后轎殼體鏜孔車端面組合機床專用夾具設(shè)計,后轎殼體鏜孔車端面組合機床專用夾具設(shè)計,殼體,鏜孔,端面,組合,機床,專用,夾具,設(shè)計 設(shè)計 后轎殼體立式鏜孔車端面合機床專用夾具設(shè)計 系　　　　　　別： 專業(yè)名稱： 學(xué)生姓名： 學(xué)　　　　　　號： 指導(dǎo)教師姓名、職稱： 完成日期 2014 年 4月 30 日 設(shè)計 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的設(shè)計（后轎殼體鏜孔車端面組合機床專用夾具設(shè)計是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 學(xué) 號： 作者姓名： 2014 年 4 月 05 日 摘 要 隨著自動化應(yīng)用的逐步提高，組合機床越來越多的出現(xiàn)在現(xiàn)代工廠中，組合機床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以工件特定外形和加工工藝設(shè)計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。它一般采用多軸，多刀，多過程，多方位多站同時處理方法，生產(chǎn)效率高，比一般機器幾個幾倍到幾十倍。作為合作的通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化系列，可靈活配置，可縮短設(shè)計制造周期。因此，組合機床在大規(guī)模生產(chǎn)的低成本和高效率的優(yōu)點相結(jié)合，已被廣泛地使用，可用于形成自動生產(chǎn)線。 本次設(shè)計為后轎殼體車端面，鏜中心孔的專用機床夾具設(shè)計，同時完成中間的大孔及上下表面。主要有以下幾個方面： （1） 制定工藝方案。了解被加工零件的加工特點、精度和技術(shù)要求、定位夾緊情況以及生產(chǎn)率的要求等。確定在組合機床上完成的工藝內(nèi)容及其加工方法。這里要確定加工工步數(shù)，決定刀具的種類和型式。 （2） 機床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定。根據(jù)工藝方案確定機床的型式和總體布局。在選擇機床配置型式時，既要考慮實現(xiàn)工藝方案，保證加工精度、技術(shù)要求及生產(chǎn)效率；又要考慮機床操作、維護、修理是否方便，排屑情況是否良好。 （3） 組合機床總體設(shè)計。確定機床各個部件間的相互關(guān)系，選擇通用部件和刀具的導(dǎo)向，計算切削用量及機床生產(chǎn)率。繪制機床的總聯(lián)系尺寸圖及加工示意圖等。 關(guān)鍵詞：組合機床；殼體；三圖一卡；夾具設(shè)計； Abstract With the gradual improvement of automation, machine tool more and more in modern factories, machine tool based on common components, together with the specific shape of the workpiece and process design special parts and fixtures, composed of semi-automatic or automatic dedicated machine. It is commonly used multi-axis, multi-tool, multi-process, multi-faceted or multi-station processing at the same time, the production efficiency several times or more higher than the general machine. Common components have been standardized for serialization, can be flexibly configured, you can shorten the design and manufacturing cycle. Therefore, the combination of machine combines the advantages of low cost and high efficiency has been widely used in mass production, and can be used to form an automatic production line. The design for the apron mountings drill special machine tools, completed three hole machining. Mainly the following aspects: (1) to develop a process plan. Learn about the processing characteristics of the machined parts, precision and technical requirements, the positioning clamping and productivity requirements. Determine the combination of machine tool technology content and its processing method. To determine the number of processing steps, determine the type of tool and type. (2) Machine analysis of the structure of the program and OK. According to the technical program to determine the type and the overall layout of the machine. Machine configuration type is selected, it is necessary to consider the process scheme to ensure accuracy, technical requirements and production efficiency; will have to consider the operation of the machine, maintenance, repair, chip case is good. (3) a combination of the overall machine design. Determine the relationship between the various components of the machine, select the common components and tool-oriented computing cutting and machine productivity. Draw machine total contact size figure and processing schematic diagram. Keywords: combination of machine tools; multi-axle; three card; fixture design。 目 錄 摘 要 III 第一章、緒論 1 1.1.課題來源和意義 1 1.2.課題背景 1 1.3.組合機床技術(shù)裝備研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1 1.4.本課題研究的主要內(nèi)容 2 第二章、組合機床的總體設(shè)計 3 2.1.前期調(diào)查研究 3 2.1.1.工件的分析 3 2.1.2.現(xiàn)場工藝調(diào)查 3 2.2.組合機床方案的制定 4 2.2.1.制定工藝方案 4 2.2.2.確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案 5 2.3.確定切削用量及選擇刀具 6 2.3.1.確定工序間余量 6 2.3.2.選擇切削用量 6 2.3.3.確定切削力、切削扭矩、切削功率 7 2.3.4.選擇刀具結(jié)構(gòu) 8 2.4.組合機床總設(shè)計“三圖一卡”的編制 8 2.4.1.被加工零件工序圖 8 2.4.2.加工示意圖 10 2.4.3.機床聯(lián)系尺寸圖 12 2.4.4.生產(chǎn)率計算卡 15 第三章、夾具設(shè)計 19 3.1.機床夾具的概述 19 3.1.1.機床夾具的組成 19 3.1.2.機床夾具的類型 19 3.2.工件結(jié)構(gòu)特點分析 19 3.3.工件定位方案和定位元件的設(shè)計 19 3.4.夾緊方案和夾緊元件的設(shè)計 20 3.5.夾具的性能及優(yōu)點 20 3.6.夾具體的設(shè)計 20 3.7.誤差的分析與計算 21 3.8.夾具精度分析計算 21 第四章、結(jié)論與展望 23 4.1結(jié)論 23 4.2.足之處及未來展望 23 致 謝 24 參考文獻(xiàn) 25 后轎殼體立式鏜孔車端面組合機床及專用夾具設(shè)計 第一章、緒論 1.1.課題來源和意義 本課題的研究意義在于使企業(yè)能根據(jù)自己的要求自主創(chuàng)新、自發(fā)研究設(shè)計制造設(shè)備，提高自身在國內(nèi)甚至國際制造行業(yè)中的競爭力。專用機床是一種專門適用于特定零件和特定工序加工的機床，因而它主要是應(yīng)對企業(yè)有單品種、大批量的零件加工定單，解決了許多企業(yè)面臨的共同問題：用好設(shè)備加工雖保證加工質(zhì)量但是耗費了高的成本；用普通設(shè)備加工降低了成本但是又付出了加工質(zhì)量往往不符合設(shè)計要求的兩難境地。通過本課題研究，就力求解決這種問題，使組合機床的加工保質(zhì)性和經(jīng)濟性凸顯。 其次組合機床行業(yè)企業(yè)主要針對汽車、摩托車、內(nèi)燃機、農(nóng)機、工程機械、化工機械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設(shè)備，該課題的研究有利于提高這些行業(yè)設(shè)備制造的質(zhì)量和效率，從而推動他們的高質(zhì)、快速發(fā)展。本課題原有工藝是兩端面和中間大孔分開加工，工裝時間長，加工成本高，效率不高。因而需要設(shè)計一臺專機達(dá)到提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，同時保證加工質(zhì)量的目的。 1.2.課題背景 在國內(nèi)，后轎殼體從無到有，一直到今天的發(fā)展，離不開技術(shù)人員對零件及加工工藝一步步的改進(jìn)。原始工藝經(jīng)過改進(jìn)后，增加了零件的穩(wěn)固性，基本上解決了原有的缺陷，使其不變形，不磨損，拆裝調(diào)節(jié)時比較省力，方便，從而減少了加工成本和零件的磨損，提高了效率。經(jīng)過試用效果顯著，很受人們的歡迎。 1.3.組合機床技術(shù)裝備研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 組合機床出現(xiàn)在世界上只有50多年的歷史。我國組合機床事業(yè)是從無到有，逐漸發(fā)展起來的。從1956年開始自行設(shè)計、制造了組合機床并取得了很大發(fā)展。如北京、上海、遼寧、山東、江蘇等發(fā)展很快，西北、西南地區(qū)也有新的發(fā)展。國家又重點安排了一批工廠，如大連機床廠、常州機床廠、大河機床廠、長沙機床廠、上海第十機床廠等20多個工廠生產(chǎn)組合機床通用部件，為全國各地機械加工部門用組合機床自己武裝自己創(chuàng)造了非常有利的條件。許多工廠在大搞技術(shù)改造、設(shè)備更新、質(zhì)量翻新的熱潮中，制造了大量的組合機床及其自動線，成倍地提高了勞動生產(chǎn)率，保證了產(chǎn)量和質(zhì)量，降低了成本。目前，我國大多數(shù)省、市、自治區(qū)都能設(shè)計并制造組合機床及其自動線，產(chǎn)量、質(zhì)量和技術(shù)水平都在不斷提高。我國組合機床及其自動線已占有一定數(shù)量，特別是在汽車制造行業(yè)已有了大量的組合機床及其自動線，生產(chǎn)能力也在不斷提高。我國組合機床及其自動線已占有一定數(shù)量，特別是在汽車制造行業(yè)已有了大量的組合機床及其自動線，生產(chǎn)能力也在不斷提高。用我國自行設(shè)計與制造的組合機床及其自動線武裝起來的第二汽車制造廠，經(jīng)投產(chǎn)后證明具有規(guī)模、效率高，具有較高的自動化程度特點。無論從工藝方案和布局，還是從加工精度和質(zhì)量方面看，這些組合機床及組合機床自動線都已達(dá)到國際先進(jìn)水平。 組合機床解決了許多企業(yè)面臨的共同問題：用好設(shè)備加工雖保證加工質(zhì)量但是耗費了高的成本；用普通設(shè)備加工降低了成本但是又付出了加工質(zhì)量往往不符合設(shè)計要求的兩難境地。組合機床主要用于大批量的生產(chǎn)，加工開發(fā)和生產(chǎn)管理技術(shù)的發(fā)展和改進(jìn)，組合機床在小批量生產(chǎn)的各種組合也將得到廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用成組技術(shù)，結(jié)構(gòu)和處理類似的部分集中在一個組合機床加工，以提高機器的利用率。這類機床常見的有兩種，可換主軸箱式組合機床和轉(zhuǎn)塔式組合機床。 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。 1.4.本課題研究的主要內(nèi)容 1.制定工藝方案。了解被加工零件的加工特點、精度和技術(shù)要求、定位夾緊情況以及生產(chǎn)率的要求等。確定在組合機床上完成的工藝內(nèi)容及其加工方法。這里要確定加工工步數(shù)，決定刀具的種類和型式。 2.機床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定。根據(jù)工藝方案確定機床的型式和總體布局。在機器配置類型的選擇，有必要考慮實施過程中的計劃，以確保準(zhǔn)確性，技術(shù)要求和生產(chǎn)效率；又要考慮機床操作、維護、修理是否方便，排屑情況是否良好。 3.組合機床總體設(shè)計。確定某些機器的各個組件之間的相互作用，選擇通用的組件和工具的定向力，計算切割用量，機器的生產(chǎn)率。繪制機床的總聯(lián)系尺寸圖及加工示意圖等。 第二章、組合機床的總體設(shè)計 2.1.前期調(diào)查研究 2.1.1.工件的分析 后轎殼體是轎車后排主軸的殼體，材料為45#，硬度為50HBS。分析圖紙（如圖）可知，兩頭Φ95的孔，要求比較高，而且要保證同心，上下面兩個端面是配合面，表面光潔度和尺寸都有很高的要求，上下表面粗糙度Ra為12.5μm，端面加工的厚度尺寸及公差為167（+1/+0.4mm）。中間Φ4000的大孔的尺寸精度和粗糙度要求比較高，Φ400（+0.36/0mm），粗糙度Ra為6.3μm。 在本道工序前，產(chǎn)品兩端的孔已經(jīng)過鏜削加工，同心度保證。中間待加工孔為鑄孔，毛坯上孔尺寸為：Φ395-396mm，上下端面各留4mm的余量。 圖2.1 工件零件圖 2.1.2.現(xiàn)場工藝調(diào)查 為了給機床設(shè)計提供更多的信息，深入現(xiàn)場調(diào)查其現(xiàn)采用的加工工藝方法為：以底面和兩頭的孔定位，3個自由度，用兩個鏍釘來夾緊工件，一塊夾具上一次裝夾1個工件。在加工中心上編好程序，采用定做的硬質(zhì)合金銑鉸復(fù)合刀具一次進(jìn)給完成一個孔加工，接著再用另一個夾具加工端面，這才僅僅一半的工作量，將產(chǎn)品翻身后還要繼續(xù)加工另一個端面，雖然達(dá)到設(shè)計要求，但是工裝時間較長，工裝數(shù)量多，容易混淆，整體效率不高，而且加工成本高。 2.2.組合機床方案的制定 2.2.1.制定工藝方案 零件加工過程中會確定加工組合的質(zhì)量，生產(chǎn)率，總體布局和夾具結(jié)構(gòu)。所以，在制定工藝方案時，必須計算分析被加工零件圖，并深入現(xiàn)場了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛度，加工部位的結(jié)構(gòu)特點加工精度，表面粗糙度，以及定位，夾緊方法，工藝過程，所采用的刀具及切削用量，生產(chǎn)率要求，現(xiàn)場所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，制定出合理的工藝方案。 根據(jù)被加工被零件（后轎殼體）的零件圖（如圖2.1）所示，加工端面和孔的工藝過程。 加工孔的主要技術(shù)要求。 加工的孔直徑要求是Φ400。 孔Φ12與底面的平行度公差為0.1mm。 工件材料為45#，孔與面的垂直度為0.2，兩個端面的平行度為0.2 要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量6萬件，單班制生產(chǎn) (2) 工藝分析 加工中心孔時，孔的位置度公差為0.1mm 根據(jù)組合機床用的工藝方法及能達(dá)到的經(jīng)濟精度，可采用如下的加工方案。 (3) 定位基準(zhǔn)及夾緊點的選擇 加工此工件的孔，以底面和側(cè)面的限制五個自由度，再以兩個支承釘限制一個自由度，工件被完全定位。 在保證加工精度的情況下，提高生產(chǎn)效率減輕工人勞動量，而工件也是大批量生產(chǎn)，由于夾具在本設(shè)計中沒有考慮，因此在設(shè)計時就認(rèn)為是人工夾緊。 2.2.2.確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案 (1)被加工零件的加工精度 在機器上被加工零件的組合需要完成的處理操作，并應(yīng)保證加工精度，該方案主要是基于制造機床。后轎殼體加工孔的精度要求高，兩端面的光潔度，高度及與孔的位置度要求，都比較高，因此采用鏜孔和車端面的組合機床，工件各孔間的位置精度為0.2mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工時可以在一個安裝工位上對面和孔進(jìn)行一次的精加工。為了加工出表面粗糙度為Ra1.6um的孔。提高原機床的制造精度和精度的工件定位基準(zhǔn)和其他措施，以減少加壓變形。為此，機床進(jìn)給采用液壓系統(tǒng)，人工夾緊。被加工零件圖如圖2.2所示。 圖2.2 被加工零件圖 (2) 被加工零件的特點 這主要是指硬度加工部位的結(jié)構(gòu)和形狀的工件定位表面剛度特性的機床技術(shù)方案的材料，他們有一個重要的對系統(tǒng)的影響的部分。此零件的材料是45#、硬度50HB、孔在整個零件上處于中心部分，孔的直徑為Φ400mm，端面與孔在同一部位，并且同心，零件足夠的剛度，工件的不均勻力，振動，和熱變形的影響可以忽略不計。 一般情況下，孔的中心線與平面平行的定位和需要由一個或多個側(cè)面的框是適當(dāng)?shù)模P式加工工具，立式機適合于處理固定的基準(zhǔn)水平和垂直于參考平面的孔被加工的工件而不宜或高度處理較大的細(xì)長工件安裝不方便。對大型零件采用單工位機床加工較適宜，而小零件大都是多臺加工。 此零件的加工特點是孔的中心線與定位基準(zhǔn)平面是垂直的，并且定位基準(zhǔn)面是水平的，所以孔的中心線相對定位基準(zhǔn)面是垂直的，孔在零件中心，且只有一個孔，加工的端面與孔痛心，因此可以一次加工完，該零件體積較的大，采用單工位加工，因而選擇立式單工位機床。 (3) 零件的生產(chǎn)批量 零件的生產(chǎn)批量是決定采用單工位，多工位，自動線或小批量的生產(chǎn)特點設(shè)計的重要因素，組合機床零部件的生產(chǎn)批次。按設(shè)計要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為年生產(chǎn)量為6萬件，從工件外形及輪廓尺寸，為了方便工人操作，減少操作和裝夾的時間，采用單軸頭，為了減少機床臺數(shù)，此兩工序盡量在一臺機床上完成，以提高利用率。 (4) 機床使用條件 使用組合機床對車間布置情況、工序間的聯(lián)系、使用組合機床工廠布局，工藝技術(shù)能力之間的聯(lián)系，使用技術(shù)能力和自然條件有一定的要求。 綜合以上所述：通過對后轎殼體零件的結(jié)構(gòu)特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術(shù)要求、定位、夾緊方式、工藝方法，并定出影響機床的總體布局和技術(shù)性能等方面的考慮，最終決定設(shè)計單軸頭單工位機床。 2.3.確定切削用量及選擇刀具 2.3.1.確定工序間余量 合理地確定工序余量，才能使加工過程順利進(jìn)行同時又能保證穩(wěn)定的加工精度。生產(chǎn)中常用查表給出的組合機床對孔加工的工序余量，由于在本機床上一次加工完成，孔在加工前的余量已經(jīng)確定為2~3mm。 2.3.2.選擇切削用量 確定了在組合機床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。因為所設(shè)計的單軸的加工組合機床，在大多數(shù)情況下，對于切削用量，它比一般通用機床單刀加工低30%左右．主軸箱上所有刀具共用一個進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動力滑臺，工作時，要求所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進(jìn)給量（mm/min）應(yīng)是適合所有刀具的平均值。因此，為了與其適應(yīng)，同一主軸箱上的刀具主軸可設(shè)計成不同的轉(zhuǎn)速和不同的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r），以滿足不同直徑的加工需要。 即： ·=·=…=·= 式中：… ——各主軸轉(zhuǎn)速（r/min） … ——各主軸進(jìn)給量（mm/r） ——動力滑臺每分鐘進(jìn)給量（mm/min） 由于后轎殼體孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求都是相同的。按照經(jīng)濟地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：進(jìn)給量f=0.2mm/r切削速度v=20m/min，背吃刀量ap=0.5mm。 2.3.3.確定切削力、切削扭矩、切削功率 根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度v及進(jìn)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，用以確定主軸及其它傳動件（齒輪，傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以確定主傳動電動（一般指動力箱）功率，通過查表計算如下： 布氏硬度：HB=50HB Ф400孔 切削扭矩：T=80.6D f0.68 ap0.79 HB0.6 =80.6×4000.83×0.20.68×0.50.79×500.6 =82272N·mm 切削力：F=0.6T/D =0.6×82272/400 =123.408N 切削功率：= =82272×20/(9740×3.14×400) =0.1345Kw Ф480的端面 切削扭矩：T=80.6D f0.68 ap 0.79HB0.6 =80.6×480×0.20.68×0.50.79×500.6 =97138.91N/mm 切削力：F=0.6T/D =0.6×97138.91/480 =121.236N 切削功率：= =97138.91×20/(9740×3.14×480) =0.1323Kw 式中：HB——布氏硬度 F——切削力（N） D——鉆頭直徑（mm） f——每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r） T——切削扭矩(N·mm) V——切削速度（m/min） P——切削功率(kw) 2.3.4.選擇刀具結(jié)構(gòu) 后轎殼體的布氏硬度為50HB，刀具的材料選擇硬質(zhì)合金，為了使工作可靠、便于加工，選擇鏜車組合刀具?？准庸さ毒叩拈L度應(yīng)保證加工終了時刀具螺旋槽尾端與工件側(cè)面有8～10mm的距離，以便排出切屑和刀具磨損后有一定的向前的調(diào)整量。 2.4.組合機床總設(shè)計“三圖一卡”的編制 機床總體設(shè)計的重要內(nèi)容是對單軸頭單工位鉆床工藝方案及配置型式、結(jié)構(gòu)方案的確定的有關(guān)問題。下面就是組合機床加工后轎殼體總體設(shè)計的另一個問題，即總體設(shè)計方案用圖紙的形式表達(dá)——“三圖一卡”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)系尺寸圖、編制生產(chǎn)率卡。 2.4.1.被加工零件工序圖 (1) 被加工零件工序圖的作用及內(nèi)容 被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示一臺組合機床完成的工藝內(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)、夾具部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或成品狀況的圖紙，它不能由用戶提供的圖紙代替，而是在原零件圖基礎(chǔ)上，突出本機床的加工的內(nèi)容，加上必要的說明繪制成的。這是一個組合機床設(shè)計的主要依據(jù)，制造，使用，檢驗和調(diào)整的重要技術(shù)文件的機器。后轎殼體用加工孔組合機床的被加工零件工序圖如2.4所示。 圖上主要內(nèi)容： 1）被加工零件的形狀，主要外廓尺寸和本機床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技術(shù)要求，以及對上道工序的技術(shù)要求等。 2）本工序所選定的定位基準(zhǔn)、夾緊部位及夾緊方向。 3）如果您需要一個中間處理向?qū)?，該向?qū)?yīng)顯示在工件和中間結(jié)構(gòu)和尺寸的相關(guān)部分，以便檢查工件，夾具，刀具之間的相互干擾是否相互干涉。 4）被加工零件的名稱、編號、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。 (2)繪制被加工零件工序圖的注意事項 1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要突出被本機床的加工內(nèi)容。繪制時，應(yīng)按一定的比例，選擇足夠的視圖及剖視圖，突出加工部位（用粗實線），并把零件輪廓及與機床、夾具設(shè)計有關(guān)部位（用細(xì)實線）表清楚，凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應(yīng)在尺寸數(shù)值下方面用粗實線標(biāo)記。如圖2.2中加工用的定位基準(zhǔn)，夾壓位置及方向，輔助支承均須用規(guī)定的符號表示出來。 圖2.4 被加工零件工序圖 附注：1.被加工零件名稱及編號：后轎殼體； 2.材料及硬度：45#，50HB； 2）加工部位的位置尺寸應(yīng)由定位基準(zhǔn)注起，為便于加工及檢查，尺寸應(yīng)采用直角坐標(biāo)系標(biāo)出。 2.4.2.加工示意圖 (1)加工示意圖的作用和內(nèi)容 加工示意圖是被加工零件工藝方案在圖樣上的反映，表示被加工零件在機床上的加工過程，刀具的布置以及工件、夾具、刀具的相對位置關(guān)系，機床的工作行程及工作循環(huán)等，是刀具、夾具、多軸箱、電氣和液壓系統(tǒng)設(shè)計選擇動力部件的主要依據(jù)，是整臺組合機床布局形式的原始要求，也是調(diào)整機床和刀具所必需的重要文件。圖2.5為后轎殼體車端面及鏜中心孔的立式機床加工示意圖。 在圖上應(yīng)標(biāo)注的內(nèi)容： 1）機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。 2）工件、夾具、刀具及多軸箱端面之間的距離等。 3）主軸的結(jié)構(gòu)類型，尺寸及外伸長度；刀具類型，數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸、接桿、導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)尺寸；刀具與導(dǎo)向裝置的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式，刀具應(yīng)按加工終了位置繪制。 (2)繪制加工示意圖之前的有關(guān)計算 1）刀具的選擇 刀具選擇考慮加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生產(chǎn)率要求等因素。刀具的選擇前已述及，此處就不在追述了。 2）初定主軸類型、尺寸、外伸長度 因為軸的材料為40Cr，剪切彈性模量G=81.0GPa,剛性主軸取ψ＝1／4（0）／m,所以B取2.316， 根據(jù)剛性條件計算主軸的直徑為： dB=47.67mm 式中：d——軸直徑（mm） T——軸所承受的轉(zhuǎn)矩（N·mm） B——系數(shù) 本設(shè)計中所有主軸直徑取d=50mm,主軸外伸長度為：L=100mm，D/為20/12，內(nèi)孔長度為：l1 =45mm. 3）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸 從保證加工終了時殼體端面到工件端面間距離最小來確定全部聯(lián)系尺寸，加工示意圖聯(lián)系尺寸的標(biāo)注如圖2.6所示。其中最重要的聯(lián)系尺寸即工件端面到多軸箱端面之間的距離（圖中的尺寸246mm）,它等于刀具懸伸長度、螺母厚度、主軸外伸長度之和，再減去加工孔深度和切出值。 4）工作進(jìn)給長度的確定 如圖2.6工作進(jìn)給長度應(yīng)等于工件加工部位長度L與刀具切入長度和切出長度之和。切入長度應(yīng)根據(jù)工件端面誤差情況在5～10mm之間選擇，誤差大時取大值，因此取=5mm，切出長度=5+0.3×12=5+3.6 9mm,所以=5+44+9=58mm。 5）快進(jìn)長度的確定 考慮實際加工情況，在未加工之前，保證工件表面與刀尖之間有足夠的工作空間，也就是快速退回行程須保證所有刀具均退回而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為200mm，快退長度等于快速引進(jìn)與工作工進(jìn)之和，因此快進(jìn)長度200－58=144mm。 圖2.6 工作進(jìn)給長度 2.4.3.機床聯(lián)系尺寸圖 (1)聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容 一般來說，組合機床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件——動力箱、動力滑臺、滑臺上加上專用部件——多軸箱、刀、輔具系統(tǒng)、液、電、潤滑系統(tǒng)組合而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配和運動關(guān)系，以檢驗機床各部件的相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足要求，通用部件的選擇是否合適，并為進(jìn)一步開展主軸箱、夾具等專用部件、零件的設(shè)計提供依據(jù)。聯(lián)系的尺寸也可以被看作是一個工具，以簡化的機器類型和結(jié)構(gòu)的總體布局的整體圖。 如圖2－5所示，機床聯(lián)系尺寸圖的內(nèi)容包括機床的布局形式，通用部件的型號、規(guī)格、動力部件的運動尺寸和所用電動機的主要參數(shù)、工件與各部件間的主要聯(lián)系尺寸，專用部件的輪廓尺寸等。 圖2.7 機床聯(lián)系尺寸圖 (2)選用動力部件 選用動力部件主要選擇型號、規(guī)格合適的動力滑臺、動力箱。 1）滑 臺的選用 通常情況下，根據(jù)滑臺的驅(qū)動的方法，所需要的進(jìn)給力，進(jìn)給速率，最大行程長度和加工精度及其他因素來選擇相應(yīng)的滑道。 2）驅(qū)動形式的確定 基于液壓和機械滑臺滑道比較的性能特點，并結(jié)合具體處理要求、使用條件選擇使用HY系列液壓滑臺。 3）確定軸向進(jìn)給力 滑臺所需的進(jìn)給力: =∑=3×1071.79=3215.37N 式中：——各主軸加工時所產(chǎn)生的軸向力 由于滑臺工作時，除了主軸軸克服的力，而且還克服移動時產(chǎn)生的滑動摩擦力。因而選擇滑臺的最大進(jìn)給力應(yīng)大于＝3.3KN。 4）確定進(jìn)給速度 液壓滑臺的工作進(jìn)給速度規(guī)定一定范圍內(nèi)無級調(diào)速，對液壓滑臺確定切削用量時所規(guī)定的工作進(jìn)給速度應(yīng)大于滑臺最小工作進(jìn)給速度的0.5～1倍;液壓進(jìn)給系統(tǒng)中采用應(yīng)力繼電器時，實際進(jìn)給速度應(yīng)更大一些。本系統(tǒng)中進(jìn)給速度=n·f=127.4mm/min。所以選擇HY32IA液壓滑臺，工作進(jìn)給速度范圍32～800mm/min，快速速度12m/min。 5）確定滑臺行程 滑臺的行程除保證足夠的工作行程外，還應(yīng)留有前備量和后備量。前備量的作用是動力部件有一定的向前移動的余地，以彌補機床的制造誤差以及刀具磨損后能向前調(diào)整。本系統(tǒng)前備量為20mm，后備量的作用是使動力部件有一定的向后移動的余地，為方便裝卸刀具，這里取80mm,所以滑臺總行程應(yīng)大于工作行程，前備量，后備量之和。 即：行程L＞100+20+80=200mm，取L＝250mm。綜合上述條件，確定液壓動力滑臺型號HY32IA，液壓缸型號為DG-J40*SCE。 6）通過下式估計動力箱的選用，動力箱選用的主要依據(jù)是單軸所需的電動機功率，在單軸箱沒有設(shè)計之前，可以計算： ＝／η ＝（0.1345+0.1323）／0.8 ＝0.39KW 式中：η——多軸箱傳動效率，加工黑色金屬時η＝0.8～0.9；有色金屬時η＝0.7～0.8，本系統(tǒng)加工ZL101 ，取η＝0.7． 動力箱的電動機功率應(yīng)大于計算功率，并結(jié)合主軸要求的轉(zhuǎn)速大小選擇。因此，選用電動機型號為Y90S—4的1TD25IA型動力箱，動力箱輸出軸至箱底面高度為84mm。主要技術(shù)參數(shù)如下表： 表2-1 Y90S—4主電機技術(shù)參數(shù)表 主電機傳動型號 電機轉(zhuǎn)速(r/min) 輸出轉(zhuǎn)速(r/min) 主電機功率 (kw) 配套主軸部件型號 Y90S-4 1400 637 1.1 1TA32、1TA32M、1TZ32 (3)確定裝料高度 裝料高度指工件安裝基面至機床底面的垂直距離，在現(xiàn)階段設(shè)計組合機床時，裝料高度可視具體情況在H＝580～1060mm之間選取，本系統(tǒng)取裝料高度為800mm。 (4)中間底座輪廓尺寸 中間底座的輪廓尺寸要夾具在其上面聯(lián)接安裝的需要。因此，中間底座采用1992×1245×600。 (5)側(cè)底座輪廓尺寸 側(cè)底座是用來裝液壓動力滑臺的，考慮到成本和生產(chǎn)決定選用標(biāo)準(zhǔn)側(cè)底座，這里選用STH系列側(cè)底座，尺寸為2010×1833.5×300 (6)確定多軸箱輪廓尺寸 本機床配置的單軸箱總厚度為300mm，單軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=300 H=264 根據(jù)上述計算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定主軸箱輪廓尺寸B×H=300×264mm。 2.4.4.生產(chǎn)率計算卡 生產(chǎn)率計算卡是反映所設(shè)計機床的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、生產(chǎn)率、負(fù)荷率等技術(shù)文件，通過生產(chǎn)率計算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產(chǎn)率及負(fù)荷率的要求。計算如下： 切削時間： T切=L/vf+t停 =58/127.4＋15/637 =0.46 min 式中：T切——機加工時間（min） L——工進(jìn)行程長度（mm） vf—— 刀具進(jìn)給量（mm/min） 輔助時間： T輔= +t移+t裝 =（142＋200）/12000+0.024+1.5 =1.553min 式中：L3、L4 ——分別為動力部件快進(jìn)、快退長度（mm） vfk ——快速移動速度（mm/min） t停留 ——滑臺停留時間（min） t裝 ——裝卸工件時間（min）一般為1.5～5.0min,取5.0min 機床理想生產(chǎn)率： Q0 =60/T單 =60/（T切+T輔） =60/（0.46+1.553） =29.8件/h 機床負(fù)荷率按下式計算： η= Q1/Q0×100% = Q1tk/A×100% =60000/2400/29.8×100% =83.9% 式中：Q——機床的理想生產(chǎn)率（件/h） A——年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件） tk——年工作時間，單班制工作時間tk =2400h 被加工 零件 圖號 1601A-093 毛坯種類 鍛件 名稱 后轎殼體 毛坯重量 材料 45# 硬度 50HB 工序名稱 加工后轎殼體孔 工序號 工時/min 序號 工步 名稱 工作行程/mm 切速/（m·min-1） 進(jìn)給量/（mm·r-1） 進(jìn)給量/（mm·min-1） 工進(jìn)時間 輔助時間 1 安裝工件 0.5 2 工件定位夾緊 0.25 3 快進(jìn) 142 12000 0.012 4 工進(jìn) 58 20 0.2 127.4 0.46 5 暫停 0.024 6 快退 200 12000 0.017 7 工件松開 0.25 8 卸下工件 0.5 生產(chǎn)率計算卡續(xù) 生產(chǎn)率計算卡 備注 1、主軸轉(zhuǎn)速637r/min 2、一次安裝加工完一個工件 累計 0.46 1.553 單件總工時 2.013 機床生產(chǎn)率 25 件/h 理論生產(chǎn)率 29.8件/h 負(fù)荷率 83.9% 第三章、夾具設(shè)計 機床夾具設(shè)計在組合機床設(shè)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。 本夾具主要是用來加孔和面，整個需要加工的孔的位置尺寸用機床和夾具就能直接保證。因此，在此處理過程中，主要應(yīng)考慮如何保證平行度要求的前題下，提高勞動生產(chǎn)率，減輕勞動強度。為了很好利用工廠實際設(shè)備和提高生產(chǎn)率，設(shè)計專用夾具進(jìn)行加工。 3.1.機床夾具的概述 3.1.1.機床夾具的組成 (1)定位元件的定位裝置，用于確定的組成部件或設(shè)備，如V形塊，定位銷，所有的夾具定位元件，這是實現(xiàn)基本功能的夾具組件。 (2)夾緊元件和夾緊裝置，用于固定工件，以獲得正確的位置的元件或組件。出臺后的工件在夾具中加工前的工件必須夾緊在加工過程中的切割力沒有離開動作已經(jīng)定位，有時用的元素不僅定位，而且還具有擰緊的雙重效果。 (3)夾具體也稱為夾具本體，用于將各種元件，裝置連于一體，并通過它將整個夾具安裝在機床上，一般采用鑄鐵制造，它是保證夾具的剛度和改善夾具動力學(xué)特性的重要部分。如果夾具體的剛性，是不好的，則處理將引起大的變形和振動，從而在一個大的加工誤差。 3.1.2.機床夾具的類型 許多不同類型的夾具，形狀各不相同，為了方便設(shè)計和制造根據(jù)一個屬性，如按照所使用的機床一般可分為：車床夾具，銑床夾具，座標(biāo)鏜床，磨床夾具和鉆夾具。 3.2.工件結(jié)構(gòu)特點分析 在對后轎殼體結(jié)構(gòu)及所要求加工的孔所處的特殊位置進(jìn)行分析后，要達(dá)到要求的精度并不困難，可以采用支承板，以底面為主定位面，保證孔與底面之間的平行度要求。 3.3.工件定位方案和定位元件的設(shè)計 在夾具中的工件和夾具的一部分的位置，以確定的相對位置的定位元件和導(dǎo)向元件或裝置，以確保刀具相對于工件和刀具的位置精度，以滿足加工要求，定位必須要通過在夾具中的工件的定位元件，和6個工件的定位原理，有限的自由。本夾具采用了一平面和兩個支承釘定位，其中底平面限制了三個自由度分別是繞X軸的轉(zhuǎn)動、繞Y軸的轉(zhuǎn)動、沿Z軸方向的移動；側(cè)平面限制了兩個自由度分別為繞Z軸的轉(zhuǎn)動、沿X軸的移動；支承釘限制了一個沿Y軸的自由度。 3.4.夾緊方案和夾緊元件的設(shè)計 工件在切削過程中切削力，慣性力等，它是必要的，以確保定位夾具，一般是通過夾緊元件夾緊裝置中，中間力傳遞機構(gòu)和電源裝置形成。夾緊元件的夾緊是執(zhí)行的最后一個元件，是直接接觸的部分，以完成擰緊。中間傳力機構(gòu)是中間力傳遞功率被發(fā)送到信源裝置的夾緊力來執(zhí)行的夾緊元件，可以改變大小的夾緊力，夾緊方向，并具有自鎖性能。動力裝置是產(chǎn)生夾緊力的動力源，所產(chǎn)生的力稱為原始力。 夾緊裝置在夾緊過程中有一定的要求： (1)夾緊裝置應(yīng)保證工件定位，而不能破壞工件的定位。 (2)夾緊力的大小應(yīng)能保證工件在加工時的位置不變，同時又不能使工件產(chǎn)生變形。 (3)夾緊力的方向應(yīng)和切削力方向相應(yīng)，使夾緊力減小。 (4)夾緊裝置的動作應(yīng)迅速、方便、安全。 (5)夾緊裝置的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、合理、制造方便。 由于該道工序是加工孔和面，此零件屬于大批量生產(chǎn)，并且切削力較小，所以力求夾具設(shè)計簡單，加緊快速，降低成本的原則。 3.5.夾具的性能及優(yōu)點 （1）剛性好 該夾具在高轉(zhuǎn)速、小吃刀的情況下不會產(chǎn)生振動，整個機構(gòu)不存在剛性不足、夾不緊現(xiàn)象。 2）應(yīng)用范圍廣 此夾具調(diào)整定位基準(zhǔn)的位置，可以加工不同尺寸的同類產(chǎn)品，通用性好。 （3）精度保證較高 使用加工過的底面做定位基準(zhǔn)，有效地保證了被加工零件的位置精度。定位精度高于0.1mm。 3.6.夾具體的設(shè)計 夾具體的設(shè)計是整個夾具的基礎(chǔ)零件，定位元件、夾緊裝置、連接元件、導(dǎo)向元件或?qū)Φ堆b置等都要求裝在它上面，因此夾具體是一個復(fù)雜而又重要的零件，而且必須滿足一定的要求： （1）夾具體要有足夠的剛度，承受夾緊力及加工時的切削力，一般夾具體為鑄件，但也可是焊接件。 （2）夾具體一般應(yīng)考慮搬運的吊裝問題，以方便夾具的安裝對于小規(guī)模當(dāng)然可以不考慮吊裝，但也應(yīng)該考慮搬運的問題。 （3）夾具體上應(yīng)考慮排屑和清理切屑方便。 （4）夾具體的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)考慮夾具體的穩(wěn)定性，夾具底面可以做的稍大些。 （5）由于夾具體一般都比較復(fù)雜，故要考慮結(jié)構(gòu)工藝性，對加工和安裝都應(yīng)該合理、方便。 3.7.誤差的分析與計算 該夾具以底平面、側(cè)面為定位基準(zhǔn)，要求保證孔軸線與底面間的平行度。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的工序公差。 Ф400孔軸線與底面為線性尺寸一般公差。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，由《互換性與技術(shù)測量》表可知： 取（中等級）即 ：尺寸偏差為 由《機床夾具設(shè)計手冊》可得： （1）定位誤差（兩個垂直平面定位）： （2）夾緊誤差 ： 其中接觸變形位移值： （3）磨損造成的加工誤差：通常不超過 （4）夾具相對刀具位置誤差：取 誤差總和： 從以上的分析可見，所設(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求。 3.8.夾具精度分析計算 夾具精度計算是一個非常重要的部分，它是符合測試夾具零件加工要求。使用夾具工件在機床上，機床，裝置，部件，工具等，以形成一個封閉的處理系統(tǒng)，它們之間的聯(lián)系，并最終形成工件和刀具之間的正確的位置，從而保證工序尺寸的要求。這些聯(lián)系環(huán)節(jié)中的任何誤差，都將以加工誤差的形式直接影響工件的加工精度，這些誤差主要有： （1）因工件在夾具中定位不準(zhǔn)確，使工件的原始基準(zhǔn)偏離規(guī)定位置而產(chǎn)生工件定位誤差Δdw。 （2）因夾具在機床上安裝不準(zhǔn)確，使夾具的安裝面偏離規(guī)定位置而產(chǎn)生夾具安裝誤差Δa。 （3）因刀具相對夾具位置不準(zhǔn)確，或刀具與對刀元件之間的配合間隙引起的對刀誤差Δt。 （4）因機床精度、刀具制造精度和磨損，加工調(diào)整、加工變形等因素引起的與加工方法有關(guān)的加工方法誤差Δg。 為了使夾具能加工出合格的工件，上述各項誤差的總和應(yīng)不超過工序尺寸（或位置要求）的公差Δk。即 上式稱為誤差計算不等式，其中各項誤差都是在工序尺寸方向上的分量，如果工序尺寸（包括位置精度要求）不止一個，則只有在每個工序尺寸的誤差計算不等式都能滿足要求時，所設(shè)計的夾具才能保證加工要求。 對夾具而言，工件在夾具中的定位誤差在前面已經(jīng)分析。即Δdw=0.07mm。 夾具的安裝誤差Δa，夾具的安裝誤差是夾具在機床上安裝時，因夾具的安裝面偏離了規(guī)定的位置，從而使原始基準(zhǔn)發(fā)生移動而在工序尺寸產(chǎn)生的偏差，安裝誤差Δa=0.005mm。 刀具位置誤差Δt的確定，刀具位置誤差是刀具相對于夾具位置不準(zhǔn)確引起的誤差，或刀具與對刀元件間的配合間隙引起的對刀誤差，這項誤差又稱刀具調(diào)整誤差，則Δt=0.07mm。 加工方法誤差Δg，因為加工方法誤差具有很大的偶然性，很難進(jìn)行精確的計算，因此常?。?/3~1/2）Δk作為加工方法和精度儲備之用，則Δg=1/3×0.62=0.21m。 所以,按概率法相加得 經(jīng)過計算則這個定位方式是可行的，滿足夾具精度要求，整個夾具設(shè)計合理。 第四章、結(jié)論與展望 4.1結(jié)論 通過機床總體設(shè)計及夾具的設(shè)計，基本完成了本次課題——后轎殼體組合機床及專用夾具的設(shè)計。設(shè)計過程中，參照相關(guān)資料，對每個步驟都反復(fù)思考驗證。由整個設(shè)計論證得到的結(jié)論：該組合機床保證了加工精度、技術(shù)要求及生產(chǎn)效率；同時機床的操作、維護、修理方便，排屑情況良好，滿足設(shè)計的要求。 4.2.足之處及未來展望 由于其組合機床自動線是一家綜合性的高科技產(chǎn)品，根據(jù)特定技術(shù)的特殊要求而設(shè)計的，其中涉及加工工藝，刀具，測量，控制，診斷監(jiān)測，清洗，組裝和泄漏檢測和其他技術(shù)。組合機床和自動線整體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國家相對落后，一些國內(nèi)機床和自動線幾乎全部從國外進(jìn)口所需的高級別。工藝裝備的大量進(jìn)口勢必導(dǎo)致導(dǎo)致大量進(jìn)口設(shè)備，以擴大投資規(guī)模，并增加生產(chǎn)成本。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)，新工藝，開發(fā)新產(chǎn)品，從過去的“剛性”的機器結(jié)構(gòu)向“靈活”的方向發(fā)展，以滿足用戶的需求，真正成為剛性和柔性兼?zhèn)涞淖詣踊脑O(shè)備。 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。 致 謝 本論文是在指導(dǎo)老師的精心指點下完成的，為此過老師傾注了大量的心血。我能夠完成論文的撰寫，離不開過老師在學(xué)習(xí)上對我的悉心教導(dǎo)。在這半年的時間里，他給了我多方面的鍛煉機會，使我的個人的能力得到了很大的提高。過老師開闊的視野、淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度深深影響了我，并將使我終身受益。教書育人，從過老師身上，我學(xué)到的不僅僅是寶貴的知識，而且還有許多做人的道理。在這里，我向恩師致以最衷心的謝意！ 同時，我還要感謝我的父母、朋友以及機械班的同學(xué)，他們也給予我巨大的支持和幫助，我衷心感謝他們。 參考文獻(xiàn) 1.孫傳有. 1511M型織機皮圈架的改進(jìn)[J]. 上海紡織科技, 1980: 1-2. 2.黃如林, 汪群. 金屬加工工藝及工裝設(shè)計[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2006: 5. 3.關(guān)慧貞, 馮辛安. 機械制造裝備設(shè)計[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2009: 5. 4.邱宣懷. 機械設(shè)計[M]. 北京: 高等教育出版社, 1997. 5.張鐵華. 液壓傳動與氣壓傳動[M]. 成都: 華中科技大學(xué)出版社, 2000. 6.成大先. 械設(shè)計手冊第四版[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2002. 7.王光斗, 王春福. 機床夾具設(shè)計手冊[M]. 上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2000. 8.陳立德. 工裝設(shè)計[M]. 上海: 上海交通大學(xué)出版社, 1986. 9.李育錫. 機械設(shè)計課程設(shè)計[M]. 北京: 高等教育出版社, 2008. 10.孫波. 機械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計寶典[M]. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2008. 11.Robert J Fundamentalisms of Robotics—Analysis and Control [M]. 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