　　　本课题是柴油机汽缸体两端面铣削专机设计，主要是完成机床夹具设计、组合机床总体设计、组合机床主轴箱设计。根据柴油机汽缸体的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度及生产率等要求，确定该机床为卧式组合机床；考虑工件尺寸精度，表面粗糙度，切削的排除生产率等因素，选用硬质合金不重磨式面铣刀；根据工件的尺寸、特点及其材料选择切削用量；然后，再经过切削用量来确定组合机床的通用部件；最后进行组合机床的总体设计。由于是铣削柴油机汽缸体的两端面，则夹具的设计可以采用“一面两销”定位，手动夹紧，一次装夹加工汽缸体两端面，保证加工精度，提高生产率；根据工作将受到切削力来计算夹紧力；再根据夹紧力来选择确定夹紧装置的专用部件。

　　　在设计之中，尽量使用通用件，减少制造成本，增加经济效益。通过本次设计可以达到的效果是：所设计的夹具及主轴箱能满足所需的质量要求，使用时安全可靠，拆装方便，易于维修。

关键词：组合机床；汽缸体；铣刀；夹具

摘要III

AbstractIV

目录V

1 绪论1

　　1.1 课题来源1

　　1.2 国内外的发展状况1

　　1.3 指导思想和设计要求2

2 总体方案论证3

　　2.1 被加工零件分析3

　　2.2 工艺方案的制定3

　　2.3 加工设备方案选择3

　　2.4 确定机床总体布局4

3 切削用量的选择及计算5

　　3.1 切削刀具的选择5

　　3.2 切削用量的选择5

　　3.3 切削力、切削转矩、切削功率的确定5

4 组合机床总体设计8

　　4.1 被加工零件工序图8

　　4.2 加工示意图9

　　4.3 机床联系尺寸图10

　　4.3.1 动力部件的选择10

4.3.2 滑台及相配底座的选择11

4.3.3 确定机床的装料高度H11

　　4.4 机床生产率计算卡11

4.4.1 理想生产率Q11

4.4.2 实际生产率Q112

4.4.3 机床负荷率?负13

4.4.4 编写机床生产率计算卡14

5 主轴箱设计15

　　5.1 主轴及传动轴结构设计15

　　5.2 主轴箱传动计算16

5.2.1 传动比分配16

5.2.2 传动系统设计及齿轮的排布17

　　5.3 主轴箱的润滑及油泵轴的确定18

　　5.4 轴的计算及主轴校核18

　　5.5 齿轮的校核20

　　5.6 轴承的选择与校核21

6 夹具设计24

　　6.1 定位误差分析计算24

　　6.2 夹紧装置设计25

　　6.3 夹紧力的计算25

　　6.4 夹具零部件的设计27

6.4.1 夹具体的设计27

6.4.2 支座的设计28

6.4.3 支承板的设计28

6.4.4 螺杆的设计29

6.4.5 支承轴的设计30

6.4.6 压板的设计30

6.4.7 导向板的设计31

7 液压系统设计32

　　7.1 负载分析32

　　7.2 负载图和速度图的绘制32

　　7.3 液压缸主要参数的确定32

　　7.4 拟定液压系统原理图35

7.4.1 液压系统的工作要求的确定35

7.4.2 拟定液压系统图35

　　7.5 计算和选择液压元件37

7.5.1 确定液压泵的最高工作压力37

7.5.2 确定液压泵流量38

7.5.3 选择液压泵规格38

7.5.4 计算油泵需要的电机功率38

　　7.6 阀类元件的选择38

　　7.7 油管的确定39

　　7.8 确定其它辅助装置39

　　7.9 发热及油箱容量计算39

8 结论与展望40

　　8.1 结论40

　　8.2 展望40

致谢41

参考文献42

2 总体方案论证

　　　设计的机床要满足加工要求、保证加工精度；尽可能选用通用件、以降低成本.因此根据上述要求和柴油机气缸体的加工特点来确定设计方案.

2.1 被加工零件分析

被加工零件：柴油机气缸体

材料：HT250

硬度：187—255HBS

　　　年产量：7万件

　　　加工部位：两端面

加工要求：汽缸体两端面粗糙度被加工到6.3m ，两端面尺寸至582±0.3mm

2.2 工艺方案的制定

　　　工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步.组合机床的总体设计要注重工件及其加工的工艺分析，只有制定出先进合理的工艺方案,才能设计出先进合理的组合机床.根据指定的加工要求,提出若干个工艺方案,择其佳者.工艺方案确定了,组合机床的结构、性能、运动、传动、布局等一系列问题也就解决了.所以，工艺方案设计是组合机床设计的重要环节.而且工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能.因此，必须认真分析被加工零件图纸,深入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及生产率要求等一些因素.

　　　拟定组合机床工艺方案的一般步骤如下：

　　　1．分析、研究加工要求和现场工艺，在制订组合机床工艺方案时，首先要分析、研究被加工零件，如被加工零件的用途及其结构特点、加工部位及其精度、表面粗糙度、技术要求及生产纲领；其次深入现场调查分析零件的加工工艺方法、定位夹紧方式、所采用的设备、刀具及切用量、生产率情况等.

　　　2．定位基准和夹压部位的选择组合机床一般为工序集中的多刀加工，不但切削负荷大，而且工件受力方面变化.因此，正确选择定位基准和夹压部位是保证加工精度的重要条件.

　　　本道工序主要是加工毛坯，因此，还要对毛坯基准选择考虑有关工序加工余量的均匀性.定位夹压部位的选择应在有足够的夹紧力下工件产生的变形最小，并且夹具易于设置导向和能过刀具.

　　　本道工序：粗铣柴油机气缸体两端面.

2.3 加工设备方案选择

　　　在机械制造业中，金属切削机床占机械设备总台数的50%～70%，它负担的工作量约占一半左右，其中有30%～50%的工作量是由组合机床来完成的，同时，机械加工方法是机电产品及零部件生产的主要方法，且机械加工质量又是提高整个产品质量的关键.因此，组合机床的开发、设计，是机械制造行业一项非常重要的工作.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专用机床，具有如下特点：

　　　1．生产率高；

　　　2．加工精度稳定；

　　　3．研制周期快，便于设计、制造和使用、维护；

　　　4．自动化程度高，劳动强度低；

5．配置灵活，可按工件或工序要求灵活组成机床自动线，易于改装，产品或工艺变化时，通用部件还可以重复利用；

　　　6．使用稳定，结构紧凑，机床费用低.

　　　由于此次被加工的零件已定型，生产批量又较大，加工要求也较高，因此必须采用组合机床来进行生产，同时，又是针对双面加工.因此，采用组合机床来进行加工是较适宜、理想的生产方案.

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柴油机汽缸体两端面铣削专机设计.gif

内容简介：: 无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目柴油机汽缸体两端面铣削专机设计 2、专题二、课题来源及选题依据随着工业生产规模化、专业化、集中化、高度机械化乃至自动化的步伐的加快，在进行工件加工时，要求考虑使用专用机床和夹具。组合机床和组合机床自动线是一种专用高效自动化技术装备,目前,由于它仍是大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备,因而被广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。某企业因生产发展需要，拟开发柴油机汽缸体两端面铣削专机，因此选定柴油机汽缸体两端面铣削专机设计为本次设计课三、本设计（论文或其他）应达到的要求：1. 依据设计原始参数绘制零件工序图； 2. 完成满足生产需要的机床夹具设计、组合机床总体设计、组合机床主轴箱设计（折合零号图3张以上）； 3. 编制设计说明书一份； 4. 完成英文翻译资料一份；四、接受任务学生：机械92 班姓名王明五、开始及完成日期：自2012年11月12日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长研究所所长签名系主任签名2012年11月12日编号无锡太湖学院毕业设计（论文）相关资料题目：柴油机汽缸体两端面铣削专机设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923070学生姓名：王明指导教师：刘新佳（职称：副教授） 2013年5月25日目录一、毕业设计（论文）开题报告二、毕业设计（论文）外文资料翻译及原文三、学生“毕业论文（论文）计划、进度、检查及落实表”四、实习鉴定表无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目：柴油机汽缸体两端面铣削专机设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923070 学生姓名：王明指导教师：刘新佳（职称：副教授）（职称：） 2012年11月12日课题来源工程实践科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）随着工业生产规模化、专业化、集中化、高度机械化乃至自动化的步伐的加快，在进行工件加工时，要求考虑使用专用机床和夹具。组合机床和组合机床自动线是一种专用高效自动化技术装备,目前,由于它仍是大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备,因而被广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。某企业因生产发展需要，拟开发柴油机汽缸体两端面铣削专机，因此选定柴油机汽缸体两端面铣削专机设计为本次设计课题.该课题主要是为了培养学生编制机械零件加工工艺、正确选择金属切削机床和工艺参数、开发和创新机械产品的能力，要求学生能够结合常规普通铣床与零件加工工艺，针对实际使用过程中存在的金属加工机床的驱动及工件夹紧问题，综合所学的机械理论设计与方法等知识，对高效、快速夹紧装置进行改进设计，从而实现金属加工机床驱动与夹紧的半自动控制。在设计零件机械加工工装时，在满足产品工作要求的情况下，应尽可能多的采用标准件，提高其互换性要求，以减少产品的设计生产成本和周期。研究内容通过实际调研、认知普通机床和数控机床、采集相应的设计数据，分析零件的机械加工工艺路线、金属切削加工过程中的机床工作台驱动、工件夹紧等方面的相关数据，结合工艺工装设计的相关理论知识，完成零件机械加工工艺文件的拟定及专用夹具的设计，并进行主要工序的工序尺寸及公差的计算，对零件的定位误差进行分析等。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析通过实践与大量搜集、阅读相关资料相结合，在对金属切削加工原理、金属切削机床、机械加工工艺文件的编制、机械设计与理论及机械装备等相关知识充分掌握后，对零件的机械加工工艺路线、工装夹具的设计、普通铣床的驱动、夹紧装置进行数学建模，并通过模拟实验分析建立普通铣床的驱动、夹紧装置的实体模型，设计专用夹具的驱动、夹紧装置，进行现场实验，来达到产品的最优化设计。研究计划及预期成果研究计划：2012年11月12日-2012年12月2日：教师下达毕业设计任务，学生初步阅读资料，完成毕业设计开题报告。2012年12月3日-2013年1月20日：指导专业实训。2013年1月21日-2013年3月1日：指导毕业实习。2013年3月4日-2013年3月8日：查阅并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。2013年3月11日-2013年3月15日：专用机床总体方案设计。2013年3月18日-2013年3月22日：绘制零件加工工序图。2013年3月25日-2013年3月29日：绘制零件加工示意图。2013年4月1日-2013年4月5日：绘制机床尺寸联系图。2013年4月8日-2013年4月12日：绘制机床尺寸联系图；填写生存率计算卡。2013年4月15日-2013年4月19日：专用夹具设计。2013年4月22日-2013年4月26日：专用夹具设计。2013年4月29日-2013年5月3日：主轴箱设计。2013年5月13日-2013年5月17日：检查、修改、完善、撰写设计说明书。2013年5月20日-2013年5月25日：资料整理、装订、准备答辩。预期成果：图纸一套以及说明书一份特色或创新之处适用于现代加工企业高效、安全的专用夹具设计、夹紧装置的优化设计，可降低工人的劳动强度、减少机械加工工艺时间和降低机械零件的生产成本。已具备的条件和尚需解决的问题1. 已经专业课程设计的训练，经过毕业实习前期调研，相关资料搜集，已做好经行技术设计的相关准备工作。设计思路及方案已基本明确。 2.专用夹具的设计能力还有待加强。指导教师意见指导教师签名：2013年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目：柴油机汽缸体两端面铣削专机设计信机系机械工程及自动化专业学号：学生姓名：指导教师：（职称：副教授）（职称：）2013年5月25日I无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）柴油机汽缸体两端面铣削专机设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：机械92 学号： 0923070 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日摘要本课题是柴油机汽缸体两端面铣削专机设计，主要是完成机床夹具设计、组合机床总体设计、组合机床主轴箱设计。根据柴油机汽缸体的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度及生产率等要求，确定该机床为卧式组合机床；考虑工件尺寸精度，表面粗糙度，切削的排除生产率等因素，选用硬质合金不重磨式面铣刀；根据工件的尺寸、特点及其材料选择切削用量；然后，再经过切削用量来确定组合机床的通用部件；最后进行组合机床的总体设计。由于是铣削柴油机汽缸体的两端面，则夹具的设计可以采用“一面两销”定位，手动夹紧，一次装夹加工汽缸体两端面，保证加工精度，提高生产率；根据工作将受到切削力来计算夹紧力；再根据夹紧力来选择确定夹紧装置的专用部件。在设计之中，尽量使用通用件，减少制造成本，增加经济效益。通过本次设计可以达到的效果是：所设计的夹具及主轴箱能满足所需的质量要求，使用时安全可靠，拆装方便，易于维修。关键词：组合机床；汽缸体；铣刀；夹具AbstractThis topic is called a diesel engine at both ends of the cylinder block face milling plane design, mainly including the completion of jigs and fixtures design, the combination of the overall machine design and machine tool spindle box design. According to the structural characteristics of the diesel engine cylinder block, the processing site, dimensional accuracy, surface roughness and productivity requirements, it can be determined that the machine is a horizontal combination of machine tools; considering the accuracy of the workpiece dimensions, surface roughness, cutting negative factors such as productivity, the hard-alloyed throw-away grinding-face milling is chosen; cutting amount is selected according to the size of the workpiece. characteristics and material selection; then, by the cutting amount we determine the combination of general machine parts; Finally, the overall design of the machine is carried out. Due to both end faces of the milling diesel engine cylinder block, the design of the fixture can employ the two sells positioning, manual clamping, a fixture worked both ends of the cylinder block surface to ensure accuracy and improve productivity; clamping forces will be calculated through the cutting force; and determine specific parts of the clamping device according to the clamping force. In such a design, one should make use of common parts to reduce manufacturing costs and increase economic benefits. The design can achieve the effect that the design of the fixture and spindle box can meet the quality requirements and it guarantees safe and reliable use, easy disassembly and easy maintenance.Key words: combination machine tools; The cylinder body; Milling cutter;fixture目录摘要IIIAbstractIV目录V1 绪论11.1 课题来源11.2 国内外的发展状况11.3 指导思想和设计要求22 总体方案论证32.1 被加工零件分析32.2 工艺方案的制定32.3 加工设备方案选择32.4 确定机床总体布局43 切削用量的选择及计算53.1 切削刀具的选择53.2 切削用量的选择53.3 切削力、切削转矩、切削功率的确定54 组合机床总体设计84.1 被加工零件工序图84.2 加工示意图94.3 机床联系尺寸图104.3.1 动力部件的选择10 4.3.2 滑台及相配底座的选择11 4.3.3 确定机床的装料高度H114.4 机床生产率计算卡11 4.4.1 理想生产率Q11 4.4.2 实际生产率Q112 4.4.3 机床负荷率负13 4.4.4 编写机床生产率计算卡145 主轴箱设计155.1 主轴及传动轴结构设计155.2 主轴箱传动计算16 5.2.1 传动比分配16 5.2.2 传动系统设计及齿轮的排布175.3 主轴箱的润滑及油泵轴的确定185.4 轴的计算及主轴校核185.5 齿轮的校核205.6 轴承的选择与校核216 夹具设计246.1 定位误差分析计算246.2 夹紧装置设计256.3 夹紧力的计算256.4 夹具零部件的设计27 6.4.1 夹具体的设计27 6.4.2 支座的设计28 6.4.3 支承板的设计28 6.4.4 螺杆的设计29 6.4.5 支承轴的设计30 6.4.6 压板的设计30 6.4.7 导向板的设计317 液压系统设计327.1 负载分析327.2 负载图和速度图的绘制327.3 液压缸主要参数的确定327.4 拟定液压系统原理图35 7.4.1 液压系统的工作要求的确定35 7.4.2 拟定液压系统图357.5 计算和选择液压元件37 7.5.1 确定液压泵的最高工作压力37 7.5.2 确定液压泵流量38 7.5.3 选择液压泵规格38 7.5.4 计算油泵需要的电机功率387.6 阀类元件的选择387.7 油管的确定397.8 确定其它辅助装置397.9 发热及油箱容量计算398 结论与展望408.1 结论408.2 展望40致谢41参考文献4241柴油机气缸体两端面铣削专机设计1 绪论1.1 课题来源随着工业生产规模化、专业化、集中化、高度机械化乃至自动化的步伐的加快，在进行工件加工时，要求考虑使用专用机床和夹具。组合机床和组合机床自动线是一种专用高效自动化技术装备,目前,由于它仍是大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备,因而被广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。某企业因生产发展需要，拟开发柴油机汽缸体两端面铣削专机，因此选定柴油机汽缸体两端面铣削专机设计为本次设计课题1.2 国内外的发展状况在我国，组合机床发展已有28年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。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。我国传统的组合机床及组合机床自动线目前还是主要采用机、电、气、液压控制，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），是其主要的加工对象，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亲睐，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（PLC）、数字控制（NC）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。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户要求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据专家分析，机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。这次博览会上展出的加工中心，主轴转速1000020000r/min，最高进给速度可达10-60m/min；复合、多功能、多轴化控制装备未来也有很大发展潜力。现在的零部件一体化在提高和数量减少的同时，形状却在变的复杂多样化。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外，为了满足产品的加工需求，需要加工机床能够随时调整和适应新的变化。可是现代通信技术在机床装备中的应用，以及信息通信技术的引进使得现在机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关数据；通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。从上面介绍的可以知道，我国组合机床装备跟国外还是有相当大差距的，因此我国组合机床技术装备今后的发展方向应该是高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用。1.3 指导思想和设计要求1.学习独立查阅参考文献的能力。2.完成柴油机汽缸体两端面铣削专机总体结构和主要部件（机床夹具、组合机床主轴箱）设计（折合零号图4张以上）、编制设计说明书一份。3.学习撰写学术论文，完成毕业设计规定的各项任务。4.完成英文翻译资料一份。2 总体方案论证设计的机床要满足加工要求、保证加工精度；尽可能选用通用件、以降低成本.因此根据上述要求和柴油机气缸体的加工特点来确定设计方案.2.1 被加工零件分析被加工零件：柴油机气缸体材料：HT250 硬度：187255HBS年产量：7万件加工部位：两端面加工要求：汽缸体两端面粗糙度被加工到6.3m ，两端面尺寸至5820.3mm2.2 工艺方案的制定工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步.组合机床的总体设计要注重工件及其加工的工艺分析，只有制定出先进合理的工艺方案,才能设计出先进合理的组合机床.根据指定的加工要求,提出若干个工艺方案,择其佳者.工艺方案确定了,组合机床的结构、性能、运动、传动、布局等一系列问题也就解决了.所以，工艺方案设计是组合机床设计的重要环节.而且工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能.因此，必须认真分析被加工零件图纸,深入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及生产率要求等一些因素.拟定组合机床工艺方案的一般步骤如下：1分析、研究加工要求和现场工艺，在制订组合机床工艺方案时，首先要分析、研究被加工零件，如被加工零件的用途及其结构特点、加工部位及其精度、表面粗糙度、技术要求及生产纲领；其次深入现场调查分析零件的加工工艺方法、定位夹紧方式、所采用的设备、刀具及切用量、生产率情况等. 2定位基准和夹压部位的选择组合机床一般为工序集中的多刀加工，不但切削负荷大，而且工件受力方面变化.因此，正确选择定位基准和夹压部位是保证加工精度的重要条件.本道工序主要是加工毛坯，因此，还要对毛坯基准选择考虑有关工序加工余量的均匀性.定位夹压部位的选择应在有足够的夹紧力下工件产生的变形最小，并且夹具易于设置导向和能过刀具.本道工序：粗铣柴油机气缸体两端面.2.3 加工设备方案选择在机械制造业中，金属切削机床占机械设备总台数的50%70%，它负担的工作量约占一半左右，其中有30%50%的工作量是由组合机床来完成的，同时，机械加工方法是机电产品及零部件生产的主要方法，且机械加工质量又是提高整个产品质量的关键.因此，组合机床的开发、设计，是机械制造行业一项非常重要的工作.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专用机床，具有如下特点：1生产率高；2加工精度稳定；3研制周期快，便于设计、制造和使用、维护；4自动化程度高，劳动强度低；5配置灵活，可按工件或工序要求灵活组成机床自动线，易于改装，产品或工艺变化时，通用部件还可以重复利用；6使用稳定，结构紧凑，机床费用低.由于此次被加工的零件已定型，生产批量又较大，加工要求也较高，因此必须采用组合机床来进行生产，同时，又是针对双面加工.因此，采用组合机床来进行加工是较适宜、理想的生产方案.2.4 确定机床总体布局根据上述确定的加工工艺方案，按照工序集中程度和生产批量大小，机床总体布局主要有如下配制型式：1多工位组合机床多工位组合机床：主要用于中、小零件加工.生产占地面积大，但生产率高.这种方式若配合工作台的移动和精确定位，可以组成组合机床自动线，则自动化程度和生产率均很高.2.单工位组合机床各种型式的单工位组合机床，通常可安装一个工件，特别适宜于大、中型箱体类零件的加工.根据配置动力部件的型式和数量，这类机床可分为单面、多面及复合式.这种方式组成灵活，结构简单，由于单工位加工，其机动时间与辅助时间不能重合，因而生产率比多工位机床低.根据以上所述, 柴油机汽缸体的结构是比较规则的长方体，从装夹的角度来看，卧式平放比较方便，采用卧式组合机床加平面，有利于排屑，也减轻了工人的劳动强度.且柴油机气缸体属于中型加工零件，在本次设计中，铣平面工序是主要工序内容.因此为了保证铣平面的加工精度和结合被加工零件加工特点，卧式单工位组合机床是较好的选择.卧式单工位组合机床又可分为卧式单面组合机床，卧式多面组合机床等.若采用卧式单面组合机床，加工两端面需经过两次装夹，增加辅助时间，成本高，生产效率低，工人劳动强度大.因此，采用卧式双面组合机床是合理的选择.其特点：工件安装在夹具里，工件和夹具装在铣削工作台上，刀具相对固定，铣削工作台实现进给运动.生产占地面积小，加工精度高.3 切削用量的选择及计算3.1 切削刀具的选择在生产线上，由于铣削平面的走刀长度一般比孔加工的走刀长度长的多，为了提高切削用量应采用硬质合金套式面铣刀.由参考文献3，粗齿中齿细齿面铣刀刀片材料为YG6(铣铸铁)及YT15(铣钢)，密齿面铣刀刀片材料为YG6，铣碳钢面铣刀刀片材料为YT15.由加工箱体外形尺寸，结合参考文献4箱体端面为425582，为大平面，以及被加工零件材料为HT250，因此选用刀片材料为YG6，刀盘直径为500mm的硬质合金套式面铣刀.又因为本道工序是粗铣，粗糙度要求不高，选中齿铣刀，齿数为34.故设计的组合铣床选择的刀具为：硬质合金套式中齿端面铣刀，材料为YG6，齿数为34.3.2 切削用量的选择在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方法和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，机床的结构形式及工作可靠性均有较大的影响.在大多情况下，组合机床为多轴、多刀、多面同时切削，为尽量减少时间和刀具的损耗，保证机床生产率及经济效果，因此，切削用量比一般机床单刀加工低30%左右. 组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给，由于多轴箱上同时工作的刀具种类不同且直径大小不同，其切削用量也各有特点.因此，一般先按各刀具选择较合理的切削速度v(m/min) 和每转进给量f(mm/r)，再根据其中工作时间最长，负荷最重，刃磨较困难的刀具来确定并调整每转进给量和转速，通常用试凑法来满足每分钟进给量相同的要求.从实际出发，根据加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理的选择切削用量.本次设计中，采用查表法选择加工柴油机气缸体体量端面的切削用量.由参考文献表6-164，查得：铣削深度为2-5mm，在这里取铣削深度ap=4mm铣削速度为50-80m/min，取铣削速度vc=75m/min每齿进给量fz为0.2-0.4mm/z，取fz =0.2mm/z主轴转速 n = =50.96 r/min 取 n = 51 r/min 进给速度：Vmm/min3.3 切削力、切削转矩、切削功率的确定根据选择的切削用量，确定切削力，作为选择动力部件（滑台）设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其他传动件的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电机功率.现分两种方案进行讨论.方案：铣削力的计算：由由机械加工工艺人员手册得：F = 490ap 1.0fz 0.74D-1.0ae 0.90z （3.1）式中 F-铣削力(N)；ap -铣削深度(mm)；fz -每齿进给量(mm/z)；D-铣刀直径(mm)；ae -铣削宽度(mm)；z-铣刀的齿数.由前面计算的切削用量得， ap =4mm； fz=0.2mm/z； D=512mm； ae =425mm； z=34.将上述数值代入式（3.1）得：F = 490ap 1.0fz 0.74D-1.0ae 0.90z =490 41.00.20.74500-1.04250.9034=9277.6(N)由机械加工工艺人员手册有：切削功率：P切 = 2.6610-5 ap 0.9fz 0.75ae 1.1 n0.8 =2.6610-5 40.90.20.754251.1510.8 =7.03（kW）主轴转矩：T =9.55106P/n = 9.551067.03/51 = 1.32106N.mm方案：计算铣削功率:查参考文献4表6-20，得铣削功率: P= 其中 p=1300/a0.313，v= fzzn，A= ap ae切削功率：P切=3.46 kW，相比较，方案切削功率与实际切削功率相差的太大，方案与实际的切削功率相近，故选用第一种方案.4 组合机床总体设计组合机床总体设计，通常是针对具体加工零件，拟订工艺和结构方案，并进行方案图样和有关技术文件设计.并且在选取定加工方法和机床总体布局结构的基础上绘制组合机床“三图一卡”.其内容包括：绘制被加工零件工序图、机床联系尺寸图、加工示意图、夹具设计图和编制机床生产率计算卡等.4.1 被加工零件工序图本次设计的组合机床主要对柴油机气缸体两端面的粗铣.因此采用一面两销定位方式，即利用零件上的一个平面和该平面上的两个孔作为定位基准.一个孔插圆柱销，另一个孔插菱形销.这种定位方法保证了理论上的六点定定位原则(平面上三个点,圆柱销两个点和菱形销一个点)，但是在实践中，在大多数情况下，工件的一个平面，在夹具中不是支承在三个点上，而是支承在四个或者更多一些的支承点上，有时放在两条长的支承板上，这样可以提高“机床-夹具-刀具-工件”系统的刚性，避免夹压力和切削力超出支承点，引起工件的弹性变形，这种变形不仅影响加工精度，还会引起振动，严重时造成刀具的折断.由于本次的加工的工序是在加工好柴油机气缸体顶底面的情况下进行的，因此被加工零件的顶、底面是较光滑的，因此采用柴油机气缸体的下底面作为定位基准，再在该面钻两个销孔，这样就保证了理论上的六点定位原则.被加工零件图是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件.它的要求被加工零件的形状和主要轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构开头及尺寸相符.加工用定位基准、夹紧部位及夹紧方向，以便依次进行夹具定位支承、夹紧、导向装置的设计.本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求.本组合机床以柴油机气缸体为加工对象进行设计，对工序图简要说明及与本机床设计有关的技术指标如下：1定位方法：采用一面两销定位方式，即利用柴油机气缸体底面和该平面上的两个孔作为定位基准.一个孔插圆柱销，另一个孔插菱形销；2零件材料：HT250；3硬度：187255HBS；4方框内尺寸及相应粗糙度为本机床所保证，其余尺寸及相应光洁度为前序保证；5单边加工余量：4mm 本汽缸体的被加工零件工序图如下：图4.1 被加工零件工序图4.2 加工示意图零件的加工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中工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系.因此，加工示意图是组合机床设计的主要图样之一，在总体设计中占据重要地位.其主要内容为：1反映机床的加工方法，切削用量及工作循环.2决定刀具类型、数量、结构、尺寸.3决定主轴的结构类型，规格尺寸及外伸长度.4选择标准或设计专用的接杆，浮动卡头，导向装置，刀杆托架等.5标明主轴、接杆、夹具与工件之间的联系尺寸，配合及精度.加工示意图的画法有如下要求：1加工示意图的绘制顺序是：先按比例用细实线绘出工作加工部位和局部结构的展开图.加工表面用粗实线画.为简化设计，相同加工部位的加工示意图只需表示其中之一，即同一主轴箱里结构尺寸相同的主轴可只画一根.2一般情况下，在加工示意图上，主轴分布可不按真实距离绘制.3主轴应从多轴箱端面画起.刀具应处于加工终了位置.标准的通用结构只画外轮廓，但需加注规格代号.本组合机床加工示意图如下：图4.2 机床加工示意图4.3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系，可用以检验机床各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求，通用部件的选择是否合适，并为进一步开展主轴箱等专用部件的设计提供依据.联系尺寸图，它表示机床的配置型式及总体布局.绘制机床联系尺寸图有以下要求：1.以适当数量的视图按同一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相关位置，表明机床的配置型式及总体布局，主视图应与机床实际加工状态一致.2.图上应尽量减少不必要的线条及尺寸，但反映各部件的联系尺寸，专用部件的主要轮廓尺寸，运动部件的极限位置及行程尺寸，必须完整齐全，至于各部件的详细结构不必画出，可留在具体设计部件时完成.3.为便于开展部件设计，联系尺寸图上应标注通用部件的规格代号，电动机型号，功率及转速，并注明机床部件的分组情况及总行程.4.3.1 动力部件的选择由于功率损耗，取=0.85 取功率储备系数为30%，8.27（1+30%）= 10.75 kW；取 11 kW.选用1TD50-IV动力箱；4选用电动机型号：Y160M-4；同步转速n=1460 r/min，输出轴转速n1=730 r/min，P电机=11 kW.4.3.2 滑台及相配底座的选择根据选定量及工作行程和工件尺寸大小，由参考文献4表5-2查知应选择1HY63系列液压滑台，相应的侧底座为1CC631.表5-1 1HY63 型液压滑台主要技术性能型号台面宽度台面长度行程快进速度（）共进速度（）最大进给力（N）1HY63630125056.5-250500004.3.3 确定机床的装料高度H装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离.考虑刚度，结构要功能和使用要求等因素，新颁国家标准装料高度为1060mm，与国际标准ISO一致.实际设计时常在8501060之间选取.由于滑台高度为400mm，滑台底座高度为630mm，夹具底座高度为220mm，则装料高度为：H=400mm+630mm+220mm=1250mm.图4.3 机床总联系尺寸图4.4 机床生产率计算卡根据加工示意图所确定的工作循环及切削用量等，就可以计算出机床生产率度编制生产率计算卡.组合机床生产率计算卡是按一定格式要求编制的，反映零件在机床上的加工过程，工作时间，机床生产率，机床负荷率的简明表格.它是用户验收机床生产效率的重要依据.4.4.1 理想生产率Q理想生产率Q（单件为件/h）是指完成年生产纲领A（包括备品及废品率）所要求的机床生产率.它与全年工时总数tk有关，一般情况下，单班制取2350h,两班制取4600h，则： Q= 有已知条件知，A=20000件，tk=2350h则由上式得Q= 15.2（件）4.4.2 实际生产率Q1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量.则： Q1 = 式中，生产一个零件所需时间（min），可按下式计算：式中 L1L2分别为刀具第第工作进给长度，单位为mm；vf1vf2分别为刀具第第工作进给量，单位为mm/min；t停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时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转510转所需的时间，单位为min；L快进L快退分别为动力部件快进，快退行程长度，单位为mm；动力部件快行程速度.用机械动力部件时取56m/min；用液压动力部件时取310m/min；t移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 t装卸工件装卸（包括定位或撤消定位夹紧或松开清理基面或切屑及吊运工件等）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0.51.5 min.由已知条件知，L1=320mm+250mm=570mm；vf1=346.8 mm/min；t停=0min；L快进=300mm；t移=0.1min；L快退=300mm+570mm=870mm；vfk=5m/min=5000mm/min；t移=0.1min；t装卸=1.5min.所以，由公式得：T单=+0.1+1.5=3.55 (min)则实际生产率为：Q1=16.9 (件/h)由于Q1Q，即机床实际生产率满足理想生产率，则所选择的切削用量符合机床设计.4.4.3 机床负荷率负当Q1Q，机床负荷率为二者之比.即：负=0.89= 89%负荷率满足组合机床要求.（组合机床负荷率一般在0.75-0.9）. 44.4.4 编写机床生产率计算卡被加工零件图号毛坯种类铸件名称柴油机汽缸体毛坯重量材料HT250硬度187255HBS工序名称柴油机汽缸体两端面粗铣序号工步名称被加工零件数量加工直径（mm）加工长度（mm）工作行程（mm）切削速度（m/min每分钟转数（r/min）进给量（mm/r）进给速度(mm/min)工时（min）机加时间辅助时间共计1装卸工件11.51.52快进30050000.060.06工进32057075510.2346.81.641.64移动10.10.1停留0.0780.078快退87030000.1740.174备注装卸工件时间取于操作者的熟练程度，本机床计算时取1.5min总计3.55单件工时3.55机床生产率16.9 件/时机床负荷率89%5 主轴箱设计主轴箱是组合机床的重要专用部件.它是根据加工示意图所确定的工件加工孔的数量和位置、切削用量和主轴类型设计的传递个主轴运动的动力部件.其动力来自通用的动力箱，与动力箱一起安装于进给滑台，可完成钻、扩、较、镗、铣等加工工序.主轴箱由通用零件如箱体、主轴、传动轴、齿轮和附加机构组成.目前主轴箱设计有一般设计法和电子计算机辅助设计法两种.在此用一般设计方法设计多轴箱.一般设计法的顺序是：绘制多轴箱设计原始依据图；确定主轴结构、齿轮齿数及模数；拟订传动系统，计算主轴、传动轴，绘制坐标检查图；绘制主轴箱总图，零件图及编制组件明细表.5.1 主轴及传动轴结构设计1.主轴结构设计主轴结构形式由零件加工工艺决定，并考虑主轴的工作条件和受力情况.轴承形式是主轴部件结构的主要特征，该机床是进行端面粗铣加工的主轴，为卧式双工位机床，轴向切削力和径向切削力都较大，使用圆锥滚子轴承承受轴向力和径向力.主轴材料选用调质处理的45钢，查机械设计表8-2有：主轴切削功率：P= 2.6610-5 ap 0.9fz 0.75ae 1.1 n0.8 = 2.6610-5 40.90.20.754251.1510.8 = 7.03 kW主轴转矩：T = 9.551067.03/51 = 1.32106N.mm由扭矩初算主轴轴径： D=7.3=7.3=78.25由于该主轴上开有键槽，对轴的强度有削弱，轴径需增大5%，则 d = 78.25 （1+5%）80mm故取主轴轴径为80mm.2.各传动轴结构设计取连接电动机用联轴器的效率=0.99，选用圆锥滚子轴承取传动效率为0.99， 8级精度齿轮传动取传动的效率0.97.则多轴箱的传动总效率=0.990.9940.973 = 0.868.（1）各轴功率的计算：P1= 110.99 = 10.89 kWP2= 10.890.990.97 = 10.45 kWP3= 10.450.990.97 = 10.04 kWP5= = 10.890.990.97 = 10.45 kW（2）各传动轴转矩的计算： = = 146.2 Nm= = 273.56 Nm= = 499.4 Nm= = 159.7 Nm（3）由各传动轴扭矩初算轴直径：44.85mm 48.79mm59.86mm 30mm由上取动力箱输出轴径d1=45mm,其他传动轴取整：d2=50mm，d3=60mm，d5=30mm5.2 主轴箱传动计算5.2.1 传动比分配主轴箱内的传动比最佳为,在主轴箱后盖内的齿轮传动比，根据需要，其传动比可以取大些，但一般不超过；齿轮模数，一般取2，2.5,3或3.5，齿数一般在1770，齿宽b取32mm或24mm；在传动系统中，最后一级采用升速传动，为了使主轴上的齿轮不过大.总得传动比： i总= 22.8i动力箱=2则主轴箱内传动比 i主=11.4主轴箱次轮的模数一般有类比法确定亦可按下式估算，即：上式中： p为齿轮所传递的功率（kW）z为一对齿合齿轮中的小齿轮齿数n为小齿轮转速（r/min）那么： = 3.63取模数为4.5.2.2 传动系统设计及齿轮的排布初步定轴1、2的传动比i12=2轴2、3的传动比i23=1.9轴3、4的传动比i34=3轴1、5的传动比i15=1.2（轴5为润滑泵驱动轴）则各个轴转速计算如下:i34 =3 n3 = 192r/mini23 = n2=364.8 r/mini12 =n1 = 729.6 r/minn5 =传动轴1-传动轴4: ，取，传动轴2-传动轴3: ,取驱动轴1-传动轴2:i12=2 ，取驱动轴2-传动轴5:i15=1.2，约取中心距：=114 = 184 = 210 = 84齿轮排布如下图5.1所示：图5.1 主轴箱齿轮排布5.3 主轴箱的润滑及油泵轴的确定1、润滑大型标准主轴箱采用叶片润滑油泵进行润滑，油泵打出的油经分油器分向各润滑部分；轴承采用油润滑；齿轮用油润滑，由分油器分出的油管润滑.2、油泵轴的确定叶片泵用来润滑时，转速n泵应在转/分范围之内，而轴1的转速n1=730r/min，故根据需要再加一级传动后，n5=625r/min,符合要求.5.4 轴的计算及主轴校核1.选主轴4来校核选择主轴做力学模型，画出受力计算简图.取集中载荷作用于齿轮及轴承的中点.1.轴的材料：45号钢，调质处理.其机械特性查得：, , , =0.2 , =0.1 , C=110由前述可得：n=51r/mind=80mm=300mm2.计算齿轮上的作用力大小低速级大齿轮的分度圆直径为则圆周力Ft、径向力Fr的方向如下图所示，卧式机床轴向力记为03轴承的支反力 1）水平面上的支反力如图1 2）垂直方向上的支反力 3）画弯矩图 a、水平上的弯矩图如图2 b、垂直方向上的弯矩图如图3 4）合成弯矩图如图45）画扭矩图如图5T=1.321066）画计算弯矩图如图6应单向回转，视扭矩为脉动循环则截面C处的当量弯矩为 7）按弯扭合成应力校核轴的强度由图可知截面C的当量弯矩最大，故校核该截面的强度.对于实心轴：故轴安全.图5.25.5 齿轮的校核选轴3与主轴4相齿合齿轮进行校核m=4 ， z3=25 ， z4=75，n=51r/min， i=75/25=31.材料、热处理、许用应力两齿轮材料均选用40Cr,火焰表面淬火，52HRC,8级精度查机械设计手册得：预期齿轮寿命5年，每天工作12小时，工作载荷为轻微冲击，则大小齿轮应力循环次数分别为：N1=60n1jLh=601921530012=2.07108N2=6.911072、验算齿面接触疲劳强度载荷系数，取K=1.5查机械设计表6-3：区域系数,弹性影响系数查机械设计表6-14（e）得到疲劳极限查图6-14得到接触疲劳寿命系数和弯曲疲劳寿命系数：则接触应力为： 3、验算齿根弯曲疲劳强度取 K=1.5查机械设计表6-4得：齿形系数：应力校正系数：许用弯曲应力为：弯曲疲劳强度的最小安全系数，取则：F1 F1 ，F2F2由上述计算可知，均满足要求.5.6 轴承的选择与校核1、选轴承、确定额定动负荷选择轴4上的一对轴承进行校核.轴4直径=80mm，轴承选用圆锥滚子轴承，轴承型号为：30216.额定负荷Cr=160KN,e=0.42.设计轴承寿命为Lh=20000h，取负荷系数fp=1.5，温度系数ft=1.0求轴承受的径向力（受力见下图5.3）轴承所受的径向力:FR1=9000NFR2=7000N图5.3 轴承受力图3、求轴承受的轴向力查表知圆锥滚子轴承产生的轴向力:查手册知道：时，X=1，Y=0 时，X=0.4,Y=0.4 =8750N 故轴承1压紧，轴承2放松.2000+8750 = 10750N = 11250N4、轴承寿命的校核又 X=0.4,Y=0.4PR1=fp(X1R1+Y1A1)=1.5*(3600+4500)=12150负荷系数fp=1.5，温度系数ft=1.0则： Lh=42429.8h20000hX=0.4,Y=0.4PR2=fp(X2R2+Y2A2)=1.5(2800+4300)=10650负荷系数fp=1.5，温度系数ft=1.0则： Lh=65541.9h20000h由以上计算可知：该对轴承均满足要求.6 夹具设计组合机床夹具是给合机床的重要组成部分，用于实现对被加工零件的准确定位夹压对刀具的导向以及装卸工件时的限位等.组合机床的加工精度基本上是由夹具来保证的，因此它与一般机床夹具不同.组合机床夹具按结构特点，可以分为单工位夹具和多工位夹具两大类.单工位夹具是指工件在一个工位上完成加工工序的机床夹具.而多工位组合机床夹具是指工件需要在几个工位上顺序或平行顺序加工厂的机床夹具.按移位方法它又可分为：固定式多位夹具，回转夹具,移动工作台夹具和回转鼓轮夹具等.此外按操纵方式又可分为：手动定位夹紧的给合机床夹具和自动定夹紧的组合机床夹具.本次设计的夹具是单工位的，手动定位夹紧的夹具.组合机床夹具是根据被加工零件专门设计的，本次设计的夹具大致可分为三大部分：工件的定位方法，工件的夹压装置的设计，和引导刀具的导向元件设计.6.1 定位误差分析计算本工件按一面两销定位后，工件在夹具中的位置就已被确定，然而由于某种原因，工件仍会产生定位误差.为了保证工件的加工精度，在定位设计时要仔细分析和研究定位误差.A.定位误差的定义由定位引起的同一批工件的工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，称为定位误差，以D表示.定位误差研究的主要对象是工件的工序基准和定位基准.工序基准的变动量将影响工件的尺寸精度和位置精度.B.定位误差产生的原因造成定位误差的原因是定位基准与工序基准不重合以及定位基准的位移误差两个方面.a.基准不重合误差B 由于定位基准与工序基准不重合而造成的定位误差，称为基准不重合误差，以B表示.基准不重合误差的一般计算式为：B= （6.1）式中 i定位基准与工序间的尺寸链组成环的公差（mm）；b.基准位移误差Y 由于定位基准的误差或定位支承点的误差而造成的定位基准位移，即工件实际位置对确定位置的理想要素的误差，这种定位误差称为基准位移误差，以Y表示.基准位移误差的一般计算式为 Y=Xmax= （6.2）式中 Xmax 定位最大配合间隙（mm）；工件定位基准孔的直径公差（mm）；圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差（mm）；Xmin定位所需最小间隙，由设计时确定（mm）.C.定位误差计算本工序尺寸5820.025mm，由于本工序定位基准与工序基准重合，所以，B=0按式（6.2）计算得Y=Xmax=+Xmin=0.027+0.009+0.5=0.536(mm)则定位误差为D=Y=0.536mm6.2 夹紧装置设计在机械加工过程中，工作将受到切削力，离心力等外力的作用.为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持由定位元件确定的加工位置，而不致发生振动或多移，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，将工件可靠夹紧.由于本次待加工工件的形状是比较规则的，且精度要求不高，故采用螺旋夹紧机构就可以保证其精度.采用螺旋直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧工件的机构，统称为螺旋夹紧机构.螺旋夹紧机构的特点：结构简单，夹紧可靠，通用性大，因此在机床夹具中得到广泛应用.缺点是夹紧和松开工件时比较费力.本次设计的夹紧装置是手动的，它的组成部分有：支承轴、螺杆、压板、压块及螺母等.6.3 夹紧力的计算夹紧力的计算是设计夹具的关键，它的计算是验证所设计的机床夹具是否合理的保证夹紧力计算方法一般为:a.了解所选用的夹紧机构；b.画出受力简图；c.运用力学知识分析、计算.夹紧机构如下图:图6.1 夹紧机构简图如图夹具体机构主要由压板、螺杆、支承轴等组成. 它的受力简图如下: 图6.2 工件受力简图（6.3）W0单个螺旋夹紧产生的夹紧力(N)；WK切削力分力（N）；除螺旋外机构的效率，其值为0.85-0.95.由前面所计算得，由夹具总图知，L=300mml=145mm取0.9则将上述数值代入式（6.1）得，W0 = 9398.1= 21604.8(N)6.4 夹具零部件的设计6.4.1 夹具体的设计夹具体是夹具的基础件.在夹具本上，要安装组成该夹具所需要的各种元件，机构和装置设计时应满足以下基本要求：a.应有足够的强度和刚度；b.结构简单，具有良好的工艺性；c.尺寸要稳定；d.便于排屑.A夹具体毛坯结构的选择选择夹具体毛坯结构时，需要我们考虑很多，比如结构是否合理、是否标准，还要考虑它的工艺性以及经济性，甚至还要考虑工厂提出的具体条件。夹具体一般有三种结构：铸造结构、焊接结构、装配结构. 8由于本道工序是粗铣柴油机气缸体的两侧面，切削负荷大、振动大，且是批量生产的，所以选择铸造结构，它的主要特点是，可铸出复杂的结构形状、抗压强度大、抗振性好、易于加工，但制造周期长，易产生内应力，故应进行时效处理.B夹具体外形尺寸的确定夹具制造属单件生产性质，为缩短设计和制造周期，减少设计和制造费用，所以夹具体设计，一般不作复杂的计算.通常都是参考类似的夹具结构，按经验类比法估计确定.如下表6-1表6-1 夹具体结构尺寸的经验数据：夹具体部位经验数据铸造结构夹具体壁厚h825mm夹具体加强筋厚度(0.70.9)h夹具体加强筋高度不大于5h按上表，取夹具体壁厚h=25mm夹具体加强筋厚度为 0.7250.925mm,即为17.522.5 mm.取厚度为20mmC夹具体高度的确定根据前面的总体设计及机床联系尺寸图，夹具体的高度H=950+250-425/2-47.5=220mm设计的夹具技术要求有以下几点：a.铸造彻底清砂；b.铸件需人工时效处理；c.铸件不得有砂眼、气孔、缩松、裂纹等；d.粗加工后需再次进行时效处理；e.不加工表面涂底漆.夹具体的主要外形如下图：图6.3 夹具体尺寸图6.4.2 支座的设计支座是夹紧装置与夹具体的桥梁.材料的选择，应以结构合理性，工艺性，经济性，标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑.由于本次加工的工件外形较大，且切削负荷大、振动大，因此采用铸造结构，材料为HT200.6.4.3 支承板的设计工件的基准平面经切削后，可直接放在平面上定位.经过刮削，磨削的平面具有较小的表面粗糙度值和平面度误差，且可获得较精确的定位.常用的定位元件有支承板和平头支承钉.这类是呈面接触的定位件.但是在实践中，在大多数情况下，工件的一个平面，在夹具中不是支承在三个点上，而是支承在四个或者更多一些的支承点上，有时放在两条长的支承板上，这样可以提高“机床-夹具-刀具-工件”系统的刚性，避免夹压力和切削力超出支承点，引起工件的弹性变形，这种变形不仅影响加工精度，还会引起振动,严重时造成刀具的折断.因此本定位元采用支承板定位.支承板有两种类型，一种是光面支承板，用于垂直布置的场合；另外一种就是带斜槽的支承板，用于水平方向布置的定位中，其凹槽可防止细小切屑停留在定位面上.因此，选择带斜槽的支承板.又因为本次定位采用一面两销的定位方法，且工件的底面是不完整的，所以两孔加工在支承板上.因为支承板是定位元件，所以对支承板的表面粗糙度要求较高.所设计的支承板的表面粗糙度达到6.3.支承板设计的步骤如下：a.支承板的材料选用45钢；b.在支承板上加工三个孔，通过螺钉与夹具体连接；c.在支承板上加工两个定位销孔.支承板的主要结构如下图：图6.4 支承板结构尺寸图6.4.4 螺杆的设计本次的螺杆设计采用两端加工螺纹，一端于支座连接，另一端穿过压板和螺母连接，并且中间有一圆柱压缩弹簧支承着压板.弹簧的作用是防止压板中间受力过大而弯曲变形.螺杆的螺杆的两螺纹端的尺寸为M24，材料为45钢.螺杆的主要外表如下图：图6.5 螺杆结构尺寸图6.4.5 支承轴的设计该轴主要起支承作用.设计采用的材料为45钢，一端加工成螺纹与支座连接，别一端加工成球面支承着压板的未端，并且在零件装卸时可以在压板的斜槽内滑动.螺纹端的尺寸为M24.支承轴的主要外形及尺寸如下图：图6.6 支承轴结构尺寸图6.4.6 压板的设计压板的设计主要是为了压紧工件，压板设计的是否合理关系着所设计的夹具操作的方便.本着操作方便的原则，压板的设计采用如下的步骤：a.压板的一端加工成滑槽，该滑槽的未端由支承轴支承；b.压板的中间部分加工成通的全长孔，装卸时螺杆可以在里滑动.压板的主要形状及尺寸如下图:图6.7 压板结构尺寸图6.4.7 导向板的设计导向板的设计主要为了安装工件时的导向作用.本次设计的导向板有四块.相对的两块导向板与工件的距离为2mm.导向板上加工有三个孔，通过螺钉与支座连接在一起.导向板相对工件的表面应较光滑，表面粗糙度达到Ra3.2同时还要进行表面热处理. 导向板的形状及尺寸如下图：图6.8 导向板结构尺寸图7 液压系统设计7.1 负载分析受到的外负载为：F=FL+Ff+Fa1.工作负载：FL=2.摩擦负载：假设工作台重量为500Kg，工件以及夹具重量为100Kg，工作台采用的是平导轨，设定摩擦系数静摩擦负载：动摩擦负载：3.惯性负载：Fa=Ma=1591.8N液压缸各阶段中的负载表如下表7-1所示：表7-1 液压缸个阶段中负载（液压缸机械效率=0.9）工况计算公式液压缸负载F/N缸推力F/N启动F=Ffs12001333.3加速F=Ffd+Fa2591.82879.8快进F=Ffd10001111.1工进F=Ffd+FL9277.610277.6快退F=Ffd10001111.17.2 负载图和速度图的绘制根据前面的负载分析结果以及已知的速度行程要求，绘制液压缸速度图及负载图如下图7-1所示：7.3 液压缸主要参数的确定1.初选液压缸的工作压力该设备属于机床类，且负载不大，根据参考文献13表9-1和9-2初选液压缸的工作压力为2.0Mpa. 13 图7.1液压缸负载图及速度图2.计算液压缸的尺寸由于快进采用差动连接实现，故有杆腔和无杆腔有效的工作面积A2= A1A=5138.810-6 m2D=810-2m取液压缸径D=80mm.活塞杆直径d=0.7D=0.780=56mm则液压缸有效作用面积：A1=1/43.14D2 =1/43.1482 =50.24cm2有杆腔作用面积：A2=1/43.14(D2-d2) =1/43.14（82-5.62） =25.62cm23.工作台液压缸最大流量：Q快进=(A1-A2)V快=(50.24-25.62)10-45 =7.3110-3m3/min =7.31L/minQ工进=A1V工进 =50.210-4346.810-3 =17423.210-7 m3/min =1.7423 L/minQ快退=A2V快 =25.6210-45 =128.110-4 m3/min=12.81 L/min4.绘制工况图1.快进：P快= =Q快进=(A1-A2)V快=(50.24-25.62)10-45 =7.3110-3m3/min =7.31L/min2.工进： Q工进=A1V工进 =50.210-4346.810-3 =17423.210-7 m3/min =1.7423 L/min3.快退：P退=Q快退=A2V快 =25.6210-45 =128.110-4 m3/min=12.81 L/min工作循环中各个阶段的压力、流量和功率如表7-2所示：表7-2液压缸各阶段的压力流量和功率工况压力p/Mpa流量q/Lmin-1功率P/W快进1.6347.31270.8工进2.4541.743250.25快退1.41412.811.22由表7-2绘制液压缸工况图如图7.2所示：图7.2液压缸工况图7.4 拟定液压系统原理图7.4.1 液压系统的工作要求的确定本机床为卧式双工位组合机床，其液压系统的基本要求为：1、为了完成两端面铣削加工任务，要求主油缸驱动液压滑台能实现“快进工进快退原位停止”的工作循环.7.4.2 拟定液压系统图1.液压滑台运动部分（1）供油方式的确定铣刀工作进给时需要供油的压力较高，但流量较小；快速行程时需要流量大，但压力较低.这时如果选用一个大流量的定量泵，虽也可满足要求，但当工作进给时必然会有大部分压力较高的油液经过溢流阀流回油箱，不仅浪费了功率，而且会引起液压系统的发热.在这台组合机床的设计中采用带压力反馈的限压式变量叶片泵，在低压时（快速行程）能产生大流量，而在压力较高时（工作进给）流量能自动减小，以避免过多的损失.（2）拟定基本回路和确定阀类元件为了液压滑台能实现能“快进工进快退原位停止”的工作循环，设有三位五通电磁换向阀4实现换向.液压滑台的快进采用差动连接，用二位二通行程9进行控制；在快进时，液压缸上腔的回油经单向阀7可以流到缸下腔实现差动连接.采用了进油调速回路，由调速阀8来调节工作进给速度.（3）确定辅助装置为了避免铁屑等物损坏液压泵，在泵进口处加一粗滤油器.2.整个液压系统的运动循环（1）快进：电磁铁1YA带电后，压力油经过电磁换向阀进入三位五通电磁换向阀4的左控制腔，换向阀左位工作，液压油经行程阀9进入滑台无杆腔.但由于外控外泄型顺序阀5的开启压力高于快进时所需的压力，所以这时外控外泄型顺序阀5不打开.由液压缸有活塞杆腔排出的油经过换向阀4和单向阀7也流入液压缸无活塞杆腔，所以这时液压缸为差动连接，得快速前进.（3）工进：滑台快速行程终了时，压下行程开关9.行程阀9上位工作.液压泵排出的油经换向阀4和调速阀8流入液压缸无活塞杆腔.调节调速阀8的开口量，就能得到所需要的工作进给速度.由液压缸有杆腔排出的油经换向阀4、顺序阀5（此时由于压力升高顺序阀已经打开）和背压阀6流回油箱.（4）快退：加工结束后压下行程开关，压力继电器11发出信号，电磁铁1YA断电，2YA带电，换向阀4换向，其右位工作.压力油通过换向阀4进入液压缸有杆腔，无杆腔的液压油通过单向阀10和换向阀4流回油箱，完成快退.液压系统图、工作进给油路和定位夹紧油路液压系统图如下7.3所示： 1.滤油器 2.油泵 3.单向阀 4.三位五通电磁换向阀5.顺序阀 6.背压阀 7.单向阀 8.调速阀9.行程阀10.单向阀 11.压力继电器图7.3 液压系统图3.电磁铁行程阀动作顺序表7.5 计算和选择液压元件7.5.1 确定液压泵的最高工作压力由于这台组合机床在工作进给时的流量较小，所以在主进油路和主回油路中油液流经管道和一般液压元件（除调速阀外）时的压力损失可以忽略不计.流经调速阀的所需的压力降P=5105Pa.可以初步确定液压泵的最大工作压力Pp为：7.5.2 确定液压泵流量取泄漏系数K=1.2，则液压泵的流量应为：7.5.3 选择液压泵规格根据Pp和Qp的数值，按产品规格可选用：YBS-B25型变量叶片泵，规格中说明当电机转速

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