4L22柴油機(jī)機(jī)體頂面精銑床設(shè)計(jì),l22,柴油機(jī),機(jī)體,頂面精,銑床,設(shè)計(jì) 萊陽農(nóng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第一章緒論 1.1選題的背景、目的和意義 4L22柴油機(jī)是山東華源萊動(dòng)自行研制開發(fā)的新產(chǎn)品，4L22柴油機(jī)機(jī)體采用的是干缸套，對(duì)機(jī)體頂面的加工精度要求，特別是平面度要求較高。機(jī)體頂面的加工精度直接影響缸孔和缸孔止口的加工精度，隨著數(shù)控機(jī)床和加工中心的發(fā)展和應(yīng)用越來越廣泛，在生產(chǎn)線上組合機(jī)床、通用機(jī)床的應(yīng)用雖然受到一定的影響，但在實(shí)際生產(chǎn)中，箱體類零件平面的加工多數(shù)采用端銑刀在專用組合銑床或通用銑床進(jìn)行銑削加工。組合機(jī)床是以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，對(duì)一種或多種工件按預(yù)先確定的工序進(jìn)行加工的高效專用機(jī)床，具有生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，設(shè)計(jì)、制造周期短，加工對(duì)象改變時(shí)，原有的通用零、部件可以重新利用，組成新的組合機(jī)床等特點(diǎn)，目前仍是箱體類零件大批大量生產(chǎn)的主要設(shè)備。 目前所采用的金屬切削機(jī)床主要是自動(dòng)線（60%）、組合機(jī)床（20%）和加工中心（20%）。顯然，在大批大量生產(chǎn)的機(jī)械廠，大量采用組合機(jī)床。因此組合機(jī)床及自動(dòng)線的技術(shù)性能和綜合自動(dòng)化水平，在很大程度上決定了工業(yè)部門產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的結(jié)構(gòu)，也在很大程度上決定了企業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。因此設(shè)計(jì)組合銑床來精銑4L22機(jī)體頂面具有十分重要的意義。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 現(xiàn)代制造工程從各個(gè)角度對(duì)組合機(jī)床提出了愈來愈高的要求，而組合機(jī)床也在不斷吸取新技術(shù)成果而完善和發(fā)展。十多年來，組合機(jī)床及其自動(dòng)線在高效、高生產(chǎn)率、柔性化以及采用并行(同步)工程制訂更為合理、更為節(jié)省的方案方面取得了不小的進(jìn)展。尤其是汽車和拖拉機(jī)工業(yè)，為了提高汽車和拖拉機(jī)的性能，對(duì)零件的加工精度提出了一些新的要求，因此對(duì)機(jī)床性能的要求也更高了。對(duì)于汽車和拖拉機(jī)零件的加工精度，現(xiàn)在要求將一些關(guān)鍵零件的主要加工精度只分布在一個(gè)比標(biāo)準(zhǔn)公差帶要小的公差范圍內(nèi)。由于采用了新結(jié)構(gòu)、新刀具、新工藝方法、刀具自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)、專用刀具的復(fù)合工藝。直接利用軟件進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)绒k法，組合機(jī)床加工精度正在不斷提高?，F(xiàn)階段在組合機(jī)床上加工大平面的平面度已達(dá)到lm長上0.02-0.04mm.粗糙度達(dá)到Ra 0.4-0.8um；孔經(jīng)精度達(dá)到H5-H6；孔的圓度和圓柱度達(dá)到0.0015-0.055；定位銷孔的中心距精度達(dá)到0.013mm；一般孔位精度達(dá)到0.02-0.025mm；單向鏜孔的同軸度達(dá)0.005-0.01mm；雙向鏜孔的同軸度達(dá)到015-0.02mm；一些特種加工工藝的精度，如止口精度可達(dá)到0.015-0.02mm.缸蓋閥座及導(dǎo)管孔的同軸度達(dá)到0.0075-0.01mm。[1]為適應(yīng)高效加工的需要，現(xiàn)代組合機(jī)床自動(dòng)線和自動(dòng)加工系統(tǒng)的生產(chǎn)節(jié)拍愈來愈短，自動(dòng)線的節(jié)拍，主要是通過縮短基本時(shí)間和輔助時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的?？s短基本時(shí)間的主要途徑是采用新的刀具材料和新穎刀具，以提高切削速度和進(jìn)給速度來縮短基本時(shí)間?？s短輔助時(shí)間主要是縮短包括工件輸送、加工模塊快速引進(jìn)以及加工模塊由快進(jìn)轉(zhuǎn)換為工件后至刀具切入工件所花的時(shí)間。為縮短這部分空行程時(shí)間，普遍采用提高工件或隨行夾具的輸送速度和加工模塊的快速移動(dòng)速度?；_(tái)的工作循環(huán)時(shí)間必須相應(yīng)縮短。國外有些廠家中等規(guī)格滑臺(tái)的工作循環(huán)時(shí)間已縮短到5s。其中快速行速度已達(dá)15m/min，而最大工作進(jìn)給速度由通常的0.7m/min提高到1.2-1.5m/min，切入有的已可縮短到0.25mm。要提高快進(jìn)和工作行程速度，需要有高的轉(zhuǎn)換精度，用伺服驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)便能滿足要求。 現(xiàn)代組合機(jī)床和自動(dòng)線作為機(jī)電一體化產(chǎn)品，它是控制、驅(qū)動(dòng)、測(cè)量、監(jiān)控、刀具、和機(jī)械組件等技術(shù)的綜合反映。近些年來，這些技術(shù)有長足進(jìn)步，同時(shí)作為組合機(jī)床主要用戶的汽車和內(nèi)燃機(jī)等行業(yè)也有很大的變化，其產(chǎn)品市場(chǎng)壽命不斷縮短，品種日益增多且質(zhì)量不斷提高。這些因素有力的推動(dòng)和激勵(lì)了組合機(jī)床和自動(dòng)線技術(shù)的不斷發(fā)展。 在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的組合機(jī)床行業(yè)中組合機(jī)床設(shè)計(jì)已普遍采用CAD工作站，在設(shè)計(jì)室?guī)缀鹾茈y見到傳統(tǒng)的繪圖板。CAD除應(yīng)用于繪圖工作外，并在構(gòu)件的剛度分析（有限元法）、組合機(jī)床及自動(dòng)線設(shè)計(jì)方案比較和選擇，以及方案報(bào)價(jià)等方面均已得到廣泛應(yīng)用，從而顯著得提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和縮短了設(shè)計(jì)周期。為縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低制造費(fèi)用和提高產(chǎn)品質(zhì)量世界上許多機(jī)械廠都在積極推行精益生產(chǎn)方式其主要內(nèi)容之一是并行工程，既要求產(chǎn)品開發(fā)部門、生產(chǎn)規(guī)劃部門和組合機(jī)床制造廠之間進(jìn)行緊密合作。組合機(jī)床廠則需要裝備制造部門早期介入用戶產(chǎn)品的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門考慮其結(jié)構(gòu)和功能時(shí)，能協(xié)同考慮產(chǎn)品的加工和裝配工藝從而加速產(chǎn)品開發(fā)、降低制造費(fèi)用和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的，從而取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。[2] 現(xiàn)代，組合機(jī)床自動(dòng)線技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，自動(dòng)線在加工精度、生產(chǎn)效率、利用率、柔性化和綜合自動(dòng)化等方面的巨大進(jìn)步，標(biāo)志著組合機(jī)床自動(dòng)線技術(shù)發(fā)展達(dá)到的高水平。自動(dòng)線的技術(shù)發(fā)展，刀具、控制和其它相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步以及用戶需求的變化起著重要的推動(dòng)作用，其中，特別是CNC控制技術(shù)對(duì)組合機(jī)床自動(dòng)線結(jié)構(gòu)的變革及其柔性化起著決定性作用。 第二章 方案選擇與論證 2.1確定方案 4L22柴油機(jī)機(jī)機(jī)體頂面的銑削加工可采用如下方案： 方案1、選用通用的立式升降臺(tái)銑床、設(shè)計(jì)專用夾具精銑4L22柴油機(jī)機(jī)機(jī)體頂面； 方案2、設(shè)計(jì)組合銑床和專用夾具精銑4L22柴油機(jī)機(jī)機(jī)體頂面； 方案3、選用鏜銑加工中心、設(shè)計(jì)專用夾具精銑4L22柴油機(jī)機(jī)機(jī)體頂面。 2.2方案分析和選擇 方案1，選用通用的立式升降臺(tái)銑床，工藝范圍廣、通用性強(qiáng)，但它的生產(chǎn)率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)它的剛度、強(qiáng)度不高，所以加工精度低； 方案2，設(shè)計(jì)組合銑床，組合銑床是已經(jīng)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件和少量專用部件組成的一種高效專用機(jī)床。它的生產(chǎn)率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍，它的加工精度穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，同時(shí)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)模塊化、組合化可按工件或工序要求，用大量通用部件或少量專用部件靈活組成各種類型的組合機(jī)床及自動(dòng)線，配置靈活，機(jī)床易于改裝，產(chǎn)品或工藝變化時(shí)通用部件可重復(fù)利用。在大批大量生產(chǎn)中，設(shè)計(jì)組合銑床精銑4L22柴油機(jī)機(jī)機(jī)體頂面是理想的方案。 方案3，選用鏜銑加工中心，具有適應(yīng)產(chǎn)品更換能力強(qiáng)、加工精度高等優(yōu)點(diǎn)，但它的造價(jià)昂貴、機(jī)床生產(chǎn)率有時(shí)不如組合銑床。 4L22柴油機(jī)機(jī)機(jī)體的生產(chǎn)綱領(lǐng)是大批生產(chǎn)類型，頂面的加工精度要求高。通過上面的分析，為滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)，同時(shí)在滿足加工精度的要求上盡量降低生產(chǎn)成本，決定采用方案2設(shè)計(jì)組合銑床來精銑4L22柴油機(jī)機(jī)體頂面。 第三章 4L22柴油機(jī)機(jī)體頂面精銑床外觀圖設(shè)計(jì) 對(duì)4L22柴油機(jī)機(jī)體進(jìn)行工藝分析： 根據(jù)工件工序卡片和4L22柴油機(jī)機(jī)體圖紙，機(jī)體頂面進(jìn)行精加工前，機(jī)體的兩端面、兩側(cè)面已加工完畢長度為4300.15mm，寬度為254mm；機(jī)體底面和底面兩個(gè)定位銷孔已加工完畢，半精銑頂面保持的高度為314.20.10mm，精銑頂面之后機(jī)體高度為313.20.10mm，加工余量為1mm。背吃刀量=1mm，機(jī)體頂面的寬度為155mm。 根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸特點(diǎn)及加工要求，4L22柴油機(jī)機(jī)體頂面精銑床外觀圖采用立式布局形式，該布局形式有利于簡(jiǎn)化夾具的的定位、夾緊機(jī)構(gòu)，夾緊也比較省力?？紤]到該機(jī)床是大批大量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)組合銑床來加工機(jī)體頂面。銑削頭、滑臺(tái)分別是實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的，為縮短設(shè)計(jì)制造周期，同時(shí)為提高銑床適用產(chǎn)品更新?lián)Q代的能力,決定采用標(biāo)準(zhǔn)的通用部件。立柱、側(cè)底座為組合銑床的基礎(chǔ)部件，為了降低生產(chǎn)成本，在滿足加工要求的條件上，決定參照標(biāo)準(zhǔn)立柱、側(cè)底座部件自行設(shè)計(jì)。 3.1選取銑刀 根據(jù)4L22機(jī)體加工部位的形狀和加工精度的要求，選用硬質(zhì)合金彈性夾固細(xì)齒可轉(zhuǎn)位面銑刀，材料為YG6。該刀具依靠微調(diào)裝置來解決端跳精度，所以能夠確保機(jī)體頂面的加工質(zhì)量。查《機(jī)械工藝師手冊(cè)》[3]，硬質(zhì)合金銑刀參數(shù)的選取：銑刀直徑d=（1.1-1.6），銑刀直徑應(yīng)采用公比為1.25的標(biāo)準(zhǔn)系列即d=50、63、80、100、125、160、200、250…mm.根據(jù)4L22機(jī)體頂面寬度= 155mm，選取銑刀直徑200mm,Z=16。 3.2選取動(dòng)力部件 3.2.1計(jì)算銑削力 查《機(jī)械工程手冊(cè)》[4]表46 .4-8 組合機(jī)床用硬質(zhì)合金端銑刀的銑削用量，工件材料為灰鑄鐵HT250時(shí)：精加工= 0.05-0.2mm/z，切削速度為= 80-130m/min。選取= 0.15mm/z，切削速度 = 120m/min； 確定主軸轉(zhuǎn)速： 取200r/min， 所以實(shí)際切削速度為：= 查《機(jī)械工程手冊(cè)》[4]表46.4-9 硬質(zhì)合金端銑刀的銑削功率公式: 銑削深度（mm）。 每齒進(jìn)給量（mm/z）。 銑削寬度（mm）。 銑刀齒數(shù) 銑刀轉(zhuǎn)速（r/min）。 查表46.4-10硬質(zhì)合金銑刀銑削功率的修整系數(shù)：， 所以 根據(jù)得圓周銑削力： 查《機(jī)械工程手冊(cè)》[4]表46.4-14 當(dāng)采用對(duì)稱銑時(shí)： 取0.4，得進(jìn)給力： 3.2.2選取主運(yùn)動(dòng)部件—銑削頭 銑削頭是實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)的，一般有皮帶傳動(dòng)裝置和齒輪傳動(dòng)裝置的銑削頭。由于銑削是斷續(xù)切削，而且在一定銑削寬度上同時(shí)銑削的刀齒數(shù)是變化的，因而會(huì)引起振動(dòng)，因此在銑削頭的結(jié)構(gòu)上必須使主軸和主軸箱體具有足夠的剛性，并要適當(dāng)提高傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)平穩(wěn)性?？紤]到上述原因決定采用齒輪傳動(dòng)裝置的銑削頭。根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速、刀盤直徑。查《大連專用機(jī)床廠》[5]通用部件樣本選取型號(hào)為1TX40的銑削頭，傳動(dòng)裝置型號(hào)為1NGb40（齒輪傳動(dòng)裝置），功率為7.5kw。 驗(yàn)證功率： =0.75-0.85，為保證選取的電動(dòng)機(jī)功率能夠滿足所需的切削功率，選取最小值，取=0.75， 所以能夠滿足銑削功率的要求。 3.2.3選取進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件—機(jī)械滑臺(tái) 組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)是實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的通用部件，選用合適的動(dòng)力滑臺(tái)關(guān)系到組合機(jī)床整機(jī)的性能和經(jīng)濟(jì)性，選用時(shí)往往根據(jù)主動(dòng)力部件的大?。辞邢髁瓦M(jìn)給力）選用，一般選用較主動(dòng)力部件同規(guī)格或大一號(hào)規(guī)格，精加工機(jī)床選用精密滑臺(tái)。根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式不同可分為液壓滑臺(tái)、機(jī)械滑臺(tái)和專用的機(jī)械銑削滑臺(tái)。由于本工序是精加工，加工余量不大，銑削力小，采用一般的液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)即可滿足加工要求，所以從減少生產(chǎn)成本方面考慮決定不采用專用的銑削滑臺(tái)。液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)由于這兩種滑臺(tái)采用了不同的傳動(dòng)裝置，因而在性能、使用及維修等方面都有自己的特點(diǎn)，而機(jī)械滑臺(tái)較液壓滑臺(tái)具有進(jìn)給量穩(wěn)定，慢速無爬行、高速無振動(dòng)，可降低加工工件的表面粗糙度值，具有較好的抗沖擊能力，不會(huì)因沖擊而損壞刀具的運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。此外考慮到生產(chǎn)成本等因素，決定采用機(jī)械滑臺(tái)。 根據(jù)進(jìn)給力、加工零件的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸以及工作行程，查《大連專用機(jī)床廠》[5]通用部件樣本選取型號(hào)為1HJ50M的機(jī)械滑臺(tái)。 該滑臺(tái)的最大行程為1000mm，臺(tái)面寬500mm,臺(tái)面長1000mm,最大進(jìn)給力為 能夠滿足精銑4L22柴油機(jī)機(jī)體頂面加工要求。 3.2.4立柱尺寸確定 立柱是機(jī)床的支承部件，可以選擇標(biāo)準(zhǔn)立柱，也可以自行設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)立柱。標(biāo)準(zhǔn)立柱主要是與動(dòng)力滑臺(tái)配套使用的，它的成本比較高，由于銑削加工的功能比較單一，不需要配重和其它要求，因此決定設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)的立柱。參考標(biāo)準(zhǔn)立柱1CL50的聯(lián)系尺寸確定立柱的具體尺寸，見附件1：4L22柴油機(jī)機(jī)體頂面精銑床外觀圖。 3.2.5中間底座尺寸確定 為了與選用的機(jī)械滑臺(tái)配套使用，根據(jù)滑臺(tái)的外觀尺寸、工作行程，參考標(biāo)準(zhǔn)側(cè)底座1CC50M的聯(lián)系尺寸確定中間底座的具體尺寸，見附件1：4L22柴油機(jī)機(jī)體頂面精銑床外觀圖。 3.2.6機(jī)床的工作循環(huán) 上料——工件夾緊——主軸啟動(dòng)——機(jī)械滑臺(tái)快進(jìn)——機(jī)械滑臺(tái)工進(jìn)——主軸停止——機(jī)械滑臺(tái)快退——工件松開——下料。 第四章 夾具設(shè)計(jì) 4.1確定夾具定位方案，設(shè)計(jì)定位裝置 4.1.1定位方案的確定 工件在機(jī)床上加工時(shí)，為保證加工精度和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，必須使工件在機(jī)床上相對(duì)刀具占用正確的位置，即定位。 該工序加工要求為機(jī)體頂?shù)酌娓叨葹?13.20.10mm及頂面對(duì)底面平行度要求，根據(jù)六點(diǎn)定位原理，滿足該工序加工要求，需要限制繞X軸、繞Y軸、Z向三個(gè)自由度，如圖4-1所示： 圖4-1 本工序加工前底面和底面的定位銷孔已加工完畢，因此可采用“一面二孔”組合定位，但考慮到“一面二孔”組合定位結(jié)構(gòu)復(fù)雜，。為了簡(jiǎn)化夾具結(jié)構(gòu)，同時(shí)因?yàn)闄C(jī)體的兩端面、兩側(cè)面已加工完畢所以決定采用三基面組合定位。以機(jī)體底面為第一定位基準(zhǔn)，限制工件三個(gè)自由度；以后側(cè)面為第二定位基準(zhǔn)，限制工件的兩個(gè)自由度；左端面為第三定位基準(zhǔn)，限制工件一個(gè)自由度，保證機(jī)體能夠準(zhǔn)確的定位。 4.1.2定位元件的設(shè)計(jì) 定位元件在夾具中的布置：一方面要符合六點(diǎn)定位原理，另一方面為保證工件的定位穩(wěn)定性，要使支承點(diǎn)之間的距離盡量取大。這樣可使工件的重力和切削力的作用點(diǎn)都落在支承點(diǎn)聯(lián)線所組成的平面內(nèi)。 在大多數(shù)情況下，工件的一個(gè)平面，在夾具中不是支撐在三個(gè)點(diǎn)上，而是支承在四個(gè)或更多一些的支承點(diǎn)上，這樣可以提高“機(jī)床-夾具-刀具-工件”工藝系統(tǒng)的剛性，避免夾緊力和切削力超出支承點(diǎn)，引起工件的彈性變形，影響加工精度。所以在底面采用兩塊長條定位板來實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)定位，如圖4-2所示： 圖4-2 該結(jié)構(gòu)清屑容易，結(jié)構(gòu)緊湊。 后側(cè)面采用兩塊短定位板，限制工件的兩個(gè)自由度。 左端面采用一塊長條定位板，限制工件的一個(gè)自由度。 定位元件裝入夾具體后，為使各支承面在一個(gè)水平面內(nèi)，用于同一定位基面的定位板應(yīng)再進(jìn)行修磨，保證等高要求[6]。 4.1.3定位誤差的分析和計(jì)算 對(duì)一批工件來說，刀具經(jīng)調(diào)整后位置是不動(dòng)的，即被加工表面的位置相對(duì)于定位基準(zhǔn)是不變的，所以定位誤差就是工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量。 對(duì)工序尺寸L的進(jìn)行定位誤差計(jì)算和分析： 加工機(jī)體頂面時(shí)，尺寸L的工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)均是機(jī)體的底面，基準(zhǔn)重合，所以基準(zhǔn)不重合誤差：； 由于機(jī)體底面是已經(jīng)加工過的表面，忽略平面度誤差，所以基準(zhǔn)位置誤差 所以工序尺寸L定位誤差： 通過上面分析，該定位方案能滿足工序尺寸313.2 0.10mm的要求。 對(duì)平行度進(jìn)行定位誤差分析： 加工機(jī)體頂面時(shí)，平行度的工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)均是機(jī)體底面，基準(zhǔn)重合，所以基準(zhǔn)不重合誤差: 由于機(jī)體底面是已經(jīng)加工過的表面，忽略平面度誤差，所以基準(zhǔn)位置誤差 所以頂面對(duì)底面的平行度的定位誤差為： 通過上面分析計(jì)算，該定位方案不會(huì)因?yàn)槎ㄎ划a(chǎn)生定位誤差，定位精度非常高，所以能滿足尺寸L、平行度的加工要求。 4.2確定夾緊方案，設(shè)計(jì)夾緊裝置 工件在夾具中的夾緊，將工件定位后的位置固定下來，保持工件在定位中獲得的正確位置，使其在夾緊力、切削力等外力作用下，不發(fā)生移動(dòng)和振動(dòng)。夾緊裝置的設(shè)計(jì)和選用是否正確合理，將直接影響工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，因此對(duì)夾緊裝置提出以下要求：確能保證工件定位后占據(jù)的正確位置，有助于定位，不應(yīng)破壞定位；夾緊力的大小要適當(dāng)、穩(wěn)定，既要保證工件在整個(gè)加工過程中的位置穩(wěn)定不變，振動(dòng)小，又要使工件不產(chǎn)生過大的夾緊變形，夾緊力穩(wěn)定可減少夾緊誤差；夾緊裝置的復(fù)雜程度與生產(chǎn)類型相適應(yīng)；工藝性好，使用性好，其結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，便于制造和維修，盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)夾具零部件，操作方便、安全、省力。 4.2.1夾緊力的確定 設(shè)計(jì)夾具的夾緊機(jī)構(gòu)時(shí),所需夾緊力的確定包括夾緊力的作用點(diǎn)、夾緊力的方向、夾緊力的大小三方面內(nèi)容。 確定夾緊力方向： 確定夾緊力的方向時(shí)，應(yīng)使夾緊力的方向有利于工件的準(zhǔn)確定位，而不能破壞定位，一般要求主夾緊力應(yīng)垂直于第一定位基準(zhǔn)面，此外夾緊力的方向應(yīng)方便裝夾和有利于減小夾緊力。該工序是以機(jī)體底面為第一定位基準(zhǔn)，所以決定選擇垂直于第一基準(zhǔn)面往下的夾緊力。 確定夾緊力的作用點(diǎn)： 夾緊力的方向確定后，夾緊力的作用點(diǎn)的位置和數(shù)目的選擇將直接影響到工件定位后的可靠性和夾緊后的變形。夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)與支承點(diǎn)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”對(duì)應(yīng)，或在支承點(diǎn)確定的區(qū)域內(nèi)，以免破壞定位或造成較大的夾緊變形，同時(shí)應(yīng)位于工件剛性高的方向和部位。根據(jù)以上條件和機(jī)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇夾緊力的作用點(diǎn)位置位于兩長條支承板的正上方壓在機(jī)體的加強(qiáng)筋和凸臺(tái)上等剛性高的部位。為了減小夾緊變形，決定選取4個(gè)作用點(diǎn)，讓夾緊力分散作用，如圖4-3所示： 圖4-3 計(jì)算夾緊力： 在加工過程中，工件受到切削力、離心力、慣性力及重力等的作用。理論上，夾緊力的作用應(yīng)與上述的力的作用平衡；而實(shí)際上，夾緊力的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性、夾緊機(jī)構(gòu)的傳遞效率等有關(guān)。而且切削力在加工過程中是變化的，因此夾緊力的計(jì)算是個(gè)很復(fù)雜的問題，只能進(jìn)行粗略的估算。估算時(shí)，應(yīng)找出對(duì)夾緊最不利的瞬時(shí)狀態(tài)，估算此狀態(tài)下所需要的夾緊力，并考慮主要因素在力系中的影響，略去次要因素在力系中的影響[7] 。 對(duì)機(jī)體進(jìn)行受力分析，如4-4圖示： 圖4-4 1、抵消進(jìn)給力所需的夾緊力： 設(shè)實(shí)際夾緊力為F。 根據(jù)已知：4L22機(jī)體的質(zhì)量： m = 70kg 則G = mg = 709.8 = 686N = 由受力分析得： 列平衡方程式： （+ ）f = 查夾具設(shè)計(jì)2-13附表，當(dāng)定位支承表面為光滑表面時(shí)，摩擦系數(shù)f = 0.2 = F = K 精加工時(shí)，安全系數(shù): K = 1.5-2，取K = 2， 則所需夾緊力為： F = K= 2= 5540N 2、抵消主銑削力所需的夾緊力： 列平衡方程式： [] = 1725 () 整理 0.43= 715+686 () 由該式可看出當(dāng)= 0.215時(shí)是對(duì)夾緊最不利的瞬時(shí)狀態(tài)所需的夾緊力最大。 所以當(dāng)=0.215時(shí) 所以所需實(shí)際夾緊力為： F == 4010N 精加工時(shí)安全系數(shù)： K = 1.5-2，取K = 2， 所以夾緊力為： F = KF = 8020N 同理，當(dāng)時(shí)，對(duì)夾緊最不利的瞬時(shí)狀態(tài)為=0.215，此時(shí)所需的夾緊力最大。 所以，所需總的夾緊力為： W = 8020+5540 = 13560 N 單側(cè)壓板的夾緊力為： = = 6780N 對(duì)壓板進(jìn)行受力分析，如圖4-5所示： 圖4-5 由受力平衡得： 6780215 =185 所以= 8704N 4.2.2夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)： 楔鐵夾緊機(jī)構(gòu)是組合機(jī)床夾具常用的一種增力機(jī)構(gòu)，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠和調(diào)整方便，在組合機(jī)床夾具中得到廣泛應(yīng)用。為保證工作可靠，減少所需液壓缸的推力， 降低生產(chǎn)成本，決定采用楔鐵夾緊機(jī)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)方式?？紤]到本工序是精加工，所需的夾緊力不大，在結(jié)構(gòu)尺寸上為與液壓缸配套使用，查《組合機(jī)床及其調(diào)整與使用》[8]決定采用1T0232楔鐵圓柱部分直徑為60mm標(biāo)準(zhǔn)的楔鐵夾緊機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)楔鐵的楔角=，楔鐵工作行程50mm，夾緊范圍1-10mm，增力比（傳遞力放大倍數(shù)）為1.8。 4.2.3 動(dòng)力裝置（液壓油缸）的設(shè)計(jì) 為使夾具的結(jié)構(gòu)緊湊，決定自行設(shè)計(jì)液壓油缸。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選液壓油缸的直徑為80mm ,活塞桿的直徑為40mm，大腔的工作面積為50，小腔的工作面積37.7。 活塞桿所需的推力： Q = = 4835N 現(xiàn)在工廠所用的液壓油液的壓力一般為：1.25-5Mpa[10]，因?yàn)樵摴ば蚴蔷庸?，夾緊力不大所以決定取1.25 Mpa 計(jì)算油缸的工作壓力： 由公式得 大于所需的活塞桿推力， 所以能夠滿足加工的需要。 4.3對(duì)刀裝置的設(shè)計(jì) 夾具安裝在機(jī)床工作臺(tái)上，需要確定刀具相對(duì)夾具定位元件的位置，因此需設(shè)計(jì)對(duì)刀裝置。對(duì)刀塊可以自行設(shè)計(jì)，或選用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)刀裝置。在大批大量生產(chǎn)中，為了簡(jiǎn)化夾具結(jié)構(gòu)，常采用標(biāo)準(zhǔn)工件對(duì)刀或試切法對(duì)刀，第一件對(duì)刀后，后續(xù)工件就不在對(duì)刀，此時(shí)可以不設(shè)計(jì)對(duì)刀裝置。該設(shè)計(jì)采用的組合銑床是大批量生產(chǎn)類型，同時(shí)考慮到工件的結(jié)構(gòu)尺寸決定采用標(biāo)準(zhǔn)工件進(jìn)行對(duì)刀，對(duì)刀后，后續(xù)工件就不在對(duì)刀[9]。 4.4設(shè)計(jì)夾具底座： 夾具底座有焊接鋼板的、鑄鐵的等[8]，考慮到鑄鐵的抗壓強(qiáng)度高、減震性能好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在鑄造夾具底座時(shí)可設(shè)置加強(qiáng)筋，增加夾具體的剛度和強(qiáng)度。所以決定采用鑄鐵夾具底座，具體尺寸見附件3：4L22柴油機(jī)機(jī)體頂面精銑床夾具圖紙。 第五章 結(jié)論 本文主要介紹了4L22柴油機(jī)機(jī)體頂面精銑床的設(shè)計(jì)。研究的主要問題是4L22柴油機(jī)機(jī)體頂面精銑床外觀圖設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)。根據(jù)4L22柴油機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸特點(diǎn)，4L22柴油機(jī)機(jī)體頂面精銑床外觀圖設(shè)計(jì)選用了通用部件：銑削頭、機(jī)械滑臺(tái)等，配以專用的夾具和立柱、側(cè)底座等基礎(chǔ)部件，采用立式布局形式組成一組合銑床；夾具的設(shè)計(jì)，采用三基面組合定位，采用機(jī)動(dòng)夾緊方式，使用液壓斜楔夾緊裝置完成工件夾緊。該設(shè)計(jì)方案的具有設(shè)計(jì)制造周期短，生產(chǎn)率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，產(chǎn)品更新時(shí)，組合銑床上的通用部件仍可重新利用組成新的組合機(jī)床等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過分析和精度驗(yàn)算表明該設(shè)計(jì)方案能夠滿足4L22柴油機(jī)機(jī)體生產(chǎn)綱領(lǐng)要求，能夠保證4L22柴油機(jī)機(jī)體頂面的加工精度和表面質(zhì)量要求。 本次設(shè)計(jì)的4L22柴油機(jī)機(jī)體頂面精銑床，并沒有實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)化。上料、下料需要人工完成，夾緊時(shí)，還需人工將壓板送入送出，加重了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了輔助時(shí)間，使生產(chǎn)率的提高受到一定的影響，操作誤差在一定程度上影響了產(chǎn)品的加工精度。隨著現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率、高質(zhì)量、高柔性是當(dāng)前組合機(jī)床發(fā)展的一必然趨勢(shì)。建議在以后的設(shè)計(jì)中，能著重從減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率和提高加工質(zhì)量方面考慮，可以選用數(shù)控滑臺(tái)、數(shù)控銑削頭等通用部件組成數(shù)控組合銑床，設(shè)計(jì)自動(dòng)上下料裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的完全自動(dòng)化，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和加工精度。 參考文獻(xiàn) [1] 金振華. 組合機(jī)床與自動(dòng)線 . 機(jī)械工業(yè)出版社， 1990 [2] 徐旭東. 現(xiàn)代組合機(jī)床技術(shù)及其發(fā)展 中國機(jī)械工程 1995 第五期 [3] 徐灝. 機(jī)械工藝師手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社, 2000 694～695 [4] 機(jī)械工程手冊(cè)、電機(jī)工程手冊(cè)編輯委員會(huì)編. 機(jī)械工程手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社,1982 46.342～46.346 [5] 大連專用機(jī)床廠. 通用部件樣本 [6] 東北重型機(jī)械學(xué)院、洛陽農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)院、長春汽車廠工人大學(xué)編. 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè) 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1974 [7] 吳國梁. 銑工實(shí)用技術(shù)手冊(cè) 江蘇科學(xué)技術(shù)出版社 2002.5 258～369 [8] 金振華. 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3．4L22柴油機(jī)機(jī)體頂面精銑床夾具圖紙 第 21 頁 共 21 頁