皮圈架座组合机床及专用夹具设计毕业设计论文.docx

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皮圈架座组合机床及专用夹具设计毕业设计论文

编号

无锡太湖学院

毕业设计（论文）

题目：

皮圈架座组合机床及专用夹具设计

信机系机械工程及自动化专业

学号：

学生姓名：

指导教师：

（职称：

副教授）

（职称：

）

2013年5月25日

无锡太湖学院本科毕业设计（论文）

诚信承诺书

本人郑重声明：

所呈交的毕业设计（论文）皮圈架座组合机床及专用夹具设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。

班级：

机械94

学号：

作者姓名：

2013年5月25日

无锡太湖学院

　信机　系　机械工程及自动化　专业

毕业设计论文任务书

一、题目及专题：

1、题目　　皮圈架座组合机床及专用夹具设计

2、专题　

二、课题来源及选题依据

无锡市江泰机械制造厂是一家专业从事外协件加工的企业，公司现采用加工中心加工纺织机械零件--皮圈架座上的三个孔，工装时间长，加工成本高，效率不高。

因而需要设计一台专机达到提高工作效率，降低生产成本，同时保证加工质量的目的。

本课题的研究意义在与使企业能根据自己的要求自主创新、自发研究设计制造设备，提高自身在国内甚至国际制造行业中的竞争力。

专用机床是一种专门适用于特定零件和特定工序加工的机床，因而它主要是应对企业有单品种、大批量的零件加工定单，解决了许多企业面临的共同问题：

用好设备加工虽保证加工质量但是耗费了高的成本；用普通设备加工降低了成本但是又付出了加工质量往往不符合设计要求的两难境地。

通过本课题研究，就力求解决这种问题，使组合机床的加工保质性和经济性凸显。

三、本设计（论文或其他）应达到的要求：

①整机的总体设计，确定整机配置形式和尺寸联系参数；

②各专用部件的结构设计，功率计算及重要零件的校核；

③整机液压系统原理的设计

四、接受任务学生：

机械94班　　姓名

五、开始及完成日期：

自2012年11月12日至2013年5月25日

六、设计（论文）指导（或顾问）：

指导教师　　　　　　　签名

签名

　　　　　　　签名

教研室主任

　　　　　　〔学科组组长研究所所长〕　　　　　　　签名

　　　　系主任　　　　　　签名

2012年11月12日

摘要

随着自动化应用的逐步提高，组合机床越来越多的出现在现代工厂中，组合机床是以通用部件为基础，配以工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。

它一般采用多轴，多刀，多过程，多方位多站同时处理方法，生产效率高，比一般机器几个几倍到几十倍。

作为合作的通用部件已经标准化系列，可灵活配置，可缩短设计制造周期。

因此，组合机床在大规模生产的低成本和高效率的优点相结合，已被广泛地使用，可用于形成自动生产线。

本次设计为皮圈架座钻孔专用机床，同时完成3个孔的加工。

主要有以下几个方面：

（1）制定工艺方案。

了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹紧情况以及生产率的要求等。

确定在组合机床上完成的工艺内容及其加工方法。

这里要确定加工工步数，决定刀具的种类和型式。

（2）机床结构方案的分析和确定。

根据工艺方案确定机床的型式和总体布局。

在选择机床配置型式时，既要考虑实现工艺方案，保证加工精度、技术要求及生产效率；又要考虑机床操作、维护、修理是否方便，排屑情况是否良好。

（3）组合机床总体设计。

确定机床各个部件间的相互关系，选择通用部件和刀具的导向，计算切削用量及机床生产率。

绘制机床的总联系尺寸图及加工示意图等。

关键词：

组合机床；多轴箱；三图一卡；夹具设计

Abstract

Withthegradualimprovementofautomation,machinetoolmoreandmoreinmodernfactories,machinetoolbasedoncommoncomponents,togetherwiththespecificshapeoftheworkpieceandprocessdesignspecialpartsandfixtures,composedofsemi-automaticorautomaticdedicatedmachine.Itiscommonlyusedmulti-axis,multi-tool,multi-process,multi-facetedormulti-stationprocessingatthesametime,theproductionefficiencyseveraltimesormorehigherthanthegeneralmachine.Commoncomponentshavebeenstandardizedforserialization,canbeflexiblyconfigured,youcanshortenthedesignandmanufacturingcycle.Therefore,thecombinationofmachinecombinestheadvantagesoflowcostandhighefficiencyhasbeenwidelyusedinmassproduction,andcanbeusedtoformanautomaticproductionline.

Thedesignfortheapronmountingsdrillspecialmachinetools,completedthreeholemachining.Mainlythefollowingaspects:

（1）todevelopaprocessplan.Learnabouttheprocessingcharacteristicsofthemachinedparts,precisionandtechnicalrequirements,thepositioningclampingandproductivityrequirements.Determinethecombinationofmachinetooltechnologycontentanditsprocessingmethod.Todeterminethenumberofprocessingsteps,determinethetypeoftoolandtype.

（2）MachineanalysisofthestructureoftheprogramandOK.Accordingtothetechnicalprogramtodeterminethetypeandtheoveralllayoutofthemachine.Machineconfigurationtypeisselected,itisnecessarytoconsidertheprocessschemetoensureaccuracy,technicalrequirementsandproductionefficiency;willhavetoconsidertheoperationofthemachine,maintenance,repair,chipcaseisgood.

（3）acombinationoftheoverallmachinedesign.Determinetherelationshipbetweenthevariouscomponentsofthemachine,selectthecommoncomponentsandtool-orientedcomputingcuttingandmachineproductivity.Drawmachinetotalcontactsizefigureandprocessingschematicdiagram.

Keywords:

combinationofmachinetools;multi-axle;threecard;fixturedesign

1绪论

1.1课题来源和意义

无锡市江泰机械制造厂是一家专业从事外协件加工的企业，公司现采用加工中心加工纺织机械零件--皮圈架座上的三个孔，工装时间长，加工成本高，效率不高。

因而需要设计一台专机达到提高工作效率，降低生产成本，同时保证加工质量的目的。

本课题的研究意义在与使企业能根据自己的要求自主创新、自发研究设计制造设备，提高自身在国内甚至国际制造行业中的竞争力。

专用机床是一种专门适用于特定零件和特定工序加工的机床，因而它主要是应对企业有单品种、大批量的零件加工定单，解决了许多企业面临的共同问题：

用好设备加工虽保证加工质量但是耗费了高的成本；用普通设备加工降低了成本但是又付出了加工质量往往不符合设计要求的两难境地。

通过本课题研究，就力求解决这种问题，使组合机床的加工保质性和经济性凸显。

其次组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，该课题的研究有利于提高这些行业设备制造的质量和效率，从而推动他们的高质、快速发展。

1.2课题背景

在国内，皮圈架从无到有，一直到今天的发展，离不开技术人员对皮圈架一步步的改进。

20世纪八十年代，上棉八厂一个织车间技术改革组就曾针对1511M型织机皮圈架存在的缺点，做出了一些改进。

原来皮圈架F42、F43装在筘座Q1处，因为螺丝扳紧常常压缩变形，虽然在筘座装皮圈架的地方钉入竹销，但筘座的寿命仍然受到影响。

另外，底座托架F45、F46前后横穿起固定作用的螺丝容易断裂，筘座Q1的眼子也容易磨大，给维修带来困难；加上木质比较软，容易歪斜变形，造成打手棒导槽与皮圈架导槽不一致，使修机工在调换皮圈时比较费力。

经试验改进，制成一种类似阪本式的皮圈架。

另外，还改制了K83、K205、K28、K212及F45和F46。

增加制造了零件。

安装部位。

新皮圈架固定位置：

a点固定于K28和K212上，b点固定于K83和K205上，c、d两点装F45和F46，K28和增制件相配合。

经过以上改进后，增加了皮圈架的稳固性，基本上解决了铁和木销接触时所产生的问题，使其不变形，不磨损，拆装调节时比较省力，调换皮圈方便，可减少扳螺丝次数，从而减少了织机停台的次数，提高了效率。

经过试用效果显著，很受修机工人的欢迎。

[1]

1.3组合机床技术装备研究现状和发展趋势

组合机床出现在世界上只有50多年的历史。

我国组合机床事业是从无到有，逐渐发展起来的。

从1956年开始自行设计、制造了组合机床并取得了很大发展。

如北京、上海、辽宁、山东、江苏等发展很快，西北、西南地区也有新的发展。

国家又重点安排了一批工厂，如大连机床厂、常州机床厂、大河机床厂、长沙机床厂、上海第十机床厂等20多个工厂生产组合机床通用部件，为全国各地机械加工部门用组合机床自己武装自己创造了非常有利的条件。

许多工厂在大搞技术改造、设备更新、质量翻新的热潮中，制造了大量的组合机床及其自动线，成倍地提高了劳动生产率，保证了产量和质量，降低了成本。

目前，我国大多数省、市、自治区都能设计并制造组合机床及其自动线，产量、质量和技术水平都在不断提高。

我国组合机床及其自动线已占有一定数量，特别是在汽车制造行业已有了大量的组合机床及其自动线，生产能力也在不断提高。

我国组合机床及其自动线已占有一定数量，特别是在汽车制造行业已有了大量的组合机床及其自动线，生产能力也在不断提高。

用我国自行设计与制造的组合机床及其自动线武装起来的第二汽车制造厂，经投产后证明具有规模、效率高，具有较高的自动化程度特点。

无论从工艺方案和布局，还是从加工精度和质量方面看，这些组合机床及组合机床自动线都已达到国际先进水平。

组合机床解决了许多企业面临的共同问题：

用好设备加工虽保证加工质量但是耗费了高的成本；用普通设备加工降低了成本但是又付出了加工质量往往不符合设计要求的两难境地。

组合机床主要用于大批量的生产，加工开发和生产管理技术的发展和改进，组合机床在小批量生产的各种组合也将得到广泛的应用，应用成组技术，结构和处理类似的部分集中在一个组合机床加工，以提高机器的利用率。

这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。

组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。

1.4本课题研究的主要内容

1.制定工艺方案。

了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹紧情况以及生产率的要求等。

确定在组合机床上完成的工艺内容及其加工方法。

这里要确定加工工步数，决定刀具的种类和型式。

2.机床结构方案的分析和确定。

根据工艺方案确定机床的型式和总体布局。

在机器配置类型的选择，有必要考虑实施过程中的计划，以确保准确性，技术要求和生产效率；又要考虑机床操作、维护、修理是否方便，排屑情况是否良好。

3.组合机床总体设计。

确定某些机器的各个组件之间的相互作用，选择通用的组件和工具的定向力，计算切割用量，机器的生产率。

绘制机床的总联系尺寸图及加工示意图等。

2组合机床的总体设计

2.1前期调查研究

2.1.1工件的分析

皮圈架座是纺机卷绕机构中安装皮圈架的一个重要零件，材料为ZL101，硬度为50HBS。

分析图纸（如图）可知，三个待加工孔之间的位置精度要求不是很高，而单个孔的尺寸精度和粗糙度要求比较高，分别为Φ12U6（-0.033/-0.044mm），Φ11H7（+0.018/0mm），Φ10H7（+0.015/0mm），粗糙度Ra都为1.6µm。

另外Φ12孔的轴线和底面的平行度要求为0.1mm，因而Φ12孔的要求最高。

在本道工序前，底面已经过铣削加工，平面度为0.1mm。

三个待加工孔为铸孔，毛坯上孔尺寸为：

Φ9.4-9.0mm,Φ10.4-10.0mm,Φ11.4-11.0mm。

图2.1工件实体图

2.1.2现场工艺调查

为了给机床设计提供更多的信息，深入现场调查其现采用的加工工艺方法为：

以底面和3个定位销消除6个自由度，用两个镙钉来夹紧工件，一块定位板上一次装夹10个工件。

在加工中心上编好程序，采用定做的硬质合金铣铰复合刀具一次进给完成一个孔加工，接着进行另一同直径孔的加工，直到10个孔全部加工完成，换刀继续加工另外的孔。

加工虽然达到设计要求，但是工装时间较长，整体效率不高，而且加工成本高。

图2.2现行的定位夹紧方案图

2.2组合机床方案的制定

2.2.1制定工艺方案

零件加工过程中会确定加工组合的质量，生产率，总体布局和夹具结构。

所以，在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并深入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度，加工部位的结构特点加工精度，表面粗糙度，以及定位，夹紧方法，工艺过程，所采用的刀具及切削用量，生产率要求，现场所采用的环境和条件等等。

并收集国内外有关技术资料，制定出合理的工艺方案。

[2]

根据被加工被零件（皮圈架座）的零件图（如图2.1）所示，加工三个孔的工艺过程。

（1）加工孔的主要技术要求。

加工三个直径分别为Φ10，Φ11和Φ12的孔。

孔Φ12与底面的平行度公差为0.1mm。

工件材料为ZL101

要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量6万件，单班制生产

（2）工艺分析

加工三个孔时，孔的位置度公差为0.1mm

根据组合机床用的工艺方法及能达到的经济精度，可采用如下的加工方案。

（3）定位基准及夹紧点的选择

加工此工件的孔，以底面和侧面的限制五个自由度，再以一个支承钉限制一个自由度，工件被完全定位。

在保证加工精度的情况下，提高生产效率减轻工人劳动量，而工件也是大批量生产，由于夹具在本设计中没有考虑，因此在设计时就认为是人工夹紧。

[3]

2.2.2确定组合机床的配置形式和结构方案

（1）被加工零件的加工精度

在机器上被加工零件的组合需要完成的处理操作，并应保证加工精度，该方案主要是基于制造机床。

皮圈架座加工孔的精度要求高，采用铰和铣组合的组合机床，工件各孔间的位置精度为0.1mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工时可以在一个安装工位上对所有孔进行一次的精加工。

为了加工出表面粗糙度为Ra1.6um的孔。

提高原机床的制造精度和精度的工件定位基准和其他措施，以减少加压变形。

为此，机床进给采用液压系统，人工夹紧。

被加工零件图如图2.1所示。

图2.3被加工零件图

（2）被加工零件的特点

这主要是指硬度加工部位的结构和形状的工件定位表面刚度特性的机床技术方案的材料，他们有一个重要的对系统的影响的部分。

此零件的材料是ZL101、硬度50HB、孔在整个零件上呈三角分布，孔的直径分别为为Φ10mm、Φ11mm和Φ12mm。

多孔同时加工，零件足够的刚度，工件的不均匀力，振动，和热变形的影响可以忽略不计。

一般情况下，孔的中心线的平面平行的定位和需要由一个或多个侧面的框是适当的，卧式加工工具，立式机适合于处理固定的基准水平和垂直于参考平面的孔被加工的工件而不宜或高度处理较大的细长工件安装不方便。

对大型箱体件采用单工位机床加工较适宜，而小零件大都是多台加工。

此零件的加工特点是中心线与定位基准平面是平行的，并且定位基准面是水平的。

孔的分布范围是三角形状，一次加工完，该零件体积较小，采用单工位加工，因而选择卧式单工位机床。

（3）零件的生产批量

零件的生产批量是决定采用单工位，多工位，自动线或小批量的生产特点设计的重要因素组合机床零部件的生产批次。

按设计要求生产纲领为年生产量为6万件，从工件外形及轮廓尺寸，为了减少加工时间，采用多轴头，为了减少机床台数，此工序尽量在一台机床上完成，以提高利用率。

（4）机床使用条件

使用组合机床对车间布置情况、工序间的联系、使用组合机床工厂布局，工艺技术能力之间的联系，使用技术能力和自然条件有一定的要求。

综合以上所述：

通过对皮圈架座零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求、定位、夹紧方式、工艺方法，并定出影响机床的总体布局和技术性能等方面的考虑，最终决定设计三轴头单工位机床。

2.3确定切削用量及选择刀具

2.3.1确定工序间余量

合理地确定工序余量，才能使加工过程顺利进行同时又能保证稳定的加工精度。

生产中常用查表给出的组合机床对孔加工的工序余量，由于在本机床上一次加工完成，三孔在加工前的余量已经确定为0.6~1mm。

2.3.2选择切削用量

确定了在组合机床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了。

因为所设计的多轴同步的加工组合机床，在大多数情况下，对于切削用量，它比一般通用机床单刀加工低30%左右．多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台，工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量（mm/min）应是适合所有刀具的平均值。

因此，为了与其适应，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成不同的转速和不同的每转进给量（mm/r），以满足不同直径的加工需要。

即：

·

=

·

=…=

·

=

式中：

…

——各主轴转速（r/min）

…

——各主轴进给量（mm/r）

——动力滑台每分钟进给量（mm/min）

由于皮圈架座孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求都是相同的。

按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查表的方法查得：

进给量f=0.2mm/r切削速度v=20m/min，背吃刀量ap=0.5mm。

2.3.3确定切削力、切削扭矩、切削功率

根据选定的切削用量（主要指切削速度v及进给量f）确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以确定主传动电动（一般指动力箱）功率，通过查表计算如下：

布氏硬度：

HB=50HB

Ф10孔

切削扭矩：

T=80.6Df0.68ap0.79HB0.6（2.1）

=80.6×100.83×0.20.68×0.50.79×500.6

=2056.8N·mm

切削力：

F=0.6T/D（2.2）

=0.6×2056.8/10

=123.4N

切削功率：

=

（2.3）

=2656.8×20/（9740×3.14×10）

=0.1345Kw

Ф11孔

切削扭矩：

T=80.6Df0.68ap0.79HB0.6（2.4）

=80.6×11×0.20.68×0.50.79×500.6

=2226.1N/mm

切削力：

F=0.6T/D（2.5）

=0.6×2226.1/10

=133.6N

切削功率：

=

（2.6）

=2226.1×20/（9740×3.14×10）

=0.1323Kw

Ф12孔

切削扭矩：

T=80.6Df0.68ap0.79HB0.6（2.7）

=80.6×12×0.20.68×0.50.79×500.6

=2392.8N/mm

切削力：

F=0.6T/D（2.8）

=0.6×2392.8/10

=133.6N

切削功率：

=

（2.9）

=2226.1×20/（9740×3.14×10）

=0.1304Kw

式中：

HB——布氏硬度

F——切削力（N）

D——钻头直径（mm）

f——每转进给量（mm/r）

T——切削扭矩（N·mm）

V——切削速度（m/min）

P——切削功率（kw）

2.3.4选择刀具结构

皮圈架座的布氏硬度为50HB，刀具的材料选择硬质合金，为了使工作可靠、便于加工，选择铰铣组合刀具。

孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与工件侧面有8～10mm的距离，以便排出切屑和刀具磨损后有一定的向前的调整量。

2.4组合机床总设计“三图一卡”的编制

机床总体设计的重要内容是对三轴头单工位钻床工艺方案及配置型式、结构方案的确定的有关问题。

下面就是组合机床加工皮圈架座总体设计的另一个问题，既总体设计方案用图纸的形式表达——“三图一卡”设计，其内容包括：

绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、编制生产率卡。

2.4.1被加工零件工序图

（1）被加工零件工序图的作用及内容

被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹具部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或成品状况的图纸，它不能由用户提供的图纸代替，而是在原零件图基础上，突出本机床的加工的内容，加上必要的说明绘制成的。

这是一个组合机床设计的主要依据，制造，使用，检验