FX501細紗機蝸輪軸承座加工工藝及工裝設(shè)計,fx501,細紗機,蝸輪,軸承,加工,工藝,工裝,設(shè)計 前言 根據(jù)工件加工的需要，以獨立的通用部件為基礎(chǔ)，配以部分專用部件組成的專用機床，稱之為組合機床。它適用于小批、大批、大量生產(chǎn)企業(yè)，多用于加工量大的大、中型箱體和箱體類工件，完成鉆孔、擴孔、車端面和凸臺、在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面。 通用部件是組成組合機床的基礎(chǔ)。用來實現(xiàn)機床切削和進給運動的通用部件，如單軸工藝切削頭、傳動裝置、動力箱、進給滑臺等為動力部件。用以安裝動力部件的通用部件如側(cè)底座、立柱、立柱底座等稱為支承部件。 組合機床的特點： a．組合機床由70～90%的通用部件組成，可以縮短設(shè)計和制造周期。而且在需要的時候，還可以部分或全部進行改裝，以組成適應(yīng)新加工要求的新設(shè)備。這就是說組合機床有重新改造的優(yōu)越性，其通用部件可以多次重復利用。 b．組合機床是按具體加工對象專門設(shè)計的，可以按最佳工藝方案進行加工。 c在組合機床上可以同時從幾個方向采用多把刀具對幾個工件進行加工，是實現(xiàn)集中工序，提高生產(chǎn)效率的最好途徑。 d.組合機床是在工件一次裝夾下用多軸實現(xiàn)多孔同時加工，有利于保證各孔相互之間的精度要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量；減少了工件工序間的搬運，改善了勞動條件；減少了占地面積。 e．由于組合機床大多數(shù)零、部件是同類的通用部件，簡化了機床的維護和修理。 f．組合機床的通用部件可以組織專門工廠集中生產(chǎn)，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平，降低制造成本。 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，根據(jù)大批量生產(chǎn)多樣化、中小批量多品種生產(chǎn)高效化的要求，以及產(chǎn)品更新加速的特點，70年代以來發(fā)展了新型組合機床----柔性組合機床。它是應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具、刀具的自動更換，配以可編程序控制器（PC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng)，能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機床。 在我國，組合機床發(fā)展已有28年的歷史，其科研和生產(chǎn)都具有相當?shù)幕A(chǔ)，應(yīng)用也已深入到很多行業(yè)。是當前機械制造業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品更新，進行技術(shù)改造，提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設(shè)備之一。 機床夾具是在機床上加工零件時所使用的一種工藝設(shè)備，用它來準確地定位工件與刀具之間的相對位置，即實現(xiàn)工件的定位與夾緊，以完成加工所學要的準確相對運動。 由于夾具能有效地保證加工精度和提高勞動生產(chǎn)率，故已成為機械加工中不可缺少的工藝裝備。為了適應(yīng)機械制造業(yè)中產(chǎn)品更新快、品種多、中小批生產(chǎn)的要求，近些年來夾具設(shè)計的發(fā)展表現(xiàn)在以下幾個方面： a．通用夾具朝高精度、高效率、大范圍方向發(fā)展； b．專用夾具的發(fā)展不僅注重高精度與高效率，而且朝標準化與規(guī)格化方向發(fā)展； c．大力發(fā)展可調(diào)整夾具與組合夾具； b．發(fā)展能擴大機床使用范圍和性能的夾具； e．夾具的設(shè)計與制造采用新工藝、新結(jié)構(gòu)、新材料。 1 蝸輪軸承座加工工藝規(guī)程設(shè)計 1.1零件的分析 1.1.1零件的作用 題目給出的零件是軸承座，它的主要的作用是用來支承、固定的。它的主要任務(wù)是將主電機傳來的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)過一系列的變速機構(gòu)使主軸得到所需的正反兩種轉(zhuǎn)向的不同轉(zhuǎn)速，同時傳動箱分出部分動力將運動傳給進給箱。軸承座中的主軸是機床的關(guān)鍵零件。主軸在軸承上運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性直接影響工件的加工質(zhì)量，一旦主軸的旋轉(zhuǎn)精度降低，則機床的使用價值也將大打折扣。 1.1.2零件的工藝分析 零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，減震性能良好。傳動箱體需要加工表面以及加工表面的位置要求。現(xiàn)分析如下： （1）主要加工面： 1）銑上下平面保證尺寸121mm，平行度誤差為0.03 2）銑兩端面保證尺寸185與下平面的平行度誤差為0.02 3）鏜φ80孔、φ72孔至所要求尺寸，并保證各位誤差要求 4）鉆側(cè)面12—M8螺紋孔 5）鉆側(cè)面8—M8螺紋孔 6）鉆其它平面各孔 （2）主要基準面： 1）以下平面為基準的加工表面 這一組加工表面包括：軸承座上表面各孔及螺紋孔 2）以下平面為基準的加工表面 這一組加工表面包括：主要是下平面各孔及螺紋孔 1.2軸承座加工的主要問題和工藝過程設(shè)計所應(yīng)采取的相應(yīng)措施 1.2.1確定毛坯的制造形式 零件的材料HT200。由于年產(chǎn)量為5000件，達到大批生產(chǎn)的水平，而且零件的輪廓尺寸較大，鑄造表面質(zhì)量的要求高，故可采用鑄造質(zhì)量穩(wěn)定的，適合大批生產(chǎn)的金屬模鑄造。便于鑄造和加工工藝過程，而且還可以提高生產(chǎn)率。 1.2.2基面的選擇 定位基面的選擇 定位基面的選擇是擬定零件的機械加工路線，確定加工方案中首先要做的重要工作?；孢x擇得正確、合理與否，將直接影響工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。 在選擇定位基面時，需要同時考慮以下三個問題： (1) 以哪一個表面作為加工時的精基面或統(tǒng)一基準，才能保證加工精度，使整個機械加工工藝過程順利地進行? (2) 為加工上述精基面或統(tǒng)一基準，應(yīng)采用哪一個表面作為粗基面? (3) 是否有個別工序為了特殊的加工要求，需要采用統(tǒng)一基準以外的精基面? 精基面的選擇：根據(jù)精基面的選擇原則，選擇精基面時，首先應(yīng)考慮基準重合的問題，即在可能的情況下，應(yīng)盡量選擇加工表面的設(shè)計基準為定位基準。 （1）粗基準的選擇 對于本零件而言，按照互為基準的選擇原則，選擇本零件的下表面作為加工的粗基準，可用裝夾對肩臺進行加緊，利用底面定位塊支承和底面作為主要定位基準，以限制z、z、y、y、五個自由度。再以一面定位消除x、向自由度，達到定位,目的。 （2）精基準的選擇 主要考慮到基準重合的問題，和便于裝夾，采用已加工結(jié)束的上、下平面作為精基準。 1.2.3確定工藝路線 制定工藝路線主要是確定加工方法和劃分加工階段。 (1)選擇加工方法應(yīng)以零件加工表面的技術(shù)條件為依據(jù)，主要是加工面的尺寸精度、形狀精度、表面粗糙度，并綜合考慮各個方面工藝因素的影響。一般是根據(jù)主要表面的技術(shù)條件先確定終加工方法，接著再確定一系列準備工序的加工方法，然后再確定其他次要表面的加工方法。 (2)在各表面加工方法選定以后，就需進一步考慮這些加工方法在工藝路線中的大致順序，以定位基準面的加工為主線，妥善安排熱處理工序及其他輔助工序。 (3)排加工路線圖表。 當生產(chǎn)批量不同時零件的工藝路線也會有較大的差別，先在列出零件大量生產(chǎn)時的工藝路線。見附表. （1）用查表法確定工序余量。 （2）當無基準轉(zhuǎn)換時，工序尺寸及其公差的確定應(yīng)首先明確工序的加工精度。 （3）當有基準轉(zhuǎn)換時的工序尺寸及其公差應(yīng)由解算工藝尺寸鏈獲得。 （4）確定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件圖樣的要求標注。當無基準轉(zhuǎn)換時，同一表面多次加工的工序尺寸只與工序（或工步）的加工余量有關(guān)。有基準轉(zhuǎn)換時，工序尺寸應(yīng)用工藝尺寸鏈解算。 切削用量的選擇 單件小批生產(chǎn)時，一般可由操作工人自定，大批生產(chǎn)條件下，工藝規(guī)程必須給定切削用量的詳細數(shù)值，選擇的原則是確保質(zhì)量的前提下具有較高的生產(chǎn)率和經(jīng)濟性，具有選用可參考各類工藝人員手冊。我要加工的軸承座加工工藝規(guī)程如下表: 工藝路線方案 工序1 粗銑上平面 工序2 粗銑下平面 工序3 粗銑寬度為185mm的端面 工序4 鏜φ80孔 工序5 鏜φ80孔 工序6 鉆上平面12-M8螺紋底孔 工序7 鉆下平面8-M8螺紋底孔 工序8 鉆側(cè)面3-M10螺紋底孔 工序9 鉆2-φ5錐孔 工序10 鉗工，攻絲各螺紋孔 2機床總體設(shè)計 2．1被加工零件分析 被加工零件：蝸輪軸承座 材料：HT200 硬度：HB180-240 年產(chǎn)量：5000件 加工部位：兩端面 加工要求：蝸輪軸承座兩端表面粗糙度被加工到6.3，頂?shù)酌娉叽缰?85±0.05mm。 2．2機床結(jié)構(gòu)的確定 根據(jù)被加工零件加工要求：兩端面兩面粗銑，選擇雙面銑組合機床。 被加工零件置于移動工作臺上，兩邊分別設(shè)兩把銑刀，以兩個電動機驅(qū)動。 另外還應(yīng)有部件包含：兩個側(cè)底座，一個中間底座，兩個銑削頭，及兩個主軸箱及夾具。 2．3 本組合機床的特點 a.結(jié)構(gòu)牢固, b.剛性好, c.尺寸調(diào)整范圍大, d.單位工作效率高, e.精確度好，f.操作簡便，g.可對鑄件進行大行程走刀，h.強力銑削。 2．4 切削用量的確定 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是十分重要。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)形式及工作可靠性均有較大的影響。 2．4．1切削用量選擇的特點 a．組合機床長采用多刀多刃同時切削，為盡量減少換刀時間和刀具的消耗，保證機床的生產(chǎn)率及經(jīng)濟效果，選用的切削用量比普通機床單刀加工時低30%左右。 b．組合機床通常用動力滑臺來帶動刀具進給。因此，同一滑臺帶動的多軸箱上所有刀具的每分鐘進給兩相同，即等于滑臺的工進速度。 2．4．2切削用量選擇的方法 a．應(yīng)盡量作到合理使用所有刀具，充分發(fā)揮其使用性能。 b．復合刀具切削用量選擇應(yīng)考慮刀具的使用壽命。 c．多軸鏜孔主軸刀頭均需定向快速進退時，各鏜軸轉(zhuǎn)速應(yīng)相等或成整數(shù)倍。 2．4．3刀具的選擇 被加工零件材料為HT200，故選擇硬質(zhì)合金端銑刀。文獻資料［8］P54 規(guī)格：400 齒數(shù)：20 2．4．4銑削用量的確定 根據(jù)：a.銑刀種類：硬質(zhì)合金端銑刀 b．被加工零件材料：HT200 c．工序：粗銑 查得：a.銑削深度：2～5mm 取4mm b.銑削速度v：50～80m/mm 取80 m/mm（大平面盡量取大原則） c．每齒走刀量：0.2～0.4mm/z 取0.2 mm/z（大平面盡量取小原則） 文獻資料［9］P132～P133 轉(zhuǎn)速：n=v×1000/∏D=80×1000/3.14×400=93.69r/min 圓整為：n=64 r/min 實際切削速度：V=n∏D/1000=80.4m/min 每分鐘進給量：V=f×n=20×0.2×60=240mm/min 2．4．5計算切削功率 根據(jù)：每分鐘進給量：V=240mm/min 銑削深度：180 銑削深度： a=4mm 銑削寬度：a=580mm 每齒進給量: f=0.2mm/z 查表得： P=7.8kw 根據(jù)文獻資料［9］P105 由于功率損耗，取=0.85 P= =9.1kw 2．5 各部件的選型 2．5．1選擇電動機 根據(jù)：P= 9.1kw 選擇電動機Y160L-6 根據(jù)文獻資料［9］P115 參數(shù)： 表2-1 電動機參數(shù) P L 電機轉(zhuǎn)速 輸出軸轉(zhuǎn)速 動力箱型號 11kw 535 1460 730 1TD63Ⅳ 2．5．2選擇銑削頭 根據(jù)電動機功率：P= 9.1kw ，以及刀盤直徑：=400mm 選取銑削頭1TX40（有滑套） 根據(jù)文獻資料［9］P104 參數(shù)：（如圖） 圖2-1 銑削頭 表2-2 銑削頭尺寸參數(shù) b L d L b d h L 400 500 128.57 160 355 M16 200 80 圖2-2銑削頭聯(lián)系尺寸 再根據(jù)銑削頭查得尾置式齒輪傳動銑削頭聯(lián)系尺寸 根據(jù)文獻資料［9］ ： 表2-3銑削頭聯(lián)系尺寸 B B B L L L L H H H 400 355 400 630 160 380 535 200 275.1 650 H c d 410 125 18 2．5．3選擇工作臺 根據(jù)被加工要求，即同時銑蝸輪軸承座的兩面，銑刀在加工過程中不移動，故選擇移動工作臺。由移動工作臺在加工過程中，實現(xiàn)快進和工進。 根據(jù)被加工零件尺寸： 被加工平面250×250mm和330×330mm，頂?shù)酌婢嚯x為427mm， 移動工作臺的寬度W=800mm； 銑削寬度：a=580mm，夾具底座寬1140mm, 移動工作臺的最小行程為1150mm 選移動工作臺，型號：1AYU80IV 根據(jù)文獻資料［9］P119 參數(shù)：（如圖） 圖2-3移動工作臺 表2-4移動工作臺尺寸 W H S L L L L L 800 280 1150 1250 2440 232 232 230 2．5．4選擇側(cè)底座 側(cè)底座用于臥式組合機床，其上面安裝滑臺、主軸箱、銑削臺等部件，側(cè)面與中間底座相連接時用鍵或錐銷定位。側(cè)底座的長度應(yīng)與滑臺相適應(yīng)。 因為該機床無滑臺，所以側(cè)底座尺寸根據(jù)銑削頭和主軸箱尺寸定。 由：L=630mm, L=380mm， 根據(jù)文獻資料［9］P27 選擇1CC系列側(cè)底座，側(cè)底座長定為1100mm；寬取810mm；高取630m。 2．5．5選擇中間底座 中間底座其頂面安裝夾具或輸送部件，側(cè)面與側(cè)底座或立柱底座相連接，并通過端面鍵或定位銷定位。根據(jù)機床配置形式不同，中間底座有多種形式，如：雙面臥式組合機床的中間底座，兩側(cè)面都安裝側(cè)底座；三面臥式組合機床的中間底座為三面安裝側(cè)底座；立式回狀工作臺式組合機床，除了安裝立柱外，還需安裝回轉(zhuǎn)工作臺。總之，中間底座的結(jié)構(gòu)，尺寸需根據(jù)工件的大小、形狀以及組合機床的配置形式等來確定。因此，中間底座一般按專用部件進行設(shè)計，但為了不致使組合機床的外廓尺寸過分繁多，中間底座的主要尺寸應(yīng)符合國家標準規(guī)定。 根據(jù)多工位移動工作臺尺寸：寬W=800mm,長L=2800mm，根據(jù)文獻資料［9］P26-27 中間底座尺寸選為：寬：900mm， 長：2800mm, 高：65mm 2．5．6機床分組 為了便于設(shè)計和組織生產(chǎn)，組合機床各部件和裝置按不同的功能劃分編組。組號劃分如下： 第10～19組——支承部件。一般由通用的側(cè)底座、立柱及其底座和專用中間底座等組成。 第20～29組——夾具及輸送設(shè)備。夾具是組合機床主要的專用部件，常編為20組，包含工件定位夾緊及固定導向部分。 第30～39組——電氣設(shè)備。電氣設(shè)計常編為30組，包括原理圖、接線圖和安裝圖等設(shè)計。專用操縱臺、控制柜等則另編組號。 第40～49組——傳動裝置。包括機床中所有動力部件如動力滑臺、動力箱等通用部件，編號為40組，其余需修改部分內(nèi)容或?qū)Ｓ玫膫鲃釉O(shè)備則單獨編組。 第50～59組——液壓和氣動裝置。 第60～69組——刀具、工具、量具和輔助工具等。 第70～79組——主軸箱及其附屬部件。 第80～99組——冷卻、排屑及潤滑裝置。 第90～99組——電氣、液壓、氣動等各種控制擋鐵。 2．6繪制“三圖” 繪制組合機床“三圖”，就是針對具體零件，在選定的工藝個結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進行組合機床總體方案圖樣文件設(shè)計。其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產(chǎn)率計算卡等。 2．6．1 被加工零件工序圖 圖2-4工序圖 說明： a．在此道工序前，上一道工序為粗銑該圖中的兩端表面。 b．在此工序中，把圖中下表面做為定位基準面，上表面有四個對稱的加緊點，下表面用兩個支承板支承，并在下表面上的兩個孔中裝兩個定位銷，即采用一面兩銷定位。為防止過定位，兩個銷采用一個圓柱銷和一個削邊銷的組合。 c．本工序把頂?shù)酌娉叽缂庸ぶ?27±0.3mm，表面粗糙度被加工到6.3 2．6．2加工示意圖 圖2-5加工示意圖 說明： a．切削功率：P=7.8kw b. 切削速度：V=80mm/min c. 銑削深度：a=4mm d. 每分鐘進給量： V=240mm/min e. 轉(zhuǎn)速： n=64r/min 2．6．3機床聯(lián)系尺寸總圖 圖2-6 機床聯(lián)系尺寸圖 說明： a．銑削動力由左右兩個電動機提供。 b．被加工零件的快進和工進由移動工作臺提供。 c．機床裝料高度為，650mm。國家標準為850mm～1060mm,但該機床由于被加工零件尺寸較大，且工人需在零件上表面實行對零件的手動夾緊（手動夾緊高度為1300mm），而裝料過程相對容易。故降低了裝料高度。 2．6．4機床生產(chǎn)率計算卡 根據(jù)加工示意圖所確定的工作循環(huán)及切削用量等，就可以計算機床生產(chǎn)率并編制生產(chǎn)率計算卡。生產(chǎn)率計算卡是反映機床生產(chǎn)節(jié)拍或?qū)嶋H生產(chǎn)率和切削用量、動作時間、生產(chǎn)綱領(lǐng)及負載率等關(guān)系的技術(shù)文件。它是用戶驗收機床生產(chǎn)效率的重要依據(jù)。 a．理想生產(chǎn)率Q（單位為件/h）是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)A（包括備品及廢品率）所要求的機床生產(chǎn)率。它與全年工時總數(shù)有關(guān)，一般情況下，單班制取2350h，兩班制取4600h，則： Q===14.6 (件/h) b．實際生產(chǎn)率Q 實際生產(chǎn)率Q（單位為件/h） 是指所設(shè)計機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。則： Q= （2-1） 式中 ----生產(chǎn)一個零件所需時間（min），可按下式計算： =+= （2-2） 式中 、-----分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進給長度，單位為mm； =580mm；在此工序中只有一次工進，故=0mm。 、----分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進給量，單位為mm/min； =256mm/min；在此工序中只有一次工進，故=0mm。 ---------當加工沉孔、止孔、锪窩、倒角、光整表面時，滑臺在死擋鐵上的停留時間，通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)5～10轉(zhuǎn)所需要的時間，單位為min； 轉(zhuǎn)速：n=64r/min,故停刀時間=5s 、--分別為動力部件快進、快退行程長度，單位為mm; =350mm，=950mm。 ---------動力部件快速行程速度。用機械動力部件時取5～6m/min；用液壓動力部件時取3～10m/min； 在此機床中采用機械動力部件，=5m/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0.1min； 此工序中取=0.1min。 --------工件裝、卸（包括定位或撤消定位、夾緊或松開、清理基面或切削及吊運工件等）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0.5～1.5min。此工序中，夾具的裝夾為手動裝夾，故需要的時間較長，取=1min。 所有數(shù)據(jù)代入式②，得=3.71min 把=3.71min代入式①，得Q=16.2（件/h） c．機床負荷率 在次機床中，Q=16.2（件/h），Q=14.6（件/h），即Q>Q，所以機床負荷率為二者之比。即：==90% 對于一般組合機床負荷率一般在0.75～0.9，此處機床負荷率符和標準。 表2-5 生產(chǎn)率計算卡 生產(chǎn)率計算卡 被加工零件 圖號 　 毛坯種類 鑄鐵 名稱 氣缸體 毛坯重量 　 材料 HT250 硬度 180～240 工序名稱 頂?shù)酌娲帚? 工序號 2 序號 工步名稱 被加工零件數(shù)量 銑削深度(mm) 加工寬度(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) 工時(min) 機加工時間 輔助時間 共計 1 裝卸工件 1 　 　 　 　 　 　 　 　 1 1 2 工作臺快進 1 　 　 　 　 　 　 　 0.07 　 0.07 3 工作臺工進 1 4 580 1150 80.38 64 4 256 2.27 　 2.27 4 工作臺快退 1 　 　 　 　 　 　 　 0.19 0.18 0.37 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1min 總計 3.71min 單件工時 3.71min 機床生產(chǎn)率 16.2件/h 機床負荷率 90% 3 夾具的設(shè)計 3．1概述 在機械制造的機械加工、檢驗、裝配、焊接和熱處理等冷熱工藝過程中，使用著大量的夾具，用于安裝加工對象，使之占有正確的位置，以保證零件和產(chǎn)品的質(zhì)量，并提高生產(chǎn)效率。 3．1．1夾具的作用 a．保證加工精度，穩(wěn)定加工質(zhì)量。 由于采用專用機床夾具安裝工件，可以準確地確定工件相對刀具和機床切削成形運動的相互位置。所以，加工精度易于保證，不受或少受各種主觀因素的影響，可以穩(wěn)定加工質(zhì)量。 b．提高勞動生產(chǎn)率，降低加工成本。 采用機床夾具安裝，可使工件夾緊牢靠，有利于采用較大切削用量，減少機動時間。以達到提高生產(chǎn)率。 由于采用與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)的夾具，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，廢品大大減少，勞動生產(chǎn)率提高，可使用低等級工人等，皆可大大降低加工成本。 c．擴大機床工藝范圍，實現(xiàn)“一機多能”。 在批量不大的生產(chǎn)條件下，工件的種類和規(guī)格多，而機床品種和數(shù)量卻有限。采用機床夾具，可使機床“一機多能”。 d．減輕勞動強度，保證安全生產(chǎn)。 使用專用夾具安裝工件，定位方便、迅速，夾具又可采用增力、機動等裝置，因此可以減輕工人的勞動強度。根據(jù)加工條件，還可以設(shè)計防護裝置，確保操作者安全。 e．在流水線生產(chǎn)中，便于平衡生產(chǎn)節(jié)拍。 工藝過程中，當某些工序所需工序時間特別長時，可以采用多工位或高效夾具等以提高生產(chǎn)效率，使節(jié)拍平衡。 3．1．2機床夾具的分類 a．通用夾具：通用夾具是指已標準化，且有較大適用范圍的夾具。 b．專用夾具：專用夾具是指根據(jù)零件機械加工工藝過程中的某一工序而專門設(shè)計的。 c．可調(diào)整夾具：可調(diào)整夾具是在加工完一種工件后，經(jīng)過調(diào)整或更換個別元件，即可加工形狀相似，尺寸和加工工藝相近的多種工件。 d．專門化拼裝夾具：這類夾具是針對某工序加工要求，由事先制造好的通用性較強的標準元件和部件拼裝而成。 e．自動化生產(chǎn)用夾具：自動化生產(chǎn)用夾具是專門用于自動線和數(shù)控機床。 3．1．3機床夾具的組成 a．定位元件或夾定位裝置 定位元件或定位裝置是指用于確定工件在夾具中正確位置的元件或部件。 b．夾緊元緊或夾緊裝置 夾緊元緊或夾緊裝置是指用于夾緊工件，使其在外力作用下仍能保持其既定位置的元件或部件。 c．對刀、引導元件 對刀、引導元件是指用于確定、引導刀具與夾具定位元件互相位置的元件。 d．連接元件 連接元件是指用于保證夾具與機床間相互位置的元件。 e．夾具體 夾具體是指用于連接夾具各組成部分，使之成為一個整體的基礎(chǔ)件。 f．其他元件及裝置 根據(jù)工件加工要求，有些夾具除上述組成部分外，還需要設(shè)置其他元件或裝置。 3．1．4夾具設(shè)計方法與步驟 a．設(shè)計前的準備 b．擬定夾具結(jié)構(gòu)方案、繪制草圖 ⑴確定定位方案 ⑵對刀和導向方式的選擇 ⑶確定夾緊方案 ⑷設(shè)計夾具體，繪制夾具結(jié)構(gòu)草圖 c．繪制夾具總圖 d．繪制夾具零件圖 3．2設(shè)計的前期準備 a.通過分析被加工零件圖，零件為蝸輪軸承座，才料為鑄鐵，該工序的加工要求是兩端平面粗銑，銑削氣缸體表面至Ra為6.3，頂?shù)酌娉叽缰?85±0.05mm， b．此道工序是在兩側(cè)面粗銑完成后的進行的，所以在該工序在銑頂?shù)酌鏁r，可以把兩側(cè)面作為基準平面和定位平面。 c．機床為雙面銑組合機床，夾具體的安裝高度為345mm。 d．所使用的刀具為硬質(zhì)合金端銑刀，規(guī)格400， 3．3定位裝置的確定 3．3．1概述 工件在加工前，必須首先使它相對于刀具和切削成形運動占有正確的位置，即工件的定位。工件在夾具中的定位，是指同一批工件中的任何一個，在夾具中按定位要求與定位元件相接觸或配合，都能使其占有正確位置的過程。擬定夾具設(shè)計方案時，定位方案是必須首先確定的問題，它對夾具總體設(shè)計方案的確定乃至整個夾具的成敗，都起著決定性的作用。 工件定位的基本原理：又運動學已知，任一剛體在空間三個互相垂直的坐標系中，有六個自由度，即沿三坐標軸的移動自由度和繞三個軸的轉(zhuǎn)動自由度，分別用、、、和、、表示。未定位前的工件即相當于自由剛體，是無法進行加工的。因此，為了使工件在夾具中有一個正確位置，必須對影響工件加工面位置精度的自由度予以限制。 在該工序中，采用全定位夾具對被加工零件進行夾緊。 全定位：工件在夾具中定位，如果夾具有六個支承點，則工件的六個自由度全被夾具所限制，使工件在夾具中占有完全確定的位置時，這種定位方式稱為“全定位”。 3．3．2定位方式 下表面用兩個支承板，上表面是二個壓緊點，另外下表面用兩個銷定位，采用一面兩銷定位。 為了防止過定位，增加兩個孔連心先方向上的間隙，把第二個銷碰到工件孔壁的部分削去，只留下左右一部分圓柱面，也起到減小第二銷直徑的作用。由于垂直于連心線方向上第二銷直徑?jīng)]有減小，故對工件的轉(zhuǎn)角誤差沒有影響。安裝削邊銷的時候，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(jié)構(gòu)。 采用這樣的定位方法后，圓柱銷和削邊銷就限定了被加工零件的、和三個方向的自由度；下面兩個支承板和上面四個夾緊裝置限制了被加工零件的、和三個方向的自由度。 3．3．3定位元件 根據(jù)軸承座上孔徑的大小，選擇直徑為的圓柱銷，定位銷頭部有15導角。 a．削邊銷尺寸的確定 根據(jù)文獻資料［2］P24，表3-1，如下： 圖3-2削邊銷 表3-1削邊銷尺寸參數(shù) D(mm) 3～6 6～8 8～20 20～24 24～30 30～40 40～50 b(mm) 2 3 4 5 5 6 8 B(mm) D-0.5 D-1 D-2 D-3 D-4 D-5 D-5 由上述表格可查得在孔徑為10的情況下，B=8mm；b=4mm。 根據(jù)文獻資料［2］P24，查得極限偏差為g6 b．工件的轉(zhuǎn)角誤差 圖3-3 轉(zhuǎn)角誤差圖 （3-1） 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 由上式得 0.015° 0.005° 故工件在任意方向偏轉(zhuǎn)時，最大轉(zhuǎn)角誤差為0.02°。 c．基準位移誤差 0.0086mm。 d．基準不重合誤差：基準不重合誤差應(yīng)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(zhuǎn)角誤差后，算得定位誤差=0.0086mm。此值小于工件相應(yīng)位置度的三分之一，即0.0086mm<(0.03/3)mm=0.01mm。 3．4確定夾緊方案 3．4．1設(shè)計夾緊裝置的要求 為了保持工件在定位時已取得的正確位置，并且在加工過程中在切削力、離心力、慣性力等外力作用下保證位置始終不變和不發(fā)生振動，一般夾具都應(yīng)設(shè)置夾緊裝置。 夾緊裝置必須滿足以下基本要求： a.夾緊時不能破壞工件定位已經(jīng)取得的正確位置； b.夾緊力大小要可靠和適當，既要保證在加工過程中工件不發(fā)生位移和振動，又不使工件產(chǎn)生的形變和損傷表面超過允許的范圍； c.夾緊裝置應(yīng)安全可靠，操作方便省力； e.夾緊裝置的自動化程度和復雜程度應(yīng)與生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件相適應(yīng)； f.結(jié)構(gòu)要便于制造、調(diào)整、使用和維修。 3．4．2夾緊力的確定 確定夾緊力就是要確定其方向、作用點及大小。為此，應(yīng)根據(jù)工件定位方式、結(jié)構(gòu)特點、加工要求以及切削力與其它外力作用等情況來綜合考慮。 a.緊力的方向 夾緊力的方向應(yīng)有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力方向應(yīng)垂直于主要定位面；夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力；夾緊力的方向應(yīng)是工件剛性交好的方向。 根據(jù)上述準則，在本夾具設(shè)計中選擇把夾緊力方向確定為從上向下垂直于水平面，即加工時被加工零件的上表面。這樣一來，有助于把被加工零件固定在夾具體上，也符合夾緊力垂直于主定位面的原則。同時，這樣的安排也能通過夾緊力產(chǎn)生的摩擦力來克服切削力。 b.緊力的作用點 夾緊力作用點的確定，是指在夾緊立方向已經(jīng)確定后，來確定作用點的位置。 夾緊力作用點的選擇應(yīng)不破壞工件定位已經(jīng)確定的位置，即應(yīng)作用在支承上或支承所組成的面積范圍之內(nèi)；夾緊力的作用點應(yīng)使夾緊系統(tǒng)的夾緊變形盡可能變??；夾緊力的作用點應(yīng)盡量靠近加工表面。 根據(jù)上述準則，在本夾具設(shè)計中把四個夾緊力作用點盡量選在四角，以靠近被加工表面，并選在支承板的垂直線上，（支承板改制加長，以便于支撐點和夾緊點盡量靠近被加工表面）。 c．夾緊力的大小 計算夾緊力時，為簡化計算，通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。根據(jù)工件所受切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾具最不利的狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力。即 W=/（N） （3-2） 式中 W--實際所需夾緊力 P----切削力 P---圓柱銷允許承受的部分切削力 ---摩擦系數(shù) K----安全系數(shù) 安全系數(shù)由下式計算： K=KKKKKKK （3-3） 式中，K～K為各種因素的安全系數(shù)，見下表： 表3-2 安全系數(shù) 代入式（3-3）得：K=2.64 切削力 P=p×A p=1300/ a=xasin x=360a/∏dD 式中： x---平均切削厚度圓周方向系數(shù) a--每齒進給量 d----銑削角 ---銑削導角 p---單位面積銑削力 A---銑削面積 D---刀具直徑 數(shù)據(jù)代入公式得，P=1.028KN W=21.120KN 分到四個夾緊點上，每個夾緊裝置上設(shè)的夾緊力為Wˊ=5.280KN 3．5 其它元件的設(shè)計 需要用到的元件主要有夾具體、支座、頂桿、壓板、手柄、導向板、法蘭盤等等。這些元件都是在設(shè)計中非常重要的元件，設(shè)計的過程主要參考文獻資料［1］、文獻資料［2］、文獻資料［9］。詳細設(shè)計情況見零件圖，這里不一一介紹。 3．6夾具的公差配合與技術(shù)要求 3．6．1制定夾具公差與技術(shù)要求的基本原則 a.為了保證工件的加工精度，制定夾具公差時，應(yīng)使夾具的定位、制造和調(diào)整誤差的總和不超過工序公差的三分之一。 b.為了延長夾具的壽命和增加可靠性，必須考慮夾具使用中的磨損補償問題。在不增加制造難度的前提下，應(yīng)盡量把夾具公差定得小一些。 c.夾具中與工件尺寸有關(guān)的尺寸公差，不論工件尺寸公差是單向的還是雙向的，都應(yīng)該化為雙向?qū)ΨQ分布的公差。 d.夾具中的尺寸公差和技術(shù)要求應(yīng)分別表示清楚，不要互相重復和矛盾。凡注有公差的部位，一定要有相應(yīng)的檢驗基準。 e.當采用調(diào)整、修配等方法裝配夾具時，夾具零件的制造公差可適當放大。 3．6．2夾具公差的制定 根據(jù)文獻資料［1］ P41-42 表3-3夾具的尺寸公差 工件加工尺寸公差 夾具相應(yīng)尺寸公差 工件加工尺寸公差 夾具相應(yīng)尺寸公差 0.008～0.01 0.006 0.20～0.24 0.08 0.01～0.02 0.010 0.24～0.28 0.09 0.02～0.03 0.015 0.28～0.34 0.10 0.03～0.05 0.020 0.34～0.45 0.15 0.05～0.06 0.025 0.45～0.65 0.20 0.06～0.07 0.030 0.65～0.90 0.20 0.07～0.08 0.035 0.90～1.30 0.20 0.08～0.09 0.040 1.30～1.50 0.20 0.09～0.10 0.045 1.50～1.80 0.20 0.10～0.12 0.050 1.80～2.00 0.20 0.12～0.16 0.060 2.00～2.50 0.20 0.16～0.20 0.070 2.50～3.00 0.20 表3-4夾具上常用配合的選擇 配合形式 一般精度 較高精度 應(yīng)用 定位銷與工件基準孔 定位元件與工件定位基準間 滑動定位件 刀具與導套 有引導作用，且有相對運動的元件間 滑動夾具底座板 無引導作用，但有相對運動的元件間 固定支承釘定位銷 沒有相對運動的元件間 3．6．3夾具技術(shù)要求的制定 夾具上凡與工件加工要求直接有關(guān)的都應(yīng)標注技術(shù)要求。 數(shù)值參考下表 根據(jù)文獻資料［1］ P49 表3-5 技術(shù)要求參數(shù) 技術(shù)要求 參考數(shù)值（mm） 同一平面上的支承釘或支承板的等高公差 0.02 定位元件工作表面對定位鍵槽側(cè)面的平行度或垂直度 0.02/100 定位元件工作表面對夾具體底面的平行度或垂直度 0.02/100 鉆套軸線對夾具體底面的垂直度 0.05/100 鏜模前后鏜套的同軸度 0.02 對刀塊工作表面對定位元件工作表面的平行度或垂直度 0.03/100 對刀塊工作表面對定位鍵槽側(cè)面的平行度或垂直度 0.03/100 車、磨夾具的找正基面對其回轉(zhuǎn)中心的圓跳動 0.02 3．7工序的精度分析 在機械加工中不可避免地會產(chǎn)生各種載荷和干擾，它們以不同的程度反映為各種加工誤差。為保證加工零件能達到規(guī)定的精度，必須相應(yīng)地采取各種措施，以限制和減少這些加工誤差。 3．7．1定位誤差的分析與計算 根據(jù)文獻資料［1］P146-149 在采用調(diào)整法加工一批工件時，夾具相對刀具的位置經(jīng)調(diào)定后就不再變動。由于基準不重合，一批工件依次在夾具中進行加工時，因工序基準位置變動將使工件的工序尺寸產(chǎn)生變化，以這個尺寸變化范圍既其極限差值稱為定位誤差，以表示。 本夾具是通過一面兩銷定位的（如圖），所以此處的定位誤差為圓孔定位誤差。 圖3-4定位誤差分析圖 在任意方向上： （3-4） （3-5） 式中 ------基準位移誤差 ---定位圓孔與心軸間的最小配合間隙（必要時可以在調(diào)刀時消除），此處選0.001mm。 ------角度偏差 -----尺寸D1的上偏差 -0.005mm -----尺寸D2的上偏差 -0.005mm -----尺寸d1的下偏差 -0.014mm -----尺寸d2的下偏差 -0.014mm 把數(shù)據(jù)代入式中得到=0.02mm；=1.146 3．7．2夾緊誤差的分析與估算 所謂夾緊誤差是指在夾具中加工一批工件時，由于夾緊力的作用，使得工件和夾具元件發(fā)生變形，從而導致工件的工序基準在加工尺寸方向上產(chǎn)生的最大位置變動量。對一批工件而言，如果這個位置變動量是常樹，一般可通過調(diào)整對刀和夾具在機床上的安裝位置來消除它對加工精度的影響。 根據(jù)文獻資料［1］P154 夾具的夾緊元件為壓板，并以支承板支承，故用以下公式： = （3-6） -----夾緊誤差 -----工件定位表面粗糙度 25 ---工件材料硬度 180HBS ----作用在定位元件上的法向力 5280N ------定位元件與工件的接觸面積 52.8cm 表3-6 接觸變形計算系數(shù) 數(shù)據(jù)代入公式為，=1.74 3．7．3對刀和導向誤差 夾具上的對刀或?qū)蜓b置對定位元件的位置不準確，將導致加工表面的位發(fā)生變化，由此而造成的加工尺寸誤差即為對刀或?qū)蛘`差。 當使用銑床夾具加工工件時，采用標準塞尺和對刀塊進行對刀，其對刀誤差為：=T+T 查文獻資料［1］P155 式中 T----塞尺的制造公差； T---對刀塊工作面對定位元件的尺寸公差 3．7．4夾具的位置誤差 夾具在機床上安裝時，其定位元件對機床裝卡面的相互位置誤差將導致工件定位基準發(fā)生移動，從而使工序尺寸發(fā)生變化，這種誤差稱為夾具的安裝誤差。 產(chǎn)生夾具的安裝誤差的因素有： a. 夾具定位元件對夾具體安裝基面的相互位置誤差。 b. 夾具安裝基面本身的制造誤差及其與機床裝卡面間的間隙所產(chǎn)生的連接誤差。 查文獻資料［1］P159 根據(jù)本機床夾具安裝形式，主要取決于夾具體和安裝夾具的移動工作臺之間的平行度。此處平行度誤差為0.02mm。 3．7．5加工方法誤差 加工方法誤差是指在切削加工過程中，因機床、刀具質(zhì)量、工件材質(zhì)以及由于切削力、切削熱的作用而引起的工藝系統(tǒng)彈性變形、熱變形等因素使加工表面位置發(fā)生變化，從而造成的加工尺寸誤差。 查文獻資料［1］P159 表3-7 平面的加工方法誤差 本機床加工方法為端面粗銑，B=320mm，L=580mm，即L<3B 故=70 3．7．6保證加工精度的條件 利用夾具加工時，機床—夾具—工件—刀具—機床形成一個封閉的加工系統(tǒng)。它們依次相聯(lián)系，最后形成刀具和工件間的正確位置關(guān)系，保證工序尺寸A的要求。在這個封閉系統(tǒng)中，影響都表現(xiàn)為對加工尺寸A產(chǎn)生影響。顯然，為了確保加工要求A，上述各項誤差的總和應(yīng)不超過工序尺寸A的公差T 本工序的尺寸為427±0.3mm，故T=0.3mm。 而=0.041mm〈T 所以該機床和夾具的設(shè)計是可以滿足加工要求的。 4總 結(jié) 為期三個多月的畢業(yè)設(shè)計業(yè)已經(jīng)結(jié)束。回顧整個畢業(yè)設(shè)計過程，雖然充滿了困難與曲折，但我感到受益匪淺。本次畢業(yè)設(shè)計課題是柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合機床總體及夾具設(shè)計。本設(shè)計是學完所有大學期間本專業(yè)應(yīng)修的課程以后所進行的，是對我三年半來所學知識的一次大檢驗，使我能夠在畢業(yè)前將理論與實踐更加融會貫通，加深了我對理論知識的理解，強化了實際生產(chǎn)中的感性認識，熟悉了機械設(shè)計的過程。 通過這次畢業(yè)設(shè)計，我基本上掌握了軸承座兩端平面粗銑組合機床總體及夾具設(shè)計的方法和步驟，以及設(shè)計時應(yīng)注意的問題等，另外還更加熟悉運用查閱各種相關(guān)手冊，選擇使用工藝裝備等。 總的來說，這次設(shè)計，使我在基本理論的綜合運用以及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的鍛練，提高了我獨立思考問題、解決問題以及創(chuàng)新設(shè)計的能力，縮短了我與工廠工程技術(shù)人員的差距，為我以后從事實際工程技術(shù)工作奠定了一個堅實的基礎(chǔ)。 參 考 文 獻 [1] 張龍勛. 機械制造工藝學課程設(shè)計指導書 [M].北京：機械工業(yè)出版社，1999. [2] 王章忠. 機械工程材料 [M]. 北京: 機械工業(yè)出版社，2001. [3] 李益民. 機械制造工藝設(shè)計簡明手冊 [M]．北京：機械工業(yè)出版社，l998. [4] 吉衛(wèi)喜．機械制造技術(shù) [M].北京：機械工業(yè)出版社，2001. [5] 金振華．組合機床及其調(diào)整與使用 [M3]. 北京：機械工業(yè)出版杜，1984． [6] 金屬機械加工工藝人員手冊 [M]. 上海：科學技術(shù)出版杜，1979． [7] 林文煥.機床夾具設(shè)計 [M]. 北京：國防工業(yè)出版社，1987. [8] 黃鶴汀.機械制造裝備 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社，200l. [9] 高化.機床夾具設(shè)計 [M]. 西安：交通大學出版社， 1992. [10] 浦林祥．金屬切削機床夾具設(shè)計手冊 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1995. [11] 大連組合機床研究所．組合機床設(shè)計 [M]．北京：機械工業(yè)出版社，l973． [12] E G．Hcffman. JIGS AND FIXTURE DESIGN [M]. London, 1990. 致 謝 此次畢業(yè)設(shè)計是在劉道標老師的認真指導下進行的。X老師經(jīng)常為我解答一系列的疑難問題，以及指導我的思想，引導我的設(shè)計思路，糾正我的錯誤。在歷經(jīng)三個多月的設(shè)計過程中，一直熱心的輔導。在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，我遇到了許多的困難，也走了一些彎路，整個設(shè)計的過程是個苦樂參半的學習過程。在困難中我學到了許多知識，這一切都離不開X老師的熱心指導，另外XXX老師在此過程中也給了我巨大的幫助，幫我解決了很多的問題。在此，我忠心地向他們表示誠摯的感謝和敬意！ 其次我還要感謝和我同組設(shè)計的同學，從他們那里我也學到了不少的知識，在我們相互合作，相互幫助下，我們很好的解決了在設(shè)計中遇到的困難。他們的鼓勵使我堅定了一定能做好的信念，讓我體會到團體的力量和合作的精神。 由于我是第一次進行這種大課題的設(shè)計，水平不足，缺乏經(jīng)驗，難免會留下一些遺憾，在此懇請各位專家、老師及同學不吝賜教本次設(shè)計任務(wù)業(yè)已順利完成，但由于本人水平有限，缺乏經(jīng)驗，難免會留下一些遺憾，在此懇請各位專家、老師及同學不吝賜教。 附 錄 序號 圖名 圖號 圖副 1 加工工序圖 YG02-0001 A3 2 加工示意圖 YG02-0002 A2 3 機床尺寸聯(lián)系總圖 YG02-0003 A0 4 夾具總裝圖 YG02-2001 A0 5 夾具體 YG02-2011 A0 6 支座 YG02-2012 A2 7 頂桿（長） YG02-2041 A4 8 壓板 YG02-2043 A4 9 手柄 YG02-2044 A4 10 導向板（短） YG02-2045 A3 11 導向板（長） YG02-2046 A3 12 法蘭盤 YG02-2047 A4 31