机械毕业设计（论文）-ZS175柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计【全套图纸】

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 目 录 1 前言 .1 2 组合机床总体设计 .3 2.1 总体方案论证 3 2.1.1 工艺路线的确立 .3 2.1.2 机床配置型式的选择 .3 2.1.3 定位基准的选择 .4 2.1.4 滑台型式的选择 .4 2.2 切削用量的确定及刀具选择 4 2.2.1 选择切削用量 .4 2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率的计算 6 2.3 组合机床总体设计三图一卡 8 2.3.1 被加工零件工序图 .8 2.3.2 加工示意图 .8 2.3.3 机床尺寸联系总图 12 2.3.4 机床生产率计算卡 .14 3 夹具设计 .17 3.1 概述 17 3.1.1 零件的工艺性分析 .17 3.1.2 夹具设计的基本要求 .17 3.1.3 夹具总体结构构思 .18 3.2 定位方案的确定 18 3.2.1 定位方案论证 .18 3.2.2 定位基准的选择 .18 3.3 误差分析 19 3.3.1 影响加工精度的因素 .19 3.3.2 保证加工精度的条件 .20 3.4.1 夹紧装置的确定 21 3.4.2 夹紧力的确定 22 3.4.3 夹紧液压缸的选择 23 3.5 导向装置的选择 24 3.5.1 钻套型式的选择和设计 24 3.5.2 钻模板的类型和设计 .25 3.6 夹具体的确定 25 4 结论 .27 参考文献 .28 致 谢 .29 附 录 .30 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 1 ZS175ZS175柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 摘摘 要：要：柴油机机体是大批量生产的零件，为了提高加工精度和生产效率，需要设 计一种组合机床来改善柴油机机体的加工情况。 本课题设计了一台用于ZS175柴油机机体三面钻孔的组合机床。全文共有两部 分，组合机床的总体设计和夹具设计。首先是总体设计，采用单工位三面钻孔组合 机床，其中有加工对象工艺性的分析，机床总体布局的确定，定位基准的选择，滑 台型式的选择，切削用量和刀具的选择，机床的总体设计。其次是夹具设计，通过 对被加工零件的全面分析，在夹具设计过程中，采用后面、左面、下面三面定位, 左面和后面用定位销定位，下面用定位条定位。上面用液压缸夹紧,右面用液压缸 辅助夹紧；夹具体为框架式结构，有良好的刚性，使夹具能长期保持可靠的精度和 稳定性。 该组合机床不仅能保证加工精度，还能提高加工效率。整个机床布局合理，夹 紧可靠，精度较高，使用操作方便，提高了工作效率，达到了设计要求。 关键词：关键词：组合机床；夹具；钻削 全套图纸，加 153893706 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 2 The General and Jig Design of The Modular Machine Tool for the three-side drilling on the ZS175 diesel engine body Abstract: The engine body of diesel is made for large mass production, a modular machine tool is designed to improve the accuracy and efficiency of diesel production. The topic is produced for designing a combined machine-tool to be used with three- side drilling holes on the ZS175 diesel engine body. The design was introduced of the general and jig of the combined machine-tool and the topic consists of two parts. The first part is general design, adopting the combined machine-tool with single location three-face drilling holes, processing of analysis of the object, the overall layout of the machine determined that the choice of location base, the choice of slider type, the choice of the amount of tools and cutting to complete the general design. The second part is the jig design, having analyzing the workpiece, In the design process of jig, the work piece has been located by three surfacesbehind, left and underside. A pin has been used on the behind and left. Orientation bars have been used on the underside. Using hydraulic cylinder to clamp the above and the right side; the jig-body utilize the frame structure, possess fine rigidity, causes the jig to maintain good long-term precision. This combined machine-tool can ensure the precision and enhance processing efficiency. The laying out of the machine-tool is reasonable and the location of work piece is reliably. Whats more , the accuracy is high and operation is easy, which can enhance 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 3 the working efficiency and meet with the design requirement well. Key words：Modular machine tool; Jig; drilling. 1 前言前言 组合机床以其独特的优点在机械设计中占有重要的地位，是根据工件加工需要， 以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效的专用机床。组合机床 一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方法，生产效率比通用机 床高几倍至几十倍。由于通用部件已标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩 短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生 产中得到广泛应用，并可用来组成自动生产线。组合机床及其自动线是集机电于一 体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经 济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。在 当今的发展趋势中，一台组合机床如果不能完成全部的工艺过程，这时往往把几台 机床布置流水线，大大缩短了加工时间。我国传统的组合机床及组合机床自动线主 要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体 类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额)，完成钻孔、 扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣 削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单 面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等;随 着技术的不断进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐， 它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序 控制器、数字控制等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种 加工的可调可变的组合机床。 组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组 合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面，加强数控技术的 应用，提高组合机床产品数控化率;另一方面，进一步发展新型部件，尤其是多坐 标部件，使其模块化、柔性化，适应可调可变、多品种加工的市场需求。组合机床 行业的产品技术现状与激烈竞争的市场以及与用户需求之间的差距是比较大的， 在市场经济的新形势下，切实解决存在的薄弱环节，完善售后服务体系，以求得行 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 4 业企业的大发展，前景是美的。目前，组合机床经常出现在工艺方案中1。 国内组合机床近几年取得了长足的进步，但是与发达国家相比，在产业结构、 产品水平、开发能力、产业规模、制造技术水平、劳动生产率、国内外市场占有率 等诸多方面尚存在不少差距。在组合机床方面，总体水平不高，国际竞争力不强， 不能充分满足国内建设需要，关键技术过分依赖国外，自主发展能力薄弱，高技能 人才的比较优势有弱化的危险，产品质量不稳定，用户服务水平差距较大。 目前，我国设计制造的组合机床，其通用部件和标准件约占部件总数的7080%， 其它2030%是专用零部件。考虑到近年来，各种通用件和标准件都出台了新的标 准及标注方法，为了方便以后组合机床的维修，我们整个组合机床设计中尽量采用 新标准的通用件和标准件配置。本次设计组合机床的目的就是用来提高其生产效率 和加工精度。 本课题是 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床设计，来源于江淮动力集团。本 次设计分总体设计、夹具设计、左主轴箱设计、后主轴箱设计以及右主轴箱设计三 部分。我主要负责夹具部分的设计，总体设计由我和另外三位同学共同完成。通过 阅读刘文剑2、杨黎明3以及许爱玲4有关夹具方面的材料，发现夹具设计是组合 机床设计中的重要组成部分，是按照某一道工序的加工要求，把一些事先制造好的 标准件和部件进行组装而成的夹具，夹具通常由使用单位根据要求自行设计和制造， 适用于产品固定且批量较大的生产中。其设计过程主要包括：对机床总体设计方案 的论证、定位夹紧方案的论证、定位误差分析、夹紧力的计算、夹紧缸的选用。本 组合机床夹具属于专用夹具，其定位装置、夹紧装置、夹具体、导向装置和其它一 些元件，均为自行设计、加工。在设计中，尽量考虑使用标准件和通用件，来缩短 设计周期，减少机床后续改造的零件报废率，提高经济效益。所以我在设计中参考 了组合机床设计参考图册5以及赵志修6、徐锦康7、鲁屏宇8等人的书籍。 本说明书以设计卧式三面钻削组合机床为主线，阐述了刀具的选择和夹具设计 的过程。在第2章中着重介绍了组合机床的总体设计。在总体设计中，首先是被加 工零件的工艺分析，然后是总体方案的论证，在比较了许多方案之后，结合本道工 序加工的特点最终选择卧式的机床配置型式。再结合本道工序的特点选择刀具。根 据选择的切削用量，计算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再确定刀具的大 小和型式。在确定这些设计计算后，然后是绘制组合机床的“三图一卡”被加工 零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡。在第3章中，主要介 绍了夹具的设计。夹具设计是组合机床设计中的一个重要的组成部分。夹具设计时， 首先确定工件的定位方案，然后选择夹紧方案，估算夹紧力大小，选择夹紧液压缸 的型号，最终完成夹具的零部件设计。最后根据计算结果绘制夹具装配图和主要的 零件图。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 5 2 组合机床总体设计组合机床总体设计 2.1 总体方案论证 2.1.12.1.1 工艺路线的确立工艺路线的确立 A.本机床被加工零件特点 该加工零件为柴油机机体。材料HT250，其硬度为HB190240，在本工序之前 各主要表面、主要孔已加工完毕。 B.本机床被加工零件的加工工序及加工精度 本道工序：钻左面、右、后三面的孔，由本设备“气缸体三面钻削组合机床” 完成，因此，本设备的主要功能是完成柴油机机体左、右、后三个面上15个孔的加 工。具体加工内容及加工精度是： a) 左面 5 个孔：钻削 36、8、4 的孔，表面粗糙度 12.5，各孔位置 度公差为 0.02mm。 b) 右面 5 个孔：钻削 44、3 的孔，表面粗糙度 12.5，各孔位置度公差 为 0.02mm。 c)后面 5 个孔：钻削 34、210 孔，表面粗糙度 12.5，各孔位置度公 差为 0.02mm。 2.1.22.1.2 机床配置型式的选择机床配置型式的选择 根据选定的工艺方案确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布局和技术性 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 6 能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件的精度、技术要 求及生产率，又要考虑机床操作方便可靠，易于维修，且润滑、冷却、排屑情况良 好。对同一个零件的加工，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后 决定采取哪种方案时，绝不能草率，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进 行多种方案的对比，从中选择最佳方案。 各种形式的单工位组合机床，具有固定式夹具，通常可安装一个工件，特别适 用于大、中型箱体类零件的加工。根据配置动力部件的型式和数量，这种机床可分 为单面、多面复合式。利用多轴箱同时从几个方面对工件进行加工。但其机动时间 不能与辅助时间重合，因而生产率比多工位机床低。 组合机床有大型和小型两种，大、小型组合机床，虽有共性，但又都有其特殊 性。无论是适用范围、配置型式，通用部件和驱动方式各有特点。大型组合机床的 配置型式，主要有单工位组合机床和多工位组合机床两大类。 单工位组合机床通常是用于加工一个或两个工件，特别适用于大中型箱体件的 加工。据配置动力部件的数量，这类机床可以从单面或同时从几个面对工件进行加 工。毕业实习时，我看到的柴油机机体加工在卧式单面组合机床上进行，我任务中 的被加工零件与其加工零件较相似，于是我认真分析了被加工零件的结构特点、加 工要求、生产率和工艺过程方案等，又由组合机床的特点及适应性，确定设计的组 合机床的配置型式为单工位卧式三面钻组合机床。 2.1.32.1.3 定位基准的选择定位基准的选择 箱体零件的定位方案一般有两种， “一面两销”和“三平面”定位方法。 A. “一面两销”的定位方法的特点是： a)可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。 b)有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上 孔的位置精度。 c)“一面两销”可作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件整 个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证零件的加 工精度。同时，使机床各个工序的许多部件实现通用化，有利于缩短设计、制造周 期，降低成本。 d)易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切削落于定位基面上。 B. “三平面”定位方法的特点是： a)可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。 b)有同时加工零件两个表面的可能，能高度集中工序。 在选择定位基准时，应尽量选择设计基准作为定位基准，即遵循基准统一原则。 通过对零件的分析，最后选择柴油机机体的底面作为定位的基准面，这样就有利于 保证了被加工孔相互间的位置精度。柴油机机体要很好的固定在机床上，就必须限 制六个自由度，这样才可以保持加工精度。根据切削力的方向和夹具夹紧力的方向， 选择柴油机机体的底面确立一个平面来限制 3 个自由度，侧面定位限制 2 个自由度， 端面定位限制 1 个自由度，这样就更能保证工件的加工精度。在本次设计中我们采 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 7 用的就是“三平面”定位。 2.1.42.1.4 滑台型式的选择滑台型式的选择 本组合机床采用的是液压滑台。机械滑台没有液压驱动的管路、泄露、噪声和 液压占地的问题，但只能有级变速，变速比较麻烦，没有可靠的过载保护。与机械 滑台相比较，液压滑台具有如下优点：在相当大的范围内进给量可以无级调速；可 以获得较大的进给力；由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长；工艺上要求多次 进给时，通过液压换向阀，很容易实现；过载保护简单可靠；由行程调速阀来控制 滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。但采用液压滑台也有其弊端，如：进 给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定；液压系统漏油影响工作环境，浪费 能源；调整维修比较麻烦。本课题的加工对象是 ZS175 柴油机机体左、右、后三个 面上的 15 个孔，为了提高加工效率，故采用液压滑台。 2.2 切削用量的确定及刀具选择 2.2.12.2.1 选择切削用量选择切削用量 对于15个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从文献9P.130表6-11中选取。 由于钻孔的切削用量还与钻孔深度有关，随孔深的增加而逐渐递减，其递减值按文 献9P.131表6-12选取。降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避免钻头折 段。钻孔深度较大时，由于冷却排屑条件都较差，是刀具寿命有所降低。降低切削 速度主要是为了提高刀具寿命，并使加工较深孔时钻头的寿命与加工其他浅孔时钻 头的寿命比较接近。 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 的布局形式及正常工作均有很大影响。组合机床多轴箱上所以的刀具共用一个进给 系统，通常为标准动力滑台。查文献9得硬度HB190-240时，高速钢钻头的切削用 量如表2-1： 表 2-1 高速钢钻头切削用量 加工材料加工直径 （mm） 1 d 切削速度 (m/min)v 进给量 (mm/r)f 200241HBS 160.050.1 铸铁 612 1018 0.10.18 A.对左面 5 个孔的切削用量选择： a)钻孔 1、2、3：6 孔，h=10mm 查上表高速钻头切削用量得： 由 d=1-6,硬度大于 200-241HBS，选择 v=1018m/min,f0.050.1mm/r,取定 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 8 v=10.48m/min,f=0.1mm/r, 则由文献9的公式， （2- d v n 1000 1） 得： n=100010.48/(6)525r/min b)钻孔 4：8 孔，h=12mm 查上表高速钻头切削用量得： 由 d6-12,硬度大于 200-241HBS，选择 v=1018m/min,f0.10.18mm/r,取 定 v=13.188m/min,f=0.1mm/r, 得： n=100013.188/(8)525r/min c)钻孔 5：4 孔，h=8mm 查上表高速钻头切削用量得： 由 d=1-6,硬度大于 200-241HBS，选择 v=1018m/min,f0.050.1mm/r,取定 v=10.26m/min,f=0.058mm/r, 得： n=100010.26/(4)900r/min B.对右侧面上 5 个孔的切削用量的选择： a)钻孔 6、7、8、9：4 孔，h=8mm 查上表高速钻头切削用量得： 由 d=1-6,硬度大于 200-241HBS，选择 v=1018m/min,f0.050.1mm/r,取定 v=14.821m/min,f=0.08mm/r, 得： n=100014.821/(4)1180r/min b)钻孔 10：3 孔，h=8mm 查上表高速钻头切削用量得： 由 d=1-6,硬度大于 200-241HBS，选择 v=1018m/min,f0.050.1mm/r,取定 v=10.136m/min,f=0.088mm/r, 得： n=100010.136/(3)1076r/min C.对后面上 5 个孔的切削用量的选择 a)钻孔 11、12：4 孔，h=8mm 查上表高速钻头切削用量得： 由 d=1-6,硬度大于 200-241HBS，选择 v=1018m/min,f0.050.1mm/r,取定 v=11.304m/min,f=0.084mm/r, 得： n=100011.304/(4)900r/min b)钻孔 13、14、15：10 孔，h=12mm 查上表高速钻头切削用量得： 由 d6-12,硬度大于 200-241HBS，选择 v=1018m/min,f0.10.18mm/r,取 定 v=16.956m/min,f=0.140mm/r, 得： n=100016.956/(10)540r/min 2.2.22.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率切削力、切削扭矩及切削功率的计算的计算 根据文献9表 6-20 中公式计算钻孔 （2- 6 . 08 . 0 26HBDfF 2） 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 9 （2- 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT 3） （2- D Tv P 9740 4） 式中， F -切削力（N） ；T-切削转矩（N） ；P-切削功率（Kw） ；v-切 削速度（m/min） ；f-进给量（mm/r） ；-切削深度（mm） ； D-加工（或钻头） p a 直径（mm） ； HBS-布氏硬度，取 HBS=225。 由以上公式可得： A.左面 a) 钻孔 1、2、3：6 孔，h=10mm =634N 6 . 08 . 0 26HBDfF 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT 1.90.80.6 10 60.12251435.319Nmm D Tv P 9740 1435.319 10.48 97406 0.073KW b) 钻孔 4：8 孔，h=12mm = = 6 . 08 . 0 26HBDfF 0.80.6 26 8 0.1225 992.02N 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT 1.90.80.6 10 80.12251025.71Nmm D Tv P 9740 1025.71 12.56 97408 0.127KW c)钻孔 5：4 孔，h=8mm 6 . 08 . 0 26HBDfF = = 0.80.6 26 4 0058225 496.014N 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT 1.90.80.6 10 40.058225664.316Nmm D Tv P 9740 664.316 10.26 97404 0.034KW B.右面： a)钻孔 6，7，8，9： 4 孔，h=8mm 0.80.6 26338.32FDfHBN 1.90.80.6 10510.00TDfHBNmm D Tv P 9740 0.062kW b)钻孔 10： 3 孔，h=8mm ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 10 0.80.6 26314.10FDfHBN 1.90.80.6 10317.76TDfHBNmm 0.035 9740 Tv PkW D C.后面： a)钻孔 11、12、13： 4 孔，h=8mm N HB fDF63.369 2250.084 42626 6 . 08 . 06 . 0 8 . 0 mmN HB f D T05.495 225084. 04 1010 6 . 08 . 09 . 16 . 0 8 . 0 9 . 1 W D Tv Pk046 . 0 9740 b)钻孔 14、15： 10 孔，h=12mm N HB fDF55.1390 22514 . 0 102626 6 . 08 . 06 . 0 8 . 0 mmN HB f D T27.4248 22514 . 0 10 1010 6 . 08 . 09 . 16 . 0 8 . 0 9 . 1 kW D Tv P235 . 0 9740 2.3 组合机床总体设计三图一卡 2.3.12.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图 被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床上完成的工 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、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情 况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的重要依据，也是制造、使用、 调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件的基础上，突 出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括： a)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。当需要设置中间导向时，则应把设置中间导向临近的工件内部肋、壁布置 及有关结构形状和尺寸表示清楚，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。 b)本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。以便据此进行夹具的支承、 定位、夹紧和导向等机构设计。 c)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。 d)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。 为使本加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时制定；应按一 定的比例，绘制足够的试图以及剖面 ；本工序加工部位用粗实线表示，长方形方 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 11 框表示保证加工部位尺寸及位置尺寸，定位基准符号“” 。被加工零件工序图如 图 2-1。 2.3.22.3.2 加工示意图加工示意图 加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的。是表达工 艺方案具体内容的机床工艺方案图。零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出 来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及 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。 加工示意图见附录。 A. 刀具的选择 在编制加工示意图的过程中，首先是对刀具进行选择。一台机床刀具的选择是 否合理，直接影响到机床的加工精度、生产率和工作情况。因而正确选择刀具是一 个相当重要的工作。刀具的选择要考虑到工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的 排除及生产率要求等因素。钻孔刀具其直径应与加工终了时刀具螺纹螺旋槽后端和 导向套外端有一定的距离。 a.刀具直径的选择 刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。根据工艺要求及加工精度的 要求，孔8选择刀具8h8锥柄麻花钻；孔6选择刀具6h8锥柄麻花钻。 b.刀具耐用度的计算 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 12 图 2-1 被加工零件工序图 确定刀具耐用度，用以验证选用量或刀具是否合理，刀具的耐用度至少大于4 个小时。 （2- 8 3 . 155 . 0 25 . 0 9600 HBvf D T 5） 式中： 刀具耐用度，单位 min；T 钻头直径，单位 mm；D 切削速度，单位 m/min；v 每转进给量，单位 mm/r；f 布氏硬度。HB 选择6mm的钻头进行计算： ， 0.25 8 0.551.3 9600 6 ()164394.6min 10.48 0.1223.33 T 根据计算，所得刀具耐用度满足要求。 B. 确定主轴、尺寸、外伸尺寸 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 13 在该课题中，主轴用于钻孔，选用滚珠轴承主轴。又因为浮动卡头与刀具刚性 连接，所以本课题中的主轴均为滚珠轴承长主轴。 根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩T，由文献9P43公式 (2-6) 4 6.2 10dT 式中，d轴的直径（） ；T轴所传递的转矩（Nm） ； B系数，本课题中主轴为非刚性主轴，取 B=6.2。 由公式可得： 左主轴箱 轴 1-5 取 d=15 右主轴箱 轴 6-10 取 d=15 后主轴箱 轴 11-13 取 d=15 轴 14-15 取 d=20 根据主轴类型及初定的主轴轴径，文献9表 3-6 可得到主轴外伸尺寸及接杆莫 氏圆锥号： 滚珠长主轴轴径 d=15时，主轴外伸尺寸为：D/d1=25/16,L=85；接杆莫氏 圆锥号为 1。 滚珠长主轴轴径 d=20时，主轴外伸尺寸为：D/d1=32/20,L=115；接杆莫氏 圆锥号为 2。 C.导向结构的选择 组合机床钻孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导 向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提 高刀具系统的支承刚性。 本课题中加工15个孔时，由于是大批大量生产，考虑到当导套磨损时，便于更 换，避免使整个钻模板报废，以节约成本，所以导向装置选用可换导套。 对于加工10孔，选择的导套尺寸为：D=18mm，D1=26mm， D2=30 mm，L=16mm， 对于加工8孔， 选择的导套尺寸为：D=15mm，D1=22mm，D2=26mm，L=16mm。 对于加工6孔， 选择的导套尺寸为：D=12mm，D1=18mm，D2=22mm，L=12mm。 对于加工4孔， 选择的导套尺寸为：D=10mm，D1=15mm，D2=18mm，L=12mm。 对于加工3孔， 选择的导套尺寸为：D=8mm， D1=12mm，D2=15mm，L=8mm。 D. 动力部件工作循环及行程的确定 a. 工作进给长度的确定 L工 工作进给长度，应等于加工部位长度（多轴加工时按最长孔计算）与刀具 L工 切入长度和切出长度之和。 即： 1 L 2 L (2-7) 12 LLLL 工 式中切入长度一般为 510，根据工件端面的误差情况确定。 1 L 查9 P46 表 3-7 切出长度的确定得钻孔时 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 14 (2-8) 2 1 (38 3 Ld） 计算。式中，d 为钻头直径。 三个面上钻孔时的工作进给长度见下表： 表 2-2 工作进给长度表 L1 L d2 L 工 L 右主轴箱 894825 左主轴箱 12881030 后主轴箱 128101030 b.快速进给长度的确定 快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置。初步选定左、右、后主轴箱 上刀具的快速进给长度分别为210mm，215mm，210mm。 c.快速退回长度的确定 快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和。左、右、后主轴箱上刀具的 快速进给长度分别为240mm，240mm，240mm。 d.动力部件总行程的确定 动力部件总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程外，还要考虑因刀具 磨损或补偿制造、安装误差，动力部件能够向前调节的距离（即前备量）和刀具装 卸以及刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中拿出时，动力部件需要后退的 距离（刀具退离夹具导套外端面的距离应大于接杆插入主轴孔内或刀具插入接杆孔 的长度，即后备量） 。因此，动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。三面 的前备量取40mm，后备量取80mm，则总行程为360mm。图2-2为被加工零件的加工示 意图。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 15 图 2-2 加工示意图 2.3.32.3.3 机床尺寸联系总图机床尺寸联系总图 机床联系尺寸图是用来表示机床的配置型式、主要构成及各部件安装位置、相 互联系、运动关系和操作方位的总体布局。用以检验各部件相对位置及尺寸联系是 否满足加工要求和通用部件选择是否合适；它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供 重要依据；它可以看成是简化的机床总图。 A.选择动力部件 a)动力箱型号的选择 由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和，根据文献9公式 切削 P47P (2-9) 主主 主主主 P P 式中, 消耗于各主轴的切削功率的总和（kW） ； 切削 P 多轴箱的传动效率,加工黑色金属时取 0.80.9，加工有色金属 时取 0.70.8；主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值。 本课题中，被加工零件材料为灰铸铁，属黑色金属，又主轴数量较多、传动复 杂，故取。0.85h= 左主轴箱： 0.034 30.0730.1270.302PkW 切削 则 0.302 0.355 0.85 kW P 主轴箱 右主轴箱： 0.062 40.0350.345PkW 切削 则 0.345 0.4059 0.85 kW P 主轴箱 后主轴箱： 0.046 30.235 20.608PkW 切削 则 0.608 0.715 0.85 kW P 主轴箱 b)动力滑台型号的选择 根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力，按文献9的 62 页公式 (2-10) n i FiF 1 主主主 计算。 式中，Fi各主轴所需的轴向切削力，单位为 N。 则: 左主轴箱 3 634992.02496.0143390.034N F 左主轴箱 右主轴箱 4 388.32314.101867.38N F 右主轴箱 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 16 后主轴箱 3 369.63 1390.55 23889.99N F 后主轴箱 根据选定的切削用量，计算总的进给力，并据所需的最小进给速度、工作行程、 结合主轴箱轮廓尺寸，考虑工作稳定性，由文献9表 5-1，左、右、后面都选用液 压滑台 1HY32IA 型，台面宽 320mm，台面长 630mm，滑台及滑座总高为 280mm，允许 最大进给力为 12500N；其相应的侧底座型号为 1CC321。根据液压滑台的配套要求， 滑台额定功率应大于电机功率的原则，查文献9表 5-38 得出动力箱及电动机的型 号，下表为动力箱及电动机的型号。 表 2-3 动力箱及电动机的型号 主轴箱动力箱型号电动机型号 电动机功率 (KW) 电动机转速 (r/min) 输出轴转速 (r/min) 后主轴箱 1TD16Y90s-41.11400920 右主轴箱 1TD16Y90s-41.11400920 左主轴箱 1TD16Y90s-41.11400920 c)配套通用部件的选择 侧底座 1CC321 型号，其高度 H=560mm，宽度 B=520mm，长度 L=1180mm。 B.确定机床装料高度 H 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。本课题中，工件最 低孔位置 h2=128，主轴箱最低主轴高度 h1=127.5，所选滑台与滑座总高 h3=320，侧底座高度 h4=560，夹具底座高度 h5=300，中间底座高度 h6=560， 综合上述因素，该组合机床装料高度取 H=880。 C.确定夹具轮廓尺寸 主要确定夹具底座的长、宽、高尺寸。工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具底座 轮廓尺寸的基本依据。具体要考虑布置工件的定位、限位、夹紧机构、刀具导向装 置以及夹具底座排屑和安装等方面的空间和面积需要。夹具底座的高度尺寸，一方 面要保证其有足够的高度，同时考虑机床的装料高度、排屑的方便性和便于设置定 位、夹紧机构。一般不小于 240 mm。本机床夹具的长度为 660mm，宽度为 560mm， 高度为 925mm。 D.确定中间底座尺寸 中间底座的轮廓尺寸，在长宽方向应满足夹具的安装需要。它在加工方向的尺 寸，实际已由加工示意图所确定，机床在加工终了时工件端面至主轴箱前端面的距 离。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 式等来确定。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 外廓尺寸过分繁多，中间底座的主要尺寸应符合国家标准规定。 确定中间底高度尺寸时，应注意机床的刚性要求、冷却排屑系统要求以及侧底 座连接尺寸要求。装料高度和夹具底座高度确定后，中间底座高度就已确定。本机 床确定中间底座高度为 560mm。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 17 E.确定主轴箱轮廓尺寸 主要需确定的尺寸是主轴箱的宽度 B 和高度 H 及最低主轴高度 h1。主轴箱宽度 B、高度 H 的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按文献9P49 公式计算： 1B=b+2b （2-11H=h+h +b 11） 式中：工件在宽度方向相距最远的两孔距离（） ；b 最边缘主轴中心距箱外壁的距离（） ；1b 工件在高度方向相距最远的两孔距离（） ；h 最低主轴高度（） 。1h 其中，h1还与工件最低孔位置（h2=128） 、机床装料高度（H=880） 、滑台 滑座总高（h3=320） 、侧底座高度（h4=560）等尺寸有关。对于卧式组合机床， h1要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐 h185-140，本组合机 床按文献9P50 公式 （2-1234h =h +H-(0.5+h +h ) 12） 计算，得： h1=127.5。 b=100,h=125.125,取 b1=100，则求出主轴箱轮廓尺寸： 1B=b+2b =100+2 100=300 11H=h+h +b =125.125+128+100=353.925 根据上述计算值,按主轴箱轮廓尺寸系列标准，左、右、后主轴箱轮廓尺寸都 预定为 BH=400400。 2.3.42.3.4 机床生产率计算卡机床生产率计算卡 A.理想生产率(单位为件/h)是指完成年生产纲领 A(包括备品及废品率)所要Q 求的机床生产率。它与全年工时总数 tk有关,一般情况下,单班制 tk取 2350h,两班 制 tk取 4600h,由文献9的 51 页公式 （2- k t A Q 13） 得： 54000/ 235021.27/Qh件 B.实际生产率(单位为件/h)是指所设计机床每小时实际可生产的零件数 1 Q （2- 单 T Q 60 1 14） 式中:生产一个零件所需时间(min)，可按下式计算： 单 T ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 18 装移 快退快进 停辅切单 tt V LL t V L V L ttT k f ff2 2 1 1 式中:分别为刀具第、工作进给长度,单位为 mm； 21 LL 、 分别为刀具第、工作进给量,单位为 mm/min； 21ff VV 、 当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时，滑台在死挡铁上的停留 停 t 时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转 转所需的时间，单位 min; 分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为 mm; 快退快进、L L 动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取 56m/min;用液压动力 k f V 部件时取 310m/min; 直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取 0.1min; 移 t 工件装、卸（包括定位或撤销定位、夹紧或松开、清理基面或切屑及 装卸 t 吊运工件）时间。它取决于装卸自动化程度、工件重量大小、装卸是否方便及工人 的熟练程度。通常取 0.51.5min。 如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求,即,则必须重新QQ 1 选择切削用量或修改机床设计方案。 已知: 钻右面孔 ;25Lmm 工 1180 0.0894.4/ min f Vnfmm 215Lmm 快进 240Lmm 快退 25 0.020.28min 94.4 f L tt V 机 工进 停 215240 0.1 1.51.691min 5000 k f LL ttt V 快进快退 移辅装卸 0.28 1.6911.971minttt 辅单机 钻左面孔 30;525 0.152.5/ min f Lmm Vnfmm 工 210Lmm 快进 240Lmm 快退 30 0.020.59min 52.5 f L tt V 机 工进 停 210240 0.1 1.51.69min 5000 k f LL ttt V 快进快退 移辅装卸 0.571.692.26minttt 辅单机 钻后面孔 30;540 0.1475.6/ min f Lmm Vnfmm 工 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 19 210Lmm 快进 240Lmm 快退 30 0.020.42min 75.6 f L tt V 机 工 停 210240 0.1 1.51.69min 5000 k f LL ttt V 快进快退 移辅装卸 0.42 1.692.11minttt 辅单机 对多面和多工位加工机床，在计算时应以所有工件单件加工最长的时间作为单 件工时，所以选择，2.31minT 单 实际生产率: 1 6060 26.55/ 2.26 Qh T 单 件 C.机床负荷率 a)当时候，机床负荷率为二者之比。 1 QQ 组合机床负荷率一般为 0.750.90,自动线负荷率为 0.60.7。典型的钻、镗、 攻螺纹类组合机床，按其复杂程度确定；对于精度较高、自动化程度高或加工多品 种组合机床，宜适当降低负荷率。 b)由文献9的 51 页公式得机床负荷率: （2-15 1 Q Q ） 21.27 80.11% 26.55 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 20 3 3 夹具设计夹具设计 3.1 概述 金属切削加工时，工件在机床上的安装方式一般有找正安装和采用机床夹具安 装两种，成批、大量生产时常用机床夹具安装。机床夹具就是机床上用以装夹工件 的一种装置，它使工件相对于机床或刀具获得正确的外置，并在加工过程中保持位 置不变。工件在夹具中的安装包括工件的定位和工件的夹紧。 机床夹具按其使用范围可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具及随 行夹具五种基本类型。按其所适用的机床来分类，则机床夹具可分为车床夹具、铣 床夹具、钻床夹具、镗床