鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 1 目目 錄錄 1 緒 論1 1.1 課題背景及發(fā)展趨勢.1 1.2 課題的目的和意義2 2 工藝方案的擬定4 2.1 被加工零件的特點4 2.2 技術要求4 2.3 確定機床的配置模式4 2.4 定位基準的選擇4 2.5 滑臺形式的選擇5 3 組合機床總體設計6 3.1 被加工零件工序圖6 3.2 加工示意圖11 3.3 機床聯(lián)系尺寸總圖15 3.4 機床生產(chǎn)率計算卡19 4 夾具的設計.22 4.1 定位誤差分析計算22 4.2 夾緊裝置設計23 4.3 夾緊力的計算24 4.4 夾具零部件的設計26 5 結 論30 參考文獻.31 致 謝.32 附 錄.33 箱體雙面粗鏜床總體設計及夾具設計 2 箱體雙面粗鏜床總體設計及夾具設計箱體雙面粗鏜床總體設計及夾具設計 摘摘 要要：柴油機變速箱體是大批量生產(chǎn)的零件。為了提高其加工精度和生產(chǎn) 效率，需要設計一臺組合機床來改善其加工條件。本設計是柴油機變速箱體雙 面粗鏜組合機床,用于加工被加工零件上左右兩面的 14 個孔，本課題主要進行 該組合機床的總體設計及其夾具的設計。其中總體設計包括機床配置型式的確 定、結構方案的選擇以及“三圖一卡”的繪制。組合機床的加工精度基本上是 由夾具來保證的。夾具的設計主要包括工件的定位方式，工件夾壓裝置的設計， 夾具零部件的設計和引導刀具的導向元件設計，完成定位誤差的分析，夾緊力 的計算等。本機床采用臥式單工位雙面加工的方案，零件裝夾方便，加工工藝 性和裝配較好，采用液壓滑臺實現(xiàn)刀具進給,刀具采用加長麻花鉆和復合鏜刀， 使得工序集中。本組合機床效率高，成本低，加工精度高，操作使用方便，減 輕了工人的勞動強度，提高了勞動生產(chǎn)率。 關鍵詞：關鍵詞：組合機床；鏜孔；鉆孔；夾具 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706153893706 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 3 Design of General and Tool for Rough Drilling Holes on Two-Side of Gear Box and Fixture Abstract: The diesel engine gear box is a product that needs mass production. In order to prove the disposition and the production efficiency, need to design a high effective modular machine tool to improve the Processing Conditions. This topic is the design of modular machine tool for rough boring holes on two-side of gear box, which is used to rough boring 14 holes, which are on the left and right surface. This topic mainly design of general and fixture. The system design includ the definite of the modular machine tool, the selecting of the structure plan and the completing of the technological drawing of the part, the general drawing of modular machine tool, drawing of cutter display and the efficiency card of manufacture. The fixture basically ensures the combination of machining precision. Fixture design includ the positioning of the work piece, the work piece folder pressure devices, design of the fixture parts and guide to the guiding element, complete positioning error calculation, the calculation of clamping force. The modular machine tool uses the horizontal-type single location two-side processing plan, the processing and assembly technology capability is good, and it clamps conveniently, using Hydraulic-sliding unit, the cutting tool is the lengthened twist drill and boring composite knife, making the working procedure to be centralized. This modular mechanical tool has such 箱體雙面粗鏜床總體設計及夾具設計 4 advantages: it is high efficiency, the cost is low, the processing precision is high, it is easy to operate, it reduces the workers labor intensity, and it enhance the productivity. Key words: Modular machine tool; Boring hole; Drill hole; Fixture. 1 1 緒論緒論 組合機床是一種高效的專用機床。它一般用于加工一種或一類零件，是根 據(jù)工件加工需要,以大量通用部件為基礎,配以少量專用部件組成的機床。組合 機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方法，其生產(chǎn)效 率比通用機床高幾倍至幾十倍。而且組合機床的成本低廉、效率高。這是由于 通用部件已經(jīng)標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活選用。這樣能降低加工成本， 縮短設計和制造周期。因此組合機床在大批、大量生產(chǎn)中得到了廣泛應用。 在機械制造過程中，用來固定加工對象，使其占有正確的位置，以便接受 施工、檢測的裝置都可統(tǒng)稱為“夾具” ，廣義地說，夾具是一種保證產(chǎn)品質量并 便利和加速工藝過程的一種工藝裝備。夾具以其數(shù)量和在生產(chǎn)中所占的地位來 說， “機床夾具”最重要，機床夾具為機床的一種輔助設備，用它來準確的確定 工件與刀具的相對位置，即將工件定位和夾緊，以完成所需要的相對運動，所 以機床夾具是用以使工件定位和夾緊的附加裝置。 1.11.1 課題背景及發(fā)展趨勢課題背景及發(fā)展趨勢 本次設計課題來源于鹽城市江動集團，要求設計一臺加工雙缸柴油機氣缸 體頂面和底面孔系的鉆削組合機床，具體進行總體設計和夾具設計。 夾具的國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢: 在機械制造的機械加工、檢驗、焊接和熱 處理等冷熱工藝過程中使用著大量的夾具，用以安裝加工對象，使之占有正確 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 5 的位置，以保證零件和產(chǎn)品的質量，并提高生產(chǎn)效率。在機床上加工工件時， 為了保證加工精度，必須正確安置工件，使其相對機床切削成形運動和刀具占 有正確的位置，這一過程稱為定位。為了不因受切削力、慣性力、重力等外力 作用而破壞工件已定的正確位置，還必須對其施加一定的夾緊力，這一過程稱 為夾緊。定位和夾緊全過程稱為安裝。在機床上用來完成工件安裝任務的重要 工藝裝配，就是各類夾具中應用最為廣泛的機床夾具。 隨著貿(mào)易全球化的到來，各廠家已意識到了形勢的嚴峻性，紛紛進行技術 改造，全力提升企業(yè)的競爭力，近年來引進了許多先進設備和技術，進展速度 很快。就目前狀況來講，這些設備和技術基本依賴進口。 機床夾具是生產(chǎn)技術準備工作中一項重要組成部分，為了適應現(xiàn)代機械工 業(yè)的上述生產(chǎn)特點，機床夾具發(fā)展方向主要表現(xiàn)為： 1標準化 完善的標準化，不僅指現(xiàn)有夾具零部件（包括毛坯及半成品） 的標準，而且應有各種類型夾具結構的標準。后者如通用可調夾具標準；組合 夾具標準；自動線夾具標準等，并在上述兩種標準化的基礎上，對專用夾具零 部件，通用可調夾具零部件及組合夾具零部件等，實行統(tǒng)一的標準化，以便使 有一部分零部件，能在各類夾具上通用。另外把一些夾具部件、組件，做成一 個獨立單元，使夾具的設計、制造和裝配工作簡化，這也是夾具標準化的一個 發(fā)展方向。作為發(fā)展趨勢，有些國家不僅有上述各種夾具標準，而且有制造標 準零部件和各類標準夾具的專業(yè)工廠，使原來單件生產(chǎn)的夾具，轉變?yōu)閷I(yè)化 批量生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)周期和降低成本。 2. 可調化、組合化 當前機床夾具結構發(fā)展的兩個主要方面，一是要把 專門用于某一特點工序的專用夾具，擴大其應用范圍，使能用于同一類型零件 的加工，并實現(xiàn)快速調整；二是改變專用夾具在產(chǎn)品稍有修改或改變就報廢的 現(xiàn)象，使夾具能重復利用，實行組合化的原則，用少數(shù)元件能滿足多種需要。 3. 精密化 隨著機械產(chǎn)品加工精度日益提高，高精度機床大量涌現(xiàn)，勢 必要求機床夾具也相應越來越精密。 4. 高效自動化 為了改善勞動條件，實現(xiàn)文明生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降 低加工成本，不僅大批量生產(chǎn)有此要求，對多品種、小批量生產(chǎn)同樣可考慮采 箱體雙面粗鏜床總體設計及夾具設計 6 用合適的高效自動化夾具，使獲得良好的經(jīng)濟效益。 1.21.2 課題的目的和意義課題的目的和意義 本次畢業(yè)設計的課題是 Y295 型柴油機氣缸體頂面和底面孔系鉆削組合機 床總體設計及夾具設計，機床夾具是機床上用以裝夾工件（和引導刀具）的一 種裝置，其作用是將工件定位，以使工件獲得相對于機床和刀具的正確位置， 并把工件可靠地夾緊。機床夾具被廣泛應用于機械制造業(yè)中，大量專用機床夾 具的采用為大批大量生產(chǎn)提供了必要的條件。機床夾具是組成工藝系統(tǒng)的一個 環(huán)節(jié)，是影響加工質量的重要因素。一般情況下，使用機床夾具能穩(wěn)定地保證 產(chǎn)品質量，而不必過高的要求工人的技術等級。先進高效的機床夾具不僅能減 輕工人勞動強度，提高生產(chǎn)率，甚至能使生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動化。隨著汽車、內 燃機、摩托車、軸承等行業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，對機床夾具的設計與制造不斷提出 新的課題。深入研究機床夾具設計的理論和改進機床夾具的結構，無疑具有巨 大的經(jīng)濟意義。 機床夾具設計一般包括結構設計和精度設計兩個方面。而人們通常習慣側 重于結構設計而忽視精度設計。關于機床夾具的結構設計，不僅有大量的資料 可供參考，而且還不斷從其它學科吸收新的成果而向前發(fā)展。諸如液性塑料夾 具；各種彈性膜片式夾具；真空夾緊夾具；感應分度夾具等等。關于機床夾具 的精度設計，隨著零件加工精度的提高，也日益受到人們的重視。 人們逐漸認識到，機床夾具設計工作應圍繞精度設計這個中心來進行。沒 有合理的精度設計不僅會給夾具制造帶來困難，甚至會使制造出的夾具不能保 證工件的加工精度。因此，迫切需要全面的研究機床夾具的設計、制造、使用 諸方面的定量關系；研究工件精度和夾具設計精度之間的合理聯(lián)系。機床夾具 設計是用途極廣的一門專業(yè)學科，熟悉它的內容和方法，對從事機械制造方面 的工程技術人員來說是十分必要的。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 7 2 2 工藝方案的擬定工藝方案的擬定 制訂工藝方案是設計組合機床最重要的步驟.為了使工藝方案制訂得合理、 先進，必須認真分析被加工零件，深入現(xiàn)場全面了解被加工零件的結構特點、 加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術要求及生產(chǎn)率要求等，總結設計、制 造、使用單位和操作者豐富的實踐經(jīng)驗，理論與生產(chǎn)實際緊密結合，從而確定 零件在組合機床上完成的工藝內容及方法。 2.12.1 被加工零件的特點被加工零件的特點 該組合機床的加工對象是 Y295 型柴油機氣缸體，箱體材料：HT200，硬度 為 HB160250.屬于箱體零件，結構復雜。 2.22.2 技術要求技術要求 a. 機床應能滿足加工要求，保證加工精度。 b. 機床應運轉平穩(wěn)，工作可靠，結構簡單，裝卸方便，便于維修、調整。 c. 保證各動力頭分別由電機拖動，并且可單獨控制。 d. 機床盡量能用通用件，以便降低制造成本。 e. 夾具要求定位可靠，裝夾方便，保證零件加工精度。 2.32.3 確定機床的配置模式確定機床的配置模式 機床的配置型式主要有臥式和立式兩種。臥式組合機床床身由滑座、側底 座及中間底座組合而成。其優(yōu)點是加工和裝配工藝性好，無漏油現(xiàn)象；同時， 箱體雙面粗鏜床總體設計及夾具設計 8 安裝、調試與運輸也都比較方便；而且，機床重心較低，有利于減小振動。其 缺點是削弱了床身的剛性，占地面積大。立式組合機床床身由滑座、立柱及立 柱底座組成。其優(yōu)點是占地面積小，自由度大，操作方便。其缺點是機床重心 高，振動大。 考慮到此零件要求雙面加工,同時為了安裝方便，也減輕了工人的勞動強度 以及機床運行的平穩(wěn)性等，選用臥式組合機床。 2.42.4 定位基準的選擇定位基準的選擇 組合機床是針對某種零件或零件某道工序設計的。正確選擇定位基準，是 確保加工精度的重要條件，同時也有利于實現(xiàn)最大限度的集中工序。本機床設 計為雙面臥式結構，夾具裝在中心底座上，兩側為鋼性鏜頭裝在 HY40B 液壓滑 臺上，此滑臺裝在 CC40 側底座上。夾具的夾緊方式，一面兩銷定位，除手動裝 卸工件外，均采用按鈕操縱。 2.52.5 滑臺型式的選擇滑臺型式的選擇 組合機床的主運動由動力頭或動力箱實現(xiàn)，進給運動由動力滑臺的運動實 現(xiàn)，動力滑臺與動力頭或動力箱配套使用，可以對工件完成鉆孔、擴孔、鉸孔、 鏜孔、銑平面、拉平面或圓弧、攻絲等孔和平面的多種機械加工工序。動力滑 臺按驅動方式不同分為液壓滑臺和機械滑臺兩種形式，它們各有優(yōu)缺點，分別 應用于不同運動與控制要求的加工場合。由于動力滑臺在驅動動力頭進行機械 加工的過程中有多種運動和負載變化要求，因此，控制動力滑臺運動的機械或 液壓系統(tǒng)必須具備換向、速度換接、調速、壓力控制、自動循環(huán)、功率自動匹 配等多種功能。由于液壓驅動，零件損失小，使用壽命長，所以選擇液壓滑臺。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 9 3 3 組合機床總體設計組合機床總體設計 組合機床是按高度集中工序原則，針對被加工零件的特點及工藝要求設計 的一種高效率專用機床 3.13.1 被加工零件工序圖被加工零件工序圖 3.1.13.1.1 被加工零件工序圖的主要作用及內容被加工零件工序圖的主要作用及內容 被加工零件工序圖是按照擬訂的工藝方案來表示所設計的組合機床上完成 的工藝內容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求，加工用的定位 基準、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前加工余量、毛 坯或半成品情況的圖樣。被加工零件工序圖是設計組合機床的具體依據(jù)，也是 制造、使用調整和檢驗機床精度的重要文件。被加工零件工序圖是在被加工零 件圖基礎上，突出本機床的加工內容，并作必要的說明而繪制的。內容： a. 被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機床設計有關部位結構 形狀和尺寸。 b. 本工序所選用的定位基準、夾壓部位及夾緊方向。 c. 本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術要求以及 對上道工序的技術要求。 d. 注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量 箱體雙面粗鏜床總體設計及夾具設計 10 根據(jù)所提供箱體的樣件圖，分析被加工零件的精度，表面粗糙度，技術要 求，加工部位尺寸，形狀結構，特點材料硬度。工件剛性及零件的批量的大小 不同，設計的組合機床必須采用不同的工藝方法和工藝過程。 圖 3-1 被加工零件工序圖 3.1.23.1.2 繪制被加工零件工序圖的有關要求繪制被加工零件工序圖的有關要求 a. 為了更清楚的表達出被加工零件工序圖，一定要突出該機床的加工內容。 繪制的時候，加工部位輪廓線用粗實線表示，其他部位輪廓線用細實線表示。 b. 應注明零件加工對機床提出的某些特殊要求。 c. 加工部位的尺寸應由定位基準注起。 3.1.33.1.3 組合機床切削用量的選擇組合機床切削用量的選擇原則原則 切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度，生產(chǎn)率，刀具耐用度， 機床的結構型式及工作可靠性均有較大的影響。選擇用量的一般原則與車削相 同，由于本機床是鉆鏜一體的，故以鉆孔加工為選擇基準：先選擇切削深度， 再選進給量，最后確定切削速度。 3.1.43.1.4 各側具體零部件的設計、計算及選擇各側具體零部件的設計、計算及選擇 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 11 考慮到工件尺寸，加工精度，表面粗糙度，切削的排除及生產(chǎn)率要求等因 素，所以加工孔的刀具采用加長麻花鉆和復合粗鏜刀。 A. 右側鉆削 18（深 22） a. 切削用量的選擇 根據(jù)孔徑的大小和深徑比，以及被加工材料的硬度查參考文獻1表 6- 11,6-12 知：主軸的進給量 f 為 0.150.2mm/r，切削速度 vc=512m/min。 鉆孔的切削用量還與鉆孔的深度有關，當加工鑄鐵件孔深為鉆頭直徑的 68 倍時，在組合機床上通常都是和其他淺孔一樣采取一次走刀的辦法加工出 來的，不過加工這種較深孔的切削用量要適當降低些，因此選擇切削速度 v=19m/min，進給量 f=0.15mm/r，由此主軸轉速 n 由公式 (3-1) 0 1000 d v n 式中：v 為切削速度，d0為被加孔直徑。 計算出 r/min，將主軸轉速圓整為 340 r/min。實際切削 5 . 341 1814 . 3 191000 n 速度 vc、工進速度 vf、工進時間 tf 分別由下列公式求得 (3-2) 1000 Dn vc (3-3) fnvf (3-4) f f v h t 式中：D 為孔直徑，n 為主軸轉速，f 為進給量 計算出實際切削速度 vc=19.3m/min，工進速度 vf=50mm/min，工進時間 tf=2.27min b. 切削功率，切削力，轉矩以及刀具耐用度的選擇 由參考文獻1表 6-20 計算公式 切削力 (3-5) 6 . 08 . 0 26HBDfF 切削轉矩 (3-6) 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT 切削功率 (3-7) D TV P 9740 刀具耐用度 (3-8) 8 . 03 . 055 . 0 25 . 0 )/9600(HBvfDTn 箱體雙面粗鏜床總體設計及夾具設計 12 式中 D-加工（或鉆頭）直徑（mm）,f-進給量，HB-布氏硬度，取 156。 計算出切削力 F=2123.2N，切削轉矩 T=11009.4Nmm，切削功率 P=0.386kw，刀具耐用度 Tn=1270.032min。 c. 確定主軸類型、尺寸、外伸長度 根據(jù)主軸轉矩 T=11.0094Nm，由公式 (3-9) 4 10 TBd 式中 B-材料系數(shù)，由參考文獻1表 3-4 查得 B=7.3。 求出滿足條件的最小直徑 mm641.230094.11103 . 7 4 d 由參考文獻9表 3-6 查得主軸直徑=25mm，D/d1=40/28mm,主軸外伸尺寸 L=115mm,接桿莫氏圓錐號 1。 d. 導向裝置的選擇 查參考文獻9表 8-4 選用通用短型導套，具體參數(shù)的數(shù)值：D=26mm, D1=35mm, D2=39mm, D3=M8,L 取 25mm，l=10mm，l1=4mm，l3=16mm，e=26.5mm 選 用通用導套。 e. 連桿的選擇 為了獲得終了時多軸箱前端面到工件端面之間所需要的最小距離，應盡量 減少接桿的長度。查參考文獻9表 8-1 選取 A 型可調接桿 d=28mm，d1=Tr282mm, d2=17.78mm, L=95mm, l4=120145mm。 f. 動力部件工作循環(huán)及行程的確定 切入長度一般為 5-10mm， 取L1=8mm；切出長度 L2=10mm。 加工時加工部位長度 L(多軸加工時按最長孔計算)L=22mm，由公式 （3-10）LLLL 21工 求出 LI=40mm。 為排屑要求必須鉆口套與工件之間保留一點的距離，根據(jù)麻花鉆直徑 18，由參考文獻9表 3-4 知導套口至工件尺寸 l2=(1+1.5d)及綜合考慮裝卸 工件的空間要求取 l2=35mm，又根據(jù)鉆套用導套的長度確定鉆模架的厚度為 20mm。 快退長度的確定:一般在固定式夾具鉆孔或擴孔的機床上動力頭快速退回的 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 13 行程只要把所有的刀具都退回至導套內,不影響工件裝卸即可。 快退距離 L快退 =l2+LI-L1=35+10-8=37mm 快進距離 L快進=l2-L1=35-8=27mm B. 左側面鉆 14.7 孔 a. 切削用量的選擇 根據(jù)參考文獻9查表 6-11 高速鋼鉆頭切削用量，加工材料鑄鐵，孔徑 d=16mm，切削速度 1018m/min，進給量 f=0.150.2mm/r。取切削速度 vc=20m/min，進給量 f=0.15mm/r，主軸的轉速、實際切削速度、工進速度、工 進時間分別由公式（3-1） 、 （3-2） 、 （3-3） 、 （3-4）求得 轉速 r/min， 將其圓整為 410r/min。 6 . 411 7 . 1414 . 3 191000 n 實際切削速度 m/min。924.18 1000 410 7 . 1414 . 3 c v 工進速度 mm/min。 5 . 6141015 . 0 f v 工進時間 其中 h 為 14.7 的深度。min878 . 0 5 . 61 54 f t b. 切削功率，切削力，轉矩以及刀具耐用度的選擇 刀具的切削力、切削轉矩、切削功率及刀具耐用度分別由公式(3-5)、(3-6)、 (3-7)、(3-8)求得 切削力 N。173415615 . 0 7 . 1426 6 . 08 . 0 F 切削轉矩 Nmm。913.749215615. 0 7 . 1410 6 . 08 . 09 . 1 T 切削功率 kw。317 . 0 7 . 1414 . 3 9740 19913.7492 P 刀具耐用度 。min10894 . 3 )15615 . 0 92.18/ 7 . 149600( 228 . 03 . 055 . 0 25 . 0 T c. 確定主軸類型、尺寸、外伸長度 根據(jù)主軸轉矩 T=7.4929 Nm，由公式(3-9)求出滿足條件的最小直徑 mm （B= 7.3）477.214929 . 7 103 . 7 4 d 選取 d=25mm， 由參考文獻9表 3-6 查得主軸直徑=25mm，D/d1=40/28mm, 主軸外伸尺寸 L=115mm,接桿莫氏圓錐號 1。 C. 左側面鏜孔 78, 70, 60 a. 切削用量的選擇 刀具材料采用硬質合金，加工材料為 HT200，選切削速度為 7090m/min, 箱體雙面粗鏜床總體設計及夾具設計 14 進給量 0.141.5m/r，考慮到刀具壽命以及進給速度的一致性，取 v=85.7m/min 主軸轉速 (3-11) 0 1000 d v n 計算出，將主軸轉速圓整為 350r/min。min/68.349 78 7 . 851000 rn b.切削力，切削扭矩及切削功率的選擇 由參考文獻1表 6-20 計算公式 切削力 (3-12) 55. 075. 0 4 .51HBfaF pz 切削力 (3-13) 1 . 165 . 0 2 . 1 51 . 0 HBfaF px 切削轉矩 (3-14) 55 . 0 75 . 0 7 . 25HBfDT ap 切削功率 (3-15) 61200 VF P z 刀具耐用度 (3-16) 8 . 03 . 055 . 0 25 . 0 )/9600(HBvfDTn 計算出切削力 Fz=669.9N ,Fx=138.5N;切削轉矩 T=26128.6N.mm，切削功率 P=0.938KW c. 確定主軸類型、尺寸、外伸長度 滾針軸承主軸：前后支承均為圓錐滾子軸承。這種軸承可承受較大的徑向 和軸向力，且結構簡單、裝配調整方便，廣泛用于擴、鏜、鉸孔和攻螺紋等加 工。因此選用滾針軸承主軸。 由公式(3-9)求出滿足條件的最小直徑mm， 3 . 291286.26103 . 7 4 d 再由參考文獻9表 3-6 查取 d=30mm,D/d1=50/36mm，主軸的外伸尺寸為 115mm。 d. 確定鏜桿直徑 由鏜孔直徑為 78mm，參考參考文獻5表 2.5-4 選取鏜桿的直徑為 50mm,鏜刀方截面直徑為 1010。 3.23.2 加工示意圖加工示意圖 3.2.13.2.1 加工示意圖的作用及其內容加工示意圖的作用及其內容 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 15 零件的加工工藝方案要通過加工示意圖來反映。加工示意圖是表示被加工 零件在機床上的加工過程，工件、夾具、刀具等機床各部件間相對位置關系。 所以，加工示意圖是設計組合機床的主要樣圖之一，在總體設計中占有重要地 位。它是選擇刀具、夾具、箱體、液壓電氣裝置及通用部件的主要依據(jù)，也是 繪制機床總聯(lián)系尺寸圖的重要技術文件。 其內容有 ：反映機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)及工作行程；決定 刀具類型、數(shù)量、尺寸（直徑和長度） ；標明主軸、接桿（卡頭） 、夾具與工具 之間的聯(lián)系尺寸、配合精度。 3.2.23.2.2 加工示意圖的繪制方法加工示意圖的繪制方法 a. 首先，按照比例用細實線繪出工件加工部位和局部結構的展開圖。加工 表面用粗實線畫出。 b. 主軸應從鏜削頭端面畫起。刀具應處于加工終了位置。標準的通用結構 只畫出外輪廓，但需要加注規(guī)格代號。對一些專用結構（導向裝置、刀桿、浮 動卡頭等） ，為了顯示出其結構必須畫出剖視圖，并且標注尺寸、精度及其配合。 3.2.33.2.3 刀具的選擇依據(jù)刀具的選擇依據(jù) 選擇刀具應考慮工件材料、加工精度、表面粗糙度、排屑及生產(chǎn)率等要求， 只要條件允許應盡量選用標準刀具?？准庸さ毒撸ㄣ@、擴、鉸等）的直徑應與 加工部位尺寸、精度相適應，其長度應保證加工終了時刀具螺旋槽尾端離導向 套外端面 3050mm,以利于排屑和刀具磨損后一定的向前調整量。 本次設計中需要加工 14.7、18、11.65、78、70H9、60H9、60H9、60H9, 71H9、77H9、79H9、81H9、87H9、89mm 的孔，具體視圖可參照加 工示意圖。采用的是復合鏜刀及加長麻花鉆 3.2.43.2.4 導向結構的選擇導向結構的選擇 組合機床鉆鏜孔時，除采用剛性主軸加工方案外，零件上孔的位置精度主 要是靠刀具的導向裝置來保證的。因此，正確選用導向結構和確定導向類型、 參數(shù)、精度，也是設計組合機床的重要內容。導向裝置的作用是：保證刀具相 箱體雙面粗鏜床總體設計及夾具設計 16 對工件的正確位置；保證刀具相互間的正確位置；提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。 3.2.53.2.5 確定動力部件的工作行程確定動力部件的工作行程 動力部件的工作循環(huán)是加工時，動力部件從原始位置開始運動到加工終了 的位置，又返回到原始位置的動作過程。本機床的工作循環(huán)包括快進-攻進-快 退等動作。 圖 3-2 工作進給長度 工作進給長度，應等于加工部位長度 L 與刀具切入長度和切出長度L主 1 L 之和。=+L+ 2 LL主 1 L 2 L 切入長度一般為 510mm，根據(jù)工件端面的誤差情況確定。 切出長度 式中，d 為鉆頭直徑。 2 1 (3 8) 3 Ld 快速進給是指動力部件把刀具送到工作進給位置，初步選定左右兩個主軸 箱上刀具的快速進給分別為 100mm 和 230mm。 快速退回的長度等于快速進給和工作進給長度之和。由已確定的快速進給 和工作進給長度可得出，兩面快速退回長度為 300mm 和 560mm。 動力部件的總行程在滿足工作循環(huán)向前和向后所需的行程外，還要考慮因刀 具磨損、安裝誤差，動力部件能夠向前調節(jié)的距離（即前備量）和刀具裝卸或 者刀桿連同刀具一起從主軸孔中取出來時，動力部件需后退的距離（即后備量） 。 所以，動力部件的總行程為快退行程與前后備量的之和。其中，前備量取前L =50mm,后備量取后=50mm。L 總=攻進+前+后=200+50+50=300mmLLLL 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 17 圖 3-3 主軸箱工作行程 由此加工示意圖如下： 圖 3-4 加工示意圖 箱體雙面粗鏜床總體設計及夾具設計 18 3.33.3 機床聯(lián)系尺寸總圖機床聯(lián)系尺寸總圖 3.3.13.3.1 機床聯(lián)系尺寸總圖的作用以及內容機床聯(lián)系尺寸總圖的作用以及內容 機床聯(lián)系尺寸總圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)，并按照初 步選定的主要通用部件以及確定的專用部件的總體結構而繪制的。它用來表示 機床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運動關系，可用以檢驗：機床各部件相對位 置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求；通用部件的選者是否適合；并為進一步設計 主軸箱、夾具等專用部件提供依據(jù)?？偮?lián)系尺寸圖也可看成是簡化的機床總圖， 表示機床的配置型式及總體布局。 繪制總聯(lián)系尺寸圖的有關要求： a. 以適當數(shù)量的視圖（一般為主，左，右視圖）按同一比例畫出機床各主 要組成部件的外形輪廓及相關位置。主視圖的選擇應與機床實際加工狀態(tài)一致。 b. 圖上應盡量減少不必要的線條及尺寸。但反映各部件的聯(lián)系尺寸、專用 部件的主要輪廓尺寸、運動部件的極限位置及行程尺寸，必須完全齊整。至于 各部件的詳細結構不必畫出，留在具體設計部件時完成。 c. 為便于開展部件設計，聯(lián)系尺寸圖上應標注通用部件的規(guī)格代號，電動 機型號、功率及轉速，并注明機床部件的分組情況及總行程。 3.3.23.3.2 機床聯(lián)系尺寸總圖相關計算選擇機床聯(lián)系尺寸總圖相關計算選擇 a.a.選擇動力部件選擇動力部件 動力部件的選擇主要是確定動力箱和動力滑臺。本次設計的是根據(jù)以定的 工藝方案和機床配置型式并結合使用及修理等因素，確定機床為臥式雙面液壓 傳動組合機床，液壓滑臺實現(xiàn)工作進給運動，采用專用的剛性鏜頭。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 19 動力箱規(guī)格要與滑臺匹配，其驅動功率的選擇主要是確定動力箱（或各種 工藝切削頭）和動力滑臺，由前面計算知工進 Vf=60mm/min,進給力 Fz=669.9N, 又因左側剛性鏜頭箱體的滑鞍長 L=1240mm, 由參考文獻9表 5-1 選擇 1HY40B 型滑臺及配套后底座 1CC40。 (3-17) P P 主主 主 式中為主軸箱的傳動效率，加工黑色金屬時取 0.80.9，加工有色金屬 時取 0.70.8；主軸數(shù)多、傳動復雜時取小值，反之取大值。本課題中被加工 零件材料為 HT200，故取=0.8 ，由參考文獻1表 5-3 取 Pc左=6kW ，Pc右 =6kW。 所以 kW kW 6 7.5 0.8 P P 左c 左 6 7.5 0.8 P P 右c 右 根據(jù)所算出的功率，查文獻1表 5-20 我們可選用 1TA40 型號的動力頭， 經(jīng)過改制都能滿足功率的需要。 表 3-5 動力電動機型號 根據(jù)動力頭尺寸選定滑臺與其配合，由于是采用的專用剛性鏜頭，根據(jù)文 獻15-21 得寬 B=500mm，選用滑臺型號為 HY40B,滑臺寬 400mm，長 1240 mm, 最大行程 400mm。 b.b.確定機床裝料高度確定機床裝料高度 H H 裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的垂直距離。在確定機床裝料高度 電動機型號電動機功率 (Kw) 電動機轉速 (r/min) 輸出軸轉速 (r/min) 左主軸箱 Y160L-8B57.5720350,450,400 右主軸箱 Y160L-8B57.5720 280,305,410 500,500,340 箱體雙面粗鏜床總體設計及夾具設計 20 時，首先要考慮工人操作的方便性；對于流水線要考慮車間運送工件的滾道高 度；對于自動線要考慮中間底座的足夠高度，以便允許內腔通過隨行夾具返回 系統(tǒng)或冷卻排屑系統(tǒng)。其次是機床內部結構尺寸限制和剛度要求。如工件最低 孔位置、多軸箱的最低主軸高度和通用部件、中間底座及夾具底座基本尺寸的 限制等。工件最低孔徑 h2=16mm，滑臺高度為 320mm，底座高度為 560mm，鏜削 頭高為 480mm，綜合以上因素，該組合機床裝料高度為 1376mm。 c.c.確定夾具輪廓確定夾具輪廓 主要確定夾具底座的長、寬、高尺寸。工件的輪廓尺寸和形狀是確定夾具 底座輪廓尺寸的基本依據(jù)。具體要考慮布置工件的定位、限位、夾緊機構、刀 具導向裝置以及夾具底座排屑和安裝等方面的空間和面積需要。 夾具底座的高度尺寸，一方面要保證其有足夠的剛度，同時要考慮機床的 裝料高度、中間底座的剛度、排屑的方便性和便于設置定位、夾緊機構。 圖 3-6 夾具輪廓 d.d.確定確定中間中間底座尺寸底座尺寸 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 21 中間底座的輪廓尺寸，在長寬方向應滿足夾具的安裝需要。它在加工方向 的尺寸，實際已由加工示意圖所確定，圖中已規(guī)定了機床在加工終了時工件端 面至主軸箱前端面的距離。由此，根據(jù)選定的主軸箱、滑臺、側底座等標準的 位置關系，并考慮前備量，通過尺寸鏈就可以計算確定中間底座加工方向的尺 寸，在本次設計中取前備量 50mm，計算長度為 1340mm。 確定中間底座的高度方向時，應注意機床的剛性要求、冷卻排屑系統(tǒng)要求 以及側底座連接尺寸要求。裝料高度和夾具底座高度確定后，中間底座高度就 已確定，選取 650mm。 圖 3-7 底座 e.e.主軸箱輪廓尺寸主軸箱輪廓尺寸 主軸箱輪廓尺寸由改進的 1TA40 鏜削頭而來，中心高 H 取 260 mm，左邊傳 動箱 H2=480mm,右傳動箱 H2=480mm。 3.3.33.3.3 機床分組機床分組 為了便于設計和組織生產(chǎn)，組合機床各部件和裝置按不同的功能劃分編組。 組號劃分如下： a. 第 1019 組支承部件。一般由通用的側底座、立柱及其底座和專 用中間底座等組成。 b. 第 2029 組夾具及輸送設備。夾具是組合機床主要的專用部件， 常編為 20 組，包含工件定位夾緊及固定導向部分。 c. 第 3039 組電氣設備。電氣設計常編為 30 組，包括原理圖、接線 箱體雙面粗鏜床總體設計及夾具設計 22 圖和安裝圖等設計。專用操縱臺、控制柜等另編組號。 d. 第 4049 組傳動裝置。包括機床中所有動力部件如動力滑臺、動 力箱等通用部件，編號為 40 組，其余需修改部分內容或專用的傳動設備單獨編 組。 e. 第 5059 組液壓和氣動裝置。 f. 第 6069 組刀具、工具、量具和輔助工具等。 g. 第 7079 組主軸箱及其附屬部件。 h. 第 8099 組冷卻、排屑及潤滑裝置。 i. 第 9099 組電氣、液壓、氣動等各種控制擋鐵。 由此得出機床聯(lián)系尺寸總圖： 圖 3-8 機床聯(lián)系尺寸總圖 3.43.4 機床生產(chǎn)率計算卡機床生產(chǎn)率計算卡 根據(jù)加工示意圖所確定的工作循環(huán)及切削用量等，就可以計算機床生產(chǎn)率 并編制生產(chǎn)率計算卡。生產(chǎn)率計算卡是反映機床生產(chǎn)節(jié)拍或實際生產(chǎn)率和切削 用量、動作時間、生產(chǎn)綱領及負荷等關系的技術文件。它是用戶驗收機床生產(chǎn) 效率的重要依據(jù)。 a. 理想生產(chǎn)率(單位為件/h)是指完成年生產(chǎn)綱領 A(包括備品及廢品率)Q 所要求的機床生產(chǎn)率。它與全年工時總數(shù) tk有關,這里兩班制 A 取 8000 件，tk 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 23 取 4600h,由文獻1的 51 頁公式 （3-18） k t A Q 得出： =80000/4600=17.39 件/時Q b. 實際生產(chǎn)率(單位為件/h)是指所設計機床每小時實際可生產(chǎn)的零件 1 Q （3-19） 單 T Q 60 1 式中:生產(chǎn)一個零件所需時間(min)，可按下式計算： 單 T （3-20） 裝移 快退快進 停輔切單 tt V LL t V L V L ttT k f ff2 2 1 1 式中:分別為刀具第、工作進給長度,單位為 mm； 21 LL 、 分別為刀具第、工作進給量,單位為 mm/min； 21ff VV 、 當加工沉孔、止口、锪窩、倒角、光整表面時，滑臺在死擋鐵上的 停 t 停留時間，通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉 510 轉所需的時間， 單位為 min； 分別為動力部件快進、快退行程長度，單位為 mm； 快退快進、L L 動力部件快速行程速度。用機械動力部件時取 56m/min;用液壓 k f V 動力部件時取 310m/min； 直線移動或回轉工作臺進行一次工位轉換時間，一般取 0.1min； 移 t 工件裝、卸（包括定位或撤銷定位、夾緊或松開、清理基面或切屑及 吊運工件）時間。它取決于裝卸自動化程度、工件重量大小、裝卸是否方便及 工人的熟練程度。通常取 0.51.5min。如果計算出的機床實際生產(chǎn)率不能滿 足理想生產(chǎn)率要求,即QQ 時候，機床負荷率為二者之比。 1 組合機床負荷率一般為 0.750.90,自動線負荷率為 0.60.7。典型的鉆、 鏜、攻螺紋類組合機床，按其復雜程度確定；對于精度較高、自動化程度高或 加工多品種組合機床，宜適當降低負荷率。 （3-22） 1 Q Q 則 1 18.73 85.2% 21.98 Q Q 具體請見生產(chǎn)率計算卡： 表 3-9 生產(chǎn)率計算卡 生產(chǎn)率計算卡 圖號YGZJ003毛坯種類鑄件 名稱減速箱體毛坯重量 材料HT200硬度HBS180-220 工序名稱變速箱體雙面臥式鉆鏜組合機床工序號 進刀量工時(min) 序號工步名稱 被加工 零件數(shù) 量 加工直 徑 mm 工作行 程 mm 切削 速度 m/m in 轉速 r/ min 進給 量 (mm/r) 進給速度 (mm/min) 機加 工時 間 輔 助 時 間 共計 1 安裝工件及夾緊工件1 1.5 1.5 2 左滑臺快進 100 100 60000.016 0.016 3 左多軸箱工進（鏜孔 1） 601565.93500.15600.25 0.25 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 25 鏜孔 2 70 13.576.9 350 0.15600.225 0.225 鏜孔 37811.585.7350 0.15 600.1920.192 鉆孔14.75818.6410 0.15 600.970.97 4左滑臺快退 300 300 60000.05 0.05 總計 3.203 單件工時 3.203 分/件 機床生產(chǎn)率 18.73 件/時 備注 左右同時加工 機床負荷率 85.2% 4 4 夾具的設計夾具的設計 組合機床夾具是給合機床的重要組成部分，用于實現(xiàn)對被加工零件的準確 定位、夾壓、對刀具的導向以及裝卸工件時的限位等。組合機床的加工精度基 本上是由夾具來保證的，因此它與一般機床夾具不同。 組合機床夾具按結構特點，可以分為單工位夾具和多工位夾具兩大類。單 工位夾具是指工件在一個工位上完成加工工序的機床夾具。而多工位組合機床 夾具是指工件需要在幾個工位上順序或平行順序加工廠的機床夾具。按移位 方法它又可分為：固定式多位夾具，回轉夾具,移動工作臺夾具和回轉鼓輪夾具 等。此外按操縱方式又可分為：手動定位夾緊的給合機床夾具和自動定夾緊的 組合機床夾具。本次設計的夾具是單工位的，手動定位夾緊的夾具。 組合機床夾具是根據(jù)被加工零件專門設計的，本次設計的夾具大致可分為 三大部分：工件的定位方法，工件的夾壓裝置的設計，引導刀具的導向元件設 計。 4.14.1 定位誤差分析計算定位誤差分析計算 本工件按一面兩銷定位后，工件在夾具中的位置就已被確定，然而由于某 種原因，工件仍會產(chǎn)生定位誤差。為了保證工件的加工精度，在定位設計時要 仔細分析和研究定位誤差。 A. 定位誤差的定義 箱體雙面粗鏜床總體設計及夾具設計 26 由定位引起的同一批工件的工序基準在加工尺寸方向上的最大變動量，稱 為定位誤差，以D表示。 定位誤差研究的主要對象是工件的工序基準和定位基準。工序基準的變動 量將影響工件的尺寸精度和位置精度。 B. 定位誤差產(chǎn)生的原因 造成定位誤差的原因是定位基準與工序基準不重合以及定位基準的位移誤 差兩個方面。 a. 基準不重合誤差B 由于定位基準與工序基準不重合而造成的定位誤 差，稱為基準不重合誤差，B以表示。 基準不重合誤差的一般計算式為： B= （4-1） n i i 1 式中： i定位基準與工序間的尺寸鏈組成環(huán)的公差（mm） ； b. 基準位移誤差Y 由于定位基準的誤差或定位支承點的誤差而造成的 定位基準位移，即工件實際位置對確定位置的理想要素的誤差，這種定位誤差 稱為基準位移誤差，以Y表示。 基準位移誤差的一般計算式為 Y=Xmax= D+d0+Xmin （4- 2） 式中 Xmax 定位最大配合間隙（mm） ； D工件定位基準孔的直徑公差（mm） ； d0圓柱定位銷或圓柱心軸的直徑公差（mm） ； Xmin定位所需最小間隙，由設計時確定（mm） 。 C. 定位誤差計算 本工序尺寸 5820.025mm，由于本工序定位基準與工序基準重合，所以， B=0 按式（4-2）計算得 Y=Xmax= D+d0+Xmin =0.027+0.009+0.5 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 27 =0.536(mm) 則定位誤差為 D=Y=0.536mm 4.24.2 夾緊裝置設計夾緊裝置設計 在機械加工過程中，工作將受到切削力，離心力等外力的作用。為了保證 在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持由定位元件確定的加工位置，而不 致發(fā)生振動或多移，一般在夾具結構中都必須設置一定的夾緊裝置，將工件可 靠夾緊。 由于本次待加工工件的形狀是比較規(guī)則的，且精度要求較高，故采用液壓 夾緊機構就可以保證其精度。采用液壓直接夾緊或與其他元件組合實現(xiàn)夾緊工 件的機構，統(tǒng)稱為液壓夾緊機構。液壓夾緊機構的特點：結構較復雜，夾緊可 靠，使用方便，因此在機床夾具中得到廣泛應用。 本次設計的夾緊裝置是液壓的，它的組成部分有：支承軸、螺桿、壓板、 液壓缸及螺母等。 4.34.3 夾緊力的計算夾緊力的計算 夾緊力的計算是設計夾具的關鍵，它的計算是驗證所設計的機床夾具是否 合理的保證。工件在夾具內的夾緊，必須保證工件在加工過程中，在切削力作 用下保持位置不變。同時，夾緊時不應該引起工件、鉆模板、鏜模架的變形， 以免降低加工精度。保證工件在加工過程中保持位置不變所需要的加緊力，可 根據(jù)切削作用力和夾緊方式進行估算。 夾緊力大小的計算是個很復雜的問題，一般只能做粗略的估算。為了簡化 計算起見，在設計夾緊裝置時，可只找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬時狀 態(tài)，按靜力平衡原理求出夾緊力的大小。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系 數(shù)作為實際所需要的夾緊力數(shù)值。 根據(jù)被加工零件和所設計夾具的機構特征，夾緊力的大小由主切削力決定。 夾緊力使工件不會反轉和前后移動，因此在夾緊力的作用下，壓板和工件夾緊 位置產(chǎn)生了摩擦力，此摩擦力為兩軸向進給力合力與圓周力合力提供。此處由 于兩進給力方向相反，相互抵消絕大部分的力，以及定位銷承受了部分進給力， 箱體雙面粗鏜床總體設計及夾具設計 28 故兩軸向進給力合力的影響可忽略不計，此處只計算由圓周力（切削力）合力 決定的夾緊力。 夾緊力計算方法一般為: a.了解所選用的夾緊機構； b.畫出受力簡圖； c.運用力學知識分析、計算。 夾緊機構如下圖: 圖 4-1 夾緊機構簡圖 如圖夾具體機構主要由壓板、螺桿、支承軸等組成。它的受力簡圖如下: 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 29 Wk W0 l L 圖 4-2 工件受力簡圖 W0=Wk （4-3） l L 0 1 式中：W0單個螺旋夾緊產(chǎn)生的夾緊力(N)； WK切削力分力（N） ； 除螺旋外機構的效率，其值為 0.85-0.95。 0 由前面所計算得：Wk=9398.1(N) 由夾具總圖知， L=300mm l=145mm 取 0.9 0 則將上述數(shù)值代入式（4-3）得： W0=21604.8(N) 4.44.4 夾具零部件的設計夾具零部件的設計 4.4.14.4.1 夾具體的設計夾具體的設計 夾具體是夾具的基礎件。在夾具本上，要安裝組成該夾具所需要的各種元 件，機構和裝置。設計時應滿足以下基本要求： a. 應有足夠的強度和剛度； b. 結構簡單，具有良好的工藝性； c. 尺寸要穩(wěn)定； d. 便于排屑。 箱體雙面粗鏜床總體設計及夾具設計 30 A夾具體毛坯結構的選擇 選擇夾具體毛坯結構時，應以結構合理性、工藝性、經(jīng)濟性、標準化的可 能性以及工廠的具體條件為依據(jù)綜合考慮。 根據(jù)由參考文獻8表 1-9-1，夾具體一般有三種結構：鑄造結構、焊接結構、 裝配結構。 由于本道工序是粗銑柴油機氣缸體的兩側面，切削負荷大、振動大，且是 批量生產(chǎn)的，所以選擇鑄造結構，它的主要特點是，可鑄出復雜的結構形狀、 抗壓強度大、抗振性好、易于加工，但制造周期長，易產(chǎn)生內應力，故應進行 時效處理。 B夾具體外形尺寸的確定 夾具制造屬單件生產(chǎn)性質，為縮短設計和制造周期，減少設計和制造費用， 所以夾具體設計，一般不作復雜的計算。通常都是參考類似的夾具結構，按經(jīng) 驗類比法估計確定。如下表 4-1。 表 4-1 夾具體結構尺寸的經(jīng)驗數(shù)據(jù) 經(jīng)驗數(shù)據(jù) 夾具體部位 鑄造結構 夾具體壁厚 h825mm 夾具體加強筋厚度(0.70.9)h 夾具體加強筋高度不大于 5h 按上表，取夾具體壁厚 h=25mm 夾具體加強筋厚度為 0.7250.925mm,即為 17.522.5 mm.取厚度為 20mm C夾具體高度的確定 根據(jù)前面的總體設計及機床聯(lián)系尺寸圖，夾具體的高度 H=350mm 夾具體的主要外形如下圖： 圖 4-3 夾具體尺寸圖 4.4.24.4.2 支座的設計支座的設計 支座是夾緊裝置與夾具體的橋梁。材料的選擇，應以結構合理性，工藝性， 經(jīng)濟性，標準化的可能性以及工廠的具體條件為依據(jù)綜合考慮。由于本次加工 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 31 的工件外形較大，且切削負荷大、振動大，因此采用鑄造結構，材料為 HT200。 4.4.34.4.3