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鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 0 目 錄 1 前言 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 2 組合機床總體設(shè)計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.1 組合機床工藝方案的制定 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.1.1 工藝基準(zhǔn)面的分析 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.1.2 加工工藝的分析 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.1.3 確定機床完成工藝時的一些限制 ????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.2 組合機床配置型式的選擇 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.2.1 組合機床配置型式 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.2.2 選擇機床配置型式和結(jié)構(gòu)方案的一些問題 ????????????????????????????????????????????????????3 2.3 確定切削用量及選擇刀具 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.3.1 選擇切削用量 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.3.2 計算切削力、切削扭矩及切削功率 ????????????????????????????????????????????????????????????????6 2.3.3 選擇刀具結(jié)構(gòu) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 2.4 組合機床總體設(shè)計－－三圖一卡 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????10 2.4.1 被加工零件工序圖 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 2.4.2 加工示意圖 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 2.4.3 機床尺寸聯(lián)系圖 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13 2.4.4 機床生產(chǎn)率計算卡 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 3 夾具設(shè)計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18 3.1 夾具設(shè)計的基本要求和步驟 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18 3.1.1 夾具設(shè)計的基本要求 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18 3.1.2 夾具設(shè)計的步驟 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18 3.2 定位方案的確定 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19 3.2.1 零件的工藝性分析 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19 3.2.2 定位方案的論證 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19 3.2.3 誤差分析 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????20 3.2.4 導(dǎo)向裝置 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22 3.3 夾緊方案的確定 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22 3.3.1 夾緊裝置的確定 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22 3.3.2 夾緊力的確定 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24 3.3.3 油缸的選擇 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????25 3.4 夾具體的設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????26 4 結(jié)論 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????27 參考文獻 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????28 致謝 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????29 附錄 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30 ZH1105C 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床設(shè)計（夾具設(shè)計） 1 1 前言 組合機床是根據(jù)加工需要，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組 成的一種高效專用機床。組合機床主要用于平面加工和孔加工。平面加工包括 銑平面、車端面、刮平面；孔加工包括鉆、擴、鉸、鏜孔以及倒角、切槽、攻 螺紋等。組合機床最適宜于加工各種大中型箱體類零件，如氣缸體、氣缸蓋、 變速箱體等零件。目前，組合機床在汽車、拖拉機、儀器儀表、軍工及縫紉機、 柴油機、紡織、航空等部門，應(yīng)用越來越普遍。組合機床主要適用于棱體類零 件和雜體的孔面加工，生產(chǎn)效率高，研制周期短，便于設(shè)計、制造和使用維修， 配置靈活，且自動化程度高，勞動強度低。在將來，組合機床將向五個方面發(fā) 展：高速化、高精度化、復(fù)合化、高科技含量化以及環(huán)?；Ｍ瑫r，在自動化 方面，將會進一步提高 。]1[ 組合機床的設(shè)計，目前基本上有兩種情況：其一，是根據(jù)具體加工對象的 具體情況進行專門設(shè)計，這是當(dāng)前最普遍的做法。其二，隨著組合機床在我國 機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人總結(jié)自己生產(chǎn)和使用組合機床的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)組 合機床不僅在其組成部件方面有共性，可設(shè)計成通用部件，而且一些行業(yè)在完 成一定工藝范圍內(nèi)組合機床是極其相似的，有可能設(shè)計為通用機床，這種機床 稱為“專能組合機床” 。這種組合機床就不需要每次按具體加工對象進行專]2[ 門設(shè)計和生產(chǎn)，而是可以設(shè)計成通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按被加工的零 件的具體需要，配以簡單的夾具及刀具，即可組成加工一定對象的高效率設(shè)備。 在組合機床設(shè)計過程中，為了降低組合機床的制造成本，應(yīng)盡可能地使用 通用件和標(biāo)準(zhǔn)件。目前，我國設(shè)計制造的組合機床，其通用部件和標(biāo)準(zhǔn)件約占 部件總數(shù)的 70～80%，其它 20～30%是專用零部件 ?？紤]到近年來，各種通用]1[ 件和標(biāo)準(zhǔn)件都出臺了新的標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)注方法，為了方便以后組合機床的維修，整 個組合機床的通用件和標(biāo)準(zhǔn)件配置，都采用了新標(biāo)準(zhǔn)。 本畢業(yè)設(shè)計課題是 ZH1105 柴油機氣缸體三面鉆鏜孔組合機床的設(shè)計，來源 于江動集團江淮動力股份有限公司。本組合機床有四人完成，本人將進行總體 及夾具設(shè)計。組合機床的設(shè)計過程包括前期調(diào)研，總體設(shè)計，技術(shù)設(shè)計和工作 設(shè)計?？傮w設(shè)計，包括工藝分析、定位基準(zhǔn)的選擇、滑臺型式的選擇、通過選 擇切削用量選擇刀具；還需編制“三圖一卡” ，即加工工序圖，加工示意圖，機 床聯(lián)系尺寸圖，生產(chǎn)率計算卡。技術(shù)設(shè)計就是根據(jù)總體設(shè)計已經(jīng)確定的“三圖 一卡” ，設(shè)計主軸箱等專用部件正式總圖；工作設(shè)計即繪制各個專用部件的施工 圖樣，編制各零部件明細表 。]1[ 夾具設(shè)計是組合機床設(shè)計中的一個重要組成部分，是按照某一道工序的加 工要求，把一些事先制造好的標(biāo)準(zhǔn)件和部件進行組裝而成的夾具，夾具通常由 使用單位根據(jù)要求自行設(shè)計和制造，適用于產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)中。其 設(shè)計過程主要包括：對機床總體設(shè)計方案的論證、定位夾緊方案的論證、定位 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 2 誤差分析、夾緊力的計算、夾緊缸的選用。本組合機床夾具屬于專用夾具，其 定位裝置、夾緊裝置、夾具體、導(dǎo)向裝置和其它一些元件，均為自行設(shè)計、加 工。在設(shè)計中，盡量考慮使用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件，來縮短設(shè)計周期，減少機床后 續(xù)改造的零件報廢率，提高經(jīng)濟效益。 通過設(shè)計，本組合機床能滿足加工需求，保證加工精度，機床運轉(zhuǎn)平穩(wěn)， 工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整。各動力部分采用了電器控 制，使用操作方便。提高了工作效率，預(yù)計能達到設(shè)計要求。 ZH1105C 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床設(shè)計（夾具設(shè)計） 3 2．組合機床總體設(shè)計 2．1 組合機床工藝方案的制定 2.1.1 工藝基面的分析 選擇工藝基面和夾壓部位是制定工藝方案的極其重要的問題。工藝基面選 擇的正確，將能實現(xiàn)最大限度的工序集中，從而減少機床臺數(shù)，也是保證加工 精度的重要條件。 2.1.2 加工工藝的分析 分析被加工零件的工藝，亦是制定工藝方案的極其重要的問題，我們要認 真的分析被加工零件加工工藝的需要和組合機床完成工藝的可能，正確的確定 組合機床的加工方案。 2.1.3 確定機床完成工藝時的一些限制 a. 孔間中心距的限制 在確定組合機床完成工藝時，要考慮可同時加工的 最小孔中心距。由于主軸箱的主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)備導(dǎo)向的需要，所以近距離孔能否 在同一多軸箱上同一工位加工受其限制。 b. 工件結(jié)構(gòu)工藝性不好的限制 有些工件結(jié)構(gòu)工藝性不好，如箱體多層壁 上的同軸線的孔徑中間大兩頭小時，則進刀困難。當(dāng)孔徑大于 Ф50mm 時，可 采用讓刀的辦法。多層壁同軸孔，為便于布置中間導(dǎo)向裝置，孔中心離箱體側(cè) 壁間距離也應(yīng)夠。 2．2 組合機床配置型式的選擇 2．2．1 組合機床的配置型式 組合機床有大型和小型兩種，大、小型組合機床雖有其共性，但又都有其 特殊性。無論是適用范圍，配置型式，通用部件和驅(qū)動方式都各有特點。 a．工位組合機床 單工位組合機床通常是用于加工一個或兩個工件，特別 適合用于大中型箱體的加工。根據(jù)配置動力部件的數(shù)量，這類機床可以從單面 或同時從幾個方面對工件進行加工 。]3[ b．工序組合機床 很多組合機床是按工件能夠變位來配置的，工件的變位 有手動和機動的方式。這類機床工序集中程度高，如回轉(zhuǎn)多工位機床的輔助時 間和機動時間相重合，生產(chǎn)效率高，適用于大批量生產(chǎn)、需要多部位加工的中 小零件。 2．2．2 選擇機床配置型式和結(jié)構(gòu)方案的一些問題： A. 被加工零件的特點對配置型式和結(jié)構(gòu)方案的影響 a．加工精度要求的影響； 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 4 b．機床生產(chǎn)率的影響； c．被加工零件的大小、形狀、加工部位特點的影響。 B. 機床配置型式和結(jié)構(gòu)方案應(yīng)注意的其它問題 a． 適當(dāng)提高工序集中程度 在確定機床的配置型式和結(jié)構(gòu)方案時，要合 理 解決工序集中的問題。在一個動力頭上安裝多軸，同時加工多孔來集中工序， 是組合機床最基本的方法，在一臺機床上主軸數(shù)量有達 150 根左右的。但是， 也不應(yīng)當(dāng)無限制的增加主軸數(shù)量，要考慮到動力頭及主軸箱的性能和尺寸，并 保證調(diào)整和更換刀具的方便性。 b． 注意排除切削和操作使用的方便性 在多工位機床上應(yīng)特別注意前一 道工序遺留在孔中的切屑對后一道工序的影響。在選擇多面機床時，應(yīng)慎重考 慮操作的方便性，要合適的確定裝料高度，對于加工一般箱體件帶固定式夾具 的機床，一般采取 850 毫米，對于較小的工件可稍高一些。 c．夾具形式對機床方案的影響 選擇機床配置型式時要考慮夾具結(jié)構(gòu)的實 現(xiàn)可能性和工作的可靠性。在決定加工一個工件的成套機床或流水線上個機床 的型式時，還應(yīng)當(dāng)注意，使機床與夾具的形式盡量一致，尤其是粗精加工機床。 這樣不僅有利于保證加工精度，而且便于設(shè)計、制造和維修，也提高了機床之 間的通用化程度 。]4[ 2.3 確定切削用量及選擇刀具 2.3.1 選擇切削用量 16 個被加工孔中，由于既有鉆孔加工又有鏜孔加工，所以選擇切削用量時 應(yīng)綜合考慮，鉆孔切削用量從文獻[5]的 130 頁表 6-11 中選取，鏜孔切削用量 從文獻[5]的 130 頁表 6-15 中選取。由于鉆孔的切削用量與鉆孔深度有關(guān)，隨 孔深的增加而逐漸遞減，其遞減值按文獻[5]的 131 頁表 6-12 選取。鉆孔時， 降低進給量的目的是為了減小軸向切削力，以避免鉆頭折斷，降低切削速度主 要是為了提高刀具壽命。 A．對右側(cè)面上 5 個孔的切削用量的選擇：保證進給速度相等 a.鉆孔 4：Φ36.4，通孔. 由 d＞22-50，硬度大于 190-240HBS，選擇 v=10-18m/min,f＞0.25-0.4mm/r,又 d=36.4mm,取定 v=17.6m/min,f=0.3mm/r,則由文獻[5]的 43 頁知 （2-dvn?10? 1） 得： n=1000×17.6/36.4π=154r/min b.鉆孔 5： Φ24.4，通孔 由 d＞22-50，硬度大于 190-240HBS，選擇 v=10-18m/min,f＞ 0.25- 0.4mm/r,又 d=24.4mm,取定 v=17.7m/min,f=0.3mm/r,則由 ZH1105C 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床設(shè)計（夾具設(shè)計） 5 dvn?10? 得： n=1000×17.7/24.4π=230r/min c.鏜孔 1、2： Φ61.4 由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r 中選擇,考慮到刀具壽命以及進給速度的一致性，取 v=35m/mim,f=0.6mm/r，則 =1000×35/61.4π=181.5r/min dvn?10? d.鏜孔 6： Φ56.6 由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r 中選擇,考慮到刀具壽命以及進給速度的一致性，取 v=40m/min,f=0.5mm/r，則 =1000×40/56.6π=225r/min dvn?10? B．對左側(cè)面上 4 個孔的切削用量的選擇：由于分兩次進給，要同時考慮進 給速度和轉(zhuǎn)速，兩次進給轉(zhuǎn)速要相同，同次進給保證進給速度相同 a.鏜孔 3： Φ194.4/Φ124.4 由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r 中選擇,考慮到刀具壽命,加工余量應(yīng)取小一點，故加工 Φ193.8 孔采用分層切 削。 第一次進給主要加工 Φ194.4 孔，取定 v=50m/min,f1=0.50mm/r,則 =1000×50/194.4π=82r/min dvn?10? 第二次進給要同時鏜 Φ124.4 孔，考慮到軸向切削力，進給量應(yīng)選小一點, 取定 v=37.3m/min,f2=0.6mm/r，則 =1000×37.3/124.4π=95r/min dvn10 b.鏜孔 1、2： 2×Φ61.4 由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r 中選擇,考慮到刀具壽命以及進給速度的一致性，取定 v1=35m/mim,f1=0.6mm/r，則 =1000×35/61.4π=181.5r/min dvn?10? 同軸轉(zhuǎn)速相同，進給速度一致，取定 v2=35m/min,f2=0.60mm/r c.鉆孔： Φ36.4，通孔 由 d＞22-50，硬度大于 190-240HBS，選擇 v=10-18m/min,f＞0.25- 0.4mm/r,又 d=35.8mm,取定第一次進給 v1=17.9m/min,f1=0.3mm/r,則 =1000×17.9/36.4π=157r/min dvn?10? 同軸轉(zhuǎn)速相同，進給速度一致，取定 v2=17.9m/min,f2=0.3mm/r 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 6 C．對后面上 1 個孔的切削用量的選擇 鏜孔： Φ114.4/Φ115/Φ122.4 由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，在 v=35-50m/min,f>0.4- 1.5mm/r 中選擇，考慮轉(zhuǎn)速和進給速度的一直性，取定 v=36/40/45m/min。 第一次進給，取定 f1=0.36mm/r；第二次進給,取定 f2=0.16mm/r，則 =1000×55.7/114.4π=155r/min dvn?10? （孔的編號見被加工零件工序圖） 2.3.2 計算切削力、切削扭矩及切削功率 根據(jù)文獻[5]的 134 頁表 6-20 中公式計算鉆孔 （2-6.08.2HBDfF? 2） 6.08.91fT （2-vP?74? 4） 根據(jù)文獻[5]的 134 頁表 6-20 中公式計算鏜孔 （2-5.07..51HBfaFpZ? 5） （2-1.65.02.1fpX 6） （2-5.07..HBfDaTp? 7） （2-6120vFPZ 8） 式中， F、Fz-切削力（N） ；T-切削轉(zhuǎn)矩（N·㎜） ；P-切削功率（Kw） ；v- 切削速度（m/min） ；f-進給量（mm/r） ；ap-切削深度（mm） ； D-加工（或鉆頭） 直徑（mm） ； HB-布氏硬度， 得 HB=223。 由以上公式可得： 右面 1、2 軸 5.07.4.51HBfapZ?N.692335..? ZH1105C 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床設(shè)計（夾具設(shè)計） 7 1.65.02.1HBfaFpX?1...233.??N 5.07..25BfDaTp? 5.075.02343.61?? m?49 20vFPZ? 61357.? kw. 4 軸 .08.26HBDfF?6.08.0234.2?N1.58? .08.91fT? 6.8.9.1343??m?91 TvP?70 4.361.942?? kw5. 5 軸 6.08.2HBDfF6.08.023. N1.58? 6.8.91fT? 6.08.0.420?? mN?35 DTvP?97? 4.21.3407? kw. 6 軸 5.75HBfaFpZ? N2.1942303 5.07.? 1.65.0.BfaFpX? 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 8 ?1.65.02.1335.0?N6 5.07..HBfDaTp 5.07.233.25??? m?9406 1vFPZ 620.7?? kw3. 左面 1、2 軸 5.7.451HBfaFpZ N.2230 5.0.?? 1.65.0.1fapX 1..2. 33.?N? 5.07..5HBfDaTp 5.07.23438.62?? m??419 0vFPZ 6127.5? kw9.? 3 軸 孔徑 194.4mm mNHBfaDTp ????5.8719235.014.97.255.07..33 faFpZ 26.89235.014. 5.07..33? ZH1105C 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床設(shè)計（夾具設(shè)計） 9 NHBfaFpX 14623.05.10.6521..3.3 ????KWVPZ7.8963 孔徑 124.4mm mNHBfaDTp ????? 78.1204345.03.127.55.7..7.3 fFpZ .92.4. 5.0750 ..3 NHBfapX 2.3..35101.65.02... ????KWVFPZ 8..7963 6 軸 0.75.1.49ZpafHBN?1.20.651.37XpFf 39.670.982ZFVPKW??? 后面 孔徑為 114.4mm mNHBfaDTp ????? 9.1063745.03.17.255.7..7. fFpZ 2.42.4. 5.075.0 .. NHBfapX 3..35101.65.02.1.. ????KWVFPZ7.946 孔徑為 115mm 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 10 5.07.3.25HBfaDTp? mN?41NfFpZ 193625.03.55.07... ???HBfapX 46..11.5.02.1..?KWVFPZ8.936?? 孔徑為 122.4mm mNT?5.1849 NHBfaFpZ 19362.03. 5.075. .. ??? fpX 46..511.5.02 .1..? KWVFPZ96.73??? (軸編號與孔編號相對應(yīng)) 2.3.3 選擇刀具結(jié)構(gòu) 根據(jù)加工精度、工件材料、工件條件、技術(shù)要求等進行分析，按照經(jīng)濟地 滿足加工要求的原則，合理地選擇刀具。只要所選工藝方案可以采用剛性較好 的鏜桿，還是采用鏜削方法，這是因為鏜刀制造簡單，刃磨方便。 當(dāng)被加工孔直徑在 Φ40mm 以上時，組合機床上多采用鏜削加工，其加工 精度可高達 1-2 級。 直徑小于 Φ40mm 時，選用鉆削方法，鉆頭選用高速鋼修磨棱帶及橫刃鉆 頭。鏜孔選用合金鏜刀頭。 直徑大于 Φ40mm 時，選用鏜削方法，刀具材料為硬質(zhì)合金。當(dāng)加工階梯 孔時，選用階梯桿，由于多刀加工，扭矩較大，所以要選用強度較好的刀桿材 料：40Cr。 2.4 組合機床總體設(shè)計—三圖一卡 2.4.1 被加工零件工序圖 ZH1105C 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床設(shè)計（夾具設(shè)計） 11 A．被加工零件工序圖的作用和內(nèi)容 被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案，表示所設(shè)計的組合機床上完成 的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位 基準(zhǔn)、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。除了設(shè)計研制合同外，它是組合機床設(shè)計的重要依據(jù)， 也是制造、使用、調(diào)整和檢驗機床精度的重要文件。被加工零件工序圖是在被 加工零件的基礎(chǔ)上，突出本機床或自動線的加工內(nèi)容，并作必要的說明而繪制 的。其主要內(nèi)容包括： 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(shè)計有關(guān)部位結(jié)構(gòu) 形狀和尺寸。 b.本工序所選用的定位基準(zhǔn)、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(shù)要求以及 對上道工序的技術(shù)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。 B. 繪制被加工零件工序圖的規(guī)定及注意事項 a.繪制被加工零件工序圖的規(guī)定 應(yīng)按一定的比例，繪制足夠的視圖以 及剖面；本工序加工部位用粗實線表示；定位用定位基準(zhǔn)符號表示，并用下標(biāo) 數(shù)表明消除自由度符號；夾緊用夾緊符號表示，輔助支承用支承符號表示。 b.繪制被加工零件工序圖注意事項 a) 本工序加工部位的位置尺寸應(yīng)與定位基準(zhǔn)直接發(fā)生關(guān)系。 b) 對工件毛坯應(yīng)有要求，對孔的加工余量要認真分析。 c) 當(dāng)本工序有特殊要求時必須注明。 圖 2-1 所示為被加工零件工序圖。 圖 2-1 被加工零件工序圖 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 12 2.4.2 加工示意圖 零件加工的工藝方案要通過加工示意圖反映出來。加工示意圖表示被加工 零件在機床上的加工過程，刀具、輔具的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機 床各部件間的相對位置關(guān)系，機床的工作行程及工作循環(huán)等。 A. 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇 組合機床鉆孔時，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的導(dǎo)向裝置來保證的。 導(dǎo)向裝置的作用是：保證刀具相對工件的正確位置；保證刀具相互間的正確位 置；提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。 本課題中鏜孔采用旋轉(zhuǎn)套導(dǎo)向，鉆孔采用固定套導(dǎo)向。 a.尺寸規(guī)格的選用 b.導(dǎo)向套的布置 c.導(dǎo)向套配合的選擇 B. 確定主軸、尺寸、外伸尺寸 在該課題中，主軸既有用于鏜孔又有用于鉆孔，鏜孔選用滾錐軸承主軸， 鉆孔選用滾珠軸承主軸。鏜孔時主軸與刀具采用浮動卡頭連接，主軸屬于短主 軸；鉆孔時主軸與刀具采用接桿連接，主軸屬于長主軸。 根據(jù)由選定的切削用量計算得到的切削轉(zhuǎn)矩 T，由文獻[5]的 43 頁公式 410Bd? 式中，d—軸的直徑（㎜） ；T—軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·m） ；B—系數(shù)，本課題 中鏜孔主軸為剛性主軸，取 B=7.3；鉆孔主軸為非剛性主軸，取 B=6.2。 由公式可得： 左面 軸 1 d>=30㎜ 取定 d=40㎜ 軸 2 d>=30mm 取定 d=40㎜ 軸 4 d>=30.46㎜ 取定 d=40㎜ 軸 6 d>=25.35㎜ 取定 d=40㎜ 右面 軸 1、2 d>=37㎜ 取定 d=40㎜ 軸 4 d>=34㎜ 取定 d=35㎜ 軸 5 d>=28㎜ 取定 d=30㎜ 軸 6 d>=35㎜ 取定 d=45㎜ 后面 軸徑 d>=55mm 軸徑實際設(shè)計時確定 根據(jù)主軸類型及初定的主軸軸徑，文獻[5]的 44 頁表 3-6 可得到主軸外伸 尺寸幾接桿莫氏圓錐號。滾錐主軸軸徑 d=40㎜時，主軸外伸尺寸為： D/d1=67/48,L=135㎜。滾錐主軸軸徑 d=35㎜時，主軸外伸尺寸為： D/d1=50/36,L=115㎜。滾珠主軸軸徑 d=30㎜時，主軸外伸尺寸為： D/d1=50/36,L=115㎜；接桿莫氏圓錐號為 4。滾珠主軸軸徑 d=30㎜時，主軸外 伸尺寸為：D/d1=50/36,L=115㎜；接桿莫氏圓錐號為 3。 C. 選擇接桿、浮動卡頭 ZH1105C 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床設(shè)計（夾具設(shè)計） 13 在鉆孔時，通常都采用接桿（剛性接桿）,各主軸的外伸長度和刀具均為定 值，為保證主軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，須采用軸向可調(diào)整的接 桿來協(xié)調(diào)各軸的軸向長度，以滿足同時加工完成孔的要求；鏜孔時，采用浮動 連接。 D. 動力部件工作循環(huán)及行程的確定 a.工作進給長度 L 工的確定 工作進給長度 L 工，應(yīng)等于加工部位長度 L（多軸加工時按最長孔計算）與 刀具切入長度 L1和切出長度 L2之和。切入長度一般為 5-10㎜，根據(jù)工件端面的 誤差情況確定；鏜孔時，切出長度一般為 5-10mm。 當(dāng)采用復(fù)合刀具時,應(yīng)根據(jù)具體情況決定。所以得出以下結(jié)果: 左主軸箱：工進長度:55mm 右主軸箱：工進長度:95mm 后主軸箱：工進長度:128mm b.快速進給長度的確定 快速進給是指動力部件把刀具送到工作進給位置。初步選定三個主軸箱上 刀具的快速進給長度分別為 215㎜，255㎜和 125㎜。 c.快速退回長度的確定 快速退回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 工作進給長度可知，三面快速退回長度分別為 270㎜，350mm,253mm。圖 2-2 為 加工示意圖。 190160190 217 174.65185.64 123 8125423 4930 后 主 軸 箱 端 面n=150r/mif.2 12T613D4-M0 x2 4T615D4-M2X0GB19675M80X2GB1- 673182軸承 GB0-氈 圈125J/ZQ460-8MX35GB70-891M6X70GB5-8M16X40GB7-12M6X40GB7-13氈 圈8JB/ZQ4615滾 動 軸 承 6213GB/T 7-94M6X20GB7-85117819 T613 T612M10 x2T64-8X35GB972012M5x1GB80-2GB810-23425262782930M1x5GB6-732M1x0GB65-7653453637389401M30 x2GB81-42 平 衡 軸 孔n=18.5r/minf06凸 輪 軸 孔n=95r/mif0.6 起 動 軸 孔n=154r/mif0.3調(diào) 速 軸 孔n=230r/mif. 曲 軸 孔 n=82r/mif0.5n=18.5r/minf06 n=57r/mif0.3凸 輪 軸 孔平 衡 軸 孔 左 主 軸 箱 端 面 43 170 20 180 210 105 180 75 160?60?198F?215H7/M6M0X2 ?198H7/G6?85K6M1X2638 235?150 235?456H120K7 ?475135?2670F8?M30X1.5?70H/G641825196520?70H/G685?4102450Tr30X?40F8?35?46H7/K?30 25246?142862?70H/G6?85H7/M620 20513751036?25K70H/M6?15?20 ?1520?3?70H/M63740 滾 動 軸 承 圖 2-2 加工示意圖 2.4.3 機床尺寸聯(lián)系總圖 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 14 A. 選擇動力部件 a.動力滑臺型號的選擇 根據(jù)選定的切削用量計算得到的單根主軸的進給力，按文獻[5]的 62 頁公 式 ?? niF1多 軸 箱 計算。 式中，F(xiàn)i—各主軸所需的 向切削力，單位為 N。 則 右主軸箱： 236581.37.46103.5F????多 主 軸 箱 左主軸箱： 4272?多 主 軸 箱 后主軸箱： 多 主 軸 箱 實際上,為克服滑臺移動引起的摩擦阻力，動力滑臺的進給力應(yīng)大于 F。又 考慮到所需的最小進給速度、切削功率、行程、主軸箱輪廓尺寸等因素，為了 保證工作的穩(wěn)定性，由文獻[5]的 91 頁表 5-1，左、右、后面分別選用機械滑 臺 HJ40ⅡA 型、HJ40ⅢA 型、HJ40ⅠA 型，臺面寬 400mm，臺面長 800mm，滑臺 及滑座總高為 320mm，允許最大進給力為 20000N；其相應(yīng)的側(cè)底座型號分為 1CC401M、1CC401M、1CC401。 b.動力箱型號的選擇 由切削用量計算得到的各主軸的切削功率的總和 ，根據(jù)文獻[5]的 47切 削P 頁公式計算： ?切 削多 軸 箱P? 式中, —消耗于各主軸的切削功率的總和（Kw） ；切 削P —多軸箱的傳動效率,加工黑色金屬時取 0.8～0.9，加工有色金屬時取? 0.7～0.8；主軸數(shù)多、傳動復(fù)雜時取小值，反之取大值。本課題中，被加工零 件材料為灰鑄鐵，屬黑色金屬，又主軸數(shù)量較多、傳動復(fù)雜，故取 5。8.0?? 右主軸箱： 0.8561.270.9682.7194.538KW?????主 則 43.PKW主 根據(jù)液壓滑臺的配套要求，滑臺額定功率應(yīng)大于電機功率的原則，查文獻 [5]的 頁表 5-38 得出動力箱及電動機的型號,見表 2-1。15~4 表 2-1 動力箱及電動機的型號 動力箱型號 電動機型號 電動機功率 (Kw) 電動機轉(zhuǎn)速 (r/PM) 輸出軸轉(zhuǎn)速 (r/min) ZH1105C 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床設(shè)計（夾具設(shè)計） 15 左主軸箱 1TD40-I Y132S -815.5 1440 480 右主軸箱 1TD40-I Y132S -825.5 1440 480 后主軸箱 1TD40-I Y100-L8 5.5 960 480 c.配套通用部件的選擇 側(cè)底座 1CC401 型號，其高度 H=560mm，寬度 B=600mm，長度 L=1350mm。 B. 確定機床裝料高度 H 裝料高度是指機床上工件的定位基準(zhǔn)面到地面的垂直距離。本課題中，工件 最低孔位置 h2=70.52㎜，主軸箱最低主軸高度 h1=145.02㎜，所選滑臺與滑座總 高 h3=320㎜，側(cè)底座高度 h4=560㎜，夾具底座高度 h5=345㎜，中間底座高度 h6=600㎜，綜合以上因素，該組合機床裝料高度取 H=1005㎜。 C. 確定夾具輪廓尺寸 夾具是用于定位和夾緊工件的，所以工件輪廓尺寸和形狀是確定夾具輪廓 尺寸的依據(jù)，由于加工示意圖中對工件和靠模桿的距離，以及導(dǎo)套尺寸都作了 規(guī)定，掌握了以上尺寸后，確定夾具總長尺寸 A，A=590 mm。夾具底座高度應(yīng) 視夾具大小而定，既要求保證有足夠的剛性，又要考慮工件的裝料高度，一般 夾具底座高度不小于 240mm。根據(jù)具體情況，本夾具底座取高度為 345mm。 D. 確定中間底座尺寸 在加工示意圖中，已經(jīng)確定了工件端面至主軸箱在加工終了時距離： L1 左=650mm，L2 右=800mm 根據(jù)選定的動力部件及其配套部件的位置關(guān)系，并考慮動力頭的前備量因 素，通過尺寸鏈就可確定中間底座尺寸 L L=2（L1 左+L2 右+2L2+L3）-2（L 1+ L 2+ L 3） 其中 L1------動力頭支承凸臺尺寸。 L2------動力頭支承凸臺端面到滑座前端面加工完了時距離，由于 動力頭支承凸臺端面到滑座端面最小尺寸和動力頭向前備量組成。 L3------滑座前端面到床身端面距離取 L=585mm。 確定中間底高度尺寸時，應(yīng)考慮鐵屑的儲存及排除電氣接線安排，中間底 座高度一般不小于 540mm。 本機床確定中間底座高度為 600mm。 E. 確定主軸箱輪廓尺寸 主要需確定的尺寸是主軸箱的寬度 B 和高度 H 及最低主軸高度 h1。主軸箱 寬度 B、高度 H 的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關(guān)，可按文獻[5]的 49 頁公式計算： B=b+2b1 H=h+h1+b1 式中，b—工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（㎜） ； 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 16 b1—最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（㎜） ； h—工件在高度方向相距最遠的兩孔距離（㎜） ； h1—最低主軸高度（㎜） 。 其中，h1 還與工件最低孔位置（h2=70.52㎜） 、機床裝料高度（H=1005㎜） 、 滑臺滑座總高（h3=320㎜） 、側(cè)底座高度（h4=560㎜）等尺寸有關(guān)。對于臥式組 合機床， h1 要保證潤滑油不致從主軸襯套處泄漏箱外，通常推薦 h1＞85-140㎜， 本組合機床按文獻[5]的 50 頁公式 h1=h2+H-(0.5+h3+h4) 計算，得： h1=150.52㎜。 b=212.33㎜,h=186.48㎜,取 b1=100㎜，則求出主軸箱輪廓尺寸： B=b+2b1=212.33+2×100=412.33㎜ H=h+h1+b1=186.48+150.52+100=437㎜ 根據(jù)上述計算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，左、右主軸箱輪廓尺寸都預(yù) 定為 B×H=500㎜×500㎜。 2.4.4 機床生產(chǎn)率計算卡 A. 理想生產(chǎn)率 (單位為件/h)是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng) 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(guān),一般情況下,單班制 tk取 2350h,兩班制 tk取 4600h,由文獻[9]的 51 頁公式 ktAQ? 得： h/04.136/0件 B. 實際生產(chǎn)率 (單位為件/h)是指所設(shè)計機床每小時實際可生產(chǎn)的零件1Q 數(shù) 單TQ1? 式中: ——生產(chǎn)一個零件所需時間(min)，可按下式計算：單T ?? ?????????????? 裝移快 退快 進停輔切單 tVLtVLt kfff21 式中: ——分別為刀具工作進給長度,單位為 mm;21L、 ——分別為刀具工作進給量,單位為 mm/min;ffV、 ——當(dāng)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(zhuǎn) 轉(zhuǎn)所需的時間，單位 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 ——動力部件快速行程速度。用機械動力部件時取 5～6m/min;用液壓kfV 動力部件時取 3～10m/min; ZH1105C 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床設(shè)計（夾具設(shè)計） 17 ——直線移動或回轉(zhuǎn)工作臺進行一次工位轉(zhuǎn)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、清理基面或切裝 卸 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 0.5～1.5min。 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 ,則必須重Q?1 新選擇切削用量或修改機床設(shè)計方案。 已知: 粗鏜左面孔 min/69;51VLf? 2快 進 L270快 退 粗鏜右面 ; ;m91?i/4fin/4;252VLf L5快 進 350?快 退 粗鏜后面孔 ;min/4.;811Vf 202f?mL253?快 退 5快 進 左面孔 in79.06fVLt工 進機 右面孔 min02.475?ft工 進機 后面孔 in3.24518fVLt工 進機 共計所用時間如下: min8.1.???輔機總 tT 實際生產(chǎn)率: hQ/7.58.3601件總 C. 機床負荷率 ? 當(dāng) Q >Q 時候，機床負荷率為二者之比。1 組合機床負荷率一般為 0.75～0.90,自動線負荷率為 0.6～0.7。典型的鉆、 鏜、攻螺紋類組合機床，按其復(fù)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(dāng)降低負荷率。 由文獻[9]的 51 頁公式得機床負荷率: 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 18 %61.827.50431?Q? ZH1105C 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床設(shè)計（夾具設(shè)計） 19 3 夾具設(shè)計 3.1 夾具設(shè)計的基本要求和步驟 3.1.1 夾具設(shè)計的基本要求 夾具設(shè)計時，應(yīng)滿足以下基本要求 a)夾具應(yīng)滿足零件加工工序的精度要求。特別對于精加工工序，應(yīng)適當(dāng)提 高夾具的精度，以保證工件的尺寸公差和位置公差等。 b)夾具應(yīng)達到加工生產(chǎn)率的要求。特別對于大批量生產(chǎn)中使用的夾具，應(yīng) 設(shè)法縮短加工的基本時間和輔助時間。 c)夾具的操作要方便、安全。按不同的加工方法，可設(shè)置必要的防護裝置、 擋屑板以及各種安全器具。 d)能保證夾具一定的使用壽命和較低的夾具制造成本。夾具元件的材料選 擇將直接影響夾具的使用壽命。因此，定位元件以及主要元件宜采用力學(xué)性能 較好的材料。夾具的復(fù)雜程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)批量相適應(yīng)。在大批量生產(chǎn)始終， 宜采用氣壓、液壓等高效夾緊裝置；而小批量生產(chǎn)中，則宜采用較簡單的夾具 結(jié)構(gòu)。 e)要適當(dāng)提高夾具元件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化程度。選用標(biāo)準(zhǔn)化元件，特別應(yīng) 選用商品化的標(biāo)準(zhǔn)元件，以縮短夾具制造周期，降低夾具成本。 f)具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，以便于夾具的制造、使用和維修 。]6[ 3.1.2 夾具設(shè)計的步驟 A．明確設(shè)計任務(wù)與收集設(shè)計資料 夾具設(shè)計的第一步是在已知生產(chǎn)綱領(lǐng)的前提下，研究被加工零件的零件圖、 工序圖、工藝規(guī)程和設(shè)計任務(wù)書，對工件進行工藝分析。其內(nèi)容主要是了解工 件的結(jié)構(gòu)特點、材料；確定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基 準(zhǔn)和夾緊表面及所用的機床、刀具、量具等。 其次是根據(jù)設(shè)計任務(wù)書收集有關(guān)資料，如機床的技術(shù)參數(shù)，夾具零部件的 國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)和廠訂標(biāo)準(zhǔn)，各類夾具圖冊、夾具設(shè)計圖冊等，還可以收 集一些同類夾具的設(shè)計圖樣，并了解該廠的工裝制造水平，以供參考。 B．?dāng)M定夾具結(jié)構(gòu)方案與繪制夾具草圖 a)確定工件的定位方案，設(shè)計定位裝置。 B)確定工件的夾緊方案，設(shè)計夾緊裝置。 c)確定對刀或?qū)蚍桨福O(shè)計對刀或?qū)蜓b置。 d)確定夾具與機床的連接方式，設(shè)計連接元件及安裝基面。 e)確定和設(shè)計其它裝置及元件的結(jié)構(gòu)型式，如分度裝置、預(yù)定位裝置及吊 裝元件等。 f)確定夾具體的結(jié)構(gòu)型式及夾具在機床上的安裝方式。 g)繪制夾具草圖，并標(biāo)注尺寸、公差及技術(shù)要求。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 20 C．進行必要的分析計算 工件的加工精度較高時，應(yīng)進行工件加工精度分析。有助于裝置的夾具， 需計算夾緊力。當(dāng)有幾種夾具方案時，可進行經(jīng)濟分析，選用經(jīng)濟效益較高的 方案。 D．審查方案與改進設(shè)計 夾具草圖畫出后，應(yīng)征求有關(guān)人員的意見，并送有關(guān)部門審查，然后根據(jù) 他們的意見對夾具方案作進一步修改。 E．繪制夾具裝置裝配總圖 夾具的總裝配圖應(yīng)按國家制圖包準(zhǔn)繪制，穢土比例盡量采用 1：1。主試圖 按夾具棉隊操作者的方向繪制。總圖應(yīng)把夾具的工作原理、各種裝置的結(jié)構(gòu)及 其相互關(guān)系表達清楚。 F．繪制夾具零件圖 夾具中的非標(biāo)準(zhǔn)零件均要畫零件圖，并按夾具總圖的要求，確定零件的尺 寸、公差及技術(shù)要求 。]6[ 3.2 定位方案的確定 3.2.1 零件的工藝性分析 ZH1105 柴油機氣缸體材料為 HT250，其硬度為 HB190～240。本工序加工內(nèi) 容為：左側(cè)：Φ194.4 0.1、Φ124 0.1、Φ36.4 0.1、2-Φ61.4 0.10；右???? 側(cè)：Φ56.6 0.1、2-Φ61.4 0.10、Φ24.4 0.10、Φ36.4 0.10；后側(cè)： Φ114.4 0.10、Φ115 0.10、Φ122.4 0.10? 3.2.2 定位方案的論證 箱體零件的定位方案一般有兩種， “一面兩孔”和“三平面”定位方法。 “一面兩孔”的定位方法的特點是： a)可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。 b)有同時加工零件五個表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各 面上孔的位置精度。 c)“一面雙孔”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準(zhǔn)，使零 件整個工藝過程基準(zhǔn)統(tǒng)一，從而減少由基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換帶來的累積誤差，有利于保證 零件的加工精度。同時，使機床各個工序（工位）的許多部件實現(xiàn)通用化，有 利于縮短設(shè)計、制造周期，降低成本。 d)易于實現(xiàn)自動化定位、夾緊，并有利于防止切削落于定位基面上。 “三平面”定位方法的特點是： a)可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。 b)有同時加工零件兩個表面的可能，能高度集中工序 。]8[ 被加工零件為 ZH1105 柴油機氣缸體屬箱體類零件，本工序加工為三面同時 加工，加工工序集中、精度要求高，故選用“三平面”定位方法，采用“三平 面”定位方法，能夠保證工件的加工孔位置精度要求，同時便于工件裝夾，又 ZH1105C 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床設(shè)計（夾具設(shè)計