ZH1105柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计（夹具设计）（有图CAD论文）
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ZH1105
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ZH1105柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计（夹具设计）（有图CAD论文）,ZH1105,柴油机,缸体,三面粗镗,组合,机床,设计,夹具,CAD,论文
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0目目 录录1 前言12 组合机床总体设计32.1 组合机床工艺方案的制定32.1.1 工艺基准面的分析32.1.2 加工工艺的分析32.1.3 确定机床完成工艺时的一些限制32.2 组合机床配置型式的选择32.2.1 组合机床配置型式32.2.2 选择机床配置型式和结构方案的一些问题32.3 确定切削用量及选择刀具42.3.1 选择切削用量42.3.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率62.3.3 选择刀具结构102.4 组合机床总体设计三图一卡102.4.1 被加工零件工序图102.4.2 加工示意图112.4.3 机床尺寸联系图132.4.4 机床生产率计算卡163 夹具设计183.1 夹具设计的基本要求和步骤183.1.1 夹具设计的基本要求183.1.2 夹具设计的步骤183.2 定位方案的确定193.2.1 零件的工艺性分析193.2.2 定位方案的论证193.2.3 误差分析203.2.4 导向装置223.3 夹紧方案的确定223.3.1 夹紧装置的确定223.3.2 夹紧力的确定243.3.3 油缸的选择253.4 夹具体的设计264 结论27参考文献28致谢29附录30ZH1105C 柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计（夹具设计）11 1 前言前言组合机床是根据加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。组合机床主要用于平面加工和孔加工。平面加工包括铣平面、车端面、刮平面；孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹等。组合机床最适宜于加工各种大中型箱体类零件，如气缸体、气缸盖、变速箱体等零件。目前，组合机床在汽车、拖拉机、仪器仪表、军工及缝纫机、柴油机、纺织、航空等部门，应用越来越普遍。组合机床主要适用于棱体类零件和杂体的孔面加工，生产效率高，研制周期短，便于设计、制造和使用维修，配置灵活，且自动化程度高，劳动强度低。在将来，组合机床将向五个方面发展：高速化、高精度化、复合化、高科技含量化以及环保化。同时，在自动化方面，将会进一步提高。1组合机床的设计，目前基本上有两种情况：其一，是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计，这是当前最普遍的做法。其二，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人总结自己生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而且一些行业在完成一定工艺范围内组合机床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专能组合机床”。这种组合机床就不需要每次按具体加工对象进行专2门设计和生产，而是可以设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工的零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。在组合机床设计过程中，为了降低组合机床的制造成本，应尽可能地使用通用件和标准件。目前，我国设计制造的组合机床，其通用部件和标准件约占部件总数的 7080%，其它 2030%是专用零部件。考虑到近年来，各种通用1件和标准件都出台了新的标准及标注方法，为了方便以后组合机床的维修，整个组合机床的通用件和标准件配置，都采用了新标准。本毕业设计课题是 ZH1105 柴油机气缸体三面钻镗孔组合机床的设计，来源于江动集团江淮动力股份有限公司。本组合机床有四人完成，本人将进行总体及夹具设计。组合机床的设计过程包括前期调研，总体设计，技术设计和工作设计。总体设计，包括工艺分析、定位基准的选择、滑台型式的选择、通过选择切削用量选择刀具；还需编制“三图一卡” ，即加工工序图，加工示意图，机床联系尺寸图，生产率计算卡。技术设计就是根据总体设计已经确定的“三图一卡” ，设计主轴箱等专用部件正式总图；工作设计即绘制各个专用部件的施工图样，编制各零部件明细表。1夹具设计是组合机床设计中的一个重要组成部分，是按照某一道工序的加工要求，把一些事先制造好的标准件和部件进行组装而成的夹具，夹具通常由使用单位根据要求自行设计和制造，适用于产品固定且批量较大的生产中。其设计过程主要包括：对机床总体设计方案的论证、定位夹紧方案的论证、定位2误差分析、夹紧力的计算、夹紧缸的选用。本组合机床夹具属于专用夹具，其定位装置、夹紧装置、夹具体、导向装置和其它一些元件，均为自行设计、加工。在设计中，尽量考虑使用标准件和通用件，来缩短设计周期，减少机床后续改造的零件报废率，提高经济效益。通过设计，本组合机床能满足加工需求，保证加工精度，机床运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整。各动力部分采用了电器控制，使用操作方便。提高了工作效率，预计能达到设计要求。ZH1105C 柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计（夹具设计）32组合机床总体设计21 组合机床工艺方案的制定2.1.12.1.1 工艺基面的分析工艺基面的分析选择工艺基面和夹压部位是制定工艺方案的极其重要的问题。工艺基面选择的正确，将能实现最大限度的工序集中，从而减少机床台数，也是保证加工精度的重要条件。2.1.22.1.2 加工工艺的分析加工工艺的分析分析被加工零件的工艺，亦是制定工艺方案的极其重要的问题，我们要认真的分析被加工零件加工工艺的需要和组合机床完成工艺的可能，正确的确定组合机床的加工方案。2.1.32.1.3 确定机床完成工艺时的一些限制确定机床完成工艺时的一些限制a. 孔间中心距的限制 在确定组合机床完成工艺时，要考虑可同时加工的最小孔中心距。由于主轴箱的主轴结构的设备导向的需要，所以近距离孔能否在同一多轴箱上同一工位加工受其限制。b. 工件结构工艺性不好的限制 有些工件结构工艺性不好，如箱体多层壁上的同轴线的孔径中间大两头小时，则进刀困难。当孔径大于 50mm 时，可采用让刀的办法。多层壁同轴孔，为便于布置中间导向装置，孔中心离箱体侧壁间距离也应够。22 组合机床配置型式的选择2 22 21 1 组合机床的配置型式组合机床的配置型式组合机床有大型和小型两种，大、小型组合机床虽有其共性，但又都有其特殊性。无论是适用范围，配置型式，通用部件和驱动方式都各有特点。a工位组合机床 单工位组合机床通常是用于加工一个或两个工件，特别适合用于大中型箱体的加工。根据配置动力部件的数量，这类机床可以从单面或同时从几个方面对工件进行加工。3b工序组合机床 很多组合机床是按工件能够变位来配置的，工件的变位有手动和机动的方式。这类机床工序集中程度高，如回转多工位机床的辅助时间和机动时间相重合，生产效率高，适用于大批量生产、需要多部位加工的中小零件。2 22 22 2 选择机床配置型式和结构方案的一些问题：选择机床配置型式和结构方案的一些问题：A. 被加工零件的特点对配置型式和结构方案的影响a加工精度要求的影响；4b机床生产率的影响；c被加工零件的大小、形状、加工部位特点的影响。B. 机床配置型式和结构方案应注意的其它问题a 适当提高工序集中程度 在确定机床的配置型式和结构方案时，要合理 解决工序集中的问题。在一个动力头上安装多轴，同时加工多孔来集中工序，是组合机床最基本的方法，在一台机床上主轴数量有达 150 根左右的。但是，也不应当无限制的增加主轴数量，要考虑到动力头及主轴箱的性能和尺寸，并保证调整和更换刀具的方便性。b 注意排除切削和操作使用的方便性 在多工位机床上应特别注意前一道工序遗留在孔中的切屑对后一道工序的影响。在选择多面机床时，应慎重考虑操作的方便性，要合适的确定装料高度，对于加工一般箱体件带固定式夹具的机床，一般采取 850 毫米，对于较小的工件可稍高一些。c夹具形式对机床方案的影响 选择机床配置型式时要考虑夹具结构的实现可能性和工作的可靠性。在决定加工一个工件的成套机床或流水线上个机床的型式时，还应当注意，使机床与夹具的形式尽量一致，尤其是粗精加工机床。这样不仅有利于保证加工精度，而且便于设计、制造和维修，也提高了机床之间的通用化程度。42.3 确定切削用量及选择刀具2.3.12.3.1 选择切削用量选择切削用量16 个被加工孔中，由于既有钻孔加工又有镗孔加工，所以选择切削用量时应综合考虑，钻孔切削用量从文献5的 130 页表 6-11 中选取，镗孔切削用量从文献5的 130 页表 6-15 中选取。由于钻孔的切削用量与钻孔深度有关，随孔深的增加而逐渐递减，其递减值按文献5的 131 页表 6-12 选取。钻孔时，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，降低切削速度主要是为了提高刀具寿命。A对右侧面上 5 个孔的切削用量的选择：保证进给速度相等a.钻孔 4：36.4，通孔. 由 d22-50，硬度大于 190-240HBS，选择 v=10-18m/min,f0.25-0.4mm/r,又d=36.4mm,取定 v=17.6m/min,f=0.3mm/r,则由文献5的 43 页知 （2-dvn10001） 得： n=100017.6/36.4=154r/min b.钻孔 5： 24.4，通孔由 d22-50，硬度大于 190-240HBS，选择 v=10-18m/min,f 0.25-0.4mm/r,又 d=24.4mm,取定 v=17.7m/min,f=0.3mm/r,则由ZH1105C 柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计（夹具设计）5 dvn1000得： n=100017.7/24.4=230r/minc.镗孔 1、2： 61.4由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r中选择,考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取 v=35m/mim,f=0.6mm/r，则 =100035/61.4=181.5r/min dvn1000d.镗孔 6： 56.6由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r中选择,考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取 v=40m/min,f=0.5mm/r，则 =100040/56.6=225r/min dvn1000B对左侧面上 4 个孔的切削用量的选择：由于分两次进给，要同时考虑进给速度和转速，两次进给转速要相同，同次进给保证进给速度相同a.镗孔 3： 194.4/124.4由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r中选择,考虑到刀具寿命,加工余量应取小一点，故加工 193.8 孔采用分层切削。第一次进给主要加工 194.4 孔，取定 v=50m/min,f1=0.50mm/r,则=100050/194.4=82r/min dvn1000第二次进给要同时镗 124.4 孔，考虑到轴向切削力，进给量应选小一点,取定 v=37.3m/min,f2=0.6mm/r，则=100037.3/124.4=95r/min dvn1000b.镗孔 1、2： 261.4由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r中选择,考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取定v1=35m/mim,f1=0.6mm/r，则=100035/61.4=181.5r/min dvn1000同轴转速相同，进给速度一致，取定 v2=35m/min,f2=0.60mm/rc.钻孔： 36.4，通孔由 d22-50，硬度大于 190-240HBS，选择 v=10-18m/min,f0.25-0.4mm/r,又 d=35.8mm,取定第一次进给 v1=17.9m/min,f1=0.3mm/r,则=100017.9/36.4=157r/min dvn1000同轴转速相同，进给速度一致，取定 v2=17.9m/min,f2=0.3mm/r6C对后面上 1 个孔的切削用量的选择镗孔： 114.4/115/122.4 由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，在 v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r 中选择，考虑转速和进给速度的一直性，取定 v=36/40/45m/min。第一次进给，取定 f1=0.36mm/r；第二次进给,取定 f2=0.16mm/r，则=100055.7/114.4=155r/min dvn1000（孔的编号见被加工零件工序图）2.3.22.3.2 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5的 134 页表 6-20 中公式计算钻孔 （2-6 . 08 . 026HBDfF 2） 6 . 08 . 09 . 110HBfDT （2-DTvP97404）根据文献5的 134 页表 6-20 中公式计算镗孔 （2-55. 075. 04 .51HBfaFpZ5） （2-1 . 165. 02 . 151. 0HBfaFpX6） （2-55. 075. 07 .25HBfDaTp7） （2-61200vFPZ8） 式中， F、Fz-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） ；ap-切削深度（mm） ； D-加工（或钻头）直径（mm） ； HB-布氏硬度， 得 HB=223。由以上公式可得：右面 1、2 轴 55. 075. 04 .51HBfaFpZN6 .16592233 . 034 .5155. 075. 0ZH1105C 柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计（夹具设计）7 1 . 165. 02 . 151. 0HBfaFpX1 . 165. 02 .12233 . 0351. 0N336 55. 075. 07 .25HBfDaTp 55. 075. 022345. 034 .617 .25 mmN 63149 61200vFPZ 61200357 .2054 kw175. 14 轴 6 . 08 . 026HBDfF 6 . 08 . 022316. 04 .3626N1 .5581 6 . 08 . 09 . 110HBfDT 6 . 08 . 09 . 12233 . 04 .3610mmN 90128 DTvP9740 4 .3614. 397406 .1790128 kw425. 15 轴 6 . 08 . 026HBDfF 6 . 08 . 022316. 04 .3626N1 .5581 6 . 08 . 09 . 110HBfDT 6 . 08 . 09 . 12233 . 04 .2410 mmN 4 .42335 DTvP9740 4 .2414. 397407 .174 .42335 kw004. 1 6 轴 55. 075. 04 .51HBfaFpZ N2 .17942235 . 034 .5155. 075. 0 1 . 165. 02 . 151. 0HBfaFpX81 . 165. 02 . 12233 . 0351. 0N336 55. 075. 07 .25HBfDaTp 55. 075. 02235 . 036 .567 .25 mmN 94.50776 61200vFPZ 61200402 .1794 kw173. 1左面 1、2 轴 55. 075. 04 .51HBfaFpZ N1 .12222233 . 034 .5155. 075. 0 1 . 165. 02 . 151. 0HBfaFpX1 . 165. 02 . 12233 . 0351. 0N336 55. 075. 07 .25HBfDaTp 55. 075. 02234 . 038 .607 .25 mmN 3 .46139 61200vFPZ 61200297 .1517 kw719. 03 轴 孔径 194.4mm mmNHBfaDTp5 .871982235 . 05 . 14 .1947 .257 .2555. 075. 055. 075. 0333 NHBfaFpZ26.8962235 . 05 . 14 .514 .5155. 075. 055. 075. 033ZH1105C 柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计（夹具设计）9NHBfaFpX1462233 . 05 . 151. 051. 01 . 165. 02 . 11 . 165. 032 . 13KWVFPZ732. 0612005026.8966120033孔径 124.4mm mmNHBfaDTp78.12043422345. 05 . 34 .1247 .257 .2555. 075. 055. 075. 0333 NHBfaFpZ3 .93. 22235 . 05 . 34 .514 .5155. 075. 055. 075. 033NHBfaFpX52.52222345. 05 . 351. 051. 01 . 165. 02 . 11 . 165. 032 . 13KWVFPZ18. 161200318.3735.193661200336 轴 0.750.5551.43309.6ZpFa fHBN1.20.651.10.51333.7XpFafHBN 3309.6 17.90.9686120061200ZF VPKW后面 孔径为 114.4mmmmNHBfaDTp99.11063722345. 05 . 34 .1147 .257 .2555. 075. 055. 075. 033 NHBfaFpZ2 .193422345. 05 . 34 .514 .5155. 075. 055. 075. 0NHBfaFpX52322345. 05 . 351. 051. 01 . 165. 02 . 11 . 165. 02 . 1KWVFPZ76. 1612007 .552 .193461200孔径为 115mm1055. 075. 0337 .25HBfaDTp mmN 4 .111334NHBfaFpZ193622345. 05 . 34 .514 .5155. 075. 055. 075. 0NHBfaFpX45222336. 05 . 351. 051. 01 . 165. 02 . 11 . 165. 02 . 1KWVFPZ58. 16120050193661200孔径为 122.4mm mmNT5 .118498 NHBfaFpZ193622345. 05 . 34 .514 .5155. 075. 055. 075. 0 NHBfaFpX45222336. 05 . 351. 051. 01 . 165. 02 . 11 . 165. 02 . 1 KWVFPZ596. 1612007 .592 .163661200(轴编号与孔编号相对应)2.3.32.3.3 选择刀具结构选择刀具结构根据加工精度、工件材料、工件条件、技术要求等进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理地选择刀具。只要所选工艺方案可以采用刚性较好的镗杆，还是采用镗削方法，这是因为镗刀制造简单，刃磨方便。当被加工孔直径在 40mm 以上时，组合机床上多采用镗削加工，其加工精度可高达 1-2 级。直径小于 40mm 时，选用钻削方法，钻头选用高速钢修磨棱带及横刃钻头。镗孔选用合金镗刀头。直径大于 40mm 时，选用镗削方法，刀具材料为硬质合金。当加工阶梯孔时，选用阶梯杆，由于多刀加工，扭矩较大，所以要选用强度较好的刀杆材料：40Cr。2.4 组合机床总体设计三图一卡2.4.12.4.1 被加工零件工序图被加工零件工序图ZH1105C 柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计（夹具设计）11A被加工零件工序图的作用和内容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重要依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件的基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括：a.被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。b.本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。c.本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。d.注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。 B. 绘制被加工零件工序图的规定及注意事项a.绘制被加工零件工序图的规定 应按一定的比例，绘制足够的视图以及剖面；本工序加工部位用粗实线表示；定位用定位基准符号表示，并用下标数表明消除自由度符号；夹紧用夹紧符号表示，辅助支承用支承符号表示。b.绘制被加工零件工序图注意事项a) 本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。b) 对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析。c) 当本工序有特殊要求时必须注明。图 2-1 所示为被加工零件工序图。 图 2-1 被加工零件工序图122.4.22.4.2 加工示意图加工示意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。A. 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。本课题中镗孔采用旋转套导向，钻孔采用固定套导向。a.尺寸规格的选用b.导向套的布置c.导向套配合的选择B. 确定主轴、尺寸、外伸尺寸在该课题中，主轴既有用于镗孔又有用于钻孔，镗孔选用滚锥轴承主轴，钻孔选用滚珠轴承主轴。镗孔时主轴与刀具采用浮动卡头连接，主轴属于短主轴；钻孔时主轴与刀具采用接杆连接，主轴属于长主轴。根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩 T，由文献5的 43 页公式 410TBd 式中，d轴的直径（） ；T轴所传递的转矩（Nm） ；B系数，本课题中镗孔主轴为刚性主轴，取 B=7.3；钻孔主轴为非刚性主轴，取 B=6.2。由公式可得：左面 轴 1 d=30 取定 d=40 轴 2 d=30mm 取定 d=40 轴 4 d=30.46 取定 d=40 轴 6 d=25.35 取定 d=40 右面 轴 1、2 d=37 取定 d=40 轴 4 d=34 取定 d=35 轴 5 d=28 取定 d=30 轴 6 d=35 取定 d=45 后面 轴径 d=55mm 轴径实际设计时确定 根据主轴类型及初定的主轴轴径，文献5的 44 页表 3-6 可得到主轴外伸尺寸几接杆莫氏圆锥号。滚锥主轴轴径 d=40时，主轴外伸尺寸为：D/d1=67/48,L=135。滚锥主轴轴径 d=35时，主轴外伸尺寸为：D/d1=50/36,L=115。滚珠主轴轴径 d=30时，主轴外伸尺寸为：D/d1=50/36,L=115；接杆莫氏圆锥号为 4。滚珠主轴轴径 d=30时，主轴外伸尺寸为：D/d1=50/36,L=115；接杆莫氏圆锥号为 3。C. 选择接杆、浮动卡头ZH1105C 柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计（夹具设计）13在钻孔时，通常都采用接杆（刚性接杆）,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；镗孔时，采用浮动连接。D. 动力部件工作循环及行程的确定a.工作进给长度 L工的确定工作进给长度 L工，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 L1和切出长度 L2之和。切入长度一般为 5-10，根据工件端面的误差情况确定；镗孔时，切出长度一般为 5-10mm。当采用复合刀具时,应根据具体情况决定。所以得出以下结果:左主轴箱：工进长度:55mm右主轴箱：工进长度:95mm后主轴箱：工进长度:128mmb.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。初步选定三个主轴箱上刀具的快速进给长度分别为 215，255和 125。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，三面快速退回长度分别为 270，350mm,253mm。图 2-2 为加工示意图。190160190217174.65185.641237278125423 4930后主轴箱端面n=150r/minf=0.2mm/r12T6113TD641-61M10x1234T6115TD641-61M12X20GB1096-7612X505M80X2GB810-8867318212轴承GB810-88毡圈125JB/ZQ4606-868M8X35GB70-859 10 M16X70GB65-76M8X70GB67-76M16X40GB67-761112M16X40GB67-7613毡圈80JB/ZQ4606-861415滚动轴承6213GB/T 276-94M6X20GB70-8516171819T6113T6112M10x2T0641-418X35GB1096-72T6112202122M25x15GB810-88M25x15GB810-882324252627282930M12x15GB65-76M6x15GB65-76313233M12x20GB65-76M6x15GB67-76M12x20GB65-763435363738394041M30x2GB810-8842平衡轴孔n=181.5r/minf=0.6mm/r凸轮轴孔n=95r/minf=0.6mm/r起动轴孔n=154r/minf=0.3mm/r调速轴孔n=230r/minf=0.3mm/r曲轴孔 n=82r/min f=0.5mm/rn=181.5r/minf=0.6mm/r n=157r/min f=0.3mm/r凸轮轴孔平衡轴孔左主轴箱端面4317020018021010518075160?60?198F8?215H7/M6M80X2?198H7/G6?85K6M115X2163182235?15022335?45?65H5?120K7?4475135?22?26?70F8?M30X1.5?70H7/G6418251965200?70H7/G6?85H7/G6?441102450Tr30X3?40F8?35?46H7/K6?3022525242626?1428 2622?70H7/G6?85H7/M6220205135751013030630?25K5?70H7/M6?60H7/M615?20?15?20?30?70H7/M6?60H7/M63734430滚动轴承图 2-2 加工示意图2.4.32.4.3 机床尺寸联系总图机床尺寸联系总图14A. 选择动力部件a.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，按文献5的 62 页公式 niFiF1多轴箱计算。 式中，Fi各主轴所需的 向切削力，单位为 N。则 右主轴箱：2 3365581.1 3757.433610346.5FN多主轴箱左主轴箱：2 336 146522.52333.71674.22FN多主轴箱后主轴箱：5234524521427FN多主轴箱实际上,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。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，由文献5的 91 页表 5-1，左、右、后面分别选用机械滑台 HJ40A 型、HJ40A 型、HJ40A 型，台面宽 400mm，台面长 800mm，滑台及滑座总高为 320mm，允许最大进给力为 20000N；其相应的侧底座型号分为1CC401M、1CC401M、1CC401。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，根据文献5的 47切削P页公式计算： 切削多轴箱PP式中, 消耗于各主轴的切削功率的总和（Kw） ；切削P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5。8 . 0右主轴箱：0.8561.2760.96820.7194.538PKW主主则4.5385.330.85PKW主主主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，查文献5的页表 5-38 得出动力箱及电动机的型号,见表 2-1。115114表 2-1 动力箱及电动机的型号动力箱型号电动机型号电动机功率(Kw)电动机转速(r/PM)输出轴转速(r/min)ZH1105C 柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计（夹具设计）15左主轴箱1TD40-IY132S -815.51440480右主轴箱1TD40-IY132S -825.51440480后主轴箱1TD40-IY100-L85.5960480c.配套通用部件的选择侧底座 1CC401 型号，其高度 H=560mm，宽度 B=600mm，长度 L=1350mm。B. 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=70.52，主轴箱最低主轴高度 h1=145.02，所选滑台与滑座总高 h3=320，侧底座高度 h4=560，夹具底座高度 h5=345，中间底座高度h6=600，综合以上因素，该组合机床装料高度取 H=1005。C. 确定夹具轮廓尺寸夹具是用于定位和夹紧工件的，所以工件轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据，由于加工示意图中对工件和靠模杆的距离，以及导套尺寸都作了规定，掌握了以上尺寸后，确定夹具总长尺寸 A，A=590 mm。夹具底座高度应视夹具大小而定，既要求保证有足够的刚性，又要考虑工件的装料高度，一般夹具底座高度不小于 240mm。根据具体情况，本夹具底座取高度为 345mm。D. 确定中间底座尺寸在加工示意图中，已经确定了工件端面至主轴箱在加工终了时距离：L1 左=650mm，L2 右=800mm 根据选定的动力部件及其配套部件的位置关系，并考虑动力头的前备量因素，通过尺寸链就可确定中间底座尺寸 LL=2（L1 左+L2 右+2L2+L3）-2（L 1+ L 2+ L 3）其中 L1-动力头支承凸台尺寸。L2-动力头支承凸台端面到滑座前端面加工完了时距离，由于动力头支承凸台端面到滑座端面最小尺寸和动力头向前备量组成。L3-滑座前端面到床身端面距离取 L=585mm。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 600mm。E. 确定主轴箱轮廓尺寸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，可按文献5的 49页公式计算： B=b+2b1 H=h+h1+b1式中，b工件在宽度方向相距最远的两孔距离（） ；16b1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=70.52） 、机床装料高度（H=1005） 、滑台滑座总高（h3=320） 、侧底座高度（h4=560）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 h185-140，本组合机床按文献5的 50 页公式h1=h2+H-(0.5+h3+h4) 计算，得： h1=150.52。b=212.33,h=186.48,取 b1=100，则求出主轴箱轮廓尺寸： B=b+2b1=212.33+2100=412.33 H=h+h1+b1=186.48+150.52+100=437根据上述计算值,按主轴箱轮廓尺寸系列标准，左、右主轴箱轮廓尺寸都预定为 BH=500500。2.4.4 机床生产率计算卡机床生产率计算卡A. 理想生产率(单位为件/h)是指完成年生产纲领 A(包括备品及废品率)Q所要求的机床生产率。它与全年工时总数 tk有关,一般情况下,单班制 tk取2350h,两班制 tk取 4600h,由文献9的 51 页公式 ktAQ 得： hQ/04.134600/60000件B. 实际生产率(单位为件/h)是指所设计机床每小时实际可生产的零件1Q数 单TQ601式中:生产一个零件所需时间(min)，可按下式计算：单T 装移快退快进停辅切单ttVLLtVLVLttTkfff2211式中:分别为刀具工作进给长度,单位为 mm;21LL 、分别为刀具工作进给量,单位为 mm/min;21ffVV 、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t停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转 转所需的时间，单位min; 分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为 mm; 快退快进、LL动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取 56m/min;用液压kfV动力部件时取 310m/min;ZH1105C 柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计（夹具设计）17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;移t工件装、卸（包括定位或撤销定位、夹紧或松开、清理基面或切装卸t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,则必须重QQ 1新选择切削用量或修改机床设计方案。已知: 粗镗左面孔 min/69;551mmVmmLf mmL215快进mmL270快退粗镗右面;mmL951min/47mmVfmin/24;2522mmVmmLf mmL255快进mmL350快退粗镗后面孔;min/4 .55;12811mmVmmLf min/24;1022mmVmmLfmmL253快退 mmL125快进左面孔 min79. 06955fVLt工进机右面孔 min02. 24795fVLt工进机 后面孔 min3 . 24 .55128fVLt工进机 共计所用时间如下: min8 . 35 . 13 . 2辅机总ttT实际生产率: hTQ/7 .158 . 360601件总C. 机床负荷率当 QQ 时候，机床负荷率为二者之比。1组合机床负荷率一般为 0.750.90,自动线负荷率为 0.60.7。典型的钻、镗、攻螺纹类组合机床，按其复杂程度确定；对于精度较高、自动化程度高或加工多品种组合机床，宜适当降低负荷率。由文献9的 51 页公式得机床负荷率: 18 %61.827 .1504.131QQZH1105C 柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计（夹具设计）193 夹具设计3.1 夹具设计的基本要求和步骤3.1.13.1.1 夹具设计的基本要求夹具设计的基本要求夹具设计时，应满足以下基本要求a)夹具应满足零件加工工序的精度要求。特别对于精加工工序，应适当提高夹具的精度，以保证工件的尺寸公差和位置公差等。b)夹具应达到加工生产率的要求。特别对于大批量生产中使用的夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。c)夹具的操作要方便、安全。按不同的加工方法，可设置必要的防护装置、挡屑板以及各种安全器具。d)能保证夹具一定的使用寿命和较低的夹具制造成本。夹具元件的材料选择将直接影响夹具的使用寿命。因此，定位元件以及主要元件宜采用力学性能较好的材料。夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适应。在大批量生产始终，宜采用气压、液压等高效夹紧装置；而小批量生产中，则宜采用较简单的夹具结构。e)要适当提高夹具元件的通用化和标准化程度。选用标准化元件，特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具制造周期，降低夹具成本。f)具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造、使用和维修。63.1.23.1.2 夹具设计的步骤夹具设计的步骤A明确设计任务与收集设计资料夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。其内容主要是了解工件的结构特点、材料；确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。其次是根据设计任务书收集有关资料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和厂订标准，各类夹具图册、夹具设计图册等，还可以收集一些同类夹具的设计图样，并了解该厂的工装制造水平，以供参考。B拟定夹具结构方案与绘制夹具草图a)确定工件的定位方案，设计定位装置。B)确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。c)确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。d)确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。e)确定和设计其它装置及元件的结构型式，如分度装置、预定位装置及吊装元件等。f)确定夹具体的结构型式及夹具在机床上的安装方式。g)绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。20C进行必要的分析计算工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有助于装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案。D审查方案与改进设计夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。E绘制夹具装置装配总图夹具的总装配图应按国家制图包准绘制，秽土比例尽量采用 1：1。主试图按夹具棉队操作者的方向绘制。总图应把夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。F绘制夹具零件图夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。63.23.2 定位方案的确定定位方案的确定3.2.13.2.1 零件的工艺性分析零件的工艺性分析ZH1105 柴油机气缸体材料为 HT250，其硬度为 HB190240。本工序加工内容为：左侧：194.40.1、1240.1、36.40.1、2-61.40.10；右侧：56.60.1、2-61.40.10、24.40.10、36.40.10；后侧：114.40.10、1150.10、122.40.103.2.2 定位方案的论证定位方案的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。 “一面两孔”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。d)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。 “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。8被加工零件为 ZH1105 柴油机气缸体属箱体类零件，本工序加工为三面同时加工，加工工序集中、精度要求高，故选用“三平面”定位方法，采用“三平面”定位方法，能够保证工件的加工孔位置精度要求，同时便于工件装夹，又ZH1105C 柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计（夹具设计）21有利于夹具的设计与制造。定位方案如图 3-1 所示：图 3-1 定位方案图该方案定位原理：以底面为定位基准面，限制 3 个自由度；右面用侧定位块，限制 2 个自由度；后面用定位销，限制 1 个自由度。3.2.33.2.3 误差分析误差分析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 3-2 所示：图 3-2 误差分析图用夹具夹装工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多，与夹具有关的因素有：定位误差D、对刀误差T、夹具在机床上的安装误差A 和夹具误差E，在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差G。上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确而22形成总的加工误差。a)定位误差影响定位块位置度的因素有：定位块的表面粗糙度，定位块的相对位置误差和安装误差。定位块在安装的时候进行了试切削，配磨，保证定位块等高，并且本夹具采用基准重合原则设计的，故可忽略定位块的相对位置，即D=0。b) 对刀误差因刀具相对于刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差。对于本夹具的对刀误差是由导套和各主轴之间的间隙引起，根据实际情况取T=0.01。c)夹具在机床上的安装误差A夹具在机床上安装时，其定位元件对机床装卡面的相互位置误差将导致工件定位基准发生移动，从而使工序尺寸发生变化，这种误差称为夹具的安装误差。 产生夹具的安装误差的因素有：a)夹具定位元件对夹具体安装基面的相互位置误差;b)夹具安装基面本身的制造误差及其与机床装卡面间的间隙所产生的连接误差。根据本机床夹具安装形式，A 主要取决于夹具体和安装夹具的移动工作台之间的平行度。此处平行度误差为 0.02mm。故A=0.02mm。d)夹具误差因夹具上定位元件，对刀或导向元件及安装基面三者之间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差，夹具误差大小取决于夹具零件的加工精度的夹具装配时的调整和修配精度。取E=0.04mm。e)加工方法误差 G因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差，因该项误差影响因素很多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的。计算时可设G=，313k工件位置公差取 0.20mm，则有:k G=mmk067. 020. 0313f)保证加工精度工件在夹具中加工时，总加工误差 为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机误差，应用概率加法，因此，保证工件加工精度条件是ZH1105C 柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计（夹具设计）23 22222222200.010.020.040.0670.081DTAEG （3-1） 即工件总加工误差应不大于工件的加工尺寸公差，由以上得知，本夹具完全可以保证加工精度。为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时需留出一定精度储备量，因此将上式改为：cJ = kcJcJk（3-2）当0 时夹具能满足加工要求，根据上述计算得：cJ=0.20-0.081=0.1190cJk故夹具完全可以满足加工要求。3.2.43.2.4 导向装置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。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/D3，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。ZH1105 柴油机气缸体三面钻镗孔组合机床要求位置精度相对较高，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。ZH1105 柴油机气缸体的三面钻镗孔组合机床的刀具导向装置设计在镗模板上，由于是大批生产，所以采用可换式导套。3.3 夹紧方案的确定3.3.13.3.1 夹紧装置的确定夹紧装置的确定A.夹紧装置的组成本设计中夹紧装置采用机械夹紧装置，由力源装置、中间传力机构、夹紧元件24三部分组成。其组成部分的相互关系，如图 3-5 的方框图所示：图 3-5 夹紧装置的组成B.夹紧装置设计的基本要求a)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。C.夹紧装置的选择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，与液压相比有以下优点：(1) 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。(2) 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。(3) 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。(4) 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：ZH1105C 柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计（夹具设计）25(1) 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许多倍。(2)油液的不可压缩性可使夹具刚度高，工作平稳、可靠。(3)液压传动噪声小，劳动条件比气压的好。但是，油压高容易漏油，要求液压元件的材质和制造精度高，故夹具成本高。 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。3.3.23.3.2 夹紧力的确定夹紧力的确定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
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