缸体精铣两侧面机床总体设计及夹具设计.doc

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 目目 录录 1 绪论 .1 2 组合机床总体设计 .3 2.1 总体方案论证 .3 2.1.1 工艺方案的拟定 .3 2.1.2 机床配置形式的选择 .3 2.1.3 定位基准的选择 .4 2.1.4 滑台型式的选择 .4 2.2 确定切削用量 .4 2.2.1 选择切削用量 .4 2.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率5 2.3 组合机床总体设计三图一卡 .6 2.3.1 被加工零件工序图 .6 2.3.2 加工示意图 .6 2.3.3 机床尺寸联系总图 .7 2.3.4 机床生产率计算卡 .8 3 夹具设计 11 3.1 夹具设计的基本要求 11 3.2 夹具设计的方法与步骤 11 3.2.1 设计前的准备 11 3.2.2 拟定夹具结构方案 绘制草图 .11 3.2.3 定位误差分析 13 3.2.4 夹紧力的计算 14 3.3 绘制夹具总图 15 3.4 绘制夹具零件图 16 4 结论 17 参考文献 18 致 谢 19 附 录 20 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 1 1 绪论 组合机床是根据工件加工需要,以大量通用部件为基础,配以少量专用部件组成 的一种高效的专用机床1。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至几十倍。由于通用部件已标准化和 系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成 本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用来组成自动生产线。 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形式的零件。加工时，工件一般不旋转， 由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、 镗孔、铣削端面、切削平面、切削内外螺纹以及加工圆和端面等。二十世纪 70 年 代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发 展，组合机床的加工精度也有所提高。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复 使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。最早的组合机床是 1908 年 在美国制成的，用于加工汽车零件。 组合机床的设计，目前基本上有两种方式：其一，是根据具体加工对象的特征 进行专门设计，这是当前最普遍的做法。其二，随着组合机床在我国机械行业的广 泛使用，广大工人和技术人员总结出生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不 仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而且一些行业在完成一定工艺范 围内的组合机床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专能组合 机床” 。这种组合机床不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是设计 成通用品种，组织成批生产，然后按被加工零件的具体需要，配以简单的夹具及刀 具，即可组成加工一定对象的高效率设备。 为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结 构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、 缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调 性；以及纳入柔性制造系统等。 我毕业设计的课题是缸体精铣两侧面组合机床总体设计及夹具的设计。该课题 来源于盐城市高精装备机电有限公司，主要对缸体的前后两个面进行铣削的机床设 计。设计的思路是先进行总体方案的论证，对所选的方案进行计算，然后再完成 “三图一卡”和各个零件图的设计。设计后的组合机床能较好的保证面的铣削及位 缸体精铣两侧面机床总体设计和夹具设计 2 置精度，改变了以往烦琐的加工工艺过程，大大的节约了加工时间，提高了劳动生 产率，降低了工人的劳动强度。 夹具部分的设计，是在完成对组合机床的总体设计并绘制出“三图一卡”的基 础上再设计的，并绘制出夹具设计的装配图。夹具设计是组合机床设计中的重要部 分，夹具设计的合理与否，直接影响到被加工零件的加工精度等参数。设计首先要 确定工件的定位方式，然后进行误差分析，确定夹紧方式，进行夹紧力的计算，并 对夹具的主要零件进行结构设计。 在进行设计之前我们要做好以下几方面的工作： 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，这 样设计出来的组合机床只是结构完美，外形美观，但实用性差，因此，在设计工作 开始前，指导老师特地带我们到江淮动力集团、盐城长虹涂装有限公司、东风悦达 二厂等企业进行了实地参观考察，与企业工程技术人员共同讨论，积累了一些宝贵 的实践经验。 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。整个设计过程不仅涉及到以前所学的知识，还涉及到一些新的概念，这就要求 我们一边温习以前的知识，一边还要学习新的知识，可以说，整个设计过程就是我 们不断复习和学习的过程。 第三，通过自身的努力，理论联系实际，从合理性、经济性、工艺性、实用性 及对被加工零件的具体要求对现有机床进行研究和分析，找出可以进行改进的地方， 通过反复推敲对比，拟订较为合理的铣削组合机床的总体方案。 在设计过程中，由于组合机床大部分是由标准零件构成，另外一些非标准件尽 量适应工厂的生产条件，使加工和维修方便，大大减少了设计工作量。 限于本人知识水平有限，又缺乏相应的实践经验，在设计中定存在不到之处， 敬请老师批评指正，提出宝贵意见，以便及时纠正。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 3 2 2 组合机床总体设计组合机床总体设计 2.1 总体方案论证 组合机床是按高度集中工序原则，针对被加工零件的特点及工艺要求设计的 一种高效率专用机床1。加工对象为缸体，材料是 HT150,硬度 170241HBS。 2.1.12.1.1 工艺方案的拟定工艺方案的拟定 A.本机床加工零件特点 加工对象为缸体，材料是 HT150,硬度 170241HBS。在本工序之前各主要表面、 主要孔已加工完毕。为正确拟定组合机床的工艺方案，除了对加工零件工序内容及 特点进行分析，我们还参观了江淮动力集团，盐城市长虹涂装有限公司，东风悦达 二厂，具体了解了各厂产品的加工情况，各加工工序的关键技术要点等。为我全面 了解该缸体加工的具体情况，拟定组合机床工艺方案且对被加工工件基准，加工艺 进行分析，打下了牢固的基础。 B.被加工的零件的加工工序及加工精度 被加工零件在本组合机床上完成的工序及加工精度，是制定机床工艺方案的主 要依据，不同的加工方法及不同的加工精度直接影响着工艺方法的选择和工步数及 工艺路线的确定。此被加工的零件的工序内容： 1 铸造2 时效处理3 粗铣上、下面4 粗铣左、右面5 粗铣前、后面 6 粗铣中间横向平面7 粗铣中间纵向平面8 精铣上、下面9 去毛刺10 粗 镗孔11 半精镗孔12 精镗孔13 精铣左、右面14 去毛刺15 精铣前、后 面16 去毛刺17 精铣中间横向平面18 精铣中间纵向平面19 终检。 为了保证其精度要求，将有精度要求的精铣前后两侧面工序安排在同一台机床 上进行加工。具体加工内容和精度要求容如下： 精铣缸体两侧平面，主要是完成第 15 步缸体前后两个平面的铣削，两平面的 距离为 320mm，平面相对于定位基面的垂直度误差不超过 0.01m，表面粗糙度要 求 R0.8。 C.本次设计技术要求: a.机床应能满足加工要求，保证加工精度； b.机床运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整； c.机床尽可能用通用件（中间底座可自行设计）以便降低制造成本； d.机床各动力部件用电气控制。 缸体精铣两侧面机床总体设计和夹具设计 4 2.1.22.1.2 机床配置型式的选择机床配置型式的选择 机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑台、侧底座组 合而成。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。立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其优点是占地面积 小，自由度大，操作方便。其缺点是机床重心高，振动大。此外，我要加工的零件 为长方体，从装夹的角度来看，卧式平放比较方便，也减轻了工人的劳动强度。 通过以上的比较，考虑到卧式床身振动小，装夹方便等优点，选用卧式组合机 床。因为需要加工的面是前后两个侧面，铣削的中心线相对于工件垂直，所以设计 成刀具固定，工件安装在滑台上的配置型式。 2.1.32.1.3 定位基准的选择定位基准的选择 组合机床是针对某种零件或零件某道工序设计的。正确选择定位基准，是确保 加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的集中工序。从而获到减少机床 台数的效果。 A.定位基准的选择 本机床加工为单工位加工，也就是一次安装下进行两个平面的同时铣削，其定 位基准选择：缸体的底面为定位基面限制 3 个自由度，缸体的第一个孔限制 2 个自 由度，第二个孔限制 1 个自由度，这种定位的特点是： a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得可靠的定位； b.能同时加工工件的前后两个面，即能高度集中工序，又有利于提高被加工面 的位置精度； c.本定位基准有利于保证缸体的加工精度，使机床的许多部件实现通用化，有 利于缩短设计制造周期、降低成本。 B.确定夹紧位置 在选择定位基准的同时，要相应的决定夹压位置，本设计采用螺纹夹紧，夹紧 部位为缸体的上表面，目的为了减少机体夹紧变形误差，提高加工精度，应注意的 问题： a.保证零件夹压后的稳定； b.尽量减少和避免零件夹压后变形。 2.1.42.1.4 滑台型式的选择滑台型式的选择 本组合机床采用的是机械滑台。机械滑台具有如下优点：1.进给量稳定，慢速 无爬行，高速无振动，可以降低加工工件的表面粗糙度。2.具有较好的抗冲击能力， 断续切削、钻头钻通孔将要出口时，不会因冲击而损坏刀具。3.运行安全可靠，易 发现故障，调整维修方便。4.没有液压驱动管路泄露、噪声和液压占地的问题。 2.2 确定切削用量 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 5 在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方法和关键工序的切削用量选择十分重 要。切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度生产率刀具耐用度机床的结构 型式及工作可靠性均有较大的影响1。 2.2.12.2.1 选择切削用量选择切削用量 A.为了使加工过程顺利进行并稳定保证加工精度要求，必须合理地确定工序间 的加工余量，生产中常用的组合机床铣削用量参考文献1 P133 表 6-16 中铣削用 量： 表 2-1 用硬质合金端铣刀的铣削用量 加工材料工序铣削深度（mm）铣削速度 v(mmin) 1 每齿走刀量 f (mm/z) z 粗2-550-800.2-0.4铸铁 精0.5-180-1300.05-0.2 根据上表选择铣削用量为： 铣削深度 0.5mm 铣削速度 100mmin 1 每齿走刀量 0.1 mm/z 我们选择这组工序加工余量，虽然与推进的常用值有一定的距离，但从整体考 虑，诸如：每分钟的进给量、加工精度等，组合刀具的特性，机床加工方式的需要 再调整铣削刀具的几何参数等，还是合理而可行的。 2.2.22.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率计算切削力、切削扭矩及切削功率 根据选定的切削用量(主要指切削速度 v 及进给量 f),确定切削力，作为选择动 力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其他传动件 （齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电机（一般指动力箱 电机）功率；确定刀具耐用度，用以验证所选刀具是否合理1。 人们根据生产实践及试验研究成果，已经整理出不同材料刀具对不同材料工件 的进行计算的方法，参考文献1 P134 表 6-20 中公式： 表 2-2 铣削功率公式 刀具材料工件材料铣削功率 P（kw） 硬质合金端 铣刀 灰铸铁 P= 61200000 Apvf A=a a pw v =a Zn ff p= 313 . 0 1300 a 缸体精铣两侧面机床总体设计和夹具设计 6 n= D v 1000 式中，a两个方向平均切削厚度（mm） ；p单位面积切削力（Nmm） ；n转速 2 （rmin） ；A切削面积（mm ） ；v切削速度（m/min） ；f进给量（mm/r） ；v 2 每分钟进给量（mmmin） ；a 每齿进给量(mm/z)；ap切削深度（mm） ；D f 1 f 加工（或钻头）直径（mm） ；Z刀具齿数；a 切削宽度（mm） 。 w 其中 a=(0.5+0.5)/2=0.5(mm) ； P=1300/0.5=1615(Nmm) 313 . 0 2 已知：a=0.5mm；v=100mmin；a =0.1。因为需要知道刀具直径 D，所以这 1 f 里先选择刀具： 刀具直径 D=（1.1-1.6）a；其中 a 为被加工面的宽度。 根据零件图可知：a =125mm；a =435mm 12 硬质合金端铣刀直径 D 按公比 1.25 的标准系列选取，有： 100,125,160,200,250，320,400,500。这里选择 D =160mm；D =500mm。 12 硬质合金端铣刀齿数通常按照铣刀直径选取：Z=（0.08-0.16）D。这里选择 Z =12；Z =40。 12 对两个平面分别计算，由以上公式可得： n =(1000*100)/3.14*160=199(rmin)；这里取 200(rmin) 1 n =(1000*100)/3.14*500=63.7(rmin)；这里取 60(rmin) 2 v=0.1*12*200=240 （mmmin） f 1 1 v=0.1*40*60=240 （mmmin） f2 1 由于设计的该机床是两个面同时加工，进给速度相同，所以上述选取值合理。 A =0.5*125=62.5 mm 1 2 A =0.5*435=217.5 mm 2 2 可以算出：P =1615*240*62.5/61200000= 0.396（kw） 1 P =1615*240*217.5/61200000= 1.3775(kw) 2 2.3 组合机床总体设计三图一卡 2.3.12.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图 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、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、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1。 2.3.22.3.2 加工示意图加工示意图 零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件 在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 7 间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。 A. 刀具的选择 一台机床刀具选择是否合理，直接影响机床的加工精度、生产率及工作情况。 根据缸体被加工两平面尺寸精度、加工尺寸、表面粗糙度，切屑的方式及生产 率要求等因素，精加工缸体两个平面所选择的刀具为硬质合金端铣刀。由前面的选 择可知刀具直径为 160mm，500mm。 根据已选择的刀具直径及刀具安装在铣削头上所需要的配合尺寸，可以选择对 应的铣削头：1TX25；1TX50。 B. 动力部件工作循环及行程的确定 a.工作进给长度的确定 工 L 工作进给长度，应等于加工部位长度 L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具 工 L 切入长度和切出长度之和。切入长度一般为 510，根据工件端面的误差情 1 L 2 L 况确定。考虑到滑台工作总行程最大为 1000mm，实际加工的时候只要工件超过刀具 垂直中心线即可，所以选择切入长度=切出长度=5mm。 1 L 2 L 所以=+L+=1110mm。 工 L 1 L 2 L b.快速进给长度的确定 快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置。其长度根据具体情况确定， 因为工件比较长，所以不能选择太大，这里初步选择为 10mm。 c.快速退回长度的确定 快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和。由确定的快速进给和工作进 给长度可知，所以快速退回长度为 1120mm。 d.动力部件总行程的确定 动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。前备量取 15，后备量取 130mm ，总行程为 1000mm。 2.3.32.3.3 机床尺寸联系总图机床尺寸联系总图 A.选择动力部件 因为需要的中间滑台的功率 P= P + P =1.7735(kw)，所以选择机械滑台工作 12 进给电机的功率要大于 P，为 Y112M-6B 。因为被加工工件总长度为 850mm，滑台 5 台面长度和总行程长度都要很长，所以这里选择滑台型号为 1HJ63型。台面长度 为 1250mm，台面宽度为 630mm，滑台台面高为 400mm；行程为 1000mm。 B.配套通用部件的选择 中间滑台侧底座 1CC631，其高度 H=560，宽度 B=830，长度： 型 L=2400mm； 初步确定安放铣削头 1TX25 的侧底座 1CC251，其高度 H=560，宽度 B=450，长 度：I 型 L=900mm；安放铣削头 1TX50 的侧底座 1CC401，其高度 H=560，宽度 B=600，长度：I 型 L=1350mm。 C.确定机床装料高度 H 与夹具轮廓尺寸 缸体精铣两侧面机床总体设计和夹具设计 8 装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。本课题中，由于铣 削头的高度已经确定，需要装料高度使被加工两侧面在刀具的直接范围内。确定夹 具轮廓尺寸，主要是确定夹具夹具底座的长、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刚度，同时要考虑机床的装料 高度、中间底座的刚度、排屑的方便性和便于设置定位夹紧机构。 被加工工缸体为两侧面，刀具直径要超过加工的表面，所以夹具底座的宽度要 小于缸体的宽度 320mm，初步选择为 310mm。 两铣削头中心高度分别为：1245mm；1370mm。根据刀具的直径，能加工的平面 范围分别为 1165-1325mm；1120-1620mm。 由上面得到得数据确定机床装料高度为 1170mm。 可知夹具体高度为 210mm；1TX25 系列铣削头与被加工表面中心高度相差 12.5mm，1TX50 铣削头与被加工表面中心高度相差-17.5mm。 控制铣刀切削速度 v 的方向（切入工件处）与工件进给速度 v 的方向，即可 f 控制其铣削方式，分为不对称顺铣和不对称逆铣。 2.3.42.3.4 机床生产率计算卡机床生产率计算卡 A.理想生产率 Q（件/h） 理想生产率是指完成年生产纲领（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。 由文献1P51 公式： （2- k A Q t 1） 计算，式中， A年生产纲领（件） ，根据参考文献8,本课题中 A 选择 18000 件； 全年工时总数，本课题以单班制计，则。 k thtk2350 则根据公式(2-8)得: 件/h66 . 7 2350 18000 k t A Q B.实际生产率 Q1（件/h） 实际生产率是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。 （2- 单 T Q 60 1 2） 式中: 生产一个零件所需时间（min） ，可按下式计算： 单 T （2-）（）（ 装移 快退快进 停辅切单 tt v LL t v L v L ttT fkff 2 2 1 1 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 9 3） 式中: 分别为刀具第 I、第 II 工作进给长度，单位为 mm； 21 LL、 分别为刀具第 I、第 II 工作进给量，单位为 mm/min； 21ff vv 、 通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转 510 转所需的时间， 停 t 单位为 min； 分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为 mm； 快退快进、L L 动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取 56m/min；用液 fk v 压动力部件时取 310m/min； 直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取 移 t 0.1min； 工件装、卸（包括定位或撤消定位、夹紧或松开、清理基面或 装卸 t 切屑及吊运工件等）时间。它取决于装卸自动化程度、工件重 量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。通常取 0.51.5min1。 如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求，即，则必须重QQ 1 新选择切削用量或修改机床设计方案。 根据本组合机床的年产量 18000 件，可选用下列数据进行计算，=5m/min， fk v =0，=1.5min。则实际生产率计算如下： 移 t 装卸 t 1 Q /v=1110/240=4.625(min) 1 L 1f =10/n=10/100=0.1(min) 停 t ()/=(1110+10)/5000=0.224（min） 快退快进 LL fk v 由上面得到的结果可以算出：=4.625+0.1+0.224+0.1+1.5=6.675（min） 单 T 则据公式(2-9)得: 单 T Q 60 1 )/(99 . 8 675 . 6 60 h件 可以看出，设计方案比较合理 ! QQ C.机床负荷率 负 机床负荷率为理想生产率与实际生产率之比。查文献1组合机床设计简明手 册P52 （2- 1 Q Q 4） 则据公式(2-11)得: 85 . 0 99 . 8 66 . 7 1 Q Q 负 组合机床的负荷率一般为 0.75-0.90，所以选择符合要求。 缸体精铣两侧面机床总体设计和夹具设计 10 表 2-4 生产率计算卡 图号15毛坯种类铸件 名称缸体毛坯重量 被 加工 零件 材料HT150硬度170220HBS 工序名称精铣两侧面工序号 工时(min) 序 号 工步 名称 被加 工零 件数 量 加工 直径 (mm) 加工 长度 (mm) 工作 行程 (mm) 切削 速度 (m /min) 每分 钟转 速 (r/ min) 进给 量 (mm/r ) 进给 速度 (mm /min) 机加 工 时间 辅助 时间 共计 1装卸工件11.51.5 2滑台快进 101050000.0020.002 3工作进给 11101110100602404.6254.625 4快速退回 1120112050000.2240.224 5死挡铁停0.10.1 总计6.675min 单件工时6.675min 机床生产率8.99 件/h 备 注 装卸工件时间取决于操作者熟练程度,本机床计算时取 1.5min 机床负荷率85% 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 11 3 3 夹具设计夹具设计 3.1 夹具设计的基本要求 机床夹具设计是工艺准备工作的重要内容之一。夹具设计的质量，对生产率， 加工成本以及生产安全等有直接的影响，为此设计夹具时必须考虑以下几个方面的 基本原则和要求： 1.保证工件的加工精度。保证工件的加工精度是夹具设计的最基本要求。其关 键在于，正确地确定定位方案、夹紧方案和刀具导向方式，合理地设计夹具的尺寸、 公差和技术要求，必要时应进行误差的分析和计算。 2.能提高机械加工的劳动生产效率、降低工件的制造成本。夹具设计的总体方 案应与生产纲领相适应。在大批量生产时，应尽量采用各种快速、高效的结构、自 动装置和先进的控制方法，以缩短辅助时间，提高生产率；在中心批量生产中，则 要求在满足夹具功能的前提下，尽量使夹具结构简单，容易制造，以降低夹具的制 造成本。 3.结构简单，操作方便、安全和省力。夹具的操作要尽量做到结构简单、方便、 省力，尽可能采用气动、液压及其他机械化夹紧装置、以减轻工人的劳动强度。并 可较好地控制夹紧力。夹具操作位置应符合操作工人的习惯，必要时应有安全保护 装置，以确保使用安全。 4.便于排屑。夹具的排屑是一个容易忽视的问题，如果排屑功能不好，切屑积 集在夹具中，会破坏工件正确的定位；切屑带来的大量热量会引起夹具和工件的热 变形，影响加工质量；切屑的的清扫又会增加辅助时间，降低生产率。切屑积集严 重时，还会损伤刀具以致造成设备事故或工伤事故。因此，排屑问题在夹具设计时 必须给予充分的注意，在设计高效组合机床夹具时尤为重要。 5.有良好的结构工艺性。夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和 缸体精铣两侧面机床总体设计和夹具设计 12 维修，应尽可能选用标准元件和标准结构3。 3.23.2 夹具设计方法与步骤夹具设计方法与步骤 3.2.13.2.1 设计前的准备设计前的准备 1.分析零件工序图、毛坯图及装配图，分析零件的作用、形状、结构特点、材 料及毛坯制造精度及技术要求； 2.分析零件的加工工艺规程，工艺装备设计任务书，对任务书所提出的要求进 行可行性研究； 3.了解所用机床的规格、性能、精度以及与夹具连接部分结构的联系尺寸； 4.了解所用刀具、量具结构、规格以及测量及对刀调整方法； 5.了解零件的生产纲领、投产批量及生产组织等有关问题；收集有关设计资料 3。 3.2.23.2.2 拟定夹具结构方案、绘制草图拟定夹具结构方案、绘制草图 在分析各种原始资料的基础上，确定夹具的类型、定位设计、夹紧方式、导向 方案 、连接方式、总体布局和夹具的结构形式。绘制方案设计图，进行工序精度 分析，对动力夹紧装置进行夹紧力的计算。 1确定定位方案 被加工缸体材料为 HT150，其硬度为 HB170241HBS，在本工序之前该缸体的 上下表面和 6 个孔已经完成加工。本道工序主要精铣两侧面：两平面的距离为 320mm，平面相对于底面的垂直度误差不超过 0.01m，表面粗糙度要求 R0.8。 箱体零件的定位方案一般有两种， “一面两孔”和“三平面”定位方法。 A.“一面两孔”的定位方法 它的特点是： 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.“一面两孔”可作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，有利于保证零件的加 工精度。同时，使机床各个工序（工位）的许多部件实现通用化，有利于缩短设计、 制造周期，降低成本。 d.易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切削落于定位基面上。 B.“三平面”定位方法 它的特点是： 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定位。 b.有同时加工零件两个表面的可能，能高度集中工序。 被加工零件缸体属箱体类零件，本工序加工为两侧面同时加工，加工工序集中、 精度要求高，由于两侧面需要被加工，所以选择“一面两孔”的定位方案。 以缸体以夹具体上表面作为定位基面，以左右两边的孔作为定位孔。 工件以圆柱孔定位，与之相对应的定位元件，常用定位销和定位心轴及定心夹 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 13 紧装置等。由于孔高度很高所以这里选择用定位销定位。根据定位销与定位孔配合 的长径比和配合长度与总体尺寸关系，用圆柱销限制工件的两个自由度，削边销限 制工件的一个自由度。 由 GB/T2204-91 可查到可换定位销的具体尺寸。其工作部分的直径 d 按加工要 求和安装方便性，可选 g5、g6、f6 和 f7 制造，头部应有 15的倒角，以便工件装 入。削边销宽度 D 在直径大于 40 时候一般为 D -5=95mm。 22 考虑到被加工零件的体积、重量、批量较大，使用固定式定位销有其不利的一 面，首先是用手安放工件易引起疲劳，即使吊装也难以对准，故会导致辅助时间增 加。其次是由于安装时不便观察，有可能将销子撞弯或者折断，故应采用伸缩式定 位销。 该方案定位原理：选底面为定位基准面，最左边的孔以圆柱定位销定位，最右 边的孔以削边销定位，上面使用压板夹紧。 2对刀方式的选择 对刀装置是由对刀块和塞尺组成，借助对刀装置可以迅速而准确地确定夹具与 刀具的相对位置。本设计为直线进给铣床，需要对刀的为与铣刀表面平行的平面， 所以选择方形对刀块。在对刀时，为防止刀具齿和对刀块表面碰伤，铣刀齿应不直 接与对刀块表面接触，在中间须留有一定间隙。其间隙量得大小由塞尺来检查。一 般塞尺的结构已标准化，查 GB/T2244-91 选择塞尺为 2 GB/T2244。 3.确定夹紧方案 根据夹紧装置设计的基本要求，夹紧力的方向应垂直于主要定位平面。常用的 夹紧装置主要有：螺栓垫圈、钩形压板和铰链压板。由于工件尺寸较大，夹具体的 尺寸也会较大，考虑到夹具在滑台上的安装尺寸，这里选择比较简单的螺栓垫圈夹 紧，其优缺点：结构简单，操作方便，但效率低。为克服螺旋夹紧时动作费时的特 点，设计压板为 U 型压板，螺母外径小于工件孔径，这样松开螺母取下 U 型压板后， 工件即可穿过螺母取出。 4.设计夹具体，形成夹具结构草图 夹具上的各种装置通过夹具体连接成一个总体。因此，夹具体的形状及尺寸取 决于夹具上各种装置及夹具与机床的连接。 夹具体设计的基本要求： A.有适当的精度和尺寸稳定性。 B.有足够的强度和刚度。 C.结构工艺性好。 D.排屑方便。 E.在机床上安装稳定可靠。 铣床夹具一般用夹具体底面在机床工作台平面上定位。对于较大的夹具体，可 采用周边接触、两端接触或四脚接触等方式。为确定夹具在机床工作台上的方向， 在夹具底面设置定位键与 T 型槽配合。 根据参考资料2机床夹具设计 P183 表 7-8 夹具体结构尺寸，本设计方案中的 缸体精铣两侧面机床总体设计和夹具设计 14 夹具体材料为 HT150，基本尺寸：995210310mm，主壁厚 18mm，加强筋厚度为 14mm，凸台高度 3-5mm，与 U 型耳座配合的 T 型槽宽度为 18mm，两耳座距离为 250mm。具体见夹具体图。 3.2.33.2.3 定位误差分析定位误差分析 工件以一面两孔定位时，其基准不重合误差应分两项分别计算： 1纵向误差 是指工件在两孔连心线方向上工序基准的极限位置误差（） 。 yJx* 采用双孔定位时，夹具上圆柱销的几何中心应为元件基准，工件上孔 1 的几何中心 为其工序基准，由于配合间隙的存在，二者不相重合，故属基准不重合。因为工件 是一整体件，工件在两孔连心线方向上的基准极限位置误差，只受到孔 1 与销 1 配 合间隙的影响，故纵向误差为： =D + （3- yJx* 11 3 1 d 1 1） 式中：D 基准孔 1 的公差 1 圆柱销 1 的最可几误差 1 3 1 d 最小安装间隙 1 2转角误差 双孔定位时，除纵向误差外，工件上两孔中心连线还可能发生偏 转，故使工序基准与元件基准不相重合，其转角误差为： sina= （3- L dDdD 2 3 1 3 1 222111 2） 式中：D 、D 定位孔 1、2 的公差 12 、定位销 1、2 的最可几误差 1 3 1 d 2 3 1 d 、 1、2 孔和销的安装间隙 12 L1、2 孔的基本安装尺寸2 根据参考文献1,可知精镗孔精度为 IT7，查参考文献12表 2-4 可以得到 IT6=48um，IT7=75um。根据孔和轴的配合为 H7/g6 可以算出 100H7=100, 075 . 0 0 100g6=100. 012 . 0 060 . 0 可以算出纵向误差=0.075+0.048+100-99.988=0.135mm yJx* 当 L 最大时转角误差最小，所以定位孔选择在两个最边上的孔，L=675mm 可以算出转角误差 sina=0.004 3.2.43.2.4 夹紧力的计算夹紧力的计算 由定位与夹紧方式可知，工件是以平面定位，夹紧力的方向与切削力的方向垂 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 15 直，如图所示： W 1 f H F L 工件受力分析图 根据参考文献3可知所需的夹紧力计算公式为： W = （3- x LHf KFL 1 3） 其中 W -实际所需的夹紧力，取其中最大值，-摩擦系数，只在夹紧机构有 x1 f 足够刚性时才考虑，K-安全系数，F-切削力。 安全系数 K 可按下式计算： 3 （3- 6543210 KKKKKKKK 4） 式中：考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数，取； 0 K 0 K2 . 1 ：加工性质：精加工，取； 1 K 1 K0 . 1 ：刀具钝化程度，取=1.2； 2 K 2 K ：切削特点：连续切削，取； 3 K 3 K0 . 1 ：夹紧力的稳定性：手动夹紧，取=1.3； 4 K 4 K ：夹紧时的位置 ：操作方便，取； 5 K 5 K0 . 1 ：仅有力矩使工件回转时工件与支承面的接触情况：接触点确定，取 6 K =1.0。 6 K 6543210 KKKKKKKK =1.21.01.21.01.31.01.0 =1.872 查参考文献10P1-61 表 1.6-10 可知 （3- wfqF uF e yF z xF pF nd ZafaC F 0 5） 其中：a -背吃刀量（mm） ；f-进给量（mm/r） ；Z-齿数；n-铣削转速(r/min)； p d -铣刀直径13。 0 公式中的系数及指数： C =7900；x =1.0；y =0.75；u =1.1；w =0.2；q =1.3。 FFFFFF 缸体精铣两侧面机床总体设计和夹具设计 16 端铣时 a =（0.4-0.8）d a=64；a=200 e01e2e 已知：a =0.5mm;f=0.1 mm/r；Z =12；Z =40；d =160mm；d =500mm；n =200 p12121 r/min；n =60 r/min。 2 可以得到： =386（N） 2 . 03 . 1 1 . 175 . 0 0 . 1 1 200160 12641 . 05 . 07900 F =1305（N） 2 . 03 . 1 1 . 175 . 0 0 . 1 2 60500 402001 . 05 . 07900 F 根据上面的计算结果，由公式（3-3）计算夹紧力。 可得：W =264（N） 1 5 . 6243525 . 0 5 . 62386872 . 1 W =1629（N） 2 5 . 21743525 . 0 5 . 2171305872 . 1 实际所需的夹紧力为：W= W + W =264+1629=1893（N） 12 3.33.3 绘制夹具总图绘制夹具总图 在经过分析、论证并确定夹具结构之后，即可按草图所形成的总图正式绘制成 夹具装配图。 夹具装配图中除应将结构表示清楚外，还应反应以下几个方面的内容： 1.标注有关尺寸、公差及配合。 2.制定夹具的技术条件。 3.夹具零件的编号及编制零件明细表。 3.43.4 绘制夹具零件图绘制夹具零件图 在完成夹具总装配图设计之后，对于非标准零件应分别绘制或设计零件图。零 件图中的尺寸、公差及技术要求应符合总装配图的要求，同时要考虑制造与装配的 工艺性以及夹具的使用方便、安全等问题3。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 17 4 结论 本次设计的缸体精铣两侧面组合机床，采用的是两侧面同时加工工作的方式， 在同一道工序中完成，提高了加工精度及保证了相应的位置精度，同时大大提高了 生产效率，降低了劳动强度，从而降低了零件的生产成本，增加了经济效益。 本次设计中的夹具设计：采用的是专用夹具，以“一面两孔”的定位方式定位 夹具的夹紧采用螺纹夹紧，适合大批量零件的生产，提高了加工精度和生产效率。 在这次设计中，我设计的缸体精铣两侧面组合机床的总体及夹具的设计，涉及内容 较广，所以需要参考的资料也非常的多，为了增加对组合机床的感性认识，还要到 一些公司进行调研。通过努力，总体方案设计的还是比较合理的，加工示意图中规 定了刀具对于工件的尺寸，尺寸联系图总体尺寸也符合要求。该组合机床采用的机 械滑台，