半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计(夹具设计)

1、半精镗精镗气缸盖导管孔组合机床夹具设计摘 要：为了提高生产效率，满足被加工零件的精度要求，需要设计一台组合机床来改善它的加工情况。本课题设计的是半精镗精镗气缸盖导管孔组合机床。其来源于江苏高精机电装备有限公司。在设计中,通过研究被加工零件的特点，对相关数据进行计算，对相关部件进行选择，从而确定机床的总体布局。并绘制出被加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸图和生产率计算卡。在此基础上拟定了夹具的结构方案，确定工件的定位方式，然后进行误差分析，确定夹紧方式，对夹紧力进行计算，对夹具的主要零件进行结构设计，并绘制出夹具图和主要零件图。该机床对零件加工和装配的工艺性好，工件装夹方便。采用液压滑台实

2、现刀具进给，工件采用一面两孔定位，一次装夹完成，不仅保证了孔的加工精度，而且还提高了加工效率，降低了工人的劳动强度。关键词：组合机床；半精镗；精镗；夹具。 本设计来自：完美毕业设计网登陆网站联系客服远程截图或者远程控观看完整全套论文图纸设计客服QQ：8191040Design of Modular Machine Tool and jig for Semi-finished and Finished Holes in pipe of covering Cylinder Abstract: In order to improve production efficiency and to meet

3、 the precision requirements of machining parts, a modular machine is needed to be designed to improve its processing condition. This design concentrates on this topic is designed to semi-fine boring fine boring holes cylinder head catheter combination machine, which is provided by the High-precision

4、 Mechanical and Electrical Equipment Limited of Jiangsu. In the design, we studied the characteristics of processed parts, calculated the relevant data, selected the relevant parts, and then confirmed the overall layout of machine tools. In addition to this, we work out procedure chart of processed

5、components, processing schematic, Engine bed relation dimensional and productivity calculation card. Based on this, we have also developed the fixture structure, determined the location means of the work piece, and then analyzed the error, determined the clamping ways, calculated the clamping force.

6、 In the process, the structures of major parts are designed, and the assembly pictures as well as related part pictures are drawn. The machine performed well in processing and assembling process; and the work piece can be easily clamped. Hydraulic slip is adopted to feed of tools pass in way of achi

7、eving the work piece by a two-positioning, clamping at one time, which can not only guarantee the accuracy of processing, but also improve the processing efficiency , and also reduce the labor intensity of the workers .Key word: Combination Machine, Fixture, Semi-fine boring, Fine Boring目录1 前言 12 组合

8、机床总体设计. 32.1 总体方案论证 32.1.1 加工对象工艺性的分析 32.1.2 机床配置型式的选择 .32.1.3 定位基准的选择 42.2 确定切削用量及选择刀具 .42.2.1 选择切削用量 .42.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率 .62.2.3刀具耐用度的计算 .102.2.4 选择刀具结构 .102.3三图一卡设计 102.3.1 被加工零件工序图 .102.3.2 加工示意图 112.3.3 机床联系尺寸图 122.3.4.机床生产率计算卡 .143 夹具设计 173.1 概述 .173.1.1 机床夹具在机械加工中的作用 .173.1.2 机床夹具的分类 .183

9、.1.3机床夹具的组成 1832 夹具的设计步骤及内容 .183.2.1 气缸盖镗孔的工艺分析 183.2.2夹紧方案的分析 193.2.3夹紧力的确定与计算 203.2.4夹紧液压缸的选择 .213.2.5定位元件的设计 .213.2.6定位误差的计算 .223.2.7导向装置的选择 .233.2.8夹具体的设计 .243.2.9其它元件的设计 .243.2.10夹具的精度分析 244 齿轮和轴的设计 .274.1.齿轮设计 274.2.轴的设计 .295 结论 .34参考文献 .35致 谢 36附 录 .371 前言这次毕业设计是在实习的基础上进行的，我们在江苏高精机电装备有限公司工程技术

10、人员的带领下，深入车间，理论联系实际，熟悉了气缸盖导管孔加工工艺分析，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，根据指导老师分配给我的任务书，阅读并收集有关资料，为毕业设计做好准备。本设计是为气缸盖导管孔设计一个满足半精镗及精镗要求镗孔工序。为了能够达到质量好、效率高的要求，拟定设计一个半精镗精镗的组合镗床。由于被加工零件的孔的加工精度、表面粗糙度和技术要求所限，提高生产效率，故必须设计一多刃半精镗及精镗一体的组合镗床。由于被加工零件一机体，体积小，重量较重，且是单工位单面加工，采用立式床身，将造成加工困难，难以保证加工精度，且平稳不够，故将采用卧式床身，通过两个动力头，主

11、轴箱镗销头，一次性完成该工序较为妥帖。随着现代工业生产水平的飞速提高，设计新产品，新机床，实现自动化，提高生产率，是当前生产中迫在眉睫的任务。我们三人一组设计专用组合机床既为一台高效能，高精度，具有工艺互换性的组合机床。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。近十多年来，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。尤其是汽车工业，为了提高汽车的性能，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更高了。目前，我国组合机床行业已发展

12、成为自成体系、配套齐全的行业，由于行业内多数为中小企业，且兼产企业多，其市场竞争能力普遍较弱。 为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。本设计由于气缸盖需大批量生产，为了提高加工精度，降低成本，有必要设计一种组合机床来满足气缸盖导管孔的上下进气孔排气孔同时镗孔的需要。本次设计分总体及液压滑

13、台设计、夹具设计、镗削头设计三个部分。我主要负责夹具部分的设计。在设计组合机床过程中，组合机床夹具的设计是整个组合机床设计工作的重要部分之一。虽然夹具零件的标准化程度高，使设计工作量大为减少，设计周期大为缩短，但在夹具设计过程中，在保证加工精度的前提下，如何综合考虑生产率、经济性和劳动条件等因素，还有一定的难度。设计该组合机床思路如下：仔细分析零件的特点，以确定零件合理可行的加工方法（包括安排工序及工艺流程，确定工序中的工步数，选择加工的定位基准及夹压方案等），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

14、削功率，然后选择各通用部件，最后按装配关系组装成组合机床。本说明书以设计卧式单面组合机床为主线，阐述了刀具的选择和夹具设计的过程。在文中第二部分着重介绍了组合机床的总体设计。在总体设计中，首先是被加工零件的工艺分析，然后是总体方案的论证，在比较了许多方案之后，结合本道工序加工的特点最终选择卧式单面的机床配置型式。再结合本道工序的特点选择刀具。根据选择的切削用量，计算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再确定刀具的大小和型式。在确定这些设计计算后，然后是绘制组合机床的“三图一卡”被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡。在文中第三部分，主要介绍了夹具的设计。夹具设计是组合机床设

15、计中的一个重要的组成部分。夹具设计时，首先确定工件的定位方案，然后选择夹紧方案，估算夹紧力大小，选择夹紧液压缸的型号，最终完成夹具的零部件设计和校核。2 组合机床总体设计2.1 总体方案论证2.1.1 加工对象工艺性的分析A.本机床被加工零件特点该加工零件为气缸盖导管孔。材料HT250，其硬度为HB150-225HBS，在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完毕。B.本机床被加工零件的加工工序及加工精度本道工序：精镗半精镗气缸盖阀座孔，枪铰导管进、排气孔。具体加工内容及加工精度是：a.半精镗进气孔：半精镗孔44阀座孔至44.8，深10；枪铰导管孔14底孔至14.8，深24。b.半精镗排气孔：半精

16、镗孔47阀座孔至47.8，深10；枪铰导管孔14底孔至14.8，深24。c.精镗进气孔：半精镗孔44.8阀座孔至45，深10；枪铰导管孔14.8底孔至15，深24。d.精镗排气孔：半精镗孔47.8阀座孔至48，深10；枪铰导管孔14底孔至14.8，深24。2.1.2 机床配置型式的选择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。对同一个零件的加工，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采取哪种方案时，绝不能草率

17、，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进行多种方案的对比，从中选择最佳方案。各种形式的单工位组合机床，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。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

18、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。在认真分析了被加工零件的结构特点及所选择的加工工艺方案，又由组合机床的特点及适应性，确定设计的组合机床的配置型式为单工位卧式镗组合机床。2.1.3 定位基准的选择被加工零件为气缸盖属箱体类零件，加工工序集中、精度要求高。由于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。 A. “一面双孔”的定位方法 它的特点是：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

19、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。B.“三平面”定位方法 它的特点是：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。一般情况下，“一面双孔”是最常用的定位方案，即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。由于气缸盖零件质量较大，底面上孔的直径不大，

20、初步拟定“一面双孔”定位方法。2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 选择切削用量对于被加工孔，采用查表法选择切削用量，从文献1P.132表6-15中选取。降低进给量的目的是为了减小轴向切削力。镗孔深度较大时，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，并使加工较深孔时镗头的寿命与加工其他浅孔时镗头的寿命比较接近。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。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

21、（单位为mm/min）,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“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 （2-1）在选择了转速后就可以根据公式 （2-2）选择合理的切削速度。A. 半精镗进气孔的切削用量的选择a). 44阀座孔镗至44.8，深10mm由文献1P.132表6-15中得半精镗硬质合金选择v=50-70m/min, f 0.150.45mm/r,又d=44.8mm,初选n=466r/min, f =0.15mm/r,则由（2-2）得：v=

22、×44.8×466/1000=65.58m/min b). 枪铰导管孔14底孔至14.8，深28.5mm 由文献1P.131表6-14中得 d=11-15,v=1.2-5m/min, f 0.4-0.5mm/r, 又d=14.8mm, 初选n=1500r/min, f =0.15mm/r, 则由（2-2）得：v=×14.8×1500/1000=69.7m/min c). 47阀座孔镗至47.8，深10mm由文献1P.132表6-15中得半精镗硬质合金选择v=50-70m/min, f 0.150.45mm/r,又d=47.8mm,初选n=466r/min

23、, f =0.15mm/r,则由（2-2）得：v=×47.8×466/1000=70m/mind). 枪铰导管孔14底孔至14.8，深33mm 由文献1P.131表6-14中得 d=11-15,v=1.2-5m/min, f 0.4-0.5mm/r, 又d=14.8mm, 初选n=1500r/min, f =0.15mm/r, 则由（2-2）得：v=×14.8×1500/1000=69.7m/min B. 精镗进气孔的切削用量的选择a). 44.8阀座孔镗至45，深10mm由文献1P.132表6-15中得半精镗硬质合金选择v=50-70m/min, f

24、0.150.45mm/r,又d=45mm,初选n=466r/min, f =0.15mm/r,则由（2-2）得：v=×45×466/1000=65.9m/minb). 枪铰导管孔14.8至15深28.5mm 由文献1P.131表6-14中得 d=11-15,v=1.2-5m/min, f 0.4-0.5mm/r, 又d=14.8mm, 初选n=1500r/min, f =0.15mm/r, 则由（2-2）得：v=×1500/1000×15=70.7 m/minc).47.8孔镗至48深10mm由文献1P.132表6-15中得半精镗硬质合金选择v=50-7

25、0m/min, f 0.150.45mm/r,又d=48mm, 初选n=466 r/min, f =0.15mm/r, 则由（2-2）得：v=×48×466/1000=70.2 m/mind).枪铰导管孔14.8至15深33mm 由文献1P.131表6-14中得 d=11-15,v=1.2-5m/min, f 0.4-0.5mm/r, 又d=14.8mm, 初选n=1500r/min, f =0.15mm/r, 则由（2-2）得：v=×1500/1000×15=70.7 m/min表2-1 加工各个孔的进给量，工进速度及切削速度 孔径切削用量44.814

26、.847.814.845154515v (m/min)65.5865.97069.765.970.770.270.7f (mm/r)0.150.150.150.150.150.150.150.15n (r/min)4661500460150046615004661500Vf(mm/min)702257022570225702252.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率根据文献1P.134表6-20中公式 (2-3) (2-4) (2-5) (2-6)式中， F 切削力（N）；T 切削转矩（N.mm）；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）

27、直径（mm）；HB 布氏硬度。，在本设计中，得HB=200由以上公式可得：A.半精镗孔a). 44阀座孔镗至44.8，深10mm由公式（2-3）得：=51.4×0.4×0.150.75×2000.55=91.34 N由公式（2-4）得：=0.51×0.4×0.150.65×2001.1=16.81N由公式（2-5）得： =25.7×44.8×0.4×0.15 =2046 N.mm由公式（2-6）得： = =b). 枪铰导管孔14底孔至14.8，深28.5mm由公式（2-3）得： = 由公式（2-4）得：

28、= 由公式（2-5）得： = 由公式（2-6）得： = c). 47阀座孔镗至47.8，深10mm由公式（2-3）得： = =由公式（2-4）得： = =由公式（2-5）得： = =2183.01由公式（2-6）得： = =d).枪铰导管孔14底孔至14.8，深33mm由公式（2-3）得： = =由公式（2-4）得： = =由公式（2-5）得： = =由公式（2-6）得： = =B. 精镗进气孔a). 44.8阀座孔镗至45，深10mm由公式（2-3）得： = =由公式（2-4）得： = =由公式（2-5）得： = =由公式（2-6）得： = =b). 枪铰导管孔14.8至15深28.5mm由

29、公式（2-3）得： = =由公式（2-4）得： = =由公式（2-5）得： = =由公式（2-6）得： = =c). 47.8孔镗至48深10mm由公式（2-3）得： = =由公式（2-4）得： = =由公式（2-5）得： = =由公式（2-6）得： = =d).枪铰导管孔14.8至15深33mm由公式（2-3）得： = =由公式（2-4）得： = =由公式（2-5）得： = =由公式（2-6）得： = =表2-2加工各个孔的切削力、切削转矩及切削功率孔径Fz(N)F x(N)T(Nmm)P (kW)4591.3216.82055.140.11591.3216.8685.050.14891.3

30、216.82192.160.11591.3216.8685.050.12.2.3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： （2-6）式中： 刀具耐用度，单位min； 镗头直径，单位mm； 切削速度，单位m/min； 每转进给量，单位mm/r； 布氏硬度。选择45mm的钻头进行计算：=2.057 r.min/m根据计算，所得刀具耐用度满足要求。2.2.4 选择刀具结构根据工艺要求及加工精度的要求，刀具采用标准刀具。2.3三图一卡设计2.3.1 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

31、）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。a.被加工零件名称及编号：气缸盖材料及硬度：HT250 HB150225b.定位基准及夹压点的选择针对机体的结构特点，不宜选用“三平面”定位基准，可采用“一面双孔”定位基准的方法。在选择夹压部位时应注意零件夹压后定位稳定和避免零件夹压后变形的问题，可以选择上表面夹压。 c.图中符号夹紧点 定位基面 根据设计课题要求绘制气缸盖的加工工序图，

32、见附图YG023-JGZT-0003。2.3.2 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。A.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，切削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

33、，这样对刀方便，加工中不至于有振动，并在导套上开引槽，以便镗刀通过，刀具选用硬质合金钢。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，可采用多刃镗刀头加工，一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H7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面和端面定位，并由端面键传递扭矩。B.工序间余量的确定关于工序间加工余量的确定，查工表2-6推荐数值选取0.250.4 （直径上）C.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。a).选择导向类型因导向直径