裝配圖柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合機床總體及夾具設計(論文+DWG圖紙)
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外文翻譯
專 業(yè) 機械設計及自動化
學 生 姓 名 陶 金 丞
班 級 B機制023班
學 號 0210110333
指 導 教 師 劉 道 標
柔性制造
陶金丞譯
摘要：
在制造中，生產(chǎn)率和柔性之間經(jīng)常存在協(xié)調(diào)一致的問題。在該領域的一端是具有高生產(chǎn)率卻低柔性的連續(xù)生產(chǎn)線；在該領域的另一端是能提供最大柔性的獨立的計算機數(shù)字控制的機床，但它只能進行低生產(chǎn)率的制造。柔性制造出在此連續(xù)統(tǒng)一體中間。在制造中總是需要一個系統(tǒng)，這個系統(tǒng)比單個機床能制造更大批量且用于更多制造過程，但仍保持起柔性。
關鍵詞：柔性制造、協(xié)調(diào)一致
柔性制造的定義：
計算機集成制造的前一部叫做柔性制造。
柔性在現(xiàn)在帶制造環(huán)境中是一個重要的特征。它意味著一個制造系統(tǒng)是用途多且適應性強，同時又能進行產(chǎn)量相對較大的制造。柔性制造系統(tǒng)是多用途的，這是因為它能制造多種多樣的部件。它適應性強，因為它能很快地加以改變來制造完全不同的另一種部件。這種柔性在競爭激烈的國際市場上可能成敗有別。
這是一個平衡的問題。獨立的計算機數(shù)字控制（NC）機床有著高度的柔性，但是只能處理批量相對較小的制造。正相反，系列連續(xù)生產(chǎn)線能進行批來年感較大的制造，但都不靈活。柔性制造試圖運用工業(yè)技術在靈活性與制造運行之間達到最佳的平衡。這些工業(yè)技術包括自動化的材料、處理、成組技術及計算機和分布數(shù)字控制。
柔性制造系統(tǒng)（FMS）是一個獨立的機床或一組機床服務于一個自動材料處理系統(tǒng)/它是由計算機控制的而且有對刀具處理的能力。由于它有刀具處理能力并能受計算機控制，這樣的系統(tǒng)可以不斷地重新配置來制造更加多樣的部件，這就是它被稱作柔性制造系統(tǒng)的原因。
一個制造系統(tǒng)要成為柔性制造系統(tǒng)必須具備的要素有：
1． 計算機控制
2． 自動處理材料能力
3． 刀具處理能力
柔性制造向全面集成化制造的目標邁進了重要的一步。它實現(xiàn)了自動化制造過程的集成化。在柔性制造中，自動化的制造機器（如車床、銑床、鉆床）和自動化材料處理系統(tǒng)之間，通過計算機網(wǎng)絡進行即時的溝通。
柔性制造的概況：
通過綜合幾個自動化的制造概念，柔性制造系統(tǒng)全面集成化的制造目標邁出了重要的一步，這些觀念是：
1． 獨立機床的計算機數(shù)字控制
2． 制造系統(tǒng)的分布式數(shù)字控制
3． 自動化的材料處理系統(tǒng)
4． 成組技術
當這些自動化工藝、機器和觀念合成到一個集成的系統(tǒng)時，就產(chǎn)生柔性制造系統(tǒng)。在柔性制造系統(tǒng)中，人和計算機起了重要作用。當然人的勞動量比手工操作的制造系統(tǒng)要小得多。然而，人仍然在柔性制造系統(tǒng)的操作中起著至關重要的作用。人的任務包括幾個方面：
1． 設備故檢、維護和修理
2． 刀具的變換和設置
3． 安裝和拆卸系統(tǒng)
4． 數(shù)據(jù)輸入
5． 部件程序的變換
6． 程序的開發(fā)
柔性制造制系統(tǒng)設備象所有制造設備一樣，必須友人監(jiān)管以免出現(xiàn)失常、機器程序錯誤，以及故障。當發(fā)現(xiàn)問題時檢修人員必須確定問題的根源，然后給出正確的措施。人還要采取指定的措施來維修運行不正常的機器。甚至當所有系統(tǒng)都正 常運行時，定期的維護也是必要的。
操作人員還要根據(jù)需要設置機床，換刀具、以及重新配置系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)的刀具處理能力削弱了，但并有消除，在刀具變換和設置上仍需要人力。在裝卸柔性制造系統(tǒng)時也是這樣。一旦原材料被送到自動化材料處理系統(tǒng)上，它就會以規(guī)定的方式，在系統(tǒng)中移動。然而，初裝到材料系統(tǒng)處理系統(tǒng)仍然是由操作人員完成的；成品的拆卸也是同樣。
與計算機的交流仍需人力完成。人開發(fā)零件程序，通過計算機控制柔性制造系統(tǒng)。當重新配置FMS制造另一種類型零件時，他們還在必要的時候變換程序。人在柔性制造系統(tǒng)中勞動力密集型的成分越來越少，但仍然是很重要的。
柔性制造系統(tǒng)中的各層次控制都是由計算機來完成的。在刀具柔性制造系統(tǒng)中獨立的機床是由CNC來控制的。整個的系統(tǒng)是由DNC來控制的。自動化的材料處理系統(tǒng)是由計算機來控制的，其他功能如數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)監(jiān)控、刀具控制、運輸控制也是計算機控制的。人機交互是柔性制造系統(tǒng)中的關鍵。
柔性制造的歷史發(fā)展：
柔性制造產(chǎn)生于20世紀60年代中期，當時英國莫林斯有限公司開發(fā)了24號系統(tǒng)。24系統(tǒng)是一個真正的FMS。然而，它從一開始就注定是失敗的，因為自動化、集成和計算機控制技術還沒有發(fā)展到能夠恰好支持這一系統(tǒng)的程度。第一個FMS是超遷的開發(fā)。因此，最終因不能工作餓被放棄。
再20世紀60年代和70年代的期于時間里，柔性制造仍是一個學術觀念。然而，隨著復雜計算機控制技術在20世紀70年代末和80年代初的出現(xiàn)，柔性制造變成為可能。在美國最初的主要用戶是汽車、卡車和拖拉機制造商。
柔性制造的理由：
在制造中，生產(chǎn)率和柔性之間經(jīng)常存在協(xié)調(diào)一致的問題。在該領域的一端是具有高生產(chǎn)率卻低柔性的連續(xù)生產(chǎn)線；在該領域的另一端是能提供最大柔性的獨立的計算機數(shù)字控制的機床，但它只能進行低生產(chǎn)率的制造。柔性制造出在此連續(xù)統(tǒng)一體中間。在制造中總是需要一個系統(tǒng)，這個系統(tǒng)比單個機床能制造更大批量且用于更多制造過程，但仍保持起柔性。
連續(xù)生產(chǎn)線能以高生產(chǎn)率制造大量的零件。這條生產(chǎn)線需要大量的準備工作，但卻能造出大量的相同的零件。它的主要缺點是即使一個部件雜設計上有小的改變都能造成整個生產(chǎn)線的停產(chǎn)和結構改變。這是一個致命的弱點，因為這意味著沒有高成本，耗時停工和變化生產(chǎn)線結構是不能制造出不同的零件的，即使是來自同一個零件族。
傳統(tǒng)上計算機數(shù)字控制機床是用來制造少量在設計上稍有不同的零件。這種機床很適合這一用途，因為它們能迅速地改變程序開適應設計上小的或者更大的變化。然而，作為獨立的機床它們不能大量地或高生產(chǎn)率地制造零件。
柔性制造系統(tǒng)比獨立的計算機數(shù)控機床具有更大的生產(chǎn)能力和更高的生產(chǎn)率。它們在柔性方面比不上計算機數(shù)字控制機床，但它們卻相差不多，柔性制造的中間性能的特殊意義在于大多數(shù)鑄造要求中等量的的生產(chǎn)率來制造中等量的產(chǎn)品，同時有足夠的的柔性以快速改變結構來制造另一個零件或產(chǎn)品。柔性制造填補了制造中長期存在的空白。
柔性制造以其基本能力給制造者提供了許多優(yōu)點：
1． 族內(nèi)具有柔性在一個零件
2． 隨意進給零件
3． 同時制造不同的零件
4． 準備時間和產(chǎn)品設計到投產(chǎn)的時間減少了
5． 機床的使用更有效
6． 直接和見解的人力成本減少
7． 能加工不同的材料
8． 如一臺機床故障能繼續(xù)進行部分生產(chǎn)
柔性制造系統(tǒng)的軟件：
軟件是驅(qū)動柔性制造系統(tǒng)的主要的不可件的因素。FMS所要求的軟件有兩個基本的層次：1.操作系統(tǒng)軟件和2.應用系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)軟件是最高層次，是計算機制造商特別規(guī)定的并對應用軟件進行監(jiān)督控制。應用軟件通常是由系統(tǒng)供應商開發(fā)和提供的，它包口所有的FMS的特定程序和例行程序。
FMS的應用軟件是很復雜的，而且具有很強的專利性質(zhì)。對于很多公司來說，它體現(xiàn)了幾百名工人很多年開發(fā)努力的結晶。它通常是由幾個模塊組成。每個模塊又是有由一系列與系統(tǒng)內(nèi)部運行的各種功能相關的計算機沉痼系和例行程序組成。這些包括從FMS主機下載的NC部分程序到機床控制器、運輸和材料順序的開發(fā)、工件的工序、模擬和刀具管理。所有這些軟件模塊必須得到很好的餓設計，并且能夠可預測地、可靠地、相互作用地運行以便FMS能達到最高的運行效率和可接受的水平。設計不好的軟件使制造商不能獲得FMS的充分的柔性和潛能。
由于FMS軟件是柔性制造系統(tǒng)的命脈，它也是一個FMS的最復雜、最難以理解和在戰(zhàn)略上重要的方面。如果構件和編碼得恰當，進行了反復地測試，并且充分地運行的話，它可以使FMS達到前所未有的生產(chǎn)性能水平。應補充說一句，所有完成的FMS軟件只有在客戶的工廠中、完全運行中對該系統(tǒng)徹底的檢查后，才能被認為是可接受的。
軟件設計的模塊化并不一定以為著使用相同或類似的軟件模塊的所有都是一樣的。很多FMS用戶有特殊的和內(nèi)行才懂的各種要求來適應于他們自己的應用和操作考慮。這樣的一些要求可能會包括特殊的FMS軟件模塊來連接一個新的FMS和已存在的自動存儲和檢索系統(tǒng)。或者，使FMS從主機上直接接受生產(chǎn)要求和零件工序信息。
總之，像其他計算機軟件一樣，F(xiàn)MS軟件，就像開發(fā)和為之編碼的人一樣，獨立而各具特點。重要的是生產(chǎn)環(huán)境下它能做什么并運行得如何。
Flexible Manufacturing
Abstract:
In manufacturing there have always been tradeoffs between production rates and flexible. At one end of the spectrum are transfer lines capable of high production rates, but low flexible. At the other end of the spectrum are independent CNC machines that offer m aximum flexible, but are capable only of low production rates. Flexible manufacturing falls in the middle of the continuum. There has always been need in manufacturing for a system that could produce higher volume and production runs than could independent machines, while still maintaining flexibility.
Key words: flexible manufacturing, tradeoffs
Flexible Manufacturing Defined
The step preceding computer-integrated manufacturing is called flexible manufacturing.
Flexible is an important characteristic in the modern manufacturing setting. It means that a manufacturing system is versatile and adaptable, while also capable of handling relatively high production runs. A Flexible manufacturing system is versatile in that it can produce a variety of parts. It is adaptable because it can be quickly modified to produce a completely different line of parts. This flexible can be the difference between success and failure in a competitive international marketplace.
It is a matter of balance. Stand-alone computer numerical control machines have a high degree of flexibility, but are capable of relatively low-volume production runs. As the opposite end of spectrum transfer lines are capable of high-volume runs, but they are not very flexible. Flexible manufacturing is an attempt to use technology in such a way as to achieve the optimum balance between flexibility and production runs. These technologies include automated materials, handing, group technology, and computer and distributed numerical control.
A flexible manufacturing system (FMS) is an individual machine or group of machines served by an automated materials handing system that is computer controlled and has a tool handing capability. Because of its tool handling capability and computer control, such a system can be continually reconfigured to manufacture a wide variety of parts. This is why it is called a flexible manufacturing system.
The key elements necessary for a manufacturing system to qualify as an FMS are as follows:
1. Computer control
2. Automated materials handling capability
3. Tool handling capability
Flexible manufacturing represents a major step toward the goal of fully integrated manufacturing. It involves integration of automated production processes. In flexible manufacturing, the automated manufacturing machine (i.e., lathe, mill, dill) and the automated materials handling system share instantaneous communication via a computer network. This is integration on a small scale.
Overview of Flexible Manufacturing
Flexible manufacturing takes a major step toward the goal of fully integrated manufacturing by integrating several automated manufacturing concepts:
1. Computer numerical control (CNC) of individual machine tool
2. Distributed material control (DNC) of manufacturing systems
3. Automated materials handling systems
4. Group technology (families of parts)
When these automated processes, machines, and concepts are brought together in one integrated system, an FMS is the result. Humans and computers play major roles in an FMS. The amount of human labor is much less than with a manually operated manufacturing system, of course. However, humans still play a vital role in the operation of an FMS. Human tasks include the following.
1. Equipment troubleshooting, maintenance, and repair.
2. Tool changing and setup.
3. Loading and unloading the system.
4. Data input.
5. Changing of parts programs.
6. Development of programs.
Flexible manufacturing system equipment, like all manufacturing equipment, must be monitored for bugs, malfunctions, and breakdowns. When a problem is discovered, a human troubleshooter must identify its source and prescribe correctives measures. Humans also undertake the prescribed measures to repair the malfunctioning equipment. Even when all systems are properly functioning, periodic is necessary.
Human operators also set up machines, change tools, and reconfigure systems as necessary, The tool handling capability of an FMS decreases, but does not eliminate, human involvement in tool changing and setup. The same is true of loading and unloading the FMS. Once raw material has been loaded onto the automated materials handling system, it is moved through the system in the prescribed manner. However, the original loading onto the materials handling system is still usually done by human operators, as is the unloading of finishes products.
Humans are also needed for interaction with the computer. Humans develop parts programs that control the FMS via computers. They also change the programs as necessary when reconfiguring the FMS to produce another type of part or parts. Humans play less labor-intensive roles in an FMS, but the roles are still critical.
Control at all levels in an FMS is provided by computers. Individual tools within an FMS are controlled by CNC. The overall system is controlled by DNC. The automated materials handling system is computer controlled, as are other functions including data collection, system monitoring, tool control, and traffic control. Human computer interaction is the key to the flexibility of an FMS.
Historical Development of Flexible Manufacturing
Flexible manufacturing was born in the mid-1960s when the British firm Molins, Ltd. developed its System 24. System24 was a real FMS. However, it was doomed from the outset because automation, integration, and computer control technology had not yet been developed to the point where they could properly support the system. The first FMS was a development that was ahead of its time. As such, it was eventually discarded as unworkable.
Flexible manufacturing remained an academic concept through the remainder of the 1960s and 1970s. However, with the emergence of sophisticated computer control technology on the late 1970s and early 1980s, flexible manufacturing became a viable concept. The first major users of flexible manufacturing in the United States were manufacturing if automobiles, trucks, and tractors.
Rationale for Flexible Manufacturing
In manufacturing there have always been tradeoffs between production rates and flexible. At one end of the spectrum are transfer lines capable of high production rates, but low flexible. At the other end of the spectrum are independent CNC machines that offer maximum flexible, but are capable only of low production rates. Flexible manufacturing falls in the middle of the continuum. There has always been need in manufacturing for a system that could produce higher volume and production runs than could independent machines, while still maintaining flexibility.
Transfer lines are capable of producing large volumes of parts at high production rates. The line takes a great deal of setup, but can turn out identical parts in large quantities. Its chief shortcoming is that even minor design changes in a part can cause the entire line to be shut down and reconfigured. This is a critical weakness because it means that transfer lines cannot produce different parts, even parts from within the same family, without costly and time-consuming shutdown ad reconfiguration.
Traditionally, CNC machines have been used to produce small volumes of parts that differ slightly in design. Such machines are ideal for this purpose because they can be quickly reprogrammed to accommodate minor or even major design changes. However, as independent machines they cannot produce parts in large volumes or at high production rates.
An FMS can handle higher volumes and production rates than independent CNC machines. They cannot quite match such machines for flexible, but they come close. What is particularly significant about the middle ground capabilities of flexible is that most manufacturing situations require medium production rates to produce medium volumes with enough flexibility to quickly reconfigure to produce another part or product. Flexible manufacturing fills this long-standing void in manufacturing.
Flexible manufacturing, with its ground capabilities, Flexible offers a number of advantages for manufacturers:
1. Flexible within a family of parts.
2. Random feeding of parts.
3. Simultaneous production of different parts.
4. Decreased setup time and lead time.
5. More efficient machine usage.
6. Decreased direct and indirect labor costs.
7. Ability to handle different materials.
8. Ability to continue some production if one machine breaks down.
FMS Software
Software is the vital invisible element that actually drives the FMS. There are basic levels of software required for an FMS: 1.operating system; 2.application software. Operating system software is the highest lever, is computer manufacturer specific, and executes supervisory control over the application software. Application software is usually developed and supplied by the system supplied and includes all the FMS specific programs and routines.
Application software for an FMS is complex, highly proprietary, and for many companies, represents several hundred worker-years of development effort. Generally, it is composed of several modules, each of which is made up of a series of computer programs and routines relating to various functions performed within the system. These include NC part programs download from the FMS host computer to machine tool controllers, traffic and material-handling management, work-order generation, work piece scheduling, simulation, and tool management. All these software modules must be well designed and function predictably, reliably, and interactively in order fir the FMS to perform at peak operating efficiencies and acceptable levels. Poorly designed software prevents manufacturers form achieving the full flexibility and potential capacity of FMS.
FMS software, because it is the life blood of a flexible manufacturing system, is also the most complex, least understood, and strategically important aspect of an FMS. Structures and coded properly, tested rigorously, and functioning adequately, it can make an FMS productive at unprecedented performance levels. It should be added that all completed FMS software can only be considered acceptable after it has been thoroughly checked out with the system in complete operation in the customer’s plant.
Modularity of software design does not necessarily imply that all system using the same or similar software modules are created equal. Many FMS users have highly specific and esoteric requirements to suit their own applications and operating concerns. Some of these might include specific FMS software modules to couple an already existing automatic storage and retrieval system (ASRS) to a new FMS or to have the FMS directly receive production requirements and part scheduling information from the host computer.
Overall, FMS software, like other types of computer software, is as different and autonomous as the people who develop and code it. What counts is what it does and how well it performs in a manufacturing environment.
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鹽城工學院畢業(yè)設計說明書 2006 1 1前言 根據(jù)工件加工的需要，以獨立的通用部件為基礎，配以部分專用部件組成的 專用機床，稱之為組合機床。它適用于小批、大批、大量生產(chǎn)企業(yè)，多用于加工 量大的大、中型箱體和箱體類工件，完成鉆孔、擴孔、車端面和凸臺、在孔內(nèi)鏜 各種形狀槽，以及銑削平面和成形面。 通用部件是組成組合機床的基礎。用來實現(xiàn)機床切削和進給運動的通用部件， 如單軸工藝切削頭、傳動裝置、動力箱、進給滑臺等為動力部件。用以安裝動力 部件的通用部件如側底座、立柱、立柱底座等稱為支承部件。 組合機床的特點： a．組合機床由 70～90%的通用部件組成，可以縮短設計和制造周期。而且在 需要的時候，還可以部分或全部進行改裝，以組成適應新加工要求的新設備。這 就是說組合機床有重新改造的優(yōu)越性，其通用部件可以多次重復利用。 b．組合機床是按具體加工對象專門設計的，可以按最佳工藝方案進行加工。 c 在組合機床上可以同時從幾個方向采用多把刀具對幾個工件進行加工，是實 現(xiàn)集中工序，提高生產(chǎn)效率的最好途徑。 d.組合機床是在工件一次裝夾下用多軸實現(xiàn)多孔同時加工，有利于保證各孔 相互之間的精度要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量；減少了工件工序間的搬運，改善了勞動條 件；減少了占地面積。 e．由于組合機床大多數(shù)零、部件是同類的通用部件，簡化了機床的維護和修 理。 f．組合機床的通用部件可以組織專門工廠集中生產(chǎn)，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和 技術水平，降低制造成本。 隨著電子技術的飛速發(fā)展，根據(jù)大批量生產(chǎn)多樣化、中小批量多品種生產(chǎn)高 效化的要求，以及產(chǎn)品更新加速的特點，70 年代以來發(fā)展了新型組合機床----柔 性組合機床。它是應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具、刀具的自動更 換，配以可編程序控制器（PC） 、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和 驅(qū)動系統(tǒng)，能靈活適應多品種加工的可調(diào)可變的組合機床。 在我國，組合機床發(fā)展已有 28 年的歷史，其科研和生產(chǎn)都具有相當?shù)幕A， 應用也已深入到很多行業(yè)。是當前機械制造業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品更新，進行技術改造，提 高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設備之一。 機床夾具是在機床上加工零件時所使用的一種工藝設備，用它來準確地定位 工件與刀具之間的相對位置，即實現(xiàn)工件的定位與夾緊，以完成加工所學要的準 確相對運動。 由于夾具能有效地保證加工精度和提高勞動生產(chǎn)率，故已成為機械加工中不 可缺少的工藝裝備。為了適應機械制造業(yè)中產(chǎn)品更新快、品種多、中小批生產(chǎn)的 柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合機床總體及夾具設計 2 要求，近些年來夾具設計的發(fā)展表現(xiàn)在以下幾個方面： a．通用夾具朝高精度、高效率、大范圍方向發(fā)展； b．專用夾具的發(fā)展不僅注重高精度與高效率，而且朝標準化與規(guī)格化方向發(fā) 展； c．大力發(fā)展可調(diào)整夾具與組合夾具； b．發(fā)展能擴大機床使用范圍和性能的夾具； e．夾具的設計與制造采用新工藝、新結構、新材料。 鹽城工學院畢業(yè)設計說明書 2006 3 2機床總體設計 2．1 被加工零件分析 被加工零件：柴油機氣缸體 材料：HT250 硬度：HB180-240 年產(chǎn)量：65000 件 加工部位：頂?shù)酌? 加工要求：氣缸體表面粗糙度被加工到 6.3 ，頂?shù)酌娉叽缰?427±0.3mm。m? 2．2 機床結構的確定 根據(jù)被加工零件加工要求：頂?shù)酌鎯擅娲帚?，選擇雙面銑組合機床。 被加工零件置于移動工作臺上，兩邊分別設兩把銑刀，以兩個電動機驅(qū)動。 另外還應有部件包含：兩個側底座，一個中間底座，兩個銑削頭，及兩個主軸 箱及夾具。 2．3 本組合機床的特點 a.結構牢固, b.剛性好, c.尺寸調(diào)整范圍大, d.單位工作效率高, e.精確度好， f.操作簡便，g.可對鑄件進行大行程走刀，h.強力銑削。 2．4 切削用量的確定 在組合機床工藝方案確定過程中，工藝方法和關鍵工序的切削用量選擇是十分 重要。切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度、生產(chǎn)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。 2．4．1 切削用量選擇的特點 a．組合機床長采用多刀多刃同時切削，為盡量減少換刀時間和刀具的消耗， 保證機床的生產(chǎn)率及經(jīng)濟效果，選用的切削用量比普通機床單刀加工時低 30%左右。 b．組合機床通常用動力滑臺來帶動刀具進給。因此，同一滑臺帶動的多軸箱 上所有刀具的每分鐘進給兩相同，即等于滑臺的工進速度。 2．4．2 切削用量選擇的方法 a．應盡量作到合理使用所有刀具，充分發(fā)揮其使用性能。 柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合機床總體及夾具設計 4 b．復合刀具切削用量選擇應考慮刀具的使用壽命。 c．多軸鏜孔主軸刀頭均需定向快速進退時，各鏜軸轉(zhuǎn)速應相等或成整數(shù)倍。 2．4．3 刀具的選擇 根據(jù)被加工平面 250×250mm 和 330×330mm——為大平面，以及被加工零件材 料為 HT250，故選擇硬質(zhì)合金端銑刀。文獻資料［8］P54 規(guī)格：400 齒數(shù)：20 2．4．4 銑削用量的確定 根據(jù)：a.銑刀種類：硬質(zhì)合金端銑刀 b．被加工零件材料：HT250 c．工序：粗銑 查得：a.銑削深度：2～5mm 取 4mm b.銑削速度 v：50～80m/mm 取 80 m/mm（大平面盡量取大原則） c．每齒走刀量：0.2～0.4mm/z 取 0.2 mm/z（大平面盡量取小原則） 文獻資料［9］P132～P133 轉(zhuǎn)速：n=v×1000/∏D=80×1000/3.14×400=93.69r/min 圓整為：n=64 r/min 實際切削速度：V =n∏D/1000=80.4m/minc 每分鐘進給量：V =f×n=20×0.2×60=240mm/minf 2．4．5 計算切削功率 根據(jù)：每分鐘進給量：V =240mm/min 銑削深度：180f 銑削深度： a =4mm 銑削寬度：a =580mm p e 每齒進給量: f =0.2mm/z z 查表得： P =7.8kw 根據(jù)文獻資料［9］P105c 由于功率損耗，取 =0.85? P = =9.1kw電 機 7.805C? 2．5 各部件的選型 2．5．1 選擇電動機 根據(jù)：P = 9.1kw電 機 鹽城工學院畢業(yè)設計說明書 2006 5 選擇電動機 Y160L-6 根據(jù)文獻資料［9］P115 參數(shù)： 表 2-1 電動機參數(shù) P電 機 L3電機轉(zhuǎn)速 輸出軸轉(zhuǎn)速 動力箱型號 11kw 535 1460 730 1TD63Ⅳ 2．5．2 選擇銑削頭 根據(jù)電動機功率：P = 9.1kw ，以及刀盤直徑： =400mm電 機 ? 選取銑削頭 1TX40（有滑套） 根據(jù)文獻資料［9］P104 參數(shù)：（如圖） 圖 2-1 銑削頭 表 2-2 銑削頭尺寸參數(shù) b1L1d L2b2d1h L3 400 500 128.57?160 355 M16 200 80 柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合機床總體及夾具設計 6 圖 2-2 銑削頭聯(lián)系尺寸 再根據(jù)銑削頭查得尾置式齒輪傳動銑削頭聯(lián)系尺寸 根據(jù)文獻資料［9］ ： 表 2-3 銑削頭聯(lián)系尺寸 B B1B2L L1L2L3H H1H2 400 355 400 630 160 380 535 200 275.1 650 H3c d 410 125 18? 2．5．3 選擇工作臺 根據(jù)被加工要求，即同時銑氣缸體的兩面，銑刀在加工過程中不移動，故選擇 移動工作臺。由移動工作臺在加工過程中，實現(xiàn)快進和工進。 根據(jù)被加工零件尺寸： 被加工平面 250×250mm 和 330×330mm，頂?shù)酌婢嚯x為 427mm， 移動工作臺的寬度 W=800mm； 銑削寬度：a =580mm，夾具底座寬 1140mm, e 移動工作臺的最小行程為 1150mm 選移動工作臺，型號：1AYU80IV 根據(jù)文獻資料［9］P119 參數(shù)：（如圖） 圖 2-3 移動工作臺 表 2-4 移動工作臺尺寸 W H S L1L2L3L4L5 800 280 1150 1250 2440 232 232 230 2．5．4 選擇側底座 側底座用于臥式組合機床，其上面安裝滑臺、主軸箱、銑削臺等部件，側面與 中間底座相連接時用鍵或錐銷定位。側底座的長度應與滑臺相適應。 因為該機床無滑臺，所以側底座尺寸根據(jù)銑削頭和主軸箱尺寸定。 由：L=630mm, L =380mm， 根據(jù)文獻資料［9］P272 鹽城工學院畢業(yè)設計說明書 2006 7 選擇 1CC 系列側底座，側底座長定為 1100mm；寬取 810mm；高取 630m。 2．5．5 選擇中間底座 中間底座其頂面安裝夾具或輸送部件，側面與側底座或立柱底座相連接，并通 過端面鍵或定位銷定位。根據(jù)機床配置形式不同，中間底座有多種形式，如：雙面 臥式組合機床的中間底座，兩側面都安裝側底座；三面臥式組合機床的中間底座為 三面安裝側底座；立式回狀工作臺式組合機床，除了安裝立柱外，還需安裝回轉(zhuǎn)工 作臺。總之，中間底座的結構，尺寸需根據(jù)工件的大小、形狀以及組合機床的配置 形式等來確定。因此，中間底座一般按專用部件進行設計，但為了不致使組合機床 的外廓尺寸過分繁多，中間底座的主要尺寸應符合國家標準規(guī)定。 根據(jù)多工位移動工作臺尺寸：寬 W=800mm,長 L=2800mm，根據(jù)文獻資料［9］ P26-27 中間底座尺寸選為：寬：900mm， 長：2800mm, 高：65mm 2．5．6 機床分組 為了便于設計和組織生產(chǎn)，組合機床各部件和裝置按不同的功能劃分編組。組 號劃分如下： 第 10～19 組——支承部件。一般由通用的側底座、立柱及其底座和專用中間 底座等組成。 第 20～29 組——夾具及輸送設備。夾具是組合機床主要的專用部件，常編為 20 組，包含工件定位夾緊及固定導向部分。 第 30～39 組——電氣設備。電氣設計常編為 30 組，包括原理圖、接線圖和安 裝圖等設計。專用操縱臺、控制柜等則另編組號。 第 40～49 組——傳動裝置。包括機床中所有動力部件如動力滑臺、動力箱等 通用部件，編號為 40 組，其余需修改部分內(nèi)容或?qū)Ｓ玫膫鲃釉O備則單獨編組。 第 50～59 組——液壓和氣動裝置。 第 60～69 組——刀具、工具、量具和輔助工具等。 第 70～79 組——主軸箱及其附屬部件。 第 80～99 組——冷卻、排屑及潤滑裝置。 第 90～99 組——電氣、液壓、氣動等各種控制擋鐵。 2．6 繪制“三圖一卡” 繪制組合機床“三圖一卡” ，就是針對具體零件，在選定的工藝個結構方案的 基礎上，進行組合機床總體方案圖樣文件設計。其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序 圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產(chǎn)率計算卡等。 柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合機床總體及夾具設計 8 2．6．1 被加工零件工序圖 圖 2-4 工序圖 說明： a．在此道工序前，上一道工序為粗銑該圖中的上下兩表面。 b．在此工序中，把圖中下表面做為定位基準面，上表面有四個對稱的加緊點， 下表面用兩個支承板支承，并在下表面上的兩個孔中裝兩個定位銷，即采用一面兩 銷定位。為防止過定位，兩個銷采用一個圓柱銷和一個削邊銷的組合。 c．本工序把頂?shù)酌娉叽缂庸ぶ?427±0.3mm，表面粗糙度被加工到 6.3 2．6．2 加工示意圖 鹽城工學院畢業(yè)設計說明書 2006 9 圖 2-5 加工示意圖 說明： a．切削功率：P=7.8kw b. 切削速度：V=80mm/min c. 銑削深度：a=4mm d. 每分鐘進給量： V=240mm/min e. 轉(zhuǎn)速： n=64r/min 2．6．3 機床聯(lián)系尺寸總圖 柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合機床總體及夾具設計 10 圖 2-6 機床聯(lián)系尺寸圖 說明： a．銑削動力由左右兩個電動機提供。 b．被加工零件的快進和工進由移動工作臺提供。 c．機床裝料高度為，650mm。國家標準為 850mm～1060mm,但該機床由于被加工 零件尺寸較大，且工人需在零件上表面實行對零件的手動夾緊（手動夾緊高度為 1300mm） ，而裝料過程相對容易。故降低了裝料高度。 2．6．4 機床生產(chǎn)率計算卡 根據(jù)加工示意圖所確定的工作循環(huán)及切削用量等，就可以計算機床生產(chǎn)率并編 制生產(chǎn)率計算卡。生產(chǎn)率計算卡是反映機床生產(chǎn)節(jié)拍或?qū)嶋H生產(chǎn)率和切削用量、動 作時間、生產(chǎn)綱領及負載率等關系的技術文件。它是用戶驗收機床生產(chǎn)效率的重要 依據(jù)。 a．理想生產(chǎn)率 Q（單位為件/h）是指完成年生產(chǎn)綱領 A（包括備品及廢品率） 所要求的機床生產(chǎn)率。它與全年工時總數(shù) 有關，一般情況下，單班制 取kt kt 2350h，兩班制 取 4600h，則：kt Q= = =14.6 (件/h)kAt650 4 b．實際生產(chǎn)率 Q1 實際生產(chǎn)率 Q （單位為件/h） 是指所設計機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù) 量。則： Q = （2-1）160T單 式中 ----生產(chǎn)一個零件所需時間（min） ，可按下式計算：單 = + = （2-2）單 t切 輔 L?快 進 快 退12移停 裝ff fkL（ t） +（ t）VV 式中 、 -----分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進給長度，單位為 mm；1L2 =580mm；在此工序中只有一次工進，故 =0mm。1 2 、 ----分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進給量，單位為 mm/min；fVf =256mm/min；在此工序中只有一次工進，故 =0mm。f fV ---------當加工沉孔、止孔、锪窩、倒角、光整表面時，滑臺在死擋鐵停t 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(zhuǎn) 5～10 轉(zhuǎn)所需要的時間，單位為 min； 轉(zhuǎn)速：n=64r/min,故停刀時間 =5s停t 、 --分別為動力部件快進、快退行程長度，單位為 mm;快 進L快 進 =350mm， =950mm?？?進L快 進L ---------動力部件快速行程速度。用機械動力部件時取 5～6m/min；用fkV 液壓動力部件時取 3～10m/min； 鹽城工學院畢業(yè)設計說明書 2006 11 在此機床中采用機械動力部件， =5m/min。fkV ---------直線移動或回轉(zhuǎn)工作臺進行一次工位轉(zhuǎn)換時間，一般取移t 0.1min； 此工序中取 =0.1min。移t --------工件裝、卸（包括定位或撤消定位、夾緊或松開、清理基面或裝 卸t 切削及吊運工件等）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。此工序中，夾具的裝夾為手動裝夾，故需要的 時間較長，取 =1min。裝 卸t 所有數(shù)據(jù)代入式②，得 =3.71minT單 把 =3.71min 代入式①，得 Q =16.2（件/h）T單 1 c．機床負荷率 ?負 在次機床中，Q =16.2（件/h） ，Q=14.6（件/h） ，即 Q >Q，所以機床負荷率為1 1 二者之比。即： = =90%負 1 對于一般組合機床負荷率一般在 0.75～0.9，此處機床負荷率 符和標準。?負 表 2-5 生產(chǎn)率計算卡 生產(chǎn)率計算卡 圖號 毛坯種類 鑄鐵 名稱 氣缸體 毛坯重量 被加 工零 件 材料 HT250 硬度 180～240 工序名稱 頂?shù)酌娲帚?工序號 2 工時(min) 序號 工步名稱 被加 工零 件數(shù) 量 銑削 深度 (mm) 加工 寬度 (mm) 工作 行程 (mm) 切削 速度 (m/ min) 每分鐘 轉(zhuǎn)速 (r·min ) 進給量 (mm/r) 進給 速度 (mm/ min) 機加 工時 間 輔助 時間 共計 1 裝卸工件 1 1 1 2 工作臺快進 1 0.07 0.07 3 工作臺工進 1 4 580 1150 80.38 64 4 256 2.27 2.27 柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合機床總體及夾具設計 12 4 工作臺快退 1 0.19 0.18 0.37 總計 3.71min 單件工時 3.71min 機床生產(chǎn)率 16.2 件/h 備注 裝卸工件時間取決于操作者熟練程度,本機床計算時取 1min 機床負荷率 90% 3 夾具的設計 3．1 概述 在機械制造的機械加工、檢驗、裝配、焊接和熱處理等冷熱工藝過程中，使用 著大量的夾具，用于安裝加工對象，使之占有正確的位置，以保證零件和產(chǎn)品的質(zhì) 量，并提高生產(chǎn)效率。 3．1．1 夾具的作用 a．保證加工精度，穩(wěn)定加工質(zhì)量。 由于采用專用機床夾具安裝工件，可以準確地確定工件相對刀具和機床切削成 形運動的相互位置。所以，加工精度易于保證，不受或少受各種主觀因素的影響， 可以穩(wěn)定加工質(zhì)量。 b．提高勞動生產(chǎn)率，降低加工成本。 采用機床夾具安裝，可使工件夾緊牢靠，有利于采用較大切削用量，減少機動 時間。以達到提高生產(chǎn)率。 由于采用與生產(chǎn)規(guī)模相適應的夾具，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，廢品大大減少，勞動生 產(chǎn)率提高，可使用低等級工人等，皆可大大降低加工成本。 c．擴大機床工藝范圍，實現(xiàn)“一機多能” 。 在批量不大的生產(chǎn)條件下，工件的種類和規(guī)格多，而機床品種和數(shù)量卻有限。 采用機床夾具，可使機床“一機多能” 。 d．減輕勞動強度，保證安全生產(chǎn)。 使用專用夾具安裝工件，定位方便、迅速，夾具又可采用增力、機動等裝置， 鹽城工學院畢業(yè)設計說明書 2006 13 因此可以減輕工人的勞動強度。根據(jù)加工條件，還可以設計防護裝置，確保操作者 安全。 e．在流水線生產(chǎn)中，便于平衡生產(chǎn)節(jié)拍。 工藝過程中，當某些工序所需工序時間特別長時，可以采用多工位或高效夾具 等以提高生產(chǎn)效率，使節(jié)拍平衡。 3．1．2 機床夾具的分類 a．通用夾具：通用夾具是指已標準化，且有較大適用范圍的夾具。 b．專用夾具：專用夾具是指根據(jù)零件機械加工工藝過程中的某一工序而專門 設計的。 c．可調(diào)整夾具：可調(diào)整夾具是在加工完一種工件后，經(jīng)過調(diào)整或更換個別元 件，即可加工形狀相似，尺寸和加工工藝相近的多種工件。 d．專門化拼裝夾具：這類夾具是針對某工序加工要求，由事先制造好的通用 性較強的標準元件和部件拼裝而成。 e．自動化生產(chǎn)用夾具：自動化生產(chǎn)用夾具是專門用于自動線和數(shù)控機床。 3．1．3 機床夾具的組成 a．定位元件或夾定位裝置 定位元件或定位裝置是指用于確定工件在夾具中正確位置的元件或部件。 b．夾緊元緊或夾緊裝置 夾緊元緊或夾緊裝置是指用于夾緊工件，使其在外力作用下仍能保持其既定 位置的元件或部件。 c．對刀、引導元件 對刀、引導元件是指用于確定、引導刀具與夾具定位元件互相位置的元件。 d．連接元件 連接元件是指用于保證夾具與機床間相互位置的元件。 e．夾具體 夾具體是指用于連接夾具各組成部分，使之成為一個整體的基礎件。 f．其他元件及裝置 根據(jù)工件加工要求，有些夾具除上述組成部分外，還需要設置其他元件或裝 置。 3．1．4 夾具設計方法與步驟 a．設計前的準備 b．擬定夾具結構方案、繪制草圖 ⑴確定定位方案 ⑵對刀和導向方式的選擇 柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合機床總體及夾具設計 14 ⑶確定夾緊方案 ⑷設計夾具體，繪制夾具結構草圖 c．繪制夾具總圖 d．繪制夾具零件圖 3．2 設計的前期準備 a.通過分析被加工零件圖，零件為柴油機氣缸體，才料為鑄鐵，該工序的加工 要求是頂?shù)酌娲帚?，銑削氣缸體表面至 Ra 為 6.3 ，頂?shù)酌娉叽缰?427±0.3mm，m? b．此道工序是在兩側面粗銑完成后的進行的，所以在該工序在銑頂?shù)酌鏁r， 可以把兩側面作為基準平面和定位平面。 c．機床為雙面銑組合機床，夾具體的安裝高度為 345mm。 d．所使用的刀具為硬質(zhì)合金端銑刀，規(guī)格 400， 3．3 定位裝置的確定 3．3．1 概述 工件在加工前，必須首先使它相對于刀具和切削成形運動占有正確的位置，即 工件的定位。工件在夾具中的定位，是指同一批工件中的任何一個，在夾具中按定 位要求與定位元件相接觸或配合，都能使其占有正確位置的過程。擬定夾具設計方 案時，定位方案是必須首先確定的問題，它對夾具總體設計方案的確定乃至整個夾 具的成敗，都起著決定性的作用。 工件定位的基本原理：又運動學已知，任一剛體在空間三個互相垂直的坐標系 中，有六個自由度，即沿三坐標軸的移動自由度和繞三個軸的轉(zhuǎn)動自由度，分別用 、 、 、和 、 、 表示。未定位前的工件即相當于自由剛體，是無法進行X??YZAX?YZ 加工的。因此，為了使工件在夾具中有一個正確位置，必須對影響工件加工面位置 精度的自由度予以限制。 在該工序中，采用全定位夾具對被加工零件進行夾緊。 全定位：工件在夾具中定位，如果夾具有六個支承點，則工件的六個自由度全 被夾具所限制，使工件在夾具中占有完全確定的位置時，這種定位方式稱為“全定 位” 。 3．3．2 定位方式 鹽城工學院畢業(yè)設計說明書 2006 15 圖 3-1 工序圖 如圖 3-1，下表面用兩個支承板，上表面是四個壓緊點，另外下表面用兩個銷 定位，采用一面兩銷定位。 為了防止過定位，增加兩個孔連心先方向上的間隙，把第二個銷碰到工件孔壁 的部分削去，只留下左右一部分圓柱面，也起到減小第二銷直徑的作用。由于垂直 于連心線方向上第二銷直徑?jīng)]有減小，故對工件的轉(zhuǎn)角誤差沒有影響。安裝削邊銷 的時候，削邊方向要垂直于連心線，為了保證削邊銷的強度，通常采用菱形結構。 采用這樣的定位方法后，圓柱銷和削邊銷就限定了被加工零件的 、 和 三X??Y?Z 個方向的自由度；下面兩個支承板和上面四個夾緊裝置限制了被加工零件的 、 和 三個方向的自由度。AX?Y 3．3．3 定位元件 根據(jù)氣缸體上孔徑的大小，選擇直徑為 的圓柱銷，定位銷頭部有 15 導角。10?? a．削邊銷尺寸的確定 根據(jù)文獻資料［2］P24，表 3-1，如下： 柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合機床總體及夾具設計 16 圖 3-2 削邊銷 表 3-1 削邊銷尺寸參數(shù) D(mm) 3～6 6～8 8～20 20～24 24～30 30～40 40～50 b(mm) 2 3 4 5 5 6 8 B(mm) D-0.5 D-1 D-2 D-3 D-4 D-5 D-5 由上述表格可查得在孔徑為 10 的情況下，B=8mm；b=4mm。 根據(jù)文獻資料［2］P24，查得極限偏差為 g6 b．工件的轉(zhuǎn)角誤差 圖 3-3 轉(zhuǎn)角誤差圖 （3-1）LdDdDD2arctnmin2min1)2(1 ?????????? 式中 ——以菱形銷定位的定位孔直徑的公差；2? ——菱形銷直徑的公差；d ——菱形銷與孔的最小配合間隙min2? min2i1i )(DbLg????? 鹽城工學院畢業(yè)設計說明書 2006 17 LdDdDD2arctnmin1min)( 1221 ?????????? 由上式得 0.015°)2( 0.005°1?D? 故工件在任意方向偏轉(zhuǎn)時，最大轉(zhuǎn)角誤差為 0.02°。 c．基準位移誤差 0.0086mm。?????max1in11dDY? d．基準不重合誤差：基準不重合誤差應從定位基準到工序基準之間的所有尺 寸的公差之和在加工尺寸方向上的投影，故基準不重合度誤差 =0。B 最后，在求得基準位移誤差和轉(zhuǎn)角誤差后，算得定位誤差 =0.0086mm。此值D 小于工件相應位置度的三分之一，即 0.0086mm<(0.03/3)mm=0.01mm。 3．4 確定夾緊方案 3．4．1 設計夾緊裝置的要求 為了保持工件在定位時已取得的正確位置，并且在加工過程中在切削力、離心 力、慣性力等外力作用下保證位置始終不變和不發(fā)生振動，一般夾具都應設置夾緊 裝置。 夾緊裝置必須滿足以下基本要求： a.夾緊時不能破壞工件定位已經(jīng)取得的正確位置； b.夾緊力大小要可靠和適當，既要保證在加工過程中工件不發(fā)生位移和振動， 又不使工件產(chǎn)生的形變和損傷表面超過允許的范圍； c.夾緊裝置應安全可靠，操作方便省力； e.夾緊裝置的自動化程度和復雜程度應與生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件相適應； f.結構要便于制造、調(diào)整、使用和維修。 3．4．2 夾緊力的確定 確定夾緊力就是要確定其方向、作用點及大小。為此，應根據(jù)工件定位方式、 結構特點、加工要求以及切削力與其它外力作用等情況來綜合考慮。 a.緊力的方向 夾緊力的方向應有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力方向應垂直于主要定位面；夾緊 力的方向應有利于減小夾緊力；夾緊力的方向應是工件剛性交好的方向。 根據(jù)上述準則，在本夾具設計中選擇把夾緊力方向確定為從上向下垂直于水平 面，即加工時被加工零件的上表面。這樣一來，有助于把被加工零件固定在夾具體 上，也符合夾緊力垂直于主定位面的原則。同時，這樣的安排也能通過夾緊力產(chǎn)生 的摩擦力來克服切削力。 b.緊力的作用點 柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合機床總體及夾具設計 18 夾緊力作用點的確定，是指在夾緊立方向已經(jīng)確定后，來確定作用點的位置。 夾緊力作用點的選擇應不破壞工件定位已經(jīng)確定的位置，即應作用在支承上或 支承所組成的面積范圍之內(nèi)；夾緊力的作用點應使夾緊系統(tǒng)的夾緊變形盡可能變?。?夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面。 根據(jù)上述準則，在本夾具設計中把四個夾緊力作用點盡量選在四角，以靠近被 加工表面，并選在支承板的垂直線上， （支承板改制加長，以便于支撐點和夾緊點 盡量靠近被加工表面） 。 c．夾緊力的大小 計算夾緊力時，為簡化計算，通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。根據(jù)工 件所受切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾具最不利的狀態(tài)，按靜 力平衡原理計算出理論夾緊力。最后再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力。即 W = / （N） （3-2）k0()KP?? 式中 W --實際所需夾緊力k P----切削力 P ---圓柱銷允許承受的部分切削力0 ---摩擦系數(shù)? K----安全系數(shù) 安全系數(shù)由下式計算： K=K K K K K K K （3-3）0123456 式中，K ～K 為各種因素的安全系數(shù)，見下表：06 表 3-2 安全系數(shù) 鹽城工學院畢業(yè)設計說明書 2006 19 代入式（3-3）得：K=2.64 切削力 P=p×A p=1300/ 0.13a a=xa sinf? x=360a /∏dDp 式中： x---平均切削厚度圓周方向系數(shù) a --每齒進給量f d----銑削角 ---銑削導角? p---單位面積銑削力 A---銑削面積 D---刀具直徑 數(shù)據(jù)代入公式得，P=1.028KN W =21.120KNk 分到四個夾緊點上，每個夾緊裝置上設的夾緊力為 W ˊ=5.280KNk 3．5 其它元件的設計 需要用到的元件主要有夾具體、支座、頂桿、壓板、手柄、導向板、法蘭盤等 等。這些元件都是在設計中非常重要的元件，設計的過程主要參考文獻資料［1］ 、 文獻資料［2］ 、文獻資料［9］ 。詳細設計情況見零件圖，這里不一一介紹。 3．6 夾具的公差配合與技術要求 3．6．1 制定夾具公差與技術要求的基本原則 柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合機床總體及夾具設計 20 a.為了保證工件的加工精度，制定夾具公差時，應使夾具的定位、制造和調(diào)整 誤差的總和不超過工序公差的三分之一。 b.為了延長夾具的壽命和增加可靠性，必須考慮夾具使用中的磨損補償問題。 在不增加制造難度的前提下，應盡量把夾具公差定得小一些。 c.夾具中與工件尺寸有關的尺寸公差，不論工件尺寸公差是單向的還是雙向的， 都應該化為雙向?qū)ΨQ分布的公差。 d.夾具中的尺寸公差和技術要求應分別表示清楚，不要互相重復和矛盾。凡注 有公差的部位，一定要有相應的檢驗基準。 e.當采用調(diào)整、修配等方法裝配夾具時，夾具零件的制造公差可適當放大。 3．6．2 夾具公差的制定 根據(jù)文獻資料［1］ P41-42 表 3-3 夾具的尺寸公差 工件加工尺寸 公差 夾具相應尺寸 公差 工件加工尺寸 公差 夾具相應尺寸 公差 0.008～0.01 0.006 0.20～0.24 0.08 0.01～0.02 0.010 0.24～0.28 0.09 0.02～0.03 0.015 0.28～0.34 0.10 0.03～0.05 0.020 0.34～0.45 0.15 0.05～0.06 0.025 0.45～0.65 0.20 0.06～0.07 0.030 0.65～0.90 0.20 0.07～0.08 0.035 0.90～1.30 0.20 0.08～0.09 0.040 1.30～1.50 0.20 0.09～0.10 0.045 1.50～1.80 0.20 0.10～0.12 0.050 1.80～2.00 0.20 0.12～0.16 0.060 2.00～2.50 0.20 0.16～0.20 0.070 2.50～3.00 0.20 鹽城工學院畢業(yè)設計說明書 2006 21 表 3-4 夾具上常用配合的選擇 配合形式 一般精度 較高精度 應用 定位銷與工件基 準孔 7,6Hhgf6,5Hhgf定位元件與工件 定位基準間 滑動定位件 刀具與導套 7,6hgf6,5hgf有引導作用，且 有相對運動的元 件間 滑動夾具底座板 7,9Hfd78Hd無引導作用，但 有相對運動的元 件間 固定支承釘定位 銷 7,6npr7,6sut沒有相對運動的 元件間 3．6．3 夾具技術要求的制定 夾具上凡與工件加工要求直接有關的都應標注技術要求。 數(shù)值參考下表 根據(jù)文獻資料［1］ P49 表 3-5 技術要求參數(shù) 技術要求 參考數(shù)值 （mm ） 同一平面上的支承釘或支承板的等高公差 0.02? 定位元件工作表面對定位鍵槽側面的平行度或垂直度 0.02/100 定位元件工作表面對夾具體底面的平行度或垂直度 0.02/100 鉆套軸線對夾具體底面的垂直度 0.05/100 鏜模前后鏜套的同軸度 0.02? 對刀塊工作表面對定位元件工作表面的平行度或垂直度 0.03/100 對刀塊工作表面對定位鍵槽側面的平行度或垂直度 0.03/100 車、磨夾具的找正基面對其回轉(zhuǎn)中心的圓跳動 0.02 柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合機床總體及夾具設計 22 3．7 工序的精度分析 在機械加工中不可避免地會產(chǎn)生各種載荷和干擾，它們以不同的程度反映為各 種加工誤差。為保證加工零件能達到規(guī)定的精度，必須相應地采取各種措施，以限 制和減少這些加工誤差。 3．7．1 定位誤差的分析與計算 根據(jù)文獻資料［1］P146-149 在采用調(diào)整法加工一批工件時，夾具相對刀具的位置經(jīng)調(diào)定后就不再變動。由 于基準不重合，一批工件依次在夾具中進行加工時，因工序基準位置變動將使工件 的工序尺寸產(chǎn)生變化，以這個尺寸變化范圍既其極限差值稱為定位誤差，以 表D? 示。 本夾具是通過一面兩銷定位的（如圖） ，所以此處的定位誤差為圓孔定位誤差。 圖 3-4 定位誤差分析圖 在任意方向上： （3-4）11minaxYDd?????A （3-5）ax2rct[()/]? 式中 ------基準位移誤差 ---定位圓孔與心軸間的最小配合間隙（必要時可以在調(diào)刀時消1min 除） ，此處選 0.001mm。 ------角度偏差?? 鹽城工學院畢業(yè)設計說明書 2006 23 -----尺寸 D1 的上偏差 -0.005mm1D? -----尺寸 D2 的上偏差 -0.005mm2 -----尺寸 d1 的下偏差 -0.014mmd -----尺寸 d2 的下偏差 -0.014mm 把數(shù)據(jù)代入式中得到 =0.02mm； =1.146Y??? 3．7．2 夾緊誤差的分析與估算 所謂夾緊誤差是指在夾具中加工一批工件時，由于夾緊力的作用，使得工件和 夾具元件發(fā)生變形，從而導致工件的工序基準在加工尺寸方向上產(chǎn)生的最大位置變 動量。對一批工件而言，如果這個位置變動量是常樹，一般可通過調(diào)整對刀和夾具 在機床上的安裝位置來消除它對加工精度的影響。 根據(jù)文獻資料［1］P154 夾具的夾緊元件為壓板，并以支承板支承，故用以下公式： = （3-6）J?1()/9.8nmRzHBZkCNS??? -----夾緊誤差 ? -----工件定位表面粗糙度 25z ---工件材料硬度 180HBSHB ----作用在定位元件上的法向力 5280NZN ------定位元件與工件的接觸面積 52.8cmS 2 表 3-6 接觸變形計算系數(shù) 數(shù)據(jù)代入公式為， =1.74J?m? 3．7．3 對刀和導向誤差 T 夾具上的對刀或?qū)蜓b置對定位元件的位置不準確，將導致加工表面的位發(fā)生 變化，由此而造成的加工尺寸誤差即為對刀或?qū)蛘`差。 當使用銑床夾具加工工件時，采用標準塞尺和對刀塊進行對刀，其對刀誤差為： =T +T 查文獻資料［1］P155T?Sh 式中 T ----塞尺的制造公差；S T ---對刀塊工作面對定位元件的尺寸公差 3．7．4 夾具的位置誤差 A? 柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合機床總體及夾具設計 24 夾具在機床上安裝時，其定位元件對機床裝卡面的相互位置誤差將導致工件定 位基準發(fā)生移動，從而使工序尺寸發(fā)生變化，這種誤差稱為夾具的安裝誤差。 產(chǎn)生夾具的安裝誤差的因素有： a. 夾具定位元件對夾具體安裝基面的相互位置誤差。 b. 夾具安裝基面本身的制造誤差及其與機床裝卡面間的間隙所產(chǎn)生的連接誤 差。 查文獻資料［1］P159 根據(jù)本機床夾具安裝形式， 主要取決于夾具體和安裝夾具的移動工作臺之A? 間的平行度。此處平行度誤差為 0.02mm。 3．7．5 加工方法誤差 G 加工方法誤差是指在切削加工過程中，因機床、刀具質(zhì)量、工件材質(zhì)以及由于 切削力、切削熱的作用而引起的工藝系統(tǒng)彈性變形、熱變形等因素使加工表面位置 發(fā)生變化，從而造成的加工尺寸誤差。 查文獻資料［1］P159 表 3-7 平面的加工方法誤差 m? 本機床加工方法為端面粗銑，B=320mm，L=580mm，即 L<3B 故 =70G?m? 3．7．6 保證加工精度的條件 利用夾具加工時，機床—夾具—工件—刀具—機床形成一個封閉的加工系統(tǒng)。 它們依次相聯(lián)系，最后形成刀具和工件間的正確位置關系，保證工序尺寸 A 的要求。 在這個封閉系統(tǒng)中，影響都表現(xiàn)為對加工尺寸 A 產(chǎn)生影響。顯然，為了確保加工要 求 A，上述各項誤差的總和應不超過工序尺寸 A 的公差 T 鹽城工學院畢業(yè)設計說明書 2006 25 本工序的尺寸為 427±0.3mm，故 T=0.3mm。 而 =0.041mm〈T DJTAG???? 所以該機床和夾具的設計是可以滿足加工要求的。 柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合機床總體及夾具設計 26 4總 結 為期三個多月的畢業(yè)設計業(yè)已經(jīng)結束?；仡櫿麄€畢業(yè)設計過程，雖然充滿了困 難與曲折，但我感到受益匪淺。本次畢業(yè)設計課題是柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合 機床總體及夾具設計。本設計是學完所有大學期間本專業(yè)應修的課程以后所進行的， 是對我三年半來所學知識的一次大檢驗，使我能夠在畢業(yè)前將理論與實踐更加融會 貫通，加深了我對理論知識的理解，強化了實際生產(chǎn)中的感性認識，熟悉了機械設 計的過程。 通過這次畢業(yè)設計，我基本上掌握了柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合機床總體及 夾具設計的方法和步驟，以及設計時應注意的問題等，另外還更加熟悉運用查閱各 種相關手冊，選擇使用工藝裝備等。 總的來說，這次設計，使我在基本理論的綜合運用以及正確解決實際問題等方 面得到了一次較好的鍛練，提高了我獨立思考問題、解決問題以及創(chuàng)新設計的能力， 縮短了我與工廠工程技術人員的差距，為我以后從事實際工程技術工作奠定了一個 堅實的基礎。 鹽城工學院畢業(yè)設計說明書 2006 27 參 考 文 獻 ［1］楊黎明. 機床夾具設計手冊[M]．北京： 國防工業(yè)出版社 ，1996. ［2］徐發(fā)任. 機床夾具設計[M]. 重慶：重慶大學出版社，1993. ［3］陳秀寧、施高義編. 機械設計課程設計[M]. 浙江： 浙江大學出版社，1995. ［4］王建平 夏季 曾國英. 加工夾具定位誤差的計算[A]. 重型機械科技，2005. ［5］徐錦康主編. 機械設計[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2001. 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[12] 程健 郭一楠 孫偉 穆俊英-Status Evaluation of Loose of Jig Bed Based on Fuzzy Inference System [A].JOURNAL OF CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGYJOURNAL OF CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY.2003. 柴油機氣缸體頂?shù)酌娲帚娊M合機床總體及夾具設計 28 致 謝 此次畢業(yè)設計是在劉道標老師的認真指導下進行的。劉老師經(jīng)常為我解答一系 列的疑難問題，以及指導我的思想，引導我的設計思路，糾正我的錯誤。在歷經(jīng)三 個多月的設計過程中，一直熱心的輔導。在整個畢業(yè)設計的過程中，我遇到了許多 的困難，也走了一些彎路，整個設計的過程是個苦樂參半的學習過程。在困難中我 學到了許多知識，這一切都離不開劉老師的熱心指導，另外王正剛老師在此過程中 也給了我巨大的幫助，幫我解決了很多的問題。在此，我忠心地向他們表示誠摯的 感謝和敬意！ 其次我還要感謝和我同組設計的同學，從他們那里我也學到了不少的知識，在 我們相互合作，相互幫助下，我們很好的解決了在設計中遇到的困難。他們的鼓勵 使我堅定了一定能做好的信念，讓我體會到團體的力量和合作的精神。 由于我是第一次進行這種大課題的設計，水平不足，缺乏經(jīng)驗，難免會留下一 些遺憾，在此懇請各位專家、老師及同學不吝賜教本次設計任務業(yè)已順利完成，但 由于本人水平有限，缺乏經(jīng)驗，難免會留下一些遺憾，在此懇請各位專家、老師及 同學不吝賜教。
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