卧式双面十轴钻组合机床夹具及液压系统设计(编辑修改稿)

卧式双面十轴钻组合机床夹具及液压系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

电动夹具、电磁夹具和真空夹具等。 夹具的组成 通常 ,夹具的组成部分如下 : (1)定位装置 定位装置包括定位元件及其组合 ,其作用是确定工件在夹具中的位置 .通常定位元件有支撑钉、定位销、 V形块等。 (2)夹紧装置 夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢、保证工件在定位 是所占据的位置、在加工过程中不应受外力 (切削力、重力、惯性力等 )作用而产生位移 ,同时可减轻或防止振动。 它通常由夹紧元件 (夹爪、压板等 )、传动机构 (如杠杆、斜锲等 )和动力装置 (汽缸液压缸等 )组成。 (3)对刀、引导装置 对刀、引导装置的作用是确定刀具进行加工 .常用的对刀、引导元件对刀块、钻套等 . (4)夹具体 夹具体是用于连接夹具上所有的元件和装置 ,使其成为一个整体的基础件 ,它还用来与机床的有关部位连接 ,以确定夹具在机床上的位置 . 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 3 3 加工工件 工件的用途 该工件为汽车后制动室左 .右支架。 用来传递制 动的扭矩，对汽车进行制动。 工件简图见图 31。 图 31 工件简图 工件的毛坏 的 制造方式 工件的材料选用 20Cr，因为工件要求传递扭矩， 20Cr 要比 15Cr 和 20 钢的强度和淬透性高，经淬火 +低温回火后，能得到良好的力学性能和低温冲击韧度，无回火脆性，渗碳时，钢的晶粒仍有长大的倾向，因而应进行二次淬火以提高心部韧性，不宜降温淬火，冷弯形时塑性较高，所以可以传递一定的扭矩。 由机械工程材料手册查得 硬度为 HBS179。 毛坯采用铸造的方法。 工件的工艺分析 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 4 该工件的主要加工面为两个端面。 其中，左 端面上要钻 2 个φ 13 孔。 右端面上要钻1个φ 孔， 2 个φ 18 个孔。 定位的定义、定位基准的选择 定位装置的定义 包括定位元件及其组合，其作用是确定工件在夹具体中的位置，即通过它使工件在加工时相对于刀具及切削成形运动处于正确的位置。 定位元件包括支承钉、支承板、形块、定位销等。 定位基准的选择原则 定位基准是加工中用做定位的基准。 在夹具装夹时，定位基准即是工件上直接与夹具上的定位元件相接触点、线、面。 正确选择定位基准对保证工件表面间的位置要求（位置尺寸和位置精度）有很大的影响 ；而且，在用夹具装夹工件时，定位基准的选择又会对夹具的结构产生很大的影响。 因此，选择合理的定位基准，对工件的加工及夹具的结构都是非常重要的。 定位基准选择的原则及要求： A：精基准的选择：（ 1）基准重合原则：即设计基准作为定位基准原则。 （ 2）基准统一原则：即在加工过程中，尽可能采用统一的定位基准。 （ 3）自为基准原则当某些表面精加工余量小而均匀时，选择加工表面本身作为定位基准称为自为基准原则。 （ 4）互为基准原则：即为了使加工面间有教高的位置精度，又为了使其加工余量小而均匀，可采用反复加工、互为基准的原则。 （ 5） 保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则。 B：粗基准的选择：（ 1）为了保证加工表面与非加工表面之间的位置要求，应选非加工面作为粗基准。 （ 2）合理分配各加工余量。 （ 3）粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向上（即同一自由度方向上），通常只允许用一次。 （ 4）粗基准的表面应平整光洁，要避免缺陷，以保证定位准确、加紧可靠。 工件主要加工面为两个端面。 由图 11从工件的结构特点我们选择 B表面为定位基准面。 只要保证了 A,B 表面与孔轴线的位置度，就可以加工出满足要求的孔。 由于加工工件上 A 面、 D 面上的孔系，采用卧式钻加工。 因为 A 面、 D 面需加工，因此，夹紧装置不宜放在 A 面、 D 面两位置上，以免钻加工时，刀具的悬伸量过大，对加工精度产生不必要的影响。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 5 4 工件的定位方法和定位误差 工件的定位方法 由于工件的加工需要，可以采用一面一定心轴和和一定位块进行定位，如图 41所示。 这种定位方式可以完全限制工件的自由度，保证定位准确。 为了增加系统的刚性和稳定性，夹具系统中还增加了弹性辅助支撑。 依据工件加工时的六点定位基本原理及以上定位方案及定位基准的分析可知：为加工A面、 D 面上 的孔系，为保证其工艺要求必须严格限制 X 、 Y 、 Z 、 X 、 Y 、 Z。 因此，选用 B平面和 C面的轴心限制 X 、 Y 、 Z 、 X 、 Y ；选用 A 面限制： Z。 这样工件的六个自由度就完全限制了。 工件的定位误差及产生原因 使用夹具加工工件时，加工表面的位置误差与工件在夹具中的定位等因素密切相关，为了保证工件的加工精度，必须使工件中各项加工误差的总合小于或等于该工序规定的公差值。 由 机床夹具设计手册可知，以机床有关的加工误差 见式 ()。 △ i+△ w≤ δ x 式 () 式中 △ i—— 与机床夹具有关的加工误差 △ w—— 与工序中夹具以外其他因素有关的加工误差 δ x—— 工序误差 与机床夹具有关的加工误差 △ i，一般包括与工件夹具中的定位误差 △ w，工件在夹具加紧中产生的误差，夹具相对于机床成形运动的位置误差，夹具相对于刀具的位置误差，以及夹具磨损造成的加工误差等。 为了给加工中其他误差因素能占有更大一些比例。 由以上式子可见，应当尽 量减少与夹具有关的误差，其中，除了在夹具制造、安装、调整、使用中减少所使用的误差外，在夹具设计时正确的减少工件在夹具中的定位误差，是必须解决的重要问题之一。 定位误差是指用夹具装夹加工工件时，由于定位不准确引起工件某加工精度参数（尺寸、位置）的误差，称为该加工精度参数的定位误差。 因此夹具设计时应当尽可能选择工序基准为定位基准，并选择精度交高的表面作为定位基准，一般定位误差控制在有关尺寸或位置公差的 1／ 3～ 1／ 5。 一孔一平面作定位基准时的定位误差有任意边接触的定位误差和固定边接触的定位误差。 工件定位见图 41。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 6 图 41 工件的定位简图 定位误差的分析计算 经分析可知：定位误差是由于精基准平面 E 和 B 内孔面引起的，与粗基准工件结构外形无关。 工件和定位销之间有相对的运动， 而且工件又是大批大量生产，及工件与定位销的结构与尺寸，查 相关手册 选用 H 7/ h 6 基孔制配合： 定心轴的极限尺寸 dd  。 孔的极限尺寸   。 如图，由于定位元件（心轴）与工件内孔直径的制造误差，两者中心线将有可能不同轴 ，从而使工件中的加工尺寸都有了误差，其误差即为基准位移误差，用 表示，由于设计基准与工序基准重合，故无基准位移误差。 由一面一定心轴误差任意边接触的计算公式见式 ()。 WD =D +d +△ min 式（ ） 式中 D —— 孔的加工公差； d —— 轴的加工公差； min —— 定位孔与定位销间的最小间距； WD —— 工件在夹具中的定位误差。 所以： WD =+ = 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 7 定位误差分析见图 42。 图 42 定位误差分析计算示意图 由下图可知工件在 Y轴上有两道工序公差而在 X 轴上有 一道工序公差，在 Y 轴上的工序公差 Δ = 和工序公差 Δ =。 在 X轴上的工序公差 Δ = mm。 由此可得 1／ 3Δ 1=， 1／ 3Δ 2= mm， 1／ 3Δ 3= ， 三道工序公差的三分之一均大于定位误差 WD = mm. 即，所选的定位方案满足要求。 工件的定位误差见图 43。 43 工件定位误差图 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 8 5 加工工件应选用的机床类型及该机床的特点 加工工件应选用的机床类型 因为，该加工工件的主要加工表面为两个端 面，且进行钻孔。 所以，选用卧式双面钻组合机床。 该支架年产量为 80000 件，属于大批量生产，因此该组合机床对对生产率要求很高，为了提高生产率就不得不用多工位得方案，使装卸时间和机动时间相重合。 结合本工序得内容、加工步骤，以及便于装卸，减轻工人劳动强度，该组合机床选用三工位的机床形式，并设置了单独的夹具和装卸工位。 另外由于要加工得支架零件不是很大，形状简单，为了便于流水线要求得生产率，以及考虑机床所占用空间位置的大小，工人操作的方便性，基于这些实际要求，采用三工位的卧式双面组合钻床。 多工位组合机床的 定义 多工位组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件通过工作台回转将装在工作台上的工件送至各工位或主轴箱的回转多次对工件进行加工的一种高效的专用机床。 组合机床的特点（与万能机床和组合机床相比较） 组合机床是用按系列化准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。 组合机床是随着生产的发展，有万能机床和专用机床发展来的。 在过去的许多年中，机械产品加工中广泛的采用万能机床。 但随着生产的发展，很多企业的产品产量越来越大，精度越来越高，如汽车、拖 拉机行业的气缸体、气缸盖、变速箱、后桥等零件，采用万能机床加工就不能很好的满足要求。 因为在某台机床上总是加工一种工件，是万能机床的很多部件和机构变得作用不大，工人整天忙于装夹工件、启动机床、进刀退刀、停车及卸工件等，不仅工人劳动强度很大，而且生产效率也不高，不利于保证产品加工精度。 专用机床的制造就是为了解决这个矛盾。 专用机床是专门用于加工一种工件或一种工件的一定工序的机床，它可以同时用许多刀具进行切削，机床的辅助动作部分的实现了自动化，结构也比万能机床简单，生产效率提高了。 但专用机床的最大弱点就是加工工件稍 有一点变动，它就用不上了需要另造新的机床，不能适应现代机械工业技术迅速发展、产品经常革新的需要，而且这种机床设计制造周期长，造价也高。 所以，在总结实践经验的基础上，提出创造高效率的机床：它既有专用床效率高结构简单的特点，又有万能机床能够重新调整，以适应新工件加工的特点。 为此，将机床上带动刀具对工件产生切削运动的部分以及床身、立柱、工作台等设计制造成通用的独立部件，徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 9 称为“通用部件”。 根据工件加工的需要，用这些通用部件配以部分专用部件就可组成机床，这就是组合机床它有如下优点。 (1)组合机床是有大量的通用零、 部件组成，故有重新改装的优越性，其通用零、部件可多次重复利用。 (2)组合机床可进行多面，多工位，多轴，多刀同时加工，故是实现集中工序的最好途径，可以提高生产效率。 (3)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故精密度稳定。 (4)由于组合机床大多数零、部件是同类的通用部件，这就简化了机床的维修和修理。 (5)自动化程度高，劳动强度低，配置灵活等。 因此，依据零件的加工工艺要求，拟采用卧式三工位多轴同时加工的组合钻床。 组合机床的设计步骤 (1)调查研究 ：主要对加工零件图样进行分析，对组合机床使用和制造单位进行深入细致的了解，查阅、搜集和分析国内外有关资料以取的可靠的设计依据，通过调查研究位组合机床总体设计提供必要的大量的数据、资料，做好充分的、全面的技术准备。 (2)总体方案的设计：总体方案的设计主要包括制定工艺方案 (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，决定工步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形式。 总体方案的拟定式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满足加工要求，能否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。 多工位立式组合钻床的总体设计，组合机床设计主要是“三图一卡”的绘制，即工序图、加工示意图、组合机床联系尺寸图及编制生产率计算卡，有关内容可参考组合机床总体设计部分，在次不再作详细的介绍。 (3)技术设计：它是根据总体设计已确定的“三图一卡”，设计机床各专用部件正式总图，如设计夹具、多轴箱等装配图以及根据运动部件有关参数和机床循环要求，设计液压和电器控制原理图，并按设计程序作必要的计算和验算，对前阶段中初 定的数据、结构做相应的调整和修改。 (4)技术设计：在技术设计通过后进行工作设计，即绘制几个专用部件的施工图样、编制各部件零件明细表。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 10 6 机床的切削力计算 组合机床切削用量的选择 组合机床合理的选择切削用量，即确定合理的切削速度和工作进给量。 这与组合机床的正常工作有很大关系。 组合机床大多为多刀加工，而且常常是多种刀具（如钻头、扩孔钻、铰刀等）同时工作。 计算最佳切削用量的工作比较复杂，要想从理论上来确定和理适于多刀加工的切削用量，现在还没有简便可靠的方法。 目前组合机床切削用量的选择，主要是参照现 场操用切削用量的情况，并根据多年来积累的一些经验数据来。