 3 66 88 2020 2424 3030 4040 50 b mm 2 3 4 5 5 6 8 B mm D 0 5D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 5 由上述表格可查得在孔径为 10 的情况下 B 8mm b 4mm 根据文献资料 2 P24 查得极限偏差为 g6 b 工件的转角误差 图 3 3 转角误差图 3 1 L dDdD D 2 arctan min2min1 2 2211 式中 以菱形销定位的定位孔直径的公差 2 D 菱形销直径的公差 2 d 菱形销与孔的最小配合间隙 min2 min2 min1 min2 2 D b LiLg 盐城工学院毕业设计说明书 2006 17 L dDdD D 2 arctan min1min2 1122 1 由上式得 0 015 2 D 0 005 1 D 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 0 0086mm max1min1 11 dDY 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 0 B 最后 在求得基准位移误差和转角误差后 算得定位误差 0 0086mm 此值 D 小于工件相应位置度的三分之一 即 0 0086mm 0 03 3 mm 0 01mm 3 4 确定夹紧方案 3 4 1 设计夹紧装置的要求 为了保持工件在定位时已取得的正确位置 并且在加工过程中在切削力 离心 力 惯性力等外力作用下保证位置始终不变和不发生振动 一般夹具都应设置夹紧 装置 夹紧装置必须满足以下基本要求 a 夹紧时不能破坏工件定位已经取得的正确位置 b 夹紧力大小要可靠和适当 既要保证在加工过程中工件不发生位移和振动 又不使工件产生的形变和损伤表面超过允许的范围 c 夹紧装置应安全可靠 操作方便省力 e 夹紧装置的自动化程度和复杂程度应与生产批量和生产条件相适应 f 结构要便于制造 调整 使用和维修 3 4 2 夹紧力的确定 确定夹紧力就是要确定其方向 作用点及大小 为此 应根据工件定位方式 结构特点 加工要求以及切削力与其它外力作用等情况来综合考虑 a 紧力的方向 夹紧力的方向应有助于定位稳定 且主夹紧力方向应垂直于主要定位面 夹紧 力的方向应有利于减小夹紧力 夹紧力的方向应是工件刚性交好的方向 根据上述准则 在本夹具设计中选择把夹紧力方向确定为从上向下垂直于水平 面 即加工时被加工零件的上表面 这样一来 有助于把被加工零件固定在夹具体 上 也符合夹紧力垂直于主定位面的原则 同时 这样的安排也能通过夹紧力产生 的摩擦力来克服切削力 b 紧力的作用点 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 18 夹紧力作用点的确定 是指在夹紧立方向已经确定后 来确定作用点的位置 夹紧力作用点的选择应不破坏工件定位已经确定的位置 即应作用在支承上或 支承所组成的面积范围之内 夹紧力的作用点应使夹紧系统的夹紧变形尽可能变小 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面 根据上述准则 在本夹具设计中把四个夹紧力作用点尽量选在四角 以靠近被 加工表面 并选在支承板的垂直线上 支承板改制加长 以便于支撑点和夹紧点 尽量靠近被加工表面 c 夹紧力的大小 计算夹紧力时 为简化计算 通常将夹具和工件看成是一个刚性系统 根据工 件所受切削力 夹紧力的作用情况 找出在加工过程中对夹具最不利的状态 按静 力平衡原理计算出理论夹紧力 最后再乘以安全系数作为实际所需夹紧力 即 W N 3 2 k0 K PP 式中 W 实际所需夹紧力 k P 切削力 P 圆柱销允许承受的部分切削力 0 摩擦系数 K 安全系数 安全系数由下式计算 K K K K K K K K 3 3 0123456 式中 K K 为各种因素的安全系数 见下表 06 表 3 2 安全系数 盐城工学院毕业设计说明书 2006 19 代入式 3 3 得 K 2 64 切削力 P p A p 1300 0 131 a a xa sin f x 360a dDp 式中 x 平均切削厚度圆周方向系数 a 每齿进给量 f d 铣削角 铣削导角 p 单位面积铣削力 A 铣削面积 D 刀具直径 数据代入公式得 P 1 028KN W 21 120KN k 分到四个夹紧点上 每个夹紧装置上设的夹紧力为 W 5 280KN k 3 5 其它元件的设计 需要用到的元件主要有夹具体 支座 顶杆 压板 手柄 导向板 法兰盘等 等 这些元件都是在设计中非常重要的元件 设计的过程主要参考文献资料 1 文献资料 2 文献资料 9 详细设计情况见零件图 这里不一一介绍 3 6 夹具的公差配合与技术要求 3 6 1 制定夹具公差与技术要求的基本原则 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 20 a 为了保证工件的加工精度 制定夹具公差时 应使夹具的定位 制造和调整 误差的总和不超过工序公差的三分之一 b 为了延长夹具的寿命和增加可靠性 必须考虑夹具使用中的磨损补偿问题 在不增加制造难度的前提下 应尽量把夹具公差定得小一些 c 夹具中与工件尺寸有关的尺寸公差 不论工件尺寸公差是单向的还是双向的 都应该化为双向对称分布的公差 d 夹具中的尺寸公差和技术要求应分别表示清楚 不要互相重复和矛盾 凡注 有公差的部位 一定要有相应的检验基准 e 当采用调整 修配等方法装配夹具时 夹具零件的制造公差可适当放大 3 6 2 夹具公差的制定 根据文献资料 1 P41 42 表 3 3 夹具的尺寸公差 工件加工尺寸 公差 夹具相应尺寸 公差 工件加工尺寸 公差 夹具相应尺寸 公差 0 008 0 010 0060 20 0 240 08 0 01 0 020 0100 24 0 280 09 0 02 0 030 0150 28 0 340 10 0 03 0 050 0200 34 0 450 15 0 05 0 060 0250 45 0 650 20 0 06 0 070 0300 65 0 900 20 0 07 0 080 0350 90 1 300 20 0 08 0 090 0401 30 1 500 20 0 09 0 100 0451 50 1 800 20 0 10 0 120 0501 80 2 000 20 0 12 0 160 0602 00 2 500 20 0 16 0 200 0702 50 3 000 20 盐城工学院毕业设计说明书 2006 21 表 3 4 夹具上常用配合的选择 配合形式一般精度较高精度应用 定位销与工件基 准孔 777 667 HHH hgf 666 555 HHH hgf 定位元件与工件 定位基准间 滑动定位件 刀具与导套 777 667 HHH hgf 666 555 HHH hgf 有引导作用 且 有相对运动的元 件间 滑动夹具底座板 77 99 HH fd 7 8 H d 无引导作用 但 有相对运动的元 件间 固定支承钉定位 销 777 667 HHH npr 777 667 HHH sut 没有相对运动的 元件间 3 6 3 夹具技术要求的制定 夹具上凡与工件加工要求直接有关的都应标注技术要求 数值参考下表 根据文献资料 1 P49 表 3 5 技术要求参数 技术要求 参考数值 mm 同一平面上的支承钉或支承板的等高公差0 02 定位元件工作表面对定位键槽侧面的平行度或垂直度0 02 100 定位元件工作表面对夹具体底面的平行度或垂直度0 02 100 钻套轴线对夹具体底面的垂直度0 05 100 镗模前后镗套的同轴度0 02 对刀块工作表面对定位元件工作表面的平行度或垂直度0 03 100 对刀块工作表面对定位键槽侧面的平行度或垂直度0 03 100 车 磨夹具的找正基面对其回转中心的圆跳动0 02 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 22 3 7 工序的精度分析 在机械加工中不可避免地会产生各种载荷和干扰 它们以不同的程度反映为各 种加工误差 为保证加工零件能达到规定的精度 必须相应地采取各种措施 以限 制和减少这些加工误差 3 7 1 定位误差的分析与计算 根据文献资料 1 P146 149 在采用调整法加工一批工件时 夹具相对刀具的位置经调定后就不再变动 由 于基准不重合 一批工件依次在夹具中进行加工时 因工序基准位置变动将使工件 的工序尺寸产生变化 以这个尺寸变化范围既其极限差值称为定位误差 以表 D 示 本夹具是通过一面两销定位的 如图 所以此处的定位误差为圆孔定位误差 图 3 4 定位误差分析图 在任意方向上 3 4 111min1maxYDd AA 3 5 1max2max arctan 2 AA 式中 基准位移误差 Y 定位圆孔与心轴间的最小配合间隙 必要时可以在调刀时消 1min 除 此处选 0 001mm 角度偏差 盐城工学院毕业设计说明书 2006 23 尺寸 D1 的上偏差 0 005mm 1D 尺寸 D2 的上偏差 0 005mm 2D 尺寸 d1 的下偏差 0 014mm 1d 尺寸 d2 的下偏差 0 014mm 2d 把数据代入式中得到 0 02mm 1 146 Y 3 7 2 夹紧误差的分析与估算 所谓夹紧误差是指在夹具中加工一批工件时 由于夹紧力的作用 使得工件和 夹具元件发生变形 从而导致工件的工序基准在加工尺寸方向上产生的最大位置变 动量 对一批工件而言 如果这个位置变动量是常树 一般可通过调整对刀和夹具 在机床上的安装位置来消除它对加工精度的影响 根据文献资料 1 P154 夹具的夹紧元件为压板 并以支承板支承 故用以下公式 3 6 J 1 9 81 nm RzzHBZ kRkHBCNS 夹紧误差 J m 工件定位表面粗糙度 25 z Rm 工件材料硬度 180HBSHB 作用在定位元件上的法向力 5280N Z N 定位元件与工件的接触面积 52 8cmS 2 表 3 6 接触变形计算系数 数据代入公式为 1 74 J m 3 7 3 对刀和导向误差 T 夹具上的对刀或导向装置对定位元件的位置不准确 将导致加工表面的位发生 变化 由此而造成的加工尺寸误差即为对刀或导向误差 当使用铣床夹具加工工件时 采用标准塞尺和对刀块进行对刀 其对刀误差为 T T 查文献资料 1 P155 T Sh 式中 T 塞尺的制造公差 S T 对刀块工作面对定位元件的尺寸公差 h 3 7 4 夹具的位置误差 A 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 24 夹具在机床上安装时 其定位元件对机床装卡面的相互位置误差将导致工件定 位基准发生移动 从而使工序尺寸发生变化 这种误差称为夹具的安装误差 产生夹具的安装误差的因素有 a 夹具定位元件对夹具体安装基面的相互位置误差 b 夹具安装基面本身的制造误差及其与机床装卡面间的间隙所产生的连接误 差 查文献资料 1 P159 根据本机床夹具安装形式 主要取决于夹具体和安装夹具的移动工作台之 A 间的平行度 此处平行度误差为 0 02mm 3 7 5 加工方法误差 G 加工方法误差是指在切削加工过程中 因机床 刀具质量 工件材质以及由于 切削力 切削热的作用而引起的工艺系统弹性变形 热变形等因素使加工表面位置 发生变化 从而造成的加工尺寸误差 查文献资料 1 P159 表 3 7 平面的加工方法误差 m 本机床加工方法为端面粗铣 B 320mm L 580mm 即 L 3B 故 70 G m 3 7 6 保证加工精度的条件 利用夹具加工时 机床 夹具 工件 刀具 机床形成一个封闭的加工系统 它们依次相联系 最后形成刀具和工件间的正确位置关系 保证工序尺寸 A 的要求 在这个封闭系统中 影响都表现为对加工尺寸 A 产生影响 显然 为了确保加工要 求 A 上述各项误差的总和应不超过工序尺寸 A 的公差 T 盐城工学院毕业设计说明书 2006 25 本工序的尺寸为 427 0 3mm 故 T 0 3mm 而 0 041mm T DJTAG 所以该机床和夹具的设计是可以满足加工要求的 柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计 26 4 4 总总 结结 为期三个多月的毕业设计业已经结束 回顾整个毕业设计过程 虽然充满了困 难与曲折 但我感到受益匪浅 本次毕业设计课题是柴油机气缸体顶底面粗铣组合 机床总体及夹具设计 本设计是学完所有大学期间本专业应修的课程以后所进行的 是对我三年半来所学知识的一次大检验 使我能够在毕业前将理论与实践更加融会 贯通 加深了我对理论知识的理解 强化了实际生产中的感性认识 熟悉了机械设 计的过程 通过这次毕业设计 我基本上掌握了柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及 夹具设计的方法和步骤 以及设计时应注意的问题等 另外还更加熟悉运用查阅各 种相关手册 选择使用工艺装备等 总