S195柴油机机体三面精镗组合机床总体设计及夹具设计.doc
JCGY01-011@S195柴油机机体三面精镗组合机床总体设计及夹具设计
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机械毕业设计全套
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JCGY01-011@S195柴油机机体三面精镗组合机床总体设计及夹具设计,机械毕业设计全套
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盐城工学院机械工程系 毕业设计 (论文 )任务书 机械设计制造及其自动化（建材机械） 专业 设计（论文）题目 S195 柴油机三面精镗组合 机床总体设计及夹具设计 学生姓名 徐 俊 班 级 99 材 机（ 5）班 学 号 B 9 9 1 2 0 3 3 起讫日期 2 0 0 3 . 0 3 . 3 1 2 0 0 3 . 0 6 . 2 7 指导教师 教研室主任 系 主 任 发任务书日期 2003 年 03 月 28 日 nts一、设计（论文）内容 任务： S195柴油机体三面精镗组合机床总体设计及夹具设计 本道工序内容： 精加工缸套孔 118H10, 111H8, 110H7,曲轴孔 195H7, 78H7;平衡轴孔 52M7, 凸轮轴孔 35H7;调速轴孔 47H7,25V7,起动轴孔 37H7 二、设计（论文）依据 .被加工零件材料为 HT200,硬度 HB170-240 .生产纲领， 5万台 /年，两班制 .机体的上下左右前后六个面均加工成为成品，各孔都加工成半成品，其余为毛坯 三、技术要求 、 机床要求运转平稳，结构简单，工作可靠，装卸方便，维修及调整便利。 、加工精度应符合零件图要求。 、夹具设计要求定位合理，夹紧可靠，结构简单，操作方便，调试及维修方便， 提高生产效率。 nts 四 .毕业设计（论文）物化成果的具体内容及要求 (具体内容参照机械工程系毕业设计 大纲及实施细则的有关要求填写 ) 1、零件加工工序图 1张 A1 2、机床尺寸联系图 1张 A0 3、生产率计算卡 1分 4、夹具装配图 1张 A0 5、零件图 6 11 张 A4 A2 6、设计说明书 1份，字数在 1万字以上。 . nts 毕业设计（论文）进度计划 起讫日期 工作内容 备 注 3 31 4 13 毕业实习，收 集资料 4 14 4 27 资料整理，拟定设计方案 4 28 5 31 总体设计，部件设计，绘图 6 01 6 15 编写设计资料审阅，修改 6 23 6 27 分小组答辩 nts六 . 主要参考文献： 1.谢家瀛 .组合机床设计简明手册 .北京 :机械工业出版社 ,1994. 2.大连组合机床研究所 .组合机床设计 (第一册 ).北京 :机械工 业出版社 ,1975. 3.大连组合机床研究所 .组合机床设计参考图册 .机械工业出版社 ,1975 4.沈阳工业大学 .组合机床设计 .上海 :上海科学技术出版社 ,1985. 5.王先达 .机械制造工艺学 .北京 :机械工业出版社 ,1995. 6.杨黎明 .机床夹具设计手册 .北京 :国防工业出版社 ,1996. 7.徐仁发 .机床夹具设计 .重庆 :重庆大学出版社 ,1993. 8.孟少庚 .机械加工工艺手册 .北京 :机械工业出版社 ,1992. 9.戴曙 .金属切削机床 .北京 :机械工业出版社 ,1994. 10.杨列群 .形状和位 置公差 ,位置度公差 .北京 :中国标准出版社 ,1992. 七、其他 nts盐城工学院机械工程系毕业设计说明书 摘 要 夹具设计是机械制造厂里的一种工艺装备，有机床夹具，焊接夹具，装配夹具，检验夹具等，一般的机床夹具是作为机床的辅助机构设计的，而组合机床夹具是作为机床的主要组成部分，其设计工作是整个组合机床设计的重要部分之一。组合机床夹具应便于实现定位和夹压的自动化，并有动作完成的检查信号。 夹具体在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应表面的接触或配合实现的。当夹具体在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，重心越高则支承面应力越大，夹具底面四边应凸出，使其接触良好，或底部设置四个支脚。当夹具 体在机床主轴上安装时，夹具安装基面与主轴相应表面应有足够的配合精度，并保证安装稳定可靠。 关键词 : 夹具设计 组合机床 总体设计 ntsS195 柴油机三面精镗组合机床总体设计及夹具设计 Abstract Tongs design is a kind of craft that machine manufactory in equip, organism bed tongs, welding tongs, assemble tongs, examination tongs etc., the general machine bed tongs is an assistance to be used as the machine bed organization design of, but the combination machine bed tongs is an importance to be used as the machine bed to constitute the part primarily, its design work is whole combination machine bed design part of a. Combination the machine bed tongs shoulds be easy to realize fixed position with clip the automation that press, also the check signal that action complete. The tongs all passes in the machine the gearing on the bed what tongs the gearing on realizes with superficial contact in the cowgirl on the bed in machine or matches.When the tongs installs in the machine bed work on the stage, the center of gravity of the tongs should be as far as possible low, center of gravity the more high an accepts should the dint is more big, the tongs bottom four directions should bulge, make its contact good, or the bottom establishes four a feets.When the tongs installs on the machine bed principal axis, the tongs install the to should have the enough match accuracy with principal axis cowgirl surface, and guarantee the gearing the stability dependable. Keywords: tongs combination the machine bed clip the automation nts学 科 门 类 ： 工学 单位代码 ： 10305 毕业设计说明书（论文） S195 柴油机机体三面精镗组合机床总体设计及夹具设计 学 生 姓 名 徐 俊 所 学 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 材机 9 9 5 学 号 B 9 9 1 2 0 3 3 指 导 教 师 王 正 刚 盐城工学院机械工程系 二 三 年 六 月 nts目 录 引言 1 1 工艺方案的拟定 3 2 定位基准及夹位点选择 3 3 组合机床总体设计 三图一卡 6 3.1 被加工零件工序图 6 3.2 加工示意图 6 3.3 动力部件的选择 9 3.4 组合机床生产率的计算 11 3.5 机床联系尺寸图 14 4 夹具设计 17 4.1 设计步骤 17 4.2 定位支承系统 17 4.3 定位误差的分析计算 17 5 导向装置 21 6 夹紧力的计算 22 7 夹紧机构 24 7.1设计夹紧机构应满足的要求 24 7.2夹紧气缸 25 7.3活塞杆的计算 25 8.夹具体设计 27 8.1 对夹具体的要求 27 8.2 夹具体的技术要求 28 结 束 语 28 致 谢 29 参考文献 30 附件清单 31 nts盐城工学院机械工程系毕业设计说明书 31 附件清单 1. 手画机床尺寸联系图 ZH1100WA-1 A0 1 张 2. 零件加工示意图 ZH1100WA-195-34 A1 1 张 3. 夹具装配图 ZH1100WA-195-0 A0 1 张 4. 夹具体 ZH1100WA-195-22 A2 1 张 5. 端盖 ZH1100WA-195-6 A3 1 张 6. 端盖 2 ZH1100WA-195-6 A3 1 张 7. 导程杆 ZH1100WA-195-11 A4 1 张 8. 手柄 ZH1100WA-195-26 A4 1 张 9. 注油嘴 ZH1100WA-195-19 A4 1 张 10.密封圈 GB51-1 A4 1 张 11.连杆 ZH1100WA-195-13 A4 1 张 12.套筒 1 ZH1100WA-195-10 A4 1 张 13.套筒 2 ZH1100WA-195-10 A4 1 张 14.推杆 ZH1100WA-195-11 A4 1 张 15.任务书 1 份 nts 0 引言 四年的大学生活即将结束，在毕业前，我们在校领导、教师的指导下，在教师的精心指导下，基本学完了机械制造及设计专业的课程，现进入毕业设计阶段。 这次毕业设计是在实习的基础上进行的，我们在盐城江淮动力机厂工程技术人员的带领下，深入车间，理论联系实际，熟悉了 S195 柴油机机体的加工工艺，了解了每道工序的加工过程，仔细分析、研究了机体精镗的结构特性，根据指导教师王正刚分配给我的任务书，并收集有关资料，为毕业设计作好准备。 195柴油机以其设计紧凑 ,启动轻便 ,维修简便 ,技术经济指标先进 ,能为手扶拖拉机、水泵、 电站、运输及多种农副业加工机械和设备作配套动力 ,在工农业生产中得到广泛的应用。机体是柴油机的一个重要零件 ,精镗孔又是机体加工中最关键的工序 ,机体 70%以上的主要技术要求均在此工序得到保证。加工精度要求高 ,特别是机体气缸套孔止口深度公差 ,大跨度等直径同轴孔、平衡轴孔孔径公差 ,大悬臂气缸孔孔径公差 ,曲轴孔与气缸孔垂直度 ,曲轴孔与平衡轴孔、曲轴孔与凸轮轴孔轴心线平行度 ,气缸套孔止口面与气缸孔轴心线垂直度等的精度要求较高。 夹具设计是机械制造厂里的一种工艺装备，有机床夹具，焊接夹具，装配夹具，检验夹具等，一般的机床夹 具是作为机床的辅助机构设计的，而组合机床夹具是作为机床的主要组成部分，其设计工作是整个组合机床设计的重要部分之一。组合机床夹具应便于实现定位和夹压的自动化，并有动作完成的检查信号。 随着现代工业生产水平的飞速提高，设计新产品、新机床，实现现代化，提高生产率，是当前生产中的迫在眉捷的任务。我们四人一组设计专用组合机床（精镗床）即为一台高效能，高精度，具有工艺互换性的组合机床。 在设计工作开始之前，王正刚老师带领我们参观了盐城机床厂生产流水线，让我首先对机床溜板箱有了感性认识。在参观的过程中，王老师认真地给我讲 解了其加工过程和生产方式，分析了各部件的功能特性，避免了我在以后的毕业设计过程中的盲目性。 在设计过程中，王老师及时的了解我设计中遇到的难题，帮助我解决了不少问题。由于本人对组合机床了解不多，实践知识更是不足，王老师耐心地给我们讲解有关方面的知识，使我得以在短时间内完成设计工作。同时，教导我们不管是在以后的工作还是学习中，都要保持治学严谨的态度。在本次毕业设计中，王老师及其他指导老师付出了辛勤的劳动，我向他们表示衷心的感谢。 在设计过程中，由于组合机床大部分是由标准零件构成，另外一些非标准件尽量适应工厂的生 产条件，使加工和维修方便，大大减少了设计工作量。 通过毕业设计，我们经受了锻炼对所学的理论知识进行综合运用，这对今后的工作打下了基础，这与市校、学校领导和江淮动力机厂的工程技术人员的精心ntsS195 柴油机三面精镗组合机床总体设计及夹具设计 指导是分不开的。谨此表示衷心的感谢！ 限于本人知识水平有限，又没有工作的实践经验，本设计中定存在不到之处，敬请老师同学批评指正，提出宝贵意见，以便及时纠正。 nts 1 工艺方案的拟定 1.1 被加加工工序工零件的加工精度和 由于机体孔的表面粗糙度在 6.31.6微米间，且孔与孔之间有较高的位置精度 要求，安排工艺应在一个安装工位上对所有孔同时进行最终精加工。因机体孔间距较小立式加工时，有利于切屑落入下导向，造成导向精度早期走失，不利于保证加工精度，所以应用卧式床身。 为提高机床工作过程中的稳定性，镗头滑台应采用矩型导轨型式。 1.2 被加工零件的特点 机体材料为铸铁，且机体孔分布在不同壁上，通常在一根镗杆上安装多个镗刀头进行镗削，退刀时，要求工件“让刀”，镗刀头周向定位。 被加工孔与基面相垂直，且机体的安装方便，高度较小的细长工件，宜用卧式机床，又因机体较大，采用单工位机床加工较适宜。 1.3 零件的生产 批量 本组合机床生产批量较大，且多为连续生产机床，此时应将工序尽量集中在一台或少数几台机床上加工，以提高机床利用率。 1.4 机床使用条件 本机床使用厂地条件较好，气候适用，国间温度三十度左右，使用液压传动能正常发挥机床工作性能，其它机床机构亦都能适应使用条件。 从上述因素分析知，本方案是可行的。 ntsS195 柴油机三面精镗组合机床总体设计及夹具设计 2 定位基准及夹位点选择 组合机床是针对某种零件或零件某道工序而设计的，正确选择加工用定位基准，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集中工序，从而收到减少机床台数的效果。 a.定位基准的选择 本机体零件有较高的孔加工精度，且在一次安装下进行，因此，定位基准选择机体的两侧面及底面的“三面”定位方法，它的特点是： 1）可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠的定位。 2）有同时加工零件全部孔的可能，即能高度集中工序，又利于提高各面上孔的位置精度。 3）“三面”可做为零件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，有利于保证零件加工精度，同时，使机床各工序的许多部件实现通用化，用利于缩短设计、制造周期、降低成本。 4）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。 b.确定夹位位置应注意的问题 在选择定位基面同时，要相应决定夹位位置，此时应注意的问题是： 1）保证零件夹位后稳定 2）尽量减少和避免零件夹位后的变形 本机订中确定的“三面”定位能基本满足上面条件，此本案可行（详见草图） 另在造“三面”定位后，可彩液压自动夹紧 nts 本人在这次设计中的任务是设计被加工零件工序图、加工示意图和机床联系尺寸图的图纸及生产率计算卡片的内容，包括总体方案的拟定。 ntsS195 柴油机三面精镗组合机床总体设计及夹具设计 3 组合机床总体设计 三图一卡 组合机床 的总体设计，就是针对具体的被加工零件，在造室的工艺和结构方案的基础上，进行方案图纸设计。这些图纸包括：被加工零件工序图、加工示意图、生产率计算卡片。机床联系尺寸图等，下面谈谈这些图纸的设计。 3.1 被加工零件工序图 3.1.1被加工零件工序图的设计 被加工零件工序图是根据造定的工艺方案，表示在一台机床上或一条自动线上完成的工艺内容、加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹位部位，以及被加工零件的材料、硬度和本机床加工前毛坯情况的图纸。 3.1.2 主轴箱的分布 从工序图中可知，本三面精镗组合机床布置 有三个主轴箱，它们分别为左、右主轴箱和后主轴箱。 左动力箱带左主轴箱加工 1， 2， 4， 5， 6 五个孔，它们的位置分布如下： 右主轴箱加工 3 轴 后主轴箱加工 7 轴 工序图是组合机床设计的主要依据，也是制造使用时调整机床、检查精度的重要技术文件。 3.2 加工示意图 加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总体设计中占有重要地位，它是设计刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料，同时也是调整nts 机床和刀具的依据。 加工示意图，反映了机床的加工过程和加工方法，并决定浮动夹头或接杆的尺寸，镗杆长度，刀具种类和数量 ，刀具长度及加工尺寸，主轴尺寸及伸出长度、主轴、刀具、导向与工件间的联系尺寸等，根据机床要求的生产率及刀具特点，合理地选择切削用量，决定动力头的工作循环。 3.2.1加工示意图的编制方法 (1)、刀具的选择 一台机床刀具选择是否合理，直接影响到机床的加工精度，生产率和工作情况。 根据机体孔的加工精度、加工尺寸、台阶级加工、切屑排除以及生产率等因素和加工孔表面允许有退刀痕，因位置限制，导向孔的尺寸小于加工孔的尺寸，且加工孔直径大于 40，应选用镗刀，这样对刀方便，加工中不至于有振动，并在导套上开引刀槽，以便镗 刀通过，刀具造用硬质合金钢。 为了提高工序集中程度，可采用两把镗刀的镗杆，同时加工孔。 考虑到被加工零件是淬火铸铁，由于其硬度较高，为 170241HB，可采用刃镗刀头加工，以提高刀具的使用寿命。 镗削头与相同规格的液压滑台组成的镗床、满足要求的精度 HT 级，表面粗糙度达 1.6 微米的镗孔，因镗削直径较大，传递的扭矩大，可用主轴前端的短圆锥和端面定位，并由端面键传递扭矩。 (2) 工序间余量的确定 关于工序间加工余量的确定，查 I表 2-6 推荐数值选取 0.250.4（直径上） (3)、导向结构的选择 组合机床 上加工孔时，除用刚性主轴加工的方案外，其尺寸和位置精度都是依靠夹具导向来保证的。 选择导向类型 因导向直径较大、转速较高时，为了避免镗杆由于摩擦发热而变形，产生“别劲”的现象，可选用旋转导向，这种导向利于减轻磨损和持久保证精度。 选择导向的形式和结构 因精镗多级孔（孔）导向的旋转速度高，但加工精度要求比较低，可选用滚锥轴承的旋转导向。 SM1=SM2， n1f1=n2f2 根据这个原理计算切削用量如下 查 表 3-T， V=7090 米 /分 f=0.12 毫米 /转 ntsS195 柴油机三面精镗组合机床总体设计及夹具设计 由公式， 得D vn 1000从上述两个范围中选取一个适中的数值，即 n=500rpm，由此倒过去，由公式 (5)、确定主轴类型及尺寸 因本机床是精镗孔，根据制定的切削用量通过 T=9.55 106nP公式计算得到的扭矩 T 值很小，则由切削扭矩计算主轴直径公式4 100NBd （ M 轴所传递的扭矩 N.mm， B 系数）计算的 d 亦过小，不能满足刚度要求。 这样可根据经验由加工孔的直径及相应的刀具尾部尺寸利用“反 推法”来造定，查 表 10-1 主轴直径与加工孔的经验数据，为 d 主轴 =25 mm， d 传动 =30mm (6)、动力头工作循环及其行程的确定 动力头工作循环一般包括快速引进，工作进给和快速退回等动作。 工作进给长度的确定 工作进给长度应等于被加工部位长度与刀具切入和切出长度之和。 动力头工作进给长度是按加工长度最大的孔来造取，切入长度根据工件端面的误差情况 I表 2-18，选 510 毫米为第一工作进给长度，第二工作进给常常比第一工作进给要小得多，在有条件，应力法做到转入第二工作进给时，除倒大角的刀具外，其 余刀具都离开加工表面，不再切削。否则，将降低刀具使用寿命，且破坏已加工的表面。 )(1.10192514.38010002)(6.23111014.38010001rp mnrp mn)/(25.3910005002514.3100021)/(7.172100050011014.3100011,1000分米分米计算速度nDVnDVDnVnts 快速引进长度的确定 快速进给是动力头把刀具送到工作进给的位置，其长度按具体工作情况确定。在加工 1.2 两孔径相同的同心孔系时，可采用跳越进给的循环进行加工，即在加工宽一层壁后，动力头再次快速引进，加工第二层壁，这样可以缩短工作循环时间。 快速退回长度的确定 快速退回的长度等快速引进和工作进给长度之和。 一般在固定式夹具机床上，动力头快速引进和工作进给长度之和。 一般在国家式夹具机床上，动力头快速退回的行程，只要把所有刀具都退至导套内，不影响工件的装卸就行了。 动力头总行程的确定 动力头的总行程除了满足工作循环所需长度外，还要考虑装卸和调整刀具的方便性。装卸刀具的理想情况是：刀具退离导向套外端面的距离，需大于刀杆插入主轴孔内的长度。 具体数值在加工示意图上标注可查阅。 3.3 动力部件的选择 动力部件用以实现切削刀具的旋转和进给运动或只用于进给运动是组合机床最主要的通用部件。 组合机床动力部件有多种结构型式和不同的传动方式。就其传动方式来讲，主运动一般采用机械运动，即由电动机通过齿轮皮带、蜗轮蜗杆等机械元件传递运动和动力；而进给运 动则采用机械传动、液压传动、气压传动或气动液压传动等。 本组合机床的主运动是由电动机带动动力箱传递运动的，进给运动是采用的液压传动。 下面介绍一下具体选用动力部件时应注意的问题。 (1)、电动机功率的确定 根据所造切削用量计算的切削功率及进给功率之需要，并适当考虑提高切削用量的可能性（一般按 30%考虑），选用相应规格的动力头，可接下式进行计算。 式中， N 动 动力头电动机功率 N 动 切削功率 N 进 进给功率 传动效率，在加工黑色金属，主轴数少于 15 根时 =0.9 )( 千瓦进切动 NNN ntsS195 柴油机三面精镗组合机床总体设计及夹具设计 按各刀具造用的切削用量，从 中 P10 查得各轴 N 切（左动力头） 当 V1.2=106 米 /分时， N 切 =0.38KW V6=96 米 /分 N 切 =0.46KW V4=81 米 /分 N 切 =0.62KW V5=78 米 /分 N 切 =0.67KW 对于液压动力头 N 进就是进给油泵所消耗的功率，一般为 0.82 千瓦，取 N进 =1KW 则 取 N 动 =4.0KW 查 表 17-5 知，适用 Y132M1-6，额定功率为 4.0 千瓦，满载转速 960rpm,起动转矩 2.0，最大转矩 2.0N.m。 右动力头 V=98 米 /分，查得 3 轴 N 切 =0.47KW 同理取 N 进 =1KW， =0.9 则 查 表 17-5，选用 Y112M-6 型电机，额定功率为 2.2kw,n=940rpm。 后动力头 V=88.9 米 /分，查得 7 轴 N 切 =0.56KW 同理取 N 进 =1KW， =0.9 则 因此可用与右动力头同种型号的动力头。 （ 2）、进给速度的选择 因液压动力头的进给是可以无级调整的，为避免由于气温制造误差等影响，造成动力头进给速度的不稳定，不宜造用动力头技术性能中规定的最小进给量，尤其对本精加工机床，实际使用的进给量 应大于其 0.51倍。 KWN9.39.0167.062.046.0238.0动KWNKWHN2.26.19.042.0动取动 KWNKWHN2.27.19.056.0动取动 nts （ 3）、最大行程的确定 动力头最大允许行程，除满足机床工作循环的要求外，还必须保证调整和装卸刀具的方便性，在使用时要兼顾刀具来考虑。 3.4 组合机床生产率的计算 根据加工示意图所选定的工作循环，工作行程及切削用量等，就可以计算机床的生产率，并编制生产率计算卡片，这样就反映出机床的加工过程和动作时间、切削用量以及机床生产率与负荷率的关系等。 3.4.1 机床实际生产率的计算 以每小时机床实际生产的零件数来表示，即 Q 实 =60/T 单（件 /小时） T 单 =t 机 +t 辅 式中 Q 实 机床实际生产率 T 单 单件工时，即加工每个工件的时间 T 辅 辅助时间，包括快进时间快退时间，多工位机床的工作台移动或转位时间，装卸工件时间。 t 机 t 辅可由下列公式计算 t 机 =L1/SM1+L2/SM2+t 得 t 辅 =t 块 +t 移 +t 装卸 =（ L 快进 +L 快退） /V 块 +t 移 +t 装卸 式中： L1L2 分别为刀具第一工作进给和第二工作进给的往程长度（ mm） SM1， SM2 分别为刀具第一工作进给和第二工作进给的每分钟进给量（ mm/min） . t 停 当加工沉孔、止口、锪窝时，动力部件在死挡铁上停留的时间。通常接刀具在加工终了时 无进给状态下转 510 转所需的时间（ min）。 L 快进 L 快退 动力部件快进、快退的行程长度（ m） V 快 动力部件快速行程的速度。通常机械滑台取 56m/min，液压滑台310m/min。 t 移 工作台移动和回转一个工位所需时间，一般在 38 秒。 t 装卸 工件安装和清除切屑的时间。它根据工件尺寸大小、装卸方便性及工人熟级程度，一般取 0.51.5 分。 根据本组合机床的年产量 10 万台，可选用下列数据计算 Q 实： t 停：在加工终了无进给状态下转 7 转。 V 快：取 1 0m/min。 t 移 取 3 秒。 t 装卸 取 0.6 分。 ntsS195 柴油机三面精镗组合机床总体设计及夹具设计 三面 Q 实具体计算如下 左边 T 单 =1.18+0.72=1.9(分 ) 右边 T 单 =2.88+0.72=3.6（ /分） 后边 T 单 =3.43+0.698=4.128（分） 对多面和多工位机床，在计算时应以所有工位中机加工时间和辅助时间之和最长的作为机床的单件工时，所以选用后面加工的 T 单来计算 Q 实。 Q实 =60/4.12=14.5（件 /时） 3.4.2理想生产率 Q 使用单位接年生产纲领十万台（考虑备品率、废品率在内的年产量）计算的机床生产率 为理想生产率。 当接三班制生产时，全年工时为 7200 小时，则 Q理 =90000 /7200=12.5（件/小时） 3.4.3机床负荷率 Q理 /Q实二者的比值即为负荷率 根据组合机床的使用经验，适宜的机床负荷率为 负 =0.750.90 而实际 负 = 86.05.14 5.12 分辅分机72.06.06031038.03.0)(18.16 50752409740 分辅分机72.06.060/31045.032.0)(88.2160/7484482348401826 分辅分机6 9 8.06.060/31028.02.0)(43.32 4 0718423638nts 计算的 值合于 表 10-4 中推荐的数值，则设计的切削用量是合理的。 3.4.4 生产率计算卡 被加工零件 图号 Du3023-002 毛坯种类 铸件 名称 195柴油机机体 毛坯重量 22kg 材料 铸铁 硬度 HB： 170241 工序 名称 三面精镗机体现 工序号 序号 工 步 名 称 被 加 工 零 件 加 工 直 径 mm 加 工 长 度mm 工 作 行 程 mm 切削建层米 /分 每 分 钟 转 速 转 /分 每 分 钟 进 给量mm /分 每 转 进 给 量 mm /转 工时（分） 机动时间 辅 助 时 间 共计 1 装入工件 0.3 2 工件定位夹紧 0.006 3 后动力部件快进 0.02 4 后动力 部件一工进 110 30 38 88.9 240 36 0.15 1.13 5 后动力部件二工进 110 30 42 82 240 18 0.075 2.3 6 死挡铁停留 0.03 7 后动力部件快退 280 0.028 8 松开工件 20 0.002 9 卸下工件 0.3 备注 本机床装卸时间取 20.6分 单件总工时 3.43 0.686 4.716 机床实际生产率 14.5(件 /时 ) 机 床理想生产率 12.5(件 /时 ) 负荷率 0.86 ntsS195 柴油机三面精镗组合机床总体设计及夹具设计 3.5 机床联系尺寸图 3.5.1联系尺寸图的作用 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，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，并为进一步展开主轴箱夹具等专用部件、零件的设计提供依据，联系尺寸图也可看成是简化的机床总图，它表示机床的配置形式及总体布局。 3.5.2机床装料高度的确定 装料高度 H 一般是指机床上工件安装基面至地面的距离。组合机床标准中推荐的装料高度为 1060mm，具体设计 情况可在 8501060mm 范围内造取，图中应标注为： 160+440+560+（ 170） 1060mm合适 确定装料高度后，还要考虑以下两组尺寸的联系关系，现以图中所示尺寸加以说明。 由中间底座和夹具计算的装料高度尺寸： H=H1+H2+H3 式中 H 装料高度 H1 支承块高度 H2 夹具底座高度 H3 中间底座高度 由公式可知，当装料高度和通用部件选定后，便后计算出夹具底座的高度。 图中标注查得，装料高度 H为 1060mm，支承块高度 H1为 60mm，中间底座高度 H3为 560mm。 则夹具底 座高度 H2=1060-60-560=440mm 由动力部件和侧底计算的装料高度尺寸 H=h1+h2+h3+h4+h5-hmin 式中： h1 多轴箱最低主轴高度 h2 多轴箱底面至滑台顶面之间的距离 h3 滑台的高度 h4 调整垫块的高度（包括 5mm的调整块） h5 侧底座的高度 hmin 被加工零件最低孔至工件安装基面的距离 由公式可知，当通用部件选取后， h2,h3,h5 便确定， H仅与 h1,h4 有关， h1由多轴箱设计确定。这样便可由确定的装料高度计算出调整块的厚度 h4。 图中 h1=230mm h2=120mm h3=130mm h5=560mm nts hmin=10mm 则调整垫块高度 h4=1060-230-120-130-560-10=10(mm) 3.5.3夹具轮廓尺寸的确定 夹具轮廓尺寸的指夹具底座的轮廓尺寸即长 宽 高 长度尺寸与工件长度尺寸、工件至模板间距离尺寸，模板架厚度尺寸有关。 从机床总图中查得工件长度尺寸为 176mm,工件至模板间距离及模板架厚度分别为 482mm,542mm 则夹具总长为 482+542+176=1200mm 高度尺寸由前装料高度尺寸定为 1060mm 宽度尺 寸，除考虑工件本身宽度尺寸外，再加其它宽度方向上能布置下工件的定位、夹紧及其它机构从工序图中查得宽度尺寸为 184mm 这样可确定夹具草图 3.5.4中间底座尺寸的确定 由加工示意图中被步确定定的多轴箱端面至工件端面在加工终了时的距离，动力部件及其配套部件的联系尺寸，便可确定中间底座的尺寸。在确定中间底座长度尺寸时要考虑以下两组尺寸关系。 由加工示意图和多轴箱尺寸确定两动力箱端面间的距离 L。 L-L1+L2+L3+L4+L5 式中： L1， L5 为左右多轴箱的厚度 L2， L4 加工示意图中确 定的左右多轴箱至工件端面的距离。 L3 工件的长度 由机床总图中查得， L1=330， L5=345， L3=176 由加工示意图中查得， L2=880， L4=750 ntsS195 柴油机三面精镗组合机床总体设计及夹具设计 则两动力箱端面距离 L=330+345+880+750=2305 由动力滑台、侧底座、中间底座也可确定两动力箱端面间的距离 L 。 L =l1+l2+l3+lx+l4+l5+l6 式中： l1,l6 左右动力箱与滑台连接形成的尺寸 l2,l5 在行程终了时，滑台前端与滑座之距 l3,l4 左右滑座端面至侧底端面之距 由机床总 图查得， l1=l6=300, l2=l5=40, l3=l4=100 在图中必须保证 L= L ，则中间底座 lx尺寸为 Lx=l1+l2+l3+l4+l5-（ l1+l2+l4+l5+l6） 则 lx=2305-（ 300+40+100+40+300） =1425mm 3.5.5动力部件总选种的确定 动力部件的总行程等于向前备量，工作行程和向后备量之和；向后备量要保证方便地装卸刀具由加工示意图知 左动力箱动力部件总选种为 40+40+300+380+20=780mm 右动力箱动力部件总行程为 320+26+23+40+4+450+20=883mm 后动力箱动力部件总行程为 200+28+42+280+20+580mm nts 4.夹具设计 4.1 设计步骤 1 明确设计任务与收集设计资料； 2 拟订方案，绘单图； 3 分析计算； 4 审方案，改造设计； 5 绘制夹具总装配图； 6 绘制夹具图中主要零件的总装配图 。 4.2 定位支承系统 在组合机床上加工时，必须使被加工零件对刀具及其导向保持正确的相对位置，这是靠夹具的定位支承系统来实现的，定位支承系统除用以确定被加工零件的位置外，还要承受被加 工零件的重量和夹压力，有时还要承受切削力。 定位支承系统主要是有定位支承，辅助支承和一些限位元件组成。定位支承是指在加工过程中维持被加工零件有一定位置的元件。辅助支承是仅用作增加被加工过程中的刚度及稳定性的一种活动式支承元件，由于定位支承元件直接与被加工零件接触，因此其尺寸，结构，精度和布置都直接影响被加工零件的精度。为了避免产生废品以及经常修理定位支承元件的麻烦，设计时必须注意以下的问题： 1 合理布置定位支承元件，力求使其组成较大的定位支承界面； 2 提高刚性，减少定位支承系统的变形； 3 提高定位支承系统的精度及元件的耐磨性，以便长期保持夹具的定位精度； 4 可靠的排除定位支承部位的切削。 S195 柴油机三面精膛组合机床加工零件采用六点定位原则：平面取三点，零件防在两个支承板上，这样可以增加定位系统的刚性，防止了当夹压力和切削力不是对准支承时而引起的工件变形，这种变形不仅影响加工精度，而且会引起振动，以至造成折断。两个定位螺钉以及一个螺栓共六点进行定位的。 S195 柴油机的汽缸体是以底面和侧面两个互相垂直的平面定位的，所以支承板做成了 90 度的脚铁式，刚性很好。 4.3 定位误差的分析计算 由于一批零部件在夹具上定位时，各个工件所占据的位置不完全一样，加工后，各工体的加工尺寸必然大小不一，形成误差。 用家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所示： ntsS195 柴油机三面精镗组合机床总体设计及夹具设计 一 分别计算加工端面尺寸 326.95 0.05 的误差和垂直度为0.06mm 这两项误差。 1 定位误差 .基准不重合误差 .基准位移误差 在机械加工系统中无影响加工精度的其他因素，加工尺寸 326.950.05 的定位误差为 0，即 D =0。垂直度 0.06的定位误差 D =0。 2 对刀误差 r 因为刀 具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差。 3 夹具的安装误差 A ， 因为夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差。本组合机床的夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差。 4 夹具误差 E 因为夹具上的定位元件，对刀元件或导向元件及安装基面三者间（包括导向件和导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，它的大小取决与夹具零件的加工精度和夹具装配时的调整与修配精度。 5 加工方法误差 G 因为机床精度，刀具精度，刀具与机床的位置精度，工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，所以根据经验 为它留出工件公差的 1/3，计算可得： nts G = K /3 加工尺寸 326.950.05 的加工方法误差为 G =0.1/3=0.03mm，而垂直度为 0.06的加工误差为 0。 6 保证加工精度的条件 工件在夹具中加工时，总加工的误差 为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立的随机变量，应用概率法叠加，因此保证工件加工精度的条件是 = 22222 GEAyD K 即工件的总加工误差 应不大于工件的加工尺寸误差 k ，为保证夹具有一定的使 用寿命，防止夹具因为磨损而过早的报废，在分析计算工件加工精度时，需保留出一定的精度储备量 JC ，因此上式改写为： ck J 将上述计算的加工精度值列于下表 误差计算 加工要求 误差名称 326.95 05.0 垂直度为 0.06mm D 0 0 T 0.042 0.005 A 0 0 E 0.01 0.02 G 0.033 0 0.057 0.021 JC 0.043 0.079 由上表可知，该夹具能满足各项精度要求，且具备一定的精度储备。 二分别计算加工尺寸： 522 0.05 和位置度为 0.300mm 的误差 1定位误差：加工尺寸 522 0.05 的定位误差 D =0；位置度 0.300mm 的定位误差 0.100mm D =0.100mm 2对刀误差：加工尺寸 522 05.0 和加工尺寸 326.95 0.05 的对刀误差一样，T =0.042mm；位置度 0.300mm 的对刀误差 T =0.042mm ntsS195 柴油机三面精镗组合机床总体设计及夹具设计 3夹具安装误差 A =0 4夹具误差：影响 522 05.0 的夹具误差为底面对侧面的误差 E =0.060mm；影响位置度 0.300mm 的夹具误差为 0.1mm 5加工方法误差：加工尺寸 G =0.033；位置度 0.300mm的 G =0.047 将上述数据列为下表 误差加工 加工要求 误差系数 加工尺寸 522 05.0 位置度 0.300mm D 0 0.1mm T 0.042 0.042mm A 0 0 E 0.14 0.06mm G 0.033 0.047mm 0.097 0.132mm JC 0.003 0.008mm 由上表可知，该夹具能满足工件的各项精度要求，且具备一定的精度储备。 分析位置度为 0.400mm 的加工误差，因为为 300.0 mm已经满足加 工精度要求，因此该位置度为 0.400mm一定能满足加工精度要求。 nts 5.导向装置 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。固定式导套有三个元件组成：压套螺钉，可换导套和中间套。导套的主要参数包括：导套的直径和公差配合，导套的长度，导套至工件端面的距离。导套的配合间隙对于孔的位置精度有很大的影响，为了提高位置精度，应适当提高导套的制造精度和选用较紧的配合。 S195 柴油机三面精膛组合机床的导套数量很多，在检验机床的总装精度时，逐 次的全部检查每个部位上主轴与导套间的不同轴度，而是适当地选取两个孔位距离较远的导套作为检查部位，因此在设计时应注意相应位置的部位选用导套，使中间套的长度与其孔位之比 L/D 3，以便使该孔可靠的插入检验棒，作为机床总装时检查主轴与导套间的不同轴度时使用。 S195 柴油机三面精膛组合机床要求较高的位置精度，通常可达 005.0 mm，而且应使导套尽量接近加工表面，力求选用较高的精度和较紧的配合，一般采用长导套。在夹具上安装导向装置，装配技术要求包括：导向孔中心至工件定位基面的距离 允差，各导向装置相应的导向孔的不同轴度允差，各导向装置上相应的导向孔的中心连线对工件定位基面的不平行度允差以及各导向孔中心连线对夹具定位的位置精度。 ntsS195 柴油机三面精镗组合机床总体设计及夹具设计 6.夹紧力的确定 所谓确定夹紧力，从广义上来说，就是要真确的确定夹紧力的三要素：作用点，方向和大小。 欲选取夹紧机构和适当的动力传动装置，就必须确定所需夹紧力的大小，所需夹紧力的大小主要取决于切削力和重力的大小和方向。重力的大小和方向是不变的，而切削力的大小和方向在切削过程中是不断变化的，在切削过程中，影响切削力大小的因素很多，例如工件材 质不均匀，加工余量不均匀，刀具的磨损余量不同以及切削时的冲击力等。而且夹紧力也取决于一系列其他的因素，例如接触表面的光洁度，工艺系统的刚性等。因此确定切削力和所需夹紧力的大小，就是一个比较复杂的问题，实际上不可能完全准确的确定切削力和所需夹紧力的大小，而只能做出大概的计算。 为了简化问题，在确定夹紧力时，一般假定工艺系统：工件 夹具 刀具 机床都是绝对刚性的，切削过程是稳定的，而且切削参数也是固定不变的。在这些条件下，切削力可以根据切削原理的计算公式或计算图表求得，而所需的夹紧力可以从工件在夹压后的静 力问题来求得。然后为了保证夹紧可靠，在计算结果中引进安全系数作为实际所需的夹紧力。 在保证机体正常可靠工作的条件下，夹紧力愈小愈好。因为如果盲目地加大夹紧力就会造成如下影响：加大了工件在夹紧时的变形，从而影响加工精度。 估算夹紧力的方法： 找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力， 为了简便，只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，根据机床夹具设计，每块压板应给工件的夹紧力是 Q=KP/（ f )21 f ,式中 Q是夹紧力， P是切削力， 1f 是压板和工件表面间的摩擦系数， 2f 是工件和定位支承板间的摩擦系数， K是安全系数。 因为压板，工件，定位支承板均为铸件，查得摩擦系数 1f ， 2f 均为 0.18，安全系数 K 可按下式计算 K= K6543210 KKKKKK ，式中0k6k为各种因素的安全系数。 0k：考虑工件材料及加工余量的均匀性的基本安全系数，取 1.2 1k ：加工性质，取 1.2 2k ：加工方法，取 1.0 nts 3k：切削特点，取 1.0 4k ：夹紧力的稳定性，取 1.0 5k：夹紧时的手柄位置，取 1.0 6k：仅有力矩使工件回转时工件与支承面接触的情况，取 1.5 代入上式得 K=1.2 5.10.10.10.10.12.1 =2.16 因为安全系数 K的计算结果小于 2.5，则 K 取 2.5。根据计算得切削力 P=100N 代入上式： Q=KP/（ 21 ff ） =694N 确定估算所需的夹紧力大小为 700N左右。 ntsS195 柴油机三面精镗组合机床总体设计及夹具设计 7.夹紧机构 在组合机床上加工时，工件依靠夹具上的定位支撑系统获得对于刀具及导向的正确的相对位置，还需依靠夹具上的夹紧机构来消除工件因受切削力或工件自重的作用而产生的位移或振动，使工件在加工过程中能继续保持定位所得到的正确位置。 夹紧机构通常有三个部分组成：夹紧动力部分，中间传动机构和夹紧元件。这三个部分起着不同作用：夹紧动力部分用于产生力源，并将作用力传给中间的动力部分；中间传动机构能够改变作用力方向和大小，即作为增力机构，同时能产生自锁作用，以保证在加工过程中当力源消失时，工件在切削力或振动的作用下仍 能可靠夹紧；夹紧元件则用以承受由中间传动机构传递的夹紧力，并与工件直接接触而执行夹紧动作。 7.1 设计夹紧机构时，应注意满足以下的基本要求： 保证加工精度，夹紧机构应能保证工件可靠的接触相应的定位基面，夹紧后不许破坏工件的正确位置； 保证生产率，夹紧机构应当具备适当的自动化程度，夹紧动作受力迅速，多压板夹夹紧时要力求采用连动夹紧机构以缩短辅助时间； 保证工作可靠，具备自锁功能，夹紧机构除了应能产生足够的夹紧力外，通常还要求具有自锁性能以保证它的工作可靠性； 结构紧凑简单，在保证加工精度满足生产率要求 和工作可靠性的原则，夹紧力应越小越好，这样可以避免使用庞大而复杂的夹紧机构和减小嘉压变形； 操作方便，使用安全，根据以上设计夹紧机构满足的基本要求，综合各方面的因素，夹紧机构采用气动夹紧。 目前，以压缩空气为能源的气动技术应用逐渐增多，使用部门也很广泛。在组合机床上，广泛应用了气动技术。在组合机床上，气动与液压相比，虽然不及液压应用那样广泛，但是却具有许多其他能源所不及的优点。 空气可以从大气中取之不尽，没有介质费用的损失和供应上的困难。同时可以直接将废气任意排到大气之中，处理非常方便。气动回路中的泄露 除引起功率损失外，以至产生不利于工作的严重影响。 空气的粘度很小，在管道中的压力损失不到油路损失的千分之一； 压缩空气的工作压力较底，因此可降低对气动元件的材质和制造精度上的要求； 气动动作迅速，反应快； 气动维护简单，介质清洁，管道不易堵塞，亦不存在介质变质，补充和更换nts 等问题； 使用安全，便于实现自动过载保护； 和液压传动一样，气动也有操作控制方便，元件更于标准化，易于集中控制，程序控制和实现工序自代等优点。 由于气压传动具有上述许多优点，因此在组合机床夹具中广泛采用了气动夹紧机构，由于气体的 可压缩性，使外载变化时工作速度的影响较大，气动夹紧所能维持的刚性比液压夹紧的低，为了保证夹紧的可靠和稳定，可以在空气管路上设置调压阀，采用压力继电器，用于压力讯号的指示和连锁。 气动管路的组成 整个气压网络系统由两个基本部分组成，第一部分是将原动机供给的机械能转换为压力能的能量转换装置 空气压缩机。第二部分是将系统内的压力能转换为机械能的转换装置 动力汽缸或气动马达。 在这两部分之间，根据工作机械的工作循环运动的需要，通过导管按一定顺序连接各种控制阀以及其他辅助装置。在一般工厂里，气压网络的第一部 分均集中在压缩空气站内，由它向全厂各工作点统一分配和供应压缩空气。 这里所需要叙述的是气压网络中的第二部分机床气动管路的组成。压缩空气在送入某气动工作机械和仪表之前，通常需要进行出水和过滤，并控制其压力和流向，同时还要注入润滑剂，以达到保证机构正常工作和延长气动工作机械的寿命的目的。组合机床夹具气动管路中的控制阀和辅助装置包括：截止阀，分水滤气器，调压阀，油雾器，压力表和方向控制阀。 气动三大件，通常将分水滤气器，调压阀和油雾器组合在一起使用，通称为气动三大件。应设置在靠近气动工作机械或仪表处。 分配阀 ，用来控制空气流通方向或气路的通断，从而达到自动或远距离操作各汽缸或其他气动执行机构的目的。 气动压力继电器，用于把压缩空气的压力讯号转换为电器讯号的一种发送装置。它是弹簧载荷式的，当工作气压达到预定调整的定值范围时，继电器的活塞产生机械位移以接通微动开关的触头，从而发出电气讯号。 7.2夹紧气缸 气缸是将气压能转变为机械能并产生直线往复运动的装置，组合机床气动夹具中广泛采用了活塞式双作用气缸。气缸的作用取决于工作气压和气缸的工作面积。在相同气压下，气压活塞杆的推动和拉力也不同。 气缸活塞杆 的推力： P= 4/2 pD 查资料得： P=（ 0.4 0.6） MPa,D=100mm,d=35mm 代入上式得， P 推 =2669N， P拉 =2342N 7.3活塞杆的计算 ntsS195 柴油机三面精镗组合机床总体设计及夹具设计 在气缸工作中，活塞杆最好承受拉力，但是多数场合活塞杆承受的是推力负载，细长杆件受压力往往会产生弯曲变形。 按强度条件计算活塞杆直径 活塞杆所承受的应力应小于许用应力，即 21 /4 dF ，故 d /41F1F 活塞杆上的总推力 活塞杆材料的许用应力， = sb/ ， s=1.4， b =4.16 810 ， 1F =2.1 1110 Pa = sb/=2.96 810 Pa， d 30.05mm 考虑到活塞杆的工作实际情况，取 d=35mm 按纵向弯曲极限力计算 气缸承受纵向推力负载达到极限力kF以后，活塞杆会产生轴线弯曲，出现不稳定现象，该极限力与缸的安装方 式，活塞杆直径以及行程有关。 2)/(1/1 KLafF Ak L 活塞杆计算长度 K 活塞杆横截面回转半径， K=d/4=8.75mm 1A 活塞杆的横截面积， 4/21 dA =961.625 2mm f =49 710 Pa， a=1/5000，kF=4.58 1110 Pa 代入上式得 L=198.432mm，查标准件，取 L=202mm 活塞杆技术要求： .调质 30 35HRC .发蓝 气缸部件的前后盖材料是 HT200，技术要求是： .退火 .倒角 451 8.夹具体设计 夹具上的各种装置和元件通过来具体连接成一个整体。因此夹 具体的形状及尺寸取决于夹具上各种装置及夹具与机床的连接。 8.1 对夹具体的要求： .有适当的精度和尺寸稳定性，夹具体上的重要表面，如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nts 形状精度，它们之间应有适当的位置精度。为使夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造，夹具体要进行退火处理； .有足够的强度和刚度，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。为保证夹具体不产生不允许的变形和振动，夹具体应有足够的强度和刚度。因此夹具体需有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体 经常设置
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