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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 33 頁 共 33 頁
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率專用機(jī)床，在汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)、電機(jī)、儀器儀表、軍工及縫紉機(jī)、自行車等輕工行業(yè)大批大量生產(chǎn)中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用。
組合機(jī)床最適宜于加工各種大中型箱體類零件，如箱蓋、箱體、變速箱體、電機(jī)座及儀表殼等零件；也可用來完成軸套類、輪盤類、叉架類和蓋板類零件的部分或全部工序的加工［1］。
本設(shè)計(jì)以提高生產(chǎn)率和保證加工精度為目的，以較充足的專業(yè)課知識為基礎(chǔ)，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書，在收集和參考大量資料的前提下獨(dú)立完成。設(shè)計(jì)基本上做到：圖紙繪制基本符合國家標(biāo)準(zhǔn)，做到布局合理，圖紙也基本能夠正確、完整、清晰的表達(dá)出零件的形狀及尺寸。計(jì)算說明書的條理較清晰，語言通順流暢，圖表和公式的編輯也基本符合畢業(yè)論文撰寫規(guī)范。
在設(shè)計(jì)過程中，盡量采用通用部件，為組合機(jī)床的生產(chǎn)提供便利條件。其中主軸箱的設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。主軸箱設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮被加工零件的形狀及加工要求，合理布置傳動及齒輪的位置。尤其在齒輪設(shè)計(jì)上，更要反復(fù)驗(yàn)算轉(zhuǎn)速，努力作出最合理的設(shè)計(jì)方案。
在這次設(shè)計(jì)中，老師給予了我們很大的幫助。在他的指導(dǎo)下，一個(gè)又一個(gè)的難題被攻克，我們的設(shè)計(jì)水平有了很大的提高。
由于本人的水平十分有限，缺少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中難免有錯(cuò)誤和不當(dāng)之處，懇請各位老師批評指正。
本研究課題是以1P68F發(fā)動機(jī)下箱體為設(shè)計(jì)對象，目的是對箱體結(jié)合面與非結(jié)合面進(jìn)行鉆孔加工。集科工貿(mào)及金融與大專院校于一體的由60多個(gè)成員單位組成的跨行業(yè)、跨地區(qū)的大型企業(yè)集團(tuán)，企業(yè)始建于1956年，具有五十年研制和生產(chǎn)小型動力及配套機(jī)械的歷史，有專業(yè)生產(chǎn)線和柔性生產(chǎn)線組成的國內(nèi)一流的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，有達(dá)到國家一級計(jì)量水平的計(jì)量檢測系統(tǒng)，有動力試驗(yàn)中心和CAD開發(fā)中心組成的研究開發(fā)系統(tǒng)等，具備了強(qiáng)大的產(chǎn)品開發(fā)能力。企業(yè)主要生產(chǎn)摩托車、摩托車發(fā)動機(jī)、特種車輛、小型汽油機(jī)、小型汽油發(fā)電機(jī)組、林業(yè)機(jī)械、消防機(jī)械等七大類100多種規(guī)格的產(chǎn)品。
本次設(shè)計(jì)將根據(jù)企業(yè)的自身要求，以現(xiàn)有的加工設(shè)備為基礎(chǔ)，為1P68F發(fā)動機(jī)下箱體結(jié)合面和非結(jié)合面的雙面鉆加工設(shè)計(jì)專用的組合機(jī)床及夾具，在滿足生產(chǎn)要求的基礎(chǔ)上提高生產(chǎn)率，并盡量節(jié)約成本。
同時(shí)通過本次設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和各項(xiàng)技能，著重培養(yǎng)設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析問題和解決問題的能力，進(jìn)而總結(jié)、歸納和獲得合理結(jié)論，進(jìn)行較為系統(tǒng)的工程訓(xùn)練，初步鍛煉科研能力，提高論文撰寫和技術(shù)表達(dá)能力，為實(shí)際工作奠定基礎(chǔ)。
2 組合機(jī)床及其特點(diǎn)
組合機(jī)床使用系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件和少量的專用部件組成的多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的高校專用機(jī)床，其生產(chǎn)率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍，可進(jìn)行鉆、鏜、鉸、攻絲、車削、銑削等切削加工。組合機(jī)床的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)件約占70-80%,這些部件是系列化的,可以進(jìn)行成批生產(chǎn).其余20-30%的專用部件是由被加工零件的形狀,輪廓尺寸,工藝和工序來決定,如夾具,主軸箱,刀具和工具等.
在批量生產(chǎn)中為了提高生產(chǎn)率，必須要縮短加工時(shí)間和輔助時(shí)間，而且盡可能使輔助時(shí)間和加工時(shí)間重合，使每個(gè)工位裝夾多個(gè)工件同時(shí)進(jìn)行多刀加工，實(shí)行工序高度集中，因而廣泛采用組合機(jī)床。
由參考文獻(xiàn)[2] 4-5得
一般的組合機(jī)床主要有六部分通用部件及兩部分專用部件組成。以復(fù)合立式三面鉆孔組合機(jī)床，它由側(cè)底座、力主底座、力主、動力箱、滑臺及中間底座等通用部件及多軸箱、夾具等專用部件組成。組合機(jī)床的專用
部件往往也是由大量的通用零件和標(biāo)準(zhǔn)件組成。
組合機(jī)床按主軸箱和動力箱的安置方式不同可分為以下幾種型式：
（1） 臥式組合機(jī)床（動力箱水平安裝）。
（2） 立式組合機(jī)床（動力箱垂直安裝）?！?
（3） 側(cè)斜式組合機(jī)床（動力箱傾斜安裝）。
（4） 復(fù)合式組合機(jī)床（動力箱具有上述兩種以上的安裝狀態(tài)）。
在以上四種配置型式的組合機(jī)床中，如果每一種之中再安置一個(gè)或幾個(gè)動力部件時(shí)，還可以組成雙面或多面組合鉆床。
由組合機(jī)床組成可以明顯地了解其特點(diǎn)，與通用機(jī)床及其它的專用機(jī)床比較，具有如下特點(diǎn)：
（1） 要用于加工箱體類零件和雜件的平面和孔。
（2） 生產(chǎn)率高。因?yàn)楣ば蚣?，可多面、多軸、多刀同時(shí)自動加工。
（3） 加工精度穩(wěn)定。因?yàn)楣ば蚬潭?，可選用成熟的通用部件、精密夾具合作的工作循環(huán)來保證加工精度的一致性。
（4） 研制周期短，便于設(shè)計(jì)、制造和使用維護(hù)，成本低。因?yàn)橥ㄓ没?、系列化、?biāo)準(zhǔn)化程度高，而且通用部件可組織批量生產(chǎn)。
（5） 自動化程度高，勞動強(qiáng)度低。
（6） 配置靈活。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)模塊化、組合化、可按工件或工序要求，用大量通用部件和少量專用部件靈活組成各種類型的組合機(jī)床及自動線。機(jī)床易于改裝，產(chǎn)品或工藝變化時(shí)，通用部件一般還可以重復(fù)利用。
2.1 組合機(jī)床工藝范圍及加工精度
目前，組合機(jī)床主要用于平面加工和孔加工兩類工序。平面加工包括銑平面、锪（刮）平面、車端面；孔加工包括鉆、闊、鉸、鏜孔以及倒角、切槽、攻螺紋、锪沉孔、滾壓孔等。隨著綜合自動化的發(fā)展，其工藝范圍正擴(kuò)大到車外圓、行星銑削、拉削、推削、磨削、珩磨及拋光、沖壓等工序。此外，還可以完成焊接、熱處理、自動裝配和建材、清洗和零件分類及打印等非切削工作。
由參考文獻(xiàn)[6] 5-5得
組合機(jī)床在汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)、電機(jī)、儀器儀表、軍工、縫紉機(jī)和自行車等工業(yè)領(lǐng)域的大批、大量生產(chǎn)中已獲得廣泛應(yīng)用，一些中小批量生產(chǎn)的企業(yè)，如機(jī)床、機(jī)車、工程機(jī)械扽制造業(yè)中也亦推廣應(yīng)用。組合機(jī)床最適宜加工各種大中型箱體類零件，如氣缸蓋、氣缸體、變速箱體、電機(jī)座及儀表殼等零件，也可以用來完成軸套類、輪盤類、叉架類和蓋板類零件的部分或全部工序的加工。
組合機(jī)床的加工精度簡述如下：
采用鉸孔或精鏜孔時(shí)，孔的精度可達(dá)H6級，表明粗糙度為，孔的圓度在孔徑尺寸公差一半范圍內(nèi)。加工有色金屬時(shí)，采用精密夾具，經(jīng)過3~4次加工，精度可以穩(wěn)定地達(dá)H6級，表面粗糙度可達(dá)。
當(dāng)從兩面多軸加工時(shí)，孔的同軸度一般為.當(dāng)從一面進(jìn)行精鏜孔，并且采用固定式夾具，鏜刀桿兩端都有精密導(dǎo)向裝置，夾具在精度良好的條件下，在長度內(nèi)，被加工零件幾個(gè)孔的同軸度可保證在以內(nèi)。當(dāng)分別從兩面對同一軸線上的孔進(jìn)行單軸加工時(shí)，在有中間精密導(dǎo)向裝置條件下，其同軸度亦可保證在。
在組合機(jī)床上加工，孔與孔相互之間的平行度以及孔對加工基面的平行度，在長度內(nèi)可達(dá)。
孔的位置精度與夾具、機(jī)床的型式和精度有很大的關(guān)系。在固定式夾具的機(jī)床上鏜孔，孔間距離和孔的軸線與定位基面的位置精度可穩(wěn)定地達(dá)到。在多工位機(jī)床上，由于回轉(zhuǎn)工作臺會回轉(zhuǎn)鼓輪存在定位誤差，則加工精度不高。如果在同一工位上，若有懸掛式活動鉆模板，對孔進(jìn)行精加工時(shí)，其位置精度可達(dá)到。
在組合機(jī)床及其自動線上常用銑削、刮削、車削（端面）和拉削等方法加工平面。一般采用銑削頭、滑臺和滑座等通用部件，根據(jù)被加工工件的工藝要求組成單面、雙面以及立式、回轉(zhuǎn)臺式等多種型式的組合銑床。當(dāng)加工大型的箱體類工件時(shí)，一般采用銑削頭固定、工件安裝在工作臺上移動的布局型式。這樣的機(jī)床結(jié)構(gòu)較簡單，剛性較好，加工精度較高。在加工中小型工件時(shí)，通常將銑削頭組成鼓輪式組合銑床或立式連續(xù)回轉(zhuǎn)臺式組合銑床，這類機(jī)床生產(chǎn)效率高，加工精度較低。
在組合機(jī)床上加工平面的平直度可以達(dá)到在1000毫米長度內(nèi)偏差0.02～0.05毫米，表面粗糙度微米。對定位基面的平行度可以保證在0.05毫米以內(nèi)，到定位基面的距離（一般在500毫米以內(nèi)）尺寸公差可以保證在0.05毫米以內(nèi)。
多軸加工，采用動力滑臺在死擋鐵上停留的方法，其加工精度能達(dá)到0.15～0.25毫米；單軸加工，采用特殊結(jié)構(gòu)，加工到終點(diǎn)使擋塊頂在被加工工件的表面，一般精度可以達(dá)到0.08～0.10毫米。條件良好時(shí)，精度可以保證在0.02～0.045毫米以內(nèi)。
2.2 采用組合機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析
組合機(jī)床是一種高效率專用機(jī)床，有特定的使用條件，不是在任何情況下都能收到良好的經(jīng)濟(jì)效益。在確定設(shè)計(jì)組合機(jī)床前，應(yīng)該進(jìn)行具體的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。
由參考文獻(xiàn)[4]9-5得
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，要在1P68F上箱體兩面鉆孔，孔的種類較多，總數(shù)也較多。若采用普通機(jī)床加工需反復(fù)進(jìn)行，加工耗時(shí)較多，且不容易保證孔與孔間的位置精度。根據(jù)零件的形狀及加工要求選取采用臥式雙面組合鉆床，同時(shí)進(jìn)行雙面多孔加工。這樣可以保證孔與孔之間的位置精度，且加工所需的時(shí)間大大縮短。除此之外采用組合機(jī)床對工人的要求很低，節(jié)約了勞動成本。
綜上所述，對于在1P68F上箱體兩面鉆孔采用組合機(jī)床，可以取得良好的經(jīng)濟(jì)性。
2.3 組合機(jī)床的發(fā)展趨勢
衡量通用部件技術(shù)水平的主要標(biāo)準(zhǔn)是：品種規(guī)格齊全，動、靜態(tài)性能參數(shù)先進(jìn)，工藝性好，精度高和精度保持性好。
機(jī)械驅(qū)動的動力部件具有性能穩(wěn)定，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。目前，機(jī)械驅(qū)動的動力部件應(yīng)用了交流變頻調(diào)速電機(jī)和直流伺服電機(jī)等，使機(jī)械驅(qū)動的動力部件增添了新的競爭力。
動力部件采用鑲鋼導(dǎo)軌（英度可達(dá)HEC58~60）、滾珠絲杠、靜壓導(dǎo)軌、靜壓軸承、遲形皮帶等較新的結(jié)構(gòu)。支承部件采用焊接結(jié)構(gòu)等。由于提高了部件的精度和動、靜態(tài)性能，因而使被加工的工件精度明顯提高，表面粗糙度減小。
在機(jī)械制造工業(yè)中，中小批量生產(chǎn)約占80%。在某些中批量生產(chǎn)的企業(yè)中，如機(jī)床、閥門行業(yè)中、其關(guān)鍵工序采用組合機(jī)床。其中機(jī)床廠用組合機(jī)床加工主軸變速箱孔系，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著。發(fā)展具有可調(diào)、快調(diào)、裝配靈活、適應(yīng)多品種加工特點(diǎn)的組合機(jī)床十分迫切。
由參考文獻(xiàn)[5] 2-7得
組合機(jī)床的自動檢測通常作為一個(gè)工位出現(xiàn)。自動檢測包括對毛坯尺寸和工件硬度的檢查、鉆孔深度、刀具折斷、精加工尺寸和幾何形狀的檢查等。檢查方法分為主動檢查與被動檢查。主動檢查是將不合格的工件剔出，使之不往下個(gè)工位輸送。被動檢查則是發(fā)現(xiàn)不合格的工件時(shí)發(fā)現(xiàn)停機(jī)信號。目前主動檢查應(yīng)用的日趨廣泛。由于電子元件迅速發(fā)展，集成控制器、微機(jī)處理的應(yīng)用，使自動檢測技術(shù)更加可靠。自動檢測工位要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，統(tǒng)計(jì)計(jì)算以及打印出有關(guān)數(shù)據(jù)或作為數(shù)字顯示。自動監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展可以把被加工零件的實(shí)際尺寸控制在比規(guī)定公差更小的范圍之內(nèi)。還可以把加工后的工件按公差進(jìn)行分組，以便按分組的公差帶裝配。實(shí)際表明，采用分組裝配法提高產(chǎn)品的精度要比用單純提高設(shè)備精度更為經(jīng)濟(jì)。
3 繪制“三圖一卡”
繪制組合機(jī)床”三圖一卡”,就是針對具體零件,在選定的工藝和結(jié)構(gòu)法案的基礎(chǔ)上,進(jìn)行組合機(jī)床總體法案圖樣文件設(shè)計(jì)。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)系尺寸圖和編制生產(chǎn)率計(jì)算卡”。
本專機(jī)加工內(nèi)容是加工工件的結(jié)合面上的6個(gè)孔與非結(jié)合面上的9個(gè)孔共計(jì)15個(gè)孔。
3.1 加工工序圖
3.1.1 被加工零件工序圖的作用和要求
被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工序方案,表示所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床上完成的工序內(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,毛坯或半成平情況的圖樣,除了設(shè)計(jì)研制合同外,它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的具體依據(jù)。也是制造、驗(yàn)收和調(diào)整機(jī)床的重要技術(shù)條件。
3.1.2 被加工零件工序圖的內(nèi)容
(1) 被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸及本工作設(shè)計(jì)有關(guān)部位結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。
(2) 本工序所選用的定位基準(zhǔn),夾緊部位及夾緊方向。
(3) 本工序加工表面的尺寸,精度,表面粗糙度,形位公差等級,技術(shù)要求以及對上道工序的技術(shù)要求。
(4) 注明被加工零件的名稱,編號,材料,硬度以及加工部位的余量。
3.1.3 編制被加工零件工序圖的注意事項(xiàng)
(1) 本機(jī)床加工部分的位置尺寸由定位基面標(biāo)起，尤其在本機(jī)床加工，所選用的定位基面與設(shè)計(jì)基面不一致時(shí)，還必須對各孔要求的位置精度進(jìn)行分析和換算，即把不對稱公差的尺寸換算成對稱公差尺寸。以便在進(jìn)行夾具鉆孔設(shè)計(jì)和主軸箱設(shè)計(jì)時(shí)，確定鉆孔尺寸及主軸位置尺寸，并把各孔位置尺寸改為從定位基面標(biāo)注。
(2) 對孔的加工余量要認(rèn)真分析，在其大直徑孔的單邊余量應(yīng)小于相鄰兩孔半徑之差，以便鉆頭能通過。在加工毛坯孔時(shí)，不僅要弄清楚加工余量，還需要注意孔的鑄造偏心及鑄造毛刺大小，保證加工能正常進(jìn)行。
為了使被加工零件工序圖清晰明了，能突出本機(jī)床加工內(nèi)容，繪制時(shí)對本機(jī)床加工部件用粗實(shí)線表示，其尺寸打上方框，其余部位用細(xì)實(shí)線表示，定位基準(zhǔn)符號用“”，”表示，夾壓位置符號用表示。
3.1.4 零件工序簡圖
設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一臺雙面鉆專用機(jī)床來加工1P68F上箱體左主軸箱結(jié)合面的上的6個(gè)φ6. 7，其中3、4、5、6為通孔，1、2的孔深為23。非結(jié)合面上的2、3、6、7號孔為φ5mm的通孔，1、4、5、8、9號孔為φ5mm的盲孔。詳細(xì)加工內(nèi)容可見上箱體加工工序圖，被加工零件其材料為ADC12，硬度大于90HB。年產(chǎn)量為5萬件/年。零件的加工精度要求不高，加工量較大，故可采用一次裝夾雙面多孔同時(shí)加工的雙面鉆專機(jī)進(jìn)行大批量生產(chǎn)。
被加工零件以結(jié)合面作為定位基準(zhǔn)配以支撐板、開口墊圈等夾緊被加工零件，用一個(gè)圓柱銷和一個(gè)菱形銷以達(dá)到完全定位。
零件工序圖如圖3.1所示。
圖3.1 上箱體工序圖
3.2 加工示意圖
3.2.1 被加工零件示意圖的作用
加工示意圖是在工藝方案和機(jī)床總方案初步確定的基礎(chǔ)上繪制的。是表達(dá)工藝方案、具體的機(jī)床工藝方案圖。它是設(shè)計(jì)刀具夾具多軸箱和液壓、電氣系統(tǒng)以及選擇動力部件。繪制機(jī)床總配合尺寸圖的主要依據(jù)，是對機(jī)床總體布局和性能的原始要求，也是調(diào)整機(jī)床刀具所必須的重要技術(shù)文件。
3.2.2 被加工零件示意圖的內(nèi)容
（1） 機(jī)床的加工方法、切削用量、工作循環(huán)和工作行程。
（2） 工件、刀具及導(dǎo)向、托架及多軸箱之間的相對位置及其聯(lián)系尺寸。
（3） 主軸結(jié)構(gòu)類型、尺寸及外伸長度。
（4） 刀具類型、數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸、直徑和長度、接桿、導(dǎo)向裝置、攻螺紋靠模裝置等結(jié)構(gòu)尺寸。
（5） 刀具、導(dǎo)向套間的配合,刀具、接桿主軸之間的連接方式及配合尺寸等。
（6） 加工部位結(jié)構(gòu)尺寸、精度及分布情況。
（7） 工件名稱、材料、加工余量、切削液及是否需要讓刀等。
（8） 工件加工部位向視圖，并在向視圖上編出孔號。
3.2.3 選擇刀具、導(dǎo)向及有關(guān)計(jì)算
（1） 選擇刀具
選擇刀具應(yīng)考慮工件材質(zhì)、加工精度、表面粗糙度、排泄及生產(chǎn)率等要求。只要條件允許，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)刀具?？准庸さ毒撸ㄣ@、擴(kuò)、絞等）的直徑應(yīng)與加工部位尺寸、精度相適應(yīng)，其長度應(yīng)保證加工終了時(shí)刀具螺旋槽尾端離導(dǎo)向套外端面30-50mm，以利排泄和刀具磨損后有一定的向前調(diào)整量。
本工序?yàn)殂@6個(gè)φ6.7的孔和9個(gè)φ5的孔。工件材料為：ADC12。初選刀具為硬質(zhì)合金擴(kuò)孔鉆。
查閱《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊》p47表2-7
初選切削用量：
加工直徑 d=6.7mm
切削速度 v=40m/min
進(jìn)給量 f=0.2mm/r
得 主軸轉(zhuǎn)速
（2） 導(dǎo)向套的選擇
導(dǎo)向套的類型通常分為兩類，一類是固定式導(dǎo)向套，即刀具導(dǎo)向套部分與導(dǎo)套之間既有相對移動又有相對轉(zhuǎn)動；另一類是旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向套，刀具導(dǎo)向部分與導(dǎo)套之間只有相對移動而無相對轉(zhuǎn)動。相對轉(zhuǎn)動線速度小于20m/min時(shí)，通常采用固定式導(dǎo)向套；大于20m/min時(shí)，為避免刀桿與導(dǎo)向套摩擦發(fā)熱變形，產(chǎn)生“別勁”現(xiàn)象，應(yīng)選用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向。
導(dǎo)向套的數(shù)量應(yīng)根據(jù)工件形狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、刀具剛性及加工精度等情況決定。通常鉆、擴(kuò)、絞單層壁小孔，或鏜、擴(kuò)、絞深度不大的大孔時(shí)，采用單個(gè)導(dǎo)向套；在工件鑄孔上有擴(kuò)孔時(shí)，為加強(qiáng)刀具導(dǎo)向剛性，采用雙向?qū)桩?dāng)?shù)稐U懸伸較長或擴(kuò)、絞孔位置精度要求較高時(shí)，有時(shí)需要采用長導(dǎo)向套，雙導(dǎo)向套或多導(dǎo)向套加工。
導(dǎo)向套的主要參數(shù)通常指：導(dǎo)套的直徑及公差配合，導(dǎo)套的長度及導(dǎo)套到工件端面距離。這些參數(shù)根據(jù)已確定的導(dǎo)向套類型、工件形狀、公差精度及刀具剛性等確定。固定式導(dǎo)向套的長度取刀具導(dǎo)向部分直徑的2～4倍，導(dǎo)向套直徑大者取小值，直徑小時(shí)取大值。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向?qū)蛱椎拈L度應(yīng)取導(dǎo)向部分直徑的2～3倍。
在本設(shè)計(jì)中，導(dǎo)向套應(yīng)選用單個(gè)旋轉(zhuǎn)式，導(dǎo)向套的長度取40mm。
（3） 確定導(dǎo)向套離工件端面的距離
導(dǎo)向套離工件端面的距離一般按h=(0.3～0.7)d取值，加工鑄鐵時(shí)取小值，加工鋼件時(shí)取大值。
所以導(dǎo)向套離工件端面的距離取h=30mm。
（4） 確定主軸類型、尺寸、外伸長度
主軸軸徑尺寸規(guī)格應(yīng)根據(jù)選定的切削用量計(jì)算出切削轉(zhuǎn)矩T
查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊》表3-4 初定主軸軸徑
考慮便于生產(chǎn)管理，適當(dāng)簡化規(guī)格。綜合考慮加工精度和具體工件條件，查資料《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊》，按表3-6和表4-1選定主軸外伸長度L、外徑D和內(nèi)徑及配套的刀具接桿莫氏錐度號或攻螺紋靠模規(guī)格代號等。
主軸軸徑，主軸外伸尺寸L=115，外伸端為50/36，接桿莫氏圓錐號為1。
（5） 確定連桿的規(guī)格和主要尺寸
根據(jù)主軸端部的內(nèi)徑或莫氏錐度，在刀桿的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中選出刀桿的規(guī)格和主要尺寸，其中包括刀桿長度的推薦范圍。
主軸選用的連桿： L=260mm。
（6） 工作行程長度的確定。
（a） 工作進(jìn)給長度。 工作進(jìn)給長度等于被加工部位的長度與刀具切入長度和切出長度之和，切出長度應(yīng)取(mm，d為鉆頭直徑；切入長度可根據(jù)工件端面誤差確定，一般為5～10mm，在本設(shè)計(jì)中工作進(jìn)給長度為90mm。
（b） 快速退回長度。 一般在固定式夾具的鉆、擴(kuò)、絞孔機(jī)床上，快速推回長度必須保證所有道具都退進(jìn)夾具導(dǎo)向套內(nèi)，不影響裝卸工作即可。對于夾具需要回轉(zhuǎn)和移動的機(jī)床，快速退回長度必須把道具、托架、活動鉆模板以及定位銷等都退離到夾具運(yùn)動時(shí)可能碰到的范圍以外，或不影響裝卸工件的距離, 所以快速退回長度取200mm。
（c） 快速引進(jìn)長度。 快速引進(jìn)是動力部件把刀具快速送到工作進(jìn)給開式的位置，本設(shè)計(jì)中應(yīng)等于快退長度減去工進(jìn)長度，取其為110mm。
（d） 動力部件總行程長度。 動力部件總行程長度除必須滿足工作循環(huán)剛做行程要求外，還要考慮調(diào)整和裝卸刀具的要求，即考慮前備量和后備量。前備量是指刀具磨損和補(bǔ)償安裝制造誤差，動力部件可以喜愛那個(gè)前調(diào)整的距離。后備量是指刀具連同接桿一起從主軸上取出時(shí)，保證刀具退離導(dǎo)套外的距離大于接桿插入主軸孔內(nèi)的長度， 取前備量30mm,后備量180mm。
（7） 其它應(yīng)注意的問題。
（a） 加工示意圖上應(yīng)有足夠的聯(lián)系尺寸，并標(biāo)注恰當(dāng)，如主軸端部尺寸、刀具結(jié)構(gòu)尺寸、導(dǎo)向尺寸、工件至夾具的尺寸，工件本身以及加工部件的尺寸等。
（b） 應(yīng)有足夠的說明，如被加工零件的圖號、材料、硬度、加工余量、工件是否有讓刀運(yùn)動，以及是否采用冷卻。
（c） 加工部位的示意圖，需要將工件各面的形狀和加工孔的位置用縮小比例畫出，并標(biāo)注孔號。
（d） 相鄰兩孔中心距小的主軸，須在展開圖上按照比例畫出，以便檢查主軸、接桿、導(dǎo)向及浮動頭是否相碰。
（e） 加工示意圖是按照加工終了狀態(tài)繪制。
3.2.4 加工示意圖簡圖
零件加工示意圖如圖3. 2所示。
圖3.2 加工示意圖
3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
3.3.1 被加工零件聯(lián)系尺寸圖的作用
（1） 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)。
（2） 按初步選定的主要通用部件以及確定的主要部件的總體結(jié)構(gòu)而繪制的。
（3） 可用來表示機(jī)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(yùn)動關(guān)系能否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適。
（4） 為多軸箱、夾具等專用部件設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)，它可以看成是機(jī)床總體外觀簡圖。
3.3.2 被加工零件聯(lián)系尺寸圖的內(nèi)容
（1） 表明機(jī)床的配置型式與總布局。適當(dāng)數(shù)量的視圖，用同一比例畫出主要部件的外廓形狀和相關(guān)位置，表明機(jī)床基本型式及操作位置等。
（2） 完整齊全的反應(yīng)各部件間的主要裝配關(guān)系和聯(lián)系尺寸，專用部件的主要聯(lián)系尺寸、運(yùn)動部件的機(jī)械極限位置、及各滑臺工作循環(huán)總的工作行程和前后行程備量尺寸。
3.3.3 動力部件的選擇
動力部件的選擇主要是確定動力箱和動力滑臺。
由加工示意圖得：
D=19.8mm 軸向力：
切削功率
總軸向力
總切削功率
由《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊》得：
左右多軸箱選1TD25-Ⅰ型動力箱
驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速，n=900r/min；電動機(jī)選Y100L-4型，功率為2.2kw；選滑臺型號為1HYT32,滑臺臺面寬為320mm,滑臺臺面長為630mm,最大行程為200mm,最大進(jìn)給力為12500N，最大行程200mm，滑臺臺面寬度為B=250mm；快速進(jìn)給速度為8m/min。
由表5-2選滑臺附件，導(dǎo)軌防護(hù)裝置為1HJ25-F81,滑臺側(cè)底座為1CC252M。
3.3.4 組合機(jī)床其它尺寸的確定
（1） 確定機(jī)床裝料高度H
裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的垂直距離。
據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，裝料高度取H=895mm
(2) 確定中間底座尺寸
中間底座的輪廓尺寸，在長寬方向應(yīng)滿足夾具的安裝需要。這里選500×800×560JB1529-79。
(3) 確定多軸箱輪廓尺寸
標(biāo)準(zhǔn)通用鉆床類多軸箱的厚度是一定的,臥式為325mm，因此確定多軸箱尺寸，主要是確定多軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度h1。
B=b+2b1
H=h+h1+b1
其中 b——工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離
b1——最邊緣主軸中心至箱體外壁距離（為保證多軸箱內(nèi)有足夠空間安排齒輪，這里取100mm）
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
多軸箱最低主軸高度h1必須考慮工件最低孔位置h2，機(jī)床裝料高度H、滑臺總高h(yuǎn)3、底座高度h4等尺寸確定
h2=40mm
H=895mm
h3=250mm
h4=560mm
h1、H、B的計(jì)算如下：
h1=h2+H-(0.5+h3+h4)
=40+895-(0.5+250+560)
=124.5mm
滑臺與底座之間有h5=5mm的調(diào)整墊
故h1=h2+H-(0.5+h3+h4+h5)
=40+895-(0.5+250+560+5)
=119.5mm
H=h1+h+b1
=119.5+40+100
=259.5mm
B=b+b1
=402+2×100
=602mm
按通用多軸箱箱體系列尺寸標(biāo)準(zhǔn)，選定多軸箱輪廓尺寸B×H=600*300
(4) 繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖
其中長、寬方向的尺寸鏈要封閉
長度方向
從工件中心到夾具、多軸箱、滑臺、再由滑臺返回到滑臺前端、側(cè)底座、中間底座、工件中心
封閉：230+113+1217=1194+48+318
高度方向
從中心底座、夾具底座、支承塊、最低主軸高度到主軸箱、滑臺、調(diào)整墊、側(cè)底座
封閉：560+275+60+40=120+250+5+560
3.3.5 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖簡圖
機(jī)床聯(lián)系尺寸圖如圖3. 3所示。
圖3. 3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
3.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡
機(jī)床理想生產(chǎn)率是指機(jī)床在百分百負(fù)荷情況下每小時(shí)的生產(chǎn)能力。這里僅考慮加工一個(gè)工件所需的機(jī)動時(shí)間（）和輔助時(shí)間（）。輔助時(shí)間是指機(jī)床空運(yùn)行程（動力頭快進(jìn)和快退、工作臺的回轉(zhuǎn)或移動、電氣和液壓元件的轉(zhuǎn)換動作等）和工件的裝卸、定位、夾壓以及清楚定位面上切屑所需的時(shí)間。機(jī)床理想生產(chǎn)率Q可按下列公式計(jì)算：
式中——單件工作時(shí)。
經(jīng)查表得;
min
4 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)
組合機(jī)床是用已經(jīng)系列化，標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件和少量專用部件組成的多軸，多刀，多工序，多面或多工位同時(shí)加工的高效專用機(jī)床。在批量生產(chǎn)正為了提高生產(chǎn)率，縮短加工時(shí)間和輔助時(shí)間，而且盡可能使輔助時(shí)間和加工時(shí)間重合，使每個(gè)工位裝夾多個(gè)工件，同時(shí)進(jìn)行多刀加工，實(shí)行工序高度集中，必須廣泛采用組合機(jī)床。
4.1 組合機(jī)床方案設(shè)計(jì)
組合機(jī)床是針對被加工零件的特點(diǎn)及工藝要求，按高度集中工序的原則設(shè)計(jì)的一種高效率的專用機(jī)床。設(shè)計(jì)組合機(jī)床前，首先應(yīng)根據(jù)組合機(jī)床完成工藝的一些現(xiàn)狀及組合機(jī)床各種工藝方案能達(dá)到的加工精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，解決零件是否可以利用組合機(jī)床加工以及采用組合機(jī)床價(jià)格是否合理的問題。
4.1.1 加工方案制定階段
擬定方案階段包括制定工藝方案，確定機(jī)床的配置型式機(jī)結(jié)構(gòu)方案，最后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行圖紙的設(shè)計(jì)。
根據(jù)1P68F上箱體的毛坯尺寸、加工要求和生產(chǎn)批量大小,相應(yīng)的加工方式也有所區(qū)別,我們共設(shè)計(jì)了兩種供選擇的方案，并根據(jù)方案的優(yōu)劣選擇適合企業(yè)年生產(chǎn)綱領(lǐng)要求，并且相對加工效率最高，成本最低的方案。兩種加工方案分別為：立式升降臺鉆床、1P68F上箱體雙面鉆。
方案1：立式鉆床
立式鉆床的主軸是垂直布置的。鉆頭可以根據(jù)加工需要在垂直方向內(nèi)進(jìn)給。主軸隨同主軸套筒能在主軸相中上下移動，可實(shí)現(xiàn)手動快速升降、手動進(jìn)給和接通、斷開機(jī)動進(jìn)給。工件直接或通過夾具安裝在工作臺上。工作臺和主軸箱都安裝在方形立柱的垂直導(dǎo)軌上，可以上下調(diào)整其位置，以適應(yīng)不同高度工件的加工需要。立式鉆床一般只有單面配置一種形式。
方案2：臥式雙面鉆床
臥式雙面鉆床的刀具主軸水平布置，動力部件沿水平方向進(jìn)給，兩個(gè)主軸箱上可同時(shí)安裝多個(gè)刀具，一次可同時(shí)在同一工件的左右兩個(gè)不同面上加工多個(gè)孔。對于要求雙面加工的零件更具有加工的針對性。
(2) 加工方案選擇
方案1中，采用立式鉆床，優(yōu)點(diǎn)是操作要求低，床身占用空間小，加工精度較高，能夠基本保證加工要求，且由于其通用性，故通常企業(yè)內(nèi)都有大量的此類設(shè)備，原始資源充足。但此種加工方案造成零件在加工過程中需要在工作臺上同時(shí)安裝兩個(gè)工件，夾具設(shè)計(jì)較為困難且裝夾穩(wěn)定性差，工件換向裝夾操作較為繁瑣，容易使工人產(chǎn)生混亂而導(dǎo)致操作失誤，無形中大大增加了加工所需的時(shí)間，提高了生產(chǎn)成本。
方案2中，采用臥式雙面鉆床設(shè)計(jì)，最直接的特點(diǎn)是有兩面多個(gè)刀具，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙面多孔加工，節(jié)約了多次裝卸工件的時(shí)間，操作比較簡單，穩(wěn)定性較好，減少了裝夾時(shí)產(chǎn)生的誤差，簡化了加工工序，大大縮短了加工時(shí)間，降低了勞動成本，并且對工人的操作要求也不高。缺點(diǎn)是機(jī)床占用空間較大，加工精度較低，加工方式單一，通用性差。
綜上，本設(shè)計(jì)選擇方案2中臥式雙面鉆床設(shè)計(jì)，該方案既可以滿足零件加工的技術(shù)要求，又符合企業(yè)年生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求，提高了生產(chǎn)率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
4.1.2 技術(shù)設(shè)計(jì)階段
根據(jù)已確定的工藝和結(jié)構(gòu)方案，按照加工示意圖和機(jī)床聯(lián)系尺寸圖展開部件設(shè)計(jì)，繪制夾具、機(jī)床等的裝配圖。
4.1.3 工作設(shè)計(jì)階段
繪制有關(guān)圖紙，編制機(jī)床說明書。詳細(xì)過程見下列步驟和所繪圖紙。
箱體是發(fā)動機(jī)上的主要基礎(chǔ)零件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度要求高，加工工藝路線長。
本次加工的1P68F箱體由ADC12壓鑄而成，硬度大于90HB。
4.2 繪制機(jī)床總圖
機(jī)床裝配圖如圖4.1所示。
圖4.1 機(jī)床零件裝配圖
4.3 機(jī)床液壓滑臺的工作特性
由參考文獻(xiàn)[11] 2-5得
液壓傳動的工作原理液壓泵由電動機(jī)帶動，從油箱中吸油，然后將具有壓力能的油液輸送到管路，油液通過節(jié)流閥和管路流 至換向閥，換向閥的閥芯有不同的工作位置，因此通路情況不同，當(dāng)閥芯處于中間位置時(shí)，閥口p．a(chǎn)、b．t互不相通．通向液壓缸的油路被堵死，液壓缸不通壓力油，所以工作臺停止不動；若將閥芯向右推,這時(shí)閥口p和a，b和t相通，壓力油經(jīng)p口流人換向閥，經(jīng)a口流入液壓缸的左腔，活塞在液壓缸左腔壓力油的推動下帶動工作臺向右移動；液壓缸右腔的油液通過換向閥的b口流入到換向閥，又經(jīng)回油口t流回油箱；若將換向閥的閥芯向左推(左端工作位置)，活塞帶動工作臺向左移動；因此換向閥6的工作位置不同的，就能不斷改變壓力油的通路，使液 壓缸不斷換向，以實(shí)現(xiàn)工作臺所需要的往復(fù)運(yùn)動。
滑臺聯(lián)系尺寸圖如圖4.2所示。
圖4.2 滑臺聯(lián)系尺寸圖
滑臺型號為1HYT32,滑臺臺面寬為320mm,滑臺臺面長為630mm,最大行程為200mm,最大進(jìn)給力為12500N。 L1取630mm,L2取1300mm,L5取150mm,L6取300mm,L13250mm。
相關(guān)的型號和參數(shù)如下圖。
型號剪輯圖如圖4.3所示
圖4.3 型號剪輯圖
滑臺技術(shù)參數(shù)剪輯圖如圖4.4所示。
圖4.4 滑臺技術(shù)參數(shù)剪輯圖
液壓滑臺、墊板與機(jī)床采用螺釘M12×47連接，用錐銷A10×45定位，動力箱與滑臺采用M12×47連接，用錐銷A10×45定位。選滑臺附件，導(dǎo)軌防護(hù)裝置為1HJ25-F81,滑臺側(cè)底座為1CC252M，夾具底座跟床身用螺釘M12×47連接，用錐銷A10×45定位，夾具跟夾具體用螺釘M12×47連接，用錐銷A10×45定位。
圖4.1為專機(jī)總體裝配圖簡圖。如圖所示，本專機(jī)采用單底座設(shè)計(jì)，所有零部件均安裝在一個(gè)床身上。在零件的裝配方面采用一面兩銷定位螺釘固定的方案。
兩液壓滑臺相對安裝在機(jī)床床身兩側(cè)的適當(dāng)位置，由4個(gè)A10錐銷定位，再用20只M12螺釘固定。
左右兩主軸箱由動力箱與滑臺相連，動力箱與滑臺之間加入調(diào)整墊板來調(diào)整主軸箱的中心高度以滿足設(shè)計(jì)要求。在裝配方面由4個(gè)A10錐銷定位，再用12只M12螺釘固定。
夾具體由夾具底座與床身相連接。夾具底座安裝在床身的中間適當(dāng)位置，由2個(gè)A10錐銷定位，再用6只M12螺釘固定。
夾具體安裝在夾具底座的中間適當(dāng)位置，由2個(gè)A10錐銷定位，再用6只M12螺釘固定。夾具中心高度要與左右兩主軸箱的中心高度相同。
技術(shù)要求如下：
(1) 在機(jī)床的總裝的過程中，應(yīng)先調(diào)整好機(jī)床的安裝水平，并防止走失。
(2) 滑臺導(dǎo)軌表面除用涂色法檢驗(yàn)外，還應(yīng)用0.04mm塞尺檢驗(yàn)，滑座與滑臺導(dǎo)軌的結(jié)合間隙，滑座導(dǎo)軌與鑲條的間隙。在導(dǎo)軌端部或?qū)к壓丸倵l端部的允許最大插入深度為20mm。
(3) 液壓系統(tǒng)的裝配應(yīng)符合JB/T10051的有關(guān)規(guī)定。
(4) 電氣系統(tǒng)的裝配應(yīng)符合GB/T5226.1的有關(guān)規(guī)定。
5 夾具總體設(shè)計(jì)
夾具設(shè)計(jì)的基本要求
（1） 工裝夾具應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度。夾具在生產(chǎn)中投入使用時(shí)要承受多種力度的作用，所以工裝夾具應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度。
（2） 夾緊的可靠性。夾緊時(shí)不能破壞工件的定位位置和保證產(chǎn)品形狀、尺寸符合圖樣要求。既不能允許工件松動滑移，又不使工件的拘束度過大而產(chǎn)生較大的拘束應(yīng)力。
（3） 良好的工藝性。所設(shè)計(jì)的夾具應(yīng)便于制造、安裝和操作，便于檢驗(yàn)、維修和更換易損零件。設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮車間現(xiàn)有的夾緊動力源、吊裝能力及安裝場地等因素，降低夾具制造成本。
（4） 夾具體的外形尺寸。在繪制夾具總圖時(shí)，根據(jù)工件、定位元件、夾緊裝置及其輔助機(jī)構(gòu)在總體上的配置，夾具體的外形尺寸便已大體確定。然后進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，再根據(jù)強(qiáng)度和剛度要求選擇斷面的結(jié)構(gòu)形狀和壁厚尺寸。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，夾具體上設(shè)計(jì)有螺孔、銷孔，并且要求定位定位器和夾緊器的銷孔在裝配時(shí)配作。
定位方式及元器件選擇
定位器的作用是要使工件在夾具中具有準(zhǔn)確和確定不便的位置，在保證加工要求的情況下，限制足夠的自由度。
工件的定位原理
自由物體在空間直角坐標(biāo)系中有六個(gè)自由度，即沿OX,OY,OZ三個(gè)軸向的平動自由度和三個(gè)繞軸的轉(zhuǎn)動自由度。要使工件在夾具體中具有準(zhǔn)確和確定不變的位置，則必須限制六個(gè)自由度。工件的六個(gè)自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六個(gè)，但仍然能保證加工要求的定位叫不完全定位。在焊接生產(chǎn)中，為了調(diào)整和控制不可避免產(chǎn)生的焊接應(yīng)力和變形，有些自由度是不必要限制的，故可采用不完全定位的方法。在焊接夾具設(shè)計(jì)中，按加工要求應(yīng)限制的自由度而沒有被限制的欠定位是不允許的；而選用兩個(gè)或更多的支撐點(diǎn)限制一個(gè)自由度的方法稱為過定位，過定位容易位置變動，夾緊時(shí)造成工件或定位元件的變形，影響工件的定位精度，過定位也屬于不合理設(shè)計(jì)。
（1） 以工件的平面為基準(zhǔn)進(jìn)行定位時(shí)，常采用擋鐵、支撐釘進(jìn)行定位
（2） 工件以圓孔內(nèi)表面為基準(zhǔn)進(jìn)行定位時(shí)常采用銷定位器
（3） 工件以圓柱外表面為基準(zhǔn)進(jìn)行定位時(shí)常采用V形鐵定位器
夾緊方式及元器件選擇
夾緊機(jī)構(gòu)的三要素是夾緊力方向的確定、夾緊力作用點(diǎn)的確定、夾緊力大小的確定。
對夾緊機(jī)構(gòu)的基本要求如下：
（1） 夾緊作用準(zhǔn)確，處于夾緊狀態(tài)時(shí)應(yīng)能保持自鎖，保證夾緊定位的安全可靠。
（2） 夾緊動作迅速，操作方便省力，夾緊時(shí)不應(yīng)損害零件表面質(zhì)量
（3） 夾緊件應(yīng)具備一定的剛性和強(qiáng)度，夾緊作用力應(yīng)是可調(diào)節(jié)的。
（4） 結(jié)構(gòu)力求簡單，便于制造和維修。
主要零件設(shè)計(jì)的說明
夾具體
綜合考慮了結(jié)構(gòu)合理性、工藝性、經(jīng)濟(jì)型、標(biāo)準(zhǔn)化以及各種夾具體的優(yōu)缺點(diǎn)等，選擇夾具體毛坯制造方法為鑄造夾具體；考慮到定位的精確度，要求定位定位器和夾緊器的銷孔在裝配時(shí)配作；考慮到焊件小，夾具體的強(qiáng)度要求以及夾具體的結(jié)構(gòu)要求，沒有在夾具體上設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋。
定位的概念
使用夾具安裝工件時(shí)，工件在夾具中的位置是由定位元件確定的。工件的有關(guān)表面需緊靠在定位元件上，從而被確定在一個(gè)既定的位置上，實(shí)現(xiàn)工件的定位。工件定位的作用在于使工件準(zhǔn)確占據(jù)定位元件所規(guī)定的位置，并且使一批逐次加工的工件在夾具中占據(jù)同一正確的位置。通常夾具是用來安裝加工成批工件的，所以工件的定位需要保證一批工件加工位置的一致性。
工件定位的基本原理
沒有采取定位措施時(shí)，每個(gè)工件在夾具中的位置是任意的。因此，對一個(gè)工件來說，其位置是不確定的，而對一批工件來說，其位置將是變動的、不一致的。一個(gè)物體在空間可能具有的運(yùn)動稱為自由度。從理論力學(xué)可知，一個(gè)在空間處于自由狀態(tài)的物體具有六個(gè)自由度，它們是沿三個(gè)垂直坐標(biāo)軸x、y、z的平動和沿三個(gè)垂直坐標(biāo)軸x、y、z的轉(zhuǎn)動。若使物體在某方向上有確定的位置，就必須設(shè)法限制該方向的自由度。當(dāng)物體的六個(gè)自由度完全被限制后，則該物體在空間的位置就完全被確定了。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，是采用各種定位元件限制工件的自由度，實(shí)現(xiàn)工件的定位。
5.1 壓板的強(qiáng)度校核
各種材料因強(qiáng)度不足引起的失效現(xiàn)象是不同的。塑性材料，如普通碳鋼，以發(fā)生屈服現(xiàn)象，出現(xiàn)塑性變形為失效的標(biāo)志。脆性材料，如鑄鐵，失效現(xiàn)象則是突然斷裂。在單向受力情況下，出現(xiàn)塑性變形的屈服極限s和發(fā)生斷裂時(shí)的強(qiáng)度極限b，可由實(shí)驗(yàn)測定。s和b可稱為失效應(yīng)力。以安全系數(shù)除失效應(yīng)力，便得到許用應(yīng)力[]，于是建立強(qiáng)度條件
[]
可見，在單向應(yīng)力狀態(tài)下，失效狀態(tài)或強(qiáng)度條件都是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的。
實(shí)際構(gòu)件危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)往往不是單向的。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)，要比單向拉伸或壓縮困難得多。常用方法是把材料加工成薄壁圓筒，在內(nèi)壓p作用下，筒壁為二向應(yīng)力狀態(tài)。如再配以軸向拉力F，可使兩個(gè)主應(yīng)力之比等于各種預(yù)定的數(shù)值。這種薄壁筒試驗(yàn)除作用內(nèi)壓和軸力外，有時(shí)還在兩端作用扭矩，這樣還可得到更普遍的情況。此外，也還有一些實(shí)現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的其他實(shí)驗(yàn)方法。盡管如此，完全復(fù)現(xiàn)實(shí)際中遇到的各種復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，并不容易。況且，復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)中應(yīng)力組合的方式和比值，又有各種可能。如果像單向拉伸一樣，靠實(shí)驗(yàn)來確定失效狀態(tài)，建立強(qiáng)度條件，則必須對各式各樣的應(yīng)力狀態(tài)一一進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定失效應(yīng)力，然后建立強(qiáng)度條件。由于技術(shù)上的困難和工作的繁重，往往是難以實(shí)現(xiàn)的。解決這類問題，經(jīng)常是依據(jù)部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)過推理，提出一些假說，推測材料失效的原因，從而建立強(qiáng)度條件。
事實(shí)上，盡管失效現(xiàn)象比較復(fù)雜，但經(jīng)過歸納，強(qiáng)度不足引起的失效現(xiàn)象主要還是屈服和斷裂兩種類型。同時(shí)，衡量受力和變形程度的量又有應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變能密度等。人們在長期的生產(chǎn)活動中，綜合分析材料的失效現(xiàn)象和資料，對強(qiáng)度失效提出各種假說。這種假說認(rèn)為，材料之所以按某種方式（斷裂或屈服）失效，是應(yīng)力、應(yīng)變或應(yīng)變能密度等因素中某一因素引起的。按照這類假說，無論是簡單或復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，引起失效的因素是相同的。亦即，造成失效的原因與應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)。這類假說稱為強(qiáng)度理論。利用強(qiáng)度理論，便可由簡單應(yīng)力狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的強(qiáng)度條件。
強(qiáng)度理論既然是推測強(qiáng)度失效原因的一些假說，它是否正確，適用于什么情況，必須由生產(chǎn)實(shí)踐來檢驗(yàn)。經(jīng)常是適用于某種材料的強(qiáng)度理論，并不適用于另一種材料；在某種條件下適用的理論，卻又不適用于另一種條件。
切削加工時(shí)，在刀具的作用下，被切削層金屬、切屑和工件已加工表面金屬都要產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，這些變形所產(chǎn)生的抗力分別作用在前刀面和后刀面上；同時(shí)，由于切屑沿前刀面流出，刀具與工件之間有相對運(yùn)動，所以還有摩擦力作用在前刀面和后刀面上。這些作用在刀具上的合力就是總切削力F，簡稱切削力。
由于F受很多因素的影響，因此，其大小和方向都是不固定的。為了便于分析切削力的作用和測量切削力的大小，常常將總切削力F分解為三個(gè)互相垂直的切削分力：
（1） 切削里Fc 是總切削力在主運(yùn)動方向上的分力。因此，它垂直于基面，是切削力中最大的一個(gè)切削分力。其所消耗的功率占總功率的95%-99%。它是計(jì)算機(jī)床動力，校核刀具、夾具的強(qiáng)度與剛度的主要依據(jù)之一。
（2） 背向力Fp 是總切削力在切削深度方向上的分力。它在基面內(nèi)，與進(jìn)給運(yùn)動方向垂直。此力作用在機(jī)床-夾具-工件-刀具系統(tǒng)剛度最弱的方向上，容易引起振動與加工誤差，它是設(shè)計(jì)和校驗(yàn)系統(tǒng)剛度和精度的基本參數(shù)。
（3） 進(jìn)給力Ff 是總切削力在進(jìn)給運(yùn)動方向上的分力。它在基面內(nèi)，與進(jìn)給運(yùn)動方向一致。Ff作用在機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)上，是計(jì)算和校驗(yàn)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的動力、強(qiáng)度及剛度的主要依據(jù)之一。
由參考文獻(xiàn)[9]表8-2得
為校核夾具強(qiáng)度，需計(jì)算切削力Fc
（N）
-單位切削力；-切削深度；-進(jìn)給量
查表,當(dāng)f=0.2mm/r時(shí)kc=814.2N/mm2
計(jì)算得Fc=13515.72N
Fc=f摩擦力= ﹒FN
-摩擦系數(shù) 查表得=0.17
計(jì)算得FN=13515.72N
工作應(yīng)力=FN/A
A-最小截面面積 為120mm2
計(jì)算得=14.368MPa
材料選擇
表5-1常用材料的主要力學(xué)性能
材料名稱
牌號
s/(MPa)
b/(MPa)
5/%
優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼
45
353
598
16
合金結(jié)構(gòu)鋼
40Cr
785
980
9
灰鑄鐵
HT150
120-175
由表可知壓板材料選用45優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼即可完全滿足強(qiáng)度要求。
5.2 零件被裝夾后自由度分析
零件結(jié)后面圖如圖5.1所示。
圖5.1 零件結(jié)后面圖
圖5.1為1P68F上箱體結(jié)后面視圖，從零件結(jié)構(gòu)來看，以結(jié)后面為定位基準(zhǔn)，配合若干支承，是此次設(shè)計(jì)定位的主要方案。
由于雙面鉆的特殊性，在工件的夾緊面上也有加工需要，所以要在夾具體上根據(jù)加工需要開出安裝鉆套的孔。
為了使加工時(shí)夾具體能與右主軸箱上的活動鉆帖板更穩(wěn)定的連接，故在夾具體工作面上的右上方和左下放各設(shè)計(jì)了一個(gè)圓柱導(dǎo)柱。
利用零件結(jié)合面上已加工好的兩個(gè)定位盲孔設(shè)計(jì)了“兩銷” 圓柱銷和菱形銷各一個(gè)來限制工件的剩余自由度，其中菱形銷短邊中心線與菱形銷和圓柱銷的中心連線在同一條直線上，這樣可以讓菱形銷調(diào)整旋向以使其能夠準(zhǔn)確的發(fā)揮定位作用。
工件被裝夾后簡圖如圖5.2所示。
圖5.2 工件被裝夾后簡圖
被加工零件以結(jié)后面作為定位基準(zhǔn)，壓板壓在非結(jié)后面。
由參考文獻(xiàn)[12]和參考文獻(xiàn)[10]得
壓板限制了三個(gè)自由度，分別為X，Y的旋轉(zhuǎn)方向，Z的直線方向。
短圓柱銷簡圖如圖5.3所示。
圖5.3 短圓柱銷
短圓柱銷限制了兩個(gè)自由度，分別為X，Y的直線方向。
菱形銷簡圖如圖5.4所示。
圖5.4 菱形銷
菱形銷限制了一個(gè)自由度，為Z的旋轉(zhuǎn)方向。
六個(gè)自由度全被限制，所以為完全定位。
5.3 定位誤差分析
定位誤差分為基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位移誤差。
由參考文獻(xiàn)[8]得
定位誤差符號
基準(zhǔn)不重合誤差符號
基準(zhǔn)位移誤差符號
=0.1+0.1=0.2mm
= ×（0.2+0.2）=0.12mm
基準(zhǔn)不重合誤差與基準(zhǔn)位移誤差有直接聯(lián)系且誤差變動方向相同取正，反之，取負(fù)，兩者不相關(guān)聯(lián)取正。由圖分析兩者不相關(guān)聯(lián)，所以兩者取正。
=0.32mm
6 使用說明
首先打開總電源，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速擋位至要求的轉(zhuǎn)速，空運(yùn)行機(jī)床，觀察有無異常現(xiàn)象，如非正常震動、運(yùn)行不穩(wěn)定等。
接著讓兩液壓滑臺與液壓夾緊裝置均退至原位，裝上工件后，按下控制臺上的液壓夾緊控制按鈕使工件夾緊，動力頭快進(jìn)，壓下調(diào)速閥后，轉(zhuǎn)為工進(jìn)；加工結(jié)束后，壓下行程開關(guān)，轉(zhuǎn)為快退。壓下行程開關(guān)后機(jī)床動作停止，按下控制臺上的液壓夾緊控制按鈕使工件松開，卸下工件，被試加工的零件，檢驗(yàn)加工質(zhì)量，根據(jù)加工要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
7 本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)及不足之處
本設(shè)計(jì)為針對1P68F上發(fā)動機(jī)上箱體雙面鉆孔作為設(shè)計(jì)思路。設(shè)計(jì)以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，滿足年生產(chǎn)綱領(lǐng)為核心，根據(jù)加工對象的外行特點(diǎn)制定了合理的夾緊方案和加工方法。充分利用了1P68F上箱體雙面鉆鉆床的加工特點(diǎn)，避免了通用鉆床存在的各種加工缺陷，節(jié)約了勞動力和勞動成本，為生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)提供了合理的運(yùn)行方案，為企業(yè)創(chuàng)造了更理想的利潤空間。
夾具設(shè)計(jì)采用一面兩銷定位，配合短圓柱銷、菱形銷及支撐板完全限定了工件的自由度，且安裝卸載工件方便、快速，加工全過程只需一位操作工人就可完成加工工作。在較好的符合了預(yù)想的同時(shí)，也不得不承認(rèn)設(shè)計(jì)中存在著不足之處。首要問題，通用性是該夾具的最大缺陷。面對市場經(jīng)濟(jì)時(shí)代，產(chǎn)品的改型，設(shè)計(jì)的優(yōu)化都會對加工中使用的夾具提出要求，而過于針對單一產(chǎn)品的夾具必然會在今后的生產(chǎn)中因無法用于新產(chǎn)品的加工而被迫報(bào)廢，這對企業(yè)而言就是損失，無形中提高了生產(chǎn)加工的成本。同時(shí)，為了給新產(chǎn)品設(shè)計(jì)新的夾具，又迫使企業(yè)需要投入更多的資源用于設(shè)計(jì)開發(fā)，延長了新產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，為新產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場增添了阻礙。所以，在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)充分考慮設(shè)計(jì)的可延續(xù)性，設(shè)計(jì)是否能在新產(chǎn)品的生產(chǎn)中再次發(fā)揮作用，更理想的是設(shè)計(jì)類似的組合夾具，就像搭積木一樣，重新組合一下就是一套新的夾具。當(dāng)然，不可否認(rèn)的是這樣的設(shè)計(jì)思路確實(shí)也存在著許多問題，對于設(shè)計(jì)人員也提出了更高的要求，但是面對困難如何去解決，更是一個(gè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該去努力的。
在設(shè)計(jì)的同時(shí)，許多新的想法也一一出現(xiàn)。自動裝卸工件，自動清理切屑以保證工件安裝定位的準(zhǔn)確，更甚至是全自動的生產(chǎn)線等等。雖然暫時(shí)還沒有能力進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計(jì)，但是創(chuàng)新的思想將為今后的工作指點(diǎn)新的方向。
本課題的任務(wù)是針對1P68F上箱體雙面鉆孔，在機(jī)床平臺上設(shè)計(jì)專用的夾具，要求設(shè)計(jì)合理，裝夾方便，定位準(zhǔn)確，滿足加工技術(shù)要求，符合單班制年生產(chǎn)5萬臺的生產(chǎn)綱領(lǐng)，同時(shí)盡量提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)勞動成本。
結(jié)束語
通過本次設(shè)計(jì)，我從中學(xué)習(xí)到了很多知識，雖然投入了大量的精力，但收獲與付出是相符合的。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我遇到了許多困難，主要是因?yàn)槿狈?shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，考慮問題的全面性尚且不足，當(dāng)然，這對于一個(gè)還未走上工作崗位，參與實(shí)際生產(chǎn)的大學(xué)生來說是可以理解的。但對于所學(xué)知識的理解深度不夠是需要自己反思，并且在今后的學(xué)習(xí)工作過程中注意的。隨著設(shè)計(jì)工作的不斷深入，困難也一一被攻破，使對許多學(xué)過的知識進(jìn)行了強(qiáng)化。比如三圖一卡的繪制，切削用量的計(jì)算，零件的強(qiáng)度校核，定位基準(zhǔn)的選擇等。同時(shí)，也讓我學(xué)習(xí)到了很多只有在實(shí)際生產(chǎn)中才能學(xué)到的知識，了解了現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展和現(xiàn)代氣動技術(shù)的廣泛應(yīng)用。
可以非?？隙ǖ恼f，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)幾乎涵蓋了四年大學(xué)所學(xué)的全部知識，設(shè)計(jì)、制造、制圖、輔助軟件的使用等等，它是大學(xué)四年的一個(gè)總結(jié)。
通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我對各項(xiàng)知識的理解，更培養(yǎng)了分析問題和解決問題的能力，教會我怎樣制定工作步驟并有條不紊執(zhí)行，這些為我今后走上工作崗位奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
參 考 文 獻(xiàn)
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