缸體精銑兩側(cè)面機床總體設(shè)計及夾具設(shè)計.doc

鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2011 目 錄 1 緒論 .1 2 組合機床總體設(shè)計 .3 2.1 總體方案論證 .3 2.1.1 工藝方案的擬定 .3 2.1.2 機床配置形式的選擇 .3 2.1.3 定位基準(zhǔn)的選擇 .4 2.1.4 滑臺型式的選擇 .4 2.2 確定切削用量 .4 2.2.1 選擇切削用量 .4 2.2.2 計算切削力、切削扭矩及切削功率 .5 2.3 組合機床總體設(shè)計三圖一卡 .6 2.3.1 被加工零件工序圖 .6 2.3.2 加工示意圖 .6 2.3.3 機床尺寸聯(lián)系總圖 .7 2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡 .8 3 夾具設(shè)計 .11 3.1 夾具設(shè)計的基本要求 .11 3.2 夾具設(shè)計的方法與步驟 .11 3.2.1 設(shè)計前的準(zhǔn)備 .11 3.2.2 擬定夾具結(jié)構(gòu)方案 繪制草圖 .11 3.2.3 定位誤差分析. 13 3.2.4 夾緊力的計算. 14 3.3 繪制夾具總圖 .15 3.4 繪制夾具零件圖 .16 4 結(jié)論 .17 參考文獻 .18 致 謝. 19 附 錄. 20 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2011 1 1 緒論 組合機床是根據(jù)工件加工需要,以大量通用部件為基礎(chǔ),配以少量專用部件組成 的一種高效的專用機床 1。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(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已標(biāo)準(zhǔn)化和 系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計和制造周期。因此，組合機床兼有低成 本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用來組成自動生產(chǎn)線。 組合機床一般用于加工箱體類或特殊形式的零件。加工時，工件一般不旋轉(zhuǎn)， 由刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相對進給運動來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、 鏜孔、銑削端面、切削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工圓和端面等。二十世紀(jì) 70 年 代以來，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補償技術(shù)的發(fā) 展，組合機床的加工精度也有所提高。 專用機床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機床中某些部件因重復(fù) 使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機床。最早的組合機床是 1908 年 在美國制成的，用于加工汽車零件。 組合機床的設(shè)計，目前基本上有兩種方式：其一，是根據(jù)具體加工對象的特征 進行專門設(shè)計，這是當(dāng)前最普遍的做法。其二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣 泛使用，廣大工人和技術(shù)人員總結(jié)出生產(chǎn)和使用組合機床的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)組合機床不 僅在其組成部件方面有共性，可設(shè)計成通用部件，而且一些行業(yè)在完成一定工藝范 圍內(nèi)的組合機床是極其相似的，有可能設(shè)計為通用機床，這種機床稱為“專能組合 機床” 。這種組合機床不需要每次按具體加工對象進行專門設(shè)計和生產(chǎn)，而是設(shè)計 成通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按被加工零件的具體需要，配以簡單的夾具及刀 具，即可組成加工一定對象的高效率設(shè)備。 為了使組合機床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用成組技術(shù)，把結(jié) 構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺組合機床上加工，以提高機床的利用率。 組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結(jié)構(gòu)、 縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào) 性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。 我畢業(yè)設(shè)計的課題是缸體精銑兩側(cè)面組合機床總體設(shè)計及夾具的設(shè)計。該課題 來源于鹽城市高精裝備機電有限公司，主要對缸體的前后兩個面進行銑削的機床設(shè) 計。設(shè)計的思路是先進行總體方案的論證，對所選的方案進行計算，然后再完成 “三圖一卡”和各個零件圖的設(shè)計。設(shè)計后的組合機床能較好的保證面的銑削及位 缸體精銑兩側(cè)面機床總體設(shè)計和夾具設(shè)計 2 置精度，改變了以往煩瑣的加工工藝過程，大大的節(jié)約了加工時間，提高了勞動生 產(chǎn)率，降低了工人的勞動強度。 夾具部分的設(shè)計，是在完成對組合機床的總體設(shè)計并繪制出“三圖一卡”的基 礎(chǔ)上再設(shè)計的，并繪制出夾具設(shè)計的裝配圖。夾具設(shè)計是組合機床設(shè)計中的重要部 分，夾具設(shè)計的合理與否，直接影響到被加工零件的加工精度等參數(shù)。設(shè)計首先要 確定工件的定位方式，然后進行誤差分析，確定夾緊方式，進行夾緊力的計算，并 對夾具的主要零件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。 在進行設(shè)計之前我們要做好以下幾方面的工作： 首先，要有豐富的實踐經(jīng)驗。整個設(shè)計，僅靠一些參考資料是遠遠不夠的，這 樣設(shè)計出來的組合機床只是結(jié)構(gòu)完美，外形美觀，但實用性差，因此，在設(shè)計工作 開始前，指導(dǎo)老師特地帶我們到江淮動力集團、鹽城長虹涂裝有限公司、東風(fēng)悅達 二廠等企業(yè)進行了實地參觀考察，與企業(yè)工程技術(shù)人員共同討論，積累了一些寶貴 的實踐經(jīng)驗。 其次，運用四年來所學(xué)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。整個設(shè)計過程不僅涉及到以前所學(xué)的知識，還涉及到一些新的概念，這就要求 我們一邊溫習(xí)以前的知識，一邊還要學(xué)習(xí)新的知識，可以說，整個設(shè)計過程就是我 們不斷復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)的過程。 第三，通過自身的努力，理論聯(lián)系實際，從合理性、經(jīng)濟性、工藝性、實用性 及對被加工零件的具體要求對現(xiàn)有機床進行研究和分析，找出可以進行改進的地方， 通過反復(fù)推敲對比，擬訂較為合理的銑削組合機床的總體方案。 在設(shè)計過程中，由于組合機床大部分是由標(biāo)準(zhǔn)零件構(gòu)成，另外一些非標(biāo)準(zhǔn)件盡 量適應(yīng)工廠的生產(chǎn)條件，使加工和維修方便，大大減少了設(shè)計工作量。 限于本人知識水平有限，又缺乏相應(yīng)的實踐經(jīng)驗，在設(shè)計中定存在不到之處， 敬請老師批評指正，提出寶貴意見，以便及時糾正。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2011 3 2 組合機床總體設(shè)計 2.1 總體方案論證 組合機床是按高度集中工序原則，針對被加工零件的特點及工藝要求設(shè)計的 一種高效率專用機床 1。加工對象為缸體，材料是 HT150,硬度 170241HBS。 2.1.1 工藝方案的擬定 A.本機床加工零件特點 加工對象為缸體，材料是 HT150,硬度 170241HBS。在本工序之前各主要表面、 主要孔已加工完畢。為正確擬定組合機床的工藝方案，除了對加工零件工序內(nèi)容及 特點進行分析，我們還參觀了江淮動力集團，鹽城市長虹涂裝有限公司，東風(fēng)悅達 二廠，具體了解了各廠產(chǎn)品的加工情況，各加工工序的關(guān)鍵技術(shù)要點等。為我全面 了解該缸體加工的具體情況，擬定組合機床工藝方案且對被加工工件基準(zhǔn)，加工藝 進行分析，打下了牢固的基礎(chǔ)。 B.被加工的零件的加工工序及加工精度 被加工零件在本組合機床上完成的工序及加工精度，是制定機床工藝方案的主 要依據(jù)，不同的加工方法及不同的加工精度直接影響著工藝方法的選擇和工步數(shù)及 工藝路線的確定。此被加工的零件的工序內(nèi)容： 1 鑄造2 時效處理3 粗銑上、下面4 粗銑左、右面5 粗銑前、后面 6 粗銑中間橫向平面7 粗銑中間縱向平面8 精銑上、下面9 去毛刺10 粗 鏜孔11 半精鏜孔12 精鏜孔13 精銑左、右面14 去毛刺15 精銑前、后 面16 去毛刺17 精銑中間橫向平面18 精銑中間縱向平面19 終檢。 為了保證其精度要求，將有精度要求的精銑前后兩側(cè)面工序安排在同一臺機床 上進行加工。具體加工內(nèi)容和精度要求容如下： 精銑缸體兩側(cè)平面，主要是完成第 15 步缸體前后兩個平面的銑削，兩平面的 距離為 320mm，平面相對于定位基面的垂直度誤差不超過 0.01m，表面粗糙度要 求 R0.8。 C.本次設(shè)計技術(shù)要求: a.機床應(yīng)能滿足加工要求，保證加工精度； b.機床運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整； c.機床盡可能用通用件（中間底座可自行設(shè)計）以便降低制造成本； d.機床各動力部件用電氣控制。 缸體精銑兩側(cè)面機床總體設(shè)計和夾具設(shè)計 4 2.1.2 機床配置型式的選擇 機床的配置型式主要有臥式和立式兩種。臥式組合機床床身由滑臺、側(cè)底座組 合而成。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(diào)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。立式組合機床床身由滑座、立柱及立柱底座組成。其優(yōu)點是占地面積 小，自由度大，操作方便。其缺點是機床重心高，振動大。此外，我要加工的零件 為長方體，從裝夾的角度來看，臥式平放比較方便，也減輕了工人的勞動強度。 通過以上的比較，考慮到臥式床身振動小，裝夾方便等優(yōu)點，選用臥式組合機 床。因為需要加工的面是前后兩個側(cè)面，銑削的中心線相對于工件垂直，所以設(shè)計 成刀具固定，工件安裝在滑臺上的配置型式。 2.1.3 定位基準(zhǔn)的選擇 組合機床是針對某種零件或零件某道工序設(shè)計的。正確選擇定位基準(zhǔn)，是確保 加工精度的重要條件，同時也有利于實現(xiàn)最大限度的集中工序。從而獲到減少機床 臺數(shù)的效果。 A.定位基準(zhǔn)的選擇 本機床加工為單工位加工，也就是一次安裝下進行兩個平面的同時銑削，其定 位基準(zhǔn)選擇：缸體的底面為定位基面限制 3 個自由度，缸體的第一個孔限制 2 個自 由度，第二個孔限制 1 個自由度，這種定位的特點是： a.可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得可靠的定位； b.能同時加工工件的前后兩個面，即能高度集中工序，又有利于提高被加工面 的位置精度； c.本定位基準(zhǔn)有利于保證缸體的加工精度，使機床的許多部件實現(xiàn)通用化，有 利于縮短設(shè)計制造周期、降低成本。 B.確定夾緊位置 在選擇定位基準(zhǔn)的同時，要相應(yīng)的決定夾壓位置，本設(shè)計采用螺紋夾緊，夾緊 部位為缸體的上表面，目的為了減少機體夾緊變形誤差，提高加工精度，應(yīng)注意的 問題： a.保證零件夾壓后的穩(wěn)定； b.盡量減少和避免零件夾壓后變形。 2.1.4 滑臺型式的選擇 本組合機床采用的是機械滑臺。機械滑臺具有如下優(yōu)點：1.進給量穩(wěn)定，慢速 無爬行，高速無振動，可以降低加工工件的表面粗糙度。2.具有較好的抗沖擊能力， 斷續(xù)切削、鉆頭鉆通孔將要出口時，不會因沖擊而損壞刀具。3.運行安全可靠，易 發(fā)現(xiàn)故障，調(diào)整維修方便。4.沒有液壓驅(qū)動管路泄露、噪聲和液壓占地的問題。 2.2 確定切削用量 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2011 5 在組合機床工藝方案確定過程中，工藝方法和關(guān)鍵工序的切削用量選擇十分重 要。切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度生產(chǎn)率刀具耐用度機床的結(jié)構(gòu) 型式及工作可靠性均有較大的影響 1。 2.2.1 選擇切削用量 A.為了使加工過程順利進行并穩(wěn)定保證加工精度要求，必須合理地確定工序間 的加工余量，生產(chǎn)中常用的組合機床銑削用量參考文獻1 P133 表 6-16 中銑削用 量： 表 2-1 用硬質(zhì)合金端銑刀的銑削用量 加工材料 工序 銑削深度（mm） 銑削速度 v(mmin )1 每齒走刀量 f (mm/z)z 粗 2-5 50-80 0.2-0.4鑄鐵 精 0.5-1 80-130 0.05-0.2 根據(jù)上表選擇銑削用量為： 銑削深度 0.5mm 銑削速度 100mmin 1 每齒走刀量 0.1 mm/z 我們選擇這組工序加工余量，雖然與推進的常用值有一定的距離，但從整體考 慮，諸如：每分鐘的進給量、加工精度等，組合刀具的特性，機床加工方式的需要 再調(diào)整銑削刀具的幾何參數(shù)等，還是合理而可行的。 2.2.2 計算切削力、切削扭矩及切削功率 根據(jù)選定的切削用量(主要指切削速度 v 及進給量 f),確定切削力，作為選擇動 力部件（滑臺）及夾具設(shè)計的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其他傳動件 （齒輪，傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電機（一般指動力箱 電機）功率；確定刀具耐用度，用以驗證所選刀具是否合理 1。 人們根據(jù)生產(chǎn)實踐及試驗研究成果，已經(jīng)整理出不同材料刀具對不同材料工件 的進行計算的方法，參考文獻1 P134 表 6-20 中公式： 表 2-2 銑削功率公式 刀具材料 工件材料 銑削功率 P（kw） 硬質(zhì)合金端 銑刀 灰鑄鐵 P= 6120Apvf A=a apw v =a Znff p= 31.0a 缸體精銑兩側(cè)面機床總體設(shè)計和夾具設(shè)計 6 n= Dv10 式中，a兩個方向平均切削厚度（mm） ；p單位面積切削力（Nmm ） ；n轉(zhuǎn)速2 （rmin） ；A切削面積（mm ） ；v切削速度（m/min） ；f進給量（mm/r） ；v2 每分鐘進給量（mmmin ） ；a 每齒進給量(mm/z)；ap切削深度（mm） ；Df 1f 加工（或鉆頭）直徑（mm） ；Z刀具齒數(shù)；a 切削寬度（mm） 。w 其中 a=(0.5+0.5)/2=0.5(mm) ； P=1300/0.5 =1615(Nmm ) 31.02 已知：a=0.5mm；v=100mmin ；a =0.1。因為需要知道刀具直徑 D，所以這1f 里先選擇刀具： 刀具直徑 D=（1.1-1.6）a；其中 a 為被加工面的寬度。 根據(jù)零件圖可知：a =125mm；a =435mm12 硬質(zhì)合金端銑刀直徑 D 按公比 1.25 的標(biāo)準(zhǔn)系列選取，有： 100,125,160,200,250，320,400,500。這里選擇 D =160mm；D =500mm。12 硬質(zhì)合金端銑刀齒數(shù)通常按照銑刀直徑選?。篫=（0.08-0.16）D。這里選擇 Z =12；Z =40。12 對兩個平面分別計算，由以上公式可得： n =(1000*100)/3.14*160=199(rmin)；這里取 200(rmin) n =(1000*100)/3.14*500=63.7(rmin)；這里取 60(rmin)2 v =0.1*12*200=240 （mmmin ）f1 1 v =0.1*40*60=240 （mmmin ） 由于設(shè)計的該機床是兩個面同時加工，進給速度相同，所以上述選取值合理。 A =0.5*125=62.5 mm12 A =0.5*435=217.5 mm2 可以算出：P =1615*240*62.5/61200000= 0.396（kw）1 P =1615*240*217.5/61200000= 1.3775(kw) 2 2.3 組合機床總體設(shè)計三圖一卡 2.3.1 被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案，表示所設(shè)計的組合機床（或自動線） 上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定 位基準(zhǔn)、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前加工余量、毛坯 或半成品情況的圖樣。除了設(shè)計研制合同外，它是組合機床設(shè)計的具體依據(jù)，也是 制造、使用、調(diào)整和檢驗機床精度的重要文件 1。 2.3.2 加工示意圖 零件加工的工藝方案要通過加工示意圖反映出來。加工示意圖表示被加工零件 在機床上的加工過程，刀具、輔具的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機床各部件 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2011 7 間的相對位置關(guān)系，機床的工作行程及工作循環(huán)等。 A. 刀具的選擇 一臺機床刀具選擇是否合理，直接影響機床的加工精度、生產(chǎn)率及工作情況。 根據(jù)缸體被加工兩平面尺寸精度、加工尺寸、表面粗糙度，切屑的方式及生產(chǎn) 率要求等因素，精加工缸體兩個平面所選擇的刀具為硬質(zhì)合金端銑刀。由前面的選 擇可知刀具直徑為 160mm，500mm。 根據(jù)已選擇的刀具直徑及刀具安裝在銑削頭上所需要的配合尺寸，可以選擇對 應(yīng)的銑削頭：1TX25；1TX50。 B. 動力部件工作循環(huán)及行程的確定 a.工作進給長度 的確定工L 工作進給長度 ，應(yīng)等于加工部位長度 L（多軸加工時按最長孔計算）與刀具工 切入長度 和切出長度 之和。切入長度一般為 510，根據(jù)工件端面的誤差情12 況確定。考慮到滑臺工作總行程最大為 1000mm，實際加工的時候只要工件超過刀具 垂直中心線即可，所以選擇切入長度 =切出長度 =5mm。12 所以 = +L+ =1110mm。工L12 b.快速進給長度的確定 快速進給是指動力部件把刀具送到工作進給位置。其長度根據(jù)具體情況確定， 因為工件比較長，所以不能選擇太大，這里初步選擇為 10mm。 c.快速退回長度的確定 快速退回長度等于快速進給和工作進給長度之和。由確定的快速進給和工作進 給長度可知，所以快速退回長度為 1120mm。 d.動力部件總行程的確定 動力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。前備量取 15，后備量取 130mm ，總行程為 1000mm。 2.3.3 機床尺寸聯(lián)系總圖 A.選擇動力部件 因為需要的中間滑臺的功率 P= P + P =1.7735(kw)，所以選擇機械滑臺工作12 進給電機的功率要大于 P，為 Y112M-6B 。因為被加工工件總長度為 850mm，滑臺5 臺面長度和總行程長度都要很長，所以這里選擇滑臺型號為 1HJ63型。臺面長度 為 1250mm，臺面寬度為 630mm，滑臺臺面高為 400mm；行程為 1000mm。 B.配套通用部件的選擇 中間滑臺側(cè)底座 1CC631，其高度 H=560，寬度 B=830，長度： 型 L=2400mm； 初步確定安放銑削頭 1TX25 的側(cè)底座 1CC251，其高度 H=560，寬度 B=450，長 度：I 型 L=900mm；安放銑削頭 1TX50 的側(cè)底座 1CC401，其高度 H=560，寬度 B=600，長度：I 型 L=1350mm。 C.確定機床裝料高度 H 與夾具輪廓尺寸 缸體精銑兩側(cè)面機床總體設(shè)計和夾具設(shè)計 8 裝料高度是指機床上工件的定位基準(zhǔn)面到地面的垂直距離。本課題中，由于銑 削頭的高度已經(jīng)確定，需要裝料高度使被加工兩側(cè)面在刀具的直接范圍內(nèi)。確定夾 具輪廓尺寸，主要是確定夾具夾具底座的長、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(jù)。具體要考慮布置工件的定位限位夾緊機構(gòu)刀 具導(dǎo)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剛度，同時要考慮機床的裝料 高度、中間底座的剛度、排屑的方便性和便于設(shè)置定位夾緊機構(gòu)。 被加工工缸體為兩側(cè)面，刀具直徑要超過加工的表面，所以夾具底座的寬度要 小于缸體的寬度 320mm，初步選擇為 310mm。 兩銑削頭中心高度分別為：1245mm；1370mm。根據(jù)刀具的直徑，能加工的平面 范圍分別為 1165-1325mm；1120-1620mm。 由上面得到得數(shù)據(jù)確定機床裝料高度為 1170mm。 可知夾具體高度為 210mm；1TX25 系列銑削頭與被加工表面中心高度相差 12.5mm，1TX50 銑削頭與被加工表面中心高度相差-17.5mm。 控制銑刀切削速度 v 的方向（切入工件處）與工件進給速度 v 的方向，即可f 控制其銑削方式，分為不對稱順銑和不對稱逆銑。 2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡 A.理想生產(chǎn)率 Q（件/h） 理想生產(chǎn)率是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)（包括備品及廢品率）所要求的機床生產(chǎn)率。 由文獻1P51 公式： （2-kAt 1） 計算，式中， A年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件） ，根據(jù)參考文獻8,本課題中 A 選擇 18000 件； 全年工時總數(shù)，本課題以單班制計，則 。kt htk2350 則根據(jù)公式(2-8)得: 件/h6.7235018ktAQ B.實際生產(chǎn)率 Q1（件/h） 實際生產(chǎn)率是指所設(shè)計的機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。 （2-單T61 2） 式中: 生產(chǎn)一個零件所需時間（min） ，可按下式計算：單T （2-）（）（ 裝移快 退快 進停輔切單 tvLtvLt fkff 21 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2011 9 3） 式中: 分別為刀具第 I、第 II 工作進給長度，單位為 mm；21L、 分別為刀具第 I、第 II 工作進給量，單位為 mm/min；ffv、 通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn) 510 轉(zhuǎn)所需的時間，停t 單位為 min； 分別為動力部件快進、快退行程長度，單位為 mm；快 退快 進 、 L 動力部件快速行程速度。用機械動力部件時取 56m/min；用液fkv 壓動力部件時取 310m/min； 直線移動或回轉(zhuǎn)工作臺進行一次工位轉(zhuǎn)換時間，一般取移t 0.1min； 工件裝、卸（包括定位或撤消定位、夾緊或松開、清理基面或裝 卸t 切屑及吊運工件等）時間。它取決于裝卸自動化程度、工件重 量大小、裝卸是否方便及工人的熟練程度。通常取 0.51.5min 1。 如果計算出的機床實際生產(chǎn)率不能滿足理想生產(chǎn)率要求，即 ，則必須重Q1 新選擇切削用量或修改機床設(shè)計方案。 根據(jù)本組合機床的年產(chǎn)量 18000 件，可選用下列數(shù)據(jù)進行計算， =5m/min，fkv =0， =1.5min。則實際生產(chǎn)率 計算如下：移t裝 卸t 1Q /v =1110/240=4.625(min)1Lf =10/n=10/100=0.1(min)停t ( )/ =(1110+10)/5000=0.224（min）快 退快 進 fkv 由上面得到的結(jié)果可以算出： =4.625+0.1+0.224+0.1+1.5=6.675（min）單T 則據(jù)公式(2-9)得: 單Q601 )/(9.875.h件 可以看出 ，設(shè)計方案比較合理! C.機床負荷率 負 機床負荷率為理想生產(chǎn)率與實際生產(chǎn)率之比。查文獻1組合機床設(shè)計簡明手 冊P52 （2-1Q 4） 則據(jù)公式(2-11)得: 85.09.671負 組合機床的負荷率一般為 0.75-0.90，所以選擇符合要求。 缸體精銑兩側(cè)面機床總體設(shè)計和夾具設(shè)計 10 表 2-4 生產(chǎn)率計算卡 圖號 15 毛坯種類 鑄件 名稱 缸體 毛坯重量 被 加工 零件 材料 HT150 硬度 170220HBS 工序名稱 精銑兩側(cè)面 工序號 工時(min) 序 號 工步 名稱 被加 工零 件數(shù) 量 加工 直徑 (mm) 加工 長度 (mm) 工作 行程 (mm) 切削 速度 (m /min) 每分 鐘轉(zhuǎn) 速 (r/ min) 進給 量 (mm/r ) 進給 速度 (mm /min) 機加 工 時間 輔助 時間 共計 1 裝卸工件 1 1.5 1.5 2 滑臺快進 10 10 5000 0.002 0.002 3 工作進給 1110 1110 100 60 240 4.625 4.625 4 快速退回 1120 1120 5000 0.224 0.224 5 死擋鐵停 0.1 0.1 總計 6.675min 單件工時 6.675min 機床生產(chǎn)率 8.99 件/h 備 注 裝卸工件時間取決于操作者熟練程度,本機床計算時取 1.5min 機床負荷率 85% 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2011 11 3 夾具設(shè)計 3.1 夾具設(shè)計的基本要求 機床夾具設(shè)計是工藝準(zhǔn)備工作的重要內(nèi)容之一。夾具設(shè)計的質(zhì)量，對生產(chǎn)率， 加工成本以及生產(chǎn)安全等有直接的影響，為此設(shè)計夾具時必須考慮以下幾個方面的 基本原則和要求： 1.保證工件的加工精度。保證工件的加工精度是夾具設(shè)計的最基本要求。其關(guān) 鍵在于，正確地確定定位方案、夾緊方案和刀具導(dǎo)向方式，合理地設(shè)計夾具的尺寸、 公差和技術(shù)要求，必要時應(yīng)進行誤差的分析和計算。 2.能提高機械加工的勞動生產(chǎn)效率、降低工件的制造成本。夾具設(shè)計的總體方 案應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。在大批量生產(chǎn)時，應(yīng)盡量采用各種快速、高效的結(jié)構(gòu)、自 動裝置和先進的控制方法，以縮短輔助時間，提高生產(chǎn)率；在中心批量生產(chǎn)中，則 要求在滿足夾具功能的前提下，盡量使夾具結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，以降低夾具的制 造成本。 3.結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、安全和省力。夾具的操作要盡量做到結(jié)構(gòu)簡單、方便、 省力，盡可能采用氣動、液壓及其他機械化夾緊裝置、以減輕工人的勞動強度。并 可較好地控制夾緊力。夾具操作位置應(yīng)符合操作工人的習(xí)慣，必要時應(yīng)有安全保護 裝置，以確保使用安全。 4.便于排屑。夾具的排屑是一個容易忽視的問題，如果排屑功能不好，切屑積 集在夾具中，會破壞工件正確的定位；切屑帶來的大量熱量會引起夾具和工件的熱 變形，影響加工質(zhì)量；切屑的的清掃又會增加輔助時間，降低生產(chǎn)率。切屑積集嚴(yán) 重時，還會損傷刀具以致造成設(shè)備事故或工傷事故。因此，排屑問題在夾具設(shè)計時 必須給予充分的注意，在設(shè)計高效組合機床夾具時尤為重要。 5.有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、合理，便于加工、裝配、檢驗和 缸體精銑兩側(cè)面機床總體設(shè)計和夾具設(shè)計 12 維修，應(yīng)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)元件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu) 3。 3.2 夾具設(shè)計方法與步驟 3.2.1 設(shè)計前的準(zhǔn)備 1.分析零件工序圖、毛坯圖及裝配圖，分析零件的作用、形狀、結(jié)構(gòu)特點、材 料及毛坯制造精度及技術(shù)要求； 2.分析零件的加工工藝規(guī)程，工藝裝備設(shè)計任務(wù)書，對任務(wù)書所提出的要求進 行可行性研究； 3.了解所用機床的規(guī)格、性能、精度以及與夾具連接部分結(jié)構(gòu)的聯(lián)系尺寸； 4.了解所用刀具、量具結(jié)構(gòu)、規(guī)格以及測量及對刀調(diào)整方法； 5.了解零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、投產(chǎn)批量及生產(chǎn)組織等有關(guān)問題；收集有關(guān)設(shè)計資料 3。 3.2.2 擬定夾具結(jié)構(gòu)方案、繪制草圖 在分析各種原始資料的基礎(chǔ)上，確定夾具的類型、定位設(shè)計、夾緊方式、導(dǎo)向 方案 、連接方式、總體布局和夾具的結(jié)構(gòu)形式。繪制方案設(shè)計圖，進行工序精度 分析，對動力夾緊裝置進行夾緊力的計算。 1確定定位方案 被加工缸體材料為 HT150，其硬度為 HB170241HBS，在本工序之前該缸體的 上下表面和 6 個孔已經(jīng)完成加工。本道工序主要精銑兩側(cè)面：兩平面的距離為 320mm，平面相對于底面的垂直度誤差不超過 0.01m，表面粗糙度要求 R0.8。 箱體零件的定位方案一般有兩種， “一面兩孔”和“三平面”定位方法。 A.“一面兩孔”的定位方法 它的特點是： 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.“一面兩孔”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準(zhǔn)，使零件整 個工藝過程基準(zhǔn)統(tǒng)一，從而減少由基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換帶來的累積誤差，有利于保證零件的加 工精度。同時，使機床各個工序（工位）的許多部件實現(xiàn)通用化，有利于縮短設(shè)計、 制造周期，降低成本。 d.易于實現(xiàn)自動化定位、夾緊，并有利于防止切削落于定位基面上。 B.“三平面”定位方法 它的特點是： a.可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。 b.有同時加工零件兩個表面的可能，能高度集中工序。 被加工零件缸體屬箱體類零件，本工序加工為兩側(cè)面同時加工，加工工序集中、 精度要求高，由于兩側(cè)面需要被加工，所以選擇“一面兩孔”的定位方案。 以缸體以夾具體上表面作為定位基面，以左右兩邊的孔作為定位孔。 工件以圓柱孔定位，與之相對應(yīng)的定位元件，常用定位銷和定位心軸及定心夾 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2011 13 緊裝置等。由于孔高度很高所以這里選擇用定位銷定位。根據(jù)定位銷與定位孔配合 的長徑比和配合長度與總體尺寸關(guān)系，用圓柱銷限制工件的兩個自由度，削邊銷限 制工件的一個自由度。 由 GB/T2204-91 可查到可換定位銷的具體尺寸。其工作部分的直徑 d 按加工要 求和安裝方便性，可選 g5、g6、f6 和 f7 制造，頭部應(yīng)有 15的倒角，以便工件裝 入。削邊銷寬度 D 在直徑大于 40 時候一般為 D -5=95mm。2 2 考慮到被加工零件的體積、重量、批量較大，使用固定式定位銷有其不利的一 面，首先是用手安放工件易引起疲勞，即使吊裝也難以對準(zhǔn)，故會導(dǎo)致輔助時間增 加。其次是由于安裝時不便觀察，有可能將銷子撞彎或者折斷，故應(yīng)采用伸縮式定 位銷。 該方案定位原理：選底面為定位基準(zhǔn)面，最左邊的孔以圓柱定位銷定位，最右 邊的孔以削邊銷定位，上面使用壓板夾緊。 2對刀方式的選擇 對刀裝置是由對刀塊和塞尺組成，借助對刀裝置可以迅速而準(zhǔn)確地確定夾具與 刀具的相對位置。本設(shè)計為直線進給銑床，需要對刀的為與銑刀表面平行的平面， 所以選擇方形對刀塊。在對刀時，為防止刀具齒和對刀塊表面碰傷，銑刀齒應(yīng)不直 接與對刀塊表面接觸，在中間須留有一定間隙。其間隙量得大小由塞尺來檢查。一 般塞尺的結(jié)構(gòu)已標(biāo)準(zhǔn)化，查 GB/T2244-91 選擇塞尺為 2 GB/T2244。 3.確定夾緊方案 根據(jù)夾緊裝置設(shè)計的基本要求，夾緊力的方向應(yīng)垂直于主要定位平面。常用的 夾緊裝置主要有：螺栓墊圈、鉤形壓板和鉸鏈壓板。由于工件尺寸較大，夾具體的 尺寸也會較大，考慮到夾具在滑臺上的安裝尺寸，這里選擇比較簡單的螺栓墊圈夾 緊，其優(yōu)缺點：結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但效率低。為克服螺旋夾緊時動作費時的特 點，設(shè)計壓板為 U 型壓板，螺母外徑小于工件孔徑，這樣松開螺母取下 U 型壓板后， 工件即可穿過螺母取出。 4.設(shè)計夾具體，形成夾具結(jié)構(gòu)草圖 夾具上的各種裝置通過夾具體連接成一個總體。因此，夾具體的形狀及尺寸取 決于夾具上各種裝置及夾具與機床的連接。 夾具體設(shè)計的基本要求： A.有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性。 B.有足夠的強度和剛度。 C.結(jié)構(gòu)工藝性好。 D.排屑方便。 E.在機床上安裝穩(wěn)定可靠。 銑床夾具一般用夾具體底面在機床工作臺平面上定位。對于較大的夾具體，可 采用周邊接觸、兩端接觸或四腳接觸等方式。為確定夾具在機床工作臺上的方向， 在夾具底面設(shè)置定位鍵與 T 型槽配合。 根據(jù)參考資料2機床夾具設(shè)計 P183 表 7-8 夾具體結(jié)構(gòu)尺寸，本設(shè)計方案中的 缸體精銑兩側(cè)面機床總體設(shè)計和夾具設(shè)計 14 夾具體材料為 HT150，基本尺寸：995210310mm，主壁厚 18mm，加強筋厚度為 14mm，凸臺高度 3-5mm，與 U 型耳座配合的 T 型槽寬度為 18mm，兩耳座距離為 250mm。具體見夾具體圖。 3.2.3 定位誤差分析 工件以一面兩孔定位時，其基準(zhǔn)不重合誤差應(yīng)分兩項分別計算： 1縱向誤差 是指工件在兩孔連心線方向上工序基準(zhǔn)的極限位置誤差（ ） 。yJx* 采用雙孔定位時，夾具上圓柱銷的幾何中心應(yīng)為元件基準(zhǔn)，工件上孔 1 的幾何中心 為其工序基準(zhǔn)，由于配合間隙的存在，二者不相重合，故屬基準(zhǔn)不重合。因為工件 是一整體件，工件在兩孔連心線方向上的基準(zhǔn)極限位置誤差，只受到孔 1 與銷 1 配 合間隙的影響，故縱向誤差為： =D + + （3-yJx*13d 1 1） 式中：D 基準(zhǔn)孔 1 的公差1 圓柱銷 1 的最可幾誤差3d 最小安裝間隙1 2轉(zhuǎn)角誤差 雙孔定位時，除縱向誤差外，工件上兩孔中心連線還可能發(fā)生偏 轉(zhuǎn)，故使工序基準(zhǔn)與元件基準(zhǔn)不相重合，其轉(zhuǎn)角誤差為： sina= （3-L dDdD2313211 2） 式中：D 、D 定位孔 1、2 的公差1 、 定位銷 1、2 的最可幾誤差3d 2 、 1、2 孔和銷的安裝間隙1 L1、2 孔的基本安裝尺寸 2 根據(jù)參考文獻1,可知精鏜孔精度為 IT7，查參考文獻12表 2-4 可以得到 IT6=48um，IT7=75um。根據(jù)孔和軸的配合為 H7/g6 可以算出 100H7=100 ,075. 100g6=100 .0126 可以算出縱向誤差 =0.075+0.048+100-99.988=0.135mmyJx* 當(dāng) L 最大時轉(zhuǎn)角誤差最小，所以定位孔選擇在兩個最邊上的孔，L=675mm 可以算出轉(zhuǎn)角誤差 sina=0.004 3.2.4 夾緊力的計算 由定位與夾緊方式可知，工件是以平面定位，夾緊力的方向與切削力的方向垂 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2011 15 直，如圖所示： W 1f H F L 工件受力分析圖 根據(jù)參考文獻3可知所需的夾緊力計算公式為： W = （3-xLHfKF1 3） 其中 W -實際所需的夾緊力，取其中最大值， -摩擦系數(shù)，只在夾緊機構(gòu)有x 1f 足夠剛性時才考慮，K-安全系數(shù)，F(xiàn)-切削力。 安全系數(shù) K 可按下式計算： 3 （3-6543210 4） 式中： ：考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數(shù)，取 ；0K2.1 ：加工性質(zhì)：精加工，取 ；1 1K0. ：刀具鈍化程度，取 =1.2；2K2 ：切削特點：連續(xù)切削，取 ；3 3. ：夾緊力的穩(wěn)定性：手動夾緊，取 =1.3；4 4 ：夾緊時的位置 ：操作方便，取 ；5 50.1 ：僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)時工件與支承面的接觸情況：接觸點確定，取6 =1.0。K6543210K =1.21.01.21.01.31.01.0 =1.872 查參考文獻10P1-61 表 1.6-10 可知 （3-wfqF ueyzxpndZaC0 5） 其中：a -背吃刀量（mm） ；f-進給量（mm/r） ；Z-齒數(shù)；n-銑削轉(zhuǎn)速(r/min)；p d -銑刀直徑 13。0 公式中的系數(shù)及指數(shù)： C =7900；x =1.0；y =0.75；u =1.1；w =0.2；q =1.3。FFFFFF 缸體精銑兩側(cè)面機床總體設(shè)計和夾具設(shè)計 16 端銑時 a =（0.4-0.8）d a =64；a =200e01e2e 已知：a =0.5mm;f=0.1 mm/r；Z =12；Z =40；d =160mm；d =500mm；n =200 p 121 r/min；n =60 r/min。2 可以得到： =386（N）2.03.1 1.75016479F =1305（N）2.03.1 1.7502 根據(jù)上面的計算結(jié)果，由公式（3-3）計算夾緊力。 可得：W = =264（N）15.643.087 W = =1629（N）2217 實際所需的夾緊力為：W= W + W =264+1629=1893（N）2 3.3 繪制夾具總圖 在經(jīng)過分析、論證并確定夾具結(jié)構(gòu)之后，即可按草圖所形成的總圖正式繪制成 夾具裝配圖。 夾具裝配圖中除應(yīng)將結(jié)構(gòu)表示清楚外，還應(yīng)反應(yīng)以下幾個方面的內(nèi)容： 1.標(biāo)注有關(guān)尺寸、公差及配合。 2.制定夾具的技術(shù)條件。 3.夾具零件的編號及編制零件明細表。 3.4 繪制夾具零件圖 在完成夾具總裝配圖設(shè)計之后，對于非標(biāo)準(zhǔn)零件應(yīng)分別繪制或設(shè)計零件圖。零 件圖中的尺寸、公差及技術(shù)要求應(yīng)符合總裝配圖的要求，同時要考慮制造與裝配的 工藝性以及夾具的使用方便、安全等問題 3。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2011 17 4 結(jié)論 本次設(shè)計的缸體精銑兩側(cè)面組合機床，采用的是兩側(cè)面同時加工工作的方式， 在同一道工序中完成，提高了加工精度及保證了相應(yīng)的位置精度，同時大大提高了 生產(chǎn)效率，降低了勞動強度，從而降低了零件的生產(chǎn)成本，增加了經(jīng)濟效益。 本次設(shè)計中的夾具設(shè)計：采用的是專用夾具，以“一面兩孔”的定位方式定位 夾具的夾緊采用螺紋夾緊，適合大批量零件的生產(chǎn)，提高了加工精度和生產(chǎn)效率。 在這次設(shè)計中，我設(shè)計的缸體精銑兩側(cè)面組合機床的總體及夾具的設(shè)計，涉及內(nèi)容 較廣，所以需要參考的資料也非常的多，為了增加對組合機床的感性認(rèn)識，還要到 一些公司進行調(diào)研。通過努力，總體方案設(shè)計的還是比較合理的，加工示意圖中規(guī) 定了刀具對于工件的尺寸，尺寸聯(lián)系圖總體尺寸也符合要求。該組合機床采用的機 械滑臺，自動化程度高，對減輕工人的勞動強度有明顯的效果，且對工人的技術(shù)要 求不高，整個銑床還具有調(diào)整、保養(yǎng)、維修方便的優(yōu)點，所選的通用零部件都符合 規(guī)定的參數(shù)。 缸體精銑兩側(cè)面機床總體設(shè)計和夾具設(shè)計 18 參考文獻 1 謝家贏組合機床設(shè)計簡明手冊M北京：機械工業(yè)出版社，1994. 2 白成軒.機床夾具設(shè)計新原理M北京：機械工業(yè)出版社，1997. 3 徐發(fā)仁機床夾具設(shè)計 M重慶：重慶大學(xué)出版社，1993. 4 王旭 王積森機械設(shè)計課程設(shè)計M北京：機械工業(yè)出版社，2007. 5 魯屏宇. 工程圖學(xué)M北京：機械工業(yè)出版社，2005. 6 徐錦康機械設(shè)計M北京：高等教育出版社，2004. 7 黃鶴汀機械制造裝備M北京：機械工業(yè)出版社，2001. 8 吉衛(wèi)喜機械制造技術(shù)M北京：機械工業(yè)出版社，2001. 9 朱龍英機械原理M西安電子科技大學(xué)出版社，2009. 10 王先逵機械加工工藝手冊M浙江：機械工業(yè)出版社，2006. 11 范鑒青金屬切削原理與刀具M同濟大學(xué)出版社，1990. 12 王伯平. 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：機械工業(yè)出版社，2008. 13 成大先. 機械設(shè)計手冊M.化學(xué)工業(yè)出版社，2010. 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2011 19 致 謝 本次設(shè)計是缸體精銑兩側(cè)面組合機床總體設(shè)計和夾具的設(shè)計。夾具的設(shè)計就是 使加工工件的定位準(zhǔn)確、可靠、滿足工藝精度要求，提高工作效率。經(jīng)過三個月多 月的努力，已經(jīng)較好的完成了這次畢業(yè)課程設(shè)計。 設(shè)計初，我們在指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)下，進行為期四周畢業(yè)實習(xí)，收集相關(guān)的設(shè)計 資料。完成實習(xí)后，對所收集的相關(guān)資料進行加工整理，初步討論、理定設(shè)計方案。 隨即將擬定的方案一步步的轉(zhuǎn)化為實際成果，即繪制好該方案的圖紙，并參考各方 面的資料，不斷的修正完善該設(shè)計方案。最后，完成該方案的設(shè)計說明書。 為期三個多月的畢業(yè)設(shè)計已結(jié)束，回顧整個過程，我覺得受益匪淺。畢業(yè)設(shè)計 是檢查學(xué)生綜合設(shè)計能力的一個重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生獨立設(shè)計能力的一次考驗，也 是第一次較全面的實踐機會。這次設(shè)計使我的理論知識與實踐很好的結(jié)合在一起， 也顯示出了我在設(shè)計中的一些經(jīng)驗不足和知識欠缺之處，加深了我對理論知識的理 解，強化了畢業(yè)設(shè)計中的感性認(rèn)識，提高了獨立設(shè)計能力。深入了解機械產(chǎn)品生產(chǎn) 的全過程及新技術(shù)、新設(shè)備在機械制造業(yè)中的應(yīng)用，了解生產(chǎn)的組織管理、企業(yè)改 革的情況。深入實踐，體會到理論聯(lián)系實際的必要性，認(rèn)識到學(xué)校學(xué)過的許多知識 與解決實際生產(chǎn)問題還有很大的差距，而縮短差距的方法只有到實踐中去。利用一 切方法和手段了解本課題所涉及的研究、生產(chǎn)、銷售、使用等方面的實際情況以及 有關(guān)的數(shù)據(jù)、圖表、文獻資料。向生產(chǎn)實踐學(xué)習(xí)，了解與課題有關(guān)的生產(chǎn)線、設(shè)備、 缸體精銑兩側(cè)面機床總體設(shè)計和夾具設(shè)計 20 工藝等實際知識。 總的說來，這次畢業(yè)設(shè)計，使我在基本理論的綜合運用及正確解決實際問題等 方面得到了一次較好的鍛煉。同時提高了我創(chuàng)新設(shè)計能力，鍛煉了我認(rèn)真工作的作 風(fēng)，為即將走上工作崗位打下了良好的基礎(chǔ)。 在這次畢業(yè)設(shè)計期間,得到了指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)、同組同學(xué)的幫助，在這里 表示真誠的感謝意！ 附錄 序號 圖名 圖號 圖幅 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2011 21 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 被加工零件工序圖 XC-00-01 A3 加工示意圖 XC-00-02 A3 機床聯(lián)系尺寸總圖 XC-00-03 A0 夾具裝配圖 XC-01-01 A0 夾具體 XC-01-02 A1 法蘭盤 1 XC-01-03 A4 法蘭盤 2 XC-01-04 A4 法蘭盤 3 XC-01-05 A4 圓柱銷 XC-01-06 A4 齒輪軸 1 XC-01-07 A3 齒條軸 2 XC-01-08 A4 壓板 XC-01-09 A4 對刀塊 XC-01-10 A4 圓柱銷三維造型圖 生產(chǎn)率計算卡 缸體精銑兩側(cè)面機床總體設(shè)計和夾具設(shè)計 22