ZH1105W柴油机机体钻孔钻机总体及夹具设计

欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321盐城工学院本科生毕业设计说明书 20071前言1.1课题内容 设计一台加工ZH1105W柴油机机体左面、右面和后面螺纹底孔的钻孔专机，具体进行总体设计和夹具设计，在完成“三图一卡”的基础上，主要完成夹具的设计。1.2课题来由1.2.1课题背景 随着中国制造业的发展，普通机床已经越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。组合机床因其各种部件的通用化、标准化程度较高,结构与实现相对较容易,操作简单,能大大提高生产效率,较好保证加工质量的要求,性能稳定等诸多优点在大批量零件加工业中得到广泛的应用。虽然各种新工艺、新的加工方法不断涌现且得到广泛应用,现代制造工程对从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，但是组合机床不断吸取新技术成果而完善和发展，在现代加工业中仍然拥有它的一席之地,发挥着并仍将发挥它的重要作用。1.2.2 课题要求为了保证零件的加工精度，在整个设计过程中应满足以下几点要求：a) 机床应能满足加工要求，保证其加工精度。b) 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。c) 机床尽量选用通用件，以便降低制造成本。 d) 夹具设计要求定位合理，夹紧可靠，结构简单，操作简便。1.2.3 组合机床国内外发展概况我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存。组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2002年9月份，组合机床行业企业仅组合机床产品一项，据不完全统计产量已达800余台，产值达3个亿以上，较2001年同比增长了10%以上, 另外组合机床行业工业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交货值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界机床行业进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年的企业生产情况看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表的统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业的生产情况看，2000年生产数控机床590台，产值10731万元，生产加工中心118台，产值4601万元；2001年生产数控机床685台，产值17969万元，生产加工中心129台，产值5760万元；而2002年，截至9月份，数控机床、加工中心产量、产值已接近2001年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。“九五”后期，在组合机床行业企业的50余家组合机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份制改造，一家企业退出国有转为民营，其余都是国有企业。而从2001年至今，不到两年的时间里，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可挡，“民营经济在经历了从被歧视、被藐视到不可小视和现在的高度重视4个阶段后，焕发勃勃生机。”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。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（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，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。1.2.4 本课题主要解决的问题和总体设计思路 在组合机床总体设计中，主要解决的问题是如何确定机床的配置型式，如何选择通用部件，设计专用部件和工作循环的控制系统。在组合机床诸多零件中，主轴箱与组合机床密切相关，是组合机床的重要组成部件。它是选用通用零件，按专用要求设计的，所以是组合机床设计过程中工作量较大的零部件之一。就主轴箱设计来说，主要问题集中在传动系统的设计上。由于通常采用一根动力轴带动多根主轴的工作方式，因此各传动轴必须设法在有限的标准箱体空间中找到适宜的分布位置。轴的分布设计必须保证各轴的转速、旋向、强度和刚度。组合机床的设计思路如下：首先制定了合理的工艺方案，然后按工艺方案的需求确定机床的配置型式，选择通用部件，设计专用部件和工作循环的控制系统，最后在总体设计完成的基础上进行夹具的设计。为了表达该组合机床设计的总体方案，在设计时要绘制“三图一卡”，即ZH1105W柴油机气缸盖的加工工序图、加工示意图，机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等。然后将根据“三图一卡”进行组合机床的设计、调整和验收。为了表达夹具设计，在设计时要绘制夹具设计原始依据图，选择夹具结构型式及进行计算。2 组合机床总体设计2.1 工艺方案的拟订2.1.1 被加工零件特点本设计是为钻ZH1105W柴油机气缸体的三面31轴孔的工序而专门设计的，为了能达到质量好、效率高。我们采用了工序集中的原则进行设计。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、调试与运输也都比较方便；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。由于被加工的零件为ZH1105W柴油机汽缸体的三面31个孔，该柴油机汽缸体的体积小、重量较重，且为三面加工。根据零件的特点及生产纲领，应选用卧式床身，通过左右后三个动力头驱动三个主轴箱对零件三端面的31个孔进行加工较为妥当。通过以上的分析，初定本次设计方案为卧式三面组合钻床，三个动力头左右后布置。2.1.2 工艺路线的确定 (1) 铸造 (2) 时效 (3) 粗铣底面、顶面 (4) 粗铣左面、右面 (5) 粗铣前面、后面 (6) 精铣底面、顶面 (7) 精铣左面、右面 (8) 粗铣前面、后面 (9) 三面粗镗孔 (10) 三面半精镗孔 (11) 三面精镗孔 (12) 钻左面、右面、后面孔 (13) 钻顶面、底面、前面孔 (14) 攻丝 (15) 钻、扩、铰顶杆孔 (16) 终检2.1.3 影响机床工艺方案制定的主要因素a) 被加工零件的加工精度和加工工序虽然壳体的本道工序加工粗糙度要求不怎么高，但有一定的形状精度与位置精度的要求，安排工艺应在一个工位上对31个孔同时进行加工，因气缸盖孔的间距很小，采用立式加工时，不利于切削落下导向，造成导向精度早期走失，不利于保证加工精度，所以应选用卧式床身。为了保证机床在加工过程中的稳定性，钻床滑台应选用液压矩形导轨型式。b) 被加工零件的特点被加工的气缸盖体本身为HT200，且孔分布在不同的端面上，孔的直径又是不很大，考虑到重心、振动、壳体的形状及重量与安装方便等原因，宜用单工位、卧式机床加工较合适。c) 零件的生产批量本组合机床是为了适应ZH1105W柴油机气缸盖的大批量生产，且多为连续生产机床，此时应尽量将工序集中到一台或少数几台机床进行加工，以提高机床的利用率。d) 机床的使用条件本机床使用场地条件较好，气候适用，车间温度在三十度之内，使用液压传动能较好的发挥机床的工作性能，其它机床结构亦能很好的适应使用条件。从上述因素分析，本方案是最佳、可行的。2.1.4 定位基准及夹压点的选择组合机床是针对某个零件或零件的某道工序而设计的，正确选择加工用的定位基准是确保加工精度的重要条件，同时也有利于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床加工为单工位加工，也就是一次安装下进行31个孔的加工，箱体零件是机械制造业中工序多,劳动量大,精度要求高的关键零件。”一面两孔”是这类箱体零件在组合机床上加工时常用的典型定位方法。这种定位的特点是：a) “一面两孔”的定位方法很简便地消除工件的六个自由度,使工件稳定。 b) “一面两孔”的定位方法有同时加工五个面的可能,既有高度的集中加工工序,又有利于提高各面上孔的位置精度。 c) “一面两孔”的定位方法可以作为以粗加工到精加工的全部加工工序的基准,使整个工艺过程实现基准统一。d) “一面两孔”的定位方法使夹紧方便, 夹紧机构简单易使夹紧力对准支撑,消除夹紧力引起加工变形精度的影响。e) “一面两孔”的定位方法易实现自动化定位,并有利于防止切削落入基面。B. 确定夹紧位置应注意的问题在选择定位基准的同时，要相应决定夹压位置，此时应注意的问题是：a) 保证零件夹压后稳定。b) 尽量减少和避免零件夹压后的变形。本机床中确定的“一面两孔”定位能基本上满足以上两条件，因此本方案可行。另在选“一面两孔”定位后，可选随行夹具，这样可减少装夹时间、提高生产率，对随行夹具可采用液压自动夹紧。2.2 三图一卡设计 组合机床的总体设计，就是根据具体的被加工零件，在制定的工艺和结构方案的基础上，进行方案图纸的总体设计。这些图纸包括：被加工零件工序图、加工示意图、机床尺寸联系图和生产率计算卡等，下面进行这些图纸的设计。2.2.1 被加工零件工序图 被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，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、精度、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。2.2.2 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，并决定浮动夹头和接杆的尺寸、刀具的种类和数量、刀具的长度及加工尺寸、主轴、刀具、导向与工件间关系尺寸等。根据机床要求的生产率及刀具特点，合理地选择切削用量，以此决定动力头的工作循环。刀具的选择 一台机床刀具选择是否合理，直接影响机床的加工精度、生产率及工作情况。根据本气缸盖孔的加工精度、加工尺寸、切削排除以及生产率等因素，在加上加工的大小端面的孔的直径都小于40，所以应选麻花钻。选择接杆、弹簧卡头 在钻、扩、铰孔及倒角等加工小孔时，通常都采用接杆（刚性接杆）。因为主轴箱各主轴的外伸长度和刀具均为定值，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时加工完成孔的要求。导向结构的选择在组合机床加工孔，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）导向参数包括导套直径、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。查文献1表8-4 “通用导套的尺寸规格”：对于加工6.7孔，选择的导套尺寸为： D=12mm， L=20mm， l=8mm，D1=18mm, D2=22mm, l1=3mm, e=16.5 mm,配用螺钉M6。对于加工8.5孔， 选择的导套尺寸为： D=15mm， L=28mm， l=8mm，D1=22mm, D2=26mm, l1=3mm， e=18.5mm, 配用螺钉M6。对于加工12.4孔，选择的导套尺寸为： D=22mm， L=36mm， l=10mm，D1=30mm, D2=34mm, l1=4mm, e=24mm， 配用螺钉M8。切削用量的确定 对于31个被加工孔，采用查表法选择切削用量，见表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，使刀具寿命有所降低。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比较接近。A. 对左侧面上的12个孔的切削用量的选择a) 孔114,6.7通孔,深度 L=19mm由d612mm，硬度大于200240HB，查文献1表6-13选择v=1018m/min，f0.10.18mm/r，又由d=6.7mm，取定v=10m/min，f=0.1mm/r b) 孔15，12.4 通孔，深度L=19mm由d1222mm， 硬度200240HB，查文献1表6-13选择 v=1018m/min，f0.180.25mm/r，又由d=12.4mm，取定v=10.3m/min，f=0.18mm/r B. 对右侧面上的10个孔的切削用量的选择a) 孔19，6.7通孔，深度L=19mm由d612mm，硬度200240HB，查文献1表6-13选择v=1018m/min，f0.10.18mm/r，又由d=6.7mm，取定v=10m/min，f=0.1mm/r b) 孔10，8.5通孔，深度L=19mm由d612mm，硬度200240HB，查文献1表6-13选择 v=1018m/min，f0.10.18mm/r，又由d=8.5mm，取定v=12.6m/min，f=0.1mm/r C. 对后面上的6个孔的切削用量的选择a) 孔16，12.4通孔，深度L=19mm由d1222mm，硬度200240HB，查表6-13选择v=1018m/min，f0.180.25mm/r，又由d=12.4mm，取定v=10.3m/min，f=0.18mm/r 计算切削力、切削扭矩及切削功率F=26D （2-1） T=10 （2-2）P= （2-3）式中：F切削力（N）；T切削转矩（Nmm）；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，HB= （2-4）本设计中 ，HB max =240，=200，得HB=227。由以上公式可得：左面 单根 114轴 F= 715.6 N T=1524.6 N/mm P=0.0744 kW 15轴 F= 2119.5N T=7858.4 N/mm P=0.2134 kW 右面 单根 19轴 F= 715.6 N T=1524.6 N/mm P=0.0744 kW 10轴 F= 907.8 N T=2396.1 N/mm P=0.1161 kW后面 单根 16轴 F=2119.5 N T=1524.6 N/mm P=0.2134 kW 总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和左面 Pw = 0.074414+0.2134=1.255kW右面 Pw = 0.07449+0.1161=0.7857kW后面 Pw = 0.21346=1.2804kW 实际切削功率：根据设计手册，P=（1.52.5），因为是多轴加工，故取定P=1.5则左主轴箱 P=1.51.255 = 1.8825 kW右主轴箱 P=1.50.7857 =1.17855kW后主轴箱 P=1.51.2804 =1.9206 kW确定主轴尺寸及外伸尺寸d= （2-5）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） a) 左主轴箱：轴114 轴15 b) 右主轴箱：轴19 轴10 c) 后主轴箱：轴16 考虑到安装过程中轴的互换性、安装方便等因素，则左主轴中：114主轴直径都取16 ,15主轴的直径取20；右主轴箱中：19，主轴的直径都取16 ，10主轴的直径取16；后主轴箱中：16，主轴的直径都取20。根据主轴类型及初定的主轴轴径，查P44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=20mm时，主轴外伸尺寸为：D/=32/20,L=115 mm, 接杆莫氏圆锥号为1；主轴轴径d=16mm时，主轴外伸尺寸为：D/=25/16,L=85mm，接杆莫氏圆锥号为1。动力部件工作循环及行程的确定a) 工作进给长度确定工作进给长度，应等于加工部位长度L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度和切出长度之和。切入长度一般为510mm，根据工件端面的误差情况确定，钻孔时切入长度按文献1表3-7： +（38） （2-6）（注：d为钻头直径） 表2-1 工作进给长度d左主轴箱191006.710129右主轴箱191008.510129后主轴箱205012.41082b) 快速进给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，在左动力头工作循环中，快速进给行程为 271，在右动力头工作循环中，快速进给行程为271，在后动力头工作循环中，快速进给行程为268。c) 快速退回长度的确定快速退回长度一般等于快速引进和工作进给长度之和，对于本机床快速退回行程长度，能使刀具退回导向套内，不影响工件的装卸即可。d) 动力部件总行程的确定动力部件的总行程，除能保证实现上述工作循环外，还要考虑装卸和调整刀具的方便性，即要考虑前、后备量。前备量是由于刀具的磨损或为了补偿安装制造的误差，动力部件要向前调节的距离，此距离不小于1520mm，后备量是考虑刀具从主轴孔和夹具导套孔取出所要的距离，保证刀具退离导套外端面的距离要大于刀杆插入主轴孔内的长度。2.2.3 机床尺寸联系总图动力箱型号的选择由切削用量计算得到各主轴的切削功率的总和，根据查得的公式： （2-7）式中：消耗于各主轴的切削功率的总和，单位为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。本加工零件的材料为灰铸铁，属黑色金属，又主轴数量较多，传动复杂，故取=0.8。左主轴箱： 右主轴箱： 后主轴箱： 查文献1表5-38得出动力箱及电动机型如下表所示：表2-2 动力箱及电动机型号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1TD40IY132S-45.51440720右主轴箱1TD40IY132S-45.51440720后主轴箱1TD40IY132S-45.51440720动力滑台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，由查得的公式： （2-8）式中各主轴所需的轴向切削力，单位为N。则左主轴箱：F= 715.614+2119.5 = 12137.9 N则右主轴箱：F= 715.69+907.8= 7348.2N则后主轴箱：F= 2119.56=12717N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。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，由参考文献1表5-2，左右两面的液压滑台均选用 1HY40IA型，再由表5-3知：台面宽B=400mm，台面长L2=800mm,行程长400mm，滑台及滑座总高为320mm，滑座长1350mm，允许最大进给力为20000N，快速移动速度是8m/min ,工进速度为12.5500mm/min。后面的液压滑台选用 1HY40IA型，再由参考文献1表5-3知：台面宽B=320mm，台面长L2=630mm,行程长400mm，滑台及滑座总高为280mm，滑座长1070mm，允许最大进给力为12500N，快速移动速度是10m/min ,工进速度为20650mm/min。配套通用部件的选择查文献1表5-3，根据液压滑台的型号：1HY40IA，选侧底座：1CC401I,其高度为560mm,长度为 1350mm,宽度为600mm。机床装料高度的确定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，最低孔位置=12mm，主轴箱最低主轴高度=171.5mm，所选滑台和滑座总高=280mm，侧底座高度=560mm，夹具底座高度=240mm，中间底座高度=670mm，综合以上因素，该组合机床装料高度取H=1000mm。主轴箱轮廓尺寸的确定主要需确定的尺寸是主轴的宽度B和高度H及最低主轴高度,主轴箱宽度B和高度H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按查得的公式计算：B=b+2 （2-9）H=h+ （2-10）式中：b工件在宽度方向相距最远的两孔距离（mm） 最边缘主轴中心距箱外壁的距离 （mm） h工件在高度方向相距最远的两孔距离（mm） 最低主轴高度（mm）其中，还与工件最低孔位置（=12mm）、机床装料高度（H=1000mm）、滑台滑座总高（=280mm）、侧底座高度（=560mm）、滑座与侧底座之间的调整垫片高度（=5.5mm）等尺寸有关。对于卧式组合机床，要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外，本组合机床按式： +0.5+320+560+=-86 1000-86-5.5-0.5-560-320=171.5则求出主轴箱轮廓尺寸为： 取=120mm， B=b+2=263+2120=503mm， H=h+=258+171.5+120=549.5mm所以BH=630630。左、右、后都选630630。夹具轮廓尺寸的确定夹具是保证零件加工精密的重要部件，主要确定夹具底座的长度。夹具体的总高度高度，工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的基本依据。具体要考虑工件的定位、限位、加紧机构、刀具导向装置，以及夹具底座排屑和安装方面的空间和面积需要。根据加工示意图和零件工序图，可确定夹具底座的长度（以及夹具底座排屑和安装等方面的）。夹具的宽度取为500，但考虑其铸造误差与夹具底往中间底座上固定，凸台尺寸每边增加50mm，所以取600mm。对于夹具底座高度取不少于240mm，又因为夹具的支承高度为60mm，所以夹具底座高度为1000-60-560=380mm。中间底座尺寸的确定：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。 （2-11）式中：为工件端面到主轴箱在加工终了时端面的距离；左边为423mm、右边为423mm、中间为400mm。主轴箱厚度；325mm工件的总长度；178mm动力头支承凸台尺寸；230mm左右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）；取70mm滑台前端面到床身前端面的距离；100mm。结合左右两侧计算得L=874mm，考虑到左右得对称及中间底座的设计制作的方便性取L=1350mm。确定中间底高度尺寸时，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560mm。2.2.4 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，就可以计算机床生产率并编制生产率计算卡。生产率计算卡是反映机床生产节拍或实际生产率和切削用量、动作时间、生产纲领及负荷率等关系的技术文件。它是用户验收机床生产率的重要依据。a) 理想生产率Q理想生产率Q（单位为件/h）是指完成年生产纲领A（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。 （2-12）当两班生产时，全年生产时间t为4600，A为50000，则 b) 实际生产率实际生产率（单位为件/小时）指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。 （2-13）式中：生产一个零件所需时间（min），可按下式计算： （2-14）式中：分别为刀具第I、第II工作进给长度，单位为mm；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；分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为mm；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；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；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0.51.5min。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，则必须重新选择切削用量或修改机床设计方案。根据本组合机床的年产量2万件，可选用下列数据进行计算，取=8m/min，=0.1min，=1.5min。则双面计算如下：左面： 右面： 后面： 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 c) 机械负荷率当时，机床负荷率为二者之比。则 （2-15）组合机床负荷率一般为0.750.90，但对于精密较高、自动化程度高或加工多品种组合机床，宜适当降低负荷率。 d) 生产率计算卡表2-3 生产率计算卡被加工零件图号CJZZJ-00-01毛坯种类铸件名称ZH1105W柴油机气缸体毛坯重量材料HT250硬度200-240HBS工序名称三面钻孔工序号序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21150.0420.0422右滑台快进21150.0420.0423后滑台快进23850.0480.0484左滑台工进12947.52.7162.7165右滑台工进12947.52.7162.7166后滑台工进8247.51.7261.7267左滑台快进34050.5510.5518右滑台工进34050.5510.5519后滑台快退32050.5580.55810装卸料1.51.511左死挡块停留0.0290.02912右死挡块停留0.0170.01713后死挡块停留 0.0230.023备注1）装卸工件时间取决于操作者熟练程度；2）机床的单件工时为10.87件/小时。总计4.459机床实际生产率13.46件/小时机床负荷率81%3 组合机床夹具设计ZH1105W柴油机气缸体由其加工工序图可知，各孔的加工精度在上道工序已得到保证。对于具体的各孔规定了相应的技术要求。所有这些都要由本道工序的加工过程来保证。由技术要求可知，本道工序属于钻螺纹底孔，这样才能达到零件工序图所要求的合格产品。至此，所设计的夹具就必须与上述的具体工艺要求想配套，而设计三面同时钻孔的夹具。3.1 工件的定位基准及定位结构的设计3.1.1 工件的定位基准选择 工件的定位主要用夹具限制被加工零件的自由度，使得被加工零件在加工过程中不至于在加工方面发生位置移动。而影响加工零件的尺寸。现结合本工件的加工要求，在遵循工件加工时摆平放正的原则下，确定其定位基准。首先利用底面定位，其次利用右侧定位，最后利用后侧面定位。一方面既可以将工件的六个自由度完全限制下来，另一方面又可以避免过定位。3.1.2 定位机构的设计 根据已确定的定位基准来选择相应的定位机构。首先对底面定位，可以采用两平行的支承板来实现，其所确定的平面度，由其加工和安装精度确定。在此，之所以采用两平行的支承板来定位，一方面可以利用支承板的安装来补偿其加工误差，另一方面也有利于方面排屑，这样利用底面限制了工件的3个自由度。其次利用右侧面作为定位基准，可以仅利用机体底座来定位，这样由于定位面狭窄，故可看成一直线定位，即支承板。另外为了考虑人工操作时能方便安装放置工件，同时将放置件与与工件的定位合二为一，这样有利于减少工件的加工辅助工时，故可将右侧面的定位元件设计成阶梯形的定位块,其兼器定位和导向作用，在此需附加说明的是，由于定位块是悬空在夹具体切屑排屑孔之上，而采用的两点式支承，且跨度较大。为了保证在施加夹紧力之后能够保证定位块的正确位置。故在设计时在定位块左侧面安装一根可调节的圆头螺柱，以提高定位块的纵向高度。3.2 夹紧方案的选择及夹紧机构的设计3.2.1 夹紧方案的选择A. 可以采用从机体上方利用气动夹紧或其他机械夹紧，这样机体仅从上方受力。另外为了承受右侧面的钻孔切削力，故可设计一个辅助夹紧，以防止在切削力作用下的造成机体的颠簸，而影响被加工螺纹底孔的的尺寸和对端面的位置精度。对此夹紧力的大小，根据本道工序的加工性质属于钻螺纹底孔，其切削力较小，故可选择相应的夹紧机构，在此用气动夹紧。最后为了保证右侧面的可靠定位，可以在右侧面的底部安装一气缸，进行气动夹紧。至于后侧面的定位可靠性，则可由后面的定位块来限制。为了保证其加工过程中，不因后侧麻花钻的横向进给而使定位点离开支承点，这可由上面的气缸压紧力与顶面的摩擦力来保证。B. 可以利用气缸借助于防转的勾板来在机体底座上施加压力，这样也可以起到方案A中所起到的定位可靠和用来承受颠簸力矩的作用。至于本方案的其他部分夹紧措施，则与方案A相同，在此不再细述。 针对上述两种方案，经比较可知，方案A从上方夹紧，夹紧力够大，所以加工时工件较稳定，不易发生颠簸现象，因此切削用量较小，所以夹紧力消除后，金属弹性恢复较小，对加工孔几乎没有影响。而方案B，从低面夹紧，又要设计勾行板，且低面又要定位，右侧低面还有气缸这样，夹紧机构集中在一起，对加工个生产造成一定不利。二者区别与此，方案A避免了B种种弊端，而采取从上面设计夹板夹紧措施，保证夹紧力的大小，不影响工件的加工质量。3.2.2 夹紧机构的设计 本道工序是钻螺纹底孔，其每孔产生的切削力并不大，但是由于它是多孔同时加工的，那么综合起来的切削力所产生的对工件的颠簸力矩是相当可观的。为了解决这一问题，本人将采取夹紧力及可靠性都较好的液压缸夹紧方式。 为了保证右侧面的可靠定位，同时又考虑到右侧面的定位方式，是利用基准重合原则。为了在加工时不发生干涉，故可设计动力不大的动力装置，在此可采用液压缸夹紧。由液压缸的伸出杆直接作用于机体的左底座侧面。于此，夹紧机构的位置之所以有这样的安装要求，前面已说过。 最后，从夹紧方案的选择分析中可知，为了使工件更好的定位。左面的推杆的作用是实现预定位，后面的定位销实现1个自由度定位。其在工作时固定机体内，以确保定位的可靠性。3.3 切削力及夹紧力的计算3.3.1 切削力的计算从总体设计可知，左主轴箱切削力，右主轴箱切削力，后主轴箱切削力。3.3.2 夹紧力的计算A.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.夹紧力的作用点夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。a) 夹紧力的作用点应选在工件刚度较高的部位。b) 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。B.夹紧力的预算根据文献3查得切削力的计算公式如下： (3-1)式中 安全系数；总切削力；压板和工件表面间的摩擦系数；工件和定位支承块间的摩擦系数；根据文献3查得安全系数按下式计算 (3-2)式中，为各种因素的安全系数；：考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数，取；：加工性质，取；：刀具钝化程度，取；：切削特点，取；：夹紧力的稳定性，取；：夹紧时的位置 ，取；：仅有力矩使工件回转时工件与支承面的接触情况，取。 查文献8表3-34摩擦系数，均为0.5 根据文献8第1.3.3节切削力的计算结果， 3.3.3 液压缸的选择液压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,可参考文献8P806表3.6-6和表3.6-7，则液压缸直径： (3-3) 式中：p液压缸系统工作压力（MPa）P活塞最大作用力（N）D液压缸直径（mm）根据夹紧力计算公式得P=29352.5N,按文献8P806表3.6-7，选用液压缸直径为90mm,查得夹紧液压缸的型号为T5019型。3.4 定位误差的分析与计算 由于工件定位所造成的加工面相对其工序基准的位置误差简称为定位误差，以Dw表示。在加工时，夹具相对刀具及切削成形运动的位置调定后不再变动，因此可以为加工面的位置是固定的。在这种情况下，加工面对其工序基准的位置误差必然是工序基准的位置变动引起的。所以定位误差也就是工件定位时工序基准沿加工要求方向上的位置变动量。 对本道工序而言，在设计夹具时，所采用的定位方案即基于基准重合原则而确定定位元件。所以这一误差也不存在。3.5 夹紧元件的强度校验 本夹具的夹紧元件为压板和活塞杆，活塞杆的材料为45钢，压板材料为HT250。根据经验估算，其能满足强度要求。3.6 夹具体的设计及夹具的操作说明3.6.1 夹具体的设计 本夹具是为加工ZH1105W柴油机机体最后一道工序而设计的。此道工序属于属于钻螺纹底孔。该工序中所有的加工部位是在组合机床上一次性加工出来的。为了保证孔的加工精度，可在夹具上装导套，因加工部位是分布在左右和后侧面三个方位，所以导套安装也与之想适应。为了便于拆卸可在压板中心开一螺纹孔，用来安装手柄，在拆卸时以拖住压板，便于拆卸。考虑吧到容屑的需要，故夹具体设计成中空的。为了补偿中空刚度不足，可在夹具体内侧壁上铸造出加强筋，详见夹具装配图。3.6.2 夹具的操作说明 首先将机体置于工作台上，并且沿导向块把其推入直至达到后侧的定位挡块和定位销，然后，操纵气缸按扭手柄，控制上面的压板和底面右侧的辅助夹紧，二者同时动作，底面辅助夹紧先完成动作，然后上方的气缸推动活塞杆和压板，使之工件压紧。至此，夹具操作（夹紧）结束，准备加工。 加工结束后，先操纵工作手柄，松开压板，右侧的光面压块先离开工件，其次上方的压板离开，放松工件，由操作工人拉出机体。3.7 夹具的精度分析和计算3.7.1 加工误差的来源 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： 图3-1 误差分析图3.7.2 各项加工误差的计算A.计算加工尺寸500.2的加工误差。a.定位误差a) 基准不重合误差：因为定位基准与工序基准重合，所以基准不重合误差为零。b) 基准位移误差因为支承板与工件的底面平面板很高，可忽略不计，所以基准位移误差为零。故。b.对刀误差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。c.夹具的安装误差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。d.夹具误差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。e.加工方法误差因为机床精度，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