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畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
級 類 專業(yè)
課 題：齒輪箱工藝及鉆2-φ20孔、工裝及專機(jī)設(shè)計(jì)
姓 名：
指導(dǎo)老師：
2007年05月05日
摘 要
本論文主要研究的是不規(guī)則零件在現(xiàn)代制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，那么保證此類零件的加工精度就顯得尤為重要。本課題通過分析齒輪箱零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工要求，用組合機(jī)床加工來達(dá)到多孔的加工目的,提高零件在大批量生產(chǎn)制造過程中的效率,同時(shí)制定了一套較為合理加工工藝規(guī)程，從而為保證該零件的加工精度將提供一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的夾具設(shè)備，具有一定的實(shí)用價(jià)值，在論文中會(huì)以研究零件的工藝規(guī)程開始著手設(shè)計(jì)最為適合的夾具，在不同的夾緊方案下進(jìn)行比較，并且以平面加工為定位方法，通過夾緊力的計(jì)算和定位誤差達(dá)到比較，選則最為恰當(dāng)、最為合理的夾具設(shè)計(jì)方案，從而保證了被加工零件的精度以及工件在加工過程中定位的可靠和準(zhǔn)確，夾具提供足夠大的夾緊力以防止工件位移，工件在夾緊力的作用下形變小。從而使得夾具在裝夾工件進(jìn)行加工的過程中正真發(fā)揮其作用,提高勞動(dòng)的生產(chǎn)效率、具備一定的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵字：夾具裝夾，組合機(jī)床，加工精度，二工位加工
齒輪箱工藝及鉆2-φ20孔、工裝及專機(jī)設(shè)計(jì)
引言
在機(jī)床上加工工件時(shí)，為了保證工件在該工序所加工的表面能達(dá)到圖紙上規(guī)定的尺寸及位置精度等技術(shù)要求，必須使得工件相對于刀具和機(jī)床占有正確的加工位置（即工件的定位），并把工件壓緊夾牢，以便在加工過程中，工件受到切削力、離心力的作用及沖擊、振動(dòng)等影響時(shí)，能保持這個(gè)確定了的位置穩(wěn)定不變（即工件的夾緊）。在機(jī)床上對工件進(jìn)行定位和夾緊，稱做裝夾。一切能使工件在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)定位和夾緊的工藝裝置，一般稱為機(jī)床夾具，簡稱夾具。
機(jī)床夾具按專門化程度分通用夾具、專用夾具、可調(diào)整夾具、專門化拼裝夾具和自用化生產(chǎn)用夾具。通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，且具有較大適用范圍的夾具。它由專業(yè)廠生產(chǎn)供應(yīng)，有的已作為機(jī)床附件與通用機(jī)床配套，這類夾具主要用于單件小批生產(chǎn)。專用夾具是根據(jù)零件工藝機(jī)械加工過程中的某一道工序而專門設(shè)計(jì)的夾具。由于不考慮通用性，故結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便。這類夾具可保證高的加工精度和生產(chǎn)率。但這類夾具的針對性很強(qiáng)，當(dāng)交換產(chǎn)品或工藝時(shí)，一般都因無法使用而“報(bào)廢”。可調(diào)整夾具，在當(dāng)前多種小批量生產(chǎn)條件下，設(shè)計(jì)制造專用夾具的準(zhǔn)備周期太長，且很不經(jīng)濟(jì)，但是，采用通用夾具又不能滿足使用要求。采用可調(diào)整夾具則是改進(jìn)工藝裝備設(shè)計(jì)的一個(gè)發(fā)展方向。可調(diào)整夾具的特點(diǎn)是：加工完一種工件后，可調(diào)整或者更換個(gè)別零件，即可加工形狀相似、尺寸和加工工藝相近的多種工件。這類夾具又可分為通用可調(diào)和專用可調(diào)甲具兩類。通用可調(diào)夾具加工對象不是很確定，適用范圍較大；專用夾具常稱成組夾具，一般配合成組技術(shù)，專門為成組加工某組零件而設(shè)計(jì)的，它是在專用夾具的基礎(chǔ)上，通過更換和調(diào)整個(gè)別元件，來適應(yīng)組內(nèi)不同零件加工要求。加工對象明確，結(jié)構(gòu)緊湊。專門化拼裝夾具，這類夾具是針對某工件某工序加工要求，由事先制造好的通用性較強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)元件和部件拼裝而成，只要有足夠種類和數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)元件和部件，就可拼裝成各式各樣的夾具。自動(dòng)化生產(chǎn)用夾具，主要有自動(dòng)線夾具和數(shù)控機(jī)床夾具，前者和一般專用夾具相似，后者除擔(dān)負(fù)工件的安裝任務(wù)外，還隨工件一起從一個(gè)工位輸送到下一個(gè)工位。一個(gè)多工位自動(dòng)線上有許多相同的隨行的夾具。
夾具發(fā)展的趨勢：夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動(dòng)下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。
1機(jī)床夾具概述
1.1 機(jī)床夾具的作用及其分類
1． 機(jī)床夾具的作用
夾具是機(jī)械加工中的一種工藝設(shè)備，它在機(jī)械加工中起著十分重要的作用，主要有以下的幾個(gè)方面。
1）便于工件的正確定位，以保證加工精度
工件裝夾在夾具上后，工件上各有關(guān)的幾何元素（點(diǎn)、線、面）之間的相互位置精度在一定程度上就由夾具保證。當(dāng)夾具在機(jī)床上正確定位及固定以后，工件在夾具中又得到正確定位并被夾緊，這樣就保證了再加工過程中“同批”工件對刀具和機(jī)床保持確定的相對位置，使加工得以順利進(jìn)行。
2）提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率和降低加工成本
采用夾具以后，可以省去即十分費(fèi)時(shí)又不很緊缺的劃線、找正工序，減少了輔助時(shí)間。若采用聯(lián)動(dòng)夾具裝置、快速夾緊裝置，既能降低勞動(dòng)強(qiáng)度，又能提高生產(chǎn)效率。例如采用氣壓、液壓等傳動(dòng)裝置，只需要幾秒鐘舊可以完成夾緊動(dòng)作。
3）改善工人的勞動(dòng)條件
采用夾具后，工件的裝卸比不用夾具要方便、省力、安全。如果生產(chǎn)規(guī)模較大，還可以采用機(jī)械化傳動(dòng)裝置和自動(dòng)裝卸工件的自動(dòng)化夾具，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化，進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率和改善工人的勞動(dòng)條件。
4）擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍
在單件小批量生產(chǎn)的條件下，工件的種類、規(guī)格多，而機(jī)床的數(shù)量、品種卻有限。為了解決這種矛盾，可以設(shè)計(jì)制造專用的夾具，使機(jī)床“一機(jī)多用”。例如，可以采用專用的夾具，在車床上實(shí)現(xiàn)拉削。
夾具在機(jī)械加工中的作用是重要的，但是在不同的生產(chǎn)規(guī)模和不同的生產(chǎn)條件下，夾具的功用也有所側(cè)重，其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度也有很大的不同。例如，在單件小批生產(chǎn)條件下，宜于使用通用的可調(diào)夾具，若采用專用的夾具，其結(jié)構(gòu)也應(yīng)求簡單。在大批量生產(chǎn)的條件下，夾具的作用則主要是在保證加工精度的前提下提高生產(chǎn)效率，因此夾具的結(jié)構(gòu)更完善些是必要的。雖然此時(shí)夾具的制造費(fèi)用大一些，但由于生產(chǎn)效率的提高，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果還是好的。
2. 機(jī)床夾具的分類
夾具的分類方法比較多，一般可分為通用夾具和專用夾具。近年來為適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，還發(fā)展了通用可調(diào)夾具、成組夾具和組合夾具等類型。
1） 通用夾具
通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的、在一定范圍內(nèi)可以用于加工不同工件的夾具。如三爪或四爪卡盤、機(jī)器虎鉗、回轉(zhuǎn)工作臺、磁力工作臺等。這些夾具已經(jīng)作為機(jī)床的附件，由專門的工廠制造供應(yīng)。
2）專用夾具
專用夾具是指專為某一工件的某道工序的加工而設(shè)計(jì)制造夾具。
3）通用可調(diào)夾具和成組夾具
著兩種夾具的結(jié)構(gòu)很相似，它們的共同點(diǎn)是：在加工完多種工件。但通用可調(diào)夾具的加工對象并不是很明確，其通用范圍較大，如滑柱鉆模、帶各種鉗口的機(jī)器虎鉗等即是這類夾具。而成組夾具則是專門為成組加工工藝中某一組零件而設(shè)計(jì)的，針對性強(qiáng)，加工對象和適用范圍明確，結(jié)構(gòu)更為緊湊。
4）組合夾具
組合夾具是指按照某一工件的某道工序的加工要求，由一套事先準(zhǔn)備好的通用的標(biāo)準(zhǔn)元件和部件組合而成的夾具。這種夾具用完之后可以拆卸存放，或重新組裝成新的夾具。由于組合夾具是由各種標(biāo)準(zhǔn)元件、部件組裝而成，故具有組裝迅速、周期短、能反復(fù)使用等特點(diǎn)，所以在多品種、小批量生產(chǎn)或新產(chǎn)品試制中尤為適用。
若按夾具所適用的機(jī)床來分類，可分為車床夾具，銑床夾具，鉆床夾具，鏜床夾具和其他機(jī)床夾具等類型。
若按驅(qū)動(dòng)夾具工作的力源來分類，還可以分為手動(dòng)夾具，氣動(dòng)夾具，液壓夾具，電磁和電動(dòng)夾具等等。不顧一般多按夾具的使用特點(diǎn)和使用機(jī)床進(jìn)行分類。
1.2 機(jī)床夾具的組成
夾具的種類雖然很多，但是他們的工作原理基本上相同，一般有如下幾個(gè)組成部分。
（1） 定位元件
是用來確定工件再夾具中的位置的元件，它包括元件或元件的組合。
（2） 夾緊裝置
這種裝置包括夾緊元件或其組合及動(dòng)力源。其作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在定位時(shí)所占據(jù)的位置在加工過程中不因外力而破壞。
（3） 確定夾具對機(jī)床相互位置的元件
此類的元件是為了用來確定夾具對機(jī)床工作臺、導(dǎo)軌或主軸的相互位置。
（4） 對刀—導(dǎo)引元件
這類元件的共同作用是保證工件和刀具之間的正確加工位置。
（5） 其他裝置或元件
這類裝置或元件主要有：為使工件在依次裝夾中多次轉(zhuǎn)位而加工不同位置上的表面所設(shè)置的分度裝置，為了便于卸下工件而設(shè)置的頂出器；以及標(biāo)準(zhǔn)話了的連件元件等。
（6）夾具體
夾具體是夾具的基座和骨架。其他裝置都安在夾具體上使之成為一個(gè)夾具的整體。
當(dāng)然上述的各組成部分，不是每個(gè)夾具都必須完全具備的。但一般來說，定位元件、夾緊裝置、夾具體則是夾具的基本組成部分。
1.3機(jī)床夾具的多工位加工
對于一般的機(jī)床而言，一個(gè)夾具只能夾持一個(gè)工件加工一道工序，然而對與本設(shè)計(jì)而言，一個(gè)夾具在夾持了一個(gè)工件之后被安裝在數(shù)控加工中心上，數(shù)控加工中心幫助完成了多個(gè)工位的零件加工，那么對于設(shè)計(jì)出的夾具而言，使得夾具能夾持零件并能保證該零件的加工精度就顯的尤為重要，本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，由于齒輪箱零件的外形比較的不規(guī)則，不同面上要加工的孔系又比較的多，那么設(shè)計(jì)出來的夾具的關(guān)鍵就在于能否集中能加工的表面于一個(gè)夾具上的問題，使得數(shù)控加工中心在一次加工中能獲得最多的工位的加工次數(shù)。因此多工位的保證也來源于夾具的設(shè)計(jì)。
2．齒輪箱零件結(jié)構(gòu)分析和工藝規(guī)程制定
在本設(shè)本設(shè)計(jì)中，除了對工件的定位和夾緊外，還有一些問題需要解決，如專用夾具的設(shè)計(jì)步驟、夾具體的設(shè)計(jì)、夾具總圖上尺寸公差及技術(shù)要求的標(biāo)注、工件在夾具中加工的精度分析、夾具的經(jīng)濟(jì)分析及機(jī)床夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等。這些問題將在下面做論述。
2.1 齒輪箱零件給構(gòu)分析過程
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中滿足“優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本”的要求，首先必須制訂零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程的裝配工藝規(guī)程，然后按照所制定出的裝配工藝規(guī)程來進(jìn)行機(jī)械加工和裝配。
制定機(jī)械加工工藝規(guī)程應(yīng)分析研究零件圖樣，了解該零件在產(chǎn)品或部件中的作用，找出其要求較高的主要表面及主要技術(shù)要求，并了解各項(xiàng)技術(shù)要求制定的依據(jù)，審查其結(jié)構(gòu)工藝性，選擇和確定毛坯，擬定工藝路線；詳細(xì)擬定工序具體內(nèi)容，對工藝方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，最后填寫工藝文件。
2.2毛坯的選擇
毛坯的選擇包括選擇毛坯的種類和確定毛坯的制造方法兩個(gè)方面。常用的毛坯種類有鑄件,鍛件，型材，焊接件等。當(dāng)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)零件并選好材料后，也就大致確定了毛坯的種類。如鑄鐵材料的毛坯都為鑄件，鋼材料毛坯一般為鍛件或型材等。各種毛坯的制造方法很多。概括起來說，毛坯制造方法越先進(jìn)，毛坯精度越高，其形狀和尺寸越接近成品零件，這就使得機(jī)械加工的勞動(dòng)量大為減少，材料的消耗也低，使機(jī)械加工的成本降低；但毛坯的制造費(fèi)用卻因?yàn)椴捎昧讼冗M(jìn)的設(shè)備而提高。因此，在選擇毛坯時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮各個(gè)方面的因素，以求的最佳的效果。
選擇毛坯時(shí)主要考慮到下列的因素：
A:零件的材料及其力學(xué)性能 本次設(shè)計(jì)的齒輪箱零件的材料大致確定了毛坯的種類,而其力學(xué)性能的高低，也在一定程度上影響著毛坯的種類。
B:生產(chǎn)類型 不同的生產(chǎn)類型決定了不同的毛坯的制造方法.在大批量的生產(chǎn)中,應(yīng)采用精度和生產(chǎn)率較高的先進(jìn)的毛坯的制造方法,本設(shè)計(jì)鑄件應(yīng)采用金屬模造型，并應(yīng)當(dāng)充分考慮采用新工藝、新技術(shù)和新材料的可能性。
C：零件的結(jié)構(gòu)和形狀外形尺寸 在充分考慮了上述兩項(xiàng)因素后，有時(shí)零件的結(jié)構(gòu)形狀和外形也會(huì)影響毛坯的種類和造型方法。本設(shè)計(jì)中的零件雖然為不規(guī)則的外形，但是對于選擇的毛坯材料不產(chǎn)生任何的影響。
考慮了上述的因素的同時(shí)，不應(yīng)該脫離具體的生產(chǎn)條件，在確定了毛坯的制造方法后，應(yīng)當(dāng)熟悉毛坯的特點(diǎn)，通常以毛坯的零件圖形式表達(dá)，作為正式制定機(jī)械加工工藝規(guī)程的原始依據(jù)。
2.3 齒輪箱零件外形結(jié)構(gòu)分析
由附圖1可見，此圖為齒輪箱零件，切其外形是無規(guī)則的。
圖2.1 齒輪箱零件圖
2.3.1分析零件結(jié)構(gòu)工藝性
該零件為齒輪箱體,主要用泵類外殼設(shè)計(jì),其外形尺寸比較復(fù)雜,屬于殼體類零件,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,孔多壁厚,本設(shè)計(jì)主要加工2-φ20孔。
2.3.3毛坯說明
該零件的材料為HT200,毛坯為鑄件.在批量生產(chǎn)類型下,考慮到零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,所以采用鑄造毛坯生產(chǎn).上述各點(diǎn)在制定工藝規(guī)程時(shí)應(yīng)該予以充分的重視。所要加工的為下底面安裝2-φ20孔。
2.3.4初步選擇定位基準(zhǔn)和確定工件的裝夾方式
在成批生產(chǎn)中，工件加工時(shí)應(yīng)該廣泛采用夾具裝，由于毛坯的加工精度要求較高所以在裝夾的過程中對與夾具的精度的設(shè)計(jì)也是需要有很大的保證，來足以保證零件的加工精度。
由于考慮到該零件設(shè)計(jì)夾具的特殊性，及在裝夾到夾具體上只要求將零件上二個(gè)φ20孔加工出來，所以在裝夾到夾具體上前首先應(yīng)該對于作為基準(zhǔn)的各個(gè)表面做一個(gè)鋪墊式的加工，以保證在加工孔的過程中，涉及到加工的基準(zhǔn)面的精度要求得到充分的保證。
在加工孔的過程中，三個(gè)側(cè)面的精度都要得到非常準(zhǔn)確的保證，在擬訂工藝路線的工程中這些都是要被一一體現(xiàn)的。
2.3.5擬訂工藝路線
1）選擇表面的加工方法
工件的材料為有色金屬,孔的直徑不是很大,要求較高,孔加工采用鉆孔-擴(kuò)孔-粗鉸-精鉸的加工方案;
2）工序的順序安排
根據(jù)“先基準(zhǔn)面，后其他”的原則，在工藝過程的開始先將定位的基準(zhǔn)面加工出來。根據(jù)“先面后孔”的原則，在每個(gè)加工階段均先加工平面，再加工孔。所以加工2-φ20孔時(shí)，需先將定位的基準(zhǔn)面加工出來（圖2.1所示）
3. 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)
雖然各類機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)均不相同，但按其主要功能加以分析，機(jī)床夾具一般是由定位元件、夾緊裝置、夾具體、其他裝置或元件組成。
3.1 夾具的要求
1）保證工件的加工精度
專用夾具應(yīng)有合理的定位方案，標(biāo)注合適的尺寸、公差和技術(shù)要求，并進(jìn)行必要的精度分析，確保夾具能滿足工件的精度要求。
2）提高生產(chǎn)效率
應(yīng)根據(jù)工件生產(chǎn)批量的大小設(shè)計(jì)不同復(fù)雜程度的高效夾具，以縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
3）工藝性好
專用夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、合理，便于加工、裝配、檢驗(yàn)和維修。專用夾具的制造屬于單件生產(chǎn)。當(dāng)最終精度由調(diào)整或者修配保證時(shí)，夾具上應(yīng)設(shè)置調(diào)整或者修配結(jié)構(gòu)，如設(shè)置適當(dāng)?shù)恼{(diào)整間隙，采用可修磨的墊片等。
4）使用性好
專用夾具的操作應(yīng)簡便、省力、安全可靠，排屑應(yīng)方便，必要時(shí)可設(shè)置排屑結(jié)構(gòu)。
5）經(jīng)濟(jì)性好
除考慮專用夾具本身結(jié)構(gòu)簡單，標(biāo)準(zhǔn)化程度高、成本低廉外，還應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)對夾具方案進(jìn)行必要的經(jīng)濟(jì)分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)效益。
3.2 專用夾具設(shè)計(jì)步驟
1．明確設(shè)計(jì)任務(wù)書和收集設(shè)計(jì)資料
夾具設(shè)計(jì)的第一步是在已知生產(chǎn)綱領(lǐng)的前提下，研究被加工零件的零件圖、工序圖、工藝規(guī)程和設(shè)計(jì)任務(wù)書，對工件進(jìn)行工藝分析。主要是了解工件的工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料；確定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基準(zhǔn)和夾緊表面及所用的機(jī)床、刀具、量具等。
其次是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)收集的有關(guān)資料，如機(jī)床的技術(shù)參數(shù)，夾具零部件的國家標(biāo)準(zhǔn)、部分標(biāo)準(zhǔn)和廠訂標(biāo)準(zhǔn)，各類夾具圖冊、夾具設(shè)計(jì)手冊等，還可以收集一些同類的夾具設(shè)計(jì)圖樣，并了解該廠的工裝制造水平。
2.擬訂夾具結(jié)構(gòu)方案與繪制夾具草圖
1）確定工件的定位方案，設(shè)計(jì)定位裝置。
2）確定工件的夾緊方案，設(shè)計(jì)夾緊裝置。
3）確定對刀或?qū)蚍桨?，?shí)際對刀或者導(dǎo)向裝置。
4）確定夾具和機(jī)床的連接方式，設(shè)計(jì)連接元件及安裝基面。
5）確定和設(shè)計(jì)其他裝置及元件的結(jié)構(gòu)形式，如分度裝置、預(yù)定位裝置及吊裝元件等。
6）確定夾具體的結(jié)構(gòu)形式及夾具在機(jī)床上的安裝方式。
7）繪制夾具草圖，并標(biāo)注尺寸、公差及技術(shù)要求。
A:進(jìn)行必要的分析計(jì)算
工件的加工精度較高時(shí)，應(yīng)進(jìn)行工件的加工精度的分析。有動(dòng)力裝置的夾具，需要計(jì)算夾緊力。當(dāng)有幾種家居方案時(shí)，可進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，選用經(jīng)濟(jì)效益較高的方案。
B:審查方案和改進(jìn)設(shè)計(jì)
夾具草圖畫出后，應(yīng)征求有關(guān)老師的意見，然后根據(jù)提出的意見和建議進(jìn)行修改。
C:繪制夾具裝配總圖
夾具的總裝配圖應(yīng)按照國家制圖標(biāo)準(zhǔn)。繪制圖的比例為1：1總圖應(yīng)該把夾具的工作原理、各種裝置的結(jié)構(gòu)極其相互關(guān)系的表達(dá)清楚。
夾具總圖的繪制次序如下:
a用雙點(diǎn)劃線將工件的外形輪廓，定位基準(zhǔn)面，夾緊表面及加工表面繪制在各個(gè)試圖的合適位置上。在總圖中可以看作透明體，不遮擋后面夾具上的線條。
b依次繪制出定位裝置、夾緊裝置、對刀或者導(dǎo)向裝置、其他裝置、夾具體及連接元件和安裝基面。
c標(biāo)注必要的尺寸、公差和技術(shù)要求。
d編制夾具明細(xì)表及標(biāo)題欄。
e繪制夾具的零件圖
f 夾具中的非標(biāo)準(zhǔn)零件需要畫零件圖，并且按照夾具總圖的要求，確定零件的尺寸、公差及技術(shù)要求。
3.3 工件在夾具中的定位方案的設(shè)計(jì)
3.3.1六點(diǎn)定位原理
任何一個(gè)未受到約束的物體，在空間都具有六個(gè)自由度，即沿三個(gè)互相垂直的坐標(biāo)軸的移動(dòng)（用表示）和繞這三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)（用表示），要使物體在空間具有確定的位置（即定位），就必須對這六個(gè)自由度進(jìn)行約束。理論上說共的六個(gè)自由度可以由六個(gè)支承點(diǎn)加以約束和限制，前提是這六個(gè)支承點(diǎn)在空間按一定規(guī)律分布，并且保持和工件的定位面相互接觸。
3.1裝配圖1工件的六點(diǎn)定位示意圖
如圖3.1所示，上圖為裝配圖1的定位示意圖，圖中的零件是要加工側(cè)面的一組孔系，那么就設(shè)法通過六個(gè)可調(diào)節(jié)支承釘進(jìn)行定位的，使得被加工表面保持垂直，在底面上布置了V型塊，當(dāng)齒輪箱零件的底面和這三個(gè)支承釘接觸時(shí)，工件的，三個(gè)自由度就被限制了，在工件的右側(cè)又布置了兩個(gè)支撐釘，當(dāng)工件的左側(cè)與其接觸時(shí)，工件的兩個(gè)自由度就被限制，再在零件的后側(cè)再布置一個(gè)支承釘，使得工件的后部可以靠在這個(gè)支撐點(diǎn)上，工件的自由度就被限制，如此設(shè)置的六個(gè)支承點(diǎn)，去分別限制了工件的六個(gè)自由度，從而使得工件在空間得到確定的定位。
在設(shè)計(jì)零件的機(jī)械加工的工藝規(guī)程的過程中，根據(jù)加工要求已經(jīng)選擇了各工藝的定位基準(zhǔn)和確定了各定位基應(yīng)當(dāng)限制的自由度，并將它們標(biāo)注在工序簡圖或其他工藝文件上。此夾具設(shè)計(jì)的任務(wù)首先就是選擇和設(shè)計(jì)相應(yīng)的定位元件來實(shí)現(xiàn)上述定位方案。
在本此畢業(yè)設(shè)計(jì)中由于零件的特殊性，零件的毛坯是一個(gè)不規(guī)則的齒輪箱零件，因此只能選擇圓柱面進(jìn)行定位，其定位基面很容易看出就是工件和定位支撐接觸的表面，與之相應(yīng)，定位元件上與定位基面相配合（或接觸）的表面稱為限位基面，他的理論軸線稱為限位基準(zhǔn)。工件以平面定位時(shí)，其定位基面與定位基準(zhǔn)和限位基準(zhǔn)和限位基準(zhǔn)則是完全一致的。
工件在夾具上定位時(shí)，理論上的定位基準(zhǔn)和限位基準(zhǔn)應(yīng)該重合，定位基面和限位基面應(yīng)該接觸。
當(dāng)工件有幾個(gè)定位基面時(shí)，限制自由度最多的定位基面稱為主要定位面，相應(yīng)的限位面稱為主要限位面。
3.3.2 定位方案的設(shè)計(jì)
我們知道在一般的夾具定位中的定位方法有很多種，主要是工件以平面定位，工件以圓柱面面進(jìn)行定位，工件以組合定位方式進(jìn)行定位，在本設(shè)計(jì)中工件主要是以平面作為定位基面，原因是該從該零件的三維視圖和平面視圖來看，該零件的表面不存在圓柱面，其內(nèi)部也不存在圓柱孔，因此根據(jù)指導(dǎo)老師的要求加工毛坯上的孔系結(jié)構(gòu)，只能采用平面加工的方式。
1.在平面定位的元件中，主要有以下的幾種定位元件可供選擇。
1）主要支承
主要支承用來限制工件的自由度，起到的是定位的作用。
（1）固定支承
固定支承有支承釘和支承板兩種形式，在使用過程中他們都是固定不動(dòng)的。
當(dāng)工件以加工過的平面定位時(shí)，可以采用平頭支承釘或支承板；而球頭支承釘主要用與毛坯面定位，齒紋頭支承釘主要用于工件的側(cè)面定位，他能大大的增強(qiáng)摩擦系數(shù)，防止工件滑動(dòng)。支承板的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但孔邊切削不易清除干凈，故適用于工件以側(cè)面和頂面定位時(shí)的情況。
支承釘和支承板均已標(biāo)準(zhǔn)化，其公差配合、材料、熱處理等可查閱機(jī)床夾具零部件國家標(biāo)準(zhǔn)。
工件以平面定位時(shí)，除采用支承釘和支承板外，還可以根據(jù)工件定位平面的具體形狀設(shè)計(jì)相應(yīng)的支承板，工件批量不大時(shí)也可以直接以夾具體作為限位平面。
對于本設(shè)計(jì)中所采用的支撐釘?shù)男问?，還是不適合選用固定支承，因?yàn)椋摿慵亩ㄎ槐砻姹容^復(fù)雜，有些選用的定位表面不在同一個(gè)平面上，如果選用固定支承進(jìn)行定位則缺乏了夾具體的一個(gè)靈活性。
（2）調(diào)節(jié)支承
而工件定位過程中調(diào)節(jié)支釘?shù)母叨瓤梢赃M(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，在同一夾具上加工形狀而尺寸不等的話，也可以采用調(diào)節(jié)支承，本設(shè)計(jì)中就采用了調(diào)節(jié)支承作為基本的定位元件，這樣一來既方便了對于不規(guī)則零件的靈活定位，也使得一個(gè)夾具體可以進(jìn)行多功能的應(yīng)用的條件，節(jié)省了制作夾具體的時(shí)間和材料，這也使得該思想成為了設(shè)計(jì)中的一個(gè)亮點(diǎn)。
（3）自位支承（浮動(dòng)支承）
在工件定位過程中，能自動(dòng)調(diào)整位置的支承稱為自位支承或者浮動(dòng)支承。這類的支承的工作特點(diǎn)是：支承點(diǎn)的位置能隨著工件定位基面的位置不同而自動(dòng)調(diào)節(jié)，定位基面壓下其中一點(diǎn)，其余點(diǎn)便上升，職志各點(diǎn)都與工件接觸。由于接觸點(diǎn)的數(shù)的增加，提高了工件的裝夾剛度和穩(wěn)定性，但其作用仍相當(dāng)于一個(gè)固定支承，只限制工件一個(gè)自由度。
2）輔助支承
輔助支承是用來提高工件的裝夾剛度和穩(wěn)定性的。一般在工件定位后與工件接觸，然后鎖緊，不起定位作用。
在做了解之后獲知輔助支承主要有：螺旋式輔助支承，自位式輔助支承，推引式輔助支承。由于本設(shè)計(jì)中沒有涉及輔助支承的內(nèi)容，所以不做詳細(xì)的介紹。
2．幾種定位方案的比較
由上圖3.1中裝配圖1為例。
方案：工件是以圓柱面進(jìn)行定位，選擇B面靠右側(cè)的兩個(gè)支承釘進(jìn)行定位。
3.2 方案六點(diǎn)定位示意圖
3.3.3具體的誤差分析和計(jì)算
1.在本設(shè)計(jì)中定位的設(shè)計(jì)思路主要是以加工零件上的孔來完成的,所以定位的方式就可以定下來了,定位基準(zhǔn)的形式和精度,定位元件的形式和精度,定位元件的布置方式,定位基準(zhǔn)和定位元件的配合狀況等因素有關(guān).這些應(yīng)素造成的誤差,可以通過數(shù)學(xué)計(jì)算求得.在采取高定位精度的措施時(shí),要注意到夾具制造上的可能性.在總的定位就精度滿足加工要求的條件下,不要過高的提高工件在夾具中定位精度.
由機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊中查得常見的定位誤差和定位形式可知定位面到加工面尺寸的加工精度的差值即是該位置的定位誤差的大小,根據(jù)工序圖可知,本夾具的設(shè)計(jì)中，
由于定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合，定位尺寸S=32.580.1，所以mm。
由于尺寸5.510.15mm的方向與兩個(gè)定位孔的連心線是平行的。所以=（0.027+0.017）=0.044mm。由于工序基準(zhǔn)不在定位基面上，所以=0.244mm。
由于定位基準(zhǔn)和限位基準(zhǔn)不重合，定位基準(zhǔn)可以做任意方向的位移，加工位置定位外圓。根據(jù)下式：
==0.00138
左邊的基準(zhǔn)位移誤差為=（0.044+2*2*0.00138）mm=0.05mm。右邊的的基準(zhǔn)位移誤差為=（0.118+2*2*0.00138）mm=0.187mm。定位誤差要取大值，故<1/3零件加工誤差。
3.4 工件的夾緊
3.4.1 對夾緊裝置的基本要求
機(jī)械加工中,為了保持工件 定位時(shí)所確定的正確加工位置,防止工件在切削力、慣性力、離心力及重力等作用下發(fā)生位移和振動(dòng)，機(jī)床夾具應(yīng)設(shè)有夾緊裝置，將工件壓緊夾牢。夾緊裝置是否合理、可靠及安全，對工件加工的精度、生產(chǎn)率和工人的勞動(dòng)條件有著重大的影響，為此也有以下的基本要求：
1）夾緊過程中，不能改變工件定位后占據(jù)的正確位置。
2）夾緊力的大小要適當(dāng)，既要保證工件在整個(gè)加工過程中位置穩(wěn)定不變、振動(dòng)小，又要使得工件不產(chǎn)生過大的夾緊變形。
3）夾緊裝置的操作也應(yīng)該方便、安全、省力。
4）夾緊裝置應(yīng)具有良好的自鎖性能，以保證源動(dòng)力波動(dòng)或消失后，仍然能保持夾緊狀態(tài)。
3.4.2 夾緊力的確定
確定夾緊力的方向、作用點(diǎn)、大小時(shí)，應(yīng)依據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工要求，并結(jié)合工件加工中的受力狀況及定位元件的結(jié)構(gòu)和布置方式來確定。夾緊力的方向
夾緊力的方向應(yīng)該有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應(yīng)朝向主要限位基面。夾緊力F朝向了主要的限位基面,有利于保證加工頂面的孔系結(jié)構(gòu),
1． 夾緊力的作用點(diǎn)
夾緊力的方向確定后，應(yīng)根據(jù)以下的原則來確定作用點(diǎn)的位置：
1）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)，若夾緊力的作用點(diǎn)落到了定位元件支承范圍之外，夾緊時(shí)將破壞工件的定位，會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤。
2）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性較好的方向和部位。這一原則對剛性差的工件特別重要的。
3）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)靠近工件的加工表面。
2． 夾緊力大小的確定
為了在切削過程中有效的夾緊工件，所需夾緊力的大小和工件所承受的切削力密切相關(guān)。通常，切削力的大小和作用點(diǎn)隨著加工過程的進(jìn)行而發(fā)生變化，而且在有些切削加工中，切削力還是一種沖擊力。要準(zhǔn)確的計(jì)算出切削力的大小十分的困難，因此在設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，采用兩種方法來確定所需的夾緊力：一是根據(jù)同類夾具的使用情況，用類比法進(jìn)行估算，這種方法在生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣；二是根據(jù)加工的情況，確定出工件在加工過程中對夾緊最不利的瞬時(shí)狀態(tài)，再將此時(shí)工件所受的各種外力看做靜力，并用靜力平衡原理，計(jì)算出所許的夾緊力。由于所加工的工件的狀態(tài)各異，切削工具不斷地摩損等因素的影響，所計(jì)算出的夾緊力與實(shí)際所需的夾緊力仍然存在著很大的差異。為了確保夾緊的安全可靠，往往將計(jì)算所得的夾緊力擴(kuò)大K倍作為實(shí)際需要的夾緊力，K為安全系數(shù)，故有
式中：實(shí)際所需的夾緊力，單位為N；
F：用靜里平衡原理計(jì)算所的夾緊力，單位為N；
K：安全系數(shù)；粗加工時(shí)，取K=2.5～３;精加工時(shí),取K=1.5～２。
3.5基本夾緊機(jī)構(gòu)
在做本設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中也查閱了很多相關(guān)的夾緊機(jī)構(gòu)，夾緊機(jī)構(gòu)的種類很多，其結(jié)構(gòu)大都以斜契夾緊機(jī)構(gòu)、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)和偏心夾緊機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，這三種夾緊機(jī)構(gòu)合稱為基本夾緊機(jī)構(gòu)。
而對于本夾具體的設(shè)計(jì)我采用了第二中設(shè)計(jì)構(gòu)思，那就是螺旋夾緊機(jī)構(gòu)作為夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
采用螺桿作為中間傳力元件的夾緊機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)便是通常所說的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，螺旋夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、容易制造，而且由于螺旋升角小，螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的自鎖性能好，夾緊力和夾緊行程都較大，是手動(dòng)的夾具上應(yīng)用得也最多的一種夾緊機(jī)構(gòu)。
在整個(gè)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中我業(yè)考慮了改進(jìn)的方案，作了比較取得了效果最好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
3.5.1單個(gè)螺旋機(jī)構(gòu)
單個(gè)螺旋機(jī)構(gòu)是直接用螺釘或螺母夾緊工件的機(jī)構(gòu)，夾緊時(shí)螺釘?shù)念^部直接和工件的表面接觸，螺釘轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可能損傷工件表面，或帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。為此在螺釘頭部直接安裝滑動(dòng)壓塊。當(dāng)滑動(dòng)壓塊和工件接觸后，由于壓塊和工件間的摩擦力矩大于壓塊和螺釘之間的摩擦力矩，壓塊不會(huì)隨螺釘一起轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖3.6所示。
圖3.6 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)
3.5.2 單個(gè)螺旋機(jī)構(gòu)夾緊力的計(jì)算
螺旋夾緊機(jī)構(gòu)也存在著缺點(diǎn).那就是夾緊動(dòng)作慢、工件裝卸費(fèi)時(shí)。由于螺旋可以看作是饒?jiān)趫A柱體上的斜契，因此，螺釘或者螺母夾緊力的計(jì)算和斜契相似。如圖3.7所示，為夾緊力螺旋的受力示意圖。施加在手柄上的原始力矩M=FL，工件螺旋桿產(chǎn)生的反作用力為（其值等于夾緊力）和摩擦力。分布在整個(gè)接觸面上，計(jì)算時(shí)可以看成集中作用于當(dāng)量摩擦半徑?的圓周上。的大小與端面接觸形式有關(guān)。螺母對螺桿的反作用力有垂直于螺旋面的正壓力F及螺旋上的摩擦力，其合力為，此力分布于整個(gè)螺旋接觸面上，計(jì)算時(shí)認(rèn)為其作用螺旋中徑處，為了便于計(jì)算，將分解為水平方向的分力和垂直方向的分力（其值與相等）。根據(jù)力矩的平衡條件得
圖3.7 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)受力分析
因=tan =tan()
代入上式得
式中：
——夾緊力，單位為N；
F——作用力，單位為N;
d——螺紋中徑，單位為mm;
L——作用力臂，單位為mm;
——螺紋升角，單位為（）；
——螺紋桿端部和工件的摩擦角，單位為（）；
——螺紋桿端部和工件的當(dāng)量摩擦半徑，單位為mm;
——螺紋處摩擦角，單位為（）；
以上分析的是方牙螺紋，對其他螺紋只要將φ1換成φ10即可。對三角螺紋φ10=arctan(1.15tanφ1 )；對梯形螺紋φ10=arctan(1.03tanφ1 )。本結(jié)構(gòu)可以采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，一方面是因?yàn)槁菪龏A緊機(jī)構(gòu)是較常用的夾緊機(jī)構(gòu)，另外由于考慮到切削力較大，故排除使用偏心輪機(jī)構(gòu)。
1）夾緊力大小計(jì)算如下：
FQL=（d0\2）F1+r’F2
根據(jù)摩擦力定理：F=μN(yùn)
可以得到：F1=μ1FN=μ1FJ/cosα
F2=μ2 FJ
（a） 其中μ1、μ2的確立見下表3.1：
表3.1滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)副材料的許用壓力及摩擦系數(shù)
螺桿-螺母的材料
滑動(dòng)速度/（m/min）
許用壓力/MPa
摩擦系數(shù)f
鋼-鋼
低速
7.5~13
0.11~0.17
表中摩擦系數(shù)啟動(dòng)時(shí)取大值，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)取小值。
所以取μ1=μ2 =0.11
(b) α的確立：α=arctanP/πd
由于所選螺旋夾緊機(jī)構(gòu)為雙頭螺栓加螺母結(jié)構(gòu)，其大小為M12標(biāo)準(zhǔn)件，查下表3.2可得其P和d值。
表3.2 普通螺紋的基本尺寸
稱直徑D、d
螺距P
中徑D2或d2
小徑D2或d2
第一系列
第二系列
12
1.75
1.5
1.25
1
10.863
11.026
11.188
11.350
10.108
10.376
10.674
10.917
14
2
1.5
1
12.703
13.026
13.350
11.835
12.376
12.914
16
2
1.5
1
14.701
15.026
15.350
13.835
14.376
14.917
所以P=1.5，d0=8，r’ =8/2，
經(jīng)計(jì)算得：FJ = FQL/（d0\2×μ1/cosα+ r’μ2）
FQ可取工人平時(shí)扳扳手的力的平均大小25牛，L可以取扳手的長度0.46米。
FJ =25×0.46/（8/2×0.11÷cos(arctan1.5/π/8)+8/2×0.11）=13.057kgf(KN)
2/鉆削力計(jì)算：
所加工的齒輪箱零件的材料為HT200，并采用硬質(zhì)合金刀具.根據(jù)T200鉆削連線表上查得鉆削的深度ap和進(jìn)給量f連線，確定Fc和Ft。其中，F(xiàn)c主切削力，F(xiàn)t垂直于Fc的，F(xiàn)f和Fp的合力。1/切削深度ap的確定：由表3.3可知，鉆孔時(shí)，ap=0.5~0.8，根據(jù)表3.3說明，切削深度，當(dāng)工件的加工直徑較大及需轉(zhuǎn)位或兩次安裝時(shí)，則取較大值，加工直徑較小及要求較高的加工精度和表面光潔度是，則取較小值，所以，由于夾具所要加工的工件的直徑較小且是在一次裝夾中完成的，取較小值ap=0.5
表3.3 鉆削深度表
工序名稱
切削深度（直徑上）mm
鉆孔
粗加工
２～６
精加工
０.５～１.５
鉸孔
粗加工
０.３～０.８
精加工
０.１～０.６
（1） 進(jìn)給量f的確定：根據(jù)精鏜、硬質(zhì)合金刀具及鋁合金材料的工件，查表3.4，可得進(jìn)給量f=0.06~0.10，取f=0.08mm/r。
表3.4 鉆孔時(shí)的進(jìn)給量f
工序名稱
刀具名稱
材料
進(jìn)給量fmm/r
鉆孔
硬質(zhì)合金
鑄鐵
D1級<=0.08,D級：0.12~0.15
鋼
0.12~0.15
鋁合金
0.06~0.10
連接切削深度ap和進(jìn)給量f連線，交Fc和Ft的直線，交點(diǎn)值為Fc=7.5kgf, Ft= 1.6kgf。
根據(jù)工件材料、刀具材料和幾何參數(shù)的不同，對Fc和Ft分別乘以修正系數(shù)KFc和KFt3。
其中，KFc= KFc1* KFc2* KFc3 ; KFt = KFt1* KFt2
因?yàn)楣ぜ卿X合金材料，其硬度為50~150HB，所以為了保證加工的安全性，取最大值150HB。
表3.5 修正系數(shù)與工件材料的關(guān)系
工件材料硬度
HB
140
160
KFc1
0.78
0.84
刀具主偏角
kr
30°
KFc2
1.05
刀尖圓弧半徑
re
1
1.5
KFc3
0.95
表3.6 修正系數(shù)與工件材料的關(guān)系
工件材料硬度
HB
140
160
KFt1
0.61
0.67
刀具主偏角
Kr
30°
KFt2
0.63
查表3.5、表3.6知：KFc1=0.84
KFc2=1.05
KFc3=0.95
KFt1=0.67
KFt2=0.63
所以，最終 KFc= KFc1* KFc2* KFc3=0.84×1.05×0.95=0.8379
KFt = KFt1* KFt2=0.67×0.63=0.4221
Fc0 = KFc×Fc=0.8379×7.5=6.28425 kN
Ft0= KFt×Ft=0.4221×1.6=0.67536 kN
即，最終的切削力為軸向6.28425 kN，徑向0.67536 kN。
夾緊力與鉆削力的比較：由計(jì)算得知，夾緊力大于鉆削力，所以所設(shè)計(jì)的夾具所使用的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的擰緊螺絲是適用的，達(dá)到了夾緊的作用，使工件在加工時(shí)不會(huì)移位，保證了加工的精度。
3.6 夾具的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
夾具上的各種裝置和元件通過夾具體連接成一個(gè)整體。
3.6.1對于夾具體的要求
夾具體的形狀及尺寸取決于夾具上各種裝置的布置及夾具和機(jī)床的連接。
1.具有適當(dāng)?shù)木群统叽绲姆€(wěn)定性
在本設(shè)計(jì)中由于加工零件的本生是需要有加工的精度要求的，那么為了保證零件的表面的精度要求相應(yīng)的夾具體上和安裝定位元件的表面、安裝刀或者導(dǎo)向元件的表面以及夾具體的安裝基準(zhǔn)面（與機(jī)床相連接的表面）等均應(yīng)有適當(dāng)?shù)某叽绾托螤畹木群臀恢镁?。為了使的夾具體的尺寸的穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)中的采用的鑄造夾具體要進(jìn)行實(shí)效處理。
2.有足夠的強(qiáng)度和剛度
加工過程中，夾具體要承受較大的切削力和夾緊力。為了保證夾具體不產(chǎn)生不允許變形和振動(dòng)，夾具體應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。因此夾具體需要有一定的壁厚，由于本設(shè)計(jì)中的材料為HT220，是鑄造得到的，因此采用了加強(qiáng)肋的設(shè)置。如圖3.8所示。
圖3.8 夾具體的零件圖
3.結(jié)構(gòu)工藝性好
夾具體應(yīng)便于制造、裝配和檢驗(yàn)。在本設(shè)計(jì)的鑄造夾具體上可調(diào)定位支承的元件的表面鑄出凸臺，以減少加工面積。夾具體毛面和工件之間應(yīng)留有足夠的間隙約為4-15MM。上圖中也能看到為了安裝可調(diào)支釘鑄出的凸臺。
4.在機(jī)床上安裝穩(wěn)定可靠
夾具在機(jī)床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面和機(jī)床上相應(yīng)的表面的接觸或配合實(shí)現(xiàn)的。在本設(shè)計(jì)中在夾具體的下方設(shè)計(jì)了機(jī)床連接底座，其上設(shè)有長槽便于和數(shù)控加工中心的T型槽進(jìn)行連接，當(dāng)夾具在機(jī)床工作臺上安裝時(shí)，夾具的重心應(yīng)盡量低，重心越高則支撐面應(yīng)越大；夾具底面四邊應(yīng)凸出，使夾具體的安裝基面和機(jī)床的工作臺面接觸良好。接觸邊或支腳的寬度應(yīng)大于機(jī)床工作臺梯形槽的寬度，應(yīng)一次加工出來，并保證一定的平面精度。如圖3.9所示即為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的和數(shù)控加工中心連接的車床和夾具連接底座。
圖3.9 車床連接底座的零件圖
3.6.2夾具體毛坯的類型
1.鑄造夾具體
本設(shè)計(jì)中采用的夾具體材料為HT220，用翻砂鑄造的方法可以得到，這樣的夾具體的優(yōu)點(diǎn)是工藝性好，可鑄造出各種復(fù)雜形狀，具有較好的抗壓強(qiáng)度、剛度和抗振性，但生產(chǎn)周期長，需要進(jìn)行時(shí)效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力，這也是使用鑄造存在的不足之處。
2.焊接夾具體
此類夾具體制造方便，生產(chǎn)周期短、成本低、重量輕（壁厚比鑄造夾
具體薄）。但焊接夾具體的熱應(yīng)力較大，易變形，需經(jīng)退火處理，以保證夾具體尺寸的穩(wěn)定性。
3.鍛造夾具體
適用于形狀簡單、尺寸不大、要求強(qiáng)度和剛度大的場合。
4．組合機(jī)床簡介
4.1概念
組合機(jī)床是隨著生產(chǎn)的發(fā)展、產(chǎn)品產(chǎn)量的增加、精度要求的不斷提高，由萬能機(jī)床和專用機(jī)床發(fā)展來的，它根據(jù)工件加工需要，以大量系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化設(shè)計(jì)的通用零部件為基礎(chǔ)，配以少量專用零部件組成的一種高效專用機(jī)床。組合機(jī)床廣泛應(yīng)用于汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的汽缸體、汽缸蓋、變速箱、后橋的大批量生產(chǎn)，不僅提高了生產(chǎn)效率，保證了加工精度，而且減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。
4.2特點(diǎn)
組合機(jī)床采用了70％～90％的通用部件和通用零件，這大大地縮短了設(shè)計(jì)制造周期，減少了制造過程中的問題，提高了機(jī)床工作的可靠性，降低了機(jī)床成本，方便了機(jī)床的維修保養(yǎng)，與萬能機(jī)床和專用機(jī)床相比，有如下特點(diǎn)：
1. 研制周期短，便于設(shè)計(jì)、制造，成本低。因?yàn)橥ㄓ没?、系列化、?biāo)準(zhǔn)化程度高，占70％～90％的通用件可組織批量生產(chǎn)進(jìn)行預(yù)制或外購。另外，在需要的時(shí)候，可以部分或全部進(jìn)行改裝，以組成適應(yīng)新的加工要求的新設(shè)備。這就是說，組合機(jī)床有重新改裝的優(yōu)越性，其通用零部件可以多次重復(fù)利用。
2.加工工藝合理。組合機(jī)床是按具體加工對象專門設(shè)計(jì)的。因而可以按最合理的工藝過程進(jìn)行加工，這在萬能機(jī)床上往往是不易實(shí)現(xiàn)的。
3. 生產(chǎn)率高。因?yàn)楣ば蚣?，組合機(jī)床上可以同時(shí)從幾個(gè)方向采用多把刀具對幾個(gè)工件同時(shí)自動(dòng)進(jìn)行加工。它是實(shí)現(xiàn)集中工序的最好途徑，是提高生產(chǎn)效率的有效設(shè)備。
4. 加工精度穩(wěn)定。因?yàn)楣ば蚬潭?，可選用成熟的通用部件、精密夾具和自動(dòng)工作循環(huán)來保證加工精度的一致性；同時(shí)，組合機(jī)床常常是用多軸對箱體零件一個(gè)面上的許多孔同時(shí)進(jìn)行加工。這樣就能比較好的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(yùn)，改善勞動(dòng)條件，也減少了機(jī)床占地面積。
5.由于組合機(jī)床大多數(shù)零、部件是同類的通用部件，這就簡化了機(jī)床的維護(hù)和修理。必要時(shí)可以更換整個(gè)部件，以提高機(jī)床的維修速度。
6. 配置靈活。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)模塊化、組合化，通用部件可以組織專門工廠集中生產(chǎn)。 這樣可以采用專用高效設(shè)備進(jìn)行加工，有利于提高通用部件的性能，降低制造成本?？砂垂ぜ蚬ば蛞螅么罅客ㄓ貌考蜕倭繉Ｓ貌考焖凫`活組成各種類型的組合機(jī)床。
組合機(jī)床雖然有很多優(yōu)點(diǎn)?但也還有缺點(diǎn)。 1)組合機(jī)床的可變性較萬能機(jī)床低，重新改裝時(shí)有10％～20％的零件不能重復(fù)利用,而且改裝時(shí)芳動(dòng)量比較大。2)組合機(jī)床的通用部件不是為某一種規(guī)床設(shè)計(jì)的，而是具有較廣的適應(yīng)性。這樣,就使組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)較專用機(jī)床稍為復(fù)雜些。
4.3組成
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，主要用于平面加工和孔加工兩類工序，按通用部件類型，組合機(jī)床分為大型和小型兩大類，用大型通用部件組成的機(jī)床稱為大型組合機(jī)床，用小型通用部件組成的機(jī)床稱為小型組合機(jī)床；按配置型式又分為單工位和多工位機(jī)床兩大類，單工位機(jī)床又有單面、雙面、三面和四面幾種；多工位機(jī)床則有移動(dòng)工作臺式、回轉(zhuǎn)工作臺式、中央立柱式和回轉(zhuǎn)鼓輪式等配置型式。
下圖所示為典型的雙面復(fù)合式單工位組合機(jī)床。其組成是：側(cè)底座I、滑臺2、鏜銑削頭3、夾具4、多軸箱5、動(dòng)力箱6、立柱7、墊鐵8、立柱底座9、中間底座10、液壓裝置11、電氣控制設(shè)備l 2、刀工具l 3等。通過控制系統(tǒng)，在兩次裝卸工件間隔時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)自動(dòng)工作循環(huán)。圖中各個(gè)部件都是具有一定獨(dú)立功能的部件，并且大都是已經(jīng)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的通用部件。通常夾具4、中間底座10和多軸箱5是根據(jù)工件的尺寸形狀和工藝要求設(shè)計(jì)的專用部件，但其中的絕大多數(shù)零件如定位夾壓元件、傳動(dòng)件、主軸等也都是標(biāo)準(zhǔn)件和通用件。
5．組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)
5.1總布置方案確定
組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì),就是針對具體的被加工零件，在選定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行方案圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。下面就齒輪箱工藝及鉆2-φ20孔、工裝組合機(jī)床（80UX03-K160）的設(shè)計(jì)，了解組合機(jī)床的設(shè)計(jì)。
5.2、加工示意圖
1. 加工示意圖作用
加工示意圖是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的重要圖紙之一，在機(jī)床總體設(shè)計(jì)中占有重要地位。它是設(shè)計(jì)刀具、夾具、主軸箱以及選擇動(dòng)力部件的主要資料，同時(shí)也是調(diào)整機(jī)床和刀具的依據(jù)。加工示意圖,要反映機(jī)床的加工過程和加工方法，并決定浮動(dòng)夾頭或接桿的尺寸，鏜桿長度，刀具種類及數(shù)量，刀具長度及加工尺寸，主軸尺寸及伸出長度，主軸、刀具、導(dǎo)向與工件間的聯(lián)系尺寸等。根據(jù)機(jī)床要求加工工件的要求及刀具特點(diǎn)，合理地選擇切削用量，決定動(dòng)力頭的工作循環(huán)。
2. 刀具的選擇
齒輪箱組合機(jī)床（80UX03-K160）要求加工的機(jī)體毛坯為鑄鐵件，材料為HT200，硬度為170～241HBS；工件的最大輪廓尺寸為：長5310 -0.2mm，高483mm,寬216mm,機(jī)體外形近似為長方體。工件壁厚較均勻，剛性較好。
加工內(nèi)容為：
齒輪箱底部鉆2-φ20孔綜合考慮箱體材料、加工內(nèi)容及機(jī)床夾具的條件，確定刀具材料為：鉆孔麻花鉆為高速鋼，擴(kuò)孔刀采用硬質(zhì)合金。
具體采用的刀具為：
1號軸（孔）：采用￠13.5X8-￠18X223錐柄階梯麻花鉆
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為提高工序及保證加工精度，采用標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆再刃磨的鉆孔—倒角復(fù)合鉆頭（見非標(biāo)刀具圖），可使鉆孔、倒角在同一機(jī)床同一工位一次加工，且使鉆孔、倒角的排屑槽整體連通，便于排屑。另外復(fù)合鉆頭后部直徑較大，可使鉆頭剛度提高，防止鉆頭折斷并能提高鉆孔精度。刀具耐用度值是以鉆孔時(shí)的小直徑計(jì)算的，所以刃磨后的刀具并不影響耐用度。
3. 確定主軸的直徑
由于組合機(jī)床工作時(shí)，要求每面所有刀具每分鐘進(jìn)給量相同，而且都等于液壓滑臺的進(jìn)給量，這個(gè)進(jìn)給量應(yīng)該適合于所有刀具。在本組合機(jī)床切削用量選擇中，取進(jìn)給量為45mm/min以滿足設(shè)計(jì)要求。
根據(jù)《高速鋼鉆頭切削用量》，選取各刀具的切削速度及每轉(zhuǎn)進(jìn)給量,計(jì)算各主軸的切削扭矩、切削功率及切削力，然后根據(jù)《軸能承受的扭矩》，確定主軸的直徑。
1號軸：V取10（m/min），Sm取45（mm/min），
n＝＝ ＝236（r/min）
則So為0.19（mm/ r）
￠18的速度V￠18＝/1000＝3.14×18×236/1000＝13.3（m/min）
M＝1.2×6.7 2×＝1.2×6.72×8.67×0.26×1×27.5
＝500（公斤/毫米）
d＝B ＝7.3× ＝7.3×2.66＝19.4（mm）
N＝＝＝＝0.12（千瓦）
P＝ 0.3＝0.3×＝0.3×74＝22.2（公斤）
查表《軸能承受的扭矩》，1號軸取直徑d＝20mm。
4. 主軸箱的確定
根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果，查表《通用鉆削類主軸的系列參數(shù)》，
決定刀具的莫氏圓錐度，主軸外伸尺寸，現(xiàn)將主軸外伸尺寸和切削用量等列表如下：
軸號
1
2
3～6
7
8
主軸外伸尺寸
D/d（mm）
30/20
38/26
38/26
38/26
38/26
L（mm）
115
115
115
115
115
切 削 用 量
工序內(nèi)容
擴(kuò)￠13.5
鉆￠15
擴(kuò)￠17
鉆￠14.5
鉆￠11.3
N（r/min）
236
234
206
220
310
V（m/min）
10
11
11
10
11
So（mm/ r）
0.19
0.19
0.21
0.2
0.15
接桿型號
4-T0635-41
5-T0635-41
8-T0635-41
8-T0635-41
3-T0635-41
莫氏錐度
2號
2號
2號
2號
1號
數(shù) 量
1
1
4
1
1
備注
底孔￠13孔口倒角1X45
底孔￠13
孔口倒角1X45
主軸箱所需動(dòng)力的計(jì)算：
＝1.705（千瓦）
＝298.7（公斤）
2.13（千瓦）
鉆頭磨鈍系數(shù)為1.5，則
+ 1.5×2.13+1＝4.2（千瓦）
按以上主軸箱所需動(dòng)力的計(jì)算結(jié)果，根據(jù)下表中《1TD32～1TD80動(dòng)力箱性能》，決定決定選用：
1TD50A型齒輪傳動(dòng)的動(dòng)力箱，
電機(jī)型號：Y132M—6，功率5.5KW，轉(zhuǎn)速960r/min,
動(dòng)力箱輸出軸轉(zhuǎn)速720r/min。
6.2.3 多軸箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)
多軸箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)，是根據(jù)動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸位置和轉(zhuǎn)速、各主軸位置及其轉(zhuǎn)速要求，設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈，把驅(qū)動(dòng)軸與各主軸連接起來，使各主軸獲得預(yù)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。
1.對多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的一般要求
1)在保證主軸的剛度、強(qiáng)度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的條件下，力求使傳動(dòng)軸和齒輪的規(guī)格、數(shù)量為最少。為此，應(yīng)盡量用一根中間傳動(dòng)軸帶動(dòng)多根傳動(dòng)軸，并將齒輪布置在同一排上。當(dāng)中心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可采用變位齒輪或略微改變傳動(dòng)比的方法解決。
2)盡量不用主軸帶動(dòng)主軸的方案，以免增加主軸負(fù)荷，影響加工質(zhì)量。遇到主軸分布較密，布置齒輪的空間受到限制或主軸負(fù)荷較小、加工精度要求不高時(shí)，也可以用一根強(qiáng)度較高的主軸帶動(dòng)1～2根主軸的傳動(dòng)方案。
3)為使結(jié)構(gòu)緊湊，多軸箱內(nèi)齒輪副的傳動(dòng)比一般要大于1/2（最佳傳動(dòng)比為1～1/1.5），后蓋箱內(nèi)齒輪傳動(dòng)比允許取至1/3～1/3.5；盡量避免用升速傳動(dòng)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速較低時(shí)，允許先升速后再降一些，使傳動(dòng)鏈前面的軸、齒輪轉(zhuǎn)矩較小，結(jié)構(gòu)緊湊，但空轉(zhuǎn)功率隨之增加，故要求升速傳動(dòng)比小于等于2；為使主軸上的齒輪不過大，最后一級經(jīng)常采用升速傳動(dòng)。
4)用于粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡可能設(shè)置在第Ⅰ排，以減少主軸的扭矩變形；精加工主軸上的齒輪，應(yīng)設(shè)置在Ⅲ排，以減少主軸端的彎曲變形。
5)多軸箱內(nèi)具有精加工主軸時(shí)，最好從動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸齒輪傳動(dòng)開始，就分兩條傳動(dòng)路線，以免影響加工精度。
6)剛性鏜孔主軸上的齒輪，其分度圓直徑要盡可能大于被加工孔的孔徑，以減少振動(dòng)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。
7)驅(qū)動(dòng)軸直接帶動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸數(shù)不能超過兩根，以免給裝配帶來困難。
多軸箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)齒輪排數(shù)Ⅰ～Ⅳ排不夠用時(shí)，可以增加排數(shù)，如在原來Ⅰ排齒輪的位置上排兩排薄齒輪（其強(qiáng)度應(yīng)滿足要求）或在箱體與前蓋之間增設(shè)0排齒輪。
2.擬定多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的基本方法
擬定多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的基本方法:先把全部主軸中心盡可能分布在幾個(gè)同
心圓上，在各個(gè)同心圓的圓心上分別設(shè)置中心傳動(dòng)軸；非同心圓分布的一些主軸，也宜設(shè)置中間傳動(dòng)軸（如一根傳動(dòng)軸帶兩根或三根主軸）；然后根據(jù)已選定的各中心傳動(dòng)軸再取同心圓，并用最少的傳動(dòng)軸帶動(dòng)這些中心傳動(dòng)軸；最后通過合攏傳動(dòng)軸和動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸連接起來。
(1) 將主軸劃分為各種分布類型 被加工零件上的加工孔的位置分布是多種多樣的，但大致可以歸納為：同心圓分布、直線分布和任意分布三種類型。因此，多軸箱上主軸分布相應(yīng)分為這三種類型。
(2) 確定驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向及其在多軸箱上的位置 驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速按動(dòng)力箱型號選定；當(dāng)采用動(dòng)力滑臺時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)方向可以任意選擇；動(dòng)力箱與多軸箱連接時(shí)，應(yīng)注意驅(qū)動(dòng)軸中心一般設(shè)置于多軸箱箱體中心線上，其中心高度則決定于所選動(dòng)力箱的型號規(guī)格。驅(qū)動(dòng)軸中心位置機(jī)床聯(lián)系尺寸圖中已經(jīng)確定。本設(shè)計(jì)所選的多軸箱規(guī)格為500x500，所以，驅(qū)動(dòng)軸的中心位置已經(jīng)確定，即距多軸箱底部的距離為199.5mm,在多軸箱寬度方向的中心線上。
(3) 用最少的傳動(dòng)軸及齒輪副把驅(qū)動(dòng)軸和各主軸連接起來 在多軸箱設(shè)計(jì)原理圖中確定了各主軸的位置、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，首先分析主軸的位置，擬定傳動(dòng)方案，選定齒輪齒輪模數(shù)（估算或類比），在通過“計(jì)算、作圖和多次試湊”相結(jié)合的方法，確定齒輪齒數(shù)和中間傳動(dòng)軸的位置及轉(zhuǎn)速。
1) 齒輪齒數(shù) 傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速計(jì)算公式：
=主/從
A=m(主+ 從)/2=mSz
主=從/=從從/主
從=主=主主/從
主=2A/m-從=2A/m(1+主/ 從)=2A/m(1+)
從=2A/m-主=2A/ m(1+從/主)=2Am/(1+)
式中 ——嚙合齒輪副傳動(dòng)比；
Sz——嚙合齒輪副齒數(shù)和；
主、從——分別為主動(dòng)和從動(dòng)齒輪齒數(shù)；
主、從——分別為主動(dòng)和從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速，單位為r/min；
A——齒輪嚙合中心距，單位為mm；
m——齒輪模數(shù)。
所以，已知1=2=236r/min；0=720r/min