粗镗连杆大头孔专用镗床总体及夹具设计

目录1前言 12机床总体设计 4组合机床工艺方案的拟定 4本机床所要加工零件的加工工序和加工精度 4被加工零件的特点 4机床配置型式选择 5机床总体方案论证-“三图一卡” 5被加工零件工序图 5加工示意图 6机床联系尺寸图 10机床生产率计算卡 113夹具设计 14概述 14机床夹具在机械加工中的作用 14机床夹具的分类 15机床夹具的组成 15本次设计的具体任务 15定位方案的分析与确定 16定位误差分析 16确定夹紧方式 19确定夹紧力 19夹具体的设计 22其它元件的设计 23加工精度分析 234结论 25参考文献 26附录 281前言本次设计的课题是设计出一台双面卧式专用镗床，用于连杆大头孔的粗镗加工，具体设计任务是进行总体设计及夹具设计，并能保证设计出来的机床能满足加工要求，保证加工精度，并能尽量减少成本。本课题来源于江苏高精机电装备，被加工零件是YSD90Q连杆，材料是42CrMo为了保证该连杆大头孔（Φ60的通孔）粗镗的尺寸精度、位置精度、以及客户对生产效率的要求，需要设计一台能满足加工要求的组合机床。随着生产的发展，很多工厂的产品产量在不断的扩大，精度要求也越来越高，有的时候采用通用机床已很难满足要求，这时需要采用专用机床。专用机床是专门为一种或几种工件特定工序设计制造的，因此大多数专用机床只能单件生产，制造周期长，价格较贵。而且，当被加工零件有所变动时，它就不能适应了。由于一般专用机床不能适应产品经常更新的需要，这就出现了组合机床。将机床上带动刀具产生切削运动的部分及床身、立柱、工作台等设计并制造成通用独立的部件，称为“通用部件”。根据工件的加工要求，选用适当的通用部件再配置少数专用部件就可以组合一台符合加工要求的机床了，这就是组合机床。当加工工件种类改变以后，又可以根据其加工要求重新组合成新的组合机床[11]。组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量部件组成的一种高效的专用机床。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。组合机床的设计，目前基本上有两种情况：其一，是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计，这是当前最普遍的做法。其二，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人结合自己生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而且一些行业在完成一定工艺范围内组合机床是极其相似的，有可能设计成通用机床，这种机床称为“专能组合机床”。这种组合机床就不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是可以设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工的零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备[4]。组合机床与万能机床和专用机床相比，有如下特点：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，还可以部分或者全部进行改装，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装的优越性，其通用零部件可以多次重复利用。b．组合机床是按照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，是实现工序集中，提高生产率的最好途径。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；减少了工序工件间的搬运，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管理。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。有许多大工件和形状复杂的工件，需要加工的面和工序很多，不可能在一台机床上全部加工完毕，工件大又不能采用多工位组合机床。这时就要用多台不同的组合机床依次排列，顺序完成工件全部加工工序，这就组成了机床流水线[1]。目前，我国组合机床行业已发展成为自成体系、配套齐全的行业，由于行业内多数为中小企业，且兼产企业多，其市场竞争能力普遍较弱。为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。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。组合机床是由少量的通用部件和大量专用部件组成的工序集中的专用机床；与一般普通镗床相比，它具有自动化程度高，加工效率高，加工质量稳定，减轻工人劳动强度等优点；但同时它也有一些缺点，例如：采用了数控系统及伺服电机使得机床的设计制造成本相对较高。但随着社会经济和科学技术的发展，再经不断的升级改造，相信此组合机床的生产成本会越来越低，组合机床仍具有光明的发展前景。组合机床的通用部件按功能分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件5类。动力部件为机床提供主运动和进给运动，主要有动力箱（将电动机的旋转运动传递给主轴箱）、切削头（装在各个主轴上，用于各单一工序的加工）、动力滑台（用于安装动力箱或切削头，以实现进给运动）；支承部件用以安装动力滑台，包括各种底座和支架；输运部件用以输送工件或主轴箱至加工工位；控制部件用以控制机床的自动工作循环；辅助部件包括润滑、冷却和排屑装置等。根据配置型式，组合机床可分为单工位和多工位两大类。其中单工位组合机床按被加工面的数量又有单面、双面、三面和四面4种，通常只能对各个加工部位同时进行一次加工；多工位组合机床则有回转工作台式、往复工作台式、中长立柱式和回转鼓轮式4种，能对加工部位进行多次加工。认真研究图纸，看懂零件的结构，根据图纸上的要求设计所要的组合机床；在工厂加工条件允许的前提下，选择精度等级较高的配合制，以保证机床的加工精度；严格按照任务书上所示的设计要求，使得机床的设计寿命与期望的相近，参照已有的机床，在其基础上进行创新，去除冗余繁杂的部件，从而实现机床的结构简单；在机床设计过程中尽可能地使用通用部件，使得其在出现故障时易于维修，同时方便以后的调整。经过分析和讨论初定本机床采用整体底座，用机械滑台驱动专用镗削头进行镗削加工；镗头及滑台具备自动润滑功能。机床夹具采用液压夹具，夹具的单面能实现两个相同品种连杆头孔的镗削加工，两面能实现四个相同品种的连杆的加工。工件的定位以连杆一端面及小头孔外形和大孔上的一工艺搭子面，采用定位块、定位销、支撑钉等作为定位元件实现工件准确定位。根据组合机床完成工序的一些限制及组合机床各种工艺方法能达到的加工精度、表面粗糙度及技术要求，解决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。必须要在掌握了大量的零件加工工艺资料的基础上，统盘考虑影响制定零件工艺方案、机床配置型式、结构方案的各种因素及应注意的问题。经过分析比较，以确定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。经过努力，可以设计出一台能满足加工要求，保证加工精度，运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整的组合机床。这样才能保证设计出的机床在具有很强的专用性同时，又能适合于大批大量生产，满足加工要求，保证加工精度；机床运转平稳，工作可靠，结构简单；装卸方便，便于维修、调整。2机床总体设计组合机床工艺方案的拟定制定组合机床的工艺方案是设计组合机床最重要的步骤，工艺方安的的制定要使机床满足使用简单、维修方便、效率高和质量好的要求。方案制定的正确与否在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。因此，应根据工件的形状和加工要求的特点，按一定的原则，结合组合机床常用的工艺方法，充分考虑到各种因素，并经技术经济分析后拟订出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。选择工艺基面和定位方式是制定工艺方案的关键所在。确定组合机床工艺方案的基本原则：A．粗精加工分开原则。粗加工时的切削负荷较大，切削产生的热变形、较大压力引起的工件变形以及切削振动等，对精加工十分不利，影响加工尺寸精度和表面粗糙度。因此，在拟订工件一个连续的多工艺过程时，应选择粗、精加工分开的原则。B．工序集中原则a．适当考虑相同类型工序的集中。在条件允许时，把相同的工序集中在一台机床或同一工位上进行加工能简化循环和结构。b．有相对位置要求的工序应集中加工。对于相互间有严格的位置精度的孔的精加工应集中在一台机床上一次安装下完成，并且孔的粗精加工最好集中在一台机床上完成，这样可以使精加工余量分布均匀，更利于保证加工精度。全面考虑加工零件的加工情况和各种因素，才能制定出正确组合机床的工艺方案。被加工零件在本机床上完成的工序及加工精度是制定工艺放案的主要依据本组合机床所加工零件的工序内容是粗镗连杆大头孔加工工艺路线设计如下：工序（粗镗）Ⅰ工位：粗镗一个半圆孔（孔径为60，采用硬质合金刀具）；Ⅱ工位：粗镗另一半圆孔（孔径为60，采用硬质合金刀具）；被加工零件为YSD90Q连杆，材料为42CrMo，硬度为:HBS223~280。生产纲领为年产量28万件。a．定位基准的选择组合机床是针对某种零件或零件的某工序设计的，正确选择定位基准，是保证加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的工序集中。本机床加工时主要以连杆一端面作为定位基准面，限制了X，Y方向的旋转运动和Z方向的移动；小头孔外形和大头孔上一工艺搭子面作为第二，三基准面，限制了X，Y方向的移动和Z方向的旋转运动。这样限制了工件的六个自由，实现了完全定位。在组合机床上进行镗孔，其精度可达到IT7~Iμm~μm，同轴度可达Φ因此采用组合机床能满足加工要求。组合机床的形式很多，根据工件的不同加工要求，采用不同结构的通用部件，可以灵活地组成各种不同配置形式的组合机床。组合机床的配置型式可以分为单工位和多工位两种。根据其体积大小可分为大型和小型，根据主轴的型式又可分为卧式、立式两种。配置方案不同对机床的复杂程度、通用化程度、结构工艺性、加工精度，机床重新调整的可能性等都有不同的影响。在本工序中要求单面能实现两个相同品种连杆的加工，两面能实现四个相同品种连杆的加工，考虑到加工和装配的工艺性，决定采用卧式布置。卧式组合机床具有加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、调试与运输比较方便；机床重心较低，有利于减小振动。它的缺点是削弱了床身的刚性，占地面积较大。为了提高生产效率，降低设计成本，本机床采用了单滑台双动力头结构。考虑到相关联的机床夹具结构的统一性，采用固定式夹具。由两非标机械滑台驱动专用镗削头进行镗削加工；镗削头及滑台具备自动润滑功能。方案论证-“三图一卡”组合机床总体设计就是针对具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体工艺方案，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。被加工零件名称及编号：连杆YSD90Q ；材料及硬度：42CrMo，150-225HBS。被加工零件工序图被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所在设计的组合机床(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，夹压部件以及被加工零件的材料，硬度和本机床的前加工余量，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，是在被加工零件图基础上，突出本机床的加工内容，并作必要的说明而绘制的。绘制的被加工零件工序图如图2-1所示。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。B．本工序所选用的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。以便根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。为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定：应按一定的比例，绘制足够的视图与剖面；本工序加工部位用粗实线表示，保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方画“__”粗实线，其余部位用细实线表示。图2-1粗镗连杆大头孔工序图图中符号：—定位基—夹紧方向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，它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱、电气系统以及选择动力部件，绘制机床总体联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。加工示意图应表达和标注的内容有：机床的加工方法，切削用量，联系尺寸；主轴结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸（直径和长度）；接杆（包括镗杆）、浮动卡头；刀具、接杆、主轴之间的连接方式及配合尺寸等。绘制的被加工零件示意图如图2.2所示。图2-2粗镗加工示意图I的确定工作进给长度LI应等于加工部位长度L（多轴加工时应按最长孔计算）与刀具切入长度L1和切出长度L2之和。即LI=L1+L+L2(2-1)镗孔时切入长度一般为5～10mm，根据工件端面的误差情况确定。排气孔的工进长度的确定：本设计中镗孔切入长度L1取5mm，切出长度为，7mm，所以由式2-1得：=5+35+7=47mm；快速引进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。本设计快速引进长度为253mm。快速退回的长度等于快速引进和工作进给长度之和。由已确定的快速引进和工作进给长度可知，快速退回长度分别为300mm。D.动力部件总行程的确定。动力部件的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（即前备量）和刀具装卸以及刀具从接杆连同刀具一起从主轴中取出时，动力部件需后退的距离（刀具退离夹具导套外端面的距离应大于接杆接入主轴孔或刀具接入接杆孔内的长度即后备量）。因此，动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。本设计中采用两机械滑台的前备量取40mm，后备量取60mm；总行程为:=60+300+40=400mm。图2-3动力部件切削循环行程图A.确定组合机床切削用量并选择刀具a.合理地选择切削用量即确定合理的切削速度和工作进给量，能使组合机床以最少的停车损失，最高的生产效率，最长的刀具寿命和最好的加工质量也就是多、快、好、省地进行生产。用工件毛坯尺寸减去精镗半精镗的工序余量后就是本工序的切削量。表2-1孔加工常用工序间余量加工工序加工孔径直径上工序间余量铰孔Φ10～Φ20～半精镗Φ10～Φ20～精镗Φ30～Φ130～本工序为：粗镗连杆大头（0.15）由于采用硬质合金刀具，加工材料为42CrMo,fmax=0.75mm/r，mm/r。r/min将转速圆整为500r/minVc=(2-2)切削速度的计算：选择f=0.45mm/r，n=500r/min由公式2-2Vc：为切削速度，单位m/min。b.刀具的选择选择刀具应考虑工件材料、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求，只要条件允许应尽量选用标准刀具。孔加工刀具（钻、扩、铰等）的直径应与加工部位尺寸、精度相适应，其长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套外端30~50mm，以利排屑和刀具磨损后有一定向前调整量。主轴轴颈尺寸规格应根据选定的切削转矩T，主轴外伸长度L、外径D和内径d及配套的刀具接杆莫氏锥度或攻螺纹靠模规格代号，对于精镗主轴直径，刚性不足。因此，应按加工孔径、镗杆直径、主轴直径的顺序来确定。在加工硬度较高的材料时，为提高刀具使用寿命，宜采用多刃镗头。在本设计中所要加工的是孔径为60的通孔，且所加工的材料为42CrMo，硬度为223~280HBS的合金结构钢，根据以上条件经综合分析决定选择硬质合金刀具，镗杆直径为Φ45mm的双刃阶梯镗削刀。B.计算切削力，切削扭矩和切削功率根据选定的切削用量（主要指切削速度及进给量f），确定进给力，作为选择动力滑台及设计夹具的依据；确定切削转矩，用以确定主轴及其传动部件的尺寸；确定切削功率，用作选择主传动电机（一般指动力箱电机）功率。根据文献资料[1]表6-20组合机床切削用量计算图中推荐的切削力、转矩及功率公式查出采用硬质合金刀具镗孔的切削力F(N)、切削转矩T()和功率P(KW)（连杆材料为42CrMo）的计算公式如下：计算切削力、切削扭矩及切削功率：切削力（2-3）（2-4）转矩（2-5）功率（2-6）公式中：—切削速度（）；—进给量（）；—切削深度（）；—加工直径（）；—圆周力（N）；—轴向切削力（N）；HB—布氏硬度：在本设计中，HBmin=223，HBmax=280，（2-7）代入公式2-7得：=261在本设计中，，查[1]可得：，===根据此转速及主电机功率可以选取1NGb25A-ITB传动装置，转速范围：低速r/min，高速r/min。机床联系尺寸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。是用来表示机床的配置型式和布局，主要构成及各部件安装位置相互联系，运动联系和操作方位的总体布局图。用以检验各主要部件相对位置几尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适；它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据；它可以看成是机床总体外观简图。机床联系尺寸图的内容：a.表明机床的配置型式和总布局。用同一比例画出各主要部件的外观形状和相关位置，表明机床基本型式及操作者位置。b.完整齐全地反映各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。c.标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标注机床分组编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件，不得遗漏。图2-4机床联系尺寸图机床生产率计算卡生产率计算卡反映机床生产节拍或实际生产率和切削用量、动作时间、生产纲领及负荷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。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tk有关。根据文献资料[1](2-9)公式中：A——年生产纲领（件），本课题中A=280000件；——全年工时总数，本课题以单班制计，则tk=2350h。则b.实际生产率Q1实际生产率Q1是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。即公式(2-10)——生产一个零件所需时间（min）。（2-11）式中：L1、L2——分别为刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作进给长度，单位为mm；Vf1、Vf2——分别为刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作进给量，单位为mm/min；——当加工沉孔、止口、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5～10转所需的时间，单位为min；——分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为mm；Vfk——动力部件快速行程长度用机械动力部件时取5～6m/min；用液压动力部件时取3～10m/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（包括定位或撤消定位、夹紧或松开、清理基面或切屑及吊运工件等）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。本设计中L1=47mm，Vf1=225mm/min，Vf1=94.2m/min，=253mm，=300mm，Vfk=100mm/min，=0.1min，则=7.5+2.53+28.2+3+7.5=48.73s则机床负荷率为理想生产率与实际生产率之比。即文献资料[1]公式(2-12)则=/147.5=0.808=%当Q1>Q时，机床负荷率为二者之比。组合机床负荷率一般为～0.90，自动线负荷率为0.6-0.7。对于精密度较高、自动化程度高或多品种组合机床，宜适当降低负荷率。本机床负荷率适中。生产率计算卡见表2-3。表2-2生产率计算卡被加工零件图号GJ486-000毛坯种类铸件名称连杆毛坯重量材料42CrMo硬度223~280HBS工序名称粗镗连杆大头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(mm/min)每分钟转速(r/min)进给量(mm/r)进给速度(mm/min)工时(min)1安装工件及夹紧工件22HJ59B机械滑台快进至工位1TA25镗削头启动25360003HJ50B机械滑台工进471004HJ50B机械滑台快退至原位1TA25镗削头停止3006000335卸工件备注装卸工作时间取决于操作者熟练程度,本机床装卸时间为15秒。总计单件工时机床生产率机床负荷率80.8%3夹具设计概述机床夹具是零件在机床上加工时，用以装夹工件的一种工艺装备，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，夹具在机械设计制造中占有重要的地位，它广泛的应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装备、焊接和检验等工艺过程中。在金属切削机床上使用最多的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺设备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，故机床夹具设计在企业的产品设计和制造及其生产技术准备中占有及其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作。在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件的定位和夹紧。然而，由于各类机床加工的方式不同，有些机床夹具还具有一些特殊的功能[3]。

机床夹具在保证产品优质、高效和低成本方面充分发挥着现代先进设备的巨大潜力。有利于提高工人对复杂或精密零件的加工技能，减轻繁重的体力劳动。机床夹具设计和使用是促进生产周期的重要工艺措施之一,因此一切机械制造行业广大工人和工程技术人员历来都把机床夹具的改进和开发作为技术革新的主要课题之一。机床夹具在机械加工中的作用对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对刀具（或机床）有正确的位置并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此进行机械加工前，先要将工件夹好。工件的装夹方法有两种：一种是工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种是工件装夹在夹具上。采用第一种方法装夹工件时，一般是先按图样要求在工件表面划线，找出工件表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后在夹紧。这种方法不需专门的装备，但效率低，一般用于单件或小批量生产；批量较大时，大都采用夹具装夹工件。使用机床夹具的目的主要有以下六个方面。然而，在不同的生产条件下应该有不同的侧重点。夹具设计时应综合考虑加工的技术要求、生产成本和工人操作等方面的要求，以达到预期的效果。a.保证加工精度用夹具装夹工件时，能稳定地保证加工精度，并减少对其它生产条件的依赖性，故在精密加工中广泛的使用夹具，并且它还是全面质量管理的一个重要环节。b.提高劳动生产率使用夹具后，能使工件迅速地定位和夹紧，并能够显著地收缩辅助时间和基本时间，提高劳动生产率。c.改善工人的劳动条件用夹具装夹工件方便、省力、安全。当采用气压、液压等夹紧装置时，可以减轻工人的劳动强度，保证安全生产。d.降低生产成本在批量生产中使用夹具时，则由于劳动生产率的提高和允许使用技术等级较低的工人操作，故可以明显降低生产成本。e.保证工艺纪律在生产过程中使用夹具时，可确保生产周期、生产调度等工秩序。因为夹具往往也是工程技术人员解决高难度零件加工的主要工艺手段之一。f.扩大机床工艺范围这是在生产条件有限的企业中常用的一种技术改造措施。如在车床上拉削、深孔加工等，也可用夹具装夹以加工较复杂的成形圆[12]。机床夹具的分类机床夹具有多种分类方法。一般按适用工件的范围的特点分为：通用夹具、专用夹具、组合夹具和可调夹具或按适用的机床分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具等。通用夹具是指已经标准化，可用于加工一定范围内的不同工件夹具。如三爪自定心卡盘、虎钳、万能分度头和磁力工作台等。专用夹具是指为某一工件的某道工序而设计制造的夹具。一般在批量生产中使用，是机械制造厂里使用范围最广的一种机床夹具。机床夹具的组成机床夹具的种类和结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为下面四个部分：位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置，从而保证加工位置的正确。夹紧装置的作用是将工件压紧、夹牢，保证工件在加工的过程中受到外力（切削力等）作用时不离开占据正确的位置。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，通过它将机床的所有元件构成一个整体。如连接元件，分度装置，靠模装置，上下料装置，工业机器人等。本次毕业设计是设计镗连杆大头孔所用的夹具。需要我们发挥独立思考和创新的有效过程。使我们充分而又灵活地运用课堂所学的理论知识与实践环节紧密结合，培养解决生产实际问题的能力，为适应今后的工作打好坚实的基础。图3-1定位原理图3的分析与确定工件定位的实质，就是要使工件在夹具中占有某个确定的位置。任何一个刚性个体（工件）在空间直角坐标系内都有六个自由度，既沿三个坐标轴的移动和饶此三个坐标轴的转动。工件在空间的六个自由度，可用合理布置的六个支承点来限制，使工件得到确定的位置这就是六点定位的原理。根据六点定位原理，在结合被加工零件的结构特征，选择定位基准，如图3-1所示，实现六点定位原理,即以连杆一端面为定位基准面，约束了z向的移动、x向的转动、y向的转动3个自由度；连杆小头孔外形用两垂直面定位可以限制x向的移动、y向的移动2个自由度；连杆大头孔上一工艺搭子面用一定位块定位可以限制z向的转动。这样工件的6个自由度都被限制了，实现了工件的完全定位。定位误差是工件在夹具中定位时，工序基准（一批零件的）位置在工序尺寸方向或沿加工要求方向上的变动所引起的。因此，在夹具设计时应当尽可能选择工序基准为定位基准；并选择精度较高的表面作为定位基准。一般应使定位误差控制在有关尺寸或位置公差的1/3~1/5。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使用夹具加工工件使，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，必须使工序中的各项加工误差的总和小于或等于该工序规定的公差值。见[1]公式1-1+（3-1）式中：——与机床夹具有关的加工误差；——与工序中夹具以外其他因素有关的误差；——工序公差。与机床夹具有关的加工误差；一般包括工件在夹具中的定位误差（）；工件在夹具中夹紧时产生的误差；夹具相对于机床成形运动的位置误差；夹具相对于刀具位置的误差；以及夹具磨损造成的加工误差等。为了给加工中其它误差因素能占有更大一些比例，由式（3-1）可见，应当尽量减小与夹具有关的误差。其中，除了在夹具的制造、安装、调整使用中减小所产生的误差外，在夹具设计时正确地计算和减小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,第一类误差是指工件在夹具上定位时所产生的那部分定位误差，即基准不重合误差。基准不重合误差是由于定位基准和工序基准不重合而产生的那部分定位误差。在本设计中，由于定位误差和工序基准是重合的，所以基准不重合误差为零；第二类误差是定位元件对夹具三基准面的尺寸误差及位置度所产生的那一部分定位误差。必须满足公式3-1：当支承面即工件底面对夹具的安装基准（底面）有平行度误差及支承面对夹具的对刀基准有位置误差，被加工孔的定位误差为：之间满足定位要求。图3-2工件及其定位尺寸(1)加工尺寸17由于定位基准与工序基准重合，故=0。由于尺寸17与定位尺寸方向一致即(3-2)由公式3-3得：因此，其定位误差为：=(2)加工尺寸86由于定位基准与工序基准重合，故=0。由于尺寸86mm=由计算结果可知，孔的加工尺寸17、860.1mm的定位误差小于其加工公差的1/3，能满足定位要求。夹紧装置一般由力源装置、中间传力机构、夹紧元件与夹紧机构所组成夹紧装置中产生源动力的部分叫做力源装置，常用的力源装置有气动、液压、电动等夹紧装置中直接与工件的被夹压面接触并完成压夹作用的元件称为夹紧元件。设计夹紧装置时，一般应满足以下基本要求：1）夹紧过程中不改变工件定位时所占据的正确位置。2）夹紧力的大小适当，既要保证加工过程中工件不会产生位移和振动又要使工件不产生不允许的变形和损伤。3）夹紧装置的自动化程度，应与工件的生产批量相适应。4）结构要简单，力求体积小、重量轻、并有足够的强度；工艺性好便于制造与维修。5）使用性能好，操作方便、省力、安全可靠。本设计采用了液压夹紧，解决了手动夹紧是夹紧力不一致、误差大、速度度慢、工人劳动强度大等缺点。由于油液的不可压缩性，能传递较大的压力，一般工作压力可达pa,比气压大10多倍，因此，在产生同样作用力的情况下，油缸直径可以小许多倍，使夹具结构更为紧凑。所以夹具中液压油缸为力源装置，压板和压头组合为压紧元件。计算夹紧力时通常将夹具与工件看成是一个刚性系统。根据工件所受的切削力、夹紧力（大型工件应考虑工件重力、惯性力等）的作用状况，找出在加工中对夹紧最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，在乘以安全系数作为夹紧力，实际所需夹紧力，夹紧力大小主要取决于切削力和重力的大小和方向。选择作用点和方向：选择夹紧力的作用点和方向应注意：a)夹紧力应朝向主要限位面；b)夹紧力的作用点应落在定位元件支承范围内；c)夹紧力的作用点，应落在工件刚性较好的方向和部位；d)夹紧力作用点应靠近工件的加工表面，以提高夹紧刚性。通常应与工件定位基准的选择同时考虑，因此这两个参数在制定机床工艺方案时已确定，这里仅作重点叙述的是确定夹紧力的大小的问题。夹紧力的作用点的位置应能保证工件的定位稳定，而不会引起工件在夹紧过程中产生位移或偏转。夹紧力的作用点应处在夹具定位支承所在的位置上。由于工件的结构和形状较为复杂，故工件的刚度在不同的部位和不同方向上是不相同的。分析连杆结构简图可分析出：连杆连杆两端头处的刚性最好，杆身处的刚性较差。且杆身的横向刚性为最差。因此，夹紧力着力点最好应布置在连杆的头部垂直于端面的方向上，而不应布置在杆身上。确定夹紧力时应考虑的计算系数。ƒ在许多情况下，并不是由夹具的定位支承机构或夹紧机构本身直接承受工件所受切削力，而是由工件在紧急状态下，工件与定位支承机构及夹紧机构之间所产生的摩擦力来防止工件产生平移或转动，因此在确定夹紧力时，需要考虑各种接触表面之间的摩擦系数。图3-3夹紧力示意图摩擦系数主要取决于工件和支承件，压板之间的接触形式：f1——工件和支承件之间的摩擦系数；f2——工件和压头之间的摩擦系数；查表得ƒ1=0.2，ƒ在加工过程中，由于工艺的不同，工件材质和加工余量的不同以及刀具钝化等因素的影响，欲准确地确定所需夹紧力是很困难的。因此，为了夹紧可靠，必须将计算所得的切削力乘以安全系数作为实际所需的夹紧力。(3-3)式中:——基本安全系数；——加工状态系数（考虑加工特点系数），粗加工：=1.2,精加=1.0；——加工钝化系数（考虑到刀具磨损系数），一般~；具体数值可查表；——切削特点系数（考虑切削情况系数），连续：=1.0,断续：=1.2；——考虑夹紧动作稳定系数，手动=1.3，机动夹紧=1.0；——考虑手动夹紧时手柄位置系数若手柄位置操作方便，手柄偏转角范围小时，=1.0若手柄位置不便，手柄转动角度大=1.2；——仅在有力矩企图使工件回转时，才应考虑支承面接触情况的系数。若工件是安装在支承钉上，接触面积小时=1.0；若工件是安装在支撑板上或其他接触面积较大的元件上=1.5。根据参考文献[12]选取=1.2=1.0=1.0=1.0夹紧力数值计算：图3-4受力方向及简图夹紧力大小的计算是个很复杂的问题，一般只能作粗略的估算。为了简化计算起见，在设计夹紧装置时，可只找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理求出夹紧力的大小。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需要的夹紧力数值。取静力工件为力的平衡体，夹紧力的方向对夹紧装置所需产生的夹紧力大小有着关键性的影响。当所确定的夹紧力的方向与切削力同向，且与定位支撑垂直时，所需夹紧力的数值为最小。通过受力分析由静力平衡原理得出所需要的夹紧力为：(3-4)查机械设计手册得：由公式3-4得：本机床设计的夹紧力为。根据杠杆原理可以算出液压缸所需提供的夹紧力为本次设计所选择的主液压缸是GB/T2348-1993,HLC-M40型液压缸,它所能提供的最大力为6,所以总夹紧力为。故所选择的液压缸完全满足要求。图3-5受力方向简图确定辅助夹紧力在镗孔的过程中会产生一定的轴向切削力。如图3-5所示这个切削力在开始镗孔的瞬时是最大的所以根据受力图分析可得：侧顶紧油缸选择的是HTB-LAM3210N，它所能提供的最大推力为2000N，而所需的压紧力是500N，估所选的油缸能满足要求。夹具体是用来将夹具的各个部分联结成整体的元件，它是夹具上最大的和最复杂的元件。在它上面要安装定位元件、夹紧装置、刀具引导件以及其它各种装置和元件。此外，在夹具体上还应有夹具在机床上安装用的定位部分，以保证夹具在机床上获得所需的相互位置，夹具体也是承受负荷最大的元件，承受着工作时的切削力、夹紧力和惯性力。对夹具体的一般要求：a.足够的刚度和强度；b.较轻的重量；c.安装要稳定；d.保证装卸工件方便；e.工艺性要好；f.便于清除切屑和赃物；切屑和赃物是否容易清理，不仅影响生产效率，同时也影响夹具使用的可靠性。夹具体采用铸造的箱体结构，各边的厚度取40mm，保证有足够的支承力，支承夹具、工件、油缸夹紧力。同时还有足够的刚性，镗孔加工时不会引起夹具的歪斜和工件误差的加大。夹具体和机床通过螺钉、堵片和定位销定位和固定。需要用到的元件主要有压头、压板、支架、支承板、定位削、油缸垫板、检验芯棒、等等。这些元件都是在设计中非常重要的元件，设计的过程主要根据参考文献[3]、[4]、[5]、[12]、[13]同时运用所学过的知识，还翻阅了参考文献、[6]、[8]、[9]、[10]、等。详见零件图。3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、夹具在机床上的安装误差和夹具误差，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。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∑Δ。①第一类误差第一类误差是指工件在夹具上定位时所产生的那部分定位误差，即基准不重合误差。基准不重合误差是由于定位基准和工序基准不重合而产生的那部分定位误差。在本设计中，由于定位误差和工序基准是重合的，所以基准不重合误差为零。②第二类误差第二类误差是定位元件对夹具三基准面的尺寸误差及位置度所产生的那一部分定位误差。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：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，夹具误差大小取决于夹具零件的加工精度的夹具装配时的调整和修配精度。这里取。因机床精度，刀具精度，刀具与机床的位置精度，工艺系统受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差，因该项误差影响因素很多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的1/3。计算时可设ΔG=/3。——=（3-5）工件在夹具中加工时，总加工误差∑Δ为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机误差，应用概率法加，因此，保证工件加工精度条件是：（3-6）由公式3-7得：即工件总加工误差∑Δ应不大于工件的加工尺寸公差，由以上得知，本夹具完全可以保证加工精度。为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时需留出一定精度储备量，因此将上式改为： ≤－→=－（3-7）当≥0时夹具能满足加工要求，根据以上=－=0.20-0.117=≥0所以夹具完全可以满足加工要求。4结论经过三个月的努力，粗镗连杆大头孔专用镗床的设计工作以基本完成，本机床卧式布置，采用整体底座，用机械滑台驱动专用镗削头进行镗削加工，镗头及滑台具备自动润滑功能。机床夹具采用液压夹具，夹具的单面能实现两个相同品种连杆头孔的镗削加工，两面能实现四个相同品种的连杆的加工。它能够满足连杆大头孔粗镗的尺寸精度、位置精度以及对生产效率的要求。本机床具有很强的专用性，适合于大批大