YZJ1956立式銑床總體及夾具設計.doc

鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2008目 錄1 前言12 組合機床總體設計32.1 總體方案論證32.1.1 加工對象工藝性分析32.1.2 機床配置型式的選擇32.1.3 定位基準的選擇32.2 確定切削用量及選擇刀具42.2.1 選擇切削用量42.2.2 計算切削力、切削扭矩及切削功率52.2.3 刀具耐用度的計算62.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)62.3 三圖一卡設計62.3.1 被加工零件工序圖62.3.2 加工示意圖72.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖72.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡83 組合機床夾具設計113.1.1 零件的工藝性分析113.1.2 夾具設計的基本要求113.1.3 夾具總體結(jié)構(gòu)構(gòu)思113.2 定位方案的確定123.2.1 定位方案的論證123.2.2 定位基準的選擇123.2.3 定位的實現(xiàn)方法123.3 誤差分析133.3.1影響加工精度的因素133.3.2保證加工精度的條件143.4 夾緊方案確定143.4.1 夾緊裝置的確定143.4.2 夾緊力的確定163.4.3 夾緊液壓缸的選擇173.5 夾具體的確定184 結(jié)論19參考文獻20致 謝21附 錄22yzj1956立式銑床總體及夾具設計摘要：本設計課題來源于江蘇恒力組合機床有限公司。底板是需要大量生產(chǎn)的零件，為了提高加工精度和生產(chǎn)效率，需要設計一種液壓自動夾緊的組合機床來改善底板的加工情況。本組合機床是針對底板下平面的半精加工的需要而設計的。該設計的內(nèi)容包括總體設計和夾具設計兩方面。在總體設計中分析了被加工零件的加工工藝性，選擇了加工的定位基準及夾緊方案，合適的切削用量、刀具、及機床的配置型式，合適的結(jié)構(gòu)方案等，同時完成了“三圖一卡”的繪制。在夾具設計方面，采用了專用夾具，用符合六點定位原則的“三平面”定位方案消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位，并可以同時加工兩個零件，能高度集中工序。夾緊裝置則選用比較安全、可靠、方便的液壓夾緊裝置，使夾緊平穩(wěn)可靠。本組合機床效率高，成本低，加工精度高，操作使用方便，減輕了工人的勞動強度，提高了勞動生產(chǎn)率，滿足了設計需要。關(guān)鍵詞：組合機床；夾具；底板the design of overall and fixture for yzj1956 machine toolabstract: the design project is from henli dynamic group, yancheng. the bottom board is the part needing to be produeed numerously.in order to improve the accuency and efficiency,we should design a combination lathe that can hold automatically by hydraulic pressure to ameliorate the working condition of bottom board.this combination lathe is designed for the half-precision work for the plane beneath the bottom board.the design is mainly focused on both the overall design and jig design. the overall design makes detailed analysis of processing techonology, choice of the positioning datum of processing, grip program, proper cutting parameters, cutting tools, the configuration types of machine tools, the proper construction program and so on. meanwhile the drawing of three charts and one card (automatic drawing process chart, size relation chart, machining schematic diagram and production calculating card) are completed. as far as jigs are concered, a special fixture are employed with the aid of the three platforms positioning program according to the principle of six points positioning to eliminate the six degrees of freedom of workpiece for a stable and reliable positioning, and the synchronous processing of two surfaces of parts which can simplifying the process. the safer, more reliable and convient hydraulic grip devices are employed for a stable and reliable grip. the charateristics of efficiency, low cost, high processing accuracy, easy operation, the machine tool is obtained to relieve the labor internsity, improve efficiency which meets the requirements of the design.key words: modular machine tool; fixture; bottom board1 前言組合機床是根據(jù)工件加工需要,以大量通用部件為基礎,配以少量專用部件組成的一種高效的專用機床。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。由于通用部件已標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。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)中得到廣泛應用，并可用來組成自動生產(chǎn)線。組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟實用,因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制,它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件(近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額),完成鉆孔、擴孔、鉸孔,加工各種螺紋、鏜孔、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等。組合機床的分類繁多,有大型組合機床和小型組合機床,有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式,還有多工位回轉(zhuǎn)臺式組合機床等;隨著技術(shù)的不斷進步,一種新型的組合機床柔性組合機床越來越受到人們的青睞,它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換,配以可編程序控制器()、數(shù)字控制()等,能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng),并能靈活適應多品種加工的可調(diào)可變的組合機床。另外,近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機(清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線)等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。二十世紀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。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。國內(nèi)組合機床近幾年取得了長足的進步，但是與發(fā)達國家相比，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品水平、開發(fā)能力、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、制造技術(shù)水平、勞動生產(chǎn)率、國內(nèi)外市場占有率等諸多方面尚存在不少差距。在組合機床方面，總體水平不高，國際競爭力不強，不能充分滿足國內(nèi)建設需要，關(guān)鍵技術(shù)過分依賴國外，自主發(fā)展能力薄弱，高技能人才的比較優(yōu)勢有弱化的危險，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，用戶服務水平差距較大。本次設計的課題是縫紉機底板下平面的半精銑。該課題來源于江蘇恒力組合機床有限公司。該公司以生產(chǎn)組合機床而享譽。特別是該公司生產(chǎn)的1tx系列銑削頭、1hj、1hy系列滑臺、1ta鏜頭十分走俏，市場需求量大，暢銷國內(nèi)外市場。現(xiàn)在該公司迫切需要改善現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，進行提高生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量方面的技術(shù)改造，使產(chǎn)品的合格率上升，增加產(chǎn)量，適應市場競爭的需要，提高經(jīng)濟效益。 本設計主要針對原有的人工夾緊銑底板上平面，一個行程只加工一件，生產(chǎn)率低，位置精度誤差大的問題而設計的，從而保證孔的位置精度、提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強度。由底板需大批量生產(chǎn)，為了提高加工精度，降低成本，有必要設計一種自動夾緊并且在行程允許的情況下同時加工兩件零件的組合機床來滿足半精銑底板下平面的自動夾緊的組合機床。本次設計分總體設計、夾具設計及液壓系統(tǒng)設計四部分。我主要負責總體設計和夾具部分的設計。在設計組合機床過程中，組合機床夾具的設計是整個組合機床設計工作的重要部分之一。雖然夾具零件的標準化程度高，使設計工作量大為減少，設計周期大為縮短，但在夾具設計過程中，在保證加工精度的前提下，如何綜合考慮生產(chǎn)率、經(jīng)濟性和勞動條件等因素，還有一定的難度。設計該組合機床思路如下：仔細分析零件的特點，以確定零件合理可行的加工方法（包括安排工序及工藝流程，確定工序中的工步數(shù)，選擇加工的定位基準及夾壓方案等），確定工序間加工余量，選擇合適的切削用量，確定組合機床的配制形式；根據(jù)被加工零件的工藝要求確定刀具，再由刀具直徑計算切削力，切削扭矩，切削功率，然后選擇各通用部件，最后按裝配關(guān)系組裝成組合機床。本設計以設計底板下平面立式銑床為主線，闡述了刀具的選擇和夾具設計的過程。在第2章中著重介紹了組合機床的總體設計。在總體設計中，首先是被加工零件的工藝分析，然后是總體方案的論證，在比較了許多方案之后，結(jié)合本道工序加工的特點最終選擇立式組合機床的配置。再結(jié)合本道工序的特點選擇刀具。根據(jù)選擇的切削用量，計算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再確定刀具的大小和型式。在確定這些設計計算后，然后是繪制組合機床的“三圖一卡”被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計算卡。在第3章中，主要介紹了夾具的設計。夾具設計是組合機床設計中的一個重要的組成部分。夾具設計時，首先確定工件的定位方案，然后選擇夾緊方案，估算夾緊力大小，選擇夾緊液壓缸的型號，最終完成夾具的零部件設計。最后根據(jù)計算結(jié)果繪制夾具裝配圖和主要的零件圖。2 組合機床總體設計2.1 總體方案論證2.1.1 加工對象工藝性的分析a.本機床被加工零件特點該加工零件為縫紉機底板下平面的半精加工。材料ht150，其硬度為hb150200，在本工序之前底板大平面粗加工，定位銷孔已經(jīng)加工完畢。b.本機床被加工零件的加工工序及加工精度本道工序：銑底板下平面，由本設備“yzj1956銑底板下平面組合機床”完成，因此，本設備的主要功能是完成縫紉機底板下平面的半精銑。具體加工內(nèi)容及加工精度是：半精銑底板下平面，銑削面光潔度為ra6.3與定位面（即地板大平面）垂直度要求為0.05/100mm，與定位銷平行度為0.01/100mm。2.1.2 機床配置型式的選擇根據(jù)選定的工藝方案確定機床的配置型式，并定出影響機床總體布局和技術(shù)性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。既要考慮能實現(xiàn)工藝方案，以確保零件的精度、技術(shù)要求及生產(chǎn)率，又要考慮機床操作方便可靠，易于維修，且潤滑、冷卻、排屑情況良好。對同一個零件的加工，可能會有各種不同的工藝方案和機床配置方案，在最后決定采取哪種方案時，絕不能草率，要全面地看問題，綜合分析各方面的情況，進行多種方案的對比，從中選擇最佳方案。各種形式的單工位組合機床，具有固定式夾具，通?？砂惭b一個工件，特別適用于大、中型箱體類零件的加工。根據(jù)配置動力部件的型式和數(shù)量，這種機床可分為單面、多面復合式。但其機動時間不能與輔助時間重合，因而生產(chǎn)率比多工位機床低。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座、側(cè)底座及中間底座組合而成。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。在認真分析了被加工零件的結(jié)構(gòu)特點及所選擇的加工工藝方案，又由組合機床的特點及適應性，確定設計的組合機床的配置型式為立式單面銑床，在增加工作臺工作行程的情況下可以同時加工兩工件。2.1.3 定位基準的選擇被加工零件為縫紉機底板屬于板類零件，本工序加工為半精銑底板下平面，精度要求高。由于板類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. “一面雙孔”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.“一面雙孔”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準，使零件整個工藝過程基準統(tǒng)一，從而減少由基準轉(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。一般情況下，“一面雙孔”是最常用的定位方案，即零件在機床上放置的底面及底面上的兩個孔作為定位基準，通過一個平面和兩個定位銷限制其六個自由度。但由于底板零件質(zhì)量較大，底面上孔的直徑太小，為防止定位銷受力變形，不宜選用“一面雙孔”定位基準，初步擬定“三平面”定位方法，該定位方案限制的自由度敘述如下：本機床加工時采用的定位方式是三面定位，以底面為定位基準面，限制三個自由度；在左側(cè)有一個定位板加上工件的流動方向，限制兩個自由度；在靠近立柱的一面加一個定位支架限制剩下的一個自由度。這樣工件的6個自由度被完全約束了也就得到了完全的定位。2.2 確定切削用量及選擇刀具2.2.1 選擇切削用量對于半精銑表面，采用查表法選擇切削用量，從1p.130表6-11中選取。由于平面的切銑削用量和加工平面與基準面的垂直度還有平面度以及銑削深度有關(guān)，隨著平面度和垂直度的增加而逐漸增加，其遞減值按文獻1p.131表6-12選取。降低進給量的目的是為了減小徑向切削力，以避免盤銑刀因為徑向切削力的增加而燒傷。銑削深度較大時，由于冷卻排屑條件都較差，是刀具壽命有所降低。降低切削速度主要是為了提高刀具壽命，并使加工較深孔時鉆頭的壽命與加工其他淺銑削時刀盤刀片的壽命比較接近。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、機床的布局形式及正常工作均有很大影響。組合機床上以銑削頭為動力的機床多數(shù)為工件運動，主軸轉(zhuǎn)動的系統(tǒng)，而工件的橫向進給一般以銑削工作臺為進給系統(tǒng)。查文獻資料，硬質(zhì)合金端銑刀的切削用量如表2-1：表2-1切削用量加工材料鋼鑄鐵鋁及合金b=52-70b=70-90b=100-110工序粗銑精銑粗銑精銑粗銑精銑粗銑精銑粗銑精銑銑削深度（mm）2-40.5-12-40.5-12-40.5-12-50.5-12-50.5-1v(m/min)80-120100-18060-10090-15040-7060-10050-8080-130300-700500-1000sz（mm/z）0.2-0.40.05-0.20.2-0.40.05-0.150.1-0.30.05-0.10.2-0.40.05-0.20.1-0.40.05-0.3注：生產(chǎn)率要求不高時，一次銑削余量為4-5mm，粗糙度達到ra=1.6m時，sz=0.02-0.03mm/z。在選擇切削速度時，因此，一般先按切削用量選擇合理刀具，根據(jù)工件的寬度在這里我們選擇直徑為200mm的西夏墅的gma200（右式）刀盤，刀盤主要參數(shù)為：d=200 mm，z=12，刀盤選擇后，根據(jù)刀盤選擇比較合理的轉(zhuǎn)速(單位為r/min)和每轉(zhuǎn)進給量（單位為mm/r），再根據(jù)其工作時間最長、負荷最重、刃磨較困難的所謂“限制性刀具”來確定并調(diào)整每轉(zhuǎn)進給量和轉(zhuǎn)速，通過“試湊法”來滿足每分鐘進給量相同的要求，即 （2-1）在選擇了轉(zhuǎn)速后就可以根據(jù)公式 （2-2）選擇合理的切削速度。根據(jù)零件特性以及切削用量選擇刀盤轉(zhuǎn)速為n=250rpm，=0.08mm/r.由式2-2得 =/1000=200250/1000=157m/min2.2.2 計算切削力、切削扭矩及切削功率根據(jù)文獻1p.134表6-20中公式 (2-3) (2-4) (2-5)式中， f 切削力（n）；t 切削轉(zhuǎn)矩（nmm）；p 切削功率（kw）；v 切削速度（m/min）；f 進給量（mm/r）；d 加工（或鉆頭）直徑（mm）；hb 布氏硬度。，在本設計中， ，得hb=183。由以上公式可得：=15701n=142208nmm=3.6kw2.2.3刀具耐用度的計算確定刀具耐用度，用以驗證選用量或刀具是否合理，刀具的耐用度至少大于4個小時。查閱文獻2中公式： (2-6) 式中： 刀具耐用度，單位min； 鉆頭直徑，單位mm； 切削速度，單位m/min； 每轉(zhuǎn)進給量，單位mm/r； 布氏硬度。選擇6.6mm的鉆頭進行計算：=246min根據(jù)計算，所得刀具耐用度滿足要求。2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)根據(jù)工藝要求及加工精度的要求，加工底板下平面的刀具選用盤銑刀。2.3三圖一卡設計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、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。除了設計研制合同外，它是組合機床設計的具體依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)整和檢驗機床精度的重要文件。a.被加工零件名稱及編號：底板下平面材料及硬度：ht150 hb150-200。 b.定位基準及夾壓點的選擇針對機體的結(jié)構(gòu)特點，不宜選用“一面雙孔”定位基準，可采用“三平面”定位基準的方法。在選擇夾壓部位時應注意零件夾壓后定位穩(wěn)定和避免零件夾壓后變形的問題，可以選擇上表面夾壓。 c.圖中符號 夾緊點 定位基面2.3.2 加工示意圖加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎上繪制的。是表達工藝方案具體內(nèi)容的機床工藝方案圖。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刀具的選擇在編制加工示意圖的過程中，首先是對刀具進行選擇。一臺機床刀具的選擇是否合理，直接影響到機床的加工精度、生產(chǎn)率和工作情況。因而正確選擇刀具是一個相當重要的工作。刀具的選擇要考慮到工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生產(chǎn)率要求等因素。刀具直徑的選擇應與加工部位尺寸、精度相適應。刀具直徑選擇200mm，齒數(shù)為12的刀盤。同時為了不使鐵屑飛濺，采用左式刀具。b工件循環(huán)過程以及行程的確定。在起始位置，刀具離工件一段距離為200mm，在工件向刀具方向運動時為工進過程，當兩個零件即底板下平面加工完畢后工作臺繼續(xù)前進一段距離（200mm），在此工進過程一共為1160mm。而快退過程則是1560mm，加上前備量和后備量各20mm。因此工作臺總行程為1600mm。2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖機床聯(lián)系尺寸圖是用來表示機床的配置型式、主要構(gòu)成及各部件安裝位置、相互聯(lián)系、運動關(guān)系和操作方位的總體布局。用以檢驗各部件相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適；它為夾具這類專用部件設計提供重要依據(jù)；它可以看成是簡化的機床總圖。2.3.3 .1選擇動力部件和運動部件。a動力部件的選擇 由所得切削功率為p=3.6kw，在這里選用1tx32型銑削頭，而此類銑削頭的傳動裝置配置又有傳動裝置側(cè)置，尾置，頂置等幾種形式，在這里我們選用尾置形式。1tx32型銑削頭傳動裝置有三種電機功率：3kw、4kw、5.5kw。由于銑削功率為3.6kw，因此我們選用p=5.5kw的傳動裝置。 b運動部件的選擇銑削的過程一般是工件運動，刀具轉(zhuǎn)動。在本機床中工件的橫向運動是通過工作臺的工進和快進以及快退來實現(xiàn)的，而在這里我們選用標準銑削工作臺來實現(xiàn)這一過程。選用1xg40銑削工作臺。銑削工作臺的傳動裝置采用xj25，各項參數(shù)如下：快進電機：p=1.5kw，n=940r/min，y100l-6工進電機：p=1.5kw，n=940r/min，y112-6工作臺許用載荷為20000n許用切削功率為11kw進給速度為160-2000mm/min工作臺面為4001600mm（長寬）工作行程為1600mm高度為900mmc其余配套通用件的選擇立柱采用1xl32（右式）2.3.3 .2確定機床裝料高度h裝料高度是指機床上工件的定位基準面到地面的垂直距離。本課題工件靠大平面定位，大平面由幾個支撐釘支撐，為了不讓壓板有足夠的力壓緊工件的同時也不讓壓板壓緊時在銑削過程中與刀具形成干涉，支撐釘?shù)淖罴迅叨葹?0mm。而機床的裝料高度由工作臺的高度h1和夾具體的高度h2以及支撐釘?shù)母叨萮3總合而成。因此h=h1+h2+h3=900+140+40=1080mm2.3.4機床生產(chǎn)率計算卡已知：工作行程為1600mm 進刀量為240mm /min機動時間3.987min 裝卸工件時間1.2min單件工時2.6min/件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（包括備品及廢品率）所要求的機床生產(chǎn)率。查閱文獻1公式 （2-7）計算，式中， n年生產(chǎn)綱領（件），本課題中n=40000件； 全年工時總數(shù)，本課題以單班8小時計，則。則 b實際生產(chǎn)率（件/h）實際生產(chǎn)率是指所設計的機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。查閱文獻1p.51 （2-8）式中，生產(chǎn)一個零件所需時間（min）。則 由于兩件同時加工所以為實際生產(chǎn)率為c機床負荷率機床負荷率為理性鄉(xiāng)生產(chǎn)率與實際生產(chǎn)率之比。查閱文獻1p.52 （2-9）則 生產(chǎn)率計算卡見表2-2。表2-2 生產(chǎn)率計算卡被加工零件圖號-毛坯種類鑄件名稱底板毛坯重量材料ht250硬度150200hbs 工序名稱左右面鉆孔工序號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)進刀量工時(min)每轉(zhuǎn)（mm/r）每分鐘（mm/min）機加工時間輔助時間共計1工作臺快進20066000.0302工作臺工進11603003.73工作臺快進20066000.0304工作臺快退1560 66000.2275裝卸工件1.2備注1. 裝卸工件時間取決于操作者熟練程度;2.機床的單件工時為2.6min.總計5.2min單件工時2.6min機床生產(chǎn)率23.08件/h機床負荷率72.3%3 組合機床夾具設計3.1 概述3.1.1 零件的工藝性分析夾具是組合機床的重要組成部分，是根據(jù)機床的工藝和結(jié)構(gòu)方案的具體要求而專門設計的。它是用于實現(xiàn)被加工零件的準確定位、夾壓、刀具的導向以及裝卸工件時的限位等作用。本次畢業(yè)設計是設計在半精銑底板下平面所用的夾具。底板下平面的材料為ht150，其硬度為hb150200，在本工序之前底板大平面已經(jīng)的粗銑已經(jīng)完畢。本道工序加工平面光潔度要求為6.3，平面度要求為0.08。3.1.2 夾具設計的基本要求a.保證工件的加工精度保證工件的加工精度是夾具設計的最基本要求。其關(guān)鍵在于，正確地確定定位方案、夾緊方案和刀具導向方式，合理地設計夾具的尺寸、公差和技術(shù)要求，必要時應進行誤差的分析和計算。b.提高生產(chǎn)效率、減低制造成本夾具設計的總體方案應與生產(chǎn)綱領相適應。在大批量生產(chǎn)時，應盡量采用各種快速、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。c.操作方便、省力和安全夾具的操作要盡量做到方便、省力，如有條件，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。夾具操作位置應符合操作工人的習慣，必要時應有安全保護裝置，以確保使用安全。d.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。切屑積集嚴重時，還會損傷刀具以致造成設備事故或工傷事故。因此，排屑問題在夾具設計時必須給予充分的注意，在設計高效組合機床夾具時尤為重要。e.有良好的結(jié)構(gòu)工藝性夾具的結(jié)構(gòu)應簡單、合理，便于加工、裝配、檢驗和維修，應盡可能選用標準元件和標準結(jié)構(gòu)。夾具設計是一種相互關(guān)聯(lián)的工作，通常是在參閱有關(guān)資料的情況下，按加工要求構(gòu)思出設計方案，繪制出圖樣，經(jīng)修改后確定夾具的結(jié)構(gòu)。3.1.3 夾具總體結(jié)構(gòu)構(gòu)思根據(jù)被加工零件特點,初定夾具總體結(jié)構(gòu)如下:工件采用四點支撐方法，其中三點為固定支撐，一個手動調(diào)節(jié)支撐和兩個輔助支撐，另外一點為調(diào)節(jié)支撐，為了使工件夾緊牢靠，在每個零件左側(cè)安放一個擋塊，每個支承點通過油缸實現(xiàn)液壓夾緊3.2 定位方案的確定3.2.1 定位方案論證工件的定位方案一般有兩種，“一面兩孔”和“三平面”定位方法。 a.“一面雙孔”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.“一面雙孔”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準，使零件整個工藝過程基準統(tǒng)一，從而減少由基準轉(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。被加工零件為縫紉機底板，本工序加工為半精銑底板下平面，加工工序比較分散、精度要求不高，而且被加工零件質(zhì)量較大，底面上孔的直徑太小，因此在這里不宜選用“一面雙孔”定位基準，故初步擬定“三平面”定位方法。采用“三平面”定位方法，既能保證工件的加工精度，很方便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位。3.2.2 定位基準的選擇定位基準選擇的原則a.盡可能選擇最大基面做主要的定位基準面；b.盡可能與工序基準重合；c.盡量選最長表面做為限制自由度的定位基準；d.盡量選精度較高的已加工表面為定位基準；e.在同一工件各工序中盡量采用同一定位基準進行加工。綜上所述，故選定大平面為定位基準面。3.2.3 定位的實現(xiàn)方法根據(jù)被加工零件的結(jié)構(gòu)特征，選擇定位基準，實現(xiàn)六點定位原理，即選底板大平面作為定位基準面，用支承塊限制了三個自由度，側(cè)面用定位板限制了兩個自由度,同時在機床運動過程中，機床和刀具運動軌跡是一定的，在銑削加工過程中工件的進給方向可以限制一個自由度，在這里刀具和工件的進給可以限制了剩下的一個自由度，這樣底板的六個自由度全部消除，實現(xiàn)零件的定位，如圖所示：圖3-1 零件定位示意圖3.3 誤差分析一批工件依次在夾具中進行定位時，由于工序基準的變動對加工表面尺寸所造成的極限值之差稱為定位誤差。產(chǎn)生定位誤差的原因是工序基準與定位基準不相重合或工序基準自身在位置上發(fā)生偏移或位移所引起的。3.3.1 影響加工精度的因素用夾具裝夾工件進行機械加工時，其工藝系統(tǒng)中影響工件加工精度的因素很多，與夾具有關(guān)的因素有：定位誤差p、對刀誤差t、夾具在機床上的安裝誤差a和夾具誤差e，在機械加工工藝系統(tǒng)中，影響加工精度的其它因素綜合稱為加工方法誤差g。在夾緊方法中產(chǎn)生的誤差o。上述各項誤差均導致刀具相對工件的位置不精確而形成總的加工誤差。3.3.1.1定位誤差a.基準不重合誤差 由于定位基準與工序基準不重合而造成的定位誤差。根據(jù)文獻4查得基準不重合誤差的計算公式如下： （3-1）式中 定位基準與工序基準間的尺寸鏈組成環(huán)的公差；的方向與加工尺寸方向的夾角。b.基準位移誤差 由于定位基準的誤差或定位支撐點的誤差而造成的定位基準位移，即工件實際位置對確定位置的理想要素的誤差，這種誤差稱為基準位移誤差，以表示。不同的定位方式，其基準位移誤差的計算方式也不同，此夾具定位是采用的“三平面”定位的方法，所以要計算的是平面支撐定位的位移誤差。工件為平面定位時，基準不重合誤差：；基準位移誤差：，；故 。計算底板大平面的定位誤差加工底板下平面的尺寸，（大平面與支撐面接觸較好）3.3.1.2 對刀誤差因刀具相對于對刀或?qū)蛟奈恢貌痪_而造成的加工誤差，而在裝配圖中，是由銑頭的主軸精度決定的，在此銑削頭中主軸端面尺寸為128.50-0.018。所以加工時的對刀誤差為=0.018。3.3.1.3夾具的安裝誤差 因夾具在機床上的安裝不精確而造成的加工誤差。本組合機床的夾具的安裝基面為平面，因此安裝誤差：=0。3.3.1.4加工方法誤差 因機床的精度、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因素造成的加工誤差，所以根據(jù)經(jīng)驗為它留出工件公差的1/3，計算可得：=0.1/3=0.033mm。3.3.1.5 夾緊方法誤差 因液壓缸對夾具施加的力是垂直向下的,對被加工零件在前后左右方向產(chǎn)生的力可以忽略不計,所以有夾緊方法產(chǎn)生的誤差：=0。3.3.2 保證加工精度的條件工件在夾具中加工時，總加工誤差為上述的各項誤差之和。由于上述誤差為獨立隨機變量，應用概率法疊加因此保證加工精度的條件為： （3-2）即工件的加工誤差=0.053應不大于工件的尺寸公差，由于加工工件高度為730.1，可取=0.2，為滿足條件，所以該精度滿足要求。3.4 夾緊方案的確定3.4.1夾緊裝置的確定3.4.1.1夾緊裝置的組成本設計中夾緊裝置采用機械夾緊裝置，由力源裝置、中間傳力機構(gòu)、夾緊元件三部分組成。其組成部分的相互關(guān)系，如下面的方框圖所示。 圖3-2 夾緊裝置組成的方框圖 3.4.1.2夾緊裝置設計的基本要求a.夾緊過程中，不改變工件定位后占據(jù)的正確位置。b.夾緊力的大小要可靠和適當，既要保證工件在整個加工過程中位置穩(wěn)定不變，振動小，又要使工件不產(chǎn)生于過大的夾緊變形。c.夾緊裝置的自動化和復雜程度應與生產(chǎn)綱領想適應，在保證生產(chǎn)率的前提下，其結(jié)構(gòu)要力求簡單，以便于制造和維修。d.夾緊裝置的操作應當方便、安全、省力。3.4.1.3夾緊裝置的選擇通常應用的機械夾緊裝置有氣壓裝置和液壓裝置兩種，各有其優(yōu)越性，要根據(jù)實際情況來選擇用哪種裝置。a.氣壓裝置氣壓裝置以壓縮空氣為力源，應用比較廣泛，有以下特點：a.動作迅速，反應快。氣壓為0.5mpa時，氣缸活塞速度為110m/s，夾具每小時可連續(xù)松夾上千次。 b.工作壓力低（一般為0.40.6mpa）。傳動結(jié)構(gòu)簡單，對裝置所用材料及制造精度要求不高，制造成本低。c.空氣粘度小，在管路中的損失較少，便于集中供應和遠距離輸送，易于集中操縱或程序控制等。d.空氣可就地取材，容易保持清潔，管路不易堵塞，也不會污染環(huán)境，具有維護簡單，使用安全、可靠、方便等特點。主要缺點是空氣壓縮性大，夾具的剛度和穩(wěn)定性較差；在產(chǎn)生相同原始作用的條件下，因工作壓力低，其動力裝置的結(jié)構(gòu)尺寸大。此外，還有較大的排氣噪聲。b.液壓裝置液壓裝置的特點是：a.液壓油油壓高、傳動力大，在產(chǎn)生同樣原始作用力的情況下，液壓缸的 結(jié)構(gòu)尺寸比氣壓小了許多。b.液壓油的不可壓縮性可使夾具剛度高，工作平穩(wěn)、可靠。c.液壓傳動噪聲小，勞動條件比氣壓的好。通過對以上兩種機械夾緊裝置優(yōu)缺點的比較，結(jié)合加工工件的精度要求、工人的勞動強度和環(huán)境要求、企業(yè)的實際情況，本設計中夾緊裝置采用液壓夾緊裝置。3.4.2夾緊力的確定3.4.2.1夾緊力確定的基本原則a.夾緊力的方向a.夾緊力的方向應有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應朝向主要定位基面。b.夾緊力的方向應有利于減小夾緊力。c.夾緊力的方向應是工件剛度較高的方向。b.夾緊力的作用點a.夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內(nèi)。b.夾緊力的作用點應選在工件剛度較高的部位。c.夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面。3.4.2.2夾緊方案根據(jù)以上要求及原則，工件屬于箱體類零件，夾緊力的方向應垂直于最重要的定位基面底面，并將工件壓向該面，而不宜與其他方面進行夾緊。由于工件為薄壁件，易受力變形，故采用多點同時壓向工件，均勻分布壓緊力，起到減少受力變形的效果。夾緊力為液壓缸驅(qū)動。用推桿將壓力傳遞致壓板，然后由壓板將壓力分散到工件壓緊表面，從而將工件壓緊。3.4.2.3夾緊力的預算根據(jù)工件所受切削力、夾緊力的作用情況，找出加工過程中對夾緊最不利的狀態(tài)，來確定夾緊力。根據(jù)文獻5查得切削力q的計算公式如下 （3-3）式中 安全系數(shù)；切削力；定位銷上允許承受的一部分切削力，通?？砂磾D壓強度確定：；許用擠壓應力，取定位銷和工件中較小者；壓板和工件表面間的摩擦系數(shù)；工件和定位支承塊間的摩擦系數(shù)；定位銷的直徑；定位銷的接觸長度。根據(jù)文獻5查得安全系數(shù)按下式計算 （3-4）式中，為各種因素的安全系數(shù)，查文獻4表3-1和表3-2：考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數(shù)，??；：加工性質(zhì)，取；：刀具鈍化程度，?。唬呵邢魈攸c，取；：夾緊力的穩(wěn)定性，取；：夾緊時的位置 ，?。唬簝H有力矩使工件回轉(zhuǎn)時工件與支承面的接觸情況，取。 查文獻2表3-34摩擦系數(shù)，均為 根據(jù)2.2.2節(jié)切削力的計算結(jié)果，取p =15701n 3.4.3夾緊液壓缸的選擇a.壓缸工作壓力的確定由4p.10頁表2-1得組合機床工作壓力3-5mp，取p=5mp。b.內(nèi)徑d和稈直徑d的確定查表2-2,取p2=0.5mp 取cm=0.95查表2-3,取d/d=1/2由公式（2-3）mm查表2-4,取d=80mm查表2-5取d=40mmc.液壓缸壁厚和外徑的計算由4p.12得公式 （3-5）式中 液壓缸壁厚； d液壓缸內(nèi)徑； 試驗壓力，最大工作壓力的（1.25-1.5）倍 =1.35=6.5mp； 缸體材料許用應力，鑄鋼=100-110mp，取=100mp。 ，取=15mm則外徑 d.工作行程的確定查表2-6,取工作行程為30mm。e.缸蓋厚度的確定 （3-6）取t=10mm。綜上所述，查資料5p.817頁表3.6-23，選定兩邊的夾緊液壓缸的外徑為110mm,內(nèi)徑為80mm，內(nèi)桿直徑為40mm，夾緊行程為10mm。由于夾緊液壓缸尺寸與夾具尺寸，機床聯(lián)系尺寸有關(guān)，在這里夾緊液壓缸只能為非標。3.5 夾具體的確定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。夾具體設計的基本要求：a.有適當?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。f.保證裝卸工件方便本設計方案中的夾具體材料為ht200，基本尺寸：1425370140，座底設計排屑裝置，具體見夾具裝配圖。4 結(jié)論本機床采用立式配置，采用zh1x40l32/組合機床配置，其中機床工作臺面尺寸為401600，機床采用左式配置，立柱安裝在工作臺左側(cè)，立柱裝有銑削頭，工作臺通過進給箱實現(xiàn)步進和快進。夾具安裝在工作臺面，同時加工兩個零件，零件順