1P68F上箱体双面钻专机总体及夹具设计

欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系前言组合机床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率专用机床，在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工及缝纫机、自行车等轻工行业大批大量生产中已经获得广泛的应用。组合机床最适宜于加工各种大中型箱体类零件，如箱盖、箱体、变速箱体、电机座及仪表壳等零件；也可用来完成轴套类、轮盘类、叉架类和盖板类零件的部分或全部工序的加工1。本设计以提高生产率和保证加工精度为目的，以较充足的专业课知识为基础，结合毕业设计任务书，在收集和参考大量资料的前提下独立完成。设计基本上做到：图纸绘制基本符合国家标准，做到布局合理，图纸也基本能够正确、完整、清晰的表达出零件的形状及尺寸。计算说明书的条理较清晰，语言通顺流畅，图表和公式的编辑也基本符合毕业论文撰写规范。在设计过程中，尽量采用通用部件，为组合机床的生产提供便利条件。其中主轴箱的设计是重点，也是难点。主轴箱设计应充分考虑被加工零件的形状及加工要求，合理布置传动及齿轮的位置。尤其在齿轮设计上，更要反复验算转速，努力作出最合理的设计方案。在这次设计中，老师给予了我们很大的帮助。在他的指导下，一个又一个的难题被攻克，我们的设计水平有了很大的提高。由于本人的水平十分有限，缺少实践经验，设计中难免有错误和不当之处，恳请各位老师批评指正。本研究课题是以1P68F发动机下箱体为设计对象，目的是对箱体结合面与非结合面进行钻孔加工。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，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。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1P68F发动机下箱体结合面和非结合面的双面钻加工设计专用的组合机床及夹具，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。2 组合机床及其特点组合机床使用系列化、标准化的通用部件和少量的专用部件组成的多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的高校专用机床，其生产率比通用机床高几倍至几十倍，可进行钻、镗、铰、攻丝、车削、铣削等切削加工。组合机床的通用部件和标准件约占70-80%,这些部件是系列化的,可以进行成批生产.其余20-30%的专用部件是由被加工零件的形状,轮廓尺寸,工艺和工序来决定,如夹具,主轴箱,刀具和工具等.在批量生产中为了提高生产率，必须要缩短加工时间和辅助时间，而且尽可能使辅助时间和加工时间重合，使每个工位装夹多个工件同时进行多刀加工，实行工序高度集中，因而广泛采用组合机床。由参考文献2 4-5得一般的组合机床主要有六部分通用部件及两部分专用部件组成。以复合立式三面钻孔组合机床，它由侧底座、力主底座、力主、动力箱、滑台及中间底座等通用部件及多轴箱、夹具等专用部件组成。组合机床的专用部件往往也是由大量的通用零件和标准件组成。 组合机床按主轴箱和动力箱的安置方式不同可分为以下几种型式：（1） 卧式组合机床（动力箱水平安装）。（2） 立式组合机床（动力箱垂直安装）。（3） 侧斜式组合机床（动力箱倾斜安装）。（4） 复合式组合机床（动力箱具有上述两种以上的安装状态）。 在以上四种配置型式的组合机床中，如果每一种之中再安置一个或几个动力部件时，还可以组成双面或多面组合钻床。 由组合机床组成可以明显地了解其特点，与通用机床及其它的专用机床比较，具有如下特点：（1） 要用于加工箱体类零件和杂件的平面和孔。（2） 生产率高。因为工序集中，可多面、多轴、多刀同时自动加工。（3） 加工精度稳定。因为工序固定，可选用成熟的通用部件、精密夹具合作的工作循环来保证加工精度的一致性。（4） 研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低。因为通用化、系列化、标准化程度高，而且通用部件可组织批量生产。（5） 自动化程度高，劳动强度低。（6） 配置灵活。因为结构模块化、组合化、可按工件或工序要求，用大量通用部件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床及自动线。机床易于改装，产品或工艺变化时，通用部件一般还可以重复利用。2.1 组合机床工艺范围及加工精度目前，组合机床主要用于平面加工和孔加工两类工序。平面加工包括铣平面、锪（刮）平面、车端面；孔加工包括钻、阔、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹、锪沉孔、滚压孔等。随着综合自动化的发展，其工艺范围正扩大到车外圆、行星铣削、拉削、推削、磨削、珩磨及抛光、冲压等工序。此外，还可以完成焊接、热处理、自动装配和建材、清洗和零件分类及打印等非切削工作。由参考文献6 5-5得组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工、缝纫机和自行车等工业领域的大批、大量生产中已获得广泛应用，一些中小批量生产的企业，如机床、机车、工程机械扽制造业中也亦推广应用。组合机床最适宜加工各种大中型箱体类零件，如气缸盖、气缸体、变速箱体、电机座及仪表壳等零件，也可以用来完成轴套类、轮盘类、叉架类和盖板类零件的部分或全部工序的加工。组合机床的加工精度简述如下：采用铰孔或精镗孔时，孔的精度可达H6级，表明粗糙度为，孔的圆度在孔径尺寸公差一半范围内。加工有色金属时，采用精密夹具，经过34次加工，精度可以稳定地达H6级，表面粗糙度可达。当从两面多轴加工时，孔的同轴度一般为.当从一面进行精镗孔，并且采用固定式夹具，镗刀杆两端都有精密导向装置，夹具在精度良好的条件下，在长度内，被加工零件几个孔的同轴度可保证在以内。当分别从两面对同一轴线上的孔进行单轴加工时，在有中间精密导向装置条件下，其同轴度亦可保证在。在组合机床上加工，孔与孔相互之间的平行度以及孔对加工基面的平行度，在长度内可达。孔的位置精度与夹具、机床的型式和精度有很大的关系。在固定式夹具的机床上镗孔，孔间距离和孔的轴线与定位基面的位置精度可稳定地达到。在多工位机床上，由于回转工作台会回转鼓轮存在定位误差，则加工精度不高。如果在同一工位上，若有悬挂式活动钻模板，对孔进行精加工时，其位置精度可达到。在组合机床及其自动线上常用铣削、刮削、车削（端面）和拉削等方法加工平面。一般采用铣削头、滑台和滑座等通用部件，根据被加工工件的工艺要求组成单面、双面以及立式、回转台式等多种型式的组合铣床。当加工大型的箱体类工件时，一般采用铣削头固定、工件安装在工作台上移动的布局型式。这样的机床结构较简单，刚性较好，加工精度较高。在加工中小型工件时，通常将铣削头组成鼓轮式组合铣床或立式连续回转台式组合铣床，这类机床生产效率高，加工精度较低。在组合机床上加工平面的平直度可以达到在1000毫米长度内偏差0.020.05毫米，表面粗糙度微米。对定位基面的平行度可以保证在0.05毫米以内，到定位基面的距离（一般在500毫米以内）尺寸公差可以保证在0.05毫米以内。多轴加工，采用动力滑台在死挡铁上停留的方法，其加工精度能达到0.150.25毫米；单轴加工，采用特殊结构，加工到终点使挡块顶在被加工工件的表面，一般精度可以达到0.080.10毫米。条件良好时，精度可以保证在0.020.045毫米以内。2.2 采用组合机床的经济分析组合机床是一种高效率专用机床，有特定的使用条件，不是在任何情况下都能收到良好的经济效益。在确定设计组合机床前，应该进行具体的技术经济分析。由参考文献49-5得 根据设计任务，要在1P68F上箱体两面钻孔，孔的种类较多，总数也较多。若采用普通机床加工需反复进行，加工耗时较多，且不容易保证孔与孔间的位置精度。根据零件的形状及加工要求选取采用卧式双面组合钻床，同时进行双面多孔加工。这样可以保证孔与孔之间的位置精度，且加工所需的时间大大缩短。除此之外采用组合机床对工人的要求很低，节约了劳动成本。综上所述，对于在1P68F上箱体两面钻孔采用组合机床，可以取得良好的经济性。2.3 组合机床的发展趋势衡量通用部件技术水平的主要标准是：品种规格齐全，动、静态性能参数先进，工艺性好，精度高和精度保持性好。机械驱动的动力部件具有性能稳定，工作可靠等优点。目前，机械驱动的动力部件应用了交流变频调速电机和直流伺服电机等，使机械驱动的动力部件增添了新的竞争力。动力部件采用镶钢导轨（英度可达HEC5860）、滚珠丝杠、静压导轨、静压轴承、迟形皮带等较新的结构。支承部件采用焊接结构等。由于提高了部件的精度和动、静态性能，因而使被加工的工件精度明显提高，表面粗糙度减小。在机械制造工业中，中小批量生产约占80%。在某些中批量生产的企业中，如机床、阀门行业中、其关键工序采用组合机床。其中机床厂用组合机床加工主轴变速箱孔系，产品质量稳定，生产效率高，技术经济效果显著。发展具有可调、快调、装配灵活、适应多品种加工特点的组合机床十分迫切。由参考文献5 2-7得组合机床的自动检测通常作为一个工位出现。自动检测包括对毛坯尺寸和工件硬度的检查、钻孔深度、刀具折断、精加工尺寸和几何形状的检查等。检查方法分为主动检查与被动检查。主动检查是将不合格的工件剔出，使之不往下个工位输送。被动检查则是发现不合格的工件时发现停机信号。目前主动检查应用的日趋广泛。由于电子元件迅速发展，集成控制器、微机处理的应用，使自动检测技术更加可靠。自动检测工位要进行数据处理，统计计算以及打印出有关数据或作为数字显示。自动监测技术的发展可以把被加工零件的实际尺寸控制在比规定公差更小的范围之内。还可以把加工后的工件按公差进行分组，以便按分组的公差带装配。实际表明，采用分组装配法提高产品的精度要比用单纯提高设备精度更为经济。3 绘制“三图一卡”绘制组合机床”三图一卡”,就是针对具体零件,在选定的工艺和结构法案的基础上,进行组合机床总体法案图样文件设计。内容包括:绘制被加工零件工序图,加工示意图,机床联系尺寸图和编制生产率计算卡”。本专机加工内容是加工工件的结合面上的6个孔与非结合面上的9个孔共计15个孔。3.1 加工工序图3.1.1 被加工零件工序图的作用和要求被加工零件工序图是根据制定的工序方案,表示所设计的组合机床上完成的工序内容,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,毛坯或半成平情况的图样,除了设计研制合同外,它是组合机床设计的具体依据。也是制造、验收和调整机床的重要技术条件。3.1.2 被加工零件工序图的内容 (1) 被加工零件的形状和主要轮廓尺寸及本工作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,夹紧部位及夹紧方向。(3) 本工序加工表面的尺寸,精度,表面粗糙度,形位公差等级,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。3.1.3 编制被加工零件工序图的注意事项(1) 本机床加工部分的位置尺寸由定位基面标起，尤其在本机床加工，所选用的定位基面与设计基面不一致时，还必须对各孔要求的位置精度进行分析和换算，即把不对称公差的尺寸换算成对称公差尺寸。以便在进行夹具钻孔设计和主轴箱设计时，确定钻孔尺寸及主轴位置尺寸，并把各孔位置尺寸改为从定位基面标注。(2) 对孔的加工余量要认真分析，在其大直径孔的单边余量应小于相邻两孔半径之差，以便钻头能通过。在加工毛坯孔时，不仅要弄清楚加工余量，还需要注意孔的铸造偏心及铸造毛刺大小，保证加工能正常进行。为了使被加工零件工序图清晰明了，能突出本机床加工内容，绘制时对本机床加工部件用粗实线表示，其尺寸打上方框，其余部位用细实线表示，定位基准符号用“”，”表示，夹压位置符号用表示。3.1.4 零件工序简图设计要求设计一台双面钻专用机床来加工1P68F上箱体左主轴箱结合面的上的6个6. 7，其中3、4、5、6为通孔，1、2的孔深为23。非结合面上的2、3、6、7号孔为5mm的通孔，1、4、5、8、9号孔为5mm的盲孔。详细加工内容可见上箱体加工工序图，被加工零件其材料为ADC12，硬度大于90HB。年产量为5万件/年。零件的加工精度要求不高，加工量较大，故可采用一次装夹双面多孔同时加工的双面钻专机进行大批量生产。被加工零件以结合面作为定位基准配以支撑板、开口垫圈等夹紧被加工零件，用一个圆柱销和一个菱形销以达到完全定位。零件工序图如图3.1所示。图3.1 上箱体工序图3.2 加工示意图3.2.1 被加工零件示意图的作用加工示意图是在工艺方案和机床总方案初步确定的基础上绘制的。是表达工艺方案、具体的机床工艺方案图。它是设计刀具夹具多轴箱和液压、电气系统以及选择动力部件。绘制机床总配合尺寸图的主要依据，是对机床总体布局和性能的原始要求，也是调整机床刀具所必须的重要技术文件。3.2.2 被加工零件示意图的内容（1） 机床的加工方法、切削用量、工作循环和工作行程。（2） 工件、刀具及导向、托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。（3） 主轴结构类型、尺寸及外伸长度。（4） 刀具类型、数量和结构尺寸、直径和长度、接杆、导向装置、攻螺纹靠模装置等结构尺寸。（5） 刀具、导向套间的配合,刀具、接杆主轴之间的连接方式及配合尺寸等。（6） 加工部位结构尺寸、精度及分布情况。（7） 工件名称、材料、加工余量、切削液及是否需要让刀等。（8） 工件加工部位向视图，并在向视图上编出孔号。3.2.3 选择刀具、导向及有关计算（1） 选择刀具 选择刀具应考虑工件材质、加工精度、表面粗糙度、排泄及生产率等要求。只要条件允许，应尽量选用标准刀具。孔加工刀具（钻、扩、绞等）的直径应与加工部位尺寸、精度相适应，其长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套外端面30-50mm，以利排泄和刀具磨损后有一定的向前调整量。本工序为钻6个6.7的孔和9个5的孔。工件材料为：ADC12。初选刀具为硬质合金扩孔钻。查阅组合机床设计简明手册p47表2-7初选切削用量：加工直径 d=6.7mm切削速度 v=40m/min进给量 f=0.2mm/r得 主轴转速 （2） 导向套的选择导向套的类型通常分为两类，一类是固定式导向套，即刀具导向套部分与导套之间既有相对移动又有相对转动；另一类是旋转式导向套，刀具导向部分与导套之间只有相对移动而无相对转动。相对转动线速度小于20m/min时，通常采用固定式导向套；大于20m/min时，为避免刀杆与导向套摩擦发热变形，产生“别劲”现象，应选用旋转导向。导向套的数量应根据工件形状、内部结构、刀具刚性及加工精度等情况决定。通常钻、扩、绞单层壁小孔，或镗、扩、绞深度不大的大孔时，采用单个导向套；在工件铸孔上有扩孔时，为加强刀具导向刚性，采用双向导套当刀杆悬伸较长或扩、绞孔位置精度要求较高时，有时需要采用长导向套，双导向套或多导向套加工。导向套的主要参数通常指：导套的直径及公差配合，导套的长度及导套到工件端面距离。这些参数根据已确定的导向套类型、工件形状、公差精度及刀具刚性等确定。固定式导向套的长度取刀具导向部分直径的24倍，导向套直径大者取小值，直径小时取大值。旋转导向导向套的长度应取导向部分直径的23倍。 在本设计中，导向套应选用单个旋转式，导向套的长度取40mm。 （3） 确定导向套离工件端面的距离 导向套离工件端面的距离一般按h=(0.30.7)d取值，加工铸铁时取小值，加工钢件时取大值。所以导向套离工件端面的距离取h=30mm。（4） 确定主轴类型、尺寸、外伸长度 主轴轴径尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削转矩T 查组合机床设计简明手册表3-4 初定主轴轴径 考虑便于生产管理，适当简化规格。综合考虑加工精度和具体工件条件，查资料组合机床设计简明手册，按表3-6和表4-1选定主轴外伸长度L、外径D和内径及配套的刀具接杆莫氏锥度号或攻螺纹靠模规格代号等。 主轴轴径，主轴外伸尺寸L=115，外伸端为50/36，接杆莫氏圆锥号为1。（5） 确定连杆的规格和主要尺寸 根据主轴端部的内径或莫氏锥度，在刀杆的设计标准中选出刀杆的规格和主要尺寸，其中包括刀杆长度的推荐范围。主轴选用的连杆： L=260mm。（6） 工作行程长度的确定。（a） 工作进给长度。 工作进给长度等于被加工部位的长度与刀具切入长度和切出长度之和，切出长度应取(mm，d为钻头直径；切入长度可根据工件端面误差确定，一般为510mm，在本设计中工作进给长度为90mm。（b） 快速退回长度。 一般在固定式夹具的钻、扩、绞孔机床上，快速推回长度必须保证所有道具都退进夹具导向套内，不影响装卸工作即可。对于夹具需要回转和移动的机床，快速退回长度必须把道具、托架、活动钻模板以及定位销等都退离到夹具运动时可能碰到的范围以外，或不影响装卸工件的距离, 所以快速退回长度取200mm。（c） 快速引进长度。 快速引进是动力部件把刀具快速送到工作进给开式的位置，本设计中应等于快退长度减去工进长度，取其为110mm。（d） 动力部件总行程长度。 动力部件总行程长度除必须满足工作循环刚做行程要求外，还要考虑调整和装卸刀具的要求，即考虑前备量和后备量。前备量是指刀具磨损和补偿安装制造误差，动力部件可以喜爱那个前调整的距离。后备量是指刀具连同接杆一起从主轴上取出时，保证刀具退离导套外的距离大于接杆插入主轴孔内的长度， 取前备量30mm,后备量180mm。（7） 其它应注意的问题。（a） 加工示意图上应有足够的联系尺寸，并标注恰当，如主轴端部尺寸、刀具结构尺寸、导向尺寸、工件至夹具的尺寸，工件本身以及加工部件的尺寸等。（b） 应有足够的说明，如被加工零件的图号、材料、硬度、加工余量、工件是否有让刀运动，以及是否采用冷却。（c） 加工部位的示意图，需要将工件各面的形状和加工孔的位置用缩小比例画出，并标注孔号。（d） 相邻两孔中心距小的主轴，须在展开图上按照比例画出，以便检查主轴、接杆、导向及浮动头是否相碰。（e） 加工示意图是按照加工终了状态绘制。3.2.4 加工示意图简图零件加工示意图如图3. 2所示。 图3.2 加工示意图3.3 机床联系尺寸图3.3.1 被加工零件联系尺寸图的作用（1） 机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据。（2） 按初步选定的主要通用部件以及确定的主要部件的总体结构而绘制的。（3） 可用来表示机床的配置型式、主要构成及各部件安装位置、相互联系运动关系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适。（4） 为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据，它可以看成是机床总体外观简图。3.3.2 被加工零件联系尺寸图的内容（1） 表明机床的配置型式与总布局。适当数量的视图，用同一比例画出主要部件的外廓形状和相关位置，表明机床基本型式及操作位置等。（2） 完整齐全的反应各部件间的主要装配关系和联系尺寸，专用部件的主要联系尺寸、运动部件的机械极限位置、及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。3.3.3 动力部件的选择动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。 由加工示意图得：D=19.8mm 轴向力： 切削功率 总轴向力 总切削功率 由组合机床设计简明手册得： 左右多轴箱选1TD25-型动力箱 驱动轴转速，n=900r/min；电动机选Y100L-4型，功率为2.2kw；选滑台型号为1HYT32,滑台台面宽为320mm,滑台台面长为630mm,最大行程为200mm,最大进给力为12500N，最大行程200mm，滑台台面宽度为B=250mm；快速进给速度为8m/min。由表5-2选滑台附件，导轨防护装置为1HJ25-F81,滑台侧底座为1CC252M。3.3.4 组合机床其它尺寸的确定（1） 确定机床装料高度H装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。据国家标准，装料高度取H=895mm(2) 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。这里选500800560JB1529-79。(3) 确定多轴箱轮廓尺寸标准通用钻床类多轴箱的厚度是一定的,卧式为325mm，因此确定多轴箱尺寸，主要是确定多轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度h1。 B=b+2b1 H=h+h1+b1其中 b工件在宽度方向相距最远的两孔距离 b1最边缘主轴中心至箱体外壁距离（为保证多轴箱内有足够空间安排齿轮，这里取100mm） h工件在高度方向相距最远的两孔距离 h1最低主轴高度 多轴箱最低主轴高度h1必须考虑工件最低孔位置h2，机床装料高度H、滑台总高h3、底座高度h4等尺寸确定 h2=40mm H=895mm h3=250mm h4=560mmh1、H、B的计算如下： h1=h2+H-(0.5+h3+h4) =40+895-(0.5+250+560) =124.5mm滑台与底座之间有h5=5mm的调整垫故h1=h2+H-(0.5+h3+h4+h5) =40+895-(0.5+250+560+5) =119.5mm H=h1+h+b1 =119.5+40+100 =259.5mm B=b+b1 =402+2100 =602mm按通用多轴箱箱体系列尺寸标准，选定多轴箱轮廓尺寸BH=600*300(4) 绘制机床联系尺寸总图 其中长、宽方向的尺寸链要封闭长度方向从工件中心到夹具、多轴箱、滑台、再由滑台返回到滑台前端、侧底座、中间底座、工件中心 封闭：230+113+1217=1194+48+318高度方向从中心底座、夹具底座、支承块、最低主轴高度到主轴箱、滑台、调整垫、侧底座封闭：560+275+60+40=120+250+5+5603.3.5 机床联系尺寸图简图机床联系尺寸图如图3. 3所示。图3. 3 机床联系尺寸图3.4 生产率计算卡机床理想生产率是指机床在百分百负荷情况下每小时的生产能力。这里仅考虑加工一个工件所需的机动时间（）和辅助时间（）。辅助时间是指机床空运行程（动力头快进和快退、工作台的回转或移动、电气和液压元件的转换动作等）和工件的装卸、定位、夹压以及清楚定位面上切屑所需的时间。机床理想生产率Q可按下列公式计算：式中单件工作时。经查表得; min 4 组合机床总体设计组合机床是用已经系列化，标准化的通用部件和少量专用部件组成的多轴，多刀，多工序，多面或多工位同时加工的高效专用机床。在批量生产正为了提高生产率，缩短加工时间和辅助时间，而且尽可能使辅助时间和加工时间重合，使每个工位装夹多个工件，同时进行多刀加工，实行工序高度集中，必须广泛采用组合机床。4.1 组合机床方案设计组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按高度集中工序的原则设计的一种高效率的专用机床。设计组合机床前，首先应根据组合机床完成工艺的一些现状及组合机床各种工艺方案能达到的加工精度、表面粗糙度及技术要求，解决零件是否可以利用组合机床加工以及采用组合机床价格是否合理的问题。4.1.1 加工方案制定阶段拟定方案阶段包括制定工艺方案，确定机床的配置型式机结构方案，最后在此基础上进行图纸的设计。根据1P68F上箱体的毛坯尺寸、加工要求和生产批量大小,相应的加工方式也有所区别,我们共设计了两种供选择的方案，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。两种加工方案分别为：立式升降台钻床、1P68F上箱体双面钻。方案1：立式钻床立式钻床的主轴是垂直布置的。钻头可以根据加工需要在垂直方向内进给。主轴随同主轴套筒能在主轴相中上下移动，可实现手动快速升降、手动进给和接通、断开机动进给。工件直接或通过夹具安装在工作台上。工作台和主轴箱都安装在方形立柱的垂直导轨上，可以上下调整其位置，以适应不同高度工件的加工需要。立式钻床一般只有单面配置一种形式。方案2：卧式双面钻床卧式双面钻床的刀具主轴水平布置，动力部件沿水平方向进给，两个主轴箱上可同时安装多个刀具，一次可同时在同一工件的左右两个不同面上加工多个孔。对于要求双面加工的零件更具有加工的针对性。(2) 加工方案选择方案1中，采用立式钻床，优点是操作要求低，床身占用空间小，加工精度较高，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。但此种加工方案造成零件在加工过程中需要在工作台上同时安装两个工件，夹具设计较为困难且装夹稳定性差，工件换向装夹操作较为繁琐，容易使工人产生混乱而导致操作失误，无形中大大增加了加工所需的时间，提高了生产成本。方案2中，采用卧式双面钻床设计，最直接的特点是有两面多个刀具，可同时实现双面多孔加工，节约了多次装卸工件的时间，操作比较简单，稳定性较好，减少了装夹时产生的误差，简化了加工工序，大大缩短了加工时间，降低了劳动成本，并且对工人的操作要求也不高。缺点是机床占用空间较大，加工精度较低，加工方式单一，通用性差。综上，本设计选择方案2中卧式双面钻床设计，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。4.1.2 技术设计阶段根据已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展开部件设计，绘制夹具、机床等的装配图。4.1.3 工作设计阶段绘制有关图纸，编制机床说明书。详细过程见下列步骤和所绘图纸。箱体是发动机上的主要基础零件，结构复杂，加工精度要求高，加工工艺路线长。本次加工的1P68F箱体由ADC12压铸而成，硬度大于90HB。4.2 绘制机床总图机床装配图如图4.1所示。图4.1 机床零件装配图4.3 机床液压滑台的工作特性由参考文献11 2-5得液压传动的工作原理液压泵由电动机带动，从油箱中吸油，然后将具有压力能的油液输送到管路，油液通过节流阀和管路流 至换向阀，换向阀的阀芯有不同的工作位置，因此通路情况不同，当阀芯处于中间位置时，阀口pa、bt互不相通通向液压缸的油路被堵死，液压缸不通压力油，所以工作台停止不动；若将阀芯向右推,这时阀口p和a，b和t相通，压力油经p口流人换向阀，经a口流入液压缸的左腔，活塞在液压缸左腔压力油的推动下带动工作台向右移动；液压缸右腔的油液通过换向阀的b口流入到换向阀，又经回油口t流回油箱；若将换向阀的阀芯向左推(左端工作位置)，活塞带动工作台向左移动；因此换向阀6的工作位置不同的，就能不断改变压力油的通路，使液 压缸不断换向，以实现工作台所需要的往复运动。滑台联系尺寸图如图4.2所示。图4.2 滑台联系尺寸图滑台型号为1HYT32,滑台台面宽为320mm,滑台台面长为630mm,最大行程为200mm,最大进给力为12500N。 L1取630mm,L2取1300mm,L5取150mm,L6取300mm,L13250mm。相关的型号和参数如下图。型号剪辑图如图4.3所示图4.3 型号剪辑图滑台技术参数剪辑图如图4.4所示。图4.4 滑台技术参数剪辑图液压滑台、垫板与机床采用螺钉M1247连接，用锥销A1045定位，动力箱与滑台采用M1247连接，用锥销A1045定位。选滑台附件，导轨防护装置为1HJ25-F81,滑台侧底座为1CC252M，夹具底座跟床身用螺钉M1247连接，用锥销A1045定位，夹具跟夹具体用螺钉M1247连接，用锥销A1045定位。图4.1为专机总体装配图简图。如图所示，本专机采用单底座设计，所有零部件均安装在一个床身上。在零件的装配方面采用一面两销定位螺钉固定的方案。两液压滑台相对安装在机床床身两侧的适当位置，由4个A10锥销定位，再用20只M12螺钉固定。左右两主轴箱由动力箱与滑台相连，动力箱与滑台之间加入调整垫板来调整主轴箱的中心高度以满足设计要求。在装配方面由4个A10锥销定位，再用12只M12螺钉固定。夹具体由夹具底座与床身相连接。夹具底座安装在床身的中间适当位置，由2个A10锥销定位，再用6只M12螺钉固定。夹具体安装在夹具底座的中间适当位置，由2个A10锥销定位，再用6只M12螺钉固定。夹具中心高度要与左右两主轴箱的中心高度相同。技术要求如下：(1) 在机床的总装的过程中，应先调整好机床的安装水平，并防止走失。(2) 滑台导轨表面除用涂色法检验外，还应用0.04mm塞尺检验，滑座与滑台导轨的结合间隙，滑座导轨与镶条的间隙。在导轨端部或导轨和镶条端部的允许最大插入深度为20mm。(3) 液压系统的装配应符合JB/T10051的有关规定。(4) 电气系统的装配应符合GB/T5226.1的有关规定。5 夹具总体设计夹具设计的基本要求（1） 工装夹具应具备足够的强度和刚度。夹具在生产中投入使用时要承受多种力度的作用，所以工装夹具应具备足够的强度和刚度。（2） 夹紧的可靠性。夹紧时不能破坏工件的定位位置和保证产品形状、尺寸符合图样要求。既不能允许工件松动滑移，又不使工件的拘束度过大而产生较大的拘束应力。（3） 良好的工艺性。所设计的夹具应便于制造、安装和操作，便于检验、维修和更换易损零件。设计时还要考虑车间现有的夹紧动力源、吊装能力及安装场地等因素，降低夹具制造成本。（4） 夹具体的外形尺寸。在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置及其辅助机构在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。然后进行造型设计，再根据强度和刚度要求选择断面的结构形状和壁厚尺寸。根据设计要求，夹具体上设计有螺孔、销孔，并且要求定位定位器和夹紧器的销孔在装配时配作。定位方式及元器件选择定位器的作用是要使工件在夹具中具有准确和确定不便的位置，在保证加工要求的情况下，限制足够的自由度。工件的定位原理自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿OX,OY,OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，则必须限制六个自由度。工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位。在焊接生产中，为了调整和控制不可避免产生的焊接应力和变形，有些自由度是不必要限制的，故可采用不完全定位的方法。在焊接夹具设计中，按加工要求应限制的自由度而没有被限制的欠定位是不允许的；而选用两个或更多的支撑点限制一个自由度的方法称为过定位，过定位容易位置变动，夹紧时造成工件或定位元件的变形，影响工件的定位精度，过定位也属于不合理设计。（1） 以工件的平面为基准进行定位时，常采用挡铁、支撑钉进行定位（2） 工件以圆孔内表面为基准进行定位时常采用销定位器（3） 工件以圆柱外表面为基准进行定位时常采用V形铁定位器夹紧方式及元器件选择夹紧机构的三要素是夹紧力方向的确定、夹紧力作用点的确定、夹紧力大小的确定。对夹紧机构的基本要求如下：（1） 夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠。（2） 夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量（3） 夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。（4） 结构力求简单，便于制造和维修。主要零件设计的说明夹具体综合考虑了结构合理性、工艺性、经济型、标准化以及各种夹具体的优缺点等，选择夹具体毛坯制造方法为铸造夹具体；考虑到定位的精确度，要求定位定位器和夹紧器的销孔在装配时配作；考虑到焊件小，夹具体的强度要求以及夹具体的结构要求，没有在夹具体上设计加强筋。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。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性。工件定位的基本原理没有采取定位措施时，每个工件在夹具中的位置是任意的。因此，对一个工件来说，其位置是不确定的，而对一批工件来说，其位置将是变动的、不一致的。一个物体在空间可能具有的运动称为自由度。从理论力学可知，一个在空间处于自由状态的物体具有六个自由度，它们是沿三个垂直坐标轴x、y、z的平动和沿三个垂直坐标轴x、y、z的转动。若使物体在某方向上有确定的位置，就必须设法限制该方向的自由度。当物体的六个自由度完全被限制后，则该物体在空间的位置就完全被确定了。在夹具设计时，是采用各种定位元件限制工件的自由度，实现工件的定位。5.1 压板的强度校核各种材料因强度不足引起的失效现象是不同的。塑性材料，如普通碳钢，以发生屈服现象，出现塑性变形为失效的标志。脆性材料，如铸铁，失效现象则是突然断裂。在单向受力情况下，出现塑性变形的屈服极限s和发生断裂时的强度极限b，可由实验测定。s和b可称为失效应力。以安全系数除失效应力，便得到许用应力，于是建立强度条件 可见，在单向应力状态下，失效状态或强度条件都是以实验为基础的。 实际构件危险点的应力状态往往不是单向的。实现复杂应力状态下的实验，要比单向拉伸或压缩困难得多。常用方法是把材料加工成薄壁圆筒，在内压p作用下，筒壁为二向应力状态。如再配以轴向拉力F，可使两个主应力之比等于各种预定的数值。这种薄壁筒试验除作用内压和轴力外，有时还在两端作用扭矩，这样还可得到更普遍的情况。此外，也还有一些实现复杂应力状态的其他实验方法。尽管如此，完全复现实际中遇到的各种复杂应力状态，并不容易。况且，复杂应力状态中应力组合的方式和比值，又有各种可能。如果像单向拉伸一样，靠实验来确定失效状态，建立强度条件，则必须对各式各样的应力状态一一进行实验，确定失效应力，然后建立强度条件。由于技术上的困难和工作的繁重，往往是难以实现的。解决这类问题，经常是依据部分实验结果，经过推理，提出一些假说，推测材料失效的原因，从而建立强度条件。事实上，尽管失效现象比较复杂，但经过归纳，强度不足引起的失效现象主要还是屈服和断裂两种类型。同时，衡量受力和变形程度的量又有应力、应变和应变能密度等。人们在长期的生产活动中，综合分析材料的失效现象和资料，对强度失效提出各种假说。这种假说认为，材料之所以按某种方式（断裂或屈服）失效，是应力、应变或应变能密度等因素中某一因素引起的。按照这类假说，无论是简单或复杂应力状态，引起失效的因素是相同的。亦即，造成失效的原因与应力状态无关。这类假说称为强度理论。利用强度理论，便可由简单应力状态的实验结果，建立复杂应力状态的强度条件。强度理论既然是推测强度失效原因的一些假说，它是否正确，适用于什么情况，必须由生产实践来检验。经常是适用于某种材料的强度理论，并不适用于另一种材料；在某种条件下适用的理论，却又不适用于另一种条件。切削加工时，在刀具的作用下，被切削层金属、切屑和工件已加工表面金属都要产生弹性变形和塑性变形，这些变形所产生的抗力分别作用在前刀面和后刀面上；同时，由于切屑沿前刀面流出，刀具与工件之间有相对运动，所以还有摩擦力作用在前刀面和后刀面上。这些作用在刀具上的合力就是总切削力F，简称切削力。由于F受很多因素的影响，因此，其大小和方向都是不固定的。为了便于分析切削力的作用和测量切削力的大小，常常将总切削力F分解为三个互相垂直的切削分力：（1） 切削里Fc 是总切削力在主运动方向上的分力。因此，它垂直于基面，是切削力中最大的一个切削分力。其所消耗的功率占总功率的95%-99%。它是计算机床动力，校核刀具、夹具的强度与刚度的主要依据之一。（2） 背向力Fp 是总切削力在切削深度方向上的分力。它在基面内，与进给运动方向垂直。此力作用在机床-夹具-工件-刀具系统刚度最弱的方向上，容易引起振动与加工误差，它是设计和校验系统刚度和精度的基本参数。（3） 进给力Ff 是总切削力在进给运动方向上的分力。它在基面内，与进给运动方向一致。Ff作用在机床的进给机构上，是计算和校验机床进给系统的动力、强度及刚度的主要依据之一。由参考文献9表8-2得为校核夹具强度，需计算切削力Fc（N）-单位切削力；-切削深度；-进给量查表,当f=0.2mm/r时kc=814.2N/mm2 计算得Fc=13515.72NFc=f摩擦力= FN-摩擦系数 查表得=0.17计算得FN=13515.72N工作应力=FN/AA-最小截面面积 为120mm2计算得=14.368MPa材料选择表5-1常用材料的主要力学性能材料名称牌号s/(MPa)b/(MPa)5/%优质碳素结构钢4535359816合金结构钢40Cr7859809灰铸铁HT150120-175由表可知压板材料选用45优质碳素结构钢即可完全满足强度要求。5.2 零件被装夹后自由度分析零件结后面图如图5.1所示。图5.1 零件结后面图图5.1为1P68F上箱体结后面视图，从零件结构来看，以结后面为定位基准，配合若干支承，是此次设计定位的主要方案。由于双面钻的特殊性，在工件的夹紧面上也有加工需要，所以要在夹具体上根据加工需要开出安装钻套的孔。为了使加工时夹具体能与右主轴箱上的活动钻帖板更稳定的连接，故在夹具体工作面上的右上方和左下放各设计了一个圆柱导柱。利用零件结合面上已加工好的两个定位盲孔设计了“两销” 圆柱销和菱形销各一个来限制工件的剩余自由度，其中菱形销短边中心线与菱形销和圆柱销的中心连线在同一条直线上，这样可以让菱形销调整旋向以使其能够准确的发挥定位作用。工件被装夹后简图如图5.2所示。 图5.2 工件被装夹后简图被加工零件以结后面作为定位基准，压板压在非结后面。由参考文献12和参考文献10得压板限制了三个自由度，分别为X，Y的旋转方向，Z的直线方向。短圆柱销简图如图5.3所示。图5.3 短圆柱销短圆柱销限制了两个自由度，分别为X，Y的直线方向。菱形销简图如图5.4所示。图5.4 菱形销菱形销限制了一个自由度，为Z的旋转方向。六个自由度全被限制，所以为完全定位。5.3 定位误差分析定位误差分为基准不重合误差和基准位移误差。由参考文献8得定位误差符号基准不重合误差符号基准位移误差符号=0.1+0.1=0.2mm= （0.2+0.2）=0.12mm基准不重合误差与基准位移误差有直接联系且误差变动方向相同取正，反之，取负，两者不相关联取正。由图分析两者不相关联，所以两者取正。 =0.32mm6 使用说明首先打开总电源，调节转速挡位至要求的转速，空运行机床，观察有无异常现象，如非正常震动、运行不稳定等。接着让两液压滑台与液压夹紧装置均退至原位，装上工件后，按下控制台上的液压夹紧控制按钮使工件夹紧，动力头快进，压下调速阀后，转为工进；加工结束后，压下行程开关，转为快退。压下行程开关后机床动作停止，按下控制台上的液压夹紧控制按钮使工件松开，卸下工件，被试加工的零件，检验加工质量，根据加工要求进行适当的调整。7 本设计的优点及不足之处本设计为针对1P68F上发动机上箱体双面钻孔作为设计思路。设计以提高生产效率，降低生产成本，满足年生产纲领为核心，根据加工对象的外行特点制定了合理的夹紧方案和加工方法。充分利用了1P68F上箱体双面钻钻床的加工特点，避免了通用钻床存在的各种加工缺陷，节约了劳动力和劳动成本，为生产线的设计提供了合理的运行方案，为企业创造了更理想的利润空间。夹具设计采用一面两销定位，配