D180柴油机12孔攻丝机床及夹具设计【说明书+CAD】
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南京林业大学 本科毕业设计（论文） 题 目： 油机 12 孔攻丝机床及夹具设计 学 院： 机械电子工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 二 年 六 月 五 日 摘要 本课题题目为： 油机机体底面孔组合钻床及夹具设计。设计过程主要阐述了组合钻床的工作原理，设计过程，与通用机床和普通专用机床相比的优越性，并对其主轴箱和机床夹具进行设计和计算。本课题设计的基本任务是完成机械部分的设计，主要有被加工零件的工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、主轴箱装配图和机床夹具，以及重要零件的绘制。在设计过程中根据实际情况取得相关数据，参考有关资料，吸取前人的设计经验，并根据客观实际和掌握的现有知识进行改进。 主轴箱是组合机床的主要部件之一，按专业要求进行设计，由通用部件组成。其 主要作用是：根据被加工零件的加工要求安排各主轴位置，并将动力与运动由电机或动力部件传给各工作主轴，使之得到要求的转速和转向。 关键词：组合钻床，主轴箱，夹具 he of 180 8 it of on to of on s as as I in to s to is of s on to of to by or to it to 南京林业大学毕业设计说明书 第 1 页 共 55 页 前言 一 毕 业设计目的及意义： 一般的单一机床是适合小批量的生产工人多效率低，现在比较流行的数控机床虽然技术含量比较高，使得工人的劳动强度大大地降低，多个工序可以在一台机床上完成，但它也只适合小批量的生产。我现在研究的组合机床就是适合大批量大量生产，它加工 工序单一，操作简单，效率高。这正是我研究组合机床的必要性之所在。 此次设计的目的是使学生在通过了基础课 、 专业基础课和专业课的教学过程后进行一次大型的机械设备设计训练，促使学生综合运用所学专业知识进行机械设计；查阅各种有关资料 、 进行必要的调查研究和分析 ;熟悉组 合机床的组成部分及正确设计；通过组合机床的设计，熟练进行中等难度机械结构的设计，培养分析问题、解决问题的能力 ， 使学生在毕业后能尽快适应所担负的工程技术工作，为祖国多做贡献。 二毕业设计内容 此次设计的内容包括：组合机床“三图 一卡”设计；主轴箱设计；夹具设计；重要零件设计；编制设计说明书。 在设计中要完成以下工作： 1 绘制零件加工工序图 组合机床是专门用来完成某工件加工工序的专用设备。学生首先应熟悉和分析该零件的整个工艺过程，了解该零件在该工序前已加工完的内容和本工序的加工任务，确定在本工序中的定位基准和夹紧位 置，加工根据工序图的规定画法绘制工序图。 2 绘制加工示意图，估算生产率 在根据本工序加工要求选择好合适的刀具、切削用量，计算好切削扭矩、切削功率和轴向力后，即可选择合适的主轴型式和规格，以及刀具与主轴间的各联接件和刀具的导向件，确定工件的加工表面、刀具联接件与机床主轴间的相互关系，从而画出加工示意图。本设计中加工示意图可代刀具布置图，所以图示结构应尽量表示清楚。 根据工件加工表面尺寸和切削用量可计算出加工的基本时间，加上查表或估算的其他时间可计算工序时间定额、机床生产率和全年负荷率。 3 绘制机床联系尺寸图 南京林业大学毕业设计说明书 第 2 页 共 55 页 根据 加工示意图的内容计算刀具切削时的轴向力、切削扭矩 切削功率，确定进刀、退刀行程，再根据工序图所示加工零件时的实际需要可确定机床动力部件的型式和规格，再选择与之相配套的其他部件，即可绘制机床联系尺寸图。 机床联系尺寸图在本设计中代机床总图，图示机床各部件结构形状不可过于简化 应能表示出其结构特征。 在绘制机床联系尺寸图时，机床的某些专用部件尚未设计好（如主轴箱和夹具），所以只能预留其位置，应在这些部件完成设计后补上，若与机床联系尺寸图有矛盾，则应修改后者，以至能反映机床实况。 4 绘制专用部件图 组合机床机械部分 由通用部件和专用部件构成，通用部件只需选用，而专用部件需要专门设计，本设计中要求设计的专用部件是主轴箱和夹具部件。专用部件设计时应设想多种方案，然后分析比较它们的优缺点，最后选择一个最佳方案。 学生通过机床联系尺寸图和专用部件图的设计应能达到对整台机床及部件的结构原理比较熟悉，并有一定的装配和调整方面的知识。 5 绘制重要零件工作图 重要零件主要指作用重要、结构复杂、技术要求较多的零件，本设计中主要指夹具体或主轴箱箱体等铸件。我需要绘制主轴箱体补充加工图。它主要表明了主轴箱体在铸造出来以后为了满足装配而需要在 其上进行哪些加工。通过绘制重要零件，我对零件结构工艺性的改善及技术要求的标注方面的知识又有了进一步的提高。 我将在研究、设计过程中及时纪录的有关数据及资料进行最后的整理，编写成设计说明书。其内容包括毕业设计任务、各种方案示意图及比较分析，必要的计算和最终结论，设计工作完成的心得体会和建议等。 毕业设计工作量要求： 设计图纸 折合 0#图纸 4张以上 设计说明书 16开纸 30页以上， 用 文宋体小四号字 说明书格式： 括题目、摘要、关键字、字数 300 文翻译） 详细叙述涉及主要过程 （包括总体方案、各部分具体设计计算过程和设计结果） 南京林业大学毕业设计说明书 第 3 页 共 55 页 三毕业设计工作进度安排 本次毕业设计全过程从第一周到第 16周，共 16周。（ 2月 28日 6 月 19日） 首先了解任务书的内容和要求；其次找到设计过程中的所需的参考书，并掌握相关的知识；第三，参观工厂了解组合机床的具体结构以及其夹具的结构形式；第四，根据图纸画出“三图一卡”，经老师指导后 修改更正，直到没有问题，第五，完成毕业设计和论文，准备答辩。具体安排如下： 第 1 3周 开题报告，熟悉资料，准备绘图工具及图纸，并进行调查研究 第 4 6周 绘制工序图、加工示意图、机床联系尺寸图，计算生产率 第 7 10周 主轴箱部件图设计 第 11至 14 周上半周 夹具部件图设计，完善机床联系尺寸图 第 14周下半周至 15周 重要零件的零件工作图设计，并整理设计说明书 第 16周 编写设计说明书并准备答辩 四 毕业 设计总任务 1） 题目名称 油机机体 12 孔攻丝机床及夹具设计 2） 题目内容及要求： 完成设计一台攻丝机床。完成对柴油机机体 12 个孔攻丝。年生产纲领 5 万太以上。 加工对象： 油机机体。 12 个孔的具体要求见图纸。 3） 实验数据及要求： 零件加工工序图 1 张，加工示意图 1 张，机床联系尺寸图 1 张，主轴箱装配图 1张，夹具装配总图 1 张，夹具重要零件图 1 张。 第 1 章 组合机床总体设 计 南京林业大学毕业设计说明书 第 4 页 共 55 页 螺纹组合机床常用的通用部件及选用 用部件的选用原则 通用部件的选用是组合机床设计的主要内容之一 。 选用的方法是 :根据所需的功率、进给力、进给速度等要求 ,选用动力部件及其配套部件 。 选用原则是 : 1) 切削功率应满足加工所需的计算功率 (包括切削所需功率、空转功率、传动功率 )。 2) 进给部件应满足加工所需的最大计算进给力、工作行程和工作循环的要求 。 3) 动力箱与多主轴箱尺寸相适应和匹配 。 4) 应满足加工精度的要求 。 5) 尽可能按通用部件的配套关系选用有关的通用部件 。 螺纹组合机床常用的通用部件及其选用 动力滑台 动力滑台是由滑座滑鞍和驱动装置组成实现直线进给运动的动力部件 。 根据被加工零件即 油机箱体的工艺要求 :底面 12丝 ,孔深 16纹深14滑鞍上安装动力箱 ,动力箱带动主轴箱完成攻丝工序 。 动力滑台根据驱动和控制方式的不同可分为液压滑台机械滑台和数控滑台三种类型 。 根据需要选用液压动力滑台 ,型号为 1面宽 400 800程长 400台及滑座总高 320特点是 :采用双矩形导轨结构形 式 ,导向的长度大 ,导向性好 ； 滑座体为箱形框架结构 ,滑座底面中间增加了结合面 ,结构刚度高 ， 导轨寿命长 。 攻丝卡头及攻丝靠模装置 1. 攻丝卡头 南京林业大学毕业设计说明书 第 5 页 共 55 页 攻丝卡头用于连接丝锥和攻丝主轴 ,保证丝锥与被加工的螺纹底孔自动对中 ,并保证丝锥顺利地引进 ； 补偿丝锥每分钟引进量与攻 丝 主轴每分钟进给量之差值 。 2. 攻丝靠模装置 攻丝装置的进给运动直接由靠模螺杆靠模螺母得到 。 其优点是 :靠模经磨制可以得到较准确的螺距 ,而且靠模杆带动丝锥进给比较轻 ,其中攻丝接杆可以补偿靠模系统与丝锥自行引进的进给差 ,攻丝时可以得到较高的精度 。 (1) 通用的 攻丝靠模装置 这种攻丝靠模装置通常由攻丝靠模和攻丝卡头配合组成攻丝装置 。 这种装置易于调整 ,只要松开压板 ,便可方便的将丝锥取出 ,且在变动被加工螺孔时 ,易装卸调换 ， 只是整个结构轴向尺寸较大 。 (2) 通用的 丝靠模装置 这种攻丝靠模装置轴向尺寸较小 ,主要用于活动攻丝模板和钻攻复合模板 。 考虑以上因素 ,选用通用的 3. 攻丝靠模实现的方式 攻丝靠模实现的方式有两种 : (1) 把攻丝靠模直接装在主轴箱内 ,组成用于整台机床全部是攻丝工序 的攻丝装置 ,它的特点是刚性好 ,结构简单 ,但调整更换丝锥不方便 。 (2) 另一种是攻丝模板 ,将靠模装置装在模板上 ,模板用固定在主轴箱上的导杆导向 。 这种方法结构复杂 ,刚度亦差 。 考虑到以上因素 ,在设计中采用了前一种方法 。 主运动驱动装置 动力箱是将电机的动力传递给多主轴箱 ,它与多主轴箱配套使用 。 1表 5表 5 支承部件 组合机床的支承部件往往是通用和专用两部分的组合 。 本设计中卧式机床 的南京林业大学毕业设计说明书 第 6 页 共 55 页 床身是由通用的侧底座和专用的中间底座组合而成 ,此种结构的优点是加工和装配工艺性好 ,安装和运输较方便。 (1) 中间底座其顶面安装夹具 ,侧面与侧底座相连接 ,并通过端面定位销定位。 中间底座其结构尺寸需根据工件的大小形状等来确定 。 中间底座其一般按专用部件进行设计 ,但为了不致使组合机床的轮廓尺寸过分繁多 ,中间底座的主要尺寸应符合如下的国家标准规定： 中间底座长 中间底座宽 800 500 560 630 710 800 900 1000 _ _ 630 710 800 900 1000 1250 _ _ _ 710 800 900 1000 1250 _ _ _ 710 800 900 1000 注 :30优先采用值 ,可根据具体情况采用 560 10 1250可从优先数系 64中选用 。 因此根据组合机床的联系尺寸，选中间底座的长为 800，宽为 800，2)侧底座 (1列 ) 侧底座的长度应于滑台相适应 ， 选用 1的高度有 560630用 560度 600度 1350。 计算切削功率并选用动力箱 南京林业大学毕业设计说明书 第 7 页 共 55 页 中 T:主轴切削扭矩 ； D:螺纹大径 ,D=6p: 螺纹螺距 ,p=1 P: 主轴切削功率 ( v:切削速度 ( 按推荐 ,加工材料为铸铁时 v=4 8 已经取 v= 计算得 : T= P=(6)=w 此时 ,各主轴的转速按下面的公式计算 : 主轴n= 1000= 6 =300r/2根轴 的切削功率为 12P : 12P =P 12=12=轴箱所需要的功率 ,应等于切削功率空载消耗功率及与负载成正比的功率损失之和 ,即 : 主P= 切P+ 空P+损主轴箱总功率 ； 切P: 各主轴切削功率总和 ， 切P= 12P =w； 空P: 各轴空载消耗功率的总和 ， 根据 91可计算出 空P=w； 损P: 各轴损失功率的总和 ，损%，损P=w。 计算得 : 主P=w 在确定攻丝电机功率时 ,应考虑丝锥钝化的影响 , 南京林业大学毕业设计说明书 第 8 页 共 55 页 主P (=w 根据 15选用的动力箱型号为 1动机功率是 w,驱动轴转速是 480r/ 根据通用部件的配套关系选用与动力箱匹配的其他通用部件 参考 件名称 标准 名义尺寸 (320 400 液压滑台 力箱 底座 用 液压滑台 动力箱 侧底座 1 1 1京林业大学毕业设计说明书 第 9 页 共 55 页 第二章 组合机床的概述 合机床及其特点 组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它能够对一种或几种零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨 削及滚压等工序，生产效率高，加工精度稳定。 组合机床与通用机床、其他专用机床比较，具有以下特点： （ 1） 组合机床上的通用部件和标准部件约占全部机床零、部件总量的70因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。 （ 2） 由于组合机床可以采用多刀加工，并且自动化程度高，因而比通用机床生产效率高， 产品质量稳定，劳动强度低。 （ 3） 组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。 （ 4） 在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备 保证，对操作工人的技术水平要求不高。 （ 5） 当被加工产品更新时，采用其他类型的专用机床时，其大部分部件要报废。用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复使用，不必另行设计和制造。 （ 6） 组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。 合机床的工艺范围、加工精度及配置形式 组合机床可以完成的工艺有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削、刮平面、倒角、切槽及滚压等 。 而且现在随着综合自动化技术的不断南京林业大学毕业设计说明书 第 10 页 共 55 页 发展 ,其工艺范围也在不断的扩大 。 就设计的攻丝组合机床而言 ,若润滑条件良好 ,在铸铁件 上加工出的螺孔可以达到 2级精度 ,表面粗糙度达到 螺孔的位置精度由于攻丝时以工件底面为定位基准 ,加上其他误差的影响 ,一般可以达到 床精度较高时可以达到 合机床的设计步骤 订方案阶段 这是设计组合机床最重要的一步 。 工艺方案制定的正确与否 ,将决定机床能否达到 “ 体积小 ,重量轻 ,结构简单 ,使用方便 ,效率高 ,质量好 ” 的要求 。 为了使工艺方 案制定得合理 ,必须从认真分析被加工零件的图纸开始 ,深入现场全面了解被加工零件的结构特点 ,加工部位 ,尺寸精度 ,表面粗糙度和技术要求 ,定位夹紧方式 ,工艺方法和加工过程所采用的刀具 ,切削用量及生产率等要求 ,分析其优缺点 ,从而确定零件在机床上完成的工艺方法及内容 ,决定刀具的种类结构形式和数量及切削用量等 。 根据确定的工艺方案 ,确定机床的配置形式 ,并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案 。 在选定工艺方案并确定机床配置形式结构方案的基础上 ,进行方案 图纸的设计 。 术设计阶段 根据已经确定的工艺和结构方案 ,按照加工示意图和机床联系尺寸图等开展部件设计 ,绘制夹具主轴箱等的装配图 。 南京林业大学毕业设计说明书 第 11 页 共 55 页 作设计阶段 (1) 绘制所有专用零件图并绘制出润滑冷却管路系统图及机床总图 。 (2) 编制设计说明书 。 合机床的发展趋向 高通用部件的水平 提高通用部件的水平可以提高部件的精度和动静性能 ， 因而使被加工零件的精度明显提高 ,表面粗糙度减小 。 化装夹方案 在我所设计的攻丝组合机床上，为了降低 工人的劳动强 度、节省装夹工件的时间和保证定位的快速、可靠，我设计的夹具夹紧装置 有两根螺柱作为支撑，两根螺柱之间的距离大于零件的尺寸，零件的定位方案是以零件的 3 个面进行定位， 工人在装夹时 ， 就能从正面直接把零件装进夹具， 紧靠定位元件，然后夹紧，这样就使工人操作简单，提高 的工作效率。 南京林业大学毕业设计说明书 第 12 页 共 55 页 第 3 章 组合机床工艺方案及配置方式的确定 组合机床工艺方案的确定 艺基准面的分析 1. 箱体类零件工艺基准面的选择 箱体类零件工艺基准面的选择原则 ： 1) 选择的定位基准面应确保 工件稳定定位 ， 定位面应尽量大一些 。 同时 ,基准面的光洁度、平直性越好越有利于保证定位的精确程度 。 2)定位基准面的选择应考虑到夹紧的方便 ,夹具结构简单 。 3)应尽量采用设计基准面为工艺基准面 。 4)考虑装卸工件的方便 。 加工零件 油机箱体为箱体类零件 。 零件有精度高的孔系要加工 ， 既可以采用一面两孔的定位方法 ,也可以采用三个平面定位的方法 。 一面两孔的定位方式，对定位柱销的形状和位置精度有很高的要求，更重要的是在反复的装卸工件的过程中，柱销极易发生磨损，使得定位精度大大地降低。而在三面定位的定位 方式下，采用的是平面定位，定位面积比较大，在装卸工件的过程中，定位面发生的磨损相对于大面积的平面来说比较小，而且比较均匀。本设计采用了后面一种定位方法 。 综合考虑以上因素 ,决定 : 三面定位中 , 油机箱体零件图上俯视图前表面为主定位面 ,限制工件的三个自由度 ； 右表面为次定位面 ,限制工件两个自由度 ； 正视图顶平面限制工件一个自由度 。 2. 确定工件的夹压位置 确定工件的夹压位置时考虑到如下问题 : 南京林业大学毕业设计说明书 第 13 页 共 55 页 保证工件夹压后定位稳定 ， 并有足够的刚度 ， 夹压点的位置应夹压合力尽量落在定位平面 之内 ,力求接近定位平面的中心 。 力求使夹压部位靠近箱体的壁或筋 ,减少夹压后变形 。 工工艺的分析 组合机床上常用的攻螺纹方法 在组合机床上常用丝锥攻制螺纹 ,其特点是当丝锥攻入 12 丝之后 ,则丝锥会自行引进 ,主运动和进给运动之间的严格关系由丝锥自身保证 ,即自引法攻丝 。 丝S=n p 丝S: 丝锥每分钟自行引进量 ( n : 丝锥每分钟转数 ( p : 丝锥螺纹螺距 ,p=1了保证丝锥稳定可靠地攻入工件和不干扰丝锥的自行引进 ,要求主轴系统向前进给与丝锥的自行引进完全同步 。 即 丝 主轴系统的进给量 ( 。 实际上 ,无论哪一种攻螺纹主轴都难于达到这一点 。 因此 ,丝锥和主轴系统都不是刚性连接 ,而是在两着之间设有进给差的补偿环节 。 确定组合机床工艺方案时应注意的问题 1. 攻丝工序要尽量放在最后进行 。 因为攻丝通常都需要润滑 ,如果设在前面 ,润滑油液将粘附在工件上 ,而弄脏其他机床 ,而且加工时会冒烟 。 2. 孔间中心距离的限制 在确定组合机床加工工艺时 ,要考虑可以同时加工的最小孔间中心距 。 由于主南京林业大学毕业设计说明书 第 14 页 共 55 页 轴箱上的主轴结构的需要 ,以及保证必须的加工精度的需要和工作可靠性的要求 ,组合机床攻丝时对于通用的主轴箱 ,其主轴间的最小间距 是 现在 ,被加工的柴油机箱体上的螺纹孔中心的间距是 50 所以 ,能够满足孔间最小中心距离的要求 。 削用量的选择 1. 确定切削用量时应注意的问题 1). 切削用量的选择应尽可能达到合理地利用所用的刀具 ,充分发挥其性能 。 2). 在选择切削用量时 ,应注意产品批量的影响 。 在大批大量生产中 ,组合机床要求很高的生产效率 ,自然地切削用量就应该大一些 ， 本设计的组合机床就是这种情况 。 对于在铸铁件上加工螺纹 ,推荐的切削用量是 v=4 8 取 v= 合机床配置形式的选择 组合机床有大型和小型两种 ， 本设计的是大型组合机床 。 大型组合机床的配置形式有 :卧式单面组合机床、立式单工位组合机床、卧式双面组合机床、复合式双面组合机床、卧式多面组合机床、复合式多面组合机床等等 。 根据被加工零件的特点 ,选用卧式单工位组合机床就可以满足零件加工的需要 。 设计的组合机床夹具采用了固定式的结构 ， 这样 ,机床可以达到的加工精度高 。 南京林业大学毕业设计说明书 第 15 页 共 55 页 第 四 章 三图一卡的设计 组合 机床总体设计 组合机床总体设计 ,就是针对零件 ,在选定的工艺和结构方案的基础上 ,进行组合机床总体方案图样文件设计 。 其内容包括被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图以及生产率计算卡 。 被加工零件工序图 1. 被加工零件工序图的内容 被加工零件工序图是根据制订的工艺方案 ,表示所设计的机床上完成的工艺内容 ,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、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和本机床加工前余量的图样 。 其主要内容包括 : 1). 被加工零件的形状和主要轮廓尺寸 以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸 。 2). 本工序所选用的定位基准、夹压部位以及夹紧方向 。 3). 本工序加工表面的尺寸、精度表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求 。 4). 注明被加工零件的名称 、 编号、材料、硬度以及加工部位的余量 。 2. 按照规定绘制被加工零件工序图 绘制被加工零件工序图时按照了如下的规定 : 1) 绘制被加工零件工序图表达应该清晰明了 ,突出本工序内容 ,按照一定南京林业大学毕业设计说明书 第 16 页 共 55 页 的合适比例 ,绘制足够的视图以剖面 。 本加工工序加工部位用粗实线表示 ,其余 部位用细实线表示 。 2) 注意事项 : 本加工工序加工部位的位置尺寸应与定位基准发生直接关系 。 当本工序有特殊要求时必须注明 。 本设计中必须注明的特殊要求是 : 攻丝12- 4以 要加工的螺孔不是通孔 。 加工示意图 加工示意图是反映零件加工的工艺方案 ,表示了加工零件在机床上加工过程 ,刀具、辅具的布置情况以及工件、夹具刀具等机床各部件间的相对位置关系 ,机床的工作行程及工作循环等 。 其主要内容为 : (1) 反映机床的加工方法、加工条件及加工过程： 加工方法： 丝锥攻 制螺纹。 (2) 决定刀具类型、数量、结构、尺寸： 丝锥采用长柄机用丝锥，数量 12根。 (3) 决定主轴的结构类型 、 规格尺寸及外伸长度： 主轴采用前后支承均为推力球轴承和无内圈滚子轴承的攻丝主轴，外伸长度 120 取主轴直径 d=15算如下： 由 d=00=44100中可查取 B= M= 5100 44 又 W 333 6 7 南京林业大学毕业设计说明书 第 17 页 共 55 页 则 2 3 查得 45 钢的 =31 符合 (4) 选择标准的浮动卡头、导向装置、攻丝靠模装置 ,并决定它们的结构、参数及尺寸： 攻丝卡头采用通用的大型组合机床用攻丝卡头 1 卡头号： 1号；莫氏圆锥： 1号。 (5) 标明主轴、攻丝卡头、夹具与工件间的联系尺寸、配合及精度。 床联系尺寸图 绘制联系尺寸图，一般是在已画出被加工零件图、加工示意图，并初选动力部件及与其配套的通用部件之后进行的。对于机床的某些重要尺寸也应在画联系尺寸图之前的方案设计阶段初步确定，如机床的装料高度，主轴箱轮廓尺寸及夹具轮廓尺寸等。尤其对于加工精度要求较高，比较复杂的组合机床，往往需要预先画出夹具方案的详细草图，以确定其主要轮廓尺寸。所以，总体设计更确切地说是包括夹具方案草图在内的设计。 1） 组合机床夹具 是保证零件加工精度的重要专用部件。这里所要确定的夹具轮廓尺寸主要是指夹具底座的长宽高。这些尺寸的确定，除了首先必须考虑工件的轮廓尺寸、形状、具体结构外，还须考虑能够布置下保证加工要求的定位、限位、夹紧机构，导向系统，并要考虑夹具底座与机床其它部件连接、固定所需要的尺寸。对精加工机床，不应过分追求尺寸小，一定要确保夹具具有足够的刚性。初定夹具轮廓尺寸是 760 x 620 2） 的确定 装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。我国过去设计组南京林业大学毕业设计说明书 第 18 页 共 55 页 合机床的装料高度一般取 H=850 毫米。为提高通用部件及支承部件的刚度并考虑自动线设计时中间底座内要安装夹具输送、冷却排屑装置，新颁布的组合机床标准推荐装料高度 H=1060 毫米，与国际标准一致。现阶段，设计组合机床时，装料高度可视具体情况在 H=850 1060毫米间选择。 因为主轴箱最低主轴必须和工件最低孔同心。所以机床装料高度 H 按照如下的公式计算： 1H +5+ 2H +h =H +3 1H ： 侧底座高度。对于 1底座， 1H =560 5 ： 侧底座与滑台之间的调整垫片的厚度。 2H ： 滑台总高（ 滑台 12H =320 主轴箱体最低面与滑台顶面的间隙。 1h ： 最低主轴高度（毫米）。根据主轴箱总装配图， 1h =170 3H： 工件上最低孔到工件最低定位面的距离（毫米）。 由加工示意图可知，3H=20 所以， 560+5+320+70=H+20 解得： H= 本机床装料高度 H= 3） 中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面安装连接的需要。其长度方向尺寸要根据所选动力部件及其配套部件的位置关系，照顾各部件联系尺寸的合理性来确定。非常重要的是，一定要保证加工终了位置时，工件端面至主轴箱前端面的距离不小于加工示意图上要求的距离。同时，要考虑动力部件处于加工终了位置南京林业大学毕业设计说明书 第 19 页 共 55 页 时，主轴箱与夹具外轮廓间应有便于机床调整、维修的距离。为便于切削及冷却液回收，中间底座周边须有足 够宽度的沟槽。 初定出中间底座的长宽高尺寸后，应优先在通用部件标准中选用尺寸与之相近的标准中间底座以简化设计。但往往由于机床装料高度和夹具轮廓尺寸已先根据加工情况及车间工件运送滚道等具体条件定出，则造成中间底座不能选择通用件，而须参考类似中间底座专门设计。 4） 绘制机床联系尺寸图时，着重要确定的尺寸是主轴箱的宽度 B 和高度 H 及最低主轴高度。 图 3轴箱轮廓尺寸确定 主轴箱宽度 B、高度 H 的大小主要与被加工零件孔的 布置有关，可按下式确定： 1112 式中： b 工件在宽度方向相距最远的两孔距离（毫米）。已知 b=216 1b 最边缘主轴中心距箱外壁的距离（毫米）。 h 工件在高度方向相距最远的两孔距离（毫米）。已知 h=114 南京林业大学毕业设计说明书 第 20 页 共 55 页 1h 最低主轴高度（毫米）。 为保证主轴箱有排布齿轮的足够空间，推荐 1b 70 100 毫米。取1b =100 主轴箱最低主轴高度 考虑到与工件最低孔位置、机床装料高度、滑台滑座总高、侧底座高度、滑座与侧底座之间调整垫高度等尺寸之间的关系而确定。对于卧式机床， 1h 要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏外，一般取 1h 85 140毫米。取 1h = B=216+2 100=416 H=114+172+100=386 按照通用的主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱体的轮廓尺寸为 B H=500 500毫米。 5）联系尺寸图的绘制 以工件左端面为基准，根据前面已经确定的工件端面至主轴箱前端面的最小距离 382 毫米确定机床左面主轴箱前端面的轴向位置。再根据主轴箱最低主轴高度位置尺寸 172毫米及主轴箱轮廓尺寸长宽厚 =500 500 570毫米画出左主轴箱外廓。主轴箱以其后盖与动力箱定位连接，根据已选择的 1力箱的安装联系尺寸画出动力箱轮廓。 在机床长度方向上，通常动力箱后端面应与滑台后端面平齐安装。 液压滑台的右端面距离侧底座最右端为 80 滑座安装在液压滑台上。滑座的最右端至液压滑台的最右端的距离是 68是后备量。 为便于机床的调整和维修，滑座与侧底座之间需加 5毫米厚的调整垫。 床生产率计算卡 根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度、切削用量、 动力部件的快南京林业大学毕业设计说明书 第 21 页 共 55 页 进及工进速度等，就可计算机床的生产率及生产率计算卡，用以反应机床的加工过程，完成每一动作所需的时间，切削用量，机床生产率及机床负荷率。 动力部件的工作循环是指：加工时动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置又返回到原始位置的动作过程。一般包括快速引进、工作进给、工作退回、快速退回等动作。 有时还有中间停止、多次往复进给、跳跃进给、死档铁停留等特殊要求，这是根据具体的加工工艺需要确定的。 下面讨论工作行程长度的确定： （ 1） 攻进和攻退长度 攻进长度等于攻退长度。攻进长度应等于工件加工部位长度 L=14 与刀具切入长度 1l 和切出长度 入长度 1l 应根据工作端面的误差情况在 5米之间选择，选取误差大时取大值。设计中取 1l =8于 124的螺纹来说，因为不攻通，所以 （ 2） 快速 退回长度等于快速引进与工作进给长度之和 快速引进是指动力部件把主轴 箱连同刀具从原始位置送进到工件进给开始位置，其长度按加工具体情况确定。假如刀具刚性较好，且能够满足生产率的要求，那么，为使动力滑台的导轨在全长形成上均匀磨损，也可使快退行程长度加大。 (3) 动力部件总行程长度 动力部件的总行程除应保证要求的工作循环外，还要考虑装卸和调整刀具方便，即考虑前、后备量。 前备量是指因刀具磨损或补偿制造、安装误差，动力部件尚可向前调节的距离。后备量是指考虑刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中取出所需要的轴向距离。理想情况是保证刀具退离夹具导套外端面的距离大于接杆插入主轴孔内（或刀具插入接杆孔内）的长度。因此，动力部件的总行程为快退 行程长度与前后备量为选择标准动力滑台或设计专用动力部件的依据。 1） 理想生产率 Q（件 /小时） 指完成年生产纲领 A 所要求的机床生产率。任务书上要求完成年生产纲领 5万台以上。取 A=5 万台。理想生产率与全年工时总数 K 有关。采用单班制生产，南京林业大学毕业设计说明书 第 22 页 共 55 页 取 K=1750小时。 175050000= /小时 2） 实际生产率 1Q 指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。 单01 （件 /小时） 式中：单T 生产一个零件所需的时间（分） ）（）（装卸移快退快进停辅切单 2121其中： 21, 分别为刀具第，第工作进给行程长度（毫米）。根据加工示意图， 21 =切入长度 +攻丝长度 =8+14=22 21, ff 分别为丝锥第、第工作进给量（毫米 /分）。根据加工示意图21 ff =04mm/t 当加工沉孔、止口、倒角、光整表面时，动力滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转 5 10 转所需时间（分）。现在，对于攻丝而言，丝锥在完成攻 丝后要立即反转。故停t=0。 快退快进 ， 分别为动力部件快进，快退行程长度（毫米）。根据机床联系尺寸图，快退快进 =280 动力部件快速行程速度。采用机械动力部件取 5 6 米 /分；液压动力部件取 3 10米 /分。对于液压滑台，取米 /分 。 移t 直线移动或回转工作台进行一次工位转换的时间，一般取 南京林业大学毕业设计说明书 第 23 页 共 55 页 装卸t 工件装卸时间，它取决于工件重量、装卸是否方便及工人的熟练程度。一般取 取装卸t=。 所以， ）（）（单 T =01 Q= 计算出的机床实际生产率满足理想生产率要求，即 1 ，说明选择的切削用量、机床设计方案是合理的。 3） 机床负荷率负当 时，计算负荷率 ： 1=床生产率计算卡见下页： 4） 被加工零件 图号 毛坯种类 铸件 名称 油机箱体 毛坯重量 40料 度： 25 工序名称 攻 螺纹孔 12 14 工序号 序号 工步名称 被加工零件数 加工直径 加工长度 工作行程 切削速度 每分钟转速（ r） 每转进给量 每分钟进给量 工 时 机动时间 辅助时间 共计 1 装入工件 1 2 工件定位 3 动力部件快进 120 4 动力部件2 22 04 1 304 南京林业大学毕业设计说明书 第 24 页 共 55 页 攻进 5 死挡铁停留 6 动力部件攻退 22 04 1 304 6 动力部件快退 120 7 松开工件 8 卸下工件 备注 本机床装卸工件时间取为 单件总工时 床实际生产率 /小时 机床理想生产率 /小时 负荷率负京林业大学毕业设计说明书 第 25 页 共 55 页 第 5 章 组合机床夹具设计 合机床夹具概述 夹具是组合机床的重要组成部件 ,是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的 。 组合机床夹具看起来和一般夹具的作用很相近 ,但其结构和设计要求却有很显著甚至是根本的区别 。 组合机床夹具的结构和性能 ,对组合机床配置方案的选择 ,有很大的影响 。 一般的机床夹具是作为机床的辅助结构设计的 ,而组合机床的夹具是组合机床的 主要组成部分 ,其设计工作是整个组合机床设计的重要部分之一 。 组合机床夹具和机床的其他部件有极其密切的联系 。 组合机床夹具是保证加工精度的关键部件 ,其设计制造和调整都有严格的要求 。 组合机床夹具应便于实现定位和夹压的自动化 ,并有动作完成的检查信号 ,保证切屑从加工空间自动排除 ,便于观察和检查 。 按结构特点 ,组合机床夹具分为单工位和多工位夹具两大类 。 本设计完成的是单工位夹具的设计 。 南京林业大学毕业设计说明书 第 26 页 共 55 页 合机床夹具的总体设计 合机床夹具的设计步骤 (1) 认真研究分析所要设计的夹具的原始数据和要求 ,被 加工零件的特点 ,工艺安排和加工方法 ,机床特点等 。 此外 ,还要考虑装卸方式夹压方法 、 有无冷却液以及切屑排除等具体要求 。 (2) 拟订夹具结构方案和进行必要的计算 根据机床设计中确定的工件定位基面、夹压位置、加工方法等 ,制定夹具的总体方案 。 首先绘制工件的外形 ,然后在工件四周的相应位置上表示出夹具的结构 。 最后进行夹压力计算和必要的强度计算 。 为了提高质量和缩短设计制造周期 ,在拟订夹具结构方案时 ,尽量采用了通用的部件和零件 。 (3) 组合机床夹具的总图和零件设计 在已确定的夹 具结构方案基础上 ,设计夹具总图和零件图 。 按本组合机床夹具设计的主要功能 ,其结构分为两大部分 ,即定位支撑结构和夹紧结构 。 合机床夹具结构方案的制定 一、定位方式的选择 采用三面定位 。 主定位面为底面，因为它还要承受工件的重量，所以接触面积要大些。该面采用了三条定位支承板，消除了工件的三个自由度，选择的定位支承板应尽可能狭而长，同时应有足够的刚度。为了使所有定位平面能保持在同一平面内，在装配后，应经过一次磨平。它用 3个螺钉固定在夹具体上 ,螺钉的规格是 :40。 支承板规格是 : 支承板 材料 : 热处理后硬度是 5560 次定位面选在夹具的右部。该面采用了支承板 ,采 用 3个 40 的螺钉固定在夹具体上 ， 它的主要作用是作工件推入夹具体时导向用。它消除了工件的两个自由度。其规格是 : 南京林业大学毕业设计说明书 第 27 页 共 55 页 支承板 160 材料 :热处理后硬度是 5560 定位支承板和支承块紧固在夹具本体的铸造凸台上。这样可以减少夹具本体的加工面积 ,减少加工时间。 考虑到工件装卸的方便，最后一个定位面选择在夹具体的后壁上。采用支撑钉，它消除了工件的一个自由度。 支撑钉 材料： 处理：渗碳深度 火 60 64 二、 夹紧机构的选择及设计 （ 1）、进行夹紧机构设计时应遵循如下的诸要求： 1） 必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位 2） 工件和夹具的变形必须在允许的范围内 3） 夹紧机构必须可靠 4） 夹紧机构操作 必须安全 、 省力 、 方便 、 迅速 ， 符合工人操作习惯。 （ 2）、夹紧动力 夹紧动力可以来自于机械机构、或者液压缸或者气压缸等。 机械机构的优点是夹紧可靠；但其需要人工操作，费时费力，不利于提高生产效率，因此不能用于大批大量的生产。 气压夹紧的优点是夹紧动作迅速，但是其体积庞大，不便于减小夹具的体积。 液压夹紧的优点是夹紧动作迅速，夹紧力大，夹紧可靠，有利于提高生产效率。而且液压缸体积小，易于减小夹具的体积。 综合以上因素，设计中采用了液压夹紧。 （ 3）、攻丝时工件所受力分析 攻丝时 ,工件在丝锥的轴向方向 上所受的轴向力很小 ,一般的情况下可以南京林业大学毕业设计说明书 第 28 页 共 55 页 忽略不计 。 在丝锥圆周的切线方向上受扭转力矩 ,使得工件有发生倾倒的趋势 ， 夹具的夹紧力主要是平衡工件所受的倾覆力矩 。 （ 4）、必要的夹紧力计算和液压缸的选用。 1）摩擦系数 各种不同接触表面间的摩擦系数是不同的。 对于支承板安装后又磨平，工件接触表面为加工过的表面的情况，查手册得推荐值： f=取 f= 2）安全系数 K=543210 本安全系数。一般取 1K ：加工状态吸系数。粗加工取 1K = 2K ： 刀具钝化系数。一般取 2K = 3K：切削特点 系数。断续切削取3K=K ：夹紧力稳定系数。手动夹紧取 4K =动夹紧取 4K = 5K：仅在有力矩企图使工件回转时才应考虑支承面接触情况。若工件安装在支承板上，取5K= K=543210 . 必要的夹紧力计算 必要F=K f W W：工件的重力。工件质量约是 40。 W=400N。 南京林业大学毕业设计说明书 第 29 页 共 55 页 必要F=400= 3 液压缸的选用 选用了通用的 前法兰式液压缸，行程 30径 D=65装螺钉是 645。油液工 作压力 25 / 2有效的工作压力是 20 / 2 因此， 前法兰式液压缸能提供的有效的压力是 缸F= 10204 2 D=663325N 大于必要F。说明选用合理。该压力足以克服工件被加工时所受的倾覆力矩，保证加工过
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