裝配圖半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)
裝配圖半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機(jī)床設(shè)計(jì),裝配,圖半精鏜,精鏜氣,缸蓋,導(dǎo)管,組合,機(jī)床,設(shè)計(jì)
1 前 言
本設(shè)計(jì)的課題是氣缸蓋半精鏜、精鏜組合機(jī)床及夾具設(shè)計(jì)。這個(gè)課題來(lái)源于江蘇高精機(jī)電裝備有限公司,是針對(duì)該公司對(duì)氣缸蓋半精鏜,精鏜組合機(jī)床加工,其工作效率和精度不高而設(shè)計(jì)的。主要是為了適合流水線生產(chǎn),提高目前的生產(chǎn)效率、加工精度,從而降低加工成本。
組合機(jī)床一般都由支承部件(床身、立柱、底座和中間底座)、動(dòng)力部件(動(dòng)力滑臺(tái)和主軸頭、動(dòng)力頭)、工件定位夾壓和運(yùn)送部件(夾具、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、移動(dòng)工作臺(tái)、鼓輪等)和控制部件(電氣柜、液壓站、操縱臺(tái)等)組成。組合機(jī)床是根據(jù)工件加工的需要,以大量的通用部件為基礎(chǔ),配以少量的專(zhuān)用部件組成的一種高效的專(zhuān)用機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方法,生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍到幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化,可根據(jù)需要靈活配置,能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此,組合機(jī)床有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn),在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛運(yùn)用,并可用來(lái)組成自動(dòng)生產(chǎn)線。多年來(lái)機(jī)械產(chǎn)品加工中廣泛的采用萬(wàn)能機(jī)床,但是隨著生產(chǎn)的發(fā)展,很多企業(yè)的產(chǎn)品的產(chǎn)量越來(lái)越大,精度越來(lái)越高,采用萬(wàn)能機(jī)床加工已經(jīng)不能很好的滿足要求。理所當(dāng)然,生產(chǎn)著用機(jī)床可以提高生產(chǎn)效率和加工精度。在組合機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中,為了降低組合機(jī)床的制造成本,應(yīng)盡可能的使用通用件和標(biāo)準(zhǔn)件。目前,我國(guó)設(shè)計(jì)制造的組合機(jī)床,其通用部件和標(biāo)準(zhǔn)件約占零件總數(shù)的70—80%,其它20—30%是專(zhuān)用零件。
在進(jìn)行組合機(jī)床的夾具設(shè)計(jì)時(shí),首先需要對(duì)被加工零件孔的分布情況及所要達(dá)到的要求進(jìn)行分析,如各部件尺寸、材料、形狀、硬度及加工精度和表面粗糙度等內(nèi)容。然后還要深入基層進(jìn)行實(shí)地觀察,摸索夾具的工作原理,體會(huì)組合機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)認(rèn)真閱讀研究15040081型氣缸蓋的零件圖,了解其材料、硬度、重量等,對(duì)內(nèi)側(cè)面進(jìn)行半精鏜和精鏜排氣空和進(jìn)起孔。接下來(lái)是總體方案的設(shè)計(jì),總體方案設(shè)計(jì)的具體工作是編制“三圖一卡”,即繪制被加工的零件圖,加工的示意圖,機(jī)床聯(lián)系尺寸圖,編制生產(chǎn)率計(jì)算卡。最后,就是技術(shù)設(shè)計(jì)和工作設(shè)計(jì)。技術(shù)設(shè)計(jì)就是根據(jù)總體設(shè)計(jì)已經(jīng)確定的三圖一卡,設(shè)計(jì)夾具等專(zhuān)用部件正式總圖;工作設(shè)計(jì)就是繪制各個(gè)專(zhuān)用部件的圖樣,編制各零件的明細(xì)表。
設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程是艱辛的,在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要考慮到方方面面的問(wèn)題。由于所學(xué)的知識(shí)的有限,因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中查閱了大量的相關(guān)資料,以補(bǔ)充自己的不足之處。
首先,要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。整個(gè)設(shè)計(jì),僅靠一些參考資料是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此,在設(shè)計(jì)工作開(kāi)始前,特地到江淮動(dòng)力股份有限公司、鹽城紅旗機(jī)床廠、高精機(jī)電裝備有限公司等進(jìn)行了實(shí)地的參觀考察,積累了一些寶貴經(jīng)驗(yàn)。
其次,運(yùn)用四年來(lái)所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí),針對(duì)現(xiàn)實(shí)中遇到的實(shí)際情況,做到舉一反三,觸類(lèi)旁同。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程不僅涉及到以前所學(xué)的知識(shí),而且還設(shè)計(jì)到新的理念,所以我在設(shè)計(jì)過(guò)程中一邊溫習(xí)以前所學(xué)的知識(shí),一邊學(xué)習(xí)新的知識(shí),這樣拓寬了我的視眼。
第三,通過(guò)自身的努力,結(jié)合理論和實(shí)際,從合理性、經(jīng)濟(jì)性、工藝性、實(shí)用性及其對(duì)被加工零件的具體要求對(duì)現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行研究分析,找出可以進(jìn)行改進(jìn)的地方,通過(guò)相互對(duì)比,確定一個(gè)新的,周全的設(shè)計(jì)方案。在指導(dǎo)老師吳進(jìn)老師的悉心指導(dǎo)下,在同課題組三位同學(xué)相互討論學(xué)習(xí)和幫助下,經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的艱辛勞動(dòng),終于完成了這一設(shè)計(jì)課題。
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2 組合機(jī)床工藝方案的擬訂
工藝方案的擬訂是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步。工藝方案制定的正確與否是在很大程度上決定了組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)配置和使用性能。因此,應(yīng)根據(jù)工件的形狀和加工要求的特點(diǎn), 加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術(shù)要求及生產(chǎn)率要求等,按一定的原則,結(jié)合組合機(jī)床常用的工藝方法,充分考慮到各種因素,并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后擬訂出先進(jìn)、合理、經(jīng)濟(jì)、可靠的工藝方案。選擇工藝基面和定位方式是制定工藝方案的關(guān)鍵所在。
2.1 被加工零件的加工工序和加工精度
由于本機(jī)床是用于對(duì)氣缸蓋導(dǎo)管孔進(jìn)行半精鏜和精鏜加工,根據(jù)先粗后精,工序集中原則,現(xiàn)對(duì)氣缸蓋導(dǎo)管孔加工的工藝路線設(shè)計(jì)如下:
工序1(半精鏜) Ⅰ工位:槍鉸排氣導(dǎo)管孔(刀具直徑為Φ14.8mm),鏜排氣閥座孔(刀具直徑為Φ47.8mm),加工精度為H8;
Ⅱ工位:槍鉸進(jìn)氣導(dǎo)管孔(刀具直徑為Φ14.8mm),鏜進(jìn)氣閥座孔(刀具直徑為Φ44.8mm),加工精度為H8。
工序2(精鏜) Ⅰ工位:槍鉸排氣導(dǎo)管孔(刀具直徑為Φ15mm),鏜排氣閥座孔(刀具直徑為Φ48mm),加工精度為H7;
Ⅱ工位:槍鉸進(jìn)氣導(dǎo)管孔(刀具直徑為Φ15mm),鏜進(jìn)氣閥座孔(刀具直徑為Φ45mm),加工精度為H7。
2.2被加工零件的特點(diǎn)
氣缸蓋的材料為HT250;
硬度為150-225HBS;
生產(chǎn)綱領(lǐng)為年產(chǎn)量5萬(wàn)件,單班制;
在本工序前各主要表面已加工完畢。
3 組合機(jī)床配置型式選擇
組合機(jī)床有大型和小型,又可分為臥式,立式兩種,根據(jù)配置形式還可分為單工位和多工位。配置方案不同對(duì)機(jī)床的復(fù)雜程度,通用化程度,結(jié)構(gòu)工藝性,加工精度,機(jī)床重新調(diào)整的可能性等都有不同的影響。在本工序中要求加工同軸的兩個(gè)孔,因此采用臥式布置,為了提高生產(chǎn)效率,降低設(shè)計(jì)成本。機(jī)床采用臥式,其優(yōu)點(diǎn)是加工和裝配工藝性好,無(wú)漏油現(xiàn)象;同時(shí),安裝、調(diào)試與運(yùn)輸也都比較方便;而且,機(jī)床重心較低,有利于減小振動(dòng)。其缺點(diǎn)是削弱了床身的剛性,占地面積大。本機(jī)床采用了單滑臺(tái)雙動(dòng)力頭結(jié)構(gòu),考慮到相關(guān)聯(lián)的機(jī)床夾具結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性,采用固定式夾具.由于在加工過(guò)程中要實(shí)現(xiàn)大范圍的調(diào)速,因此采用伺服滑臺(tái)來(lái)滿足這個(gè)要求。其具有如下特點(diǎn):可自動(dòng)變換進(jìn)給速度和工作循環(huán),可在較寬的范圍實(shí)現(xiàn)位控,執(zhí)行零件加工的數(shù)控程序.由此,根據(jù)已定的工藝方案和機(jī)床配置形式,確定機(jī)床為臥式單面雙工位數(shù)控傳動(dòng)的組合機(jī)床,伺服滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng),設(shè)計(jì)配套的動(dòng)力箱。
圖3-1 組合機(jī)床配置型式圖
4 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)
4.1 被加工零件工序圖
被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案,表示所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床(或自動(dòng)線)上完成的工藝內(nèi)容,加工部位的尺寸精度,表面粗糙度及技術(shù)要求,加工用的定位基準(zhǔn),夾壓部件以及被加工零件的材料,硬度和本機(jī)床的前加工余量,毛坯或半成品情況的圖樣。除了設(shè)計(jì)研制合同外,它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的具體依據(jù),也是制造,使用,調(diào)整和檢驗(yàn)機(jī)床精度的重要文件 ,是在被加工零件圖基礎(chǔ)上,突出本機(jī)床的加工內(nèi)容,并作必要的說(shuō)明而繪制的。為使被加工零件工序圖表達(dá)清晰明了,突出本工序內(nèi)容,繪制時(shí)規(guī)定:應(yīng)按一定的比例,繪制足夠的視圖以剖面;本工序加工部位用粗實(shí)線表示,保證的加工部位尺寸及位置尺寸數(shù)值下方畫(huà)“—”粗實(shí)線,其余部位用細(xì)實(shí)線表示。
本機(jī)床加工時(shí)是采用的一面兩銷(xiāo)定位方式,一面是氣缸蓋的內(nèi)側(cè)面,兩銷(xiāo)分別是一圓柱銷(xiāo)一菱形銷(xiāo)。它共限制六個(gè)自由度,可以達(dá)到定位效果,因此可以保證所需要的加工精度。繪制的被加工零件工序圖如圖4-1、4-2所示。
圖中符號(hào) ---夾緊位置 --定位基準(zhǔn)
圖4-1 半精鏜加工零件工序圖
圖4-2 精鏜加工零件工序圖
4.2 加工示意圖
加工示意圖是在工藝方案和機(jī)床總體方案初步確定的基礎(chǔ)上繪制的,是表達(dá)工藝方案具體內(nèi)容的機(jī)床工藝方案圖,它是設(shè)計(jì)刀具、輔具、夾具、多軸箱、電氣系統(tǒng)以及選擇動(dòng)力部件,繪制機(jī)床總體聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù);是對(duì)機(jī)床總體布局和性能的原始要求;也是調(diào)整機(jī)床和刀具所必需的重要技術(shù)文件。
圖4-3 半精鏜加工零件示意圖
圖4-4 精鏜加工零件示意圖
4.2.1 刀具的選擇
選擇刀具應(yīng)考慮工件材料,加工精度,表面粗糙度,排屑及生產(chǎn)率等要求,只要條件允許應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)刀具。
孔加工刀具(鉆、擴(kuò)、鉸等)的直徑應(yīng)與加工部位尺寸,精度相適應(yīng),其長(zhǎng)度應(yīng)保證加工終了時(shí)刀具螺旋槽尾端離導(dǎo)向套外端面30-50mm,以利排屑和刀具磨損后有一定向前調(diào)整量。刀具錐柄插入接桿孔內(nèi)長(zhǎng)度,在繪制加工示意圖是應(yīng)注意從刀具總長(zhǎng)中減去。根據(jù)以上條件選擇硬質(zhì)合金刀具。刀具是由鏜孔刀和槍鉸刀組成的復(fù)合刀具。
半精加工中時(shí),鏜桿直徑選擇Φ40mm,鉸桿直徑選擇Φ12mm 。在加工硬度較高的鑄鐵時(shí),為提高刀具使用壽命,宜采用多刃鏜刀頭。本機(jī)床采用四刃鏜刀頭。由于在切削力的作用下,刀體上兩個(gè)導(dǎo)向塊與刀齒圓柱校準(zhǔn)部分的圓柱刃帶確定一個(gè)圓,因此采用雙導(dǎo)向塊已能滿足圓周導(dǎo)向的要求。但由于來(lái)自外部的干擾,有時(shí)會(huì)使雙導(dǎo)向塊喪失平衡,從而引起加工誤差,所以有時(shí)單刃鉸刀也采用三個(gè)導(dǎo)向塊。通過(guò)第三個(gè)導(dǎo)向塊使鉸刀切削部分的整個(gè)圓周方向上都具有很大的剛度,從而提高了平衡穩(wěn)定性和加工經(jīng)濟(jì)度。綜合上述條件,鉸刀采用焊接式單刃雙導(dǎo)向條鉸刀。
精加工時(shí),鏜刀采用德國(guó)MAPAL公司的精密刀具,鉸刀采用機(jī)械夾固式鉸刀,精度較半精加工稍高。
4.2.2 組合機(jī)床切削用量的選擇
查文獻(xiàn)資料[9]
表4-1孔加工常用工序間余量
加工工序
加工孔徑
直徑上工序間余量
鉸孔
Φ10~Φ20
0.10~0.20
半精鏜
Φ10~Φ20
0.7~1.2
精鏜
Φ30~Φ130
0.25~0.40
得鏜孔的切削余量為:
半精加工:閥座孔ap=0.4mm,導(dǎo)管孔ap=0.1mm;
精加工:閥座孔ap=0.1mm,導(dǎo)管孔ap=0.1mm;
查文獻(xiàn)資料[9]
表4-2 鏜孔切削用量
工序
刀具材料
鑄鐵
v(mm/min)
f(mm/r)
半精鏜
硬質(zhì)合金
50~70
0.15~0.45
精鏜
硬質(zhì)合金
70~90
H級(jí)0.12~0.15
得鏜孔的切削用量為:
半精加工:f=0.15 mm/r;
精加工: f=0.15 mm/r;
切削速度的計(jì)算:
Vc= (4-1)
Vc—切削速度,單位為m/min 。
a.半精加工(排氣)
①槍鉸Φ14.8mm導(dǎo)管孔
由表4-2得,選擇f=0.15mm/r,n=1500r/min
由公式(4-1)得 Vc=3.14×14.8×1500/1000=69.7m/min
②鏜Φ47.8mm閥座孔
由表4-2得,選擇f=0.15mm/r,n=466r/min
由公式(4-1)得 Vc=3.14×47.8×466/1000=70m/min
半精加工(進(jìn)氣)
①槍鉸Φ14.8mm導(dǎo)管孔
由表4-2得,選擇f=0.15mm/r,n=1500r/min
由公式(4-1)得 Vc=3.14×14.8×1500/1000=69.7m/min
②鏜Φ44.8mm閥座孔
由表4-2得,選擇f=0.15mm/r,n=466r/min
由公式(4-1)得 Vc=3.14×44.8×466/1000=65.6m/min
b.精加工(排氣)
①槍鉸Φ15mm導(dǎo)管孔
由表4-2得,選擇f=0.15mm/r,n=1500r/min
由公式(4-1)得 Vc=3.14×15×1500/1000=70.7m/min
②鏜Φ48mm閥座孔
由表4-2得,選擇f=0.15mm/r,n=466r/min
由公式(4-1)得 Vc=3.14×48×1500/1000=70.2m/min
精加工(進(jìn)氣)
①槍鉸Φ15mm導(dǎo)管孔
由表4-2得,選擇f=0.15mm/r,n=1500r/min
由公式(4-1)得 Vc=3.14×15×1500/1000=70.7m/min
②鏜Φ45mm閥座孔
由表4-2得,選擇f=0.15mm/r,n=466r/min
由公式(4-1)得 Vc=3.14×45×466/1000=65.8m/min
4.2.3 計(jì)算切削力,切削扭矩及切削功率
根據(jù)文獻(xiàn)資料[9]表6-20得計(jì)算公式如下:
切削力 Fz=51.4apf0.75HB0.55 (4-2)
Fx=0.51ap1.2 f0.65HB1.1 (4-3)
轉(zhuǎn) 矩 T=25.7Dapf0.75HB0.55 (4-4)
功 率 (4-5)
公式中:V—切削速度(m/min);f—進(jìn)給量(mm/r); ap—切削深度(mm);
D—加工直徑(mm); Fz—圓周力(N); Fx—軸向切削力(N);
HB—布氏硬度:;
在本設(shè)計(jì)中,HBmax=225, Hbmin=150,代入公式得HB=200 HBS。
a.半精加工:(排氣)
槍鉸導(dǎo)管孔:由公式(4-2)得
Fz=51.4×0.1×0.150.75×2000.55
=51.4×0.1×0.241×18.432=22.832N;
由公式(4-3)得
Fx=0.51×0.11.2 ×0.150.65×2001.1
=0.51×0.063×0.291×339.729=3.176N;
由公式(4-4)得
T=22.832×14.8/2 =168.9 N·mm
由公式(4-5)得
P=16.813×69.7/61200=0.03KW
鏜閥座孔: 由公式(4-2)得
Fz=51.4×0.4×0.150.75×2000.55
=51.4×0.4×0.241×18.432=91.329N;
由公式(4-3)得
Fx=0.51×0.41.2 ×0.150.65×2001.1
=0.51×0.333×0.291×339.729=16.813N;
由公式(4-4)得
T=91.329×47.8/2
=25.7×172×0.35×19.1=2182.8N·mm
由公式(4-5)得
P=91.329×70/61200=0.1KW
半精加工:(進(jìn)氣)
槍鉸導(dǎo)管孔: 由公式(4-2)得
Fz=51.4×0.4×0.150.75×2000.55
=51.4×0.1×0.241×18.432=22.832N;
由公式(4-3)得
Fx=0.51×0.11.2 ×0.150.65×2001.1
=0.51×0.063×0.291×339.729=3.176N;
由公式(4-4)得
T=22.832×14.8/2 =168.9 N·mm
由公式(4-5)得
P=22.832×69.7/61200=0.03KW
鏜閥座孔: 由公式(4-2)得
Fz=51.4×0.4×0.150.75×2000.55
=51.4×0.4×0.241×18.432=91.329N;
由公式(4-3)得
Fx=0.51×0.41.2 ×0.150.65×2001.1
=0.51×0.333×0.291×339.729=16.813N;
由公式(4-4)得
T=91.329×44.8/2 =2045.8N·mm
由公式(4-5)得
P=91.329×65.6/61200=0.09KW
b.精加工:(排氣)
槍鉸導(dǎo)管孔: 由公式(4-2)得
Fz=51.4×0.1×0.150.75×2000.55
=51.4×0.1×0.241×18.432=22.832N;
由公式(4-3)得
Fx=0.51×0.11.2 ×0.150.65×2001.1
=0.51×0.063×0.291×339.729=3.176N;
由公式(4-4)得
T=22.832×15/2 =171.24 N·mm
由公式(4-5)得
P=16.813×69.7/61200=0.03KW
鏜閥座孔: 由公式(4-2)得
Fz=51.4×0.1×0.150.75×2000.55
=51.4×0.1×0.241×18.432=22.832N;
由公式(4-3)得
Fx=0.51×0.1.2 ×0.150.65×2001.1=3.176N;
由公式(4-4)得
T=91.329×48/2 =547.9N·mm
由公式(4-5)得
P=91.329×70.2/61200=0.03KW
精加工:(進(jìn)氣)
槍鉸導(dǎo)管孔: 由公式(4-2)得
Fz=51.4×0.1×0.150.75×2000.55
=51.4×0.1×0.241×18.432=22.832N;
由公式(4-3)得
Fx=0.51×0.11.2 ×0.150.65×2001.1
=0.51×0.063×0.291×339.729=3.176N;
由公式(4-4)得
T=22.832×15/2 =171.24 N·mm
由公式(4-5)得
P=22.832×70.7/61200=0.03KW
鏜閥座孔: 由公式(4-2)得
Fz=51.4×0.1×0.150.75×2000.55
=51.4×0.1×0.241×8.432=22.932N;
由公式(4-3)得
Fx=0.51×0.11.2 ×0.150.65×2001.1
=0.51×0.063×0.291×339.729=3.176N;
由公式(4-4)得
T=91.329×45/2 =513.7N·mm
由公式(4-5)得
P=91.329×65.8/61200=0.03KW
4.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
機(jī)床聯(lián)系尺寸圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù),并按初步選定的主要通用部件以及確定的專(zhuān)用部件的總體結(jié)構(gòu)而繪制的。是用來(lái)表示機(jī)床的配置型式和布局。用以檢驗(yàn)各主要部件相對(duì)位置幾尺寸聯(lián)系能否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適;它為多軸箱、夾具等專(zhuān)用部件設(shè)計(jì)提供重要依據(jù);它可以看成是機(jī)床總體外觀簡(jiǎn)圖。
圖4-5機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
4.3.1 動(dòng)力滑臺(tái)的選擇
a.選擇動(dòng)力部件
由文獻(xiàn)資料[12]表5-3 數(shù)控機(jī)械滑臺(tái)主要技術(shù)性能選擇NC-1HJ32M型和NC-1HJ32G型數(shù)控機(jī)械滑臺(tái),其臺(tái)面寬度為320mm,臺(tái)面長(zhǎng)為630mm,最大行程為630mm,最大進(jìn)給力為12500N,電動(dòng)機(jī)Y100L1-4,P=2KW。 由于本機(jī)床采用的是專(zhuān)用滑臺(tái),所以要在原有參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改。故選擇伺服電機(jī)。由文獻(xiàn)資料[12] 表13-32 選SYJD1-110-B2型交流伺服電機(jī),其額定轉(zhuǎn)矩T=11.5N.m,最高轉(zhuǎn)速為N=3000r/min,P=2.5KW。
b.確定機(jī)床裝料高度
裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的垂直距離。在確定機(jī)床裝料高度時(shí),首先要考慮工人操作的方便性;對(duì)于流水線要考慮車(chē)間運(yùn)送工件的滾道高度。其次是機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸的限制和剛度要求。參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)裝料高度 H=1000 mm。
c.確定夾具輪廓尺寸
主要確定夾具底座的長(zhǎng)、寬、高尺寸。 工件的輪廓尺寸和形狀是確定夾具底座輪廓尺寸的基本依據(jù)。具體要考慮布置工件的定位、限位、夾緊機(jī)構(gòu)、刀具導(dǎo)向裝置以及夾具底座排屑和安裝等方面的空間和面積需要。 夾具底座的高度尺寸,一方面要保證其有足夠的高度,同時(shí)考慮機(jī)床的裝料高度、排屑的方便性和便于設(shè)置定位、夾緊機(jī)構(gòu)。一般不小于240 mm。本機(jī)床夾具的長(zhǎng)為780mm,寬為460mm,高為820mm。
4.4機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡
a.理想生產(chǎn)率Q
理想生產(chǎn)率Q(單位為件/h)是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)A(包括備品及廢品率)所要求的機(jī)床生產(chǎn)率。它與全年工時(shí)總數(shù)tk有關(guān)。根據(jù)文獻(xiàn)資料[9]:
表4-3 半精加工機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡
表4-4精加工機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡
Q=A/tK=5000/2350=21.2件/小時(shí) (4-6)
b.實(shí)際生產(chǎn)率Q1
實(shí)際生產(chǎn)率Q1是指所設(shè)計(jì)的機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。
Q1=60/T=29.09件/小時(shí) (4-7)
c.機(jī)床負(fù)荷率
機(jī)床負(fù)荷率為理想生產(chǎn)率與實(shí)際生產(chǎn)率之比。即文獻(xiàn)資料[9]
η=Q/Q1=0.73 (4-8)
因?yàn)榻M合機(jī)床負(fù)荷率一般為0.75~0.90,而對(duì)于精密度較高、自動(dòng)化程度高的組合機(jī)床,宜適當(dāng)降低負(fù)荷率,所以本機(jī)床滿足要求。
5 夾具設(shè)計(jì)
5.1 概述
機(jī)床夾具是一種裝夾工件的工藝設(shè)備,它廣泛的應(yīng)用于機(jī)械制造過(guò)程的切削加工、熱處理、裝備、焊接和檢驗(yàn)等工藝過(guò)程中。在金屬切削機(jī)床上使用最多的夾具統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)床夾具。在現(xiàn)代生產(chǎn)中,機(jī)床夾具是一種不可缺少的工藝設(shè)備,它直接影響著加工的精度、勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等,故機(jī)床夾具設(shè)計(jì)在企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造及其生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備中占有及其重要的地位。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作。在機(jī)床上用夾具裝夾工件時(shí),其主要功能是使工件的定位和夾緊。然而,由于各類(lèi)機(jī)床加工的方式不同,有些機(jī)床夾具還具有一些特殊的功能。
機(jī)床夾具在保證產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)、高效和低成本方面充分發(fā)揮著現(xiàn)代先進(jìn)設(shè)備的巨大潛力。有利于提高工人對(duì)復(fù)雜或精密零件的加工技能,減輕繁重的體力勞動(dòng)。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)和使用是促進(jìn)生產(chǎn)周期的重要工藝措施之一/因此一切機(jī)械制造行業(yè)廣大工人和工程技術(shù)人員歷來(lái)都把機(jī)床夾具的改進(jìn)和開(kāi)發(fā)作為技術(shù)革新的主要課題之一。
5.1.1 機(jī)床夾具在機(jī)械加工中的作用
對(duì)工件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí),為了保證加工要求,首先要使工件相對(duì)刀具(或機(jī)床)有正確的位置并使這個(gè)位置在加工過(guò)程中不因外力的影響而變動(dòng)。為此進(jìn)行機(jī)械加工前,先要將工件夾好。
工件的裝夾方法有兩種:一種是工件直接裝夾在機(jī)床的工作臺(tái)或花盤(pán)上;另一種是工件裝夾在夾具上。采用第一種方法裝夾工件時(shí),一般是先按圖樣要求在工件表面劃線,找出工件表面的尺寸和位置,裝夾時(shí)用劃針或百分表找正后在夾緊。這種方法不需專(zhuān)門(mén)的裝備,但效率低,一般用于單件或小批量生產(chǎn);批量較大時(shí),大都采用夾具裝夾工件。使用機(jī)床夾具的目的主要有以下六個(gè)方面。然而,在不同的生產(chǎn)條件下應(yīng)該有不同的側(cè)重點(diǎn)。夾具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮加工的技術(shù)要求、生產(chǎn)成本和工人操作等方面的要求,以達(dá)到預(yù)期的效果。
a.保證加工精度 用夾具裝夾工件時(shí),能穩(wěn)定地保證加工精度,并減少對(duì)其它生產(chǎn)條件的依賴(lài)性,故在精密加工中廣泛的使用夾具,并且它還是全面質(zhì)量管理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
b.提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 使用夾具后,能使工件迅速地定位和夾緊,并能夠顯著地收縮輔助時(shí)間和基本時(shí)間,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
c.改善工人的勞動(dòng)條件 用夾具裝夾工件方便、省力、安全。當(dāng)采用氣壓、液壓等夾緊裝置時(shí),可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,保證安全生產(chǎn)。
d.降低生產(chǎn)成本 在批量生產(chǎn)中使用夾具時(shí),則由于勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高和允許使用技術(shù)等級(jí)較低的工人操作,故可以明顯降低生產(chǎn)成本。
e.保證工藝紀(jì)律 在生產(chǎn)過(guò)程中使用夾具時(shí),可確保生產(chǎn)周期、生產(chǎn)調(diào)度等工秩序。因?yàn)閵A具往往也是工程技術(shù)人員解決高難度零件加工的主要工藝手段之一。
f.擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍 這是在生產(chǎn)條件有限的企業(yè)中常用的一種技術(shù)改造措施。如在車(chē)床上拉削、深孔加工等,也可用夾具裝夾以加工較復(fù)雜的成形圓。
5.1.2 機(jī)床夾具的分類(lèi)
機(jī)床夾具有多種分類(lèi)方法。一般按適用工件的范圍的特點(diǎn)分為:通用夾具、專(zhuān)用夾具、組合夾具和可調(diào)夾具或按適用的機(jī)床分為車(chē)床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具等。
通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,可用于加工一定范圍內(nèi)的不同工件夾具。如三爪自定心卡盤(pán)、虎鉗、萬(wàn)能分度頭和磁力工作臺(tái)等。專(zhuān)用夾具是指為某一工件的某道工序而設(shè)計(jì)制造的夾具。一般在批量生產(chǎn)中使用,是機(jī)械制造廠里使用范圍最廣的一種機(jī)床夾具。
5.1.3機(jī)床夾具的組成
機(jī)床夾具的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)雖然繁多,但它們的組成均可概括為下面四個(gè)部分:
a.定位裝置
位裝置的作用是使工件在夾具中占據(jù)正確的位置,從而保證加工位置的正確。
b.夾緊裝置
夾緊裝置的作用是將工件壓緊、夾牢,保證工件在加工的過(guò)程中受到外力(切
削力等)作用時(shí)不離開(kāi)占據(jù)正確的位置。
c.夾具體
夾具體是機(jī)床夾具的基件,通過(guò)它將機(jī)床的所有元件構(gòu)成一個(gè)整體。
d.其它裝置或元件
如連接元件,分度裝置,靠模裝置,上下料裝置,工業(yè)機(jī)器人等。
5.1.4 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)在氣缸蓋上進(jìn)行鏜加工所用的夾具。它是發(fā)揮我們獨(dú)立思考和創(chuàng)新的有效過(guò)程。使我們充分而又靈活地運(yùn)用課堂所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)緊密結(jié)合,培養(yǎng)解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的能力,為適應(yīng)今后的工作打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
5.2 夾具的設(shè)計(jì)步驟及內(nèi)容
5.2.1 氣缸蓋鏜孔的工藝分析
該加工零件的工序內(nèi)容
半精鏜(a) Φ47.8H8 深10mm,粗糙度為3.2, 槍鉸導(dǎo)管底孔Φ14.8H8 深33mm,粗糙度為3.2um的排氣孔。兩孔位置度公差為Φ0.03mm。
(b) Φ44.8H8深10mm,粗糙度為3.2,槍鉸導(dǎo)管底孔Φ14.8H8 深28.5mm,粗糙度為3.2um的進(jìn)氣孔。兩孔位置度公差為Φ0.03mm。
精鏜 (a) Φ48H6 深10mm,粗糙度為1.6, 槍鉸導(dǎo)管底孔Φ15H6 深33mm,粗糙度為1.6um的排氣孔。兩孔位置度公差為Φ0.03mm。
(b) Φ45H6深10mm,粗糙度為1.6,槍鉸導(dǎo)管底孔Φ15H6 深28.5mm,粗糙度為1.6um的進(jìn)氣孔。兩孔位置度公差為Φ0.03mm。
以上倒角均為1×45°
除應(yīng)保證各孔尺寸精度外,還需滿足以下要求:
a. Φ48 H6孔與Φ15H6孔同軸度誤差不大于Φ0.04mm,Φ15H6孔與被加工工件內(nèi)側(cè)面垂直度為Φ0.03mm,Φ48H6孔的底面與Φ15H6孔的垂直度為0.02/4.5mm,圓跳動(dòng)為0.02mm。
b. Φ45 H6孔與Φ15H6孔同軸度誤差不大于Φ0.04mm,Φ15H6孔與被加工工件內(nèi)側(cè)面垂直度為Φ0.03mm,Φ45H6孔的底面與Φ15H6孔的垂直度為0.02/4.5mm,圓跳動(dòng)為0.02mm。
5.2.2夾緊方案的分析
A.工件在加工過(guò)程中定位基準(zhǔn)的分析
在選擇定位基準(zhǔn)時(shí),應(yīng)盡量選擇設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn),即遵循基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。由總體設(shè)計(jì)可以知道我使用的是半精鏜、精鏜同時(shí)進(jìn)行加工,加上對(duì)零件的分析,最后選擇氣缸蓋的內(nèi)側(cè)面即需加工空的一面作為定位的基準(zhǔn)面,這樣就有利于保證個(gè)被加工孔相互間的位置精度。氣缸蓋要很好的固定在機(jī)床上,就必須限制六個(gè)自由度,這樣才可以保持加工精度。根據(jù)切削力的方向和夾具夾緊力的方向,我選擇氣缸蓋的內(nèi)側(cè)面確立一個(gè)平面來(lái)限制三個(gè)自由度,另外的三個(gè)自由度我選擇兩個(gè)定位銷(xiāo)來(lái)限制。最后再在氣缸蓋的底面上加上一個(gè)輔助支承,這樣就更能保證工件的加工精度。這種定位方式就是“一面兩銷(xiāo)”定位。
B.夾緊點(diǎn)的數(shù)目
在確定夾緊力作用點(diǎn)的數(shù)目時(shí),應(yīng)遵從的原則是:對(duì)剛性較差的工件,夾緊力的數(shù)目應(yīng)增多,力求避免單點(diǎn)集中夾緊,以圖減小工件的夾緊變形;但夾緊點(diǎn)愈多,夾緊機(jī)構(gòu)愈復(fù)雜,夾緊的可靠性愈差。所以采用多點(diǎn)夾緊時(shí),應(yīng)力求夾緊點(diǎn)的數(shù)目為最小。
考慮到該氣缸蓋是鑄鐵件,使夾緊力分散,應(yīng)采用多點(diǎn)夾緊。所以本設(shè)計(jì)采用壓塊進(jìn)行壓緊,四個(gè)壓塊可將壓緊力分為四個(gè).
C.夾緊位置的確定
夾緊位置選擇的好壞直接影響工件的加工精度、定位的可靠、工作的穩(wěn)定性。夾緊力的位置應(yīng)使夾緊力落在定位平面內(nèi),力求接近平面的中心。夾緊力的方向最好要和軸向力想對(duì),再根據(jù)氣缸蓋的大體形狀,我選擇工件的外側(cè)面為夾緊位置,方向向內(nèi),由于本道工序是鏜加工,所以軸向力不是很大,選擇壓板夾緊比較好。
D.確定夾具的類(lèi)型
由于要求大量大批生產(chǎn)。通用夾具,組合夾具,可調(diào)夾具,隨行夾具顯然不能滿足加工精度的要求。為了使用和維修的方便,專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)緊湊的專(zhuān)用夾具。
E.確定夾緊方式(動(dòng)力裝置)
按夾緊動(dòng)力來(lái)源分,可以分為手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)和自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。手動(dòng)夾緊主要用于小批量生產(chǎn),本課題中是不適合的。夾緊裝置中產(chǎn)生動(dòng)力的部分叫動(dòng)力裝置,常用的動(dòng)力裝置有氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)等。夾緊裝置中直接與工件的被夾壓面接觸并完成壓夾作用的元件稱(chēng)為夾緊元件,本設(shè)計(jì)采用了液壓夾緊,解決了手動(dòng)夾緊是夾緊力不一致,誤差大,精度低,工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)。由于油液的不可壓縮性,能傳遞較大的壓力,比氣壓大10多倍,因此,在產(chǎn)生同樣作用力的情況下,油缸直徑可以小許多倍,使夾具結(jié)構(gòu)更為緊湊。所以綜合氣壓和液壓的優(yōu)缺點(diǎn)后,最后選用液壓夾緊。
5.2.3夾緊力的確定與計(jì)算
確定夾緊力的方向、作用點(diǎn)和大小時(shí)要分析工件的結(jié)構(gòu),加工要求,切削力和其它外力作用工件的情況,以及定位元件的結(jié)構(gòu)和布置方式。
A.夾緊力的方向和作用點(diǎn)的確定
夾緊力方向必須遵循:
a. 夾緊力作用方向不應(yīng)破壞工件的定位。
b. 夾緊力作用方向應(yīng)使工件的夾緊變形盡量減小。
c. 夾緊力作用方向應(yīng)使所需夾緊力盡可能小。
綜上所述,我選擇四個(gè)作用點(diǎn)在氣缸蓋的外側(cè)面上。
B.夾緊力的計(jì)算
查參考文獻(xiàn)[1]得 夾緊力:
W=KF (5-1)
其中K為安全系數(shù) K= (5-2)
—一般安全系數(shù),考慮增加夾緊的可靠性和因工件材料性質(zhì)及余量不均勻等引起切削力的變化。一般取1.2-1.5。這里取1.4
——加工性質(zhì)系數(shù)。粗加工取1.2。精加工取1。這里取1。
——刀具鈍化系數(shù)??紤]到刀具磨鈍后,切削力增大,一般取1.0-1.9,這里取1.3。
——斷續(xù)切削系數(shù)。斷續(xù)切削時(shí)取1.2,連續(xù)切削時(shí)取1,這里是取1.2。
——一般用來(lái)表示夾緊力的穩(wěn)定性,手動(dòng)夾緊時(shí)取1.3,機(jī)動(dòng)夾緊時(shí)取1。
所以經(jīng)過(guò)計(jì)算得安全系數(shù)K=2.184。
根據(jù)該夾具的裝夾方式,選擇的計(jì)算公式(5-1)
式中 WK——實(shí)際所需夾緊力(N);
K——安全系數(shù);
P——切削力(N);
由總體設(shè)計(jì)計(jì)算得到的軸向作用力為16.8N,
最后由公式(5-1)、(5-2)算得
夾緊力:F=38N
5.2.4夾緊液壓缸的選擇
組合機(jī)床的夾緊液壓缸已進(jìn)行了通用化系列化設(shè)計(jì),根據(jù)夾緊力的大小,可以用任何型號(hào)的液壓缸,因?yàn)槿魏涡吞?hào)的液壓缸都能滿足本機(jī)床夾具需要的夾緊力。但是根據(jù)調(diào)查,現(xiàn)在廠里用的液壓缸一般是T5034、T5035、T5038這幾種型號(hào)。由于T5034型號(hào)液壓缸的行程比較小,所以這里選用型號(hào)為T(mén)5035的液壓缸。查參考文獻(xiàn)[8]表4—3查基本尺寸參數(shù),表4—4查液壓缸的技術(shù)參數(shù)。這種液壓缸的剛體采用無(wú)縫鋼管,兩端的端蓋是嵌入式的,在缸體的兩端內(nèi)壁開(kāi)有環(huán)槽,將端蓋放入后旋轉(zhuǎn)90度。端蓋的邊沿進(jìn)入缸體兩端的環(huán)槽中,即可承受軸向力。該夾緊裝置主要是通過(guò)杠桿原理把液壓缸的的推力和拉力傳遞到壓緊塊,完成夾緊的工作。杠桿是以一比一的比例來(lái)傳遞力的。
5.2.5定位元件的設(shè)計(jì)
根據(jù)定位方式查參考文獻(xiàn)[1]表2.1-4,選擇一個(gè)的圓柱銷(xiāo)和一個(gè)削邊銷(xiāo),這兩個(gè)都采用固定式。它們主要有以下幾個(gè)工作特點(diǎn)和使用說(shuō)明:
A為了增加兩孔連心線方向上的間隙,避免過(guò)定位,把第二銷(xiāo)碰到工件孔壁的部分削去,只留下上下一部分圓柱面,也起到減小第二銷(xiāo)直徑的作用。
B由于垂直于連心線方向上第二銷(xiāo)直徑?jīng)]有減小,故對(duì)工件的轉(zhuǎn)角誤差沒(méi)有影響。
C安裝削邊銷(xiāo)時(shí),削邊方向要垂直于連心線,為了保證削邊銷(xiāo)的強(qiáng)度,通常采用菱形結(jié)構(gòu)。根據(jù)參考文獻(xiàn)[9]表6-32選擇配合。選擇銷(xiāo)工作部分直徑g5,定位銷(xiāo)頭部有15導(dǎo)角,與夾具體孔配合為H7/n6。為了便于更換定位銷(xiāo),設(shè)計(jì)成帶襯套的結(jié)構(gòu)襯套外徑與夾具體孔配合為H7/n6,內(nèi)徑與定位銷(xiāo)配合為H7/h6。故選擇了一個(gè)Φ15.5g5圓柱銷(xiāo)和一個(gè)Φ15.5g5的削邊銷(xiāo),它們的高度相同。選用四個(gè)一樣大小的Φ30的支承塊構(gòu)成一個(gè)支承平面,支承塊的上下表面的平行度為0.01mm,表面粗糙度為0.8,高度為250.015,分別用M10的內(nèi)六角圓柱頭螺釘于夾具體連接。
選取“一面兩銷(xiāo)”的定位方式。其定位特點(diǎn)有:
a. 可以簡(jiǎn)便地消除工件的六個(gè)自由度,使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位
b. 有同時(shí)加工零件五個(gè)表面的可能,既能高度集中工序,又有利于提高各面上孔的位置精度。
c. 一面雙孔”可做為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準(zhǔn),使零件整個(gè)工藝過(guò)程基準(zhǔn)統(tǒng)一,從而減少由基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換帶來(lái)的累積誤差,有利于保證零件加工精度。同時(shí),使機(jī)床各工序(工位)的許多部件(如夾具)實(shí)現(xiàn)通用化,有利于縮短設(shè)計(jì)、制造周期,降低成本。
d. 于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化定位、夾緊,并有利于防止切屑落于定位基面。
5.2.6定位誤差的計(jì)算
a. 菱形銷(xiāo)的最大直徑 (5-3)
式中 b——菱形銷(xiāo)寬度;
——兩孔中心距的公差;
——兩定位銷(xiāo)中心距的公差,一般?。?/3—1/5);
——圓柱銷(xiāo)與孔配合的最小間隙,;
——圓柱銷(xiāo)定位孔的最小直徑
由公式(5-3)計(jì)算得=15.473
圖5-1 轉(zhuǎn)角誤差示意圖
b. 工件的轉(zhuǎn)角誤差
(5-4)
式中 ——以菱形銷(xiāo)定位的定位孔直徑的公差;
——菱形銷(xiāo)直徑的公差;
——菱形銷(xiāo)與孔的最小配合間隙
(5-5)
(5-6)
由公式(5-4)、(5-5)、(5-6)得 0.015°
0.005°
故工件在任意方向偏轉(zhuǎn)時(shí),最大轉(zhuǎn)角誤差為0.02°。
c. 基準(zhǔn)位移誤差 0.0086mm。 (5-7)
d. 基準(zhǔn)不重合誤差
基準(zhǔn)不重合誤差應(yīng)從定位基準(zhǔn)到工序基準(zhǔn)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(zhǔn)不重合度誤差=0。
最后,在求得基準(zhǔn)位移誤差和轉(zhuǎn)角誤差后,算得定位誤差=0.0086mm。此值小于工件相應(yīng)位置度的三分之一,即0.0086mm<(0.03/3)mm=0.01mm。
5.2.7導(dǎo)向裝置的選擇
一般夾具的導(dǎo)向裝置是選用鏜套或者導(dǎo)向支架,它們又可以分為很多種類(lèi)。由于切削速度不大,同時(shí)為了保證被加工零件的技術(shù)要求,再結(jié)合本夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),切削主軸為鋼性主軸,且加工深度不深,故不選用導(dǎo)向裝置。只有當(dāng)拆卸被加工零件時(shí),需要一個(gè)導(dǎo)向裝置來(lái)確保工件在退出定位銷(xiāo)時(shí)不損壞定位銷(xiāo)。所以選用導(dǎo)向條為導(dǎo)向裝置。如圖
圖5-2 拆卸導(dǎo)向裝置示意圖
5.2.8夾具體的設(shè)計(jì)
夾具體采用鑄造的箱體結(jié)構(gòu),各邊的厚度取35mm,保證有足夠的支承力,支承夾具、工件、氣缸夾緊力。同時(shí)還有足夠的剛性,鏜加工時(shí)不會(huì)引起夾具的歪斜和工件誤差的加大。夾具體和機(jī)床通過(guò)螺栓和定位銷(xiāo)定位和固定。
5.2.9其它元件的設(shè)計(jì)
需要用到的元件主要有襯套、法蘭盤(pán)、支架、支承塊、立柱、齒條,齒輪,軸,隔套、壓板,擋塊,彈簧墊片、撥桿,推桿,頂桿等等。這些元件都是在設(shè)計(jì)中非常重要的元件,設(shè)計(jì)的過(guò)程主要根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]、[8]、[9],同時(shí)運(yùn)用所學(xué)過(guò)的知識(shí),還翻閱了參考文獻(xiàn)[3]、[5]、[7]、[11]等。詳細(xì)設(shè)計(jì)情況可以看零件圖,這里不一一介紹。
5.2.10夾具的精度分析
夾具上主要元件之間的尺寸應(yīng)取工件相應(yīng)尺寸的平均值。當(dāng)工件與之相應(yīng)的尺寸有公差時(shí),應(yīng)視工件精度要求和該距離尺寸公差的大小而定,當(dāng)工件公差值小時(shí),宜取工件相應(yīng)公差的1/2—1/3;當(dāng)工件公差值較大時(shí),宜取工件相應(yīng)公差的1/3—1/5作為相應(yīng)尺寸的公差。在機(jī)械加工中,造成工件加工誤差的因素主要有定位誤差,夾具在機(jī)床上的安裝誤差 ,刀具對(duì)刀和導(dǎo)向誤差,以及由于機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度的工藝系統(tǒng)變形等因素引起的加工方法誤差等。為保證工件的技術(shù)要求,上述誤差的合成值應(yīng)不超過(guò)工件工序公差之值。
A.夾具在機(jī)床上的安裝誤差ΔA
因?yàn)閵A具在機(jī)床上的安裝不精確而造成的加工誤差,稱(chēng)為夾具的安裝誤差。一般
取:
Δ誰(shuí)平A=0.02mm
Δ垂直A=0mm
B.夾具誤差ΔE
因夾具上定位元件,對(duì)刀或?qū)蛟鞍惭b基面三者之間(包括導(dǎo)向元件與導(dǎo)向元件之間)的位置不精確而造成的加工誤差,稱(chēng)為夾具誤差,夾具誤差大小取決于夾具零件的加工精度的夾具裝配時(shí)的調(diào)整和修配精度。
一般取ΔE=0.04mm
C.加工方法誤差ΔG
因機(jī)床精度,刀具精度,刀具與機(jī)床的位置精度,工藝系統(tǒng)受力變形和受熱變形等因素造成的加工誤差,統(tǒng)稱(chēng)為加工方法誤差,因該項(xiàng)誤差影響因素很多,又不便于計(jì)算,所以常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)為它留出工件公差的1/3。計(jì)算時(shí)可設(shè)ΔG=/3。
——工件位置公差取0.20
ΔG=
D.保證加工精度
工件在夾具中加工時(shí),總加工誤差∑Δ為上述各項(xiàng)誤差之和。由于上述誤差均為獨(dú)立隨機(jī)誤差,應(yīng)用概率法加,因此,保證工件加工精度條件是:
(5-8)
即工件總加工誤差∑Δ應(yīng)不大于工件的加工尺寸公差,由以上得知,本夾具完全可以保證加工精度。
為保證夾具有一定的使用壽命,防止夾具因磨損而過(guò)早報(bào)廢,在分析計(jì)算工件加工精度時(shí)需留出一定精度儲(chǔ)備量,因此將公式(5-8)改為:
≤- → =- (5-9)
當(dāng)≥0時(shí)夾具能滿足加工要求,根據(jù)以上
=-=0.20-0.08=0.12≥0
所以?shī)A具完全可以滿足加工要求。
a.Φ48H6與Φ15H6兩孔同軸度的分析。
根據(jù)誤差不等式應(yīng):(mm)。 (5-10)
(a)由于兩孔同軸度與定位方式無(wú)關(guān),故
△D = 0
(b)因夾緊點(diǎn)落在定位基準(zhǔn)面上,則夾緊誤差不會(huì)影響同軸度,故
△J = 0
(c)因沒(méi)有采用導(dǎo)向裝置,所以導(dǎo)向誤差
△T = 0
(d)因兩孔分別鏜切削,,故兩孔的同軸度與加工誤差無(wú)關(guān),但定位面對(duì)底面的平行度為0.01,輔助支承面對(duì)底面的垂直面為0.01,故安裝誤差
△A = 0.01
(e)使用該夾具時(shí)容易發(fā)生變形的環(huán)節(jié)在鏜桿,但由于是鋼性鏜桿,且離加工面近,距離短,故可認(rèn)為 :
△G = 0
綜合以上??芍`差不等式是滿足的,工件該項(xiàng)精度要求能予充分保證。
b.Φ45H6與Φ15H6兩孔同軸度的分析。
因?yàn)檫@兩個(gè)孔的技術(shù)要求和形位公差和Φ48H6與Φ15H6兩孔的一樣,所以也滿足不等式。工件該項(xiàng)精度要求能予充分保證。
c.Φ15H6孔軸線對(duì)工件內(nèi)側(cè)面的垂直精度的分析。
根據(jù)誤差不等式應(yīng):(mm)。
顯然△D、△J、△A、△G的分析同上,關(guān)鍵在于△T的值。由于兩鉸孔的軸線的平行度為0.01,則誤差不等式滿足要求。
6 齒輪和軸的設(shè)計(jì)
6.1.齒輪設(shè)計(jì)
本夾具上的齒輪主要有兩種齒輪,都是直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)。設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)在具體工作情況下,必須有足夠工作能力,以保證在整個(gè)壽命期間不致失效。所以要對(duì)齒輪進(jìn)行校核。以齒輪YG023-2058為例。
A.選擇齒輪的材料、熱處理方法、精度等級(jí)、齒數(shù)z1,z2及齒寬系數(shù)Φd。
考慮到該組合機(jī)床的功率不大,故大、小齒輪都采用T235處理,齒面硬度為220HBS,260HBS,屬軟齒面閉式傳動(dòng),載荷平穩(wěn),齒輪速度不高,粗選7級(jí)精度,齒數(shù)z1=z2=28,u=1,按軟齒面齒輪非對(duì)稱(chēng)安裝查參考文獻(xiàn)[5]表6.5,取齒寬系數(shù)Φd=1.0
B.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
a.確定公式中各參數(shù)
(a)載荷系數(shù) Kt
由式 (6-1)
試選Kt=1.5
(b) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1
取輸入功率=7.5KW,小齒輪轉(zhuǎn)速n1=960r/min
則T1= (6-2)
(c) 材料系數(shù)
查參考文獻(xiàn)[5]表6.3得 ZE=189.8
(d) 大小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
按齒面硬度查參考文獻(xiàn)[5]圖6.8得 =520MPa , =600Mpa
(e) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N1=60n1jLh=60×960×1×10×300×16=2.765×109 (6-3)
N2= N1/μ=2.765×109 (6-4)
(f) 接觸疲勞壽命系數(shù)
查參考文獻(xiàn)[5]圖6.6得 KHN1=0.88, KHN2=0.88
(g) 確定許用接觸應(yīng)力 [σH1],[σH2]
取安全系數(shù)SH=1
(6-5) (6-6)
b.設(shè)計(jì)計(jì)算
(a) 試算小齒輪分度圓直徑
取 則
則 (6-7)
(b) 計(jì)算圓周速度
(6-8)
(c) 計(jì)算載荷系數(shù)K
查參考文獻(xiàn)[5]表6.2得使用系數(shù)KA=1
根據(jù)υ=3.58m/s,七級(jí)精度查參考文獻(xiàn)[5]圖6.10得動(dòng)載系數(shù)Kυ=1.1
查參考文獻(xiàn)[5]圖6.13得Kβ=1.08 則K=KAKυKβ=1.188。
(d) 校正分度圓直徑
由式mm (6-9)
c. 計(jì)算齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸
(a)計(jì)算模數(shù) m
m=d1/z1=2.35mm, 按標(biāo)準(zhǔn)取模數(shù), m=2mm.
(b)兩輪分度圓直徑
mm , mm
(c)中心距a a=m(z1+z2)/2=2×(56)/2=56mm
(d) 齒寬 b
b =φd×d1=65.88
b1=b2+(5-10)mm
取b2=66mm, b1=70mm
(e) 齒高 h h=2.25m=2.25×2=4.5
C. 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
由式 (6-10)
a.確定公式中各參數(shù)值
(a) 大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
查參考文獻(xiàn)[5]圖6.7 取=240Mpa , =220Mpa
(b) 彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1,KFN2
查參考文獻(xiàn)[5]圖6.7 取 KFN1=0.88, KFN2=0.90
(c) 許用彎曲應(yīng)力,
取彎曲疲勞安全系數(shù)SF=1.4,應(yīng)力修正系數(shù)YSF=2.0
得 (6-11)
(6-12)
(d) 齒形系數(shù)YFa1,YFa2和應(yīng)力修正系數(shù)YSa1,YSa2.
查表6.4得 YFa1=2.55,
YFa2=2.55
Ysa1=1.61
Ysa2=1.61
(f) 計(jì)算大小齒輪的與并加以比值。
取其中大值代入公式計(jì)算
大齒輪的數(shù)值大,應(yīng)按大齒輪校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。
D.校核計(jì)算
(6-13)
由于
故彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。
6. 2軸的設(shè)計(jì)
本夾具所涉及到了三個(gè)軸,現(xiàn)對(duì)其中一跟軸進(jìn)行校核,這里選軸YG023-2002進(jìn)行校核。如圖6-1:
圖6-1 軸YG023-2042簡(jiǎn)圖
軸的設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩個(gè)部分
A. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸上零件的布置和裝配如圖所示
a. 軸的最小直徑估算
由材料力學(xué)可知,軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為
式中 τT—軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,單位為MPa;
T—軸的傳遞轉(zhuǎn)距,單位為N.mm;
P —軸的傳遞功率,單位為kw;
N—軸的轉(zhuǎn)速,單位為r/min;
WT—軸的抗扭截面系數(shù),單位為mm3;
[τT]—許用轉(zhuǎn)距切應(yīng)力,單位為MPa,查《機(jī)械設(shè)計(jì)》附表表1.3。
由此推得最小直徑d0min(單位為mm)為
式中 C—計(jì)算常數(shù),查表11.3。
b.各軸段的直徑和長(zhǎng)度的確定
c.軸上零件的軸向和周向定位與固定
在軸向上采用圓螺母和止動(dòng)墊片,隔套等,周向上主要是鍵連接。
d.軸的結(jié)構(gòu)工藝性
軸的結(jié)構(gòu)的工藝性是指軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工、裝配、拆卸、測(cè)量和維修等,并且生產(chǎn)效率高,成本低。一般軸的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單,工藝性越好。
e.提高軸的強(qiáng)度和剛度的措施
這里采用45號(hào)鋼進(jìn)行調(diào)制處理來(lái)提高軸的強(qiáng)度和剛度。
B.軸的強(qiáng)度計(jì)算
現(xiàn)對(duì)軸YG023-2002進(jìn)行強(qiáng)度、剛度校核:
a.求出軸上的轉(zhuǎn)矩T:
液壓泵的轉(zhuǎn)速為1000r/min;
液壓油的工作壓力5.9MPa;
則
軸上的傳遞的功率:
則
b.求作用在齒輪上的力:
c.軸的受力分析(見(jiàn)圖6-2)
(a) 畫(huà)軸的受力簡(jiǎn)圖(見(jiàn)圖6-2)
(b) 計(jì)算支承反力。
在水平面上
在垂直面上
在水平面上,
在垂直面上,
合成彎矩,
d. 畫(huà)彎矩圖(見(jiàn)圖6-2)
圖6-2 軸的受力分析及彎扭矩圖
C.判斷危險(xiǎn)截面
因支承力都在右側(cè),扭矩為T(mén),則判斷齒輪齒寬中心線右側(cè)為危險(xiǎn)截面,只要右側(cè)滿足強(qiáng)度校核就行了。
D.軸的彎扭合成強(qiáng)度校核
由于右側(cè)兩支承點(diǎn)的力的方向是相反的,且大小幾乎相同。故彎扭合成強(qiáng)度滿足要求。
E.軸的疲勞強(qiáng)度安全系
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裝配
圖半精鏜
精鏜氣
缸蓋
導(dǎo)管
組合
機(jī)床
設(shè)計(jì)
- 資源描述:
-
裝配圖半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機(jī)床設(shè)計(jì),裝配,圖半精鏜,精鏜氣,缸蓋,導(dǎo)管,組合,機(jī)床,設(shè)計(jì)
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