S290柴油机气缸盖孔加工组合机床总体及夹具设计毕业设计说明书

前 言本设计的课题是S290柴油机气缸盖孔加工组合机床总体及夹具设计。这个课题来源于盐城市江动集团，是针对该公司对气缸盖钻孔，镗孔组合机床加工，其工作效率和精度不高而设计的。主要是为了便于流水线生产，提高零件的生产效率、加工精度，从而降低加工成本。组合机床一般都是由动力部件（动力头、动力滑台和主轴头）、工件定位夹压和运送部件（回转工作台、夹具、移动工作台、鼓轮等）、支承部件（立柱、床身、底座和中间底座）、和控制部件（电气柜、液压站、操纵台等）组成。组合机床是根据工件加工的需要，以大量的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的一种高效的专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方法，生产效率比通用机床高几倍到几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛运用，并可用来组成自动生产线。多年来机械产品加工中广泛的采用万能机床，但是随着生产的发展，很多企业的产品的产量越来越大，精度越来越高，采用万能机床加工已经不能很好的满足要求。理所当然，生产着用机床可以提高生产效率和加工精度。在组合机床设计过程中，为了降低组合机床的制造成本，应尽可能的使用通用件和标准件。目前，我国设计制造的组合机床，其通用部件和标准件约占零件总数的7080%，其它2030%是专用零件。在进行组合机床的夹具设计时，首先需要对被加工零件孔的分布情况及所要达到的要求进行分析，如各部件尺寸、材料、形状、硬度及加工精度和表面粗糙度等内容。然后还要深入基层进行实地观察，摸索夹具的工作原理，体会组合机床的优点。通过认真阅读研究S290柴油机气缸盖的零件图，了解其材料、硬度、重量等，对内侧面进行钻孔和镗孔的排气空和进起孔。接下来是总体方案的设计，总体方案设计的具体工作是编制“三图一卡”，即绘制被加工的零件图，加工的示意图，机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。最后，就是技术设计和工作设计。技术设计就是根据总体设计已经确定的三图一卡，设计夹具等专用部件正式总图；工作设计就是绘制各个专用部件的图样，编制各零件的明细表。设计的整个过程是十分艰苦的，在整个设计过程中必须要考虑到方方面面的问题。由于所学的知识的有限，所以在设计过程中查阅了大量的资料，用来弥补自己的不足。首先，要有丰富的实践经验。整个设计，仅靠一些参考资料是远远不够的。因此，在设计工作开始前，特地到江淮动力股份有限公司、盐城红旗机床厂、高精机电装备有限公司等进行了实地的参观考察，积累了一些宝贵经验。其次，运用四年来所学的专业知识，针对现实中遇到的实际情况，做到举一反三，触类旁同。整个设计过程不仅涉及到以前所学的知识，而且还设计到新的理念，所以我在设计过程中一边温习以前所学的知识，一边学习新的知识，这样拓宽了我的视眼。第三，通过自身的努力，结合理论和实际，从合理性、经济性、工艺性、实用性及其对被加工零件的具体要求对现有机床进行研究分析，找出可以进行改进的地方，通过相互对比，确定一个新的，周全的设计方案。在指导老师黄传锦老师的悉心指导下，在同课题组三位同学相互讨论学习和帮助下，经过两个月的艰辛劳动，终于完成了这一设计课题。 第一章 绪 论 随着社会的不断进步，机械加工技术的不断发展，古老的生产方式已经不能完全适应新形势的要求。传统的通用机床，由于它为了适应各种零件的加工，强调了加工范围的广泛性，使其万能性增大，随之带来的便是机床结构复杂，并且在加工某一零件的某一加工表面时，使机床不能完全发挥出全部效能。为了克服通用机床的弊端，工程技术人员便相应的推出专用机床，用于加工某一种（或几种）零件的特定工序。由于专用机床是根据某一工艺要求专门设计制造的，因此，相对于通用机床而言，专用机床的造价昂贵，设计、制造周期长，特别是在飞速发展的变化中，一旦原产品更新换代，产品变型，原有的专用机床将不能满足新产品加工工艺的要求，更有甚者是原专用机床完全不能加工新产品而变成一堆废铁，失去了机床应有的作用。要使产品在市场中立于不败之地，工程技术人员不得不重新花费时间，设计、制造新的专用机床。由此可见，专用机床在一定程度上不能满足产品的更新换代。为了解决以上通用机床与专用机床之间的矛盾，同时尽可能地兼顾通用机床与专用机床的优越性，于是，组合机床便在通用机床与专用机床的夹缝中悄然兴起，并得到了越来越广泛的应用16。目前国内厂家普遍采用通用机床单工序加工的生产方式。其缺点主要有：（1）加工质量不够稳定，尤其是一些关键尺寸与位置精度难以保证。（2） 设备、生产场地、在制品及流动资金方面占有较多。生产率不高加上合格品率不高，生产成本难以降低，影响企业的生产效益。 （3）工人劳动强度大，工作条件差。组合机床是一种高效率的加工机床，它不仅是机械制造工业高速发展中必不可少的设备之一，而且还可以和工件输送设备（传送带、转位和翻转装置等），按被加工的零件的工艺流程组成组合机床自动线。由于组合机床具有生产率高，加工精度稳定，研制周期短、成本低，自动化程度高、劳动强度低，配置灵活等特点。故采用以组合机床组成生产线的方法加工泵体，可以提高AK泵体孔系之间的位置精度、尺寸精度。而且此项技术在国内已处于较先进水平，对于保证加工质量的稳定，提高劳动生产率，降低生产成本，推动企业技术进步都具有十分重要的意义，也具有一定的应用推广价值。1.1 组合机床的组成和特点组合机床是根据工件加工需要，以大量的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的一种高效专用机床。 通用部件是组合机床的基础。用来实现机床切削和进给运动的通用部件，如单轴工艺切削头、传动装置、动力箱、进给滑台等位动力部件。用以安装动力部件的通用部件如侧底座、立柱、立柱底座等称为支承部件。这种机床利用总的电气系统将各个部件的工作联合成一个统一的循环。由于机床的各个部件都设计成能独立存在的，因此有可能按照一定的特点将类似用途的部件编成系列型谱，进一步完善和验证其结构，并在此基础上建立合理的规格尺寸系列，实现通用化。组合机床具有如下特点：1) 主要用于棱体类零件和杂件的孔面加工。2）生产率高。因为工序集中，可多面、多工位、多轴、多刀同时自动加工。3）加工精度稳定。因为工序固定，可选用成熟的通用部件、精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一致性。4）研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低。因为通用化、系列化、标准化程度高，通用部件占70%90%，通用件可组织批量生产进行预购或外购。5) 自动化程度高，劳动强度低。6）配置灵活。因为结构模块化、组合化。可按工件或工序要求，用大量通用部件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床及自动线；机床易于改装：产品或工艺变化时，通用部件一般还可以重复利用6。 1.2 组合机床的工艺范围和配置形式 1. 组合机床的工艺范围用组合机床加工时，如果工件在切削过程中不动，而由刀具作主运动和进给运动，则可保证最大的工艺可能性。这是由于这种机床结构可用许多刀具同时从几个方面对工件进行加工，能够达到最高的工序集中程度。目前，组合机床主要用于平面加工和孔加工两类工序。平面加工包括铣平面、锪（刮）平面、车平面；孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹、锪沉孔、滚压孔等。随着综合自动化的发展，其工艺范围正在扩大到车外圆、行星铣削、拉削、推削、珩磨及抛光、冲压等工序。此外；还可以完成焊接、热处理、自动装配和检测、清洗和零件分类及打印等非切削工作。组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工及缝纫机、自行车等轻工行业大批大量生产中已获得广泛的应用；一些中小批量生产的企业，如机床、机车、工程机械等制造业中也已推广应用。组合机床最适宜于加工各种大中型箱体类零件，如气缸盖、气缸体、变速箱体、电机座及仪表壳等零件；也可用来完成轴套类、轮盘类、叉架类和盖盘类零件的部分或全部工序的加工。因此在机器制造工业中组合机床主要是进行如下各种加工，钻孔、扩孔、铰孔、加工各种螺纹、锤孔、车外因和凸台、在孔内铿各种形状的格、车端面(刀具作铀向进给和横向进给)、销平面和成形面。 2.组合机床的配置形式组合机床的通用部件分大型和小型两大类。用大型通用部件组成的机床称为大型组合机床。用小型通用部件组成的机床称为小型组合机床。（1）大型组合机床的配置形式大型组合机床的配置形式可分为单工位和多工位两大类。按工序集中程度和不同批量生产的需要还有其他集中配置形式：1） 工序高度集中的组合机床在基本配置型式的基础上，增设动力部件来加工工件的更多的表面。这些型式都是结合工件的特定情况配置的。2） 用于大批大量的生产组合机床为提高生产率，除缩短加工时间和辅助时间，尽量使加工时间和辅助时间重合外，还可考虑在每个工位上安装几个工件同时进行加工，或在一个工位（或一台机床）上设置几套夹具，对工件进行多次装夹，从而加工不同的表面。3） 转塔头式及转塔动力箱式组合机床转塔式组合机床可以完成一个工件的多工序加工，并可减少机床台数和占地面积，由于转塔各工位主轴顺序加工，避免了各工位切削振动的互相干扰，加工精度高，但切削时间叠加，而且切削时间与辅助时间不重合，机床生产效率低，适宜于中小批量生产场合。除上述各种配置形式之外，还采用可调式组合机床，以适应几种工件的轮番生产；采用自动换刀和自动更换主轴箱式组合机床，以适应孔数较少的工件和孔数较多外形尺寸较大的工件；采用工件在机床上多次安装与采用多工位回转工作台或移动工作台相结合的方式的组合机床，使一台组合机床能对工件进行多次加工；还可以采用将若干加工工艺相近似的工件合并加工的成组加工组合机床，以增大中批量生产的加工能力。（2）小型组合机床配置形式小型组合机床也是由大量通用部件组成，其配置特点是：常用两个以上具有主运动和进给动力头分撒布置、组合加工。组合机床的配置形式是多种多样的，同一零件的加工可采用几种不同的配置方案。在确定组合机床配置形式时，应对几个可行的方案进行综合分析，从机床负荷率、能达到的加工精度、使用和排屑的方便性、机床的可调性、机床部件的通用化程度、占地面积等方面作比较，选择合理的机床总体布局方案。1.3 组合机床的设计步骤组合机床一般都是根据和用户签订的设计、制造合同进行设计的。合同中规定了具体的加工对象（工件）、加工内容、加工精度、生产率要求、交货日期及价格等主要的设计原始依据。在设计过程中，应尽量做到采用先进的工艺方案和合理的机床结构方案；正确选择组合机床通用部件及机床布置形式；要十分注意保证加工精度和生产效率的措施以及操作使用的方便性，力争设计出技术上的先进、经济上合理和工作可靠的组合机床。组合机床的设计步骤如下：1.调查研究调查研究的主要内容包括以下几个方面：（1）认真阅读被加工零件图样，研究尺寸、形状、材料、硬度、重量、加工部位的结构及加工精度和表面粗糙度要求等内容。通过对产品装配图样和有关工艺资料的分析，充分认识被加工零件在产品中的地位和作用。同时必须深入到用户现场，对用户原来生产所采用的加工设备、刀具、切削用量、定位基准、夹紧部位和加工质量及精度检验方法、装卸方法及装卸时间、加工时间等作全面的调查研究。（2）深入到组合机床使用和制造单位，全面细致地调查使用单位车间的面积、机床的布置、毛坯而后在制品的流向、工人的技术水平，刀具的制造能力、设备维修能力、动力和起重设备等条件以及制造单位的技术能力、生产经验和设备状况等条件。（3）研究分析合同要求，查阅、搜集和分析国内外有关的技术资料，吸取先进的科学技术成就。总之，通过调查研究应为组合机床总体设计提供必要的大量的数据、资料，作好充分的、全面的技术准备。2.总体方案设计总体方案的设计主要是制定工艺方案（确定零件在组合机床上完成的工艺内容及加工方法，选择定位基准和夹紧部位，决定工艺和刀具种类及其结构形式，选择切削用量等）、确定机床配置形式、制定影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。总体方案的拟定是设计组合机床的最关键的一步。方案制定的正确与否，将直接影响机床能否达到合同要求，保证加工精度和生产率，并且结构简单、成本较低和使用方便。对于同一加工内容，有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采用哪种方案时，必须对各种可行的方案作全面分析比较，并考虑使用单位和制造单位等诸方面因素，综合评价，选择最佳方案或较为合理的方案。总体方案的设计具体工作是编制“三图一卡”,即绘制被加工零件图、加工示意图、机床联系尺寸图，以及编制机床生产率计算卡。3.技术设计技术设计就是根据总体设计已经确定的“三图一卡” ，设计机床各专业部件正式总图，如夹具设计、多轴箱等装配图以及根据运动部件有关参数和机床工作循环要求，设计液压和电气原理设计图。4.工作设计当技术设计通过审查后即可展开工作设计，即绘制各个专用部件的施工图样、编制各部件零件明细表。2 组合机床工艺方案的拟订工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步。工艺方案制定的正确与否是在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。因此，应根据工件的形状和加工要求的特点， 加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求及生产率要求等，按一定的原则，结合组合机床常用的工艺方法，充分考虑到各种因素，并经技术经济分析后拟订出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。选择工艺基面和定位方式是制定工艺方案的关键所在。第二章 零件分析与方案拟定2.1 零件分析 本课题加工零件为s290汽缸盖，其零件坯料为铸铁，材料为HT200。由于其形体较为复杂，缺少理想、可靠、稳定的定位基准，各加工要素间具有较高的位置精度要求，加工内容涉及到钻、扩、镗等多种工艺。该零件加工精度较高，从目前制造业的水平来看，采用先进的装备加工该零件，上述精度应该不成问题。但汽缸盖是个微利配套产品，先进设备的高投入将给企业带来沉重的压力，导致利润进一步降低，甚至出现亏损。因此针对泵体行业目前的生产批量特点，采用经济高效的专用工艺装备进行加工比较好。2.2 工艺安排（1）总体方案：由于缺少理想、可靠、稳定的定位基准，为了保证中心孔系与9H8齿杆孔间的位置精度，主要采用了组合机床工序集中，以多面、多工位同时加工的形式在一次定位装夹进行加工，从而经济的满足要求。工序1 工位:钻左侧面上211深43.5孔加工精度为H8； 工位:钻227深9.2孔，加工精度为H8。工序2 工位:钻左侧面上211深47孔加工精度为H7； 工位:钻右侧面上11.5深10.2孔，加工精度为H7。2.3被加工零件的特点气缸盖的材料为HT200；硬度为150-225HBS；生产纲领为大批大量；在本工序前各主要表面已加工完毕。3 组合机床配置型式选择 组合机床有大型和小型，又可分为卧式，立式两种，根据配置形式还可分为单工位和多工位。配置方案不同对机床的复杂程度，通用化程度，结构工艺性，加工精度，机床重新调整的可能性等都有不同的影响。在本工序中要求加工同轴的两个孔，因此采用卧式布置，为了提高生产效率，降低设计成本。机床采用卧式，其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、调试与运输也都比较方便；而且，机床重心较低，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。本机床采用了单滑台双动力头结构，考虑到相关联的机床夹具结构的统一性，采用固定式夹具.由于在加工过程中要实现大范围的调速，因此采用伺服滑台来满足这个要求。其具有如下特点:可自动变换进给速度和工作循环，可在较宽的范围实现位控，执行零件加工的数控程序.由此，根据已定的工艺方案和机床配置形式，确定机床为卧式单面双工位数控传动的组合机床，伺服滑台实现工作进给运动，设计配套的动力箱。4 组合机床总体设计4.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床(或自动线)上完成的工艺内容，加工部位的尺寸精度，表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准，夹压部件以及被加工零件的材料，硬度和本机床的前加工余量，毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造，使用，调整和检验机床精度的重要文件 ，是在被加工零件图基础上，突出本机床的加工内容，并作必要的说明而绘制的。为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定：应按一定的比例，绘制足够的视图以剖面；本工序加工部位用粗实线表示，保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方画“”粗实线，其余部位用细实线表示。本机床加工时是采用的一面两销定位方式，一面是气缸盖的内侧面，两销分别是一圆柱销一菱形销。它共限制六个自由度，可以达到定位效果，因此可以保证所需要的加工精度。绘制的被加工零件工序图如图4-1、4-2所示。图中符号 -夹紧位置 -定位基准图4-1 s290加工零件工序图4.2 加工示意图加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的，是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图，它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱、电气系统以及选择动力部件，绘制机床总体联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。 图4-2 零件加工示意图4.2.1 选择刀具、导向及有关计算1.刀具选择由于工件材料为HT250，生产批量为大批量，故选择高速钢麻花钻头2导向结构的选择钻头在钻套中运动会磨损钻套，钻套需要更换，因此选择可换钻套。另外再选用钻套用衬套，这样可以方便的更换衬套，并不会破坏钻模板上的孔，有利于保持导向精度。4.2.2 组合机床切削用量的选择查文献资料得刀具的进给量f=0.11 mm/r；切削速度的计算：Vc= （4-1）Vc切削速度，单位为m/min 。 A.工件左侧面加工钻211深43.5孔选择f=0.11mm/r，n=500r/min由公式（4-1）得 Vc=3.1411500/1000=17.3m/min钻211深47孔由表4-2得，选择f=0.15mm/r，n=466r/min选择f=0.11mm/r，n=500r/min 由公式（4-1）得 Vc=3.1411500/1000=17.3m/minb.工件右侧面加工钻右侧面上11.5深10.2孔选择f=0.11mm/r，n=500r/min由公式（4-1）得 Vc=3.1411500/1000=17.3m/min4.2.3 计算切削力，切削扭矩及切削功率根据文献资料得计算公式如下：切削力 Fz=51.4apf0.75HB0.55 （4-2）Fx=0.51ap1.2 f0.65HB1.1 （4-3）转 矩 T=25.7Dapf0.75HB0.55 （4-4）功 率 （4-5） 公式中：V切削速度（m/min）；f进给量（mm/r）； ap切削深度（mm）； D加工直径（mm）； Fz圆周力（N）； Fx轴向切削力（N）； HB布氏硬度：；在本设计中，HBmax=225， Hbmin=150，代入公式得HB=200 HBS。a.半精加工：（排气）钻211深43.5孔：由公式（4-2）得Fz=51.40.10.110.752000.55=51.40.10.12118.432=18.096N； 由公式（4-3）得 Fx=0.510.11.2 0.110.652001.1=0.510.0630.291339.729=2.547N； 由公式（4-4）得 T=18.09611/2 =90.48 Nmm由公式（4-5）得P=18.09617.3/61200=0.0015KW钻211深47孔： 由公式（4-2）得Fz=51.40.10.110.752000.55=51.40.10.12118.432=18.096N； 由公式（4-3）得 Fx=0.510.11.2 0.110.652001.1=0.510.0630.291339.729=2.547N； 由公式（4-4）得 T=18.09611/2 =90.48 Nmm由公式（4-5）得P=18.09617.3/61200=0.0015KW钻右侧面上11.5深10.2孔 由公式（4-2）得 Fz=51.40.40.150.752000.55=51.40.10.24118.432=22.832N； 由公式（4-3）得Fx=0.510.11.2 0.150.652001.1=0.510.0630.291339.729=3.176N； 由公式（4-4）得T=22.83214.8/2 =168.9 Nmm由公式（4-5）得P=22.83269.7/61200=0.03KW对右侧27孔倒角2.22.2 由公式（4-2）得Fz=51.40.270.110.752000.55=51.40.270.12118.432=91.329N； 由公式（4-3）得Fx=0.510.271.2 0.110.652001.1=0.510.3330.291339.729=16.813N； 由公式（4-4）得T=91.32944.8/2 =2045.8Nmm由公式（4-5）得P=91.32965.6/61200=0.09KW4.3 机床联系尺寸图 机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置型式和布局。用以检验各主要部件相对位置几尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适；它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据；它可以看成是机床总体外观简图。图4-3机床联系尺寸图4.3.1 动力滑台的选择a.选择动力部件由文献资料谢家瀛. 组合机床设计简明手册选择1TD32-I型动力箱驱动（n驱=715r/min），根据切削用量进给力等因素选取1HY32IIA型液压滑台。其台面宽度为320mm，台面长为630mm，最大行程为630mm，最大进给力为12500N，电动机Y100L1-4，P=2.2KW。 b.确定机床装料高度装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。在确定机床装料高度时，首先要考虑工人操作的方便性；对于流水线要考虑车间运送工件的滚道高度。其次是机床内部结构尺寸的限制和刚度要求。侧底座高度560mm，滑台高度354mm,最低孔高度91.5mm。参考国家标准装料高度 H=1000 mm取机床装料高度为905mm。c.确定夹具轮廓尺寸 主要确定夹具底座的长、宽、高尺寸。 工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具底座轮廓尺寸的基本依据。具体要考虑布置工件的定位、限位、夹紧机构、刀具导向装置以及夹具底座排屑和安装等方面的空间和面积需要。 夹具底座的高度尺寸，一方面要保证其有足够的高度，同时考虑机床的装料高度、排屑的方便性和便于设置定位、夹紧机构。选取钻模架体加工方向尺寸300mm,选取夹具底座高度尺寸290mm。4.4机床生产率计算卡a.理想生产率Q理想生产率Q（单位为件/h）是指完成年生产纲领A（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。它与全年工时总数tk有关。根据谢家瀛. 组合机床设计简明手册Q=A/tK=5000/2350=21.28件/小时 （4-6）b.实际生产率Q1实际生产率Q1是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。Q1=60/T=26.75件/小时 （4-7）c.机床负荷率机床负荷率为理想生产率与实际生产率之比。=Q/Q1=0.8 （4-8）因为组合机床负荷率一般为0.750.90，而对于精密度较高、自动化程度高的组合机床，宜适当降低负荷率，所以本机床满足要求。图4-4生产率计算卡片5 夹具设计51 概述机床夹具是一种装夹工件的工艺设备，它广泛的应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装备、焊接和检验等工艺过程中。在金属切削机床上使用最多的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺设备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，故机床夹具设计在企业的产品设计和制造及其生产技术准备中占有及其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作。在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件的定位和夹紧。然而，由于各类机床加工的方式不同，有些机床夹具还具有一些特殊的功能。机床夹具在保证产品优质、高效和低成本方面充分发挥着现代先进设备的巨大潜力。有利于提高工人对复杂或精密零件的加工技能，减轻繁重的体力劳动。机床夹具设计和使用是促进生产周期的重要工艺措施之一/因此一切机械制造行业广大工人和工程技术人员历来都把机床夹具的改进和开发作为技术革新的主要课题之一。5.1.1 机床夹具在机械加工中的作用对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对刀具（或机床）有正确的位置并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此进行机械加工前，先要将工件夹好。工件的装夹方法有两种：一种是工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种是工件装夹在夹具上。采用第一种方法装夹工件时，一般是先按图样要求在工件表面划线，找出工件表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后在夹紧。这种方法不需专门的装备，但效率低，一般用于单件或小批量生产；批量较大时，大都采用夹具装夹工件。使用机床夹具的目的主要有以下六个方面。然而，在不同的生产条件下应该有不同的侧重点。夹具设计时应综合考虑加工的技术要求、生产成本和工人操作等方面的要求，以达到预期的效果。a.保证加工精度 用夹具装夹工件时，能稳定地保证加工精度，并减少对其它生产条件的依赖性，故在精密加工中广泛的使用夹具，并且它还是全面质量管理的一个重要环节。b.提高劳动生产率 使用夹具后，能使工件迅速地定位和夹紧，并能够显著地收缩辅助时间和基本时间，提高劳动生产率。c.改善工人的劳动条件 用夹具装夹工件方便、省力、安全。当采用气压、液压等夹紧装置时，可以减轻工人的劳动强度，保证安全生产。d.降低生产成本 在批量生产中使用夹具时，则由于劳动生产率的提高和允许使用技术等级较低的工人操作，故可以明显降低生产成本。e.保证工艺纪律 在生产过程中使用夹具时，可确保生产周期、生产调度等工秩序。因为夹具往往也是工程技术人员解决高难度零件加工的主要工艺手段之一。f.扩大机床工艺范围 这是在生产条件有限的企业中常用的一种技术改造措施。如在车床上拉削、深孔加工等，也可用夹具装夹以加工较复杂的成形圆。5.1.2 机床夹具的分类机床夹具有多种分类方法。一般按适用工件的范围的特点分为：通用夹具、专用夹具、组合夹具和可调夹具或按适用的机床分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具等。通用夹具是指已经标准化，可用于加工一定范围内的不同工件夹具。如三爪自定心卡盘、虎钳、万能分度头和磁力工作台等。专用夹具是指为某一工件的某道工序而设计制造的夹具。一般在批量生产中使用，是机械制造厂里使用范围最广的一种机床夹具。5.1.3机床夹具的组成机床夹具的种类和结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为下面四个部分：a.定位装置位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置，从而保证加工位置的正确。b.夹紧装置夹紧装置的作用是将工件压紧、夹牢，保证工件在加工的过程中受到外力（切削力等）作用时不离开占据正确的位置。c.夹具体夹具体是机床夹具的基件，通过它将机床的所有元件构成一个整体。d.其它装置或元件如连接元件，分度装置，靠模装置，上下料装置，工业机器人等。5.1.4 本次毕业设计的任务本次毕业设计是设计在气缸盖上进行镗加工所用的夹具。它是发挥我们独立思考和创新的有效过程。使我们充分而又灵活地运用课堂所学的理论知识与实践环节紧密结合，培养解决生产实际问题的能力，为适应今后的工作打好坚实的基础。52 夹具的设计步骤及内容5.2.1 气缸盖镗孔的工艺分析该加工零件的工序内容工序1 工位:钻左侧面上211深43.5孔加工精度为H8； 工位:钻227深9.2孔，加工精度为H8。工序2 工位:钻左侧面上211深47孔加工精度为H7； 工位:钻右侧面上11.5深10.2孔，加工精度为H7。5.2.2夹紧方案的分析A工件在加工过程中定位基准的分析在选择定位基准时，应尽量选择设计基准作为定位基准，即遵循基准统一原则。由总体设计可以知道我使用的是左右侧面同时进行加工，加上对零件的分析，最后选择气缸盖的底平面作为定位的基准面，这样就有利于保证个被加工孔相互间的位置精度。气缸盖要很好的固定在机床上，就必须限制六个自由度，这样才可以保持加工精度。根据切削力的方向和夹具夹紧力的方向，我选择气缸盖的底平面来限制三个自由度，另外的三个自由度我选择两个定位销来限制。这种定位方式就是“一面两销”定位。B夹紧点的数目在确定夹紧力作用点的数目时，应遵从的原则是：对刚性较差的工件，夹紧力的数目应增多，力求避免单点集中夹紧，以图减小工件的夹紧变形；但夹紧点愈多，夹紧机构愈复杂，夹紧的可靠性愈差。所以采用多点夹紧时，应力求夹紧点的数目为最小。考虑到该气缸盖是铸铁件，使夹紧力分散，应采用多点夹紧。所以本设计采用压块进行压紧，四个压块可将压紧力分为四个.C夹紧位置的确定 夹紧位置选择的好坏直接影响工件的加工精度、定位的可靠、工作的稳定性。夹紧力的位置应使夹紧力落在定位平面内，力求接近平面的中心。夹紧力的方向最好要和轴向力垂直，再根据气缸盖的大体形状，我选择工件的上表面为夹紧位置，方向向内。D.确定夹具的类型 由于要求大量大批生产。通用夹具，组合夹具，可调夹具，随行夹具显然不能满足加工精度的要求。为了使用和维修的方便，专门设计了结构紧凑的专用夹具。E.确定夹紧方式(动力装置)按夹紧动力来源分，可以分为手动夹紧机构和自动夹紧机构。手动夹紧主要用于小批量生产，本课题中是不适合的。夹紧装置中产生动力的部分叫动力装置，常用的动力装置有气动、液压、电动等。夹紧装置中直接与工件的被夹压面接触并完成压夹作用的元件称为夹紧元件，本设计采用了气压夹紧，解决了手动夹紧是夹紧力不一致，误差大，精度低，工人劳动强度大等缺点。5.2.3夹紧力的确定与计算 确定夹紧力的方向、作用点和大小时要分析工件的结构，加工要求，切削力和其它外力作用工件的情况，以及定位元件的结构和布置方式。A夹紧力的方向和作用点的确定夹紧力方向必须遵循：a. 夹紧力作用方向不应破坏工件的定位。b. 夹紧力作用方向应使工件的夹紧变形尽量减小。c. 夹紧力作用方向应使所需夹紧力尽可能小。综上所述，我选择四个作用点在气缸盖的上表面上。B夹紧力的计算查参考文献1得 夹紧力： W=KF (5-1)其中K为安全系数 K= (5-2)一般安全系数，考虑增加夹紧的可靠性和因工件材料性质及余量不均匀等引起切削力的变化。一般取1.2-1.5。这里取1.4加工性质系数。粗加工取1.2。精加工取1。这里取1。刀具钝化系数。考虑到刀具磨钝后，切削力增大，一般取1.0-1.9，这里取1.3。断续切削系数。断续切削时取1.2，连续切削时取1，这里是取1.2。一般用来表示夹紧力的稳定性，手动夹紧时取1.3，机动夹紧时取1。所以经过计算得安全系数K=2.184。根据该夹具的装夹方式，选择的计算公式(5-1) 式中 WK实际所需夹紧力（N）；K安全系数；P切削力（N）；由总体设计计算得到的轴向作用力为18.096N，最后由公式（5-1）、（5-2）算得夹紧力：F=39.5N5.2.4定位元件的设计根据定位方式查参考文献谢家瀛. 组合机床设计简明手册，选择一个的圆柱销和一个削边销，这两个都采用固定式。它们主要有以下几个工作特点和使用说明：A为了增加两孔连心线方向上的间隙，避免过定位，把第二销碰到工件孔壁的部分削去，只留下上下一部分圆柱面，也起到减小第二销直径的作用。B由于垂直于连心线方向上第二销直径没有减小，故对工件的转角误差没有影响。C安装削边销时，削边方向要垂直于连心线，为了保证削边销的强度，通常采用菱形结构。根据参考文献9表6-32选择配合。选择销工作部分直径g5，定位销头部有15导角，与夹具体孔配合为H7/n6。为了便于更换定位销，设计成带衬套的结构衬套外径与夹具体孔配合为H7/n6，内径与定位销配合为H7/h6。故选择了一个15.5g5圆柱销和一个15.5g5的削边销，它们的高度相同。选用四个一样大小的30的支承块构成一个支承平面，支承块的上下表面的平行度为0.01mm，表面粗糙度为0.8，高度为250.015，分别用M10的内六角圆柱头螺钉于夹具体连接。 选取“一面两销”的定位方式。其定位特点有：a. 可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠的定位b. 有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。c. 一面双孔”可做为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证零件加工精度。同时，使机床各工序（工位）的许多部件（如夹具）实现通用化，有利于缩短设计、制造周期，降低成本。d. 于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切屑落于定位基面。5.2.5定位误差的计算a. 菱形销的最大直径 （5-3）式中 b菱形销宽度； 两孔中心距的公差； 两定位销中心距的公差，一般取（1/31/5）； 圆柱销与孔配合的最小间隙，； 圆柱销定位孔的最小直径由公式（5-3）计算得=15.881 图5-1 转角误差示意图b. 工件的转角误差 （5-4）式中 以菱形销定位的定位孔直径的公差； 菱形销直径的公差； 菱形销与孔的最小配合间隙 （5-5） （5-6）由公式（5-4）、（5-5）、（5-6）得 0.0325 0.0184故工件在任意方向偏转时，最大转角误差为0.0509。c. 基准位移误差 0.041mm。 （5-7）d. 基准不重合误差基准不重合误差应从定位基准到工序基准之间的所有尺寸的公差之和在加工尺寸方向上的投影，故基准不重合度误差=0。最后，在求得基准位移误差和转角误差后，算得定位误差=0.041mm。5.2.6夹具体的设计夹具体采用铸造的箱体结构，各边的厚度取40mm，保证有足够的支承力，支承夹具、工件、气缸夹紧力。同时还有足够的刚性，镗加工时不会引起夹具的歪斜和工件误差的加大。夹具体和机床通过螺栓和定位销定位和固定。5.2.7其它元件的设计需要用到的元件主要有衬套、法兰盘、支架、支承块、立柱、齿条，齿轮，轴，隔套、压板，挡块，弹簧垫片、拨杆，推杆，顶杆等等。这些元件都是在设计中非常重要的元件，设计的过程主要根据参考文献1、8、9，同时运用所学过的知识，还翻阅了参考文献3、5、7、11等。详细设计情况可以看零件图，这里不一一介绍。5.2.10夹具的精度分析夹具上主要元件之间的尺寸应取工件相应尺寸的平均值。当工件与之相应的尺寸有公差时，应视工件精度要求和该距离尺寸公差的大小而定，当工件公差值小时，宜取工件相应公差的1/21/3；当工件公差值较大时，宜取工件相应公差的1/31/5作为相应尺寸的公差。在机械加工中，造成工件加工误差的因素主要有定位误差，夹具在机床上的安装误差 ，刀具对刀和导向误差，以及由于机床运动精度的工艺系统变形等因素引起的加工方法误差等。为保证工件的技术要求，上述误差的合成值应不超过工件工序公差之值。A.夹具在机床上的安装误差A因为夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。一般取： 谁平A=0.02mm 垂直A=0mmB.夹具误差E因夹具上定位元件，对刀或导向元件及安装基面三者之间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差，夹具误差大小取决于夹具零件的加工精度的夹具装配时的调整和修配精度。一般取E=0.04mmC.加工方法误差G因机床精度，刀具精度，刀具与机床的位置精度，工艺系统受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差，因该项误差影响因素很多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的1/3。计算时可设G=/3。工件位置公差取0.20G=D.保证加工精度工件在夹具中加工时，总加工误差为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机误差，应用概率法加，因此，保证工件加工精度条件是： (5-8)即工件总加工误差应不大于工件的加工尺寸公差，由以上得知，本夹具完全可以保证加工精度。为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时需留出一定精度储备量，因此将公式（5-8）改为： = （5-9）当0时夹具能满足加工要求，根据以上=0.20-0.08=0.120所以夹具完全可以满足加工要求。a.48H6与15H6两孔同轴度的分析。根据误差不等式应：（mm）。 （5-10）(a）由于两孔同轴度与定位方式无关，故 D = 0 (b）因夹紧点落在定位基准面上，则夹紧误差不会影响同轴度，故 J = 0(c）因没有采用导向装置，所以导向误差 T = 0(d）因两孔分别镗切削，故两孔的同轴度与加工误差无关，但定位面对底面的平行度为0.01，辅助支承面对底面的垂直面为0.01，故安装误差 A = 0.01(e）使用该夹具时容易发生变形的环节在镗杆，但由于是钢性镗杆，且离加工面近，距离短，故可认为 ： G = 0综合以上。可知误差不等式是满足的，工件该项精度要求能予充分保证。6 零部件的设计绘制61 绘制加工零件工序图被加工零件工序图是组合机床设计的具体依据，是确定所设计的组合机床上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料等情况的图样。根据设计课题要求绘制气缸盖的加工工序图，见附图QGGZT-C1-0001、QGGZT-C2-0001。62 绘制加工示意图加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程以及工件、夹具和刀具等机床各部件的相对位置关系等。根据切削用量、工作循环、工作行程、工件、刀具、及导向等绘制被加工零件的工序图，见附图QGGZT-C1-0002、QGGZT-C2-0002。 63 绘制夹具装配图及其零件图根据前面的计算和夹具的主要零件的结构设计，绘制出夹具的装配图和主要零件图，见附图YG023-2001YG023-2080。7 结论本课题设计的是一台满足半精镗及精镗的要求的组合机床，是为了保证气缸盖导管孔半精镗及精镗的尺寸精度和位置精度的要求。该组合机床采用一面两销定位，液压夹紧，同时半精镗和精镗气缸盖的进气和排气孔。保证了加工精度，提高了加工效率，减少了工人的劳动强度，适应了流水线的生产。在设计之中，尽量选用了通用件，进一步减少了制造成本，从而增加经济效益。在参与总体设计的基础上，完成被加工零件的工序图和加工示意图，主要完成夹具的设计。通过这次设计，我掌握了这一毕业设计的方法和步骤，并且培养了自己的独立思考分析问题的能力，通过所掌握的知识，结合参考书解决了所面对的难题。为我以后从事实际工程技术工作奠定了一个坚实的基础。总之，通过这次设计，使我在基本理论的综合运用以及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的锻炼，提高了我独立思考问题、解决问题以及创新设计的能力。 参考文献1杨黎明. 机床夹具设计手册M北京： 国防工业出版社 ，1996.2徐发任. 机床夹具设计M. 重庆：重庆大学出版社，1993.3陈秀宁、施高义编. 机械设计课程设计M. 浙江： 浙江大学出版社，1995.4王建平 夏季 曾国英. 加工夹具定位误差的计算A. 重型机械科技，2005.5徐锦康主编. 机械设计M. 北京： 机械工业出版社，2001.6 李益民. 机械制造工艺设计设计手册M. 北京：机械工业出版社，1995. 7 王伯平. 互换性与测量技术基础M. 北京：机械工业出版社，2000.2.8 金振华. 组合机床及其调整与使用M. 北京：机械工业出版社，1990.4. 9 谢家瀛. 组合机床设计简明手册M. 北京：机械工业出版社，1996.8. 10 李益明. 机械制造工艺设计简明手册M. 北京：机械工业出版社，1993.6. 11 艾兴 肖诗纲. 切削用量简明手册M. 北京：机械工业出版社，1994.7.12 范云涨等主编.金属切削机床设计简明手册.北京：机械工业出版社，1993.