閥體加工工裝及專用主軸箱的設(shè)計

1、閥體加工工裝及專用主軸箱的設(shè)計1課題概述1.1 課題說明及課題目的1.新型夾具的發(fā)展趨勢國內(nèi)外機加工已經(jīng)發(fā)展到較為成熟的階段，夾具作為機械加工不可缺少的部件，在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。（1）高精隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度對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±5m，夾具支承面的垂直度達到0.01mm/300mm，平行度高達0.01mm/500mm。德國demmeler（戴美樂）公司制造的4m長、2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為±

2、;0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在5m以內(nèi)；夾具重復(fù)安裝的定位精度高達±5m；瑞士erowa柔性夾具的重復(fù)定位精度高達25m。機床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè)。誠然，為了適應(yīng)不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標準供選擇。（2）高效為了提高機床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多。為了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用12秒，夾具結(jié)構(gòu)簡化，為機床進行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造

3、了條件。為了縮短在機床上安裝與調(diào)整夾具的時間，瑞典3r夾具僅用1分鐘，即可完成線切割機床夾具的安裝與校正。采用美國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床工作臺上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產(chǎn)線上更換夾具，起到縮短停機時間，提高生產(chǎn)效率的作用。（3）模塊、組合夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。利用模塊化設(shè)計的系列化、標準化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術(shù)開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之。模塊化設(shè)計為夾具的計算機輔助設(shè)計與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用cad技術(shù)，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優(yōu)化設(shè)計，

4、為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，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，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華科技大學(xué)合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實現(xiàn)夾具設(shè)計與服務(wù)的通用化、遠程信息化和經(jīng)營電子商務(wù)化。（4）通用、經(jīng)濟夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟性。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)性及可擴展性功能強，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)濟性好。德國demmeler（戴美樂）公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種

5、、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，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費用低，經(jīng)濟實用才有推廣應(yīng)用的價值。夾具最早出現(xiàn)在18世紀后期。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。2課題研究的制定本設(shè)計題目閥門加工工裝設(shè)計。具體的設(shè)計內(nèi)容為利用搖臂鉆床一次鉆削閥體8-mm孔的工藝裝備。對工件進行機械加工時，為了保證加工需要，首先要使工件相對于刀具及機床有正確的位置，并使這個位置在加工過程中不因外力的影響而變動。在進行機械加工前，先要將工件夾好。由于加工的閥體為大批量生產(chǎn)所以設(shè)計一套專用夾具。采用該工裝設(shè)備可以一次性同時完成閥體8個孔的

6、鉆削。具體優(yōu)點如下：（1）能穩(wěn)定的保證工件的加工精度，用夾具裝夾工件時，工件相對于刀具及機床的位置精度由夾具保證，使一批工件的加工精度趨于一致。（2）提高了生產(chǎn)率，使用夾具裝夾工件方便、快速，工件不需要劃線找正，可顯著的減少輔助工時，工件在夾具中裝夾后提高了工件的剛性。因此可加大切削用量，大程度提高生產(chǎn)率。（3）多軸頭回轉(zhuǎn)式鉆模是高效率的對刀導(dǎo)向裝置。可以更加準確的確定刀具相對于定位元件的位置。一次性完成八個孔的加工，既提高了加工精度又保證了位置精度，大大縮短了工作輔助時間，全方位的提高了生產(chǎn)效率。1.2 課題研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工

7、件種類總數(shù)的85%左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3-4年就要更新50%-80%左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10%-20%左右。特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)(fms)等新加工技術(shù)的應(yīng)用，對機床夾具提出了如下新的要求：（1) 能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本；（2) 能裝夾一組具有相似性特征的工件；（3) 能適用于精密加工的高精度機床夾具；（

8、4) 能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機床夾具；(5) 采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率；(6) 提高機床夾具的標準化程度。本題目研究的內(nèi)容在國內(nèi)外屬于成熟裝置。對于提高生產(chǎn)率保證加工精度具有明顯優(yōu)勢。對于批量生產(chǎn)的閥體零件，運用本套工裝夾具還比較少見。采用本套夾具提高了加工精度和生產(chǎn)率，有很高的性價比。1.3 課題的理論依據(jù)本題目研究的理論依據(jù)為金屬切削機床夾具設(shè)計手冊、機械工程手冊、夾具工程師等。這幾本書知識性強、內(nèi)容豐富。從工件的裝夾，專用夾具的設(shè)計方法，定位裝置的設(shè)計，加緊裝置的設(shè)計，對刀引導(dǎo)裝置的設(shè)計等多個方面詳細的闡述了夾具設(shè)計方法和理論，

9、給了我們強有力的理論支持。 我們有了強有力的理論基礎(chǔ)依據(jù)，在加上在公司車間實地觀察以及多次工廠實習(xí)積累下來的豐富經(jīng)驗，重要的是指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)。我們已初步具備了相當?shù)臈l件來進行本次題目的研究。1.4 課題研究的思路及步驟明確任務(wù)并收集有用資料認真研究原始資料討論設(shè)計方案進行方案論證。主要包括：(1) 讀零件圖，制作零件工藝過程卡。(2) 了解生產(chǎn)的批量和對夾具的需求狀況。(3) 了解夾具形式和具體結(jié)構(gòu)。(4）設(shè)計多軸頭專用主軸箱及其校核。(5) 繪制夾具原理圖和裝配圖。 2閥體零件的工藝分析2.1 零件的分析2.1.1零件的功用此閥為直通單座閥，結(jié)構(gòu)較簡單，由一個閥芯和一個閥座組成。閥桿和閥

10、芯連接，當執(zhí)行機構(gòu)做直線位移時，通過閥桿帶動閥芯移動。上壓板用于壓緊填料，上閥蓋與閥體用螺栓連接，用于閥桿和閥芯的中心定位。閥座與上閥桿一起，用于保證閥芯與閥座的的中心定位，并在閥芯移動時，改變流體的流通面積，從而改變流通變量，實現(xiàn)調(diào)節(jié)流體流量的功能。此閥具有如下特點：(1）泄漏量小，容易實現(xiàn)嚴格的密封與切斷。(2）允許壓差小，此閥的允許壓差為120kpa。(3）流通能力小，此閥的流通能力為100。(4）流體介質(zhì)對閥芯的推力大，即不平衡力大，在高壓差、大口徑的應(yīng)用場合，不宜采用此類控制閥。2.1.2 零件的結(jié)構(gòu)特點由圖2-1閥體零件圖可知：(1）閥體mm的左右兩端面對基準a：mm的基準孔中心線

11、的對稱度公差為0.1mm。(2）閥體上8-m12孔的中心線對基準b：mm基準孔中心線的同軸度公差為mm。(3）閥體上端4-mm的孔的中心線對基準a：mm的基準孔中心線的同軸度公差為mm。(4）鑄件人工時效處理。(5）尖角倒鈍。(6）材料ht200。圖2-1 閥體零件圖2.1.3 零件的工藝分析(1）閥體的整體尺寸較大，但定位孔壁較?。?0mm），在各道工序加工時注意選用合適的夾緊力，以防工件變形。(2）閥體內(nèi)、外圓有同軸度公差要求，為保證加工精度，工藝應(yīng)該安排粗、精加工分開。(3）安裝填料的內(nèi)孔mm在精磨時，要保證mm的兩端面的精度，以保證兩端面對其軸心線的對稱度公差0.1mm。(4）對其所有

12、公差要求做到良好的測量檢測，保證加工精度。綜上所述：由典型零件機械加工生產(chǎn)實例得，為滿足主要部位的技術(shù)要求，初選以下加工方法，見表2-1表2-1 閥體零件主要加工表面的加工方案主要加工部位粗糙度要求加工方案mm基準孔ra=1.6鉆粗擴-半精擴-精擴mm基準孔ra=1.6粗鏜-半精車-精車左右兩端面ra=3.2粗車-精車mm上端面ra=3.2粗銑-精銑8-m12光孔鉆-攻（鉆模）4- mm孔鉆-擴2.2 工藝規(guī)程設(shè)計2.2.1確定零件生產(chǎn)類型與毛坯（1）確定零件生產(chǎn)類型該閥體年產(chǎn)量：q=10000個備品率：%=2% 廢品率：%=4%生產(chǎn)綱領(lǐng)：n=qn(1+%)（1+%）=10000×1

13、×（1+2%）×（1+4%）=10608（個）由機械制造工藝學(xué)(第二版)可知,該零件屬中型機械，為大量生產(chǎn)，見表2-2。表2-2 各種生產(chǎn)類型規(guī)范生產(chǎn)類型零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件/年）重型機械中型機械輕型機械單件生產(chǎn)520100小批量生產(chǎn)510020200100500中批生產(chǎn)1003002005005001000大批生產(chǎn)30010005005000500050000大量生產(chǎn)1000500050000（2）確定零件毛坯的種類和制造方法該閥體材料為ht200，根據(jù)以下原則，選取毛坯的制造方法。1）毛坯的制造方法應(yīng)與材料的制造工藝相適應(yīng)。ht200材料適合用鑄造獲得毛坯。2）毛坯的制

14、造方法應(yīng)與生產(chǎn)類型相對應(yīng)。本零件為大量生產(chǎn)，故采用砂型鑄造。此外，現(xiàn)場還應(yīng)考慮工廠的實際生產(chǎn)能力。2.2.2 工藝方案的制定原則分析（1）采用組合機床的可行性：組合機床可以進行多刀、多面、多工位加工，可同時完成鉆、擴、鉸、鏜、攻絲等工序。使用組合機床可比一般機床縮短加工時間減少占地面積，經(jīng)濟效益顯著，同時對大量生產(chǎn)類型很適應(yīng)。由于該閥體加工部位的多樣性，精度要求高，屬于大批量生產(chǎn)類型，因此可采用組合機床加工工藝方案。（2）組合機床工藝方案制定的影響制定組合機床工藝方案是組合機床設(shè)計最重要的步驟之一，工藝方案的制定將決定機床能否達到”重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、效率高、質(zhì)量好”其影響主要

15、因素有:1）加工的工序和加工精度的要求，被加工零件需要在組合機床上完成的工序及加工精度，是制定機床工藝方案的主要依據(jù)，因此首先分析研究工件的加工精度和技術(shù)要求。2）被加工零件的特點如工件材料及硬度，加工部位的結(jié)構(gòu)形式，工件的剛度，工藝基面等，對于機床工藝方案的制定都有重要的影響。工件的剛性不足，加工時工序就不能太集中，有時為了減少機床臺數(shù)，必須采用集中工序時，也必須把一些工序從時間上錯開加工，以勉同時加工時因工件受力變形，發(fā)熱變形以及振動而影響加工精度。3）工件的生產(chǎn)方式，被加工零件生產(chǎn)批量的大小對機床工藝方案的制定也有影響，對于大批量生產(chǎn)的箱體零件，工序安排上一般趨于分散，在中小批量生產(chǎn)情況

16、下，力求減少機床臺數(shù)，將工序盡量集中在一臺或少數(shù)幾臺機床上進行加工，以提高組合機床的利用率。2.2.3 組合機床工藝過程確定的原則一般閥體零件的機械加工工序安排的原則是: 先粗后精，先面后孔，先主后次，基準先行。（1）先面后孔：根據(jù)對本零件的分析，加工時，先粗車出一個端面為粗基準，再以內(nèi)徑定位裝夾工件，留足車削及磨削余量。 （2）先粗后精：在大批量生產(chǎn)中粗精加工分開進行的優(yōu)點是:1）工件可以得到較好的冷卻，減少熱變形駐內(nèi)應(yīng)力的影響，有利于保證加工精度。 2）可以避免粗加工產(chǎn)生的影響。粗加工時切削力很大，并且產(chǎn)生很大的振動會影響到精加工孔的表面粗糙度和精度。 3）有利于精加工機床的精度持久的保證

17、。因為當粗精加工使用同一夾具，由于粗加工時的振動，發(fā)熱的影響，易于失去精度，粗精加工分開時，精加工工序可以采用較小的夾壓力，減小夾壓變形有利于保證需要加工精度。4）使機床結(jié)構(gòu)簡單，便于維修。但是在確定工藝方案的時候，還必須從實際出發(fā)首先根據(jù)生產(chǎn)批量，加工精度，技術(shù)要求駐工作條件來進行分析，按照經(jīng)濟的滿足加工要求的原則合理的處理粗精工序的安排。2.2.4定位基準的選擇定位基準分為設(shè)計基準、工藝基準、測量基準等，由圖2-2分別分析各基準的選擇。（1）設(shè)計基準的選擇：設(shè)計基準，就是圖紙上使用的基準。設(shè)計者在圖紙上用一定的尺寸或相互關(guān)系（如平行度、垂直度、同軸度等）來表示零部件各部分的相互位置關(guān)系。各

18、個尺寸均有其設(shè)計基準，就該閥體8-m12的定位尺寸mm則是以基準b引出的，故尺寸mm的設(shè)計基準為基準b,即mm基準孔中心線，如圖2-2。（2）工藝基準：工藝基準又可分為工序基準、定位基準、測量基準和裝配基準。1）工序基準：在工序圖上用來確定本工序加工所加工表面加工后的尺寸、形狀和位置的基準，稱為工序基準。2）定位基準：定位基準是獲得零件尺寸、形狀和位置的直接基準，可分為粗基準和精基準。粗基準： 8xm12的定位粗基準為b孔軸線與一個端面c，如圖2-2。精基準：對于8xm12螺紋孔的精基準與粗基準相同，如圖2-2。3）測量基準：測量該閥體時，其測量基準有端面c，上下兩端面d、e，內(nèi)孔b、mm的外

19、圓f等，如圖2-2。圖2-2 閥體各基準的選擇2.2.5工藝路線的分析工藝路線的擬定是制定工藝過程的總體布局，其主要任務(wù)是選擇各個表面的加工方法和加工方案，確定各個表面的加工順序以及整個過程中工序數(shù)目的多少等。通過以上分析，關(guān)于該閥體的加工工藝路線可確定以下工藝過程案，如表2-3。表2-3 閥體的工藝過程表工序號工序內(nèi)容機床夾具定位基準01鑄造02清砂03人工時效04粗銑左右端面雙面臥式組合機床專用夾具按劃線找正05粗鏜內(nèi)孔b臥式組合鏜床專用夾具端面c、劃線找正06半精車端面c和內(nèi)孔b液壓半自動立車專用夾具內(nèi)孔b和端面c07精車另一端面c液壓半自動立車專用夾具內(nèi)孔b和端面c08檢查09粗精銑端

20、面d臥式銑床專用夾具內(nèi)孔b、端面c10鉆內(nèi)孔a搖臂鉆床專用夾具內(nèi)孔b、端面c、劃線11鉆內(nèi)孔e搖臂鉆床專用夾具內(nèi)孔b、端面c、劃線12粗擴內(nèi)孔a、e搖臂鉆床專用夾具內(nèi)孔b、端面c、劃線13半精擴內(nèi)孔a、e搖臂鉆床專用夾具內(nèi)孔b、端面c、劃線14精擴內(nèi)孔a搖臂鉆床專用夾具內(nèi)孔b、端面c、劃線15鉆8-10 mm搖臂鉆床專用夾具內(nèi)孔b、端面c16攻絲搖臂鉆床專用夾具內(nèi)孔b和端面c17精車內(nèi)孔b液壓半自動立車專用夾具內(nèi)孔b和端面c18去毛刺29檢查20入庫綜上所述選擇以上加工工藝路線的特點如下:(1) 粗精加工分階段進行，有利于減小熱變形。(2) 工序長，工序較分散，使機床制造調(diào)整維修方便重要工序集

21、中程度較高，有利于保證加工精度。(3) 基準統(tǒng)一，可保證因工序轉(zhuǎn)移引起定位誤差，不影響加工精度，減少基準累積誤差。鉆孔8-10 mm工序的詳細分析：此次課題研究工序15的具體過程，即鉆削8-m12mm螺紋孔光孔（8-mm）。由表2-3 閥體的工藝過程表可知：在此工序前，兩端面c、端面d、基準孔a和內(nèi)孔e已經(jīng)加工完畢，內(nèi)孔b也已經(jīng)進行了粗鏜和半精車。本工序的加工要求為：螺紋底孔均勻分布且為通孔；此光孔距內(nèi)孔軸線mm；光孔中心線對基準孔b的同軸度公差要求為mm。工序15宜采用搖臂式鉆床。3 閥體的工藝裝備設(shè)計概述3.1 設(shè)計總體說明本設(shè)計題目是針對閥體上8-12mm螺紋孔光孔的加工工裝設(shè)計。具體設(shè)

22、計內(nèi)容為：對現(xiàn)有設(shè)備搖臂鉆床z3040進行改造，以此來進行閥體左右兩端面上8x12mm螺紋光孔。其中工裝部分包括專用夾具和專用主軸箱。設(shè)計完畢后對各個設(shè)計部分進行裝配。3.1.1專用夾具的設(shè)計綜述專用夾具的設(shè)計： 包括定位部分、加緊部分、導(dǎo)向部分、支承部分等各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計。這里主要完成：（1）確定工件的定位方案，工件在夾具中的定位應(yīng)符合定位原理，合理設(shè)置定位元件，進行定位誤差的分析計算，定位誤差應(yīng)小于工序公差的1/3；（2）確定刀具的對刀或引導(dǎo)方式，根據(jù)加工表面的具體情況來確定；（3）確定工件的夾緊方案，夾緊力的作用點和方向應(yīng)符合夾緊原則，進行夾緊力的分析和計算，以確定夾緊元件及傳動裝置的主

23、要尺寸；（4）確定夾具其它組成部分的結(jié)構(gòu)形式；（5）確定夾具體的形式和夾具的總體結(jié)構(gòu)。3.1.2專用主軸箱的設(shè)計綜述專用主軸箱的設(shè)計：主要原則為設(shè)計一套由傳動軸帶動，八根主軸同時工作，從而使傳動軸上的動力分為八各部分一次性加工出閥體零件的八個孔。這里主要完成：（1）所有軸的位置關(guān)系尺寸；（2）主軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向；（3) 主軸主軸外伸部分尺寸及校核；（4) 主軸箱外型尺寸及其他相關(guān)部件聯(lián)系尺寸；（5) 鉆模板在主軸箱安裝的位置要求等。關(guān)于裝配：各配合部分的配合標準及裝配要求等，畫出裝配示意圖。 4專用夾具的設(shè)計4.1 確定定位方案和選擇定位元件 4.1.1主要定位基準的選擇根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)（參照圖2

24、-2）和工藝安排，本工序加工時的主要定位基準有兩種方案可供選擇：1. 以一端面c作為主要的定位基準； 2. 以內(nèi)孔b作為主要的定位基準；第一種方案以內(nèi)孔b作為主要的定位基準，定位面積大，夾具結(jié)構(gòu)簡單、工件拆卸方便、與其他工序相適應(yīng)，但是，螺紋孔與端面c之間沒有直接的技術(shù)要求，且端面的粗糙度要求不高，螺紋孔作為旋轉(zhuǎn)體與端面之間的了聯(lián)系較少，故予以否定。第二種方案以內(nèi)孔b作為主要的定位基準，有很多優(yōu)點。螺紋孔與內(nèi)孔b之間有直接的同軸度要求；內(nèi)孔b也可作為導(dǎo)向定位基準便于工件的裝拆。此外，采取本方案可以采用統(tǒng)一的定位基準，即采用基準孔b進行定位加工。故第二種定位方案可行。綜上，該工序采取以內(nèi)孔b作為

25、主要的定位基準來保證加工。4.1.2定位方法及定位元件的選擇觀察零件圖，就此工序來講，我們必須限制其六個自由度。在本夾具設(shè)計時，以內(nèi)孔b為主要的定位基準，故初選定位元件如下：1、 選擇短圓柱銷大端面：如圖4-1，分析零件限制的自由度共限制5個自由度。總結(jié)見表4-1 。圖4-1 采用圓柱銷大端面定位表4-1 圓柱銷大端面定位情況定位元件限制的自由度平移旋轉(zhuǎn)短圓柱x、y大端面zx、y2、定位銷：本題需要限制z方向的旋轉(zhuǎn)，故需要小定位銷，如圖4-2，總結(jié)見表4-2。圖4-2 采用小圓柱銷定位其中x方向的平移與短圓柱限制的x方向的平移將轉(zhuǎn)化為z的旋轉(zhuǎn)，故其限制的自由度如下：表4-2 小定位銷定位情況定

26、位元件限制的自由度平移旋轉(zhuǎn)定位銷z至此工件的六個自由度均被定位。注：因為我們國內(nèi)使用的鉆頭均屬右旋鉆頭，小定位銷應(yīng)設(shè)置在如圖位置方能更好的起到定位作用。4.2 確定夾緊方案與夾緊機構(gòu)4.2.1 夾緊裝置（1）夾緊裝置的種類很多，但其結(jié)構(gòu)均由兩部分組成。1）動力裝置-產(chǎn)生夾緊力機械加工過程中，要保證工件不離開定位時占據(jù)的正確位置，就必須有足夠的夾緊力來平衡切削力、慣性力、離心力幾重力對工件的影響。夾緊力的來源，一是人力。二是某種動力裝置。常用的動力裝置有：液壓裝置、氣壓裝置、電磁裝置、電動裝置、氣液連動裝置和真空裝置。2）夾緊機構(gòu)-傳遞夾緊力要使動力裝置所產(chǎn)生的力或人力正確的作用在工件上，需有適

27、當?shù)膫鬟f機構(gòu)。在工件夾緊過程中起力的傳遞作用的機構(gòu)，稱為夾緊機構(gòu)。夾緊機構(gòu)在傳遞力的過程中，能根據(jù)需要改變力的大小、方向和作用點。手動夾具的夾緊機構(gòu)應(yīng)具有良好的自鎖性能，能可靠的夾緊工件。（2） 對夾緊裝置的基本要求1) 夾緊過程中，不改變工件定位后占據(jù)的正確位置。2) 夾緊力的大小適當，一批工件的夾緊離要穩(wěn)定不變。既要保證工件在整個加工過程中的位置穩(wěn)定不變，震動小，又要使工件不產(chǎn)生過大的夾緊變形。夾緊力穩(wěn)定可減小加緊誤差。3) 夾緊裝置的復(fù)雜程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。工件生產(chǎn)批量越大，允許設(shè)計越復(fù)雜效率越高的夾具。4) 工藝性好，使用性好。其結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單，便于制造和維修，夾緊裝置的操作

28、應(yīng)當方便、安全、省力。4.2.2 夾緊力的方向和作用點確定確定夾緊力的方向、作用點和大小時，要分析工件的結(jié)構(gòu)特點、加工要求、切削力和其他外力作用的情況，以及定位元件的結(jié)構(gòu)和布置方式。對此工序中，工件的方向和作用點的確定為：（1) 夾緊力的方向和作用點的確定。夾緊力應(yīng)朝向主要限位面。在本溪夾具設(shè)計中，主要限位面為工件的的一個端面c, 即大端面，約束兩個旋轉(zhuǎn)自由度x、y和一個移動自由度z。對工件施加一個夾緊力，或施加幾個方向相同的夾緊力時，夾緊力的方向朝向主要限位面。（2) 夾緊力的點應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)和工件剛性較好的方向和部位。綜上，夾緊力的方向及作用點如圖4-3所示：圖4-3 夾緊力方

29、向及作用點4.2.3 夾緊力大小的估算加工過程中，工件受到切削力、離心力、慣性力及重力作用。理論上，夾緊力的作用應(yīng)與上述力的作用相平衡；但實際上，夾緊力的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性、夾緊機構(gòu)的傳遞效率有關(guān)。而且，切削力的大小在夾緊過程中是變化的，因此，夾緊力的計算是個很復(fù)雜的問題，只能進行粗略的估算。在本次設(shè)計中，因采取搖臂鉆床鉆削工件，自上而下夾緊工件，夾緊力方向與切削力方向相同，故所需夾緊力不大，只用于防止加工中工件產(chǎn)生振動和轉(zhuǎn)動。參見機床夾具設(shè)計，其平衡方程如下： ；故防止工件轉(zhuǎn)動的夾緊力為：；式中，安全系數(shù)，通常情況下，=1.5-3.0；基本安全系數(shù)，通常取=1.2-1.5；加工狀態(tài)系數(shù)，

30、通常取=1.0；刀具鈍化系數(shù)，通常取=1.1-1.3;切削特點系數(shù)，通常連續(xù)切削時，=1.0；主軸扭矩；壓板與鉆頭軸心線的距離；摩擦系數(shù)，在本工序中，因為其定位面已經(jīng)進行了精加工，屬光滑平面，由表4-3得，取=0.15。表4-3不同支承面的摩擦系數(shù)定位支承面形式定位支承表面特點摩擦系數(shù)光滑表面0.1-0.2表面有直溝槽，且溝槽的方向與切削力方向一致0.3表面有直溝槽，但溝槽的方向與切削力方向垂直0.4表面具有交錯溝槽0.6-0.7綜上，確定壓板與鉆頭軸心線的距離后校核加緊力f，使其滿足f> f需。4.2.4夾緊機構(gòu)的選擇夾緊機構(gòu)的種類很多，但其結(jié)構(gòu)大都以斜楔夾緊機構(gòu)、螺旋夾緊機構(gòu)、偏心夾

31、緊機構(gòu)和螺旋壓板夾緊機構(gòu)為基礎(chǔ)，這四種夾緊機構(gòu)合稱為基本夾緊機構(gòu)?，F(xiàn)分別進行比較選用：（1) 斜楔夾緊機構(gòu)此夾緊機構(gòu)在使用時須在工件裝入后，錘擊斜楔大頭，夾緊工件。加工完畢后，錘擊斜楔小頭，松開工件。由于用斜楔直接夾緊工件的夾緊力太小，且操作費時，所以實際生產(chǎn)中應(yīng)用不多，多數(shù)情況下是將斜楔與其他機構(gòu)聯(lián)合使用。其自鎖的條件是：斜楔的升角小于斜楔與工件、斜楔與夾具體之間的摩擦角之和。（2) 螺旋夾緊機構(gòu)由螺釘、螺母、墊圈、壓板等元件組成的夾緊機構(gòu)，稱為螺旋夾緊機構(gòu)。螺旋夾緊機構(gòu)不僅結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，而且，由于纏繞在螺釘表面的螺旋線很長，升角又小，所以螺旋夾緊機構(gòu)的自鎖性能好，夾緊力和夾緊行程都較

32、大，是手動夾緊中用得最多的一種夾緊機構(gòu)。其又分為單個螺旋夾緊機構(gòu)，和螺旋壓板機構(gòu)。直接用螺釘或螺母夾緊工件的機構(gòu)，稱為單個螺旋夾緊機構(gòu)。螺釘頭直接與工件表面接觸，螺釘轉(zhuǎn)動時可能會損傷表面?？朔@一缺點的辦法是在螺釘頭部裝一個擺動壓塊。夾緊動作慢，工件裝卸費時是其另外的缺點。（3) 偏心夾緊機構(gòu)用偏心件直接或間接夾緊工件的機構(gòu)，稱為偏心夾緊機構(gòu)。常用的偏心件是圓偏心輪和偏心軸。偏心夾緊機構(gòu)操作方便，夾緊迅速，缺點是夾緊力和夾緊行程都較小，一般用于切削力不大，震動小，夾壓面公差小的加工中。（4) 螺旋壓板夾緊機構(gòu)夾緊機構(gòu)中，結(jié)構(gòu)形式變化最多的是螺旋壓板機構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特點是結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便。當鉤形壓

33、板妨礙工件裝卸時，可采用自動回轉(zhuǎn)鉤形壓板，它避免了用手轉(zhuǎn)動鉤形壓板的麻煩。綜合考慮各種夾緊機構(gòu)的特點，結(jié)合本設(shè)計具體情況，本次設(shè)計中最后選用鉆模板自動夾緊機構(gòu)，在加工工件的同時，利用鉆模板壓緊工件起到夾緊工件的目的。4.3 確定導(dǎo)向方案與導(dǎo)向元件或裝置4.3.1確定導(dǎo)向方案導(dǎo)向裝置是確定刀具相對于工件的的正確位置并引導(dǎo)刀具進行加工。常用的導(dǎo)向元件有導(dǎo)向套、對刀塊、導(dǎo)柱、鉆模板等。此次夾具設(shè)計中，零件尺寸較大，所加工孔的位置公差要求比較高，這就要考慮到現(xiàn)代機床夾具中廣泛采用的導(dǎo)柱及鉆模板等導(dǎo)向裝置。這就要求進行鉆套，導(dǎo)柱，鉆模、鉆模板的選擇及設(shè)計。其中，普通鉆?？煞譃橛挚梢苑譃楣潭ㄊ胶头枪潭ㄊ絻?/p>

34、種。 （1）非固定式鉆模在立式鉆床上加工直徑小于10mm的小孔后或孔系、鉆模重量小于15kg時，由于鉆模扭矩較小，加工時人力可以扶的住他，因此鉆模不需要固定在鉆床上，這類可以自由移動的鉆模稱為非固定式鉆模。（2）固定式鉆模在搖臂鉆床上加工直徑大于10mm的單孔或在搖臂鉆床上加工較大的平行孔系，或鉆模重量超過15kg時，因鉆削扭矩太大及人力移動費力，固鉆模須固定在鉆床上。這種加工一批工件時位置固定不動的鉆模稱為固定式鉆模。綜上，本夾具屬于固定式鉆模。4.3.2鉆模板的設(shè)計鉆模板用于安裝鉆套，并保證鉆套在鉆模上的正確位置。常見的鉆模板有以下幾種：固定式鉆模板、鉸鏈式鉆模板、可卸式鉆模板、懸掛式鉆模

35、板。固定在夾具體上的鉆模板稱為固定式鉆模板。固定式鉆模板結(jié)構(gòu)簡單，鉆孔精度高。綜合考慮各種鉆模板的優(yōu)越性，結(jié)合本次設(shè)計本套夾具采用懸掛式鉆模板，如圖4-4所示。采用懸掛式鉆模板應(yīng)注意以下幾個問題。（1) 采用懸掛式鉆模板應(yīng)能保證加工孔的位置精度要求，這項精度和鉆模板的結(jié)構(gòu)形式有著密切的關(guān)系。因為此工件的法蘭盤端面上加工圓周分布的孔時，為了保證被加工孔和工件內(nèi)孔的位置精度要求，所以使用一個定位銷來保證其精度。（2) 為了使加工時鉆模板有足夠的穩(wěn)定性所以在鉆模板上用墊片螺母加緊。 （3) 模板應(yīng)有足夠的剛性。鉆模板用導(dǎo)桿，通用導(dǎo)桿通常只適用于立式機床的活動鉆模板，其直徑為100mm。導(dǎo)桿的上端則穿

36、過主軸箱體上的孔。導(dǎo)桿用螺母加緊，螺母用于將活動鉆模板固定在導(dǎo)桿的端部，在更換刀具時，用扳手把螺母卸下，可以很快的卸下鉆模板。圖4-4活動鉆模板4.3.3鉆套的選擇為能迅速地準確地確定刀具與夾具的位置，鉆夾具上都應(yīng)設(shè)置引導(dǎo)刀具的元件-鉆套。鉆套一般安裝在鉆模板上，鉆模板一般與夾具體相連接，鉆套與工件之間留有排削空間。鉆套是鉆模上特有的元件，用來引導(dǎo)刀具以保證被加工孔的位置精度和提高工藝系統(tǒng)的剛度。鉆套可分為標準鉆套和特殊鉆套兩大類。其中標準鉆套的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料、熱處理等可查機床夾具手冊。標準鉆套又分為固定鉆套、可換鉆套和快換鉆套三種。固定鉆套分為兩種。鉆套安裝在鉆模板或夾具體中，其配合為或。固

37、定鉆套結(jié)構(gòu)簡單，鉆孔精度高，適用于單一鉆孔工序和小批生產(chǎn)?？蓳Q鉆套。當工件為單一鉆孔工步、大批量生產(chǎn)時，為便于更換磨損的鉆套，選用可換鉆套。鉆套和襯套之間采用或配合，襯套與鉆模板之間采用配合。當鉆套磨損后，可卸下螺釘，更換新的鉆套。螺釘能防止鉆套加工時轉(zhuǎn)動及退刀時脫出。快換鉆套。當工件需鉆、擴、鉸多工步加工時，為能快速更換不同孔徑的鉆套，應(yīng)選用快換鉆套。更換鉆套時將鉆套缺口轉(zhuǎn)至螺釘出，即可取出鉆套。削邊的方向應(yīng)考慮刀具的旋向，以免鉆套自動脫出。綜合考慮各種鉆套的應(yīng)用情況，最后本夾具采用的是可換鉆套。選用時參考機床夾具設(shè)計手冊，具體結(jié)構(gòu)參見下圖4-5。圖4-5 可換鉆套1可換鉆套 2襯套 3緊定

38、螺釘4.3.4導(dǎo)柱的設(shè)計通用導(dǎo)柱通常只適用于立式機床的活動鉆模板，其直徑為100mm。鉆模板借助螺母固定在導(dǎo)柱的下端，導(dǎo)柱的上端則穿過主軸箱體上的孔。在加工閥體上的孔時鉆模板壓在工件上，壓緊工件相當于工件的加緊裝置，加工完畢后主軸箱抬起，鉆模板和主軸箱相連隨主軸箱抬起。綜上，本次夾具設(shè)計中，選用導(dǎo)柱選用兩根，和主軸箱，鉆模板相連接。如圖4-6。圖4-6導(dǎo)柱零件圖4.4 鉆模裝配圖此次設(shè)計中，通過對鉆模板、導(dǎo)柱、鉆套等設(shè)計，確定其裝配圖如下圖4-7。圖4-7鉆模裝配圖1鉆模板 2墊片 3螺母 4導(dǎo)柱 5彈簧 6對頂螺母 7可換鉆套 8襯套 9 螺釘 5專用主軸箱設(shè)計5.1主軸箱概述主軸箱是用于布

39、置機床工作主軸及其傳動零件和相應(yīng)的附加機構(gòu)的。它通過按一定速比關(guān)系排布傳動齒輪，把動力傳遞給各工作主軸，使之獲得所要求的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)向等。主軸箱是此次閥體加工工裝部分的重要部件。它是選用通用零件，按專門要求設(shè)計的，不僅需要傳遞動力，而且是此次工裝的一部分，同鉆模板上的導(dǎo)柱和加緊套相配合，在本設(shè)計中，是工作量較大的部件之一。我設(shè)計的這套主軸箱靠法蘭和z3040搖臂鉆床的主軸箱體部分相連接。機床的主軸箱按其組成和用途分為：大型標準主軸箱，小型標準主軸箱和專用主軸箱。在本設(shè)計中，采用的是專用主軸箱。此次課題研究中，齒輪部分等已經(jīng)選擇完畢，主軸箱設(shè)計的主要內(nèi)容如下：1) 所有軸的位置關(guān)系尺寸；2) 主軸轉(zhuǎn)

40、速和轉(zhuǎn)向及外伸部分尺寸；3）傳動系統(tǒng)的設(shè)計及校核4) 主軸箱外型尺寸及其他相關(guān)部件聯(lián)系尺寸。5) 鉆模板在主軸箱安裝的位置要求；6) 其它要求。5.2傳動軸及主動軸的位置關(guān)系由零件的局部視圖可以看出，傳動軸要位于零件的中心位置，其余八軸的軸線要以mm為基準均勻分布，如圖5-1。 圖 5-1傳動軸與主軸位置關(guān)系5.3主軸的設(shè)計此次的主軸箱中傳動軸與主軸的設(shè)計的設(shè)計順序應(yīng)該采取主動軸傳動軸的設(shè)計次序，主軸為僅僅（或者主要）承受扭矩的的軸，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強度計算，其中主軸的設(shè)計包括主軸所帶動的刀具切削用量、轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)、齒輪的設(shè)計。1.切削用量計算：主軸上帶動的鉆頭直徑為10.0mm，由此以此類推所需各類參

41、數(shù)。又該閥體材料為ht200，屬深孔鉆，由金屬切削機床夾具設(shè)計手冊知：（1）切削深度ap（mm）ap=d/2=10 /2=5.0mm (5-1)（2）每刃進給量f（mm/z）f 取f=0.12mm（3）切削速度（mm/min）另外，主軸轉(zhuǎn)速n （r/min）： （5-2）即 24000=3.14×10.2×n得： n=9552. 軸向力n 扭矩m 功率p n=425df0.8=425×10×(0.12) 0.8=3400×0.183=622.2n （5-3）m=210d2f0.8=210×(10)2×(0.12)0.8=21

42、0×104.4×0.183=2459.52n.mm （5-4）p=mn/(7018760×1.36)=2459.52×955/9545513.6)=0.25kw （5-5）選擇搖臂鉆床 z3040 轉(zhuǎn)速600（搖臂鉆床的各個參數(shù)見附錄）3.確定主軸軸徑及形式及動力計算：主軸的軸徑和型式，主要取決于刀具進給抗力和切削扭矩或主軸刀具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的需要。通常，鉆孔時采用前有支承有止推軸承的主軸。鉆孔以外的其他工序，主軸前支承有沒有止推軸承都可以，這要視具體情況而定。 （5-6）因為m=251kg.f.mm。許用扭轉(zhuǎn)角度/米。取d=15mm。材料選用40cr淬火。

43、主軸箱所需功率： n主=n切/=4×0.25/0.9=1.1kw （5-7）1.1=mn/(7018760×1.36)=m×500/9545513.6得 m=21000×0.102=2142 kgf.mmd =13mm取 d = 15mm則兩段軸徑均為d = 15mm軸材料選用45鋼調(diào)質(zhì)， 5.4 傳動系統(tǒng)部分1.傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般要求；1) 保證軸的強度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求的前提下，力求使傳動軸和齒輪為最少。應(yīng)盡量用一根傳動軸帶動多根主軸；當齒輪嚙合中心距不符和標準時，可采用齒輪變位的方法來湊中心距。2) 在保證有足夠強度的前提下，主軸、傳動軸和齒輪

44、的規(guī)格要盡可能少，以減少各類零件的品種。3) 通常應(yīng)避免通過主軸帶動主軸，否則將增加主動主軸的負荷。4) 最佳傳動比為1-1.5，但允許采用到3-3.5。5) 粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡可能靠近前支承，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形。6) 剛性鏜削主軸上的齒輪，其分度圓直徑要盡可能大于被加工孔的直徑，以減少震動，提高傳動的平穩(wěn)性。7) 盡可能避免升速傳動，必要的升速最好放在傳動鏈的最末一，二級以減少功率損失。2.傳動系統(tǒng)設(shè)計方法主軸的分布盡管有各種各樣的類型，但通常采用經(jīng)濟及有效的傳動是：用一根傳動軸帶動多根主軸。因此，設(shè)計傳動系統(tǒng)時，首先把所有主軸分成盡可能少的若干組同心圓，然后再各組同心圓圓心上放置一

45、根傳動軸來帶動各自一組的主軸。接著在用盡可能少的傳動軸把各組軸與動力部件驅(qū)動軸連接起來。這就是通常的傳動布置次序，即由主軸處布置起，最后在引到動力部件的驅(qū)動軸上。對于一些簡單的，主軸數(shù)量較少或其他情況，也可采用別的布置次序。3傳動系統(tǒng)的計算傳動系統(tǒng)齒輪的計算如下：基本公式 （5-8）得 （5-9）式中：主動輪齒數(shù) 從動輪齒數(shù) 主動輪轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） 從動輪轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） a 中心距（mm） m 模數(shù)（mm）因 n=955 r/min 主軸 m=2 a=160mm得 z主+z從=2×160/m=160n主=500r/min n從=950r/min （5-10）=2×160/2×(1+550/