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鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009
目錄
1 前言 1
2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 3
2.1 總體方案論證 3
2.1.1 工藝路線的確定 3
2.1.2 機(jī)床總體布局的確定 3
2.1.3 滑臺(tái)型式的選擇 3
2.2 切削用量的確定及刀具選擇 4
2.2.1 切削用量選擇 4
2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率的計(jì)算 5
2.3 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)—三圖一卡 6
2.3.1 被加工零件工序圖 6
2.3.2 加工示意圖 7
2.3.3 機(jī)床尺寸聯(lián)系總圖 10
2.3.4 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡 14
3 組合機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 18
3.1 夾具的設(shè)計(jì)要求與選型 18
3.1.1 夾具設(shè)計(jì)的基本要求 18
3.1.2 夾具的選型 18
3.1.3 夾具設(shè)計(jì)的步驟 19
3.2 定位方案的確定 19
3.2.1 零件的工藝性分析 19
3.2.2 定位方案確定 20
3.3 定位元件和夾緊元件的設(shè)計(jì)計(jì)算 22
3.3.1 定位元件的設(shè)計(jì)計(jì)算 22
3.4 夾緊方案的確定 24
3.4.1 夾緊裝置的確定 24
3.4.2 夾緊方案論證 24
3.4.3 夾緊力的確定 25
3.5 液壓驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 26
3.5.1 液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 26
3.5.2 活塞的設(shè)計(jì)選擇 26
3.5.3 活塞桿的設(shè)計(jì)選擇 26
3.5.4 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)選擇 27
3.5.5 密封元件的設(shè)計(jì)選擇 27
3.6 誤差分析 27
3.7 校核加工精度 28
3.8 夾具體的設(shè)計(jì) 28
4 結(jié)論 30
致 謝 31
參考文獻(xiàn) 32
附 錄 33
1 前言
組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效專用機(jī)床。這種機(jī)床既具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度較高等特點(diǎn)，又具有一定的重新調(diào)整能力，以適應(yīng)工件變化的需要，它還可以對(duì)工件進(jìn)行多面、多主軸同時(shí)加工。組合機(jī)床應(yīng)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)件，降低制造成本，同時(shí)需考慮實(shí)際生產(chǎn)條件，并從機(jī)床的合理性、經(jīng)濟(jì)性、工藝性、實(shí)用性及對(duì)被加工零件的具體要求出發(fā)，確定設(shè)計(jì)方案。
組合機(jī)床及其自動(dòng)化是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)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(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對(duì)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(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機(jī)床的分類繁多，有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)式組合機(jī)床等；隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來越受到人們的青睞，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外，近年來組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)（清洗機(jī)、裝配機(jī)、綜合測(cè)量機(jī)、試驗(yàn)機(jī)、輸送線）等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來越大?，F(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20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。這些因素有力地推動(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。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是雙孔支架鏜鉸組合機(jī)床設(shè)計(jì)，課題來源于工廠。本課題由3人來進(jìn)行設(shè)計(jì)，本人主要進(jìn)行對(duì)雙孔支架零件鏜鉸孔加工的組合機(jī)床夾具設(shè)計(jì)。在對(duì)組合機(jī)床的夾具設(shè)計(jì)之前，需對(duì)被加工零件孔的分布情況及所要達(dá)到的技術(shù)要求進(jìn)行具體分析，如各部件尺寸、材料、形狀、硬度及加工精度和表面粗糙度等內(nèi)容。充分了解組合機(jī)床的特點(diǎn)，通過分析進(jìn)行機(jī)床的總體方案設(shè)計(jì)。首先是總體方案論證，組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)的具體工作是編制“三圖一卡”，即繪制被加工零件圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖，編制生產(chǎn)率計(jì)算卡。其次是部件設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)，在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，需要繪制夾具裝配圖，選擇動(dòng)力箱的規(guī)格、型號(hào)，選擇切削用量，計(jì)算切削功率，確定定位夾緊方案，校核加工精度等。還需對(duì)夾具體，支架及附件的設(shè)計(jì)。在夾具設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的主要思路是把原有的多道工序的單孔加工改為兩孔同時(shí)加工，這樣設(shè)計(jì)主要是為了解決由多次裝夾引起的定位誤差問題，保證孔的位置精度。
機(jī)床采用兩零件四孔同時(shí)加工的方案，加工和裝配的工藝性好，零件裝夾方便。采用機(jī)械滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)刀具進(jìn)給，借助導(dǎo)套引導(dǎo)刀具實(shí)現(xiàn)精度穩(wěn)定的加工。主軸采用標(biāo)準(zhǔn)主軸，選用標(biāo)準(zhǔn)刀具，使得工序集中。實(shí)現(xiàn)工件在一次裝夾時(shí)四孔同時(shí)加工，這樣利于保證各面和各孔相互間的位置精度要求。本組合機(jī)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(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率；適用性較強(qiáng)。
2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)
針對(duì)雙孔支架，在確定加工工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行總體方案對(duì)比論證。設(shè)計(jì)組合機(jī)床“三圖一卡”，其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產(chǎn)率計(jì)算卡等。組合機(jī)床是針對(duì)被加工零件的特點(diǎn)及工藝要求，按工序集中的原則設(shè)計(jì)的一種高效率專用機(jī)床。在設(shè)計(jì)組合機(jī)床時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)雙孔支架上兩孔的位置精度、表面粗糙度及其他技術(shù)要求，確定被加工零件是否可以利用組合機(jī)床加工以及采用組合機(jī)床加工是否合理的問題。如果確定可以利用組合機(jī)床加工，為使加工過程順利進(jìn)行，并達(dá)到要求的生產(chǎn)率，在分析被加工零件加工工藝資料的基礎(chǔ)上，應(yīng)考慮影響制定零件工藝方案、機(jī)床配置型式、結(jié)構(gòu)方案等因素，然后進(jìn)行分析比較，以確定被加工零件在組合機(jī)床上合理可行的加工方法、確定工序間加工余量、選擇合適的切削用量、相應(yīng)的刀具結(jié)構(gòu)、確定機(jī)床配置型式等等。
2.1 總體方案論證
2.1.1工藝路線的確定
被加工零件為雙孔支架，材料是Q235,硬度HB156，薄壁零件，共計(jì)有兩個(gè)孔需要加工。根據(jù)先粗后精原則，對(duì)雙孔支架零件的工藝路線作如下設(shè)計(jì)：
工序1 半精鏜孔Φ19.8
半精鏜孔Φ33.7
刮零件孔Φ33.7端面,表面粗糙度為6.3
工序2 精鉸Φ20孔表面粗糙度為1.6
精鉸Φ34孔表面粗糙度為1.6
锪Φ34孔的另一端面, 表面粗糙度為6.3
工序3 最終檢驗(yàn)。
各孔的位置精度及具體要求詳見雙孔支架的零件圖。
2.1.2機(jī)床總體布局的確定
機(jī)床的配置型式有立式和臥式兩種。
立式機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，自由度大，操作方便，其缺點(diǎn)是機(jī)床重心高，振動(dòng)大。臥式機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)是加工和裝配工藝性好，振動(dòng)小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，機(jī)床重心較低，精度高，安裝方便，其缺點(diǎn)是削弱了床身的剛性，占地面積大。機(jī)床的配置型式在很大程度上取決于被加工零件的大小、形狀及加工部位等因素。
通過以上的比較，針對(duì)雙孔支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和需要被加工的部位考慮鏜鉸工序是主要工序內(nèi)容。為了保證孔的加工精度和符合被加工零件的加工特點(diǎn)， 我們選擇用臥式組合機(jī)床。
2.1.3滑臺(tái)型式的選擇
滑臺(tái)型式一般分為液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)，液壓滑臺(tái)與機(jī)械滑臺(tái)由于采用的傳動(dòng)裝置不同，因而在性能、使用及維修等方面各有特點(diǎn)。目前，這兩種滑臺(tái)都得到廣泛的應(yīng)用。
根據(jù)文獻(xiàn)[3]，它們的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下：
表2-1 液壓滑臺(tái)與機(jī)械滑臺(tái)的優(yōu)缺點(diǎn)
液壓滑臺(tái)
機(jī)械滑臺(tái)
優(yōu)
點(diǎn)
1.在相當(dāng)大的范圍內(nèi)進(jìn)給量可以無級(jí)調(diào)速。
1.進(jìn)給量穩(wěn)定，慢速無爬行，高速無振動(dòng)，可以降低加工工件的表面粗糙度。
2.可以獲得較大的進(jìn)給力。
2.具有較好的抗沖擊能力，斷續(xù)切削、鉆頭鉆通孔將要出口時(shí)，不會(huì)因沖擊而損壞刀具。
3.由于液壓驅(qū)動(dòng)零件磨損小，使用壽命長。
3.運(yùn)行安全可靠，易發(fā)現(xiàn)故障，調(diào)整維修方便。
4.工藝上要求多次進(jìn)給時(shí)，通過液壓換向閥，很容易實(shí)現(xiàn)。
4.沒有液壓驅(qū)動(dòng)管路泄露、噪聲和液壓站占地的問題。
5.過載保護(hù)簡(jiǎn)單可靠。
6.由行程調(diào)速閥來控制滑臺(tái)的快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，轉(zhuǎn)換精度高，工作可靠。
缺
點(diǎn)
1.進(jìn)給量由于載荷的變化和溫度的影響而不夠穩(wěn)定。
1.只能有級(jí)變速，變速比較麻煩。
2.液壓系統(tǒng)的漏油影響工作環(huán)境，浪費(fèi)能源。
2.一般沒有可靠的過載保護(hù)。
3.調(diào)整維修比較麻煩。
3.快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)換位置精度較低。
經(jīng)比較，本組合機(jī)床選用機(jī)械滑臺(tái)。
2.2 切削用量的確定及刀具選擇
2.2.1 切削用量選擇
在被加工的2個(gè)孔中，既有鏜孔加工又有鉸孔加工，所以選擇切削用量時(shí)應(yīng)綜合考慮。鏜孔切削用量從文獻(xiàn)[1]中選取，鉸孔切削用量從文獻(xiàn)[1]中選取。鏜孔時(shí)，降低進(jìn)給量的目的是為了減小軸向切削力，以避免鏜頭折斷，降低切削速度主要是為了提高刀具壽命[8]。所有刀具都采用硬質(zhì)合金。
對(duì)2個(gè)孔的切削用量選擇：
A.半精鏜孔 Φ19.8
由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為Q235，v=95-135m/min，f>0.15-0.45mm/r中選擇，考慮到刀具壽命以及進(jìn)給速度的一致性，取v=99.5m/mim，f=0.24mm/r，則由文獻(xiàn)[1]的公式，
（2-1）
得： =1000×99.5/19.8π=1600r/min
B.半精鏜孔： Φ33.7
由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料Q235，v=95-135m/min,f>0.15-0.45mm/r中選擇,考慮到刀具壽命以及進(jìn)給速度的一致性，取v=101.6m/min,f=0.39mm/r，則
=1000×101.6/33.7π=960r/min
C．精鉸孔： Φ20±0.036
由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為Q235，V=6-12m/min,f>0.3-0.5mm/r中選，考慮到刀具壽命以及進(jìn)給速度的一致性，取v=7.9m/min,f=0.24mm/r,則
=1000×7.9/20π=125r/min
D．精鉸孔： Φ34±0.012
由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為Q235，V=6-12m/min,f>0.3-0.5mm/r中選，考慮到刀具壽命以及進(jìn)給速度的一致性，取v=8.5m/min,f=0.24mm/r,則
=1000×8.5/34π=80r/min
2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率的計(jì)算
根據(jù)文獻(xiàn)[1]中公式計(jì)算鏜孔
（2-2） （2-3）
（2-4）
（2-5）
其中：F、Fz-切削力（N）；T-切削轉(zhuǎn)矩（N·㎜）；P-切削功率（kW）；v-切削速度（m/min）；f-進(jìn)給量（mm/r）；-切削深度（mm）； D-加工（或鉆頭）直徑（mm）； HB-布氏硬度， 得HB=156。
由以上公式可得：
a. 半精鏜Φ19.8孔：
=1080.7N
N
=10728.8N.mm
=1.757KW
b.半精鏜Φ33.7孔：
=1555.4N
=468.3N
=26281.8N.mm
=2.58KW
2.3組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)—三圖一卡
2.3.1被加工零件工序圖
A.被加工零件工序圖的作用和內(nèi)容
被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案，表示所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床上完成的工藝內(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(zhǔn)、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機(jī)床加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設(shè)計(jì)研制合同外，它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)整和檢驗(yàn)機(jī)床精度的重要文件。被加工零件工序圖是在被加工零件的基礎(chǔ)上，突出本機(jī)床或自動(dòng)線的加工內(nèi)容，并作必要的說明而繪制的。其主要內(nèi)容包括：
a)被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機(jī)床設(shè)計(jì)有關(guān)部位結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。當(dāng)需要設(shè)置中間導(dǎo)向時(shí)，則應(yīng)把設(shè)置中間導(dǎo)向臨近的工件內(nèi)部肋、壁布置及有關(guān)結(jié)構(gòu)形狀和尺寸表示清楚，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否相互干涉。
b)本工序所選用的定位基準(zhǔn)、夾壓部位及夾緊方向。以便據(jù)此進(jìn)行夾具的支承、定位、夾緊和導(dǎo)向等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
c)本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術(shù)要求以及對(duì)上道工序的技術(shù)要求。
d)注明被加工零件的名稱、編號(hào)、材料、硬度以及加工部位的余量。
B.繪制被加工零件工序圖的規(guī)定及注意事項(xiàng)
a)繪制被加工零件工序圖的規(guī)定：應(yīng)按一定的比例，繪制足夠的視圖以及剖面；本工序加工部位用粗實(shí)線表示；定位用定位基準(zhǔn)符號(hào)表示，并用下標(biāo)數(shù)表明消除自由度符號(hào)；夾緊用夾緊符號(hào)表示，輔助支承用支承符號(hào)表示。
b)繪制被加工零件工序圖注意事項(xiàng)
本工序加工部位的位置尺寸應(yīng)與定位基準(zhǔn)直接發(fā)生關(guān)系。
當(dāng)本工序有特殊要求時(shí)必須注明。如精鏜孔時(shí)，當(dāng)不允許有退刀痕跡或者允許有某種形狀的刀痕時(shí)必須注明。有如薄壁或孔底部壁薄，加工螺紋時(shí)螺紋底孔深度不夠及能否鉆通等[1]。圖2-1所示為被加工零件工序圖。
2.3.2 加工示意圖
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(jī)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(jī)床各部件間的相對(duì)位置關(guān)系，機(jī)床的工作行程及工作循環(huán)等。
A.導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇
組合機(jī)床鏜孔時(shí)，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的導(dǎo)向裝置來保證的。導(dǎo)向裝置的作用是：保證刀具相對(duì)工件的正確位置；保證刀具相互間的正確位置；提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。
B.確定主軸、尺寸、外伸尺寸
在本課題中，主軸既有用于鏜孔的又有用于鉸孔的，鏜孔選用滾錐軸承主軸，
圖2-1 被加工零件工序圖
鉸孔選用滾珠軸承主軸。鏜孔時(shí)主軸與刀具采用浮動(dòng)卡頭連接，主軸采用短主軸；鉸孔時(shí)采用剛性連接，主軸采用長主軸。
根據(jù)由選定的切削用量計(jì)算得到的切削轉(zhuǎn)矩T，由文獻(xiàn)[3]公式
（2-6）
式中，d表示軸的直徑（㎜）；T表示軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·m）；B表示系數(shù)，本課題中鏜孔主軸為剛性主軸，取B=7.3。
孔徑19.8m：
d≥=23.5mm
孔徑33.7mm：
d≥=29.4mm
考慮到安裝過程中軸的互換性、安裝方便等因素，主軸軸徑均取為50㎜。
根據(jù)主軸類型及初定的主軸軸徑，查文獻(xiàn)[3]可得到主軸外伸尺寸及接桿莫氏圓錐號(hào)。主軸軸徑d=50㎜時(shí)，主軸外伸尺寸為：,L=115㎜；接桿莫氏圓錐號(hào)為4。
C.選擇接桿、浮動(dòng)卡頭
在鉆、擴(kuò)、鉸、锪孔及倒角等加工小孔時(shí)，通常都采用接桿（剛性接桿）。各主軸的外伸長度和刀具均為定值，為保證主軸箱上各刀具能同時(shí)到達(dá)加工終了位置，須采用軸向可調(diào)整的接桿來協(xié)調(diào)各軸的軸向長度，以滿足同時(shí)加工完成孔的要求。
為提高加工精度、減少主軸位置誤差和主軸振擺對(duì)加工精度的影響，在采用長導(dǎo)向或雙導(dǎo)向進(jìn)行鏜、擴(kuò)、鉸孔時(shí)，一般孔的位置精度靠夾具保證。為避免主軸與夾具導(dǎo)套不同而引起的刀桿“別勁”現(xiàn)象影響加工精度，均可采用浮動(dòng)卡頭連接。
所以鉸孔一般采用剛性連接，鏜孔采用浮動(dòng)卡頭連接。
D.動(dòng)力部件工作循環(huán)及行程的確定
a)工作進(jìn)給長度的確定
工作進(jìn)給長度，應(yīng)等于加工部位長度L（多軸加工時(shí)按最長孔計(jì)算）與刀具切入長度和切出長度之和。切入長度一般為5～10㎜，根據(jù)工件端面的誤差情況確定。
鏜孔時(shí)，切出長度一般為5～10mm。
鏜削：
其中一般是取5—10mm現(xiàn)取10mm
切出長度一般取5—10mm現(xiàn)取5mm
L加工部位長度為50mm
所以L=10+50+5=65mm
鉸削：
仍取10mm
取25。因考慮到鉸刀刀刃長度為22，在加上3mm的間隙余量因此要切出25mm然后在停留
現(xiàn)作表如下：
表2-1 進(jìn)給長度表
L
d
左主軸箱
50
10
34
25
85
右主軸箱
50
10
33.7
5
65
b)快速進(jìn)給長度的確定
快速進(jìn)給是指動(dòng)力部件把刀具送到工作進(jìn)給位置，其長度按具體情況確定。初步選定左右主軸箱上刀具的快速進(jìn)給長度分別為250mm、250mm。
c)快速退回長度的確定
快速退回長度等于快速進(jìn)給和工作進(jìn)給長度之和。由已確定的快速進(jìn)給和工作進(jìn)給長度可知，面快速退回長度分別為335mm、315mm。
d)動(dòng)力部件總行程的確定
動(dòng)力部件總行程除了滿足工作循環(huán)向前和向后所需的行程外，還要考慮因刀具磨損或補(bǔ)償制造、安裝誤差，動(dòng)力部件能夠向前調(diào)節(jié)的距離（即前備量）和刀具裝卸以及刀具從接桿中或接桿連同刀具一起從主軸孔中拿出時(shí)，動(dòng)力部件需要后退的距離（刀具退離夾具導(dǎo)套外端面的距離應(yīng)大于接桿插入主軸孔內(nèi)或刀具插入接桿孔的長度，即后備量）。因此，動(dòng)力部件的總行程為快退行程與前后備量之和動(dòng)力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。
左主軸箱前備量取10㎜，后備量取285㎜，則總行程為630㎜。
右主軸箱前備量取10mm，后備量取325㎜，則總行程為650㎜。
圖2-2 加工示意圖
2.3.3機(jī)床尺寸聯(lián)系總圖
機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)，并按初步選定的主要通用部件以及確定的專用部件的總體結(jié)構(gòu)而繪制的。
繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖之前應(yīng)確定的主要內(nèi)容。
A.選擇動(dòng)力部件
a)動(dòng)力箱型號(hào)的選擇
由切削用量計(jì)算得到的各主軸的切削功率的總和，根據(jù)文獻(xiàn)[3]的公式計(jì)算：
（2-7）
式中, —消耗于各主軸的切削功率的總和（Kw）；—多軸箱的傳動(dòng)效率,加工黑色金屬時(shí)取0.8～0.9，加工有色金屬時(shí)取0.7～0.8； 軸數(shù)多、傳動(dòng)復(fù)雜時(shí)取小值，反之取大值。本課題中，被加工零件材料為Q235，屬黑色金屬，又主軸數(shù)量較多、傳動(dòng)復(fù)雜，故取5。
右主軸箱：
則
右主軸箱：
則
為統(tǒng)一右動(dòng)力頭型號(hào)取一樣的，都為1TD50I型。
b)動(dòng)力滑臺(tái)型號(hào)的選擇
根據(jù)選定的切削用量計(jì)算得到的單根主軸的進(jìn)給力，按文獻(xiàn)[3]的公式
（2-8）
計(jì)算。
式中，F(xiàn)i—各主軸所需的軸向切削力，單位為N。
則
右主軸箱
實(shí)際上，為克服滑臺(tái)移動(dòng)引起的摩擦阻力，動(dòng)力滑臺(tái)的進(jìn)給力應(yīng)大于F。又考慮到所需的最小進(jìn)給速度、切削功率、行程、主軸箱輪廓尺寸等因素，為了保證工作的穩(wěn)定性，由文獻(xiàn)[9]選用機(jī)械滑臺(tái)HJ50Ⅱ型，臺(tái)面寬500mm，臺(tái)面長1000mm，滑臺(tái)及滑座總高為360mm，允許最大進(jìn)給力為32000N。
根據(jù)液壓滑臺(tái)的配套要求，滑臺(tái)額定功率應(yīng)大于電機(jī)功率的原則，查文獻(xiàn)[3]得出動(dòng)力箱及電動(dòng)機(jī)的型號(hào),見表2-2。
底座1CC401I型號(hào)，其高度H=560mm，寬度B=600mm，長度L=1350mm。
B.確定機(jī)床裝料高度H
裝料高度是指機(jī)床上工件的定位基準(zhǔn)面到地面的垂直距離。在確定之前，首
表 2-2動(dòng)力箱及電動(dòng)機(jī)的型號(hào)
動(dòng)力箱型號(hào)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
電動(dòng)機(jī)功率(Kw)
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)
輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min)
左主軸箱
1TD63IV
Y160L-6
11
970
485
右主軸箱上
1TD50I
Y132M-4
7.5
1440
720
右主軸箱下
1TD50I
Y132M-4
7.5
1440
720
先要考慮工人操作的方便性，還要考慮車間運(yùn)送共建的滾到高度，工件最低孔的位置，主軸箱最低主軸高度和通用不見的高度尺寸的限制。本課題中，工件最低孔位置h=231.5㎜，主軸箱最低主軸高度h1=260㎜，所選滑臺(tái)與滑座總高h(yuǎn)3=360㎜，側(cè)底座高度h4=560㎜，夾具底座高度h5=165㎜，墊塊高度h6=405㎜，綜合上述因素，該組合機(jī)床裝料高度取H=1130㎜。
C.確定夾具輪廓尺寸
主要確定夾具底座的長、寬、高尺寸。工件的輪廓尺寸和形狀是確定夾具底座輪廓尺寸的基本依據(jù)。具體要考慮布置工件的定位、限位、夾緊機(jī)構(gòu)、刀具導(dǎo)向裝置以及夾具底座排屑和安裝等方面的空間和面積需要。夾具底座的高度尺寸，一方面要保證其有足夠的高度，同時(shí)考慮機(jī)床的裝料高度、排屑的方便性和便于設(shè)置定位、夾緊機(jī)構(gòu)。一般不小于240 mm。本機(jī)床夾具的長度為700mm，寬度為380mm，高度為525mm。圖2-3為夾具尺寸圖。
圖2-3 夾具體尺寸圖
D.確定中間底座尺寸
中間底座的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(jī)床配置形式不同，中間底座有多種形式，如：雙面臥式組合機(jī)床的中間底座，兩側(cè)面都安裝側(cè)底座；三面臥式組合機(jī)床的中間底座為三面安裝側(cè)底座；立式回狀工作臺(tái)式組合機(jī)床，除了安裝立柱外，還需安裝回轉(zhuǎn)工作臺(tái)?？傊?，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(jī)床的配置形式等來確定。因此，中間底座一般按專用部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，但為了不致使組合機(jī)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
確定中間底高度尺寸時(shí)，應(yīng)考慮鐵屑的儲(chǔ)存及排除電氣接線安排，中間底座高度一般不小于540mm。
本機(jī)床確定中間底座高度為560mm。
E.確定底座尺寸
a.底座本身的剛度
a)正確選擇截面的形狀和尺寸
底座承受的載荷主要是彎矩和扭矩,產(chǎn)生的變形主要是彎矩和扭矩的變形.在其他條件相同時(shí),抗彎扭強(qiáng)度與截面慣性有關(guān).同一種材料,截面積相等而形狀不同時(shí)截面慣性矩相差很大,合理選擇截面形狀可提高支撐件本身的剛度.
b)合理布置筋板和筋條
筋板又稱為隔板，筋條又稱為強(qiáng)筋。為了保證支撐有一定的剛度，對(duì)于薄壁封閉截面的支撐件、非金屬封閉截面的支撐件或當(dāng)支撐件截面形狀和尺寸受到機(jī)構(gòu)上的限制的情況下，則在支撐件上用筋板或筋條來提高剛性，其效果比增加壁厚更為顯著。
c)合理開孔和加蓋
支撐件壁上開孔，將降低支撐件剛度，特別是扭轉(zhuǎn)剛度。因開孔對(duì)壁的剛度有影響，因此一般建議開孔應(yīng)沿床壁中心線排列，孔寬一不大于壁寬的0.25倍為宜。
當(dāng)螺釘擰的很緊時(shí)，家蓋可將彎曲剛度恢復(fù)到接近未開孔的程度，而對(duì)提高抗扭剛度無明顯的效果。
b.底座連接處的剛度
底座和其他件連接處的接合面加工不良或連接不牢，受力后將產(chǎn)生較大接觸影響。為了保證一定的接觸剛度，結(jié)合面上的比壓應(yīng)不小于15-20公斤/厘米2，表面光潔度一般為6。當(dāng)?shù)鬃酝咕夁B接時(shí)其接觸剛度決定于螺釘剛度、徒緣剛度和接觸剛度。
適當(dāng)?shù)倪x擇螺釘?shù)某叽绾筒贾寐葆斂商岣呓佑|剛度。從抗彎剛度考慮，螺釘應(yīng)教集中布置在受拉伸的一側(cè)。從抗扭剛度考慮，螺釘應(yīng)均勻分布在四周。在連接螺釘軸線的平面內(nèi)布置筋條也能適當(dāng)?shù)靥岣呓佑|強(qiáng)度。
緊固螺栓的分布和加設(shè)凸緣的加強(qiáng)筋，可使立柱和凸緣的剛度提高50℅；原來用12只螺釘配置兩側(cè)邊不如在立柱均勻分布10只的好；用2個(gè)、4個(gè)、6個(gè)加強(qiáng)筋在立柱兩側(cè)壁加固凸緣，抗扭剛度明顯地提高。增加凸緣厚度不宜過大。
c.底座的局部剛度
床身與導(dǎo)軌連接方式對(duì)局部剛度影響很大。
d.底座的材料
底座件的材料主要有鑄鐵和銅。一般支撐件用鑄鐵制成。在鑄鐵中加入少量合金元素可提高耐磨性。鑄鐵的工藝性能好，容易獲得結(jié)構(gòu)復(fù)雜的支承件。鑄鐵的內(nèi)摩擦大，阻尼作用大，動(dòng)態(tài)剛性好，價(jià)格較便宜。但鑄件做木模，制造周期長，有時(shí)易產(chǎn)生縮孔、氣泡等缺陷。用鑄鐵做支承件需經(jīng)過實(shí)效處理消除內(nèi)應(yīng)力，一般有自然時(shí)效、人工時(shí)效與震動(dòng)時(shí)效三種方法。
除了鑄件外，還可用鋼材焊接成支承件，并根據(jù)受力情況布置筋板和筋條，其造型簡(jiǎn)單、迅速，對(duì)改型和單件小批量生產(chǎn)適應(yīng)性較強(qiáng)。由于鋼的彈性模量比鑄件大，在相同的載荷下，壁可做的比鑄鐵薄，重量輕，固有頻率高。但不應(yīng)過分追求減輕重量，壁厚也不宜太薄，須適當(dāng)增加筋板防止薄壁震動(dòng)。鋼的內(nèi)摩擦阻尼較小。另外，所以材料的內(nèi)阻尼僅占整個(gè)機(jī)床總阻尼的10℅，而各零件接合處的阻尼作用，采用焊接蜂窩狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)及封閉式箱行結(jié)構(gòu)可有效地提高抗震能力 ，并保證有高的扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度。預(yù)加載荷的減震頭焊接結(jié)構(gòu)。預(yù)加載荷可使兩塊板材相接觸而在焊接時(shí)并不全部焊死，利用A點(diǎn)附近兩塊板材摩擦來抗震。
e.結(jié)構(gòu)的工藝性
在設(shè)計(jì)支承件時(shí)，要注意結(jié)構(gòu)的工藝性，一般情況下，零件的鑄造鍛造、焊接和機(jī)械加工等對(duì)零件結(jié)構(gòu)提出的工藝要求，應(yīng)該在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中得到滿足。在設(shè)計(jì)鑄造時(shí)，應(yīng)盡量使所設(shè)計(jì)的鑄件能用最簡(jiǎn)單而又最經(jīng)濟(jì)的方法制造，不給以后的機(jī)械加工帶來困難。且應(yīng)力求：鑄件形狀簡(jiǎn)單、拔模容易、泥心要少且便于支撐、保證鑄件能自由收縮、盡量避免截面的急劇變化、太突起的部位、很薄的壁厚、很長的分型線以及金屬的局部積聚。
確定底座為1CC401I型號(hào)，其高度H=560mm，寬度B=600mm，長度L=1350mm。
F.確定主軸箱輪廓尺寸
主要需確定的尺寸是主軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度h1。主軸箱寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關(guān)，可按文獻(xiàn)[3]公式計(jì)算：
B=b+2b1 （2-9）
H=h+ h1+ b1 （2-10）
式中：b—工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（㎜）；
b1—最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（㎜）；
h—工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（㎜）；
h1—最低主軸高度（㎜）。
其中，h1還與工件最低孔位置（h2=231.5㎜）、機(jī)床裝料高度（H=965㎜）、滑臺(tái)滑座總高（h3=360㎜）、側(cè)底座高度（h4=560㎜）等尺寸有關(guān)。對(duì)于臥式組合機(jī)床， h1要保證潤滑油不致從主軸襯套處泄漏箱外，通常推薦h1＞85-140㎜，本組合機(jī)床按文獻(xiàn)[3]公式
h1=h2+H-(0.5+h3+h4) （2-11）
計(jì)算，得：h1=276㎜。
兩軸孔的中心間距h 在零件圖上已知的是x軸向的距離和y軸向的偏差，
b=304㎜,h=227.317㎜,取b1=100㎜，則求出主軸箱輪廓尺寸：
B=b+2h1=304+2×100=504㎜
H=h+h1+b1=227.317+276+100=603.317㎜
根據(jù)上述計(jì)算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，左、右主軸箱輪廓尺寸都預(yù)定為B×H=550㎜×750㎜。圖2-4為機(jī)床尺寸聯(lián)系圖。
2.3.4 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡
A. 理想生產(chǎn)率(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(jī)床生產(chǎn)率。它與全年工時(shí)總數(shù)tk有關(guān),一般情況下,單班制tk取2350h,兩班制tk取4600h,由文獻(xiàn)[3]的公式
(2-12)
得：
圖2-4 機(jī)床尺寸聯(lián)系圖
B. 實(shí)際生產(chǎn)率(單位為件/h)是指所設(shè)計(jì)機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可生產(chǎn)的零數(shù)
(2-13)
式中:——生產(chǎn)一個(gè)零件所需時(shí)間(min)，可按下式計(jì)算：
(2-14)
式中:——分別為刀具第、工作進(jìn)給長度,單位為mm;
——分別為刀具第、工作進(jìn)給量,單位為mm/min;
——當(dāng)加工沉孔、止口、锪窩、倒角、光整表面時(shí)，滑臺(tái)在死擋鐵上的停留時(shí)間，通常指刀具在加工終了時(shí)無進(jìn)給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)所需的時(shí)間,單位min;
——分別為動(dòng)力部件快進(jìn)、快退行程長度，單位為mm;
——?jiǎng)恿Σ考焖傩谐趟俣取Ｓ脵C(jī)械動(dòng)力部件時(shí)取5～6m/min;用液壓動(dòng)力部件時(shí)取3～10m/min;
——直線移動(dòng)或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行一次工位轉(zhuǎn)換時(shí)間，一般取0.1min;
——工件裝、卸（包括定位或撤銷定位、夾緊或松開、清理基面或切屑及吊運(yùn)工件）時(shí)間。它取決于裝卸自動(dòng)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。
如果計(jì)算出的機(jī)床實(shí)際生產(chǎn)率不能滿足理想生產(chǎn)率要求,即,則必須重新選擇切削用量或修改機(jī)床設(shè)計(jì)方案。
已知: 半精樘,： L2=65mm; Vf2=360mm/min
精鉸： L1= 85mm; Vf1=30mm/min
共計(jì)所用時(shí)間如下:
單件所需工時(shí)
實(shí)際生產(chǎn)率:
C. 機(jī)床負(fù)荷率
當(dāng)Q>Q時(shí)候，機(jī)床負(fù)荷率為二者之比。組合機(jī)床負(fù)荷率一般為0.75～0.90,自動(dòng)線負(fù)荷率為0.6～0.7。典型的鉆、鏜、攻螺紋類組合機(jī)床，按其復(fù)雜程度確定；對(duì)于精度較高、自動(dòng)化程度高或加工多品種組合機(jī)床，宜適當(dāng)降低負(fù)荷率。
由文獻(xiàn)[3]公式得機(jī)床負(fù)荷率: (2-15)
表2-3生產(chǎn)率計(jì)算卡
被加工零件
圖號(hào)
ST01-0000
毛坯種類
焊接件
名稱
雙筋蹄零件
毛坯重量
材料
Q235
硬度
HB156
工序名稱
鏜孔及鉸孔
工序號(hào)
序號(hào)
工步 名稱
零件數(shù)
加工直徑
(mm)
加工長度
工作行程
(mm)
切削速度
(mm)
轉(zhuǎn)速
(r/min)
進(jìn)給量
工時(shí)
(mm/r)
(mm/min)
機(jī)動(dòng)時(shí)間
輔助時(shí)間
總計(jì)
1
裝卸工件
2
1.5
1.5
2
右動(dòng)力部件
滑臺(tái)快進(jìn)250
6000
0.042
0.042
右多軸相工進(jìn)鏜孔19.8
φ19.8
50
65
99.5
1600
0.24
360
0.181
0.181
鏜孔33.7
φ33.4
50
65
101.6
960
0.39
360
刮端面
0.010
0.010
滑臺(tái)快退315
6000
0.053
0.053
3
左動(dòng)力部件
滑臺(tái)快進(jìn)250
6000
0.042
0.042
左多軸箱工進(jìn)鉸孔20
φ20
85
7.9
125
0.24
30
2.833
2.833
鉸孔34
φ34
50
85
8.5
80
0.39
30
锪端面
0.125
0.125
滑臺(tái)快退325
6000
0.054
0.054
裝卸工件時(shí)間取決于操作者的熟練程度。本機(jī)床計(jì)算時(shí)安裝卸一次為1.5min計(jì)算。
單件總工時(shí)
2.471min
機(jī)床實(shí)際生產(chǎn)率
24.282件/時(shí)
機(jī)床理想生產(chǎn)率
19.074件/時(shí)
負(fù)荷率
78.44%
3 組合機(jī)床夾具設(shè)計(jì)
3.1 夾具的設(shè)計(jì)要求與選型
3.1.1 夾具設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的最基本要求。其關(guān)鍵在于，正確地確定夾具的定位方案、夾緊方案和刀具導(dǎo)向裝置，合理地制定夾具的尺寸、公差和技術(shù)要求，必要時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼`差分析和計(jì)算。
b.提高生產(chǎn)效率，減低制造成本
夾具設(shè)計(jì)的總體方案應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。在大量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)盡量采用各種快速、高效的機(jī)構(gòu)和先進(jìn)的控制方法，以縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)率；在中批量生產(chǎn)中，則要求在滿足夾具功能的前提下，盡量采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造的夾具，以降低夾具的制造成本。
c.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，安全和省力
夾具的操作要做到方便、省力，有條件盡可能采用氣動(dòng)、液壓、電氣及其他高效機(jī)械夾緊裝置，以減輕人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。夾具操作位置應(yīng)當(dāng)有利與操作人員，必要時(shí)應(yīng)有安全保護(hù)裝置，以確保使用安全。
d.便于排屑
夾具的排屑是個(gè)不容忽視的問題，如果排屑不好，切屑聚集在夾具中，會(huì)不利與工件的定位；切屑聚集嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)損傷刀具導(dǎo)致設(shè)備事故或人員傷亡；切屑的清掃又會(huì)增加輔助時(shí)間，降低生產(chǎn)率。因此，排屑問題在夾具設(shè)計(jì)時(shí)必須給予充分的考慮。
e.良好的結(jié)構(gòu)工藝性
有良好的結(jié)構(gòu)工藝，便于夾具的制造加工、裝配、檢驗(yàn)和維修，要達(dá)到這些要求，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件。
夾具設(shè)計(jì)應(yīng)按加工要求構(gòu)思出設(shè)計(jì)方案，繪制圖樣，確定夾具的結(jié)構(gòu)。合理選擇材料，標(biāo)注尺寸、公差和技術(shù)要求。
3.1.2 夾具的選型
機(jī)床夾具是機(jī)床上用以裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對(duì)于機(jī)床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。而要實(shí)現(xiàn)這一要求，又必須滿足三個(gè)條件：①一批工件在夾具中占有正確的加工位置；②夾具裝夾在機(jī)床上的準(zhǔn)確位置；③刀具相對(duì)夾具的準(zhǔn)確位置。這里涉及了三層關(guān)系：零件相對(duì)夾具，夾具相對(duì)于機(jī)床，零件相對(duì)于機(jī)床。工件的最終精度是由零件相對(duì)于機(jī)床獲得的。所以“定位”也涉及到三層關(guān)系：工件在夾具上的定位，夾具相對(duì)于機(jī)床的定位，而工件相對(duì)于機(jī)床的定位是間接通 過夾具來保證的。工件定位以后必須通過一定的裝置產(chǎn)生夾緊力把工件固定，使工件保持在準(zhǔn)確定位的位置上，否則，在加工過程中因受切削力，慣性力等力的作用而發(fā)生位置變化或引起振動(dòng)，破壞了原來的準(zhǔn)確定位，無法保證加工要求。這種產(chǎn)生夾緊力的裝置便是夾緊裝置。鏜床夾具又稱為鏜模，主要用于加工箱體或支座類零件上的精密孔和孔系。主要由鏜模底座、支架、鏜套、鏜桿及必要的定位和夾緊裝置組成。鏜床夾具的種類按導(dǎo)向支架的布置形式分為雙支承鏜模、單支承鏜模和無支承鏜模。
3.1.3 夾具設(shè)計(jì)的步驟
A.設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備
分析產(chǎn)品零件圖及裝配圖，分析零件的作用、形狀、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料和技術(shù)要求；分析零件的加工工藝規(guī)程，工藝裝備設(shè)計(jì)任務(wù)書，對(duì)任務(wù)書所提出的要求進(jìn)行可行性研究；
B.方案設(shè)計(jì)
在分析各種原始資料的基礎(chǔ)上，確定夾具的類型、定位設(shè)計(jì)、夾緊方式、導(dǎo)向方案 、連接方式、總體布局和夾具的結(jié)構(gòu)形式。繪制方案設(shè)計(jì)圖，進(jìn)行工序精度分析，對(duì)動(dòng)力夾緊裝置進(jìn)行夾緊力的計(jì)算。
C.審核
檢查夾具的各項(xiàng)功能是否符合設(shè)計(jì)要求。
D.總體設(shè)計(jì)
根據(jù)所定方案繪制夾具裝配圖，應(yīng)將夾具的工作原理、結(jié)構(gòu)和各種元件的裝配關(guān)系表達(dá)清楚。用雙點(diǎn)劃線繪制工件外形輪廓。合理選擇材料，標(biāo)注尺寸、公差和技術(shù)要求。
E.夾具零件設(shè)計(jì)
F.夾具的裝配、調(diào)試和驗(yàn)證
3.2 定位方案的確定
3.2.1 零件的工藝性分析
被加工零件材料為Q235，硬度為HB156，共計(jì)有兩孔需要加工。
圖3-1 工序圖主視圖
3.2.2 定位方案確定
工件的定位是保證工件在夾具中占有一致的正確加工位置，而這一位置的確定要通過定位支承限制工件的相應(yīng)自由度來實(shí)現(xiàn)。而通常需要限制的六個(gè)自由度。根據(jù)本課題零件要加工孔的位置，該零件要加工的孔面為：1個(gè)Φ20孔，1個(gè)Φ34孔，加工方法為先鏜后鉸。根據(jù)定位基準(zhǔn)的選擇原則確定定位基準(zhǔn)為：第一定位基準(zhǔn)為圓形肋板的軸線，第二定位基準(zhǔn)為肋板底面。因此，可以得出如下兩個(gè)個(gè)定位方案：
A.用一短V形塊置于Φ20孔的外端限制沿X軸及Z軸移動(dòng)的兩自由度，三個(gè)支承釘置于肋板的底部限制繞X軸、繞Z軸和沿Y軸的三個(gè)自由度，一擋鐵置于Φ34的孔的外端限制繞Y軸的自由度。實(shí)現(xiàn)完全定位。夾緊力作用點(diǎn)位于肋板的外表面。
B. 零件放置方式同方案a。夾緊力作用點(diǎn)如圖所示。用一相當(dāng)于短V形塊的兩定位板置于肋板的外表面限制沿X軸及Z軸移動(dòng)的兩個(gè)自由度，三個(gè)支承釘置于肋板的底部限制繞X軸、繞Z軸和沿Y軸的三個(gè)自由度，一擋鐵置于Φ34的孔的外端限制繞Y軸的自由度。實(shí)現(xiàn)完全定位。短V形塊置于Φ20孔的外端作夾緊元件。
分析以上方案：
方案A：此方案符合定位和夾緊的相關(guān)原理，短V形塊作為定位元件起定心定位作用。但是美中不足的是需要兩液壓缸，并且兩液壓缸需分布在兩零件的外側(cè)。由此帶來的影響是設(shè)計(jì)兩液壓缸增加夾具整體的體積，也增加制造成本。再
圖3-2 零件定位方案示意圖（方案A-1）
圖3-3 零件定位方案示意圖（方案A-2）
者此方案雖然能夠保證零件的較高的加工精度，但是所要加工的零件尺寸精度和位置精度要求不高。所以此方案是不可用的。
方案B：兩定位板相當(dāng)于一短V形塊起定心定位作用，能夠保證定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)的基準(zhǔn)重合，也符合夾緊力的選擇原則，使夾緊力朝著主要的定位基準(zhǔn)面。從而提高零件的加工精度。同時(shí)又能降低機(jī)床和夾具的體積和成本，解決了以上A方案的出現(xiàn)的問題。所以以此方案可行。
圖3-4 零件定位夾緊示意圖（方案B-1）
圖3-5 零件定位夾緊示意圖（方案B-2）
根據(jù)以上的論述比較，可以定出方案B是合理可行。
3.3 定位元件和夾緊元件的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.3.1 定位元件的設(shè)計(jì)計(jì)算
定位元件設(shè)計(jì)包括定位元件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、及布置形式等。利用六點(diǎn)定位原則正確選擇定位方式和定位元件。根據(jù)前面定位方案的敘述，可以知道本課題所使用到的定位元件有：兩個(gè)定位板（相當(dāng)于一短V形塊），三個(gè)圓形支承塊，一個(gè)擋鐵。具體的尺寸如下所定：
3.3.1.1 定位板(兩定位板相當(dāng)于短V形塊)的設(shè)計(jì)及尺寸的確定
V型塊是標(biāo)準(zhǔn)件，但是考慮到本設(shè)計(jì)所使用的V型塊的具體尺寸要遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸，所以要自己設(shè)計(jì)。所謂的自行設(shè)計(jì)也就是在標(biāo)準(zhǔn)件的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體情況做出適當(dāng)?shù)母膭?dòng)。之所以要把V形塊改進(jìn)為兩定位板，就是因?yàn)槔甙宓耐鈭A面的直徑很大,這樣設(shè)計(jì)出V形塊體積較大從而增大夾具的體積。但是安裝時(shí)應(yīng)保持兩定位板垂直放置（安裝方式見總裝圖）。
定位板的長度根據(jù)肋板的高度確定，取略大于肋板的一半高度的尺寸作為定位板的長度（取60mm）.具體尺寸如圖所示：
圖3-6 定位板
3.3.1.2 支承釘設(shè)計(jì)及尺寸的確定
3個(gè)支承釘，主要的定位元件，對(duì)它的要求也就比較的高，要想達(dá)到較高的要求，應(yīng)當(dāng)做到：
幾個(gè)支承釘裝配后，要求等高，可以用裝配后一次磨削法，以保證它們的限位基面在同一平面內(nèi)，也就是保證了它們的平面度比較的高。由于肋板的底面屬粗基準(zhǔn)面，所以選用C型（齒紋）支承釘。
參照文獻(xiàn)[2]表2-1-9得出支承釘?shù)男吞?hào):
支承釘C12×12GB 2226-1991
3.3.1.3 擋鐵的設(shè)計(jì)及尺寸的確定
擋鐵的尺寸根據(jù)Φ34孔的直徑和長度確定，具體設(shè)計(jì)及尺寸如圖所示：
圖3-7 擋鐵
3.4 夾緊方案的確定
3.4.1 夾緊裝置的確定
A壓板壓頭夾緊機(jī)構(gòu)的確定
根據(jù)夾緊原理和零件的形狀來確定夾緊機(jī)構(gòu)。本課題中由于第一定位基準(zhǔn)為圓形肋板的軸線，根據(jù)夾緊原理——夾緊力應(yīng)朝著主要的定位基準(zhǔn)面，所以壓板壓頭夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)如總裝圖中的放置位置。零件的形狀呈內(nèi)凹狀又零件為薄臂件故設(shè)計(jì)壓頭為球形壓頭。
B.V形塊夾緊機(jī)構(gòu)的確定
零件的另一端采用擋鐵定位，再者加工零件時(shí)會(huì)產(chǎn)生扭距和切向力，這樣必然導(dǎo)致零件的翻轉(zhuǎn)和竄動(dòng)。用V形塊夾緊機(jī)構(gòu)可以有效地控制這些不利于加工的運(yùn)動(dòng)。
C.手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)的確定
由于切削時(shí)產(chǎn)生軸向力，將使零件繞y軸翻轉(zhuǎn)。而手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)的存在有效地消除這樣的轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.4.2 夾緊方案論證
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(yīng)有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應(yīng)朝向主要定位基面。
b)夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力。
c)夾緊力的方向應(yīng)是工件剛度較高的方向。
B．夾緊力的作用點(diǎn)
a)夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)。
b)夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)選在工件剛度較高的部位。
c)夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面。
3.4.3 夾緊力的確定
A.機(jī)動(dòng)壓頭夾緊力的計(jì)算
由于兩定位塊相當(dāng)于V形定位塊，所以此夾緊力按照工件以外圓柱面在
形塊上定位的方式來計(jì)算。
根據(jù)文獻(xiàn)[2]V型塊鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)處的夾緊力近似計(jì)算的公式如下：
(3-1)
所設(shè)計(jì)的V型塊的夾角、D=20mm
根據(jù)前面總體部分計(jì)算結(jié)果可以計(jì)算出：
根據(jù)文獻(xiàn)[2]的摩擦系數(shù)上查得摩擦系數(shù)μ=0.3根據(jù)以上得出的數(shù)據(jù)可以算出夾緊力WK：
B.手動(dòng)壓頭的夾緊力的計(jì)算
根據(jù)前面總體設(shè)計(jì)計(jì)算的軸向力的結(jié)果計(jì)算：
鏜Φ20孔的軸向力：
鏜Φ34孔的軸向力：N
總的軸向力：
手動(dòng)壓頭的夾緊力：
其中：
。
。
(3-2)
C.V形塊夾緊元件的夾緊力的計(jì)算
根據(jù)前面總體設(shè)計(jì)計(jì)算的切向力的結(jié)果計(jì)算：
鏜Φ20孔的切向力：=1080.7N
鏜Φ34孔的切向力：=1555.4N
只有鏜Φ20孔時(shí)的切向力才造成零件擋鐵中心的翻轉(zhuǎn)，所以這里計(jì)算V形塊夾緊元件的夾緊力只取鏜Φ20孔的切向力（=1080.7N ）。
所以V形塊夾緊元件的夾緊力計(jì)算為：
(3-3)
3.5. 液壓驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.5.1 液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
一般采用圓筒結(jié)構(gòu)。缸筒材料采用冷拔拉制的鋼管、鋁合金管、不銹鋼管、鋼管和工程塑料管。為抵抗活塞運(yùn)動(dòng)的磨損，材料表面應(yīng)有一定的硬度。缸筒與活塞的動(dòng)配合精度H9級(jí)，圓柱度允差(0.02～0.03)/100,表面粗糙度Ra0.2～0.4m，缸筒兩端對(duì)內(nèi)孔軸線的垂直度允差0.05～0.1mm。液壓缸體應(yīng)能承受1.5倍最高工作壓力下的耐壓實(shí)驗(yàn)。
3.5.1.1 驅(qū)動(dòng)壓板加緊元件的液壓缸負(fù)載力的計(jì)算
由前面計(jì)算得壓板壓頭的加緊力：
液壓缸所能提供的壓力F可按如下公式計(jì)算：
式中——安全系數(shù)取1.3
當(dāng)活塞以推力工作時(shí)，活塞直徑可按下式計(jì)算：
（3-9）
--液壓缸的效率。
3.5.1.2 液壓缸的設(shè)計(jì)制造
由于零件的加工所需的夾緊力較小，所以提供夾緊力的油壓也相對(duì)較低。為了節(jié)省成本并能夠保證零件的加工，本課題中的液壓缸進(jìn)行自行制造。設(shè)計(jì)中液壓缸在支架加工，支架材料為45鋼，加工方法為鑄造—粗鏜—精鏜。加工的技術(shù)要求：鑄件不得有砂眼、氣孔、裂紋等；加工前后分別進(jìn)行人工時(shí)效。缸的內(nèi)表面需鍍鉻，鍍層厚度0.02mm。液壓缸的結(jié)構(gòu)和尺寸見零件圖。
3.5.2 活塞的設(shè)計(jì)選擇
高壓油液作用在活塞面上產(chǎn)生推力作功，并在缸筒內(nèi)滑動(dòng)?；钊牧蠎?yīng)具有足夠的強(qiáng)度和良好的滑動(dòng)性能，特別是耐磨性和不發(fā)生“咬缸”現(xiàn)象。活塞的寬度與密封圈的數(shù)量、導(dǎo)向環(huán)的形式等因素有關(guān)，從使用上來講，活塞的滑動(dòng)面小容易引起早期磨損。一般活塞的寬度約為缸徑的20%～50%。根據(jù)缸徑的計(jì)算D=0.27m，則活塞的d=D（20%-50%）=0.06450%=0.032m
3.5.3 活塞桿的設(shè)計(jì)選擇
活塞桿是用來傳遞力的零件，要求能承受拉伸、壓縮、振動(dòng)等負(fù)載，表面耐磨，不發(fā)生銹蝕，一般選用碳鋼、精軋不銹鋼等材料。鋼材表面需鍍鉻及調(diào)質(zhì)熱處理。
3.5.4 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)選擇
導(dǎo)向套的作用是用作活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向，應(yīng)具有良好的滑動(dòng)性能，能承受由于活塞桿受負(fù)載時(shí)引起的彎曲、振動(dòng)及沖擊。常用聚四氟乙烯復(fù)合材料和其他復(fù)合樹脂材料，及銅顆粒燒結(jié)的含油軸承材料。導(dǎo)向套內(nèi)徑尺寸允許公差取H8，表面粗糙度Ra=0.4m。
3.5.5 密封元件的設(shè)計(jì)選擇
1. 缸筒的密封: 為了密封性缸蓋與缸筒采用法蘭盤密封。
2. 活塞的密封 活塞有兩處地方需密封，一處是活塞與缸筒之間的動(dòng)密封，除了用O形密封圈和唇形密封圈外，也有用W形密封圈的。
3. 活塞桿的密封 在缸蓋的溝槽里放置唇形密封圈和防塵密封圈，或防塵組合密封圈，保證活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的密封與防塵。
4. 緩沖柱塞的密封 有兩種方法：一是在緩沖柱塞的溝槽里安放孔用唇形密封圈，另一種是在缸蓋上壓如氣缸緩沖專用密封圈。
3.6誤差分析
用夾具裝夾工件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，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：
A. 定位誤差；
a.兩定位板（相當(dāng)于短V形塊）的定位誤差分析計(jì)算:
因?yàn)椋合喈?dāng)于一短V形塊的兩定位板起定心定位作用，并且定位準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)的基準(zhǔn)重合。
所以： ΔB=0
根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]當(dāng)=時(shí)，V形塊的位移誤差即：=
故：
b.由于零件的加工精度要求較低，故其它定位元件的定位誤差計(jì)算省略。
B. 對(duì)刀誤差；
因?yàn)榈毒呦鄬?duì)于對(duì)刀或?qū)蜓b置不精確造成的加工誤差，稱為對(duì)刀誤差。
本工序中鏜孔時(shí)導(dǎo)向誤差計(jì)算公式為：
（3-6）
即得導(dǎo)向誤差mm
C. 夾具的安裝誤差；
因?yàn)閵A具在機(jī)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。
一般取：
=0.02mm
=0mm
本課題中夾具為垂直安裝,所以取 =0mm
D. 夾具誤差；
因夾具上定位元件，對(duì)刀或?qū)蛟鞍惭b基面三者之間（包括導(dǎo)向元件與導(dǎo)向元件之間）的位置不精確而造成的加工誤差，稱為夾具誤差，夾具誤差大小取決于夾具零件的加工精度的夾具裝配時(shí)的調(diào)整和修配精度。
一般取ΔE=0.04mm
E．在機(jī)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；
因機(jī)床精度，刀具精度，刀具與機(jī)床的位置精度，工藝系統(tǒng)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(xiàng)誤差影響因素很多，又不便于計(jì)算，所以常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所以常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)為它留出工件公差的1/3。計(jì)算時(shí)可設(shè)ΔG=/3?！ぜ恢霉钊?.20
ΔG= （3-7）
F．上述各項(xiàng)誤差均導(dǎo)致刀具相對(duì)工件的位置不精確