ZH1105柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计（夹具设计）【毕业论文+CAD图纸全套】

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 0 油机气缸体三面粗镗组合机床总体及夹具设计 摘 要： 柴油机气缸体是大批量生产的零件。为了提高生产效率，满足被加工零件的精度要求，本课题设计了一台用于 油机气缸体三面粗镗孔的组合机床。本文介绍了该组合机床总体设计和夹具设计的思路，全文共分两个部分。首先是总体设计，采用单工位三面粗镗孔组合机床，考虑的因素有刀具、切削用量、切削力、切削扭矩及切削功率等，通过计算选择主轴直径、外伸尺寸、接杆型号、滑台、动力箱等通用部件，再确定动力部件的工作循环及工作行程，完成机床总体设计。其次是夹具设计， 通过对被加工零件的全面分析，采用三面定位和固定镗模板可换导套导向；夹紧装置采用液压夹紧机构，直接夹紧与工件上；夹具体为框架式结构，有良好的刚性，使夹具能长期保持可靠的精度和稳定性。该组合机床不仅能保证加工精度，还能提高加工效率。整个机床布局合理，夹紧可靠，精度较高，使用操作方便，提高了工作效率，达到了设计要求。 关键词： 气缸体；组合机床；粗镗；夹具 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 of of in of is In to of is a is to of of of of is as so as so by of to be of of of is it on to of is of is is is 城工学院本科生毕业设计说明书 2007 2 目 录 1前言 1 2 组合机床总体设计 3 合机床 工艺 方案 的制定 3 准面 的分析 3 3 定机床完成工艺时的一些限制 3 合机床配置型式的选择 3 3 择机床配置型式和结构方案的一些问题 3 4 削用量 4 算切削力、切削扭矩及切削功率 6 10 三图一卡 10 10 工示意图 11 系图 13 16 3 夹具设计 18 18 18 18 19 19 位方案的论证 19 20 22 22 22 24 缸的选择 25 26 4结论 27 参考文献 28 致谢 29 附录 30 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 1 前言 组合机床是根据加工需要，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专用机床。组合机床主要用 于平面加工和孔加工。平面加工包括铣平面、车端面、刮平面；孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹等。组合机床最适宜于加工各种大中型箱体类零件，如气缸体、气缸盖、变速箱体等零件。目前，组合机床在汽车、拖拉机、仪器仪表、军工及缝纫机、柴油机、纺织、航空等部门，应用越来越普遍。组合机床主要适用于棱体类零件和杂体的孔面加工，生产效率高，研制周期短，便于设计、制造和使用维修，配置灵活，且自动化程度高，劳动强度低。在将来，组合机床将向五个方面发展：高速化、高精度化、复合化、 高科技含量化以及环保化。同时，在自动化 方面，将会进一步提高 1 。 组合机床的设计，目前基本上有两种情况：其一，是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计，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，广大工人总结自己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“专能组合机床” 2 。这种组合机床就不需要每 次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是可以设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工的零件的具体需要，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。 在组合机床设计过程中，为了降低组合机床的制造成本，应尽可能地使用通用件和标准件。目前，我国设计制造的组合机床，其通用部件和标准件约占部件总数的 70 80%，其它 20 30%是专用零部件 1 。考虑到近年来，各种通用件和标准件都出台了新的标准及标注方法，为了方便以后组合机床的维修，整个组合机床的通用件和 标准件配置，都采用了新标准。 本毕业设计课题是 油机气缸体三面钻镗孔组合机床的设计，来源于江动集团江淮动力股份有限公司。本组合机床有四人完成，本人将进行总体及夹具设计。组合机床的设计过程包括前期调研，总体设计，技术设计和工作设计。总体设计，包括工艺分析、定位基准的选择、滑台型式的选择、通过选择切削用量选择刀具；还需编制“三图一卡”，即加工工序图，加工示意图，机床联系尺寸图，生产率计算卡。技术设计就是根据总体设计已经确定的“三图一卡”，设计主轴箱等专用部件正式总图；工作设计即绘制各个专用部件的施工 图样，编制各零部件明细表 1 。 夹具设计是组合机床设计中的一个重要组成部分，是按照某一道工序的加工要求，把一些事先制造好的标准件和部件进行组装而成的夹具，夹具通常由使用单位根据要求自行设计和制造，适用于产品固定且批量较大的生产中。其设计过程主要包括：对机床总体设计方案的论证、定位夹紧方案的论证、定位误差分析、夹紧力的计算、夹紧缸的选用。本组合机床夹具属于专用夹具，其定位装置、夹盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 4 紧装置、夹具体、导向装置和其它一些元件，均为自行设计、加工。在设计中，尽量考虑使用 标准件和通用件，来缩短设计周期，减少机床后续改造的零件报废率，提高经济效益。 通过设计，本组合机床能满足加工需求，保证加工精度，机床运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整。各动力部分采用了电器控制，使用操作方便。提高了工作效率，预计能达到设计要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 2组合机床总体设计 2 1 组合机床工艺方案的制定 艺基面的分析 选择工艺基面和夹压部位是制定工艺方案的极其重要的问题 。 工艺基面选择的正确，将能实现最大限度的工序集中， 从而减少机床台数，也是保证加工精度的重要条件。 工工艺的分析 分析被加工零件的工艺，亦是制定工艺方案的极其重要的问题，我们要认真的分析被加工零件加工工艺的需要和组合机床完成工艺的可能，正确的确定组合机床的加工方案。 定机床完成工艺时的一些限制 a. 孔间中心距的限制 在确定组合机床完成工艺时，要考虑可同时加工的最小孔中心距。由于主轴箱的主轴结构的设备导向的需要，所以近距离孔能否在同一多轴箱上同一工位加工受其限制。 b. 工件结构工艺性不好的限制 有些工件结构工艺性不好，如箱体 多层壁上的同轴线的孔径中间大两头小时，则进刀困难。当孔径大于 50，可采用让刀的办法。多层壁同轴孔，为便于布置中间导向装置，孔中心离箱体侧壁间距离也应够。 2 2 组合机床配置型式的选择 2 2 1 组合机床的配置型式 组合机床有大型和小型两种，大、小型组合机床虽有其共性，但又都有其特殊性。无论是适用范围，配置型式，通用部件和驱动方式都各有特点。 a工位组合机床 单工位组合机床通常是用于加工一个或两个工件，特别适合用于大中型箱体的加工。根据配置动力部件的数量，这类机床可以从单面或同时从几个方面对工 件进行加工 3 。 b工序组合机床 很多组合机床是按工件能够变位来配置的，工件的变位有手动和机动的方式。这类机床工序集中程度高，如回转多工位机床的辅助时间和机动时间相重合，生产效率高，适用于大批量生产、需要多部位加工的中小零件。 2 2 2 选择机床配置型式和结构方案的一些问题： A. 被加工零件的特点对配置型式和结构方案的影响 a加工精度要求的影响； 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 6 b机床生产率的影响； c被加工零件的大小、形状、加工部位特点的影响。 B. 机床配置型式和结构方 案应注意的其它问题 a 适当提高工序集中程度 在确定机床的配置型式和结构方案时，要合理 解决工序集中的问题。在一个动力头上安装多轴，同时加工多孔来集中工序，是组合机床最基本的方法，在一台机床上主轴数量有达 150 根左右的。但是，也不应当无限制的增加主轴数量，要考虑到动力头及主轴箱的性能和尺寸，并保证调整和更换刀具的方便性。 b 注意排除切削和操作使用的方便性 在多工位机床上应特别注意前一道工序遗留在孔中的切屑对后一道工序的影响。在选择多面机床时，应慎重考虑操作的方便性，要合适的确定装料高度，对于加工一 般箱体件带固定式夹具的机床，一般采取 850 毫米，对于较小的工件可稍高一些。 c夹具形式对机床方案的影响 选择机床配置型式时要考虑夹具结构的实现可能性和工作的可靠性。在决定加工一个工件的成套机床或流水线上个机床的型式时，还应当注意，使机床与夹具的形式尽量一致，尤其是粗精加工机床。这样不仅有利于保证加工精度，而且便于设计、制造和维修，也提高了机床之间的通用化程度 4 。 定切削用量及选择刀具 择切削用量 16个被加工孔中，由于既有钻孔加 工又有镗孔加工，所以选择切削用量时应综合考虑，钻孔切削用量从文献 5的 130页 表 6孔切削用量从文献 5的 130页表 6于钻孔的切削用量与钻孔深度有关，随孔深的增加而逐渐递减，其递减值按文献 5的 131 页表 6孔时，降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避免钻头折断，降低切削速度主要是为了提高刀具寿命。 A对右侧面上 5个孔的切削用量的选择：保证进给速度相等 ： 孔 . 由 d 22度大于 190择 v=10f r,又 d=定 v=f=r,则由文献 5的 43页知 d 1000（ 2 得： n=1000 154r/： 孔 由 d 22度大于 190择 v=10f r,又 d=定 v=f=r,则由 d 1000买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 得： n=1000 230r/、 2： 于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁， v=35f考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取 v=35m/f=r，则 d 1000=1000 35/ ： 于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁， v=35f考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取 v=40m/f=r，则 d 1000=1000 40/225r/ B对左侧面上 4个孔的切削用量的选择：由 于分两次进给，要同时考虑进给速度和转速，两次进给转速要相同，同次进给保证进给速度相同 ： 于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁， v=35f考虑到刀具寿命 ,加工余量应取小一点，故加工 第一次进给主要加工 定 v=50m/r,则 d 1000=1000 50/82r/ 第二次进给要 同时镗 虑到轴向切削力，进给量应选小一点 ,取定 v=r，则 d 1000=1000 95r/ 、 2： 2 于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁， v=35f考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取定 5m/r，则 d 1000=1000 35/ 同轴转速相同，进给速度一致，取定 5m/r 孔 由 d 22度大于 190择 v=10f r,又 d=定第一次进给 r,则 d 1000=1000 157r/ 同轴转速相同，进 给速度一致，取定 r C对后面上 1个孔的切削用量的选择 镗孔： 115/ 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 8 由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，在 v=35f虑转速和进给速度的一直性，取定 v=36/40/45m/ 第一次进给，取定 r；第二次进给 ,取定 r，则d 1000=1000 155r/ （孔的编号见被加工零件工序图） 算切削力、切削扭矩及切削功率 根据文献 5的 134页表 6 （ 2 9740（ 2 根据文献 5的 134页表 6 （ 2 （ 2 p （ 2 61200（ 2 式中， F、 N）； N）； m/ mm/r）； 钻头）直径（ 得 23。 由以上公式可得： 右面 1、 2轴 p 63149 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 61200 4轴 90128 9740 1 28 5轴 9740 2 3 35 6 轴 p 61200盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 10 左面 1、 2轴 2 22 2 p 61200 3轴 孔径 p 7 3 2 0 0 66 1 2 0 033 孔径 p 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 3 6轴 0 . 7 5 0 . 5 55 1 . 43 3 0 9 . 6a f H 1 . 2 0 . 6 5 1 . 10 . 5 13 3 3 . 7a f H 3 3 0 9 . 6 1 7 . 9 0 . 9 6 86 1 2 0 0 6 1 2 0 0 W 后面 孔径为 p 2 0 0 3 46 1 2 0 0 孔径为 115p 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 12 0193661200 孔径为 5 9 2 0 0 3 66 1 2 0 0 (轴编号与孔编号相对应 ) 择刀具结构 根据加工精度、工件材料、工件条件、技术要求等进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理地选择刀具。只要所选工艺方案可以采用刚性较好的镗杆，还是采用镗削方法，这是因为镗刀制造简单，刃磨方便。 当被加 工孔直径在 40上时，组合机床上多采用镗削加工，其加工精度可高达 1。 直径小于 40，选用钻削方法，钻头选用高速钢修磨棱带及横刃钻头。镗孔选用合金镗刀头。 直径大于 40，选用镗削方法，刀具材料为硬质合金。当加工阶梯孔时，选用阶梯杆，由于多刀加工，扭矩较大，所以要选用强度较好的刀杆材料：40 合机床总体设计 三图一卡 加工零件工序图 A被加工零件工序图的作用和内容 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重要依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件的基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括： 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 形状和尺寸。 压部位及夹紧方向。 度、表面粗糙度、形 位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。 号、材料、硬度以及加工部位的余量。 B. 绘制被加工零件工序图的规定及注意事项 应按一定的比例，绘制足够的视图以及剖面；本工序加工部位用粗实线表示；定位用定位基准符号表示，并用下标数表明消除自由度符号；夹紧用夹紧符号表示，辅助支承用支承符号表示。 a) 本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。 b) 对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析。 c) 当本工序有特殊要求 时必须注明。 图 2 图 2 被加工零件工序图 工示意图 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. 导向结构的选择 组合机床钻孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提高刀 具系统的支承刚性。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 14 本课题中镗孔采用旋转套导向，钻孔采用固定套导向。 B. 确定主轴、尺寸、外伸尺寸 在该课题中，主轴既有用于镗孔又有用于钻孔，镗孔选用滚锥轴承主轴，钻孔选用滚珠轴承主轴。镗孔时主轴与刀具采用浮动卡头连接，主轴属于短主轴；钻孔时主轴与刀具采用接杆连接，主轴属于长主轴。 根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩 T，由文献 5的 43页公式 4 10 式中， d 轴的直径（）； T 轴所传递的转矩（ N m）； B 系数，本课题中镗孔主轴为刚性主轴，取 B=孔主轴为非刚性主轴，取 B= 由公式可得： 左面 轴 1 d=30 取定 d=40 轴 2 d=30 取定 d=40 轴 4 d= 取定 d=40 轴 6 d= 取定 d=40 右面 轴 1、 2 d=37 取定 d=40 轴 4 d=34 取定 d=35 轴 5 d=28 取定 d=30 轴 6 d=35 取定 d=45 后面 轴径 d=55 轴径实际设计时确定 根据主轴类型及初定的主轴轴径，文献 5的 44页表 3锥主轴轴径 d=40时，主轴外伸尺寸为：D/7/48,L=135。滚锥主轴轴径 d=35时，主轴外伸尺寸为：D/0/36,L=115。滚珠主轴轴径 d=30时，主轴外伸尺寸为：D/0/36,L=115；接杆莫氏圆锥号为 4。滚珠主轴轴径 d=30时，主轴外伸尺寸为： D/0/36,L=115 ；接杆莫氏圆锥号为 3。 C. 选择 接杆、浮动卡头 在钻孔时，通常都采用接杆（刚性接杆） ,各主轴的外伸长度和刀具均为定值，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时加工完成孔的要求；镗孔时，采用浮动连接。 D. 动力部件工作循环及行程的确定 工 的确定 工作进给长度 L 工 ，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 2之和。切入长度一般为 5根据工件端面的误差情况确定；镗孔时，切出长度一般为 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 当采用复合刀具时 ,应根据具体情况决 定。所以得出以下结果 : 左主轴箱：工进长度 :55主轴箱：工进长度 :95主轴箱：工进长度 :128mm 快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置。初步选定三个主轴箱上刀具的快速进给长度分别为 215， 255和 125 。 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，三面快速退回长度分别为 270 ， 35053 2 930后主轴箱端面n=150r/8018212轴承 80 2 圈805 滚 动 轴 承 6 2 1 3 2768 195r/54r/30r/2r/57r/3 1 7 0 2 0 0 1 8 0 2 1 0 1 0 5 1 8 075 1 6 0?60?198156986?855022335?45?6520475 135?22?26?70706418251965 200?706?856?44110 245005?466?30225252426 26?1428 2622?706?856220 2051357510130 30630?2506?60615?20?15?20?30?706?6063734430滚动轴承图 2 加工示意图 床尺寸联系总图 A. 选择动力部件 根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力，按文献 5的 62 页公式 多轴箱 计算。 式中， 各主轴所需的 向切削力，单位为 N。 则 右主轴箱： 2 3 3 6 5 5 8 1 . 1 3 7 5 7 . 4 3 3 6 1 0 3 4 6 . 5 多 主 轴 箱盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 16 左主轴箱： 2 3 3 6 1 4 6 5 2 2 . 5 2 3 3 3 . 7 1 6 7 4 . 2 2 多 主 轴 箱后主轴箱： 5 2 3 4 5 2 4 5 2 1 4 2 7 多 主 轴 箱 实际上 ,为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于 F。又考虑到所需的最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作的稳定性，由文献 5的 91页表 5、右、后面分别选用机械滑台 面宽 400面长 800台及滑座总高为 320许最大进给力为 20000N；其相应的侧底座型号分为 11 由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和切削P，根据文献 5的 47页公式计算： 切削多轴箱 式中 , 切削P 消耗于各主轴的切削功率的总和（ ； 多轴箱的传动效率 ,加工黑色金属时取 工 轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值。本课题中，被加工零件材料为灰铸铁，属黑色金属，又主轴数量较多、传动复杂，故取 5。 右主轴箱： 0 . 8 5 6