柴油機氣缸體兩端面粗銑組合機床總體及夾具設計

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隨著科學技術的巨大進步及社會生產力的迅速提高，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。據國際生產研究協會的統(tǒng)計表明，目前中，小批多品種生產的工件品種已占工件種類總數的85%左右?，F代生產要求企業(yè)所制造的產品品種經常更新換代，以適應市場激烈的競爭。然而，一般企業(yè)仍習慣于大采用傳統(tǒng)的專用夾具。另一方面，在多品種生產的企業(yè)中，約隔4年就要更新80%左右的專用夾具，面夾具的實際磨損量僅為15%左右。特別是近年來，數控機床（NC），加工中心（MC），成組技術（GT），柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新技術的應用，對機床夾具提出了如下新的要求： a.能迅速面方便地裝備新產品的投產，以縮短生產準備周期，降低生產成本。 b.能裝夾一組具有相似性特征的工件。 c.適用于精密加工的高精度機床夾具。 d.適用于各種現代化制造技術的新型機床夾具。 e.采用液壓或氣壓夾緊的高效夾緊裝置，以進一步提高勞動生產率。 f.提高機床夾的標準化程度。 現代機床夾具的發(fā)展方向主要表現在以下幾個方面： a.精密化 b.高效化 c.柔性化 d.標準化 本次畢業(yè)設計的課題是柴油機氣缸體兩端面粗銑組合機床總體及夾具設計。根據柴油機氣缸體兩側面的位置、加工精度等主要的設計原始數據，設計出技術上先進，經濟上合理和工作上可靠的雙面粗銑的組合機床。而組合機床夾具是給合機床的重要組成部分,用于實現對被加工零件的準確定位,夾壓,對刀具的導向以及裝卸工件時的限位等。組合機床的加工精度基本上是由夾具來保證的,因此它與一般機床夾具不同。 本次設計的組合機床夾具主要對柴油機氣缸體兩端面的粗銑，因此采用面兩銷定位方式,即利用零件上的一個平面和該平面上的兩個孔作為定位基準。一個孔插圓柱銷,另一個孔插菱形銷。這種定位方法保證了理論上的六點定定位原則(平面上三個點,圓柱銷兩個點和菱形銷一個點)。 課題來源于江蘇恒力機械有限公司。要設計出這種組合機床，要先對柴油機氣缸體結構進行工藝性分析,確定整體的設計方案，提出一到兩種可行性比較高的初步設計方案；根據目前所提供的工況條件，每天的工作時間、強度等對初步設計方案進行論證，最后根據論證結果選擇最合適的設計方案；再進行組合機床方案圖樣文件設計：被加工零件加工工序圖，加工示意圖，機床聯系尺寸圖以及生產率計算卡。依據總體方案中“三圖一卡”內容和夾具的一些設計規(guī)律和要求，確定夾具的總體結構。 本次設計的組合機床能同時粗銑柴油機氣缸體的兩側面，大大提高了生產效率，降低了勞動強度，從而降低了零件的加工成本。 2 總體方案論證 設計的機床要滿足加工要求、保證加工精度；盡可能選用通用件、以降低成本。因此根據上述要求和柴油機氣缸體的加工特點來確定設計方案。 2.1 工藝方案設計 工藝方案的擬訂是組合機床設計的關鍵一步。組合機床的總體設計要注重工件及其加工的工藝分析，只有制定出先進合理的工藝方案,才能設計出先進合理的組合機床。根據指定的加工要求,提出若干個工藝方案,擇其佳者。工藝方案確定了,組合機床的結構、性能、運動、傳動、布局等一系列問題也就解決了。所以，工藝方案設計是組合機床設計的重要環(huán)節(jié)。而且工藝方案在很大程度上決定了組合機床的結構配置和使用性能。因此，必須認真分析被加工零件圖紙,深入了解被加工零件的結構特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術要求及生產率要求等一些因素。 擬定組合機床工藝方案的一般步驟如下: a.分析,研究加工要求和現場工藝，在制訂組合機床工藝方案時，首先要分析、研究被加工零件，如被加工零件的用途及其結構特點、加工部位及其精度、表面粗糙度、技術要求及生產綱領；其次深入現場調查分析零件的加工工藝方法、定位夾緊方式、所采用的設備、刀具及切用量、生產率情況等。 b.定位基準和夾壓部位的選擇組合機床一般為工序集中的多刀加工,不但切削負荷大，而且工件受力方面變化。因此，正確選擇定位基準和夾壓部位是保證加工精度的重要條件。 本道工序主要是加工毛坯,因此,還要對毛坯基準選擇考慮有關工序加工余量的均勻性。定位夾壓部位的選擇應在有足夠的夾緊力下工件產生的變形最小，并且夾具易于設置導向和能過刀具。 本道工序:粗銑柴油機氣缸體兩側面。 2.2 加工設備方案選擇 在機械制造業(yè)中，金屬切削機床占機械設備總臺數的50%～70%，它負擔的工作量約占一半左右，其中有30%～50%的工作量是由組合機床來完成的，同時，機械加工方法是機電產品及零部件生產的主要方法，且機械加工質量又是提高整個產品質量的關鍵。因此，組合機床的開發(fā)、設計，是機械制造行業(yè)一項非常重要的工作。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，具有如下特點： a.生產率高； b.加工精度穩(wěn)定； c.研制周期快，便于設計、制造和使用、維護； d.自動化程度高，勞動強度低； e.配置靈活，可按工件或工序要求靈活組成機床自動線，易于改裝，產品或工藝變化時，通用部件還可以重復利用； f.使用穩(wěn)定，結構緊湊，機床費用低。 由于被加工零件已定型，生產批量較大，加工要求較高，所以必須采用組合機床來進行生產，同時，又是針對雙面加工。因此，采用組合機床來進行加工是較適宜、理想的生產方案。 2.3 確定機床總體布局 根據上述確定的加工工藝方案，按照工序集中程度和生產批量大小，機床總體布局主要有如下配制型式： a.多工位組合機床 多工位組合機床：主要用于中、小零件加工。生產占地面積大，但生產率高。這種方式若配合工作臺的移動和精確定位，可以組成組合機床自動線，則自動化程度和生產率均很高。 b.單工位組合機床 各種型式的單工位組合機床，通?？砂惭b一個工件，特別適宜于大、中型箱體類零件的加工。根據配置動力部件的型式和數量，這類機床可分為單面、多面及復合式。這種方式組成靈活，結構簡單，由于單工位加工，其機動時間與輔助時間不能重合，因而生產率比多工位機床低。 根據以上所述, 柴油機氣缸體的結構是比較規(guī)則的長方體，從裝夾的角度來看，臥式平放比較方便，采用臥式組合機床加平面，有利于排屑，也減輕了工人的勞動強度。且柴油機氣缸體屬于中型加工零件，在本次設計中，銑平面工序是主要工序內容。因此為了保證銑平面的加工精度和結合被加工零件加工特點，臥式單工位組合機床是較好的選擇。 臥式單工位組合機床又可分為臥式單面組合機床，臥式多面組合機床等。若采用臥式單面組合機床，加工兩端面需經過兩次裝夾，增加輔助時間，成本高，生產效率低，工人勞動強度大。因此，采用臥式雙面組合機床是合理的選擇。其特點：工件安裝在夾具里，工件和夾具裝在銑削工作臺上，刀具相對固定，銑削工作臺實現進給運動。生產占地面積小，加工精度高。 3 切削用量的選擇和計算 3.1 切削刀具的選擇 在生產線上,由于銑削平面的走刀長度一般比孔加工的走刀長度長的多,因此,銑削工序通常是限制性工序。為了提高切削用量應采用硬質合金不重磨式面銑刀。 由參考文獻[4]，粗齒﹑中齒﹑細齒面銑刀刀片材料為YG6(銑鑄鐵)及YT14(銑鋼)，密齒面銑刀刀片材料為YG6，銑鋁合金面銑刀刀片材料為YT14。 由于本件的材料是鑄鐵，因此選用刀片材料為YG6，又因為本道工序是粗銑,粗糙度要求不高,選中齒銑刀。 齒數選擇由參考文獻[4]表2-8，得中齒銑刀的齒數為34。 所以，設計的組合銑床選擇的刀具為：硬質合金不重磨式中齒面銑刀，材料為YG6，齒數為34。 3.2 切削用量的選擇 在組合機床工藝方案確定過程中，工藝方法和切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度，生產率，刀具耐用度，機床的結構形式及工作可靠性均有較大的影響。 A.組合機床切削用量的選擇特點: a.在大多情況下，組合機床為多軸、多刀、多面同時切削，因此，切削用量比一般萬能機床單刀加工低30%左右。 b.組合機床通常用動力滑臺來帶動刀具進給，由于多軸箱上同時工作的刀具種類不同且直徑大小不同，其切削用量也各有特點。因此，一般先按各刀具選擇較合理的切削速度v(m/min) 和每轉進給量f(mm/r),再根據其中工作時間最長，負荷最重，刃磨較困難的刀具來確定并調整每轉進給量和轉速，通常用試湊法來滿足每分鐘進給量相同的要求。參照[1] 即 c.在選擇切削用量時要注意既要保證生產批量要求，又要保證刀具一定的耐用度。 d.選擇切削用量時，還須考慮可選動力滑臺的性能。 B.組合機床切削用量選擇方法 從實際出發(fā)，根據加工精度、工件材料、工作條件、技術要求等進行分析，按照經濟地滿足加工要求的原則，合理的選擇切削用量。本次設計中，采用查表法選擇加工柴油機氣缸體孔的切削用量。 由參考文獻[1]表6-18,查得， 每齒進給量fz=0.2mm/z 切削速度vc=75m/min n===47r/min （3-1） 進給速度vf=fn=fzzn （3-2） =0.2×34×47=320mm/min 3.3 確定切削力、切削轉矩、切削功率 根據選擇的切削用量，確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）及夾具設計的依據；確定切削扭矩，用以確定主軸及其他傳動件的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電機功率。 切削功率選擇: 由vc=75m/min，工件材料:鑄鐵HBS250，ap=4mm，fz=0.2mm/z，vf=320mm/min，由參考文獻[4]表3.24，得pc=15.9KW 電動機選擇： 由pc=15.9KW，由參考文獻[9]表20-3得，電動機型號：Y180L-6同步轉速：1000r/min，滿載轉速：975r/min，P電機=18.5KW 銑削切削力的計算 由參考文獻[10]表1-2-9, P=490×t1.0×Sz0.74×D-1.0×B0.90×z （3-3） 式中 P-銑削力(N)； t-銑削削深度(mm)； Sz-每齒進給量(mm/z)； D-銑刀直徑(mm)； B-銑削寬度(mm)； z-銑刀的齒數。 由前面計算的切削用量得， t=4mm； Sz=0.2mm/z； D=512mm； B=425mm； z=34。 將上述數值代入式（3-3）得 P=490× t1.0×Sz0.74×D-1.0×B0.90×z =490× 41.0×0.20.74×512-1.0×4250.90×34 =9398.1(N) 4 組合機床通用部件的選擇 通用部件是按標準化、系列化、通用化原則設計制造的組合機床基礎部件。我國通用部件不僅具有完整的國家標準，并已貫徹了國際標準，許多標準與國際標準等效。 通用部件按其尺寸大小，可分為大型和小型通用部件；按驅動和控制方式的不同，可分為機械驅動、液壓驅動、風動或數控通用部件；按單機和自動線的不同，可分為組合機床和組合機床自動線通用部件；按其功能不同，可分為動力部件、支承部件、控制部件、輔助部件。 4．1 進給動力部件選擇 進給動力部件主要為刀具或工件提供進給運動。最新動力部件共有液壓滑臺、機械滑臺、數控滑臺、長臺面液壓滑臺、十字滑臺、銑削工作臺、回轉盤等九個品種。 對于組合銑床來說，進給動力部件主要是銑削工作臺，其上通常安裝夾具或工件。銑削工作臺與1TX系列銑削頭，1XS系列床身組成銑削組合機床，可用于大走刀強力銑削和高效高精度銑削。 由于待加工的工件的外形尺寸，由參考文獻[2]表7.9選取1XG63Ⅰ型銑削工作臺，銑削工作臺的聯系尺寸如下表4-1: 表4-1 銑削工作臺聯系尺寸 型號 B A（臺長） C（行程） L L1 B1 L2 1XG63Ⅰ型 630 1600 1600 3180 584 808 888 由表7.8查得，1XG63Ⅰ型銑削工作臺與傳動裝置配套及其性能如下表： 表4-2 1XG63Ⅰ型銑削工作臺與傳動裝置配套及其性能 型號 傳動裝置 快進功率(kW) 快進速度(m/min) 工進功率(kW) 工進速度(mm/min) 許用切削功率(kW) 1XG63 F41 4 9.2 3 200-2500 37 1XG銑削工作臺還具有以下特點： a.剛性好 導軌與底座鑄成一體，底座采用封閉式的箱體結構，采用“米”字形斜肋等，大大提高其結構剛性。 采用一個V形導軌和一個平導軌導向，通常銑削力壓向導軌面。這種導軌可以提高導向精度和導向剛度，從而保證機床加工精度，提高機床的切削抗振性。例如1XG63銑削工作臺，大走刀強力銑削功率達到40KW，仍能保證切削平穩(wěn)。 b.精度高 由于結構剛性好，可以使導軌達到較高的加工精度，并且工作臺臺面較長，以是V形導軌導向，從而保證機床的加工粗度，接近平面磨床的水平。 c.生產率高 從性能表可以看出，最大進給速度為2500mm/min。實踐證明：當進給速度為2080mm/min時，進行大走刀強力銑削和高效高精度銑削，切削性能良好。 傳動效率高 采用雙螺母可調隙的滾珠絲杠，傳動效率比滑動絲杠高一倍，節(jié)能效果顯著。另外由于間隙可調，可保證切削平穩(wěn)。 4．2 主運動動力部件選擇 主運動部件用來實現組合機床的主運動—切削運動。它安在滑臺或其他進給部件的結合面上，通常主軸部件（或多軸箱專用部件）和主運動驅動裝置組成的。 4.2.1 主運動驅動裝置 主運動驅動裝置主要有兩大類：一類是與通用主軸部件配套使用的主運動傳動裝置；另一類是與多軸箱(專用部件)相配的動力箱。 由于1NG系列主運動裝置具有通用化程度高,選配靈活,便于生產管理等優(yōu)點.因此本組合機床采用的是：1NG系列主運動傳動裝置。它的聯系尺寸符合JB3557-83標準。 1NG系列主運動傳動裝置主要有1Nga、1NGb、1NGc、1NGd等四種,特點與用途如下： a．1Nga型帶傳動裝置 它采用聚氨脂同步齒形帶傳動及交換帶輪方式變速，具有傳動平穩(wěn)、噪聲小、傳動準確及傳動效率高等優(yōu)點。適用于轉速要求高的場合，如與鏜銷頭配套,適宜對各種工件的半精鏜和精鏜。 b．1NGb型頂置式齒輪傳動裝置 它適用于中，低速加工場合，如臥式配置時的粗、精鏜孔。一般適用于臥式配置。 c．1NGc型尾置式齒輪傳動裝置 它適用于中、低速加工，不經常變速的場合，一般配置成立式機床。 d．1NGd型手柄變速傳動裝置 它采用手柄操縱滑移齒輪變速，適用于經常變速場合，一般組成臥式配置的給合機床，加工小批量生產，多品種零件，如粗、精鏜孔。 由于本組合銑床采用臥式配置形式，因此選用第二種類型—1NGb型頂置式齒輪傳動裝置。 1NGb型頂置式齒輪傳動裝置結構大體為:通用主軸部件的主軸尾部伸入到傳動裝置的空心軸V內，以花鍵連接。傳動裝置以軸V左端法蘭的外圓與主軸部件殼體尾端的內止口配合定位，用四個螺釘緊固.旋轉運動由電動機軸1經聯軸器，軸2、3、4、5及其上的齒輪傳動主軸。根據2、3軸間的齒輪傳動比的不同配置，1NGb型傳動裝置分為A(低速級)和B型(高速級)，每組又可通過3、4軸間齒輪的不同，得到8級轉速。潤滑泵由軸2通過一對齒輪傳動，對傳動裝置中的傳動件及軸承進行潤滑。 4.3 通用主軸部件選擇 主軸部件又稱單軸頭或工藝切削頭，其端部安裝刀，尾部連接傳動裝置就可進行切削，如進行銑削，鏜削，鉆削及攻螺紋等加工工序。每種主軸部件均采用剛性主軸結構。在加工時，刀桿（或刀具）一般不需要導向裝置，加工精度主要由主軸部件本身以及滑臺（或工作臺）的精度來保證。 主軸部件與相應規(guī)格的主運動傳動裝置（跨系列）配套使用。主軸部件配上傳動裝置安裝在動力滑臺上，可以組成立式或臥式組合機床。這類機床不設導向裝置，夾具結構較簡單，機床配置靈活。 主軸部件種類較多，對于組合銑床來說，主要采用1TX系列銑削頭。1TX系列銑削頭與1XG系列銑削工作臺等進給動力部件配套，可組成各種類型的銑削組合機床。 由切削功率pc=15.9KW，由參考文獻[1]表5-13，選型號1TX50。 1TX50銑削頭主軸端部尺寸如下表： 表4-4 1TX50銑削頭主軸端部尺寸 型號 d(h5) d1 d2 d3 d4 D±0.3 b(h5) l1 l2 1TX50 φ221.44 φ107.95 M24 M30 M20 φ117.8 25.4 119 45 1TX50銑削頭主要性能及參數如下表： 表4-5 1TX50銑削頭主要性能及參數 型號 b1 L1 d L2 b2 d1 h 功率(kw) 1TX50 500 800 φ221.44 200 450 M16 250 15;18.5;22 由于所設計的組合銑床選用頂置式齒輪傳動,所以銑削頭聯系尺寸如下表： 表4-6 銑削頭聯系尺寸 型號 B B1 B2 L L1 L2 L3 L4 L5 H H1 H2 H3 1TX50 500 450 470 800 200 275 126 665 94 250 468 911 500 5 組合機床總體設計 組合機床總體設計,通常是根據與用戶簽訂的合同和技術協議書，針對具體加工零件，擬訂工藝和結構方案，并進行方案圖樣和有關技術文件設計。并且在選取定加工方法和機床總體布局結構的基礎上繪制組合機床“三圖一卡”。其內容包括：繪制被加工零件工序圖，機床聯系尺寸圖和進行機床生產率的計算。 繪制給合機床三圖一卡，就是針對具體零件，在先定的工藝和結構方案的基礎上，進行總體方案圖樣文件設計.其內容包括：繪制被加工零件工序圖﹑加工示意圖﹑機床聯系尺寸總圖和編制生產效率計算卡等。 5.1 被加工零件工序圖 本次設計的組合機床主要對柴油機氣缸體兩端面的粗銑。因此采用一面兩銷定位方式，即利用零件上的一個平面和該平面上的兩個孔作為定位基準。一個孔插圓柱銷，另一個孔插菱形銷。這種定位方法保證了理論上的六點定定位原則(平面上三個點,圓柱銷兩個點和菱形銷一個點)，但是在實踐中，在大多數情況下，工件的一個平面，在夾具中不是支承在三個點上，而是支承在四個或者更多一些的支承點上，有時放在兩條長的支承板上，這樣可以提高“機床-夾具-刀具-工件”系統(tǒng)的剛性，避免夾壓力和切削力超出支承點，引起工件的彈性變形，這種變形不僅影響加工精度，還會引起振動,嚴重時造成刀具的折斷。 A.由于本次的加工的工序是要加工好柴油機氣缸體頂底面的情況下進行的，因此被加工零件的頂,底面是較光滑的，因此采用柴油機氣缸體的下底面作為定位基準，再在該面鉆兩個銷孔，這樣就保證了理論上的六立點定位原則。零件的頂面上在用四塊壓板夾緊，因此,夾具的初步設計就確定了。 a.被加工零件圖是在用戶提供的產品圖樣的基礎上，選定的工藝方案，定本機床的加工內容，加上必要的說明而繪制的，它是組合機床設計的主要依據，也是制造﹑使用﹑檢驗和調整機床的重要技術文件。它的要求如下： b.被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸及與本機床設計有關的部位的結構開頭及尺寸。 c.加工用定位基準﹑夾壓部位及夾壓方向，以便依次進行夾具定位支承﹑夾緊﹑導向裝置的設計。 d.本道工序加工部位的尺寸﹑精度﹑表面粗糙度﹑形狀位置尺寸精度及技術要求，還包括本道工序對前道工序提出的要求。 e.要有必要的文字說明。 本組合機床以柴油機氣缸體為加工對象進行設計，對工序圖簡要說明及與本機床B.設計有關的技術指標如下： a.定位方法： 采用一面兩銷定位方式，即利用柴油機氣缸體底面和該平面上的兩個孔作為定位基準。一個孔插圓柱銷，另一個孔插菱形銷； b.零件材料：HT250； c.硬度：187—255HBS； d.方框內尺寸及相應粗糙度為本機床所保證，其余尺寸及相應光潔度為前序保證； e.單邊加工余量：4mm。 本氣缸體的被加工零件工序圖如下： 圖5-1 被加工零件工序圖 5.2 加工示意圖 零件的加工方案要通過加工示意圖反映出來，加工示意圖表示被加工零件在機床上的加工過程﹑工件﹑夾具﹑刀具等機床各部件間的相對位置關系。因此，加工示意圖是組合機床設計的主要圖樣之一。在總體設計中占據重要地位。其主要內容為： a.反映機床的加工方法,切削用量及工作循環(huán)。 b.決定刀具類型﹑數量﹑結構﹑尺寸。 c.決定主軸的結構類型，規(guī)格尺寸及外伸長度。 d.選擇標準或設計專用的接桿，浮動卡頭，導向裝置，刀桿托架等。 e.標明主軸﹑接桿﹑夾具與工件之間的聯系尺寸,配合及精度。 加工示意圖的畫法如下： a.加工示意圖的繪制順序是：先按比例用細實線繪出工作加工部位和局部結構的展開圖。加工表面用粗實線畫。為簡化設計，相同加工部位的加工示意圖只需表示其中之一，亦即同一多軸箱上結構尺寸相同的主軸可只畫一根。 b.一般情況下，在加工示意圖上，主軸分布可不按真實距離繪制。 c.主軸應從多軸箱端面畫起。刀具應處于加工終了位置。標準的通用結構只畫外輪廓，但需加注規(guī)格代號。 本組合機床加工示意圖如下： 圖5-2 機床加工示意圖 5.3 機床總聯系尺寸圖 機床總聯系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配聯系和運動關系，可用以檢驗：機床各部件相對位置及尺寸聯系是否滿足加工要求；通用部件的選擇是否合適；并為進一步開展多軸箱，夾具等專用部件的設計提供依據?？偮撓党叽鐖D，它表示機床的配置型式及總體布局。 A.繪制總聯系尺寸圖的要求： a.以適當數量的視圖按同一比例畫出機床各主要組成部件的外形輪廓及相關位置，表明機床的配置型式及總體布局，主視圖應與機床實際加工狀態(tài)一致。 b.圖上應盡量減少不必要的線條及尺寸，但反映各部件的聯系尺寸，專用部件的主要輪廓尺寸，運動部件的極限位置及行程尺寸，必須完整齊全，至于各部件的詳細結構不必畫出，留在具體設計部件時完成。 c.為便于開展部件設計,聯系尺寸圖上應標注通用部件的規(guī)格代號，電動機型號，功率及轉速，并注明機床部件的分組情況及總行程。 確定機床的裝料高度H 裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的垂直距離?？紤]剛度，結構要功能和使用要求等因素，新頒國家標準裝料高度為1060mm，與國際標準ISO一致。實際設計時常在850~1060之間選取。 由于銑削工作臺高度為700mm，夾具體高度為220mm，支承板高度為47.5mm，則裝料高度為 H=700mm+220mm+47.5mm=967.5mm。 確定側床身 側床身為XS10B型號，其高度H=950mm，寬度B=470mm，長度L=930mm。 圖5-3 機床總聯系尺寸圖 5.4 機床生產率計算卡 根據加工示意圖所確定的工作循環(huán)及切削用量等，就可以計算出機床生產率度編制生產率計算卡。組合機床生產率計算卡是按一定格式要求編制的，反映零件在機床上的加工過程，工作時間,機床生產率，機床負荷率的簡明表格。它是用戶驗收機床生產效率的重要依據。 a.理想生產率Q 理想生產率Q（單件為件/h）是指完成年生產綱領A（包括備品及廢品率）所要求的機床生產率。它與全年工時總數tk有關，一般情況下，單班制取2350h,兩班制取4600h,則 Q= （5-1） 有已知條件知，A=65000件，tk=4600h 則 由式（5-1）得 Q==14.13（件） b.實際生產率Q1 實際生產率（單位為件/h）是指所設計機床每小時實際可生產的零件數量。則 Q1 = （5-2） 式中，T單—生產一個零件所需時間（min），可按下式計算： T單=t切+t輔=(++t停)+（+ t移+t裝卸） （5-3） 式中 L1﹑L2—分別為刀具第Ⅰ﹑第Ⅱ工作進給長度，單位為mm； vf1﹑vf2—分別為刀具第Ⅰ﹑第Ⅱ工作進給量，單位為mm/min； t停—當加工沉孔﹑止口﹑锪窩﹑倒角﹑光整表面時，滑臺在死擋鐵上的停留時間，通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉5~10轉所需的時間，單位為min； L快進﹑L快退—分別為動力部件快進，快退行程長度，單位為mm； vfk—動力部件快行程速度。用機械動力部件時取5~6m/min；用液壓動力部件時取3~10m/min； t移—直線移動或回轉工作臺進行一次工位轉換時間，一般取0。1min； t裝卸—工件裝﹑卸（包括定位或撤消定位﹑夾緊或松開﹑清理基面或切屑及吊運工件等）時間。它取決于裝卸自動化程度﹑工件重量大小﹑裝卸是否方便及工人的熟練程度。通常取0.5~1.5min。 由已知條件知， L1=320mm+250mm=570mm； vf1=320mm/min； t停=0； L快進=300mm； t移=0.1min； L快退=320mm+822mm=1122mm； vfk=9.2m/min=9200mm/min； t移=0.1min； t裝卸=1.5min。 所以，由式（5-3）得， T單=++0.1+1.5=3.53（min） 則，由式（5-2）得， Q1===17（件/h） 由于Q1>Q，即機床實際生產率滿足理想生產率，則所選擇的切削用量符合機床設計。 c.機床負荷率?負 I當Q1>Q，機床負荷率為二者之比。即 ?負===0.83 6 夾具設計 組合機床夾具是給合機床的重要組成部分，用于實現對被加工零件的準確定位﹑夾壓﹑對刀具的導向以及裝卸工件時的限位等。組合機床的加工精度基本上是由夾具來保證的，因此它與一般機床夾具不同。 組合機床夾具按結構特點，可以分為單工位夾具和多工位夾具兩大類。單工位夾具是指工件在一個工位上完成加工工序的機床夾具。而多工位組合機床夾具是指工件需要在幾個工位上順序或平行—順序加工廠的機床夾具。按移位方法它又可分為：固定式多位夾具，回轉夾具,移動工作臺夾具和回轉鼓輪夾具等。此外按操縱方式又可分為：手動定位夾緊的給合機床夾具和自動定夾緊的組合機床夾具。本次設計的夾具是單工位的，手動定位夾緊的夾具。 組合機床夾具是根據被加工零件專門設計的，本次設計的夾具大致可分為三大部分：工件的定位方法，工件的夾壓裝置的設計，和引導刀具的導向元件設計。 6.1 定位誤差分析計算 本工件按一面兩銷定位后，工件在夾具中的位置就已被確定，然而由于某種原因，工件仍會產生定位誤差。為了保證工件的加工精度，在定位設計時要仔細分析和研究定位誤差。 A.定位誤差的定義 由定位引起的同一批工件的工序基準在加工尺寸方向上的最大變動量，稱為定位誤差，以△D表示。 定位誤差研究的主要對象是工件的工序基準和定位基準。工序基準的變動量將影響工件的尺寸精度和位置精度。 B.定位誤差產生的原因 造成定位誤差的原因是定位基準與工序基準不重合以及定位基準的位移誤差兩個方面。 a.基準不重合誤差△B 由于定位基準與工序基準不重合而造成的定位誤差，稱為基準不重合誤差，△B以表示。 基準不重合誤差的一般計算式為： △B= （6-1） 式中 i—定位基準與工序間的尺寸鏈組成環(huán)的公差（mm）； b.基準位移誤差△Y 由于定位基準的誤差或定位支承點的誤差而造成的定位基準位移，即工件實際位置對確定位置的理想要素的誤差，這種定位誤差稱為基準位移誤差，以△Y表示。 基準位移誤差的一般計算式為 △Y=Xmax=D+d0+Xmin （6-2） 式中 Xmax —定位最大配合間隙（mm）； D—工件定位基準孔的直徑公差（mm）； d0—圓柱定位銷或圓柱心軸的直徑公差（mm）； Xmin—定位所需最小間隙，由設計時確定（mm）。 C.定位誤差計算 本工序尺寸582±0.025mm，由于本工序定位基準與工序基準重合，所以， △B=0 按式（6-2）計算得 △Y=Xmax=D+d0+Xmin =0.027+0.009+0.5 =0.536(mm) 則定位誤差為 △D=△Y=0.536mm 6.2 夾緊裝置設計 在機械加工過程中，工作將受到切削力，離心力等外力的作用。為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持由定位元件確定的加工位置，而不致發(fā)生振動或多移，一般在夾具結構中都必須設置一定的夾緊裝置，將工件可靠夾緊。 由于本次待加工工件的形狀是比較規(guī)則的，且精度要求不高，故采用螺旋夾緊機構就可以保證其精度。采用螺旋直接夾緊或與其他元件組合實現夾緊工件的機構，統(tǒng)稱為螺旋夾緊機構。螺旋夾緊機構的特點：結構簡單，夾緊可靠，通用性大，因此在機床夾具中得到廣泛應用。缺點是夾緊和松開工件時比較費力。 本次設計的夾緊裝置是手動的，它的組成部分有：支承軸、螺桿、壓板、壓塊及螺母等。 6.3 夾緊力的計算 夾緊力的計算是設計夾具的關鍵，它的計算是驗證所設計的機床夾具是否合理的保證。 夾緊力計算方法一般為: a.了解所選用的夾緊機構； b.畫出受力簡圖； c.運用力學知識分析、計算。 夾緊機構如下圖: 圖6-1 夾緊機構簡圖 如圖夾具體機構主要由壓板、螺桿、支承軸等組成。 它的受力簡圖如下: Wk W0 l L 圖6-2 工件受力簡圖 W0=Wk×× （6-3） W0—單個螺旋夾緊產生的夾緊力(N)； WK—切削力分力（N）； —除螺旋外機構的效率，其值為0.85-0.95。 由前面所計算得， Wk=9398.1(N) 由夾具總圖知， L=300mm l=145mm —取0.9 則將上述數值代入式（6-1）得， W0=9398.1×× =21604.8(N) 6.4 夾具零部件的設計 6.4.1 夾具體的設計 夾具體是夾具的基礎件。在夾具本上，要安裝組成該夾具所需要的各種元件，機構和裝置。設計時應滿足以下基本要求： a.應有足夠的強度和剛度； b.結構簡單，具有良好的工藝性； c.尺寸要穩(wěn)定； d.便于排屑。 A．夾具體毛坯結構的選擇 選擇夾具體毛坯結構時，應以結構合理性、工藝性、經濟性、標準化的可能性以及工廠的具體條件為依據綜合考慮。 根據由參考文獻[8]表1-9-1，夾具體一般有三種結構：鑄造結構、焊接結構、裝配結構。 由于本道工序是粗銑柴油機氣缸體的兩側面，切削負荷大、振動大，且是批量生產的，所以選擇鑄造結構，它的主要特點是，可鑄出復雜的結構形狀、抗壓強度大、抗振性好、易于加工，但制造周期長，易產生內應力，故應進行時效處理。 B．夾具體外形尺寸的確定 夾具制造屬單件生產性質，為縮短設計和制造周期，減少設計和制造費用，所以夾具體設計，一般不作復雜的計算。通常都是參考類似的夾具結構，按經驗類比法估計確定。如下表6-1。 表6-1 夾具體結構尺寸的經驗數據 夾具體部位 經驗數據 鑄造結構 夾具體壁厚h 8～25mm 夾具體加強筋厚度 (0.7～0.9)h 夾具體加強筋高度 不大于5h 按上表，取夾具體壁厚h=25mm 夾具體加強筋厚度為 0.7×25～0.9×25mm,即為17.5～22.5 mm.取厚度為20mm C．夾具體高度的確定 根據前面的總體設計及機床聯系尺寸圖，夾具體的高度H=950+250-425/2-47.5=220mm 設計的夾具技術要求有以下幾點： a.鑄造徹底清砂； b.鑄件需人工時效處理； c.鑄件不得有砂眼、氣孔、縮松、裂紋等； d.粗加工后需再次進行時效處理； e.不加工表面涂底漆。 夾具體的主要外形如下圖： 圖6-3 夾具體尺寸圖 6.4.2 支座的設計 支座是夾緊裝置與夾具體的橋梁。材料的選擇，應以結構合理性，工藝性，經濟性，標準化的可能性以及工廠的具體條件為依據綜合考慮。由于本次加工的工件外形較大，且切削負荷大、振動大，因此采用鑄造結構，材料為HT200。支座的平面圖見附錄[7]。 6.4.3 支承板的設計 工件的基準平面經切削后，可直接放在平面上定位。經過刮削，磨削的平面具有較小的表面粗糙度值和平面度誤差，且可獲得較精確的定位。常用的定位元件有支承板和平頭支承釘。這類是呈面接觸的定位件。 但是在實踐中，在大多數情況下，工件的一個平面，在夾具中不是支承在三個點上，而是支承在四個或者更多一些的支承點上，有時放在兩條長的支承板上，這樣可以提高“機床-夾具-刀具-工件”系統(tǒng)的剛性，避免夾壓力和切削力超出支承點，引起工件的彈性變形，這種變形不僅影響加工精度，還會引起振動,嚴重時造成刀具的折斷。因此本定位元采用支承板定位。 支承板有兩種類型，一種是光面支承板，用于垂直布置的場合；另外一種就是帶斜槽的支承板，用于水平方向布置的定位中，其凹槽可防止細小切屑停留在定位面上。因此，選擇帶斜槽的支承板。 又因為本次定位采用一面兩銷的定位方法，且工件的底面是不完整的，所以兩孔加工在支承板上。 因為支承板是定位元件，所以對支承板的表面粗糙度要求較高。所設計的支承板的表面粗糙度達到6.3um。 支承板設計的步驟如下： a.支承板的材料選用45鋼； b.在支承板上加工三個孔，通過螺釘與夾具體連接； c.在支承板上加工兩個定位銷孔。 支承板的主要結構如下圖： 圖6-4 支承板結構尺寸圖 6.4.4 螺桿的設計 本次的螺桿設計采用兩端加工螺紋，一端于支座連接，另一端穿過壓板和螺母連接，并且中間有一圓柱壓縮彈簧支承著壓板。彈簧的作用是防止壓板中間受力過大而彎曲變形。螺桿的螺桿的兩螺紋端的尺寸為M24，材料為45鋼。螺桿的主要外表如下圖： 圖6-5 螺桿結構尺寸圖 6.4.5 支承軸的設計 該軸主要起支承作用。設計采用的材料為45鋼，一端加工成螺紋與支座連接，別一端加工成球面支承著壓板的未端，并且在零件裝卸時可以在壓板的斜槽內滑動。螺紋端的尺寸為M24。 支承軸的主要外形及尺寸如下圖： 圖6-6 支承軸結構尺寸圖 6.4.6 壓板的設計 壓板的設計主要是為了壓緊工件，壓板設計的是否合理關系著所設計的夾具操作的方便。本著操作方便的原則，壓板的設計采用如下的步驟： a.壓板的一端加工成滑槽，該滑槽的未端由支承軸支承； b.壓板的中間部分加工成通的全長孔，裝卸時螺桿可以在里滑動。 壓板的主要形狀及尺寸如下圖: 圖6-7 壓板結構尺寸圖 6.4.7 導向板的設計 導向板的設計主要為了安裝工件時的導向作用。本次設計的導向板有四塊。相對的兩塊導向板與工件的距離為2mm。導向板上加工有三個孔，通過螺釘與支座連接在一起。導向板相對工件的表面應較光滑，表面粗糙度達到Ra3.2um。 同時還要進行表面熱處理。 導向板的形狀及尺寸如下圖： 圖6-9 導向板結構尺寸圖 7 結論 本課題設計的組合機床采用一面兩銷定位、手動夾緊，一次性加工柴油機氣缸體兩側面，保證了加工精度，提高了加工效率，減少了工人的勞動強度。而且在設計之中，盡量選用通用件，進一步減少了制造成本，從而增加了經濟效益。 所設計的組合機床能滿足以下要求： a.機床應能滿足加工要求，保證加工精度； b.機床應運轉平穩(wěn)，工作可靠，結構簡單； c.裝卸方便，便于維修、調整； d.各動力頭分別由電機拖動，可單獨控制。 參 考 文 獻 [1] 謝家瀛.組合機床設計簡明手冊[M].第一版. 北京:機械工業(yè)出版社,1996.8 [2] 姚永明. 非標準設備設計[M]. 上海:上海交通大學出版社,1999.12 [3] 大連組合機床研究所編.組合機床設計（機械部分）[M].第一版.機械工業(yè)出版社,1975. [4] 孟憲倚.組合機床及其調整與使用[M].第一版.科學技術出版社,1987. [5] 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,1998. [6] 范云漲 陳兆年編.金屬切削機床設計簡明手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社,1994.7 [7] 徐錦康．機械設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001. [8] 薛源順.機床夾具設計[M].北京：機械工業(yè)出版社.2000.11 [9] 徐灝.機械設計手冊[M].第二版. 北京:機械工業(yè)出版社,2002. [10] 東北重型機械學院.洛陽工學院.第一汽車制造廠職工大學.機床夾具設計手冊[M].上海：上?？茖W技術出版社，1988.4 致 謝 本次為期三個月的畢業(yè)設計已結束，這次畢業(yè)設計是我大學四年的最后一次作業(yè)，也是最后一次考試，之前幾次課程設計累積的經驗給了我很大的幫助。對于我來說， 它不僅僅是畢業(yè)設計，更是一次實戰(zhàn)演習，個人的孤軍奮戰(zhàn)是不行了，要注重團隊合作精神?？偟膩碚f，在整個設計過程，我意識到了團隊的重要性，作為一個整體，彼此間的協助合作很重要，這對于即將踏上工作崗位的我來說，無疑更具有意義和價值。 在這次畢業(yè)設計期間,我得到了劉道標老師的悉心指導，同組同學的熱心幫助，也在其他同學身上學到很多東西。在此，對設計過程中所有幫助過我的人，表示深深的謝意！ 本次設計任務業(yè)已順利完成，但由于本人水平有限，且是第一次做這樣的工作,缺乏經驗，難免存在錯誤，在此懇請各位老師教導指正。 25