S195柴油机机体三面精镗组合机床总体设计及夹具设计正文

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。S 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。1工艺方案的拟定.被1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6.3~微1米.间6，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。.零3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。.机4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。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。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.被1加工零件工序图被.加1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。.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.加2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。.2加.工1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φ40,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170~241HB，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0.25~0.4(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。①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。②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=70~90米/分f=0.12毫米/转由公式，1000V兀Dn1=1000×803.14X110=231.6(rpm)n2=1000×803.14X25=1019.1(rpm)n=得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V=吧,计算速度1000πD1n10003.14X110×5001000=172.7(米/分)πD2n10003.14X25X5001000=39.25(米/分)(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=9.55X106P公式计算得到n的扭矩T值很小，则由切削扭矩计算主轴直径公式d=B:NV100(M一轴所传递的扭矩N.mm,B一系数)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［W］表10-1主轴直径与加工孔的经验数据，为d主轴二25mm,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。①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5~10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。②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。③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。④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。N切+N进一、N动A一- （千瓦）η式中，N动——动力头电动机功率N动——切削功率N进——进给功率H——传动效率，在加工黑色金属，主轴数少于15根时n=0.9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=0.38KWV6=96米/分 N切=0.46KWV4=81米/分 N切=0.62KWV5=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0.8~2千瓦，取N进=1KW则N动N0.38X2+0.46+0.62+0.67+10.9=3.9KW取N动=4.0KW查［山］表17-5知，适用Y132MI-6，额定功率为4.0千瓦，满载转速960rpm,起动转矩.最大转矩。右动力头V=98米/分，查得3轴N切=0.47KW同理取N进=1KW，η=0.9则0.42HN动A =1.6KW0.9.∙.取N动=2.2KW查［山］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，η=0.9则 0.56HN动A =1.7KW0.9.取N动=2.2KW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0.5倍~。1（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。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tM=L1/SMi+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）SMI，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）.1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5~10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5~6m/min，液压滑台3~10m/min。t移——工作台移动和回转一个工位所需时间，一般在3~8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0.5~1.5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10m∕minot移一一取3秒。t装卸——取0.6分。三面Q实具体计算如下左边£机=竺+竺+L=1.18（分）97526500.3+0.383 1八）£辅= +一+0.6=0.726）10 60.∙.T单=1.18+0.72=1.9（分）右边£机=26+竺+纪+土+7/160=2.88（分）

184848480.32+0.45£辅= +3/60+0.6=0.721分）10.∙.T单=2.88+0.72=3.6后边（/分）3842 7£机二——+——+ 3618240=3.43（分）£辅=0.2+0.28+3/60+0.6=0.698（分）10.∙.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。・•・实（2件=/时14）理.想2生产率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 小时，则理小时）（1件机.床3负荷率理 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η负125而实际η负125=0.8614.5计算的η值合于［山］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毛坯种类 铸件 名称 柴油机机体一毛坯重量材料铸铁硬度一B工序名称三面精镗机体现工序号序号工步名称被加工1—1二，零件加工直径加工长度工作行程切削建层米分每分钟转速转分每分钟进给量分每转进给量转工时（分）机动时间辅助时间共计装入工件 工件定位夹紧 后动力部件快进后动力部件^■工进φ后动力部件二工进φ死挡铁停留后动力部件快退松开工件卸下工件 备注本机床装卸时间取 分单件总工时机床实际生产率 件时机床理想生产率件时一负荷率一3.5机床联系尺寸图3.5联.系1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机.床2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850~1060mm范围内造取，图中应标注为：160+440+560+（ 7 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——装料高度——支承块高度 夹具底座高度——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，装料高度为，支承块高度为，中间底座高度为。则夹具底座高度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：——多轴箱最低主轴高度——多轴箱底面至滑台顶面之间的距离——滑台的高度——调整垫块的高度（包括 的调整块）——侧底座的高度——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， 便确定，仅与有关，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4图中则调整垫块高度3.5夹.具3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X宽X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 工件至模板间距离及模板架厚度分别为 则夹具总长为高度尺寸由前装料高度尺寸定为1060件件宽度尺寸，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184件件这样可确定夹具草图中.间4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式中：1 ——为左右多轴箱的厚度加工示意图中确定的左右多轴箱至工件端面的距离。工件的长度由机床总图中查得，

由加工示意图中查得，，，，则两动力箱端面距离由动力滑台、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： ——左右动力箱与滑台连