柴油机气缸盖扩孔专机总体及夹具设计说明书

目录1前言..............................................................12组合机床总体设计..................................................32.1总体方案设计....................................................32.1.1加工对象的工艺性分析..........................................32.1.2机床配置形式的选择............................................32.1.3定位基准的选择................................................42.2切削用量的确定及刀具结构的选择..................................52.2.1切削用量的选择................................................52.2.2切削力、切削扭矩及切削功率计算................................62.2.3刀具结构选择..................................................72.3组合机床总体设计—三图一卡......................................82.3.1被加工零件工序图..............................................82.3.2加工示意图....................................................92.3.3机床联系尺寸图...............................................102.3.4机床生产率计算卡.............................................133组合机床夹具设计.................................................143.1概述...........................................................143.1.1夹具的工艺性分析.............................................143.1.2夹具设计的基本要求...........................................143.2定位方案的确定.................................................153.2.1定位基准的选择原则...........................................153.2.2定位方案的设计...............................................153.3定位误差分析...................................................153.3.1影响加工精度的因素...........................................153.3.2保证加工精度的条件...........................................163.4夹紧方案的确定.................................................163.4.1夹紧机构的确定...............................................163.4.2夹紧力的确定.................................................173.4.3夹紧液压缸的选择.............................................193.5引导装置的选择.................................................203.5.1钻套型式的选择和设计.........................................203.5.2钻模板的类型和设计...........................................203.6夹具体结构设计.................................................214结论.............................................................22参考文献...........................................................23致谢...............................................................24附录...............................................................25ZH1105柴油机气缸盖扩孔专机总体及夹具设计摘要：本课题设计ZH1105柴油机汽缸盖扩孔专机，主要对其总体及夹具进行设计。该组合机床是针对ZH1105柴油机气缸盖的进、排气孔和油泵孔进行加工。ThistopicdesignedZH1105dieselenginecylindercovertodrilloutthespecialplane,mainlycarriedonthedesigntoitsoverallandthejig.Thisaggregatemachine-toolisaimsatZH1105dieselenginecylindercovertoenter,theairventandtheoilpumpholecarriesontheprocessing.ThisdesignenginebedoverallpartisthroughcarriesonthecraftanalysistoZH1105dieselenginecylindercovercomponents,hasdraftedtheenginebedoverallconcept,andaccordingtotheaggregatemachine-tooldesignprocedure,hascalculatedthecuttingspecifications,thecuttingforce,thecuttingtorque,thecuttingpowerandsoon,finallyhascompleted“athreechartcard”plan.ThejigpartdesignwasthroughhascarriedonthecraftanalysistoZH1105dieselenginecylindercovercomponents,haschosen“twosoldatthesametime”thelocatemode,hascarriedontheerroranalysis.Thenthechoiceclampstheplan,theestimateclampsthestrengthsize,haddeterminedcarriesonbythehydraulicramclamps,thechoiceclampsthehydrauliccylinderthemodel.Anddesignedtheguidingarrangement,hasdrilledthetemplate,thejigbodystructureandsoon,finallyhascompletedthejigdesign.Accordingtocomputedresultplanjigassemblydrawingandmaindetaildrawing.Thisenginebeddesignisreasonable,conformstothepracticalapplication,satisfiestheprocessingrequest,alsomanyhasusedthestandardpartandthestandardletterasfaraspossible,theproductioncostisreasonable,theequipmentserviceisconvenient.Enhancedtheproductionefficiencygreatly,reducedthelaborintensity,thusreducedthecomponentsprocessingcost.1前言组合机床是根据工件加工需要,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的专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多面或多工位同时加工的方法，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批量的生产中得到广泛应用，并可用来组成自动生产线。组合机床对多孔钻削加工具有较大的优势，它按孔的坐标分布位置实行一次加工，保证了孔的坐标位置尺寸精度。这也是本次设计的目的所在，设计这台组合机床，就是为了在保证加工精度的基础上，提高生产效率。组合机床的设计，目前基本上有两种方式：其一，是根据具体加工对象的特征进行专门设计，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，广大工人和技术人员总结出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的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“专用组合机床”。这种组合机床不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工零件的具体需要，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。本次设计的课题是ZH1105柴油机气缸盖扩孔专机总体及夹具设计。该课题来源于江淮动力集团。该集团生产的S195柴油机连杆、ZH1105柴油机气缸体销路十分走俏，市场需求量大，畅销国内外市场。现在该集团迫切需要改善现有的生产条件，进行提高生产率、改善产品质量方面的技术改造，使产品的合格率上升，增加产量，适应市场竞争的需要，提高经济效益。本设计主要针对原有的ZH1105气缸盖上左、右两个面上的进气孔、排气孔、油泵孔加工、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。本人的设计分工是总体设计和夹具部分的设计，主轴箱部分的设计由同组其他同学担任。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，使设计工作量减少，设计周期缩短，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。本说明书以设计卧式双面扩孔组合机床为主线，阐述了总体设计和夹具设计的过程。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双面组合机床的配置型式。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。在第3章中，主要介绍了夹具的设计。夹具设计是组合机床设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。最后根据计算结果绘制夹具装配图和主要的零件图。2组合机床总体设计2.1总体方案设计本设计是为ZH1105柴油机气缸盖扩孔工序。为了能够达到质量好、效率高的要求，以及考虑被加工零件的孔的加工精度、表面粗糙度、技术要求等，拟定设计一台通过两个动力头，两个主轴箱，六把刀具，一次性完成该工序加工的双卧式组合机床。机床总体的设计需绘制完成“三图一卡”。以上作为本次设计的初定方案。2.1.1加工对象的工艺性分析A本机床被加工零件特点该加工零件为气缸盖。材料HT250，其硬度为HB179—255，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内容及加工精度本道工序：扩左面、右面的孔，由本设备“ZH1105气缸盖扩孔专机”完成，因此，本设备的主要功能是完成柴油机气缸盖左、右两个面上进气孔、排气孔、油泵孔的半精加工。具体加工内容是：扩图纸上φ39至φ37，φ16孔至φ15，φ45孔至φ43，倒φ39孔口角为φ44.4，φ45孔口角为φ51，并扩φ29.5孔至φ29.2，扩φ24.4孔至φ23.6，φ12孔至φ11.6C本次设计的组合机床所要达到的技术要求a机床应能满足加工要求，保证加工精度；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机床尽可能用通用件（中间底座可自行设计）以便降低制造成本；d机床各动力部件用电气控制，液压驱动。2.1.2机床配置型式的选择A被加工零件的特点对配置的影响通常根据工件的结构特点，加工要求，生产率和工艺过程方案等，大体上就可以确定应采取哪种基本形式的组合机床。被加工零件的特点对配置的影响如下：a在选择组合机床的结构方案时，首先必须注意到加工精度能否确切保证，这里所指的是稳定的加工精度。固定式夹具组合机床的加工精度最高，采用固定精密导向时，孔间距离和孔的轴线与基面的位置精度可达±0.025～±0.05mm。b机床生产率的影响。机床要求的生产率对机床配置形式和结构方案有很大的影响，它是决定采用单工位机床，多工位机床或自动线，还是按中小批生产所需组合机床的特点进行设计的重要因素。有时从工件外形及轮廓尺寸来看，完全可以采用单工位固定夹具的机床型式。但由于生产率要求很高，就不得不采用多工位的方案，使装卸时间和机动时间相重合。c被加工零件的大小、形状、加工部位特点的影响。根据零件的形状特点和加工特点，本次设计采用卧式组合机床，因为ZH1105柴油机气缸盖的结构近似长方体，考虑到卧式机床振动小，装夹方便等因素，采用卧式组合机床。B机床使用条件的影响a.零件结构情况考虑到被加工零件的孔间距较小，如果采用立式加工，切屑落入下导向，造成导向精度走失，不利于保证加工精度。b.工艺间的联系情况工件在到组合机床加工之前，工件的毛坯或半成品必须达到一定的要求，否则将使工件在机床夹具上定位夹紧不可靠，以至造成刀具的损坏或者不能保证要求的加工精度。如果在组合机床上加工之后，还要在其他机床上进行加工，而工件事先没有加工出保证精度的有关工艺基面，那么组合机床应考虑为下一道工序加工出工艺基面。2.1.3定位基准的选择组合机床是针对某种零件或零件某道工序设计的。正确选择定位基准，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。一般常采用一面两孔定位和三面定位。由于本机床的钻孔加工导致不能采用三面定位方式进行定位，以免妨碍钻孔加工的正常进行。所以本机床加工时采用的定位方式是一面两孔定位。2.2切削用量的确定及刀具结构选择2.2.1切削用量的选择对于被加工孔，采用查表法选择切削用量，从《组合机床设计简明手册》（PDF版，以下若未作明确说明《组合机床设计简明手册》均为PDF版）P130表6-13中选取。由于扩孔的切削用量还与所钻孔的深度有关，随着孔深度的增加而逐渐递减，其递减值按《组合机床设计简明手册》P131表6-12选取。降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避免钻头折段。钻孔深度较大时，由于冷却排屑条件都较差，则刀具寿命有所降低。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。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Vf,所以要求同一多轴箱上各刀具均有较合理的切削用量是困难的。因此,一般先按各刀具选择较合理的转速ni和每转进给量fi,在根据其中工作时间最长,负荷最重,刃磨较困难的所谓“限制性”刀具来确定和调整每转进给量和转速,通常采用试凑法来满足每分钟进给量相同的要求。左侧面扩孔：a．φ15孔、φ43孔选择v=30m/s，f=0.35mm/r，n=222.1r/min，Vf=77.7mm/minb．φ15孔、φ37孔选择v=30m/s，f=0.30mm/r，n=258.2r/min，Vf=77.7mm/minc．φ51孔选择v=30m/s，f=0.415mm/r，n=187r/min，Vf=77.7mm/mind．φ44.4孔选择v=30m/s，f=0.36mm/r，n=215.2r/min，Vf=77.7mm/min右侧面扩孔：φ11.6、φ23.6、φ29.2孔先用φ10+φ20+φ24钻头钻孔，复合刀具。选择v=30m/s，f=0.137mm/r，n=477r/mm，Vf=65.4m/min再用φ11.6+φ23.6+φ29.2扩孔刀扩孔。选择v=30m/s，f=0.2mm/r，n=327r/mm，Vf=65.4m/min2.2.2切削力、切削扭矩及切削功率计算根据《组合机床设计简明手册》P134表6-20中公式2.2.3刀具结构选择组合机床上根据工艺要求与加工精度的不同，经常采用的刀具有：一般刀具、复合刀具以及特种刀具等。刀具设计对机床整个工艺方案的拟订有很大的影响。组合机床刀具的选择原则a要求有较高的耐用度和可靠性，并便于装卸和调整由于组合机床是高生产率的专用机床，它的循环时间较短，而在每一循环中，刀具不工作的时间很短。同时在大多数情况下，组合机床又是多刀加工，刀具数量较多，更换调整刀具较费时间。这样，如果换刀次数太多，势必占用大量时间，降低生产率。所以就要求组合机床刀具具有如下性能：结构可靠；刀具材料和几何参数选取合理，并创造合适的切削条件及选取比一般通用机床稍低的切削用量，以使刀具有较高的耐用度；便于装卸及调整。b有较高的复合程度在组合机床上，为了提高生产率、保证加工精度，或为了减少工位，一般工序比较集中，因此采用了大量复合刀具。这些刀具，结构较复杂，切削力较大，排屑不便，加工时互相影响，制造也比较复杂，与一般刀具有所不同。c有良好的导向组合机床在大多情况下，是多轴加工箱体零件的孔，孔的位置精度往往是通过夹具和刀杆导向保证的，因而组合机床的孔加工刀具往往有各种形式的导向。所以在本次组合机床的刀具选择中，考虑到加工的孔的复杂性和为了提高加工精度，减少多次刀具装配带了的定位误差和提高加工的效率，选择复合刀具作为本次设计的刀具。2.3组合机床总体设计—三图一卡2.3.1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，加工部件的尺寸及精度，技术要求，加工用定位基准、夹压部位，以及被加工零件的材料，硬度和在本机床加工前毛坯情况的图纸。它在原有的工件图基础上，以突出本机床自动线加工内容，加上必要的说明绘制的。本组合机床以柴油机气缸体为加工对象进行设计，对工序图简要说明及与本机床设计有关的技术指标如下：a.定位方法：采用的是一面两孔定位法,即以一个平面和圆柱销及削边销进行定位；b.夹紧方法：采用液压夹紧；c.零件材料：HT250；d.零件硬度：HB179～255；其余工序尺寸、加工要求等具体查加工工序图ZH1105-00-012.3.2加工示意图A刀具的选择刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。孔Φ37选择刀具Φ37G7；孔Φ15选择刀具Φ15G7；孔Φ43选择刀具Φ43G7；孔Φ29.2选择刀具Φ29.2G7；孔Φ23.6选择刀具Φ23.6G7；孔Φ11.6选择刀具Φ11.6G7。B导向结构的选择对于加工Φ43孔，选择的尺寸为：D=55mm，D1=71mm，D2=22mm，L=75mm，L1=85mm，m=32.5mm，R=42.5mm配用螺钉M10对于加工Φ37孔，选择的尺寸为：D=55mm，D1=71mm，D2=22mm，L=75mm，L1=85mm，m=32.5mm，R=42.5mm配用螺钉M10对于倒Φ51孔口角，选择尺寸为：D=55mm，D1=71mm，D2=22mm，L=75mm，L1=85mm，m=32.5mm，R=42.5mm配用螺钉M10对于刀Φ44.4孔口角，选择尺寸为:D=55mm，D1=71mm，D2=22mm，L=75mm，L1=85mm，m=32.5mm，R=42.5mm配用螺钉M10对于钻右面孔，选择的尺寸为：D=30mm，D1=41m，D2=40m，L=45mm，L1=55mm，m=18mm，R=26.5mm，配用螺钉M8对于扩右面的孔，选择的尺寸为：D=30mm，D1=41m，D2=40m，L=45mm，L1=55mm，m=18mm，R=26.5mm，配用螺钉M8C确定主轴、尺寸、外伸尺寸在该课题中，主轴用于扩孔，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《组合机床设计简明手册》P43公式1轴：d=7.3×(10×6.092)1/4=20.39mm2轴：d=7.3×(10×5.1108)1/4=34.6mm3轴：d=7.3×(10×4.9691)1/4=34.5mm4轴：d=7.3×(10×4.6462)1/4=33.9mm5轴：d=7.3×(10×3.599)1/4=31.8mm6轴：d=7.3×(10×4.388)1/4=33.4mm考虑到安装过程中轴的互换性、安装方便等因素，1主轴轴径取为25mm,2、3、4、5、6主轴轴径取35mm。根据主轴类型及初定的主轴轴径，查《组合机床设计简明手册》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=25㎜时，主轴外伸尺寸为：，L=115mm，其他轴为，L=115mm，接杆莫氏圆锥号为2。D动力部件工作循环及行程的确定a工作进给长度Lx的确定工作进给长度Lx，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。由于加工的孔均为螺纹底孔，即盲孔，所以各个孔的切出长度均为零。两个面上钻孔时的工作进给长度见下表：b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。初步选定两个主轴箱上刀具的快速进给长度为155㎜。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，左面快速退回长度为230mm，右面快速退回长度为150mm。d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。左面的前备量取20mm，后备量取130㎜，则总行程为380㎜；右面的前备量取30mm，后备量取170㎜，则总行程为350㎜。2.3.3机床联系尺寸图A选择动力部件a动力滑台的选择a)动力滑台形式的选择本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较，液压滑台具有如下优点：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ZH1105柴油机气缸盖左、右两个面上的孔，位置精度和尺寸精度要求较高，因此采用液压滑台。由此，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，确定机床为卧式双面单工位液压传动组合机床，液压滑台实现工作进给运动，选用配套的动力箱驱动主轴箱扩孔主轴。b)动力滑台型号的选择功率传递效率η=0.8～0.9，取η=0.9左主轴箱右主轴箱各主轴箱进给力由上面计算得左主轴箱右主轴箱进给速度最大行程L=400mm《组合机床设计简明手册》《组合机床设计简明手册》左主轴箱：则右主轴箱：则《组合机床设计简明手册》B确定机床装料高度H2.3.4机床生产率计算卡A理想生产率Q（件/h）B实际生产率Q1（件/h）《组合机床设计简明手册》C机床负荷率《组合机床设计简明手册》3组合机床夹具设计3.1概述3.1.1夹具的工艺性分析夹具是组合机床的重要组成部分，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。它是用于实现被加工零件的准确定位、夹压、刀具的导向以及装卸工件时的限位等作用。本次毕业设计是设计在ZH1105气缸盖进行钻扩加工所用的夹具。ZH1105柴油机气缸盖材料为HT250，其硬度为HB179～255。本道工序左面孔φ15和φ43孔同轴度要求φ0.12mm，孔φ15和φ37孔同轴度要求φ0.12mm；右面孔φ29.2和φ11.6孔同轴度要求φ0.08mm。3.1.2夹具设计的基本要求A保证工件的加工精度保证工件的加工精度是夹具设计的最基本要求。其关键在于，正确地确定定位方案、夹紧方案和刀具导向方式，合理地设计夹具的尺寸、公差和技术要求，必要时应进行误差的分析和计算。B提高生产效率、减低制造成本夹具设计的总体方案应与生产纲领相适应。在大批量生产时，应尽量采用各种快速、高效的结构、自动装置和先进的控制方法，以缩短辅助时间，提高生产率；在中心批量生产中，则要求在满足夹具功能的前提下，尽量使夹具结构简单，容易制造，以降低夹具的制造成本。C操作方便、省力和安全夹具的操作要尽量做到方便、省力，如有条件，尽可能采用气动、液压及其他机械化夹紧装置、以减轻工人的劳动强度。并可较好地控制夹紧力。夹具操作位置应符合操作工人的习惯，必要时应有安全保护装置，以确保使用安全。D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。E有良好的结构工艺性夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修，应尽可能选用标准元件和标准结构。夹具设计是一种相互关联的工作，通常是在参阅有关资料的情况下，按加工要求构思出设计方案，绘制出图样，经修改后确定夹具的结构。3.2定位方案的确定3.2.1定位基准的选择原则a尽可能选择最大基面做主要的定位基准面；b尽可能与工序基准重合；c尽量选最长表面做为限制自由度的定位基准；d尽量选精度较高的已加工表面为定位基准；e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3.2.2定位方案的设计根据被加工零件的结构特征，选择定位基准，实现六点定位原理，即选盖底面作为定位基准面，用支承块限制了三个自由度，同时有两根定位销插入孔中限制了三个自由度，这样气缸体的六个自由度全部消除，实现零件的定位。被加工零件为ZH1105气缸盖，本工序加工为双面同时