ZS175柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计方案

ZS175柴油机机体三面钻削组合机床总体及夹具设计摘要：柴油机机体是大批量生产的零件，为了提高加工精度和生产效率，需要设计一种组合机床来改善柴油机机体的加工情况。本课题设计了一台用于ZS175柴油机机体三面钻孔的组合机床。全文共有两部分，组合机床的总体设计和夹具设计。首先是总体设计，采用单工位三面钻孔组合机床，其中有加工对象工艺性的分析,机床总体布局的确定，定位基准的选择，滑台型式的选择，切削用量和刀具的选择，机床的总体设计。其次是夹具设计，通过对被加工零件的全面分析，在夹具设计过程中，采用后面、左面、下面三面定位，左面和后面用定位销定位,下面用定位条定位.上面用液压缸夹紧,右面用液压缸辅助夹紧；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：组合机床；夹具；钻削本设计来自:完美毕业设计网1-3"\h\z\u1前言 1HYPERLINK\l”_Toc232476283”2组合机床总体设计 3HYPERLINK\l”_Toc232476284"2.1总体方案论证 32。1。1工艺路线的确立 32。1.2机床配置型式的选择 32。1.3定位基准的选择 4HYPERLINK\l”_Toc232476288"2.1。4滑台型式的选择 4HYPERLINK\l”_Toc232476289”2.2切削用量的确定及刀具选择 4HYPERLINK\l”_Toc232476290"2.2.1选择切削用量 4HYPERLINK\l”_Toc232476291"2.2.2切削力、切削扭矩及切削功率的计算 6HYPERLINK\l”_Toc232476292”2。3组合机床总体设计-三图一卡 82。3.3机床尺寸联系总图 12HYPERLINK\l”_Toc232476296"2。3.4机床生产率计算卡 143夹具设计 17HYPERLINK\l”_Toc232476298"3.1概述 17HYPERLINK\l”_Toc232476299”3。1.1零件的工艺性分析 17HYPERLINK\l”_Toc232476300"3。1。2夹具设计的基本要求 173.2定位方案的确定 183。3.1影响加工精度的因素 19HYPERLINK\l”_Toc232476307”3.3.2保证加工精度的条件 20HYPERLINK\l”_Toc232476308”3。4。1夹紧装置的确定 21HYPERLINK\l”_Toc232476309"3.4.2夹紧力的确定 22HYPERLINK\l”_Toc232476310"3。4。3夹紧液压缸的选择 23HYPERLINK\l”_Toc232476311"3。5导向装置的选择 24HYPERLINK\l”_Toc232476312"3。5.1钻套型式的选择和设计 24HYPERLINK\l”_Toc232476313"3。5.2钻模板的类型和设计 254结论 27HYPERLINK\l”_Toc232476316”参考文献 28HYPERLINK\l”_Toc232476317"致谢 29HYPERLINK\l”_Toc232476318”附录 301前言组合机床以其独特的优点在机械设计中占有重要的地位,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。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。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备.它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业.在当今的发展趋势中，一台组合机床如果不能完成全部的工艺过程，这时往往把几台机床布置流水线，大大缩短了加工时间。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等.组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步,一种新型的组合机床——柔性组合机床越来越受到人们的青睐,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器、数字控制等，能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床.组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面，加强数控技术的应用，提高组合机床产品数控化率;另一方面，进一步发展新型部件，尤其是多坐标部件,使其模块化、柔性化，适应可调可变、多品种加工的市场需求。组合机床行业的产品技术现状与激烈竞争的市场以及与用户需求之间的差距是比较大的，在市场经济的新形势下,切实解决存在的薄弱环节，完善售后服务体系，以求得行业企业的大发展，前景是美的.目前，组合机床经常出现在工艺方案中[1]。国内组合机床近几年取得了长足的进步，但是与发达国家相比，在产业结构、产品水平、开发能力、产业规模、制造技术水平、劳动生产率、国内外市场占有率等诸多方面尚存在不少差距.在组合机床方面，总体水平不高，国际竞争力不强，不能充分满足国内建设需要，关键技术过分依赖国外，自主发展能力薄弱,高技能人才的比较优势有弱化的危险，产品质量不稳定,用户服务水平差距较大.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。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，我们整个组合机床设计中尽量采用新标准的通用件和标准件配置。本次设计组合机床的目的就是用来提高其生产效率和加工精度。本课题是ZS175柴油机机体三面钻削组合机床设计,来源于江淮动力集团。本次设计分总体设计、夹具设计、左主轴箱设计、后主轴箱设计以及右主轴箱设计三部分。我主要负责夹具部分的设计，总体设计由我和另外三位同学共同完成。通过阅读刘文剑[2］、杨黎明[3］以及许爱玲[4］有关夹具方面的材料，发现夹具设计是组合机床设计中的重要组成部分，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。所以我在设计中参考了组合机床设计参考图册［5]以及赵志修［6]、徐锦康[7］、鲁屏宇［8]等人的书籍。本说明书以设计卧式三面钻削组合机床为主线,阐述了刀具的选择和夹具设计的过程。在第2章中着重介绍了组合机床的总体设计。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的机床配置型式。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总体方案论证2.1.1工艺路线的确立A.本机床被加工零件特点该加工零件为柴油机机体。材料HT250，其硬度为HB190-240，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工序及加工精度本道工序：钻左面、右、后三面的孔，由本设备“气缸体三面钻削组合机床”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15个孔的加工。具体加工内容及加工精度是：a)左面5个孔：钻削3×φ6、φ8、φ4的孔,表面粗糙度12。5，各孔位置度公差为φ0。02mm。b)右面5个孔：钻削4×φ4、φ3的孔，表面粗糙度12.5，各孔位置度公差为φ0。02mm。c）后面5个孔：钻削3×φ4、2×φ10孔，表面粗糙度12。5,各孔位置度公差为φ0。02mm。2。1.2机床配置型式的选择根据选定的工艺方案确定机床的配置型式,并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案,以确保零件的精度、技术要求及生产率，又要考虑机床操作方便可靠,易于维修，且润滑、冷却、排屑情况良好。对同一个零件的加工，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采取哪种方案时，绝不能草率,要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进行多种方案的对比，从中选择最佳方案.各种形式的单工位组合机床,具有固定式夹具，通常可安装一个工件，特别适用于大、中型箱体类零件的加工。根据配置动力部件的型式和数量，这种机床可分为单面、多面复合式。利用多轴箱同时从几个方面对工件进行加工.但其机动时间不能与辅助时间重合，因而生产率比多工位机床低。组合机床有大型和小型两种，大、小型组合机床，虽有共性，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各有特点.大型组合机床的配置型式，主要有单工位组合机床和多工位组合机床两大类.单工位组合机床通常是用于加工一个或两个工件，特别适用于大中型箱体件的加工.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面对工件进行加工。毕业实习时，我看到的柴油机机体加工在卧式单面组合机床上进行,我任务中的被加工零件与其加工零件较相似，于是我认真分析了被加工零件的结构特点、加工要求、生产率和工艺过程方案等，又由组合机床的特点及适应性，确定设计的组合机床的配置型式为单工位卧式三面钻组合机床。2。1。3定位基准的选择箱体零件的定位方案一般有两种,“一面两销”和“三平面”定位方法。A.“一面两销”的定位方法的特点是：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）“一面两销”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。在选择定位基准时,应尽量选择设计基准作为定位基准，即遵循基准统一原则。通过对零件的分析，最后选择柴油机机体的底面作为定位的基准面，这样就有利于保证了被加工孔相互间的位置精度。柴油机机体要很好的固定在机床上，就必须限制六个自由度，这样才可以保持加工精度。根据切削力的方向和夹具夹紧力的方向，选择柴油机机体的底面确立一个平面来限制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,这样就更能保证工件的加工精度.在本次设计中我们采用的就是“三平面"定位。2。1。4滑台型式的选择本组合机床采用的是液压滑台。机械滑台没有液压驱动的管路、泄露、噪声和液压占地的问题,但只能有级变速，变速比较麻烦,没有可靠的过载保护。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ZS175柴油机机体左、右、后三个面上的15个孔，为了提高加工效率,故采用液压滑台.2。2切削用量的确定及刀具选择2.2。1选择切削用量对于15个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从文献[9]P.130表6-11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,其递减值按文献［9］P.131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。切削用量选择是否合理,对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的布局形式及正常工作均有很大影响。组合机床多轴箱上所以的刀具共用一个进给系统,通常为标准动力滑台.查文献［9]得硬度HB190-240时,高速钢钻头的切削用量如表2-1：表2—1高速钢钻头切削用量加工材料加工直径（mm）切削速度(m/min）进给量(mm/r）铸铁200～241HBS1～610~180。05～0。1>6～12>0.1~0。18A。对左面5个孔的切削用量选择：a）钻孔1、2、3：Φ6孔，h=10mm查上表高速钻头切削用量得：由d=1—6,硬度大于200—241HBS，选择v=10～18m/min，f＞0。05～0。1mm/r,取定v=10。48m/min，f=0。1mm/r,则由文献［9]的公式，(2-1）得：n=1000×10。48/(6π)525r/minb)钻孔4:Φ8孔，h=12mm由d＞6-12,硬度大于200—241HBS，选择v=10～18m/min,f＞0。1～0。18mm/r,取定v=13。188m/min，f=0.1mm/r,得：n=1000×13。188/(8π)525r/minc)钻孔5：Φ4孔，h=8由d=1—6，硬度大于200—241HBS，选择v=10～18m/min,f＞0.05～0。1mm/r,取定v=10.26m/min，f=0。058mm/r,得：n=1000×10。26/(4π)900r/minB.对右侧面上5个孔的切削用量的选择：a)钻孔6、7、8、9：Φ4孔，h=8由d=1—6,硬度大于200—241HBS，选择v=10~18m/min，f＞0.05～0.1mm/r,取定v=14.821m/min，f=0。得：n=1000×14.821/（4π）1180r/minb）钻孔10：Φ3孔,h=8mm查上表高速钻头切削用量得：由d=1-6,硬度大于200-241HBS，选择v=10～18m/min，f＞0。05～0。1mm/r，取定v=10.136m/min,f=0.08得：n=1000×10.136/(3π）1076r/minC.对后面上5个孔的切削用量的选择a）钻孔11、12：Φ4孔，h=8m由d=1-6,硬度大于200-241HBS，选择v=10～18m/min，f＞0。05～0.1mm/r，取定v=11.304m/min,f=得：n=1000×11.304/（4π）900r/minb）钻孔13、14、15：Φ10孔，h=12mm由d＞6—12,硬度大于200—241HBS，选择v=10～18m/min，f＞0.1~0.18mm/r,取定v=16.956得:n=1000×16。956/(10π)540r/min2.2.2切削力、切削扭矩及切削功率的计算根据文献［9]表6-20中公式计算钻孔（2-2）（2-3）（2-4）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）；—-切削深度（mm）;D-—加工(或钻头）直径（mm)；HBS--布氏硬度，取HBS=225。由以上公式可得：A.左面a)钻孔1、2、3：Φ6孔，h=10mm=634Nb）钻孔4：Φ8孔，h=12mm==c）钻孔5：Φ4孔，h=8mm==B。右面：a)钻孔6，7，8,9:Φ4孔，h=8mmb）钻孔10：Φ3孔，h=8mmC.后面：a)钻孔11、12、13：Φ4孔,h=8mm b）钻孔14、15：Φ10孔，h=12mm2。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：a）被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸.当需要设置中间导向时，则应把设置中间导向临近的工件内部肋、壁布置及有关结构形状和尺寸表示清楚，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。b）本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。以便据此进行夹具的支承、定位、夹紧和导向等机构设计.c)本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道