汽车轮毂机加工工艺及多孔钻削工装和控制系统设计

1、 毕业设计说明书毕业设计说明书 题 目 汽车轮毂机加工工艺及多孔 钻削工装和控制系统设计 姓 名 曹 高 科 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 200833114 指导教师 周 文 玉 郑州科技学院机械工程学院郑州科技学院机械工程学院 二二一二年五月一二年五月 摘摘 要要 这次毕业设计的具体内容是汽车轮毂的多孔钻削工装及控制系统设计，我 的具体任务是设计该机床的夹具及液压和电气控制系统。本设计正是应用了组 合钻床的实现多工序加工的特点，采用一次装夹，同时对多个孔进行钻加工。 夹具设计从经济性和实用性也都满足对工件的加工要求。控制系统的设计满足 机床的自动化加工。 为了提高汽车轮毂的生产效

2、率，满足被加工零件的精度要求，宜采用组合 机床进行机加工。组合机床是由大量已经系列化、标准化的通用部件和少量专 用部件组成的“特殊的”专用机床。 关键词关键词: :汽车轮毂；夹具；液压夹紧；组合钻床； abstract the specific content of the graduation project car wheels the porous drilling tooling and control systems design, and my specific task is the design of the fixture of the machine tools and h

3、ydraulic and electrical control system. this design is the application of multi-process machining characteristics combination drilling, using a single setup and multiple hole drilling process. fixture design also from the economical and practical to meet the processing requirements of the workpiece.

4、 control system designed to meet the automated processing of the machine. in order to improve the efficiency of the production of automotive wheels, to meet the accuracy requirements of the parts to be processed, should adopt a combination of machine tools for machining. the combination machine is a

5、 lot of serialization, standardization of parts and a small number of specially designed components special special machine tools. keywords: car wheel; fixture; hydraulic clamping; combination drilling machine; 目 录 前 言.1 1 汽车轮毂零件分析.2 1.1 零件图纸结构分析.2 1.2 零件主要技术要求.2 1.3 轮毂加工的现状和发展趋势.4 2.轮毂零件毛坯制造分析.4 2.

6、1 毛坯的铸造分析.4 2.1.1 铸造方法的选择.4 2.1.2 凝固原则、浇注位置的确定.5 2.1.3 分型面的选择.5 2.2 主要工艺参数的确定.6 2.3 根据制造工艺确定毛坯参数.7 3 轮毂零件制造工艺.8 3.1 确定夹紧力的方向和位置.8 3.2 粗精基准选择.9 3.3 安排工艺顺序遵循的原则.10 3.4 零件加工的工艺分析.11 3.5 工艺顺序卡.12 3.6 钻孔工序设计计算.13 3.6.1 钻削加工 6-孔.1320mm 3.6.2 钻孔，倒角.148.6mm0.5 45 4.专用夹具的设计.15 4.1 机床夹具的作用.15 4.2 夹具装夹定位分析 .16

7、 4.3 夹具夹紧力确定.17 4.4 钻孔夹具夹紧力计算.18 5 轮毂钻孔机床控制系统设计 .19 5.1 机床传动系统设计.19 5.1.1 液压系统的总体方案及工况分析.19 5.1.2 液压元件及辅助元件的选择.20 5.2 电气控制系统设计 .22 5.2.1 i/o 分配和 plc 外部接线图.22 设计小结.24 致 谢.25 参 考 文 献.26 1 前 言 组合机床是随着生产力的发展，由万能机床和专用机床发展而来的。随着科学技术 和生产力的发展，我们的生产模式发生了巨大的变化，人们对产品的要求也越来越高， 对许多产品需求量也越来越大，为了满足人们的这种需求，现代机械工业技术

8、也在迅速 发展，并不断革新。原有的万能机床和专用机床由于自身条件的限制以远远不能满足生 产要求。组合机床就是在这种情况下设计出来的，它即有专用机床效率高结构简单的特 点，又有万能机床能够重新调整，在短时间适应新工件的 加工的特点，因此，组合机床在现代机械行业中占了很大的比重。当然，组合机床也有 自身的缺点如改装是劳动量较大，且有一部分零件不能重复利用，而且结构复杂。故我 们在设计组合机床是应尽量扬长避短，充分利用组合机床的优点。 本次设计包括：选择合理的定位方案、定位基准、定位误差的分析计算、工序公差 的计算、定位元件材料及机械性能的选用、对刀或引导方式的确定、钻套类型的选择、 钻套高度和钻套

9、与工件之间的距离的计算、夹紧装置的设计、夹紧力的作用点和方向、 夹紧力的分析和计算、夹紧元件及传动装置的设计、确定夹具其他组成部分的结构形式、 确定夹具体的形式和夹具的总体结构、夹具体毛坯结构的选择、夹具体的排屑结构、夹 具体结构尺寸的确定、夹具体的吊装装置的设计等。在设计的过程当中，尽可能的采用 了新国标。 2 1 汽车轮毂零件分析 1.1 零件图纸结构分析 零件的图纸直接反映零件的结构，而零件的结构设计会影响或决定工艺性的好坏， 零件图的结构工艺性特点应从以下几个方面考虑： （1） 零件图样尺寸的正确标注 （2） 保证获得要求的加工精度 （3） 保证基准的统一 （4） 分析零件的变形情况

10、根据零件图纸提供的资料，可知工件是一个为直径为 226mm200mm 回转体零件，该 工件各个部分的尺寸，形位公差，表面粗糙度的要求和构成都十分合理。该工件属于中 等复杂程度工件，毛胚外形较规则，易于装夹，且毛坯材料为 45#钢模锻件，在夹具上装 夹工件时，工件不易变形，不用采取辅助支承来提高工件的强度和刚性。 后轮毂零件是一个回转体的圆形零件，其零件是从大头到小头逐渐变化的，以适应 在工作中承受的急剧变化的动载荷和不同的定位需要。 后轮毂是大小头端面，两头通孔，和螺纹孔，螺钉孔组成。后轮毂上的孔有用于配 合的，也有用于螺栓连接的。 1.2 零件主要技术要求 汽车轮毂的生产纲领为 50000

11、件/年，生产类型是大批量生产，生产方式是单班制， 半自动生产。所以在设计制造工艺路线时应充分考虑大批量生产的特点，制定合格的工 艺路线，选择合格的机车、刀具、量具、检具、以提高生产效率，降低生产成本，提高 经济效率。 汽车在行驶过程中轮毂作旋转运动，内孔装有轴承。由于汽车后轮也起支撑汽车的 作用，因此，轮毂是受力零件。 1 生产条件及技术要求 汽车轮毂生产性质为大批生产，材质为 zg270-500。零件的主要技术要求：铸件硬度 hb120163；未注铸造圆角为 r2-4，拔模斜度为 2；铸件不允许有裂纹，疏松，气 孔，砂眼等缺陷；内腔非加工表面的型砂应清除，机加工前应做喷砂处理，非加工面涂 耐

12、油漆；100mm 与 110mm 不同心度允差 0.05；14mm, 120mm, 190mm 与 100 3 mm, 110mm 同心，不同心度摆差小于 0.08；端面 t1 外端对中心线的摆差小于 0.10；端 面 t3t4 对 110 mm 及 100mm 的跳动量应小于 0.05；端面 t5 对 110 mm 及 100mm 的跳动量应小于 0.08；去尖角毛刺。 机械性能应满足：b500mpa ak35mpa 精度要求：详见图 1-1 汽车前轮毂零件图。铸件内部不得有缩孔、缩松等缺陷，铸 件表面光洁，轮廓清晰。 图 1.1 汽车后轮毂零件图（此图从 cad 图中抓取） 根据后轮毂的图

13、纸进行分析，后轮毂的尺寸和公差标注，要求连杆在制造过程的主 要技术参数如下表 11 所示。 表 1-1 主要技术参数表 根据轮毂零件的技术要求，因为轮毂的大小端孔不仅本身精度和粗糙度要求较严， 技术要求项目具体要求或数值 大端外圆尺寸精度直径为 130 mm 大端台阶孔尺寸精度直径分别 128mm,120mm0.14,110mm-0.059, 小端外圆尺寸精度 直径为 100.5mm,直径 137mm 的外圆，螺钉孔所在的圆直径为 1190.1mm。 10 螺钉孔尺寸精度m101.5,深度 30mm 6 个通孔尺寸精度r18 凸台，直径 20d4mm 4 所以在大小孔半精加工和精加工时一般采用

14、纠正相互位置误差能力较强的双轴单刀镗或 双轴金镗孔工艺。大端孔因其表面粗糙度要求较严。一般的金刚镗难以满足其要求，需 要增加一道珩磨工序。 1.3 轮毂加工的现状和发展趋势 轮毂是工业生产中的重要基础零件，其加工技术和加工能力反应一个国家的工业 水平。实现轮毂的数控化和自动化、加工和检测一体化是目前轮毂加工的发展趋势。未 来轮毂正向重载荷、高速、高精度和高效率等方向发展，并力求尺寸小、重量轻、寿命 长金额经济可靠。而轮毂理论和制造工艺的发展是进一步研究轮毂损伤的机理；这是建 立可靠的强度计算方法的依据，是提高轮毂的承载能力，延长轮毂寿命的理论基础；发 展以圆弧齿廓为代表的新齿形；研究新型的轮毂

15、材料和制造轮毂的心工艺；研究轮毂的 弹性变形、制造和安装误差以及温度场的分析，进行轮齿修行，以改善轮毂运动平稳性， 并在满载时增大接触面积，从而提高轮毂的承载能力。摩擦、润滑理论和润滑技术是轮 毂研究的基础性工作，研究弹性流体动压润滑理论，推广采用合成润滑油和在有种加入 极压添加剂，不仅客人体改齿面的承载能力，而且也可提高传动效率。 2.轮毂零件毛坯制造分析 该零件的主要壁厚为 21 mm，最大壁厚为 18mm , 最小壁厚为 4mm，整个铸件的壁厚 较均匀，外轮廓尺寸为：226226150mm3。法兰与轮毂体交接处形成热节需冒口补缩， 最小壁厚处加加工余量后可以铸出来，法兰上 8x10、毂体

16、上 6x20x1.5 及 2xm10 可不铸 出，铸造后机械加工出来，安装轴承的 110 和 100 表面有较高的加工要求，零件的 结构铸造工艺性较好，生产批量为成批生产，所以毛坯的生产方法为砂型铸造。材料 zg270-500 能满足零件的使用要求和适于砂型铸造。 2.1 毛坯的铸造分析 2.1.1 铸造方法的选择 由于汽车后轮毂生产批量为小批生产，零件结构不复杂，结合工厂材料的供应情况， 考虑技术上的先进性与经济的合理性，所以确定其毛坯生产方法为普通砂型铸造，砂型 种类为湿型。 5 根据零件轮廓尺寸 226226150mm3和工厂设备条件，造型方法为 z148b 单机砂箱 地面造型，气吊与行

17、车运输，造芯方法为手工芯盒造芯。 2.1.2 凝固原则、浇注位置的确定 凝固原则：铸件材质为 zg270-500，收缩较大（v=4.3%） ，为了有利于补缩，采用 顺序凝固。浇注位置：为了保证铸件质量，必须把最重要的加工面在浇注时向下或直立 状态。由零件的技术要求知道：100 和 110 的圆表面光洁度要求高，内部安装轴承， 尺寸精度比较高，因此，应将两圆柱面呈直立状态，同时从顺序凝固的原则出发，将厚 大部位放在上面，以便于安放冒口，得到顺序凝固。综合考虑结果：确定本件的浇注位 置如图 2.1 所示。 图 2.1 浇注位置冷却位置与浇注位置一致。 2.1.3 分型面的选择 此件可有三种分型面方

18、案： 方案 ：，如图 2.2 所示可将铸件对称分布在两铸型内，模样易制作，但造型、下芯 不方便，铸件内孔的精度不易保证，且为了保证浇注位置须将铸型翻转 90，劳动量大。 图 2.2 方案 方案 ii：如图 2.3 所示铸件在同一铸型内，可以保证其尺寸精度，且下芯后便于检 查壁厚是否均匀，砂型稳固，造型简单，但顶注不平稳，易产生冲砂，同时上箱小，下 箱大，起模行程大。有一个砂芯较大，不易制作。 6 图 2.3 方案 方案 iii：如图 2.4 所示铸件大部分在同一铸型内，能够保证其尺寸精度，下芯也便 于检查，同时满足合箱，浇注，冷却位置一致，采用侧浇，切向引入改善了浇注时的充 型不平稳，减少了冲

19、击，防止了冲砂缺陷的产生，上、下箱相差不大，造型简单。缺点 是有一个砂芯复杂，要求高，模样加工困难。 图 2.4 方案 经过比较，综合考虑，为保证铸件质量，采用方案 iii 较合理。 2.2 主要工艺参数的确定 1.铸造收缩率的选择 根据实际生产情况，并参考3 表 2.1，确定该件的收缩率为 2%。 表 2.1 配比（重量%）型砂性能 新砂膨润土重油水分%湿压强度透气性 100(70/100)7.51-1.54-4.55-7.5n/cm2110-150 2.铸造精度及尺寸、重量偏差的确定 由于铸件的精度要求较高，且是机器造型金属模，确定该件的精度为级，由3表 7 3-17 查得尺寸偏差为2.5

20、mm，表 3-20 查得重量偏差 8%。 3.机械加工余量的确定 按一级精度铸件查3表 3-7，并考虑实际情况，确定加工余量，具体数值见铸件工艺 图。 4.拔模斜度的确定 按零件图尺寸采用增厚法。根据3表 3-21 确定拔模斜度为 130-2。 5.砂芯设计 铸件需 2 个砂芯，均用手工芯盒造芯。砂芯由砂芯主体和芯头组成，1#砂芯用水玻 璃砂，根据铸件放置位置确定为垂直芯头，结合其基本尺寸参考3表 4-2 取下芯头高为 50mm，因砂芯高度和直径差不多，不用上芯头，由表 4-3 确定下芯头斜度为 5，由表 4-4 确定下芯头与芯座间隙为 1.5 mm，由表 4-7 确定防压环和集砂槽的尺寸,

21、2#砂芯形 状复杂，局部有细薄突起，故 2#芯选用脂砂,详见铸件工艺图。 6. 浇注系统的设计 浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。浇注系统截面积大小对铸件质 量影响很大，截面积太小，浇注时间长，可能产生浇不足、冷隔、砂眼等缺陷；截面积 过大，浇注速度快，又可能收起冲砂，带入熔潭和气体，使铸件产生渣孔、气孔等缺陷。 为了使金属液以适宜的速度充填铸型，就必须合理确定浇注系统的面积。 7.浇注系统类型的选择 由于铸件材质为 zg270-500，铸造质量要求较高。浇注系统应要求较高的防氧化能力， 本应采取漏包浇注，但由于铸件较小，使用漏包不易控制，为此使用转包浇注。 采用转包浇注铸钢件，浇

22、注系统应有较好的撇渣能力，需要用封闭式或半封闭式， 本设计浇注系统采用封闭式的，根据6表 5-53，及工厂的情况，选用侧注式浇注系统。 因砂箱中只放置一个铸件，所以浇注系统只需设计浇口杯、直浇道和内浇道，无横 浇道，使铸件内腔与内浇道相切，内浇道与直浇道相连，采用梯形的内浇道。 2.3 根据制造工艺确定毛坯参数 根据后轮毂的结构特点和精度要求，结合“基准同一”和“基准重合”的原则分析 了如何对后轮毂加工基准进行合理的选择；在保证加工精度的前提下如何确定夹紧力的 方向和着力点；怎样合理的选择后轮毂各部位的加工方式及工艺流程是制造后轮毂的关 键。 8 查阅蔡兰，王霄主编的数控加工工艺学和 许德珠主

23、编的机械工程材料 （第 二版）中的资料讲，毛坯的成形不仅对后续的切削加工将产生很大的影响，而且对零件 乃至机械产品的质量，使用性能、产生周期和成本都有很大的影响，因此正确的选用毛 坯材料的类型及定义其尺寸对于机械制造具有重要意义。零件在进行数控加工时，由于 加工过程的自动化，使余量的大小等问题在设计毛坯时就要进行仔细的考虑。 在定义毛坯尺寸时，应留有充分，稳定的加工余量。根据设计零件图样提供的相关 资料可知，毛坯的材料是 45#钢的锻件。45#钢，经调质处理后，可获得良好的综合力学 性能。锻件的机械性能较好，有较高的强度和冲击韧性，但因在模锻时的欠压量和允许 的模锻量会造成余量的多少不等。此外

24、，锻造后，毛坯的挠曲与扭曲变形量的不同也造 成加工余量不充分，不稳定。因此，在后轮毂零件准备采用数控铣削加工时，其毛坯加 工面应留有充分，稳定的余量。根据后轮毂零件图样中所提供的零件的数据直径为 226mm200mm 回转体零件，故定义毛坯的尺寸为 232 205 mm。这样在加工面上留有一 定的加工余量，就保证了零件加工过程的自动化。 生产纲领为大批量生产。生产批量大的若有条件宜使用高效的设备工艺，一般来说 产品尺寸结构变化不大，相对稳定而又需要大批量生产的情况下，宜采用专用机床，尺 寸结构变化较大，大批量生产易采用数控设备进行生产。 3 轮毂零件制造工艺 3.1 确定夹紧力的方向和位置 轮

25、毂刚性较差，在外力的作用下容易变形，如果在夹紧状态下检查精度时，达到了 规定的精度，但松开后，由于工件的弹性变形的恢复而使连杆精度受损，因此，在选择 轮毂定位基准的同时，必须正确确定夹紧力的方向和着力点，注意防止轮毂的夹紧变形。 1.确定夹紧力方向时，注意考虑下了问题： （1）夹紧力的作用应朝向主要基准面，把工件压向夹具定位面，以保证工件定位的 准确性。 （2）夹紧力的作用法方向应使工件变形最小。 2.选择夹紧力的着力点的问题是指在夹紧方向已定的情况下，确定夹紧力着力点的 位置和数目。 9 图 3-1 夹紧力着力点的选择 着力点的选择原则首先是不应该破坏工件在定位时已经确定的位置，如果着力点选

26、 择不当，会使工件产生翻转力矩。为防止工件切削时的振动，夹紧力的着力点应尽可能 地靠近加工面，以使切削力对夹紧力作用点的力矩最小，这是由于工件在承受平行于接 触表面的切削力时最容易产生转动现象，而转动的中心往往正是夹紧力的着力点。由于 轮毂的刚性较差，很容易产生夹紧变形，所以夹紧力的着力点必须作用在工件刚度最大 的部位上。 3.2 粗精基准选择 定位基准的选择，是在进行轮毂机械加工的过程设计时首先要解决的问题。在许多 情况下，轮毂的技术条件能否获得保证，首先决定于基准的选择正确与否。 1.粗基准的选择 粗基准的正确选择和初定位夹具的合理设计是加工工艺中最重要的问题，在轮毂大 头端面定位时，采用

27、后轮毂的小头外圆作为粗基准定位方式。这样保证了大小头孔和右 端面上加工余量均匀，保证了后轮毂零件总成最终形状及位置。 粗基准选择是否正确，直接关系到被加工表面的余量分配和加工表面与非加工表面 的相互位置要求。一般选择轮毂的粗基准时，应满足以下的几点要求： 轮毂大小端孔及两端面应有足够而且均匀的加工余量； 轮毂大小端孔中轴线及两端面中心应重合； 轮毂大小端面外形应均匀分别与大小端孔中心线垂直。 为满足上述的几点要求，轮毂在机械加工的第一工序车轮毂大小端平面时，分 别采用了两种不同的定位基准方式；一基准以小端定位来车大端平面；二以大端定位来 车小端平面。 2.精基准的确定 10 选择精基准主要是从

28、经济可靠地保证连杆各加工表面见得相互位置精度出发。一般 应考虑如下问题： （1）因为后轮毂的大小端孔，大小端两个端面等各加工面间的相互位置精度要求很 高，不能一次加工而成，要在一次装夹中把这些有相互位置精度的各加工面尽可能多的 加工出来。所以，为了保证各加工表面的相互位置精度，要避免过多的转换定位基准， 应尽量选择一个使大部分工序都可以用来做定位基准的便面作为基准，这就是“基准统 一”的原则。 （2）由于后轮毂刚性较差，容易产生挤压变形，而直接影响各加工表面的相互位置 精度，所以，要选择支撑面积大，精度高，定位准确，同时又能防止夹紧变形的部位作 为精基准。 （3）尽量选择零件上的设计基准作为精

29、基准，既要符合“基准重合”的原则，这样， 图纸上的设计尺寸是直接保证的，可以避免因定位基准与设计基准不重合而引起的基准 不重合即基准转换误差对设计尺寸的影响。 为了满足以上要求，bj130 后轮毂选择大小端的圆柱面作为定位夹紧部分，并且在机 械加工生产线的开头几道工序（即第一序车两端面，第二序车两端的孔，第三序钻螺纹 孔，第四序功丝孔， ）就把这组定位基准加工出来，且达到一定精度。 3.3 安排工艺顺序遵循的原则 结合分析后轮毂的机械加工工艺过程，可归纳出安排后轮毂加工工序顺序的一般应 遵循的原则： （1）先基准后其它 作为后续工序的定位基准的表面，应尽量安排在前几道工序加工，使以后工序可以

30、用它定位进行加工，后轮毂的定位基准是一个大小端外圆圆周。 （2）先面后孔 无论是粗加工阶段还是精加工阶段，都是先加工大小端端平面，然后以两端平面为 主要定位基准加工大小端孔。这就是所谓的“先面后孔”的原则。其理由有三：第一。 两端面是确定大小端孔中心线相对位置的设计基准和检验基准，先面后孔，以孔定面， 这样，定位基准与设计基准重合，定位误差低昂为=0，使后轮毂大小端孔中心线分别 对大小端端面的垂直度很容易得到保证。第二，大小头端面较孔的面积大，先面后孔， 并能及早发现问题。次要表面的粗加工可在主要表面的粗加工之后穿插进行，后轮毂在 11 精基准加工好后，接着大端孔内径的粗加工，然后在对外圆圆周

31、上的螺栓孔进行加工， 使得粗加工后的大端面孔得以自然时效而充分变形，为最后的精加工大小端孔提供良好 的条件。 （3）先大面后小面 后轮毂的加工平面有大小端端面，内孔，螺栓孔面等，按照“先面后孔”的原则， 究竟想加工那个平面，为了加工有一个牢固的定位基准以便获得较好的加工精度，总希 望用大面定位。从这点出发，后轮毂就是采用先加工大小端面的工艺方案，然后以大小 端多端面为主要定位基准面来加工内孔，从而保证了这些面之间的相互位置精度，使以 后各工序具有准确而可靠的精准度。 选择后轮毂的定位基准与各加工工艺顺序有着规律性的内在联系，所以，在制定机 械加工工艺过程时，应当首先选择各个加工面的定位基准，作

32、为精基准的表面，应在工 艺过程中一开始就加工，以便为后续工序做好准备。 3.4 零件加工的工艺分析 后轮毂的各种表面加工方法的选择，应主要根据加工面的结构形状，尺寸大小，精 度，表面粗糙度以及生产类型，从生产实践出发，并参考有各种表面加工方法所能达到 的经济精度及表面粗糙度等资料来初步确定，在选择后轮毂的各种表面加工方法时，可 参考表 3-1 所提供的资料。 表 3-1 各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度-外圆加工 精度等级 加工方法粗糙度 ra 经济的可及的 粗车 2512.57-8 半精车 6.33.26-7 精车 3.21.64-5 车 精细车 1.60.821 粗磨 6.31.

33、64 平精磨 6.30.83 精磨 0.80.421 外圆磨 精细磨 0.40.21 12 粗研 0.80.41-2 精研 0.40.11 研磨 细研 0.10.0251 超精光磨精 0.40.21 细 0.20.11 镜面 0.050.0251 3.5 工艺顺序卡 工艺卡片如表所示 工序工序名称工序内容工艺装备 1 粗车粗车后轮毂大头平面，留余量 0.5mm数控车 2 精车精车后轮毂大头平面数控车 3 粗车粗车后轮毂大头外圆周，留余量 0.5mm数控车 4 精车精车后轮毂大头外圆周数控车 5 粗镗孔以基面定位，以小头外圆周定位，扩大头 孔为直径 98mm,108mm,118mm。 镗孔机 6

34、 精镗孔以基面定位，以小头外圆周定位，精镗大 头孔直径为 100mm,110m,120mm。 镗孔机 7 粗车粗车后轮毂小头平面，留余量 0.5mm数控车 8 精车精车后轮毂小头平面数控车 9 粗镗孔以基面定位，以大头外圆周定位，扩小头孔为 直径 99mm。 镗孔机 10 精镗孔以基面定位，以小头外圆周定位，精镗大头孔 直径为 100.5mm。 镗孔机 11 钻 20mm 大孔 用直径为 20mm 的钻头钻孔组合钻孔 机床 12 扩孔组合钻孔 机床 13 钻 m10 小用直径 8.6mm 钻 30mm 深的孔组合钻孔 13 螺钉孔机床 14 攻丝用丝锥进行攻丝组合机床 攻丝机 15 倒角大头孔

35、两端倒角 3.6 钻孔工序设计计算 3.6.1 钻削加工 6-孔20mm 1. 选择刀具和机床 查阅机械制造工艺设计简明手册 ，由钻削深度，选择的 h1220 p amm 0 18dmm 级高速钢麻花钻，机床选择组合是钻孔机床。 2.选择切削用量 根据切削用量手册表 2.7，取，查阅机械制造工艺0.43/ 0.53/fmm rmm r 设计简明手册表 4.2-16，故取。0.47/fmm r 根据切削用量手册表 2.19，可以查询钻孔时的轴向力，当，0.48/fmm r 时，轴向力。轴向修正系数为 1.0，故。根据组合钻 0 20dmm6090 f fn6090 f fn 孔机床说明书，机床的

36、进给结构的强度允许的最大轴向力为，由于 max 8829fn ，故可用。 maxf ff0.47/fmm r 3.切削速度 c v 根据切削用量简明手册表 2-15，根据铸铁硬度为 hb120163 取0.47/fmm r 。根据切削用量简明手册表 2.31，切削速度的修正系数为13/ min c vm 故0.6653 r k 9.6/ min cr vvkm 0 10001000 9.6 235.1 / min 3.14 13 c v nr v 根据组合机床选取200 / min c nr 14 所以 0 3.14 18 200 11.3/ min 10001000 c dn vm 4.确定

37、钻头磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据切削用量简明手册表 2.12，当，时，钻头刀面做0.48/fmm r 0 20dmm 大磨损量 0.8mm，故刀具磨钝寿命 60min。 5.检验机床扭矩及功率 根据切削用量简明手册表 2.21，当，时，查得0.48/fmm r 0 20dmm ,根据组合机床，当，故,根据36.29 . c mn m200 / min c nr72.6 .mn m c mm 切削用量简明手册表 2.23，何惧机床说明书，故，所1.0 c pkw2.8pkw c pp 以选择的切削用量是可以采用。 6.计算工时 m l t vf 式中，查切削用量简明手册表 2.29，所lly 2

38、0lmm5ymm 以 25lmm0.27min m f l t v 3.6.2 钻孔，倒角8.6mm0.5 45 1.选择机床 查阅机械制造工艺设计简明手册 ，由钻削深度，选择的30 p amm 0 8.8dmm h12 级高速钢麻花钻，机床选择组合是钻孔机床。 2.选择切削用量 根据切削用量简明手册表 2.7，取，查阅机械制造0.37/ 0.45/fmm rmm r 工艺设计简明手册表 4.2-16，故取。0.41/fmm r 根据切削用量手册表 2.19，可以查询钻孔时的轴向力，当，0.41/fmm r 时，轴向力。轴向修正系数为 1.0，故。根据组合钻 0 8.6dmm3580 f fn

39、3580 f fn 孔机床说明书，机床的进给结构的强度允许的最大轴向力为，由于 max 8829fn ，故可用。 maxf ff0.41/fmm r 15 3.切削速度 c v 根据切削用量简明手册表 2-15，根据铸铁硬度为 hb120163 取0.41/fmm r 。根据切削用量简明手册表 2.31，切削速度的修正系数为14/ min c vm 故 0.6653 r k 10.35/ min cr vvkm 0 10001000 10.35 383.3 / min 3.14 8.6 c v nr d 根据组合机床选取200 / min c nr 所以 0 3.14 8.6 200 5.4/

40、 min 10001000 c dn vm 4.确定钻头磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据切削用量简明手册表 2.12，当时，钻头刀面做大磨损量 0 8.6dmm 0.8mm，故刀具磨钝寿命 30min。 5.检验机床扭矩及功率 根据切削用量简明手册表 2.21，当，时，查得0.41/fmm r 0 8.6dmm ,根据组合机床，当，故,根据21.58 . c mn m200 / min c nr72.6 .mn m c mm 切削用量简明手册表 2.23，何惧机床说明书，故，所1.0 c pkw2.8pkw c pp 以选择的切削用量是可以采用。 6.计算工时 m l t vf 式中，查切削用量简

41、明手册表 2.29，lly 30lmm5ymm 所以35lmm0.43min m f l t v 4.专用夹具的设计 专用夹具设计师机械制造工艺装备的一部分，夹具的优劣对零件加工精度、加工效 率、制造成本、生产安全、劳动生产条件起着关键作用。专用机床夹具用来多工件定位 16 于夹紧，确定工件与刀具的相对位置。 4.1 机床夹具的作用 1.容易保证加工精度，并使一批工件的加工精度稳定 由于工件在夹紧中定位，以及夹具在机床上定位都有专门的元件保证，夹具相对刀 具的位置又可以通过刀和导向元件调整，一次可以较容易的保证工件在该工序中加工精 度，此外，采用夹具装夹法加工，工件的定位不在受划线，找正等主管

42、因素的影响，故 对一批工件的加工精度比较稳定。 2.缩短辅助时间，提高劳动生产率，降低生产成本 工件在夹具的装夹和工件转换、夹具在机床的安装等，都可以通过专门的元件或装 置迅速完成，此外在夹具中还可以不同程度地采用高效率多件、多位、快速联动等夹紧 方式，因而可缩短辅助时间，提高劳动生产率降，低生产成本 3.减轻工人劳动强度，降低对工人的技术要求 4.扩大机床的工艺范围，实现一机多能。 5.减少生产准备时间，缩短新产品试用周期 根据汽车轮毂的加工技术要求，设计汽车轮毂的钻孔夹具，零件的夹具图纸见图纸 附录。 4.2 夹具装夹定位分析 查阅李庆余，张佳编著的机械制造装备设计第 246 页的资料知道

43、，工件在夹具 中定位后一般应夹紧，使工件在加工过程中保持已获得的定位能不被破坏。由于工件在 加工过程中受切削力、惯性力、夹紧力等的作用，会形成变形或位移，从而影响工件的 加工质量。所以工件的夹紧也是保证加工精度的一个十分重要的问题。为了获得良好的 加工效果，一定要把工件在加工过程中的位移、变形等控制在加工精度允许的范围内。 夹紧机构设计时一般应满足以下主要原则： （1）夹紧时不能破坏工件在定位元件所获得的位置。 （2）夹紧力应保证工件位置在整个加工过程中不变或不产生不允许的振动。 （3）使工件不产生过大的变形和表面损伤。 （4）夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构

44、必 须保证自锁，机动夹紧机构应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。 17 （5）夹紧机构操作必须安全、方便、省力、符合工人操作习惯。 （6）夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。 上述前三条要求是为了保证加工质量和安全生产的，因此必须无条件予以满足，它 是衡量夹紧装置好坏的最根本的准则。 4.3 夹具夹紧力确定 查阅李庆余，张佳编著的机械制造装备设计第 247 页的资料知道，夹紧点的选 择是达到最佳夹紧状态的首要因素。只有正确的选择夹紧点之后，才能估算出所需要的 适当的夹紧力。如果夹紧点选的不当，不仅增大夹紧变形，甚至不能夹紧工件。选择夹 紧点应 尽可能和支承点对应，使

45、夹紧力作用于支承上，这样会减少夹紧变形。夹紧点尽 量选在靠近加工表面且不致引起过大夹紧变形的位置。根据蹄形凸台零件的外形特征， 选择夹紧点在工件的两侧面，这样夹紧力作用于支承点上且靠近加工表面，很大程度上 避免了工件变形的发生。 夹紧力的确定 查阅李庆余，张佳编著的机械制造装备设计第 248 页的资料知道，在夹紧设计 时，正确估计切削力的大小及方向是确定夹紧力的主要依据。计算夹紧力时，按静力平 衡计算的夹紧力再乘以裕度系数可得。查阅蔡兰，王霄主编数控加工工艺学第 1 版 第 111 页的资料知道夹紧力大小的估算，根据工件受切削力 p 和夹紧力 q 后的静力平衡 条件，计算出理论夹紧力 qo,再

46、乘以裕度系数 k 即为实际所需夹紧力 q，故夹紧力计算公 式为：q = kqo 如考虑加工性质，刀具磨损钝化，断续切削等作粗略估算时，系数 k = 1.53。用 于精加工时，取 k = 1.52.5；用于粗加工时，取 k = 2.53。 综合上述所查阅资料，并结合该零件的情况，又考虑以下几点： （1）此工件为大批量生产，所以选择合适的夹具有利于提高生产效率同时对夹具有 一定的要求。 （2）数控机床具有连续多型面自动加工的特点，所以对数控机床夹具的精度和刚度 的要求也同样比一般机床要高，这样可以减少工件在夹具上的定位和夹紧误差以及粗加 工中的变形误差。 （3）由于数控机床能一次安装工件而加工多个

47、面，因此数控夹具亦应能在空间上满 足各刀具均有可能接近所有待加工表面的要求。此外由于支撑夹具的托板具有移动、上 18 托、下沉和旋转等动作，夹具还应能保证不与机床的有关部分有空间干涉。有些定位块 可设计成在工件夹紧后可以卸去，以满足前后左右各个面的加工需要。 （4）数控加工可以通过快速更换程序而变化加工对象。为了不花费更多的更换工装 的辅助时间，减少贵重设备因等待而闲置的时间，要求夹具在更换加工工件中具有快速 重调或更换定位、夹紧原件的功能，由于在数控加工中因多表面加工而单件加工时间增 长，夹具结构若能满足机动时间内在机床工作区外也能进行工件更换，会极大的减少机 床停机时间。 4.4 钻孔夹具

48、夹紧力计算 计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚醒系统。本工序在钻削加工过程中 的切削力可以分解为切削扭矩和轴向切削力，因轴向切削力的作用方向与夹具的夹紧方 向相同，有助于工件的夹紧，因此，在计算夹紧力时可以不计算轴向切削力，为保证夹 紧可靠，应将理论夹紧力乘上安全系数作为工件的加工时的所需要的夹紧力，即： k wwk 其中,查机床夹具设计手册表 1-2-1 得： 0123456 kkkkkkkk 、 0 1.5k 1 1.2k 2 1.15k 3 1.0k 4 1.3k 5 1.0k 6 1.0k 所以查机床夹具设计手册表 1-2-7 得：2.691k 20.8 0.21 p mdsk

49、 查机床夹具设计手册表 1-2-8 得： 0.6 200 1.031 190 p k 由于钻头的直径,所以:20dmm 20.82 0.21 200.431.03124.8 .mn mm 因此，实景所需要的夹紧力为,夹紧机构采用压板机构某机 2 24.8 2.69166.7. k wn mm 构的传动效率为，螺母产生的夹紧力为：0.95 122 tantan ql f a 查机床夹具设计手册表 1-2-20，得，查表 1-2-21 得，6.22m 2 3.675m ，查表 1-2-22，得。f 在工件上夹紧 2 29a 2 9 50 1 tan0.18f2810.23fn 力作用点到钻头在工件

50、上加工时作用点的距离为。夹紧力的产生的扭矩为36lm ，工件受力如图 4.1 42 1.8 10.mffln mm 19 图 4.1 工件受力示意图 因为机床工作扭矩小于机床夹紧力，故该夹具能满足钻孔加工要求 5 轮毂钻孔机床控制系统设计 钻孔组合机床是以独立的通用部件为基础，配合以部分专用部件组成的高效率自动 化加工设备，其传动过程是典型的液压顺序控制，既可采用传统继电器组成控制系统， 也可采用 plc 来构成。 5.1 机床传动系统设计 5.1.1 液压系统的总体方案及工况分析 该机床液压系统的工作循环为：工件夹紧-滑台快进-工进-停留-快退-远未停止-工 件放松。液压系统的原理图如图 5

51、.1 所示 图 5.1 液压原理图 1.工件夹紧 液压泵电动机启动后，电气控制系统发出工件夹紧信号，电磁阀 yv4 得电，二位四 20 通电磁换向阀右位工作，压力油经减压阀、单向阀 6 进入夹紧缸的大腔，小腔回油至油 箱，工件夹紧。当夹紧到位后压力继电器动作、表示工件夹紧。 2.滑台快进 压力继电器动作后，电气控制系统发出快速移动信号，电磁阀 yv1 得电，三位五通 阀左位工作，使液控阀左位工作，接通工作回路，压力油流经行程阀进入工作液压缸的 大腔，小腔内回油经过单向阀 4、行程阀再进入工作液压缸大腔、使滑台向前快速移动。 3.工作进给 滑台快速移动到接近加工位置时，台上挡铁压下行程阀，切断压

52、力油通路，压力油 只能通过调速阀 1 进入进给工作液压缸大腔，进油量的减少使滑台移动速度降低，滑台 转为工作进给。此时由于负载加大，工作油路油压升高，顺序阀 8 打开，液压缸小腔回 油不再经过单向阀 4 流入液压缸大腔，而是经过顺序阀、溢流阀流回油箱。 4.快速退后 滑台工作进给到终点时，终点行程开关被压下，使电磁阀 yv1 断电，而电磁阀 yv2 得电，三位五通阀右位工作，使液控阀右位工作，接通工作电路，压力油直接进入液压 缸 18 小腔，使滑台快速退回。同时大腔内的回油经单向阀 1、液控阀流回油箱。当滑台 快速退回原点，原点行程开被压下，电磁阀 yv2 失电，液控阀回中间位置，切断工作回

53、路，滑台停止与原位。 5.工件松开 当滑台回原位停止后，电气控制系统发出工件松开信号，使电磁阀 yv3 得电，二位 四通阀左位工作，改变油路的方向，压力油进入夹紧小腔，大腔内的回油经二位四通阀 流回油箱，使工件松开，同时压力继电器 bp 复位。取下工件，一个工作循环结束。 5.1.2 液压元件及辅助元件的选择 单杆活塞缸的两个腔有效作用面积不相等，当泵共有使活塞内缩时，活塞腔的排油 量比泵的供油流量大得多，通过阀的最大流量往往是在这种情况下出现，复合增速缸和 其他等效组合方案也有相同的情况，选择流量控制阀时，其最小稳定流量应满足执行元 件最低工作速度的要求，既： 或者 minmin qa mi

54、nminm qnq 式中：-流量控制阀的最小稳定流量，； min q 3 /ms -液压缸最低工作速度。； min /m s 21 a-液压缸有效工作面积，； 2 m -液压马达最低工作转速，； min n/r s -液压马达排量， m q 3 /mr 1.根据流量和系统工作压力选择液压泵 本设计省略执行元件载荷力的计算及液压缸参数的确定过程，载荷力和液压缸参数 如表 1 所示 表 5.1 载荷力和液压缸参数 名 称 载荷 p1 背压 力 p2 实际 工作 压力 缸 径 活塞杆直 径 最大运 动速度 结构参数 a1 流量 夹 紧 缸 5000 n 0.2m pa 2.55 mpa 50m m

55、35mm40mm/s2 62 25 10 m 5 3 7.85 10 /ms 进 给 缸 1200 0n 0.2m pa 3.85 mpa 63m m 28mm100mm/s2 62 31.5 10 m 6 3 5.2 10 /ms 液压泵工作压力的计算依照： 1p ppp 其中是液压执行元件的最高工作压力，本系统中最该压力是进给缸工进时的进口 1 p 压力;是系列执行元件间总的管路损失、由原理图可知，从泵到进给缸 1 3.85pmpap 之间串联有液控阀、行程阀，取，则液压泵工作压力。0.5pmpa 4.35 p pmpa 液压泵流量计算依照： maxp qkq 最大流量发生在快速夹紧工况，

56、；泄露洗漱 k 取 1.2，则液 53 max 7.85 10/qms 压泵总流量；一句以上计算，选用 yb-a9b 变量叶片泵。5.7/ min p ql 2.液压元件的选择 以泵的额定压力、流量为基准，选择元件如表 2 所示，4.35mpa5.7/ minl 22 表 5.2 液压系统元件表 3 管道元件 液压系统用油管输送工作介质，用管接头将油管于油管或油管与液压元件联接起来， 因此，管道和管道头应有足够的强度，良好的密封，压力损失要小，装拆要方便。本系 统选用紫铜管，气用途是在中、低压系统中用，机床中应用较多，可承受压力为 6.5- 10mpa。其优缺点为装配时弯曲方便，抗振能力弱，容易使油液氧化。 4 过滤器 过滤器的功用是防止有野的污染和不断净化油液，将其污染程度控制在允许的范围 内。油液的污染会因其相对运动零件的表面的划伤、磨损加剧、甚至卡死，还会杜塞节 流小孔、影响液压系统的工作性能。过滤器的过滤精度按其能过滤去杂志的直径 d 的公 称尺寸大小分为四个等级：粗、普通、精、特精。本机床选用线隙式过滤器，其额定参 数压力为 6.3mpa、压力损失为 0.060.6mpa、过滤精度为，安装在系统的进油路上。50 m 5 密封装置