卧式双面十轴钻组合机床夹具及液压系统设计【含10张CAD图纸】
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卧式双面十轴钻组合机床夹具及液压系统设计【含10张CAD图纸】,含10张CAD图纸,卧式,双面,十轴钻,组合,机床,夹具,液压,系统,设计,10,CAD,图纸
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图书分类号：密 级：摘要这次毕业设计的具体内容是设计一台加工汽车后制动室支架的组合钻床，其机床为卧式双面十轴钻组合钻床，主要用来一次性加工完成汽车后制动室左右二个零件上的共计10个孔。我的具体任务是设计该机床的夹具及液压系统设计。本设计正是应用了组合钻床的特点实现多工序加工的方法，采用一次装夹，同时对后制动室两支架两边的10个孔进行钻加工。对工件采用“一面、一定位心轴、一定位块”定位，可以方便准确的使工件定位在夹具的指定位置，然后用液压驱动夹紧机构、螺旋夹紧机构和螺旋杠杆夹紧机构把工件夹紧，可以使工件快捷地进行安装与拆卸。夹具的导向装置是采用钻孔位置精确可靠的固定式导套的导向装置。工件由一孔一平面定位时产生的定位误差分为任意边接触和固定边接触两类，本组合夹具产生的定位误差属于任意边接触定位误差，经计算和检验可知定位误差满足要求。夹紧力分为防止加工工件转动的螺旋夹紧力和防止加工工件振动的液压夹紧力两种，上述两种夹紧力均满足要求。夹具设计从经济性和实用性也都满足对工件的加工要求。关键词:夹具；液压夹紧；组合钻床；卧式；双面；十轴 AbstractThe fondues content of the graduation design is a modular machine for working holders of cars brake rooms .The machine is double-sided ten-drill combined drilling machine. It is mainly used to working 10 holes of 2 parts nonrecurring .my fondues work is designing jig and hydraulic system of the machine.The design adopted to install jigs at a time and drilled 10 holes on two sides of two hordes. The work pieces were oriented by “one face、one spotting spindle and set piece ” so that they were placed correctly, and clamped fast by a hydraulic jig、a spiral jig and a spiral lever jig to contribute to installation and disassembly. In order to drill precisely, using fixed guide sleeve guided tool and then guided tool to cut work pieces. The positional error during the work piece processing when a hole and a face fixed disport touching of random edge and fixation. The positional error of combined clamp belong to random edge touching. It is knowed that demands was met by accounting and checking. Clamp force has 2 kinds that one is preventing turn of spiral clamp and the other is hydraulic tightening for preventing shake. The two clamp forces were matched.Clamps design met demands in economical efficiency and practicability. Keywords jig hydraulic tightening combined drilling machine horizontal double-sided ten-drill I徐州工程学院毕业设计(论文)目 录1前言12机床夹具的概述22.1 机床夹具的分类22.2夹具的组成23 加工工件33.1工件的用途33.2工件的毛坏的制造方式33.3工件的工艺分析33.4.1定位装置的定义43.4.2定位基准的选择原则44 工件的定位方法和定位误差54.1工件的定位方法54.2工件的定位误差及产生原因54.2.1定位误差的分析计算65加工工件应选用的机床类型及该机床的特点85.1加工工件应选用的机床类型85.1.1多工位组合机床的定义85.2组合机床的特点85.3组合机床的设计步骤96 机床的切削力计算106.1组合机床切削用量的选择106.2切削力的计算116.2.1 左轴箱切削力的计算126.2.2 右轴箱切削力的计算127 组合机床夹紧力的计算147.1夹紧力的概念147.1.1选择夹紧力的作用点时的注意事项147.1.2夹紧力的方向的选择147.1.3 夹紧力的大小的确定157.2确定夹紧力时应当注意的几个问题167.3计算切削力及切削合力作用的位置177.3.1左轴箱切削合力及其作用的位置的计算177.3.2 右轴箱切削合力的计算187.4夹紧力的确定188 夹紧机构和夹紧动力机构的选择208.1夹紧装置的组成208.2夹紧装置的基本要求208.3夹紧机构的选择208.4 夹紧动力机构的选择208.5液压夹紧机构218.5.1液压机构的特点218.5.2 液压传动的一些不足218.5.3 液压传动装置各个部分的设计与选择228.5.4液压装置传动部分基本回路的设计228.5.5油缸的选择参数计算238.6螺旋夹紧机构及其夹紧力的计算249 导向装置279.1导向装置概述279.2导套的类型279.3钻套279.3.1钻套高度H，排屑间隙h289.3.2钻套标记289.4衬套2910 夹具体设计3010.1夹具体设计的基本要求3010.2夹具体毛坯结构的选择3010.3夹具体的排屑结构3010.4夹具体的吊装装置的设计30结 论32参 考 文 献33致 谢34附 录35I徐州工程学院毕业设计(论文)1 前言几年的大学生活就要结束了，我们即将走上工作岗位。在过去的几年中，我们系统的学习了许多专业基础课和专业课。而且，在机械原理、机械设计和机械制造工艺学等课程的学习中都进行了课程设计。在这些课程设计中，我们设计过机械机构、减速器、机床夹具等等。我们还做过大量的实验。在这些学习过程中，我们具有了一定的创造能力和分析解决问题的能力。在这些坚实的基础下，为了综合各科知识，达到熟练应用，我们有必要在这最后一学期进行一次更高难度的设计工作。所以，这次毕业设计对我们来说是很重要的。我这次设计的课题是-卧式双面十轴钻组合机床设计，我希望通过这次设计，使我能清楚的了解组合机床及组合机床的设计过程。并且，在这次设计中能很好的复习以往所学过的知识。组合机床是随着生产力的发展，由万能机床和专用机床发展而来的。随着科学技术和生产力的发展，我们的生产模式发生了巨大的变化，人们对产品的要求也越来越高，对许多产品需求量也越来越大，为了满足人们的这种需求，现代机械工业技术也在迅速发展，并不断革新。原有的万能机床和专用机床由于自身条件的限制以远远不能满足生产要求。组合机床就是在这种情况下设计出来的，它即有专用机床效率高结构简单的特点，又有万能机床能够重新调整，在短时间适应新工件的加工的特点，因此，组合机床在现代机械行业中占了很大的比重。当然，组合机床也有自身的缺点如改装是劳动量较大，且有一部分零件不能重复利用，而且结构复杂。故我们在设计组合机床是应尽量扬长避短，充分利用组合机床的优点。本次设计包括：选择合理的定位方案、定位基准、定位误差的分析计算、工序公差的计算、定位销高度的计算、定位元件材料及机械性能的选用、对刀或引导方式的确定、钻套类型的选择、钻套高度和钻套与工件之间的距离的计算、钻模的钻孔精度的计算、活动钻模板的设计、夹紧装置的设计、夹紧力的作用点和方向、夹紧力的分析和计算、铰链夹紧机构夹紧力的原动力的计算、夹紧元件及传动装置的设计、确定夹具其他组成部分的结构形式、确定夹具体的形式和夹具的总体结构、夹具体毛坯结构的选择、夹具体的排屑结构、夹具体结构尺寸的确定、夹具体的吊装装置的设计等。在设计的过程当中，尽可能的采用了新国标。由于本人所学知识有限，设计经验不足，对组合机床的了解还很肤浅，在此次设计中不免会遇到许多问题和困难，希望指导老师能给予悉心辅导和耐心帮助，使我能从老师那里学到更多的书本上所没有的知识，对组合机床有更深入的了解，对所学专业有更充分的认识，并能以优异的成绩顺利完成毕业设计。2 机床夹具的概述机床夹具是零件在机床上加工时,用以装夹工件(和引导刀具)的一种工艺装置。其作用是正确确定工件与刀具之间的相对位置，并将工件牢固地夹紧。使用夹具可以有效地保证工件的加工质量，提高劳动生产率，扩大机床的工艺范围和减轻劳动强度，因此，夹具在机械制造中占有重要的地位。2.1 机床夹具的分类机床夹具的种类和形式很多，可以按照不同的方法进行分类.若根据夹具的使用特点来划分,则有通用夹具、专用夹具、组合夹具、通用可调整夹具和组成夹具等。若按使用夹具的机床类型来划分，则为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮加工机床夹具、组合机床夹具等。若按夹具夹紧动力源的不同来划分，则有手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具和真空夹具等。2.2夹具的组成通常,夹具的组成部分如下:(1)定位装置定位装置包括定位元件及其组合,其作用是确定工件在夹具中的位置.通常定位元件有支撑钉、定位销、V形块等。(2)夹紧装置夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢、保证工件在定位是所占据的位置、在加工过程中不应受外力(切削力、重力、惯性力等)作用而产生位移,同时可减轻或防止振动。它通常由夹紧元件(夹爪、压板等)、传动机构(如杠杆、斜锲等)和动力装置(汽缸液压缸等)组成。(3)对刀、引导装置对刀、引导装置的作用是确定刀具进行加工.常用的对刀、引导元件对刀块、钻套等.(4)夹具体夹具体是用于连接夹具上所有的元件和装置,使其成为一个整体的基础件,它还用来与机床的有关部位连接,以确定夹具在机床上的位置.3 加工工件3.1 工件的用途该工件为汽车后制动室左.右支架。用来传递制动的扭矩，对汽车进行制动。工件简图见图3-1。图3-1 工件简图3.2 工件的毛坏的制造方式工件的材料选用20Cr，因为工件要求传递扭矩，20Cr要比15Cr和20钢的强度和淬透性高，经淬火+低温回火后，能得到良好的力学性能和低温冲击韧度，无回火脆性，渗碳时，钢的晶粒仍有长大的倾向，因而应进行二次淬火以提高心部韧性，不宜降温淬火，冷弯形时塑性较高，所以可以传递一定的扭矩。由机械工程材料手册查得硬度为HBS179。毛坯采用铸造的方法。3.3工件的工艺分析该工件的主要加工面为两个端面。其中，左端面上要钻2个13孔，。右端面上要钻1个16.5孔，2个18个孔。3.4定位的定义、定位基准的选择3.4.1定位装置的定义包括定位元件及其组合，其作用是确定工件在夹具体中的位置，即通过它使工件在加工时相对于刀具及切削成形运动处于正确的位置。定位元件包括支承钉、支承板、形块、定位销等。3.4.2 定位基准的选择原则定位基准是加工中用做定位的基准。在夹具装夹时，定位基准即是工件上直接与夹具上的定位元件相接触点、线、面。正确选择定位基准对保证工件表面间的位置要求（位置尺寸和位置精度）有很大的影响；而且，在用夹具装夹工件时，定位基准的选择又会对夹具的结构产生很大的影响。因此，选择合理的定位基准，对工件的加工及夹具的结构都是非常重要的。定位基准选择的原则及要求：A：精基准的选择：（1）基准重合原则：即设计基准作为定位基准原则。（2）基准统一原则：即在加工过程中，尽可能采用统一的定位基准。（3）自为基准原则当某些表面精加工余量小而均匀时，选择加工表面本身作为定位基准称为自为基准原则。（4）互为基准原则：即为了使加工面间有教高的位置精度，又为了使其加工余量小而均匀，可采用反复加工、互为基准的原则。（5）保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则。B：粗基准的选择：（1）为了保证加工表面与非加工表面之间的位置要求，应选非加工面作为粗基准。（2）合理分配各加工余量。（3）粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向上（即同一自由度方向上），通常只允许用一次。（4）粗基准的表面应平整光洁，要避免缺陷，以保证定位准确、加紧可靠。工件主要加工面为两个端面。由图1-1从工件的结构特点我们选择B表面为定位基准面。只要保证了A,B表面与孔轴线的位置度，就可以加工出满足要求的孔。由于加工工件上A面、D面上的孔系，采用卧式钻加工。因为A面、D面需加工，因此，夹紧装置不宜放在A面、D面两位置上，以免钻加工时，刀具的悬伸量过大，对加工精度产生不必要的影响。4 工件的定位方法和定位误差4.1 工件的定位方法由于工件的加工需要，可以采用一面一定心轴和和一定位块进行定位，如图4-1所示。这种定位方式可以完全限制工件的自由度，保证定位准确。为了增加系统的刚性和稳定性，夹具系统中还增加了弹性辅助支撑。依据工件加工时的六点定位基本原理及以上定位方案及定位基准的分析可知：为加工A面、D面上的孔系，为保证其工艺要求必须严格限制、。因此，选用B平面和C面的轴心限制、；选用A面限制：。这样工件的六个自由度就完全限制了。4.2 工件的定位误差及产生原因使用夹具加工工件时，加工表面的位置误差与工件在夹具中的定位等因素密切相关，为了保证工件的加工精度，必须使工件中各项加工误差的总合小于或等于该工序规定的公差值。由机床夹具设计手册可知，以机床有关的加工误差见式(4.1)。 i+wx 式(4.1)式中 i与机床夹具有关的加工误差w与工序中夹具以外其他因素有关的加工误差x工序误差与机床夹具有关的加工误差i，一般包括与工件夹具中的定位误差w，工件在夹具加紧中产生的误差，夹具相对于机床成形运动的位置误差，夹具相对于刀具的位置误差，以及夹具磨损造成的加工误差等。为了给加工中其他误差因素能占有更大一些比例。由以上式子可见，应当尽量减少与夹具有关的误差，其中，除了在夹具制造、安装、调整、使用中减少所使用的误差外，在夹具设计时正确的减少工件在夹具中的定位误差，是必须解决的重要问题之一。定位误差是指用夹具装夹加工工件时，由于定位不准确引起工件某加工精度参数（尺寸、位置）的误差，称为该加工精度参数的定位误差。因此夹具设计时应当尽可能选择工序基准为定位基准，并选择精度交高的表面作为定位基准，一般定位误差控制在有关尺寸或位置公差的1315。一孔一平面作定位基准时的定位误差有任意边接触的定位误差和固定边接触的定位误差。工件定位见图4-1。 图4-1 工件的定位简图4.2.1定位误差的分析计算经分析可知：定位误差是由于精基准平面E和B内孔面引起的，与粗基准工件结构外形无关。工件和定位销之间有相对的运动，而且工件又是大批大量生产，及工件与定位销的结构与尺寸，查相关手册选用H 7/ h 6 基孔制配合：定心轴的极限尺寸。孔的极限尺寸。如图，由于定位元件（心轴）与工件内孔直径的制造误差，两者中心线将有可能不同轴，从而使工件中的加工尺寸都有了误差，其误差即为基准位移误差，用 表示，由于设计基准与工序基准重合，故无基准位移误差。由一面一定心轴误差任意边接触的计算公式见式(4.2)。 =+ 式（4.2）式中 孔的加工公差；轴的加工公差；定位孔与定位销间的最小间距； 工件在夹具中的定位误差。所以： =0.039+0.025=0.064mm定位误差分析见图 4-2。图4-2 定位误差分析计算示意图由下图可知工件在Y轴上有两道工序公差而在X轴上有一道工序公差，在Y轴上的工序公差=0.6mm和工序公差=0.32mm。在X轴上的工序公差=0.5 mm。由此可得131=0.2mm， 132=0.11 mm， 133=0.17mm ，三道工序公差的三分之一均大于定位误差= 0.064 mm. 即，所选的定位方案满足要求。工件的定位误差见图4-3。 4-3 工件定位误差图5 加工工件应选用的机床类型及该机床的特点5.1加工工件应选用的机床类型因为，该加工工件的主要加工表面为两个端面，且进行钻孔。所以，选用卧式双面钻组合机床。该支架年产量为80000件，属于大批量生产，因此该组合机床对对生产率要求很高，为了提高生产率就不得不用多工位得方案，使装卸时间和机动时间相重合。结合本工序得内容、加工步骤，以及便于装卸，减轻工人劳动强度，该组合机床选用三工位的机床形式，并设置了单独的夹具和装卸工位。另外由于要加工得支架零件不是很大，形状简单，为了便于流水线要求得生产率，以及考虑机床所占用空间位置的大小，工人操作的方便性，基于这些实际要求，采用三工位的卧式双面组合钻床。5.1.1多工位组合机床的定义多工位组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件通过工作台回转将装在工作台上的工件送至各工位或主轴箱的回转多次对工件进行加工的一种高效的专用机床。5.2组合机床的特点（与万能机床和组合机床相比较）组合机床是用按系列化准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。组合机床是随着生产的发展，有万能机床和专用机床发展来的。在过去的许多年中，机械产品加工中广泛的采用万能机床。但随着生产的发展，很多企业的产品产量越来越大，精度越来越高，如汽车、拖拉机行业的气缸体、气缸盖、变速箱、后桥等零件，采用万能机床加工就不能很好的满足要求。因为在某台机床上总是加工一种工件，是万能机床的很多部件和机构变得作用不大，工人整天忙于装夹工件、启动机床、进刀退刀、停车及卸工件等，不仅工人劳动强度很大，而且生产效率也不高，不利于保证产品加工精度。专用机床的制造就是为了解决这个矛盾。专用机床是专门用于加工一种工件或一种工件的一定工序的机床，它可以同时用许多刀具进行切削，机床的辅助动作部分的实现了自动化，结构也比万能机床简单，生产效率提高了。但专用机床的最大弱点就是加工工件稍有一点变动，它就用不上了需要另造新的机床，不能适应现代机械工业技术迅速发展、产品经常革新的需要，而且这种机床设计制造周期长，造价也高。所以，在总结实践经验的基础上，提出创造高效率的机床：它既有专用床效率高结构简单的特点，又有万能机床能够重新调整，以适应新工件加工的特点。为此，将机床上带动刀具对工件产生切削运动的部分以及床身、立柱、工作台等设计制造成通用的独立部件，称为“通用部件”。根据工件加工的需要，用这些通用部件配以部分专用部件就可组成机床，这就是组合机床它有如下优点。(1)组合机床是有大量的通用零、部件组成，故有重新改装的优越性，其通用零、部件可多次重复利用。(2)组合机床可进行多面，多工位，多轴，多刀同时加工，故是实现集中工序的最好途径，可以提高生产效率。(3)因为工序固定，可选用成熟的通用部件、精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一致性故精密度稳定。 (4)由于组合机床大多数零、部件是同类的通用部件，这就简化了机床的维修和修理。(5)自动化程度高，劳动强度低，配置灵活等。因此，依据零件的加工工艺要求，拟采用卧式三工位多轴同时加工的组合钻床。5.3组合机床的设计步骤(1)调查研究：主要对加工零件图样进行分析，对组合机床使用和制造单位进行深入细致的了解，查阅、搜集和分析国内外有关资料以取的可靠的设计依据，通过调查研究位组合机床总体设计提供必要的大量的数据、资料，做好充分的、全面的技术准备。(2)总体方案的设计：总体方案的设计主要包括制定工艺方案(确定零件在组合机床上完成的工艺内容及加工方法，选择定位基准和夹紧部位，决定工步和刀具种类及其结构形式，选择切削用量等)、确定机床配置形式、制定影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构形式。总体方案的拟定式设计组合机床的最关键的一步。方案制定的正确与否，将直接影响机床能否满足加工要求，能否保证加工精度和生产率，并且结构简单、成本较低和使用方便。多工位立式组合钻床的总体设计，组合机床设计主要是“三图一卡”的绘制，即工序图、加工示意图、组合机床联系尺寸图及编制生产率计算卡，有关内容可参考组合机床总体设计部分，在次不再作详细的介绍。(3)技术设计：它是根据总体设计已确定的“三图一卡”，设计机床各专用部件正式总图，如设计夹具、多轴箱等装配图以及根据运动部件有关参数和机床循环要求，设计液压和电器控制原理图，并按设计程序作必要的计算和验算，对前阶段中初定的数据、结构做相应的调整和修改。(4)技术设计：在技术设计通过后进行工作设计，即绘制几个专用部件的施工图样、编制各部件零件明细表。6 机床的切削力计算6.1组合机床切削用量的选择组合机床合理的选择切削用量，即确定合理的切削速度和工作进给量。这与组合机床的正常工作有很大关系。组合机床大多为多刀加工，而且常常是多种刀具（如钻头、扩孔钻、铰刀等）同时工作。计算最佳切削用量的工作比较复杂，要想从理论上来确定和理适于多刀加工的切削用量，现在还没有简便可靠的方法。目前组合机床切削用量的选择，主要是参照现场操用切削用量的情况，并根据多年来积累的一些经验数据来进行。由于的两个孔之间中心距有精度要求为，所以先钻mm的孔来满足定位要求，再在孔的基础上钻的孔。查机械加工工艺手册P3-42表3.3-8得：钻的孔选用标准直柄麻花钻，钻的孔选用的标准直柄麻花钻，钻的孔选用的标准麻花钻，钻的孔选用的标准麻花钻。根据表3.4-1可查出：钻的孔时， 0.080.10。钻的孔时，0.260.32。钻的孔时， 0.190.23。钻的孔时， 0.260.32。由于孔深和孔径之比见式(6.1) 式(6.1)式中 为孔深 毫米 为孔径 毫米当钻的空时,=(0.80.10)0.8=(0.0640.8) ,查此钻床说明书取,同上，钻的孔取，钻的孔取，钻的孔取。钻，的孔，机床用分别为3430N，4120N，4900N。查表3.4-3得，钻头强度所允许进给量分别为 0.13, 0.16, 0.21,由于所选择的进给量，故所选可用。左右轴箱的切削用量见表6-1,表6-2。表6-1 组合机床左轴箱的切削用量选择工序内容v(m/min)f(mm/r)1钻3的孔180.092钻3的孔180.093钻3的孔180.094钻3的孔180.095钻13的孔180.156钻13的孔180.157钻13的孔180.158钻13的孔180.15表6-2 组合机床右轴箱的切削用量选择工序内容v(m/min)f(mm/r)1钻16.5的孔150.212钻16.5的孔150.213钻18的孔150.214钻18的孔150.215钻18的孔150.216钻18的孔150.216.2切削力的计算 由机械加工工艺手册可知钻孔切削力的计算公式见式(6.2)： F = ( N ) 式(6.2)式中 切削力各项系数 , 1.11 切削力各项指数 , 切削用量 F切削力 切削转矩计算公式见式(6.3)M = ( N ) 式(6.3)式中 切削转矩各项系数 , 切削转矩各项指数 , 切削用量 M切削转矩切削功率见式(6.4) ( KW ) 式(6.4)式中 切削功率 KW 切削转矩 N 切削力 N 钻头直径 mm6.2.1 左轴箱切削力的计算 为:F 转矩为: 切削功率为: 6.2.2 右轴箱切削力的计算 钻的孔切削力为 F = 转矩为 切削功率 钻的孔的切削力为:F = 7 组合机床夹紧力的计算7.1夹紧力的概念 夹紧力从广义上来说，就是要正确地确定夹紧力的三个要素：作用点、方向和大小。7.1.1选择夹紧力的作用点时的注意事项夹紧力的作用点是指夹紧时，夹紧元件与工件表面的接触位置。(1)保证工件在夹紧后定位稳定。为此必须避免产生能使工件离开夹具定位表面的力系和力矩系，加紧力的作用点应在工件定位支撑面之上，或落在由诸支承块所连成的面积范围内。(2)必须保证夹紧后工件的变形最小。为此，夹紧应作用在工件刚性最好的部位，即夹紧部位应尽量靠近工件的壁和筋，并要避免设在工件被加工孔的上方。此外还要保证夹紧力和切削力不产生使工件弯曲的力矩。为此，夹紧点应力求对着定位支承面，辅助支承要尽量地布置在接近被加工表面处。(3)为了满足上述两项要求，只有一个夹紧点往往是不够的，因此，在多数情况下需对工件进行多点夹紧，力求使工件夹紧的比较稳固。但是，要实现多点夹紧，并不等于每一个夹紧部位都需要有自己单独的夹紧装置，可以借助改变压板的形状和采用联动夹紧机构来实现。7.1.2夹紧力的方向的选择夹紧力方向的选择与工件定位基准的位置，工件重力的方向和切削力的方向有着密切的联系。夹紧力的方向应朝向工件在夹具上定位时的主要基准面，因为这对于保证夹紧后工件定位的稳定性和减少工件的夹紧变形都是有利的。工件定位时，工件的位置通常仅靠其自身的重力来确定，而重力的方向永远是向下的，因此箱体零件的主要基准面多为水平面，此时希望夹紧力的方向也和重力方向一致，使工件在自身重力的作用下保持定位位置不变，然后再施以方向相同的夹紧力将工件夹紧。切削力的大小和方向，是确定夹紧方向的另一个重要因素。在加工中、小型工件时对选择夹紧参数来说，切削力的大小和方向具有重要的意义；在加工大型和中型工件时，工件本身的重量也起着很大的作用。夹紧力和切削力的相关方向可以有下列三种典型的情况：(1)夹紧力和切削力的方向一致，这一情况最为有利，通常所需的夹紧力较小。(2)夹紧力和切削力的方向相反，这是一种不利的情况，此时夹紧力必须大于切削力。(3)夹紧力和切削力的方向互相垂直，这种情况比较多见，此时，切削力是依靠夹紧力所产生的摩擦力来抵制的，因此所需的夹紧力也很大。在实际应用中常会遇到更为复杂的组合，但应尽量使夹紧力和切削力的方向一致，使切削力由定位支撑块来承受，而不是由夹紧机构或摩擦力来承受。当夹紧力不足以完全防止工件移动时，可以允许由定位销来承受部分切削力，或采用辅助支承来承受平行与主要基准面的切削力，这样便可以减少所需的夹紧力。本夹具中，由于定位孔与工件加工孔之间无精度要求，所以夹紧力与切削力是相交错的，需要比较大的夹紧力。7.1.3 夹紧力的大小的确定夹紧机与选择构和适当的动力传动装置，就必须确定所需夹紧力的大小。所需夹紧力的大小主要取决于切削力和重力的大小和方向。重力的大小和方向是不变的，而切削力的大小和方向在切削过程中是不断变化的。在切削过程中，影响切削力大小的因素很多，例如工件材质不均匀，刀具的磨损程度不同，以及切削时的冲击等等。而且，夹紧力也还取决于一系列其它的因素，例如接触表面的光洁度，工艺系统的刚性等等，因此确定切削力和所需夹紧力的大小，就是一个比较复杂的问题，实际上不可能完全准确的确定切削力和所需夹紧力的大小，而只能做很粗略的估算。为了简化问题，在确定夹紧力时，一般假定工艺系统：工件-夹具-刀具-机床都是绝对刚性的；切削过程是稳定的，而且切削参数也是固定不变的。在这些条件下，切削力可根据切削原理中的计算公式或计算图表求得，而所需的夹紧力可以从解工件在夹压后的静力平衡问题来求得。然后，为了保证夹紧可靠，在计算结果中引进安全系数作为实际所需的夹紧力。在保证机床正常和可靠工作的条件下，夹紧力愈小愈好。一位如果盲目的加大夹紧力就会造成如恶果：加大了夹具驱动机构的结构尺寸为了提高与夹紧力相关联的夹具刚性，而使夹具过于庞大；增加了工件在夹紧时的变形，从而影响加工精度。计算夹紧力，通常将夹具和工件看成一个刚性系统以简化计算。然后根据工件受切屑力、夹紧力（大型工件还应考虑重力、高速运动的工件还应考虑惯性力等）后处于静力平衡条件，计算出理论夹紧力，再乘以安全系数K,作为实际所需的夹紧力。由机床夹具设计手册可知， 实际所需夹紧力见式(7.1)。 式(7.1)式中 实际所需的夹紧力 理论夹紧力 K安全系数考虑到切削力的变化和工艺系统变形等因素，一般在粗加工时取K=2.53;精加工时取K=1.52。加工过程中切削力的作用点、方向和大小可能都在变化，估算夹紧力时应按最不利的情况考虑。在实际夹具设计中，对于夹紧力的大小并非在所有情况下都要计算确定。如对手动夹紧机构，经常根据经验或类比的方法确定所需夹紧力的数值。7.2确定夹紧力时应当注意的几个问题(1)合机床通常都是多面多工序同时加工，在一台机床上往往有大量刀具同时工作，粗加工时切削力都很大，例如在多轴钻床上加工时，其轴向切削力甚至可达数千公斤以上，因此夹紧机构便在很大的切削力作用下工作。此外，加工时震动也较大，尤其在多轴粗镗孔，刮断面和铣削的时候。当各种刀具同时工作时，切削力的方向和合力中心的位置也是经常变化的，因此在设计夹紧机构时，不仅要注意到切削力的大小，而且还要注意到切削力的方向及其合力中心的位置.(2)由于工件材料硬度不均匀，加工余量不均匀和刀具磨钝等因素的影响，往往是实际的切削力大大增加。在组和机床上多刀加工时，这种影响尤为显著。(3)组合机床夹具是保证加工精度的主要部件，因此，要注意工件夹紧后产生的变形对加工精度的影响，尤其在工件刚性差，精度要求高的情况下。更应特别注意。在这种情况下通常要求夹紧机构具有调节夹紧力的可能性。(4)为了保证夹紧可靠，应选择机床工作过程中最不利的工作情况来确定所需的夹紧力。在个面同时加工时应按相对的两个方向上的切削力不能互相抵消的最坏情况来确定所需的夹紧力。因为，由于各动力头的进给阻力不等和液压系统工作的不同步性等原因，相对两面的动力头实际上不可能同时开始或结束切削工作，因此便形成了某一个动力头单独切削工件的情况。(5)确定夹紧力时必须考虑夹紧机构的特性。直接夹紧机构的特性时夹紧后机构不能自锁，当切削力作用在与夹紧力相反的方向上时，随着切削力的增加，在夹紧力一定的情况下，就会使夹紧工件的力减少，当切削力大于夹紧力时，工件即离开定位基准。因此通常只在切削力较小和切削过程比较平稳的情况下，例如在铰孔，精镗孔和攻丝机床上，才采用直接夹紧机构。如果在切削力较大和切削不平稳的情况下采用直接夹紧机构，那么确定夹压力时考虑的安全系数就要取大些，使夹紧力大于切削力，以保证夹紧机构的可靠工作。自锁夹紧机构在夹紧工件以后，当切削力作用在于夹紧力相反的方向上时，按照自锁机构的特性，如果夹紧系统是绝对刚性的话（实际上时有变形的），铣削力有多大，夹紧机构的反作用力就有多大。因此在夹紧机构刚性较好的情况下，工件一般都不会离开定位基准。由此可见自锁夹紧机构比直接夹紧机构要可靠的多。在切削力较大和切削过程不平稳的情况下（如粗加工和铣削等），或在夹紧力与切削力相反的情况下，一般均应采用自锁夹紧机构。7.3 计算切削力及切削合力作用的位置为了确定夹紧力，必须先计算切削力。计算时，一般只考虑切削加工时的主切削力。对于不同的工艺方法，其主切削力也不同：钻孔和扩孔：只考虑轴向走刀抗力P。镗孔和短外圆车削：主切削力为圆周切削力P。刮削端面： 需要考虑垂直切削力和轴向切削力。铣削：主切削力为圆周切削力。由于组合机床通常都是多刀加工机床，在工件的同一面上有许多刀具同时切削，因此必须求出切削合力的大小及作用的位置。设各加工部位的切削力分别为P、P、P；各力作用的坐标位置为（x，y）、（x，y）、（x，y），那么切削合力的计算公式见式(7.2)。 P =P1 + P + + P = P 式(7.2)切削合力作用的坐标位置（x,y）的计算公式见式(7.3)。 式(7.3) 式中 P、P、P各加工部位的切削力 各切削力作用位置7.3.1左轴箱切削合力及其作用的位置的计算轴向力：P = 22133.87 = 4267.74 N圆周力：F = 1797.82 N左轴箱切削合力作用的位置： =123mm = -73mm7.3.2 右轴箱切削合力的计算轴向力： 圆周力： F = 1625.16 N右轴箱切削合力作用的位置： = 0 = 86.57.4夹紧力的确定 该工件的夹紧力与切削力垂直，此时，工件在切削力的作用下产生平移、转动和颠覆的趋势，因本夹具的结构特点使工件不能产生平移和颠覆的趋势。所以只需计算防止工件转动时的夹紧力值并和上章所计算出的夹紧力进行比较，得出本夹具的夹紧力是否满足要求。为防止工件产生转动所需的夹紧.一般情况下，工件在加工时，切削合力的作用线总是不同过夹具圆定位销的中心的，此时工件在切削力的作用下就有可能产生绕圆定位销中心而转动的趋势，因此夹紧力也要足以防止工件产生这样的转动。实际上菱形定位销允许承受一部分切削力并防止工件产生转动。从工件的力矩平衡条件可以得到：其受力图见图7-1。由上分析可列出力矩平衡方程见式（7.4）。 式（7.4）式中 左轴箱的切削合力理论夹紧力修正系数 左轴箱切削合力在x轴上的作用的位置 右轴箱切削合力在x轴上的作用的位置 左轴箱切削合力在y轴上的作用的位置 右轴箱切削合力在y轴上的作用的位置图7.1 工件受力图代入式(7.4)数据得25912（123+0）=164=(KF123)/246=(25912123)/164=8868N因为（10000）（16406.25），所以用手动螺旋夹紧时产生的扭矩足以抵消由用手动螺旋夹紧时产生的矩。因而油缸产生的夹紧力不需用来抵消用手动螺旋夹紧时产生的扭距，它只需用来阻止加工工件时产生的振动即可，那样的话所选的油缸能够满足本夹具的要求结论 ：由上述计算和分析可知动螺旋夹紧机构的夹紧力为10000N、螺旋杠杆夹紧机构的夹紧力为16406.25N、油缸的夹紧力为2857.4N。8 夹紧机构和夹紧动力机构的选择8.1夹紧装置的组成在加工过程中,工件会受到切削力、惯性力、离心力等外力的作用,为了保证在这些外力作用下,工件仍能在夹具中保持定位的正确位置,而不致发生位移或产生振动,一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置,把工件压紧夹牢在定位元件上. 其主要由三部分组成：(1)动力装置：动力装置是产生夹紧作用力的装置。通常是指机动夹紧时所用的气动、液压、电动等动力装置。(2)夹紧元件：夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件。通过它和工件受压表面的直接接触而完成夹紧动作。(3)中间传动机构：中间传动机构是介于力源和夹紧元件之间的传动机构，它将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件。通常把夹紧元件和中间传动机构统称为夹紧机构。8.2夹紧装置的基本要求(1)夹紧时不破环工件在夹具中占有的正确位置;(2)夹紧力要适当,即要保证工件在加工过程中定位的稳定性,又要防止因夹紧力过大损伤工件表面及夹紧变形;(3)夹紧机构操作安全、省力,夹紧迅速;(4)夹紧机构的复杂程序、工件效率应与生产类型相适应.结构应尽量简单,便于制造与维修。(5)具有良好的自锁性能。8.3夹紧机构的选择夹紧机构采用压板。为了夹紧的可靠，夹紧拉杆上插两个开口压板。8.4 夹紧动力机构的选择该机床的夹紧动力机构采用液压机构。夹紧示意图见图 8-1所示。图 8-1 夹紧示意图8.5液压夹紧机构8.5.1液压机构的特点 （与气压传动相比）(1)液体的工作压力比气体的工作压力高，一般为1.967.84兆帕，有时可达9.8兆帕以上。所以在要求产生同样大小的作用力（或力矩）时，油缸体积比气缸体积小得多，因而惯性力也小；(2)液体有不可压缩性，因此用于夹紧时刚性高；(3)可以在比较大的调速范围内实现无极调整；(4)工作平稳，油有吸震能力，便于实现频繁的换向；(5)操纵简单，便于实现自动化，气、液、电联合应用时更能充分发挥各自的优点以实现复杂的自动工作循环；(6)易于实现部件过载保护，超负荷时油液可从安全溢流阀自动溢流；(7)系统工作时，工作介质油液可以自动润滑运动偶件 ，有利于提高元件使用寿命；(8)易于实现零部件的通用化、标准化，便于组织专业化生产。由于液压传动具有以上特点，所以在机床和机床夹具中得到了广泛应用。8.5.2 液压传动的一些不足(1)容易漏油，这不但引起压力损失，同时也会造成对工作环境的污染；(2)液压元件制造精度要求高，因而其成本比气压元件高；(3)系统工作时噪声较大；(4)控制系统比气压传动的复杂，不适合远距离操作；(5)由于油的粘度，在高温和低温条件下不易正常工作。因此，在液压传动装置的设计过程中，尽可能的扬长避短，使其充分发挥液压系统的优点。8.5.3 液压传动装置各个部分的设计与选择(1)动力部分的设计和选择：动力部分主要是指能提供满足预定要求的压力和流量的工作油液，以保证系统的正常工作。常用元件有电动泵、手动泵、气液增压器、液压增压器等。综合考虑现选用电动泵作为液压传动系统的动力装置。(2)控制部分的设计与选择：控制部分主要是指保证系统各个部分准确的按照设计的要求完成负载过载保护切换空载这样一个循环过程。常用元件主要有：用于换向作用的方向阀（单向阀、转阀、手动滑阀、机动滑阀、电磁阀、液动滑阀）；用于稳压作用的稳压阀（各种类型的减压阀）；用于显示压力、保护流量、自动切断通路的过载保护阀（溢流阀、压力继电器、压力表）。(3)执行部分的设计与选择：执行部分主要是指将压力能转化为机械能的装置，以达到直接驱动夹具上的夹紧机构动作的目的，常用元件有：直动液压缸；回转液压缸两种。在本传动装置中选用直动液压缸作为执行部件。(4)辅助装置的设计与选择：辅助装置是夜压部分的主要附件，是用于连接各个传动装置的零部件，以确保液压系统的安全、可靠工作的重要保障。常用元件有：管路、接头、油箱、蓄能器等。(5)定位夹紧机构是使工件得到正确的定位及可靠的夹紧的。其结构、尺寸的设计详细情况见有关的定位装置的设计、夹紧装置的设计，在次不再赘述。8.5.4液压装置传动部分基本回路的设计(1)液压传动基本回路的要求：必须保证系统有稳定的工作压力，由于加工零件不同，切削条件不一样，所采用的夹具也是不一样的，因此对夹紧力的要求也是不一样的，所以，一个液压源欲能适应各种不同的要求，在系统中必须设置稳压回路和调压回路；当有多缸同时工作时，要求在时间和空间上协调一致，不应产生干涉现象，在设计压力系统时，应设计多缸之间的配合回路或者是相互独立的回路；在大批量生产中，为节约辅助时间，要求在一个工作循环完毕之后，能自动换向，以便于操作者装卸工件，因此系统必须设有换向回路；要确保安全，管路应尽可能的简单、维修方便。(2)基本回路的连接方式：常用的基本回路连接方式有三种：管式连接、板式连接、集成块连接。管式连接是以油管和接头连接成的回路，其特点是灵活性大，易实现各种方案的回路控制，但是管路松散，安装、维修不够方便；摩擦阻力和压力损失比较大，加剧油液温度升高。板式连接是以铸孔板、钻孔板等板式元件代替油管和接头组成的回路，安装维修方便，摩擦阻力和压力损失较小，但夹板密合要求较高，易发生高低压油串通，使机构动作失调。集成块连接是元件与元件直接接触，用长螺栓杆连在一起组成回路，其结构紧凑、体积小，组装维修方便、密封简单、漏油部位少，但元件之间密合要求较高，制造精度较高，制造成本较高。综合考虑，液压传动基本回路拟选用管式连接。 (3)液压夹具的基本回路的原理图如下见图8-2： 图8-2 液压夹具的基本回路的原理图在这里为了保障加工的顺利进行，采用带有联锁装置的稳压回路。其工作过程如下，由定量泵供油，当油缸活塞向上动作夹紧工件后，油压增高，压力继电器动作断开电机电路，使油泵停止工作。 当压力低于预定压力时，压力继电器又接通电机，继续使油泵供油。适用于加工时间较长的机床夹具，节约动力和防止油温过高。8.5.5油缸的选择参数计算 根据加工工件的结构特点，本夹具的两个液压缸都选择用前法兰式夹紧油缸。油缸的型号是T5014、型式、缸径45、活塞杆25、行程30的油缸。选择油缸工作油的工作压力P=2.6MPa,见表8-1。表8-1 油缸工作压力与活塞杆直径的关系工作压力（兆帕）活塞杆直径d 2（0.2-0.4）D2 50.5D5 100.7D所以液压缸的夹紧力见式(8.1)： 式(8.1)式中 液压夹紧力活塞半径活塞杆半径工作压力将已得到的数值代入得 =2857.4N8.6螺旋夹紧机构及其夹紧力的计算在本夹具中应用了一个螺旋夹紧机构和一个螺旋杠杆夹紧机构，夹紧力的计算公式见式(8.2) ,式（8.3）。 式(8.2)Q= 式(8.3)式中 Q 夹紧力（公斤）；M加在螺旋夹紧机构上的夹紧扭矩（公斤.毫米）；r螺纹的平均半径（毫米）；螺纹的升角，Z螺纹的头数；t螺纹的螺距（毫米）；螺纹的摩擦角，tgf,取f=0.18则10f摩擦系数。 为了方便计算，令K= tg(+),则见表8-2。表8-2采用公制螺纹夹紧时的不同直径螺纹的K值。螺纹外径d(毫米)1620242730螺距t(毫米)22.5333.5平均半径r(毫米)7.359.1911.0312.5313.86升角229229229211218K值（毫米）1.632.032.442.703.02因为本人所采取的螺旋夹紧的螺纹外径是14和30。为安全起见14的螺旋夹紧的K值取1.5。30螺旋夹紧的K值取3.02。当采用手动螺旋夹紧时，夹紧扭矩为见式（8.4）：M=PL 式（8.4）式中 M夹紧扭矩，公斤.毫米；P加在扳手上的力（公斤）；L扳手的力臂长度（毫米）；在组合机床夹具上，加在扳手上的力推荐为P=810公斤，最大应不超过15公斤。扳手的力臂长度一般为L14d (d 为螺纹外径)。由实际情况取p=15公斤，30螺旋夹紧的L=84mm、14的螺旋夹紧的L因用增力杆取L=100mm。对于30螺旋夹紧机构的夹紧力见式(8.5) 式(8.5)式中 夹紧机构的夹紧力(牛顿)；加在扳手上的力（公斤）；扳手的力臂长度（毫米）；夹紧系数代人式子得：= =10000 N对于14螺旋杠杆夹紧机构的夹紧力平衡图见图8-3。 图8-3 14螺旋杠杆夹紧机构的夹紧力平衡图 由此可得夹紧力方程见式（8.6） 、式（8.7）。 式（8.6） 式（8.7）式中 13.5孔螺旋夹紧力14螺旋杠杆夹紧机构的夹紧力切削力力臂夹紧力力臂长度数据代入式（8.7）得=带入式（8.6）得=16406.25 N9 导向装置9.1导向装置概述在组合机床上完成的孔的加工工序中，除采用“刚性主轴”加工方法外，在大多数情况下，切削刀具都在导向装置中工作，因此，具有精密的导向便成为组合机床刀具工作的显著特点之一。组合机床夹具上的导向装置是作为引导刀具对工件进行切削加工的重要装置。导向装置的作用在于：保证刀具对于工件的正确位置；保证各刀具相互间的正确位置和提高刀具系统的支撑刚性。因此，它对于保证加工精度和机床的可靠工作有着重要的影响。刀具导向装置在一般情况下都是固定的设置在机床夹具上的，而且成为组合机床夹具的一个重要组成部分。组和机床的刀具导向装置，具有多种不同的结构形式，但根据其运动形式的不同，可将导向装置大致分为两类：第一类导向装置这类导向装置的导套安装在机床夹具的转模板上，而且是固定不动的，刀具或刀杆本身在刀套内既有相对转动又有相对移动，例如钻孔以及大多数扩孔和铰孔的刀具导向。第二类导向装置这类导向装置带有可旋转的部分。旋转部分可以作在刀杆上，也可以设在夹具的转模板上，此时刀杆本身在刀套内只有相对移动而无相对转动 ，我们常见的各种镗孔导向都属于这一类。9.2导套的类型刀具导引元件多用在钻床及镗床夹具中.前者称钻模套筒,简称钻套；后者称镗模套筒，简称镗套，两者又可统称为导套。导套可分为不动式及回转式两大类。不动式导套又可分为固定的，可换的及快换的三大种。由于该工件是大批量生产，所以可采用可换钻套，它可过渡配合自由地装在衬套中，而衬套则固装在夹具中，沿逆时针方向转动，钻套由螺钉固定。当钻套磨损后，卸下螺钉，更换新的钻套。可迅速方便的调换导套。9.3钻套钻套可按其结构和使用情况,可分为固定式、可换式、快换式和特殊钻套,前三种钻套均已标准化。9.3.1钻套高度H，排屑间隙h钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等因素有关.钻套高度H愈大,刀具与导套中心距间可能产生的偏倾角越小，因此精度也越高，刀具的导向性越好,但刀具与钻套的摩擦越大,但H与d之比越大，则刀具带入导套的切屑越易于使刀具和导套受钻套的下端必须离工件有一定距离h，如图,是因为要使得大部分的切屑容易从四周排出，而不至于被刀具同时带入到导套中，以免刀具被卡死或切削刃在导套中容易被磨钝，钻套底部与工件间的距离h称为排屑间隙。h到磨损。一般取H=（12.5）d。值应适当选取，h值太小时，切屑难以自由排出，使加工表面被损坏；h值太大时，会降低钻套对钻头的导向作用，影响加工精度。因为是加工钢,所以h=(0.71.5)d，由于其都为可换钻套，按机械制造课程设计P181表9-9，P184表9-13，查得(1)四个的孔应用钻套取h=d=13mm,取(2)八个的孔应用钻套取(3)两个的孔应用钻套取9.3.2钻套标记(1)四个的孔应用钻套，公差带为F7;D=22mm,公差带为m6,配用螺钉为M8,则它标记为：钻套。(2)八个的孔应用钻套，公差带为F7;D=26mm,公差带为m6,配用螺钉为M8, 则它标记为：钻套。(3)两个的孔应用钻套，公差带为F7;D=26mm,公差带为m6,配用螺钉为M8, 则它标记为：钻套。各符号对应见图9-1。 图9-1 可换钻套简图9.4衬套由机械加工工艺手册P3-36查得钻套用的衬套:。各符号对应见图9-2。图9-2 衬套简图10 夹具体设计10.1夹具体设计的基本要求 夹具体是夹具的基础件。在夹具体上安装组成该夹具所需要的各种元件、机构和装置等。设计时应满足以下基本要求：(1)应有足够的强度和刚度：保证在加工过程中，夹具体在加紧力、切削力等外力的作用下，不致使夹具体产生不允许的变形和振动。(2)结构简单，具有良好的工艺性：在保证良好的工艺条件下，力求结构简单、体积小、重量轻，特别是对于移动或翻转夹具，其重量不应太大（一般不超过10 Kg），以便于操作。(3)尺寸要稳定：对于铸造夹具体，要进行时效处理；对于焊接夹具体，要进行退火处理，以消除应力，以保证夹具体加工尺寸的稳定。(4)夹具体应便于排屑：为防止加工中切屑聚集在定位元件表面或其他装置中，而影响工件的正确定位和夹具的正常工作，设计夹具体时，要考虑切屑的排屑问题。10.2夹具体毛坯结构的选择：综合考虑结构的合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性以及工厂的具体条件选用铸造结构的夹具体。其主要特点是：可以铸造出复杂的结构形状。抗压强度大、抗振动性好。易于加工，适用于切屑负载大、振动大而且加工批量较大的场合。但其制造周期长，易产生内应力，故应进行时效处理。材料多采用：HT1523 或者HT2040 。10.3夹具体的排屑结构：由于夹具体是悬空设置的以及工件的结构影响，夹具体对工件的加工过程中的排屑有很大的影响。因此，在夹具体的设计过程当中特别考虑了排屑结构的设计问题，其详细的结构设计见夹具总图中，在次不再赘述。10.4夹具体的吊装装置的设计：设计大型夹具时，需要在夹具体上设置供起吊用的装置，一般情况下采用吊环螺钉、或起重螺栓。吊环螺钉可按GB825-76选用，起重螺栓可按国标夹具零部件中GB2225-80选用，依据夹具体的重量现选用M10的其重螺栓。夹具体的结构尺寸见表10-1。 表10-1 夹具体的结构尺寸夹具体结构尺寸夹具体侧壁厚h20 mm夹具体加强筋厚度38 mm夹具体加强筋高度124 mm夹具体上、下壁厚h25 mm夹具体座耳螺栓直径16 mm夹具体座耳 D18 mm夹具体座耳 D138 mm夹具体座耳 h5 mm夹具体座耳 L25 mm夹具体座耳 H46 mm结 论本次设计，我主要设计了卧式双面十轴钻组合机床夹具及液压系统设计，使我加深了对所学知识的理解，并且大大加强了对所学知识综合运用的能力，初步能应用相关知识解决实际中出现的问题。但最重要的是我系统的学到了组合机床的设计思路和设计方法。在头脑中建立了一套设计的思想和基本框架。通过上述分析、设计和各方面的考虑，我认为该夹具在实用性、安全性和强度方面应该能满足要求。今后我要在各种机械设备的结构及设计方法方面进行进一步的学习，以适应以后工作的需要。参 考 文 献1王先逵.机械加工工艺手册M.机械工业出版社，2007.2曾正明.机械工程材料手册M.机械工业出版社，2003.3孙恒.组合机床设计（第一册）M.机械工业出版社,1997.4徐发仁.气动液压机床夹具设计M.机械工业出版社,1997. 5王晓华.机床夹具设计手册M.上海科学技术出版社,1991.6龚安会.机床夹具设计M.机械工业出版社,1991.7周宏甫.机械制造技术基础M.高等教育出版社,2004.8谢铁邦.互换性与技术测量M.华中科技大学出版社,1998.9邱宣华.机械设计M.高等教育出版社,2006.10邹青.机械制造技术课程设计制导M.机械工业出版社,2004.11刘鸿文.材料力学M.机械工业出版社,2003.12郭玲文.AutoCAD2004M.机械工业出版社,2004. 13WeiGao,Satoshi Kiyono and Takamity Sugawara. High-accuracy roundness measurement by a new error separation methodJ. Precision engineering ,1997,21:123-133. 14A.M.SHAWKY and M.A.ELBESTAWI. In-process evaluation of workpiece geometrical tolerances in bar turningJ.Evaluation of workpiece Geometrical Tolerances ,1996,PP33-46,致 谢本设计能够得以顺利完成，首先在此衷心的感谢所有提供过帮助的老师和同学。在设计的全过程中得到韩翔老师的全力指导。在我遇到设计中平时没学到的知识时，他给我指点、讲解，让我受益匪浅。在韩老师的指导下我阅读了许多有益于设计的书籍，学到了许多以前没有学过的知识，我想这些对我以后的工作和学习都会起着重大的影响。在设计过程中还得到了同组同学的热心帮助，我们一起研究，一起讨论，攻克难关，相互之间的交流也让我的设计思路进一步灵活和完善。当然，该论文难免有不足和漏洞之处，欢迎老师们批评指正。再次深表感谢！ 附录英文原文N/C Machine Tool Elements FromEnglish for Machinery N/C machine tool elements consist of dimensioning systems, control systems, servomechanisms and open-or closed-loop systems. It is important to understand each element prior to actual programming of a numerically controlled port.The term measuring system in N/C refers to the method a machine tool uses to move a part from a reference point to a target point. A target point may be a certain locating for drilling a hole, milling a slot, or other machine operation. The two measuring systems used on N/C machines are the absolute and incremental. The absolute measuring system uses a fixed reference point. It is on this point that all positional information is based. In other words, all the locations to which a part will be moved must be given dimensions relating to that original fixed reference point. Figure shows an absolute measuring system with X and Y dimensions, each based on the origin. The incremental measuring system has a floating coordinating system. With the incremental system, the time the part is moved. Figure 16.2 show X and Y values using an incremental measuring system. Notice that with this system, each new location bases its values in X and Y from the preceding location. One disadvantage to this system is that any errors made will be repeated throughout the entire program, if not detected and corrected.There are two types of control systems commonly used on N/C equipment: point-to-point and continuous path. A point-to-point controlled N/C machine tool, sometimes referred to as a positioning control type, has the capability of moving only along a straight line. However, when two axes are programmed simultaneously with equal values a 45 angle will be generated. Point-to-point systems are generally found on drilling and simple milling machine where hole location and straight milling jobs are performed. Point-to-point systems can be utilized to genetate arcs and angles by programming the machine to move in a series of small steps. Using this technique, however, the actual path machined is slightly different from the cutting path specified.Machine tools that have the capability of moving simultaneously in two or more axes are classified as continuous-path or contouring. These machines are used for machining arcs, radii, circles, and angles of any size in two or there dimensions. Continuous-path machines are more expensive than point-to-point systems and generally require a computer to aid programming when machining complex contours.N/C servomechanisms are devices used for producing accurate movement of a table or slid along an axis. Two types of servos are commonly used on N/C equipment: electric stepping motors and hydraulic motors. Stepping motor servos are frequently used on less expensive N/C equipment. These motors are generally high-torque power servos and mounted directly to a lead screw of a table or tool slide. Most stepping motors are actuated by magnetic pulses from the stator and rotor assemblies. The net result of this action is that one rotation of the motor shaft produces 200 steps. Connection the motor shaft to a 10-pitch lead screw allows 0.0005-in. movements to be made. Hydraulic servos produce a fluid pressure that flows through gears or pistons to effect shaft rotation. Mechanical motion of lead screws and slides is accomplished through various values and controls from these hydraulic motors. However, they are more expensive and noisy. Most larger N/C machines use hydraulic servos.N/C machines that use an open-loop system contain no-feedback signal to ensure that a machine axis has traveled the required distance. That is, if the input received was to move a particular table axis 1.000 in, the servo unit generally moves the table 1.000 in. There is no means for comparing the actual table movement with the input signal, however, The only assurance that the table has actually moved 1.000 in. is the reliability of the servo system used. Open-loop systems are, of course, less expensive than closed-loop systems. A closed-loop system compares the actual output with the input signal and compensates for any errors. A feedback unit actually compares the amount the table has been moved with the input signal. Some feedback units used on closed-loop systems are transducers, electrical or magnetic scales, and synch. Closed-loop systems greatly increase the reliability of N/C machines.Machining CentersMany of todays more sophisticated lathes are called machining centers since they are capable of performing, in addition to the normal turning operations, certain milling and drilling operations. Basically, a machining center can be thought of as being a combination turret lathe and milling machine. Additional features are sometimes included by manufacturers to increase the versatility of their machines.Numerical ControlOne of the most fundamental concepts in the area of advanced manufacturing technologies is numerical control (NC). Prior to the advent of NC, all machine tools were manually operated and controlled .Among the many limitations associated with manual control machine tools, perhaps none is more prominent than the limitation of operator skills. With manual control, the quality of the product is directly related to and limited to the skills of the operator. Numerical control represents the first major step away from human control of machine tools.Numerical control means the control of machine tools and other manufacturing systems through the use of prerecorded, written symbolic instructions. Rather than operating a machine tool, an NC technician writes a program that issues operational instructions to the machine tool. For a machine tool to be numerically controlled, it must be interfaced with a device for accepting and decoding the programmed instructions, known as a reader.Numerical control was developed to overcome the limitation of human operators, and it has done so. Numerical control machines are more accurate than manually operated machines, they can produce parts more uniformly, they are faster, and the long-run tooling costs are lower. The development of NC led to the development of several other innovations in manufacturing technology:Electrical discharge machining.Laser cutting.Electron beam welding.Numerical control has also made machine tools more versatile than their manually operated predecessors. An NC machine tool can automatically produce a wide variety of parts, each involving an assortment of widely varied and complex machining processes. Numerical control has allowed manufacturers to undertake the production of products that would not have been feasible from an economic perspective using manually controlled machine tools and processes.Like so many advanced technologies, NC was born in the laboratories of the Massachusetts Institute of Technology. The concept of NC was developed in the early 1950s with funding provided by the U. S. Air force. In its earliest stages, NC machines were able to make straight cuts efficiently and effectively.However, curved paths were a problem because the machine tool had to be programmed to undertake a series of horizontal and vertical steps to produce a curve. The shorter is the straight lines making up the steps, the smoother is the curve. Each line segment in the steps had to be calculated.This problem led to the development in 1959 of the Automatically Programmed Tools (APT) language. This is a special programming language for NC that uses statements similar to English language to define the part geometry, describe the cutting tool configuration, and specify the necessary motions. The development of the APT language was a major step forward in the further development of NC technology. The original NC systems were vastly different from those used today. The machines had hardwired logic circuits. The instructional programs were written on punched paper, which was later to be replaced by magnetic plastic tape. A tape reader was used to interpret the instructions written on the tape for the machine. Together, all of this represented a giant step forward in the control of machine tools. However, there were a number of problems with NC at this point in its development.A major problem was the fragility of the punched paper tape medium. It was common for the paper tape containing the programmed instructions to break or tear during a machining process. This problem was exacerbated by the fact that each successive time a part was produced on a machine tool, the paper tape carrying the programmed instructions had to be rerun through the reader. If it was necessary to produce 100 copies of a given part, it was also necessary to run the paper tape through the reader 100 separate times. Fragile paper tapes simply could not withstand the rigors of a shop floor environment and this kind of repeated use.This led to the development of a special magnetic plastic tape. Whereas the paper tape carried the programmed instructions as a series of holes punched in the tape, the plastic tape carried the instructions as a series of holes punched in the tape, the plastic tape carried the instructions as a series of magnetic dots. The plastic tape was much stronger than the paper taps, which solved the problem of frequent tearing and breakage. However, it still left two other problems.The most important of these was that it was difficult or impossible to change the instructions entered on the tape. To make even the most minor adjustments in a program of instructions, it was necessary to interrupt machining operations and make a new tape .It was also still necessary to run the tape through the reader as many times as there were parts to be produced. Fortunately, computer technology became a reality and soon solved the problems of NC associated with punched paper and plastic tape.The development of a concept known as direct numerical control (DNC) solved the paper and plastic tape problems associated with numerical control by simply eliminating tape as the medium for carrying the programmed instructions. In direct numerical control .machine tools are tied, via a data transmission link, to a host computer. Programs for operating the machine tools are stored in the host computer and fed to the machine tool as needed via the data transmission linkage. Direct numerical control represented a major step forward over punched tape and plastic tape. However, it is subject to the same limitations as all technologies that depend on a host computer. When the lost computer goes down, the machine tools also experience downtime. This problem led to the development of computer numerical control.The development of the microprocessor allowed for the development of programmable logic controllers (PLCs) and microcomputers. These two technologies allowed for the development of computer numerical control (CNC).With CNC, each machine tool has a PLC or a microcomputer that serves the same purpose. This allows programs to be input and stored at each individual machine tool. It also allows programs to be developed off-line and downloaded at the individual machine tool. CNC solved the problems associated with downtime of the host computer, but it introduced another known as data management. The same program might be loaded on ten different microcomputers with no communication among them. This problem is in the process of being solved by local area networks that connect microcomputers for better data management. Cutting Tool GeometryShape of cutting tools, particularly the angles, and tool material are very important factors. Angles determine greatly not only tool life but finish quality as well. General principles upon which cutting tool angles are based do not depend on the particular tool, Basically, the same considerations hold true whether a lathe tool, a milling cutter, a drill, or even a grinding wheel are being designed. Since, however the lathe tool, depicted in Fig. 18.1, might be easiest to visualize, its geometry is discussed. Tool features have been identified by many names. The technical literature is full of confusing terminology. Thus in the attempt to cleat up existing disorganized conceptions and nomenclature, this American Society of Mechanical Engineers published ASA Standard B5-22-1950. What follows is based on it.A single-point tool is a cutting tool having one face and one continuous cutting edge, Tool angles identified in Fig. 18.2 are as follows:Tool angle 1, on front view, is the back-rank angle. It is the angle between the tool face and a line parallel to the tool base of the shank in a longitudinal plane perpendicular to the tool base. When this angle is downward from front to rear of the cutting edge, the rake is positive; when upward from front to black, the rake is negative. This angle is most significant in the machining process, because it directly affects the cutting force, finish, and tool life.The side-rake angle, numbered 2, measures the slope of the face on a cross plane perpendicular to the tool base. It, also, is an important angle, because it directs chip flow to the side of the tool post and permits the tool to feed more easily into the work.The end-relief angle is measured between a line perpendicular to the base and the end flank immediately below the end cutting edge; it is numbered 3 in the figure. It provides clearance between work and tool so that its cut surface can flow by with minimum rubbing against the tool. To save time, a portion of the end flank of the tool may sometimes be lest ungrounded, having been previously forged to size. In such case, this end-clearance angle, numbered 4, measured to the end flank surface below the ground portion, would be larger than the relief angle.Often the end cutting edge is oblique to the flank. The relief angle is then best measured in a plane normal to the end cutting edge angle. Relief is also expressed as viewed from side and end of the tool.The side-relief angle, indicated as 5, is measured between the side flank, just below the cutting edge, and a line through the cutting edge perpendicular to the base of the tool. This clearance permits the tool to advance more smoothly into the work.Angle 6 is the end-cutting-edge angle measured between the end cutting edge and a line perpendicular to the side of the tool shank. This angle prevents rubbing of the cut surface and permits longer tool file.The side-cutting-edge angle, numbered 7, is the angle between the side cutting edge and the side of the tool shank. The true length of cut is along this edge. Thus the angel determines the distribution of the cutting forces. The greater the angle, the longer the tool life; but the possibility of charter increases. A compromise must, as usual, be reached.The nose angle, number 8, is the angle between the two component cutting edges. If the corner is rounded off, the arc size is defined by the nose radius 9. The radius size influences finish and chatter. Sand CastingThe first stage in the production of sand castings must be the design and manufacture of a suitable pattern. Casting patterns are generally made from hard word and the pattern has to be made larger than the finished casting size to allow for the shrinkage that takes place during solidification and cooling. The extent of this shrinkage varies with the type of metal or alloy to be cast. For all but the simplest shapes the pattern will be made in two or more pieces to facilitate molding. If a hollow casting is to be made the pattern design will include extension pieces so that spaces to accept the sand core are molded into sand. These additional spaces in the mould are termed core prints.Sand moulds for the production of small and medium-sized castings are made in a molding box. The mould is made in two or more parts in order that the pattern may be removed.The drag half of the mould box is placed on a flat firm board and the drag half of the pattern placed in position. Facing sand is sprinkled over the pattern and then the mould box is filled with molding sand. The sand is rammed firmly around the pattern. This process of filling and ramming may be done by hand but mould production is automated in a large foundry with the mould boxes moving along a conveyor, firstly to be filled with sand from hoppers and then to pass under mechanical hammers for ramming. When ramming of the sand is complete, excess sand is removed to leave a smooth surface flush with the edges of the molding box.The completed drag is now turned over and the upper, or cope, portion of the moulding box positioned over it. The cope half of the pattern is placed in position, correct alignment being ensured by means of small dowel pins. Patterns for the necessary feeder, runner and risers are also placed so as to give an even distribution of metal into the mould cavity. The risers should coincide with the highest readily escape from the mould. The sizes of risers should be such that the metal in them does not freeze too rapidly. An important function of a riser is to act as reservoir of liquid metal to feed solidification within the mould. A thin coating of dry parting sand is sprinkled into mould at this stage. This is to prevent the cope and drag sticking together when the cope half is moulded. The cope is now filled with moulding sand and this is rammed firmly into shape in the same manner as in the making of the drag.After the ramming of sand in the cope is completed the two halves of the moulding box are carefully separated. At this stage venting of the moulding box are carefully separated. At this stage venting of the mould can be done, if necessary, to increase the permeability of the mould. After venting the patterns are carefully removed from both cope and drag, and a gate or gates are carefully cut to connect the runner channel with the main cavity. Gates should be sited to allow for entry into mould with a minimum of turbulence. Any loose sand is gently blown away and if a core is to be used it the cope upon the drag and it is then ready for use. Liquid metal is poured smoothly into the mould via the feeder. Pouring ceases when liquid metal appears at the top of the risers and the feeder channel is also full.When the metal that has been poured into a sand mould has fully solidified the mould is broken and casting is removed. The casting still has the runner and risers attached to it and there will be sand adhering to portions of the surface. Runners and risers are cut off and returned to the melting furnace. Sand cores are broken and adherent sand is cleaned from the surface by vibration or by sand blasting with dry sand. Any fins or metal flash formed at mould parting lines are removed by grinding and the castings are then ready for inspection.The main Elements of Horizontal Milling MachinesColumn and base The column and base form the foundation of the complete machine. Both are made from cast iron, designed with thick sections to ensure complete rigidity and freedom form vibration. The base, upon which the column is mounted, is also the cutting-fluid reservoir and contains the pump to circulate the fluid to cutting area.The column contains the spindle, accurately located in precision bearings. The spindle id driven through a gearbox from a vee-belt drive from the electric motor housed at the base of column. The gearbox enables a range of spindle speeds to be selected. In the model shown, twelve spindle speeds from 32 to 1400rev/min are available. The front of column carries the guide ways upon which the knee is located and guided in a vertical direction.KneeThe knee, mounted on the column guide ways, provides the vertical movement of the table.Power feed is available, through a gearbox mounted on the side, from a separate built-in motor, providing a range of twelve feed rates from 6 to 250mm/min. Drive is through a lead screw, whose bottom end is fixed to machine base. Provision is made to raise and lower the knee by hand through a leadscrew and nut operates by a hand wheel at the front. The knee has guide ways on its top surface giving full-width support to the saddle and guiding it in a transverse direction.lock is provided to clamp the knee in any vertical position on the column.SaddleThe saddle, mounted on the knee guide ways, providers the transverse movement of the table.Power feed is provided through the gearbox on the knee. A range of twelve feeds is available, from 12 to 500mm/min. Alternative hand movement is provided through a leadscrew and nut by a hand heel at the front of the knee.Camping of saddle to the knee is achieved by two clamps on the side of the saddle.The saddle has dovetail gun its upper surface, at right angles to the knee guideways, to provide a guide to the table in a longitudinal direction.TableThe table provides the surface upon which all workpieces and workholding equipment are located and clamped. A series of tee slots is provided for this purpose. The dovetail guides on undersurface locate in the guideways on the saddle, giving straight-line movement to the table in longitudinal direction at right angles to the saddle movement.Power feed is provided from the knee gearbox, through the saddle, to the table leadscrew. Alternative hand feed is provided by a handwheel at each end of the table. Stops at the front of the table can be set to disengage the longitudinal feed automatically in each direction.SpindleThe spindle, accurately mounted in precision bearings, provides the drive for the milling cutters. Cutters can be mounted straight on the spindle nose or in curter-holding devices which in turn are mounted in the spindle, held in position by a drawbolt passing the hold spindle.Spindles of milling machines have a standard spindle nose to allow for easy interchange of cutters and cutter-holding devices. The bore of the nose is tapered to provide accurate location, the angle of taper being 1. The diameter of the taper depends on the size of the machine and may be 30,40,or 50 IST. Due to their steepness of angle, there tapers known as non-stick or self-releasing- cannot be relied upon to transmit the drive to the cutter or cutter-holding device. Two driving keys are provided to transmit the drive.Over arm and arbor supportThe majority of cutters used on horizontal machines are held on arbor which is located and held in the spindle.Due to the length of arbors used, support is required at the outer end to prevent deflection when cutting takes place. Support is provided by an arbor-support bracket, clamped to an over arm which is mounted on top of the column in a dovetail slide. The over arm is adjustable in or out for different lengths of arbor, or can be fully pushed in when arbor support is not required. Two clamping bolts are support is located in the over arm dovetail and is locked by which the arbor runs during spindle rotation.中文翻译 数控机床的组成部分数控机床的组成部分包括测量系统、控制系统、伺服系统及开环或闭环系统，在对数控零件进行实际程序设计之前，了解各组成部分是重要的。数控中，测量系统这一术语指的是机床的两种测量系统是绝对测量系统和增量测量系统。绝对测量系统采用固定基准点，所有的位置信息正是一这一点为基准。换句话说，必须给出一个零件运动的所有位置相对于原始固定基准点的尺寸关系。图16.1表示X和Y两维绝对测量系统，每维都以原点为基准。增量测量系统有一个移动的坐标系统。运动增量系统时，零件每移动一次，机床就建立一个新的原点。图16.2表示使用增量测量系统时的X和Y的值。注意，使用这个系统时，每个新的位置在X和Y镯上的值都是建立在前一个位置之上的。这种系统的一个缺点是，如果产生的任何错误没有被发现与校正，则错误会在整个过程中反复存在。用于数控设备的控制系统通常有两类，即点位控制系统和连续控制系统。点位控制数控机床只有直线运动的能力。然儿，当沿两琢线以等值同时编程时，会形成45斜线。点位控制系统常用于需确定孔位的转床和需进行直线铣销加工的简单铣床上。点位控制系统可通过程序控制机床，以一系列小步运动形成弧线和斜线。然儿，用这种方法时，实际加工轨迹与规定的切削轨迹留有不同。具有在两个或多个坐标做方向上同时运动的能力的机床，归属连续轨迹控制或轮廓控制类机床。这些机床用于加工两维或三维空间中各种不同大小的弧行、圆角、圆及斜角。连续轨迹控制的数控机床比点位控制的机床贵得多，在加工复杂轮廓时，一般需要计算机辅助程序设计。数控伺服机构是使工作台或滑座沿座标柞准确运动的装置。用于数控设备的伺服机构通常有两种：步进电机和液压马达。步进电机伺服机构用于不太贵重的数控设备上。这些电机通常是大转矩的伺服机构，直接安装在工作台或刀座的丝杆上。大多数步进电机是由来自定子和转子组件的磁力脉冲驱动的，这种作用的结果是电机主状一转产生200步矩。把电机注解接在10扣/英寸的丝杆上，每步能产生0.0004英寸的移动。液压伺服马达使压力液体流过齿轮或拄塞，从而使周转动。丝杆和滑座的机械运动是通过各种阀和液压马达的控制来实现的。液压伺服马达产生比步进电机更大的转矩，但比步进电机贵，且噪声很大。大多数大型数控机床使用液压伺服机构。使用开环系统的数控机床，没有反馈信号来确保机床的坐标做是否运动了所需的距离。即，如果接受的输入信号是使一特定工作台坐标做移动1.000英尺的唯一保证是闭环系统便宜。闭环系统能够将实际输出与输入信号加以比较，并对任何误差进行补偿。反馈装置真实地将工作台加以比较，并对任何误差进行补偿。反馈装置真实地将工作台已运动的量与输入信号进行比较。用于闭环系统的一些反馈装置是
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