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尾架體加工工藝及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計(jì)
機(jī)械工程及自動(dòng)化 張春雨
指導(dǎo)老師 王栓虎 副教授
摘要 尾架體是企業(yè)產(chǎn)品的關(guān)鍵零件之一，它在機(jī)床上起到了關(guān)鍵作用。本文介紹了尾架體加工工藝及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計(jì)的目的、尾架體的結(jié)構(gòu)及作用、加工工藝規(guī)程、機(jī)床夾具等。在設(shè)計(jì)中采用先設(shè)計(jì)尾座體的加工工藝再根據(jù)加工工藝來(lái)選取夾具和組合機(jī)床的設(shè)計(jì)，而最主要的部分就是尾架體的加工工藝及各加工工序的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞 尾架體 加工工藝 夾具 夾緊裝置
1 緒論
1.1 尾架體的作用
尾架體的主要作用包括三種：其一：當(dāng)加工軸向尺寸和徑向尺寸比較大的時(shí)候可以使用車(chē)床尾架后坐頂針?lè)乐构ぜ蜷L(zhǎng)而夾不住要車(chē)加工吃到刀的橫向力后掉下來(lái)。其二：可以安裝各種鉆具，對(duì)工件進(jìn)行鉆孔、鉸孔等功能。其三：當(dāng)尾架偏移時(shí)，還可用來(lái)車(chē)削圓錐體[1]。
1.2 尾架體的結(jié)構(gòu)分析
尾架體主要是由三部分組成。底板與床身的內(nèi)側(cè)導(dǎo)軌配合，并可以在導(dǎo)軌上做縱向移動(dòng)[2]。底板上一個(gè)可以使整個(gè)尾架體夾緊在任意位置上的裝置。尾架體安裝在底板上，可以沿某種類(lèi)型的鍵槽在底板上橫向移動(dòng)，使尾架能與主軸箱中的主軸對(duì)正[3]。尾架體的第三個(gè)組成部分是尾架套筒，它是一個(gè)鋼制空心圓體。通過(guò)手輪和螺桿，可以使尾架套筒在尾架體中縱向移入和移出幾英尺。
2 加工工藝規(guī)程
2.1 機(jī)械加工工藝規(guī)程的概念
在生產(chǎn)過(guò)程中，改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)等，使之成為成品或半成品的過(guò)程，稱(chēng)為工藝過(guò)程[4]。它包括：毛坯制造、零件加工、部件或產(chǎn)品裝配、檢驗(yàn)和涂裝包裝等[5]。其中，采用機(jī)械加工的方法，直接改變毛坯的形狀、尺寸、表面質(zhì)量和性能等，使其成為零件的過(guò)程，稱(chēng)為機(jī)械加工工藝過(guò)程[6]。
2.2 尾架體的工藝分析
由零件圖可知，其中以17H6mm的孔和導(dǎo)軌面加工要求最高。對(duì)于象機(jī)床尾架座這樣的零件來(lái)說(shuō)，選擇好粗基準(zhǔn)是至關(guān)重要的，能夠保證零件的各種加工余量的選擇。對(duì)于一般零件而言，以加工面互為基準(zhǔn)完全合理；但對(duì)于本零件來(lái)說(shuō)，如果以17的孔為粗基準(zhǔn)可能造成位置精度不達(dá)標(biāo)，按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則（即當(dāng)零件有不加工表面時(shí)，應(yīng)以這些不加工面作為粗基準(zhǔn)）現(xiàn)在選擇不加工35的外圓表面和外表不加工面作為粗基準(zhǔn)，利用一組兩個(gè)錐套夾持兩端作為主要定位面以消除五個(gè)不定度，再用一個(gè)支承板、支承在前面用以消除一個(gè)不定度，達(dá)到完全定位。用來(lái)加工工件的底面[7]。對(duì)于精基準(zhǔn)而言，主要應(yīng)考慮基準(zhǔn)的重合問(wèn)題。這里主要以已加工的底面為加工的精基準(zhǔn)。
2.3 工藝路線(xiàn)的制定
工序1 毛胚
工序2 人工時(shí)效
工序3 粗刨導(dǎo)軌面
工序4 銑削Φ17H6兩端面
工序5 孔加工（鉆、擴(kuò)、粗絞Φ17H6的孔）
工序6 銑削Φ14mm兩端面
工序7 銑削M6的端面
工序8 粗刨燕尾面
工序9 銑2′2 退刀槽
工序10 精刨（導(dǎo)軌面、燕尾面）
工序11 磨（導(dǎo)軌面、燕尾面）
工序12 銑削（導(dǎo)軌面工藝面、燕尾底面）
工序13 精絞Φ17H6mm的孔
工序14 鉆M6的孔、攻絲
工序15 鉆孔（Φ14mm、Φ26mm）
工序16 導(dǎo)軌面配刮
工序17 研配Φ17H6mm的孔
工序18 終檢
2.3 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯的確定
“尾座體”零件的材料為HT200，生產(chǎn)類(lèi)型為大批量生產(chǎn)。采用自由的砂型，3級(jí)精度（成批生產(chǎn)）。
根據(jù)上述原始質(zhì)料及加工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下。
2.3.1 孔Φ17的兩端面
表面粗糙度為Ra6.3，經(jīng)濟(jì)精度為IT12，不平度：Rz=240μm，缺陷度：T缺=250μm ，加工方案確定為：銑削。查參考資料《機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》。
鑄造公差：T=2200μm
查參考資料《機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》，按鑄件寬度b=12mm。
(1)銑削余量
加工精度：IT12
公差：T=350μm
加工表面粗糙度：Ra6.3
鑄件的加工余量為：Y1=2.6mm
所以總的加工為
Ma=2′2Y1 （2.1）
=2′2.6
=5.2 mm
2.6.2 內(nèi)孔Φ17H6mm
毛坯為實(shí)心，不沖出孔。內(nèi)孔精度要求為，查參考資料《機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》確定工序尺寸及加工余量為：
鉆孔：Φ15mm；
擴(kuò)孔：Φ16mm； 2Z2 =2m
粗鉸：Φ16.5mm； 2Z3 =1m
精絞：Φ17mm； 2Z4 =1m
總的加工余量為：
Z = Z1 + Z2 + Z3 + Z4 = 4mm （2.2）
2.6.3 燕尾面加工
考慮其加工長(zhǎng)度為90mm，與其聯(lián)結(jié)的為導(dǎo)軌面，其精度相對(duì)較高，要進(jìn)行粗刨燕尾面、精刨燕尾面和精刨燕尾面。
(1)粗刨燕尾面：
加工精度IT12
鑄件粗加工的余量Z1 =6m
(2)精刨燕尾面：
加工長(zhǎng)度B=90mm、加工寬度<100mm，因此半精加工的余量選擇Z2=1.0mm
(3)精刨燕尾面：
加工長(zhǎng)度B=90mm、加工寬度<28mm，因此精加工的余量選擇Z3=0.02m
總的加工余量為：
Z = Z1 + Z2 + Z3 =7.02mm
2.6.4 導(dǎo)軌面刨削加工
考慮其加工長(zhǎng)度為152mm，同時(shí)還要和導(dǎo)軌配合，其加工精度要求非常高，因此需要進(jìn)行粗刨，精刨和磨。
(1)粗刨導(dǎo)軌面：
加工精度選擇IT12
選擇加工余量Z=5.5mm
(2)精刨導(dǎo)軌面：
加工長(zhǎng)度B=138mm、加工寬度k=100mm，因此加工余量選擇Z=1.0mm。
(3)磨導(dǎo)軌面：
加工長(zhǎng)度B=138mm、加工寬度k=90mm，因此精加工的余量選擇Z3 =0.022m。
總的加工余量由式2.2得：
Z總=6.522mm。
2.6.5 孔Φ14的內(nèi)徑表面
毛坯為實(shí)心，不沖出孔。內(nèi)孔精度要求不太高，加工方案確定為：鉆。參考資料《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》確定工序加工尺寸及余量為：
鉆孔：Φ14mm。(查參考資料《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.3-48)
2.6.6 M6的孔加工
公稱(chēng)直徑6mm，加工前的鉆孔直徑5mm。(查參考資料《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.3-71)。因此鉆孔的加工余量為：Z=1mm
3.1 夾具的組成
（1）定位元件及定位裝置：用于確定工件正確位置的元件和裝置；
（2）夾緊元件及夾緊裝置：用于固定工件已獲得的正確元件或位置，本設(shè)計(jì)中采用法蘭式夾緊油缸；
（3）導(dǎo)向及對(duì)刀元件：用于確定工件與刀具相互位置的元件，本設(shè)計(jì)中采用可換鉆套；
（4）動(dòng)力裝置：為了減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，常采用氣動(dòng)、液動(dòng)等動(dòng)力裝置；
（5）夾具體：用于將各種元件、裝置聯(lián)接在一體，并通過(guò)它將整個(gè)夾具安裝在機(jī)床上；
（6）其它元件及裝置：根據(jù)加工需要來(lái)設(shè)置的元件或裝置。
以上是夾具機(jī)床的基本組成。對(duì)于一個(gè)具體的夾具，略有不同，但定位、夾緊和夾具體一般是不可缺少的[8]。
3.2 定位元件分析
在鉆14mm孔的夾具設(shè)計(jì)中，雖然該孔為通孔，位置尺寸精度要求不高，但是，加工孔14的夾具其實(shí)同樣以底面和75度面作為基準(zhǔn),也就是在加工17的孔的上做一個(gè)45度斜角度。定位時(shí)，采用楔形塊在導(dǎo)軌面定位限制三個(gè)自由度，支撐釘在燕尾面的后端面限制1個(gè)自由度，油缸夾緊時(shí)零件右端后限制2個(gè)自由度，這樣就達(dá)到了完全定位[9]。
3.3 夾緊元件分析
工件在夾具中正確定位后，由夾緊裝置將工件夾緊。夾緊裝置的組成有：
（1）動(dòng)力裝置：產(chǎn)生夾緊動(dòng)力的裝置。
（2）夾緊元件：直接用于夾緊工件的元件。
（3）中間傳力機(jī)構(gòu)：將原動(dòng)力以一定的大小和方向傳遞給夾緊元件的機(jī)構(gòu)。
在有些夾具中，夾緊元件往往就是中間傳力機(jī)構(gòu)的一部分，難以區(qū)分，統(tǒng)稱(chēng)為夾緊機(jī)構(gòu)[10]。
本設(shè)計(jì)中，夾具采用液壓夾緊。通過(guò)計(jì)算，采用T5033型號(hào)的法蘭式夾緊油缸。在零件的右端先用移動(dòng)壓板，壓緊彈簧、螺母，壓緊螺栓壓緊，然后通過(guò)壓緊油缸進(jìn)行壓緊，這樣就固定了尾架體，限制了它在加工過(guò)程中的移動(dòng)[11]。
夾具如圖3.1所示
圖3.1 夾具圖
4 組合機(jī)床
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)鉆Φ14的孔進(jìn)行單工位組合機(jī)床設(shè)計(jì)。該零件總體輪廓尺寸較小，屬于小型零件加工，零件的定位夾緊元件也不會(huì)太大，設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮到各方面的因素后，決定選用立式鉆床[12]。
4.1 被加工零件工序圖繪制
由于是單工位加工，再加上零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工序圖可以直接在零件圖上作必要的說(shuō)明。
工序圖見(jiàn)圖4.1被加工零件工序圖。
圖4.1 被加工零件圖
4.2 被加工零件加工示意圖繪制
4.2.1 加工示意圖的作用
加工示意圖是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要圖紙之一，在總體設(shè)計(jì)中占據(jù)重要的地位，它是刀具、輔具、夾具、主軸箱、液壓電氣裝置設(shè)計(jì)及通用部件選擇的主要原始資料，也是整臺(tái)組合機(jī)床布局和性能的原始要求，同時(shí)還是調(diào)整機(jī)床、刀具及試車(chē)的依據(jù)。加工示意圖要反應(yīng)機(jī)床的加工過(guò)程和加工方法，并決定浮動(dòng)頭或接桿的尺寸，鉆桿長(zhǎng)度、主軸、刀具、導(dǎo)向與工件間的聯(lián)系尺寸等，根據(jù)機(jī)床要求的生產(chǎn)率及刀具特點(diǎn)，合理的選擇切削用量和動(dòng)力頭[13]。
4.2.2 加工示意圖的編制
(1)刀具的選擇、工序余量、切削用量參見(jiàn)工藝卡片上的相應(yīng)內(nèi)容。
(2)動(dòng)力頭工作循環(huán)及行程確定。動(dòng)力頭工作循環(huán)一般包括快進(jìn)、工作進(jìn)給、快退等動(dòng)作。鉆孔的工作循環(huán)為：快進(jìn)→工進(jìn)→快退。
快進(jìn)長(zhǎng)度確定 200mm；
工進(jìn)長(zhǎng)度確定 36mm；
快退長(zhǎng)度確定 236mm。
4.3 組合機(jī)床聯(lián)系尺寸圖的繪制
機(jī)床聯(lián)系尺寸圖是決定各部件的輪廓尺寸及相互間聯(lián)系關(guān)系的，是開(kāi)展各專(zhuān)用部件設(shè)計(jì)和確定機(jī)床最大占地面積的指導(dǎo)圖紙。
組合機(jī)床是由一些通用部件和專(zhuān)用部件組成的。為了使所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床既能滿(mǎn)足預(yù)期的性能要求，又能做到配置上的勻稱(chēng)合理，符合多快好省的精神，必須對(duì)所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床各個(gè)部件之間的關(guān)系進(jìn)行全面的分析研究。組合機(jī)床聯(lián)系尺寸圖是在被加工零件工序圖與加工示意圖繪制之后，根據(jù)初步選定的通用部件，以及確定的專(zhuān)用部件的結(jié)構(gòu)原理而繪制的[14]。
(1)機(jī)床裝料高度的確定
確定機(jī)床裝料高度要考慮車(chē)間運(yùn)送工件的滾道高度、工件最低孔的位置、主
軸箱最低高度和通用部件高度尺寸的限制。根據(jù)我國(guó)具體情況，為了便于操作和省力，考慮道自動(dòng)排削，裝料高度可采用935mm。
(2)夾具外形輪廓尺寸的確定
夾具的外形尺寸參考前一章的夾具總體圖上的尺寸。
(3)機(jī)床同用部件的選擇
此次設(shè)計(jì)的專(zhuān)用組合機(jī)床所用的同用部件有；一個(gè)動(dòng)力頭、一個(gè)液壓滑臺(tái)、一個(gè)立柱、一個(gè)側(cè)底座、一個(gè)底座、一個(gè)墊臺(tái)和一個(gè)電機(jī)。
根據(jù)手冊(cè)上各通用部件的尺寸繪制組合機(jī)床聯(lián)系尺寸圖。機(jī)床的聯(lián)系尺寸圖主要應(yīng)針對(duì)各部件之間的聯(lián)系尺寸進(jìn)行標(biāo)注，各部件只畫(huà)出必要的輪廓形狀即可，盡量減少不必要的線(xiàn)條和尺寸，各部件應(yīng)嚴(yán)格按同一比例繪制。在圖上應(yīng)標(biāo)明工件、夾具及動(dòng)力頭的中心線(xiàn)之間的關(guān)系[15]。
組合機(jī)床設(shè)計(jì)總圖見(jiàn)圖4.2 。
圖4.2 組合機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
5 總結(jié)
由本文的論述，我們了解到，通過(guò)對(duì)尾架體工藝的研究與應(yīng)用，在機(jī)床、夾具、刀具、工藝流程等方面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和選擇，有效提高了加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大了加工適應(yīng)范圍，提高了可靠性，具備一定的先進(jìn)性，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為解決此類(lèi)多孔同時(shí)加工問(wèn)題舉了一件實(shí)例。
本成果設(shè)計(jì)制造的機(jī)床為組合機(jī)床。我們將鉆削主軸設(shè)為機(jī)械傳動(dòng)，而進(jìn)給系統(tǒng)為液壓控制，使在滿(mǎn)足使用要求的前提下降低了成本。作為關(guān)鍵部件的液壓滑臺(tái)采用國(guó)產(chǎn)通用部件。以比較簡(jiǎn)單的方式完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的同步進(jìn)行，非常實(shí)用。
本機(jī)床所用夾具的通用性強(qiáng)，工件采用液壓定位夾緊，快速方便。定位采用兩面一銷(xiāo)的定位方式，夾緊采用液壓加緊，采用這種方式完全能夠滿(mǎn)足精度要求。而且簡(jiǎn)易方便，制造成本低，通用性好。
在刀具方面，由于所加工孔的尺寸精度和表面粗糙度要求都不算高，采用麻花鉆。這種鉆頭采購(gòu)比較方便，而且價(jià)格比深孔鉆頭也要便宜。
通過(guò)本成果的實(shí)施，深孔加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率得到較大幅度提高，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。而且加工精度也完全能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。則在直接經(jīng)濟(jì)效益方面，節(jié)省了大量加工工時(shí)。
這次設(shè)計(jì)是對(duì)四年所學(xué)的一個(gè)總結(jié)，也為今后的工作做了鋪墊。雖然我設(shè)計(jì)的是尾架體的加工工藝及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計(jì)，但是對(duì)機(jī)床的了解也處類(lèi)旁通，收益非淺。
當(dāng)然，由于我們的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)有限，難免出現(xiàn)不足之處，望指導(dǎo)教師和其他關(guān)心我們的人給予批評(píng)指正。
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