摘 要組合機床是隨著生產力發(fā)展，由萬能機床和專用機床發(fā)展而來的。組合機床是根據工件加工需要，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。組合機床應用越來越普遍，并顯示出其巨大的優(yōu)越性。具體表現在自動化程度高，加工精度高，加工質量穩(wěn)定，還能減輕工人的勞動強度等等。這次設計的是完成對缸蓋上軸孔系的加工，如果采用通用機床加工不能使工序集中，同時會費時、費力，而且不利于保證其孔的加工精度。而組合機床可以進行多刀加工，能使工序集中，使加工簡化，同時也能保證要求的加工精度，能一次裝夾兩個工件完成六個孔的加工。本設計的是機床總體設計和夾具設計，主要完成工序圖、加工示意圖、編制生產率計算卡以及夾具裝配圖和部分零件圖。并且這種機床結構簡單、生產效率高，符合生產實際的需要。通過對該機床的設計，主要了解組合機床的基本原理，體驗組合機床的設計過程，掌握設計方法，并培養(yǎng)自己的設計思想，為就業(yè)打下堅實的基礎。關 鍵 詞：組合機床，夾具，工序圖，夾具設計IAbstractThe combined lathe develops from the all-purpose machine tool and the special machine tool with the development of production forces. It is a kind of high-efficiency special machine tools, which according to the process need of work-piece, on the basis of a large number general-purpose parts equipped with a few special parts. The combined lathe is made use more general, Displaying concretely in the automatic degree high, the machining accuracy is high, processing quality is steady, still can lighten labor intensity, etc.The design is complete on the axis cylinder head machining holes. If adopted general purpose machine not only make process to be centralized, at the same time have been time-consuming and strenuousity, but also do not benefit to guarantee the machining accuracies of hole. Whereas the combined lathe can proceed multitool process, get process centralized and get process simplify, along with guarantee machining accuracy that require, complete process of six holes once. the design mission is a overall design and jig design of the combined lathe, mostly complete the design of the drawing of working procedure and the processing schematic, the machine tools general drawing, the calculating card of productivity and jig assemble drawing and part of parts drawing. the machine tool’structure simplicity and high of production efficiency, fit for demand of actual produce.Through the design I have understood the rationale of combined lathe and design method of the combined lathe and educated design habits. That is a solid foundation for our employment. Keywords ：The combined lathe process picture sheet overall design of machine tool II目 錄1 緒論 .11.1 我國夾具發(fā)展現狀 12 零件的工藝性分析 .22.1 零件的作用 .22.2 零件的毛坯制造方式 .22.3 零件的工藝分析. 23 加工工件應選用的機床類型及該機床的特點 .33.1 加工工件應選用的機床類型 .33.1.1 多工件組合機床的定義33.2 組合機床的特點 .33.3 組合機床設計步驟 .44 夾具設計 .54.1 概述 .54.1.1 夾具的定義.54.1.2 組合機床夾具的定義.54.1.3 組合機床夾具的作用.54.1.4 組合機床夾具的組成和基本要求.64.2 定位方案的設計..64.2.1 定位方案的確定.6 4.2.2 工件定位誤差及產生原因.74.2.3 定位銷的設計步驟及定位誤差的計算.74.3 組合機床夾緊機構的設計及夾緊力的計算..94.3.1 夾緊力的概念.III94.3.2 設計夾緊機構時應注意滿足的基本要求.94.3.3 選擇夾緊力的作用點時的注意事項.94.3.4 夾緊力的方向的選擇.104.3.5 夾緊力的大小確定.104.3.6 確定夾緊力時應當注意的問題.104.3.7 夾緊機構的設計.124.3.8 油缸參數的計算.144.4 導向裝置.15 3.4.1 導向裝置的概述.154.5 夾具體設計.164.5.1 概述.164.5.2 夾具體毛坯結構的選擇.16結論 .17致謝 .18參考文獻 .19附錄 .20附錄 2001 緒論1.1 我國夾具的發(fā)展現狀夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經濟方向發(fā)展。 一、高精隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度對夾具的制造精度要求更高高精度夾具的定位孔距精度高達±5μm，夾具支承面的垂直度達到0.01mm/300mm，平行度高達 0.01mm/500mm。德國戴美樂公司制造的 4m 長、2m 寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為±0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在 5μm 以內；夾具重復安裝的定位精度高達±5μm；瑞士 EROWA 柔性夾具的重復定位精度高達2～5μm。機床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè)。誠然，為了適應不同行業(yè)的需求和經濟性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標準供選擇。二、高效為了提高機床的生產效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產品越來越多。為了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用 1～2 秒，夾具結構簡化，為機床進行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機床上安裝與調整夾具的時間，瑞典 3R 夾具僅用 1 分鐘，即可完成線切割機床夾具的安裝與校正。采用美國 Jergens（杰金斯）公司的球鎖裝夾系統(tǒng)，1 分鐘內就能將夾具定位和鎖緊在機床工作臺上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產線上更換夾具，起到縮短停機時間，提高生產效率的作用。三、模塊、組合夾具元件模塊化是實現組合化的基礎。利用模塊化設計的系列化、標準化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設計為夾具的計算機輔助設計與組裝打下基礎，應用 CAD 技術，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優(yōu)化設計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經驗，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實現夾具設計與服務的通用化、遠程信息化和經營電子商務化。 四、通用、經濟夾具的通用性直接影響其經濟性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構性及可擴展性功能強，應用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現出經濟性好。德國戴美樂公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強，使得夾具的通用性好，配套的費用低，經濟實用才有推廣應用的價值。12 零件的工藝分析2.1 零件的作用置凸輪軸式發(fā)動機的氣缸蓋安裝在缸體的上面，從上部密封氣缸并構成燃燒室。它經常與高溫高壓燃氣相接觸，因此承受很大的熱負荷和機械負荷。水冷發(fā)動機的氣缸蓋內部制有冷卻水套，缸蓋下端面的冷卻水孔與缸體的冷卻水孔相通。利用循環(huán)水來冷卻燃燒室等高溫部分。缸蓋上還加工有凸輪軸軸承孔，用以安裝凸輪軸。2.2 零件的毛坯制造方式工件的材料選用 HT200---400，硬度為 HB170-241。毛坯采用鑄造加工的方法。2.3零件的工藝分析1.加工內容：粗加工凸輪軸孔；粗銑前后端面 2.定位基準：以底面和兩個工藝孔定位3.夾壓部位：液壓夾緊支撐面反面；4.工件上下料方式：人工手動上料。23加工工件應選用的機床類型及該機床的特點3.1 加工工件應選用的機床類型因為，該加工工件的主要加工表面為兩個端面，且進行鉆孔。所以，選用立式雙面鉆組合機床。3.1.1多工件組合機床的定義：多工位組合機床是根據工件加工需要，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件通過工作臺回轉將裝在工作臺上的工件送至各工位或主軸箱的回轉多次對工件進行加工的一種高效的專用機床。3.2 組合機床的特點（與萬能機床和組合機床相比較）組合機床是用按系列化準化設計的通用部件和按被加工零件的形狀及加工工藝要求設計的專用部件組成的專用機床。組合機床是隨著生產的發(fā)展，有萬能機床和專用機床發(fā)展來的。在過去的許多年中，機械產品加工中廣泛的采用萬能機床。但隨著生產的發(fā)展，很多企業(yè)的產品產量越來越大，精度越來越高，如汽車、拖拉機行業(yè)的氣缸體、氣缸蓋、變速箱、后橋等零件，采用萬能機床加工就不能很好的滿足要求。因為在某臺機床上總是加工一種工件，是萬能機床的很多部件和機構變得作用不大，工人整天忙于裝夾工件、啟動機床、進刀退刀、停車及卸工件等，不僅工人勞動強度很大，而且生產效率也不高，不利于保證產品加工精度。專用機床的制造就是為了解決這個矛盾。專用機床是專門用于加工一種工件或一種工件的一定工序的機床，它可以同時用許多刀具進行切削，機床的輔助動作部分的實現了自動化，結構也比萬能機床簡單，生產效率提高了。但專用機床的最大弱點就是加工工件稍有一點變動，它就用不上了需要另造新的機床，不能適應現代機械工業(yè)技術迅速發(fā)展、產品經常革新的需要，而且這種機床設計制造周期長，造價也高。所以，在總結實踐經驗的基礎上，提出創(chuàng)造高效率的機床：它既有專用床效率高結構簡單的特點，又有萬能機床能夠重新調整，以適應新工件加工的特點。為此，將機床上帶動刀具對工件產生切削運動的部分以及床身、立柱、工作臺等設計制造成通用的獨立部件，稱為“通用部件” 。根據工件加工的需要，用這些通用部件配以部分專用部件就可組成機床，這就是組合機床它有如下優(yōu)點。一 組合機床是有大量的通用零、部件組成，故有重新改裝的優(yōu)越性，其通用零、部件可多次重復利用。二 組合機床可進行多面，多工位，多軸，多刀同時加工，故是實現集中工序的最好途徑，可以提高生產效率。三 因為工序固定，可選用成熟的通用部件、精密夾具和自動工作循環(huán)來保證加工精度的一致性故精密度穩(wěn)定。 四 由于組合機床大多數零、部件是同類的通用部件，這就簡化了機床的維修和3修理。五 自動化程度高，勞動強度低，配置靈活等。因此，依據零件的加工工藝要求，擬采用臥式三工位多軸同時加工的組合鉆床。3.3組合機床的設計步驟一 調查研究：主要對加工零件圖樣進行分析，對組合機床使用和制造單位進行深入細致的了解，查閱、搜集和分析國內外有關資料以取的可靠的設計依據，通過調查研究位組合機床總體設計提供必要的大量的數據、資料，做好充分的、全面的技術準備。二 總體方案的設計：總體方案的設計主要包括制定工藝方案(確定零件在組合機床上完成的工藝內容及加工方法，選擇定位基準和夾緊部位，決定工步和刀具種類及其結構形式，選擇切削用量等)、確定機床配置形式、制定影響機床總體布局和技術性能的主要部件的結構形式?？傮w方案的擬定式設計組合機床的最關鍵的一步。方案制定的正確與否，將直接影響機床能否滿足加工要求，能否保證加工精度和生產率，并且結構簡單、成本較低和使用方便。多工位立式組合鉆床的總體設計，組合機床設計主要是“三圖一卡”的繪制，即工序圖、加工示意圖、組合機床聯系尺寸圖及編制生產率計算卡，有關內容可參考組合機床總體設計部分，在次不再作詳細的介紹。三 技術設計：它是根據總體設計已確定的“三圖一卡” ，設計機床各專用部件正式總圖，如設計夾具、多軸箱等裝配圖以及根據運動部件有關參數和機床循環(huán)要求，設計液壓和電器控制原理圖，并按設計程序作必要的計算和驗算，對前階段中初定的數據、結構做相應的調整和修改。四 技術設計：在技術設計通過后進行工作設計，即繪制幾個專用部件的施工圖樣、編制各部件零件明細表。44.夾具的設計4.1概述4.1.1夾具的定義在機械制造業(yè)的各行業(yè)的工藝過程中廣泛應用著各種不同的，用以固定加工對象，使之占有正確位置，以便接受施工的一種工藝裝備，統(tǒng)稱為夾具。因此，無論是在機械加工，裝配，檢驗，還是在焊接，熱處理等冷熱工藝中，以及運輸工作中都大量采用夾具。但在機械加工中應用最為廣泛的是金屬切削機床上使用的夾具，我們同稱為機床夾具。機床夾具是在機床上用以準確，迅速的安裝工件，從而保證工件與刀具間正確相對位置的一種工藝裝備。4.1.2組合機床夾具的定義在機械制造業(yè)的各行業(yè)的工藝過程中廣泛應用著各種不同的，用以固定加工對象，使之占有正確位置，以便接受施工的一種工藝裝備，統(tǒng)稱為夾具。因此，無論是在機械加工，裝配，檢驗，還是在焊接，熱處理等冷熱工藝中，以及運輸工作中都大量采用夾具。但在機械加工中應用最為廣泛的是金屬切削機床上使用的夾具，我們同稱為機床夾具。機床夾具是在機床上用以準確，迅速的安裝工件，從而保證工件與刀具間正確相對位置的一種工藝裝備。4.1.3組合機床夾具的作用組合機床夾具在保證品質優(yōu)，高產，低成本，充分發(fā)揮現有設備的潛力，便于工人掌握復雜或精密零件加工技術，減輕繁重的體力勞動等諸多方面起著重大的作用。1. 夾具是保證和穩(wěn)定產品質量，實行全面質量管理的重要手段。使用夾具后，可以保證工件被加工表面與其它相關表面（線或點）間的尺寸精度，以及它們間的平行度，垂直度，同軸度等項位置精度要求。且不受（或少受）各種主觀因素的影響，因此可使加工精度穩(wěn)定。2. 可提高勞動生產率，降低產品成本。采用夾具定位可全部或部分的省去找正時間，采用快速定位、加緊機構，尤其是各種機械化夾緊機構（氣動、液壓、氣液壓傳動、電動等） ，可以明顯的降低裝卸工件所需的輔助時間。3. 夾具可擴大機床的工藝范圍，做到一機多能。對于中小工廠，由于機床的品種、規(guī)格和數量有限，為了適應生產發(fā)展的需要，充分挖掘現有設備的潛力、 ，往往通過設計不同的夾具來進一步夸大機床的工藝范圍，達到一機多用的目的。4. 操作方便、安全，講情工人的勞動強度。使用夾具安裝工件，基本上不用再進行找正，對于復雜或精密零件的加工主要靠夾5具，而基本上不取決于工人的技術水平，因此工人操作方便，并便于組織生產。4.1.4組合機床夾具的組成和基本要求組合機床夾具是指專門為某一工件的某一道工序的加工而設計的，具有結構緊湊、操作迅速、方便等優(yōu)點。其主要有以下幾個方面組成：定位裝置、夾緊裝置、對刀—引導裝置、夾具體、輔助元件及裝置等。由于組合機床常常是多刀、多面和多工序同時加工，會產生很大的切屑力和振動，其夾具必須具有很好的剛度和足夠的夾壓力，以保證在整個加工過程中工件不產生任何位移，同時，也不應使工件產生不容許的變形。組合機床夾具是保證加工精度的關鍵部件，其設計、制造和調整都有嚴格的要求，使其能持久的保持精度。4.2定位方案的設計4.2.1定位方案的確定在進行工件定位分析時，首先應根據工件的要求，確定應限制它的哪些自由度。其次再選用一定數量的恰當類型的定位元件。進行適當的布置來消除這些自由度： 1.根據工件的加工需要，可以采用一面兩銷定位，如圖 4-1 所示。這種定位方式可以完全限制工件的自由度，保證定位準確，而且該系統(tǒng)夾具結構簡單、夾具敞開性好、易于實現定位過程自動化及定位基準統(tǒng)一，增加了系統(tǒng)的剛性和穩(wěn)定性。在此次設計中，夾具系統(tǒng)中還增加了輔助支撐釘。2.一面兩孔定位時所用的定位元件是：平面采用支承板定位，兩孔采用定位銷定位，即一圓柱銷和一削邊銷（菱形銷） 。即支承板限制 3 個自由度，圓柱銷限制 2 個自由度，削邊銷限制 1 個自由度。 3. 各定位元件都要滿足以下基本要求：（1）高的精度 定位元件的精度直接影響定位誤差的大小。一般工廠多是根據經驗取定位元件的制造公差的 1/3~1/5。（2）高的耐磨性 因定位元件經常與工件接觸，容易磨損。為避免因定位元件的磨損而影響定位精度，甚至產生廢品，以至于不得不經常修理或更換定位元件，因此要求定位元件的工作表面要有足夠的耐磨性。（3）足夠的剛度與強度 應避免由于工件的重量、夾緊力、切削力等因素的影響，使定位元件變形或損壞。（4）良好的工藝性 定位元件應便于加工、裝配和維修。有時為了裝配和維修方便，往往在夾具體上開有適當的工藝用窗口。4.設計“一面兩孔”定位時應注意的問題（1）定位銷與定位孔的有效接觸長度為了保證定位的可靠，定位銷與工件定位孔有效的接觸長度，不應小于 5~12 毫米。6（2）定位銷直徑定位銷直徑通常在 12~25 毫米范圍內選取。因為直徑小的定位銷剛性低，定位的可靠性差。大直徑定位銷雖剛性好，但往往受結構上的限制。（3）應確保工件順利定位對一面兩孔為基準進行定位的工件，為使工件上的兩孔對準定位銷，以便讓銷順利進入定位孔中，應將定位銷前端做成倒角。圖 4-1 工件的定位簡圖4.2.2工件定位誤差及產生原因定位誤差是指用夾具裝夾加工工件時，由于定位不準確引起工件某加工精度參數（尺寸、位置）的誤差，稱為該加工精度參數的定位誤差。一面兩銷定位時基準位移誤差包括兩類：即平面內任意方向移動的基準位移誤差和轉動的基準位移誤差 （簡稱為轉角誤差） 。其中， 決定于第一個定位副的最大間?????隙。4.2.3定位銷的設計步驟及定位誤差的計算根據參考文獻[3]表 3.2，得⑴ 確定定位銷中心距及尺寸公差定位銷中心距等于兩個定位孔的中心距， （3-1）xgL?即式中 工件兩定位孔的中心距；gL?兩定位銷的中心距；x所以根據零件圖上的尺寸， mm32?gxL153xg????（ ） 01.5.??L7故定位銷中心距及尺寸公差為 332±0.01mm。⑵ 確定圓柱銷尺寸公差（3-2）1dD?圓柱銷的直徑（mm）?與圓柱銷相配合的工件定位孔的最小直徑（mm）1公差選取 g6 0.61 172dg???⑶ 按照表選取削邊銷寬度 b 或 b1表 3-1 削邊銷的尺寸D 3–6 6–8 8–20 20-25 25-32 32-40 40-50BbD-0.52D-13 D-24 D-35D-45D-56D-58根據表格得：b=4mm,B=12-2=10mm.⑷ 確定菱形銷的直徑尺寸及公差（3-3）min15.0????xgL??式中 夾具圓柱銷與其相配合的工作定位孔間的最小間隙（ mm）1in—所以 .mi.61min0.17.60.1gx m?????菱形銷最大直徑 （3-4）22indD?式中 與菱形銷相配合的工件定位孔的最小直徑（mm） ， 。2— 21.05Dm?菱形銷圓弧部分與其相配合的工作定位孔間的最小間隙（mm） 。min?2i20.614.5b????in.201dDm??公差選取 h6, 其下偏差為 0.011，故菱形銷直徑基本尺寸為 Φ12.01，上偏差為 0，下偏差為-0.011 。⑸ 計算定位誤差（3-5）1max2atnL????式中 夾具圓柱銷與其相配合的工件定位孔的最大間隙； ; 1ax— 1max0.??夾具菱形銷與其相配合的工件定位孔的最大間隙； ;2 241max2atn0.1L???0.6?。由于兩孔定位由轉角誤差 Δα，使加工尺寸產生定位誤差 ΔD1 和 ΔD2 ，應考慮較大值對加工尺寸的影響，但定位向兩個方向產生誤差，兩個方向上產生的誤差大小是相同的。8圖 3-1 定位誤差的范圍工件產生的定位誤差分為 5 個區(qū)域，當定位誤差出現在（1）區(qū)域時，其大小在1，2 兩條線的范圍內；當定位誤差出現在（2）區(qū)域時，其大小是 3，4 兩條線的距離；當定位誤差出現在（3）區(qū)域時，其大小在 3，4 兩條線的范圍內；當定位誤差出現在（4）區(qū)域時，其大小是 3，4 兩條線的距離；當定位誤差出現在（5）區(qū)域時，其大小在1，2 兩條線的范圍內。此次的定位誤差出現在（3）區(qū)域內，根據定位件與定位孔的關系，如上圖， （3）區(qū)域內兩個相似三角行，得出左端到交點的距離為 52mm，則 06.tan1?????ym2?y 4.t3因為 小于加工孔的公差 0.43 的三分之一，所以此定位符合要求1?4.3組合機床夾緊機構的設計及夾緊力的計算4.3.1夾緊力的概念夾緊力從廣義上來說，就是要正確地確定夾緊力的三個要素：作用點、方向和大小。4.3.2設計夾緊機構時應注意滿足的基本要求(1) 保證加工精度(2) 保證生產率 (3) 保證工作可靠----具有自鎖性能(4) 結構緊湊簡單(5) 操作方便，使用安全4.3.3選擇夾緊力的作用點時的注意事項1.保證工件在夾緊后定位穩(wěn)定。為此必須避免產生能使工件離開夾具定位表面的力系和力矩系，加緊力的作用點應在工件定位支撐面之上，或落在由諸支承塊所連成的面積范圍內。2.必須保證夾緊后工件的變形最小。為此，夾緊應作用在工件剛性最好的部位，即夾緊部位應盡量靠近工件的壁和筋，并要避免設在工件被加工孔的上方。此外還要保證夾緊力和切削力不產生使工件彎曲的力矩。為此，夾緊點應力求對著定位支承面，輔助支承要盡量地布置在接近被加工表面處。93.為了滿足上述兩項要求，只有一個夾緊點往往是不夠的，因此，在多數情況下需對工件進行多點夾緊，力求使工件夾緊的比較穩(wěn)固。但是，要實現多點夾緊，并不等于每一個夾緊部位都需要有自己單獨的夾緊裝置，可以借助改變壓板的形狀和采用聯動夾緊機構來實現。4.3.4夾緊力的方向的選擇夾緊力方向的選擇與工件定位基準的位置，工件重力的方向和切削力的方向有著密切的聯系。切削力的大小和方向，是確定夾緊方向的另一個重要因素。在加工中、小型工件時對選擇夾緊參數來說，切削力的大小和方向具有重要的意義；在加工大型和中型工件時，工件本身的重量也起著很大的作用。夾緊力和切削力的相關方向可以有下列三種典型的情況：1.夾緊力和切削力的方向一致，這一情況最為有利，通常所需的夾緊力 較小。2.夾緊力和切削力的方向相反，這是一種不利的情況，此時夾緊力必須大于切削力。3.夾緊力和切削力的方向互相垂直，這種情況比較多見，此時，切削力是依靠夾緊力所產生的摩擦力來抵制的，因此所需的夾緊力也很大。4.3.5夾緊力的大小的確定夾緊機與選擇構和適當的動力傳動裝置，就必須確定所需夾緊力的大小。所需夾緊力的大小主要取決于切削力和重力的大小和方向。重力的大小和方向是不變的，而切削力的大小和方向在切削過程中是不斷變化的。在切削過程中，影響切削力大小的因素很多，例如工件材質不均勻，刀具的磨損程度不同，以及切削時的沖擊等等。而且，夾緊力也還取決于一系列其它的因素，例如接觸表面的光潔度，工藝系統(tǒng)的剛性等等，因此確定切削力和所需夾緊力的大小，就是一個比較復雜的問題，實際上不可能完全準確的確定切削力和所需夾緊力的大小，而只能做很粗略的估算。為了簡化問題，在確定夾緊力時，一般假定工藝系統(tǒng)：工件-夾具-刀具-機床都是絕對剛性的；切削過程是穩(wěn)定的，而且切削參數也是固定不變的。在這些條件下，切削力可根據切削原理中的計算公式或計算圖表求得，而所需的夾緊力可以從解工件在夾壓后的靜力平衡問題來求得。然后，為了保證夾緊可靠，在計算結果中引進安全系數作為實際所需的夾緊力。在保證機床正常和可靠工作的條件下，夾緊力愈小愈好。一位如果盲目的加大夾緊力就會造成如惡果：加大了夾具驅動機構的結構尺寸為了提高與夾緊力相關聯的夾具剛性，而使夾具過于龐大；增加了工件在夾緊時的變形，從而影響加工精度。104.3.6確定夾緊力時應當注意的幾個問題1.合機床通常都是多面多工序同時加工，在一臺機床上往往有大量刀具同時工作，粗加工時切削力都很大，例如在多軸鉆床上加工時，其軸向切削力甚至可達數千公斤以上，因此夾緊機構便在很大的切削力作用下工作。此外，加工時震動也較大，尤其在多軸粗鏜孔，刮斷面和銑削的時候。當各種刀具同時工作時，切削力的方向和合力中心的位置也是經常變化的，因此在設計夾緊機構時，不僅要注意到切削力的大小，而且還要注意到切削力的方向及其合力中心的位置。2.由于工件材料硬度不均勻，加工余量不均勻和刀具磨鈍等因素的影響，往往是實際的切削力大大增加。在組和機床上多刀加工時，這種影響尤為顯著。3.組合機床夾具是保證加工精度的主要部件，因此，要注意工件夾緊后產生的變形對加工精度的影響，尤其在工件剛性差，精度要求高的情況下。更應特別注意。在這種情況下通常要求夾緊機構具有調節(jié)夾緊力的可能性。4.為了保證夾緊可靠，應選擇機床工作過程中最不利的工作情況來確定所需的夾緊力。在個面同時加工時應按相對的兩個方向上的切削力不能互相抵消的最壞情況來確定所需的夾緊力。因為，由于各動力頭的進給阻力不等和液壓系統(tǒng)工作的不同步性等原因，相對兩面的動力頭實際上不可能同時開始或結束切削工作，因此便形成了某一個動力頭單獨切削工件的情況。5.確定夾緊力時必須考慮夾緊機構的特性。直接夾緊機構的特性時夾緊后機構不能自鎖，當切削力作用在與夾緊力相反的方向上時，隨著切削力的增加，在夾緊力一定的情況下，就會使夾緊工件的力減少，當切削力大于夾緊力時，工件即離開定位基準。因此通常只在切削力較小和切削過程比較平穩(wěn)的情況下，例如在鉸孔，精鏜孔和攻絲機床上，才采用直接夾緊機構。如果在切削力較大和切削不平穩(wěn)的情況下采用直接夾緊機構，那么確定夾壓力時考慮的安全系數就要取大些，使夾緊力大于切削力，以保證夾緊機構的可靠工作。自鎖夾緊機構在夾緊工件以后，當切削力作用在于夾緊力相反的方向上時，按照自鎖機構的特性，如果夾緊系統(tǒng)是絕對剛性的話（實際上時有變形的） ，且削力有多大，夾緊機構的反作用力就有多大。因此在夾緊機構剛性較好的情況下，工件一般都不會離開定位基準。由此可見自鎖夾緊機構比直接夾緊機構要可靠的多。在切削力較大和切削過程不平穩(wěn)的情況下（如粗加工和銑削等） ，或在夾緊力與切削力相反的情況下，一般均應采用自鎖夾緊機構。6.為了確定夾緊力，必須先計算切削力。計算時，一般只考慮切削加工時的主切削力。對于不同的工藝方法，其主切削力也不同：鉆孔和擴孔： 只考慮軸向走刀抗力 P。11鏜孔和短外圓車削： 主切削力為圓周切削力 P 。Z刮削端面： 需要考慮垂直切削力和軸向切削力。銑削： 主切削力為圓周切削力。由于組合具床通常都是多刀加工機床，在工件的同一面上有許多刀具同時切削，因此必須求出切削合力的大小及作用的位置。設各加工部位的切削力分別為 P 、P 、……P12；各力作用的坐標位置為（x ，y ） 、 （x ，y ） 、……（x ，y ） ，那么切削合力的大n 12n小為：P = P + P + …… + P = ΣP （3-6）12ni切削合力作用的坐標位置為（x,y）：x = = nxx??21 i?y = = yy4.3.7夾緊機構的設計夾緊機構采用壓板。為了夾緊的可靠，在接近加工的地方，總共使用 2 個壓板。該機床的夾緊動力機構采用液壓機構。夾緊機構示意圖如圖 3-2 所示：圖 3-2 夾緊示意圖㈠ 液壓機構的特點 （與氣壓傳動相比）1. 液體的工作壓力比氣體的工作壓力高，一般為 1.96~7.84 兆帕，有時可達 9.8 兆帕以上。所以在要求產生同樣大小的作用力（或力矩）時，油缸體積比氣缸體積小得多，因而慣性力也?。?. 液體有不可壓縮性，因此用于夾緊時剛性高；3. 可以在比較大的調速范圍內實現無極調整；4. 工作平穩(wěn)，油有吸震能力，便于實現頻繁的換向；5. 操縱簡單，便于實現自動化，氣、液、電聯合應用時更能充分發(fā)揮各自的優(yōu)點以實現復雜的自動工作循環(huán)；6. 易于實現部件過載保護，超負荷時油液可從安全溢流閥自動溢流；7. 系統(tǒng)工作時，工作介質—油液可以自動潤滑運動偶件 ，有利于提高元件使用壽命；8. 易于實現零部件的通用化、標準化，便于組織專業(yè)化生產。㈡ 液壓傳動的一些不足121. 容易漏油，這不但引起壓力損失，同時也會造成對工作環(huán)境的污染；2. 液壓元件制造精度要求高，因而其成本比氣壓元件高；3. 系統(tǒng)工作時噪聲較大；4. 控制系統(tǒng)比氣壓傳動的復雜，不適合遠距離操作；5. 由于油的粘度，在高溫和低溫條件下不易正常工作。因此，在液壓傳動裝置的設計過程中，盡可能的揚長避短，使其充分發(fā)揮液壓系統(tǒng)的優(yōu)點。一．液壓傳動裝置各個部分的設計與選擇：1.動力部分的設計和選擇：動力部分主要是指能提供滿足預定要求的壓力和流量的工作油液，以保證系統(tǒng)的正常工作。常用元件有電動泵、手動泵、氣液增壓器、液壓增壓器等。綜合考慮現選用電動泵作為液壓傳動系統(tǒng)的動力裝置。2.控制部分的設計與選擇：控制部分主要是指保證系統(tǒng)各個部分準確的按照設計的要求完成負載——過載保護——切換——空載這樣一個循環(huán)過程。常用元件主要有：用于換向作用的方向閥（單向閥、轉閥、手動滑閥、機動滑閥、電磁閥、液動滑閥） ；用于穩(wěn)壓作用的穩(wěn)壓閥（各種類型的減壓閥） ；用于顯示壓力、保護流量、自動切斷通路的過載保護閥（溢流閥、壓力繼電器、壓力表） 。3.執(zhí)行部分的設計與選擇：執(zhí)行部分主要是指將壓力能轉化為機械能的裝置，以達到直接驅動夾具上的夾緊機構動作的目的，常用元件有：直動液壓缸；回轉液壓缸兩種。在本傳動裝置中選用直動液壓缸作為執(zhí)行部件。4.輔助裝置的設計與選擇：輔助裝置是夜壓部分的主要附件，是用于連接各個傳動裝置的零部件，以確保液壓系統(tǒng)的安全、可靠工作的重要保障。常用元件有：管路、接頭、油箱、蓄能器等。 5.定位夾緊機構是使工件得到正確的定位及可靠的夾緊的。其結構、尺寸的設計詳細情況見有關的定位裝置的設計、夾緊裝置的設計，在次不再贅述。 二．液壓裝置傳動部分基本回路的設計：1.液壓傳動基本回路的要求：必須保證系統(tǒng)有穩(wěn)定的工作壓力，由于加工零件不同，切削條件不一樣，所采用的夾具也是不一樣的，因此對夾緊力的要求也是不一樣的，所以，一個液壓源欲能適應各種不同的要求，在系統(tǒng)中必須設置穩(wěn)壓回路和調壓回路；當有多缸同時工作時，要求在時間和空間上協(xié)調一致，不應產生干涉現象，在設計壓力系統(tǒng)時，應設計多缸之間的配合回路或者是相互獨立的回路；在大批量生產中，為節(jié)約輔助時間，要求在一個工作循環(huán)完畢之后，能自動換向，以便于操作者裝卸工件，因此系統(tǒng)必須設有換向回路；要確保安全，管路應盡可能的簡單、維修方便。2.基本回路的連接方式：常用的基本回路連接方式有三種：管式連接、板式連接、集成塊連接。管式連接是以油管和接頭連接成的回路，其特點是靈活性大，易實現各種方案的回路控制，但是管路松散，安裝、維修不夠方便；摩擦阻力和壓力損失比較大，13加劇油液溫度升高。板式連接是以鑄孔板、鉆孔板等板式元件代替油管和接頭組成的回路，安裝維修方便，摩擦阻力和壓力損失較小，但夾板密合要求較高，易發(fā)生高低壓油串通，使機構動作失調。集成塊連接是元件與元件直接接觸，用長螺栓桿連在一起組成回路，其結構緊湊、體積小，組裝維修方便、密封簡單、漏油部位少，但元件之間密合要求較高，制造精度較高，制造成本較高。綜合考慮，液壓傳動基本回路擬選用管式連接。 3.液壓夾具的基本回路的原理圖如下：圖(3-3)液壓夾具的基本回路的原理圖次油路回油節(jié)流調速。其工作過程如下，由定量泵供油，當油缸活塞向上動作夾緊工件后，油壓增高，壓力繼電器動作斷開電機電路，使油泵停止工作。 當壓力低于預定壓力時，壓力繼電器又接通電機，繼續(xù)使油泵供油。適用于加工時間較長的機床夾具，節(jié)約動力和防止油溫過高。4.3.8油缸的參數計算1. 油缸的參數計算活塞面積與作用力的關系，如不考慮摩擦損失和回油腔被壓，則可粗略的按下式求得 ：（3-7）24PFpD??由此可得，活塞桿以推力工作時(m) （3-8）1.3活塞桿以拉力工作時14(m) （3-9） 21.7PDdp??式中 ： P - 活塞桿最大作用力 (N) （詳細計算如下）ρ–油缸工作壓力取為 25 公斤力/厘米 2d – 活塞桿直徑 (m)，一般?。?/3---1/2）D 1.活塞桿的最大作用力計算P = Σp /η （3-10） 1式中：η 為考慮各種摩擦損失的有效系數，通常 η = 0.7-0.95（油缸直徑偏小時取最大值）P = Σp /η=18948/0.95=20892N11. 油缸直徑的計算由于該油缸以活塞桿推力工作，所以計算公式為：D = = =103.3mm1.3p62089.15?本機構采用法蘭式油缸。根據 《機床夾具設計手冊》 P564 油缸結構和技術參數可知 ：油缸的缸徑為 120mm ，活塞桿直徑為 50 mm 。2.油缸選擇根據加工工件的結構特點，本夾具的兩個液壓缸都選擇用旋轉夾緊油缸。油缸的型號是 LHA0650、型式Ⅰ、缸徑 45、活塞桿 25、行程 30 的油缸。由下表可選擇油缸工作油的工作壓力 P=4MPa表 3-3 油缸工作壓力與活塞桿直徑的關系工作壓力（兆帕） 活塞桿直徑 d〈 2 （0.2-0.4）D2 – 5 0.5D5 – 10 0.7D所以液壓缸的夾緊力為：F= 兀 X（R -r ）XP （3-11）2將已得到的數值代入得F= X（0.12 -0.050 ）X4X100000041.322=37366N4.4導向裝置4.4.1導向裝置概述在組合機床上完成的孔的加工工序中，除采用“剛性主軸”加工方法外，在大多數15情況下，切削刀具都在導向裝置中工作，因此，具有精密的導向便成為組合機床刀具工作的顯著特點之一。組合機床夾具上的導向裝置是作為引導刀具對工件進行切削加工的重要裝置。導向裝置的作用在于：保證刀具對于工件的正確位置；保證各刀具相互間的正確位置和提高刀具系統(tǒng)的支撐剛性。在鉆床、鏜床類機床上加工孔和孔系時，多借助于引導元件（鉆套、鏜套等）以提高被加工孔的幾何精度、尺寸精度、以及孔系的位置精度、提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。因此，它對于保證加工精度和機床的可靠工作有著重要的影響。刀具導向裝置在一般情況下都是固定的設置在機床夾具上的，而且成為組合機床夾具的一個重要組成部分。4.5夾具體設計4.5.1概述夾具體是夾具的基礎件。在夾具體上安裝組成該夾具所需要的各種元件、機構和裝置等。設計時應滿足以下基本要求：1．應有足夠的強度和剛度。2．結構簡單，具有良好的工藝性。3．尺寸要穩(wěn)定。4．夾具體應便于排屑。4.5.2夾具體毛坯結構的選擇夾具體毛坯的制造方法有多種，應根據對制造周期，經濟性，結構工藝性等方面要求，結合工廠的具體條件加以選定。（1）鑄造夾具體這是常用的夾具體毛坯制造方式，其突出優(yōu)點是抗壓強度大，抗振性好，易于加工。其缺點是制造周期較長，易產生內應力。故應進行時效處理。鑄造夾具體適用于切削負荷大、振動大的場合或批量生產。（2）焊接夾具體用焊接的方法制造夾具體的毛坯，其特點是制造容易，生產周期較短，成本較低。但熱變形較大，焊接后需退火處理。焊接夾具體適用于新產品試制或單件小批量生產。（3）鍛造夾具體用鍛造的方法制造夾具體的毛坯，只有在形狀比較簡單、尺寸不大的情況下才有可能，一般很少采用。（4）裝配夾具體裝配夾具體是選用標準毛坯件或標準零部件組合而成，如圓棒、工字鋼等標準型材，16可縮短制造周期。綜合考慮結構的合理性、工藝性、經濟性、標準化的可能性以及工廠的具體條件選用鑄造結構的夾具體。夾具體上的排屑措施是增加容納切屑的空間，就是在夾具體上增設容屑溝。適用于加工時產生的切屑不多的場合。結論本文通過對夾具的研究現狀的分析，確定了本課題的主要研究內容。在確定了注夾具的初步設計方案后，通過設計、計算、校核確保設計的準確性和可行性。接著采用分析和計算以及參考相關的文獻設計了夾具，根據前述章節(jié)的討論，可以得出以下結論：1.本夾具設計所選用的塑料材料為 HT200---400。其所具備的一些材料特性比較符合本次夾具設計產品的制造要求。2.本次選用的機床型號為 MXR-460V，經校核后符合本次設計要求。3.本次設計由于本人能力及相關知識的掌握還并不強，所以設計還不成熟。4.本次設計利用液壓系統(tǒng)工作。5.本次設計采用旋轉夾具。總之，經過幾個月的努力，本人查閱了相關資料并分析設計出此套方案，此套方案可能還有很多之處存在不足和錯誤，還望各位指導老師多多諒解。相信通過此次設計，本人關于注塑模設計的各方面能力都會得到很大的提高，在此感謝各位指導及評閱老師。17致謝3 個多月的畢業(yè)設計已經結束，在這過程中遇到不少的麻煩和問題，但同時也得到了老師、同學不少的幫助。首先要感謝的是本次設計的指導老師，感謝他在百忙之中抽出時間細心的指導我。每次去向他請教時，他總是放下手頭的工作，先幫我解決設計中遇到的問題，不厭其煩地講解。這幾個月來，我?guī)缀趺啃瞧诙紩フ埥虇栴}，把我從對機床設計一點都不懂到自己能夠獨立的完成這次設計，學到了許多以前沒有學過的知識，真是非常感謝。還有要感謝在設計過程中幫助過我的各位同學，尤其是本組的同學，在遇到不懂的問題時，他們總是毫無保留地把他們所知道的告訴我，盡量讓我搞明白。本次設計難免有不足和漏洞之處，歡迎評閱老師和答辯老師們批評指正。再次深表感謝！18參考文獻[1]. 大連組合機床研究所編. 組合機床設計（第一冊 機械部分）[M].北京：機械工業(yè)出版社，1975[2]. 東北重型機械學院編.機床夾具設計手冊[M]. 上海：上?？茖W技術出版社，1990[3]. 上海柴油機廠工藝設備研究所編. 金屬切削機床夾具設計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1984[4]. 張耀宸編. 機械加工工藝設計手冊[M]. 北京：航空工業(yè)出版社，1987[5]. 大連組合機床研究所編. 組合機床設計參考圖冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1975[6]. 艾興，肖詩綱編. 切削用量簡明手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2006[7]. 謝家瀛編.組合機床設計簡明手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1992[8]. 孫恒，陳作模主編.組合機床設計簡明手冊[M]（第六版）.北京：高等教育出版社，2001[9]. 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