本科生畢業(yè)設計題 目：床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 完成時間： 床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計II中文摘要及關鍵詞摘 要：研究對象為車床主軸箱箱體，最先根據(jù)經驗計算機床需要達到的工作精度及機床的主要運動參數(shù)，然后根據(jù)運動參數(shù)確定主軸箱箱體的各項細節(jié)及總體尺寸；主軸箱作為數(shù)控機床的重要部件，主軸箱的設計就顯得格外重要。通過加入虛擬設計方法，極短的縮短了設計的周期、節(jié)約了生產時間，降低了生產成本，提高了企業(yè)的核心競爭力，具有良好的理論意義和實際價值。關鍵詞：數(shù)控車床 主軸箱 虛擬設計床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計III英文摘要及關鍵詞Abstract：The object of study for lathe spindle box body, calculate according to the experience of the first machine tools need to reach the working accuracy and the main movement parameter, and then the details according to the motion parameters to determine the main spindle box body and the overall size; Spindle box as an important parts of nc machine tools, the design of spindle box is especially important. By adding virtual design method, shorten the design cycle, saving production time, lowering the production cost, improve the core competitiveness of the enterprise, has the good theoretical significance and practical value. Keywords: CNC lathe The spindle box Virtual design 床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計IV目 錄中文摘要及關鍵詞 .II英文摘要及關鍵詞 .III第一章 緒論 11.1課題背景 .11.2課題的研究意義 .21.3數(shù)控機床的發(fā)展概況 .21.3.1國外數(shù)控車床的發(fā)展概況 21.3.2國內數(shù)控機床的發(fā)展概括 31.4課題研究主要內容 .4第二章 數(shù)控車床主軸箱箱體的設計 .52.1主軸箱體的功用和結構特點 .52.1.1主軸箱的功用和特點 52.1.2主軸箱的技術要求 52.2主軸箱箱體的結構設計 .62.2.1材料的選擇 62.2.2結構設計 72.3小結 .7第三章 工藝分析方案 .83.1零件的工藝分析 .83.2主軸箱體加工的主要問題和工藝過程設計所應采取的相應措施 .83.3箱體的材料、毛坯及熱處理 .93.3.1確定毛坯的制造形式 103.3.2基面的選擇 103.3.3確定工藝路線 12第四章 機床夾具設計 .144.1機床夾具的概述 .144.2 夾具的夾緊裝置和定位裝置 144.3 夾具的導向 16床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計V4.4 切削力及夾緊力的計算 164.5 鉆孔與工件之間的切屑間隙 204.6 鉆模板 214.7定位誤差的分析 .214.8 鉆套、襯套、鉆模板設計與選用 234.9 確定夾具體結構和總體結構 254.10 夾具設計及操作的簡要說明 27第五章 數(shù)控加工 285.1 UG加工方案 285.2 FANUC 加工（毛胚。加工孔） .28第六章 全文總結與展望 306.1全文總結 .306.2展望 .30參考文獻 .31致 謝 .33床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計1第一章 緒論1.1課題背景近代發(fā)展起來的一種先進制造控制方法，數(shù)字控制技術這種技術廣泛的應用于機床的加工控制。數(shù)控機床是數(shù)字控制機床簡稱，就是機床裝備了數(shù)控系統(tǒng)，或者說是機床采用了數(shù)控技術，它是一種綜合應用了計算機技術、精密測量、微電子技術、自動控制和機床結構等方面的最新成果而發(fā)展起來的先進高效自動化一體的精密機床，是一種典型的高科技機電一體化產品。數(shù)控機床集高效、高精度和高柔性，是機床的主流發(fā)展方向，同時它的核心設備是機械自動化加工 [1]。隨著激烈的經濟競爭和科學技術的高速發(fā)展，對產品精度的要求越來越嚴格，產品更新?lián)Q代的速度越來越快、復雜形狀的零件越來越多，在市場上中小批量、多品種的生產比重增加明顯。在這種趨勢下，傳統(tǒng)的生產加工設備已經滿足不了企業(yè)發(fā)展的需求了，可供企業(yè)研發(fā)產品的周期越來越短。隨著世界全球化，機械帶來的新技術飛速發(fā)展，世界各國重視產品的研發(fā)周期、精密的數(shù)控加工技術，以滿足各種小批量多變的零件的生產加工，產品的研發(fā)周期越來越短 [2]。目前，數(shù)控技術正發(fā)生著決定性的變革，它集成了微電子、計算機、信息處理、自動控制、自動檢測等高新技術于一體，在制造產品的過程中具有柔性自動化程度高，加工精度好、高效率等突出的有點，對于制造業(yè)朝柔性自動化、集成化、智能化方向的發(fā)展有著關鍵性的推動作用 [3]。實現(xiàn)國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要裝備是機床設備，更是極為重要的戰(zhàn)略物資，自從數(shù)控機床的問世于發(fā)展來看，更加體現(xiàn)出了機床產品在國家經濟中的作用與地位。綜合國力的體現(xiàn)更是數(shù)控技術水平的高低、數(shù)控機床的數(shù)量多少、。數(shù)控機床不僅僅是技術含量高的高科技產品，更是高科技領域、國防軍工、航天航空、船舶業(yè)、信息產業(yè)、汽車制造業(yè)、基礎產業(yè)等工業(yè)部門的重要裝備。世界各國極為重視數(shù)控機床的發(fā)展。為實現(xiàn)我國的國民經濟的快速發(fā)展，迅速提高綜合國力，制定了相關的發(fā)展政策路線，使得我國的數(shù)控機床產品開發(fā)技術水平不斷提升，在趕超國際先進水平方面取得了明顯的進步 [4]。數(shù)床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計2控機床這幾年，需求量高速增長，2003年數(shù)控機床的產量達到36000多臺，比去年增長41.13％，比2002年數(shù)控機床的消費量增長百分之28.5，達到55000臺?？偠灾?，衡量一個國家自動化程度的核心標志和制造業(yè)技術水平是數(shù)控技術水平的高低，利用數(shù)控技術來實現(xiàn)生產加工過程中的程序控制，已經是現(xiàn)在制造業(yè)的主要發(fā)展方向 [5]。所以，各國先進制造技術的核心是數(shù)控技術，并大力發(fā)展數(shù)控技術。作為現(xiàn)代精密機械制造技術、自動控制技術、伺服驅動技術、通訊技術、計算機技術和光電技術高度結合的機電一體化產品，國際先進技術密集型產品的典型代表是數(shù)控車床 [6]。綜上所述，本論文就是在這樣一個背景的前提下，通過對該種數(shù)控車床主軸箱進行設計與分析、可以在一定程度上提高我國數(shù)控機床產品在該領域的技術研究水平，以及作為本專業(yè)的學子對于祖國數(shù)控技術的一點貢獻，論文便是在這種背景下提出。1.2課題的研究意義 數(shù)控機床在現(xiàn)代機械裝備制造業(yè)中展具有非常重要的地位。作為數(shù)控機床重要部件的主軸箱，其設計就顯得非常重要了。根據(jù)設計經驗公式來確定初始值，然后通過驗算公式進行性能驗證，最后通對生產進行實際試驗，如果性能不符合要求則重新進行設計，是傳統(tǒng)的設計的主要方法，這種反復的設計制造大大延長了產品的研發(fā)周期，同時也消耗人力物力。降低生產成本以及縮短研發(fā)周期，在目前這樣競爭激烈的條件下具有相當大的意義。所以文中在傳統(tǒng)的機床設計方法基礎上通過對機床的理論設計，引入虛擬設計方法，然后利用虛擬設計軟件建立機床的幾何模型。這樣可以直觀地確定結構設計的合理性，直接得到機床的力學性能、同時還可以直接進行修改得到符合要求的產品結構。提高企業(yè)的核心競爭力，大幅度地降低生產成本，極大地縮短設計周期，可以通過引入虛擬設計方法，具有很好的實際價值和理論意義。1.3數(shù)控機床的發(fā)展概況床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計31.3.1國外數(shù)控車床的發(fā)展概況高效率是當今數(shù)控機床技術發(fā)展的主旋律。在機床上不斷地應用與更新相關的技術這便需要使機床的控制更加可靠、精確、性能更加完善，操作工人的勞動環(huán)境得到改善，機床的精度和速度更高更快。在機床加工效率方面，提高機床速度，直線電機和電主軸得到廣泛的應用，主軸轉速高達10000r/min以上，快速移動速度達到60m/min以上的機床已經很普遍 [7]。在加工可靠性、加工工藝集成化、降低加工成本、智能化方面也是研究的重點。發(fā)展高技術加工中心成為目前國外機床發(fā)展的主要方向，如五軸聯(lián)動加工?？傊刂@些機床技術發(fā)展的趨勢還會不斷的發(fā)展、變化、但努力提高生產效率這個主題將是永恒不變的。1.3.2國內數(shù)控機床的發(fā)展概括我國于1958年展開對數(shù)控技術的研究，經過五十多年的努力，已經取得了較大的科研成果在一些技術方面，為我國數(shù)控技術的發(fā)展奠定了堅實的基礎。目前，我國已經掌握的數(shù)控機床相關技術，包括：數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)、伺服驅動系統(tǒng)的設計等技術，數(shù)控機床主機的研究、具備商業(yè)開發(fā)與生產的條件，并且數(shù)控技術中已經有很大一部分的技術開始用于商業(yè)產品的開發(fā)和生產。就在這方面的商業(yè)化基礎和研究成果的基礎之上，我國建立了一批自主的數(shù)控產業(yè)基地，這些基地形成了我國數(shù)控產業(yè)鏈的基礎。研發(fā)生產數(shù)控系統(tǒng)及伺服驅動系統(tǒng)的就有華中數(shù)控、廣州數(shù)控和航天數(shù)控等廠家 [8]，同時還有沈陽機床集團、大連機床集團等廠家生產數(shù)控機床主機和設計等，這些企業(yè)的發(fā)展為我國數(shù)控技術的發(fā)展培養(yǎng)了一批具有高水平、高素質的數(shù)控研究人才以及數(shù)控方面的管理人才，這為我國數(shù)控技術后續(xù)的發(fā)展、設計與研究提供了良好的基礎 [9、10] 。通過50多年的研究和發(fā)展，雖說我國在數(shù)控技術的研究和產業(yè)化的發(fā)展方向取得了明顯的進步，但我們也該清醒的認識到，與國外發(fā)達國家相比我國的高端數(shù)控技術的研究開發(fā)水平差距還是很明顯，我國的高端數(shù)控機床基本上是從國外進口的，主要設備更是依賴進口在國家一些重要工程中，這樣高端數(shù)控機床依賴于進口，嚴重的阻礙了我國數(shù)控技術的發(fā)展與研究。從改革開放以來，我國的經濟發(fā)展一直處于穩(wěn)定的上升快速發(fā)展時期。在，出口量和投資較快的速度增加，同時經濟快速發(fā)展，這些都在成為推動工業(yè)經濟快速發(fā)展的主要貢獻力量 [11]。同時，為我國數(shù)控工業(yè)的經濟發(fā)展起到積極的推進作用，在國內的數(shù)控床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計4消費市場上，對數(shù)控工業(yè)產品的需求量也保持平穩(wěn)增長。我國進一步加強對國有制造業(yè)企業(yè)改革，加快產業(yè)結構調整的步伐，同時大力吸收國外先進技術，擴大同國外先進企業(yè)的合資合作，還有扶持民營制造業(yè)企業(yè)快速發(fā)展，同時提高我國國產數(shù)控機床的可靠性以及數(shù)控機床的質量，減少國外數(shù)控機床產品的進口，增加我國數(shù)控機床的出口量，提高我國數(shù)控機床在國際市場中占有率 [12、13] 。同時，作為現(xiàn)代高新技術代表的航天航空技術，我國幾十年來航天航空技術以非常高的速度發(fā)展，從第一課人造地球衛(wèi)星到現(xiàn)在的嫦娥號繞月衛(wèi)星，逐漸成為產業(yè)經濟的支撐點，航天航空技術的發(fā)展代表著一個國家的高新技術發(fā)展方向。航天航空的機械零件的裝置對于性能的要求非常高，這需要有很多由高強度材料制造的高復雜、高精度的零部件，制造這些零部件就需要具有高精度、高剛度等要求的高端型數(shù)控機床，來滿足這些高強度材料的零部件加工，以及高效率和高速度的生產要求 [14]。隨著工業(yè)技術的高速發(fā)展，傳統(tǒng)機械制造技術的改造已經顯得迫在眉睫，但我國還是以傳統(tǒng)的機械制造組成基本的制造業(yè)，將傳統(tǒng)機械制造技術的改造這是一件非常繁重和艱難的任務。因為我國人口基數(shù)大，對各種產品的需求量也非常的巨大，所以傳統(tǒng)機械對數(shù)控機床的需求量占的比重最大 [15]。1.4課題研究主要內容在對數(shù)控車床總體結構進行了解，通過理論分析計算設計出該數(shù)控車床主軸箱的主要參數(shù)，熟悉該車床主軸箱的特性的基礎上，利用虛擬設計的方法如：使用CAD完成數(shù)控車床主軸箱的2維建模，使用UG完成數(shù)控車床主軸箱的3D建模，并采用平面銑的方式，使用數(shù)控機床仿真系統(tǒng)完成孔類加工。為主軸箱結構的后續(xù)優(yōu)化和改進提供依據(jù)。主軸箱體設計為2支撐，箱體上添加加強筋直徑12mm采用HT200，夾具采用兩孔定位，使用法蘭克0I仿真系統(tǒng)，模擬仿真數(shù)控車床主軸箱的軸孔。1.搜集相關的國內外相關數(shù)控車床產品的資料，通過對數(shù)控車床市場的調研，確定本次數(shù)控車床主軸箱的市場地位，明確本論文的現(xiàn)實意義和主要內容。2. 在比較分析各機床主軸箱的優(yōu)缺點的基礎之上，確定本論文的數(shù)控車床主軸箱的整體設計方案，完成數(shù)控車床主軸箱的總體設計。床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計53. 箱體設計采用2級支撐設計 箱體工藝使用HT200鑄模 機械加工工藝設計，夾具設計：夾具體的基本要求：260x220.第二章 數(shù)控車床主軸箱箱體的設計2.1主軸箱體的功用和結構特點2.1.1主軸箱的功用和特點軸箱是機床的基礎件之一。機床上的都組裝在主軸箱箱體上如:齒輪、軸、套和撥桿等零件，主軸箱還要通過自己的裝配基準，把整個部件裝到床身上去。主軸箱不僅在保證床身導軌間的位置精度與主軸回轉軸心以及保證傳動軸之間的位置關系精度方面起著重要的作用，而且按照一定的轉動要求運動和傳遞動力。主軸箱的加工質量對機床的使用壽命和工作精度有著重要影響 [24]。各種機床主軸箱的結構形式和尺寸大小雖有所不同，但主軸箱之間卻存在許多共同的特點，比如它的外面有許多孔和平面，結構復雜，壁厚不均，內部呈腔狀，剛度較低，加工精度要求高，特別是裝配基準與主軸承孔的精度要求。機床大件零件之一是主軸箱體，決定了零部件在加工時的相對位置和相對運動的精確度在于主軸箱體的設計性能，合理有效的主軸箱箱體能夠使整臺機床在工作時不出現(xiàn)震動以及保證零部件加工的精確度，對箱體的設計除有密封性、剛度和強度的要求外，一般還需具備以下要求：一是要保證主軸箱體具有應有的剛度要求，能夠在加工零件的過程中承受最大載荷時，不發(fā)生超出規(guī)定的位移變形量，同時還要保證在預設的切削條件下進行零部件加工時不會發(fā)生振動；二是具有良好的工藝性能，以便于主軸箱體結構的制造和安裝；三是主軸箱體結構上的冷卻裝置和潤滑裝置要安裝合理，以保證加工過程中排屑方便 [25]；四是主軸箱體的工作環(huán)境基本上為高溫條件下，所以主軸箱體應該具床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計6有合理的溫度場分布，能夠保證在工作時具有很小的熱變形，以保證加工精度，還有主軸箱體與床體的導軌面受力情況應該設計合理，具有良好的耐磨性。2.1.2主軸箱的技術要求(1)軸孔的尺寸與形狀精度主軸箱上的軸孔幾何形狀誤差以及尺寸誤差會導致箱體軸承與軸孔的裝配不良而出現(xiàn)不足裝配和過盈。作為主軸箱的主軸支承孔，其尺寸公差等級應為IT6級，其余的箱體軸孔公差等級為IT6～IT7級。若沒有特殊的規(guī)定，箱體軸孔的幾何形狀精度一般都在尺寸公差范圍內。(2)軸孔間及端面與軸孔的位置精度在主軸箱體上，同一根軸的軸承線在設計過程中會產生兩個軸孔端面的垂直度誤差，這樣會使軸裝和軸承在主軸箱上發(fā)出傾斜，在工作過程中會使主軸產生軸向竄動或者徑向跳動，這樣會增加軸承的磨損及主軸箱的溫升。各軸孔軸線間的平行度誤差會影響軸上齒輪的嚙合質量 [26]。各軸孔的中心距誤差，有時會使齒輪作無側隙嚙合，甚至咬死。2.2主軸箱箱體的結構設計床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計7圖2.1箱體2.2.1材料的選擇主軸箱體是用于安裝變速、制動、停起、換向、潤滑和操縱等各種裝置，并保持這些裝置具有準確的相對位置，防止?jié)櫥屯饬骱突覊m、污物浸入的殼形零件。其特點是結構比較復雜，尺寸比較大 [27]。箱體應有足夠的精度和剛度；有良好的散熱性和密封性；具有美觀大方且與總體布局協(xié)調一致的外形；具有良好的工藝性，便于裝配、加工和鑄造。箱體零件材料除了重型機床的變速箱體采用少數(shù)單件生產焊接結構外，絕大多數(shù)機床的變速箱體一般選擇用HTl00-400的各種牌號的灰鑄鐵 [28]。這是因為鑄鐵容易成形，吸振性、可加工性和耐磨性均較好，且價格低廉。對于有些簡易機床或單件小批生產的箱體，可采用鋼板焊接，為縮短生產周期。由于本車床對強度的要求較高因此材料選用HT200，用鑄造方法來獲得毛坯。2.2.2結構設計如主軸箱、變速箱、進給箱、溜板箱等，除多軸自動機床的主軸箱外，機床的箱體零件，大都是一面開口的六面體。箱體的內部結構以及鑄造和加工工藝要求決定了零件的尺寸、形狀和結構 [29]。主軸箱體內裝有短軸或需要安裝中間支承的長軸時，則需要在箱體內部布置一道或多道橫向肋板，內壁與外壁上的同軸線的孔，就工藝觀點來講，大批生產中，內壁上的孔應比外壁上的孔的直徑小，以便在組合機床上鏜孔時刀具容易進入和退出。箱壁在與其垂直方向力的作用下著力點處為箱體的變形。箱體的變形除與箱體的尺寸和作用力的大小等有關外，還和這些因素有關：a．受軸向力的孔的面積和凸臺的面積、高度；b．著力點距離邊緣的位置；c．箱壁上的加強筋；d．箱壁上其他不受力的孔的面積和凸臺的面積。箱體工作時承受的外力共有三種：a．與箱體同平面上的力，如徑向軸承施加的力力；b．與箱體垂直的力，如止推軸承施加的；c．扭矩，如長度較大的滑動軸承在軸向平面上的力偶。 箱壁垂直的力是造成箱壁變形的主要外力，其他兩種外力在一般條件下變形很小，可略去不計。因此，箱體的剛度就規(guī)定為箱壁上著力點處同方向的變形與箱壁所承受的垂直方向的力的比值。床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計82.3小結本章在分析機床使用特點的基礎上，完成了主軸箱的結構設計：確定了主軸箱軸承孔各齒輪軸的材料及位置選擇。床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計9第三章 工藝分析方案3.1零件的工藝分析零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產工藝簡單，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?，F(xiàn)分析如下：（1）主要加工面：1）銑上下平面保證尺寸300mm，平行度誤差為0.012）銑側面保證尺寸282與下平面的平行度誤差為0.013）鏜上、下面平面各孔至所要求尺寸，并保證各位誤差要求4）鉆底面4—φ13螺紋孔（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：主軸箱上表面各孔、主軸箱箱上表面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3.2主軸箱體加工的主要問題和工藝過程設計所應采取的相應措施箱體的結構特點箱體的基礎零件是部件和機器,將部件和機器中許多零件連接成一個整體是箱體,并使相互之間的位置保持正確,箱體之間能協(xié)調地運動。常見的箱體零件有:各種形式的機床主軸箱、變速箱和減速箱等。由于各種箱體類零件結構形狀差別較大,功用不同,但其結構上也存在相同的特點 :（1）尺寸較大機器中最大的零件之一通常是箱體,它是其他零件的母體,如大型減速箱體,重50～60噸,長達5～6m,寬3～4m正因為它是一個母體零件,所以它是機器整體的最大零件。（2）形狀復雜箱體的復雜程度取決于安裝在箱體上的零件的數(shù)量及在空間的相互位置,為確保零件的載床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計10荷與作用力,盡量縮小箱體的體積。有時為了保證足夠的剛度,而又要減少機械加工量或減輕零件的重量,常在鑄造時減小壁的厚度,再在必要的地方加凸臺、凸邊、筋板等結構來滿足工藝與力的要求。（3）精度要求有若干個相互位置精度和尺寸精度要求很高的孔和平面，這些孔和平面的加工質量是直接影響機器的裝配精度，使用壽命和使用性能。3.3箱體的材料、毛坯及熱處理[1]毛坯種類的確定常用毛坯種類有：鍛件、鑄件、沖壓件、焊件，工程塑料件和各種型材等。在確定毛坯時，一般要綜合考慮以下幾個因素：（1）依據(jù)零件的機械性能及材料要求確定毛坯。例如，零件材料為鑄鐵，須用鑄造毛坯；一般采用鍛件則是強度要求高而形狀不太復雜的鋼制品零件。（2） 依據(jù)零件的結構形狀和外形尺寸確定毛坯，例如結構比較的零件采用鑄件比鍛件合理；結構簡單的零件宜選用型材，鍛件；采用鍛件一般都是大型軸類零件。（3） 毛坯依據(jù)生產類型確定。大批大量生產中，應選用生產率與制造精度都比較高的毛坯制造方法。例如壓力鑄造、模鍛等。單件小批生產則采用設備簡單乃至用手工的毛坯制造方法，例如手工木模砂型鑄造。（4）確定毛坯時既要考慮車間現(xiàn)有生產能力又要充分注意采用新材料、新工藝、新技術的可能性。本主軸箱體是大批量的生產，材料為HT20～40用鑄造成型。[2]毛坯的形狀及尺寸的確定毛坯的尺寸等于零件的尺寸減去（對內腔尺寸）或加上（對于外型尺寸）加工余量。毛坯的形狀盡可能與零件相適應。在確定，毛坯的形狀時，為了方便加工，有時還要考慮下列問題：（1）為了加工方便、裝夾穩(wěn)定，對于形狀不易加工或不易裝夾穩(wěn)固的零件要考慮增加工藝搭子。（2）為了提高機械加工的生產率，有些小零件可以作成一坯多件。床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計11（3）有些形狀比較特殊，單純加工比較困難的零件可以考慮將兩個甚至數(shù)個合制成一個毛坯。例如連桿蓋與連桿在一起模鍛，待加工到一定程度再切割分開。在確定毛坯時，要考慮經濟性。雖然零件與毛坯的形狀尺寸接近，可以提高材料的利用率，減少加工余量，降低加工成本，但這樣可能導致毛坯制造困難，增加毛坯的制造成本，需要采用昂貴的毛坯制造設備。因此，毛坯的種類形狀及尺寸的確定要保證零件的使用性能，且一定要考慮零件成本的問題。[3]毛坯的材料熱處理長期使用經驗證明，由于灰口鑄鐵有一系列的經濟上和技術上（如耐磨性好，有一定程度的吸震能力、良好的鑄造性能等）的優(yōu)點，通常箱體材料采用灰口鑄鐵。當載荷較大時，采用HT30～54，HT35～61高強鑄鐵，最常用的是HT20～40，HT25～47。箱體的毛坯大部分采用整體鑄鐵件或鑄鋼件。當零件重量和尺寸很大無法采用整體鑄件（受鑄造能力的限制）時，可以采用焊接結構件，它是由多塊金屬經粗加工后用焊接的方法連成一整體毛坯。焊接結構有鑄—煅—焊、鑄—焊、煅—焊等。采用焊接結構可以用小的鑄造設備制造出大型毛坯，解決鑄造生產能力不足的問題。部分地減輕大型機床的負荷，可以焊前對各種組合件進行粗加工。為不消除毛坯的內應力，在毛坯未進入機械加工車間之前，對毛坯應進行人工實效處理，對某些易變形的零件和大型的毛坯粗加工后要再進行時效處理。毛坯鑄造時，應防止氣孔、縮孔、沙眼、非金屬夾雜物等缺陷出現(xiàn)。特別是主要加工面要求更高。重要的箱體毛坯還應該達到規(guī)定的機械性能和化學成分要求。3.3.1確定毛坯的制造形式由于年產量達到大批生產的水平，零件的材料選用HT200。而且鑄造表面質量的要求高，零件的輪廓尺寸較大，故可采用鑄造質量穩(wěn)定的，適合大批生產的金屬模鑄造。便于加工工藝和鑄造過程，而且還可以提高生產率。3.3.2基面的選擇3.3.2.1定位基準的選擇根據(jù)零件圖紙及零件的使用情況分析，知?115+0.01 +0.002，? 100+0.01 +0.002，軸承端面、螺紋孔中心距、底面等均需要正確定位才能保證，故對基準的選擇應予以分析。床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計12A.粗基準的選擇選擇粗基準的出發(fā)點是為后續(xù)的工序提供合理的定位精基準，保證各加工面的余量足夠并分配合理，由于粗基準是對毛坯進行第一次加工的定位基準，因此與毛坯的形狀關系很大，則確定粗基準時應按：①用零件非加工面為粗基準，可保證零件的加工面與非加工面的相互位置關系，且能在一次安裝中盡可能加工較多的表面。②用零件的重要表面為粗基準，優(yōu)先保證了重要表面的余量和表面組織性能的一致。③應選則較大、形狀簡單、加工量大的表面為粗基準，使切削總量最少。④應選毛坯精度高，余量小的表面為粗基準，易保證各加工表面的余量足夠，分配合理。⑤應選定位精度高，夾緊可靠的表面為粗基準。⑥粗基準原則上是在第一道工序中使用一次并盡量避免重復使用。按照粗基準的選擇原則為保證不加工表面和加工表面的位置要求，應選擇不加工表面為粗基準，據(jù)零件圖所示，故應選擇軸承座上表面為粗基準，以此加工軸承底面。B.精基準的選擇選擇精基準的出發(fā)點是保證加工精度，特別是加工表面的相互位置精度的實現(xiàn)，以及定位安裝的準確方便。選擇精基準應遵循以下原則：①基準重合原則：確定精基準時，應盡量用設計基準作為定位基準，易消除基準不重合誤差，提高零件的表面的位置精度和尺寸精度。②統(tǒng)一基準原則：擬定工藝路線時，各個工序應盡可能用同一個定位基準來精加工各個表面，以保證各表面間的相互位置精度，并且還減少了夾具的數(shù)量和工件的裝夾次數(shù)，降低了成本，提高了生產率。③互為基準原則：可逐步提高兩相關表面的位置精度。④自為基準原則：可使加工余量均勻，保證加工面自身形狀精度，而位置精度由前面的工序保證。同時，精基準選擇時，一定要保證工件的夾、壓穩(wěn)定可靠，夾具結構簡單及操作簡便，由以上分析，考慮要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計13基準統(tǒng)一”原則，以精加工后的底面為主要的定位精基準，即以軸承座的下表面為精基準。3.3.3確定工藝路線根據(jù)零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術要求，以及加工方法所能達到的經濟精度，在生產綱領已確定的情況下，可以考慮采用各種機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產效率。除此之外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。3.3.3.1工藝路線方案一方案一是根據(jù)寬度為300mm的上下肩面作為粗基準，先鉆Ф115孔作為精基準，保證加工Ф115孔時期尺寸精度達到要求的尺寸，那樣就保證了其余各孔的圓跳動誤差精度等。表2.1工藝路線方案一工序1 鏜箱體直徑115孔工序2 鉆前端面各孔工序3 鏜左平面各孔工序4 鏜右平面各孔工序5 粗,精銑上平面至尺寸工序6 粗,精銑下平面工序7 粗,精銑左端平面工序8 粗,精銑右端平面工序9 粗,精銑前端平面工序10 粗,精銑后端平面工序11 鉗工,去除銳邊毛剌工序12 檢驗3.3.3.2工藝路線方案二方案二以其相比，在銑完底面后，以此為基準直接在銑床上銑削端面及頂面。如此，相對來說，裝夾次數(shù)少，可減少機床數(shù)量，操作人員數(shù)量和生產面積還可減少生產計床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計14劃和生產組織工作，并能提高生產效率。另外，零件的加工要求就整體來說，其精度并不高。表2.2工藝路線方案二工序1 鑄造毛胚工序2 時效工序3 粗，精銑底面工序4 銑端面工序5 銑頂面工序6 粗鏜，半精鏜，精鏜內孔φ115， φ100工序7 攻4XM8螺紋孔， 4XM6螺紋孔，深15工序8 鉆4xφ13通孔工序9 擴4xφ13通孔工序10 锪埋頭孔φ24工序11 去毛刺，清洗工序12 檢驗3.3.3.3工藝路線的比較與分析兩種方案相比較之下，第二種工藝方案不同于第一種工藝方案是將銑各平面工序放到前面。加工完上下平面再加工各孔。通過分析發(fā)現(xiàn)這樣的變動提高了生產效率。而且對于零的尺寸精度和位置精度都有很大程度上的幫助。采用互為基準的原則，先加工上、下兩平面，然后以上、下平面為精基準再加工兩平面上的各孔，這樣便保證了，上、下兩平面的平行度要求同時為加兩平面上各孔保證了垂直度要求。符合先加工面再鉆孔的原則。若選第一種工藝方案， 加工不便于裝夾，并且毛坯的端面與軸的軸線是否垂直決定了鉆出來的孔的軸線與軸的軸線是非平行這個問題。所以發(fā)現(xiàn)第一條工藝路線并不可行。如果選取第二種工藝方案，先加工上、下平面，然后以這些已加工的面為精基準，加工其它各孔便能保證孔的形位公差要求相比較兩種方案的可行性，從提高效率和保證精度這兩個前提下，可確定第二種方案比較合理。所以決定采用第二種工藝方案進行本次主軸箱的生產。床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計15第四章 機床夾具設計4.1機床夾具的概述機床夾具設計在深孔鉆床設計中占有重要的地位。它的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度。本夾具主要是用來鉆沿φ117圓周方向性四等分平均分四個M8螺紋底孔孔，整個需要加工的孔的位置尺寸用夾具和機床就能直接保證。因此，在本道工序加工時，主要應考慮如何保證垂直度要求的前題下，降低勞動強度，提高勞動生產率。為了很好利用工廠實際設備和提高生產率，設計專用夾具進行加工。4.2 夾具的夾緊裝置和定位裝置夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個過程緊密聯(lián)系在一起的。定位問題已在前面研究過，其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。夾緊裝置的基本任務是保持工件在定位中所獲得的即定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發(fā)生移動和震動，確保加工質量和生產安全。有時工件的定位是在夾緊過程中實現(xiàn)的，正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。一般夾緊裝置由動源即產生原始作用力的部分。夾緊機構即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)行夾緊任務的部分。他包括中間遞力機構和夾緊元件?？紤]到機床的性能、生產批量以及加工時的具體切削量決定采用手動夾緊。螺旋夾緊機構是斜契夾緊的另一種形式，利用螺旋桿直接夾緊元件，或者與其他元件或機構組成復合夾緊機構來夾緊工件。是應用最廣泛的一種夾緊機構。螺旋夾緊機構中所用的螺旋，實際上相當于把契繞在圓柱體上，因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動時所產生的壓力來夾緊工件的。不過這里上是通過轉動螺旋，使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來夾緊的。典型的螺旋夾緊機構的特點：（1）結構簡單；（2）擴力比大；床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計16（3）自瑣性能好；（4）行程不受限制；（5）夾緊動作慢。夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動裝置和夾緊裝置，在此套夾具中，中間傳動裝置和夾緊元件合二為一。力源為機動夾緊，通過螺栓夾緊移動壓板。達到夾緊和定心作用。工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉，通過螺栓夾緊移動壓板，實現(xiàn)對工件的夾緊。并且移動壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動壓板，通過精確的圓弧定位，實現(xiàn)定心。此套移動壓板制作簡單，便于手動調整。通過松緊螺栓實現(xiàn)壓板的前后移動，以達到壓緊的目的。壓緊的同時，實現(xiàn)工件的定心，使其定位基準的對稱中心在規(guī)定位置上。定位方案有2種：（1）必須明確其加工時應如圖所示，這樣水平放置，便于加工。那么要使其完全定位，可以采用:一面加固定定位塊和滑動定位塊定位，這樣既簡單又方便。一底面限制的自由度有3個，一個固定定位塊限制兩個自由度，一個滑動定位塊限制限制一個自由度，為使定位可靠，加工穩(wěn)定，我所設計的定位方案，總共限制了工件的全部6個自由度，屬于完全定位。（2）在該定位方案中，一個支撐面頂住，限制了z軸的移動，z軸的旋轉，y軸的旋轉三個移動自由度。一個心軸限制了y軸的移動，x軸的移動，一個定位塊限制了z軸的旋轉，這樣6個自由度全部被限制根據(jù)上面敘述選擇方案2。床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計17圖4.1 定位方案的選定夾具定位方案在這次夾具設計中，定位是采用一根心軸和一個手柄壓塊來定位水平方向的。在垂直方向，用定位塊來定位。當被加工零件放到夾具體同心圓環(huán)上后，用定位插銷把夾具上的鉆模板和零件通過先加工的孔進行定位，把壓板壓緊，之后取出定位插銷。4.3 夾具的導向在鉆床上加工孔時，大都采用導向元件或導向裝置，用以引導刀具進入正確的加工位置，并在加工過程中防止或減少由于切削力等因素引起的偏移，提高刀具的剛性，從而保證零件上孔的精度，在鉆床上加工的過程中，導向裝置保證同軸各孔的同軸度、各孔孔距精度、各軸線間的平行度等，因此，導向裝置如同定位元件一樣，對于保證工件的加工精度有這十分重要的作用。導向元件包括刀桿的導向部分和導向套。在這套鉆床夾具上用的導向套是鉆套。鉆套按其結構可分為固定鉆套，可換鉆套，快換鉆套及特殊鉆套。因此套鉆夾具加工量不大，磨損較小，孔距離精度要求較高，則選用固定鉆套。如圖4.2。直接壓入鉆模板或夾具體的孔中。床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計18圖4.2 鉆套鉆模板與固定鉆套外圓一般采用H7/h6的配合。且必須有很高的耐磨性，材料選擇20Mn2。淬火HRC110。相同的，為了防止定位銷與模板之間的磨損，在模板定位孔之間套上兩個固定襯套。選取的標準件代號為12*18 GB2263-19134。材料仍選取T10A， 淬火HRC110。公差采用H7/p6的配合。4.4 切削力及夾緊力的計算刀具：鉆頭φ 6.8。則軸向力：見《工藝師手冊》表28.4F=C d f k ……………………………………3.1F0zFy式中： C =420， Z =1.0, y =0.8, f=0.35FFFk =(F07.1)92()103.?FnHBF=420 1.0.85213()N???轉矩T=C d f kT0ZTy式中: C =0.206, Z =2.0, y =0.8TTTT=0.206 2.0.863517.34()NM????床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計19功率 P =m017.346.950.728VTKWd???在計算切削力時,必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù)K=K K K K1234式中 K —基本安全系數(shù)，1.5;1K —加工性質系數(shù)，1.1;2K —刀具鈍化系數(shù) , 1.1;3K —斷續(xù)切削系數(shù), 1.14則 F =KF=1.5/ )(42391.1. N??鉆削時 T=17.34 N M?切向方向所受力: F =1LT2670534.???取 .fF =4416f )(6.41.0N??F Ff1所以,時工件不會轉動,故本夾具可安全工作。床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計20根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即： FKW??安全系數(shù)K可按下式計算有：： 6543210?式中： 為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5] 表 可得： 60~ 12?1.2.01.301.56CK????5223P1.2.01.301.5f????所以有： 9.8()KCWFN?76.3P??159.0()KfF?該孔的設計基準為中心軸，故以回轉面做定位基準，實現(xiàn)“基準重合”原則； 參考文獻，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力F夾與切削力Ｆ之間的關系F夾＝KF軸向力：F夾＝KF （N）扭距：床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計21Nm93.103.24.05.14.3108.90 ????? ??MYFXKfdC在計算切削力時必須把安全系數(shù)考慮在內，安全系數(shù) 321K由資料《機床夾具設計手冊》查表 可得：721?切削力公式： 式（2.17）Pf KfDF75.02.14?式中 6.8mrf/3.查表 得： 21?95.0)1(6.?HBKp即： )(69.80NFf?實際所需夾緊力：由參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》表 得： 12?KFWf??安全系數(shù)K可按下式計算，由式（2.5）有：： 6543210K?式中： 為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻[16]《 機床夾具設計手冊》表60~可得： 12?25.01.32.10. ????K所以 )(.465.698NFWf?由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用螺旋夾緊機構。床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計224.5 鉆孔與工件之間的切屑間隙鉆套的類型和特點:1、固定鉆套：鉆套直接壓入鉆模板或夾具體的孔中，鉆模板或夾具體的孔與鉆套外圓一般采用H7/n6配合，主要用于加工量不大，磨損教小的中小批生產或加工孔徑甚小，孔距離精度要求較高的小孔。2、可換鉆套：主要用在大批量生產中，由于鉆套磨損大，因此在可換鉆套和鉆模板之間加一個襯套，襯套直接壓入鉆模板的孔內，鉆套以F7/m6或F7/k6配合裝入襯套中。3、快換鉆套：當對孔進行鉆鉸等加工時，由于刀徑不斷增大，需要不同的導套引導刀具，為便于快速更換采用快換鉆套。4、特殊鉆套：尺寸或形狀與標準鉆套不同的鉆套統(tǒng)稱特殊鉆套。鉆套下端面與工件表面之間應留一定的空隙C，使開始鉆孔時，鉆頭切屑刃不位于鉆套的孔中，以免刮傷鉆套內孔，如圖4.3。圖4.3 鉆套切屑間隙 C=(0.3～1.2)d。床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計23在本次夾具鉆模設計中考慮了多方面的因素，確定了設計方案后，選擇了C=8。因為此鉆的材料是鑄件，所以C可以取較小的值。4.6 鉆模板在導向裝置中，導套通常是安裝在鉆模板上，因此鉆模板必須具有足夠的剛度和強度，以防變形而影響鉆孔精度。鉆模板按其與夾具體連接的方式，可分為固定式鉆模板、鉸鏈式鉆模板、可卸式鉆模板、滑柱式鉆模板和活動鉆模板等。在此套鉆模夾具中選用的是可卸式鉆模板，在裝卸工件時需從夾具體上裝上或卸下，鉆螺栓緊固，鉆模精度較高。 [4]4.7定位誤差的分析3) 夾具安裝誤差 A?因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。圖中夾具的安裝基面為平面，因而沒有安裝誤差， =0.A?4) 夾具誤差 J?因夾具上定位元件、對刀或導向元件、分度裝置及安裝基準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 主要包括定位元件相對于安裝基準的尺寸或位置誤差 ；定J? 1J?位元件相對于對刀或導向元件（包含導向元件之間）的尺寸或位置誤差 ；導向元件相對于安2J?裝基準的尺寸或位置誤差 ；若有分度裝置時，還存在分度誤差 。以上幾項共同組成夾具誤3J F差 。J?5) 加工方法誤差 G床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計24因機床精度、刀具精度、刀具與機床的位置精度、工藝系統(tǒng)的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多，又不便于計算，所以常根據(jù)經驗為它留出工件公差 的1/3. 計算時可設K?3KG???067.2.KG。13.4.3??KG?2. 保證加工精度的條件工件在夾具中加工時，總加工誤差 為上述各項誤差之和。由于上述誤差均為獨立隨機變?量，應用概率法疊加。因此保證工件加工精度的條件是 KGJATD???????222即工件的總加工誤差 應不大于工件的加工尺寸 。K?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，需留出一定的精度儲備量 。因此將上式改寫為CJCKJ?????或 0?CJ床頭箱機械加工工藝及鉆孔夾具設計25當 時，夾具能滿足工件的加工要求。 值的大小還表示了夾具使用壽命的長短和夾0?CJ CJ具總圖上各項公差值 確定得是否合理。J?知此方案可行。4.8 鉆套、襯套、鉆模板設計與選用工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求。故選用可換鉆套（其結構如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。為了減少輔助時間采用可換鉆套，以來滿足達到孔的加工的要求。表d D D1 H t基本 極限偏差F7基本 極限偏差D6＞0～1 +0.016 3 +0.010 6 6 9 -- 0.008