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PK919轴头双面铣钻组合机床夹具设计

PK919轴头双面铣钻组合机床夹具设计

本文着重是汽车变速箱输出轴专用夹具的设计,主要设计了组合铣钻机床专用夹具,用来加工输出轴的两端面和中心孔。它包括对加工零件的技术分析、定位装置、夹紧装置和夹具体的设计,对夹紧力及切削力的计算,以及对夹具薄弱部位的校核,油缸油压的确定,为刀具

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  • 详细描述

    PK919轴头双面铣钻组合机床夹具设计
    摘  要
    本设计是针对汽车变速箱输出轴的专用夹具设计,它包括对加工零件的技术要求分析,定位装置、夹紧装置和夹具体的设计,以及计算需要知道的夹紧力和涉及到的切削力。之后我们再考虑各种因素对夹具体的整体结构尺寸进行精心设计,并确定夹紧装置的夹紧方案。
    本方案重点研究元件的定位及夹紧,采用自动定心并靠一端面定位方式,采用液压夹紧来达到元件的完全定位及加紧。夹具严格遵守专用夹具设计的要求,不单考虑了专用夹具在使用时对精度的影响,同时也考虑到其经济性的一面。
    本文结合PK919轴头双面铣钻组合机床,介绍针对变速箱的输出轴的专用夹具的设计方法。
    关键词组合机床  输出轴  定位基准  夹具  夹紧力

    引  言
        1. 选题背景
     本设计题目来源是生产实际, 本课题主要研究的是轴头双面铣钻组合机床加工变速箱输出轴的夹具的设计。了解夹具设计的总过程及对组合机床夹具各组成部分的设计,使其满足使用要求。
        2. 研究此课题的意义
    科学技术一直在迅速发展,市场需求的不定变化及商品竞争的越来越激烈,目前的机械产品的更新换代的周期一直在变短,许多产品大批量生产的比例逐渐增高,与此同时,市场对这些机械产品的精度与质量的要求逐渐在升高。
    在现代的自动化机械生产中,已愈来愈广泛的使用到组合机床。组合机床所需要的夹具必须要与组合机床的通用性强、高效率、高精度、多方向同时加工相适应,更要适应数字程序的控制和单件小批量零件生产的一些特点,逐渐走上标准化、系列化、通用化的道路,并要发展成为可以调整的灵活夹具,同一种类型以及多种工件的机械加工都可以合适使用,这样从而缩短被加工零件的生产周期,最大程度的缩减专用夹具的使用数量,降低被加工工件所需要的资金。
    我们所说的机床的夹具方面的设计应该在工艺工程装备的设计当中是非常重要的一个部分,保证了产品的质量并提高了劳动的生产率,是一项重要的技术措施。在设计过程中我们在搞调查搞研究的时候要从实际情况出发,并对世界上的的组合机床的夹具设计方面的超前的高超技术进行学习和适当消化利用。然后在进行夹具体的具体设计之前,要对机床夹具的设计方法有一个完美漂亮的准备计划。而我们在进行结合生产实际的一些调查与研究时,需要了解知道下面的各种资料:
        (1)图纸资料(加工工件):我们需要仔细的研究熟悉工件的图纸,知道一些技术的要求比如工件被加工的那个面的。我们加工的这个工件所处在机床上哪个位置还有起到的作用,工件在装置的过程中的那些不一般的规定要求我们全部要晓得。
        (2)工艺文稿(相关工艺):对于需要被加工零件的加工过程中的许许多多工艺和对于加工工序的繁多的要求要谨记。在加工工件的各个表面的时候会出现好多的状况加工时必须小心仔细。加工时认真对待选择好正确合适的基准面,机床设备有各种不一样的型号供我们选择,选择好型号后还要注意机器的规格。再进行加工之前我们就要计算好切削用量和尺寸以及其他数据,这些主要存在组合机床与所用夹具结合的那些地方。
        (3)加工时大纲:我们在进行机床夹具结构的设计时,要考虑到方方面面,设计出的夹具应该适应于现在的工厂中需要被加工的工件的量的大小,目的是要做到又快又好数量与质量齐头并进还能使资源最大化的使用。
        (4)制造与使用夹具的情况:是否拥有可供我们选用的机械加工通用零部件 ,更要注意的是工人们的技术高低和他们用夹具的实际操作水平。多亏有了夹具才使机械加工工件时的加工精度,整体的机械加工工作效率得到了充分的提高,可以说又上了一个台阶。劳动强度也相当程度上的减轻了,发挥了机床的优秀的工艺性能,与此同时扩大了机床的工艺性能。
        3. 机床夹具的国内外现状和发展趋势
    为了适应现在市场的需求与竞争,在现代生产中,企业所需要制造各种各样的产品而且产品的品种需要企业在生产中经常的更新和换代。但是,对于一般的企业来说,他们依然满足现状,并且在实际的企业生产中非常多的使用各种各样传统较落后的专用夹具。现在的许多中等以上的加工工厂中大概拥有的夹具(生产专用)数量可以说是成千套甚至上万套;还有就是现如今的好多机械企业会经常地对很大一部分专用夹具进行升级与换代,但是在生产过程中这些夹具所占的磨损比例是很小的,远远小于实际更换的比例。在这些年以来机床在大力发展更新,我们更多更广的用到数字化控制的机床、组合机床、成组的新型技术等先进高级技术,由此现在的机床夹具需要达到以下目的:
    (1)对于一些加工特点目的比较相近的待加工零部件一定要做到严丝合缝的装夹,要有通用性。
        (2)我们要对每个生产阶段的需要的准备时间进行最大程度的减短,这样的话总体生产用到的资金就能一定程度的得到降低,也就是要达到生产成本下降之目标。同时把我们的夹具用到新型产品的加工中时,要能够方便调试和安装。
    (3)机床夹具更要与时俱进跟上各种制造技术发展的脚步,要逐渐走向现代化、多样化、高端化。
    (4)工件的工厂生产中有时候在做到大批生产的同时也需要做到高质量、高精度,即所用到的夹具也要是高精度的,从而可以生产出高精度的零件。 
     (5)夹具规格等不能乱套一定要高度标准化,这样可提高夹具利用率。
    (6)夹具的夹紧方式要高效,夹紧装置可以多方面使用,以液压原理为夹紧动力。达到减小劳动付出与劳动生产量之比。
       
    4.机床夹具现代化的未来前景
    机床夹具经过数年的快速发展技术已经相当成熟,它从未停止前进的脚步始终在往更精密更标准更柔性化以及更加高效的方面进步与发展。
      (1)夹具的逐渐精密化   
    走向精密化后,出现了极其非常多不同结构和不同类型的夹具,譬如一些精度可以达到极其准的0.1的多齿盘、精度达到5.0um的三爪卡盘等等。社会在发展,人们需要的是更精密质量更高的产品,所以要大力发展科学技术,高端的科学技术意味着高产高水平的生产水平。这就是说夹具发展的精密程度要与人们的需求相适应。夹具的精密发展要走在需求的前面。
    (2) 夹具的逐渐标准化  
    我们的国家对种类繁多的通用的机床夹具、各类夹具、其他夹具等夹具强制实行了国家标准:GB/T2148-T2259-91。我国机床夹具标准化的实行,为夹具产品的批量化生产提供了有利条件也是前提条件。这样做事半功倍生产产品的阶段时间减少了,在收益不变甚至更大的情况下有减少了投资。
    (3) 夹具的逐渐柔性化  
    机床夹具调整、校对、组合后对工艺改变适应的能力,可以称之为机床或机床夹具的柔性化的,两者的柔性化是接近的相似的。工艺主要是在工件生产数量大小、工件的尺寸大小及外在形状等方面会存在改变。那些组合夹具、数字化控制夹具、一般通用可调夹具、成组模块夹具等是具有柔性化的夹具。夹具的发展需要夹具拥有更高柔性化程度,对夹具的结构性质进行改变提高,夹具结构可以进行调整使用。做到了以上的几点,夹具将完美适应工件的多样生产和大量生产的需求。
    (4) 夹具的逐渐高效化  
    要想缩短生活用到的机械工件加工所需的基本时间常常有必要用到高效化的夹具,这样一来可以使劳动生产报酬与技术工人的劳动强度比相当程度的增大。可以做到我们经常提到的‘稳准狠’。现在的企业生产中已经有了许许多多各种各样的高效化夹具,比如偏心、高速化夹具以及其他高效夹具等等。
    我们常见到学习研究中机械类的夹具设计是机械设计制造及其自动化专业中的重要组成部分,其任务是通过该课程的学习,掌握主要机械制造装备的工作原理及其正确使用和选用方法、原则,并具备一定的机械制造装备的总体设计、传动设计、结构设计等基本知识和主要工艺装备的设计能力。而我们做的铣钻组合机床的夹具设计是需许多机械类专业学生的一次高水平的训练,我觉得经过这样的设计学生们的设计水平会很大程度的得到提高。这同时也是本类学习课程里的一部分,是具有实践性的对学生很有好处的环节。学生们在设计的过程中群策群力在培养了团结精神的同时也渐渐提高解决问题的能力,学会了自主学习,学会了遇到问题沉着应对冷静分析。其目的在于: 
    〔1〕通过这一次的设计之后,学生便具有了综合运用知识的能力,可以将我们常做的夹具设计类型的知识与其他相关知识进行综合运用。在实践过程中端正设计的态度与树立起设计理念,理论知识指导设计实践,树立正确的设计思想。 
    〔2〕通过这样的设计,提高了在工程有问题的时候学生自主解决的能力,设计的每一个字每一步都学生自主完成。以后再有此类设计的时候学生们就已经对设计的开端结尾了如指掌了而且分析能力高了很多,大大的提高学生们走到工作岗位上后所需要的必要专业技能。 
    〔3〕夹具设计的进行,对于学生来说边设计边学习,可以在设计中学会查阅各方面资料的能力,会利用现成的资料图纸还有其他技术方面的资料。图纸书面形式的资料可以由学校图书馆或者互联网获得。而技术方面可以从学校金工实习工厂并通过技术人员或实际操作获取。 
    工件的加工生产要按照一定规则和顺序来进行,在生产之前必须要确定零件的工艺过程和规则,生产要按部就班的进行。在工件生产时,工件是通过夹具与机床连接在一起的,夹具是两者之间的媒介。所以要大量的生产工件时,不仅仅只是会用到加工机床、测量工具和刀具等,专用的机床夹具是不可或缺的,合适的夹具是生产的硬性前提条件。夹具可以让工件与机床完美结合,让工件处于机床上合适位置以便于加工。工件产品的质量好坏受夹具影响很大,产品各方面的精度都受影响比如尺寸与形状方面。在工件生产时工件需要在在机床上定位。一般化来说,工件在所需机床上需要放置在合适合理的位置,这个调整位置的过程称之为定位。定位是一方面,还要使用一定的装置机构对工件进行加固固定,以使工件加工时不被自身重力和刀具切削力等因素影响到。
    在加工时,工件需要牢牢的固定在机床上不能够让之产生位移,固定的过程叫装夹。装夹就是为了定位位置不发生改变,有利于工件加工按部就班的进行。对工件的装夹是机床加工工件过程中很重要的一个步骤。要求做到迅速方便而又可靠,正确合理的装夹有利于加工出质量高的产品和提高生产效率,在维护技术操作人员的安全的同时还能一定程度上降低生产投入的资金。在全球各个机械工厂生产都要用到夹具,世界上的夹具种类有千千万。大体上有三大分类,分别是按照使用范围,使用机床,夹紧方式来进行分类。在企业对工件正式大量的投入生产时,工件需要在机床上进行装夹,而装夹必须使用夹具。所以,夹具的重要性是不容忽略的。

    第1章 组合机床介绍、发展与特点
    1.1组合机床介绍、发展
    数控组合机床是具有极其广泛的适用性的,当待加工时的被加工对象变化的时候仅仅需要改变输入的程序指令;企业里的加工性能一定会比一般性自动化机床的要求高,它们可以完美的对复杂的加工面进行加工,因此他们对批量少、常常发生型改变、高精度、形状往往又很不规则的工件的加工很是适用,并且还能够是获得经济效益最大化。  
    随着这些年数控技术的发展,使用数控系统的组合机床品种逐渐增多,它们有车床、铣床、钻床、镗床、磨床、齿轮专业加工机床和电火花加工机床等。除了这些之外还存在有能够进行自动换刀、一次的装夹能够进行多工序加工的加工中心、车削中心等。 
    几十年的大力发展,机床是越来越先进了。中国在机床方面的消费一直在增加,即使从全球的角度出发,我国也是数一数二的消费大国。而且,不仅自主的大力发展数控机床,还大量的进口国外的先进设备。我国目前的目标是提高数控设备在机械加工方面的占比,日前已经达到百分之二十以上,五年内争取超过百分之三十。
    为了应对金属切削、那些车削的工艺要求以及电激光加工方面规则规律要求。现如今开发了各种门类的数字化自动加工机床,足够以应付对现代大部分情况下需要加工的工件进行加工。数控机床的种类极其多,不过一般分成为这样的十六个大的类别:数字化控制的具有铣削能力的车床铣床 、把铣削作为加工中心的铿床、 含磨削中心的磨床、有钻削中心的数字化钻床拉床、数字化齿轮加工机床、数字化的刨床专用切断机床和用激光方式加工的机床。还有数字化的电火花线切割、含有电加工中心的电火花成型、板村成型加工管料成型这些加工机床。数控机床的出现对机械生产行业起到了无可比拟的积极作用。模具制造行业大量的采用已经实现计算机自动化控制的一些机床,应用多而且相当广泛。人们在使用数控机床的期间,从使用中积攒了许多经验从而开发出了各种用途各种门类的数控机床供我们现代工厂车间使用。 
    我们现在要大力发展智能化机床并使机床网络化、加工速度更快、精度更高而且更符合实际更有利于对环境的保护。目前世界上各个国家的机床都具有各自的特点和优势,机床加工精度最高的是瑞士德国两个国家。从机床的整体发展水平来看,德国与日本分别拥最高水平,生产产值最大的机床。作为超级大国的美国机床方面发展水平不高,而中国大陆与韩国、台湾处在同一水平线上。但就门类、种类多少而言,尤其要提到的是我国在机床的类型方面是名列前茅的而且是在世界的前四名里的。各种各样的开关传感器、屏幕显示器、控制器、伺服电机组合共同构成了高科技的数字化机床。
    近年来我们国家机床得到大力发展,吸引了世界各地的著名厂商在我们国家的投资,而且是呈现逐渐增多的趋势。
    以下是各大厂商在中国投资的实例。
    (1)公元2000年,宁夏首府银川得到了MAZAK(全球最大的专业机床制造商)的投资,建立了“宁夏小巨人机床公司”,而且公司是一个生产数控化床、立卧式加工、车铣复合的生产中心。公司制造的机床质量很高,年产量达到六百台,生产效益良好。如今正在二期工程正在建设当中,建成后的目标是年产量达到一千台。  
    (2)公元2002年,日本的大隈公司(著名的机床生产商)与北京第一机床厂达成合作。建立了生产工厂,每年生产机床数量为1000台,合资工厂主要采用立式卧式加工生产数控车床。 
    (3)次年,德国德马吉公司在中国上海市投入大量资金建立工厂,现在每年生产组装数控车床数量在120台左右。  
    4.台湾省友嘉公司在浙江省萧山市投资建立工厂,每年产能为800台。
    1.2组合机床的精度方面要求  
    1.组合机床的精度总体体系:机床的使用不能乱套,因此,要有一定的标准形成行业规则。目前我们中国主要以德国VDI、日本JIS、国际标准ISO和国标GB为大体标准。国际上制定的标准和我们国家标准大体相同。有了标准才能长期有效的使机床的使用越来越规范。
    2.我们有时候需要对机床的水平高下进行分析,分析时主要了解机床的重复定位精度。一般的情况下一台高精度机床的重复定位精度是能够达到0.005mm(ISO标准.、统计法),小于在高度度机床的重复定位标准数值的就是拥有超高精度机床,高精度的机床,要有最好的轴承和丝杠。
    3.高精度零件加工离不开高精度的机床,还有加工工具比如良好的夹具和刀具。同时还要
    有优秀的加工机床的工艺。

    第2章 零件加工工艺的分析
    2.1 绘制被加工零件变速箱输出轴的零件图
        输出轴结构简图如下图1.1。

    图1.1  汽车变速箱输出轴结构件图
    输出轴是车辆输出动力的零件之一,它主要使用于汽车的动力输出装置当中。其工作当中会承受到很大的扭矩和冲击载荷,这就要求该轴具有足够的耐磨性和抗扭强度。他的关键作用是在汽车行驶过程中传递转矩,使主轴得到旋转的动力。这一次的毕业设计是针对输出轴的两个端面和中心孔的加工,利用轴头双面铣钻组合机床先对输出轴的两端面进行同时加工,然后在同时从两面加工中心孔。
    2.2 零件加工的主要技术要求
     根据被加工零件的工艺性能、加工条件、工作环境已及加工精度等的要求,确定该
    零件需要达到以下技术要求:
        1. 加工后轴头两端面的平面度的公差值最大不能超过0.3mm
        2. 两端面粗糙度Ra25(两端面同时加工)。
        3. 中心孔粗糙度为Ra12.5,倒角粗糙度为Ra6.4。
    2.3 夹具设计要求
        1. 夹具应具有两对夹紧机构,以免在加工过程中零件出现摆动。
        2. 其装卸工件位置要尽量靠近操作者。
        3. 夹具上应设置排屑机构。
        4. 夹具以外圆表面为第一定位基准,大头端面为第二定位基准,同时夹具应保证夹紧元件方便快捷,并利于保持精度。
    结  论
    本文着重是汽车变速箱输出轴专用夹具的设计,主要设计了组合铣钻机床专用夹具,用来加工输出轴的两端面和中心孔。它包括对加工零件的技术分析、定位装置、夹紧装置和夹具体的设计,对夹紧力及切削力的计算,以及对夹具薄弱部位的校核,油缸油压的确定,为刀具提供动力的电机功率的确定。在机床上加工中心孔和两端面时,其尺寸精度和相对位置精度是靠夹具体和夹紧机构来保证的,因此夹具体的设计和安装以及夹紧机构的设计是尤为重要的。对于公差和粗糙度的选择,以工件的技术要求为依据,严格遵守夹具各部件的设计要求而确定 。
    这次设计成果对于汽车变速箱输出轴意义重大,改变加工方法降低难度,积极意义不容小觑。夹具设计至关重要,与生产的每个环节息息相关。今后在夹具方面设计要人性化,数字化,要考虑到每一部分,不能够鼠目寸光。通过设计总结了经验,锻炼了思考问题的能力,在今后的设计中就能够少走弯路,离成功就会越近。
    此夹具对工人的技术水平要求相对较低,加工零件装载和取出方便快捷,能够有效缩短工序时间,提高生产效率,降低了生产成本。
    参考文献
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    目  录
    摘  要 I
    Abstract II
    引  言 1
    第1章 组合机床介绍、发展与特点 5
    1.1组合机床介绍、发展 5
    1.2组合机床的精度方面要求 6
    第2章 零件加工工艺的分析 7
    2.1 绘制被加工零件变速箱输出轴的零件图 7
    2.2 零件加工的主要技术要求 7
    2.3 夹具设计要求 7
    第3章 夹具结构的设计 9
    3.1 夹具的简介与特点 9
    3.2 夹具的基本结构、工作原理和技术分析 11
    3.3 确定定位方案 12
    3.3.1 定位基准的选择要求 12
    3.3.2 定位方案的选择 13
    3.3.3 定位误差分析及计算 13
    第4章 确定夹紧方式和设计夹紧机构 15
    4.1 组成夹紧装置的部件 15
    4.2 夹紧装置的设计原则 16
    4.3 夹紧方式的确定 17
    4.4 夹紧机构的确定 17
    4.5 夹紧位置的确定 17
    4.6 夹紧力的确定 18
    4.7 对薄弱部位的校核 22
    第5章 夹具体的设计 25
    5.1 夹具体设计的基本原则 25
    5.2 夹具体设计 25
    结  论 27
    致  谢 28
    参考文献 30
    收缩