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1 引言
1.1 課題的來(lái)源及研究意義
四年的大學(xué)生活接近尾聲時(shí)，我們進(jìn)行了為期近四個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年來(lái)我們所學(xué)到的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的一次系統(tǒng)性的總結(jié)與綜合運(yùn)用，同時(shí)也是培養(yǎng)我們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的良好的機(jī)會(huì)，而且畢業(yè)設(shè)計(jì)也是大學(xué)教學(xué)的最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)。因此，認(rèn)真踏實(shí)地做好這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅意味著我們能否順利畢業(yè)，而且對(duì)今后我們走上工作崗位后能否很出色的做好自己的工作也有十分重要意義。另外，畢業(yè)設(shè)計(jì)還可以培養(yǎng)我們獨(dú)立思考，開(kāi)發(fā)思維和協(xié)調(diào)工作的能力，這對(duì)今后踏入社會(huì)以后能否盡快地適應(yīng)社會(huì)也有很大的幫助。機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)水平的主要標(biāo)志之一。這是因?yàn)楣I(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化程度，都會(huì)通過(guò)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展程度反映出來(lái)。人們之所以要廣泛使用機(jī)器，是由于機(jī)器既能承擔(dān)人力所不能或不便進(jìn)行的工作，又能較人工生產(chǎn)改進(jìn)產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是能夠大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和改善勞動(dòng)條件。機(jī)械工業(yè)肩負(fù)著為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門提供技術(shù)裝備和促進(jìn)技術(shù)改造的重要任務(wù)，在現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程中起著主導(dǎo)和決定性的作用。所以通過(guò)大量設(shè)計(jì)制造和廣泛使用各種各樣先進(jìn)的機(jī)器，就能大大加強(qiáng)和促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的力度，加速我國(guó)的社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)。由機(jī)械制造工藝系統(tǒng)的組成——機(jī)床、工件、刀具和夾具可看出夾具在機(jī)械加工中占有很重要的地位。尤其在成批生產(chǎn)時(shí)更是大量的采用機(jī)床夾具。它們是機(jī)床和工件之間的聯(lián)結(jié)裝置，使工件相對(duì)于機(jī)床或刀具獲得正確位置。機(jī)床夾具的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度，所以機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是裝備設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的工作，是加工過(guò)程中最活躍的因素之一。
本研究課題是以江蘇林海動(dòng)力機(jī)械集團(tuán)的SPE175發(fā)動(dòng)機(jī)左箱體缸頭結(jié)合面轉(zhuǎn)盤銑夾具為設(shè)計(jì)對(duì)象，目的是對(duì)箱體上表面進(jìn)行銑削加工。江蘇林海動(dòng)力機(jī)械集團(tuán)是集科工貿(mào)及金融與大專院校于一體的由60多個(gè)成員單位組成的跨行業(yè)、跨地區(qū)的大型企業(yè)集團(tuán)，林海集團(tuán)是江蘇林海動(dòng)力機(jī)械集團(tuán)公司的簡(jiǎn)稱。企業(yè)始建于1956年，具有五十年研制和生產(chǎn)小型動(dòng)力及配套機(jī)械的歷史，有專業(yè)生產(chǎn)線和柔性生產(chǎn)線組成的國(guó)內(nèi)一流的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，有達(dá)到國(guó)家一級(jí)計(jì)量水平的計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)，有動(dòng)力試驗(yàn)中心和CAD開(kāi)發(fā)中心組成的研究開(kāi)發(fā)系統(tǒng)等，具備了強(qiáng)大的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力。企業(yè)主要生產(chǎn)摩托車、摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)、特種車輛、小型汽油機(jī)、小型汽油發(fā)電機(jī)組、林業(yè)機(jī)械、消防機(jī)械等七大類100多種規(guī)格的產(chǎn)品。
本次設(shè)計(jì)將根據(jù)企業(yè)的自身要求，以現(xiàn)有的加工設(shè)備為基礎(chǔ)，為SPE175發(fā)動(dòng)機(jī)左箱體缸頭結(jié)合面的銑削加工設(shè)計(jì)專用的夾具，在滿足生產(chǎn)要求的基礎(chǔ)上提高生產(chǎn)率，并盡量節(jié)約成本。
同時(shí)通過(guò)本次設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和各項(xiàng)技能，著重培養(yǎng)設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，進(jìn)而總結(jié)、歸納和獲得合理結(jié)論，進(jìn)行較為系統(tǒng)的工程訓(xùn)練，初步鍛煉科研能力，提高論文撰寫(xiě)和技術(shù)表達(dá)能力，為實(shí)際工作奠定基礎(chǔ)。
1.2 機(jī)床夾具概述
1.2.1 夾具的概念
在金屬切削機(jī)床上加工工件時(shí)，為了保證加工表面的尺寸、幾何形狀和相互位置精度，應(yīng)使工件相對(duì)刀具和機(jī)床切削成形運(yùn)動(dòng)有正確的位置，然后將工件夾緊固定以完成安裝過(guò)程。在機(jī)床上用于安裝工件的工藝裝備稱為機(jī)床夾具。夾具在工藝裝備中占有十分重要的地位，它對(duì)保證工件的加工精度、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、擴(kuò)大機(jī)床使用范圍等方面具有重要的作用，尤其在成批生產(chǎn)時(shí)更是大量的采用機(jī)床夾具。機(jī)床夾具的好壞將直接影響工件加工的質(zhì)量，所以機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是裝備設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的工作，是加工過(guò)程中最活躍的因素之一。
1.2.2 機(jī)床夾具在機(jī)械加工中的作用
（1）可靠和穩(wěn)定地保證工件的加工精度
（2）提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低加工成本
（3）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度
（4）擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍
1.2.3 機(jī)床夾具的基本組成
就夾具組成元件的功能來(lái)看可以分為：
（1）定位元件及定位裝置
（2）夾緊元件及夾緊裝置
（3）導(dǎo)向元件
（4）對(duì)刀元件及定向元件
（5）夾具體
（6）其他元件及裝置
1.2.4 機(jī)床夾具的類型
機(jī)床夾具的種類很多，形狀千差萬(wàn)別。為了設(shè)計(jì)和制造上的方便，往往按某一屬性進(jìn)行分類。常見(jiàn)的分類有以下兩種：
（1）按夾具的通用特性劃分
如通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、成組夾具、組合夾具、隨行夾具。
（2）按所使用的機(jī)床劃分
如車床夾具、銑床夾具、鏜床夾具、磨床夾具和鉆床夾具等等。
1.2.5夾具發(fā)展變革
機(jī)械制造業(yè)經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程，從遠(yuǎn)古簡(jiǎn)單的石器打磨，到現(xiàn)代工業(yè)的數(shù)控加工，已經(jīng)擺脫了手工作坊的作業(yè)方式，進(jìn)入集團(tuán)化生產(chǎn)、專業(yè)化協(xié)作的生產(chǎn)階段。而夾具隨著機(jī)械制造模式的改變也經(jīng)歷了變革。
在科技高速發(fā)展的今天，為了使企業(yè)整體的數(shù)字化和現(xiàn)代化加工技術(shù)能夠得到更快的發(fā)展，就要使夾具設(shè)計(jì)和數(shù)字化、現(xiàn)代化加工技術(shù)相結(jié)合，解決好夾具設(shè)計(jì)制造過(guò)程中的一系列問(wèn)題，企業(yè)在產(chǎn)品制造過(guò)程中的許多疑難問(wèn)題就會(huì)迎刃而解。
1.3 機(jī)床夾具在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)
夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動(dòng)下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。
1.3.1 高精
隨著機(jī)床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對(duì)夾具的制造精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達(dá)±5μm，夾具支承面的垂直度達(dá)到0.01mm/300mm，平行度高達(dá)0.01mm/500mm。德國(guó)demmeler（戴美樂(lè)）公司制造的4m長(zhǎng)、2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺(tái)，其等高誤差為±0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在5μm以內(nèi)；夾具重復(fù)安裝的定位精度高達(dá)±5μm；瑞士EROWA柔性?shī)A具的重復(fù)定位精度高達(dá)2～5μm。機(jī)床夾具的精度已提高到微米級(jí)，世界知名的夾具制造公司都是精密機(jī)械制造企業(yè)。當(dāng)然，為了適應(yīng)不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟(jì)性，夾具有不同的型號(hào)，以及不同檔次的精度標(biāo)準(zhǔn)供選擇[1]。
1.3.2 高效
為了提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來(lái)越多。為了減少工件的安裝時(shí)間，各種自動(dòng)定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動(dòng)和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開(kāi)工件只用1～2秒，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，為機(jī)床進(jìn)行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機(jī)床上安裝與調(diào)整夾具的時(shí)間，瑞典3R夾具僅用1分鐘，即可完成線切割機(jī)床夾具的安裝與校正。采用美國(guó)Jergens（杰金斯）公司的球鎖裝夾系統(tǒng)，1分鐘內(nèi)就能將夾具定位和鎖緊在機(jī)床工作臺(tái)上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產(chǎn)線上更換夾具，起到縮短停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率的作用[1]。
1.3.3 模塊、組合
夾具元件模塊化是實(shí)現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。利用模塊化設(shè)計(jì)的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術(shù)開(kāi)發(fā)的基點(diǎn)。省工、省時(shí)，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進(jìn)夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設(shè)計(jì)為夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用CAD技術(shù)，可建立元件庫(kù)、典型夾具庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)和用戶使用檔案庫(kù)，進(jìn)行夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)，為用戶三維實(shí)體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過(guò)程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗(yàn)，了解市場(chǎng)需求，不斷地改進(jìn)和完善夾具系統(tǒng)[1]。
1.3.4 通用、經(jīng)濟(jì)
夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟(jì)性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴(kuò)展性功能強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性好。德國(guó)demmeler（戴美樂(lè)）公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強(qiáng)，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用才有推廣應(yīng)用的價(jià)值[1]。
1.4 本設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容
本設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：
(1)方案制定與選擇
(2)夾具部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(3)氣動(dòng)控制單元設(shè)計(jì)
(4)典型零部件的強(qiáng)度校核
(5)切削用量的選擇及刀具的選擇
2 原始資料數(shù)據(jù)介紹
圖2.1SPE175左箱體
工件材質(zhì)：ADC12（壓鑄鋁）
加工要求尺寸為高度236.5mm，平面度誤差在0.04mm以內(nèi)，表面粗糙度Ra為3.2m。
毛坯件壓鑄成型，毛坯尺寸237.7 mm（由于壓鑄成型，所以該尺寸有一定的波動(dòng)性，但加工余量充足，不影響加工，可滿足加工后的要求），平面度和表面粗糙度要求通過(guò)加工實(shí)現(xiàn)。
3 加工方案制定
3.1加工方案
根據(jù)SPE175發(fā)動(dòng)機(jī)左箱體的毛坯尺寸、加工要求和生產(chǎn)批量大小,相應(yīng)的加工方式也有所區(qū)別,我們共設(shè)計(jì)了三種供選擇的方案，并根據(jù)方案的優(yōu)劣選擇適合企業(yè)年生產(chǎn)綱領(lǐng)要求，并且相對(duì)加工效率最高，成本最低的方案。三種加工方案分別為：立式升降臺(tái)銑床、數(shù)控銑床、圓臺(tái)銑床。
3.1.1 方案1：立式升降臺(tái)銑床
立式升降臺(tái)銑床的主軸是垂直布置的，簡(jiǎn)稱立銑。立銑頭可以根據(jù)加工需要在垂直面內(nèi)扳轉(zhuǎn)一個(gè)角度（≤45°）。主軸能沿著軸向作手動(dòng)進(jìn)給或調(diào)整位置。立式升降臺(tái)銑床裝上面銑刀或立銑刀可加工平面、臺(tái)階、溝槽、多齒零件和凸輪表面等。
3.1.2方案2：數(shù)控銑床
立銑頭上銑刀的軸向運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)上工作的縱向、橫向運(yùn)動(dòng)，都由伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)。工作臺(tái)能手動(dòng)上、下調(diào)節(jié)其位置。這種銑床除了加工平面、臺(tái)階、溝槽外，還可以加工復(fù)雜的立體成形表面。
3.1.3方案3：圓臺(tái)銑床
圓臺(tái)銑床與一般通用銑床相比的區(qū)別，在于其工作臺(tái)為一個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)。臺(tái)面上可安裝多套夾具，加工時(shí)可同時(shí)進(jìn)行裝卸零件的過(guò)程，且該類機(jī)床一般帶有兩根主軸，可裝載兩副銑刀盤，實(shí)現(xiàn)一次裝夾先后完成兩道工序。確切的說(shuō)，它是一臺(tái)組合機(jī)床，更具有加工的針對(duì)性。
表3-1 圓臺(tái)銑床主要參數(shù)
項(xiàng) 目
規(guī) 格
主軸徑m/m
粗銑馬達(dá)
精銑馬達(dá)
轉(zhuǎn)盤直徑m/m
最大旋徑m/m
盤面高度m/m
滑鞍的最大行程m/m
銑刀直徑m/m
銑刀型式
刀具片規(guī)格
轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)數(shù)
轉(zhuǎn)盤馬達(dá)
升降馬達(dá)
潤(rùn)滑泵部
油壓馬達(dá)
Φ100
Y132M2-6-B3/5.5KW
Y132M2-6-B3/5.5KW
Φ1200
Φ1400
730
400
Φ200（參考）
R265.2-315ME-20AL（參考）
SFAN1203EFR-H10（參考）
2-5分/每轉(zhuǎn)
Y90L-4-B5/1.5KW
A02-7112-B3/0.37KW
LR43798
設(shè)計(jì)工裝時(shí)自備
機(jī)械尺寸m/m
機(jī)械重量
長(zhǎng)2100寬1600高2130
無(wú)夾具7000KGS
3.2 加工方案選擇
方案1中，采用立式升降臺(tái)銑床，特點(diǎn)是操作要求低，能夠基本保證加工要求，且由于其通用性，故通常企業(yè)內(nèi)都有大量的此類設(shè)備，原始資源充足。根據(jù)加工目的，對(duì)于粗、精加工通常會(huì)設(shè)計(jì)兩條生產(chǎn)線，即一條粗加工，一條精加工。但此種加工方案造成零件在加工過(guò)程中需要兩次裝夾，這就會(huì)產(chǎn)生一定的安裝誤差，導(dǎo)致加工后的零件無(wú)法達(dá)到技術(shù)要求，使得不合格率提高。同時(shí)，大量的勞動(dòng)力投入也不符合企業(yè)從勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變的發(fā)展趨勢(shì)，造成大量勞動(dòng)力和生產(chǎn)資料的使用率低下，無(wú)形中大大提高了生產(chǎn)成本。
方案2中，采用數(shù)控銑床，特點(diǎn)是加工精度高，能夠大大提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，且需要的勞動(dòng)力相對(duì)較少，生產(chǎn)資料的利用率也被充分提高。但采用數(shù)控銑床同樣存在著兩次裝夾的問(wèn)題，這使得產(chǎn)品的合格率又有所下降。同時(shí)，使用數(shù)控銑床使得產(chǎn)品生產(chǎn)的投入成本大副提高，對(duì)于工人的操作要求也是一大挑戰(zhàn)，又由于數(shù)控銑床本身的運(yùn)行成本較高，使得成本的控制顯得困難了許多。
方案3中，采用圓臺(tái)銑床，最直接的特點(diǎn)是該銑床有兩根主軸，可安裝兩副銑刀盤，實(shí)現(xiàn)一次裝夾先后完成粗、精加工兩道工序，解決了之前方案中由于兩次裝夾造成的加工誤差，簡(jiǎn)化了加工工序，大大縮短了加工時(shí)間，降低了勞動(dòng)成本。缺點(diǎn)是加工方式單一，通用性差。
綜上，本設(shè)計(jì)選擇方案3中圓臺(tái)銑床，該方案既可以滿足零件加工的技術(shù)要求，又符合企業(yè)年生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求，提高了生產(chǎn)率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
圖3.2 X3012機(jī)床外形圖：
圖3.2 X3012機(jī)床外形圖
4 夾具部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 定位的概念
使用夾具安裝工件時(shí)，工件在夾具中的位置是由定位元件確定的。工件的有關(guān)表面需緊靠在定位元件上，從而被確定在一個(gè)既定的位置上，實(shí)現(xiàn)工件的定位。工件定位的作用在于使工件準(zhǔn)確占據(jù)定位元件所規(guī)定的位置，并且使一批逐次加工的工件在夾具中占據(jù)同一正確的位置。通常夾具是用來(lái)安裝加工成批工件的，所以工件的定位需要保證一批工件加工位置的一致性。
4.2 工件定位的基本原理
沒(méi)有采取定位措施時(shí)，每個(gè)工件在夾具中的位置是任意的。因此，對(duì)一個(gè)工件來(lái)說(shuō)，其位置是不確定的，而對(duì)一批工件來(lái)說(shuō)，其位置將是變動(dòng)的、不一致的。一個(gè)物體在空間可能具有的運(yùn)動(dòng)稱為自由度。從理論力學(xué)可知，一個(gè)在空間處于自由狀態(tài)的物體具有六個(gè)自由度，它們是沿三個(gè)垂直坐標(biāo)軸x、y、z的平動(dòng)和沿三個(gè)垂直坐標(biāo)軸x、y、z的轉(zhuǎn)動(dòng)。若使物體在某方向上有確定的位置，就必須設(shè)法限制該方向的自由度。當(dāng)物體的六個(gè)自由度完全被限制后，則該物體在空間的位置就完全被確定了。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，是采用各種定位元件限制工件的自由度，實(shí)現(xiàn)工件的定位。
4.3 夾具部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明
圖4.1SPE左箱體
圖4-1為SPE175發(fā)動(dòng)機(jī)左箱體的剖視圖，上表面面為本次設(shè)計(jì)要求的加工平面。從零件結(jié)構(gòu)來(lái)看，以結(jié)合面為定位精基準(zhǔn)，配合兩個(gè)銷軸，是此次設(shè)計(jì)定位的主要方案，即機(jī)械加工中傳統(tǒng)的定位方式，一面兩銷定位方式。在實(shí)際生產(chǎn)中，如加工箱體，連桿和其它具有較大平面的零件，廣泛應(yīng)用一面兩銷作為定位基準(zhǔn)，采用一面兩銷具有支承面大，支承剛度好，定位精度較高，裝卸工件方便等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合面為已加工表面，精度高。因此作為定位精基準(zhǔn)，限制工件的 x移動(dòng)，y轉(zhuǎn)動(dòng)，z轉(zhuǎn)動(dòng)3個(gè)自由度。
圖4.2為圓柱銷，配合工件的軸孔作為第二定為基準(zhǔn)，限制了工件的x移動(dòng)，z移動(dòng)兩個(gè)自由度。
圖4.2 圓柱銷
圖4.3 為菱形銷，作為第三個(gè)定為基準(zhǔn)，它和圓柱銷聯(lián)合限制了工件的x移動(dòng)的自由度。使用1個(gè)圓柱銷1個(gè)菱形銷，菱形銷的兩側(cè)被削去一部分安裝時(shí)就有了更大裝夾空間，易于裝夾。使用時(shí)，要使菱形銷的橫截面長(zhǎng)軸垂直于兩銷的軸心連線，否則菱形銷不但不起應(yīng)用的作用，還有可能使工件無(wú)法裝夾。
圖4.3 菱形銷
圖4.4為支承夾緊結(jié)構(gòu)。圖中5為支承座，用于固定支承釘，與夾具體連接。6為支承釘，設(shè)計(jì)中共使用了3個(gè)支承釘和1個(gè)輔助支承釘，它們共同限制了工件的2個(gè)自由度。圖中螺母用于調(diào)節(jié)支承釘?shù)母叨?，使工件裝夾之后保持水平。7為壓板，設(shè)計(jì)中共有3處，它們共同起到夾緊工件的作用。8為鉸鏈，連接壓
圖4.4 支承夾緊結(jié)構(gòu)
板與鉸鏈座。9為推桿，在汽缸的作用下，推桿運(yùn)動(dòng)以控制壓板的夾緊與松開(kāi)。31為推桿座，用于安裝推桿，與夾具體連接。
5 切削用量的選擇及刀具的選擇
5.1 刀具的選擇
5.1.1 刀具材料應(yīng)具備的性能
刀具在工作中要承受很大的壓力和沖擊力。同時(shí)，由于切削時(shí)產(chǎn)生的工件材料塑性變形以及在刀具、切屑、工件相互接觸表面間產(chǎn)生的強(qiáng)烈摩擦，使刀具切削刃上產(chǎn)生很高的溫度和受到很大的應(yīng)力。因此，作為刀具材料應(yīng)具備以下特性。
（1）高的硬度 刀具材料必須具備高于被加工材料的硬度，一般刀具材料的常溫硬度都在62HRC以上。
（2）高的耐磨性 耐磨性是刀具抗磨損的能力。它是刀具材料力學(xué)性能、組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)性能的綜合反映。
（3）足夠的強(qiáng)度和韌性 為能承受很大的壓力，以及沖擊力和振動(dòng)，刀具材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和韌性。一般強(qiáng)度用抗彎強(qiáng)度表示，韌性用沖擊值表示。
（4）高的耐熱性 耐熱性是指刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性的性能。
（5）良好的熱物理性能和耐熱沖擊性 刀具材料抵抗熱沖擊的能力可用耐熱沖擊系數(shù)R表示，R的定義式為
R=b(1-)/E
式中-熱導(dǎo)率；b-抗拉強(qiáng)度；-泊松比；E-彈性模量；-熱膨脹系數(shù)
（6）良好的工藝性 這里指的是鍛造性能、熱處理性能、高溫塑變性能以及磨削加工性能等。
（7）經(jīng)濟(jì)性。
5.1.2 工件材料性能
下表為工件材料ADC12（壓鑄鋁合金，ADC12為新牌號(hào)，與表中牌號(hào)相符）性能參數(shù)。
表5-1工件材料性能參數(shù)：
合金牌號(hào)
合金代號(hào)
力學(xué)性能
YZAlSil1Cu3
YL114
抗拉強(qiáng)度
b/Map
伸長(zhǎng)率(%)
(l0=50)
布氏硬度HBS
(5/250/30)
230
1
80
5.1.3 刀具性能和選定
下表為刀具性能參數(shù)。
表5-2刀具性能參數(shù)
材料性能
密度/
(g/cm3)
硬度
抗彎強(qiáng)度
/Map
抗壓強(qiáng)度
/Map
沖擊韌性
/(kJ/m2)
材料種類
高速鋼
7.6-7.8
63-70
HRC
250-4000
250-4000
100-600
硬質(zhì)
合金
8.0-15
89-94
HRA
900-2450
3500-5900
25-60
材料性能
彈性模量/Gap
熱導(dǎo)率/
[W/(m﹒K)]
熱膨脹系數(shù)
/(×10-6/℃)
耐熱性/℃
刀具材料
材料種類
高速鋼
200-230
16.0-25.1
9-12
600-650
高速鋼
硬質(zhì)
合金
420-630
20.93-83.74
5-7
800-1000
鑄造鈷
基合金
根據(jù)工件材料性能參數(shù)可知，高速鋼刀具和硬質(zhì)合金刀具均能對(duì)工件進(jìn)行加工，硬質(zhì)合金刀具硬度明顯高于工件材料硬度，考慮到工件加工數(shù)量較大，大批量的加工很容易使刀具磨損嚴(yán)重，造成產(chǎn)品尺寸無(wú)法達(dá)到加工技術(shù)要求，頻繁更換刀具又造成大量的刀具調(diào)試時(shí)間，影響了加工效率，綜合各種因素，故選用硬質(zhì)合金刀具加工工件[13]。
5.2 切削用量的選擇原則
制訂切削用量，就是要在已經(jīng)選擇好刀具材料和幾何角度的基礎(chǔ)上，合理地確定切削深度p、進(jìn)給量f和切削速度c。
所謂合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和機(jī)床性能，在保證加工質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。
不同的加工性質(zhì)，對(duì)切削加工的要求是不一樣的。因此，在選擇切削用量時(shí)，考慮的側(cè)重點(diǎn)也應(yīng)該有所區(qū)別。粗加工時(shí)，應(yīng)盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度，故一般有限選擇盡可能大的切削深度p，其次選擇較大的進(jìn)給量f，最后根據(jù)刀具男用度要求，確定合適的切削速度。精加工時(shí)，首先應(yīng)保證工件的加工精度和表面質(zhì)量要求，故一般選用較小的進(jìn)給量f和切削深度p，而盡可能選用較高的切削速度c。
5.2.1 切削深度p的選擇
切削深度應(yīng)根據(jù)工件的加工余量來(lái)確定。
粗加工時(shí)，除留下精加工余量外， 走刀應(yīng)盡量可能切除全部余量。當(dāng)加工余量過(guò)大，工藝系統(tǒng)剛度較低，機(jī)床功率不足，刀具強(qiáng)度不夠，或斷續(xù)切削的沖擊振動(dòng)較大時(shí)，可分多次走刀。切削表面層有硬皮的鑄鍛件時(shí)，應(yīng)盡量使用p大于硬皮層的厚度，以保護(hù)刀尖。
半精加工和精加工的加工余量一般較少，可一次切除。但有時(shí)為了保證工件的加工精度和表面質(zhì)量，也可采用二次走刀。
多次走刀時(shí)，應(yīng)盡量將第一次走刀的切削深度取大些，一般為總加工余量的2/3-3/4。
在中等功率的機(jī)床上，粗加工時(shí)的切削深度可達(dá)8-10mm，半精加工（表面粗糙度為Ra6.3-3.2m）時(shí)，切削深度取為0.5-2mm，精加工（表面粗糙度為Ra1.6-0.8 m）時(shí)，切削深度取為0.1-0.4mm。
圖5.1 加工銑削示意圖
圖5.1為工件加工示意圖，右側(cè)刀盤為粗加工，左側(cè)刀盤為精加工。粗加工時(shí)，考慮在保證精加工的同時(shí)盡可能多的去除加工余量，所以確定粗加工的切削深度為1.2mm；留0.3mm作為精加工余量。
5.2.2 進(jìn)給量f的選擇
切削深度選定以后，接著就應(yīng)盡可能選用較大的進(jìn)給量f。粗加工時(shí)，由于作用在工藝系統(tǒng)上的切削力較大，進(jìn)給量的選取受到下列因素限制：機(jī)床-刀具-工件系統(tǒng)的剛度，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度，機(jī)床有效功率與轉(zhuǎn)矩，以及斷續(xù)切削時(shí)刀片的強(qiáng)度。
半精加工和精加工時(shí)，最大進(jìn)給量主要受工件加工表面粗糙度的限制。
工廠中，進(jìn)給量一般多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按一定表格選取，在有條件的情況下，可通過(guò)對(duì)切削數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索和優(yōu)化。
進(jìn)給量f=d/1000=×200/1000=0.628mm/r
d-刀盤直徑
5.2.3 切削速度c的選擇
在p和f選定以后，可在保證刀具合理耐用的條件下，用計(jì)算的方法或用查表法確定切削速度c的值。在具體確定c值時(shí)，一般應(yīng)遵循下述原則：
（1）粗銑時(shí)，切削深度和進(jìn)給量均較大，故選擇較低的切削速度；精銑時(shí)，則選擇較高的切削速度。
（2）工件材料的加工性較差時(shí)，應(yīng)選較低的切削速度。故加工灰鑄鐵的切削速度應(yīng)較加工中碳鋼低，而加工鋁合金和銅合金的切削速度則較加工鋼高得多。
（3）刀具材料的切削性能越好時(shí)，切削速度也可選得越高。因此，硬質(zhì)合金刀具的切削速度可選得比高速鋼高好幾倍，而涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石和立方氮化硼刀具的切削速度又可選得比硬質(zhì)合金刀具高許多。
此外，在確定精加工、半精加工的切削速度時(shí)，應(yīng)注意避開(kāi)積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的區(qū)域；在易發(fā)生振動(dòng)的情況下，切削速度應(yīng)避開(kāi)自激振動(dòng)的臨界速度；在加工帶硬皮的鑄鍛件時(shí)，加工大件、細(xì)長(zhǎng)件和薄壁件時(shí)，以及斷續(xù)切削時(shí)，應(yīng)選用較低的切削速度。
回轉(zhuǎn)體（刀具或工件）上選定點(diǎn)的切削速度c（m/min或m/s）的計(jì)算公式為：
c =dn/1000
d-工件過(guò)刀具上選定點(diǎn)的回轉(zhuǎn)直徑（mm）
n-工件或刀具的轉(zhuǎn)速（r/s或r/min）
根據(jù)機(jī)床參數(shù)確定，粗加工刀盤轉(zhuǎn)速為508r/min，精加工刀盤轉(zhuǎn)速為743r/min。
粗加工銑削速度c=319m/min
精加工銑削速度c=466m/min
6 典型零部件強(qiáng)度校核及材料選擇
6.1 強(qiáng)度理論概述
各種材料因強(qiáng)度不足引起的失效現(xiàn)象是不同的。塑性材料，如普通碳鋼，以發(fā)生屈服現(xiàn)象，出現(xiàn)塑性變形為失效的標(biāo)志。脆性材料，如鑄鐵，失效現(xiàn)象則是突然斷裂。在單向受力情況下，出現(xiàn)塑性變形的屈服極限s和發(fā)生斷裂時(shí)的強(qiáng)度極限b，可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。s和b可稱為失效應(yīng)力。以安全系數(shù)除失效應(yīng)力，便得到許用應(yīng)力[]，于是建立強(qiáng)度條件
[]
可見(jiàn)，在單向應(yīng)力狀態(tài)下，失效狀態(tài)或強(qiáng)度條件都是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的。
實(shí)際構(gòu)件危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)往往不是單向的。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)，要比單向拉伸或壓縮困難得多。常用方法是把材料加工成薄壁圓筒，在內(nèi)壓p作用下，筒壁為二向應(yīng)力狀態(tài)。如再配以軸向拉力F，可使兩個(gè)主應(yīng)力之比等于各種預(yù)定的數(shù)值。這種薄壁筒試驗(yàn)除作用內(nèi)壓和軸力外，有時(shí)還在兩端作用扭矩，這樣還可得到更普遍的情況。此外，也還有一些實(shí)現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的其他實(shí)驗(yàn)方法。盡管如此，完全復(fù)現(xiàn)實(shí)際中遇到的各種復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，并不容易。況且，復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)中應(yīng)力組合的方式和比值，又有各種可能。如果像單向拉伸一樣，靠實(shí)驗(yàn)來(lái)確定失效狀態(tài)，建立強(qiáng)度條件，則必須對(duì)各式各樣的應(yīng)力狀態(tài)一一進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定失效應(yīng)力，然后建立強(qiáng)度條件。由于技術(shù)上的困難和工作的繁重，往往是難以實(shí)現(xiàn)的。解決這類問(wèn)題，經(jīng)常是依據(jù)部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)過(guò)推理，提出一些假說(shuō)，推測(cè)材料失效的原因，從而建立強(qiáng)度條件。
事實(shí)上，盡管失效現(xiàn)象比較復(fù)雜，但經(jīng)過(guò)歸納，強(qiáng)度不足引起的失效現(xiàn)象主要還是屈服和斷裂兩種類型。同時(shí)，衡量受力和變形程度的量又有應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變能密度等。人們?cè)陂L(zhǎng)期的生產(chǎn)活動(dòng)中，綜合分析材料的失效現(xiàn)象和資料，對(duì)強(qiáng)度失效提出各種假說(shuō)。這種假說(shuō)認(rèn)為，材料之所以按某種方式（斷裂或屈服）失效，是應(yīng)力、應(yīng)變或應(yīng)變能密度等因素中某一因素引起的。按照這類假說(shuō)，無(wú)論是簡(jiǎn)單或復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，引起失效的因素是相同的。亦即，造成失效的原因與應(yīng)力狀態(tài)無(wú)關(guān)。這類假說(shuō)稱為強(qiáng)度理論。利用強(qiáng)度理論，便可由簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的強(qiáng)度條件。
強(qiáng)度理論既然是推測(cè)強(qiáng)度失效原因的一些假說(shuō)，它是否正確，適用于什么情況，必須由生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)。經(jīng)常是適用于某種材料的強(qiáng)度理論，并不適用于另一種材料；在某種條件下適用的理論，卻又不適用于另一種條件。
6.2 壓板的強(qiáng)度校核與材料選擇
圖6-1 壓板
6.2.1 切削力
切削加工時(shí)，在刀具的作用下，被切削層金屬、切屑和工件已加工表面金屬都要產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，這些變形所產(chǎn)生的抗力分別作用在前刀面和后刀面上；同時(shí)，由于切屑沿前刀面流出，刀具與工件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以還有摩擦力作用在前刀面和后刀面上。這些作用在刀具上的合力就是總切削力F，簡(jiǎn)稱切削力。
由于F受很多因素的影響，因此，其大小和方向都是不固定的。為了便于分析切削力的作用和測(cè)量切削力的大小，常常將總切削力F分解為三個(gè)互相垂直的切削分力：
（1）切削力Fc 是總切削力在主運(yùn)動(dòng)方向上的分力。因此，它垂直于基面，是切削力中最大的一個(gè)切削分力。其所消耗的功率占總功率的95%-99%。它是計(jì)算機(jī)床動(dòng)力，校核刀具、夾具的強(qiáng)度與剛度的主要依據(jù)之一。
（2）背向力Fp 是總切削力在切削深度方向上的分力。它在基面內(nèi)，與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向垂直。此力作用在機(jī)床-夾具-工件-刀具系統(tǒng)剛度最弱的方向上，容易引起振動(dòng)與加工誤差，它是設(shè)計(jì)和校驗(yàn)系統(tǒng)剛度和精度的基本參數(shù)。
（3）進(jìn)給力Ff 是總切削力在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的分力。它在基面內(nèi)，與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向一致。Ff作用在機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)上，是計(jì)算和校驗(yàn)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)力、強(qiáng)度及剛度的主要依據(jù)之一[15]。
6.2.2 強(qiáng)度校核
為校核夾具強(qiáng)度，需計(jì)算切削力Fc
Fc=kc﹒p﹒f（N）
kc-單位切削力；p-切削深度；f-進(jìn)給量
查表,當(dāng)f=0.3mm/r時(shí)kc=814.2N/mm2
計(jì)算得Fc=293.112N
Fc=f摩擦力= k﹒FN
k-摩擦系數(shù) 查表得=0.1
計(jì)算得FN=1724.19N
工作應(yīng)力=FN/A
A-最小截面面積 為120mm2
計(jì)算得=14.368MPa
6.2.3 材料選擇
表6-1常用材料的主要力學(xué)性能
材料名稱
牌號(hào)
s/(MPa)
b/(MPa)
5/%
優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼
45
353
598
16
合金結(jié)構(gòu)鋼
40Cr
785
980
9
灰鑄鐵
HT150
120-175
由表可知壓板材料選用45優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼即可完全滿足強(qiáng)度要求。
7 氣動(dòng)技術(shù)概況
氣動(dòng)技術(shù)是以壓縮空氣作為介質(zhì)，以空氣壓縮機(jī)作為動(dòng)力源，來(lái)實(shí)現(xiàn)能量傳遞或信號(hào)傳遞與控制的工程技術(shù)，是流體傳動(dòng)與控制的重要重要組成技術(shù)之一，也是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)電一體化的重要途徑。
氣動(dòng)技術(shù)與傳統(tǒng)的液壓技術(shù)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便、方便安裝維護(hù)；(2)輸出速度一般在50~500mm/s，速度快于液壓和電氣方式；(3)對(duì)沖擊負(fù)載和負(fù)載過(guò)載的適應(yīng)能力較強(qiáng)；(4)可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、安全無(wú)污染且成本較低。
由于氣動(dòng)技術(shù)具有以上的使用優(yōu)點(diǎn)，氣動(dòng)技術(shù)在世界工業(yè)企業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。一個(gè)完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)包括機(jī)械、動(dòng)力、信息檢測(cè)傳感、執(zhí)行、控制及信號(hào)處理等部分。作為機(jī)電一體化系統(tǒng)的執(zhí)行部分的氣動(dòng)元件及其系統(tǒng)不僅僅具有機(jī)械、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)也集成了信息檢測(cè)傳感等元件，甚至還集成了其他一些微型機(jī)電系統(tǒng)。
7.1 氣動(dòng)技術(shù)的主要應(yīng)用
氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用面的擴(kuò)大是氣動(dòng)工業(yè)發(fā)展的標(biāo)志。氣動(dòng)元件的應(yīng)用主要為兩個(gè)方面：維修和配套。過(guò)去國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)元件的銷售主要用于維修，近幾年來(lái)，直接為主要配套的銷售份額逐年增加。國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)元件的應(yīng)用，從價(jià)值數(shù)千萬(wàn)元的冶金設(shè)備到只有幾百元的椅子。鐵道扳岔、列車的煞車、街道清掃、特種車間內(nèi)的起吊設(shè)備、軍事指揮車等都用上了專門開(kāi)發(fā)的國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)元件。這說(shuō)明氣動(dòng)技術(shù)已滲透到各行各業(yè)，并且正在日益擴(kuò)大。
氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用主要在：
(1)汽車、輪船等制造業(yè)：
包括焊裝生產(chǎn)線、夾具、機(jī)器人、輸送設(shè)備、組裝線、等方面。
(2)生產(chǎn)自動(dòng)化：
機(jī)械加工生產(chǎn)線上零件的加工和組裝,如工件的搬運(yùn)、轉(zhuǎn)位、定位、檢測(cè)等工序。
(3)某些機(jī)械設(shè)備：
冶金機(jī)械、印刷機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、制鞋機(jī)械、塑料制品生產(chǎn)線、等許多場(chǎng)合。
(4)電子半導(dǎo)體、家電制造業(yè)：
硅片的搬運(yùn)、元器件的插入與錫焊，彩電、冰箱的裝配生產(chǎn)線等。
(5)包裝過(guò)程自動(dòng)化：
化肥、糧食、食品、藥品等實(shí)現(xiàn)粉末、粒狀、塊狀物料的自動(dòng)計(jì)量包裝。用于煙草工業(yè)的自動(dòng)化卷煙和自動(dòng)化包裝等許多工序。用于對(duì)粘稠液體(如化妝品、牙膏等)和有毒氣體(如煤氣等)的自動(dòng)計(jì)量灌裝。
7.2 氣動(dòng)元件在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)
隨著生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提高，氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用面迅速擴(kuò)大、氣動(dòng)產(chǎn)品品種規(guī)格持續(xù)增多，性能、質(zhì)量不斷提高，同時(shí)陸續(xù)開(kāi)發(fā)出適應(yīng)市場(chǎng)要求的新產(chǎn)品，使氣動(dòng)元件的品種日益增加，其發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面：
7.2.1 精確化
為了使氣缸的定位更精確，使用了傳感器、比例閥等實(shí)現(xiàn)反饋控制，此外，一種新穎的電磁開(kāi)關(guān)型氣動(dòng)比例控制閥和數(shù)字閥也得到應(yīng)用。如M L 2 B 系列是具有測(cè)量、反饋、無(wú)桿和制動(dòng)綜合功能的氣缸。帶有彈簧、氣壓雙重鎖緊裝置，當(dāng)活塞速度在500mm/s 以下時(shí)，無(wú)需任何校正控制回路。其停止精度可以在0.5mm 以下，在制動(dòng)氣缸中設(shè)有制動(dòng)裝置，可以根據(jù)需要使活塞停止在行程的某一確定位置，定位精度高。
7.2.2 小型化、集成化
有限的空間要求氣動(dòng)元件的外形尺寸盡量小，小型化是主要發(fā)展趨勢(shì)。如CJP 系列針筆形氣缸的缸徑小至2.5-15mm，可以用于小型和微型機(jī)械設(shè)備的場(chǎng)合。氣閥的集成化不僅僅將幾只閥合裝，還包含了傳感器、可編程序控制器等功能。集成化的目的不單是節(jié)省空間，還有利于安裝、維修和工作的可靠性，同時(shí)也增加了一些附加功能。
7.2.3 高速化
氣缸的高速化發(fā)展對(duì)提高裝置的生產(chǎn)效率有著重要意義。為了提高生產(chǎn)率，自動(dòng)化的節(jié)拍正在加快，高速化是必然趨勢(shì)。氣缸高速化的發(fā)展相應(yīng)需要解決的技術(shù)問(wèn)題，除對(duì)密封的材料、形狀有所考慮外，氣缸的驅(qū)動(dòng)方式及如何吸收沖擊慣量進(jìn)行緩沖等問(wèn)題也非常重要。
7.2.4 復(fù)合化
氣缸的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)就是復(fù)合化，為了方便用戶，縮短用戶進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)間，各公司研制出復(fù)合化概念的氣缸組件，這些具有復(fù)合功能的氣缸，大大地方便了用戶的選擇和使用，市場(chǎng)的需求及技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)把氣缸的發(fā)展帶入到一個(gè)多樣化的新時(shí)代。如NSC 公司推出的帶吸盤的一體化氣缸，與眾不同的是：1)與真空發(fā)生器一體；2)吸盤接觸到工件后，吸著并能自動(dòng)復(fù)歸，無(wú)需真空壓力觸電開(kāi)關(guān)；3)氣缸的推力不作用在工件上。NOK 公司的FPT 系列平臺(tái)承重式氣缸將導(dǎo)軌、平臺(tái)、氣缸集于一體，可直接用作小型壓力機(jī)下的移動(dòng)底座。
7.2.5 安全性
由于氣體的可壓縮性，氣動(dòng)產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)軟接觸，動(dòng)作柔和；有些特定的環(huán)境，如防火、防爆、高溫、高濕等場(chǎng)合，氣動(dòng)元件有其獨(dú)有的適應(yīng)性；氣動(dòng)系統(tǒng)可以在間隙工作狀態(tài)下輸出較大能量，抗過(guò)載能力強(qiáng)，這些都是其他機(jī)電產(chǎn)品無(wú)法相比的。此外，真空、射流技術(shù)已與傳統(tǒng)的氣動(dòng)技術(shù)融為一體，它們的產(chǎn)品已成為氣動(dòng)產(chǎn)品的一部分。
另外，氣動(dòng)元件還有一些其他的發(fā)展趨勢(shì)，如氣動(dòng)元件與電子技術(shù)相結(jié)合，向智能化方向發(fā)展；元件性能向著高頻、高響應(yīng)、高壽命、耐高溫、耐高壓方向發(fā)展，普遍采用無(wú)油潤(rùn)滑，應(yīng)用新工藝、新技術(shù)、新材料。
7.3 氣缸
7.3.1 氣缸的分類
普通氣缸的結(jié)構(gòu)組成主要由前蓋、后蓋、活塞、活塞桿、缸筒和其他一些零部件組成。
氣缸的種類很多。一般按壓縮空氣作用在活塞面上的方向、結(jié)構(gòu)特征和安裝方式來(lái)分類，包括單作用氣缸、雙作用氣缸、特殊氣缸、組合氣缸、固定式氣缸和軸銷式氣缸。
7.3.2 氣缸的工作原理
這里就本設(shè)計(jì)所使用的雙作用氣缸進(jìn)行介紹。雙作用氣缸指兩腔可以分別輸入壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)的氣缸。其結(jié)構(gòu)可分為雙活塞桿式、單活塞桿式、雙活塞式、緩沖式和非緩沖式等。此類氣缸使用最為廣泛。
（1）雙活塞桿雙作用氣缸 雙活塞桿氣缸有缸體固定和活塞桿固定兩種。缸體固定時(shí)，其所帶載荷（如工作臺(tái)）與氣缸兩活塞桿連成一體，壓縮空氣依次進(jìn)入氣缸兩腔（一腔進(jìn)氣另一腔排氣），活塞桿帶動(dòng)工作臺(tái)左右運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍等于其有效行程s的3倍。安裝所占空間大，一般用于小型設(shè)備上?；钊麠U固定時(shí)，為管路連接方便，活塞桿制成空心，缸體與載荷（工作臺(tái)）連成一體，壓縮空氣從空心活塞桿的左端或右端進(jìn)入氣缸兩腔，使缸體帶動(dòng)工作臺(tái)向左或向右運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍為其有效行程s的2倍。適用于中、大型設(shè)備。雙活塞桿氣缸因兩端活塞桿直徑相等，故活塞兩側(cè)受力面積相等。當(dāng)輸出壓力、流量相同時(shí)，其往返運(yùn)動(dòng)輸出力及速度均相等。
（2）緩沖氣缸 對(duì)于接近行程末端的速度較高的氣缸，不采取必要措施，活塞就會(huì)以很大的力（能量）撞擊端蓋，引起振動(dòng)和損壞機(jī)件。為了使活塞在行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象，在氣缸兩端加設(shè)緩沖裝置，一般稱為緩沖氣缸。緩沖氣缸主要由活塞桿、活塞、緩沖柱塞、單向閥、節(jié)流閥、端蓋等組成。其工作原理是：當(dāng)活塞在壓縮空氣推動(dòng)下向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，缸右腔的氣體經(jīng)柱塞孔及缸蓋上的氣孔排出。在活塞運(yùn)動(dòng)接近行程末端時(shí)，活塞右側(cè)的緩沖柱塞將柱塞孔堵死、活塞繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，封在氣缸右腔內(nèi)的剩余氣體被壓縮，緩慢地通過(guò)節(jié)流閥及氣孔排出，被壓縮的氣體所產(chǎn)生的壓力能如果與活塞運(yùn)動(dòng)所具有的全部能量相平衡，即會(huì)取得緩沖效果，使活塞在行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊。調(diào)節(jié)節(jié)流閥閥口開(kāi)度的大小，即可控制排氣量的多少，從而決定了被壓縮容積（稱緩沖室）內(nèi)壓力的大小，以調(diào)節(jié)緩沖效果。若令活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，從氣孔輸入壓縮空氣，可直接頂開(kāi)單向閥，推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)。如節(jié)流閥閥口開(kāi)度固定，不可調(diào)節(jié)，即稱為不可調(diào)緩沖氣缸。氣缸所設(shè)緩沖裝置種類很多，上述只是其中之一，當(dāng)然也可以在氣動(dòng)回路上采取措施，達(dá)到緩沖目的。
8 使用說(shuō)明
首先打開(kāi)總電源，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速擋位至要求的轉(zhuǎn)速，空運(yùn)行機(jī)床，觀察有無(wú)異?，F(xiàn)象，如非正常震動(dòng)、運(yùn)行不穩(wěn)定等。待熱機(jī)后停止，安裝調(diào)試夾具。
氣缸的使用，一般氣缸的正常工作條件：環(huán)境溫度-35~80℃，工作壓力為0.4-0.6MPa。安裝前，應(yīng)在1.5倍工作壓力條件下進(jìn)行試驗(yàn)，不應(yīng)漏氣。安裝的氣源進(jìn)口處必須設(shè)置氣源調(diào)節(jié)裝置：過(guò)濾器、減壓閥等。安裝時(shí)注意活塞桿應(yīng)盡可能使載荷作用在活塞桿軸線上，活塞桿不允許承受偏心或橫向載荷。不使用滿行程。
安裝刀具，調(diào)節(jié)刀具位置，保證加工余量，避免工件在加工過(guò)程中出現(xiàn)粗加工和精加工同時(shí)進(jìn)行的現(xiàn)象。
試加工零件，檢驗(yàn)加工質(zhì)量，根據(jù)加工要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
結(jié)束語(yǔ)
本設(shè)計(jì)為針對(duì)SPE175發(fā)動(dòng)機(jī)左箱體結(jié)合面銑削設(shè)計(jì)夾具及氣路。設(shè)計(jì)以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，滿足年生產(chǎn)綱領(lǐng)為核心，根據(jù)加工對(duì)象的外行特點(diǎn)制定了合理的夾緊方案和加工方法。充分利用了圓臺(tái)銑床的加工特點(diǎn)，避免了通用銑床和數(shù)控銑床存在的各種加工缺陷，節(jié)約了勞動(dòng)力和勞動(dòng)成本，為生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)提供了合理的運(yùn)行方案，為企業(yè)創(chuàng)造了更理想的利潤(rùn)空間。
夾具設(shè)計(jì)采用一面兩銷，配合支承釘、輔助支承釘及定位桿完全限定了工件的自由度，且安裝卸載工件方便、快速，加工全過(guò)程只需一位操作工人就可完成加工工作。同時(shí)采用的氣動(dòng)夾緊裝置又大大降低了裝卸工件所需要的時(shí)間，充分利用了原有的氣動(dòng)資源，合理的運(yùn)用到了夾具的設(shè)計(jì)當(dāng)中。
在較好的符合了預(yù)想的同時(shí)，也不得不承認(rèn)設(shè)計(jì)中存在著不足之處。首要問(wèn)題，通用性是該夾具的最大缺陷。面對(duì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，產(chǎn)品的改型，設(shè)計(jì)的優(yōu)化都會(huì)對(duì)加工中使用的夾具提出要求，而過(guò)于針對(duì)單一產(chǎn)品的夾具必然會(huì)在今后的生產(chǎn)中因無(wú)法用于新產(chǎn)品的加工而被迫報(bào)廢，這對(duì)企業(yè)而言就是損失，無(wú)形中提高了生產(chǎn)加工的成本。同時(shí)，為了給新產(chǎn)品設(shè)計(jì)新的夾具，又迫使企業(yè)需要投入更多的資源用于設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，延長(zhǎng)了新產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，為新產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場(chǎng)增添了阻礙。所以，在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)充分考慮設(shè)計(jì)的可延續(xù)性，設(shè)計(jì)是否能在新產(chǎn)品的生產(chǎn)中再次發(fā)揮作用，更理想的是設(shè)計(jì)類似的組合夾具，就像搭積木一樣，重新組合一下就是一套新的夾具。當(dāng)然，不可否認(rèn)的是這樣的設(shè)計(jì)思路確實(shí)也存在著許多問(wèn)題，對(duì)于設(shè)計(jì)人員也提出了更高的要求，但是面對(duì)困難如何去解決，更是一個(gè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該去努力的。
在設(shè)計(jì)的同時(shí)，許多新的想法也一一出現(xiàn)。自動(dòng)裝卸工件，自動(dòng)清理切屑以保證工件安裝定位的準(zhǔn)確，更甚至是全自動(dòng)的生產(chǎn)線等等。雖然暫時(shí)還沒(méi)有能力進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計(jì)，但是創(chuàng)新的思想將為今后的工作指點(diǎn)新的方向。
結(jié)論
本課題的任務(wù)是針對(duì)SPE175發(fā)動(dòng)機(jī)左箱體缸頭結(jié)合面的銑削，在X3012機(jī)床平臺(tái)上設(shè)計(jì)專用的夾具，要求設(shè)計(jì)合理，裝夾方便，定位準(zhǔn)確，滿足加工技術(shù)要求，符合單班制年生產(chǎn)5萬(wàn)臺(tái)的生產(chǎn)綱領(lǐng)，同時(shí)盡量提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)勞動(dòng)成本。
通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我從中學(xué)習(xí)到了很多知識(shí)，雖然投入了大量的精力，但收獲與付出是相符合的。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我遇到了許多困難，主要是因?yàn)槿狈?shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，考慮問(wèn)題的全面性尚且不足，當(dāng)然，這對(duì)于一個(gè)還未走上工作崗位，參與實(shí)際生產(chǎn)的大學(xué)生來(lái)說(shuō)是可以理解的。但對(duì)于所學(xué)知識(shí)的理解深度不夠是需要自己反思，并且在今后的學(xué)習(xí)工作過(guò)程中注意的。隨著設(shè)計(jì)工作的不斷深入，困難也一一被攻破，使對(duì)許多學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行了強(qiáng)化。比如三圖一卡的繪制，切削用量的計(jì)算，零件的強(qiáng)度校核，定位基準(zhǔn)的選擇等。同時(shí)，也讓我學(xué)習(xí)到了很多只有在實(shí)際生產(chǎn)中才能學(xué)到的知識(shí)，了解了現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展和現(xiàn)代氣動(dòng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。
可以非?？隙ǖ恼f(shuō)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)幾乎涵蓋了四年大學(xué)所學(xué)的全部知識(shí)，設(shè)計(jì)、制造、制圖、輔助軟件的使用等等，它是大學(xué)四年的一個(gè)總結(jié)。
通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我對(duì)各項(xiàng)知識(shí)的理解，更培養(yǎng)了分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，教會(huì)我怎樣制定工作步驟并有條不紊不執(zhí)行，這些為我今后走上工作崗位奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
致 謝
本課題的研究工作是在許國(guó)宏老師的關(guān)懷和指導(dǎo)下完成的。從今年開(kāi)學(xué)到畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束的這段日子里，許老師在學(xué)習(xí)上給了我悉心的指導(dǎo)，使我在各方面能力都有了很大提高。在江蘇林海動(dòng)力機(jī)械集團(tuán)做畢業(yè)設(shè)計(jì)這段日子里，這里的各位高級(jí)工程師給了我莫大的幫助，他們?cè)诜泵Φ墓ぷ髌陂g，對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成付出了大量的心血，多次給我提出深刻而具有指導(dǎo)性的意見(jiàn)。正是有了許工程師對(duì)我時(shí)時(shí)刻刻的指導(dǎo)，才使我能正確把握論文的方向，并順利地完成。老師嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，深邃的洞察力，高度的責(zé)任心和敬業(yè)精神，平易近人的工作作風(fēng)，一直深深的影響和激勵(lì)著我，使得我在學(xué)習(xí)和生活上受益匪淺。在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之時(shí)，謹(jǐn)向恩師們表示最衷心的感謝，并致以崇高的敬意。
同時(shí)，我要感謝江蘇林海動(dòng)力機(jī)械集團(tuán)給我們畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了良好的工作平臺(tái)和工作環(huán)境，使我的論文能夠順利完成。
其次，我也要感謝所有關(guān)心和幫助過(guò)我的人。
最后，要特別感謝所有給我傳道授業(yè)的老師們，正是你們的辛勤教授才使學(xué)生有了完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的知識(shí)與能力儲(chǔ)備，奠定了我的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。
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