鑿巖機缸體的銑槽夾具設計及加工工藝裝備-氣缸夾緊含非標11張CAD圖帶開題

鑿巖機缸體的銑槽夾具設計及加工工藝裝備-氣缸夾緊含非標11張CAD圖帶開題,鑿巖機,缸體,夾具,設計,加工,工藝,裝備,設備,氣缸,夾緊,非標,11,十一,cad,開題 鑿巖機缸體加工工藝及夾具設計 摘 要：分析了鑿巖機工況特點，為了保證鑿巖機缸體的加工質量，提高勞動生產率，通過對鑿巖機缸體零件的工藝分析，進行了缸體零件機械加工工藝規(guī)程和專用機床夾具的設計設計的氣動車床夾具確保了缸體的加工精度，提高加工效率，減輕勞動強度，具有可觀的經(jīng)濟效益。 關鍵詞：鑿巖機；工藝分析；夾具設計； Design of Rock Drill Machining Process and Fixture Abstract：The characteristics of working conditions of hammer drill were analyzed，in order to guarantee the processing quality of the cylinder of hammer drill and improve labor productivity，through process study for cylinder part of hammer drill，both machining technics rules to the cylinder part and design of special machine fixture were carried out，air—powered lathe fixture designed can ensure machining accuracy for the cylinder，improve manufacturing efficiency and relieve labor intensity and has considerable economic benefits． Key words：hammer drill；process study；fixture design； 目 錄 摘要 …………………………………………………………………………………………1 關鍵詞………………………………………………………………………………………1 1 前言 ……………………………………………………………………………………1 2 設計分析…………………………………………………………………………………2 2.1 設計任務…………………………………………………………………………2 2.2 工藝規(guī)程的制定…………………………………………………………………3 2.3 零件結構工藝性分析……………………………………………………………3 2.3.1 零件圖的分析 …………………………………………………………4 2.3.2 結構工藝性分析…………………………………………………………4 3 零件毛坯…………………………………………………………………………………5 3.1 毛坯材料的選擇 ………………………………………………………………5 3.2 零件的毛坯種類的確定 ………………………………………………………5 3.3 毛坯質量…………………………………………………………………………5 3.4 零件的毛坯圖及尺寸的確定……………………………………………………6 4 工件定位基準的確定……………………………………………………………………6 4.1 粗基準的選擇……………………………………………………………………6 4.2 精基準的選擇……………………………………………………………………6 5 加工階段的劃分與工序路線的確定……………………………………………………7 6 加工余量的確定………………………………………………………………………10 7 選擇加工設備和工藝設備……………………………………………………………11 7.1 機床設備的選擇………………………………………………………………11 7.2刀具的選擇………………………………………………………………………12 8 主要工序定位方案及定位誤差分析計算……………………………………………13 8.1 主要工序定位方案的確定……………………………………………………13 8.2 定位方案的誤差分析 …………………………………………………………13 9 主要工序單件機動工時的計算………………………………………………………14 9.1 工序20：粗車兩端面……………………………………………………………14 9.2 工序30：銑側面錐孔的兩端面…………………………………………………15 10 夾具設計………………………………………………………………………………19 10.1 銑槽夾具設計 ………………………………………………………………21 10.1.1 夾具設計方案確定 …………………………………………………21 10.1.2 夾具操作說明 ………………………………………………………23 10.1.3 銑削切削力的計算 …………………………………………………23 10.1.4 銑削夾緊力的計算 …………………………………………………24 10.1.5 夾具氣動系統(tǒng)的設計…………………………………………………24 結論 …………………………………………………………………………………27 參考文獻 …………………………………………………………………………………28 致謝…………………………………………………………………………………………29 1 前言 機械制造指從事各種動力機械、起重運輸、農業(yè)機械、冶金礦山機械、化工機械、紡織機械、機床、工具、儀器、儀表及其他機械設備等生產的工業(yè)部門。機械制造業(yè)為整個國民經(jīng)濟提供技術裝備，其發(fā)展水平是國家工業(yè)化程度的主要標志之一。機械制造的制造過程通常分為：產品設計、工藝設計、零件加工、檢測、裝配調試、入庫六方面。不管簡單還是復雜，加工方法都可以歸納為五大類：鉆削、車削、銑削、磨削、刨削。 鑿巖機是用來直接開采石料的工具。具有礦山開采鑿孔石、建筑施工、水泥路面、柏油路面等各種劈裂、破碎、搗實、鏟鑿等功能，廣泛用于礦山、筑路、采石、建筑、國防工程等。鑿巖機按其動力來源可分風動鑿巖機、內燃鑿巖機、電動鑿巖機和液壓鑿巖機等四類。通過本次對鑿巖機缸體的機械加工工藝規(guī)程的設計和兩道工序的專用夾具設計，保證缸體的加工精度，提高加工效率，減輕勞動強度。鑿巖機是按沖擊破碎原理進行工作的。工作時活塞做高頻往復運動，不斷地沖擊釬尾。在沖擊力的作用下，呈尖楔狀的釬頭將巖石壓碎并鑿入一定的深度，形成一道凹痕?；钊嘶睾?，釬子轉過一定角度，活塞向前運動，再次沖擊釬尾時，又形成一道新的凹痕。兩道凹痕之間的扇形巖塊被由釬頭上產生的水平分力剪碎?；钊粩嗟貨_擊釬尾，并從釬子的中心孔連續(xù)地輸入壓縮空氣或壓力水，將巖渣排出孔外，即形成一定深度的圓形鉆孔。 缸體是鑿巖機的基礎件，其加工精度直接影響到鑿巖機的各項性能。“鑿巖機缸體加工工藝及夾具設計”選題來源于生產實際現(xiàn)場，具有較強的實際應用價值。該課題需設計人綜合運用大學所學課程去分析研究和解決工程設計中遇到的一些工程技術問題。 2 設計分析 鑿巖機缸體位于鑿巖機的中部，活塞在缸體內做往復運動，在氣壓力和液壓力作用下，使活塞不斷沖擊釬子的釬桿的尾端，以實現(xiàn)鑿巖機的功能。通過對該缸體零件分析，其主要是對孔和面加工要求的精度比較低，只有82H7、76H7孔要求的精度高一些。通過珩磨使其達到要求的精度。同時該缸體要加工幾個軸向深孔，由于孔的直徑小和在缸體上的位置比較難確定，在加工的時候一定要選好使用的工具及其找好各孔的位置。缸體零件如圖 1所示。 2.1 設計任務 根據(jù)任務書，本次畢業(yè)設計的任務如下： 1、鑿巖機缸體的加工工藝規(guī)程編制； 2、5個鉆淺孔夾具設計； 3、銑槽夾具設計（槽寬9）。 另外，按照學校規(guī)定，畢業(yè)設計的工作量如下： 1、3張以上0號圖紙（全部CAD出圖）； 2、設計說明書一份（1.2萬字以上） 圖1 工件零件圖 Fig.1 Drawings of workpieces 2.2 工藝規(guī)程的制定 機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產品或零部件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件[1]。規(guī)模的大小、工藝水平的高低以及解決各種工藝題的方法和手段都是要通過機械加工工藝規(guī)程來體現(xiàn)。因此，機械加工工藝規(guī)程設計是一項重要又嚴肅的工作。它要求設計者必須具備豐富的生產實踐經(jīng)驗和廣博的機械制造工藝基礎理論知識。 機械產品生產過程是指從原材料到該機械產品出廠的全部勞動過程。它既包括：毛坯的制造、機械加工、熱處理、裝配、檢驗、油漆等主要勞動過程，還包括：包裝、儲存和運輸?shù)容o助勞動過程。機械產品復雜程度不同，其生產過程可以由一個車間或一個工廠來完成，也可以由多個工廠聯(lián)合完成。 機械加工工藝過程是機械產品生產的一部分。是對機械產品中的零件采用各種加工方法直接用于改變毛坯的形狀、尺寸、表面粗糙度以及力學物理性能，使之成為合格零件的全部勞動過程。 2.3 零件結構工藝性分析 所謂零件的結構工藝性是指在滿足使用要求的前提下制造該零件的可行性和經(jīng)濟性[1]。功能相同有零件，其結構工藝性可以有很大的差異。所謂結構工藝性好，是指在現(xiàn)有工藝條件下既能方便制造，又有較低的制造成本。 發(fā)動機機體從立體來說有3組加工面： 1、缸體主體：缸體內部圓柱度要求較高，表面粗糙度要求也較高，除此之外，還有一些角度要求較高的孔需要加工。 2、缸體的上面：缸體上部分是有一個與主體相貫的空心圓柱，在交界面上有一個寬為9的槽。 3、缸體的下部分：缸體的下部分是一個開有階梯孔的半圓體，該半圓體加工難度大，需要用鏜床或者車床加工。 零件工藝結構比較復雜，但是零件的剛性比較好，所以零件的工藝加工過程偏向于工序集中，這樣可以使總的工序數(shù)目減少，夾具的數(shù)目和工件安裝次數(shù)也相應減少，這樣有利于保證各加工面間的相互位置精度要求，有利于采用高生產率的機床，節(jié)省裝夾工件的時間，減少工件的搬動次數(shù)。 2.3.1 零件圖的分析 A、中心孔φ76和φ82的孔公差要求為H7，表面粗糙度要求分別為0、2和0.8； B、階梯內孔要求同軸度為φ0.03； C、圓柱度要求0.012； D、階梯界面以及右端面圓跳動為0.015； E、階梯孔錐度為1:3，表面粗糙度為0.8； F、其他各處無特殊要求。 2.3.2 結構工藝性分析 A、中心孔φ76和φ82的孔公差要求為H7，表面粗糙度要求分別為0、2和0.8，其工藝簡單，研磨就可以使其達到工藝要求； B、階梯內孔要求同軸度為φ0.03,保證加工該階梯孔時，不松開裝夾，其工藝簡單； C、圓柱度要求0.012，該工藝要求不高，要求加工是要上磨床； D、階梯界面以及右端面圓跳動為0.015，此范圍內的公差要求還是不高，也主要上磨床即可； E、階梯孔錐度為1:3，表面粗糙度為0.8，該錐度孔上有階梯孔，加工時比較特殊，要用鏜床，如果批量生產時，可以用成型刀； F、其他各處無特殊要求。 3 零件毛坯 3.1 毛坯材料的選擇 鑿巖機缸體是鑿巖機的主體結構，是安裝其他零部件和附件支撐骨架，承受極為復雜的載荷；該零件的工作條件惡劣，要求有足夠的剛度和強度，需要具有良好的機械性能，它直接影響到鑿巖機的性能。故在材料選擇上采用20Cr作為零件的材料。由《機械加工工藝手冊》[2]表1-9查得20Cr具表面耐磨損而且此鋼也可在調質狀態(tài)下使用，用于制造工作速度較大并承受中等沖擊負荷的零件，這種鋼還可用作低碳馬氏體淬火用鋼，更進一步增加鋼的屈服強度和抗拉強度用于制造高負荷，受磨損的零件和大尺寸零件，如汽缸，齒輪，活塞等[2]。 3.2 零件的毛坯種類的確定 考慮到缸體在鑿巖機中經(jīng)常受到各種做往復或回轉運動的零件如活塞、螺旋棒等沖擊，因此，缸體采用外形較復雜模鍛件，以使其在承受交變載荷及沖擊載荷下不致破壞，保證零件工作可靠。由于零件屬于批量生產，而且零件的輪廓尺寸精度要求不高，故采用模鍛成形。這樣既保證了工件的質量，又節(jié)約了加工外圍的成本。 3.3 毛坯質量 該鍛件為圓柱形，假設其最大直徑為d=120mm，h=203mm，則有， 圖2 工件毛坯圖 Fig.2 Work piece rough graph 3.4 零件的毛坯圖及尺寸的確定 上面查得的加工余量適合于機械加工表面粗度≥1．6 ， <1．6的表面余量要適當增大。分析該缸體零件，除了φ82H7孔表面粗糙度 0.8，φ76H7孔表面粗糙度為0.2，側面錐孔表面粗糙度0．8,其余各加工表面的粗糙度均大于 1.6，因此，這些面的毛坯尺寸只需將零件 的尺寸加上所查得的余量值即可。具體的毛坯尺寸見圖2。 4 工件定位基準的確定 4.1 粗基準的選擇 工件加工的第一道工序所用基準都是粗基準，粗基準選擇得正與否，不但與第一道工序的加工有關，而且還將對該工件加工的全過程產生重大影響。選擇精基準，一般應遵循以下幾項原則： （1）保證零件表面相對于不加工表面具有一定位置精度的原則 被加工零件上如有不加工表面應選不加工面作粗基準，這樣可以保證不加工不表面相對于加工表面具有一定的相對位置關系。 （2）合理分配加工余量的原則 從保證重要表面加工余量均勻考慮，應選擇重要表面作為粗基準。 （3）便于裝夾的原則 為使工件定位穩(wěn)定，夾緊可靠，要求所選用的粗基準盡可能平整、光潔，不允許有鍛造飛邊、鑄造澆冒、切痕或其他缺陷，并有足夠的支承面積。 （4）粗基準不重復使用原則 粗基準通常只允許使用一次，這是因為粗基準一般都很粗糙，重復使用同一粗基準所加工的兩組表面之間的位置誤差會相當大，所以，粗基準一般不得重復使用。 按照有關粗基準的選擇原則。即當零件有不加工表面時，應以這些不加工表面作粗基準，而孔作為精基準應先進加工，因此,應選外圓及一端面作為粗基準。在進加工φ75．4mm孔時，工件以前端面φ94mm外圓P、后端面φ96mm外圓及其端面Q作為基準，限制5個自由度，工件的轉動自由度沒有限制，但因毛坯形狀特殊。所以安裝時要使其突出部分位于活動夾爪的內側。工件后端以三爪錐面定位，前端用雙爪卡盤定心夾緊，實現(xiàn)完全定位。 4.2 精基準的選擇 選擇精基準一般應遵循以下幾項原則： （1）基準重合原則 為了較容易地獲得加工表面對其設計基準的相對位置精度要求，應選擇加工表面的設計基準為其定位基準。這一原則稱為基準重合原則 。如果加工表面的設計基準與定位基準不重合，則會增大定位誤差，如果選擇所加工表面的工序基準為精基準，這樣可以避免由于基準一重合收起的定位誤差。 （2）統(tǒng)一基準原則 應盡可能選擇用同一組精基準加工工序上盡可能多的表面，以保證所加工的各個表面之間具有正確的相對位置關系。例如，加工軸類零件時，一般都采用兩個頂尖作為駐的精基準來加工軸類零件上的所有外圓表面和端面，這樣可以保證各外圓表面間的同軸度和端面對軸心線的垂直度。采用統(tǒng)一基準進行加工還有減少夾具種類、降低夾具設計制造費用的作用。 （3）互為基準原則 當工件上兩個加工表面之間的位置精度要比較高時，可以采用兩個表面互為基準的方法進行加工。例如，車床主軸前后支承軸頸與主軸錐孔間有嚴格的同軸度要求，常先以主軸錐孔為定位基準磨主軸前、后支承軸頸表面，然后再以前、后支承軸頸表面為定位基準磨主軸錐孔，最后達到圖樣上規(guī)定的同軸度要求。 （4）自為基準原則 一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均勻，常以加工表面自身為精基準進行加工。 本零件是帶孔的柱狀缸體，孔是其設計基準，為避免由于基準不重合而產生的誤差，應選孔為定位基準，即遵循“基準重合”原則。具體而言，應選φ75．4mm孔及一端面為精基準。 5 加工階段的劃分與工序路線的確定 本零件加工面有端面、內孔、小孔、槽等。材料為20Cr鋼，以公差等級及表面粗糙度要求，參考《機械制造技術基礎》[3]，其加工方法選擇如下： (1)端面的加工 ①缸體前后端面。表面粗糙度6.3，根據(jù)文獻表查得，加工此表面只需粗車一精車； ②錐孔端面。表面粗糙度6.3，粗銑即可。 (2)孔的加工 φ82H7mm的孔。表面粗糙度0.8，按文獻查表得，加工此孔只需鏜一粗車-粗磨-精磨即可。 φ76H7mm缸孔。表面粗糙度0.2，查表要達到此精度需鏜-粗磨-珩磨。 ③大徑為φ46.5h8，錐度為 1：3的錐孔。表面粗糙度0.8，查表知加工此面需車-粗磨-精磨即可。 ④2-φ6mm、2-φ11mm、φ4mm深孔。表面粗糙度12.5，首先要分別加工2-φ9mm、2-φ12mm、φ14mm淺孔，為加工2-φ6mm、2-φ11mm、φ10mm 深孔做導向用。查表只需鉆即可。 制定工藝路線的出發(fā)點。應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能夠得到合理的保證，在生產綱領以確定為大批生產的條件，可以考慮采用萬能機床配以專用夾具，并盡量工序集中來提高生產率?，F(xiàn)缸體加工工藝路線有以下兩個方案，分別為 ： 表1　加工工序方案一 Table1 Processing scheme 工序號 工序內容 工序 10 車缸孔 工序 20 粗車、半精車缸體兩端面 工序 30 銑側面錐孔的兩端面 工序40 銑側面錐孔 工序 50 車側面孔 工序 60 銑側面孔內的槽 工序 70 鉆五個淺孔 工序 80 鉆五個深孔，同時再鉆φ6mm的孔，深為21mm 工序 90 鉆內壁徑向孔2-12mm 工序100 鉆內壁徑向小孔 工序 110 鏜缸孔內槽 工序 120 銑側面錐孔內的兩槽 工序 130 熱處理-滲碳淬火 工序 140 去毛刺 工序 150 磨錐孔 工序 160 磨φ81.85H8缸孔 工序 170 磨φ75.98H7缸孔 工序 180 珩磨φ76H7缸孔 續(xù)表1 工序號 工序內容 工序 190 磨φ82H7缸孔 工序 200 磨端面 工序 210 檢查 表2　加工工序方案二 Table 2 Process scheme two 工序號 工序內容 工序 10 車缸孔 工序 20 粗車、半精車缸體兩端面 工序 30 鉆五個淺孔 工序40 鉆五個深孔，同時再鉆φ6mm的孔，深為21mm 工序 50 銑側面錐孔的兩端面 工序 60 銑側面錐孔 工序 70 車側面孔 工序 80 銑側面孔內的槽 工序 90 鉆內壁徑向孔2-12mm 工序100 鉆內壁徑向小孔 工序 110 鏜缸孔內槽 工序 120 銑側面錐孔內的兩槽 工序 130 去毛刺 工序 140 熱處理-滲碳淬火 工序 150 磨錐孔 工序 170 磨φ75.98H7缸孔 工序 180 珩磨φ76H7缸孔 工序 190 磨φ82H7缸孔 工序 200 磨端面 工序 210 檢查 以上二種方案比較：方案二較方案一更為合理、全面。方案二的工序集中，工藝安排基本符合先加工基準面再加工其它表面；先加工平面，后加工孔；先安排粗加工工序，后安排精加工工序的這幾條原則。 6 加工余量的確定 根據(jù)零件圖上的標注尺寸查閱《金屬機械加工工藝人員手冊》第五章加工余量表5-48、表5-49、表5-53、表5-56、表5-59、表5-72、表5-84[4]再根據(jù)所制定的工藝規(guī)程，結合實際經(jīng)驗，參考《機械加工余量與公差手冊》[5]，可確定工序間的加工余和公差等級，并確定零件總的加工余量（以毛坯的加工余量2-4mm作為總余量）。 毛坯的機械加工余量如表3所示: 表3機械加工余量 Table3 Machining allowance 加工表面 工序名稱 加工余量 公差等級 公 差 公差尺寸 缸孔 毛 坯 粗 車 半精車 磨缸孔 珩磨缸孔 75 81 0.5 0.5 0.48 0.35 0.05 0.15 3 1.9 0.1 4 66 52X81 5 Φ45 9.5 1.5 IT11 IT11 IT8 IT8 IT7 IT7 IT7 IT7 IT11 IT9 IT7 IT10 IT10 IT10 IT10 IT10 IT8 IT8 0.40 0.40 0.06 0.06 0．02 0．02 0.004 0.004 0.3 0.2 0.04 0.4 0.4 0.4 0.08 0.08 0 Φ75±0.2 Φ81±0.2 Φ75.5±0.03 Φ81.5±0.03 Φ75.95±0.01 Φ81.85±0.01 Φ76H7 Φ82H7 183 180+0.2 -0.1 178.1+0.2 0 178+0.02 -0.02 Φ90 Φ86±0.2 Φ66 52X81 58 58±0.2 Φ45±0.2 9.5±0.04 46.5±0.04 左右端面 毛 坯 粗 車 半精車 磨端面 側面孔 毛 坯 車外圍 車內孔 側面孔內槽 銑 槽 側面錐孔 毛 坯 銑側面 銑錐孔 銑孔內槽 磨錐孔 7 選擇加工設備和工藝設備 7.1機床設備的選擇 由于巖鑿機缸體屬于小批量生產的零件，所以在選擇機床設備是盡量選擇通用機床來加工，根據(jù)機床設備的選擇原則，各工序所需的機床選擇如下： 1、工序10、工序20和工序70中的粗車和半精車加工選用普通車床C6140，普通車床C6140的技術參數(shù)如表4所示。 表4 普通車床C6140的技術參數(shù) Table 4 Ordinary lathe C6140technical parameters 技術參數(shù) 工作精度 最大加工尺寸 最大加工長度 主軸轉速 圓度 圓柱度 表面粗糙度 平面度 400mm 750mm 9-1600r/min 0.01mm 0.03/300mm 0.02/300mm 1.6Ra/μm 2、工序50、工序60、工序80、工序120加工選用立式升降臺銑床X6030，立式升降臺銑床X6030的技術參數(shù)如表5所示。 表5 立式升降臺銑床X6030技術參數(shù) Table 5 Vertical lifting platform milling machine X6030 technical parameters 工作臺面尺寸 技術參數(shù) 工作精度 縱向行程 橫向行程 垂向行程 主軸轉速 平面度 表面粗糙度 300×1150mm 680手 250手 400手 35-1600r/min 0.02mm/mm2 2.5Ra/μm 3、工序30、工序40、工序90、工序100鉆孔加工選用圓柱立式鉆床Z5025，圓柱立式鉆床Z5025的技術參數(shù)如表6所示。 表6 圓柱立式鉆床Z5025的技術參數(shù) Table 6 Process Remaining Definition 鉆床型號 技術參數(shù) 主軸行程 最大鉆孔直徑 主軸端至底座面距離 軸線至立柱距離 主軸轉速 Z5025 25mm 1200mm 315mm 100-2900r/min 145mm 4、工序150、工序160、工序170內孔加工工序選用萬能外圓磨床M1432A，內圓磨床MD2110C的技術參數(shù)如表7所示。 表7 內圓磨床MD2110C的技術參數(shù) Table 7 Internal grinder MD2110C technical parameters 最大直徑×長度 技術參數(shù) 主軸行程 最小磨削直徑 磨削孔徑范圍 最大磨削孔深 圓度圓柱度 表面粗糙度 320×1500mm 8mm 13-100mm 125mm 0.005mm 0.16Ra/μm 5、工序200端面精加工選用平面磨床M7130，平面磨床M7130的技術參數(shù)如表8所示。 表8 平面磨床M7130的技術參數(shù) Table8 Plane grinder M7130technical parameters 技術參數(shù) 主軸行程 最大磨削尺寸 中心高×中心 回轉角度 砂輪轉速 工件轉速 直線度 表面粗糙度 直徑320mm 長度1000mm 130×630mm 砂輪架 360 工作臺1000×320 170mm 125mm 0.005mm 0.63Ra/μm 7.2刀具的選擇 由于鑿巖機缸體屬于小批量生產的零件，所以在加工過程中盡量選擇通用刀具來完成加工，各工序的刀具具體如下： 表9　加工刀具選用 Table 9 Cutting tool selection 工序號 工序內容 選用刀具 工序 10 車缸孔 工序 20 粗車、半精車缸體兩端面 工序 30 鉆五個淺孔 工序40 鉆五個深孔，同時再鉆φ6m孔 工序 50 銑側面錐孔的兩端面 工序 60 銑側面錐孔 工序 70 車側面孔 工序 80 銑側面孔內的槽 工序 90 鉆內壁徑向孔2-12mm 工序100 鉆內壁徑向小孔 工序 110 鏜缸孔內槽 內圓車刀 端面車刀 選用φ14、φ12、φ9麻花鉆 選用φ11、φ10、φ6麻花鉆 選用端面銑刀 選用端面銑刀 選用端面車刀和內孔車刀 選用模數(shù)為3成型齒輪銑刀 選用φ12麻花鉆 選用麻花鉆 選用鏜刀 續(xù)表9 工序號 工序內容 選用刀具 工序 110 鏜缸孔內槽 工序 120 銑側面錐孔內的兩槽 工序 150 磨錐孔 工序 160 磨φ81.85H8缸孔 工序 170 磨φ75.98H7缸孔 工序 180 珩磨φ76H7缸孔 工序 190 磨φ82H7缸孔 工序 200 磨端面 選用鏜刀 選用成型刀 選用專業(yè)內孔打磨頭 選用φ81.85內孔砂輪 選用φ75.98內孔砂輪 選用φ76H7內孔砂輪 選用φ76H7內孔砂輪 選用砂輪 8 主要工序定位方案及定位誤差分析計算 工件在夾具中的定位主要是利用空間六點定位原理，使工件在機床中保持相對位置的固定。在設計機床夾具的定位時，我們也要遵守六點定位原理，對工件實現(xiàn)完全定位和不完全定位，避免出現(xiàn)過定位和欠定位。 8.1 主要工序定位方案的確定 工序20 鉆五個淺孔：在加工這道工序前只完成缸孔的加工和兩端面的加工，在設計定位時，必須利用已加工的表面和缸孔。而且只利用這個還屬于欠定位，通過分析零件圖，知道這五個孔的位置精度不高，而且外輪廓面是模鍛成型，精度比較高，可以通過外輪廓面定位。這樣就可以實現(xiàn)完全定位。 工序70 車側面孔：在加工這道工序之前，已經(jīng)完成了鉆孔等工序，該工序的定位方式我們可以采用“一面兩銷”的方式。利用缸體的一個端面作為定位面，缸孔和另一個基準孔作為孔定位。這樣可以實現(xiàn)完全定位。 8.2 定位方案的誤差分析 工序20是鉆淺孔，加工該工序時采用專用夾具配以鉆床實現(xiàn)，該夾具以端面、心軸和定位V形塊定位。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的工序公差。 即 根據(jù)工藝規(guī)程 與機床夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示： ··································（1） 由《機床夾具設計手冊》[7]可得： 圓柱銷定位的定位誤差 ： 夾緊誤差 ：···································（2） 其中接觸變形位移值： ·····························（3） 磨損造成的加工誤差：通常不超過 夾具相對刀具位置誤差：取 誤差總和： 從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。 9 主要工序單件機動工時的計算 9.1 工序20：粗車兩端面 機床：普通車床CA6140 刀具：端面車刀 車削深度： 進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》[2]表2.4-73，取車削速度：參照《機械加工工藝手冊》[2]表2.4-81，取 機床主軸轉速： ，···（4） 實際車削速度： ···············（5） 進給量：······················（6） 工作臺每分進給量： ：根據(jù)《機械加工工藝手冊》[2]表2.4-81, 被切削層長度：由毛坯尺寸可知 刀具切入長度： ····································(7) 取 刀具切出長度：取 走刀次數(shù)為3 機動時間： ···················(8) 9.2 工序30：銑側面錐孔的兩端面 機床：銑床 刀具：硬質合金端銑刀（面銑刀）材料： 齒數(shù) 銑削深度： 每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》[2]表2.4-73，取銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》[2]表2.4-81，取 機床主軸轉速，由式4有：， 實際銑削速度，由式5有： 進給量，由式6有： 工作臺每分進給量： 被切削層長度：由毛坯尺寸可知 刀具切入長度： ·························(9) 取 刀具切出長度：取 走刀次數(shù)為3。 由式8有： 10 夾具設計 （1）夾具的分類 按照機床夾具的通用化程度，可以分為通用夾具、專用夾具、成組夾具、組合夾具和隨行夾具等。 A．通用夾具 通夾具有很大的通用性，無需調整或稍加調整就可以用于不同的工件。它們主要用于單件小批生產中。用這類夾具夾緊工件往往比較費時間，并且操作復雜，生產效率低，故在產品固定的大批量生產中很少使用通用夾。 B．專用夾具 專用夾具是針對某一種工件的一定工序而門設計的。因為不需要考慮通用性，所以夾具可以設計得結構緊湊、操作迅速方便。由于它可以很大程度的提高零件加工的精度和效率，所以它們通常用于加工高精度零件或大批量生產中。 C．成組夾具 成組夾具采用成組加工工藝，把工件按形狀、尺寸和工藝的共性分組，兩為每組工件設計組內通用的專用夾具，它們的特點是在通用夾具體上，只需對夾具的部分元件稍加調整或更換，即可用于組內不同工件的加工。 D．組合夾具 組合夾具是由一套預先制造好的標準元件組裝成專用夾具。它在使用上具有專用夾具的優(yōu)點，而當產品變換時，不存在夾具“報廢”問題。成組夾具還具有縮短生產周期，減少專用夾具品種、數(shù)量和存放面積等優(yōu)點，對于批量較大的生產也是適用的。 E．隨行夾具 隨行夾具為自動線夾具的一種。它除了具有一般夾具所擔負的工件的任務外，還擔負沿自動線輸送工件的任務。所以它是跟隨被加工工件沿著自動線從一個式位移到下一個工位的。 除了上面的分類外，夾具還可以按動力來源不同分為手動夾具、液壓夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具以及自夾緊夾具等。按工種還可分為車床夾具、銑床夾具、磨床夾具、鉆床夾具等。 （2）夾具的組成 夾具是由各種不同作用的元件組成的。根據(jù)元件在夾具中所起的作用，可將它們分為以下幾類： 定位元件——起定位作用的元件。夾具中定位元件的組全稱為這定位裝置。 夾緊元件——起夾緊作用的元件。夾具中夾緊元件的組全稱為夾緊裝置。 自動定心元件或裝置——可同時起定位與夾緊作用的元件或元件的組合。 引導元件——引導刀具確定刀具對夾具的相對位置的元件。 夾具體——用以連接夾具上所有元件和裝置，使其成為一個夾具整體的零件。 分度元件或裝置——用于改變工件與刀具相對位置以獲得多個工位的元件或元件的組合。 靠模元件或裝置——用來加工型面的元件或元件的組合。 動力元件裝置——在非手動夾具中用來產生動力的部分發(fā)。 其它元件——包括與機床連接用的零件、各種連接件、特殊元件以及其它的輔助元件等。 （3）夾具的基本要求 A、能穩(wěn)定保證工件的加工精度。 B、能提高機械加工的勞動生產率，降低工件的制造成本。 C、結構簡單，操作方便，安全和省力。 D、便于排屑。 E、有良好的結構工藝性，便于夾具的制程。裝配。檢驗。調整和維修。 10.1 銑槽夾具設計 銑槽是鑿巖機缸體加工的第八個工序，該工序的加工前后的零件圖如圖8： 圖8 工件工序圖 Fig.8 Workpiece process map 10.1.1 夾具設計方案確定 該工序為銑槽，所需設計的夾具是銑床夾具。 夾具定位方式的選擇：在加工這道工序前完成了所有孔的加工和兩端面的加工，在設計定位時，必須利用已加工的表面和缸孔。在這里我們采用“一面兩銷”定位。如下圖9： 圖9 銑孔夾具定位裝置 Fig.9 Drilling clamp positioning device 夾具夾緊方式的選擇：該兩件生產批量為大批量，所以我們采用氣動夾緊的方式。由于該夾具是銑床夾具，在加工的過程中，主要的切削力是向下的，向四周的力不大，幾乎可以忽略，所以設計的夾具只要的夾緊力要在豎直方向。具體夾具圖10。 1、 鋼套 2、聯(lián)動螺桿 3、杠桿 4、螺母 5、拉套 6、螺栓 7、銷座 8、銷軸 9、限位銷10、鎖緊螺栓 11、螺母 12、銷套 13、壓板 14、墊板 15、心軸 16、螺釘 17、對刀塊 18、定位板 19、螺母 20、菱形銷 21、螺栓 22、螺栓 23、夾具體 24、螺釘 25、定位鍵 圖5 鉆孔夾具 Fig.5 Drilling jig 10.1.2 夾具操作說明 （一）夾具的操作步驟 （1）安裝工件時，將壓板13旋轉至圖示位置，插上限位銷9，操作氣路，使氣缸伸長，使聯(lián)動螺桿2、拉套5右移，推動杠桿3繞軸銷8逆時針轉動，使壓板13抬起； （2）用手將墊板14移開； （3）將工件的基準孔套在心軸15和菱形銷20上，然后將墊板14放在工件上，反向操作氣路，將工件夾緊，進行加工； （4）完成加工后，取下限位銷9，將壓板13旋轉移開，取下工件，將各部移回原回，入庫安放。 （二）夾具使用注意事項、保養(yǎng)及維護 （1）使用前對限位尺寸檢查是否還保持正確位置； （2）如果定位銷有磨損超差，可以進行更換；如果擋板、插銷磨損超差，可以重新組裝；錯開磨損部位后繼續(xù)使用； （3）使用后需要涂防繡油； （4）活動部位定期加潤滑。 10.1.3 銑削切削力的確定 刀具材料：（高速鋼端面銑刀） 刀具有關幾何參數(shù)： 由《機床夾具設計手冊》[7]表1-2-9 可得銑削切削力的計算公式： ··········································（21） 查《機床夾具設計手冊》[7]表得： 對于20Cr：···········································（22） 取 ， 即 所以 由《金屬切削刀具》[6]表1-2可得： 垂直切削力 ：·······························（23） 背向力： 10.1.4 銑削夾緊力的計算 根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即： ·······················································（24） 安全系數(shù)K可按下式計算： ·············································（25） 式中：為各種因素的安全系數(shù)，見《機床夾具設計手冊》[7]表可得： 所以 ·························（26） ························（27） ··························（28） 10.1.5 夾具氣動系統(tǒng)的設計 氣缸的結構基本上可以分為缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五部分。一般地說，鋼筒和缸蓋的結構形式和其使用的材料有關。工作壓力小于10MPa時使用鑄鐵，小于20MPa時使用無縫鋼管，大于20MPa時使用鑄鋼或鍛鋼。密封裝置主要有四種:間隙密封、摩擦環(huán)密封、 O型圈密封、 V型圈密封 。 氣缸的選擇 由氣缸傳動的計算公式： 式中: Ｐ--壓縮空氣壓力＝6atm＝6kg/cm2 η--氣缸摩擦系數(shù)，取0.8 i—壓板與工件的摩擦系數(shù),取0.8 n—夾緊氣缸個數(shù),本夾具為1 Ｄ--氣缸直徑(cm) 有，cm D=44.6cm 氣缸壓力大小的確定： 由 ，有··········（29） 考慮到有氣壓沖擊等原因，在設計的過程中采用了單向節(jié)流閥，其起到有背壓的作用，根據(jù)實際情況，選擇0.5Mpa的背壓。所以氣缸的壓力為3Mpa。 圖6 單桿活塞缸 Fig.6 Single rod piston cylinder 通過以上理論計算，可以選擇直徑為50mm的氣缸。但是，考慮到由于銑削過程中每個刀齒的不連續(xù)切削，作用于每個刀齒的切削力大小及方向隨時都在變化，致使在銑削過程中產生較大的振動，因此，夾具需有足夠的夾緊力。此外還考慮到工廠所供壓縮空氣壓力不穩(wěn)定，零件加工余量發(fā)生變化，零件材料缺陷，以及其它不可預見性因素的影響，為安全可靠起見，選擇直徑為60mm的氣缸。 氣路的設計 該夾具氣路非常簡單，只有夾緊力是由氣動控制，所以夾具的氣路控制也非常簡單，由一個空氣壓縮機、單桿活塞缸、兩位兩通手動換向閥、單向節(jié)流閥組成。 工作說明：在上件時，活塞處于收縮狀態(tài)，上件后，按下兩位兩通換向閥，兩位兩通換向閥處于右位，氣流經(jīng)過右位進入氣缸使氣缸向上運動，使夾具夾緊工件；加工完后，活塞處于伸長狀態(tài)，按壓兩位兩通換向閥，兩位兩通處于左位，氣流經(jīng)過左位氣路進入氣缸，活塞向下運動，松開工件。 另：為了保證氣路運動的平穩(wěn)，在氣路上安裝單向節(jié)流閥，也能起到背壓的作用。 根據(jù)工作方式及實用性，該夾具的氣路圖如下圖7。 圖7 氣路圖 Fig.7 Gas road map 結論 在本次畢業(yè)設計的過程中，在大學四年所學知識，以及查閱其他資料的基礎上，深入理解課題及其課題方向，認真研究機械加工工藝過程，針對鑿巖機缸體加工工藝過程。學習鑿巖機缸體加工方法，比較各種方法間的差異以及各自的優(yōu)缺點，選擇最合理經(jīng)濟的加工方法，且要保證加工精度。對機械加工工藝的學習得到了進一步充分的理解，掌握了工藝編制的整個過程。 鑿巖機缸體是鑿巖機的關鍵零件，其內孔、側面槽以及側面錐孔精度要求很高，為此在加工時能很好保證加工質量，在加工的最后安排了珩磨工序，在加工錐孔時為能保證錐孔的錐度，就要求有精度很高的成型刀，為此專為銑齒工序設計了加工所用的專用夾具，此外在鑿巖機缸體的機械加工工藝過程中，為了改善工件的切削性能、消除工件內應力、改善工件材料的力學性能和提高工件表面性能等，在整個加工過程中先后熱處理工序，并在最后具體安排各項精度的檢測及檢測方法。 在這次畢業(yè)設計過程中，我學到了很多以前所沒有學過的知識與經(jīng)驗。大學四年學習了很多專業(yè)課知識，但是沒能得到很好的運用，沒有很好的將它們統(tǒng)一聯(lián)系起來，通過這次畢業(yè)設計，將所學知識融會貫通，而且還能獨立的查閱資料，與同組人相互討論，增進了獨立思考與團隊協(xié)作能力。 參考文獻 [1] 李慶壽，機械制造工藝裝備設計適用手冊[M]，銀州：寧夏人民出版社，1991。 [2] 李洪，機械加工工藝手冊[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1990。 [3] 呂明，機械制造技術基礎（第二版）[M]，武漢：武漢理工大學出版社，2001。 [4] 《金屬機械加工工藝人員手冊》修訂組，金屬機械加工工藝人員手冊[M]，上海：上海科學技術出版社，1979。 [5] 馬賢智，機械加工余量與公差手冊[M]，北京：中國標準出版社，1994。 [6] 樂兌謙，金屬切削刀具，機械工業(yè)出版社，2005：4-17。 [7] 王光斗，王春福，機床夾具設計手冊[M]，上海科學技術出版社，2000。 [8] 孫已德，機床夾具圖冊[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1984：20-23。 [9] 貴州工學院機械制造工藝教研室，機床夾具結構圖冊[M]，貴陽：貴州任命出版社，1983：42-50。 [10] 東北重型機械學院等，機床夾具設計手冊[M]，上海：上?？茖W技術出版社，1979。 [11] 孟少龍，機械加工工藝手冊第1卷[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1991。 [12] 上海金屬切削技術協(xié)會，金屬切削手冊[M]，上海：上海科學技術出版社，1984。 [13] 周永強，高等學校畢業(yè)設計指導[M]，北京：中國建材工業(yè)出版社，2002。 [14] 余光國，馬俊，張興發(fā)，機床夾具設計[M]，重慶：重慶大學出版社，1995。 [15] 廖念釗，莫雨松，李碩根，互換性與技術測量[M]，中國計量出版社，2000：9-19。 [16] 劉朝儒，彭褔蔭，高政，機械制圖[M],北京：高等教育出版社，2006。 [17] 劉家仁，機械設計常用元件手冊[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2005。 [18] 路甬祥，堅持科學發(fā)展，推進制造業(yè)的歷史性跨越——中國機械工程學會年會上的主旨報告[J]，制造技術與機床，2007。 [19] 王時英，呂明。解剖式夾具設計教學研究[J]，太原理工大學學報（社會科學版），2004。 [20] Kuehnle MR.Toroidal Drive Combines Concepts.Product Engineering.Aug.1979. [21] Orlow P.Fundamentals of Makchine.Moscow:Mir Pub,1987. [22] ASME Y14.5-1994 Geometic Dimensioning and tolerancing. [23] EdwardM.Trent,Paulk.wright.MetalCutting[M],FourthEdition,1999. 致 謝 本論文是在陳志亮老師的悉心指導和熱情關懷下完成的。四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的論文導師陳志亮老師。我不是您最出色的學生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學術目標，領會了基本的思考方式，從開始的論文選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調整等各個環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導。經(jīng)由您悉心的點撥,再經(jīng)思考后的領悟,常常讓我有“山重水復疑無路,柳暗花明又一村”。 感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！ 同時也感謝學院為我提供良好的做畢業(yè)設計的環(huán)境。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學，以及在設計中被我引用或參考的論著的作者。 30