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毕业设计论文卧式双面十轴钻组合机床夹具及液压系统设计THEDESIGNOFJIGANDHYDRAULICSYSTEMOFTHEHORIZONTALDOUBLE-SIDEDTEN-DRILLCOMBINEDDRILLINGMACHINE徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果除文中已经注明引用或参考的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标注本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担论文作者签名 日期 年 月 日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定,即本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝,允许论文被查阅和借阅徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容,可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文论文作者签名 导师签名 日期 年 月 日日期 年 月 日摘要这次毕业设计的具体内容是设计一台加工汽车后制动室支架的组合钻床,其机床为卧式双面十轴钻组合钻床,主要用来一次性加工完成汽车后制动室左右二个零件上的共计10个孔我的具体任务是设计该机床的夹具及液压系统设计本设计正是应用了组合钻床的特点实现多工序加工的方法,采用一次装夹,同时对后制动室两支架两边的10个孔进行钻加工对工件采用“一面、一定位心轴、一定位块”定位,可以方便准确的使工件定位在夹具的指定位置,然后用液压驱动夹紧机构、螺旋夹紧机构和螺旋杠杆夹紧机构把工件夹紧,可以使工件快捷地进行安装与拆卸夹具的导向装置是采用钻孔位置精确可靠的固定式导套的导向装置工件由一孔一平面定位时产生的定位误差分为任意边接触和固定边接触两类,本组合夹具产生的定位误差属于任意边接触定位误差,经计算和检验可知定位误差满足要求夹紧力分为防止加工工件转动的螺旋夹紧力和防止加工工件振动的液压夹紧力两种,上述两种夹紧力均满足要求夹具设计从经济性和实用性也都满足对工件的加工要求关键词:夹具;液压夹紧;组合钻床;卧式;双面;十轴AbstractThefonduescontentofthegraduationdesignisamodularmachineforworkingholdersofcarsbrakerooms.Themachineisdouble-sidedten-drillcombineddrillingmachine.Itismainlyusedtoworking10holesof2partsnonrecurring.myfonduesworkisdesigningjigandhydraulicsystemofthemachine.Thedesignadoptedtoinstalljigsatatimeanddrilled10holesontwosidesoftwohordes.Theworkpieceswereorientedby“oneface、onespottingspindleandsetpiece”sothattheywereplacedcorrectlyandclampedfastbyahydraulicjig、aspiraljigandaspiralleverjigtocontributetoinstallationanddisassembly.Inordertodrillpreciselyusingfixedguidesleeveguidedtoolandthenguidedtooltocutworkpieces.Thepositionalerrorduringtheworkpieceprocessingwhenaholeandafacefixeddisporttouchingofrandomedgeandfixation.Thepositionalerrorofcombinedclampbelongtorandomedgetouching.Itisknowedthatdemandswasmetbyaccountingandchecking.Clampforcehas2kindsthatoneispreventingturnofspiralclampandtheotherishydraulictighteningforpreventingshake.Thetwoclampforceswerematched.Clampsdesignmetdemandsineconomicalefficiencyandpracticability.Keywordsjighydraulictighteningcombineddrillingmachinehorizontaldouble-sidedten-drill目录TOC\o1-3\h\z\u1前言12机床夹具的概述
22.1机床夹具的分类
22.2夹具的组成23加工工件
33.1工件的用途
33.2工件的毛坏的制造方式
33.3工件的工艺分析
33.
4.1定位装置的定义
43.
4.2定位基准的选择原则44工件的定位方法和定位误差
54.1工件的定位方法
54.2工件的定位误差及产生原因
54.
2.1定位误差的分析计算65加工工件应选用的机床类型及该机床的特点
85.1加工工件应选用的机床类型
85.
1.1多工位组合机床的定义
85.2组合机床的特点
85.3组合机床的设计步骤96机床的切削力计算
106.1组合机床切削用量的选择
106.2切削力的计算
116.
2.1左轴箱切削力的计算
126.
2.2右轴箱切削力的计算127组合机床夹紧力的计算
147.1夹紧力的概念
147.
1.1选择夹紧力的作用点时的注意事项
147.
1.2夹紧力的方向的选择
147.
1.3夹紧力的大小的确定
157.2确定夹紧力时应当注意的几个问题
167.3计算切削力及切削合力作用的位置
177.
3.1左轴箱切削合力及其作用的位置的计算
177.
3.2右轴箱切削合力的计算
187.4夹紧力的确定188夹紧机构和夹紧动力机构的选择
208.1夹紧装置的组成
208.2夹紧装置的基本要求
208.3夹紧机构的选择
208.4夹紧动力机构的选择
208.5液压夹紧机构
218.
5.1液压机构的特点
218.
5.2液压传动的一些不足
218.
5.3液压传动装置各个部分的设计与选择
228.
5.4液压装置传动部分基本回路的设计
228.
5.5油缸的选择参数计算
238.6螺旋夹紧机构及其夹紧力的计算249导向装置
279.1导向装置概述
279.2导套的类型
279.3钻套
279.
3.1钻套高度H,排屑间隙h
289.
3.2钻套标记
289.4衬套2910夹具体设计
3010.1夹具体设计的基本要求
3010.2夹具体毛坯结构的选择
3010.3夹具体的排屑结构
3010.4夹具体的吊装装置的设计30结论32参考文献33致谢34附录351前言几年的大学生活就要结束了,我们即将走上工作岗位在过去的几年中,我们系统的学习了许多专业基础课和专业课而且,在机械原理、机械设计和机械制造工艺学等课程的学习中都进行了课程设计在这些课程设计中,我们设计过机械机构、减速器、机床夹具等等我们还做过大量的实验在这些学习过程中,我们具有了一定的创造能力和分析解决问题的能力在这些坚实的基础下,为了综合各科知识,达到熟练应用,我们有必要在这最后一学期进行一次更高难度的设计工作所以,这次毕业设计对我们来说是很重要的我这次设计的课题是-卧式双面十轴钻组合机床设计,我希望通过这次设计,使我能清楚的了解组合机床及组合机床的设计过程并且,在这次设计中能很好的复习以往所学过的知识组合机床是随着生产力的发展,由万能机床和专用机床发展而来的随着科学技术和生产力的发展,我们的生产模式发生了巨大的变化,人们对产品的要求也越来越高,对许多产品需求量也越来越大,为了满足人们的这种需求,现代机械工业技术也在迅速发展,并不断革新原有的万能机床和专用机床由于自身条件的限制以远远不能满足生产要求组合机床就是在这种情况下设计出来的,它即有专用机床效率高结构简单的特点,又有万能机床能够重新调整,在短时间适应新工件的加工的特点,因此,组合机床在现代机械行业中占了很大的比重当然,组合机床也有自身的缺点如改装是劳动量较大,且有一部分零件不能重复利用,而且结构复杂故我们在设计组合机床是应尽量扬长避短,充分利用组合机床的优点本次设计包括选择合理的定位方案、定位基准、定位误差的分析计算、工序公差的计算、定位销高度的计算、定位元件材料及机械性能的选用、对刀或引导方式的确定、钻套类型的选择、钻套高度和钻套与工件之间的距离的计算、钻模的钻孔精度的计算、活动钻模板的设计、夹紧装置的设计、夹紧力的作用点和方向、夹紧力的分析和计算、铰链夹紧机构夹紧力的原动力的计算、夹紧元件及传动装置的设计、确定夹具其他组成部分的结构形式、确定夹具体的形式和夹具的总体结构、夹具体毛坯结构的选择、夹具体的排屑结构、夹具体结构尺寸的确定、夹具体的吊装装置的设计等在设计的过程当中,尽可能的采用了新国标由于本人所学知识有限,设计经验不足,对组合机床的了解还很肤浅,在此次设计中不免会遇到许多问题和困难,希望指导老师能给予悉心辅导和耐心帮助,使我能从老师那里学到更多的书本上所没有的知识,对组合机床有更深入的了解,对所学专业有更充分的认识,并能以优异的成绩顺利完成毕业设计2机床夹具的概述机床夹具是零件在机床上加工时用以装夹工件和引导刀具的一种工艺装置其作用是正确确定工件与刀具之间的相对位置,并将工件牢固地夹紧使用夹具可以有效地保证工件的加工质量,提高劳动生产率,扩大机床的工艺范围和减轻劳动强度,因此,夹具在机械制造中占有重要的地位
2.1机床夹具的分类机床夹具的种类和形式很多,可以按照不同的方法进行分类.若根据夹具的使用特点来划分则有通用夹具、专用夹具、组合夹具、通用可调整夹具和组成夹具等若按使用夹具的机床类型来划分,则为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮加工机床夹具、组合机床夹具等若按夹具夹紧动力源的不同来划分,则有手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具和真空夹具等
2.2夹具的组成通常夹具的组成部分如下:1定位装置定位装置包括定位元件及其组合其作用是确定工件在夹具中的位置.通常定位元件有支撑钉、定位销、V形块等2夹紧装置夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢、保证工件在定位是所占据的位置、在加工过程中不应受外力切削力、重力、惯性力等作用而产生位移同时可减轻或防止振动它通常由夹紧元件夹爪、压板等、传动机构如杠杆、斜锲等和动力装置汽缸液压缸等组成3对刀、引导装置对刀、引导装置的作用是确定刀具进行加工.常用的对刀、引导元件对刀块、钻套等.4夹具体夹具体是用于连接夹具上所有的元件和装置使其成为一个整体的基础件它还用来与机床的有关部位连接以确定夹具在机床上的位置.3加工工件
3.1工件的用途该工件为汽车后制动室左.右支架用来传递制动的扭矩,对汽车进行制动工件简图见图3-1图3-1工件简图
3.2工件的毛坏的制造方式工件的材料选用20Cr,因为工件要求传递扭矩,20Cr要比15Cr和20钢的强度和淬透性高,经淬火+低温回火后,能得到良好的力学性能和低温冲击韧度,无回火脆性,渗碳时,钢的晶粒仍有长大的倾向,因而应进行二次淬火以提高心部韧性,不宜降温淬火,冷弯形时塑性较高,所以可以传递一定的扭矩由机械工程材料手册查得硬度为HBS179毛坯采用铸造的方法
3.3工件的工艺分析该工件的主要加工面为两个端面其中,左端面上要钻2个φ13孔,右端面上要钻1个φ
16.5孔,2个φ18个孔
3.4定位的定义、定位基准的选择
3.
4.1定位装置的定义包括定位元件及其组合,其作用是确定工件在夹具体中的位置,即通过它使工件在加工时相对于刀具及切削成形运动处于正确的位置定位元件包括支承钉、支承板、形块、定位销等
3.
4.2定位基准的选择原则定位基准是加工中用做定位的基准在夹具装夹时,定位基准即是工件上直接与夹具上的定位元件相接触点、线、面正确选择定位基准对保证工件表面间的位置要求(位置尺寸和位置精度)有很大的影响;而且,在用夹具装夹工件时,定位基准的选择又会对夹具的结构产生很大的影响因此,选择合理的定位基准,对工件的加工及夹具的结构都是非常重要的定位基准选择的原则及要求A精基准的选择
(1)基准重合原则即设计基准作为定位基准原则
(2)基准统一原则即在加工过程中,尽可能采用统一的定位基准
(3)自为基准原则当某些表面精加工余量小而均匀时,选择加工表面本身作为定位基准称为自为基准原则
(4)互为基准原则即为了使加工面间有教高的位置精度,又为了使其加工余量小而均匀,可采用反复加工、互为基准的原则
(5)保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则B粗基准的选择
(1)为了保证加工表面与非加工表面之间的位置要求,应选非加工面作为粗基准
(2)合理分配各加工余量
(3)粗基准应避免重复使用,在同一尺寸方向上(即同一自由度方向上),通常只允许用一次
(4)粗基准的表面应平整光洁,要避免缺陷,以保证定位准确、加紧可靠工件主要加工面为两个端面由图1-1从工件的结构特点我们选择B表面为定位基准面只要保证了AB表面与孔轴线的位置度,就可以加工出满足要求的孔由于加工工件上A面、D面上的孔系,采用卧式钻加工因为A面、D面需加工,因此,夹紧装置不宜放在A面、D面两位置上,以免钻加工时,刀具的悬伸量过大,对加工精度产生不必要的影响4工件的定位方法和定位误差
4.1工件的定位方法由于工件的加工需要,可以采用一面一定心轴和和一定位块进行定位,如图4-1所示这种定位方式可以完全限制工件的自由度,保证定位准确为了增加系统的刚性和稳定性,夹具系统中还增加了弹性辅助支撑依据工件加工时的六点定位基本原理及以上定位方案及定位基准的分析可知为加工A面、D面上的孔系,为保证其工艺要求必须严格限制、、、、、因此,选用B平面和C面的轴心限制、、、、;选用A面限制这样工件的六个自由度就完全限制了
4.2工件的定位误差及产生原因使用夹具加工工件时,加工表面的位置误差与工件在夹具中的定位等因素密切相关,为了保证工件的加工精度,必须使工件中各项加工误差的总合小于或等于该工序规定的公差值由机床夹具设计手册可知,以机床有关的加工误差见式
4.1△i+△w≤δx式
4.1式中△i——与机床夹具有关的加工误差△w——与工序中夹具以外其他因素有关的加工误差δx——工序误差与机床夹具有关的加工误差△i,一般包括与工件夹具中的定位误差△w,工件在夹具加紧中产生的误差,夹具相对于机床成形运动的位置误差,夹具相对于刀具的位置误差,以及夹具磨损造成的加工误差等为了给加工中其他误差因素能占有更大一些比例由以上式子可见,应当尽量减少与夹具有关的误差,其中,除了在夹具制造、安装、调整、使用中减少所使用的误差外,在夹具设计时正确的减少工件在夹具中的定位误差,是必须解决的重要问题之一定位误差是指用夹具装夹加工工件时,由于定位不准确引起工件某加工精度参数(尺寸、位置)的误差,称为该加工精度参数的定位误差因此夹具设计时应当尽可能选择工序基准为定位基准,并选择精度交高的表面作为定位基准,一般定位误差控制在有关尺寸或位置公差的1/3~1/5一孔一平面作定位基准时的定位误差有任意边接触的定位误差和固定边接触的定位误差工件定位见图4-1图4-1工件的定位简图
4.
2.1定位误差的分析计算经分析可知定位误差是由于精基准平面E和B内孔面引起的,与粗基准工件结构外形无关工件和定位销之间有相对的运动,而且工件又是大批大量生产,及工件与定位销的结构与尺寸,查相关手册选用H7/h6基孔制配合定心轴的极限尺寸孔的极限尺寸如图,由于定位元件(心轴)与工件内孔直径的制造误差,两者中心线将有可能不同轴,从而使工件中的加工尺寸都有了误差,其误差即为基准位移误差,用表示,由于设计基准与工序基准重合,故无基准位移误差由一面一定心轴误差任意边接触的计算公式见式
4.2=++△式(
4.2)式中——孔的加工公差;——轴的加工公差;——定位孔与定位销间的最小间距;——工件在夹具中的定位误差所以=
0.039+
0.025=
0.064mm定位误差分析见图4-2图4-2定位误差分析计算示意图由下图可知工件在Y轴上有两道工序公差而在X轴上有一道工序公差,在Y轴上的工序公差Δ=
0.6mm和工序公差Δ=
0.32mm在X轴上的工序公差Δ=
0.5mm由此可得1/3Δ1=
0.2mm,1/3Δ2=
0.11mm,1/3Δ3=
0.17mm,三道工序公差的三分之一均大于定位误差=
0.064mm.即,所选的定位方案满足要求工件的定位误差见图4-34-3工件定位误差图5加工工件应选用的机床类型及该机床的特点
5.1加工工件应选用的机床类型因为,该加工工件的主要加工表面为两个端面,且进行钻孔所以,选用卧式双面钻组合机床该支架年产量为80000件,属于大批量生产,因此该组合机床对对生产率要求很高,为了提高生产率就不得不用多工位得方案,使装卸时间和机动时间相重合结合本工序得内容、加工步骤,以及便于装卸,减轻工人劳动强度,该组合机床选用三工位的机床形式,并设置了单独的夹具和装卸工位另外由于要加工得支架零件不是很大,形状简单,为了便于流水线要求得生产率,以及考虑机床所占用空间位置的大小,工人操作的方便性,基于这些实际要求,采用三工位的卧式双面组合钻床
5.
1.1多工位组合机床的定义多工位组合机床是根据工件加工需要,以大量通用部件为基础,配以少量专用部件通过工作台回转将装在工作台上的工件送至各工位或主轴箱的回转多次对工件进行加工的一种高效的专用机床
5.2组合机床的特点(与万能机床和组合机床相比较)组合机床是用按系列化准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床组合机床是随着生产的发展,有万能机床和专用机床发展来的在过去的许多年中,机械产品加工中广泛的采用万能机床但随着生产的发展,很多企业的产品产量越来越大,精度越来越高,如汽车、拖拉机行业的气缸体、气缸盖、变速箱、后桥等零件,采用万能机床加工就不能很好的满足要求因为在某台机床上总是加工一种工件,是万能机床的很多部件和机构变得作用不大,工人整天忙于装夹工件、启动机床、进刀退刀、停车及卸工件等,不仅工人劳动强度很大,而且生产效率也不高,不利于保证产品加工精度专用机床的制造就是为了解决这个矛盾专用机床是专门用于加工一种工件或一种工件的一定工序的机床,它可以同时用许多刀具进行切削,机床的辅助动作部分的实现了自动化,结构也比万能机床简单,生产效率提高了但专用机床的最大弱点就是加工工件稍有一点变动,它就用不上了需要另造新的机床,不能适应现代机械工业技术迅速发展、产品经常革新的需要,而且这种机床设计制造周期长,造价也高所以,在总结实践经验的基础上,提出创造高效率的机床它既有专用床效率高结构简单的特点,又有万能机床能够重新调整,以适应新工件加工的特点为此,将机床上带动刀具对工件产生切削运动的部分以及床身、立柱、工作台等设计制造成通用的独立部件,称为“通用部件”根据工件加工的需要,用这些通用部件配以部分专用部件就可组成机床,这就是组合机床它有如下优点1组合机床是有大量的通用零、部件组成,故有重新改装的优越性,其通用零、部件可多次重复利用2组合机床可进行多面,多工位,多轴,多刀同时加工,故是实现集中工序的最好途径,可以提高生产效率3因为工序固定,可选用成熟的通用部件、精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一致性故精密度稳定4由于组合机床大多数零、部件是同类的通用部件,这就简化了机床的维修和修理5自动化程度高,劳动强度低,配置灵活等因此,依据零件的加工工艺要求,拟采用卧式三工位多轴同时加工的组合钻床
5.3组合机床的设计步骤1调查研究主要对加工零件图样进行分析,对组合机床使用和制造单位进行深入细致的了解,查阅、搜集和分析国内外有关资料以取的可靠的设计依据,通过调查研究位组合机床总体设计提供必要的大量的数据、资料,做好充分的、全面的技术准备2总体方案的设计总体方案的设计主要包括制定工艺方案确定零件在组合机床上完成的工艺内容及加工方法,选择定位基准和夹紧部位,决定工步和刀具种类及其结构形式,选择切削用量等、确定机床配置形式、制定影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构形式总体方案的拟定式设计组合机床的最关键的一步方案制定的正确与否,将直接影响机床能否满足加工要求,能否保证加工精度和生产率,并且结构简单、成本较低和使用方便多工位立式组合钻床的总体设计,组合机床设计主要是“三图一卡”的绘制,即工序图、加工示意图、组合机床联系尺寸图及编制生产率计算卡,有关内容可参考组合机床总体设计部分,在次不再作详细的介绍3技术设计它是根据总体设计已确定的“三图一卡”,设计机床各专用部件正式总图,如设计夹具、多轴箱等装配图以及根据运动部件有关参数和机床循环要求,设计液压和电器控制原理图,并按设计程序作必要的计算和验算,对前阶段中初定的数据、结构做相应的调整和修改4技术设计在技术设计通过后进行工作设计,即绘制几个专用部件的施工图样、编制各部件零件明细表6机床的切削力计算
6.1组合机床切削用量的选择组合机床合理的选择切削用量,即确定合理的切削速度和工作进给量这与组合机床的正常工作有很大关系组合机床大多为多刀加工,而且常常是多种刀具(如钻头、扩孔钻、铰刀等)同时工作计算最佳切削用量的工作比较复杂,要想从理论上来确定和理适于多刀加工的切削用量,现在还没有简便可靠的方法目前组合机床切削用量的选择,主要是参照现场操用切削用量的情况,并根据多年来积累的一些经验数据来进行由于的两个孔之间中心距有精度要求为,所以先钻mm的孔来满足定位要求,再在孔的基础上钻的孔查机械加工工艺手册P3-42表
3.3-8得钻的孔选用标准直柄麻花钻,钻的孔选用的标准直柄麻花钻,钻的孔选用的标准麻花钻,钻的孔选用的标准麻花钻根据表
3.4-1可查出钻的孔时,
0.08~
0.10钻的孔时,
0.26~
0.32钻的孔时,
0.19~
0.23钻的孔时,
0.26~
0.32由于孔深和孔径之比见式
6.1式
6.1式中——为孔深毫米——为孔径毫米当钻的空时=
0.8~
0.10×
0.8=
0.064~
0.8查此钻床说明书取同上,钻的孔取,钻的孔取,钻的孔取钻,,的孔,机床用分别为3430N,4120N,4900N查表
3.4-3得,钻头强度所允许进给量分别为
0.
130.
160.21由于所选择的进给量,故所选可用左右轴箱的切削用量见表6-1表6-2表6-1组合机床左轴箱的切削用量选择工序内容vm/minfmm/r1钻φ3的孔
180.092钻φ3的孔
180.093钻φ3的孔
180.094钻φ3的孔
180.095钻φ13的孔
180.156钻φ13的孔
180.157钻φ13的孔
180.158钻φ13的孔
180.15表6-2组合机床右轴箱的切削用量选择工序内容vm/minfmm/r1钻φ
16.5的孔
150.212钻φ
16.5的孔
150.213钻φ18的孔
150.214钻φ18的孔
150.215钻φ18的孔
150.216钻φ18的孔
150.
216.2切削力的计算由机械加工工艺手册可知钻孔切削力的计算公式见式
6.2F=N式
6.2式中﹑——切削力各项系数
1.11﹑——切削力各项指数——切削用量F——切削力切削转矩计算公式见式
6.3M=N·㎜式
6.3式中﹑——切削转矩各项系数﹑——切削转矩各项指数——切削用量M——切削转矩切削功率见式
6.4KW式
6.4式中——切削功率KW——切削转矩N·㎜——切削力N——钻头直径mm
6.
2.1左轴箱切削力的计算为:F转矩为:切削功率为:
6.
2.2右轴箱切削力的计算钻的孔切削力为F=转矩为切削功率钻的孔的切削力为:F=7组合机床夹紧力的计算
7.1夹紧力的概念夹紧力从广义上来说,就是要正确地确定夹紧力的三个要素作用点、方向和大小
7.
1.1选择夹紧力的作用点时的注意事项夹紧力的作用点是指夹紧时,夹紧元件与工件表面的接触位置1保证工件在夹紧后定位稳定为此必须避免产生能使工件离开夹具定位表面的力系和力矩系,加紧力的作用点应在工件定位支撑面之上,或落在由诸支承块所连成的面积范围内2必须保证夹紧后工件的变形最小为此,夹紧应作用在工件刚性最好的部位,即夹紧部位应尽量靠近工件的壁和筋,并要避免设在工件被加工孔的上方此外还要保证夹紧力和切削力不产生使工件弯曲的力矩为此,夹紧点应力求对着定位支承面,辅助支承要尽量地布置在接近被加工表面处3为了满足上述两项要求,只有一个夹紧点往往是不够的,因此,在多数情况下需对工件进行多点夹紧,力求使工件夹紧的比较稳固但是,要实现多点夹紧,并不等于每一个夹紧部位都需要有自己单独的夹紧装置,可以借助改变压板的形状和采用联动夹紧机构来实现
7.
1.2夹紧力的方向的选择夹紧力方向的选择与工件定位基准的位置,工件重力的方向和切削力的方向有着密切的联系夹紧力的方向应朝向工件在夹具上定位时的主要基准面,因为这对于保证夹紧后工件定位的稳定性和减少工件的夹紧变形都是有利的工件定位时,工件的位置通常仅靠其自身的重力来确定,而重力的方向永远是向下的,因此箱体零件的主要基准面多为水平面,此时希望夹紧力的方向也和重力方向一致,使工件在自身重力的作用下保持定位位置不变,然后再施以方向相同的夹紧力将工件夹紧切削力的大小和方向,是确定夹紧方向的另一个重要因素在加工中、小型工件时对选择夹紧参数来说,切削力的大小和方向具有重要的意义;在加工大型和中型工件时,工件本身的重量也起着很大的作用夹紧力和切削力的相关方向可以有下列三种典型的情况1夹紧力和切削力的方向一致,这一情况最为有利,通常所需的夹紧力较小2夹紧力和切削力的方向相反,这是一种不利的情况,此时夹紧力必须大于切削力3夹紧力和切削力的方向互相垂直,这种情况比较多见,此时,切削力是依靠夹紧力所产生的摩擦力来抵制的,因此所需的夹紧力也很大在实际应用中常会遇到更为复杂的组合,但应尽量使夹紧力和切削力的方向一致,使切削力由定位支撑块来承受,而不是由夹紧机构或摩擦力来承受当夹紧力不足以完全防止工件移动时,可以允许由定位销来承受部分切削力,或采用辅助支承来承受平行与主要基准面的切削力,这样便可以减少所需的夹紧力本夹具中,由于定位孔与工件加工孔之间无精度要求,所以夹紧力与切削力是相交错的,需要比较大的夹紧力
7.
1.3夹紧力的大小的确定夹紧机与选择构和适当的动力传动装置,就必须确定所需夹紧力的大小所需夹紧力的大小主要取决于切削力和重力的大小和方向重力的大小和方向是不变的,而切削力的大小和方向在切削过程中是不断变化的在切削过程中,影响切削力大小的因素很多,例如工件材质不均匀,刀具的磨损程度不同,以及切削时的冲击等等而且,夹紧力也还取决于一系列其它的因素,例如接触表面的光洁度,工艺系统的刚性等等,因此确定切削力和所需夹紧力的大小,就是一个比较复杂的问题,实际上不可能完全准确的确定切削力和所需夹紧力的大小,而只能做很粗略的估算为了简化问题,在确定夹紧力时,一般假定工艺系统工件-夹具-刀具-机床都是绝对刚性的;切削过程是稳定的,而且切削参数也是固定不变的在这些条件下,切削力可根据切削原理中的计算公式或计算图表求得,而所需的夹紧力可以从解工件在夹压后的静力平衡问题来求得然后,为了保证夹紧可靠,在计算结果中引进安全系数作为实际所需的夹紧力在保证机床正常和可靠工作的条件下,夹紧力愈小愈好一位如果盲目的加大夹紧力就会造成如恶果加大了夹具驱动机构的结构尺寸为了提高与夹紧力相关联的夹具刚性,而使夹具过于庞大;增加了工件在夹紧时的变形,从而影响加工精度计算夹紧力,通常将夹具和工件看成一个刚性系统以简化计算然后根据工件受切屑力、夹紧力(大型工件还应考虑重力、高速运动的工件还应考虑惯性力等)后处于静力平衡条件,计算出理论夹紧力,再乘以安全系数K作为实际所需的夹紧力由机床夹具设计手册可知,实际所需夹紧力见式
7.1式
7.1式中——实际所需的夹紧力——理论夹紧力K——安全系数考虑到切削力的变化和工艺系统变形等因素,一般在粗加工时取K=
2.5~3;精加工时取K=
1.5~2加工过程中切削力的作用点、方向和大小可能都在变化,估算夹紧力时应按最不利的情况考虑在实际夹具设计中,对于夹紧力的大小并非在所有情况下都要计算确定如对手动夹紧机构,经常根据经验或类比的方法确定所需夹紧力的数值
7.2确定夹紧力时应当注意的几个问题1合机床通常都是多面多工序同时加工,在一台机床上往往有大量刀具同时工作,粗加工时切削力都很大,例如在多轴钻床上加工时,其轴向切削力甚至可达数千公斤以上,因此夹紧机构便在很大的切削力作用下工作此外,加工时震动也较大,尤其在多轴粗镗孔,刮断面和铣削的时候当各种刀具同时工作时,切削力的方向和合力中心的位置也是经常变化的,因此在设计夹紧机构时,不仅要注意到切削力的大小,而且还要注意到切削力的方向及其合力中心的位置.2由于工件材料硬度不均匀,加工余量不均匀和刀具磨钝等因素的影响,往往是实际的切削力大大增加在组和机床上多刀加工时,这种影响尤为显著3组合机床夹具是保证加工精度的主要部件,因此,要注意工件夹紧后产生的变形对加工精度的影响,尤其在工件刚性差,精度要求高的情况下更应特别注意在这种情况下通常要求夹紧机构具有调节夹紧力的可能性4为了保证夹紧可靠,应选择机床工作过程中最不利的工作情况来确定所需的夹紧力在个面同时加工时应按相对的两个方向上的切削力不能互相抵消的最坏情况来确定所需的夹紧力因为,由于各动力头的进给阻力不等和液压系统工作的不同步性等原因,相对两面的动力头实际上不可能同时开始或结束切削工作,因此便形成了某一个动力头单独切削工件的情况5确定夹紧力时必须考虑夹紧机构的特性直接夹紧机构的特性时夹紧后机构不能自锁,当切削力作用在与夹紧力相反的方向上时,随着切削力的增加,在夹紧力一定的情况下,就会使夹紧工件的力减少,当切削力大于夹紧力时,工件即离开定位基准因此通常只在切削力较小和切削过程比较平稳的情况下,例如在铰孔,精镗孔和攻丝机床上,才采用直接夹紧机构如果在切削力较大和切削不平稳的情况下采用直接夹紧机构,那么确定夹压力时考虑的安全系数就要取大些,使夹紧力大于切削力,以保证夹紧机构的可靠工作自锁夹紧机构在夹紧工件以后,当切削力作用在于夹紧力相反的方向上时,按照自锁机构的特性,如果夹紧系统是绝对刚性的话(实际上时有变形的),铣削力有多大,夹紧机构的反作用力就有多大因此在夹紧机构刚性较好的情况下,工件一般都不会离开定位基准由此可见自锁夹紧机构比直接夹紧机构要可靠的多在切削力较大和切削过程不平稳的情况下(如粗加工和铣削等),或在夹紧力与切削力相反的情况下,一般均应采用自锁夹紧机构
7.3计算切削力及切削合力作用的位置为了确定夹紧力,必须先计算切削力计算时,一般只考虑切削加工时的主切削力对于不同的工艺方法,其主切削力也不同钻孔和扩孔只考虑轴向走刀抗力P镗孔和短外圆车削主切削力为圆周切削力P刮削端面需要考虑垂直切削力和轴向切削力铣削主切削力为圆周切削力由于组合机床通常都是多刀加工机床,在工件的同一面上有许多刀具同时切削,因此必须求出切削合力的大小及作用的位置设各加工部位的切削力分别为P、P、……P;各力作用的坐标位置为(x,y)、(x,y)、……(x,y),那么切削合力的计算公式见式
7.2P=P1+P+……+P=ΣP式
7.2切削合力作用的坐标位置(xy)的计算公式见式
7.3式
7.3式中P、P、……P——各加工部位的切削力——各切削力作用位置
7.
3.1左轴箱切削合力及其作用的位置的计算轴向力P=2×
2133.87=
4267.74N圆周力F=
1797.82N`左轴箱切削合力作用的位置=123mm=-73mm
7.
3.2右轴箱切削合力的计算轴向力圆周力F=
1625.16N右轴箱切削合力作用的位置=0㎜=
86.5㎜
7.4夹紧力的确定该工件的夹紧力与切削力垂直,此时,工件在切削力的作用下产生平移、转动和颠覆的趋势,因本夹具的结构特点使工件不能产生平移和颠覆的趋势所以只需计算防止工件转动时的夹紧力值并和上章所计算出的夹紧力进行比较,得出本夹具的夹紧力是否满足要求为防止工件产生转动所需的夹紧.一般情况下,工件在加工时,切削合力的作用线总是不同过夹具圆定位销的中心的,此时工件在切削力的作用下就有可能产生绕圆定位销中心而转动的趋势,因此夹紧力也要足以防止工件产生这样的转动实际上菱形定位销允许承受一部分切削力并防止工件产生转动从工件的力矩平衡条件可以得到其受力图见图7-1由上分析可列出力矩平衡方程见式(
7.4)式(
7.4)式中——左轴箱的切削合力——理论夹紧力——修正系数——左轴箱切削合力在x轴上的作用的位置——右轴箱切削合力在x轴上的作用的位置——左轴箱切削合力在y轴上的作用的位置——右轴箱切削合力在y轴上的作用的位置图
7.1工件受力图代入式
7.4数据得2×5912×(123+0)=×164=K×F×123/246=2×5912×123/164=8868N因为<
(10000)<(
16406.25),所以用手动螺旋夹紧时产生的扭矩足以抵消由用手动螺旋夹紧时产生的矩因而油缸产生的夹紧力不需用来抵消用手动螺旋夹紧时产生的扭距,它只需用来阻止加工工件时产生的振动即可,那样的话所选的油缸能够满足本夹具的要求结论由上述计算和分析可知动螺旋夹紧机构的夹紧力为10000N、螺旋杠杆夹紧机构的夹紧力为
16406.25N、油缸的夹紧力为
2857.4N8夹紧机构和夹紧动力机构的选择
8.1夹紧装置的组成在加工过程中工件会受到切削力、惯性力、离心力等外力的作用为了保证在这些外力作用下工件仍能在夹具中保持定位的正确位置而不致发生位移或产生振动一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置把工件压紧夹牢在定位元件上.其主要由三部分组成1动力装置动力装置是产生夹紧作用力的装置通常是指机动夹紧时所用的气动、液压、电动等动力装置2夹紧元件夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件通过它和工件受压表面的直接接触而完成夹紧动作3中间传动机构中间传动机构是介于力源和夹紧元件之间的传动机构,它将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件通常把夹紧元件和中间传动机构统称为夹紧机构
8.2夹紧装置的基本要求1夹紧时不破环工件在夹具中占有的正确位置;2夹紧力要适当即要保证工件在加工过程中定位的稳定性又要防止因夹紧力过大损伤工件表面及夹紧变形;3夹紧机构操作安全、省力夹紧迅速;4夹紧机构的复杂程序、工件效率应与生产类型相适应.结构应尽量简单便于制造与维修5具有良好的自锁性能
8.3夹紧机构的选择夹紧机构采用压板为了夹紧的可靠,夹紧拉杆上插两个开口压板
8.4夹紧动力机构的选择该机床的夹紧动力机构采用液压机构夹紧示意图见图8-1所示图8-1夹紧示意图
8.5液压夹紧机构
8.
5.1液压机构的特点(与气压传动相比)1液体的工作压力比气体的工作压力高,一般为
1.96~
7.84兆帕,有时可达
9.8兆帕以上所以在要求产生同样大小的作用力(或力矩)时,油缸体积比气缸体积小得多,因而惯性力也小;2液体有不可压缩性,因此用于夹紧时刚性高;3可以在比较大的调速范围内实现无极调整;4工作平稳,油有吸震能力,便于实现频繁的换向;5操纵简单,便于实现自动化,气、液、电联合应用时更能充分发挥各自的优点以实现复杂的自动工作循环;6易于实现部件过载保护,超负荷时油液可从安全溢流阀自动溢流;7系统工作时,工作介质—油液可以自动润滑运动偶件,有利于提高元件使用寿命;8易于实现零部件的通用化、标准化,便于组织专业化生产由于液压传动具有以上特点,所以在机床和机床夹具中得到了广泛应用
8.
5.2液压传动的一些不足1容易漏油,这不但引起压力损失,同时也会造成对工作环境的污染;2液压元件制造精度要求高,因而其成本比气压元件高;3系统工作时噪声较大;4控制系统比气压传动的复杂,不适合远距离操作;5由于油的粘度,在高温和低温条件下不易正常工作因此,在液压传动装置的设计过程中,尽可能的扬长避短,使其充分发挥液压系统的优点
8.
5.3液压传动装置各个部分的设计与选择1动力部分的设计和选择动力部分主要是指能提供满足预定要求的压力和流量的工作油液,以保证系统的正常工作常用元件有电动泵、手动泵、气液增压器、液压增压器等综合考虑现选用电动泵作为液压传动系统的动力装置2控制部分的设计与选择控制部分主要是指保证系统各个部分准确的按照设计的要求完成负载——过载保护——切换——空载这样一个循环过程常用元件主要有用于换向作用的方向阀(单向阀、转阀、手动滑阀、机动滑阀、电磁阀、液动滑阀);用于稳压作用的稳压阀(各种类型的减压阀);用于显示压力、保护流量、自动切断通路的过载保护阀(溢流阀、压力继电器、压力表)3执行部分的设计与选择执行部分主要是指将压力能转化为机械能的装置,以达到直接驱动夹具上的夹紧机构动作的目的,常用元件有直动液压缸;回转液压缸两种在本传动装置中选用直动液压缸作为执行部件4辅助装置的设计与选择辅助装置是夜压部分的主要附件,是用于连接各个传动装置的零部件,以确保液压系统的安全、可靠工作的重要保障常用元件有管路、接头、油箱、蓄能器等5定位夹紧机构是使工件得到正确的定位及可靠的夹紧的其结构、尺寸的设计详细情况见有关的定位装置的设计、夹紧装置的设计,在次不再赘述
8.
5.4液压装置传动部分基本回路的设计1液压传动基本回路的要求必须保证系统有稳定的工作压力,由于加工零件不同,切削条件不一样,所采用的夹具也是不一样的,因此对夹紧力的要求也是不一样的,所以,一个液压源欲能适应各种不同的要求,在系统中必须设置稳压回路和调压回路;当有多缸同时工作时,要求在时间和空间上协调一致,不应产生干涉现象,在设计压力系统时,应设计多缸之间的配合回路或者是相互独立的回路;在大批量生产中,为节约辅助时间,要求在一个工作循环完毕之后,能自动换向,以便于操作者装卸工件,因此系统必须设有换向回路;要确保安全,管路应尽可能的简单、维修方便2基本回路的连接方式常用的基本回路连接方式有三种管式连接、板式连接、集成块连接管式连接是以油管和接头连接成的回路,其特点是灵活性大,易实现各种方案的回路控制,但是管路松散,安装、维修不够方便;摩擦阻力和压力损失比较大,加剧油液温度升高板式连接是以铸孔板、钻孔板等板式元件代替油管和接头组成的回路,安装维修方便,摩擦阻力和压力损失较小,但夹板密合要求较高,易发生高低压油串通,使机构动作失调集成块连接是元件与元件直接接触,用长螺栓杆连在一起组成回路,其结构紧凑、体积小,组装维修方便、密封简单、漏油部位少,但元件之间密合要求较高,制造精度较高,制造成本较高综合考虑,液压传动基本回路拟选用管式连接3液压夹具的基本回路的原理图如下见图8-2图8-2液压夹具的基本回路的原理图在这里为了保障加工的顺利进行,采用带有联锁装置的稳压回路其工作过程如下,由定量泵供油,当油缸活塞向上动作夹紧工件后,油压增高,压力继电器动作断开电机电路,使油泵停止工作当压力低于预定压力时,压力继电器又接通电机,继续使油泵供油适用于加工时间较长的机床夹具,节约动力和防止油温过高
8.
5.5油缸的选择参数计算根据加工工件的结构特点,本夹具的两个液压缸都选择用前法兰式夹紧油缸油缸的型号是T
5014、型式Ⅰ、缸径
45、活塞杆
25、行程30的油缸选择油缸工作油的工作压力P=
2.6MPa见表8-1表8-1油缸工作压力与活塞杆直径的关系工作压力(兆帕)活塞杆直径d〈2(
0.2-
0.4)D2–
50.5D5–
100.7D所以液压缸的夹紧力见式
8.1式
8.1式中——液压夹紧力——活塞半径——活塞杆半径——工作压力将已得到的数值代入得=
2857.4N
8.6螺旋夹紧机构及其夹紧力的计算在本夹具中应用了一个螺旋夹紧机构和一个螺旋杠杆夹紧机构,夹紧力的计算公式见式
8.2式(
8.3)式
8.2Q=式
8.3式中Q——夹紧力(公斤);M——加在螺旋夹紧机构上的夹紧扭矩(公斤.毫米);r——螺纹的平均半径(毫米);——螺纹的升角,Z——螺纹的头数;t——螺纹的螺距(毫米);——螺纹的摩擦角,tg=f取f=
0.18则=10f——摩擦系数为了方便计算,令K=tg+则见表8-2表8-2采用公制螺纹夹紧时的不同直径螺纹的K值螺纹外径d毫米1620242730螺距t毫米
22.
5333.5平均半径r毫米
7.
359.
1911.
0312.
5313.86升角229229229211218K值(毫米)
1.
632.
032.
442.
703.02因为本人所采取的螺旋夹紧的螺纹外径是Φ14和Φ30为安全起见Φ14的螺旋夹紧的K值取
1.5Φ30螺旋夹紧的K值取
3.02当采用手动螺旋夹紧时,夹紧扭矩为见式(
8.4)M=PL式(
8.4)式中M——夹紧扭矩,公斤.毫米;P——加在扳手上的力(公斤);L——扳手的力臂长度(毫米);在组合机床夹具上,加在扳手上的力推荐为P=8~10公斤,最大应不超过15公斤扳手的力臂长度一般为L14dd为螺纹外径由实际情况取p=15公斤,Φ30螺旋夹紧的L=84mm、Φ14的螺旋夹紧的L因用增力杆取L=100mm对于Φ30螺旋夹紧机构的夹紧力见式
8.5式
8.5式中——夹紧机构的夹紧力牛顿;——加在扳手上的力(公斤);——扳手的力臂长度(毫米);——夹紧系数代人式子得==10000N对于Φ14螺旋杠杆夹紧机构的夹紧力平衡图见图8-3图8-3Φ14螺旋杠杆夹紧机构的夹紧力平衡图由此可得夹紧力方程见式(
8.6)、式(
8.7)式(
8.6)式(
8.7)式中——Φ
13.5孔螺旋夹紧力——Φ14螺旋杠杆夹紧机构的夹紧力——切削力力臂——夹紧力力臂长度数据代入式(
8.7)得==带入式(
8.6)得==
16406.25N9导向装置
9.1导向装置概述在组合机床上完成的孔的加工工序中,除采用“刚性主轴”加工方法外,在大多数情况下,切削刀具都在导向装置中工作,因此,具有精密的导向便成为组合机床刀具工作的显著特点之一组合机床夹具上的导向装置是作为引导刀具对工件进行切削加工的重要装置导向装置的作用在于保证刀具对于工件的正确位置;保证各刀具相互间的正确位置和提高刀具系统的支撑刚性因此,它对于保证加工精度和机床的可靠工作有着重要的影响刀具导向装置在一般情况下都是固定的设置在机床夹具上的,而且成为组合机床夹具的一个重要组成部分组和机床的刀具导向装置,具有多种不同的结构形式,但根据其运动形式的不同,可将导向装置大致分为两类第一类导向装置这类导向装置的导套安装在机床夹具的转模板上,而且是固定不动的,刀具或刀杆本身在刀套内既有相对转动又有相对移动,例如钻孔以及大多数扩孔和铰孔的刀具导向第二类导向装置这类导向装置带有可旋转的部分旋转部分可以作在刀杆上,也可以设在夹具的转模板上,此时刀杆本身在刀套内只有相对移动而无相对转动,我们常见的各种镗孔导向都属于这一类
9.2导套的类型刀具导引元件多用在钻床及镗床夹具中.前者称钻模套筒简称钻套;后者称镗模套筒,简称镗套,两者又可统称为导套导套可分为不动式及回转式两大类不动式导套又可分为固定的,可换的及快换的三大种由于该工件是大批量生产,所以可采用可换钻套,它可过渡配合自由地装在衬套中,而衬套则固装在夹具中,沿逆时针方向转动,钻套由螺钉固定当钻套磨损后,卸下螺钉,更换新的钻套可迅速方便的调换导套
9.3钻套钻套可按其结构和使用情况可分为固定式、可换式、快换式和特殊钻套前三种钻套均已标准化
9.
3.1钻套高度H,排屑间隙h钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等因素有关.钻套高度H愈大刀具与导套中心距间可能产生的偏倾角越小,因此精度也越高,刀具的导向性越好但刀具与钻套的摩擦越大但H与d之比越大,则刀具带入导套的切屑越易于使刀具和导套受钻套的下端必须离工件有一定距离h,如图是因为要使得大部分的切屑容易从四周排出,而不至于被刀具同时带入到导套中,以免刀具被卡死或切削刃在导套中容易被磨钝,钻套底部与工件间的距离h称为排屑间隙h到磨损一般取H=(
12.5)d值应适当选取,h值太小时,切屑难以自由排出,使加工表面被损坏;h值太大时,会降低钻套对钻头的导向作用,影响加工精度因为是加工钢所以h=
0.7~
1.5d,由于其都为可换钻套,按机械制造课程设计P181表9-9,P184表9-13,查得1四个的孔应用钻套取h=d=13mm取2八个的孔应用钻套取3两个的孔应用钻套取
9.
3.2钻套标记1四个的孔应用钻套,公差带为F7;D=22mm公差带为m6配用螺钉为M8则它标记为钻套2八个的孔应用钻套,公差带为F7;D=26mm公差带为m6配用螺钉为M8则它标记为钻套3两个的孔应用钻套,公差带为F7;D=26mm公差带为m6配用螺钉为M8则它标记为钻套各符号对应见图9-1图9-1可换钻套简图
9.4衬套由机械加工工艺手册P3-36查得钻套用的衬套:各符号对应见图9-2图9-2衬套简图10夹具体设计
10.1夹具体设计的基本要求夹具体是夹具的基础件在夹具体上安装组成该夹具所需要的各种元件、机构和装置等设计时应满足以下基本要求1应有足够的强度和刚度保证在加工过程中,夹具体在加紧力、切削力等外力的作用下,不致使夹具体产生不允许的变形和振动2结构简单,具有良好的工艺性在保证良好的工艺条件下,力求结构简单、体积小、重量轻,特别是对于移动或翻转夹具,其重量不应太大(一般不超过10Kg),以便于操作3尺寸要稳定对于铸造夹具体,要进行时效处理;对于焊接夹具体,要进行退火处理,以消除应力,以保证夹具体加工尺寸的稳定4夹具体应便于排屑为防止加工中切屑聚集在定位元件表面或其他装置中,而影响工件的正确定位和夹具的正常工作,设计夹具体时,要考虑切屑的排屑问题
10.2夹具体毛坯结构的选择综合考虑结构的合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性以及工厂的具体条件选用铸造结构的夹具体其主要特点是可以铸造出复杂的结构形状抗压强度大、抗振动性好易于加工,适用于切屑负载大、振动大而且加工批量较大的场合但其制造周期长,易产生内应力,故应进行时效处理材料多采用HT15~23或者HT20~
4010.3夹具体的排屑结构由于夹具体是悬空设置的以及工件的结构影响,夹具体对工件的加工过程中的排屑有很大的影响因此,在夹具体的设计过程当中特别考虑了排屑结构的设计问题,其详细的结构设计见夹具总图中,在次不再赘述
10.4夹具体的吊装装置的设计设计大型夹具时,需要在夹具体上设置供起吊用的装置,一般情况下采用吊环螺钉、或起重螺栓吊环螺钉可按GB825-76选用,起重螺栓可按国标《夹具零部件》中GB2225-80选用,依据夹具体的重量现选用M10的其重螺栓夹具体的结构尺寸见表10-1表10-1夹具体的结构尺寸夹具体结构尺寸夹具体侧壁厚h20mm夹具体加强筋厚度38mm夹具体加强筋高度124mm夹具体上、下壁厚h25mm夹具体座耳螺栓直径16mm夹具体座耳D18mm夹具体座耳D138mm夹具体座耳h5mm夹具体座耳L25mm夹具体座耳H46mm结论本次设计,我主要设计了卧式双面十轴钻组合机床夹具及液压系统设计,使我加深了对所学知识的理解,并且大大加强了对所学知识综合运用的能力,初步能应用相关知识解决实际中出现的问题但最重要的是我系统的学到了组合机床的设计思路和设计方法在头脑中建立了一套设计的思想和基本框架通过上述分析、设计和各方面的考虑,我认为该夹具在实用性、安全性和强度方面应该能满足要求今后我要在各种机械设备的结构及设计方法方面进行进一步的学习,以适应以后工作的需要参考文献
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133.
[14]A.M.SHAWKYandM.A.ELBESTAWI.In-processevaluationofworkpiecegeometricaltolerancesinbarturning[J].EvaluationofworkpieceGeometricalTolerances1996PP33-46致谢本设计能够得以顺利完成,首先在此衷心的感谢所有提供过帮助的老师和同学在设计的全过程中得到韩翔老师的全力指导在我遇到设计中平时没学到的知识时,他给我指点、讲解,让我受益匪浅在韩老师的指导下我阅读了许多有益于设计的书籍,学到了许多以前没有学过的知识,我想这些对我以后的工作和学习都会起着重大的影响在设计过程中还得到了同组同学的热心帮助,我们一起研究,一起讨论,攻克难关,相互之间的交流也让我的设计思路进一步灵活和完善当然,该论文难免有不足和漏洞之处,欢迎老师们批评指正再次深表感谢!附录英文原文N/CMachineToolElements———From《EnglishforMachinery》N/Cmachinetoolelementsconsistofdimensioningsystemscontrolsystemsservomechanismsandopen-orclosed-loopsystems.Itisimportanttounderstandeachelementpriortoactualprogrammingofanumericallycontrolledport.ThetermmeasuringsysteminN/Creferstothemethodamachinetoolusestomoveapartfromareferencepointtoatargetpoint.Atargetpointmaybeacertainlocatingfordrillingaholemillingaslotorothermachineoperation.ThetwomeasuringsystemsusedonN/Cmachinesaretheabsoluteandincremental.Theabsolutemeasuringsystemusesafixedreferencepoint.Itisonthispointthatallpositionalinformationisbased.Inotherwordsallthelocationstowhichapartwillbemovedmustbegivendimensionsrelatingtothatoriginalfixedreferencepoint.FigureshowsanabsolutemeasuringsystemwithXandYdimensionseachbasedontheorigin.Theincrementalmeasuringsystemhasafloatingcoordinatingsystem.Withtheincrementalsystemthetimethepartismoved.Figure
16.2showXandYvaluesusinganincrementalmeasuringsystem.NoticethatwiththissystemeachnewlocationbasesitsvaluesinXandYfromtheprecedinglocation.Onedisadvantagetothissystemisthatanyerrorsmadewillberepeatedthroughouttheentireprogramifnotdetectedandcorrected.TherearetwotypesofcontrolsystemscommonlyusedonN/Cequipment:point-to-pointandcontinuouspath.Apoint-to-pointcontrolledN/Cmachinetoolsometimesreferredtoasapositioningcontroltypehasthecapabilityofmovingonlyalongastraightline.Howeverwhentwoaxesareprogrammedsimultaneouslywithequalvaluesa45anglewillbegenerated.Point-to-pointsystemsaregenerallyfoundondrillingandsimplemillingmachinewhereholelocationandstraightmillingjobsareperformed.Point-to-pointsystemscanbeutilizedtogenetatearcsandanglesbyprogrammingthemachinetomoveinaseriesofsmallsteps.Usingthistechniquehowevertheactualpathmachinedisslightlydifferentfromthecuttingpathspecified.Machinetoolsthathavethecapabilityofmovingsimultaneouslyintwoormoreaxesareclassifiedascontinuous-pathorcontouring.Thesemachinesareusedformachiningarcsradiicirclesandanglesofanysizeintwoortheredimensions.Continuous-pathmachinesaremoreexpensivethanpoint-to-pointsystemsandgenerallyrequireacomputertoaidprogrammingwhenmachiningcomplexcontours.N/Cservomechanismsaredevicesusedforproducingaccuratemovementofatableorslidalonganaxis.TwotypesofservosarecommonlyusedonN/Cequipment:electricsteppingmotorsandhydraulicmotors.SteppingmotorservosarefrequentlyusedonlessexpensiveN/Cequipment.Thesemotorsaregenerallyhigh-torquepowerservosandmounteddirectlytoaleadscrewofatableortoolslide.Moststeppingmotorsareactuatedbymagneticpulsesfromthestatorandrotorassemblies.Thenetresultofthisactionisthatonerotationofthemotorshaftproduces200steps.Connectionthemotorshafttoa10-pitchleadscrewallows
0.0005-in.movementstobemade.Hydraulicservosproduceafluidpressurethatflowsthroughgearsorpistonstoeffectshaftrotation.Mechanicalmotionofleadscrewsandslidesisaccomplishedthroughvariousvaluesandcontrolsfromthesehydraulicmotors.Howevertheyaremoreexpensiveandnoisy.MostlargerN/Cmachinesusehydraulicservos.N/Cmachinesthatuseanopen-loopsystemcontainno-feedbacksignaltoensurethatamachineaxishastraveledtherequireddistance.Thatisiftheinputreceivedwastomoveaparticulartableaxis
1.000intheservounitgenerallymovesthetable
1.000in.ThereisnomeansforcomparingtheactualtablemovementwiththeinputsignalhoweverTheonlyassurancethatthetablehasactuallymoved
1.000in.isthereliabilityoftheservosystemused.Open-loopsystemsareofcourselessexpensivethanclosed-loopsystems.Aclosed-loopsystemcomparestheactualoutputwiththeinputsignalandcompensatesforanyerrors.Afeedbackunitactuallycomparestheamountthetablehasbeenmovedwiththeinputsignal.Somefeedbackunitsusedonclosed-loopsystemsaretransducerselectricalormagneticscalesandsynch.Closed-loopsystemsgreatlyincreasethereliabilityofN/Cmachines.MachiningCentersManyoftoday’smoresophisticatedlathesarecalledmachiningcenterssincetheyarecapableofperforminginadditiontothenormalturningoperationscertainmillinganddrillingoperations.Basicallyamachiningcentercanbethoughtofasbeingacombinationturretlatheandmillingmachine.Additionalfeaturesaresometimesincludedbymanufacturerstoincreasetheversatilityoftheirmachines.NumericalControlOneofthemostfundamentalconceptsintheareaofadvancedmanufacturingtechnologiesisnumericalcontrolNC.PriortotheadventofNCallmachinetoolsweremanuallyoperatedandcontrolled.Amongthemanylimitationsassociatedwithmanualcontrolmachinetoolsperhapsnoneismoreprominentthanthelimitationofoperatorskills.Withmanualcontrolthequalityoftheproductisdirectlyrelatedtoandlimitedtotheskillsoftheoperator.Numericalcontrolrepresentsthefirstmajorstepawayfromhumancontrolofmachinetools.Numericalcontrolmeansthecontrolofmachinetoolsandothermanufacturingsystemsthroughtheuseofprerecordedwrittensymbolicinstructions.RatherthanoperatingamachinetoolanNCtechnicianwritesaprogramthatissuesoperationalinstructionstothemachinetool.Foramachinetooltobenumericallycontrolleditmustbeinterfacedwithadeviceforacceptinganddecodingtheprogrammedinstructionsknownasareader.Numericalcontrolwasdevelopedtoovercomethelimitationofhumanoperatorsandithasdoneso.Numericalcontrolmachinesaremoreaccuratethanmanuallyoperatedmachinestheycanproducepartsmoreuniformlytheyarefasterandthelong-runtoolingcostsarelower.ThedevelopmentofNCledtothedevelopmentofseveralotherinnovationsinmanufacturingtechnology:Electricaldischargemachining.Lasercutting.Electronbeamwelding.Numericalcontrolhasalsomademachinetoolsmoreversatilethantheirmanuallyoperatedpredecessors.AnNCmachinetoolcanautomaticallyproduceawidevarietyofpartseachinvolvinganassortmentofwidelyvariedandcomplexmachiningprocesses.Numericalcontrolhasallowedmanufacturerstoundertaketheproductionofproductsthatwouldnothavebeenfeasiblefromaneconomicperspectiveusingmanuallycontrolledmachinetoolsandprocesses.LikesomanyadvancedtechnologiesNCwasborninthelaboratoriesoftheMassachusettsInstituteofTechnology.TheconceptofNCwasdevelopedintheearly1950swithfundingprovidedbytheU.S.Airforce.InitsearlieststagesNCmachineswereabletomakestraightcutsefficientlyandeffectively.Howevercurvedpathswereaproblembecausethemachinetoolhadtobeprogrammedtoundertakeaseriesofhorizontalandverticalstepstoproduceacurve.Theshorteristhestraightlinesmakingupthestepsthesmootheristhecurve.Eachlinesegmentinthestepshadtobecalculated.Thisproblemledtothedevelopmentin1959oftheAutomaticallyProgrammedToolsAPTlanguage.ThisisaspecialprogramminglanguageforNCthatusesstatementssimilartoEnglishlanguagetodefinethepartgeometrydescribethecuttingtoolconfigurationandspecifythenecessarymotions.ThedevelopmentoftheAPTlanguagewasamajorstepforwardinthefurtherdevelopmentofNCtechnology.TheoriginalNCsystemswerevastlydifferentfromthoseusedtoday.Themachineshadhardwiredlogiccircuits.Theinstructionalprogramswerewrittenonpunchedpaperwhichwaslatertobereplacedbymagneticplastictape.Atapereaderwasusedtointerprettheinstructionswrittenonthetapeforthemachine.Togetherallofthisrepresentedagiantstepforwardinthecontrolofmachinetools.HowevertherewereanumberofproblemswithNCatthispointinitsdevelopment.Amajorproblemwasthefragilityofthepunchedpapertapemedium.Itwascommonforthepapertapecontainingtheprogrammedinstructionstobreakortearduringamachiningprocess.Thisproblemwasexacerbatedbythefactthateachsuccessivetimeapartwasproducedonamachinetoolthepapertapecarryingtheprogrammedinstructionshadtobererunthroughthereader.Ifitwasnecessarytoproduce100copiesofagivenpartitwasalsonecessarytorunthepapertapethroughthereader100separatetimes.Fragilepapertapessimplycouldnotwithstandtherigorsofashopfloorenvironmentandthiskindofrepeateduse.Thisledtothedevelopmentofaspecialmagneticplastictape.Whereasthepapertapecarriedtheprogrammedinstructionsasaseriesofholespunchedinthetapetheplastictapecarriedtheinstructionsasaseriesofholespunchedinthetapetheplastictapecarriedtheinstructionsasaseriesofmagneticdots.Theplastictapewasmuchstrongerthanthepapertapswhichsolvedtheproblemoffrequenttearingandbreakage.Howeveritstilllefttwootherproblems.Themostimportantofthesewasthatitwasdifficultorimpossibletochangetheinstructionsenteredonthetape.Tomakeeventhemostminoradjustmentsinaprogramofinstructionsitwasnecessarytointerruptmachiningoperationsandmakeanewtape.Itwasalsostillnecessarytorunthetapethroughthereaderasmanytimesastherewerepartstobeproduced.FortunatelycomputertechnologybecamearealityandsoonsolvedtheproblemsofNCassociatedwithpunchedpaperandplastictape.ThedevelopmentofaconceptknownasdirectnumericalcontrolDNCsolvedthepaperandplastictapeproblemsassociatedwithnumericalcontrolbysimplyeliminatingtapeasthemediumforcarryingtheprogrammedinstructions.Indirectnumericalcontrol.machinetoolsaretiedviaadatatransmissionlinktoahostcomputer.Programsforoperatingthemachinetoolsarestoredinthehostcomputerandfedtothemachinetoolasneededviathedatatransmissionlinkage.Directnumericalcontrolrepresentedamajorstepforwardoverpunchedtapeandplastictape.Howeveritissubjecttothesamelimitationsasalltechnologiesthatdependonahostcomputer.Whenthelostcomputergoesdownthemachinetoolsalsoexperiencedowntime.Thisproblemledtothedevelopmentofcomputernumericalcontrol.ThedevelopmentofthemicroprocessorallowedforthedevelopmentofprogrammablelogiccontrollersPLCsandmicrocomputers.ThesetwotechnologiesallowedforthedevelopmentofcomputernumericalcontrolCNC.WithCNCeachmachinetoolhasaPLCoramicrocomputerthatservesthesamepurpose.Thisallowsprogramstobeinputandstoredateachindividualmachinetool.Italsoallowsprogramstobedevelopedoff-lineanddownloadedattheindividualmachinetool.CNCsolvedtheproblemsassociatedwithdowntimeofthehostcomputerbutitintroducedanotherknownasdatamanagement.Thesameprogrammightbeloadedontendifferentmicrocomputerswithnocommunicationamongthem.Thisproblemisintheprocessofbeingsolvedbylocalareanetworksthatconnectmicrocomputersforbetterdatamanagement.CuttingToolGeometryShapeofcuttingtoolsparticularlytheanglesandtoolmaterialareveryimportantfactors.Anglesdeterminegreatlynotonlytoollifebutfinishqualityaswell.GeneralprinciplesuponwhichcuttingtoolanglesarebaseddonotdependontheparticulartoolBasicallythesameconsiderationsholdtruewhetheralathetoolamillingcutteradrillorevenagrindingwheelarebeingdesigned.SincehoweverthelathetooldepictedinFig.
18.1mightbeeasiesttovisualizeitsgeometryisdiscussed.Toolfeatureshavebeenidentifiedbymanynames.Thetechnicalliteratureisfullofconfusingterminology.ThusintheattempttocleatupexistingdisorganizedconceptionsandnomenclaturethisAmericanSocietyofMechanicalEngineerspublishedASAStandardB5-22-
1950.Whatfollowsisbasedonit.Asingle-pointtoolisacuttingtoolhavingonefaceandonecontinuouscuttingedgeToolanglesidentifiedinFig.
18.2areasfollows:Toolangle1onfrontviewistheback-rankangle.Itistheanglebetweenthetoolfaceandalineparalleltothetoolbaseoftheshankinalongitudinalplaneperpendiculartothetoolbase.Whenthisangleisdownwardfromfronttorearofthecuttingedgetherakeispositive;whenupwardfromfronttoblacktherakeisnegative.Thisangleismostsignificantinthemachiningprocessbecauseitdirectlyaffectsthecuttingforcefinishandtoollife.Theside-rakeanglenumbered2measurestheslopeofthefaceonacrossplaneperpendiculartothetoolbase.Italsoisanimportantanglebecauseitdirectschipflowtothesideofthetoolpostandpermitsthetooltofeedmoreeasilyintothework.Theend-reliefangleismeasuredbetweenalineperpendiculartothebaseandtheendflankimmediatelybelowtheendcuttingedge;itisnumbered3inthefigure.Itprovidesclearancebetweenworkandtoolsothatitscutsurfacecanflowbywithminimumrubbingagainstthetool.Tosavetimeaportionoftheendflankofthetoolmaysometimesbelestungroundedhavingbeenpreviouslyforgedtosize.Insuchcasethisend-clearanceanglenumbered4measuredtotheendflanksurfacebelowthegroundportionwouldbelargerthanthereliefangle.Oftentheendcuttingedgeisobliquetotheflank.Thereliefangleisthenbestmeasuredinaplanenormaltotheendcuttingedgeangle.Reliefisalsoexpressedasviewedfromsideandendofthetool.Theside-reliefangleindicatedas5ismeasuredbetweenthesideflankjustbelowthecuttingedgeandalinethroughthecuttingedgeperpendiculartothebaseofthetool.Thisclearancepermitsthetooltoadvancemoresmoothlyintothework.Angle6istheend-cutting-edgeanglemeasuredbetweentheendcuttingedgeandalineperpendiculartothesideofthetoolshank.Thisanglepreventsrubbingofthecutsurfaceandpermitslongertoolfile.Theside-cutting-edgeanglenumbered7istheanglebetweenthesidecuttingedgeandthesideofthetoolshank.Thetruelengthofcutisalongthisedge.Thustheangeldeterminesthedistributionofthecuttingforces.Thegreatertheanglethelongerthetoollife;butthepossibilityofcharterincreases.Acompromisemustasusualbereached.Thenoseanglenumber8istheanglebetweenthetwocomponentcuttingedges.Ifthecornerisroundedoffthearcsizeisdefinedbythenoseradius
9.Theradiussizeinfluencesfinishandchatter.SandCastingThefirststageintheproductionofsandcastingsmustbethedesignandmanufactureofasuitablepattern.Castingpatternsaregenerallymadefromhardwordandthepatternhastobemadelargerthanthefinishedcastingsizetoallowfortheshrinkagethattakesplaceduringsolidificationandcooling.Theextentofthisshrinkagevarieswiththetypeofmetaloralloytobecast.Forallbutthesimplestshapesthepatternwillbemadeintwoormorepiecestofacilitatemolding.Ifahollowcastingistobemadethepatterndesignwillincludeextensionpiecessothatspacestoacceptthesandcorearemoldedintosand.Theseadditionalspacesinthemouldaretermedcoreprints.Sandmouldsfortheproductionofsmallandmedium-sizedcastingsaremadeinamoldingbox.Themouldismadeintwoormorepartsinorderthatthepatternmayberemoved.Thedraghalfofthemouldboxisplacedonaflatfirmboardandthedraghalfofthepatternplacedinposition.Facingsandissprinkledoverthepatternandthenthemouldboxisfilledwithmoldingsand.Thesandisrammedfirmlyaroundthepattern.Thisprocessoffillingandrammingmaybedonebyhandbutmouldproductionisautomatedinalargefoundrywiththemouldboxesmovingalongaconveyorfirstlytobefilledwithsandfromhoppersandthentopassundermechanicalhammersforramming.Whenrammingofthesandiscompleteexcesssandisremovedtoleaveasmoothsurfaceflushwiththeedgesofthemoldingbox.Thecompleteddragisnowturnedoverandtheupperorcopeportionofthemouldingboxpositionedoverit.Thecopehalfofthepatternisplacedinpositioncorrectalignmentbeingensuredbymeansofsmalldowelpins.Patternsforthenecessaryfeederrunnerandrisersarealsoplacedsoastogiveanevendistributionofmetalintothemouldcavity.Therisersshouldcoincidewiththehighestreadilyescapefromthemould.Thesizesofrisersshouldbesuchthatthemetalinthemdoesnotfreezetoorapidly.Animportantfunctionofariseristoactasreservoirofliquidmetaltofeedsolidificationwithinthemould.Athincoatingofdrypartingsandissprinkledintomouldatthisstage.Thisistopreventthecopeanddragstickingtogetherwhenthecopehalfismoulded.Thecopeisnowfilledwithmouldingsandandthisisrammedfirmlyintoshapeinthesamemannerasinthemakingofthedrag.Aftertherammingofsandinthecopeiscompletedthetwohalvesofthemouldingboxarecarefullyseparated.Atthisstageventingofthemouldingboxarecarefullyseparated.Atthisstageventingofthemouldcanbedoneifnecessarytoincreasethepermeabilityofthemould.Afterventingthepatternsarecarefullyremovedfrombothcopeanddragandagateorgatesarecarefullycuttoconnecttherunnerchannelwiththemaincavity.Gatesshouldbesitedtoallowforentryintomouldwithaminimumofturbulence.Anyloosesandisgentlyblownawayandifacoreistobeuseditthecopeuponthedraganditisthenreadyforuse.Liquidmetalispouredsmoothlyintothemouldviathefeeder.Pouringceaseswhenliquidmetalappearsatthetopoftherisersandthefeederchannelisalsofull.Whenthemetalthathasbeenpouredintoasandmouldhasfullysolidifiedthemouldisbrokenandcastingisremoved.Thecastingstillhastherunnerandrisersattachedtoitandtherewillbesandadheringtoportionsofthesurface.Runnersandrisersarecutoffandreturnedtothemeltingfurnace.Sandcoresarebrokenandadherentsandiscleanedfromthesurfacebyvibrationorbysandblastingwithdrysand.Anyfinsormetalflashformedatmouldpartinglinesareremovedbygrindingandthecastingsarethenreadyforinspection.ThemainElementsofHorizontalMillingMachinesColumnandbaseThecolumnandbaseformthefoundationofthecompletemachine.Botharemadefromcastirondesignedwiththicksectionstoensurecompleterigidityandfreedomformvibration.Thebaseuponwhichthecolumnismountedisalsothecutting-fluidreservoirandcontainsthepumptocirculatethefluidtocuttingarea.Thecolumncontainsthespindleaccuratelylocatedinprecisionbearings.Thespindleiddriventhroughagearboxfromavee-beltdrivefromtheelectricmotorhousedatthebaseofcolumn.Thegearboxenablesarangeofspindlespeedstobeselected.Inthemodelshowntwelvespindlespeedsfrom32to1400rev/minareavailable.Thefrontofcolumncarriestheguidewaysuponwhichthekneeislocatedandguidedinaverticaldirection.KneeThekneemountedonthecolumnguidewaysprovidestheverticalmovementofthetable.Powerfeedisavailablethroughagearboxmountedonthesidefromaseparatebuilt-inmotorprovidingarangeoftwelvefeedratesfrom6to250mm/min.Driveisthroughaleadscrewwhosebottomendisfixedtomachinebase.Provisionismadetoraiseandlowerthekneebyhandthroughaleadscrewandnutoperatesbyahandwheelatthefront.Thekneehasguidewaysonitstopsurfacegivingfull-widthsupporttothesaddleandguidingitinatransversedirection.lockisprovidedtoclampthekneeinanyverticalpositiononthecolumn.SaddleThesaddlemountedonthekneeguidewaysprovidersthetransversemovementofthetable.Powerfeedisprovidedthroughthegearboxontheknee.Arangeoftwelvefeedsisavailablefrom12to500mm/min.Alternativehandmovementisprovidedthroughaleadscrewandnutbyahandheelatthefrontoftheknee.Campingofsaddletothekneeisachievedbytwoclampsonthesideofthesaddle.Thesaddlehasdovetailgunitsuppersurfaceatrightanglestothekneeguidewaystoprovideaguidetothetableinalongitudinaldirection.TableThetableprovidesthesurfaceuponwhichallworkpiecesandworkholdingequipmentarelocatedandclamped.Aseriesofteeslotsisprovidedforthispurpose.Thedovetailguidesonundersurfacelocateintheguidewaysonthesaddlegivingstraight-linemovementtothetableinlongitudinaldirectionatrightanglestothesaddlemovement.Powerfeedisprovidedfromthekneegearboxthroughthesaddletothetableleadscrew.Alternativehandfeedisprovidedbyahandwheelateachendofthetable.Stopsatthefrontofthetablecanbesettodisengagethelongitudinalfeedautomaticallyineachdirection.SpindleThespindleaccuratelymountedinprecisionbearingsprovidesthedriveforthemillingcutters.Cutterscanbemountedstraightonthespindlenoseorincurter-holdingdeviceswhichinturnaremountedinthespindleheldinpositionbyadrawboltpassingtheholdspindle.Spindlesofmillingmachineshaveastandardspindlenosetoallowforeasyinterchangeofcuttersandcutter-holdingdevices.Theboreofthenoseistaperedtoprovideaccuratelocationtheangleoftaperbeing
1.Thediameterofthetaperdependsonthesizeofthemachineandmaybe3040or50IST.Duetotheirsteepnessofangletheretapers–knownasnon-stickorself-releasing-cannotbereliedupontotransmitthedrivetothecutterorcutter-holdingdevice.Twodrivingkeysareprovidedtotransmitthedrive.OverarmandarborsupportThemajorityofcuttersusedonhorizontalmachinesareheldonarborwhichislocatedandheldinthespindle.Duetothelengthofarborsusedsupportisrequiredattheouterendtopreventdeflectionwhencuttingtakesplace.Supportisprovidedbyanarbor-supportbracketclampedtoanoverarmwhichismountedontopofthecolumninadovetailslide.Theoverarmisadjustableinoroutfordifferentlengthsofarbororcanbefullypushedinwhenarborsupportisnotrequired.Twoclampingboltsaresupportislocatedintheoverarmdovetailandislockedbywhichthearborrunsduringspindlerotation.中文翻译数控机床的组成部分数控机床的组成部分包括测量系统、控制系统、伺服系统及开环或闭环系统,在对数控零件进行实际程序设计之前,了解各组成部分是重要的数控中,测量系统这一术语指的是机床的两种测量系统是绝对测量系统和增量测量系统绝对测量系统采用固定基准点,所有的位置信息正是一这一点为基准换句话说,必须给出一个零件运动的所有位置相对于原始固定基准点的尺寸关系图
16.1表示X和Y两维绝对测量系统,每维都以原点为基准增量测量系统有一个移动的坐标系统运动增量系统时,零件每移动一次,机床就建立一个新的原点图
16.2表示使用增量测量系统时的X和Y的值注意,使用这个系统时,每个新的位置在X和Y镯上的值都是建立在前一个位置之上的这种系统的一个缺点是,如果产生的任何错误没有被发现与校正,则错误会在整个过程中反复存在用于数控设备的控制系统通常有两类,即点位控制系统和连续控制系统点位控制数控机床只有直线运动的能力然儿,当沿两琢线以等值同时编程时,会形成45斜线点位控制系统常用于需确定孔位的转床和需进行直线铣销加工的简单铣床上点位控制系统可通过程序控制机床,以一系列小步运动形成弧线和斜线然儿,用这种方法时,实际加工轨迹与规定的切削轨迹留有不同具有在两个或多个坐标做方向上同时运动的能力的机床,归属连续轨迹控制或轮廓控制类机床这些机床用于加工两维或三维空间中各种不同大小的弧行、圆角、圆及斜角连续轨迹控制的数控机床比点位控制的机床贵得多,在加工复杂轮廓时,一般需要计算机辅助程序设计数控伺服机构是使工作台或滑座沿座标柞准确运动的装置用于数控设备的伺服机构通常有两种步进电机和液压马达步进电机伺服机构用于不太贵重的数控设备上这些电机通常是大转矩的伺服机构,直接安装在工作台或刀座的丝杆上大多数步进电机是由来自定子和转子组件的磁力脉冲驱动的,这种作用的结果是电机主状一转产生200步矩把电机注解接在10扣/英寸的丝杆上,每步能产生
0.0004英寸的移动液压伺服马达使压力液体流过齿轮或拄塞,从而使周转动丝杆和滑座的机械运动是通过各种阀和液压马达的控制来实现的液压伺服马达产生比步进电机更大的转矩,但比步进电机贵,且噪声很大大多数大型数控机床使用液压伺服机构使用开环系统的数控机床,没有反馈信号来确保机床的坐标做是否运动了所需的距离即,如果接受的输入信号是使一特定工作台坐标做移动
1.000英尺的唯一保证是闭环系统便宜闭环系统能够将实际输出与输入信号加以比较,并对任何误差进行补偿反馈装置真实地将工作台加以比较,并对任何误差进行补偿反馈装置真实地将工作台已运动的量与输入信号进行比较用于闭环系统的一些反馈装置是传感器、电尺或磁尺以及同步器等闭环系统大大增加了数控机床的准确性加工中心当前,许多技术更为先进的车床叫做加工中心因为,它们除了完成常规的车削工作之外,还可以完成某些铣削、钻削工作加工中心基本上可以认为是转塔车床和铣床的组合体有时,制造厂商为了增加机床的多用性,还会增加一些其他的性能数字控制先进制造技术中的一个最基本的概念是数字控制(NC)在数控技术出现之前,所有的机床都是由人工操纵和控制的在与人工控制的机床有关的很多局限性中,操作者的技能大概是最突出的问题采用人工控制时,产品的质量直接与操作者的技能有关数字控制代表了从人工控制机床走出来的第一步数字控制意味着采用预先录制的,存储的符号指令,控制机床和其他制造系统一个数控技师的工作不是去操纵机床,而是编写能够发出机床操纵指令的程序对于一台数控机床,其上必须装有一个被称为阅读机的界面装置,用来接受和解译编程指令发展数控技术是为了克服人类操作者的局限性,而且它确实完成了这项工作数字控制的机器比人工控制的机器的精度更高、生产的零件的一致性更好、生产的速度更快、而且长期的工艺装备成本更低数控技术的发展导致制造工艺中的其他几项新发明的产生●电火花加工技术;●激光切削●电子束焊接数字控制还使得机床比它们采用人工操纵的前辈们的用途更为广泛一台数控机床可以自动生产很多种类的零件,每个零件都可以有不同的和复杂的加工过程数控可使生产厂家承担那些对于采用人工控制的机床和工艺来说,在经济上是不划算的产品的生产任务与许多先进技术一样,数控诞生于麻省理工学院的实验室中数控这个概念是20世纪50年代初在美国空军的资助下提出来的在其最初的阶段,数控机床可以经济和有效地进行直线切割然而,曲线轨迹成为机床加工的一个问题,在编程时应该采用一系列的水平与竖直的台阶来生成曲线构成台阶的每个线段越短,曲线就越光滑台阶中的每个线段都必须经过计算在这个问题促使下,与1959年诞生了自动编程工具(APT)语言这是一个专门适用于数控的编程语言,使用类似于英语的语句来定义零件的几何形状,描述切削刀具的形状和规定必要的运动APT语言的研究和发展是在数控技术进一步发展过程中的一大进步最初的数控系统与今天应用的数控系统是有很大的差别的在那时的机床中,只有硬线逻辑电路指令程序写在穿孔纸带上(它后来被塑料磁带所取代),采用带阅读机将写在纸带或磁带上的指令给机器翻译出来所有这些共同构成了机床数字控制方面的巨大的进步然而,在数控发展的这个阶段中还存在着许多问题一个主要问题是穿孔纸带的易损坏性在机械加工过程中,载有编程指令信息的纸带断裂和被撕坏是常见的事情在机床上每加工一个零件,都需要将载有编程指令的纸带放入阅读机中重新运行一次因此,这个问题变的很严重如果需要制造100个某种零件,则应该将纸带分别通过阅读机100次易损坏的纸带显然不能承受严酷的车间环境和这种重复使用这就导致了一种专门的塑料磁带的研制在纸带上通过采用一系列的小孔来载有编程指令,而在塑料带上通过采用一系列的磁点来载有编程指令塑料带的强度比纸带度要高很多,这就可以解决常见的撕坏和断裂问题然而,它仍然存在着两个问题其中最重要的一个问题是,对输入带中的指令进行修改是非常困难的,或者是根本不可能的即使对指令程序进行最微小的调整也必须中断加工,制作一条新带而且带通过阅读机的次数还必须与需要加工的零件的个数相同幸运的是,计算机技术的实际应用很快解决了数控技术中与穿孔纸带和塑料带有关的问题在形成直接数字控制(DNC)这个概念后,可以不再采用纸带或塑料带作为编程指令的载体,这样就解决了与之有关的问题在直接数字控制中,几台机床通过数据传输线路连接到一台主计算机上操纵这些机床所需要的程序都存储在这台主计算机中当需要时,通过数据传输线路提供给每台机床直接数字控制是在穿孔纸带和塑料带基础上的一大进步然而,它也有着与其他依赖于主计算机的技术一样的局限性当主计算机出现故障时,由其控制的所有机床都将停止工作这个问题促使了计算机数字控制技术的产生微处理器的发展为可编程逻辑控制器和微型计算机的发展做好了准备这两种技术为计算机数控(CNC)的发展打下了基础采用CNC技术后,每台机床上都有一个可编程逻辑控制器或者微机对其进行数字控制这可以使得程序被输入和存储在每台机器内部它还可以在机床以外编制程序,并且将其下载到每台机床中计算机数控解决了主计算机发生故障所带来的问题,但是它产生了另一个被称为数据管理的问题同一个程序可能要分别装入十个相互之间没有通信联系的微机中这个问题正在解决之中,它是通过采用局部区域网络将各个微机连接起来,以利于更好地进行数据管理刀具的几何参数刀具的形状和材料是刀具的两个非常重要的因素刀具的角度不仅在很大程度上决定了刀具的寿命,而且也在很大程度上决定了加工的表面的质量刀具角度设计有其一般性原则,它并不因某种特殊刀具而变车刀、铣刀、转头甚至最砂轮的设计,所要考虑的因素基本相同图
18.1所四的车刀外行最易观察,我们即以此为例来讨论刀具的几何参数刀具特征名目繁多,技术文献中术语使用也很混乱为了澄清混乱的概连和术语,美国机械工程师协会颁布了ASA标准B5-22-1950,本文的术语即以此为依据单尖刀具是指只有一个前刀面和一条连续切削刃的刀具图
18.2所司各个角度含义如下主视图中的角度1为背前角,它是在垂直于刀具基面的纵向剖面内的平行于基面的一条直线与前刀面之间的夹角如该角后倾,则为正角,否则为负角背前角对加工过程影响很大,它直接影响刀具的切削力、表面光洁度以及刀具耐用度角度2为侧前角,它是刀具前刀面在垂直于刀具基面的横向笸面内的倾斜角侧前角也是一个重要的几何角度,它能把切屑引向刀架的一侧,并能使进给更加容易端后角是刀具基面的垂线与紧靠端切屑刃下的端后刀具之间有一定的空闲,大大减少了已加工表面与刀具之间的摸查为了节省磨刀时间,刀具端后刀面的一部分有时可以直接锻造形成,而不需要进行摸削在这种情况下,从刃磨部位下面的端后刀面量出的后角比前端后角大通常端切削刃与端后刀面是斜交的,因此,端后角最好是在与端切削刃相垂直的平面内进行测量后角也可以从刀具的侧面和端面来观测角度5表示侧后角,它是紧靠切削刃下面的侧后刀面与通过切削刃并垂直于刀具基面的直线之间的夹角侧后角能使刀具较平稳的切入工件角度6为端切削刃角,它是端切削刃和垂直于刀具摈侧面的直线之间的夹角该角减少了刀具和已加工的表面之间的摸查,延长了刀具的使用寿命角度7为侧切削刀角,它是侧切削刃和刀兵侧面之间的夹角由于刀具切削长度是沿着此切削刃的,因此,侧切削刃角决定了切削力的分布该角度越大,刀具寿命越大,但颤震的可能性也随之增加设计时,这两方面的因素要兼顾角度8为刀尖角,它是两条切削刃之间的夹角刀尖采用圆弧过度时,圆弧的尺寸可用圆弧半径9来表示刀尖圆弧半径的尺寸对表面光洁度及颤震有影响砂型铸造砂型铸造生产的第一步是设计并制作一个合适的模型铸造模型一般由硬木做成,考虑到在金属液凝固及随后的冷却过程中所产生的收缩,模型的尺寸必须大于最终铸件的尺寸收缩的程度由铸造金属或合金种类的不同而不同除一些形状极其简单的铸件外,几乎所有的铸件的模型都分成两部分或更多的部分,以便于造型如果要生产一个空心铸件,那么在模型设计时应加上引伸头,这样在造型时便可留出安放砂芯用的位置,铸型中这些辅助用的空处被称作芯座生产中、小型铸件的砂型是在砂箱中做出来的为了能在造型后取出模型,砂型由两个或更多个部分组成将下砂箱放在厚实的平板上,并将下半模型放在适当的位置上,在模型上撒上面纱,然后,往砂箱中填满型砂,并将型砂出社在模型周围填满和出事可用手工进行,但是在大型铸造车间里,造型过程已自动化砂箱由传送带输送,首先砂斗往砂箱中填沙,然后,砂箱在机械锤下经过,以实现出砂紧砂作业完成后,除去多余的型砂,使表面平整并与砂箱的周边平齐此时可将下箱,翻转过来,将上箱正确地放在下箱上将上半模型放在准确的位置上用小暗崤将上、下两半模型对准定位直浇口、浇道和胃口所用的模型也放置在合适的位置上直浇口、浇道应合理的布置使金属流进型腔时能均衡分布冒口应设在型腔的最高处,以便使浇铸过程中气体能顺畅地从铸型中排出冒口的尺寸应大到足以使冒口部位的金属不致过快的凝固冒口的一个重要功能是充当液体金属蓄池,对铸型内的凝固起补缩作用此时,往铸型内撒上薄薄的一层干燥的分型砂,用来防止在上箱造型时,上、下两砂型粘连在一起向上箱内填入型砂,并象制作下箱一样,将上箱内的型砂出造型上箱紧砂后,小心地将两砂箱分开此时,如有必要,可在铸型上扎通气孔一增强铸型的透气性扎好通气孔后,细心地将模型分别从上、下砂箱中取出并细心地切出一个或更多个内浇口使浇道与主型腔接通内浇口的开设应使液体金属流入型腔时产生的涡流最小轻轻吹走散砂,如果使用型心的话,将型心安放好将上先箱放到下箱上面,重新装配好铸型以代用液体金属径直浇口平稳地主入铸型中当在冒口顶部看到的液体金属以及直浇口也注满十就停止浇铸待注入砂型内的金属完全凝固后,将砂型敲碎取出铸件,此时铸件上仍连带着浇道和冒口,铸件表面还黏附着砂列切割下浇道和冒口并将他们重新投入熔化炉中打碎并去除砂芯,用震动或干砂喷砂法清理表面粘砂分型面处的翅片和毛边用砂轮清理掉,此时铸件已完成并可对其进行检验了卧式铣床的主要的部件床身和底座床身和底座是整个铣床的基础,他们均由铸铁制成,并设计成厚壁状,以保证有作够的刚度和抗震性床身安装在底座上,底座同时也是储存切削液的容器,底座内装有使切削液循环到切削区去的帮床身上装有主做,且精确地将主捉定位在紧密轴承之中著作是由装在底座上的驱动电机通过V带及次轮箱来驱动的次轮箱使著作的转速有一选择的范围,图
13.1所鸶型号的铣床有从32r/min到1400r/min的十二级转速可供选择床身前面有导轨,升降台装在导轨上,并可沿导轨垂直运动升降机安装在床身导轨上的升降台,能使机床工作台垂直运动一台独立的电机,通过边上的齿轮箱使升降台实现机动驱动是通过丝杆实现的丝杆的下端固定在机床的底座上还有手动控制升降台升降的装置,这是通过前面的手轮控制丝杆和螺母来实现的升降台的顶面上有一与升降台等宽的导轨,用来支承床鞍,并使之作横向运动锁紧装置可使升降台锁在床身任一个垂直位置上床鞍装在升降台导轨上的床鞍,可使工作台横向运动床鞍的机动进给由升降台上的齿轮箱提供共有从12mm/min至500mm/min的十儿级进给量另外,用升降台前面的手轮,经丝杆和螺母,可实现床鞍的手动进给床鞍边上的两块夹持装置可将床鞍夹持在升降台上床鞍顶面上的燕尾形导轨相垂直,可使工作台纵向运动工作台在工作台表面上有一组T形槽,可用来装夹工件或夹具工作台下面的燕尾装置在床鞍的导轨中,可使工作台作纵向直线运动,这一运动方向与床鞍的运动方向相垂直工作台机动进给是由升降台齿轮箱通过拖扳到工作台丝杆来实现的手动进给可由工作台每一断的手轮驱动工作台前端的挡块可以调整,使得每个方向上的纵向进给自动脱开主轴精确地安装在紧密作成中的主轴,为铣刀提供的驱动力铣刀可直接安装在主轴上,用一穿过主轴凿空的牵引论栓将其固定在合适的位置上铣床主轴具有标准周段,可方便刀具或刀夹装置的更换,捉段孔具有锥度,以便精确定位,锥角为
13.36锥孔内进取决于机床的尺寸,一般为
30、40及50IST由于其角度大,这些锥体连接不能将运动传到刀具或刀夹装置上,所以用两个键来传递动力悬梁及刀杆支架卧式铣床上用的大部分刀具都是装在刀杆上、再将刀杆固定在主轴上的由于所用刀杆支架提供,该支架固定在悬梁上,悬梁安装在床身顶部的燕尾导轨上悬梁可随刀杆的长度前后调整当不需要刀杆支撑时,可将悬梁全部推回去两个夹紧螺拴把它锁紧在悬梁上当刀杆随主轴转动时,刀杆在支架的整体著称中运动毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意作者签名 日 期 指导教师签名 日 期 使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容作者签名 日 期 学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担作者签名日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文涉密论文按学校规定处理作者签名日期年月日导师签名日期年月日注意事项
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