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1、1 前言1.1 课题的意义随着经济的不断发展进步，专用组合机床的需求量在不断增多，通用机床的需求在相对的减少。于是各机床厂建立起了组合机床的生产车间。组合机床作为一种现代机床，它不是通用零部件、刀具、辅具和控制系统的简单组合，从设计制造到组合装配调试都应当有专用特征。现代社会是以经济效益为第一目标，况且通用机床又不能满足大众的要求，它只能运用在单工件的生产加工上。正由于组合机床的发展，促使现代社会企业认识到了它的优点，能够带来大量的经济效益，从而开始大量投入生产。组合机床一般用于零件的大批量生产加工，需要加工精度长期稳定。这就要求通用部件的选择，刀具的设计选择，夹具的设计，液压和气动系统的设计
2、，电气系统的设计等都要相对的合理。但这些设计也要有一个好的技术设计方案才能够带来大的经济效益。为了改变生产条件，提高生产率，改善产品的质量等方面的技术，以达到预计的生产水平为目的，并能够与该厂其它产品轮番生产，需要设计一个合理的组合机床设计方案。如果用普通机床来进行加工，那样所花的时间、工序、精力会比较多，比较烦琐，同时不能够保证零件的加工精度，也不能提高生产率。而现在要设计的组合机床，绝大部分是由通用零、部件组合而成，大大缩短了设计制造周期，也简化了机床的维护和修理。同时它能够采用多刀、多面对工件进行加工，实现了工序集中原则。而工件的一次装夹下多面加工，又有利于保证各面或孔之间的精度要求，提
3、高了质量，并减少了工序间的搬运所花的时间。1.2 国内外发展现状1.2.1 国外组合机床发展动向80年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性发展，实现了机床工作程序软件化，工序高度集中，高效短节拍和多样功能的自动监控。国外组合机床技术的发展趋势是：(1)广泛采用数控技术 国外在组合机床上不仅一般动力部件运用数控技术，而且夹具的转向或转角、换箱位置的自动分度与定位也都运用数控技术，从而进一步提高组合机床的工作可靠性和加工精度。(2)发展综合自动化技术随着工业的发展，对自
4、动化的要求提出了许多新的要求，大批量生产的高效率，要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序，而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序。(3)发展柔性技术 80年代以来，国外对中、大批量生产，多品种加工装备采用了一系列可调措施，使加工装备具有一定的柔性；这种结构的变化，既实现了品种加工要求的调整变化快速灵敏，又可以使机床配置更加灵活多样。(4)进一步提高工序集中程度 国外为了减少机床数量，节省占地面积，对组合机床继续采用各种措施，进一步提高工序集中程度，从而最大限度的发挥设备的效能，获取更好的经济效益。1.2.2 国内组合机床发展动向组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造
5、技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床主要采用机、电、气、液压控制,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件,完成钻、扩、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内镗各种形状槽,以及铣削平面和成形面等。随着技术的不断进步,一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换,配以可编程序控制器()、数字控制()等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多品种加工的可调可变组合机床。由于组合机床及其自动线是一种技术综合
6、性很高的高技术专用产品,是根据用户特殊要求而设计的,它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后,国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大,并使产品生产成本提高。因此,市场要求我们不断开发新技术、新工艺,研制新产品,由过去的“刚性”机床结构,向“柔性”化方向发展,满足用户需求,真正成为刚柔兼备的自动化装备1。1.3 课题设计内容产品名称：小四轮拖拉机；被加工零件：变速箱盖；加工内容：钻6孔至尺寸，钻2M8底孔至，钻M271.5至；钻孔，扩孔及球面至尺寸；批
7、量：机床设计、制造一台。总体设计：制定工艺方案，确定机床配置型式及结构方案，“三图一卡”设计；部件设计：组合机床夹具设计1.4 课题设计思路(1)制定工艺方案 在确定工艺方案制定合理之前，通过深入现场了解被加工零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求，定位、夹紧方式，工艺方法和加工过程采用的刀具、辅具，切削用量情况及生产率要求，以求理论联系实际，从而确定零件在组合机床上完成的工艺内容和方法，决定刀具种类、结构型式数量及切削用量。(2)确定机床配置型式及结构方案 根据选定的工艺方案，确定了本课题的配置型式：单工位、卧式双面组合机床，并采用工序集中进行加工。定出影响机床总体布局和技
8、术性能的主要部件的结构型式。(3)总体设计 在选定了工艺方案并确定了机床配置型式、结构方案的基础上，进行图纸的设计、绘制。具体的几张图纸是：被加工零件图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡。一般，在总体设计的过程中，需要对机床夹具方案进行考虑，画出夹具方案草图，并要初定出主轴箱轮廓尺寸，这样才能够确定出机床各部件间的相互关系。(4)部件设计 根据确定的工艺和结构方案，按照加工示意图和机床联系尺寸图等开始设计，绘制夹具总装图，在绘制好的夹具总装图的基础上，绘制所有的非标准零件图。2 总体设计2.1 工艺方案的拟订工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步，它在很大程度上决定了组合机床的结构配置
9、和使用性能。设计组合机床前，应根据组合机床完成工艺的一些限制及组合机床各种工艺方法能达到的加工精度、表面粗糙度及技术要求，看零件是否可以利用组合机床加工以及采用组合机床加工是否合理。在确定了零件可以利用组合机床加工后，为使加工顺利进行，并达到要求的目的，在掌握了一定量的零件加工工艺、金属切削机床的一些资料的基础上，考虑影响制定零件工艺方案、机床配置型式、结构方案的各种因素及应相关的问题，分析拟订出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。2.1.1 加工要求和现场工艺(1)本课题研究的被加工的零件是：拖拉机变速箱盖；要加工的具体内容是：钻6孔至尺寸，钻2M8底孔至，钻M271.5底孔至，钻孔,扩孔及球
10、面至尺寸。(2)被加工零件部位的精度：的孔的加工精度用H6，即，孔的加工精度用H6，即，的孔的加工精度用H7，即，孔的精度为H7，即，扩孔用H7，即。(3)零件的加工技术要求：(a)铸造需消除内应力 (b)硬度可达HB170241 (c)其余按通用技术要求；被加工零件的生产纲领：年产一万只（单班），与该厂其它产品轮番生产；生产的批量：设计、制造一台。2.1.2 定位基准和夹压部位的选择组合机床是针对某种零件或零件的某道工序而设计的。正确选择零件的加工用定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现被加工零件的集中工序。(1)定位基准的选择原则：(a)应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工
11、的定位基准。(b)选择定位基准应确保工件稳定定位。(c)统一基面原则。(2)定位基准的确定：分析工件的具体结构，主要采用的是“三面”定位，主要的定位基准是1个大底面，1个外圆柱面的中心线，再加一个侧面。由于工件是竖直放的，为了限制它在竖直方向的旋转自由度，所以在侧面加一定位销限制一个自由度。侧面定位基准图如下：图2.1 侧面定位基准图(3)夹紧部位的选择：为了夹紧工件所以在V形块的对面用一压板压紧工件，同时为防止工件在横向发生位移，所以在底面的对面加一横向夹紧装置快速夹紧装置。2.1.3 刀具结构的选择对于不同的孔要有不同的钻头来加工，对于6个、2个、1个的孔，用标准的锥柄长麻花钻，而另一个孔
12、要求先钻后扩，所以选择的刀具是钻-扩复合刀具。具体尺寸根据文献2表14.8选择:孔：,莫氏圆锥柄号1 孔：,莫氏圆锥柄号1孔：,莫氏圆锥柄号12.1.4 组合机床配置形式及结构方案根据工件的结构特点、工艺要求、生产率要求及工艺方案，本课题要设计的机床采用的是单工位组合机床、并且是卧式双面组合机床，并采用工序集中原则进行加工。2.2 切削用量的确定2.2.1 切削用量的选择(1)切削用量的选择特点(a)组合机床常采用多轴、多刃、多面同时进行加工，所以本零件采用多轴、多刃、双面同时进行加工。(b)组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给，由于机械滑台缺点较多，所以初步决定选用液压滑台来完成进给。(2)
13、切削用量选择根据公式3: (2.1)一般情况下可先按各类刀具选择较合理的主轴转速和每转进给量，然后进行适当的调整。复合刀具切削用量的选择，应考虑到刀具的寿命。进给量通常按复合刀具最小直径选择，切削速度按复合刀具的最大直径选择。所以根据文献3钻孔切削用量表6.11、表6.12及扩孔切削用量表6.13可以选得如下结论： 2.2.2 主要技术参数的确定根据已选定的切削用量（切削速度及进给量），确定进给力，作为选择动力滑台及设计夹具的依据；确定切削转矩，用以确定主轴及其他传动件的尺寸；确定切削功率，用作选择主传动电机即动力箱电机功率；为了求得切削力、切削转矩、切削功率，要用到的一些计算公式3如下： (
14、2.2) (2.3) (2.4)式中：切削轴向力()；钻头直径()；每转进给量()；切削扭矩()；切削功率()； 切削速度()；零件的布氏硬度值。通常给出一个范围，如,通常取大值 根据以上的计算公式计算如下： （简写为孔，下面出现的类同） 综上所计算，得出结果如下： 2.3 组合机床总体设计“三图一卡”组合机床的“三图一卡”，就是针对具体零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案设计的图样文件。其主要的内容包括：被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和生产率计算卡的设计、绘制、编制。2.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据制订的工艺方案，表示所设计的组合机床上
15、所完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、粗糙度及零件的技术要求，加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度、加工余量和本道工序加工前毛坯或半成品情况的图样。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床精度的重要技术文件。考虑到零件的自重的因素，要使零件摆放的合理平稳，将零件带有圆柱面的一头放在上面，所以零件要加工的具体部位是左侧的大面内的6个的孔，2个内凹的的孔；右侧一个外凸的孔，需要先钻后扩，钻的孔径是，扩的孔径是，还有1个的孔。主要定位基准：以三个支承钉限制大平面的三个方向的自由度，用一个V形块加压块夹压外凸圆柱，限制了两个方向的自由度，用一个定位销限制一个方向的自
16、由度。主要的定位基准为左侧的大平面，外凸圆柱中心线，还有就是底面侧面的小平面。各孔的主要定位尺寸如下图所示：图2.2 主要定位尺寸图2.3.2 加工示意图加工示意图反映了零件的工艺方案，它是在机床总体方案初步确定的基础上绘制的。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具、工件、夹具的布局及相对位置关系。它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱和液压、电器系统以及选择动力部件、绘制机床总联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。(1)选择刀具、工具、导向装置并标注其相关位置关系及尺寸(a)： 刀具的选择：直径的选择应与加工部位尺寸、精度相
17、适应，所以选择的标准麻花钻，刀具切出长度取。导向套的选择：采用可换钻套与衬套根据参考文献4查得：可换钻套的尺寸： 衬套的尺寸： (b)：刀具的选择：取的标准麻花钻加工深的孔，此孔钻端面与前工序端面距离=导向套的选择：采用快换钻套与衬套快换钻套的尺寸：衬套的尺寸：(c)：刀具的选择：选用钻扩复合刀具，先钻，再扩，后倒角导向套的选择：采用可换钻套和衬套可换钻套的尺寸：衬套的尺寸：(d)：刀具的选择：取的标准麻花钻，切出长度导向套的选择：选用可换钻套和衬套衬套的尺寸：(2)初定主轴类型、尺寸、外伸长度和选择接杆(a)主轴直径的选择主轴尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削扭矩M，再根据主轴直径公式4
18、： (2.5)计算如下：如上计算得：再综合考虑加工精度和具体工作条件，查查文献4表3.6决定主轴外伸部分尺寸（直径，长度），具体数据如下：孔的主轴外伸尺寸（）：孔的主轴外伸尺寸（）：孔的主轴外伸尺寸（）：孔的主轴外伸尺寸（）：(b)选择接杆主要是决定其号数，应根据刀具和主轴外伸部分的内孔直径决定。根据文献4表3.23表得出如下主要尺寸的选择：孔:，选择接杆号2，型号：2-225T0635-41孔: ，选择接杆号1，型号：1-260T0635-41孔：选择接杆号13，型号：13-305T0635-41孔：选择接杆号13，型号：13-295T0635-41(3)确定动力部件的工作循环及工作行程(a
19、)工作进给长度 工作进给长度应等于工件加工部位长度与刀具切入长度和切出长度之和。切入长度应根据工件端面的误差情况在之间选择，误差大时取大值。切出长度，在采用一般简单刀具时，可根据公式5 (2.6)而在采用复合刀具时，应根据具体情况决定。所以得出以下结果：左侧工进长度：,右侧工进长度：(b)工件快速退回长度等于快速引进与工进长度之和。快速引进长度是指动力部件把主轴箱连同刀具从原始位置送到工件进给开始位置，其长度按加工具体情况决定。所以取左侧快进长度：；右侧快进长度：。所以左侧快退长度：，右侧快速退回长度：(c)动力部件总行程长度 它是快退长度、前备量、后备量之和。动力部件的总行程长度可以在后面机
20、床联系尺寸图中的通用部件的选择中得到。查文献5表5.1得动力部件的总行程长度为：2.3.3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，是用来表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系，以检验机床各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求；通用部件的选择是否合适；并为多轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。它也可以看成是简化的机床总图，表示机床的配置型式及总体布局。联系尺寸图上应尽量减少不必要的线条及尺寸，但要反映各部件的联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的极限位置及行程尺寸，必须完整齐全。为便于开展部件设计，联系尺寸图上应当标注通用部件的规格代号，电动机型号
21、、功率及转速，并标明机床部件的分组情况及总行程。(1)各部件尺寸的选择(a)动力箱的选择及相关尺寸根据各刀具主轴的切削用量，计算出切削功率，再算出总切削功率，再考虑到多轴箱的传动效率，计算出消耗于多轴箱上的切削功率，这是作为选择组合机床主传动用动力箱型号规格的依据。计算结果如下：，又由于本设计加工的是铸铁，是黑色金属，所以取多轴箱的传动效率=0.8，且由于公式5 (2.7)所以得出多轴箱的驱动功率如下：为了方便起见，使两边的动力箱的型号一致，所以选了功率较大的作为选择动力箱的依据，所以根据文献6表5.39选择电动机的功率：3.0电动机型号：Y132S-6选择动力箱的型号：1TD40III型动力
22、箱的输出轴转速:再根据文献6表5.40可以得出动力箱与动力滑台、主轴箱结合面的尺寸以及动力箱输出轴距箱底面高度，具体如下：与动力滑台结合面的尺寸：长500，宽400与主轴箱结合面：宽500，高400动力箱输出轴距箱底高度为150。(b)动力滑台选择及相关尺寸 每种规格的动力滑台有其最大进给力的限制。选用时先根据确定的切削用量计算出各主轴的轴向切削合力，以来确定动力滑台的型号和规格。计算出的轴向切削合力如下：为了方便起见，选择大值，所以取，再查看文献7表5.1得，所以选择液压滑台的型号为：1HY40；选择的行程为：400；台面宽度：400；台面长度：800；滑台与滑座总高：320；滑座长：124
23、0；快速行程速度6，工进速度10600。(c)配用通用部件的选择根据文献7表5.2，选择的滑台侧底座型号：1CC401。根据文献7表5.3选择的滑台侧底座的相关尺寸：滑台高度，宽度，长度。(d)机床装料高度机床装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。根据国家规定，装料高度可视具体情况在之间选取。选取装料高度应考虑的主要因素是，应与车间里运送工件的滚道高度相适应，工件最低孔位置本课题，主轴箱最低主轴高度，滑座总高，侧底座高度，夹具底座总高，中间底座高度，侧底座与滑座之间的间距，主轴箱与滑台之间的间距0.5。综合上述因素，本机床装料高度：(e)夹具轮廓尺寸的确定夹具轮廓尺寸在机床联系尺
24、寸图里占有重要的地位。主要要确定的是夹具底座的长宽高，但这些尺寸的确定必须考虑工件的轮廓尺寸、形状、具体结构，还须考虑工件的定位、限位、夹紧机构、刀具导向装置，及考虑夹具底座与机床其他部件连接、固定所需的尺寸。再根据夹具总装图，可以定出夹具轮廓尺寸为：450240342(f)主轴箱的轮廓尺寸根据多本教材的规定，标准的通用钻、镗类主轴箱的厚度有两种尺寸规格，卧式为325，立式为340。机床联系尺寸图上着重要确定的尺寸是主轴箱的宽度和高度及最低主轴高度，可以由以下公式8确定： (2.8) (2.9) (2.10)式中：:工件在宽度方向相距最远的两孔距离，；:最边缘主轴中心距箱外壁的距离，；:工件在
25、高度方向相距最远的两孔距离，；:最低主轴高度；:工件最低孔位置，取；:滑台滑座总高,；:侧底座高度,；:滑座与侧底座之间调整垫高度，取。可以得出如下结果：根据上述计算值，按主轴箱轮廓尺寸标准，最后确定主轴箱轮廓尺寸为：(g)确定中间底座尺寸中间底座在长度方向上满足夹具的安装需要。其长度方向尺寸要根据滑台、滑座及侧底座的位置，参照各部件联系尺寸的合理来确定的。根据公式8： (2.11)式中：: 加工终了位置，主轴箱端面至工件端面间的距离，取，；:主轴箱厚度，取；:工件沿机床长度方向的尺寸，取；:机床长度方向上，主轴箱与动力滑台的重合长度，取；:加工终了位置，滑台前端面至滑座前端面的距离，取，:滑
26、座前端面至侧底座前端面的距离，取将以上数据代入公式(2.11)，可以的到中间底座的长度：(2)机床分组为了便于设计和生产，组合机床各部件和装置要按不同的功能划分编组，规定如下：(a)第1019组：支承部件。包括侧底座、立柱、底座和中间底座。(b)第2029组：夹具及输出设备。规定夹具长编为20组。(c)第3039组：电气设备。电气设备常编为30组。(d)第4049组：传动装置。包括所有动力部件，编号40组。(e)第5059组：液压和气动装置。(f)第6069组：刀具、工具、量具、和辅助工具。(g)第7079组：多轴箱及其附属部件。(h)第8089组：冷却、排屑及润滑装置。(i)第9099组：电
27、气、液压、气动各控制挡铁。根据以上规定给本课题设计联系尺寸图分了一下组:第10组左床身，第11组右床身，第12组中间底座，第20组夹具，第30组电气装置，第40组传动装置，第50组液压装置，第60组刀具，第61组工具，第71组左主轴箱，第72组右主轴箱，第80组润滑装置。2.3.4 机床生产率计算卡根据加工示意图确定的工作循环及切削用量等，就可以计算出生产率并编制生产率计算卡，它可以反映机床的加工过程、实际生产率、切削用量、动作时间、生产纲领及负荷率。(1)理想生产率它是指完成年生产纲领A所要求的机床生产率。计算公式9如下: (2.12)式中：生产纲领，取10000；：全年工时总数，单班取23
28、50h可以得出结果：(2)实际生产率1实际生产率1是指所设计机床每小时实际可生产的零件数量。具体公式9如下： (2.13) (2.14)式中：:刀具工作进给长度，取200mm；:刀具工作进给量，65mm/min；:滑台在死挡铁上的停留时间，取10min；:动力部件快进、快退行程长度，取110mm、200mm；:动力部件快速行程速度，取3m/min；:直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取0.1min；:工件装、卸时间，取1.5min。将数据代入得出结果：=12.45（件/小时）(3)机床负荷率机床负荷率为与之比，公式10如下： (2.15)可以得出机床负荷率为：=0.342。得出的这
29、个结论显得有些小，但课题生产纲领中明确规定，与其它产品轮番生产，所以这个结论是合理的。3 组合机床夹具设计机床夹具是在金属切削加工中，用以准确地确定工件位置，并将其牢固地夹紧，以接受加工的工艺装备。它的主要作用：可靠的保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。因此，机床夹具在机械制造中占有重要的地位。机床夹具可以分为多种类型，其中最有代表性的就是专用夹具、组合夹具。专用夹具为某一工件的某道工序设计制造的夹具。组合夹具采用标准的组合夹具元、部件，组装而成的夹具。论实用性，组合夹具要远大于专用夹具。组合夹具大部分的部件都是采用标准件，跟换容易，成本低效益高。 3
30、.1 夹具设计的基本要求(1)保证工件的加工精度保证工件的加工精度是夹具设计的最基本要求。其关键在于，正确地确定夹具的定位方案、夹紧方案和刀具导向装置，合理地制定夹具的尺寸、公差和技术要求，必要时进行适当的误差分析和计算。(2)提高生产效率，减低制造成本夹具设计的总体方案应与生产纲领相适应。在大量生产时，应尽量采用各种快速、高效的机构和先进的控制方法，以缩短辅助时间，提高生产率；在中批量生产中，则要求在满足夹具功能的前提下，尽量采用结构简单，容易制造的夹具，以降低夹具的制造成本。(3)结构简单，操作方便，安全和省力夹具的操作要做到方便、省力，有条件尽可能采用气动、液压、电气及其他高效机械夹紧装
31、置，以减轻人员的劳动强度。夹具操作位置应当有利与操作人员，必要时应有安全保护装置，以确保使用安全。(4)便于排屑夹具的排屑是个不容忽视的问题，如果排屑不好，切屑聚集在夹具中，会不利与工件的定位；切屑聚集严重时，还会损伤刀具导致设备事故或人员伤亡；切屑的清扫又会增加辅助时间，降低生产率。因此，排屑问题在夹具设计时必须给予充分的考虑。(5)良好的结构工艺性有良好的结构工艺，便于夹具的制造加工、装配、检验和维修，要达到这些要求，应尽量选用标准件。夹具设计应按加工要求构思出设计方案，绘制图样，确定夹具的结构。合理选择材料，标注尺寸、公差和技术要求。3.2 定位方案的确定工件的定位是保证工件在夹具中占有
32、一致的正确加工位置，而这一位置的确定要通过定位支承限制工件的相应自由度来实现。而通常需要限制的自由度有六个,根据本课题零件要加工孔的位置，该零件要加工的孔面为：6个孔，2个孔，1个孔，钻扩孔；以及工件的外形结构，即可以作为定位基准的面：1大平面即工件的底面，1外圆柱面，以及1小侧面。因此，可以得出如下几个定位方案：a.用1大平面+1V型块+1支承钉b.用1大平面+1V型块+1定位销c.用3个支承钉+1V型块+1定位销分析以上方案：方案a：初看此方案合理，大平面可以限制3个方向的自由度，V型块可以消除外圆柱面的2个自由度，支承钉放在下底面初看可以限制一个方向的自由度，但在这里它只起到了支撑的作用
33、，这样就产生了欠定位，这是夹具设计中决不允许的。所以此方案是不可用的。方案b：此方案看似也合理，大平面可以限制了底面的3个自由度，V型块可以消除外圆柱面的2个自由度，挡销可以消除1个自由度，这样6个自由度都限制了，但是因为大平面一般都是平放的时候才能够起到作用，而本工件的加工是把工件竖着放的，而且大平面的重量又比较的笨重，不容易拆卸，所以此方案不合理。方案c：根据前一方案的论述，知道大平面的不利条件，此将它换成3个支承钉，因为3个支承钉所起的作用和大平面所起的作用是一样的，支承钉的优点在于，它能够随意的摆放，况且它的重量又不是很大，容易拆卸。所以此方案可行。根据以上的论述比较，可以定出方案c是
34、合理可行。3.3 定位元件的确定根据前面定位方案的叙述，可以知道本课题所使用到的定位元件有：3个支承钉，1个V型块，1个六角支承钉。具体的尺寸如下所定：(1)V型块尺寸的确定：V型块是标准件，但是考虑到本设计所使用的V型块的具体尺寸要远大于标准件的尺寸，所以要自己设计。所谓的自行设计也就是在标准件的基础上，根据具体情况做出适当的改动。本设计中也就是在原有V型块的基础上增长V型的长度。参照文献11表3.2.17 V型块标准件的具体尺寸如下：根据被加工零件外圆柱面的具体高度，具体尺寸，只选择了V型块标准件一部分的尺寸，其余自行设计。被加工零件的外伸长度为，取；考虑到避免V型块与铰链机构发生干涉，所
35、以取。具体尺寸如下： （其余尺寸如下图）V型块的具体尺寸图如下： 图3.1 V型块具体尺寸图(2)平头支承钉的确定：3个支承钉，是主要的定位元件，对它的要求也就比较的高，要想达到较高的要求，应当作到：几个支承钉装配后，要求等高，可以用装配后一次磨削法，以保证它们的限位基面在同意平面内，也就是保证了它们的平面度比较的高参照文献11表3.2.1得出支承钉的型号:支承钉A128GB/T2226-91(3)六角头支承确定：在本设计中，六角头支承即起到了定位的作用，也起到了支撑的作用。参照文献11表3.2.7得出:支承M835GB/T2227-91(4)定位销型号的确定：参照文献11 P261页可以得出
36、具体的型号：A818GB2203-803.4 导向装置的确定这里主要指钻模板及钻模上的导套、衬套的选择。使用钻模可以提高孔与孔间的位置精度。(1)钻模板的选择根据待加工面的位置情况，只需要在两侧相对进行钻孔，所以可以采用固定式钻模，因为固定式钻模板的结构简单、制造方便，定位精度高。钻模板的加工精度比较的高，它上面安装钻套的孔的精度直接与加工尺寸有关，应合理规定。一般钻模板的公差取工件相应公差的1/51/3。钻模板应当有足够的刚度，以保证钻套位置的准确性，但也要考虑到减轻重量。在实际中，钻模板的厚度往往根据钻套的高度确定，一般在之间。本设计采用立式钻模板，左钻模的壁厚25，右钻模的壁厚30。(2
37、)钻套与衬套的选择在钻模上特有的元件是钻套，它可用来引导刀具，保证被加工孔的位置精度，提高系统可刚度。由于要加工的两个孔（孔）的具体位置比较特殊，是在底面以内，考虑到换刀的方便与否，采用快换钻套，因为如果采用固定或可换，很有可能会使刀具与工件碰撞。6个的孔可以选用可换钻套，孔和钻扩复合孔可用可换钻套，但又考虑到零件的结构的特殊，的孔用加长可换钻套。参照参考文献12可以选出具体的钻套及与之相配的衬套的尺寸如下：孔:钻套的选择： 衬套的选择：孔:钻套的选择：衬套的选择：孔:钻套的选择：衬套的选择：孔:钻套的选择： 衬套的选择：3.5 夹具误差分析3.5.1 影响加工精度的因素由于某些方面的影响，使
38、得工件的加工精度不是特别的高。这些影响因素主要有以下几点：工件的定位误差；夹具误差；对刀和导向误差；安装误差；加工方法误差。下面具体分析：(1)定位误差：垂直方向：水平方向：根据钻模板的平面度0.01，得(2)夹具误差因夹具上定位元件，对刀或导向元件及安装基面三者之间的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差，夹具误差大小取决于夹具零件的加工精度的夹具装配时的调整和修配精度。根据经验取。(3)对刀误差：对刀或导向装置对定位元件的位置不准确，将导致加工表面的位置发生变化，从而引起的误差即为对刀误差。本工序采用自动引导，所以对刀误差为0，即=0(4)安装误差：夹具安装时，定位元件对机床装卡面的相互
39、位置误差使工件定位基准发生变化，从而使工序尺寸发生变化，这种误差称夹具的安装误差。根据经验：(5)加工方法误差：在切削过程中，因机床、刀具质量、工件材质以及因切削力的作用而引起的工艺变形使加工表面位置发生变化，从而造成加工尺寸误差。因为该误差的影响因素很多，不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的，即(：工件位置公差，取0.20)3.5.2 保证加工精度的条件工件在夹具中加工时，总加工误差为上述各项误差之和。保证加工精度的条件是：算出又因为，所以所以，夹具该精度满足要求。3.6 夹紧力的确定夹紧力的确定，必须知道切削力的大小，它是计算夹紧力的主要依据，而切削力已在前面切削用量中计算出来了。
40、夹紧力受到切削力、重力、惯性力等的作用，需要先算出理论夹紧力，然后要保证夹紧可靠需要乘以安全系数，所以有以下公式13： (3.1)夹紧力()、理论夹紧力()、安全系数。安全系数可按下列公式13计算： (3.2)根据文献13表2.2.1、表2.2.2取：计算得出：(1)由于夹紧力的计算受到多方面的影响，一般只粗略估算，所以只考虑了切削力和切削力矩对夹紧力的影响。所以V型块铰链夹紧机构处的夹紧力近似计算的公式13如下： (3.3)所设计的V型块的夹角、力矩T是左、右力矩之和，根据前面总体部分计算结果可以计算出：左力矩:右力矩:所以得出： 根据文献13表2-5材料的摩擦系数上查得摩擦系数：根据以上得
41、出的数据可以算出夹紧力：(2)根据工件进给要求，主轴箱进给，同一主轴箱上的主轴同时进给，但由于刀具选用的长度不等，刀具有先切削后切削之分，所以可以从加工示意图中可以看出：左主轴箱中6根的主轴先进行切削，所受的切削力为：9840右主轴箱中先钻后扩的刀具先进行切削，所受的切削力为：7115所以要对工件加一夹紧力的作用，即可以加一个快速夹紧机构。该夹紧力的计算公式14如下： (3.4)又因为：所以可以求的：3.7 夹紧机构的确定由于纵向算出来的夹紧力比较的大，所以考虑到用铰链夹紧机构，因为铰链夹紧机构是一种很好的增力夹紧机构，增力倍数较大。横向的夹紧力，由于考虑到工件的装夹的方便程度，所以考虑运用快
42、速夹紧机构，这样能够大大的提高经济效益。快速夹紧机构的工作原理是：工件装上后，多手柄螺母连同压块快速接近工件，同时使圆柱销进入螺母套的纵向槽中。然后转动手柄，通过圆柱销带动螺母套转动，同时螺母套又推动圆柱销连同手柄移动，将工件夹紧。3.8 夹具体的确定夹具体是用来确定各元件之间总体布局的根基，有了夹具体钻模板才能够固定各部件，各元件才能够有发挥的作用。对夹具体的具体要求:(a)有适当的精度和尺寸稳定性夹具体上的重要表面，如安装定位元件，夹具体的安装表面，应有适当的尺寸和形状精度，它们之间还要有适当的位置精度。一般要求夹具体的加工公差为一般工件相应公差的1/51/3。为使夹具体尺寸稳定，铸造夹具
43、体要进行实效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。(b)有足够的强度和刚度加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。为保证夹具体不产生不允许的变形与振动，夹具体应当有足够的强度和刚度。(c)排屑方便切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构，可在家具体上开排屑槽。夹具体的具体尺寸如下图：图3.2 夹具体具体尺寸图3.9 夹具总装图、零件图的绘制夹具总装图采用1：1的比例绘制，能够清楚的表达夹具的工作原理、整体结构布局和各装置、元件间的相互联系。用双点画线将工件的外轮廓绘制出来，视工件为透明体，依次绘出定位元件、夹紧元件、支撑件、左、右钻模板，最后根据已画的视图大体轮廓绘出夹具体，并对夹具各零件进行编号，填写在夹具明细栏及标题栏中。夹具总装图中的非标准零件均要绘制成零件图，并按夹具总装配图的要求，确定各零件的尺寸、公差及技术要求15。结束语为了提高生产效率，特设计该组合机床，该机床能双面同时进行加工，相对以前的普通机床有了较大改进。该机床能够加工多种零件，除了加工本设计的零件外，还可以和其他产品轮番生产，大大提高了生产率，经济效益也有所保证。本设计中一个比较好的地方就是它的快速夹紧装置，它能够在很短的时间内
