双孔支架镗铰组合机床总体及夹具设计【含CAD图纸+PDF图】
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盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009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 工艺路线的确定32.1.2 机床总体布局的确定32.1.3 滑台型式的选择32.2 切削用量的确定及刀具选择42.2.1 切削用量选择42.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率的计算52.3 组合机床总体设计三图一卡62.3.1 被加工零件工序图62.3.2 加工示意图72.3.3 机床尺寸联系总图102.3.4 机床生产率计算卡143 组合机床夹具设计183.1 夹具的设计要求与选型183.1.1 夹具设计的基本要求183.1.2 夹具的选型183.1.3 夹具设计的步骤193.2 定位方案的确定193.2.1 零件的工艺性分析193.2.2 定位方案确定203.3 定位元件和夹紧元件的设计计算223.3.1 定位元件的设计计算223.4 夹紧方案的确定243.4.1 夹紧装置的确定243.4.2 夹紧方案论证243.4.3 夹紧力的确定253.5 液压驱动装置的设计计算263.5.1 液压缸的设计与计算263.5.2 活塞的设计选择263.5.3 活塞杆的设计选择263.5.4 导向套的设计选择273.5.5 密封元件的设计选择273.6 误差分析273.7 校核加工精度283.8 夹具体的设计284 结论30致 谢31参考文献32附 录331 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专用机床。这种机床既具有结构简单、生产率和自动化程度较高等特点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要，它还可以对工件进行多面、多主轴同时加工。组合机床应尽可能选用标准件，降低制造成本，同时需考虑实际生产条件，并从机床的合理性、经济性、工艺性、实用性及对被加工零件的具体要求出发，确定设计方案。组合机床及其自动化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（PLC）、数字控制（NC）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。现代组合机床和自动线作为机电一体化产品，它是控制、驱动、测量、监控、刀具和机械组件等技术的综合反映。近20年来，这些技术有长足进步，同时作为组合机床主要用户的汽车和内燃机等行业也有很大的变化，其产品市场寿命不断缩短，品种日益增多且质量不断提高。这些因素有力地推动和激励了组合机床和自动线技术的不断发展。本次毕业设计的课题是双孔支架镗铰组合机床设计，课题来源于工厂。本课题由3人来进行设计，本人主要进行对双孔支架零件镗铰孔加工的组合机床夹具设计。在对组合机床的夹具设计之前，需对被加工零件孔的分布情况及所要达到的技术要求进行具体分析，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。充分了解组合机床的特点，通过分析进行机床的总体方案设计。首先是总体方案论证，组合机床总体设计的具体工作是编制“三图一卡”，即绘制被加工零件图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。其次是部件设计和零件设计，在夹具设计时，需要绘制夹具装配图，选择动力箱的规格、型号，选择切削用量，计算切削功率，确定定位夹紧方案，校核加工精度等。还需对夹具体，支架及附件的设计。在夹具设计中，设计的主要思路是把原有的多道工序的单孔加工改为两孔同时加工，这样设计主要是为了解决由多次装夹引起的定位误差问题，保证孔的位置精度。机床采用两零件四孔同时加工的方案，加工和装配的工艺性好，零件装夹方便。采用机械滑台实现刀具进给，借助导套引导刀具实现精度稳定的加工。主轴采用标准主轴，选用标准刀具，使得工序集中。实现工件在一次装夹时四孔同时加工，这样利于保证各面和各孔相互间的位置精度要求。本组合机床效率高、成本低、加工精度高；操作使用方便，减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率；适用性较强。2 组合机床总体设计针对双孔支架，在确定加工工艺的基础上进行总体方案对比论证。设计组合机床“三图一卡”，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。组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按工序集中的原则设计的一种高效率专用机床。在设计组合机床时，首先应根据双孔支架上两孔的位置精度、表面粗糙度及其他技术要求，确定被加工零件是否可以利用组合机床加工以及采用组合机床加工是否合理的问题。如果确定可以利用组合机床加工，为使加工过程顺利进行，并达到要求的生产率，在分析被加工零件加工工艺资料的基础上，应考虑影响制定零件工艺方案、机床配置型式、结构方案等因素，然后进行分析比较，以确定被加工零件在组合机床上合理可行的加工方法、确定工序间加工余量、选择合适的切削用量、相应的刀具结构、确定机床配置型式等等。2.1 总体方案论证2.1.1工艺路线的确定被加工零件为双孔支架，材料是Q235,硬度HB156，薄壁零件，共计有两个孔需要加工。根据先粗后精原则，对双孔支架零件的工艺路线作如下设计：工序1 半精镗孔19.8半精镗孔33.7刮零件孔33.7端面,表面粗糙度为6.3工序2 精铰20孔表面粗糙度为1.6 精铰34孔表面粗糙度为1.6锪34孔的另一端面, 表面粗糙度为6.3 工序3 最终检验。 各孔的位置精度及具体要求详见双孔支架的零件图。2.1.2机床总体布局的确定机床的配置型式有立式和卧式两种。立式机床的优点是占地面积小，自由度大，操作方便，其缺点是机床重心高，振动大。卧式机床的优点是加工和装配工艺性好，振动小，运动平稳，机床重心较低，精度高，安装方便，其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。机床的配置型式在很大程度上取决于被加工零件的大小、形状及加工部位等因素。通过以上的比较，针对双孔支架的结构特点和需要被加工的部位考虑镗铰工序是主要工序内容。为了保证孔的加工精度和符合被加工零件的加工特点， 我们选择用卧式组合机床。2.1.3滑台型式的选择滑台型式一般分为液压滑台和机械滑台，液压滑台与机械滑台由于采用的传动装置不同，因而在性能、使用及维修等方面各有特点。目前，这两种滑台都得到广泛的应用。根据文献3，它们的优缺点比较如下：表2-1 液压滑台与机械滑台的优缺点液压滑台机械滑台优点1.在相当大的范围内进给量可以无级调速。1.进给量稳定，慢速无爬行，高速无振动，可以降低加工工件的表面粗糙度。2.可以获得较大的进给力。2.具有较好的抗冲击能力，断续切削、钻头钻通孔将要出口时，不会因冲击而损坏刀具。3.由于液压驱动零件磨损小，使用寿命长。3.运行安全可靠，易发现故障，调整维修方便。4.工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现。4.没有液压驱动管路泄露、噪声和液压站占地的问题。5.过载保护简单可靠。6.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。缺点1.进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定。1.只能有级变速，变速比较麻烦。2.液压系统的漏油影响工作环境，浪费能源。2.一般没有可靠的过载保护。3.调整维修比较麻烦。3.快进转工进时，转换位置精度较低。经比较，本组合机床选用机械滑台。2.2 切削用量的确定及刀具选择2.2.1 切削用量选择 在被加工的2个孔中，既有镗孔加工又有铰孔加工，所以选择切削用量时应综合考虑。镗孔切削用量从文献1中选取，铰孔切削用量从文献1中选取。镗孔时，降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避免镗头折断，降低切削速度主要是为了提高刀具寿命8。所有刀具都采用硬质合金。对2个孔的切削用量选择： A.半精镗孔 19.8由于刀具采用硬质合金，加工材料为Q235，v=95-135m/min，f0.15-0.45mm/r中选择，考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取v=99.5m/mim，f=0.24mm/r，则由文献1的公式， （2-1） 得： =100099.5/19.8=1600r/min B.半精镗孔： 33.7由于刀具采用硬质合金，加工材料Q235，v=95-135m/min,f0.15-0.45mm/r中选择,考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取v=101.6m/min,f=0.39mm/r，则 =1000101.6/33.7=960r/min C精铰孔： 200.036由于刀具采用硬质合金，加工材料为Q235，V=6-12m/min,f0.3-0.5mm/r中选，考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取v=7.9m/min,f=0.24mm/r,则=10007.9/20=125r/minD精铰孔： 340.012由于刀具采用硬质合金，加工材料为Q235，V=6-12m/min,f0.3-0.5mm/r中选，考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取v=8.5m/min,f=0.24mm/r,则=10008.5/34=80r/min2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率的计算根据文献1中公式计算镗孔 （2-2） （2-3） （2-4） （2-5） 其中：F、Fz-切削力（N）；T-切削转矩（N）；P-切削功率（kW）；v-切削速度（m/min）；f-进给量（mm/r）；-切削深度（mm）； D-加工（或钻头）直径（mm）； HB-布氏硬度， 得HB=156。由以上公式可得：a. 半精镗19.8孔： =1080.7N N =10728.8N.mm =1.757KWb.半精镗33.7孔： =1555.4N=468.3N =26281.8N.mm =2.58KW2.3组合机床总体设计三图一卡2.3.1被加工零件工序图A.被加工零件工序图的作用和内容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重要依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件的基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括：a)被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。当需要设置中间导向时，则应把设置中间导向临近的工件内部肋、壁布置及有关结构形状和尺寸表示清楚，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。b)本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。以便据此进行夹具的支承、定位、夹紧和导向等机构设计。c)本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。d)注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。 B.绘制被加工零件工序图的规定及注意事项a)绘制被加工零件工序图的规定：应按一定的比例，绘制足够的视图以及剖面；本工序加工部位用粗实线表示；定位用定位基准符号表示，并用下标数表明消除自由度符号；夹紧用夹紧符号表示，辅助支承用支承符号表示。b)绘制被加工零件工序图注意事项本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。当本工序有特殊要求时必须注明。如精镗孔时，当不允许有退刀痕迹或者允许有某种形状的刀痕时必须注明。有如薄壁或孔底部壁薄，加工螺纹时螺纹底孔深度不够及能否钻通等1。图2-1所示为被加工零件工序图。2.3.2 加工示意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.导向结构的选择组合机床镗孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提高刀具系统的支承刚性。B.确定主轴、尺寸、外伸尺寸在本课题中，主轴既有用于镗孔的又有用于铰孔的，镗孔选用滚锥轴承主轴，图2-1 被加工零件工序图铰孔选用滚珠轴承主轴。镗孔时主轴与刀具采用浮动卡头连接，主轴采用短主轴；铰孔时采用刚性连接，主轴采用长主轴。根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩T，由文献3公式 （2-6）式中，d表示轴的直径（）；T表示轴所传递的转矩（Nm）；B表示系数，本课题中镗孔主轴为刚性主轴，取B=7.3。孔径19.8m： d=23.5mm孔径33.7mm： d=29.4mm考虑到安装过程中轴的互换性、安装方便等因素，主轴轴径均取为50。根据主轴类型及初定的主轴轴径，查文献3可得到主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号。主轴轴径d=50时，主轴外伸尺寸为：,L=115；接杆莫氏圆锥号为4。C.选择接杆、浮动卡头在钻、扩、铰、锪孔及倒角等加工小孔时，通常都采用接杆（刚性接杆）。各主轴的外伸长度和刀具均为定值，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时加工完成孔的要求。 为提高加工精度、减少主轴位置误差和主轴振摆对加工精度的影响，在采用长导向或双导向进行镗、扩、铰孔时，一般孔的位置精度靠夹具保证。为避免主轴与夹具导套不同而引起的刀杆“别劲”现象影响加工精度，均可采用浮动卡头连接。所以铰孔一般采用刚性连接，镗孔采用浮动卡头连接。D.动力部件工作循环及行程的确定a)工作进给长度的确定工作进给长度，应等于加工部位长度L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度和切出长度之和。切入长度一般为510，根据工件端面的误差情况确定。镗孔时，切出长度一般为510mm。镗削：其中一般是取510mm现取10mm切出长度一般取510mm现取5mmL加工部位长度为50mm所以L=10+50+5=65mm铰削：仍取10mm取25。因考虑到铰刀刀刃长度为22，在加上3mm的间隙余量因此要切出25mm然后在停留现作表如下：表2-1 进给长度表Ld左主轴箱5010342585右主轴箱501033.7565b)快速进给长度的确定快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度按具体情况确定。初步选定左右主轴箱上刀具的快速进给长度分别为250mm、250mm。c)快速退回长度的确定快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和。由已确定的快速进给和工作进给长度可知，面快速退回长度分别为335mm、315mm。d)动力部件总行程的确定动力部件总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程外，还要考虑因刀具磨损或补偿制造、安装误差，动力部件能够向前调节的距离（即前备量）和刀具装卸以及刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中拿出时，动力部件需要后退的距离（刀具退离夹具导套外端面的距离应大于接杆插入主轴孔内或刀具插入接杆孔的长度，即后备量）。因此，动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。左主轴箱前备量取10，后备量取285，则总行程为630。右主轴箱前备量取10mm，后备量取325，则总行程为650。图2-2 加工示意图2.3.3机床尺寸联系总图机床联系尺寸总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。绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容。A.选择动力部件a)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3的公式计算： （2-7）式中, 消耗于各主轴的切削功率的总和（Kw）；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； 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Q235，属黑色金属，又主轴数量较多、传动复杂，故取5。右主轴箱：则 右主轴箱：则 为统一右动力头型号取一样的，都为1TD50I型。b)动力滑台型号的选择根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力，按文献3的公式 （2-8）计算。 式中，Fi各主轴所需的轴向切削力，单位为N。则 右主轴箱 实际上，为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于F。又考虑到所需的最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作的稳定性，由文献9选用机械滑台HJ50型，台面宽500mm，台面长1000mm，滑台及滑座总高为360mm，允许最大进给力为32000N。 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3得出动力箱及电动机的型号,见表2-2。底座1CC401I型号，其高度H=560mm，宽度B=600mm，长度L=1350mm。B.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。在确定之前，首表 2-2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(Kw)电动机转速(r/min)输出轴转速(r/min)左主轴箱1TD63IVY160L-611970485右主轴箱上1TD50IY132M-47.51440720右主轴箱下1TD50IY132M-47.51440720先要考虑工人操作的方便性，还要考虑车间运送共建的滚到高度，工件最低孔的位置，主轴箱最低主轴高度和通用不见的高度尺寸的限制。本课题中，工件最低孔位置h=231.5，主轴箱最低主轴高度h1=260，所选滑台与滑座总高h3=360，侧底座高度h4=560，夹具底座高度h5=165，垫块高度h6=405，综合上述因素，该组合机床装料高度取H=1130。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。本机床夹具的长度为700mm，宽度为380mm，高度为525mm。图2-3为夹具尺寸图。 图2-3 夹具体尺寸图D.确定中间底座尺寸中间底座的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。确定中间底高度尺寸时，应考虑铁屑的储存及排除电气接线安排，中间底座高度一般不小于540mm。本机床确定中间底座高度为560mm。E.确定底座尺寸a.底座本身的刚度a)正确选择截面的形状和尺寸 底座承受的载荷主要是弯矩和扭矩,产生的变形主要是弯矩和扭矩的变形.在其他条件相同时,抗弯扭强度与截面惯性有关.同一种材料,截面积相等而形状不同时截面惯性矩相差很大,合理选择截面形状可提高支撑件本身的刚度.b)合理布置筋板和筋条 筋板又称为隔板，筋条又称为强筋。为了保证支撑有一定的刚度，对于薄壁封闭截面的支撑件、非金属封闭截面的支撑件或当支撑件截面形状和尺寸受到机构上的限制的情况下，则在支撑件上用筋板或筋条来提高刚性，其效果比增加壁厚更为显著。c)合理开孔和加盖 支撑件壁上开孔，将降低支撑件刚度，特别是扭转刚度。因开孔对壁的刚度有影响，因此一般建议开孔应沿床壁中心线排列，孔宽一不大于壁宽的0.25倍为宜。 当螺钉拧的很紧时，家盖可将弯曲刚度恢复到接近未开孔的程度，而对提高抗扭刚度无明显的效果。b.底座连接处的刚度 底座和其他件连接处的接合面加工不良或连接不牢，受力后将产生较大接触影响。为了保证一定的接触刚度，结合面上的比压应不小于15-20公斤/厘米，表面光洁度一般为6。当底座以凸缘连接时其接触刚度决定于螺钉刚度、徒缘刚度和接触刚度。 适当的选择螺钉的尺寸和布置螺钉可提高接触刚度。从抗弯刚度考虑，螺钉应教集中布置在受拉伸的一侧。从抗扭刚度考虑，螺钉应均匀分布在四周。在连接螺钉轴线的平面内布置筋条也能适当地提高接触强度。 紧固螺栓的分布和加设凸缘的加强筋，可使立柱和凸缘的刚度提高50；原来用12只螺钉配置两侧边不如在立柱均匀分布10只的好；用2个、4个、6个加强筋在立柱两侧壁加固凸缘，抗扭刚度明显地提高。增加凸缘厚度不宜过大。c.底座的局部刚度 床身与导轨连接方式对局部刚度影响很大。d.底座的材料 底座件的材料主要有铸铁和铜。一般支撑件用铸铁制成。在铸铁中加入少量合金元素可提高耐磨性。铸铁的工艺性能好，容易获得结构复杂的支承件。铸铁的内摩擦大，阻尼作用大，动态刚性好，价格较便宜。但铸件做木模，制造周期长，有时易产生缩孔、气泡等缺陷。用铸铁做支承件需经过实效处理消除内应力，一般有自然时效、人工时效与震动时效三种方法。 除了铸件外，还可用钢材焊接成支承件，并根据受力情况布置筋板和筋条，其造型简单、迅速，对改型和单件小批量生产适应性较强。由于钢的弹性模量比铸件大，在相同的载荷下，壁可做的比铸铁薄，重量轻，固有频率高。但不应过分追求减轻重量，壁厚也不宜太薄，须适当增加筋板防止薄壁震动。钢的内摩擦阻尼较小。另外，所以材料的内阻尼仅占整个机床总阻尼的10，而各零件接合处的阻尼作用，采用焊接蜂窝状夹层结构及封闭式箱行结构可有效地提高抗震能力 ，并保证有高的扭转刚度和弯曲刚度。预加载荷的减震头焊接结构。预加载荷可使两块板材相接触而在焊接时并不全部焊死，利用A点附近两块板材摩擦来抗震。e.结构的工艺性在设计支承件时，要注意结构的工艺性，一般情况下，零件的铸造锻造、焊接和机械加工等对零件结构提出的工艺要求，应该在结构设计方案中得到满足。在设计铸造时，应尽量使所设计的铸件能用最简单而又最经济的方法制造，不给以后的机械加工带来困难。且应力求：铸件形状简单、拔模容易、泥心要少且便于支撑、保证铸件能自由收缩、尽量避免截面的急剧变化、太突起的部位、很薄的壁厚、很长的分型线以及金属的局部积聚。 确定底座为1CC401I型号，其高度H=560mm，宽度B=600mm，长度L=1350mm。F.确定主轴箱轮廓尺寸主要需确定的尺寸是主轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度h1。主轴箱宽度B、高度H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按文献3公式计算： B=b+2b1 （2-9） H=h+ h1+ b1 （2-10）式中：b工件在宽度方向相距最远的两孔距离（）；b1最边缘主轴中心距箱外壁的距离（）；h工件在高度方向相距最远的两孔距离（）；h1最低主轴高度（）。其中，h1还与工件最低孔位置（h2=231.5）、机床装料高度（H=965）、滑台滑座总高（h3=360）、侧底座高度（h4=560）等尺寸有关。对于卧式组合机床， h1要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐h185-140，本组合机床按文献3公式h1=h2+H-(0.5+h3+h4) （2-11）计算，得：h1=276。两轴孔的中心间距h 在零件图上已知的是x轴向的距离和y轴向的偏差，b=304,h=227.317,取b1=100，则求出主轴箱轮廓尺寸： B=b+2h1=304+2100=504 H=h+h1+b1=227.317+276+100=603.317根据上述计算值,按主轴箱轮廓尺寸系列标准，左、右主轴箱轮廓尺寸都预定为BH=550750。图2-4为机床尺寸联系图。2.3.4 机床生产率计算卡A. 理想生产率(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,一般情况下,单班制tk取2350h,两班制tk取4600h,由文献3的公式 (2-12) 得： 图2-4 机床尺寸联系图B. 实际生产率(单位为件/h)是指所设计机床每小时实际可生产的零数 (2-13)式中:生产一个零件所需时间(min)，可按下式计算： (2-14) 式中:分别为刀具第、工作进给长度,单位为mm;分别为刀具第、工作进给量,单位为mm/min;当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时，滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转转所需的时间,单位min; 分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为mm; 动力部件快速行程速度。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0.1min;工件装、卸（包括定位或撤销定位、夹紧或松开、清理基面或切屑及吊运工件）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0.51.5min。如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求,即,则必须重新选择切削用量或修改机床设计方案。已知: 半精樘,： L2=65mm; Vf2=360mm/min 精铰： L1= 85mm; Vf1=30mm/min 共计所用时间如下: 单件所需工时实际生产率: C. 机床负荷率当QQ时候，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0.60.7。典型的钻、镗、攻螺纹类组合机床，按其复杂程度确定；对于精度较高、自动化程度高或加工多品种组合机床，宜适当降低负荷率。由文献3公式得机床负荷率: (2-15)表2-3生产率计算卡被加工零件图号ST01-0000毛坯种类焊接件名称双筋蹄零件毛坯重量材料Q235硬度HB156工序名称镗孔及铰孔工序号序号工步 名称零件数加工直径(mm)加工长度工作行程(mm)切削速度(mm)转速(r/min)进给量工时(mm/r)(mm/min)机动时间辅助时间总计1装卸工件21.51.52右动力部件滑台快进25060000.0420.042右多轴相工进镗孔19.819.8506599.516000.243600.1810.181镗孔33.733.45065101.69600.39360刮端面0.0100.010滑台快退31560000.0530.0533左动力部件滑台快进25060000.0420.042左多轴箱工进铰孔2020857.91250.24302.8332.833铰孔343450858.5800.3930锪端面0.1250.125滑台快退32560000.0540.054装卸工件时间取决于操作者的熟练程度。本机床计算时安装卸一次为1.5min计算。单件总工时2.471min机床实际生产率24.282件/时机床理想生产率 19.074件/时负荷率 78.44%3 组合机床夹具设计3.1 夹具的设计要求与选型3.1.1 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，正确地确定夹具的定位方案、夹紧方案和刀具导向装置，合理地制定夹具的尺寸、公差和技术要求，必要时进行适当的误差分析和计算。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。在大量生产时，应尽量采用各种快速、高效的机构和先进的控制方法，以缩短辅助时间，提高生产率；在中批量生产中，则要求在满足夹具功能的前提下，尽量采用结构简单，容易制造的夹具，以降低夹具的制造成本。c.结构简单，操作方便，安全和省力夹具的操作要做到方便、省力，有条件尽可能采用气动、液压、电气及其他高效机械夹紧装置，以减轻人员的劳动强度。夹具操作位置应当有利与操作人员，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个不容忽视的问题，如果排屑不好，切屑聚集在夹具中，会不利与工件的定位；切屑聚集严重时，还会损伤刀具导致设备事故或人员伤亡；切屑的清扫又会增加辅助时间，降低生产率。因此，排屑问题在夹具设计时必须给予充分的考虑。e.良好的结构工艺性有良好的结构工艺，便于夹具的制造加工、装配、检验和维修，要达到这些要求，应尽量选用标准件。夹具设计应按加工要求构思出设计方案，绘制图样，确定夹具的结构。合理选择材料，标注尺寸、公差和技术要求。3.1.2 夹具的选型机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。而要实现这一要求，又必须满足三个条件：一批工件在夹具中占有正确的加工位置；夹具装夹在机床上的准确位置；刀具相对夹具的准确位置。这里涉及了三层关系：零件相对夹具，夹具相对于机床，零件相对于机床。工件的最终精度是由零件相对于机床获得的。所以“定位”也涉及到三层关系：工件在夹具上的定位，夹具相对于机床的定位，而工件相对于机床的定位是间接通 过夹具来保证的。工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定，使工件保持在准确定位的位置上，否则，在加工过程中因受切削力，惯性力等力的作用而发生位置变化或引起振动，破坏了原来的准确定位，无法保证加工要求。这种产生夹紧力的装置便是夹紧装置。镗床夹具又称为镗模，主要用于加工箱体或支座类零件上的精密孔和孔系。主要由镗模底座、支架、镗套、镗杆及必要的定位和夹紧装置组成。镗床夹具的种类按导向支架的布置形式分为双支承镗模、单支承镗模和无支承镗模。3.1.3 夹具设计的步骤A.设计前的准备分析产品零件图及装配图，分析零件的作用、形状、结构特点、材料和技术要求；分析零件的加工工艺规程，工艺装备设计任务书，对任务书所提出的要求进行可行性研究； B.方案设计在分析各种原始资料的基础上，确定夹具的类型、定位设计、夹紧方式、导向方案 、连接方式、总体布局和夹具的结构形式。绘制方案设计图，进行工序精度分析，对动力夹紧装置进行夹紧力的计算。C.审核检查夹具的各项功能是否符合设计要求。D.总体设计根据所定方案绘制夹具装配图，应将夹具的工作原理、结构和各种元件的装配关系表达清楚。用双点划线绘制工件外形轮廓。合理选择材料，标注尺寸、公差和技术要求。E.夹具零件设计F.夹具的装配、调试和验证3.2 定位方案的确定3.2.1 零件的工艺性分析 被加工零件材料为Q235，硬度为HB156，共计有两孔需要加工。图3-1 工序图主视图3.2.2 定位方案确定工件的定位是保证工件在夹具中占有一致的正确加工位置，而这一位置的确定要通过定位支承限制工件的相应自由度来实现。而通常需要限制的六个自由度。根据本课题零件要加工孔的位置，该零件要加工的孔面为：1个20孔，1个34孔，加工方法为先镗后铰。根据定位基准的选择原则确定定位基准为：第一定位基准为圆形肋板的轴线，第二定位基准为肋板底面。因此，可以得出如下两个个定位方案：A.用一短V形块置于20孔的外端限制沿X轴及Z轴移动的两自由度，三个支承钉置于肋板的底部限制绕X轴、绕Z轴和沿Y轴的三个自由度，一挡铁置于34的孔的外端限制绕Y轴的自由度。实现完全定位。夹紧力作用点位于肋板的外表面。B. 零件放置方式同方案a。夹紧力作用点如图所示。用一相当于短V形块的两定位板置于肋板的外表面限制沿X轴及Z轴移动的两个自由度，三个支承钉置于肋板的底部限制绕X轴、绕Z轴和沿Y轴的三个自由度，一挡铁置于34的孔的外端限制绕Y轴的自由度。实现完全定位。短V形块置于20孔的外端作夹紧元件。分析以上方案：方案A：此方案符合定位和夹紧的相关原理，短V形块作为定位元件起定心定位作用。但是美中不足的是需要两液压缸，并且两液压缸需分布在两零件的外侧。由此带来的影响是设计两液压缸增加夹具整体的体积，也增加制造成本。再图3-2 零件定位方案示意图（方案A-1）图3-3 零件定位方案示意图（方案A-2）者此方案虽然能够保证零件的较高的加工精度，但是所要加工的零件尺寸精度和位置精度要求不高。所以此方案是不可用的。方案B：两定位板相当于一短V形块起定心定位作用，能够保证定位基准和工序基准的基准重合，也符合夹紧力的选择原则，使夹紧力朝着主要的定位基准面。从而提高零件的加工精度。同时又能降低机床和夹具的体积和成本，解决了以上A方案的出现的问题。所以以此方案可行。图3-4 零件定位夹紧示意图（方案B-1） 图3-5 零件定位夹紧示意图（方案B-2）根据以上的论述比较，可以定出方案B是合理可行。3.3 定位元件和夹紧元件的设计计算3.3.1 定位元件的设计计算定位元件设计包括定位元件的结构、形状、尺寸、及布置形式等。利用六点定位原则正确选择定位方式和定位元件。根据前面定位方案的叙述，可以知道本课题所使用到的定位元件有：两个定位板（相当于一短V形块），三个圆形支承块，一个挡铁。具体的尺寸如下所定：3.3.1.1 定位板(两定位板相当于短V形块)的设计及尺寸的确定V型块是标准件，但是考虑到本设计所使用的V型块的具体尺寸要远大于标准件的尺寸，所以要自己设计。所谓的自行设计也就是在标准件的基础上，根据具体情况做出适当的改动。之所以要把V形块改进为两定位板，就是因为肋板的外圆面的直径很大,这样设计出V形块体积较大从而增大夹具的体积。但是安装时应保持两定位板垂直放置（安装方式见总装图）。定位板的长度根据肋板的高度确定，取略大于肋板的一半高度的尺寸作为定位板的长度（取60mm）.具体尺寸如图所示：图3-6 定位板3.3.1.2 支承钉设计及尺寸的确定3个支承钉，主要的定位元件，对它的要求也就比较的高，要想达到较高的要求，应当做到：几个支承钉装配后，要求等高，可以用装配后一次磨削法，以保证它们的限位基面在同一平面内，也就是保证了它们的平面度比较的高。由于肋板的底面属粗基准面，所以选用C型（齿纹）支承钉。参照文献2表2-1-9得出支承钉的型号:支承钉C1212GB 2226-19913.3.1.3 挡铁的设计及尺寸的确定挡铁的尺寸根据34孔的直径和长度确定，具体设计及尺寸如图所示：图3-7 挡铁3.4 夹紧方案的确定3.4.1 夹紧装置的确定A压板压头夹紧机构的确定根据夹紧原理和零件的形状来确定夹紧机构。本课题中由于第一定位基准为圆形肋板的轴线，根据夹紧原理夹紧力应朝着主要的定位基准面，所以压板压头夹紧机构应如总装图中的放置位置。零件的形状呈内凹状又零件为薄臂件故设计压头为球形压头。B.V形块夹紧机构的确定 零件的另一端采用挡铁定位，再者加工零件时会产生扭距和切向力，这样必然导致零件的翻转和窜动。用V形块夹紧机构可以有效地控制这些不利于加工的运动。C.手动夹紧机构的确定 由于切削时产生轴向力，将使零件绕y轴翻转。而手动夹紧机构的存在有效地消除这样的转动。3.4.2 夹紧方案论证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。3.4.3 夹紧力的确定A.机动压头夹紧力的计算由于两定位块相当于V形定位块，所以此夹紧力按照工件以外圆柱面在形块上定位的方式来计算。根据文献2V型块铰链夹紧机构处的夹紧力近似计算的公式如下： (3-1)所设计的V型块的夹角、D=20mm根据前面总体部分计算结果可以计算出：根据文献2的摩擦系数上查得摩擦系数=0.3根据以上得出的数据可以算出夹紧力WK：B.手动压头的夹紧力的计算 根据前面总体设计计算的轴向力的结果计算：镗20孔的轴向力：镗34孔的轴向力：N总的轴向力： 手动压头的夹紧力：其中：。 (3-2) C.V形块夹紧元件的夹紧力的计算 根据前面总体设计计算的切向力的结果计算： 镗20孔的切向力：=1080.7N 镗34孔的切向力：=1555.4N 只有镗20孔时的切向力才造成零件挡铁中心的翻转，所以这里计算V形块夹紧元件的夹紧力只取镗20孔的切向力（=1080.7N ）。所以V形块夹紧元件的夹紧力计算为： (3-3)3.5. 液压驱动装置的设计计算3.5.1 液压缸的设计与计算 一般采用圆筒结构。缸筒材料采用冷拔拉制的钢管、铝合金管、不锈钢管、钢管和工程塑料管。为抵抗活塞运动的磨损，材料表面应有一定的硬度。缸筒与活塞的动配合精度H9级，圆柱度允差(0.020.03)/100,表面粗糙度Ra0.20.4m，缸筒两端对内孔轴线的垂直度允差0.050.1mm。液压缸体应能承受1.5倍最高工作压力下的耐压实验。3.5.1.1 驱动压板加紧元件的液压缸负载力的计算 由前面计算得压板压头的加紧力：液压缸所能提供的压力F可按如下公式计算： 式中安全系数取1.3当活塞以推力工作时，活塞直径可按下式计算： （3-9） -液压缸的效率。3.5.1.2 液压缸的设计制造 由于零件的加工所需的夹紧力较小，所以提供夹紧力的油压也相对较低。为了节省成本并能够保证零件的加工，本课题中的液压缸进行自行制造。设计中液压缸在支架加工，支架材料为45钢，加工方法为铸造粗镗精镗。加工的技术要求：铸件不得有砂眼、气孔、裂纹等；加工前后分别进行人工时效。缸的内表面需镀铬，镀层厚度0.02mm。液压缸的结构和尺寸见零件图。3.5.2 活塞的设计选择 高压油液作用在活塞面上产生推力作功，并在缸筒内滑动。活塞材料应具有足够的强度和良好的滑动性能，特别是耐磨性和不发生“咬缸”现象。活塞的宽度与密封圈的数量、导向环的形式等因素有关，从使用上来讲，活塞的滑动面小容易引起早期磨损。一般活塞的宽度约为缸径的20%50%。根据缸径的计算D=0.27m，则活塞的d=D（20%-50%）=0.06450%=0.032m3.5.3 活塞杆的设计选择 活塞杆是用来传递力的零件，要求能承受拉伸、压缩、振动等负载，表面耐磨，不发生锈蚀，一般选用碳钢、精轧不锈钢等材料。钢材表面需镀铬及调质热处理。3.5.4 导向套的设计选择 导向套的作用是用作活塞杆往复运动的导向，应具有良好的滑动性能，能承受由于活塞杆受负载时引起的弯曲、振动及冲击。常用聚四氟乙烯复合材料和其他复合树脂材料，及铜颗粒烧结的含油轴承材料。导向套内径尺寸允许公差取H8，表面粗糙度Ra=0.4m。3.5.5 密封元件的设计选择 1. 缸筒的密封: 为了密封性缸盖与缸筒采用法兰盘密封。 2. 活塞的密封 活塞有两处地方需密封，一处是活塞与缸筒之间的动密封，除了用O形密封圈和唇形密封圈外，也有用W形密封圈的。 3. 活塞杆的密封 在缸盖的沟槽里放置唇形密封圈和防尘密封圈，或防尘组合密封圈，保证活塞杆往复运动时的密封与防尘。4. 缓冲柱塞的密封 有两种方法：一是在缓冲柱塞的沟槽里安放孔用唇形密封圈，另一种是在缸盖上压如气缸缓冲专用密封圈。 3.6误差分析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：A. 定位误差；a.两定位板（相当于短V形块）的定位误差分析计算:因为：相当于一短V形块的两定位板起定心定位作用，并且定位准和工序基准的基准重合。所以： B=0根据参考文献1当=时，V形块的位移误差即：=故：b.由于零件的加工精度要求较低，故其它定位元件的定位误差计算省略。B. 对刀误差；因为刀具相对于对刀或导向装置不精确造成的加工误差，称为对刀误差。本工序中镗孔时导向误差计算公式为： （3-6） 即得导向误差mm C. 夹具的安装误差；因为夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。一般取： =0.02mm =0mm 本课题中夹具为垂直安装,所以取 =0mmD. 夹具误差；因夹具上定位元件，对刀或导向元件及安装基面三者之间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差，夹具误差大
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