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1、1引言1.1课题的来源及研究意义本研究课题是以江苏林海动力机械集团的SPE175发动机右箱盖为设计对象，目的是对箱盖结合面进行铣削加工。江苏林海动力机械集团是集科工贸及金融与大专院校于一体的由60多个成员单位组成的跨行业、跨地区的大型企业集团，江苏林海动力机械集团公司是林海集团的核心企业。企业始建于1956年，具有五十年研制和生产小型动力及配套机械的历史，有专业生产线和柔性生产线组成的国内一流的生产制造系统，有达到国家一级计量水平的计量检测系统，有动力试验中心和CAD开发中心组成的研究开发系统等，具备了强大的产品开发能力。由于这里不能上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CA
2、D/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要其他资料的朋友，请加叩扣:二二壹五八玖一壹五一企业主要生产摩托车、摩托车发动机、特种车辆、小型汽油机、小型汽油发电机组、林业机械、消防机械等七大类100多种规格的产品。本次设计将根据企业的自身要求，以现有的加工设备为基础，为SPE175发动机右箱盖结合面的铣削加工设计专用的夹具，在满足生产要求的基础上提高生产率，并尽量节约成本。同时通过本次设计，培养学生综合运用所学基础理论、专业知识和各项技能，着重培养设计、计算、分析问题和解决问题的能力，进而总结、归纳和获得合理结论，进行较为系统的工程训练，初步锻炼科
3、研能力，提高论文撰写和技术表达能力，为实际工作奠定基础。1.2机床夹具概述1.2.1夹具的概念 在金属切削机床上加工工件时，为了保证加工表面的尺寸、几何形状和相互位置精度，应使工件相对刀具和机床切削成形运动有正确的位置，然后将工件夹紧固定以完成安装过程。在机床上用于安装工件的工艺装备称为机床夹具。夹具在工艺装备中占有十分重要的地位，它对保证工件的加工精度、提高生产效率、降低生产成本、扩大机床使用范围等方面具有重要的作用，尤其在成批生产时更是大量的采用机床夹具。机床夹具的好坏将直接影响工件加工的质量，所以机床夹具设计是装备设计中一项重要的工作，是加工过程中最活跃的因素之一。1.2.2机床夹具在机
4、械加工中的作用1（1）可靠和稳定地保证工件的加工精度（2）提高劳动生产率和降低加工成本（3）减轻劳动强度（4）扩大机床的工艺范围1.2.3 机床夹具的基本组成就夹具组成元件的功能来看可以分为：（1）定位元件及定位装置（2）夹紧元件及夹紧装置（3）导向元件（4）对刀元件及定向元件（5）夹具体（6）其他元件及装置1.2.4 机床夹具的类型机床夹具的种类很多，形状千差万别。为了设计和制造上的方便，往往按某一属性进行分类。常见的分类有以下两种：（1）按夹具的通用特性划分如通用夹具、专用夹具、可调夹具、成组夹具、组合夹具、随行夹具。（2）按所使用的机床划分如车床夹具、铣床夹具、镗床夹具、磨床夹具和钻床夹
5、具等等。1.2.5 夹具发展变革 机械制造业经过了漫长的发展历程，从远古简单的石器打磨，到现代工业的数控加工，已经摆脱了手工作坊的作业方式，进入集团化生产、专业化协作的生产阶段。而夹具随着机械制造模式的改变也经历了变革。在科技高速发展的今天，为了使企业整体的数字化和现代化加工技术能够得到更快的发展，就要使夹具设计和数字化、现代化加工技术相结合，解决好夹具设计制造过程中的一系列问题，企业在产品制造过程中的许多疑难问题就会迎刃而解。1.3 机床夹具在国内外的发展趋势2 夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合
6、、通用、经济方向发展。1.3.1机床的高精度随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。高精度夹具的定位孔距精度高达5m，夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。德国demmeler（戴美乐）公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在5m以内；夹具重复安装的定位精度高达5m；瑞士EROWA柔性夹具的重复定位精度高达25m。机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。当然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以
7、及不同档次的精度标准供选择。1.3.2机床的高效性为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用12秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典3R夹具仅用1分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国Jergens（杰金斯）公司的球锁装夹系统，1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产
8、效率的作用。1.3.3夹具模块化组合夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。1.3.4夹具通用性与经济性夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，
9、只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德国demmeler（戴美乐）公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。1.4 本设计主要研究内容本设计研究内容主要包括以下几个方面：（1） 方案制定与选择（2） 夹具部件结构设计（3） 气动控制单元设计（4） 典型零部件的强度校核（5） 切削用量的选择及刀具的选择1.5 零件的分析及生产类型的确定1 零件的生产类型依设计题目知：Qn=5000件/
10、年；结合生产实际，备品率和废品率可以取为=5%,=0.5%。由此可得，该零件的生产纲领 查表可知其属轻型零件，生产类型为中大批量生产。2、 原始资料数据介绍如图2.1所示为SPE175右箱盖示意图 图2.1 SPE175右箱盖示意图工件材质：ADC12（压铸铝）加工要求尺寸为高度26mm，平面度误差在0.04mm以内，表面粗糙度为Ra1.6m。毛坯件压铸成型，毛坯尺寸27.5mm（由于压铸成型，所以该尺寸有一定的波动性，但加工余量充足，不影响加工，可满足加工后的要求），平面度和表面粗糙度要求通过加工实现。3、加工方案制定3.1加工方案根据SPE175发动机右箱盖的毛坯尺寸、加工要求和生产批量大
11、小,相应的加工方式也有所区别,我们共设计了三种供选择的方案，并根据方案的优劣选择适合企业年生产纲领要求，并且相对加工效率最高，成本最低的方案。三种加工方案分别为：立式升降台铣床、数控铣床、圆台铣床。3.1.1方案1：立式升降台铣床立式升降台铣床的主轴是垂直布置的，简称立铣。立铣头可以根据加工需要在垂直面内扳转一个角度（45）。主轴能沿着轴向作手动进给或调整位置。立式升降台铣床装上面铣刀或立铣刀可加工平面、台阶、沟槽、多齿零件和凸轮表面等。3.1.2方案2：数控铣床立铣头上铣刀的轴向运动，工作台上工作的纵向、横向运动，都由伺服机构驱动，能实现三轴联动。工作台能手动上、下调节其位置。这种铣床除了加
12、工平面、台阶、沟槽外，还可以加工复杂的立体成形表面。3.1.3方案3：圆台铣床圆台铣床与一般通用铣床相比的区别，在于其工作台为一个回转台。台面上可安装多套夹具，加工时可同时进行装卸零件的过程，且该类机床一般带有两根主轴，可装载两副铣刀盘，实现一次装夹先后完成两道工序。确切的说，它是一台组合机床，更具有加工的针对性。表3.1 圆台铣床X3012主要参数3：表3.1 圆台铣床X3012主要参数：项 目规 格主轴径m/m粗铣马达精铣马达转盘直径m/m最大旋径m/m盘面高度m/m滑鞍的最大行程m/m铣刀直径m/m铣刀型式刀具片规格转盘回转数转盘马达升降马达润滑泵部油压马达100Y132M2-6-B3/
13、5.5KWY132M2-6-B3/5.5KW12001400730400315(SANDVIK)（参考）R265.2-315ME-20AL（参考）SFAN1203EFR-H10（参考）2-5分/每转Y90L-4-B5/1.5KWA02-7112-B3/0.37KWLR43798设计工装时自备机械尺寸m/m机械重量长2100宽1600高2130无夹具7000KGS3.2加工方案选择 方案1中，采用立式升降台铣床，特点是操作要求低，能够基本保证加工要求，且由于其通用性，故通常企业内都有大量的此类设备，原始资源充足。根据加工目的，对于粗、精加工通常会设计两条生产线，即一条粗加工，一条精加工。但此种加
14、工方案造成零件在加工过程中需要两次装夹，这就会产生一定的安装误差，导致加工后的零件无法达到技术要求，使得不合格率提高。同时，大量的劳动力投入也不符合企业从劳动密集型向技术密集型转变的发展趋势，造成大量劳动力和生产资料的使用率低下，无形中大大提高了生产成本。方案2中，采用数控铣床，特点是加工精度高，能够大大提高产品质量和生产率，且需要的劳动力相对较少，生产资料的利用率也被充分提高。但采用数控铣床同样存在着两次装夹的问题，这使得产品的合格率又有所下降。同时，使数控铣床使得产品生产的投入成本大副提高，对于工人的操作要求也是一大挑战，又由于数控铣床本身的运行成本较高，使得成本的控制显得困难了许多。方案
15、3中，采用圆台铣床，最直接的特点是该铣床有两根主轴，可安装两副铣刀盘，实现一次装夹先后完成粗、精加工两道工序，解决了之前方案中由于两次装夹造成的加工误差，简化了加工工序，大大缩短了加工时间，降低了劳动成本。缺点是加工方式单一，通用性差。综上，本设计选择方案3中圆台铣床，该方案既可以满足零件加工的技术要求，又符合企业年生产纲领的要求，提高了生产率，节约了生产成本。机床外形图如图3.2所示: 图3.2 机床外形图4夹具部件结构设计4.1定位的概念使用夹具安装工件时，工件在夹具中的位置是由定位元件确定的4。工件的有关表面需紧靠在定位元件上，从而被确定在一个既定的位置上，实现工件的定位。工件定位的作用在于使工件准确占据定位元件所规定的位置，并且使一批逐次加工的工件在夹具中占据同一正确的位置。通常夹具是用来安装加工成批工件的，所以工件的定位需要保证一批工件加工位置的一致
