ZS175柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计【三图一卡】【13张图纸-3A0】【优秀】
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ZS175
柴油机
机体
三面钻削
组合机床
总体及
夹具设计
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ZS175柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计
33页 17000字数+说明书+开题报告+任务书+实习报告+13张CAD图纸
ZS175柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计开题报告.doc
ZS175柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计说明书.doc
ZS175柴油机机体钻孔工序图.dwg
任务书.doc
加工示意图.dwg
压紧板.dwg
压紧球头.dwg
右钻模板.dwg
后钻模板.dwg
夹具体.dwg
夹具装配图.dwg
定位块.dwg
实习报告.doc
左钻模板.dwg
摘要.doc
支座.dwg
机床联系尺寸总图.dwg
生产率计算卡.xls
说明书封面.doc
课题申报表.doc
顶板.dwg
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
ZS175柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计
摘 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：组合机床；夹具；钻削 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。
- 内容简介：
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毕业设计开题论证报告专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 万 光 绪 班 级 B机制052班 学 号 0510110211 指导教师 陈 西 府 完成日期 2008年3月31日 课题名称：ZS175柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计一、课题来源、课题研究的主要内容及国内外现状综述1. 课题来源我的课题来源于盐城市江动集团。而我所设计的组合机床正是该集团用来生产ZS175柴油机，为实现钻削单缸柴油机气缸体左面、右面、后面孔系的加工并能批量生产,我的主要设计任务是ZS175柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计。2. 课题研究的主要内容1) 组合机床的组成、特点、作用及现状和发展趋势。2) 组合机床的总体设计。3) 组合机床的夹具设计原理和设计方法。4) 组合机床设计过程中存在的相关问题及解决方法3.本课题国内外研究现状组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的高效专用机床。它工序集中，可多面、多工位、多轴、多刀同时自动加工，这样就保证了其生产率。而工序固定，并选用成熟的通用部件、精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一致性。组合机床的自动化程度高，这样工人的劳动强度就会降低很多。因为通用化、系列化、标准化程度高，通用部件占70%90%，通用件可组织批量生产进行预制或外购，这样组合机床的研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低。组合机床在汽车、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获得广泛的应用；一些中小批量生产的企业，如机床、机车、工程机械等制造业中也已推广应用。组合机床最适宜于加工各种大中型箱体类零件，如气缸盖、气缸体、变速箱体、电机座和仪表壳等零件；也可用来完成轴套类、轮盘类、叉架类零件的部分或全部工序的加工。 目前我国组合机床装备较高的技术水平，但随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高，高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业，因此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。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。所以我们一要开展科技攻关,攻克当前行业企业技术发展上的难题;二要加强与国外的合资合作,利用和学习国外的先进技术,提高企业的现代化管理水平和技术水平;三要通过对引进技术的消化吸收进行再创新,发展自己的产品。二、本课题拟解决的问题我的课题是ZS175柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计，这课题解决的问题主要有：（1）根据工件的加工要求和特点，拟定组合机床合理的工艺方案；（2）确定组合机床配置型式及结构方案；（3）组合机床切削用量的选择；.（4）组合机床的总体设计，“三图一卡”内容的设计；（5）组合机床通用部件的选用，如何让组合机床的配置更灵活并保证其加工精度；（6）如何缩短研制周期、降低制造和使用维护的成本；（7）组合机床的夹具设计；（8）夹具的定位设计、夹紧设计、夹具的精度以及如何减小夹具的误差。三、解决方案及预期效果1解决方案通过以前所学的知识，对ZS175柴油机气缸体零件进行相应的分析，拟定出切合实际的工艺方案，根据工件的结构特点、工艺要求、生产率要求及工艺方案等，确定组合机床的配置型式，确定合适的切削用量，最后进行组合机床的总体设计“三图一卡”即被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等。这次设计出的组合机床要加工的零件是ZS175柴油机气缸体，我要对零件的左面、右面、后面三个面的孔系进行加工。我要选择好机床的切削用量，而确定切削用量时，我要尽量做到合理使用所有刀具，充分发挥其使用性能，同时既要保证生产批量要求，也要保证刀具的寿命，也要考虑到所选动力滑台的性能。 在组合机床夹具的设计中，安装定位元件的表面、安装对刀或导向元件的表面以及夹具体的安装基面等，应有适当的尺寸和形状精度，这样就保证了它们之间的位置精度，还有我应让夹具体有足够的强度和刚度，避免夹具体产生不允许的变形等。 2.预期效果最终设计出的组合机床应尽量使加工简单，但又不影响加工质量，要能保证加工精度，机床要稳定易操作，自动化程度要高，配置灵活，使用和排屑方便，使各工序尽量集中，保证生产效率，减轻工人的劳动强度，尽可能发挥组合机床的优点，使各种误差减小到最低限度，同时在不改变机床其他特性的前提下，机床的制造和使用维护的成本要尽量低。四、课题进度安排3月1日3月14日毕业实习阶段。毕业实习，查阅资料，到多个公司实践，撰写实习报告。3月15日3月31日开题阶段。提出总体设计方案及草图，填写开题报告。4月1日5月14日 设计初稿阶段。完成总体设计图、部件图、零件图。5月15日5月31日 中期工作阶段。完善设计图纸，编写毕业设计说明书，中期检查。6月1日6月2日毕业设计预答辩。6月3日6月9日毕业设计整改。图纸修改、设计说明书修改、定稿，材料复查。6月10日6月11日毕业设计材料评阅。6月12日6月13日毕业答辩。6月14日6月15日材料整理装袋。五、指导教师意见 签名 年 月日六、专业系意见 签名 年 月日七、学院意见 签名 年 月日4盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009目 录1 前言 .12 组合机床总体设计 .32.1 总体方案论证 .32.1.1 工艺路线的确立 .32.1.2 机床配置型式的选择 .32.1.3 定位基准的选择 .42.1.4 滑台型式的选择 .42.2 切削用量的确定及刀具选择 .42.2.1 选择切削用量 .42.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率的计算 .62.3 组合机床总体设计三图一卡 .82.3.1 被加工零件工序图 .82.3.2 加工示意图 .82.3.3 机床尺寸联系总图 .122.3.4 机床生产率计算卡 .143 夹具设计 .173.1 概述 .173.1.1 零件的工艺性分析 .173.1.2 夹具设计的基本要求 .173.1.3 夹具总体结构构思 .183.2 定位方案的确定 .183.2.1 定位方案论证 .183.2.2 定位基准的选择 .183.3 误差分析 .193.3.1 影响加工精度的因素 .193.3.2 保证加工精度的条件 .203.4.1 夹紧装置的确定 .213.4.2 夹紧力的确定 .223.4.3 夹紧液压缸的选择 .233.5 导向装置的选择 .243.5.1 钻套型式的选择和设计 .243.5.2 钻模板的类型和设计 .253.6 夹具体的确定 .254 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 1ZS175ZS175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ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 2The General and Jig Design of The Modular Machine Tool for the three-side drilling on the ZS175 diesel engine bodyAbstract: 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 the working efficiency and meet with the design requirement well.Key words：Modular machine tool; Jig; drilling.盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 31 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。ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 4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 52 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。ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 6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。盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 72.2 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）1d切削速度(m/min)v进给量(mm/r)f200241HBS160.050.1铸铁61210180.10.18A.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v=10.48m/min,f=0.1mm/r, 则由文献9的公式， （2-dvn10001）得： n=100010.48/(6)525r/minb)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/minc)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ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 8v=10.26m/min,f=0.058mm/r, 得： n=100010.26/(4)900r/minB.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/minb)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/minC.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/min2.2.22.2.2 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 . 026HBDfF 2） （2-6 . 08 . 09 . 110HBfDT 3） （2-DTvP97404） 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）pa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盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 9 =634N6 . 08 . 026HBDfF 6 . 08 . 09 . 110HBfDT 1.90.80.610 60.12251435.319NmmDTvP97401435.319 10.48974060.073KWb) 钻孔 4：8 孔，h=12mm = =6 . 08 . 026HBDfF 0.80.626 8 0.1225 992.02N 6 . 08 . 09 . 110HBfDT 1.90.80.610 80.12251025.71NmmDTvP97401025.71 12.56974080.127KWc)钻孔 5：4 孔，h=8mm6 . 08 . 026HBDfF = =0.80.626 4 0.058225 496.014N6 . 08 . 09 . 110HBfDT 1.90.80.610 40.058225664.316NmmDTvP9740664.316 10.26974040.034KWB.右面： a)钻孔 6，7，8，9： 4 孔，h=8mm0.80.626338.32FDfHBN1.90.80.610510.00TDfHBNmmDTvP97400.062kWb)钻孔 10： 3 孔，h=8mm0.80.626314.10FDfHBN 1.90.80.610317.76TDfHBNmm0.0359740TvPkWDC.后面： a)钻孔 11、12、13： 4 孔，h=8mmNHBfDF63.3692250.084426266 . 08 . 06 . 08 . 0mmNHBfDT05.495225084. 0410106 . 08 . 09 . 16 . 08 . 09 . 1 WDTvPk046. 09740ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 10b)钻孔 14、15： 10 孔，h=12mm NHBfDF55.139022514. 01026266 . 08 . 06 . 08 . 0mmNHBfDT27.424822514. 01010106 . 08 . 09 . 16 . 08 . 09 . 1kWDTvP235. 097402.3 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、切屑的盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 11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。 （2-83 . 155. 025. 09600HBvfDT5）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；fZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 12 布氏硬度。HB选择6mm的钻头进行计算： ，0.2580.551.39600 6()164394.6min10.48 0.1223.33T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)46.2 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工盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 13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： 1L2L (2-7)12LLLL工式中切入长度一般为 510，根据工件端面的误差情况确定。1L查9 P46 表 3-7 切出长度的确定得钻孔时 (2-8)21(383Ld）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L1Ld2L工L右主轴箱894825左主轴箱12881030后主轴箱128101030b.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。ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 14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PP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0.3020.3550.85kWP主轴箱右主轴箱： 0.062 40.0350.345PkW 切削则0.3450.40590.85kWP主轴箱后主轴箱： 0.046 30.235 20.608PkW 切削则0.6080.7150.85kWP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)niFiF1主主主盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 15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 634992.02496.0143390.034NF 左主轴箱右主轴箱 4 388.32314.101867.38NF右主轴箱后主轴箱 3 369.63 1390.55 23889.99NF 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-41.11400920c)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ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 16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。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 +b11）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-ktAQ 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 1Q盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 17 （2-单TQ60114）式中:生产一个零件所需时间(min)，可按下式计算：单T 装移快退快进停辅切单ttVLLtVLVLttTkfff2211式中:分别为刀具第、工作进给长度,单位为 mm；21LL 、分别为刀具第、工作进给量,单位为 mm/min；21ffVV 、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、LL 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kfV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/ minfVnfmm 215Lmm快进240Lmm快退250.020.28min94.4fLttV机工进停 2152400.1 1.51.691min5000kfLLtttV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/ minfLmm Vnfmm工 210Lmm快进240Lmm快退 300.020.59min52.5fLttV机工进停ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 18 2102400.1 1.51.69min5000kfLLtttV快进快退移辅装卸 0.571.692.26minttt辅单机钻后面孔 30;540 0.1475.6/ minfLmm Vnfmm工 210Lmm快进240Lmm快退300.020.42min75.6fLttV机工停 2102400.1 1.51.69min5000kfLLtttV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: 1606026.55/2.26QhT单件C.机床负荷率a)当时候，机床负荷率为二者之比。1QQ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: （2-151QQ ）21.2780.11%26.55盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 193 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、镗床夹具、磨床夹具、自动机床夹具及数控机床夹具。3.1.1 零件的工艺性分析零件的工艺性分析本次毕业设计是设计在柴油机机体机体进行钻加工所用的夹具。柴油机机体材料为HT250，其硬度为HB190240，在本工序之前柴油机机体的六个主要表面已加工完毕。本工序加工内容为：钻左面：36、8、4；钻右面：44、3；钻后面：34、210。3.1.2 夹具设计的基本要求夹具设计的基本要求A.保证工件的加工精度保证工件的加工精度是夹具设计的最基本要求。其关键在于，正确地确定定位方案、夹紧方案和刀具导向方式，合理地设计夹具的尺寸、公差和技术要求，必要时应进行误差的分析和计算。B.提高生产效率、减低制造成本ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 20夹具设计的总体方案应与生产纲领相适应。在大批量生产时，应尽量采用各种快速、高效的结构、自动装置和先进的控制方法，以缩短辅助时间，提高生产率；在中心批量生产中，则要求在满足夹具功能的前提下，尽量使夹具结构简单，容易制造，以降低夹具的制造成本。C.操作方便、省力和安全夹具的操作要尽量做到方便、省力，如有条件，尽可能采用气动、液压及其他机械化夹紧装置、以减轻工人的劳动强度。并可较好地控制夹紧力。夹具操作位置应符合操作工人的习惯，必要时应有安全保护装置，以确保使用安全。D.便于排屑夹具的排屑是一个容易忽视的问题，如果排屑功能不好，切屑积集在夹具中，会破坏工件正确的定位；切屑带来的大量热量会引起夹具和工件的热变形，影响加工质量；切屑的的清扫又会增加辅助时间，降低生产率。切屑积集严重时，还会损伤刀具以致造成设备事故或工伤事故。因此，排屑问题在夹具设计时必须给予充分的注意，在设计高效组合机床夹具时尤为重要。E.有良好的结构工艺性夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修，应尽可能选用标准元件和标准结构。夹具设计是一种相互关联的工作，通常是在参阅有关资料的情况下，按加工要求构思出设计方案，绘制出图样，经修改后确定夹具的结构。3.1.3 夹具总体结构构思夹具总体结构构思根据被加工零件特点，初定夹具总体结构如下：顶端用一个液压缸托板固定一个夹紧液压缸，夹紧液压缸通过压板夹紧工件，夹具体上右边固定一个支架，支架上固定一个液压缸，使得工件右边夹紧，夹具体通过螺钉和定位销与机床中间底座相连。3.2 定位方案的确定3.2.1 定位方案论证定位方案论证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。盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 21 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三个自由度，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。这种定位方式就是“三平面”定位。3.2.2 定位基准的选择定位基准的选择定位基准选择的原则A.尽可能选择最大基面做主要的定位基准面；B.尽可能与工序基准重合；C.尽量选最长表面做为限制自由度的定位基准；D.尽量选精度较高的已加工表面为定位基准；E.在同一工件各工序中尽量采用同一定位基准进行加工。综上所述，故选定底面为定位基准面， 3.3 误差分析一批工件依次在夹具中进行定位时，由于工序基准的变动对加工表面尺寸所造成的极限值之差称为定位误差。产生定位误差的原因是工序基准与定位基准不相重合或工序基准自身在位置上发生偏移或位移所引起的。用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件精度的因素很多，与夹具有关的因素如图 3-1 所示：ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 22图 3-1 误差分析图3.3.1 影响加工精度的因素影响加工精度的因素用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多，与夹具有关的因素有：定位误差 P、对刀误差 T、夹具在机床上的安装误差 A和夹具误差 E，在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差 G。在夹紧方法中产生的误差 o。上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确而形成总的加工误差。a)定位误差D影响定位块位置度的因素有：定位块的表面粗糙度，定位块的相对位置误差和安装误差。定位块在安装的时候进行了试切削，配磨，保证定位块等高，并且本夹具采用基准重合原则设计的，故可忽略定位块的相对位置，即D=0。b)对刀误差T因刀具相对于刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差。对于本夹具的对刀误差是由导套和各主轴之间的间隙引起，根据实际情况取T=0.01。c)夹具在机床上的安装误差A夹具在机床上安装时，其定位元件对机床装卡面的相互位置误差将导致工件定位基准发生移动，从而使工序尺寸发生变化，这种误差称为夹具的安装误差。 产生夹具的安装误差的因素有：(1)夹具定位元件对夹具体安装基面的相互位置误差;(2)夹具安装基面本身的制造误差及其与机床装卡面间的间隙所产生的连接误差。根据本机床夹具安装形式，A 主要取决于夹具体和安装夹具的移动工作台之间的平行度。此处平行度误差为 0.02mm。故A=0.02mm。盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 23d)夹具误差E因夹具上定位元件，对刀或导向元件及安装基面三者之间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差，夹具误差大小取决于夹具零件的加工精度的夹具装配时的调整和修配精度。取E=0.04mm。e)加工方法误差 G因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差，因该项误差影响因素很多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的。计算时可设G=，工件位置313k公差取 0.20mm，则有:k G=mmk067. 020. 03133.3.2 保证加工精度的条件保证加工精度的条件工件在夹具中加工时，总加工误差 为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机误差，应用概率加法，具体参考文献10如下： （3-22222GEATD1） 2222067. 004. 002. 001. 00081. 0保证工件加工精度的条件是：工件总加工误差不大于工件的加工尺寸公差12，由以上得知，本夹具完全可以保证加工精度。为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时需留出一定精度储备量，因此将上式改为：cJ = kcJcJk（3-2）当0 时夹具能满足加工要求，根据上述计算得：cJ=0.20-0.081=0.1190cJk故夹具完全可以满足加工要求。3.4 夹紧方案的确定3.4.1 夹紧装置的确定夹紧装置的确定 A.夹紧装置的组成本设计中夹紧装置采用机械夹紧装置，由力源装置、中间传力机构、夹紧元件三部分组成。其组成部分的相互关系，如下面图 3-2 所示。 力源装置中间传力机构夹紧元件工件机动夹紧装置ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 24 图 3-2 夹紧装置组成的方框图B.夹紧装置设计的基本要求a.夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。b.夹紧力的大小要可靠和适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变，振动小，又要使工件不产生于过大的夹紧变形。c.夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领想适应，在保证生产率的前提下，其结构要力求简单，以便于制造和维修。d.夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。 C.夹紧装置的选择通常应用的机械夹紧装置有气压装置和液压装置两种，各有其优越性，要根据实际情况来选择用哪种装置。a.气压装置气压装置以压缩空气为力源，应用比较广泛，有以下特点：a) 动作迅速，反应快。气压为 0.5MPa 时，气缸活塞速度为 1-10m/s，夹具每小时可连续松夹上千次。 b) 工作压力低（一般为 0.4-0.6MPa） 。传动结构简单，对装置所用材料及制造精度要求不高，制造成本低。c) 空气粘度小，在管路中的损失较少，便于集中供应和远距离输送，易于集中操纵或程序控制等。d) 空气可就地取材，容易保持清洁，管路不易堵塞，也不会污染环境，具有维护简单，使用安全、可靠、方便等特点。主要缺点是空气压缩性大，夹具的刚度和稳定性较差；在产生相同原始作用的条件下，因工作压力低，其动力装置的结构尺寸大。此外，还有较大的排气噪声。b.液压装置液压装置的特点是：a) 液压油油压高、传动力大，在产生同样原始作用力的情况下，液压缸的 结构尺寸比气压小了许多。b) 液压油的不可压缩性可使夹具刚度高，工作平稳、可靠。c) 液压传动噪声小，劳动条件比气压的好。通过对以上两种机械夹紧装置优缺点的比较，结合加工工件的精度要求、工人的劳动强度和环境要求、企业的实际情况，本设计中夹紧装置采用液压夹紧装置。3.4.2 夹紧力的确定夹紧力的确定 A.夹紧力确定的基本原则盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 25a.夹紧力的方向a) 夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。b) 夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。c) 夹紧力的方向应是工件刚度较高的方向。b.夹紧力的作用点a) 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。b) 夹紧力的作用点应选在工件刚度较高的部位。c) 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。 B.夹紧方案根据以上要求及原则，工件属于箱体类零件，夹紧力的方向应垂直于最重要的定位基面底面，并将工件压向该面，而不宜与其他方面进行夹紧。由于工件为薄壁件，易受力变形，故采用多点同时压向工件，均匀分布压紧力，起到减少受力变形的效果。夹紧力为液压缸驱动。用推杆将压力传递致压板，然后由压板将压力分散到工件压紧表面，从而将工件压紧。 C.夹紧力的预算a)上面夹紧力的预算夹紧力的计算由于受到多方面工艺的影响，计算起来比较复杂，一般只能粗略估算。为了简化计算，在设计夹紧装置是可假定工艺系统是刚性的，只考虑切削力和切削力矩对夹紧力的影响。根据参考文献11P189 夹紧力的计算公式： (3-3)21KPWk式中：安全系数；K切削力；P夹紧原件与工件间的摩擦系数；1工件和夹具支承面间的摩擦系数。2根据参考文献11表 2.2-1 和表 2.2-2 查得安全系数按下式计算K (3-4)6543210KKKKKKKK 式中：考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数，取；0K0K2 . 1：加工性质，取；1K1K2 . 1：刀具钝化程度，取；2K2K0 . 1：切削特点，取；3K3K0 . 1：夹紧力的稳定性，取；4K4K0 . 1：手工夹紧时手柄位置 ，取；5K5K0 . 1：仅有力矩作用于工件时与支承面接触情况，取。6K6K5 . 1则根据公式(3-4)得： 6543210KKKKKKKK 5 . 10 . 10 . 10 . 10 . 12 . 12 . 116. 2根据参考文献11表 2.2-1 注释：若安全系数 K 的计算结果小于 2.5 时，取ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 26K=2.5。故本设计中，K=2.5 。 根据参考文献11表 3-34，查摩擦系数、均为。122 . 0根据 2.3.3 节切削力的计算结果得：22PFFF左多轴箱右多轴箱后多轴箱（）223390.034 1867.383889.99（）4177.38N21KPWk 2.5 4177.380.20.2 26108.625Nb)右面夹紧力的预算在此计算时，也可参照估算公式进行计算：根据参考文献11表 3-34，查摩擦系数、均为。 122 . 0根据 2.3.3 节切削力的计算结果，则左多轴箱右多轴箱FFP3390.034 1867.381522.654N21KPWk2.5 1522.6540.20.29516.59N3.4.3 夹紧液压缸的选择夹紧液压缸的选择A计算上面夹紧缸：油缸的系统工作压力大小选择要根据活塞作用力的大小和设备类型确定,根据参考文献12表 3.6-6 和表 3.6-7，则气缸直径：D= (3-5)1.13Pp式中：p油缸系统工作压力（MPa）P活塞最大作用力（N）D气缸直径（mm）由夹紧力计算公式得 P=28800.25N,根据参考文献12表 3.6-7，查得 p=5MPa，代入公式(3-5)得：D=1.13Pp26108.6251.13581.66mm盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 27根据参考文献12表 3.6-23，选用油缸直径为 90mm，油缸的型号为 T5019I 型（法兰式油缸） 。B计算右面夹紧缸：由夹紧力公式得 P=9516.59N, 根据参考文献12表 3.6-7，查得 p=5MPa代入公式(3-5)得：D=1.13Pp9516.591.13539.5mm根据参考文献12表 3.6-22，选用油缸直径为 45mm，油缸的型号为 T5014 型。3.5 导向装置的选择导向装置的作用在于保证刀具对于工件的正确位置；保证各刀具相互间的正确位置和提高刀具系统的支承刚性。3.5.1 钻套型式的选择和设计钻套型式的选择和设计A.钻套的型式钻套的结构和尺寸已标准化，按其使用特点可分为固定式钻套、可换钻套和快换钻套。由于工件是大批量生产。固定钻套显然不合适而快换钻套加工位置精度较低，不能满足加工要求，因此选择可换钻套。可换钻套装于衬套中而衬套则是压配（H7/n6）于钻模板的孔内，该钻套由螺钉固定以防转动或在退刀时随刀具带起。B.钻套内孔直径的基本尺寸及公差配合的选择钻套内孔直径的基本尺寸应为所用刀具的最大极限尺寸，钻套内径与孔钻头配合用 H7/g6(考虑到所用刀具和工件上的加工精度要求)。衬套内外孔查资料13P.408 页表 5-8 通用导套的尺寸规格，d、D 和 D2的 关系如下图所示。图 3-3 导套尺寸简图对于加工10孔，选择的导套尺寸为：D=18mm，D1=26mm， D2=30 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计 28mm，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
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