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机械毕业设计全套

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JCGY01-003@4L22柴油机机体顶面精铣床设计,机械毕业设计全套

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1 青岛农业大学毕业论文（设计）立题表 立题题目 KM160 机体 主轴 孔系 精镗床 设计 题目来源 来源于生产实际 来源于科研项目 其他 题目性质 基础研究 应用研究 应用基础研究 其他 题目完成形式 毕业论文 毕业设计 申请立题教师 李爱芝 职称 副教授 从事专业 机械制造 工艺及装备设计 立题说明： 机体 是发动机最重要的机件之一 ， 是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机 的所有主要零件和附件，承受各种载荷 ，而机体主轴孔、凸轮轴孔等是其关键部位，是曲轴、凸轮轴等与机体结合的装配基准， 因此其加工质量好坏直接影响发动机的使用性能 。 机体属于典型的 箱体类零件 ，其 显著特点是工艺复杂，要求加工内容多，零件需经多台机床、多道工序以至于反复加工才能完成。 随着现在制造技术的发展，数控机床和加工中心已在生产线中获得广泛使用，使用数控机床或加工中心，可以对工件的装夹、刀具几何参数、程序的编制等方面进行优化设计，一次装夹可以完成 机体主轴孔、凸轮轴孔 粗、半精、精加工，有利于保证工件的加工精度 ，生产效率 较低，加工中心的价格昂贵 。 大批大量生产中， 机体主轴孔、凸轮轴孔 加工主要是采用 专用 机床 加工， 因此合理 设计机体主轴孔 系精镗床 对保证机体 主轴 孔系加工质量，提高柴油机的使用性能具有十分重要的意义。 教研室意见 教研室主任签名： 年 月 日 毕业论文（设计）领导工作小组意见： 教学院长签名： 年 月 日 nts 2 青岛农业大学毕业论文（设 计）任务书 论文（设计）题目 4L22 机体 顶面 精铣床设计 要求完成时间 2010-6-18 论文（设计）内容（需明确列出研究的问题）： 根据 4L22 机体图纸、工件的工序图 及生产纲领 5 万台： 1 设计 机体 顶 面精铣床外观图 ； 2 设计机床夹具：合理确定夹具的 定位方案、夹紧方案 等，绘制夹具总图，完成夹具主要零部件的设计； 资料、数据、技术水平等方面的要求 1 按要求绘制 机体 顶 面精铣床外观图 ：清楚表明机床配置和布局，规定各部件轮廓尺寸及相互间装配关系和运动关系，正确选择各动力部件 ； 2 夹具总图按照国家制图标准绘制，清楚表达出夹具的结构及各装置、 元件之间的位置关系。绘制夹具非标零件图，按照国家制图标准绘制， 并按夹具总图的要求确定零件的尺寸、公差及技术要求，尺寸及公差、 形位公差、配合、表面粗糙度等标注应完整、正 确，并符合有关标准。 3 毕业论文要求：按有关要求 撰 写，条理清楚，有关 分析 计算正确， 采用法定计量单位。 指导教师签名： 李爱芝 2010 年 3 月 1 日 nts 第 1 页 共 19 页 第一章绪论 1.1 选题的背景、目的和意义 4L22柴油机是山东华源莱动自行研制开发的新产品， 4L22柴油机机体采用的是干缸套，对机体顶面的加工精度要求，特别是平面度要求较高。机体顶面的加工精度直接影响缸孔和缸孔止口的加工精度，随着数控机床和加工中心的发展和应用越来越广泛，在生产线上组合机床、通用机床的应用虽然受到一定的影响，但在实际生产中，箱体类零件平面的加工多数采用端铣刀在专用组合铣床或通用铣床进行铣削加工。组合机床是以大量通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或多种工件按预先确定的工序进行加工的高效专 用机床，具有生产效率高，加工质量稳定，工人劳动强度低，设计、制造周期短，加工对象改变时，原有的通用零、部件可以重新利用，组成新的组合机床等特点，目前仍是箱体类零件大批大量生产的主要设备。 目前所采用的金属切削机床主要是自动线（ 60%）、组合机床（ 20%）和加工中心（ 20%）。显然，在大批大量生产的机械厂，大量采用组合机床。因此组合机床及自动线的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定了工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。因此设计组合铣床来精铣4L22机体顶面具有十分重要的意义。 1.2 国内外研究现状分析 现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。十多年来，组合机床及其自动线在高效、高生产率、柔性化以及采用并行 (同步 )工程制订更为合理、更为节省的方案方面取得了不小的进展。尤其是汽车和拖拉机工业，为了提高汽车和拖拉机的性能，对零件的加工精度提出了一些新的要求，因此对机床性能的要求也更高了。对于汽车和拖拉机零件的加工精度，现在要求将一些关键零件的主要加工精度只分布在一个比标准公差带要小的公差范围内。由 于采用了新结构、新刀具、新工艺方法、刀具自动补偿系统、专用刀具的复合工艺。直接利用软件进行误差补偿等办法，组合机床加工精度正在不断提高。现阶段在组合机床上加工大平面的平面度已达到 lm 长上 0.02-0.04mm.粗糙度达到 Ra 0.4-0.8um；孔经精度达到 H5-H6；孔的圆度和圆柱度达到 0.0015-0.055；定位销孔的中心距精度达到nts 第 2 页 共 19 页 0.013mm；一般孔位精度达到 0.02- 0.025mm；单向镗孔的同轴度达0.005-0.01mm；双向镗孔的同轴度达到 015-0.02mm；一些特种加工工艺的精度，如止口精度可达到 0.015-0.02mm.缸盖阀座及导管孔的同轴度达到 0.0075-0.01mm。 1为适应高效加工的需要，现代组合机床自动线和自动加工系统的生产节拍愈来愈短，自动线的节拍，主要是通过缩短基本时间和辅助时间来实现的。缩短基本时间的主要途径是采用新的刀具 材料和新颖刀具，以提高切削速度和进给速度来缩短基本时间。缩短辅助时间主要是缩短包括工件输送、加工模块快速引进以及加工模块由快进转换为工件后至刀具切入工件所花的时间。为缩短这部分空行程时间，普遍采用提高工件或随行夹具的输送速度和加工模块的快速移动速度。滑台的工作循环时间必须相应缩短。国外有些厂家中等规格滑台的工作循环时间已缩短到 5s。其中快速行速度已达 15m/min，而最大工作进给速度由通常的 0.7m/min 提高到 1.2-1.5m/min，切入有的已可缩短到 0.25mm。要提高快进和工作行程速度，需要有高的转 换精度，用伺服驱动滑台便能满足要求。 现代组合机床和自动线作为机电一体化产品，它是控制、驱动、测量、监控、刀具、和机械组件等技术的综合反映。近些年来，这些技术有长足进步，同时作为组合机床主要用户的汽车和内燃机等行业也有很大的变化，其产品市场寿命不断缩短，品种日益增多且质量不断提高。这些因素有力的推动和激励了组合机床和自动线技术的不断发展。 在工业发达国家的组合机床行业中组合机床设计已普遍采用 CAD 工作站，在设计室几乎很难见到传统的绘图板。 CAD 除应用于绘图工作外，并在构件的刚度分析（有限元法）、组合机床及自 动线设计方案比较和选择，以及方案报价等方面均已得到广泛应用，从而显著得提高了设计质量和缩短了设计周期。为缩短产品开发周期、降低制造费用和提高产品质量世界上许多机械厂都在积极推行精益生产方式其主要内容之一是并行工程，既要求产品开发部门、生产规划部门和组合机床制造厂之间进行紧密合作。组合机床厂则需要装备制造部门早期介入用户产品的规划和设计，在产品设计部门考虑其结构和功能时，能协同考虑产品的加工和装配工艺从而加速产品开发、降低制造费用和提高产品质量的目的，从而取得较好的经济效益。 2 现代，组合机床自动线技术取 得了很大的进步，自动线在加工精度、生产效率、利用率、柔性化和综合自动化等方面的巨大进步，标志着组合机床自动线技术发展达到的高水平。自动线的技术发展，刀具、控制和其它相关技术的进步以及用户需求的变化起着重要的推动作用，其中，特别是 CNC 控制技术对组合机床自动线结构的变革及其柔性化起着决定性作用。 nts 第 3 页 共 19 页 第二章 方案选择与论证 2.1 确定方案 4L22柴油机机机体顶面 的铣削加工可采用如下方案： 方案 1、 选用 通用 的立式升降台铣 床 、设计专用夹具 精铣 4L22柴油机机机体顶面 ； 方案 2、 设计 组合 铣 床 和专用夹具 精铣 4L22柴油 机机机体顶面 ； 方案 3、 选用镗铣 加工中心 、设计专用夹具 精铣 4L22柴油机机机体顶面。 2.2 方案分析和选择 方案 1，选用 通用 的立式升降台铣 床 ，工艺 范围广、通用性强，但它的生产率低、工人劳动强度大， 同时它的刚 度、强度 不高，所以加工精度低 ； 方案 2，设计 组合 铣 床 ， 组合 铣 床是已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件组成的一种高效专用机床。它的生产率比通用机床高几倍至几十倍，它的加工精度稳定，自动化程度高， 工人 劳动强度低，同时因为结构模块化、组合化可按工件或工序要求，用大量通用部件或少量专用部件灵活组成各 种类型的组合机床及自动线，配置灵活，机床易于改装，产品或工艺变化时通用部 件 可 重复 利用。在大批大量生产中， 设计 组合铣 床精铣 4L22柴油机机机体顶面 是理想的方案。 方案 3，选用镗铣 加工中心 ， 具有适应产品更换能力强、加工精度高等优点，但它的造价昂贵、机床生产率有时不如组合 铣 床。 4L22柴油机机机体的生产纲领是大批生产 类型 ，顶面的 加工 精度要求高。通过上面的分析，为满足生产纲领，同时在满足加工精度的要求上尽量降低生产成本，决定采用方案 2设计 组合铣床来精铣 4L22柴油机机体顶面 。 nts 第 4 页 共 19 页 第三章 4L22 柴油机机体顶面精铣床外观图设计 对 4L22柴油机机体 进行工艺分析： 根据工件工序卡片和 4L22柴油机机体 图纸，机体顶面进行精加工前，机体的两端面、两侧面已加工完毕长度为 430 0.15mm，宽度为 254mm；机体底面和底面两个定位销孔已加工完毕，半精铣顶面保持的高度为 314.2 0.10mm，精铣顶面之后机体高度为 313.2 0.10mm，加工余量为 1mm。背吃刀量pa=1mm，机体顶面的宽度为 155mm。 根据零件的结构、形状和尺寸特点及加工要求， 4L22柴油机机体顶面精铣床外观图采用立式布局形式，该布局形式有利于简化夹具的的定位、夹紧机构，夹紧也比较省力。考虑到该机床是大批大量生产，设计组合铣床来加工机体顶面。铣削头、滑台分别是实现主运动和进给运动的，为缩短设计制造周期，同时为提高铣床 适用产品更新换代的能力 ,决定采用标准的通用部件。立柱、侧底座为组合铣床的基础部件，为了降低生产成本，在满足加工要求的条件上，决定参照标准立柱、侧底座部件自行设计。 3.1 选取铣刀 根据 4L22机体加工部位的形状和加工精度的要求，选用硬质合金弹性夹固细齿可转位面铣刀，材料为 YG6。该刀具依靠微调装置来解决端跳精度，所以能够确保机体顶面的加工质量。查机械工艺师手册 3，硬质合金铣刀参数的选取：铣刀直径 d=（ 1.1-1.6）ea， 铣刀直径应采用公比为 1.25 的标准系列即 d=50、 63、 80、 100、 125、160、 200、 250 mm.根据 4L22机体顶面宽度ea= 155mm，选取铣刀直径 200mm,Z=16。 3.2 选取动力部件 3.2.1 计算铣削力 查机械工程手册 4表 46 .4-8 组合机床用硬质合金端铣刀的铣削用量，工件材料为灰铸铁 HT250时：精加工fa= 0.05-0.2mm/z，切削速度为cv= 80-130m/min。选取fa= 0.15mm/z，切削速度cv= 120m/min； nts 第 5 页 共 19 页 确定主轴转速： 1000 1 0 0 0 1 2 0 1 9 1 / m i n3 . 1 4 2 0 0cs vnrd 取 200r/min， 所以实际切削速度为：cv= 3 . 1 4 2 0 0 2 0 0 1 2 5 / m i n1 0 0 0 1 0 0 0sdn m 查机械工程手册 4表 46.4-9 硬质合金端铣刀的铣削功率公式 : 5 0 . 9 0 . 7 4 02 . 8 1 0c p p f eP k a a a z n pk 硬 质 合 金 铣 刀 铣 削 功 率 的 修 正 系 数 。pa 铣削深度（ mm） 。 fa 每齿进给量（ mm/z）。 ea 铣 削宽度（ mm）。 z 铣刀齿数 0n 铣刀转速（ r/min）。 查表 46.4-10硬质合金铣刀铣削功率的修整系数： 1.06pk ， 所以 5 0 . 9 0 . 7 42 . 8 1 0 1 . 0 6 1 0 . 1 5 1 5 5 1 6 2 0 0 3 . 6cp k w 根据46 10CccFvP 得圆周铣削力： 46 1 0 3 . 6 1728125CFN 查机械工程手册 4表 46.4-14 当采用对称铣时： 0 .3 0 .4HCFF 取 0.4，得进给力： 0 . 4 6 9 1 . 2HCF F N 3.2.2 选取主运动部件 铣削头 铣削头是实现主运动的，一般有皮带传动装置和齿轮传动装置的铣削头。由于铣削是断续切削，而且在一定铣削宽度上同时铣削的刀齿数是变化的，因而会引起振动，因此在铣削头的结构上必须使主轴和主轴箱体具有足够的刚性，并要适当提高传动系统的nts 第 6 页 共 19 页 传动平稳性。考虑到上述原因决定采用齿轮传动装置的铣削头。根据主轴转速、刀盘直径。查大连专用机床厂 5通用部件样本选取型号为 1TX40的铣削头，传动装置型号为 1NGb40（齿轮传动装置），功率为 7.5kw。 验证功率： =0.75-0.85，为保证选取的电动机功率能够满足所需的切削功率，选取最小值，取 =0.75， KWPKWP c 6.3625.575.05.7 所以能够满足铣削功率的要求。 3.2.3 选取进给运动部件 机械滑台 组合机床动力滑台是实现进给运动的通用部件，选用合适的动力滑台关系到组合机床整机的性能和经济性，选用时往往根据主动力部 件的大小（即切削力和进给力）选用，一般选用较主动力部件同规格或大一号规格，精加工机床选用精密滑台。根据驱动方式不同可分为液压滑台、机械滑台和专用的机械铣削滑台。由于本工序是精加工，加工余量不大，铣削力小，采用一般的液压滑台和机械滑台即可满足加工要求，所以从减少生产成本方面考虑决定不采用专用的铣削滑台。液压滑台和机械滑台由于这两种滑台采用了不同的传动装置，因而在性能、使用及维修等方面都有自己的特点，而机械滑台较液压滑台具有进给量稳定，慢速无爬行、高速无振动，可降低加工工件的表面粗糙度值，具有较好的抗冲击能力， 不会因冲击而损坏刀具的运行等优点。此外考虑到生产成本等因素，决定采用机械滑台。 根据进给力 0 . 4 6 9 1 . 2HCF F N 、加工零件的结构、形状和尺寸以及工作行程，查大连专用机床厂 5通用部件样本选取型号为 1HJ50M 的机械滑台。 该滑台的最大行程为 1000mm，台面宽 500mm,台面长 1000mm,最大进给力为 3 2 0 0 0 6 9 1 . 2NN 能够满足精铣 4L22 柴油机机体顶面加工要求。 3.2.4 立柱尺寸确定 立柱是机床的支承部件，可以选择标准立柱，也可以自行设计非标准立柱。标准立柱主要是与动力滑台配套使用的，它的成本比较高，由于铣削加工的功能比较单一，不需要配重和其它要求，因此决定设计非标准的立柱。参考标准立柱 1CL50 的 联系尺寸 确定立柱的具体尺寸，见附件 1： 4L22柴油机机体顶面精铣床外观图。 nts 第 7 页 共 19 页 3.2.5 中间底座尺寸确定 为了与选用的机械滑台配套使用，根据滑台的外观尺寸、 工作 行程，参考标准 侧 底座1CC50M的联系尺寸 确定中间 底座 的具体尺寸 ， 见附件 1： 4L22柴油机机体顶面精铣床外观图。 3.2.6 机床的工作循环 上料 工件夹紧 主轴启动 机械滑台快进 机械滑台工进 主轴停止 机械滑台快退 工件松开 下料。 nts 第 8 页 共 19 页 第四章 夹具设计 4.1 确定夹具定位方案，设计定位装置 4.1.1 定位方案的确定 工件在机床上加工时，为保证加工精度和提高劳动生产率，必须使工件在机床上相对刀具占用正确的位置，即定位。 该工序加工要求为机体顶底面高度为 313.2 0.10mm 及顶面对底面平行度要求 ，根据六点定位原理，满足该工序加工要求，需要限制绕 X轴、绕 Y轴、 Z向三个自由度，如图 4-1所示： 图 4-1 本工序加工前底面和底面的定位销孔已加工完毕，因此可采用“一面二孔”组合定位，但考虑到“一面二孔”组合定位结构复杂，。为了简化夹具结构，同时因为机体的两端面、两侧面已加工完毕所以决定采用三基面组合定位。以机体底面为第一定位基准，限制工件三个自由度；以后侧面为第二定位基准，限制工件的两个自由度；左端面为第三定位基准，限制工件一个自由度，保证机体能够准确的定位。 4.1.2 定位元件的设计 定位元件在夹具中的布置：一方面要符合六点定位原理，另一方面为保证工件的定nts 第 9 页 共 19 页 位稳定性，要使支承点之间的距离尽量取大。这样可使工件的重力和切削力的作用点都落在支承点联线所组成的平面内。 在大多数情况下，工件的一个平面，在夹具中不是支撑在三个点上，而是支承在四个或更多一些的支承点上，这样可以提高“机床 -夹具 -刀具 -工件”工艺系统的刚性，避免夹紧力和切削力超出 支承点，引起工件的弹性变形，影响加工精度。所以在底面采用两块长条定位板来实现三点定位，如图 4-2所示： 图 4-2 该结构清屑容易，结构紧凑。 后侧面采用两块短定位板，限制工件的两个自由度。 左端面采用一块长条定位板，限制工件的一个自由度。 定位元件装入夹具体后，为使各支承面在一个水平面内，用于同一定位基面的定位板应再进行修磨，保证等高要求 6。 4.1.3 定位误差的分析和计算 对一批工件来说，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。 对工序尺寸 L的进行定位误差计算和分析： 加工机体顶面时，尺寸 L的工序基准和定位基准均是机体的底面，基准重合，所以基准不重合误差： 0)( LB ； 由于机体底面是已经加工过的表面，忽略平面度误差，所以基准位置误差 0)( LWnts 第 10 页 共 19 页 所以工序尺寸 L 定位误差： 0)()()( LLL BWD 通过上面分析，该定位方案能满足工序尺寸 313.2 0.10mm 的要求。 对平行度进行定位误差分析： 加工机体顶面时，平行度的工序基准和定位基准均是机体底面，基准重合，所以基准不重合误差 : 0(/) B 由于机体底面是已经加工过的表面，忽略平面度误差，所以基准 位置误差 0(/) W所以顶面对底面的平行度的定位误差为： 0( /)( /)( /) BWD 通过上面分析计算，该定位方案不会因为定位产生定位误差，定位精度非常高，所以能满足尺寸 L、平行度的加工要求。 4.2 确定夹紧方案，设计夹紧装置 工件在夹具中的夹紧，将工件定位后的位置固定下来，保持工件在定位中获得的正确位置，使其在夹紧力、切削力等外力作用下，不发生移动和振动。夹紧装置的设计和选用是否正确合理，将直接 影响工件的加工质量和生产率，因此对夹紧装置提出以下要求：确能保证工件定位后占据的正确位置，有助于定位，不应破坏定位；夹紧力的大小要适当、稳定，既要保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形，夹紧力稳定可减少夹紧误差；夹紧装置的复杂程度与生产类型相适应；工艺性好，使用性好，其结构应尽量简单，便于制造和维修，尽可能使用标准夹具零部件，操作方便、安全、省力。 4.2.1 夹紧力的确定 设计夹具的夹紧机构时 ,所需夹紧力的确定包括夹紧力的作用点、夹紧力的方向、夹紧力的大小三方面内容。 确定夹紧力方向： 确定夹紧力的方向时，应使夹紧力的方向有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面，此外夹紧力的方向应方便装夹和有利于减nts 第 11 页 共 19 页 小夹紧力。该工序是以机体底面为第一定位基准，所以决定选择垂直于第一基准面往下的夹紧力。 确定夹紧力的作用点： 夹紧力的方向确定后，夹紧力的作用点的位置和数目的选择将直接影响到工件定位后的可靠性和夹紧后的变形。夹紧力的作用点应与支承点“点对点”对应，或在支承点确定的区域内，以免破坏定位或造成较大的夹紧变形，同时应位于工件刚性高的方向和部位 。根据以上条件和机体的结构特点选择夹紧力的作用点位置位于两长条支承板的正上方压在机体的加强筋和凸台上等刚性高的部位。为了减小夹紧变形，决定选取 4个作用点，让夹紧力分散作用，如图 4-3所示： 图 4-3 计算夹紧力： 在加工过程中，工件受到切削力、离心力、惯性力及重力等的作用。理论上，夹紧力的作用应与上述的力的作用平衡；而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚 性、夹紧机构的传递效率等有关。而且切削力在加工过程中是变化的，因此夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。估算时，应找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需要的夹紧力，并考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响 7 。 nts 第 12 页 共 19 页 对机体进行受力分析，如 4-4图示： 图 4-4 1、抵消进给力所需的夹紧力： 设实际夹紧力为 F。 根据已知： 4L22 机体的质量： m = 70kg 则 G = mg = 70 9.8 = 686N = G 由受力分析得： 列平衡方程式： （ F + G ） f =HF查夹具设计 2-13 附表，当定位支承表面为光 滑表面时，摩擦系数 f = 0.2 F = 6 9 1 . 2 6 8 6 2 7 7 00 . 2HF NGNf F = K F 精加工时，安全系数 : K = 1.5-2，取 K = 2， 则所需夹紧力为： F = K F = 2 F = 5540N 2、抵消主铣削力所需的夹紧力： 列平衡方程式： ( 0 . 4 3 0 ) ( 0 . 2 1 5 ) 6 8 622FFl l l = 17252wd(0 0.215l ) 整理 0.43 2F= 715+686l (0 0.215l ) 由该式可看出当 l = 0.215时是对夹紧最不利的瞬时状态所需的夹紧力最大。 nts 第 13 页 共 19 页 所以当 l =0.215 时 7 1 5 6 8 6 0 . 2 1 5 20052 0 . 4 3 0F N 所以所需实际夹紧力为： F = F = 4010N 精加工时安全系数： K = 1.5-2，取 K = 2， 所以夹紧力为： F = KF = 8020N 同理，当 0 .2 1 5 0 .4 3 0l 时，对夹紧最不利的瞬时状态为 l =0.215，此时所需的夹紧力最大。 所以，所需总的夹紧力为： W = 8020+5540 = 13560 N 单侧压板的夹紧力为： 2W= 135602= 6780N 对压板进行受力分 析，如图 4-5所示： 图 4-5 由受力平衡得： 6780 215 =KF 185 所以KF= 8704N 4.2.2 夹紧机构的设计： 楔铁夹紧机构是组合机床夹具常用的一种增力机构，由于其结构简单，工作可靠和调整方便，在组合机床夹具中得到广泛应用。为保证工作可靠，减少所需液压缸的推力， nts 第 14 页 共 19 页 降低生产成本，决定采用楔铁夹紧机构，采用液压驱动方式。考虑到本工序是精加工，所需的夹紧力不大，在结构尺寸上为与液压缸配套使用，查组合机床及其调整与使用8决定采用 1T0232楔铁圆柱部分直径为 60mm 标准的楔铁夹紧机构。该机构楔铁的楔角 =12 ，楔铁工作行程 50mm， 夹紧范围 1-10mm，增力比（传递力放大倍数）为 1.8。 4.2.3 动力装置（液压油缸）的设计 为使夹具的结构紧凑，决定自行设计液压油缸。根据经验，选液压油缸的直径为80mm ,活塞杆的直径为 40mm，大腔的工作面积为 50 2cm ，小腔的工作面积 37.7 2cm 。 活塞杆所需的推力： Q = 1.8KF= 4835N 现在工厂所用的液压油液的压力一般为： 1.25-5Mpa10，因为该工序是精加工，夹紧力不大所以决定取 1.25 Mpa 计算油缸的工作压力： 由公式 FPA得 21 . 2 5 5 0 1 0 6 2 5 0F P A N F 大于所需的活塞杆推力 Q ， 所以能够满足加工的需要。 4.3 对刀装置的设计 夹具安装在机床工作台上，需要确定刀具相对夹具定位元件的位置，因此需设计对刀装置。对刀块可以自行设计，或选用标准对刀装置。在大批大量生产中，为了简化夹具结构，常采用标准工件对刀或试切法对刀，第一件对刀后，后续工件就不在对刀，此时可以不设计对刀装置。该设计采用的组合铣床是大批量生产类型，同时考虑到工件的结构尺寸决定采用标准工件进行 对刀，对刀后，后续工件就不在对刀 9。 4.4 设计夹具底座： 夹具底座有焊接钢板的、铸铁的等 8，考虑到铸铁的抗压强度高、减震性能好、成本低等优点，同时在铸造夹具底座时可设置加强筋，增加夹具体的刚度和强度。所以决nts 第 15 页 共 19 页 定采用铸铁夹具底座，具体尺寸见附件 3： 4L22 柴油机机体顶面精铣床夹具图纸。 nts 第 16 页 共 19 页 第五章 结论 本文主要介绍了 4L22柴油机机体顶面精铣床的设计。研究的主要问题是 4L22柴油机机体顶面精铣床外观图设计和夹具设计。根据 4L22柴油机机体的结构、形状和尺寸特点， 4L22柴油机机体顶 面精铣床外观图设计选用了通用部件：铣削头、机械滑台等，配以专用的夹具和立柱、侧底座等基础部件，采用立式布局形式组成一组合铣床；夹具的设计，采用三基面组合定位，采用机动夹紧方式，使用液压斜楔夹紧装置完成工件夹紧。该设计方案的 具有 设计制造周期短，生产率高，加工质量稳定，工人劳动强度低，产品更新时，组合铣床上的通用部件仍可重新利用组成新的组合机床等优点。经过分析和精度验算表明该设计方案能够满足 4L22柴油机机体生产纲领要求，能够保证 4L22柴油机机体顶面的加工精度和表面质量要求。 本次设计的 4L22 柴油机机体顶面 精铣床 ，并没有实现完全的自动化 。 上料、下料需 要 人工 完成，夹紧时，还需人工将压板送入送出，加重了工人的劳动强度，增加了辅助时间，使生产率的提高受到一定的影响， 操作误差在一定程度上影响了产品的加工精度。随着 现代 机械制造工业的发展，实现高生产率、高质量、高柔性是当前组合机床发展的一必然趋势。建议在以后的设计中，能 着重从减轻工人的劳动强度，提高生产率和提高加工质量方面考虑，可以选用数控滑台、数控铣削头等通用部件组成数控组合铣床，设计自动上下料装置，实现机床的完全自动化，进一步提高生产效率和加工精度。 nts 第 17 页 共 19 页 参考文献 1 金振华 . 组合机床与自动线 . 机械工业出版社， 1990 2 徐旭东 . 现代组合机床技术及其发展 中国机械工程 1995 第五期 3 徐灏 . 机械工艺师手册 机械工业出版社 , 2000 694 695 4 机械工程手册、电机工程手册编辑委员会编 . 机械工程手册 机械工业出版社 ,1982 46.342 46.346 5 大连专用机床厂 . 通用部件样本 6 东北重型机械学院、洛阳农业机械学院、长春汽 车厂工人大学编 . 机床夹具设计手册 上海科学技术出版社 1974 7 吴国梁 . 铣工实用技术手册 江苏科学技术出版社 2002.5 258 369 8 金振华 . 组合机床及其调整与使用 机械工业出版社 1984 187 214 9 大连组合机床研究所编 . 组合机床设计 机械工业出版社 1973.2 108 114 10 路甬祥 . 液压气动技术手册 机械工业出版社 2001.7 11 于振汉 . 组合机床对提高大批量零部件加工质量及生产效率的作用 1995 2 6 12 李维荣 . 标准紧固件实用手册 中国标准出版社 1999.2 13 上海市机械工程学会编 . 简明实用机械手册 机械工业出版社 1984.11 190 210 14 大连组合机床研究所编 . 组合机床设计参考图册 机械工业出版社 1975 122 123 nts 第 18 页 共 19 页 致谢 经过两个多月努力的工作，论文最终得以完稿；在此谨向曾给予过我关心和帮助的老师、同学表示衷心的感谢。此次设计是对大学四年所学专业课的一个综合运用，通过这次设计使以前所学课程得到进一步复习和 加深。 本文是在李爱芝老师的亲切关怀和精心指导下得以完成的。在导师的帮助下，顺利完成了该课题的选题、设计、实施和完稿。导师严谨求实的治学精神、精益求精的科研态度、渊博宽广的学识和高尚的道德情操都给我留下了深刻的印象，并将使我终生受益。在此谨向导师以诚挚的敬意和感谢。 同时，还要感谢我们组的各位同学。正是由于他们的大量帮助和指导，才使本论文得以顺利完成。 在此，表示最诚挚的感谢。 nts 第 19 页 共 19 页 附录 1工件的工序图 2 4L22柴油机机体顶面精铣床外观图 3 4L22柴油机机体顶面精铣 床夹具图纸 nts 莱阳农学院 本科生毕业论文 (设计 )开题报告 题 目： 4L22柴油机机体顶面精铣床设计 姓名： 张 正 暖 学号： 20020671 年级： 2002级 3班 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师：姓名 李爱芝 职称： 副 教 授 莱阳农学院教务处 二 OO六 年 四 月 八 日 nts说 明 一、开题报告前的准备 毕业论文 (设计 )题目确定后，学生应尽快征求导师意见，讨论题意与整个毕业论文 (或设计 )的工作计划，然后根据课题要求查阅、收集有关资料并编写研究提纲，主要由以下几个部分构成： 1.研究 (或设计 )的目的与意义。应说明此项研究 (或设计 )在生产实践上或对某些技术进行改革带来的经济、生态与社会效益。有的课题过去曾进行过，但缺乏研究，现在可以在理论上做些探讨，说明其对科学发展的意义。 2.国内外同类研究 (或同类设计 )的概况综述。在广泛查阅有关文献后，对该类课题研究 (或 设计 )已取得的成就与尚存在的问题进行简要综述，只对本人所承担的课题或设计部分的已有成果与存在问题有条理地进行阐述，并提出自己对一些问题的看法。 3.课题研究 (或设计 )的内容。要具体写出将在哪些方面开展研究，要重点突出。研究的主要内容应是物所能及、力所能及、能按时完成的，并要考虑与其它同学的互助、合作。 4.研究 (或设计 )方法。科学的研究方法或切合实际的具有新意的设计方法，是获得高质量研究成果或高水平设计成就的关键。因此，在开始实践前，学生必须熟悉研究 (或设计 )方法，以避免蛮干造成返工，或得不到成果，甚至于写 不出毕业论文或完不成设计任务。 5.实施计划。要在研究提纲中按研究 (或设计 )内容落实具体时间与地点，有计划地进行工作。 二、开题报告 1.开题报告可在导师所在教研室、专业或学院范围内举行，须适当请有关专家参加，导师必须参加。报告最迟在毕业 (生产 )实习前完成。 2.本表在开题报告通过论证后填写，一式三份，本人、导师、所在学院 (要原件 )各一份。 三、注意事项 1.开题报告的撰写完成，意味着毕业论文 (设计 )工作已经开始，学生已对整个毕业论文 (设计 )工作有了周密的思考，是完成毕业论文 (设计 )关键的环节。在开题报告的 编写中指导教师只可提示，不可包办代替。 2.无开题报告者不准申请答辩。 3.本表要用计算机填写，签字要手写。 nts一、选题依据 (拟开展研究项目的研究目的、意义等 ) 4L22柴油机是山东华源莱动自行研制开发的新产品， 4L22柴油机机体采用的是干缸套，对机体顶面的加工精度要求，特别是平面度要求较高。机体顶面的加工精度直接影响缸孔和缸孔止口的加工精度，随着数控机床和加工中心的发展和应用越来越广泛，在生产线上组合机床、通用机床的应用虽然受到一定的影响，但在实际生产中，箱体类零件平面的加工多数采用端铣刀在专用组合铣床或 通用铣床进行铣削加工。组合机床是以大量通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或多种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床，具有生产效率高，加工质量稳定，工人劳动强度低，设计、制造周期短，加工对象改变时，原有的通用零、部件可以重新利用，组成新的组合机床等特点，目前仍是箱体类零件大批大量生产的主要设备。 目前，所采用的金属切削机床主要是自动线（ 60%）、组合机床（ 20%）和加工中心（ 20%）。显然，在大批大量生产的机械厂，大量采用组合机床。因此组合机床及自动线的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定了 工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。 本次毕业设计题目是 4L22柴油机机体顶面精铣床， 4L22柴油机机体的生产类型属于大批大量生产类型。采用组合铣床用端端铣刀进行顶面铣削加工，能够满足生产纲领要求和保证加工质量。 二、国内外同类研究或同类设计的概况综述 (在充分收集研究主题相关资料的基础上，分析国内外研究现状，提出问题，找到研究主题的切入点，附主要参考文献 ) 世界上第一台组合机床于 1908年在美国问世， 30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今 ，它已成为现代制造工程 (尤其是箱体零件加工 )的关键设备之一。 现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。 十 多年来，组合机床及其自动线在高效、高生产率、柔性化以及采用并行 (同步 )工程制订更为合理、更为节省的方案方面取得了不小的进展。尤其是汽车和拖拉机工业，为了提高汽车和拖拉机的性能，对零件的加工精度提出了一些新的要求，因此对机床性能的要求也更高了。对于汽车和拖拉机零件的加工精度，现在要求将一些关键零件的主要加工精度只分布在一个比标准公差带要小的公差范围 内。由于采用了新结构、新刀具、新工艺方法、刀具自动补偿系统、专用刀具的复合工艺。直接利用软件进行误差补偿等办法，组合机床加工精度正在不断提高。现阶段在组合机床上加工大平面的平面度已达到 lm长上 0.02-0.04mm.粗糙度达到 Ra 0.4-0.8um;孔经精度达到 H5-H6；孔的圆度和圆柱度达到 0.0015-0.055；定位销孔的中心距精度达到 0.013 mm;一般孔位精度达到 0.02- 0. 025 mm;单向镗孔的同轴度达到0.005-0.01mm;双向镗孔的同轴度达到 015-0.02 mm;一些特种加工工艺的精度，如止口精度可达到 0.015-0.02mm.缸盖阀座及导管孔的同轴度达到 0.0075-0.01 mm。为适应高效加工的需要，现代组合机床自动线和自动加工系统的生产节拍愈来愈短，自动线的节拍，主要是通过缩短基本时间和辅助时间来实现的。缩短基本时间的主要途径是 采用新的刀具材料和新颖刀具，以提高切削速度和进给速度来缩短基本时间。缩短辅助时间主要是缩短包括工件输送、加工模块快速引进以及加工模块由快进转换为工件后至刀具切入工件所花的时间。为缩短这部分空行程时间，普遍采用提高工件或随行夹具的输送速度和加工模块的快速移动速度。滑台的工作循环时间必须相应缩短。国外有些厂家中等规格滑台的工作循环时间已缩短到 5s。其中快速行速度已达 15 m/min，而最大工作进给速度由通常的 0. 7 m/min提高到 1. 2-1. 5 m/min，切入有的已可缩短到 0. 25 mm。要提高快进 和工作行程速度，需要