毕业设计（论文）-S195柴油机机体三面粗镗组合机床及夹具设计.doc

无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）1 绪论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、多工序、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。组合机床的通用部件和标准件约占70-80%,这些部件是系列化的,可以进行成批生产.其余20-30%的专用部件是由被加工零件的形状,轮廓尺寸,工艺和工序来决定,如夹具,主轴箱,刀具和工具等. 组合机床是一种自动化或半自动化的机床.无论是机械电气或液压电气控制的都能实现自动循环.半自动化的组合机床,工人只要将工件装夹好,按一下按钮,机床即可自动进行加工,加工一个循环停止.自动化的组合机床,工人只要将工件放到料斗或上料架上,机床即可连续不断的进行工作.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、大量生产中得到广泛应用，并可用来组成自动生产线。全套图纸加扣3012250582 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形式的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削端面、切削平面、切削内外螺纹以及加工圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米1000毫米，表面粗糙度可低达2.50.63微米；镗孔精度可达IT76级，孔距精度可达O.03O.02微米。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。30多年来，我国组合机床通用部件经历了一个从无到有、从点到面、从低到高的逐步发展的历史时期。进入90年代，组合机床行业加快发展，行业的整体实力和新产品的质量及水平有了显著的提高。目前的现状的是：a.组合机床制造技术由过去的以加工为主的单机及自动线想综合成套方向转化。b.组合机床的控制技术由传统的程序控制技术向数控、计算机管理与监控方向发展。c.组合机床的开发设计手段由过去的人工设计，转向计算机辅助设计。组合机床行业虽然取得了较大的进步与发展，但是，在制造技术高速发展的今天，由于基础薄弱，从整体上看，与国外先进水平、与国内用户的要求还存在着一定的差距，主要表现在：产品可靠性较差；可调可变性差；缺少必要的适应多品种加工的新品种；系列化、通用化、模块化程度低，致使制造周期过长，满足不了用户要求。80年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性发展，实现了机床工作程序软件化，工序高度集中，高效短节拍和多种功能的自动监控。组合机床技术的发展趋势是：广泛应用数控技术；发展柔性技术；发展综合自动化技术；进一步提高工序集中程度。设计师们在开展任何一种产品的设计时，都要运用自己的思维，力求创新，使产品具有较高的竞争性。组合机床的设计思想是：以组合机床的特点和特性为设计思想；以用户为目标的设计思想；满足产品批量大、高效自动化要求的设计思想；组合机床应重视和加强技术配套工作；重视提高机床的刚性，确保机床的工作稳定可靠；从新型刀具、新材料的应用出发，提高切削用量，提高机床工作效率；不断提高组合机床的精度；缩短机床的制造周期。组合机床的设计分为四个阶段：工艺方案的分析制订；机床配置型式和结构方案的分析确定；组合机床总体设计；组合机床的部件设计。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“专能组合机床”。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。为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。本设计主要针对原有的S195机体左、右、后三个面上13个孔多工序加工、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。夹具部分的设计，首先，在完成对组合机床的总体设计并绘制出“三图一卡”的基础上，绘制夹具设计的装配图；夹具设计是组合机床设计中的重要部分，夹具设计的合理与否，直接影响到被加工零件的加工精度等参数。首先确定工件的定位方式，然后进行误差分析，确定夹紧方式，夹紧力的计算，对夹具的主要零件进行结构设计。在夹具设计中，设计的主要思路是把原有的手动夹紧改为液压夹紧方式，这样设计主要优点是：液压油油压高、传动力大，在产生同样原始作用力的情况下，液压缸的结构尺寸比气压小了许多，液压油的不可压缩性可使夹具刚度高，工作平稳、可靠，液压传动噪声小，劳动条件比气压的好。解决了手动夹紧时夹紧力不一致、误差大、精度低、工人劳动强度大等缺点。 整个设计过程是艰辛的，在设计过程中必须考虑各方面的问题。由于所学的知识只是一些最基本的机械常识，因此，在设计过程中，还要查阅大量的相关资料，以补充自己的不足之处。首先，要有丰富的实践经验。整个设计，仅靠一些参考资料是远远不够的，这样设计出来的组合机床只是结构完美，外形美观，但实用性差，在实习期间与企业工程技术人员共同讨论，积累了一些宝贵的实践经验。其次，运用两年来所学的专业知识，针对现实中遇到的实际情况，做到举一反三。整个设计过程不仅涉及到以前所学的知识，还涉及到一些新的概念，这就要求我们一边温习以前的知识，一边还要学习新的知识，可以说，整个设计过程就是我们不断复习和学习的过程。第三，通过自身的努力，理论联系实际，从合理性、经济性、工艺性、实用性及对被加工零件的具体要求对现有机床进行研究和分析，找出可以进行改进的地方，通过反复推敲对比，拟订较为合理的三面镗孔组合机床的总体方案。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。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。2 组合机床总体设计组合机床加工刀具是借助于钻模板和钻模架，与通用机床及专用机床相比，它具有： 1、缩短设计制造周期；2、投资少、成本低、经济效果好；3、提高生产率。我国有一个柴油机厂做个这样一个分析，由于用组合机床加工，生产率比用万能机床提高了610倍。4、工作可靠，便于维持，自动化程度高。5、产品质量稳定，不要求技术高的操作工人。6、便于产品更新，改变加工对象时，通用部件可重复使用，只废掉专用部件。生产类型分析此次设计的三面粗镗组合机床，用于粗镗S195柴油机机体，属于大批量生产。所以在设计时应注意到尽量使加工简单，但又不影响加工质量。这是组合机床设计最重要的一步，工艺方案的制定正确与否，将确定机床能否达到重量轻、体积小、结构简单、使用方便、效率高、质量好的要求，为使工艺方案先进合理，我们认真分析了S195柴油机机体工序图，要求加工S195柴油机机体面加工，认真分析总结设计制造使用单位和操作者丰富的实践经验，基本确定机体在组合机床上能够完成的工艺内容及方法。2.1 总体方案论证本设计的加工对象为S195柴油机机体，材料是HT200,硬度170-220HBS。2.1.1 工艺方案的拟定A.本机床加工零件特点该加工零件为S195柴油机机体，材料HT200，其硬度为170220HBS。在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完毕。B.本机床加工工序及加工精度被加工零件在本组合机床上完成的工序及加工精度，是制定机床工艺方案的主要依据。本机床加工零件的工序内容：钻、扩、镗左面、右面、后面的孔，由本设备“S195柴油机机体三面粗镗组合机床”完成，因此，本设备的主要功能是完成柴油机机体左、右、后三个面上13个孔的加工。具体加工内容是：右侧面：镗曲轴孔192、75，扩平衡轴孔250，钻凸轮轴孔34；左侧面：扩平衡轴孔250，凸轮轴孔45，钻起动轴孔36，调速轴孔24；后面：镗缸套孔115，108，107。位置公差为0.30mm。粗糙度为：镗孔，钻、扩。本次设计技术要求:a.机床应能满足加工要求，保证加工精度；b.机床运转平稳，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机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成。其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、调试与运输也都比较方便；而且，机床重心较低，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其优点是占地面积小，自由度大，操作方便。其缺点是机床重心高，振动大。此外，S195柴油机机体的结构为卧式长方体，从装夹的角度来看，卧式平放比较方便，也减轻了工人的劳动强度。通过以上的比较，考虑到卧式床身振动小，装夹方便等优点，选用卧式组合机床。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。从而收到减少机床台数的效果。A.定位基准的选择本机床加工为单工位加工，也就是一次安装下进行13个孔的的加工，其定位基准选择：机体的底面定位限制3个自由度，侧面定位限制2个自由度，端面定位限制1个自由度，这种定位的特点是：a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得可靠的定位；b.能同时加工工件三个端面上的全部孔，即能高度集中工序，又有利于提高三端面孔的位置精度；c.本定位基准有利于保证柴油机机体的加工精度，使机床的许多部件实现通用化，有利于缩短设计制造周期、降低成本。B.确定夹紧位置在选择定位基准的同时，要相应的决定夹压位置，本设计采用液压夹紧，夹紧部位为刚性较好的筋板上，即机体的上表面，目的为了减少机体夹紧变形误差，应注意的问题：a.保证零件夹压后的稳定；b.尽量减少和避免零件夹压后变形。2.1.4 滑台型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S195柴油机机体左、右、后三个面上的13个孔，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，确定机床为卧式三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镗、扩、钻孔主轴。2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 选择切削用量对于13个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从1P130表6-11、P131表6-13、P132表6-15中选取。由于钻孔的切削用量还与钻孔深度有关，随孔深的增加而逐渐递减，其递减值按1P131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，是刀具寿命有所降低。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。扩孔、镗孔安表正常选取。A.对右侧面上4个孔的切削用量的选择a.平衡轴孔12 250，通孔，l=17mm 由d4060，硬度大于170220HBS，选择v=1018m/min,f0.30.4mm/r,又d=50mm,取定v=15.7m/min,f=0.395mm/r,则由文献1公式: (2-1) 得:n=100015.7/50=100r/min b.曲轴孔3 192，通孔，l=20mm 由于硬度大于170220HBS，选择v=3550m/min,f0.41.5mm/r,又d=192mm,取定v=48m/min,f=0.51mm/r,则n=100048/192=80r/minc.凸轮轴孔6 34,通孔，l=26mm 由d2250，硬度大于170220HBS，选择v=1018m/min,f0.250.4mm/r,又d=34mm,取定v=13.5m/min,f=0.31mm/r,则n=100013.5/34=130r/minB.对左侧面上5个孔的切削用量的选择a.平衡轴孔12 250，通孔，l=18mm 由d4060，硬度大于170220HBS，选择v=1018m/min,f0.30.4mm/r,又d=50mm,取定v=14.1m/min,f=0.385mm/r,则n=100014.1/50=90r/minb.起动轴孔4 36，通孔，l=30mm 由d2250，硬度大于170220HBS，选择v=1018m/min,f0.250.4mm/r,又d=36mm,取定v=14.7m/min,f=0.27mm/r,则n=100014.7/36=130r/minc.调速轴孔5 24，通孔，l=34mm 由d2250，硬度大于170220HBS，选择v=1018m/min,f0.250.4mm/r,又d=24mm,取定v=10.5m/min,f=0.25mm/r,则n=100010.5/24=140r/mind.凸轮轴孔6 45，通孔，l=26mm 由d4060，硬度大于170220HBS，选择v=1018m/min,f0.30.4mm/r,又d=45mm,取定v=14.1m/min,f=0.35mm/r,则n=100014.1/45=100r/minC.对后面上的孔的切削用量的选择缸套孔7 115、108为阶梯孔、107孔，通孔，l=27.5mm，l=30mm,由于硬度大于170220HBS，选择v=3550m/min,f0.41.5mm/r,又取d=115mm,取定v=35m/min,f=0.65mm/r,则n=100035/115=97r/min(孔的编号见被加工零件工序图)2.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率根据文献1表6-20中公式钻孔： (2-2) (2-3) (2-4)扩孔： (2-5) (2-6)镗孔： (2-7) (2-8) (2-9) (2-10)式中， F切削力（N）；T切削转矩（N）；P切削功率（Kw）；v切削速度（m/min）；f进给量（mm/r）；D加工（或钻头）直径（mm）；ap切削深度（mm）（ap=1.25mm）；HB布氏硬度，在本设计中， ，得HB=203。由以上公式(2-2,2-3,2-4,2-5,2-6,2-7,2-8,2-9,2-10)分别可得：右面 单根 3轴 Fz=1729.4N Fx=424.9N T=177582.0Nmm P=1.356Kw Fz=1729.4N Fx=424.9N T=64850.9Nmm P=0.532Kw12轴 F=201.0N T=6850.5Nmm P=0.070Kw6轴 F=8396.0N T=76808.1Nmm P=0.997Kw左面 单根 12轴 F=198.97N T=6711.4Nmm P=0.062Kw4轴 F=7959.8N T=76837.9Nmm P=1.026Kw5轴 F=4989.6N T=33531.1Nmm P=0.480Kw6轴 F=191.5N T=5746.24Nmm P=0.059Kw后面 单根 7轴 Fz=2674.4N Fx=497.5N T=119277.9Nmm P=1.529Kw Fz=2674.4N Fx=497.5N T=112017.5Nmm P=1.442Kw Fz=2674.4N Fx=497.5N T=110980.3Nmm P=1.425Kw(轴编号与孔编号相对应)总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和。右面 Pw=1.356+0.0702+0.997+0.532=3.025Kw左面 Pw=0.0622+1.026+0.480+0.059=1.689Kw后面 Pw=1.529+1.442+1.425=4.396Kw实际切削功率根据1，P=(1.52.5)Pw,因为是多轴加工，故取定: P右=1.53.025=4.538Kw P左=21.689=3.378Kw P后=1.54.396=6.594Kw2.2.3 选择刀具结构一台机床刀具选择是否合理，直接影响机床的加工精度、生产率及工作情况。根据S195柴油机机体的三面加工尺寸精度、表面粗糙度，切削的排除及生产率要求等因素。所以粗加工机体的缸套孔118H10、111H8、110H7,曲轴孔195H7、78H7的刀具采用硬质合金组成的镗刀；加工平衡轴孔M7，凸轮轴孔47H7的刀具采用高速钢锥柄扩孔钻，加工调速轴孔25V7,起动轴孔37H7，凸轮轴孔35H7的刀具采用高速钢标准锥柄长麻花钻。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制定的工艺方案，表示所设计的组合机床（或自动线）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具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。2.3.2 加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.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2-50、45分别选择刀具50、45的扩孔钻；孔24、36、34分别选择刀具24、36、34的麻花钻；孔192、75、115、108、107分别选择镗刀刀具截面为BB=1616、2020mm。B.导向结构的选择在组合机床加工孔时，除用刚性主轴的方案外，其尺寸和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。a.本课题中加工的13个孔中，钻、扩孔的导向部分直径较小，导向表面旋转线速度均小于20m/min,所以导向装置选用固定导套，且采用单导向。镗孔导向直径较大，旋转线速度较高（大于20m/min）,采用旋转导向（利于减轻磨损和持久保证精度），且采用双导向。b.导向参数的选择：导套直径、导向长度及导向套到工件端面距离，导向长度可按经验公式 L=(Z-3)d来确定。导向套端面至工件端面距离是为了排削方便，一般取11.5d 。对于加工调速轴孔24、凸轮轴孔34、起动轴孔36孔，选择的导套尺寸分别为：D=35mm，D1=46mm，D2=45mm，l=55mm， l1=65，配用的螺钉M8。D=45mm, D1=56mm，D2=55mm，l=65mm， l1=75，配用的螺钉M10。D=55mm, D1=71mm，D2=70mm，l=75mm， l1=85，配用的螺钉M10。对于加工平衡轴孔50，凸轮轴孔45选择的导套尺寸为：D=70mm，D1=90mm，D2=84mm， l=78mm，l1=94，配用的螺钉M10。D=62mm，D1=82mm，D2=76mm， l=78mm，l1=94，配用的螺钉M10。对于加工曲轴孔192、75，缸套孔115、108、107选择的导套分别为：内滚式导向结构，外滚式导向结构。具体见加工示意图。 C.确定主轴、尺寸、外伸尺寸在该课题中，主轴用于钻、扩、镗孔，选用滚珠轴承主轴及滚锥主轴。又因为浮动卡头与刀具刚性连接，所以这些主轴属于长主轴。故本课题中的主轴为滚珠、滚锥轴承长主轴。根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩T，由文献1公式: (2-11)式中，d轴的直径（）；T轴所传递的转矩（Nm）； B系数，本课题中主轴为非刚性主轴，取B=6.2。由公式(2-11)可得：轴3 d=40.25轴12 d=17.84轴6 d=32.64轴12 d=17.75轴4 d=32.64轴5 d=26.53轴6 d=17.07轴7 d=36.44考虑到安装过程中轴的互换性、安装方便等因素， 3轴、7轴轴径取为60； 1、2轴，6轴和5轴轴径取为30mm；4轴，6轴轴径取为35mm。根据主轴类型及初定的主轴轴径，查1P44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=60时，主轴外伸尺寸为：,L=135；接杆莫氏圆锥号为4。主轴轴径d=30时，主轴外伸尺寸为：,L=115；接杆莫氏圆锥号为3。主轴轴径d=35时，主轴外伸尺寸为：,L=115；接杆莫氏圆锥号为3。D.动力部件工作循环及行程的确定a.工作进给长度的确定工作进给长度，应等于加工部位长度L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度和切出长度之和。切入长度一般为510，根据工件端面的误差情况确定。钻、扩、镗孔时切出长度按表3-7分别取为 1015mm 510mm 计算。式中，d为钻头直径。三面加工孔的工作进给长度为：右主轴箱:一工进Li=36+8+9=53,二工进Li=7,左主轴箱：Li=L1+L+L2=34+6+15=55,后主轴箱：一工进Li=30,Li=50，二工进Li=10b.快速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。初步选定三个主轴箱上刀具的快速进给长度分别为340，225和88及122mm。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400mm，280， 300mm。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。三面的前备量均取40，后备量分别取560mm，80， 290mm。则总行程分别为1000mm，400， 630mm .E.选择接杆、浮动卡头 在钻、扩、铰孔及倒角等加工孔时，通常都采用接杆（刚性接杆），因为主轴箱各主轴的外伸长度和刀具均为定植。为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置需采用轴向可调动的接杆来协调各轴轴向长度，以满足同时加工完成空的要求。同时镗拢加工时采用浮动卡头连接。2.3.3机床尺寸联系总图A.选择动力部件a.动力滑台型号的选择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1公式: (2-12)式中，各主轴所需的 向切削力，单位为N。则根据公式(2-12)可得：右主轴箱 左主轴箱 后主轴箱 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。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，由表5-1，左、右、后三面的液压滑台均选用1HY40IA，1HY40IIIA，1HY40IIA型。台面宽400mm，台面长800mm,行程长分别为400mm，1000mm，630mm。滑台及滑座总高360mm,滑座长分别为1240mm，1840mm，1470mm。允许最大进给力20000N，快速行程速度6.3m/min，工进速度12.5500mm/min。b.动力箱型号的选择由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和，根据文献1公式: (2-13) 式中, 消耗于各主轴的切削功率的总和（Kw）； 多轴箱的传动效率,加工黑色金属时取0.80.9，加工有色金属时取0.70.8；主轴数多、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，又主轴数量不多、传动不复杂，故取。右主轴箱：则据公式(2-13)得:左主轴箱：则据公式(2-13)得:后主轴箱：则据公式(2-13)得:根据液压滑台的配套要求，滑台额定功率应大于电机功率的原则，查文献1表5-38得出动力箱及电动机的型号:表2-1动力箱性能动力箱型号电动机型号电动机功率(Kw)电动机转速(r/min)输出轴转速(r/min)右主轴箱1TD40VY132M2-65.5960480左主轴箱1TD40VY132M2-65.5960480后主轴箱1TD40IIY132M-47.51440720c.配套通用部件的选择侧底座1CC401，其高度H=560，宽度B=600，长度：I型L=1350，II型L=1580mm，III型L=1950mm。B.确定机床装料高度H 装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。本课题中，工件最低孔位置，主轴箱最低主轴高度，所选滑台与滑座总高，侧底座高度，夹具底座高度，中间底座高度，综合以上因素，该组合机床装料高度取H=1000。C.确定主轴箱轮廓尺寸主要需确定的尺寸是主轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度。主轴箱宽度B、高度H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按下式计算： 式中，b工件在宽度方向相距最远的两孔距离（）；最边缘主轴中心距箱外壁的距离（）；h工件在高度方向相距最远的两孔距离（）；最低主轴高度（）。其中，还与工件最低孔位置（）、机床装料高度（H=1000）、滑台滑座总高（）、侧底座高度（）、滑座与侧底座之间的调整垫高度（）等尺寸有关。对于卧式组合机床， h1要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐，本组合机床按式计算，得： 。,取，则求出主轴箱轮廓尺寸： 根据上述计算值,按主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱轮廓尺寸为BH=630500。2.3.4 机床生产率计算卡单件工时3.674min/件A.理想生产率Q（件/h）理想生产率是指完成年生产纲领（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。用文献 (2-14)计算，式中， A年生产纲领（件），本课题中A=50000件； 全年工时总数，本课题以两班16小时计，则。则据公式(2-14)得: B.实际生产率Q1（件/h）实际生产率是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。即文献 (2-15) 式中，生产一个零件所需时间（min）。则据公式(2-15)得: C.机床负荷率机床负荷率为理想生产率与实际生产率之比。即文献 (2-16) 则据公式(2-16)得: 表2-2 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毛坯重量材料HT200硬度170220HBS 工序名称左右后面钻扩镗孔工序号序号工步名称被加工零件数量加工直径(mm)加工长度(mm)工作行程(mm)切削速度(m/min)每分钟转速(r/min)进给量(mm/r)进给速度(mm/min) 工时(min)机加工时间辅助时间共计1装卸工件11.51.52右滑台快进34063000.054左滑台快进22563000.036后滑台快进8863000.014后滑台快进12263000.0193右多轴箱工进(镗孔3#)5348800.51401.3251.325右多轴箱工进(扩孔1、2#)5315.71000.395401.3251.325右多轴箱工进(钻孔6#)5313.51300.31401.3251.3254左多轴箱工进(扩孔1、2#)5514.1900.385351.5711.571左多轴箱工进(钻孔4#)5514.71300.27351.5711.571左多轴箱工进(钻孔5#)5510.51400.25351.5711.571左多轴箱工进(扩孔6#)5514.11000.35351.5711.571后多轴箱工进(镗孔7#)3035970.65630.4760.476备注后多轴箱工进(镗孔7#)5035970.65630.7940.7945右滑台快退40063000.0630.063左滑台快退28063000.0440.044后滑台快退30063000.0480.048装卸工件时间取决于操作者熟练程度,本机床计算时取1.5min总计3.674min单件工时3.674min机床生产率20件/h机床负荷率54.35%3 夹具设计3.1夹具设计的基本要求和步骤3.1.1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.能提高机械加工的劳动生产效率、降低工件的制造成本； 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.结构简单，操作方便、安全和省力； 夹具的操作要尽量做到结构简单、方便、省力，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。3.1.2夹具设计的步骤A.设计前的准备a.分析产品零件工序图、毛坯图及装配图，分析零件的作用、形状、结构特点、材料及毛坯制造精度及技术要求；b.分析零件的加工工艺规程，工艺装备设计任务书，对任务书所提出的要求进行可行性研究；c.了解所用机床的规格、性能、精度以及与夹具连接部分结构的联系尺寸；d.了解所用刀具、量具结构、规格以及测量及对刀调整方法；e.了解零件的生产纲领、投产批量及生产组织等有关问题；收集有关设计资料。B.拟定夹具结构方案设计在分析各种原始资料的基础上，确定夹具的类型、定位设计、夹紧方式、导向方案 、连接方式、总体布局和夹具的结构形式。绘制方案设计图，进行工序精度分析，对动力夹紧装置进行夹紧力的计算。C.审核检查夹具的各项功能是否符合设计要求。D.总体设计根据所定方案绘制夹具装配图，应将夹具的工作原理、结构和各种元件的装配关系表达清楚。用双点画线绘制工件外形轮廓。合理选择材料，标注尺寸、公差和技术要求。E.夹具零件设计F.夹具的装配、调试和验证3.2定位方案的确定3.2.1零件的工艺性分析S195柴油机机体材料为HT200，其硬度为HB170220，在本工序之前柴油机气缸体的六个主要表面已加工完毕。本道工序右面：镗曲轴孔192、75，扩平衡轴孔250，钻凸轮轴孔34，位置度要求0.30mm；左面：扩平衡轴孔250，凸轮轴孔45，钻起动轴孔36，调速轴孔24，位置度要求0.30mm；后面：镗缸套孔115，108，107，位置度要求0.30mm，垂直度要求0.06mm。3.2.2定位方案的论证箱体零件的定位方案一般有两种，“一面两孔”和“三平面”定位方法。 A.“一面两孔”的定位方法 它的特点是：a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。b.有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。c.“一面双孔”可作为零件从粗加工到精加工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，有利于保证零件的加工精度。同时，使机床各个工序（工位）的许多部件实现通用化，有利于缩短设计、制造周期，降低成本。d.易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切削落于定位基面上。B.“三平面”定位方法 它的特点是：a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。b.有同时加工零件两个表面的可能，能高度集中工序。被加工零件为S195柴油机机体属箱体类零件，本工序加工为三面同时加工，加工工序集中、精度要求高，故选用“三平面”定位方法，采用“三平面”定位方法，能够保证工件的加工孔位置精度要求，同时便于工件装夹，又有利于夹具的设计与制造。定位方案如图3-1所示：图3-1 夹具方案图该方案定位原理：选底面为定位基准面，用定位板与底面接触，缸尾用一圆柱定位销，右侧面使用平压板辅助夹紧及定位，上面使用压板液压夹紧。3.2.3误差分析由于一批零部件在夹具上定位时，各个工件所占据的位置不完全一样，加工后，各工体的加工尺寸必然大小不一，形成误差。用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件精度的因素很多，与夹具有关的因素如图3-2所示：图3-2 误差分析图A.分别计算加工端面尺寸326.950.15的误差和垂直度为0.06mm这两项误差。a.定位误差a) 基准不重合误差b) 基准位移误差在机械加工系统中无影响加工精度的其他因素，加工尺寸326.950.15的定位误差为0，即=0。垂直度0.06的定位误差=0。b.对刀误差因为刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差。c.夹具的安装误差，因为夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差。本组合机床的夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差。d.夹具误差因为夹具上的定位元件，对刀元件或导向元件及安装基面三者间（包括导向件和导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，它的大小取决与夹具零件的加工精度和夹具装配时的调整与修配精度。e.加工方法误差因为机床精度，刀具精度，刀具与机床的位置精度，工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，所以根据经验为它留出工件公差的1/3，计算可得： =/3 (3-1)加工尺寸326.950.15的加工方法误差为=0.1/3=0.03mm，而垂直度为0.06的加工误差为0。f.保证加工精度的条件工件在夹具中加工时，总加工的误差为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立的随机变量，应用概率法叠加，因此保证工件加工精度的条是： =即工件的总加工误差应不大于工件的加工尺寸误差，为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因为磨损而过早的报废，在分析计算工件加工精度时，需保留出一定的精度储备量J，因此上式改写为：将上述计算的加工精度值列为表3-1。表3-1 误差分析表误差计算 加工要求误差名称326.95垂直度为0.06mm000.0420.00500 0.010.02 0.0330 0.0570.021 J0.0430.079由上表可知，该夹具能满足各项精度要求，且具备一定的精度储备。B.分别计算加工尺寸：5220.25和位置度为0.300mm的误差a.定位误差：加工尺寸5220.25的定位误差=0；位置度0.300mm的定位误差0.100mm =0.100mmb.对刀误差：加工尺