基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及夹具设计

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 目目 录录 1 前言 1 2 组合机床总体设计 3 2 1 总体方案论证 3 2 1 1 加工对象工艺性的分析 3 2 1 2 机床配置型式的选择 3 2 1 3 定位基准的选择 4 2 1 4 选用滑台传动型式 4 2 2 确定切削用量及选择刀具 4 2 2 1 选择切削用量 4 2 2 2 计算切削力 切削扭矩及切削功率 7 2 2 3 刀具耐用度的计算 11 2 2 4 选择刀具结构 11 2 3 三图一卡设计 11 2 3 1 被加工零件工序图 11 2 3 2 加工示意图 12 2 3 3 机床联系尺寸图 14 2 3 4 机床生产率计算卡 16 3 组合机床夹具设计 19 3 1 夹具总体分析 19 3 1 1 零件的工艺性分析 19 3 1 2 夹具设计的基本原则和要求 19 3 1 3 夹具总体结构构思 19 3 2 定位方案的确定 20 3 2 1 定位方案论证 20 3 2 2 定位基准的选择 20 3 2 3 定位的实现方法 20 3 3 导向装置的选择 20 3 3 1 钻套型式的选择和设计 21 3 3 2 钻模板的类型和设计 22 3 4 夹紧方案的确定 22 3 4 1 夹紧装置的确定 22 3 4 2 夹紧力的确定 24 3 4 3 夹紧液压缸的选择 25 3 5 误差分析 26 3 5 1 影响加工精度的因素 26 3 5 2 保证加工精度的条件 27 3 6 夹具体的确定 28 4 结论 29 参考文献 30 致 谢 31 附 录 32 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 1 1 前言 组合机床是以系列化 标准化的通用部件为基础 配以少量的专用部件组成的 专用机床 这种机床既具有专用机床的结构简单 生产率和自动化程度较高的特点 又具有一定的重新调整能力 以适应工件变化的需要 组合机床可以对工件进行多 面 多主轴加工 组合机床装备的发展思路是以提高组合机床加工精度 组合机床柔性 组合机 床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向 一方面 加强数控技术的应用 提高组合机床产品数控化率 另一方面 进一步发展新型部件 尤其是多坐标部件 使其模块化 柔性化 适应可调可变 多品种加工的市场需求 复合 多功能 多 轴化控制装备的前景亦被看好 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 在这些方面组合机床 装备还有相当大的差距 因此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 世界机床发展的趋势将朝着五个方面发展 a 高速化 由于机构各组件分工 的专业化在专业主轴厂的开发下主轴高速化日益普及 过去只用于汽车工业高速化 的机种现在已成为必备的机械产品要件 b 精密化 由于各组件加工的精密化 微米的误差已不是问题 系统的发展使数字控制器的功能越来越多 c 高效能 对组合机床高速及精密化要求的提高导致了对加工工件制造速度的要求提高 同时 由于产品竞争激烈 产品生命周期快速缩短 模具的快速成型加工已成为缩短产品 开发时间必备的条件 对制造速度的要求致使加工模具的机床朝着高效能专业化机 种发展 d 系统化 组合机床已逐渐发展成为系统化产品 现在可以用一台电脑 控制一条生产线作业 不但可缩短产品开发时间 还可以提高产品的加工精度和质 量 e 复合化 产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级 机床五 轴加工 六轴加工已日益普及 组合机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势 本课题来源 盐城市江动集团的 ZH1105W 柴油机 本次设计内容的是柴油机 气缸体三面钻削组合机床总体设计及夹具设计 设计该组合机床思路 先仔细分析零件的特点 以确定零件的加工方法 确定 工序间加工余量 选择合适的切削用量 确定组合机床的配制形式 根据被加工零 件的工艺要求确定刀具 再由刀具直径计算切削力 切削扭矩 切削功率 然后选 择各通用部件 最后装配改进 本次设计主要进行对组合三面钻削的组合机床 进行工艺方案 总体设计和夹 具设计 主要针对 ZH1105W 机体左 右 后三个面上 43 个孔同时加工 生产率低 位置精度误差大的问题而设计的 从而保证孔的位置精度 提高生产效率 降低工 人劳动强度 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及夹具设计 2 本次设计的机床可以大大提高单工序的集中度 提高了效率 减轻了工人的劳 动强度 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 3 2 2 组合机床总体设计组合机床总体设计 2 1 总体方案论证 2 1 12 1 1 加工对象工艺性的分析加工对象工艺性的分析 1 本机床被加工零件特点 该加工零件为 ZH1105W 柴油机气缸体 材料 HT250 其硬度为 190 240HBS 重量 36 5Kg 在本工序之前各主要定位表面 主要孔已加工完毕 2 本机床被加工零件的加工工序及加工精度 本道工序 钻左 右 后三面的孔 由我们这次设计的设备 ZH1105W 机体三 面钻组合机床 完成 本设备的主要功能是完成柴油机机体左 右 后三个面上 43 个孔的加工 具体加工内容及加工精度是 1 钻左侧面 即水箱面 上 11 个孔 钻 5 6 7 孔 深 18 钻 4 8 5 孔 深 22 钻 1 6 7 通孔 钻 1 10 5 孔 通孔 各孔位置度公差 为 0 02mm 2 钻右侧面 即油底壳面 上 21 个孔 钻 16 6 7 孔 深 17 钻 4 13 孔 通孔 钻 1 6 8 孔 深 66 各孔位置度公差为 0 02mm 3 钻后盖板 缸尾 钻 11 个孔 钻 2 8 5 孔 深 20 钻 1 7 孔 深 115 钻 8 6 7 孔 深 18 各孔位置度公差为 0 02mm 2 1 22 1 2 机床配置型式的选择机床配置型式的选择 选择要求根据选定的工艺方案确定机床的配置型式 并定出影响机床总体布局 和技术性能的主要部件的结构方案 既要考虑能实现工艺方案 以确保零件的精度 技术要求及生产率 又要考虑机床操作方便可靠 易于维修 且润滑 冷却 排屑 情况良好 在加工同一零件时 可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案 要 全面地 综合分析 进行几种方案的对比 从中选择最佳方案 单工位组合机床 具有固定式夹具 通常可安装一个工件 特别适用于大 中 型箱体类零件的加工 根据配置动力部件的型式和数量 这种机床可分为单面 多 面复合式 利用多轴箱同时从几个方面对工件进行加工 但其机动时间不能与辅助 时间重合 因而生产率比多工位机床低 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 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及夹具设计 4 自由度大 操作方便 其缺点是机床重心高 振动大 在分析了被加工零件的结构特点及所选择的加工工艺方案 要求较好的稳定性 和精度 加紧也方便所以选择卧式组合机床 2 1 32 1 3 定位基准的选择定位基准的选择 考虑到被加工零件是箱体类零件 工序加工为三面同时钻孔 加工工序集中 精度要求高 箱体零件的定位方案一般采用 一面两孔 和 三平面 定位方法 1 一面双孔 的定位方法的特点是 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定位 2 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 3 一面双孔 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 4 易于实现自动化定位 夹紧 并有利于防止切削落于定位基面上 2 三平面 定位方法的特点是 1 可以消除工件的六个自由度 使工件获得稳定可靠定位 2 有同时加工零件三个表面的可能 能高度集中工序 一面双孔 的定位方案 是零件在机床上放置的底面及底面上的两个孔作为 定位基准 通过一个平面和两个定位销限制其六个自由度 但由于定位销刚度小 箱体大可能会变形 所以采用 三平面 定位方法 该定位方式如下 以底面为 定位基准面 限制三个自由度 在左侧有两个支承钉 限制两个自由度 在后面用 个定位条限制剩下的一个自由度 6 个自由度被完全约束 2 1 42 1 4 选用滑台传动型式选用滑台传动型式 滑台可以分为液压滑台 机械滑台和数控滑台三种类型 液压滑台的可以获得较大的进给力 零件磨损小 使用寿命长 快进转工进 转换精度高 工作可靠 有相当大的范围内进给量可以无极变速 过载保护简单可 靠 即本设计采用选择液压滑台 2 2 确定切削用量及选择刀具 2 2 12 2 1 选择切削用量选择切削用量 钻孔工艺的切削用量可根据查文献 1 P 130 表 6 11 选择切削用量 由于钻孔 的切削用量还与钻孔深度有关 随孔深的增加而降低 其递减值按文献 1 P 131 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 5 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他浅孔时钻头的寿命 比较接近 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 的布局形式及正常工作均有很大影响 组合机床多轴箱上所以的刀具共用一个进给 系统 通常为标准动力滑台 查文献 1 P130 表 6 11 得硬度 HB190 240 时 高速钢 钻头的切削用量如表 2 1 表 2 1 高速钢钻头切削用量 加工材料 加工直径 mm 1 d 切削速度 m min v 进给量 mm r f 190 240HBS 6 120 1 0 18铸铁 12 22 10 18 0 18 0 25 在选择切削速度时 要求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 单位为 mm min 所以要求同一多轴箱上各刀具均有合理的切削 f v 用量是困难的因此 一般先按各刀具选择较合理的转速 单位为 r min 和每转进 i n 给量 单位为 mm r 再根据其工作时间最长 负荷最重 刃磨较困难的所谓 i f 限制性刀具 来确定并调整每转进给量和转速 通过 试凑法 来满足每分钟进 给量相同的要求 即 2 fii vfnfnfn 2211 1 在选择了转速后就可以根据公式 2 1000 nd v 2 选择合理的切削速度 1 后端面各孔切削用量的选择 1 钻 2 8 5 深 20 20mml 查 1 P 130 表 6 11 表 6 12 得 由 d 6 12 硬度大于 200 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18mm r 又 d 8 5mm 孔深 3d 初选 n 500r min f 0 1mm r 则由 2 2 得 v 8 5 500 1000 13 345m min 即取 v 13 4m min v nf 50m min f 2 钻 1 7 深 115 l 115mm 查 1 P 130 表 6 11 表 6 12 得 由 d 6 12 硬度大于 200 240HBS 选择 v 10 18m min f 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及夹具设计 6 0 1 0 18mm r 又 d 7mm 孔深 15 20 d 初选 n v f f 0 5f 0 05 0 09 f mm r 即取 f 0 08mm r n 625 r min 则由 2 2 得 v 7 625 1000 13 7m min 3 钻至 8 6 7 深 18 l 18mm 查 1 P 130 表 6 11 表 6 12 得 由 d 6 12 硬度大于 200 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18mm r 又 d 10 1mm 孔深 3d 初选 n v f f 0 1mm r 即取 n 500r min 则 f 由 2 2 得 v 6 7 500 100010 5m min 2 左端面各孔切削用量的选择 1 钻 4 8 5 深 22 l 22mm 查 1 P 130 表 6 11 表 6 12 得 由 d 6 12 硬度大于 200 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18mm r 又 d 8 5mm 孔深 3d 初选 n v f f 0 1mm r 即取 n 500r min 则 f 由 2 2 得 v 8 5 500 1000 13 4m min 2 钻孔 1 10 5 深 15 l 15mm 查 1 P 130 表 6 11 表 6 12 得 由 d 6 12 硬度大于 200 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18mm r 又 d 10 5mm 孔深 3d 初选 n v f f 0 1mm r 即取 n 500r min 则由 2 2 f 得 v 10 5 500 1000 16 5m min 3 钻孔 1 6 7 深 15 l 15mm 查 1 P 130 表 6 11 表 6 12 得 由 d 6 12 硬度大于 200 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18mm r 又 d 10 5mm 孔深 3d 初选 n v f f 0 1mm r 即取 n 500r min 则由 2 2 f 得 v 6 7 500 1000 10 5m min 4 钻孔 5 6 7 深 18 l 18mm 查 1 P 130 表 6 11 表 6 12 得 由 d 6 12 硬度大于 200 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18mm r 又 d 10 5mm 孔深 3d 初选 n v f f 0 1 mm r 即取 n 500r min 则由 2 2 f 得 v 6 7 500 1000 10 5m min 3 右端面各孔切削用量的选择 1 钻 1 6 8 深 66 l 66mm 查 1 P 130 表 6 11 表 6 12 得 由 d 6 12 硬度大于 200 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18mm r 又 d 6 8mm 孔深 8 10 d 初选 n v f f f 0 7f 0 07 0 126 即取 f 0 091mm r n 550r min 则由 2 2 得 v 6 8 550 1000 11 7m min 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 7 2 钻 16 6 7 深 17 l 17mm 查 1 P 130 表 6 11 表 6 12 得 由 d 6 12 硬度大于 200 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18mm r 又 d 6 7mm 孔深 3d 初选 n v f f 0 1mm r 即取 n 500r min 则 f 由 2 2 得 v 6 7 500 1000 10 5m min 3 钻 4 13 深 16 l 16mm 查 1 P 130 表 6 11 表 6 12 得 由 d 6 12 硬度大于 200 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 18 0 25mm r 又 d 13mm 孔深 3d 初选 n v f f 0 185mm r 即取 n 270r min f 则由 2 2 得 v 13 270 1000 11m min 2 2 22 2 2 计算切削力 切削扭矩及切削功率计算切削力 切削扭矩及切削功率 根据文献 1 P 134 表 6 20 中公式 表 2 2 加工各个孔的进给量 工进速度及切削速度 孔径 切削用量6 76 878 510 513 v m min 10 511 713 713 416 511 f mm r 0 10 0910 080 10 10 185 n r min 500550625500500270 2 3 6 08 0 26HBDfF 2 4 6 08 09 1 10HBfDT 2 5 D Tv P 9740 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 在本设计中 3 1 minmaxmax HBHBHBHB 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及夹具设计 8 得 HB 223 33 240 max HB200 min HB 由以上公式可得 1 后端面钻孔 1 钻至 2 8 5 深 20 由公式 2 3 得 6 08 0 26HBDfF 26 8 5 0 10 8 223 330 6 899N 由公式 2 4 得 6 08 09 1 10HBfDM 10 8 51 9 0 10 8 223 330 6 2372 838Nmm 由公式 2 5 得 D Tv P 9740 5 814 3 9740 4 13838 2372 0 122kW 2 钻 1 7 深 115 由公式 2 3 得 6 08 0 26HBDfF 26 7 0 080 8 223 330 6 619 315N 由公式 2 4 得 6 08 09 1 10HBfDM 10 71 9 0 080 8 223 330 6 1372 545Nmm 由由公式 2 5 得 D Tv P 9740 714 39740 7 13545 1372 0 088kW 3 钻 8 6 7 深 18 由公式 2 3 得 6 08 0 26HBDfF 26 6 7 0 10 8 223 330 6 708 625N 由公式 2 4 得 6 08 09 1 10HBfDM 10 6 71 9 0 10 8 223 330 6 1509 769Nmm 由由公式 2 5 得 D Tv P 9740 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 9 7 614 3 9740 5 10769 9 15 0 077kW 2 左端面钻孔 1 钻 4 8 5 深 22 由公式 2 3 得 6 08 0 26HBDfF 26 8 5 0 10 8 223 330 6 899N 由公式 2 4 得 6 08 09 1 10HBfDM 10 8 51 9 0 10 8 223 330 6 2372 838Nmm 由公式 2 5 得 D Tv P 9740 5 814 39740 4 13838 3722 0 122kW 2 钻 1 10 5 深 15 由公式 2 3 得 6 08 0 26HBDfF 26 10 5 0 10 8 223 330 6 1110 53N 由公式 2 4 得 6 08 09 1 10HBfDM 10 8 51 9 0 10 8 223 330 6 3545 095Nmm 由公式 2 5 得 D Tv P 9740 5 1014 39740 5 16095 3545 0 182kW 3 钻 1 6 7 深 15 由公式 2 3 得 6 08 0 26HBDfF 26 6 7 0 10 8 223 330 6 708 625N 由公式 2 4 得 6 08 09 1 10HBfDM 10 6 71 9 0 10 8 223 330 6 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及夹具设计 10 1509 769Nmm 由公式 2 5 得 D Tv P 9740 7 614 39740 5 10769 1509 0 077kW 4 钻 5 6 7 深 18 由公式 2 3 得 6 08 0 26HBDfF 26 6 7 0 10 8 223 330 6 708 625N 由公式 2 4 得 6 08 09 1 10HBfDM 10 6 71 9 0 10 8 223 330 6 1509 769Nmm 由公式 2 5 得 D Tv P 9740 7 614 39740 5 10769 1509 0 077kW 3 右端面钻孔 1 钻 1 6 8 深 66 由公式 2 3 得 6 08 0 26HBDfF 26 6 8 0 0910 8 223 330 6 666 935N 由公式 2 4 得 6 08 09 1 10HBfDM 10 6 81 9 0 0910 8 223 330 6 1440Nmm 由公式 2 5 得 D Tv P 9740 8 614 39740 7 111440 0 08kW 2 钻 16 6 7 深 17 由公式 2 3 得 6 08 0 26HBDfF 26 6 7 0 10 8 223 330 6 708 62N 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 11 由公式 2 4 得 6 08 09 1 10HBfDM 10 6 71 9 0 10 8 223 330 6 1509 769Nmm 由公式 2 5 得 D Tv P 9740 7 614 39740 5 10769 1509 0 077kW 3 钻 4 13 深 16 由公式 2 3 得 6 08 0 26HBDfF 26 13 0 1850 8 223 330 6 2249 17N 由公式 2 4 得 6 08 09 1 10HBfDM 10 131 9 0 1850 8 223 330 6 8701 58Nmm 由公式 2 5 得 D Tv P 9740 1314 39740 1158 8701 0 24kW 表 2 3 加工各个孔的切削力 切削转矩及切削功率 孔径 F N M Nmm P kW 6 7708 6251509 7690 077 6 8666 93514400 08 7619 3151372 5450 088 8 58992372 8380 122 10 51110 533545 0950 182 132249 178701 580 24 2 2 32 2 3 刀具耐用度的计算刀具耐用度的计算 确定刀具耐用度 用以验证选用量或刀具是否合理 刀具的耐用度至少大于 4 个小时 查阅文献 2 中公式 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及夹具设计 12 2 8 3 155 0 25 0 9600 HBvf D T 6 式中 刀具耐用度 单位 min T 钻头直径 单位 mm D 切削速度 单位 m min v 每转进给量 单位 mm r f 布氏硬度 HB 选择 6 7mm 的钻头进行计算 205001min 8 3 155 0 25 0 33 2231 0 5 10 7 69600 T 根据计算 T 205001min 大于 4 小时所得刀具耐用度满足要求 2 2 42 2 4 选择刀具结构选择刀具结构 根据工艺要求及加工精度的要求 加工 43 个孔的刀具均采用标准锥柄长麻花 钻 2 3 三图一卡设计 2 3 12 3 1 被加工零件工序图被加工零件工序图 被加工零件工序图是根据制定的工艺方案 表示所设计的组合机床 或自动线 上完成的工艺内容 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 被加工零件 名称及编号 机体 ZH1105W 材料及硬度 HT250 HB190 240 重量 36 5Kg 2 定位基准及夹压部位和夹紧方向的选择 选择定面为为定位基准 夹紧部位为上低面夹紧方向是从上向下压紧工件 配 合一个辅助夹紧 夹紧部位是右端面方向右到左压紧工件 2 3 22 3 2 加工示意图加工示意图 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 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 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 13 1 刀具的选择 一台机床刀具的选择是否合理 直接影响到机床的加工精度 生产率和工作情 况 根据工件加工尺寸精度 表面粗糙度 切屑的排除及生产率要求等因素 刀具 选择选用麻花钻 刀具直径的选择应与加工部位尺寸 精度相适应 孔 6 7 选择刀具 6 7G7 孔 8 5 选择刀具 8 5G7 孔 10 5 选择刀具 10 5G7 孔 13 选择 刀具 13G7 孔 7 选择刀具 7G7 孔 6 8 选择刀具 6 8G7 2 导向结构的选择 组合机床钻孔时 零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的 导 向装置的作用是 保证刀具相对工件的正确位置 保证刀具相互间的正确位置 提 高刀具系统的支承刚性 这次设计中加工 43 个孔时 由于是大批大量生产 考虑到当导套磨损时 便 于更换 节约成本 所以导向装置选用可换导套 根据P175 表 8 4 1 加工 6 7 孔时 选择的导套尺寸为 D 12mm D1 18mm D2 22mm L 20mm l 8mm 中型 加工 6 8 孔时 选择的导套尺寸为 D 12mm D1 18mm D2 22mm L 20mm l 8mm 中型 加工 7 孔时 选择的导套尺寸为 D 12mm D1 18mm D2 22mm L 20mm l 8mm 中型 加工 8 5 孔时 选择的导套尺寸为 D 15mm D1 22mm D2 26mm L 16mm l 8mm 短型 加工 10 5 孔时 选择的导套尺寸为 D 18mm D1 26mm D2 30mm L 16mm l 10mm 短型 加工 13 孔时 选择的导套尺寸为 D 22mm D1 30mm D2 34mm L 20mm l 10mm 短型 3 确定主轴 尺寸 外伸尺寸 在该课题中 主轴用于钻孔 选用滚珠轴承主轴 又因为浮动卡头与刀具刚性 连接 所以该主轴属于长主轴 故本课题中的主轴均为滚珠轴承长主轴 根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩 T 由 1 P 43 公式 2 7 4 10dBT 式中 d 轴的直径 mm 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 由公式可得 左主轴箱端面轴 1 d 6 2 15 08mm 4 5 310 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及夹具设计 14 右主轴箱端面轴 2 d 6 2 18 94mm 4 7 810 后主轴箱端面轴 3 d 6 2 13 72mm 4 4 210 考虑到安装过程中轴的互换性 安装方便等因素 尽量使主轴轴径均取相同值 根据主轴类型及初定的主轴轴径 查 1 P 44 表 3 6 P 57 表 4 1 可得到主轴外伸尺寸 及接杆莫氏圆锥号 表 2 4 主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号 轴号主轴直径D d外伸尺寸接杆莫氏圆 锥号 轴的型号 2D27 2 多轴箱 12032 201151 220 1T0722 41 22032 201151 220 1T0722 41 31525 1685115 1T0722 41 4 动力部件工作循环及行程的确定 1 工作进给长度的确定L工 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L工 切入长度和切出长度之和 切入长度一般为 5 10mm 转中心孔或盲孔的时候 1 L 2 L 为零 三个面上钻孔时的工作进给长度见下表 表 2 5 工作进给长度 L 1 Ld 2 LL工 左主轴轴 12208 5830 右主轴轴 26606 8672 后主轴轴 3115575125 2 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 初选定三个主轴箱上刀具的 快速进给长度分别为左 70mm 右 78mm 后 75mm 工进为左 30mm 右 72mm 后 125mm 3 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 三面快速退回长度为左 100mm 右 150mm 后 200mm 4 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 三面的前后备量为 40mm 和 100mm 故左面总行程为 240mm 右面总行程为 290mm 后面总行程为 340mm 2 3 32 3 3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图 机床联系尺寸图是用来表示机床的配置型式 主要构成及各部件安装位置 相 互联系 运动关系和操作方位的总体布局 用以检验各部件相对位置及尺寸联系是 否满足加工要求和通用部件选择是否合适 它为多轴箱 夹具等专用部件设计提供 重要依据 它可以看成是简化的机床总图 一 一 选择动力部件 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 15 1 动力滑台形式的选择 本设计的合机床采用的是液压滑台 与机械滑台相比较 液压滑台具有以下优 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转工进 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 ZH1105W 柴油机机体左 右 后三个面上的 43 个孔 精度要求高所 以采用液压滑台 此外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 为卧式三面单工位液压传动组合机床 2 动力滑台型号的选择 1 根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力 按文献 1 P 62 式 2 n i i FF 1 多轴箱 8 式中 各主轴所需的 向切削力 单位为 N 则 i F 后主轴箱NF315 8086315 619625 70888992 多轴箱 左主轴箱NF28 8958625 70853 1110625 70858994 多轴箱 右主轴箱NF535 21001935 66617 2249462 70816 多轴箱 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 2 进给速度 1 v 左右后三面都为 50mm min f 2 最大行程 L 340mm 3 动力滑台导轨型式 动力滑台导轨组合有 矩 矩 和 矩 心 两种型式 前者一般多用于带导 向刀具进行加工的机床及其他粗加工机床 后者主要用于不带导向的刚性主轴加工 及其它精加工机床 由此可知 本机床选用 矩 矩 式最合适 考虑到所需的进给力 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 由文献 1 P 91 表 5 1 左 右 后三面的液压滑台均 选用 1HY32IA 型 台面宽 320mm 台面长 800mm 行程长 400mm 滑台及滑座总 高 280mm 滑座长 1070mm 允许最大进给力 12500N 快速行程速度 10m min 工 进速度 20 650mm min 3 动力箱型号的选择 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及夹具设计 16 由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和 根据 1 P 47 页公式P 切削 2 切削 多轴箱 P P 9 式中 消耗于各主轴的切削功率的总和 kW P 切削 多轴箱的传动效率 加工黑色金属时取 0 8 0 9 加工有色金属时取 0 7 0 8 主轴数多 传动复杂时取小值 反之取大值 本课题中 被加工零件材 料为灰铸铁 属黑色金属 又主轴数量较多 传动复杂 故取 8 0 后主轴箱 2 0 122 0 088 8 0 077 0 948kw n i i PP 1 切削 则 1 185kw 8 0 948 0 多轴箱 P 左主轴箱 4 0 122 0 182 0 077 5 0 077 1 132kw n i i PP 1 切削 则 1 415kw 8 0 132 1 多轴箱 P 右主轴箱 16 0 077 0 08 4 0 24 2 272kw n i i PP 1 切削 则 2 84kw 8 0 272 2 多轴箱 P 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 P 114 115 表 5 38 得出动力箱及电动机的型号 表 2 6 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 后主轴箱1TD32 IY100L 4 1 2 21430715 左主轴箱1TD32 IY100L 4 1 2 21430715 右主轴箱1TD32 IIY100L 4 2 3 01430715 4 配套通用部件的选择 侧底座 1CC321 高度 H 560mm 宽度 B 520mm 长度 L 1180mm 中间底座尺 寸根据夹具的尺寸要求设计 二 二 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 10mm 所选滑台高度 280mm 侧底座高度 取装料高 2 h 3 h 4 560mmh 度 H 850mm 三 三 确定主轴箱轮廓尺寸 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 17 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 主轴箱宽 1 h 度 B 高度 H 的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关 可按下式计算 2 1 2Bbb 10 2 11 Hhhb 11 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 1 b 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 1 h 其中 还与工件最低孔位置 10mm 机床装料高度 H 850mm 滑台 1 h 2 h 高度 280mm 侧底座高度 滑座与侧底座之间的调整垫高度 3 h 4 560mmh 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 7 5mmh 1 h 泄漏箱外 通常推荐 本组合机床按式 1 85 140mmh 2 12 4321 5 0hhHhh 10 850 0 5 280 560 19 5mm 左 b 410mm h 135mm 取 则求出主轴箱轮廓尺寸 1 100mmb B b 2b 410 200 610mm 1 H h h b 135 19 5 100 254 5mm 11 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 B H 630mm 400mm 2 3 42 3 4 机床生产率计算卡机床生产率计算卡 已知 工作行程为 200mm 进刀量为 10000mm min 机动时间 2 5278min 装卸工件时间 0 5min 单件工时 3 0278min 件 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 用P 51 公式 1 2 k t N Q 13 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及夹具设计 18 计算 式中 N 年生产纲领 件 本课题中 N 36000 件 全年工时总数 单班制 则取 2350h k t k t 则h t N Q k 32 15 2350 36000 件 2 实际生产率 Q 件 h 1 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 即公式 1 P 51 2 单 T Q 60 1 14 式中 生产一个零件所需时间 min T单 则h T Q 8 19 0278 3 6060 1 件 单 3 机床负荷率 机床负荷率为理性乡生产率与实际生产率之比 即公式 1 P 52 2 15 1 Q Q 则 8 77 8 19 32 15 1 Q Q 生产率计算卡见表 2 7 表 2 7 生产率计算卡 图号QGT006毛坯种类铸件 名称ZH1105 气缸体毛坯重量36 5kg被加工零件 材料HT250硬度HB190 240 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 19 工序名称左右后三面钻孔工序号 工时 min 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 速 r min 进给量 mm r 进给速 度 mm min 机加 工 时间 辅助 时间 共计 1装卸工件10 50 5 2右滑台快进78100000 00780 0078 钻孔 4x13 131672112700 18550 钻孔 16x6 7 6 7177210 55000 150 钻孔 1x6 8 6 8667211 75500 09150 死档铁停留 快退150 3左滑台快进70100000 0150 015 钻孔 5x6 7 6 7183010 55000 150 钻孔 4x8 5 8 5223013 45000 150 钻孔 16 7 6 7153010 55000 150 钻孔 110 5 10 5153016 55000 150 死档铁停留 快退10063000 01590 0159 4后滑台快进75100000 00750 0075 钻孔 2x8 5 8 52012513 45000 150 钻孔 8x6 7 6 71812510 55000 150 钻孔 1x7 711512513 76250 08502 52 5 死档铁停留 快退200100000 020 02 总计3 0275min 单件工时3 0275min 机床生产率19 8 件 h 备 注 装卸时间取决于操作者熟练程度 本机床设计时间取 0 5min 机床负荷率77 8 3 3 组合机床夹具设计组合机床夹具设计 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及夹具设计 20 3 1 夹具总体分析 3 1 13 1 1 零件的工艺性分析零件的工艺性分析 在机床上加工零件时 为了保证加工精度 必须正确安置工件 使其相对机床 切削成形运动占有正确的位置 这过程称为 定位 为了不因受切削力度 惯性 力 重力等外力作用而破坏工件已定的正确位置 还必须对其施加一定的夹紧力 这一过程称为 加紧 定位和夹紧全过程称为 安装 机床上用来完成工件安装 任务的重要工艺装备 就是各类夹具中应用最广泛的 机床夹具 我这次毕业设计的课题是设计在 ZH1105W 机体进行钻削加工所用的夹具 ZH1105W 柴油机机体材料为 HT250 其硬度为 HB190 240 在本工序之前柴油机 气缸体的六个主要表面已加工完毕 加工左右后三面的孔 3 1 23 1 2 夹具设计的基本原则和要求夹具设计的基本原则和要求 1 保证工件的加工要求 保证加工质量是设计时首要考虑的要求 即必须稳定地达到工序图上所述的加 工精度和表面粗糙度 这主要由所设计的定位装置 有时要结合夹紧一起考虑 来 保证 2 提高生产效率 所设计的夹具结构在生产批量相适应的条件下 应尽量采用夹紧可靠 快速高 效的夹紧机构与传动方式以缩短辅助时间提高生产率 3 有利于降低成本 在能保证加工质量和效率的前提下 夹具结构应力求简单 尽量采用标准元件 和组合件 专用零件的结构工艺性要好 制造容易 可缩短夹具的制造周期 降低 工件的生产成本 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 5 考虑夹具的适应性 在满足所要求的加工质量条件下 有时应考虑产品近期的发展 品种增多的要 求 适当扩大夹具的适应能力 使夹具具有一定的通用性 也是夹具设计中经常要 注意的问题之一 夹具设计是工艺准备工作的重要内容之一 3 1 33 1 3 夹具总体结构构思夹具总体结构构思 根据被加工零件是箱体零件的特点 拟定夹具结构方案如下 顶端用一个液压缸托板固定一个夹紧液压缸 夹紧液压缸通过压板夹紧工件 夹 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 21 具体上左右各固定一个支架 支架上固定钻模板 夹具体通过螺钉和定位销与机床中 间底座相连 3 2 定位方案的确定 3 2 13 2 1 定位方案论证定位方案论证 箱体零件的定位方案一般有两种 一面两孔 和 三平面 定位方法 方案一 一面双孔 的定位方法特点是 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定位 2 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 3 一面双孔 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 4 易于实现自动化定位 夹紧 并有利于防止切削落于定位基面上 方案二 三平面 定位方法特点是 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定位 2 有同时加工零件三个表面的可能 能高度集中工序 由上述论证我选用方案二来定位 3 2 23 2 2 定位基准的选择定位基准的选择 定位基准选择的原则 1 尽可能选择最大基面做主要的定位基准面 2 尽可能与工序基准重合 3 尽量选最长表面做为限制自由度的定位基准 4 尽量选精度较高的已加工表面为定位基准 5 在同一工件各工序中尽量采用同一定位基准进行加工 综上所述 故选定底面为定位基准面 3 2 33 2 3 定位的实现方法定位的实现方法 根据零件加工工序图图 3 1 所示 选箱体底面作为定位基准面 用支承块限制 了三个自由度 左侧用两个支撑钉限制了两个自由度 后面用一个定位条限制了剩 下的一个自由度 这样气缸体的六个自由度全部消除 实现零件的定位 如图 3 1 所示 3 3 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 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及夹具设计 22 位置和提高刀具系统的支承刚性 3 3 13 3 1 钻套型式的选择和设计钻套型式的选择和设计 1 钻套的型式 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 图 3 1 零件定位示意图 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 23 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 g6 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 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 G7 考虑到所用刀具和工件上的加工精度要求 通用导套的尺寸规格查 1 P175 表 8 4 d D 和 D2的关系如下图所示 对于加工 6 7 孔 选择的导套尺寸为 D 12mm D1 18