【正文】 第五章 夾具的設(shè)計 32
。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。因此，我們選擇刀具 YG6X。 YG 類合金主要用于加工鑄鐵、有色金屬和非金屬材料。不僅可以使各定位點第五章 夾具的設(shè)計 29 同時進(jìn)行夾緊，操作簡單，減少裝夾時間，簡化夾緊機構(gòu)，而且可以保證定位精度。 因此，我們選擇齒輪和齒條傳動的自動夾緊機構(gòu)如圖 51。因此，這里我們選用液壓動力裝置來提供夾緊所需動力。 （ 4） 液壓裝置承載能力大。 （ 2） 液壓油具有不可壓縮性，動力傳動平穩(wěn)。多采用氣動或液動裝置。 氣液聯(lián)動裝置缺點 有膨脹顫動、傳動不平穩(wěn)、容易泄漏 ，設(shè)備精度要求高，技術(shù)要求高，不易控制，制造成本高，經(jīng)濟性差。 氣液聯(lián)動動力夾緊裝置 氣液聯(lián)動裝置： .氣液聯(lián)動執(zhí)行器的動力源直接取自主管線的高壓天然氣，經(jīng)過濾后無需采取任何減壓措施，直接通過高壓梭閥和單向閥進(jìn)入儲氣罐儲存。 (6)液壓元件制造精度請求高 。 (4)液壓油 可能出現(xiàn)泄漏，造成污染 。 （ 2） 不易完成 遠(yuǎn)間隔傳送動力 .當(dāng)采用管路傳輸液壓油而傳送動力時，由于第五章 夾具的設(shè)計 28 存在較多的能量損失 (走漏損失、摩擦損失 )，故不易遠(yuǎn)間隔保送動力。 （ 7） 體積小、質(zhì)量輕、構(gòu)造緊湊。液壓傳動采取了多種過載維護(hù)措施，能自動避免過載，防止發(fā)生辜故。因元件在油中工作，光滑條件充沛，可延長其運用壽命。液壓傳動是將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能驅(qū) 動執(zhí)行元件做功的，因系統(tǒng)很容易取得很大的液壓能，因而驅(qū)動執(zhí)行元件做功的機械能也大，即承載才能大?？恳簤河偷倪B續(xù)活動傳送運動，液壓抽簡直不可緊縮，且具有吸振才能，因而執(zhí)行元件運動平穩(wěn)。 液壓裝置優(yōu)點 （ 1） 易于完成無級調(diào)速。 （ 4） 氣壓傳動的傳送效率還比擬低。 氣動裝置缺點 （ 1） 由 于 空氣具有可樂縮性 .因而傳送運動的平穩(wěn)性差 . （ 2） 系統(tǒng)工作壓力低 ()又因構(gòu)造尺寸不易過大，因而氣缸的愉出推力不可能很大。 （ 3） 氣動系統(tǒng)構(gòu)造簡單、維修便當(dāng)，管路不易梗塞，也不存在介質(zhì)蛻變、補充改換等問題 。 （ 2） 輸出力和速度調(diào)理容易。 第五章 夾具的設(shè)計 27 氣動裝置的優(yōu)點 （ 1）工作介質(zhì)獲取容易 .工作介質(zhì)為空氣，能夠在大氣中獲取 .同時用過的空 氣能夠直接 排放到大氣中去，處置便當(dāng)。 現(xiàn)代高效率的夾具，大多數(shù)都是采用機動夾緊方式。 估算夾緊力的一般方法是將工件市委分離體，并分析作用在工件 上的各種力，再根據(jù)力系平衡條件，確定保持工件平衡所需最小夾緊力，最后將最小夾緊力乘以以適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，即得到所需夾緊力。 （ 2）夾緊力作用點應(yīng)處于工件剛性較好的部位，以減小工件夾緊變形，保證加工精度。 （ 3）夾緊力方向應(yīng)盡量與切削力、工件重力方向一致，以減小所需夾緊力。 夾緊力的確定 （ 1）夾緊力的方向應(yīng)有利于工件的準(zhǔn)確定位，而不 能破壞定位。 （ 4）夾緊裝置的復(fù)雜程度和自動化程度應(yīng)與生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方式相適應(yīng)。夾緊機構(gòu)應(yīng)有自鎖作用。 （ 2）夾緊力大小適當(dāng)。 工件夾緊裝置的要求和選擇 工件夾緊裝置的要求 夾緊裝置是夾具的重要組成部分，它用來保持工件定位時所確定的正確加工位置，防止工件在切削力、慣性力、離心力及重力 等作用下發(fā)生移位和振動。 （ 2）由于工件的工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合而引起定位誤差，稱為基準(zhǔn)不重合誤差。 定位精度的分析 定位誤差是工件在夾具或機床上定位不準(zhǔn)確而引起的加工誤差。 （ 3）夾具體 夾具體是夾具的基本骨架，通過它將夾具的所有元件構(gòu)成一個整體。定位元件的定位精度直接影響工件的加工精度。 夾具的組成 雖然各類機床夾具的結(jié)構(gòu)有所不 同，但各類夾具的基本組成卻類似，機床夾具一般由以下基本組成部分。適用于數(shù)控加工、新產(chǎn)品的試制和中、小批量的生產(chǎn)。通用可調(diào)夾具適用范圍較寬，加工對象并不十分明確；成組夾具是根據(jù)成組工藝要求，針對一組形狀及尺寸相似、加工工藝相近的工件加工而設(shè)計的，其加工對象和范第五章 夾具的設(shè)計 25 圍很明確，又稱專用可調(diào)夾具。其結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，主要用于固定產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。這類夾具主要用于單件小批量生產(chǎn)。 （ 1）通用夾具 通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、無需調(diào)整或稍加調(diào)整就可以用以裝夾不同工件的夾具。 （ 2）導(dǎo)向 如鉆床夾具中的鉆模板和鉆套能迅速確定鉆頭的位置并引導(dǎo)其進(jìn)行鉆削。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。 （ 2）夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。 夾具的功能 ，使工件在夾具中定位和夾緊 （ 1）定位 確定工件在夾具中占有 正確位置的過程。通過液壓夾緊部件和止推裝置限制了其它方向自由度，完成工件定位。 OP10 工序加工的工步內(nèi)容如下表 41 第四章 定位基準(zhǔn)的選擇 20 表 41 第四章 定位基準(zhǔn)的選擇 21 首先選定定位空 439 作為基準(zhǔn)坐標(biāo)中心建立 X/Y/Z 基準(zhǔn)坐標(biāo)系如圖 41，這樣就可以通過一個加工定位軟件定位出每一個加工部位的坐標(biāo)值如圖 42 400，500,600 三個面加工孔坐標(biāo)位置，各面坐標(biāo)值如表 42。其次，曲軸孔也是要求極高的重要參數(shù)，因此在選取 OP10 定位時使用缸壁及曲軸孔為定位基準(zhǔn)。 本論文著重分析一下發(fā)動機下缸體 OP10 加工工序的定位基準(zhǔn)選擇，本工序由于是第一道工序，所以對定位基準(zhǔn)的選擇尤為重 要，要充分考慮到后續(xù)工序加工基準(zhǔn)的選定，因此，要從整體定位，選擇一個合適基點作為加工定位的坐標(biāo)中心，并以此坐標(biāo)中心作為基準(zhǔn)中心進(jìn)行加工。 (4) 粗基準(zhǔn)在同一尺寸方向上通常只允許使用一次。 (2) 為了保證非加工表面與加工表面之間的相對位置精度要求， 應(yīng)選擇非加工表面作為粗基準(zhǔn)；如果零件上同時具有多個加工面時，應(yīng)選擇與加工面位置精度要求最高的非加工表面作為粗基準(zhǔn)。由于在加工時基準(zhǔn)是隨工序不斷變換的，因此選取精基準(zhǔn)時必須根據(jù)以加工面來確定。 （ 1) 精基準(zhǔn)的選擇 此時主要考慮基準(zhǔn)重合問題，當(dāng)設(shè)計基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合時，應(yīng)進(jìn)行尺寸計算，此處不再重復(fù)。 定位基準(zhǔn)應(yīng)有 足夠大的接觸面積和分布面積，以保證能承受打打切削力，保證定位穩(wěn)定可靠。 (4) 表示尺寸關(guān)系的基準(zhǔn)問題如上所述，而表示位置精度的基準(zhǔn)關(guān)系也是如此。 (3) 作為基準(zhǔn)，可以是沒有面積的點，線以及面積極小的面。 (2) 當(dāng)作為基準(zhǔn)的要素?zé)o法觸及時，通常由某些具體的表面來體現(xiàn)，這些表面稱為基面。當(dāng)作為基準(zhǔn)的是輪廓要素，如平面，圓柱面等時，容易直接接觸到，也比較直觀。 (4) 裝配基準(zhǔn) 裝配時用來確定零部件在產(chǎn)品中的相對位置時所采用的基準(zhǔn)。 它是工件上與夾具定位元件直接接觸的點，線，面。 (1) 工序基準(zhǔn) 在工序圖上，用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸，形狀，位置的基準(zhǔn)，及工序圖上的基準(zhǔn) 。工藝基準(zhǔn)是指在加工或裝配過程中所使用的基準(zhǔn)。按其作用的不同，基準(zhǔn)可分為設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類。同時也為下面即將進(jìn)行的夾具設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)，保證夾具設(shè)計的順利進(jìn) 行。 (2) 精基準(zhǔn)的選擇 主要考慮基準(zhǔn)重合的問題，當(dāng)設(shè)計基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算。基準(zhǔn)選擇的正確與合理，可以 使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率得以提高，否則，加工工藝規(guī)程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。硬度為 HRA 89～ ，抗彎強度為 1100～ 1500 MPa。根據(jù) ，在這里選用硬質(zhì)合金刀具。多軸動頭刀具可同時加工若干小孔。 對于缸體屬于批量且又是反復(fù)生產(chǎn)的典型工件，我們選擇復(fù)合刀具。雖然復(fù)合刀具價格高（訂購一把三到五個刀頭的復(fù)合刀柄要 2021 元左右），但采用復(fù)合刀具后使多道工序用一把刀完成，大大節(jié)省了機加工工時，若每個工件的加工時間節(jié)省510 min，工件批量為日 120 件，則可節(jié)省機加工時間為 1020個小時。若采用模塊式刀柄，就只需要配 40 個柄部、 60 個左右接桿， 70 到 80個頭部便可滿足要求，因此，選用模塊式刀柄是非常經(jīng)濟方便的。模塊式刀柄主要是經(jīng)濟，方便，簡單具有較大的靈活性。加工中心要投入使用，只有數(shù)百套刀柄一般很難滿足生產(chǎn)要求，因此設(shè)計時必須注意刀柄的選用并考慮此項投資。 本次設(shè)計需要鏜孔和鉆孔，因此淺鉆孔刀具，粗鏜刀，精鏜刀都要選擇。 精鏜刀用于孔的精加工，加工中心用的精鏜刀通常采用模塊式結(jié)構(gòu)，通 過高精度的調(diào)整裝置調(diào)節(jié)鏜刀的徑向尺寸，可加工出高精度的孔。這種鉆頭的剛性很好，可保證鉆孔的精度，有易于排屑的容屑槽，其加工效率很高。 （ 2）孔加工類刀具 在加工中心上可進(jìn)行鉆孔、擴孔和鏜孔，其刀具分被稱為淺孔鉆、擴孔鉆（粗鏜刀）、精鏜刀。鼓型銑刀，主要用于對變斜角類零件中變斜角面的近似加工。球頭銑刀和成型刀具適合于曲面類零件的加工。銑刀的種類繁多，功能也不盡相同。 加工中心刀具的選用 加工中心刀具的選用要參照所 加工的工件材料、工序內(nèi)容、切削速度、進(jìn)給量、切削深度選用合適刀具。 。 ，韌性強。 。 關(guān)。 第三章 夾具的選取 14 （ 4）涂層刀具： 。 。 、耐熱性好。 。 的化學(xué)穩(wěn) 定性。 （ 2）立方氮化硼刀具： 。 。 數(shù)。 （ 1）金剛石刀具： 。 加工中心常用道具的特點 目前，國內(nèi)外用于數(shù)控加工的刀具材料的主要有金剛石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、涂層刀具、硬質(zhì)合金刀具和高速鋼刀具等。因此，刀具材料應(yīng)具備較高的強度和韌性，以便承受切削力、沖擊和振動，防止刀具脆性斷裂和崩刃。 （ 2） 較高的耐熱性 刀具材料的耐熱性要好，能承受高的切削溫度，具備良好的抗氧化能力。刀具切削時要承受高壓、高溫、摩擦、沖擊和振動等作用 。因此刀具的好壞直接影響整個工藝系統(tǒng)的加工性能。 日生產(chǎn)量： c=16*60*60/720=80 件 年生產(chǎn)量： C=c*300=24000 件 因此選用加工中心 MAG HPC800 臥式加工中心 MAG HPC800 臥式加工中心，該機床各重要參數(shù)如下： 工作臺尺寸： 1000 800（ mm） 主軸直徑：Φ 100mm 移動速度： X、 Y： 80m/min， Z： 60m/min 精度：定位精度， 刀庫容量： 40 把 加工中心的主要結(jié)構(gòu)特點： （ 1） X、 Y、 Z 軸均采用雙絲杠傳 動技術(shù)； （ 2） 采用對稱的框中框結(jié)構(gòu)，設(shè)計達(dá)到最大的穩(wěn)定性； （ 3） 整體式床身，采用三點式調(diào)平，安裝快捷； （ 4） 可選配高扭矩 XT 系列或高轉(zhuǎn)速 AP系列； 第三章 夾具的選取 13 第三章 刀具的選取 刀具的材料要求及特點 刀具的材料及其要求 刀具、機床和工件組成切削加工工藝系統(tǒng)。根據(jù)機床配置的刀具情況來確定切削用量，計算每道工序的切削時間t1 及相應(yīng)的輔助時間 t2，對大型加工中心每次交換道具時間約為 46 秒，因此單工序時間為 t=t1+t2+5s 發(fā)動機下缸體機加工第一工序共有 24 個工步共需 24 把刀具換刀時大約為 120秒，整個工序所需時間大約為 720 秒。 第二章 加工設(shè)備選取 12 選購加工中心前必須做可行性分析，即一年內(nèi)加工多少工件，有幾種典型零件。根據(jù)缸體第一加工工序，本次設(shè)計需要 24個工步，共需 24 把刀具。 一般來說，選用立式加工中心是刀庫容量 20 把較合適。若所選加工中心作為單機使用，不準(zhǔn)備用于柔性加工單元或柔性制造系統(tǒng)，刀庫容量不宜選的太大。在加工中心使用中， 50%的故障都出自自動換刀裝置，因此，在選擇自動換刀裝置時，應(yīng)盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好的自動換刀裝置。它的任務(wù)是在每個工序變換前，做好刀具準(zhǔn)備，所以它的工作質(zhì)量與整機質(zhì)量直接有關(guān)。任意定位點的誤差均存在隨機誤差，從整個行程來看，定位誤差包絡(luò)線是全行程的精度范圍。 銑圓精度 銑圓精度綜合反映了機床兩軸聯(lián)動時，伺服運動特性和數(shù)控系統(tǒng)的插補功能。 機床精度的選擇 機床精度的選擇包括：機床定位精度和重復(fù)定位精度、銑圓精度、定位進(jìn)度分析等。 選取機床工作臺面稍大于零件尺寸是為了給安裝夾具留出空間。 機床規(guī)格選擇 按已定的工件來選擇機床的規(guī)格 機床的主要規(guī)格由：工作臺尺寸、坐標(biāo)位置、坐標(biāo)行程等。規(guī)格相近的（指工作臺寬度）臥式加工中心比立式的價格要高５０％～１００％， 臥式加工中心比立式的加工工時也多５０％～１００％，因此，完成同樣工藝內(nèi)容，采用立式加工中心要比第二章 加工設(shè)備選取 11 臥式加工中心經(jīng)濟。臥式加工中心適于加工箱體類零件、泵體、閥體和殼體等。軟件適應(yīng)性很好，可以及時修改，這樣給新產(chǎn)品試制，實行新的工藝流程和試驗均提供了方便。在加工過程 中，切屑不斷屑、切屑堆積、切屑纏繞等會影響加工順利進(jìn)行。 的連接孔等。 (4)加工中心的機床精度是按高精度加工要求制定的，若要