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本科毕业设计说明书（论文） 第 1 页 共 29 页 1 引言 题的来源及研究意义 本研究课题是以江苏林海动力机械集团的 动机右箱盖为设计对象，目的是对箱盖 结合面进行铣削加工。江苏林海动力机械集团是集科工贸及金融与大专院校于一体的由 60 多个成员单位组成的跨行业、跨地区的大型企业集团，江苏林海动力机械集团公司是林海集团的核心企业。企业始建于 1956 年，具有五十年研制和生产小型动力及配套机械的历史，有专业生产线和柔性生产线组成的国内一流的生产制造系统，有达到国家一级计量水平的计量检测系统，有动力试验中心和 备了强大的产品开发能力。企业主要生产摩托车、摩托车发动机、特种车辆、小型汽油机、小型汽油发电机组、林业机械、消防机械等七大类100多种规格的产品。 本次设计将根据企业的自身要求，以现有的加工设备为基础，为 合面的铣削加工设计专用的夹具，在满足生产要求的基础上提高生产率，并尽量节约成本。 同时通过本次设计，培养学生综合运用所学基础理论、专业知识和各项技能，着重培养设计、计算、分析问题和解决问题的能力，进而总结、归纳和获得合理结论，进行较为系统的工程训练，初步锻炼科研能力，提高论文撰写和 技术表达能力，为实际工作奠定基础。 床夹具概述 具的概念 在金属切削机床上加工工件时，为了保证加工表面的尺寸、几何形状和相互位置精度，应使工件相对刀具和机床切削成形运动有正确的位置，然后将工件夹紧固定以完成安装过程。在机床上用于安装工件的工艺装备称为机床夹具。夹具在工艺装备中占有十分重要的地位，它对保证工件的加工精度、提高生产效率、降低生产成本、扩大机床使用范围等方面具有重要的作用，尤其在成批生产时更是大量的采用机床夹具。机床夹具的好坏将直接影响工件加工的质量，所以机床夹具设 计是装备设计中一项重要的工作，是加工过程中最活跃的因素之一。 床夹具在机械加工中的作用 1 本科毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 29 页 （ 1） 可靠和稳定地保证工件的加工精度 （ 2） 提高劳动生产率和降低加工成本 （ 3） 减轻劳动强度 （ 4） 扩大机床的工艺范围 机床夹具的基本组成 就夹具组成元件的功能来看可以分为： （ 1） 定位元件及定位装置 （ 2） 夹紧元件及夹紧装置 （ 3） 导向元件 （ 4） 对刀元件及定向元件 （ 5） 夹具体 （ 6） 其他元件及装置 机床夹具的类型 机床夹具的种类很多，形状千差万别。 为了设计和制造上的方便，往往按某一属性进行分类。常见的分类有以下两种： （ 1） 按夹具的通用特性划分 如通用夹具、专用夹具、可调夹具、成组夹具、组合夹具、随行夹具。 （ 2） 按所使用的机床划分 如车床夹具、铣床夹具、镗床夹具、磨床夹具和钻床夹具等等。 夹具发展变革 机械制造业经过了漫长的发展历程，从远古简单的石器打磨，到现代工业的数控加工，已经摆脱了手工作坊的作业方式，进入集团化生产、专业化协作的生产阶段。而夹具随着机械制造模式的改变也经历了变革。 在科技高速发展的今天，为了使企业整体 的数字化和现代化加工技术能够得到更快的发展，就要使夹具设计和数字化、现代化加工技术相结合，解决好夹具设计制造过程中的一系列问题，企业在产品制造过程中的许多疑难问题就会迎刃而解。 床夹具在国内外的发展趋势 2 夹具是机械加工不可缺少的部件，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。 本科毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 29 页 床的 高精 度 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。高精度夹具的定位孔距精 度高达 5 m，00行度高达 00国 美乐）公司制造的 42等高误差为 密平口钳的平行度和垂直度在 5 m 以内；夹具重复安装的定位精度高达 5 m；瑞士 性夹具的重复定位精度高达 2 5 m。机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。当然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。 床的 高效 性 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。为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。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。采用美国 金斯）公司的球锁装夹系统， 1 分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统 用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。 具模块化 组合 夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。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 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，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验 ，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。 具通用性与 经济 性 夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有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，收回投资快，才能体现出经济性好。德国 美乐）公 本科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 29 页 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。 本设计主要研究内容 本设计 研究内容主要包括以下几个方面： （ 1） 方案制定与选择 （ 2） 夹具部件结构设计 （ 3） 气动控制单元设计 （ 4） 典型零部件的强度校核 （ 5） 切削用量的选择及刀具的选择 零件的分析及生产类型的确定 1 零件的生产类型 依设计题目知： 000 件 /年； 结合生产实际，备品率 和废品率 可以取为 =5%, =由此可得，该零件的生 产纲领 年件 /52763 0. 5% )(1 %)5(150000 ) +) ( 1 +Q n( 1=N查表可知其属轻型零件，生产类型为中大批量生产。 本科毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 29 页 2、 原始资料数据介绍 如图 箱盖示意图 1 . 6图 工件材质： 铸铝） 加工要求尺寸为高度 26面度误差在 面粗糙度为 m。 毛坯件压铸成型，毛坯尺寸 于压铸成 型，所以该尺寸有一定的波动性，但加工余量充足，不影响加工，可满足加工后的要求），平面度和表面粗糙度要求通过加工实现。 本科毕业设计说明书（论文） 第 6 页 共 29 页 3、 加工方案制定 工方案 根据 动机右箱盖 的毛坯尺寸、加工要求和生产批量大小 ,相应的 加 工方式也有所区别 ,我们共设计了三种供选择的方案，并根据方案的优劣选择适合企业年生产纲领要求，并且相对加工效率最高，成本最低的方案。三种加工方案分别为：立式升降台铣床、数控铣床、圆台铣床。 案 1：立式升降台铣床 立式升降台铣床的主轴是垂直布置的，简称立铣。立铣头 可以根据加工需要在垂直面内扳转一个角度（ 45）。主轴能沿着轴向作手动进给或调整位置。立式升降台铣床装上面铣刀或立铣刀可加工平面、台阶、沟槽、多齿零件和凸轮表面等。 案 2：数控铣床 立铣头上铣刀的轴向运动，工作台上工作的纵向、横向运动，都由伺服机构驱动，能实现三轴联动。工作台能手动上、下调节其位置。这种铣床除了加工平面、台阶、沟槽外，还可以加工复杂的立体成形表面。 案 3：圆台铣床 圆台铣床与一般通用铣床相比的区别，在于其工作台为一个回转台。台面上可安装多套夹具，加工时可同时进行 装卸零件的过程，且该类机床一般带有两根主轴，可装载两副铣刀盘，实现一次装夹先后完成两道工序。确切的说，它是一台组合机床，更具有加工的针对性。 表 台铣床 要参数 3： 本科毕业设计说明书（论文） 第 7 页 共 29 页 表 台铣床 项 目 规 格 主轴径 m/m 粗铣马达 精铣马达 转盘直径 m/m 最大旋径 m/m 盘面高度 m/m 滑鞍的最大行程 m/m 铣刀直径 m/m 铣刀型式 刀具片规格 转盘回转数 转盘马达 升降马达 润滑泵部 油压马达 100 132 1200 1400 730 400 315(参考） 考） 考） 2每转 02计工装时自备 机械尺寸 m/m 机械重量 长 2100 宽 1600 高 2130 无夹具 7000工方案选择 方案 1中，采用立式升降台铣床，特点是操作要求低，能够基本 保证加工要求，且由于其通用性，故通常企业内都有大量的此类设备，原始资源充足。根据加工目的，对于粗、精加工通常会设计两条生产线，即一条粗加工，一条精加工。但此种加工方案造成零件在加工过程中需要两次装夹，这就会产生一定的安装误差，导致加工后的零件无法达到技术要求，使得不合格率提高。同时，大量的劳动力投入也不符合企业从劳动密集型向技术密集型转变的发展趋势，造成大量劳动力和生产资料的使用率低下，无形中大大提高了生产成本。 方案 2中，采用数控铣床，特点是加工精度高，能够大大提高产品质量和生产率，且需要的劳动力相对较少 ，生产资料的利用率也被充分提高。但采用数控铣床同样存在着两次装夹的问题，这使得产品的合格率又有所下降。同时，使数控铣床使得产品生产的投入成本大副提高，对于工人的操作要求也是一大挑战，又由于数控铣床本身的运行成本较高，使得成本的控制显得困难了许多。 方案 3中，采用圆台铣床，最直接的特点是该铣床有两根主轴，可安装两副铣刀盘，实现一次装夹先后完成粗、精加工两道工序，解决了之前方案中由于两 本科毕业设计说明书（论文） 第 8 页 共 29 页 次装夹造成的加工误差，简化了加工工序，大大缩短了加工时间，降低了劳动成本。缺点是加工方式单一，通用性差。 综上，本设计选择方案 3中圆台铣床，该方案既可以满足零件加工的技术要求，又符合企业年生产纲领的要求，提高了生产率，节约了生产成本。 机床外形图如图 图 床外形图 本科毕业设计说明书（论文） 第 9 页 共 29 页 4 夹具部件结构设计 位的概念 使用夹具安装工件时，工件在夹具中的位置是由定位元件确定的 4。工件的有关表面需紧靠在定位元件上，从而被确定在一个既定的位置上，实现工件的定位。工件定位的作用在于使工件准确占据定位元件所 规定的位置，并且使一批逐次加工的工件在夹具中占据同一正确的位置。通常夹具是用来安装加工成批工件的，所以工件的定位需要保证一批工件加工位置的一致性。 件定位的基本原理 没有采取定位措施时，每个工件在夹具中的位置是任意的。因此，对一个工件来说，其位置是不确定的，而对一批工件来说，其位置将是变动的、不一致的。一个物体在空间可能具有的运动称为自由度。从理论力学可知，一个在空间处于自由状态的物体具有六个自由度，它们是沿三个垂直坐标轴 x、 y、 y、 z 的转动。若使物体在某方向上有确定 的位置，就必须设法限制该方向的自由度。当物体的六个自由度完全被限制后，则该物体在空间的位置就完全被确定了。在夹具设计时，是采用各种定位元件限制工件的自由度，实现工件的定位。 具部件结构设计说明 图 动机右箱盖的剖视图，右 表面为本次设计要求的加工平面。从零件结构来看，以轴孔为主要定位基准，配合若干支承，是此次设计定位的主要方案。 图 本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 29 页 图 中心定位结构。图中 12 为定位芯，其作用在箱盖 轴孔位置，限制 3 个自由度。 13 为定位座，用于安装定位芯，与主板连接。 14 为弹簧，由于毛坯件为压铸成型，轴孔的直径尺寸会有一定的跳动性，弹簧在这里的使用主要是为了让定位芯对轴孔起到支承作用的同时与支承钉配合，使工件装夹之后保持水平位置。 图 支承夹紧结构。图中 5 为支承座，用于固定支承钉，与主板连接。 6 为支承钉，设计中共使用了 3个支承钉和 1 个辅助支承钉，它们共同限制了工件的 2个自由度。图中螺母用于调节支承钉的高度，使工件装夹之后保持水平。 7 为压板，设计中共有 3处，它们共同起到夹紧工件的作用。 8为铰链，连接压 图 心定位结构 本科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 29 页 图 撑夹紧结构 板与铰链座。 9为推杆，在汽缸的作用下，推杆运动以控制压板的夹紧与送开。 31为推杆座，用于安装推杆，与主板连接。 图 辅助支承结构。图中 23 为加长杆，其与 29 支撑块连接，用于锁紧 28 辅助支承钉。 24为手柄，起控制调节作用。 25 为调整垫块，用于支撑 30底座。 图 助支撑结构 26为辅助支承座，用于安装辅助支承钉。 27为弹簧，其作用是支撑辅助支承钉。 本科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 29 页 图 中 4为限位杆，起粗定位作用。 10为定向杆，它限制了工件的最后 1个自由度。 11为移动座，用于固定限位杆和定向杆，与主板连接。 图 位机构 本科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 29 页 5 切削用量的选择及刀具的选择 具的选择 具材料应具备的性能 刀具在工作中要承受很大的压力和冲击力。同时，由于切削时产生的工件材料塑性变形以及在刀具、切屑、工件相互接触表面间产生的强烈摩擦，使刀具切削刃上产生很高的温度和受到很大的应力 5。因此，作为刀具材料应具备以下特性。 （ 1） 高的硬度 刀具材料必须具备高于被加工材料的硬度，一般刀具材料的常温硬度都在 62上。 （ 2） 高的耐磨性 耐磨性是刀具抗磨损的能力。它是刀具材料力学性能、组织结构和化学性能的综合反映。 （ 3） 足够的强度和韧性 为能承受很大的压力，以及冲击力 和振动，刀具材料应具有足够的强度很韧性。一般强度用抗弯强度表示，韧性用冲击值表示。 （ 4） 高的耐热性 耐热性是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。 （ 5） 良好的热物理性能和耐热冲击性 刀具材料抵抗热冲击的能力可用耐热冲击系数 R 的定义式为 R= b(1- )/E 式中 （ 6） 良好的工艺性 这里指的是锻造性能、热处理性能、高温塑变性能以及磨削加工性能等。 （ 7） 经济性。 工件材料性能 下表为工件材料 铸铝合金， 新牌号，与表中牌号相符）性能参数。 本科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 29 页 表 5 合金牌号 合金代号 力学性能 拉强度 b /长率 (%) (0) 布氏硬度 (5/250/30) 230 1 80 具性能和选定 下表为刀具性能参数。 表 材料性能 密度 / (g/硬度 抗弯强度 /压强度 /击韧性 /(kJ/材料种类 高速钢 3505000质 合金 9005005料性能 弹性模量/导率 / W/(m K) 热膨胀系数 /( 10 ) 耐热性 / 刀具材料 材料种类 高速钢 20000速钢 硬质 合金 42000造钴 基合金 根据工件材料性能参数可知，高速钢刀具和硬质合金刀具均能对工件进行加工，但由表 速钢刀具硬度只略高于工件材料，而硬质合金刀具硬度明显高于工件材料硬度，考虑到工件加工数量较大，大批量的加工很容易使刀具磨损严重，造成产品尺寸无法达到加工技术要求，频繁更换刀具又造成大量的刀具调试时间，影响了加工效率，综合各种因素，故选用硬质合金刀具加工工件。 削用量的选择原则 制订切削用量，就是要在已经 选择好刀具材料和几何角度的基础上，合理地确定 本科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 29 页 切削深度 p、进给量 c6。 所谓合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能，在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。 不同的加工性质，对切削加工的要求是不一样的。因此，在选择切削用量时，考虑的侧重点也应该有所区别。粗加工时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度，故一般有限选择尽可能大的切削深度 p，其次选择较大的进给量 f，最后根据刀具男用度要求，确定合适的切削速度。精加工时，首先应保证工件的加工精度和表面质量要求，故一般选用较小的进给量 p，而尽可能选用较高的切削速度 c。 削深度 切削深度应根据工件的加工余量来确定。 粗加工时，除留下精加工余量外， 走刀应尽量可能切 除全部余量 7。当加工余量过大，工艺系统刚度较低，机床功率不足，刀具强度不够，或断续切削的冲击振动较大时，可分多次走刀。切削表面层有硬皮的铸锻件时，应尽量使用 p 大于硬皮层的厚度，以保护刀尖。 半精加工和精加工的加工余量一般较少，可一次切除。但有时为了保证工件的加工精度和表面质量，也可采用二次走刀。 多次走刀时，应尽量将第一次走刀的切削深度取大些，一般为总加工余量的2/3。 在中等功率的机床上，粗加工时的切削深度可达 8精加工 （表面粗糙度为 m）时，切削深度取为 加工（表面粗糙度为 m）时，切削深度取为 图 侧刀盘为粗加工，左侧刀盘为精加工 8。粗加工时，考虑在保证精加工的同时尽可能多的去除加工余量， 为精加工余量。 本科毕业设计说明书（论文） 第 16 页 共 29 页 图 件加工示意图 给量 f 的选择 切削深度选定以后，接着就应尽可能选用较大的进给量 f。粗加工时，由于作用在工艺系统上的切削力较大，进给量的选取受到下列因素限制：机床 工件系统的刚度，机床进给机构的强度，机床有效功率与转矩，以及断续切削时刀片的强度。 半精加工和精加工时，最大进给量主要受工件加工表面粗糙度的限制。 工厂中，进给量一般多根据经验按一定表格选取，在有条件的情况下，可通过对切削数据库进行检索和优化。 进给量 f= d/1000= 200/1000=r 径 削速度 在 p 和 f 选定以后，可在保证刀具合理耐用的条件下，用计算的方法或用查表法确定切削速度 具体确定 般应遵循下述原则： （ 1）粗车时，切削深度和进给量 均较大，故选择较低的切削速度；精车时，则选择较高的切削速度。 （ 2）工件材料的加工性较差时，应选较低的切削速度。故加工灰铸铁的切削速度应较加工中碳钢低，而加工铝合金和铜合金的切削速度则较加工钢高得多。 （ 3）刀具材料的切削性能越好时，切削速度也可选得越高。因此，硬质合金刀具的切削速度可选得比高速钢高好几倍，而涂层硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼刀具的切削速度又可选得比硬质合金刀具高许多。 此外，在确定精加工、半精加工的切削速度时，应注意避开积屑瘤和鳞刺产生的区域；在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度；在加工带硬皮的铸锻件时，加工大件、细长件和薄壁件时，以及断续切削时，应选用较低的切削速 本科毕业设计说明书（论文） 第 17 页 共 29 页 度。 回转体（刀具或工件）上选定点的切削速度 c（ m/m/s）的计算公式为： c= 000 的回转直径（ r/s或 r/ 表 台铣床 项 目 规 格 主轴径 m/m 粗铣马达 精铣马达 转盘直径 m/m 最大旋径 m/m 盘面高度 m/m 滑鞍的最大行程 m/m 铣刀直径 m/m 铣刀型式 刀具片规格 转盘回转数 转盘马达 升降马达 润滑泵部 油压马达 100 132 1200 1400 730 400 315(参考） 考） 考） 2每转 02计工装时自备 机械尺寸 m/m 机械重量 长 2100 宽 1600 高 2130 无夹具 7000据表 加工刀盘转速为 250r/加工刀盘转速为 500r/ 粗加工切削速度 c=157m/ 精加工切削速度 c=314m/ 本科毕业设计说明书（论文） 第 18 页 共 29 页 6 典型零部件强度校核及材料选择 度理论概述 各种材料因强度不足引起的失效现象是不同的。塑性材料，如普通碳钢，以发生屈服现象，出现塑性变形为失效的标志。脆性材料，如铸铁，失效现象则是突然断裂。在单向受力情况下，出现塑性变形的屈服极限 s 和发生断裂时的强度极限 b，可由实验测定。 9。以安全系数除失效应力，便得到许用应力 ，于是建立强度条件 可见，在单向应力状态下，失效状态或强度条件都是以实验为基础的。 实际构件危险点的应力状态往往不是单向的。实现 复杂应力状态下的实验，要比单向拉伸或压缩困难得多。常用方法是把材料加工成薄壁圆筒，在内压 壁为二向应力状态。如再配以轴向拉力 F，可使两个主应力之比等于各种预定的数值。这种薄壁筒试验除作用内压和轴力外，有时还在两端作用扭矩，这样还可得到更普遍的情况。此外，也还有一些实现复杂应力状态的其他实验方法。尽管如此，完全复现实际中遇到的各种复杂应力状态，并不容易。况且，复杂应力状态中应力组合的方式和比值，又有各种可能。如果像单向拉伸一样，靠实验来确定失效状态，建立强度条件，则必须对各式各样的应力状态一一进行实 验，确定失效应力，然后建立强度条件。由于技术上的困难和工作的繁重，往往是难以实现的。解决这类问题，经常是依据部分实验结果，经过推理，提出一些假说，推测材料失效的原因，从而建立强度条件。 事实上，尽管失效现象比较复杂，但经过归纳，强度不足引起的失效现象主要还是屈服和断裂两种类型。同时，衡量受力和变形程度的量又有应力、应变和应变能密度等。人们在长期的生产活动中，综合分析材料的失效现象和资料，对强度失效提出各种假说。这种假说认为，材料之所以按某种方式（断裂或屈服）失效，是应力、应变或应变能密度等因素中某一因素引起 的。按照这类假说，无论是简单或复杂应力状态，引起失效的因素是相同的。亦即，造成失效的原因与应力状态无关。这类假说称为强度理论。利用强度理论，便可由简单应力状态的实验结果，建立复杂应力状态的强度条件。 强度理论既然是推测强度失效原因的一些假说，它是否正确，适用于什么情况，必须由生产实践来检验。经常是适用于某种材料的强度理论，并不适用于另一种材料； 本科毕业设计说明书（论文） 第 19 页 共 29 页 在某种条件下适用的理论，却又不适用于另一种条件。 板的强度校核与材料选择 如下图所示为压板 ，下面对其进行分析 ： 图 板 削力 切削加工时，在刀具的作用下，被切削层金属、切屑和工件已加工表面金属都要产生弹性变形和塑性变形，这些变形所产生的抗力分别作用在前刀面和后刀面上；同时，由于切屑沿前刀面流出，刀具与工件之间有相对运动，所以还有摩擦力作用在前刀面和后刀面上。这些作用在刀具上的合力就是总切削力 F，简称切削力 10。 由于 此，其大小和方向都是不固定的。为了便于分析切削力的作用和测量切削力的大小，常常将总切削力 （ 1）切削里 是 总切削力在住运动方向上的分力。因此，它垂直于基面，是切削力中最大的一个切削分力。其所消耗的功率占总功率的 95%它是计算机床动力，校核刀具、夹具的强度与刚度的主要依据之一。 （ 2）背向力 是总切削力在切削深度方向上的分力。它在基面内，与进给运动方向垂直。此力作用在机床 工件 易引起振动与加工误差，它是设计和校验系统刚度和精度的基本参数。 （ 3）进给力 是总切削力在进给运动方向上的分力。它在基面内，与进给运动方向一致。 计算和校 验机床进给系统的动力、强度及刚度的主要依据之一。 度校核 本科毕业设计说明书（论文） 第 20 页 共 29 页 为校核夹具强度，需计算切削力 c= p f（ N） 查表 ,当 f=r 时 计算得 c=f 摩擦力 = 数 查表得 =算得 作应 力 = 为 120算 得 = 材料选择 表 材料名称 牌号 s/( b/( 5/% 优质碳素结构钢 45 353 598 16 合金结构钢 4085 980 9 灰铸铁 120由表可知压板材料选用 45优质碳素结构钢即可完全满足强度要求。 本科毕业设计说明书（论文） 第 21 页 共 29 页 7 气动技术概况 气动技术是以压缩空气作为介质，以空气压缩机作为动力源，来实现能量传递或信号传递与控制的工程技术，是流体传动与控制的重要重要组成技术之一，也是实现工业自动化和机电一体化的重要途径。 气动技术与传统的液压技术相比，有以下优点： (1)结构简单轻便、方便安装维护； (2)输出速度一般在 50500mm/s，速度快于液压和电气方式； (3)对冲击负载和负载过载的适应能力较强； (4)可靠性高、使用寿命长、安全无污染且成本较低。 由于气动技术具有以上的使用优点，气动技术在世界工业企业得到了广泛的应用。一个完善的机电一体化系统包括机械、动力、信息检测传感、执行、控制及信号处理等部分。作为机电一体化系统的执行部分的气动元件及其系统不仅仅具有机械、气动执行机构，同时也集成了信息检测传感等元件，甚至还集成了其他一些微型机电系统。 动技术的主 要应用 气动技术应用面的扩大是气动工业发展的标志。 11气动元件的应用主要为两个方面：维修和配套。过去国产气动元件的销售主要用于维修，近几年来，直接为主要配套的销售份额逐年增加。国产气动元件的应用，从价值数千万元的冶金设备到只有几百元的椅子。铁道扳岔、列车的煞车、街道清扫、特种车间内的起吊设备、军事指挥车等都用上了专门开发的国产气动元件。这说明气动技术已渗透到各行各业，并且正在日益扩大。 气动技术的应用主要在： (1) 汽车、轮船等制造业： 包括焊装生产线、夹具、机器人、输送设备、组装线、等方面。 (2) 生产自动化： 机械加工生产线上零件的加工和组装 ,如工件的搬运、转位、定位、检测等工序。 (3) 某些机械设备： 冶金机械、印刷机械、建筑机械、农业机械、制鞋机械、塑料制品生产线、等许多场合。 (4) 电子半导体、家电制造业： 硅片的搬运、元器件的插入与锡焊，彩电、冰箱的装配生产线等。 本科毕业设计说明书（论文） 第 22 页 共 29 页 (5) 包装过程自动化： 化肥、粮食、食品、药品等实现粉末、粒状、块状物料的自动计量包装。用于烟草工业的自动化卷烟和自动化包装等许多工序。用于对粘稠液体 (如化妆品、牙膏等 )和有毒气体 (如煤气等 )的自动计量灌装。 动 元件在国内外的发展趋势 随着生产自动化程度的不断提高，气动技术应用面迅速扩大、气动产品品种规格持续增多，性能、质量不断提高，同时陆续开发出适应市场要求的新产品，使气动元件的品种日益增加，其发展趋势主要有以下几个方面： 确化 为了使气缸的定位更精确，使用了传感器、比例阀等实现反馈控制，此外，一种新颖的电磁开关型气动比例控制阀和数字阀也得到应用。如 M L 2 B 系列是具有测量、反馈、无杆和制动综合功能的气缸。带有弹簧、气压双重锁紧装置，当活塞速度在500mm/s 以下时，无需任何校正控制回路。其 停止精度可以在 下，在制动气缸中设有制动装置，可以根据需要使活塞停止在行程的某一确定位置，定位精度高。 型化、集成化 有限的空间要求气动元件的外形尺寸尽量小，小型化是主要发展趋势。如 列针笔形气缸的缸径小至 以用于小型和微型机械设备的场合。气阀的集成化不仅仅将几只阀合装，还包含了传感器、可编程序控制器等功能。集成化的目的不单是节省空间，还有利于安装、维修和工作的可靠性，同时也增加了一些附加功能。 速化 气缸的高速化发展对提高装置的生产效率有着 重要意义。为了提高生产率，自动化的节拍正在加快，高速化是必然趋势。气缸高速化的发展相应需要解决的技术问题，除对密封的材料、形状有所考虑外，气缸的驱动方式及如何吸收冲击惯量进行缓冲等问题也非常重要。 合化 气缸的另一个发展趋势就是复合化，为了方便用户，缩短用户进行机械设计的时间，各公司研制出复合化概念的气缸组件，这些具有复合功能的气缸，大大地方便了用户的选择和使用，市场的需求及技术的竞争把气缸的发展带入到一个多样化的新时代。如 司推出的带吸盘的一体化气缸，与众不同的是： 1)与真空发生器一 体；2)吸盘接触到工件后，吸着并能自动复归，无需真空压力触电开关； 3)气缸的推力不 本科毕业设计说明书（论文） 第 23 页 共 29 页 作用在工件上。 司的 列平台承重式气缸将导轨、平台、气缸集于一体，可直接用作小型压力机下的移动底座。 全性 由于气体的可压缩性，气动产品可实现软接触，动作柔和；有些特定的环境，如防火、防爆、高温、高湿等场合，气动元件有其独有的适应性；气动系统可以在间隙工作状态下输出较大能量，抗过载能力强，这些都是其他机电产品无法相比的。此外，真空、射流技术已与传统的气动技术融为一体，它们的产品已成为气动产品的一部 分。 另外，气动元件还有一些其他的发展趋势，如气动元件与电子技术相结合，向智能化方向发展；元件性能向着高频、高响应、高寿命、耐高温、耐高压方向发展，普遍采用无油润滑，应用新工艺、新技术、新材料。 缸 缸的分类 普通气缸的结构组成主要由前盖、后盖、活塞、活塞杆、缸筒和其他一些零部件组成。 气缸的种类很多。一般按压缩空气作用在活塞面上的方向、结构特征和安装方式来分类，包括单作用气缸、双作用气缸、特殊气缸、组合气缸、固定式气缸和轴销式气缸。 缸的工作原理 这里 就本设计所使用的双作用气缸进行介绍。双作用气缸指两腔可以分别输入压缩空气，实现双向运动的气缸。其结构可分为双活塞杆式、单活塞杆式、双活塞式、缓冲式和非缓冲式等。此类气缸使用最为广泛。 （ 1） 双活塞杆双作用气缸 双活塞杆气缸有缸体固定和活塞杆固定两种。缸体固定时，其所带载荷（如工作台）与气缸两活塞杆连成一体，压缩空气依次进入气缸两腔（一腔进气另一腔排气），活塞杆带动工作台左右运动，工作台运动范围等于其有效行程 倍。安装所占空间大，一般用于小型设备上。活塞杆固定时，为管路连接方便，活塞杆制成空心，缸体与 载荷（工作台）连成一体，压缩空气从空心活塞杆的左端或右端进入气缸两腔，使缸体带动工作台向左或向右运动，工作台的运动范围为其有效行程 倍。适用于中、大型设备。双活塞杆气缸因两端活塞杆直径相等，故活塞两侧受力面积相等。当输出压力、流量相同时，其往返运动输出力及速度均相等。 本科毕业设计说明书（论文） 第 24 页 共 29 页 （ 2） 缓冲气缸 对于接近行程末端的速度较高的气缸，不采取必要措施，活塞就会以很大的力（能量）撞击端盖，引起振动和损坏机件。为了使活塞在行程末端运动平稳，不产生冲击现象，在气缸两端加设缓冲装置，一般称为缓冲气缸。缓冲气缸主要由活塞杆、活 塞、缓冲柱塞、单向阀、节流阀、端盖等组成。其工作原理是：当活塞在压缩空气推动下向右运动时，缸右腔的气体经柱塞孔及缸盖上的气孔排出。在活塞运动接近行程末端时，活塞右侧的缓冲柱塞将柱塞孔堵死、活塞继续向右运动时，封在气缸右腔内的剩余气体被压缩，缓慢地通过节流阀及气孔排出，被压缩的气体所产生的压力能如果与活塞运动所具有的全部能量相平衡，即会取得缓冲效果，使活塞在行程末端运动平稳，不产生冲击。调节节流阀阀口开度的大小，即可控制排气量的多少，从而决定了被压缩容积（称缓冲室）内压力的大小，以调节缓冲效果。若令活塞反向运 动时，从气孔输入压缩空气，可直接顶开单向阀，推动活塞向左运动。如节流阀阀口开度固定，不可调节，即称为不可调缓冲气缸。气缸所设缓冲装置种类很多，上述只是其中之一，当然也可以在气动回路上采取措施，达到缓冲目的。 本科毕业设计说明书（论文） 第 25 页 共 29 页 8 使用说明 首先打开总电源，调节转速挡位至要求的转速，空运行机床，观察有无异常现象，如非正常震动、运行不稳定等。待热机后停止，安装调试夹具。 初步安装夹具后，需要调节 3处支承钉的高度，使工件保持水平。同时安装支承钉时需要注意中心定位芯的高度，由于定位芯下放有弹簧支承，如果调节高度过 高，则超出弹簧最大支承范围，即定位芯失效，无法起定位作用；如果调节高度过低，则弹簧被完全压缩，工件安装后会被定位芯顶起，无法保持水平，从而无法加工。另外，辅助支承钉的工作原理与定位芯相同，所以调节支承钉时同样要保证辅助支承钉能够在弹簧的作用下自如的运动。完全固定上述部件之后，安装 3处限位杆和 1处定向杆，要求定向杆与工件接触，限位杆起粗定位工件的作用，调节好之后完全固定移动座，安装辅助部件。 气缸的使用，一般气缸的正常工作条件：环境温度 0，装前，应在 条件下进行试验，不应漏气。安装的气源进口处必须设置气源调节装置：过滤器、减压阀等。安装时注意活塞杆应尽可能使载荷作用在活塞杆轴线上，活塞杆不允许承受偏心或横向载荷。不使用满行程。 安装刀具，调节刀具位置，保证加工余量，避免工件在加工过程中出现粗加工和精加工同时进行的现象。 试加工零件，检验加工质量，根据加工要求进行适当的调整。 本科毕业设计说明书（论文） 第 26 页 共 29 页 9 本设计的优点及不足之处 本设计为针对 动机右箱盖结合面铣削设计夹具及气路。设计以提高生产效率，降低生产成本，满足年生产纲领为核心，根据加工对象的外行特 点制定了合理的夹紧方案和加工方法。充分利用了圆台铣床的加工特点，避免了通用铣床和数控铣床存在的各种加工缺陷，节约了劳动力和劳动成本，为生产线的设计提供了合理的运行方案，为企业创造了更理想的利润空间。 夹具设计采用中心定位，配合支承钉、辅助支承钉及定位杆完全限定了工件的自由度，且安装卸载工件方便、快速，加工全过程只需一位操作工人就可完成加工工作。同时采用的气动夹紧装置又大大降低了装卸工件所需要的时间，充分利用了原有的气动资源，合理的运用到了夹具的设计当中。 在较好的符合了预想的同时，也不得不承认设计中存在着不 足之处。首要问题，通用性是该夹具的最大缺陷。面对市场经济时代，产品的改型，设计的优化都会对加工中使用的夹具提出要求