细纱机蜗轮轴承座加工工艺及工装设计.doc

前言
根据工件加工的需要，以独立的通用部件为基础，配以部分专用部件组成的专用机床，称之为组合机床。它合用于小批、大批、大量生产公司，多用于加工量大的大、中型箱体和箱体类工件，完毕钻孔、扩孔、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。
通用部件是组成组合机床的基础。用来实现机床切削和进给运动的通用部件，如单轴工艺切削头、传动装置、动力箱、进给滑台等为动力部件。用以安装动力部件的通用部件如侧底座、立柱、立柱底座等称为支承部件。
组合机床的特点：
a．组合机床由70～90%的通用部件组成，可以缩短设计和制造周期。并且在需要的时候，还可以部分或所有进行改装，以组成适应新加工规定的新设备。这就是说组合机床有重新改造的优越性，其通用部件可以多次反复运用。
b．组合机床是按具体加工对象专门设计的，可以按最佳工艺方案进行加工。
c在组合机床上可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工件进行加工，是实现集中工序，提高生产效率的最佳途径。
d.组合机床是在工件一次装夹下用多轴实现多孔同时加工，有助于保证各孔互相之间的精度规定，提高产品质量；减少了工件工序间的搬运，改善了劳动条件；减少了占地面积。
e．由于组合机床大多数零、部件是同类的通用部件，简化了机床的维护和修理。
f．组合机床的通用部件可以组织专门工厂集中生产，有助于提高产品质量和技术水平，减少制导致本。
随着电子技术的飞速发展，根据大批量生产多样化、中小批量多品种生产高效化的规定，以及产品更新加速的特点，70年代以来发展了新型组合机床----柔性组合机床。它是应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具、刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。
在我国，组合机床发展已有28年的历史，其科研和生产都具有相称的基础，应用也已进一步到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。
机床夹具是在机床上加工零件时所使用的一种工艺设备，用它来准确地定位工件与刀具之间的相对位置，即实现工件的定位与夹紧，以完毕加工所学要的准确相对运动。
由于夹具能有效地保证加工精度和提高劳动生产率，故已成为机械加工中不可缺少的工艺装备。为了适应机械制造业中产品更新快、品种多、中小批生产的规定，近些年来夹具设计的发展表现在以下几个方面：
a．通用夹具朝高精度、高效率、大范围方向发展；
b．专用夹具的发展不仅注重高精度与高效率，并且朝标准化与规格化方向发展；
c．大力发展可调整夹具与组合夹具；
b．发展能扩大机床使用范围和性能的夹具；
e．夹具的设计与制造采用新工艺、新结构、新材料。

1 蜗轮轴承座加工工艺规程设计
1.1零件的分析
1.1.1零件的作用
题目给出的零件是轴承座，它的重要的作用是用来支承、固定的。它的重要任务是将主电机传来的旋转运动通过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时传动箱分出部分动力将运动传给进给箱。轴承座中的主轴是机床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度减少，则机床的使用价值也将大打折扣。
1.1.2零件的工艺分析
零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简朴，铸造性能优良，减震性能良好。传动箱体需要加工表面以及加工表面的位置规定。现分析如下：
（1）重要加工面：
1）铣上下平面保证尺寸121mm，平行度误差为0.03
2）铣两端面保证尺寸185与下平面的平行度误差为0.02
3）镗φ80孔、φ72孔至所规定尺寸，并保证各位误差规定
4）钻侧面12—M8螺纹孔
5）钻侧面8—M8螺纹孔
6）钻其它平面各孔
（2）重要基准面：
1）以下平面为基准的加工表面
这一组加工表面涉及：轴承座上表面各孔及螺纹孔
2）以下平面为基准的加工表面
这一组加工表面涉及：重要是下平面各孔及螺纹孔

1.2轴承座加工的重要问题和工艺过程设计所应采用的相应措施
1.2.1拟定毛坯的制造形式
零件的材料HT200。由于年产量为5000件，达成大批生产的水平，并且零件的轮廓尺寸较大，铸造表面质量的规定高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造。便于铸造和加工工艺过程，并且还可以提高生产率。
1.2.2基面的选择
定位基面的选择
定位基面的选择是拟定零件的机械加工路线，拟定加工方案中一方面要做的重要工作。基面选择得对的、合理与否，将直接影响工件的加工质量和生产率。
在选择定位基面时，需要同时考虑以下三个问题：
(1) 以哪一个表面作为加工时的精基面或统一基准，才干保证加工精度，使整个机械加工工艺过程顺利地进行?
(2) 为加工上述精基面或统一基准，应采用哪一个表面作为粗基面?
(3) 是否有个别工序为了特殊的加工规定，需要采用统一基准以外的精基面?
精基面的选择：根据精基面的选择原则，选择精基面时，一方面应考虑基准重合的问题，即在也许的情况下，应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准。
（1）粗基准的选择 对于本零件而言，按照互为基准的选择原则，选择本零件的下表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，运用底面定位块支承和底面作为重要定位基准，以限制z、z、y、y、五个自由度。再以一面定位消除x、向自由度，达成定位,目的。
（2）精基准的选择 重要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用已加工结束的上、下平面作为精基准。
1.2.3拟定工艺路线
制定工艺路线重要是拟定加工方法和划分加工阶段。
(1)选择加工方法应以零件加工表面的技术条件为依据，重要是加工面的尺寸精度、形状精度、表面粗糙度，并综合考虑各个方面工艺因素的影响。一般是根据重要表面的技术条件先拟定终加工方法，接着再拟定一系列准备工序的加工方法，然后再拟定其他次要表面的加工方法。
(2)在各表面加工方法选定以后，就需进一步考虑这些加工方法在工艺路线中的大体顺序，以定位基准面的加工为主线，妥善安排热解决工序及其他辅助工序。
(3)排加工路线图表。
当生产批量不同时零件的工艺路线也会有较大的差别，先在列出零件大量生产时的工艺路线。见附表.
（1）用查表法拟定工序余量。
（2）当无基准转换时，工序尺寸及其公差的拟定应一方面明确工序的加工精度。
（3）当有基准转换时的工序尺寸及其公差应由解算工艺尺寸链获得。
（4）拟定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的规定标注。当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。有基准转换时，工序尺寸应用工艺尺寸链解算。
切削用量的选择
单件小批生产时，一般可由操作工人自定，大批生产条件下，工艺规程必须给定切削用量的具体数值，选择的原则是保证质量的前提下具有较高的生产率和经济性，具有选用可参考各类工艺人员手册。我要加工的轴承座加工工艺规程如下表:
工艺路线方案
工序1
粗铣上平面
工序2
粗铣下平面
工序3
粗铣宽度为185mm的端面
工序4
镗φ80孔
工序5
镗φ80孔
工序6
钻上平面12-M8螺纹底孔
工序7
钻下平面8-M8螺纹底孔
工序8
钻侧面3-M10螺纹底孔
工序9
钻2-φ5锥孔
工序10
钳工，攻丝各螺纹孔

2机床总体设计
2．1被加工零件分析
被加工零件：蜗轮轴承座
材料：HT200
硬度：HB180-240
年产量：5000件
加工部位：两端面
加工规定：蜗轮轴承座两端表面粗糙度被加工到6.3，顶底面尺寸至185±0.05mm。
2．2机床结构的拟定
根据被加工零件加工规定：两端面两面粗铣，选择双面铣组合机床。
被加工零件置于移动工作台上，两边分别设两把铣刀，以两个电动机驱动。
此外还应有部件包含：两个侧底座，一个中间底座，两个铣削头，及两个主轴箱及夹具。
2．3 本组合机床的特点
a.结构牢固, b.刚性好, c.尺寸调整范围大, d.单位工作效率高, e.精确度好，f.操作简便，g.可对铸件进行大行程走刀，h.强力铣削。
2．4 切削用量的拟定
在组合机床工艺方案拟定过程中，工艺方法和关键工序的切削用量选择是十分重要。切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的结构形式及工作可靠性均有较大的影响。
2．4．1切削用量选择的特点
a．组合机床长采用多刀多刃同时切削，为尽量减少换刀时间和刀具的消耗，保证机床的生产率及经济效果，选用的切削用量比普通机床单刀加工时低30%左右。
b．组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给。因此，同一滑台带动的多轴箱上所有刀具的每分钟进给两相同，即等于滑台的工进速度。
2．4．2切削用量选择的方法
a．应尽量作到合理使用所有刀具，充足发挥其使用性能。
b．复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用寿命。
c．多轴镗孔主轴刀头均需定向快速进退时，各镗轴转速应相等或成整数倍。
2．4．3刀具的选择
被加工零件材料为HT200，故选择硬质合金端铣刀。文献资料［8］P54
规格：400
齿数：20
2．4．4铣削用量的拟定
根据：a.铣刀种类：硬质合金端铣刀
b．被加工零件材料：HT200
c．工序：粗铣
查得：a.铣削深度：2～5mm 取4mm
b.铣削速度v：50～80m/mm 取80 m/mm（大平面尽量取大原则）
c．每齿走刀量：0.2～0.4mm/z 取0.2 mm/z（大平面尽量取小原则） 文献资料［9］P132～P133
转速：n=v×1000/∏D=80×1000/3.14×400=93.69r/min
圆整为：n=64 r/min
实际切削速度：V=n∏D/1000=80.4m/min
每分钟进给量：V=f×n=20×0.2×60=240mm/min
2．4．5计算切削功率
根据：每分钟进给量：V=240mm/min 铣削深度：180
铣削深度： a=4mm 铣削宽度：a=580mm
每齿进给量: f=0.2mm/z
查表得： P=7.8kw 根据文献资料［9］P105
由于功率损耗，取=0.85
P= =9.1kw
2．5 各部件的选型
2．5．1选择电动机
根据：P= 9.1kw
选择电动机Y160L-6 根据文献资料［9］P115
参数：
表2-1 电动机参数
P
L
电机转速
输出轴转速
动力箱型号
11kw
535
1460
730
1TD63Ⅳ
2．5．2选择铣削头
根据电动机功率：P= 9.1kw ，以及刀盘直径：=400mm
选取铣削头1TX40（有滑套） 根据文献资料［9］P104
参数：（如图）

图2-1 铣削头

表2-2 铣削头尺寸参数
b
L
d
L
b
d
h
L
400
500
128.57
160
355
M16
200
80

图2-2铣削头联系尺寸
再根据铣削头查得尾置式齿轮传动铣削头联系尺寸 根据文献资料［9］ ：
表2-3铣削头联系尺寸
B
B
B
L
L
L
L
H
H
H
400
355
400
630
160
380
535
200
275.1
650
H
c
d
410
125
18
2．5．3选择工作台
根据被加工规定，即同时铣蜗轮轴承座的两面，铣刀在加工过程中不移动，故选择移动工作台。由移动工作台在加工过程中，实现快进和工进。
根据被加工零件尺寸：
被加工平面250×250mm和330×330mm，顶底面距离为427mm，
移动工作台的宽度W=800mm；
铣削宽度：a=580mm，夹具底座宽1140mm,
移动工作台的最小行程为1150mm
选移动工作台，型号：1AYU80IV 根据文献资料［9］P119
参数：（如图）

图2-3移动工作台

表2-4移动工作台尺寸
W
H
S
L
L
L
L
L
800
280
1150
1250
2440
232
232
230
2．5．4选择侧底座
侧底座用于卧式组合机床，其上面安装滑台、主轴箱、铣削台等部件，侧面与中间底座相连接时用键或锥销定位。侧底座的长度应与滑台相适应。
由于该机床无滑台，所以侧底座尺寸根据铣削头和主轴箱尺寸定。
由：L=630mm, L=380mm， 根据文献资料［9］P27
选择1CC系列侧底座，侧底座长定为1100mm；宽取810mm；高取630m。
2．5．5选择中间底座
中间底座其顶面安装夹具或输送部件，侧面与侧底座或立柱底座相连接，并通过端面键或定位销定位。根据机床配置形式不同，中间底座有多种形式，如：双面卧式组合机床的中间底座，两侧面都安装侧底座；三面卧式组合机床的中间底座为三面安装侧底座；立式回状工作台式组合机床，除了安装立柱外，还需安装回转工作台。总之，中间底座的结构，尺寸需根据工件的大小、形状以及组合机床的配置形式等来拟定。因此，中间底座一般按专用部件进行设计，但为了不致使组合机床的外廓尺寸过度繁多，中间底座的重要尺寸应符合国家标准规定。
根据多工位移动工作台尺寸：宽W=800mm,长L=2800mm，根据文献资料［9］P26-27
中间底座尺寸选为：宽：900mm， 长：2800mm, 高：65mm
2．5．6机床分组
为了便于设计和组织生产，组合机床各部件和装置按不同的功能划分编组。组号划分如下：
第10～19组——支承部件。一般由通用的侧底座、立柱及其底座和专用中间底座等组成。
第20～29组——夹具及输送设备。夹具是组合机床重要的专用部件，常编为20组，包含工件定位夹紧及固定导向部分。
第30～39组——电气设备。电气设计常编为30组，涉及原理图、接线图和安装图等设计。专用操纵台、控制柜等则另编组号。
第40～49组——传动装置。涉及机床中所有动力部件如动力滑台、动力箱等通用部件，编号为40组，其余需修改部分内容或专用的传动设备则单独编组。
第50～59组——液压和气动装置。
第60～69组——刀具、工具、量具和辅助工具等。
第70～79组——主轴箱及其附属部件。
第80～99组——冷却、排屑及润滑装置。
第90～99组——电气、液压、气动等各种控制挡铁。
2．6绘制“三图”
绘制组合机床“三图”，就是针对具体零件，在选定的工艺个结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文献设计。其内容涉及：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等。

2．6．1 被加工零件工序图

图2-4工序图
说明：
a．在此道工序前，上一道工序为粗铣该图中的两端表面。
b．在此工序中，把图中下表面做为定位基准面，上表面有四个对称的加紧点，下表面用两个支承板支承，并在下表面上的两个孔中装两个定位销，即采用一面两销定位。为防止过定位，两个销采用一个圆柱销和一个削边销的组合。
c．本工序把顶底面尺寸加工至427±0.3mm，表面粗糙度被加工到6.3
2．6．2加工示意图

图2-5加工示意图
说明：
a．切削功率：P=7.8kw
b. 切削速度：V=80mm/min
c. 铣削深度：a=4mm
d. 每分钟进给量： V=240mm/min
e. 转速： n=64r/min
2．6．3机床联系尺寸总图

图2-6 机床联系尺寸图
说明：
a．铣削动力由左右两个电动机提供。
b．被加工零件的快进和工进由移动工作台提供。

-----尺寸d1的下偏差 -0.014mm
-----尺寸d2的下偏差 -0.014mm
把数据代入式中得到=0.02mm；=1.146
3．7．2夹紧误差的分析与估算
所谓夹紧误差是指在夹具中加工一批工件时，由于夹紧力的作用，使得工件和夹具元件发生变形，从而导致工件的工序基准在加工尺寸方向上产生的最大位置变动量。对一批工件而言，假如这个位置变动量是常树，一般可通过调整对刀和夹具在机床上的安装位置来消除它对加工精度的影响。
根据文献资料［1］P154
夹具的夹紧元件为压板，并以支承板支承，故用以下公式：
= （3-6）
-----夹紧误差
-----工件定位表面粗糙度 25
---工件材料硬度 180HBS
----作用在定位元件上的法向力 5280N
------定位元件与工件的接触面积 52.8cm
表3-6 接触变形计算系数

数据代入公式为，=1.74
3．7．3对刀和导向误差
夹具上的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发生变化，由此而导致的加工尺寸误差即为对刀或导向误差。
当使用铣床夹具加工工件时，采用标准塞尺和对刀块进行对刀，其对刀误差为：=T+T 查文献资料［1］P155
式中 T----塞尺的制造公差；
T---对刀块工作面对定位元件的尺寸公差
3．7．4夹具的位置误差
夹具在机床上安装时，其定位元件对机床装卡面的互相位置误差将导致工件定位基准发生移动，从而使工序尺寸发生变化，这种误差称为夹具的安装误差。
产生夹具的安装误差的因素有：
a. 夹具定位元件对夹具体安装基面的互相位置误差。
b. 夹具安装基面自身的制造误差及其与机床装卡面间的间隙所产生的连接误差。
查文献资料［1］P159
根据本机床夹具安装形式，重要取决于夹具体和安装夹具的移动工作台之间的平行度。此处平行度误差为0.02mm。
3．7．5加工方法误差
加工方法误差是指在切削加工过程中，因机床、刀具质量、工件材质以及由于切削力、切削热的作用而引起的工艺系统弹性变形、热变形等因素使加工表面位置发生变化，从而导致的加工尺寸误差。
查文献资料［1］P159
表3-7 平面的加工方法误差

本机床加工方法为端面粗铣，B=320mm，L=580mm，即L<3B
故=70
3．7．6保证加工精度的条件
运用夹具加工时，机床—夹具—工件—刀具—机床形成一个封闭的加工系统。它们依次相联系，最后形成刀具和工件间的对的位置关系，保证工序尺寸A的规定。在这个封闭系统中，影响都表现为对加工尺寸A产生影响。显然，为了保证加工规定A，上述各项误差的总和应不超过工序尺寸A的公差T
本工序的尺寸为427±0.3mm，故T=0.3mm。
而=0.041mm〈T
所以该机床和夹具的设计是可以满足加工规定的。

4总 结
为期三个多月的毕业设计业已经结束。回顾整个毕业设计过程，虽然充满了困难与曲折，但我感到受益匪浅。本次毕业设计课题是柴油机气缸体顶底面粗铣组合机床总体及夹具设计。本设计是学完所有大学期间本专业应修的课程以后所进行的，是对我三年半来所学知识的一次大检查，使我可以在毕业前将理论与实践更加融会贯通，加深了我对理论知识的理解，强化了实际生产中的感性结识，熟悉了机械设计的过程。
通过这次毕业设计，我基本上掌握了轴承座两端平面粗铣组合机床总体及夹具设计的方法和环节，以及设计时应注意的问题等，此外还更加熟悉运用查阅各种相关手册，选择使用工艺装备等。
总的来说，这次设计，使我在基本理论的综合运用以及对的解决实际问题等方面得到了一次较好的锻练，提高了我独立思考问题、解决问题以及创新设计的能力，缩短了我与工厂工程技术人员的差距，为我以后从事实际工程技术工作奠定了一个坚实的基础。

参 考 文 献
[1] 张龙勋. 机械制造工艺学课程设计指导书 [M].北京：机械工业出版社，1999.
[2] 王章忠. 机械工程材料 [M]. 北京: 机械工业出版社，2023.
[3] 李益民. 机械制造工艺设计简明手册 [M]．北京：机械工业出版社，l998.
[4] 吉卫喜．机械制造技术 [M].北京：机械工业出版社，2023.
[5] 金振华．组合机床及其调整与使用 [M3]. 北京：机械工业出版杜，1984．
[6] 金属机械加工工艺人员手册 [M]. 上海：科学技术出版杜，1979．
[7] 林文焕.机床夹具设计 [M]. 北京：国防工业出版社，1987.
[8] 黄鹤汀.机械制造装备 [M]. 北京：机械工业出版社，200l.
[9] 高化.机床夹具设计 [M]. 西安：交通大学出版社， 1992.
[10] 浦林祥．金属切削机床夹具设计手册 [M]. 北京：机械工业出版社，1995.
[11] 大连组合机床研究所．组合机床设计 [M]．北京：机械工业出版社，l973．
[12] E G．Hcffman. JIGS AND FIXTURE DESIGN [M]. London, 1990.

致 谢
本次毕业设计是在刘道标老师的认真指导下进行的。X老师经常为我解答一系列的疑难问题，以及指导我的思想，引导我的设计思绪，纠正我的错误。在历经三个多月的设计过程中，一直热心的辅导。在整个毕业设计的过程中，我碰到了许多的困难，也走了一些弯路，整个设计的过程是个苦乐参半的学习过程。在困难中我学到了许多知识，这一切都离不开X老师的热心指导，此外XXX老师在此过程中也给了我巨大的帮助，帮我解决了很多的问题。在此，我忠心地向他们表达真挚的感谢和敬意！
另一方面我还要感谢和我同组设计的同学，从他们那里我也学到了不少的知识，在我们互相合作，互相帮助下，我们很好的解决了在设计中碰到的困难。他们的鼓励使我坚定了一定能做好的信念，让我体会到团队的力量和合作的精神。
由于我是第一次进行这种大课题的设计，水平局限性，缺少经验，难免会留下一些遗憾，在此恳请各位专家、老师及同学不吝赐教本次设计任务业已顺利完毕，但由于本人水平有限，缺少经验，难免会留下一些遗憾，在此恳请各位专家、老师及同学不吝赐教。

附 录
序号 图名 图号 图副
1 加工工序图 YG02-0001 A3
2 加工示意图 YG02-0002 A2
3 机床尺寸联系总图 YG02-0003 A0
4 夹具总装图 YG02-2023 A0
5 夹具体 YG02-2023 A0
6 支座 YG02-2023 A2
7 顶杆（长） YG02-2041 A4
8 压板 YG02-2043 A4
9 手柄 YG02-2044 A4
10 导向板（短） YG02-2045 A3
11 导向板（长） YG02-2046 A3
12 法兰盘 YG02-2047 A4