0057-半精鏜及精鏜氣缸蓋導管孔組合機床設計（夾具設計）

0057-半精鏜及精鏜氣缸蓋導管孔組合機床設計（夾具設計）,半精鏜,精鏜氣,缸蓋,導管,組合,機床,設計,夾具 1 前 言 本設計的課題是氣缸蓋半精鏜、精鏜組合機床及夾具設計。這個課題來源于江蘇高精機電裝備有限公司，是針對該公司對氣缸蓋半精鏜，精鏜組合機床加工，其工作效率和精度不高而設計的。主要是為了適合流水線生產，提高目前的生產效率、加工精度，從而降低加工成本。 組合機床一般都由支承部件（床身、立柱、底座和中間底座）、動力部件（動力滑臺和主軸頭、動力頭）、工件定位夾壓和運送部件（夾具、回轉工作臺、移動工作臺、鼓輪等）和控制部件（電氣柜、液壓站、操縱臺等）組成。組合機床是根據工件加工的需要，以大量的通用部件為基礎，配以少量的專用部件組成的一種高效的專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方法，生產效率比通用機床高幾倍到幾十倍。由于通用部件已經標準化和系列化，可根據需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。因此，組合機床有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產中得到廣泛運用，并可用來組成自動生產線。多年來機械產品加工中廣泛的采用萬能機床，但是隨著生產的發(fā)展，很多企業(yè)的產品的產量越來越大，精度越來越高，采用萬能機床加工已經不能很好的滿足要求。理所當然，生產著用機床可以提高生產效率和加工精度。在組合機床設計過程中，為了降低組合機床的制造成本，應盡可能的使用通用件和標準件。目前，我國設計制造的組合機床，其通用部件和標準件約占零件總數的70—80%，其它20—30%是專用零件。 在進行組合機床的夾具設計時，首先需要對被加工零件孔的分布情況及所要達到的要求進行分析，如各部件尺寸、材料、形狀、硬度及加工精度和表面粗糙度等內容。然后還要深入基層進行實地觀察，摸索夾具的工作原理，體會組合機床的優(yōu)點。通過認真閱讀研究15040081型氣缸蓋的零件圖，了解其材料、硬度、重量等，對內側面進行半精鏜和精鏜排氣空和進起孔。接下來是總體方案的設計，總體方案設計的具體工作是編制“三圖一卡”，即繪制被加工的零件圖，加工的示意圖，機床聯(lián)系尺寸圖，編制生產率計算卡。最后，就是技術設計和工作設計。技術設計就是根據總體設計已經確定的三圖一卡，設計夾具等專用部件正式總圖；工作設計就是繪制各個專用部件的圖樣，編制各零件的明細表。 設計的整個過程是艱辛的，在設計過程中必須要考慮到方方面面的問題。由于所學的知識的有限，因此在設計過程中查閱了大量的相關資料，以補充自己的不足之處。 首先，要有豐富的實踐經驗。整個設計，僅靠一些參考資料是遠遠不夠的。因此，在設計工作開始前，特地到江淮動力股份有限公司、鹽城紅旗機床廠、高精機電裝備有限公司等進行了實地的參觀考察，積累了一些寶貴經驗。 其次，運用四年來所學的專業(yè)知識，針對現(xiàn)實中遇到的實際情況，做到舉一反三，觸類旁同。整個設計過程不僅涉及到以前所學的知識，而且還設計到新的理念，所以我在設計過程中一邊溫習以前所學的知識，一邊學習新的知識，這樣拓寬了我的視眼。 第三，通過自身的努力，結合理論和實際，從合理性、經濟性、工藝性、實用性及其對被加工零件的具體要求對現(xiàn)有機床進行研究分析，找出可以進行改進的地方，通過相互對比，確定一個新的，周全的設計方案。在指導老師吳進老師的悉心指導下，在同課題組三位同學相互討論學習和幫助下，經過兩個月的艱辛勞動，終于完成了這一設計課題。 ！！所有下載了本文的注意：本論文附有CAD圖紙和完整版word版說明書，凡下載了本文的讀者請加QQ 83753222，或留下你的聯(lián)系方式（QQ郵箱）最后，希望此文能夠幫到你！ 2 組合機床工藝方案的擬訂 工藝方案的擬訂是組合機床設計的關鍵一步。工藝方案制定的正確與否是在很大程度上決定了組合機床的結構配置和使用性能。因此，應根據工件的形狀和加工要求的特點， 加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術要求及生產率要求等，按一定的原則，結合組合機床常用的工藝方法，充分考慮到各種因素，并經技術經濟分析后擬訂出先進、合理、經濟、可靠的工藝方案。選擇工藝基面和定位方式是制定工藝方案的關鍵所在。 2.1 被加工零件的加工工序和加工精度 由于本機床是用于對氣缸蓋導管孔進行半精鏜和精鏜加工，根據先粗后精，工序集中原則，現(xiàn)對氣缸蓋導管孔加工的工藝路線設計如下: 工序1(半精鏜) Ⅰ工位:槍鉸排氣導管孔(刀具直徑為Φ14.8mm)，鏜排氣閥座孔(刀具直徑為Φ47.8mm)，加工精度為H8； Ⅱ工位:槍鉸進氣導管孔(刀具直徑為Φ14.8mm)，鏜進氣閥座孔(刀具直徑為Φ44.8mm)，加工精度為H8。 工序2(精鏜) Ⅰ工位:槍鉸排氣導管孔(刀具直徑為Φ15mm)，鏜排氣閥座孔(刀具直徑為Φ48mm)，加工精度為H7； Ⅱ工位:槍鉸進氣導管孔(刀具直徑為Φ15mm)，鏜進氣閥座孔(刀具直徑為Φ45mm)，加工精度為H7。 2.2被加工零件的特點 氣缸蓋的材料為HT250； 硬度為150-225HBS； 生產綱領為年產量5萬件，單班制； 在本工序前各主要表面已加工完畢。 3 組合機床配置型式選擇 組合機床有大型和小型，又可分為臥式，立式兩種，根據配置形式還可分為單工位和多工位。配置方案不同對機床的復雜程度，通用化程度，結構工藝性，加工精度，機床重新調整的可能性等都有不同的影響。在本工序中要求加工同軸的兩個孔，因此采用臥式布置，為了提高生產效率，降低設計成本。機床采用臥式，其優(yōu)點是加工和裝配工藝性好，無漏油現(xiàn)象；同時，安裝、調試與運輸也都比較方便；而且，機床重心較低，有利于減小振動。其缺點是削弱了床身的剛性，占地面積大。本機床采用了單滑臺雙動力頭結構，考慮到相關聯(lián)的機床夾具結構的統(tǒng)一性，采用固定式夾具.由于在加工過程中要實現(xiàn)大范圍的調速，因此采用伺服滑臺來滿足這個要求。其具有如下特點:可自動變換進給速度和工作循環(huán)，可在較寬的范圍實現(xiàn)位控，執(zhí)行零件加工的數控程序.由此，根據已定的工藝方案和機床配置形式，確定機床為臥式單面雙工位數控傳動的組合機床，伺服滑臺實現(xiàn)工作進給運動，設計配套的動力箱。 圖3-1 組合機床配置型式圖 4 組合機床總體設計 4.1 被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是根據制定的工藝方案，表示所設計的組合機床(或自動線)上完成的工藝內容，加工部位的尺寸精度，表面粗糙度及技術要求，加工用的定位基準，夾壓部件以及被加工零件的材料，硬度和本機床的前加工余量，毛坯或半成品情況的圖樣。除了設計研制合同外，它是組合機床設計的具體依據，也是制造，使用，調整和檢驗機床精度的重要文件 ，是在被加工零件圖基礎上，突出本機床的加工內容，并作必要的說明而繪制的。為使被加工零件工序圖表達清晰明了，突出本工序內容，繪制時規(guī)定：應按一定的比例，繪制足夠的視圖以剖面；本工序加工部位用粗實線表示，保證的加工部位尺寸及位置尺寸數值下方畫“—”粗實線，其余部位用細實線表示。 本機床加工時是采用的一面兩銷定位方式，一面是氣缸蓋的內側面，兩銷分別是一圓柱銷一菱形銷。它共限制六個自由度，可以達到定位效果，因此可以保證所需要的加工精度。繪制的被加工零件工序圖如圖4-1、4-2所示。 圖中符號 ---夾緊位置 --定位基準 圖4-1 半精鏜加工零件工序圖 圖4-2 精鏜加工零件工序圖 4.2 加工示意圖 加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎上繪制的，是表達工藝方案具體內容的機床工藝方案圖，它是設計刀具、輔具、夾具、多軸箱、電氣系統(tǒng)以及選擇動力部件，繪制機床總體聯(lián)系尺寸圖的主要依據；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調整機床和刀具所必需的重要技術文件。 圖4-3 半精鏜加工零件示意圖 圖4-4 精鏜加工零件示意圖 4.2.1 刀具的選擇 選擇刀具應考慮工件材料，加工精度，表面粗糙度，排屑及生產率等要求，只要條件允許應盡量選用標準刀具。 孔加工刀具（鉆、擴、鉸等）的直徑應與加工部位尺寸，精度相適應，其長度應保證加工終了時刀具螺旋槽尾端離導向套外端面30-50mm，以利排屑和刀具磨損后有一定向前調整量。刀具錐柄插入接桿孔內長度，在繪制加工示意圖是應注意從刀具總長中減去。根據以上條件選擇硬質合金刀具。刀具是由鏜孔刀和槍鉸刀組成的復合刀具。 半精加工中時，鏜桿直徑選擇Φ40mm，鉸桿直徑選擇Φ12mm 。在加工硬度較高的鑄鐵時，為提高刀具使用壽命，宜采用多刃鏜刀頭。本機床采用四刃鏜刀頭。由于在切削力的作用下，刀體上兩個導向塊與刀齒圓柱校準部分的圓柱刃帶確定一個圓，因此采用雙導向塊已能滿足圓周導向的要求。但由于來自外部的干擾，有時會使雙導向塊喪失平衡，從而引起加工誤差，所以有時單刃鉸刀也采用三個導向塊。通過第三個導向塊使鉸刀切削部分的整個圓周方向上都具有很大的剛度，從而提高了平衡穩(wěn)定性和加工經濟度。綜合上述條件，鉸刀采用焊接式單刃雙導向條鉸刀。 精加工時，鏜刀采用德國MAPAL公司的精密刀具，鉸刀采用機械夾固式鉸刀，精度較半精加工稍高。 4.2.2 組合機床切削用量的選擇 查文獻資料[9] 表4-1孔加工常用工序間余量 加工工序 加工孔徑 直徑上工序間余量 鉸孔 Φ10～Φ20 0.10～0.20 半精鏜 Φ10～Φ20 0.7～1.2 精鏜 Φ30～Φ130 0.25～0.40 得鏜孔的切削余量為： 半精加工：閥座孔ap=0.4mm，導管孔ap=0.1mm； 精加工：閥座孔ap=0.1mm，導管孔ap=0.1mm； 查文獻資料[9] 表4-2 鏜孔切削用量 工序 刀具材料 鑄鐵 v(mm/min) f(mm/r) 半精鏜 硬質合金 50～70 0.15～0.45 精鏜 硬質合金 70～90 H級0.12～0.15 得鏜孔的切削用量為： 半精加工：f=0.15 mm/r； 精加工： f=0.15 mm/r； 切削速度的計算： Vc= （4-1） Vc—切削速度，單位為m/min 。 a.半精加工(排氣) ①槍鉸Φ14.8mm導管孔 由表4-2得，選擇f=0.15mm/r，n=1500r/min 由公式（4-1）得 Vc=3.14×14.8×1500/1000=69.7m/min ②鏜Φ47.8mm閥座孔 由表4-2得，選擇f=0.15mm/r，n=466r/min 由公式（4-1）得 Vc=3.14×47.8×466/1000=70m/min 半精加工(進氣) ①槍鉸Φ14.8mm導管孔 由表4-2得，選擇f=0.15mm/r，n=1500r/min 由公式（4-1）得 Vc=3.14×14.8×1500/1000=69.7m/min ②鏜Φ44.8mm閥座孔 由表4-2得，選擇f=0.15mm/r，n=466r/min 由公式（4-1）得 Vc=3.14×44.8×466/1000=65.6m/min b.精加工(排氣) ①槍鉸Φ15mm導管孔 由表4-2得，選擇f=0.15mm/r，n=1500r/min 由公式（4-1）得 Vc=3.14×15×1500/1000=70.7m/min ②鏜Φ48mm閥座孔 由表4-2得，選擇f=0.15mm/r，n=466r/min 由公式（4-1）得 Vc=3.14×48×1500/1000=70.2m/min 精加工(進氣) ①槍鉸Φ15mm導管孔 由表4-2得，選擇f=0.15mm/r，n=1500r/min 由公式（4-1）得 Vc=3.14×15×1500/1000=70.7m/min ②鏜Φ45mm閥座孔 由表4-2得，選擇f=0.15mm/r，n=466r/min 由公式（4-1）得 Vc=3.14×45×466/1000=65.8m/min 4.2.3 計算切削力，切削扭矩及切削功率 根據文獻資料[9]表6-20得計算公式如下： 切削力 Fz=51.4apf0.75HB0.55 （4-2） Fx=0.51ap1.2 f0.65HB1.1 （4-3） 轉 矩 T=25.7Dapf0.75HB0.55 （4-4） 功 率 （4-5） 公式中：V—切削速度（m/min）；f—進給量（mm/r）； ap—切削深度（mm）； D—加工直徑（mm）； Fz—圓周力（N）； Fx—軸向切削力（N）； HB—布氏硬度：； 在本設計中，HBmax=225， Hbmin=150，代入公式得HB=200 HBS。 a.半精加工：（排氣） 槍鉸導管孔：由公式（4-2）得 Fz=51.4×0.1×0.150.75×2000.55 =51.4×0.1×0.241×18.432=22.832N； 由公式（4-3）得 Fx=0.51×0.11.2 ×0.150.65×2001.1 =0.51×0.063×0.291×339.729=3.176N； 由公式（4-4）得 T=22.832×14.8/2 =168.9 N·mm 由公式（4-5）得 P=16.813×69.7/61200=0.03KW 鏜閥座孔： 由公式（4-2）得 Fz=51.4×0.4×0.150.75×2000.55 =51.4×0.4×0.241×18.432=91.329N； 由公式（4-3）得 Fx=0.51×0.41.2 ×0.150.65×2001.1 =0.51×0.333×0.291×339.729=16.813N； 由公式（4-4）得 T=91.329×47.8/2 =25.7×172×0.35×19.1=2182.8N·mm 由公式（4-5）得 P=91.329×70/61200=0.1KW 半精加工：（進氣） 槍鉸導管孔： 由公式（4-2）得 Fz=51.4×0.4×0.150.75×2000.55 =51.4×0.1×0.241×18.432=22.832N； 由公式（4-3）得 Fx=0.51×0.11.2 ×0.150.65×2001.1 =0.51×0.063×0.291×339.729=3.176N； 由公式（4-4）得 T=22.832×14.8/2 =168.9 N·mm 由公式（4-5）得 P=22.832×69.7/61200=0.03KW 鏜閥座孔： 由公式（4-2）得 Fz=51.4×0.4×0.150.75×2000.55 =51.4×0.4×0.241×18.432=91.329N； 由公式（4-3）得 Fx=0.51×0.41.2 ×0.150.65×2001.1 =0.51×0.333×0.291×339.729=16.813N； 由公式（4-4）得 T=91.329×44.8/2 =2045.8N·mm 由公式（4-5）得 P=91.329×65.6/61200=0.09KW b.精加工：（排氣） 槍鉸導管孔： 由公式（4-2）得 Fz=51.4×0.1×0.150.75×2000.55 =51.4×0.1×0.241×18.432=22.832N； 由公式（4-3）得 Fx=0.51×0.11.2 ×0.150.65×2001.1 =0.51×0.063×0.291×339.729=3.176N； 由公式（4-4）得 T=22.832×15/2 =171.24 N·mm 由公式（4-5）得 P=16.813×69.7/61200=0.03KW 鏜閥座孔： 由公式（4-2）得 Fz=51.4×0.1×0.150.75×2000.55 =51.4×0.1×0.241×18.432=22.832N； 由公式（4-3）得 Fx=0.51×0.1.2 ×0.150.65×2001.1=3.176N； 由公式（4-4）得 T=91.329×48/2 =547.9N·mm 由公式（4-5）得 P=91.329×70.2/61200=0.03KW 精加工：（進氣） 槍鉸導管孔: 由公式（4-2）得 Fz=51.4×0.1×0.150.75×2000.55 =51.4×0.1×0.241×18.432=22.832N； 由公式（4-3）得 Fx=0.51×0.11.2 ×0.150.65×2001.1 =0.51×0.063×0.291×339.729=3.176N； 由公式（4-4）得 T=22.832×15/2 =171.24 N·mm 由公式（4-5）得 P=22.832×70.7/61200=0.03KW 鏜閥座孔： 由公式（4-2）得 Fz=51.4×0.1×0.150.75×2000.55 =51.4×0.1×0.241×8.432=22.932N； 由公式（4-3）得 Fx=0.51×0.11.2 ×0.150.65×2001.1 =0.51×0.063×0.291×339.729=3.176N； 由公式（4-4）得 T=91.329×45/2 =513.7N·mm 由公式（4-5）得 P=91.329×65.8/61200=0.03KW 4.3 機床聯(lián)系尺寸圖 機床聯(lián)系尺寸圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據，并按初步選定的主要通用部件以及確定的專用部件的總體結構而繪制的。是用來表示機床的配置型式和布局。用以檢驗各主要部件相對位置幾尺寸聯(lián)系能否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適；它為多軸箱、夾具等專用部件設計提供重要依據；它可以看成是機床總體外觀簡圖。 圖4-5機床聯(lián)系尺寸圖 4.3.1 動力滑臺的選擇 a.選擇動力部件 由文獻資料[12]表5-3 數控機械滑臺主要技術性能選擇NC-1HJ32M型和NC-1HJ32G型數控機械滑臺，其臺面寬度為320mm，臺面長為630mm，最大行程為630mm，最大進給力為12500N，電動機Y100L1-4，P=2KW。 由于本機床采用的是專用滑臺，所以要在原有參數的基礎上進行修改。故選擇伺服電機。由文獻資料[12] 表13-32 選SYJD1-110-B2型交流伺服電機，其額定轉矩T=11.5N.m，最高轉速為N=3000r/min，P=2.5KW。 b.確定機床裝料高度 裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的垂直距離。在確定機床裝料高度時，首先要考慮工人操作的方便性；對于流水線要考慮車間運送工件的滾道高度。其次是機床內部結構尺寸的限制和剛度要求。參考國家標準裝料高度 H=1000 mm。 c.確定夾具輪廓尺寸 主要確定夾具底座的長、寬、高尺寸。 工件的輪廓尺寸和形狀是確定夾具底座輪廓尺寸的基本依據。具體要考慮布置工件的定位、限位、夾緊機構、刀具導向裝置以及夾具底座排屑和安裝等方面的空間和面積需要。 夾具底座的高度尺寸，一方面要保證其有足夠的高度，同時考慮機床的裝料高度、排屑的方便性和便于設置定位、夾緊機構。一般不小于240 mm。本機床夾具的長為780mm，寬為460mm，高為820mm。 4.4機床生產率計算卡 a.理想生產率Q 理想生產率Q（單位為件/h）是指完成年生產綱領A（包括備品及廢品率）所要求的機床生產率。它與全年工時總數tk有關。根據文獻資料[9]： 表4-3 半精加工機床生產率計算卡 表4-4精加工機床生產率計算卡 Q=A/tK=5000/2350=21.2件/小時 （4-6） b.實際生產率Q1 實際生產率Q1是指所設計的機床每小時實際可生產的零件數量。 Q1=60/T=29.09件/小時 （4-7） c.機床負荷率 機床負荷率為理想生產率與實際生產率之比。即文獻資料[9] η=Q/Q1=0.73 （4-8） 因為組合機床負荷率一般為0.75～0.90，而對于精密度較高、自動化程度高的組合機床，宜適當降低負荷率，所以本機床滿足要求。 5 夾具設計 5．1 概述 機床夾具是一種裝夾工件的工藝設備，它廣泛的應用于機械制造過程的切削加工、熱處理、裝備、焊接和檢驗等工藝過程中。在金屬切削機床上使用最多的夾具統(tǒng)稱為機床夾具。在現(xiàn)代生產中，機床夾具是一種不可缺少的工藝設備，它直接影響著加工的精度、勞動生產率和產品的制造成本等，故機床夾具設計在企業(yè)的產品設計和制造及其生產技術準備中占有及其重要的地位。機床夾具設計是一項重要的技術工作。在機床上用夾具裝夾工件時，其主要功能是使工件的定位和夾緊。然而，由于各類機床加工的方式不同，有些機床夾具還具有一些特殊的功能。 機床夾具在保證產品優(yōu)質、高效和低成本方面充分發(fā)揮著現(xiàn)代先進設備的巨大潛力。有利于提高工人對復雜或精密零件的加工技能，減輕繁重的體力勞動。機床夾具設計和使用是促進生產周期的重要工藝措施之一/因此一切機械制造行業(yè)廣大工人和工程技術人員歷來都把機床夾具的改進和開發(fā)作為技術革新的主要課題之一。 5.1.1 機床夾具在機械加工中的作用 對工件進行機械加工時，為了保證加工要求，首先要使工件相對刀具（或機床）有正確的位置并使這個位置在加工過程中不因外力的影響而變動。為此進行機械加工前，先要將工件夾好。 工件的裝夾方法有兩種：一種是工件直接裝夾在機床的工作臺或花盤上；另一種是工件裝夾在夾具上。采用第一種方法裝夾工件時，一般是先按圖樣要求在工件表面劃線，找出工件表面的尺寸和位置，裝夾時用劃針或百分表找正后在夾緊。這種方法不需專門的裝備，但效率低，一般用于單件或小批量生產；批量較大時，大都采用夾具裝夾工件。使用機床夾具的目的主要有以下六個方面。然而，在不同的生產條件下應該有不同的側重點。夾具設計時應綜合考慮加工的技術要求、生產成本和工人操作等方面的要求，以達到預期的效果。 a.保證加工精度 用夾具裝夾工件時，能穩(wěn)定地保證加工精度，并減少對其它生產條件的依賴性，故在精密加工中廣泛的使用夾具，并且它還是全面質量管理的一個重要環(huán)節(jié)。 b.提高勞動生產率 使用夾具后，能使工件迅速地定位和夾緊，并能夠顯著地收縮輔助時間和基本時間，提高勞動生產率。 c.改善工人的勞動條件 用夾具裝夾工件方便、省力、安全。當采用氣壓、液壓等夾緊裝置時，可以減輕工人的勞動強度，保證安全生產。 d.降低生產成本 在批量生產中使用夾具時，則由于勞動生產率的提高和允許使用技術等級較低的工人操作，故可以明顯降低生產成本。 e.保證工藝紀律 在生產過程中使用夾具時，可確保生產周期、生產調度等工秩序。因為夾具往往也是工程技術人員解決高難度零件加工的主要工藝手段之一。 f.擴大機床工藝范圍 這是在生產條件有限的企業(yè)中常用的一種技術改造措施。如在車床上拉削、深孔加工等，也可用夾具裝夾以加工較復雜的成形圓。 5.1.2 機床夾具的分類 機床夾具有多種分類方法。一般按適用工件的范圍的特點分為：通用夾具、專用夾具、組合夾具和可調夾具或按適用的機床分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具等。 通用夾具是指已經標準化，可用于加工一定范圍內的不同工件夾具。如三爪自定心卡盤、虎鉗、萬能分度頭和磁力工作臺等。專用夾具是指為某一工件的某道工序而設計制造的夾具。一般在批量生產中使用，是機械制造廠里使用范圍最廣的一種機床夾具。 5.1.3機床夾具的組成 機床夾具的種類和結構雖然繁多，但它們的組成均可概括為下面四個部分： a.定位裝置 位裝置的作用是使工件在夾具中占據正確的位置，從而保證加工位置的正確。 b.夾緊裝置 夾緊裝置的作用是將工件壓緊、夾牢，保證工件在加工的過程中受到外力（切 削力等）作用時不離開占據正確的位置。 c.夾具體 夾具體是機床夾具的基件，通過它將機床的所有元件構成一個整體。 d.其它裝置或元件 如連接元件，分度裝置，靠模裝置，上下料裝置，工業(yè)機器人等。 5.1.4 本次畢業(yè)設計的任務 本次畢業(yè)設計是設計在氣缸蓋上進行鏜加工所用的夾具。它是發(fā)揮我們獨立思考和創(chuàng)新的有效過程。使我們充分而又靈活地運用課堂所學的理論知識與實踐環(huán)節(jié)緊密結合，培養(yǎng)解決生產實際問題的能力，為適應今后的工作打好堅實的基礎。 5．2 夾具的設計步驟及內容 5.2.1 氣缸蓋鏜孔的工藝分析 該加工零件的工序內容 半精鏜(a) Φ47.8H8 深10mm，粗糙度為3.2， 槍鉸導管底孔Φ14.8H8 深33mm，粗糙度為3.2um的排氣孔。兩孔位置度公差為Φ0.03mm。 (b) Φ44.8H8深10mm，粗糙度為3.2，槍鉸導管底孔Φ14.8H8 深28.5mm，粗糙度為3.2um的進氣孔。兩孔位置度公差為Φ0.03mm。 精鏜 (a) Φ48H6 深10mm，粗糙度為1.6， 槍鉸導管底孔Φ15H6 深33mm，粗糙度為1.6um的排氣孔。兩孔位置度公差為Φ0.03mm。 (b) Φ45H6深10mm，粗糙度為1.6，槍鉸導管底孔Φ15H6 深28.5mm，粗糙度為1.6um的進氣孔。兩孔位置度公差為Φ0.03mm。 以上倒角均為1×45° 除應保證各孔尺寸精度外，還需滿足以下要求： a. Φ48 H6孔與Φ15H6孔同軸度誤差不大于Φ0.04mm，Φ15H6孔與被加工工件內側面垂直度為Φ0.03mm，Φ48H6孔的底面與Φ15H6孔的垂直度為0.02/4.5mm，圓跳動為0.02mm。 b. Φ45 H6孔與Φ15H6孔同軸度誤差不大于Φ0.04mm，Φ15H6孔與被加工工件內側面垂直度為Φ0.03mm，Φ45H6孔的底面與Φ15H6孔的垂直度為0.02/4.5mm，圓跳動為0.02mm。 5.2.2夾緊方案的分析 A．工件在加工過程中定位基準的分析 在選擇定位基準時，應盡量選擇設計基準作為定位基準，即遵循基準統(tǒng)一原則。由總體設計可以知道我使用的是半精鏜、精鏜同時進行加工，加上對零件的分析，最后選擇氣缸蓋的內側面即需加工空的一面作為定位的基準面，這樣就有利于保證個被加工孔相互間的位置精度。氣缸蓋要很好的固定在機床上，就必須限制六個自由度，這樣才可以保持加工精度。根據切削力的方向和夾具夾緊力的方向，我選擇氣缸蓋的內側面確立一個平面來限制三個自由度，另外的三個自由度我選擇兩個定位銷來限制。最后再在氣缸蓋的底面上加上一個輔助支承，這樣就更能保證工件的加工精度。這種定位方式就是“一面兩銷”定位。 B．夾緊點的數目 在確定夾緊力作用點的數目時，應遵從的原則是：對剛性較差的工件，夾緊力的數目應增多，力求避免單點集中夾緊，以圖減小工件的夾緊變形；但夾緊點愈多，夾緊機構愈復雜，夾緊的可靠性愈差。所以采用多點夾緊時，應力求夾緊點的數目為最小。 考慮到該氣缸蓋是鑄鐵件，使夾緊力分散，應采用多點夾緊。所以本設計采用壓塊進行壓緊，四個壓塊可將壓緊力分為四個. C．夾緊位置的確定 夾緊位置選擇的好壞直接影響工件的加工精度、定位的可靠、工作的穩(wěn)定性。夾緊力的位置應使夾緊力落在定位平面內，力求接近平面的中心。夾緊力的方向最好要和軸向力想對，再根據氣缸蓋的大體形狀，我選擇工件的外側面為夾緊位置，方向向內，由于本道工序是鏜加工，所以軸向力不是很大，選擇壓板夾緊比較好。 D.確定夾具的類型 由于要求大量大批生產。通用夾具，組合夾具，可調夾具，隨行夾具顯然不能滿足加工精度的要求。為了使用和維修的方便，專門設計了結構緊湊的專用夾具。 E.確定夾緊方式(動力裝置) 按夾緊動力來源分，可以分為手動夾緊機構和自動夾緊機構。手動夾緊主要用于小批量生產，本課題中是不適合的。夾緊裝置中產生動力的部分叫動力裝置，常用的動力裝置有氣動、液壓、電動等。夾緊裝置中直接與工件的被夾壓面接觸并完成壓夾作用的元件稱為夾緊元件，本設計采用了液壓夾緊，解決了手動夾緊是夾緊力不一致，誤差大，精度低，工人勞動強度大等缺點。由于油液的不可壓縮性，能傳遞較大的壓力，比氣壓大10多倍，因此，在產生同樣作用力的情況下，油缸直徑可以小許多倍，使夾具結構更為緊湊。所以綜合氣壓和液壓的優(yōu)缺點后，最后選用液壓夾緊。 5.2.3夾緊力的確定與計算 確定夾緊力的方向、作用點和大小時要分析工件的結構，加工要求，切削力和其它外力作用工件的情況，以及定位元件的結構和布置方式。 A．夾緊力的方向和作用點的確定 夾緊力方向必須遵循： a. 夾緊力作用方向不應破壞工件的定位。 b. 夾緊力作用方向應使工件的夾緊變形盡量減小。 c. 夾緊力作用方向應使所需夾緊力盡可能小。 綜上所述，我選擇四個作用點在氣缸蓋的外側面上。 B．夾緊力的計算 查參考文獻[1]得 夾緊力： W=KF (5-1) 其中K為安全系數 K= (5-2) —一般安全系數，考慮增加夾緊的可靠性和因工件材料性質及余量不均勻等引起切削力的變化。一般取1.2-1.5。這里取1.4 ——加工性質系數。粗加工取1.2。精加工取1。這里取1。 ——刀具鈍化系數?？紤]到刀具磨鈍后，切削力增大，一般取1.0-1.9，這里取1.3。 ——斷續(xù)切削系數。斷續(xù)切削時取1.2，連續(xù)切削時取1，這里是取1.2。 ——一般用來表示夾緊力的穩(wěn)定性，手動夾緊時取1.3，機動夾緊時取1。 所以經過計算得安全系數K=2.184。 根據該夾具的裝夾方式，選擇的計算公式(5-1) 式中 WK——實際所需夾緊力（N）； K——安全系數； P——切削力（N）； 由總體設計計算得到的軸向作用力為16.8N， 最后由公式（5-1）、（5-2）算得 夾緊力：F=38N 5.2.4夾緊液壓缸的選擇 組合機床的夾緊液壓缸已進行了通用化系列化設計，根據夾緊力的大小，可以用任何型號的液壓缸，因為任何型號的液壓缸都能滿足本機床夾具需要的夾緊力。但是根據調查，現(xiàn)在廠里用的液壓缸一般是T5034、T5035、T5038這幾種型號。由于T5034型號液壓缸的行程比較小，所以這里選用型號為T5035的液壓缸。查參考文獻[8]表4—3查基本尺寸參數，表4—4查液壓缸的技術參數。這種液壓缸的剛體采用無縫鋼管，兩端的端蓋是嵌入式的，在缸體的兩端內壁開有環(huán)槽，將端蓋放入后旋轉90度。端蓋的邊沿進入缸體兩端的環(huán)槽中，即可承受軸向力。該夾緊裝置主要是通過杠桿原理把液壓缸的的推力和拉力傳遞到壓緊塊，完成夾緊的工作。杠桿是以一比一的比例來傳遞力的。 5.2.5定位元件的設計 根據定位方式查參考文獻[1]表2.1-4，選擇一個的圓柱銷和一個削邊銷，這兩個都采用固定式。它們主要有以下幾個工作特點和使用說明： A為了增加兩孔連心線方向上的間隙，避免過定位，把第二銷碰到工件孔壁的部分削去，只留下上下一部分圓柱面，也起到減小第二銷直徑的作用。 B由于垂直于連心線方向上第二銷直徑沒有減小，故對工件的轉角誤差沒有影響。 C安裝削邊銷時，削邊方向要垂直于連心線，為了保證削邊銷的強度，通常采用菱形結構。根據參考文獻[9]表6-32選擇配合。選擇銷工作部分直徑g5，定位銷頭部有15導角，與夾具體孔配合為H7/n6。為了便于更換定位銷，設計成帶襯套的結構襯套外徑與夾具體孔配合為H7/n6，內徑與定位銷配合為H7/h6。故選擇了一個Φ15.5g5圓柱銷和一個Φ15.5g5的削邊銷，它們的高度相同。選用四個一樣大小的Φ30的支承塊構成一個支承平面，支承塊的上下表面的平行度為0.01mm，表面粗糙度為0.8，高度為250.015，分別用M10的內六角圓柱頭螺釘于夾具體連接。 選取“一面兩銷”的定位方式。其定位特點有： a. 可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位 b. 有同時加工零件五個表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。 c. 一面雙孔”可做為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準，使零件整個工藝過程基準統(tǒng)一，從而減少由基準轉換帶來的累積誤差，有利于保證零件加工精度。同時，使機床各工序（工位）的許多部件（如夾具）實現(xiàn)通用化，有利于縮短設計、制造周期，降低成本。 d. 于實現(xiàn)自動化定位、夾緊，并有利于防止切屑落于定位基面。 5.2.6定位誤差的計算 a. 菱形銷的最大直徑 （5-3） 式中 b——菱形銷寬度； ——兩孔中心距的公差； ——兩定位銷中心距的公差，一般?。?/3—1/5）； ——圓柱銷與孔配合的最小間隙，； ——圓柱銷定位孔的最小直徑 由公式（5-3）計算得=15.473 圖5-1 轉角誤差示意圖 b. 工件的轉角誤差 （5-4） 式中 ——以菱形銷定位的定位孔直徑的公差； ——菱形銷直徑的公差； ——菱形銷與孔的最小配合間隙 （5-5） （5-6） 由公式（5-4）、（5-5）、（5-6）得 0.015° 0.005° 故工件在任意方向偏轉時，最大轉角誤差為0.02°。 c. 基準位移誤差 0.0086mm。 （5-7） d. 基準不重合誤差 基準不重合誤差應從定位基準到工序基準之間的所有尺寸的公差之和在加工尺寸方向上的投影，故基準不重合度誤差=0。 最后，在求得基準位移誤差和轉角誤差后，算得定位誤差=0.0086mm。此值小于工件相應位置度的三分之一，即0.0086mm＜(0.03/3)mm=0.01mm。 5.2.7導向裝置的選擇 一般夾具的導向裝置是選用鏜套或者導向支架，它們又可以分為很多種類。由于切削速度不大，同時為了保證被加工零件的技術要求，再結合本夾具的結構特點，切削主軸為鋼性主軸，且加工深度不深，故不選用導向裝置。只有當拆卸被加工零件時，需要一個導向裝置來確保工件在退出定位銷時不損壞定位銷。所以選用導向條為導向裝置。如圖 圖5-2 拆卸導向裝置示意圖 5.2.8夾具體的設計 夾具體采用鑄造的箱體結構，各邊的厚度取35mm，保證有足夠的支承力，支承夾具、工件、氣缸夾緊力。同時還有足夠的剛性，鏜加工時不會引起夾具的歪斜和工件誤差的加大。夾具體和機床通過螺栓和定位銷定位和固定。 5.2.9其它元件的設計 需要用到的元件主要有襯套、法蘭盤、支架、支承塊、立柱、齒條，齒輪，軸，隔套、壓板，擋塊，彈簧墊片、撥桿，推桿，頂桿等等。這些元件都是在設計中非常重要的元件，設計的過程主要根據參考文獻[1]、[8]、[9]，同時運用所學過的知識，還翻閱了參考文獻[3]、[5]、[7]、[11]等。詳細設計情況可以看零件圖，這里不一一介紹。 5.2.10夾具的精度分析 夾具上主要元件之間的尺寸應取工件相應尺寸的平均值。當工件與之相應的尺寸有公差時，應視工件精度要求和該距離尺寸公差的大小而定，當工件公差值小時，宜取工件相應公差的1/2—1/3；當工件公差值較大時，宜取工件相應公差的1/3—1/5作為相應尺寸的公差。在機械加工中，造成工件加工誤差的因素主要有定位誤差，夾具在機床上的安裝誤差 ，刀具對刀和導向誤差，以及由于機床運動精度的工藝系統(tǒng)變形等因素引起的加工方法誤差等。為保證工件的技術要求，上述誤差的合成值應不超過工件工序公差之值。 A.夾具在機床上的安裝誤差ΔA 因為夾具在機床上的安裝不精確而造成的加工誤差，稱為夾具的安裝誤差。一般 ?。? Δ誰平A=0.02mm Δ垂直A=0mm B.夾具誤差ΔE 因夾具上定位元件，對刀或導向元件及安裝基面三者之間（包括導向元件與導向元件之間）的位置不精確而造成的加工誤差，稱為夾具誤差，夾具誤差大小取決于夾具零件的加工精度的夾具裝配時的調整和修配精度。 一般取ΔE=0.04mm C.加工方法誤差ΔG 因機床精度，刀具精度，刀具與機床的位置精度，工藝系統(tǒng)受力變形和受熱變形等因素造成的加工誤差，統(tǒng)稱為加工方法誤差，因該項誤差影響因素很多，又不便于計算，所以常根據經驗為它留出工件公差的1/3。計算時可設ΔG=/3。 ——工件位置公差取0.20 ΔG= D.保證加工精度 工件在夾具中加工時，總加工誤差∑Δ為上述各項誤差之和。由于上述誤差均為獨立隨機誤差，應用概率法加，因此，保證工件加工精度條件是： (5-8) 即工件總加工誤差∑Δ應不大于工件的加工尺寸公差，由以上得知，本夾具完全可以保證加工精度。 為保證夾具有一定的使用壽命，防止夾具因磨損而過早報廢，在分析計算工件加工精度時需留出一定精度儲備量，因此將公式（5-8）改為： ≤－ → =－ （5-9） 當≥0時夾具能滿足加工要求，根據以上 =－=0.20-0.08=0.12≥0 所以夾具完全可以滿足加工要求。 a.Φ48H6與Φ15H6兩孔同軸度的分析。 根據誤差不等式應：（mm）。 （5-10） (a）由于兩孔同軸度與定位方式無關，故 △D = 0 (b）因夾緊點落在定位基準面上，則夾緊誤差不會影響同軸度，故 △J = 0 (c）因沒有采用導向裝置，所以導向誤差 △T = 0 (d）因兩孔分別鏜切削，，故兩孔的同軸度與加工誤差無關，但定位面對底面的平行度為0.01，輔助支承面對底面的垂直面為0.01，故安裝誤差 △A = 0.01 (e）使用該夾具時容易發(fā)生變形的環(huán)節(jié)在鏜桿，但由于是鋼性鏜桿，且離加工面近，距離短，故可認為 ： △G = 0 綜合以上?？芍`差不等式是滿足的，工件該項精度要求能予充分保證。 b.Φ45H6與Φ15H6兩孔同軸度的分析。 因為這兩個孔的技術要求和形位公差和Φ48H6與Φ15H6兩孔的一樣，所以也滿足不等式。工件該項精度要求能予充分保證。 c.Φ15H6孔軸線對工件內側面的垂直精度的分析。 根據誤差不等式應：（mm）。 顯然△D、△J、△A、△G的分析同上，關鍵在于△T的值。由于兩鉸孔的軸線的平行度為0.01，則誤差不等式滿足要求。 6 齒輪和軸的設計 6.1.齒輪設計 本夾具上的齒輪主要有兩種齒輪，都是直齒圓柱齒輪的傳動。設計的齒輪傳動在具體工作情況下，必須有足夠工作能力，以保證在整個壽命期間不致失效。所以要對齒輪進行校核。以齒輪YG023-2058為例。 A.選擇齒輪的材料、熱處理方法、精度等級、齒數z1，z2及齒寬系數Φd。 考慮到該組合機床的功率不大，故大、小齒輪都采用T235處理，齒面硬度為220HBS，260HBS，屬軟齒面閉式傳動，載荷平穩(wěn)，齒輪速度不高，粗選7級精度，齒數z1=z2=28，u=1，按軟齒面齒輪非對稱安裝查參考文獻[5]表6.5，取齒寬系數Φd=1.0 B.按齒面接觸疲勞強度設計 a.確定公式中各參數 (a)載荷系數 Kt 由式 （6-1） 試選Kt=1.5 (b) 小齒輪傳遞的轉矩T1 取輸入功率=7.5KW，小齒輪轉速n1=960r/min 則T1= （6-2） (c) 材料系數 查參考文獻[5]表6.3得 ZE=189.8 (d) 大小齒輪的接觸疲勞強度極限 按齒面硬度查參考文獻[5]圖6.8得 =520MPa ， =600Mpa (e) 應力循環(huán)次數 N1=60n1jLh=60×960×1×10×300×16=2.765×109 （6-3） N2= N1/μ=2.765×109 （6-4） (f) 接觸疲勞壽命系數 查參考文獻[5]圖6.6得 KHN1=0.88， KHN2=0.88 (g) 確定許用接觸應力 [σH1]，[σH2] 取安全系數SH=1 （6-5） （6-6） b.設計計算 (a) 試算小齒輪分度圓直徑 取 則 則 （6-7） (b) 計算圓周速度 （6-8） (c) 計算載荷系數K 查參考文獻[5]表6.2得使用系數KA=1 根據υ=3.58m/s，七級精度查參考文獻[5]圖6.10得動載系數Kυ=1.1 查參考文獻[5]圖6.13得Kβ=1.08 則K=KAKυKβ=1.188。 (d) 校正分度圓直徑 由式mm （6-9） c. 計算齒輪傳動的幾何尺寸 (a)計算模數 m m=d1/z1=2.35mm， 按標準取模數， m=2mm. (b)兩輪分度圓直徑 mm ， mm (c)中心距a a=m(z1+z2)/2=2×（56）/2=56mm (d) 齒寬 b b =φd×d1=65.88 b1=b2+(5-10)mm 取b2=66mm， b1=70mm (e) 齒高 h h=2.25m=2.25×2=4.5 C. 齒根彎曲疲勞強度 由式 （6-10） a.確定公式中各參數值 (a) 大小齒輪的彎曲疲勞強度極限 查參考文獻[5]圖6.7 取=240Mpa ， =220Mpa (b) 彎曲疲勞壽命系數KFN1，KFN2 查參考文獻[5]圖6.7 取 KFN1=0.88， KFN2=0.90 (c) 許用彎曲應力， 取彎曲疲勞安全系數SF=1.4，應力修正系數YSF=2.0 得 （6-11） （6-12） (d) 齒形系數YFa1，YFa2和應力修正系數YSa1，YSa2. 查表6.4得 YFa1=2.55， YFa2=2.55 Ysa1=1.61 Ysa2=1.61 (f) 計算大小齒輪的與并加以比值。 取其中大值代入公式計算 大齒輪的數值大，應按大齒輪校核齒根彎曲疲勞強度。 D.校核計算 （6-13） 由于 故彎曲疲勞強度足夠。 6. 2軸的設計 本夾具所涉及到了三個軸，現(xiàn)對其中一跟軸進行校核，這里選軸YG023-2002進行校核。如圖6-1： 圖6-1 軸YG023-2042簡圖 軸的設計包括結構設計和工作能力計算兩個部分 A. 軸的結構設計 軸上零件的布置和裝配如圖所示 a. 軸的最小直徑估算 由材料力學可知，軸的扭轉強度條件為 式中 τT—軸的扭轉切應力，單位為MPa； T—軸的傳遞轉距，單位為N.mm； P —軸的傳遞功率，單位為kw； N—軸的轉速，單位為r/min； WT—軸的抗扭截面系數，單位為mm3； [τT]—許用轉距切應力，單位為MPa，查《機械設計》附表表1.3。 由此推得最小直徑d0min（單位為mm）為 式中 C—計算常數，查表11.3。 b.各軸段的直徑和長度的確定 c.軸上零件的軸向和周向定位與固定 在軸向上采用圓螺母和止動墊片，隔套等，周向上主要是鍵連接。 d.軸的結構工藝性 軸的結構的工藝性是指軸的結構應便于加工、裝配、拆卸、測量和維修等，并且生產效率高，成本低。一般軸的結構越簡單，工藝性越好。 e.提高軸的強度和剛度的措施 這里采用45號鋼進行調制處理來提高軸的強度和剛度。 B.軸的強度計算 現(xiàn)對軸YG023-2002進行強度、剛度校核： a.求出軸上的轉矩T： 液壓泵的轉速為1000r/min； 液壓油的工作壓力5.9MPa； 則 軸上的傳遞的功率： 則 b.求作用在齒輪上的力： c.軸的受力分析（見圖6-2） (a) 畫軸的受力簡圖（見圖6-2） (b) 計算支承反力。 在水平面上 在垂直面上 在水平面上， 在垂直面上， 合成彎矩， d. 畫彎矩圖（見圖6-2） 圖6-2 軸的受力分析及彎扭矩圖 C.判斷危險截面 因支承力都在右側，扭矩為T，則判斷齒輪齒寬中心線右側為危險截面，只要右側滿足強度校核就行了。 D.軸的彎扭合成強度校核 由于右側兩支承點的力的方向是相反的，且大小幾乎相同。故彎扭合成強度滿足要求。 E.軸的疲勞強度安全系