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气缸体双工位专用钻床总体及夹具设计任务书一、 毕业设计（论文）的内容和要求1. 内容题目：气缸体双工位专用钻床总体及夹具设计1. 制定工艺方案，确定机床配置型式及结构方案2. 三图一卡设计3. 夹具设计5.运用CAD绘制装配图零件图6.撰写毕业设计论文2. 要求：1、 机床应能满足加工要求，保证加工精度2、 机床应运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整3、 机床各动力部件用电气控制4、 机床尽量采用标准件和通用件（中间底座可自行设计）以便降低制造成本二、 毕业设计（论文）图纸内容及张数 论文图纸包括：机床总图，加工示意图2份，夹具体，夹具总图2份，压板图共七张图纸。三、 实验内容及要求内容：本课题设计的是气缸体双工位专用钻床，用于钻削被加工零件左侧面上的12个30深110mm的挺柱孔，右侧扩12个41的孔、锪挺柱孔41端面，并钻削12个8和7个6的水孔。本机床设计主要包括总体设计和夹具设计两个部分。要求：机床应能满足加工要求，保证加工精度，机床应运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整：机床尽量采用标准件和通用件（中间底座可自行设计）以便降低制造成本；机床各动力部件用电气控制。参考文献1 谢家瀛组合机床设计简明手册M北京: M机械工业出版社,19952 徐鸿本. 机床夹具设计手册M辽宁科学技术出版社，2004.3 杨黎明机床夹具设计手册M北京：国防工业出版社，1996.4 金振华组合机床及其调整与使用M北京：机械工业出版社，19905 徐锦康. 机械设计手册M 高等教育出版社,20046 姚永明非标准设备设计M上海：上海交通大学出版社，19997 大连组合机床研究所编.组合机床设计(第一册.机械部分)M.北京:机械工业出版社,1975.8 大连组合机床研究所.组合机床设计参考图册M.北京:机械工业出版社,19759 王健石机械加工常用刀具数据速查手册M北京：机械工业出版社，200510 赵志修机械制造工艺学M. 北京:机械工业出版社,1985. 11 陈立周稳健设计,北京:机械工业出版社,2003.12 刘文剑夹具工程师手册M哈尔滨：黑龙江科技出版社，198713 手册编委会机械加工工艺装备设计手册M北京：机械工业出版社，199814 丛凤廷组合机床设计（第二版）M上海：上海科技出版社，1994五.毕业设计（论文）进程安排起讫日期设计（论文）各阶段工作内容备 注2016.6.1-6.15查阅相关参考资料，完成开题报告2016.6.20-7.10结构设计2016.7.12-8.20完成AutoCAD零件图、装配图2016.8.22-9.5编写设计说明书2016.10.6-11.20毕业设计（论文）的修改、答辩的准备3开 题 报 告科学依据（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）1、课题来源课题来源于恒力机床厂。2、课题研究的主要内容课题研究的主要内容是为保证气缸体挺柱孔和顶面水孔的加工以及保证相应的位置精度，设计一台气缸体双工位专用钻床。在完成“三图一卡”的基础上，还要完成夹具设计。3、国内外现状综述组合机床技术装备现状与发展趋势: 组合机床及其自动线是集机电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。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。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。其中液压系统均采用集中供油分散控制的形式，液压管路固定可靠，无振动、摇动，并解决了漏油问题，能满足市场对组合机床高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期的需求。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（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。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。目前，加工中心的主轴转速可达1000020000r/min，最高进给速度可达2060m/min；复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。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。 然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机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。在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距，因此我国组合机床技术装备高速度、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将是今后的发展方向。 参考文献1 谢家瀛组合机床设计简明手册M北京: M机械工业出版社,19952 徐鸿本. 机床夹具设计手册M辽宁科学技术出版社，2004.3 杨黎明机床夹具设计手册M北京：国防工业出版社，1996.4 金振华组合机床及其调整与使用M北京：机械工业出版社，19905 徐锦康. 机械设计手册M 高等教育出版社,20046 姚永明非标准设备设计M上海：上海交通大学出版社，19997 大连组合机床研究所编.组合机床设计(第一册.机械部分)M.北京:机械工业出版社,1975.8 大连组合机床研究所.组合机床设计参考图册M.北京:机械工业出版社,19759 王健石机械加工常用刀具数据速查手册M北京：机械工业出版社，200510 赵志修机械制造工艺学M. 北京:机械工业出版社,1985. 11 陈立周稳健设计,北京:机械工业出版社,2003.12 刘文剑夹具工程师手册M哈尔滨：黑龙江科技出版社，198713 手册编委会机械加工工艺装备设计手册M北京：机械工业出版社，199814 丛凤廷组合机床设计（第二版）M上海：上海科技出版社，1994 开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：论文选题缺乏新意，论证不够充分，具体例证较少，老生常谈的内容偏多，引用他人观点的比例偏大。英语表达基本达意，但存在较多的语法错误。论文格式基本符合要求。2. 对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：该课题选题较好，符合毕业设计选题要求。对毕业论文的各个环节非常重视，提出的开题报告格式符合学校的有关毕业生论文的写作要求，报告说明充分，思路清晰；论文题目选择合理，符合本专业要求，和专业学习相符，有研究价值。还应在调查实习中努力发现问题，以完善理论，将理论与实际相结合。预计该论文应该能够达到预期水平，特别在题目的主要内容中，论点准确、结构适当、符合要求，故此同意该生开题。 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日6气缸体双工位专用钻床总体及夹具设计摘 要本课题设计的是气缸体双工位专用钻床，用于钻削被加工零件左侧面上的12个30深110mm的挺柱孔，右侧扩12个41的孔、锪挺柱孔41端面，并钻削12个8和7个6的水孔。本机床设计主要包括总体设计和夹具设计两个部分。采用卧式双工位双面加工方案，左侧主轴箱用来加工这12个挺柱孔，右侧主轴箱用来完成剩下的31个孔的加工，两主轴箱的中间是夹具部分。机床采用液压滑台实现刀具的进给，以保证进给速度的稳定可靠。由于工件左侧12个30 mm的挺柱孔之间孔距较小，使得左主轴箱中主轴的排布受到了限制，为此采用双工位分两批加工。工件选用“一面两孔”的定位方案，采用液压夹紧方式。为保证工件上被加工孔的位置精度，采用了导向装置。因工件批量较大，导向装置中的钻套容易磨损，所以采用了可换钻套。夹具体材料采用HT200,并在夹具体上开设排屑槽以防止切屑在定位元件工作表面上或其他装置中堆积而影响工件的正确定位和夹具的正常工作。关键词：气缸体；组合机床；总体设计；夹具 Design of General and Fixture of Modular Machine Tool with Double Stations Drilling for the Cylinder BodyAbstractThe modular machine tool is designed for double stations drilling of the cylinder body. It is used for machining these holes in the work piece: twelve holes with the diameter 30mm and depth 110mm on the left side, twelve diameter 41mm holes and their bottom surfaces on the right surface, twelve diameter 8mm and seven diameter 6mm holes. The topic includes two parts, the general design and fixture design of the machine tool. The modular machine tool uses the horizontal-type, double-station and two-side processing plan. The left spindle box is used for machining twelve tappet holes, the right spindle box is used for machining 31 holes, and a fixture is between two spindle boxes. To achieve stable and reliable feed, hydraulic pressure sliding tables are used in this machining tool. The small distance between two tappet holes on the left side of the cylinder body makes arrangement of main spindle in the headstock restricted. Therefore twelve holes on the left side are separated into two groups through double-station machining. The work piece is located at the fixture through a face two holes, and clamped by hydraulic pressure devices. To ensure position precision, the guiding devices are used. Replaceable guiding sleeves are chosen, because they are easy wearing in large quantities of production. The material of clamp body is HT200. Chip troughs which are in the clamp body are free of chip falling onto the working surface of positioning components or accumulating on other devices, and ensure the work piece correct positioning and the fixture normal working. Key words: cylinder body; modular machine tool; general design; fixture 目 录摘 要IAbstractII第一章 总体设计61.1 总体方案论证61.1.1加工内容及要求61.1.2 机床配置型式的选择61.1.3 定位基准的选择61.2 确定切削用量及选择刀具71.2.1选择切削用量71.2.3 选择刀具结构91.3 总体设计“三图一卡”91.3.1 被加工零件工序图91.3.3 机床联系尺寸图121.3.4 机床生产率计算卡15第二章 夹具设计222.1 概述222.1.1 零件的工艺性分析222.1.2 夹具设计的基本要求222.2定位方案的确定232.2.1 概述232.2.2 定位基准的选择232.3 加紧方案的确定242.3.1夹紧装置的确定242.3.2夹紧力的确定252.4 导向装置的选择292.4.1 钻模套型式的选择和设计292.4.2 钻模板的类型和设计312.5夹具体的设计312.6 误差分析323.1总结35参考文献36致 谢37V第一章 总体设计1.1 总体方案论证1.1.1加工内容及要求该加工零件为气缸体。材料HT250，其硬度：187255HBS，在本工序之前各主要表面、销孔已加工完毕。本道工序：钻左面、右面的孔，由本设备“YZJ1506双工位专用钻床”来完成，因此，本设备的主要功能是完成气缸体左、右两个面上一共43个孔的加工。具体加工内容及加工精度是：a）左面12个孔：钻削1230深110的挺柱孔，表面粗糙度Ra值为12.5m，各孔位置度公差为0.02mm；b）右面31个孔：另一侧扩1241孔，表面粗糙度Ra值为12.5m，各孔位置度公差为0.03mm；并钻削顶面128和钻76的水孔，表面粗糙度Ra值为12.5m，各孔位置度公差为0.03mm。1.1.2 机床配置型式的选择机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成。其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、调试与运输都比较方便；而且，机床重心较低，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其优点是占地面积小，自由度大，操作方便。其缺点是机床重心高，振动大。根据任务书上的要求，选用卧式双面组合机床。1.1.3 定位基准的选择 组合机床是针对某种零件或零件某道工序设计的。正确选择定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的工序集中。一般常采用一面两销定位和三面定位。本机床加工时采用的定位方式是一面两销定位，以左端面为定位基准面，限制三个自由度；一个圆锥销限制两个自由度；再用一个菱形销限制剩下的一个自由度。1.2 确定切削用量及选择刀具1.2.1选择切削用量 对于43个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从1第130页表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1第131页表6-12选取。降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避免钻头折断。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它浅孔时钻头的寿命比较接近。同一多轴箱上各刀具每分钟进给量必须相等并等于滑台的工进速度Vf,所以要求同一多轴箱上各刀具均有较合理的切削用量是困难的。因此,一般先按各刀具选择较合理的转速ni和每转进给量fi,在根据其中工作时间最长,负荷最重,刃磨较困难的所谓”限制性”刀具来确定和调整每转进给量和转速,通常采用试凑法来满足每分钟进给量相同的要求。37个孔的切削用量的选择a) 孔 1230，深110mm 由d2250mm，硬度大于187255HBS，查1 第130页表6-11高速钻孔切削用量得:选择v=1624m/min,取v=20m/min,f0.40.8mm/r,又d=30mm,根据公式： (2-1) 得： 取n=220r/min；b) 扩孔1230到1241，深110mm 。由d4060，硬度大于187255HBS，查1第131页表6-13扩孔切削用量得：选择v=1018m/min, 取v=15.5m/min；f0.30.4mm/r, 取f=0.2mm/r,由d=41mm c)钻孔76，深35mm 由d16mm，硬度大于187255HBS，查1第130页表6-11高速钻头切削用量得：选择v=1018m/min,取v=15m/min;f0.050.1mm/r,取f=0.008mm/r,由d=6mm，得 取n=800r/mind)钻孔128，深35mm由d612mm，硬度大于187255HBS，查1第130页表6-11高速钻头切削用量得：选择v=1018m/min,取v=15m/min;f0.10.18mm/r,取f=0.1mm/r;由d=8mm，得 取n=600r/min1.2.2 计算切削力、切削转矩及切削功率根据1P134表6-20中公式 (2-2) (2-3) (2-4) (2-5） （2-6）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）；D加工（或钻头）直径（mm）；HB布氏硬度，在本设计中，得HB=232。由以上公式可得：左面 单根 16轴 F=5653.25N T=46423.35Nmm P=1.5 kw 右面 单根 112轴 F=869.346N T=59405.32Nmm P=0.7 kw1319轴 F=543.11 N T=1047.74 Nmm P=0.1 kw2031轴 F=865.68 N T=2447.93 Nmm P=0.15kw总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和 左面 Pw=61.5=9kw 右面 Pw1=120.7=8.4Kw Pw2=70.1+120.15=2.5kw1.2.3 选择刀具结构根据工艺要求及加工精度的要求，钻1230孔时采用锥柄阶梯麻花钻头，钻头材料高速钢，刀柄材料40Cr，加工部分直径30h8，阶梯圆锥角，导向部分直径40h8；锪孔1241时选用套装式锪孔钻,直径41h8，钻头材料高速钢，刀柄材料40Cr；钻128孔时选用锥柄麻花钻，直径8h8，钻头材料高速钢，刀柄材料40Cr；钻76孔时选用锥柄麻花钻，直径6h8,钻头材料高速钢，刀柄材料40Cr。1.3 总体设计“三图一卡”1.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是表达本工序加工部位以及加工部位的尺寸、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具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。1.3.2 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。它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。2.3.2.1 刀具的选择刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。钻30mm的孔选择刀具30H7锥柄阶梯麻花钻头；扩30mm孔到41mm选择刀具41h8套装式锪孔钻；钻8mm的孔选择刀具8h8锥柄麻花钻；钻6mm孔选择刀具6h8锥柄麻花钻。92.3.2.2 确定主轴、尺寸、外伸尺寸由选定的切削用量计算得到的切削转矩T，根据1第43页表3-4得 (2-7)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。可得：左主轴箱：轴16 d=35右主轴箱：轴112 d=30轴1319 d=11.2轴2031 d=13.8根据主轴类型及初定的主轴轴径，查1第44页表3-6可得到主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号。主轴轴径d=35时，主轴外伸尺寸为：D/d2=65/44,L=135；接杆莫氏圆锥号为4号。主轴轴径d=30时，主轴外伸尺寸为：D/d2=50/36,L=115；接杆莫氏圆锥号为3号。主轴轴径d=11.2时，主轴外伸尺寸为：D/d2=32/20,L=115；接杆莫氏圆锥号为号。主轴轴径d=13.8时，主轴外伸尺寸为：D/d2=32/20,L=115；接杆莫氏圆锥号为号。2.3.2.4 动力部件工作循环及行程的确定A 工作进给长度的确定工作进给长度，应等于加工部位长度L=110mm（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度L1和切出长度L2之和。 即： = L1+L+L2 (2-8)式中切入长度L1一般为510，根据工件端面的误差情况确定。查1 第46页表3-7，得出钻孔时的长度为L2=（d/3）+(38)，当d=30mm 时， (2-9) L2=10+（38）=15mm左右两个面上钻孔时的工作进给长度见下表：表2-1 工作进给长度 L L1 d L2 左主轴箱110103015135右主轴箱67.354116.67130B 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。初步选定左右两个主轴箱上刀具的快速进给长度分别为190和200。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。由已确定的快速进给和工作进给长度可知，左右两面快速退回长度分别为340和330。D 动力部件总行程的确定动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。左面的前备量取40，后备量取250，则总行程为630；右面前备量取40，后备量取260，则总行程为630。1.3.3 机床联系尺寸图1.3.3.1 选择动力部件14A 动力滑台的选择a) 动力滑台形式的选择本组合机床采用的是液压滑台。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和工进，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气缸体左面12个孔和右面上的31个孔，位置精度和尺寸精度要求较高，因此采用液压滑台。由此，根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理等因素，确定机床为卧式双面液压传动组合机床，液压滑台实现工作进给运动，选用配套的动力箱驱动主轴箱主轴进行钻孔加工。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1 第62页得 （2-10）式中，各主轴所需的轴向切削力，单位为N。则：左主轴箱 F左 =66788.15=40728.9N右主轴箱 F右=12869.346+7543.11+12865.68=24622.082N 实际上,为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于F多轴箱。又考虑到所需的最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作的稳定性，由1第91页表5-1，左、右两面的液压滑台均选用1HY50MIA型。由1第91页表5-3知：台面宽B=400mm，台面长L2=800mm,行程长630mm，滑台及滑座总高360mm,滑座长1875mm，允许最大进给力32000N，快速行程速度5m/min，工进速度12.5500mm/min取58.33mm/min。B 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P切削，根据1第47页公式 （2-11）式中, P切削消耗于各主轴的切削功率的总和（KW）； 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。左主轴箱主轴较少所以取0.9，P切削=9KW 则 =9/0.9=10KW右主轴箱主轴数量较多、传动复杂，故取=0.8，P切削=8.4KW 则 =8.4/0.8=10.5KW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1 第114页到第115页表5-38得出动力箱及电动机的型号,如表2-2所示。表2-2 动力箱及电动机的型号选择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)左主轴箱1TD50Y160M-4111460730右主轴箱1TD50Y160M-41114607301.3.3.2 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=88mm，主轴箱最低主轴高度h1=160mm，所选滑台与滑座总高h3=360mm，侧底座高度h4=500mm，夹具底座高度h5=380mm，中间底座高度h6=600mm，综合以上因素，该组合机床装料高度取H=930。1.3.3.3 确定主轴箱轮廓尺寸 图2-1 多轴箱轮廓尺寸确定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，查1第49页公式： B=b+2b1 （2-12） H=h+h1+b1 （2-13）式中，b工件在宽度方向相距最远的两孔距离（）；b1最边缘主轴中心距箱外壁的距离（）；h工件在高度方向相距最远的两孔距离（）；h1最低主轴高度（）。其中，h1还与工件最低孔位置（h2=88mm）、机床装料高度（H=930）、滑台滑座总高（h3=360mm）、侧底座高度（h4=500mm）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h185140mm，本组合机床按式 h1= h2+H-(0.5+h3+h4) (2-14) h1=88+930-(0.5+360+500)=157.5mm右主轴箱轮廓尺寸为：b=893mm,h=893mm,取b1=37.5mm,则求出主轴箱轮廓尺寸： B=893+237.5=968mm H=h+h1+b=223+157.5+37.5=418mm根据上述计算值,按主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱轮廓尺寸为BH=1000630。对左轴箱计算公式与方法相类似，其轮廓尺寸均为1000mm630mm。由1表7-2可知：前盖55mm，后盖90mm，中间箱体宽180mm。1.3.4 机床生产率计算卡 图2-2 左动力头循环 图2-3 右动力头循环查1第51页，计算单件工时： （2-15）式中, L1、L2分别为刀具第、第工作进给长度,单位为mm；Vf1、Vf2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； Vfk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（包括定位或撤销定位、夹紧或松开、清理基面或切屑及吊运工件）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Q1Q，则必须重新选择切削用量或修改机床设计方案。左面： 右面： 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T单=4.07min。1.3.4.1 理想生产率Q（件/h）理想生产率是指完成年生产纲领（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。查1第51页得 （2-16）计算，式中， N年生产纲领（件），本课题中N=60000件； tk全年工时总数，本课题以双班制计，则tk =4600h。故有：1.3.4.2 实际生产率Q1（件/h）实际生产率是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。查文献1第51页得 （2-17）式中，T单生产一个零件所需时间（min）。1.3.4.3 机床负荷率机床负荷率为理想生产率与实际生产率之比。查 1第52页得 （2-18） 则 生产率计算卡如表2-3所示。1.3.3.4中间底座尺寸的确定6在加工示意图中，已经确定了工件端面至主轴箱在加工终了时距离，根据选定的动力部件及配套部件的位置关系，并考虑到动力头的前备量等因素，就可以确定中间底座长度尺寸L。 （2-19）式中：L1为工件端面到主轴箱在加工终了时端面的距离；L1=160mm L2主轴箱厚度；L2=325mmL3工件的总长度；L3=953mm l1动力头支承凸台尺寸；l1=230mml2动力头支承凸台端面到滑座端面在加工完了时的距离，它由动力头支承凸台端面到滑座端面的最小尺寸和动力头的向前备量组成，并具有一定的调节范围（在7080mm）；l1=74mm l3滑台前端面到床身前端面的距离；l3=100mm 结合左右两侧计算得L=1115mm，考虑到左右对称及中间底座的设计制作的方便性取L=1200mm。确定中间底座高度尺寸时，应考虑铁屑的储存及排除，电气接线安排，中间底座高度一般不小于540mm。本机床确定中间底座高度为600mm。表2-3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气缸体毛坯重量250Kg材料HT250硬度250HB工序名称钻扩双工位组合工序号号工步名称加工直径mm加工长度工作行程mm切削速度m/min每分钟转速每转进给量进给速度mm/min工时（min）机加工时间辅助时间共计1左滑台快进15060000.032左滑台工进3010520771.43左滑台工进414520441.14左滑台快退35060000.062.65移动工作台快进624000.156移动工作台快进110027左滑台快进15060000.038左滑台工进3010520771.49左滑台工进414520441.110左滑台快退35060000.062.611右滑台快进20060000.0412右滑台工进417015.5601.213右滑台工进8、66015602.414右滑台快退33060000.063.715移动工作台快退工退0.2注1）装卸工件时间取决于操作者熟练程度；2）因工步7、8、9、10与工步11、12、13、14同时进行，所以机床的单件工时为4.07。总计6.7单件工时4.07机床实际生产率14.74件/小时机床负荷率88.4%41第二章 夹具设计2.1 概述2.1.1 零件的工艺性分析夹具是组合机床的重要组成部分，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。它用于实现被加工零件的准确定位、夹压、刀具的导向以及装卸工件时的限位。本次毕业设计是设计在气缸体进行钻孔加工所用的夹具。柴油机气缸体材料为HT250，其硬度为187255HBS，在本工序之前柴油机气缸体的上下两个主要表面已加工完毕。本道工序左面，钻削1230深110的挺柱孔，位置度要求0.20mm，另一侧扩1230为1241，并锪1241孔，位置度要求0.30mm；并钻削顶面128和钻76的水孔，位置度要求0.20mm。2.1.2 夹具设计的基本要求2.1.2.1 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。2.1.2.2 提高生产效率、减低制造成本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。2.1.2.3 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。2.1.2.4 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。2.1.2.5 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。122.2定位方案的确定2.2.1 概述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。 “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（工位）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，并有利于防止切屑落于定位基面上。“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。2.2.2 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。被加工零件为柴油机气缸体属箱体类零件，本工序加工为双面先后钻孔，加工工序集中、精度要求高，本设计中采用“一面两销”定位。如图3-1所示。 图3-1 工件定位示意图2.3 加紧方案的确定2.3.1夹紧装置的确定2.3.1.1 夹紧装置的组成夹紧装置一般由力源装置、中间传力机构、夹紧元件三部分组成。2.3.1.2 夹紧装置设计的基本要求12a) 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。2.3.1.3 夹紧装置的选择13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110m/s，夹具每小时可连续松夹上千次。 b) 工作压力低（一般为0.40.6MPa）。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2.3.2夹紧力的确定2.3.2.1 夹紧力确定的基本原则A 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。2.3.2.2 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。用推杆将压力传递至压板，然后由压板将压力分散到工件压紧表面，从而将工件压紧。2.3.2.3 夹紧力的预算根据工件所受切削力、夹紧力的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不利的状态，来确定夹紧力。根据文献2第19页查得夹紧力Wk的计算公式如下 （3-1）式中 K安全系数；P理论夹紧力（N）；Wk实际所需夹紧力(N)。1压板和工件表面间的摩擦系数；2工件和定位支承块间的摩擦系数。根据文献2查得安全系数K按下式计算 （3-2）式中，K0K6为各种因素的安全系数，查文献2表1-2-1得K0：考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数，K0=1.21.5取K0=1.2；K1：加工性质，粗加工取K1=1.2；K2：刀具钝化程度，K2=1.01.9 取K2=1.0；K3：切削特点，连续切削，取K3=1.0；K4：夹紧力的稳定性，机动夹紧，取K4=1.0；K5：夹紧时的位置 ，操作方便，取K5=1.0；K6：仅有力矩使工件回转时工件与支承面的接触情况，接触点稳定取K6=1.0。K=K0K1K2K3K4K5K6 =1.21.21.01.01.01.0 =1.44根据1.2.2节切削力的计算结果，因为钻1230孔时，切削力和切削转矩都最大，而且是单面加工，所以夹紧力在此时应该最大。此时，T=102628.34Nmm ,切削力F=6788.15N，则总的转矩为102628.346=615770.04Nmm，总切削力为6788.156=40728.9N图3-2夹紧力作用点示意图图中L1=480mm,l2=200mm 查文献5 第344页公式（13.5）得又因为距中心距离越远受力越小，且与距离成反比，所以fa=fcL2/L1=0.4167fcNmm得fc=38.68N,fa=16N六个夹紧点，又正好是六个切削力作用点，所以Fc=Fc1+F切削力=193.4+5653.25=5846.65NFa=Fa1+F切削力=80+5653.25=5733.25N2.3.2 液压缸的选择图3-3 液压缸与夹紧力关系图由上图可知WkL1=PL2(杠杆原理)已知 Wkc=21047.94N,Wka=20639.7N L1=47mm,L2=76mm,Lx=Ly Pc=WkcL1/L2=13016.4N Pa=Wka=20639.7N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,可参考3第 806页表3.6-6和表3.6-7，则液压缸直径： (3-3)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）根据夹紧力计算公式得P=12314.4N,按3 第806页表3.6-7查得p=5MPa代入公式(3-4)得： 本设计所用油缸采用通用件。根据文献2第355页查表2-3-29，中间两个夹紧点选用地脚式液压缸缸径为65mm液压缸的型号为T5026型，四角夹紧点选用法兰式液压缸缸径为90mm，液压缸的型号为T5019型。2.4 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。2.4.1 钻模套型式的选择和设计2.4.1.1 钻套的型式5在组合机床加工孔，除用刚性主轴的方案外，其余尺寸和位置精度主要决定于夹具的导向。因此，正确地选择导向机构；确定导向的类型、参数和精度是设计组合机床的重要内容，也是加工示意图需要解决的问题。导向机构的结构形式有两种：固定导向、滚动式导向，根据导向的线速度（小于20m/min）、加工精度及刀具的具体工作条件，本机床采用固定式导向（钻套导向）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/h6）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。3.4.1.2 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/f7(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2 第254页表2-1-162通用导套的尺寸规格，D、D1、D2、H、h、h1、C、C1、C2、a、b和x的尺寸关系如图3-4所示。图3-4 钻套尺寸简图导向参数包括钻套直径、导套长度及导向套到工件端面距离等。导向套端面至工件端面距离是为了排屑方便，一般取11.5d。 可换钻套的规格及主要尺寸对于加工6孔，选择的钻套尺寸为： D=10mm， D1=18mm， D2=15mm，H=35mm,h=8mm,h1=3mm,C=0.5mm,C1=1.5mm,C2=1.5mm,a=0.5mm,b=2,x=0.008mm,配用螺钉M5。对于加工8孔，选择的钻套尺寸为： D=12mm， D1=22mm， D2=18mm，H=35mm,h=10mm,h1=4mm,C=0.5mm,C1=1.5mm,C2=1.5mm,a=0.5mm,b=2,x=0.008mm,配用螺钉M6。对于加工30孔，选择的钻套尺寸为： D=42mm， D1=59mm， D2=53mm，H=67mm,h=12mm,h1=5.5mm,C=1mm,C1=3mm,C2=3mm,a=1mm,b=3,x=0.012mm,配用螺钉M8。对于加工41孔，选择的钻套尺寸为： D=55mm， D1=74mm， D2=68mm，H=67mm,h=16mm,h1=7mm,C=1mm,C1=3.5mm,C2=3mm,a=1mm,b=3,x=0.012mm,配用螺钉M10。2.4.2 钻模板的类型和设计由于孔的位置精度要求较多，因此选用固定式钻模板，这种钻模板直接固定在夹具体上，钻套相对于夹具也是固定的。在设计钻模板结构时，主要根据工件外形大小，加工部件，结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定，要求钻模板结构简单，使用方便，制造容易。A 保证钻模板有足够刚度前提下，要求尽量减少其重量，钻模板的厚度按钻套的高度来确定，一般在1030mm之间，钻模板一般不宜承受夹紧力。由于在钻套设计中钻套高度H=35mm，钻模板厚度取35mm。B 钻模板安装钻套的孔与定位元件间的位置精度将影响工件的位置精度，因此至关重要的配合精度取H7/p6。C 要保证加工过程的稳定性2.5夹具体的设计夹具体是夹具的基础件。在夹具上要安装该夹具所需要的各种元件，机构和装置等。设计适应满足以下要求：a) 应有适当的强度和刚度 保证在加工的过程中，夹具体在夹紧力，切削力等外力作用下不致产生允许的变形和振动。b) 结构简单，具有良好的工艺性。 在保证强度和刚度的条件下，力求结构简单，体积小，重量轻，特别是对于移动或翻转夹具，其重量不宜太大（一般不超过10Kg），以便于操作。c) 尺寸要稳定 对于铸造夹具体，要进行时效处理；以保证夹具体加工尺寸的稳定。d) 夹具体主要尺寸参数的选择根据文献2第389页表3-1-24得：夹具体壁厚h选30mm；夹具体加强筋厚度(0.70.9)h=25 mm；夹具体加强筋高度不大于5h=150mm；夹具体不加工表面与工件表面之间的间隙取4-10mm。e)夹具体的排屑为了方便排屑加工，不使其聚集在定位元件的表面上而影响工件的正确定位一般在设计夹具体时应采取必要的措施。本工序是钻孔，加工切屑不容忽视。所以，需在夹具体上设置排屑槽，使切屑不在夹具体上堆积。f) 夹具体配合精度的选择该工序中的所有的加工部位都是在组合机床上一次加工出来的。为了保证钻孔的位置精度的要求和钻头的刚性的问题，在夹具体上装有钻套和导向套。因此，加工部位是分布在左右两个方位。所以，导套的安装也要和其对应，并在相对位置上以工件上孔的位置精度为依据。 根据文献3表1-7-1取：衬套与夹具体模架的配合为H7/h6；钻套与衬套的配合为H7/h6、F7/f6。本设计方案中的夹具体材料为HT200，基本尺寸：14505121020mm，座底设计排屑装置，具体见夹具装配图。2.6 误差分析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