組合專機-S195柴油機機體三面粗鏜組合機床及夾具設計

組合專機-S195柴油機機體三面粗鏜組合機床及夾具設計,組合,專機,s195,柴油機,機體,三面粗鏜,機床,夾具,設計 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文）1 緒論組合機床是根據(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一種高效的專用機床。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，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。組合機床的通用部件和標準件約占70-80%,這些部件是系列化的,可以進行成批生產(chǎn).其余20-30%的專用部件是由被加工零件的形狀,輪廓尺寸,工藝和工序來決定,如夾具,主軸箱,刀具和工具等. 組合機床是一種自動化或半自動化的機床.無論是機械電氣或液壓電氣控制的都能實現(xiàn)自動循環(huán).半自動化的組合機床,工人只要將工件裝夾好,按一下按鈕,機床即可自動進行加工,加工一個循環(huán)停止.自動化的組合機床,工人只要將工件放到料斗或上料架上,機床即可連續(xù)不斷的進行工作.由于通用部件已標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應用，并可用來組成自動生產(chǎn)線。組合機床一般用于加工箱體類或特殊形式的零件。加工時，工件一般不旋轉，由刀具的旋轉運動和刀具與工件的相對進給運動來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削端面、切削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工圓和端面等。有的組合機床采用車削頭夾持工件使之旋轉，由刀具作進給運動，也可實現(xiàn)某些回轉體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。二十世紀70年代以來，隨著可轉位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補償技術的發(fā)展，組合機床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達0.05毫米1000毫米，表面粗糙度可低達2.50.63微米；鏜孔精度可達IT76級，孔距精度可達O.03O.02微米。專用機床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機床中某些部件因重復使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機床。最早的組合機床是1911年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機床制造廠都有各自的通用部件標準。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用和維修，1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協(xié)商，確定了組合機床通用部件標準化的原則，即嚴格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對部件結構未作規(guī)定。通用部件按功能可分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。動力部件是為組合機床提供主運動和進給運動的部件。主要有動力箱、切削頭和動力滑臺。支承部件是用以安裝動力滑臺、帶有進給機構的切削頭或夾具等的部件，有側底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等。輸送部件是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉工作臺、環(huán)形分度回轉工作臺、分度鼓輪和往復移動工作臺等。控制部件是用以控制機床的自動工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺等。輔助部件有潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。30多年來，我國組合機床通用部件經(jīng)歷了一個從無到有、從點到面、從低到高的逐步發(fā)展的歷史時期。進入90年代，組合機床行業(yè)加快發(fā)展，行業(yè)的整體實力和新產(chǎn)品的質量及水平有了顯著的提高。目前的現(xiàn)狀的是：a.組合機床制造技術由過去的以加工為主的單機及自動線想綜合成套方向轉化。b.組合機床的控制技術由傳統(tǒng)的程序控制技術向數(shù)控、計算機管理與監(jiān)控方向發(fā)展。c.組合機床的開發(fā)設計手段由過去的人工設計，轉向計算機輔助設計。組合機床行業(yè)雖然取得了較大的進步與發(fā)展，但是，在制造技術高速發(fā)展的今天，由于基礎薄弱，從整體上看，與國外先進水平、與國內(nèi)用戶的要求還存在著一定的差距，主要表現(xiàn)在：產(chǎn)品可靠性較差；可調(diào)可變性差；缺少必要的適應多品種加工的新品種；系列化、通用化、模塊化程度低，致使制造周期過長，滿足不了用戶要求。80年代以來，國外組合機床技術在滿足精度和效率要求的基礎上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機床的加工精度、多品種加工的柔性以及機床配置的靈活多樣方面均有新的突破性發(fā)展，實現(xiàn)了機床工作程序軟件化，工序高度集中，高效短節(jié)拍和多種功能的自動監(jiān)控。組合機床技術的發(fā)展趨勢是：廣泛應用數(shù)控技術；發(fā)展柔性技術；發(fā)展綜合自動化技術；進一步提高工序集中程度。設計師們在開展任何一種產(chǎn)品的設計時，都要運用自己的思維，力求創(chuàng)新，使產(chǎn)品具有較高的競爭性。組合機床的設計思想是：以組合機床的特點和特性為設計思想；以用戶為目標的設計思想；滿足產(chǎn)品批量大、高效自動化要求的設計思想；組合機床應重視和加強技術配套工作；重視提高機床的剛性，確保機床的工作穩(wěn)定可靠；從新型刀具、新材料的應用出發(fā)，提高切削用量，提高機床工作效率；不斷提高組合機床的精度；縮短機床的制造周期。組合機床的設計分為四個階段：工藝方案的分析制訂；機床配置型式和結構方案的分析確定；組合機床總體設計；組合機床的部件設計。組合機床的設計，目前基本上有兩種方式：其一，是根據(jù)具體加工對象的特征進行專門設計，這是當前最普遍的做法。其二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人和技術人員總結出生產(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，可設計成通用部件，而且一些行業(yè)在完成一定工藝范圍內(nèi)的組合機床是極其相似的，有可能設計為通用機床，這種機床稱為“專能組合機床”。這種組合機床不需要每次按具體加工對象進行專門設計和生產(chǎn)，而是設計成通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按被加工零件的具體需要，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備。為了使組合機床能在中小批量生產(chǎn)中得到應用，往往需要應用成組技術，把結構和工藝相似的零件集中在一臺組合機床上加工，以提高機床的利用率。這類機床常見的有兩種，可換主軸箱式組合機床和轉塔式組合機床。組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結構、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。本設計主要針對原有的S195機體左、右、后三個面上13個孔多工序加工、生產(chǎn)率低、位置精度誤差大的問題而設計的，從而保證孔的位置精度、提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強度。夾具部分的設計，首先，在完成對組合機床的總體設計并繪制出“三圖一卡”的基礎上，繪制夾具設計的裝配圖；夾具設計是組合機床設計中的重要部分，夾具設計的合理與否，直接影響到被加工零件的加工精度等參數(shù)。首先確定工件的定位方式，然后進行誤差分析，確定夾緊方式，夾緊力的計算，對夾具的主要零件進行結構設計。在夾具設計中，設計的主要思路是把原有的手動夾緊改為液壓夾緊方式，這樣設計主要優(yōu)點是：液壓油油壓高、傳動力大，在產(chǎn)生同樣原始作用力的情況下，液壓缸的結構尺寸比氣壓小了許多，液壓油的不可壓縮性可使夾具剛度高，工作平穩(wěn)、可靠，液壓傳動噪聲小，勞動條件比氣壓的好。解決了手動夾緊時夾緊力不一致、誤差大、精度低、工人勞動強度大等缺點。 整個設計過程是艱辛的，在設計過程中必須考慮各方面的問題。由于所學的知識只是一些最基本的機械常識，因此，在設計過程中，還要查閱大量的相關資料，以補充自己的不足之處。首先，要有豐富的實踐經(jīng)驗。整個設計，僅靠一些參考資料是遠遠不夠的，這樣設計出來的組合機床只是結構完美，外形美觀，但實用性差，在實習期間與企業(yè)工程技術人員共同討論，積累了一些寶貴的實踐經(jīng)驗。其次，運用兩年來所學的專業(yè)知識，針對現(xiàn)實中遇到的實際情況，做到舉一反三。整個設計過程不僅涉及到以前所學的知識，還涉及到一些新的概念，這就要求我們一邊溫習以前的知識，一邊還要學習新的知識，可以說，整個設計過程就是我們不斷復習和學習的過程。第三，通過自身的努力，理論聯(lián)系實際，從合理性、經(jīng)濟性、工藝性、實用性及對被加工零件的具體要求對現(xiàn)有機床進行研究和分析，找出可以進行改進的地方，通過反復推敲對比，擬訂較為合理的三面鏜孔組合機床的總體方案。在設計過程中，由于組合機床大部分是由標準零件構成，另外一些非標準件盡量適應工廠的生產(chǎn)條件，使加工和維修方便，大大減少了設計工作量。限于本人知識水平有限，又沒有工作的實踐經(jīng)驗，本設計中定存在不到之處，敬請老師同學批評指正，提出寶貴意見，以便及時糾正。2 組合機床總體設計組合機床加工刀具是借助于鉆模板和鉆模架，與通用機床及專用機床相比，它具有： 1、縮短設計制造周期；2、投資少、成本低、經(jīng)濟效果好；3、提高生產(chǎn)率。我國有一個柴油機廠做個這樣一個分析，由于用組合機床加工，生產(chǎn)率比用萬能機床提高了610倍。4、工作可靠，便于維持，自動化程度高。5、產(chǎn)品質量穩(wěn)定，不要求技術高的操作工人。6、便于產(chǎn)品更新，改變加工對象時，通用部件可重復使用，只廢掉專用部件。生產(chǎn)類型分析此次設計的三面粗鏜組合機床，用于粗鏜S195柴油機機體，屬于大批量生產(chǎn)。所以在設計時應注意到盡量使加工簡單，但又不影響加工質量。這是組合機床設計最重要的一步，工藝方案的制定正確與否，將確定機床能否達到重量輕、體積小、結構簡單、使用方便、效率高、質量好的要求，為使工藝方案先進合理，我們認真分析了S195柴油機機體工序圖，要求加工S195柴油機機體面加工，認真分析總結設計制造使用單位和操作者豐富的實踐經(jīng)驗，基本確定機體在組合機床上能夠完成的工藝內(nèi)容及方法。2.1 總體方案論證本設計的加工對象為S195柴油機機體，材料是HT200,硬度170-220HBS。2.1.1 工藝方案的擬定A.本機床加工零件特點該加工零件為S195柴油機機體，材料HT200，其硬度為170220HBS。在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完畢。B.本機床加工工序及加工精度被加工零件在本組合機床上完成的工序及加工精度，是制定機床工藝方案的主要依據(jù)。本機床加工零件的工序內(nèi)容：鉆、擴、鏜左面、右面、后面的孔，由本設備“S195柴油機機體三面粗鏜組合機床”完成，因此，本設備的主要功能是完成柴油機機體左、右、后三個面上13個孔的加工。具體加工內(nèi)容是：右側面：鏜曲軸孔192、75，擴平衡軸孔250，鉆凸輪軸孔34；左側面：擴平衡軸孔250，凸輪軸孔45，鉆起動軸孔36，調(diào)速軸孔24；后面：鏜缸套孔115，108，107。位置公差為0.30mm。粗糙度為：鏜孔，鉆、擴。本次設計技術要求:a.機床應能滿足加工要求，保證加工精度；b.機床運轉平穩(wěn)，工作可靠，結構簡單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整；c.機床盡可能用通用件（中間底座可自行設計）以便降低制造成本；d.機床各動力部件用電氣控制，液壓驅動。2.1.2 機床配置型式的選擇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，安裝、調(diào)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。此外，S195柴油機機體的結構為臥式長方體，從裝夾的角度來看，臥式平放比較方便，也減輕了工人的勞動強度。通過以上的比較，考慮到臥式床身振動小，裝夾方便等優(yōu)點，選用臥式組合機床。2.1.3 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。從而收到減少機床臺數(shù)的效果。A.定位基準的選擇本機床加工為單工位加工，也就是一次安裝下進行13個孔的的加工，其定位基準選擇：機體的底面定位限制3個自由度，側面定位限制2個自由度，端面定位限制1個自由度，這種定位的特點是：a.可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得可靠的定位；b.能同時加工工件三個端面上的全部孔，即能高度集中工序，又有利于提高三端面孔的位置精度；c.本定位基準有利于保證柴油機機體的加工精度，使機床的許多部件實現(xiàn)通用化，有利于縮短設計制造周期、降低成本。B.確定夾緊位置在選擇定位基準的同時，要相應的決定夾壓位置，本設計采用液壓夾緊，夾緊部位為剛性較好的筋板上，即機體的上表面，目的為了減少機體夾緊變形誤差，應注意的問題：a.保證零件夾壓后的穩(wěn)定；b.盡量減少和避免零件夾壓后變形。2.1.4 滑臺型式的選擇本組合機床采用的是液壓滑臺。與機械滑臺相比較，液壓滑臺具有如下優(yōu)點：在相當大的范圍內(nèi)進給量可以無級調(diào)速；可以獲得較大的進給力；由于液壓驅動，零件磨損小，使用壽命長；工藝上要求多次進給時，通過液壓換向閥，很容易實現(xiàn)；過載保護簡單可靠；由行程調(diào)速閥來控制滑臺的快進轉工進，轉換精度高，工作可靠。但采用液壓滑臺也有其弊端，如：進給量由于載荷的變化和溫度的影響而不夠穩(wěn)定；液壓系統(tǒng)漏油影響工作環(huán)境，浪費能源；調(diào)整維修比較麻煩。本課題的加工對象是S195柴油機機體左、右、后三個面上的13個孔，位置精度和尺寸精度要求較高，因此采用液壓滑臺。由此，根據(jù)已定的工藝方案和機床配置形式并結合使用及修理等因素，確定機床為臥式三面單工位液壓傳動組合機床，液壓滑臺實現(xiàn)工作進給運動，選用配套的動力箱驅動主軸箱鏜、擴、鉆孔主軸。2.2 確定切削用量及選擇刀具2.2.1 選擇切削用量對于13個被加工孔，采用查表法選擇切削用量，從1P130表6-11、P131表6-13、P132表6-15中選取。由于鉆孔的切削用量還與鉆孔深度有關，隨孔深的增加而逐漸遞減，其遞減值按1P131表6-12選取。降低進給量的目的是為了減小軸向切削力，以避免鉆頭折段。鉆孔深度較大時，由于冷卻排屑條件都較差，是刀具壽命有所降低。降低切削速度主要是為了提高刀具壽命，并使加工較深孔時鉆頭的壽命與加工其他淺孔時鉆頭的壽命比較接近。擴孔、鏜孔安表正常選取。A.對右側面上4個孔的切削用量的選擇a.平衡軸孔12 250，通孔，l=17mm 由d4060，硬度大于170220HBS，選擇v=1018m/min,f0.30.4mm/r,又d=50mm,取定v=15.7m/min,f=0.395mm/r,則由文獻1公式: (2-1) 得:n=100015.7/50=100r/min b.曲軸孔3 192，通孔，l=20mm 由于硬度大于170220HBS，選擇v=3550m/min,f0.41.5mm/r,又d=192mm,取定v=48m/min,f=0.51mm/r,則n=100048/192=80r/minc.凸輪軸孔6 34,通孔，l=26mm 由d2250，硬度大于170220HBS，選擇v=1018m/min,f0.250.4mm/r,又d=34mm,取定v=13.5m/min,f=0.31mm/r,則n=100013.5/34=130r/minB.對左側面上5個孔的切削用量的選擇a.平衡軸孔12 250，通孔，l=18mm 由d4060，硬度大于170220HBS，選擇v=1018m/min,f0.30.4mm/r,又d=50mm,取定v=14.1m/min,f=0.385mm/r,則n=100014.1/50=90r/minb.起動軸孔4 36，通孔，l=30mm 由d2250，硬度大于170220HBS，選擇v=1018m/min,f0.250.4mm/r,又d=36mm,取定v=14.7m/min,f=0.27mm/r,則n=100014.7/36=130r/minc.調(diào)速軸孔5 24，通孔，l=34mm 由d2250，硬度大于170220HBS，選擇v=1018m/min,f0.250.4mm/r,又d=24mm,取定v=10.5m/min,f=0.25mm/r,則n=100010.5/24=140r/mind.凸輪軸孔6 45，通孔，l=26mm 由d4060，硬度大于170220HBS，選擇v=1018m/min,f0.30.4mm/r,又d=45mm,取定v=14.1m/min,f=0.35mm/r,則n=100014.1/45=100r/minC.對后面上的孔的切削用量的選擇缸套孔7 115、108為階梯孔、107孔，通孔，l=27.5mm，l=30mm,由于硬度大于170220HBS，選擇v=3550m/min,f0.41.5mm/r,又取d=115mm,取定v=35m/min,f=0.65mm/r,則n=100035/115=97r/min(孔的編號見被加工零件工序圖)2.2.2 計算切削力、切削扭矩及切削功率根據(jù)文獻1表6-20中公式鉆孔： (2-2) (2-3) (2-4)擴孔： (2-5) (2-6)鏜孔： (2-7) (2-8) (2-9) (2-10)式中， F切削力（N）；T切削轉矩（N）；P切削功率（Kw）；v切削速度（m/min）；f進給量（mm/r）；D加工（或鉆頭）直徑（mm）；ap切削深度（mm）（ap=1.25mm）；HB布氏硬度，在本設計中， ，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)分別可得：右面 單根 3軸 Fz=1729.4N Fx=424.9N T=177582.0Nmm P=1.356Kw Fz=1729.4N Fx=424.9N T=64850.9Nmm P=0.532Kw12軸 F=201.0N T=6850.5Nmm P=0.070Kw6軸 F=8396.0N T=76808.1Nmm P=0.997Kw左面 單根 12軸 F=198.97N T=6711.4Nmm P=0.062Kw4軸 F=7959.8N T=76837.9Nmm P=1.026Kw5軸 F=4989.6N T=33531.1Nmm P=0.480Kw6軸 F=191.5N T=5746.24Nmm P=0.059Kw后面 單根 7軸 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(軸編號與孔編號相對應)總的切削功率：即求各面上所有軸的切削功率之和。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實際切削功率根據(jù)1，P=(1.52.5)Pw,因為是多軸加工，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 選擇刀具結構一臺機床刀具選擇是否合理，直接影響機床的加工精度、生產(chǎn)率及工作情況。根據(jù)S195柴油機機體的三面加工尺寸精度、表面粗糙度，切削的排除及生產(chǎn)率要求等因素。所以粗加工機體的缸套孔118H10、111H8、110H7,曲軸孔195H7、78H7的刀具采用硬質合金組成的鏜刀；加工平衡軸孔M7，凸輪軸孔47H7的刀具采用高速鋼錐柄擴孔鉆，加工調(diào)速軸孔25V7,起動軸孔37H7，凸輪軸孔35H7的刀具采用高速鋼標準錐柄長麻花鉆。2.3 組合機床總體設計三圖一卡2.3.1 被加工零件工序圖被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案，表示所設計的組合機床（或自動線）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。除了設計研制合同外，它是組合機床設計的具體依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)整和檢驗機床精度的重要文件。2.3.2 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系，機床的工作行程及工作循環(huán)等。A.刀具的選擇刀具直徑的選擇應與加工部位尺寸、精度相適應?？?-50、45分別選擇刀具50、45的擴孔鉆；孔24、36、34分別選擇刀具24、36、34的麻花鉆；孔192、75、115、108、107分別選擇鏜刀刀具截面為BB=1616、2020mm。B.導向結構的選擇在組合機床加工孔時，除用剛性主軸的方案外，其尺寸和位置精度主要是靠刀具的導向裝置來保證的。導向裝置的作用是：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。a.本課題中加工的13個孔中，鉆、擴孔的導向部分直徑較小，導向表面旋轉線速度均小于20m/min,所以導向裝置選用固定導套，且采用單導向。鏜孔導向直徑較大，旋轉線速度較高（大于20m/min）,采用旋轉導向（利于減輕磨損和持久保證精度），且采用雙導向。b.導向參數(shù)的選擇：導套直徑、導向長度及導向套到工件端面距離，導向長度可按經(jīng)驗公式 L=(Z-3)d來確定。導向套端面至工件端面距離是為了排削方便，一般取11.5d 。對于加工調(diào)速軸孔24、凸輪軸孔34、起動軸孔36孔，選擇的導套尺寸分別為：D=35mm，D1=46mm，D2=45mm，l=55mm， l1=65，配用的螺釘M8。D=45mm, D1=56mm，D2=55mm，l=65mm， l1=75，配用的螺釘M10。D=55mm, D1=71mm，D2=70mm，l=75mm， l1=85，配用的螺釘M10。對于加工平衡軸孔50，凸輪軸孔45選擇的導套尺寸為：D=70mm，D1=90mm，D2=84mm， l=78mm，l1=94，配用的螺釘M10。D=62mm，D1=82mm，D2=76mm， l=78mm，l1=94，配用的螺釘M10。對于加工曲軸孔192、75，缸套孔115、108、107選擇的導套分別為：內(nèi)滾式導向結構，外滾式導向結構。具體見加工示意圖。 C.確定主軸、尺寸、外伸尺寸在該課題中，主軸用于鉆、擴、鏜孔，選用滾珠軸承主軸及滾錐主軸。又因為浮動卡頭與刀具剛性連接，所以這些主軸屬于長主軸。故本課題中的主軸為滾珠、滾錐軸承長主軸。根據(jù)由選定的切削用量計算得到的切削轉矩T，由文獻1公式: (2-11)式中，d軸的直徑（）；T軸所傳遞的轉矩（Nm）； B系數(shù)，本課題中主軸為非剛性主軸，取B=6.2。由公式(2-11)可得：軸3 d=40.25軸12 d=17.84軸6 d=32.64軸12 d=17.75軸4 d=32.64軸5 d=26.53軸6 d=17.07軸7 d=36.44考慮到安裝過程中軸的互換性、安裝方便等因素， 3軸、7軸軸徑取為60； 1、2軸，6軸和5軸軸徑取為30mm；4軸，6軸軸徑取為35mm。根據(jù)主軸類型及初定的主軸軸徑，查1P44表3-6可得到主軸外伸尺寸及接桿莫氏圓錐號。主軸軸徑d=60時，主軸外伸尺寸為：,L=135；接桿莫氏圓錐號為4。主軸軸徑d=30時，主軸外伸尺寸為：,L=115；接桿莫氏圓錐號為3。主軸軸徑d=35時，主軸外伸尺寸為：,L=115；接桿莫氏圓錐號為3。D.動力部件工作循環(huán)及行程的確定a.工作進給長度的確定工作進給長度，應等于加工部位長度L（多軸加工時按最長孔計算）與刀具切入長度和切出長度之和。切入長度一般為510，根據(jù)工件端面的誤差情況確定。鉆、擴、鏜孔時切出長度按表3-7分別取為 1015mm 510mm 計算。式中，d為鉆頭直徑。三面加工孔的工作進給長度為：右主軸箱:一工進Li=36+8+9=53,二工進Li=7,左主軸箱：Li=L1+L+L2=34+6+15=55,后主軸箱：一工進Li=30,Li=50，二工進Li=10b.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340，225和88及122mm。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400mm，280， 300mm。d.動力部件總行程的確定動力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。三面的前備量均取40，后備量分別取560mm，80， 290mm。則總行程分別為1000mm，400， 630mm .E.選擇接桿、浮動卡頭 在鉆、擴、鉸孔及倒角等加工孔時，通常都采用接桿（剛性接桿），因為主軸箱各主軸的外伸長度和刀具均為定植。為保證主軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置需采用軸向可調(diào)動的接桿來協(xié)調(diào)各軸軸向長度，以滿足同時加工完成空的要求。同時鏜攏加工時采用浮動卡頭連接。2.3.3機床尺寸聯(lián)系總圖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1公式: (2-12)式中，各主軸所需的 向切削力，單位為N。則根據(jù)公式(2-12)可得：右主軸箱 左主軸箱 后主軸箱 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大于。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，由表5-1，左、右、后三面的液壓滑臺均選用1HY40IA，1HY40IIIA，1HY40IIA型。臺面寬400mm，臺面長800mm,行程長分別為400mm，1000mm，630mm?；_及滑座總高360mm,滑座長分別為1240mm，1840mm，1470mm。允許最大進給力20000N，快速行程速度6.3m/min，工進速度12.5500mm/min。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1公式: (2-13) 式中, 消耗于各主軸的切削功率的總和（Kw）； 多軸箱的傳動效率,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，被加工零件材料為灰鑄鐵，屬黑色金屬，又主軸數(shù)量不多、傳動不復雜，故取。右主軸箱：則據(jù)公式(2-13)得:左主軸箱：則據(jù)公式(2-13)得:后主軸箱：則據(jù)公式(2-13)得:根據(jù)液壓滑臺的配套要求，滑臺額定功率應大于電機功率的原則，查文獻1表5-38得出動力箱及電動機的型號:表2-1動力箱性能動力箱型號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)右主軸箱1TD40VY132M2-65.5960480左主軸箱1TD40VY132M2-65.5960480后主軸箱1TD40IIY132M-47.51440720c.配套通用部件的選擇側底座1CC401，其高度H=560，寬度B=600，長度：I型L=1350，II型L=1580mm，III型L=1950mm。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面到地面的垂直距離。本課題中，工件最低孔位置，主軸箱最低主軸高度，所選滑臺與滑座總高，側底座高度，夾具底座高度，中間底座高度，綜合以上因素，該組合機床裝料高度取H=1000。C.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。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，可按下式計算： 式中，b工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（）；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（）；最低主軸高度（）。其中，還與工件最低孔位置（）、機床裝料高度（H=1000）、滑臺滑座總高（）、側底座高度（）、滑座與側底座之間的調(diào)整墊高度（）等尺寸有關。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，本組合機床按式計算，得： 。,取，則求出主軸箱輪廓尺寸： 根據(jù)上述計算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定主軸箱輪廓尺寸為BH=630500。2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡單件工時3.674min/件A.理想生產(chǎn)率Q（件/h）理想生產(chǎn)率是指完成年生產(chǎn)綱領（包括備品及廢品率）所要求的機床生產(chǎn)率。用文獻 (2-14)計算，式中， A年生產(chǎn)綱領（件），本課題中A=50000件； 全年工時總數(shù)，本課題以兩班16小時計，則。則據(jù)公式(2-14)得: B.實際生產(chǎn)率Q1（件/h）實際生產(chǎn)率是指所設計的機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。即文獻 (2-15) 式中，生產(chǎn)一個零件所需時間（min）。則據(jù)公式(2-15)得: C.機床負荷率機床負荷率為理想生產(chǎn)率與實際生產(chǎn)率之比。即文獻 (2-16) 則據(jù)公式(2-16)得: 表2-2 生產(chǎn)率計算卡被加工零件圖號-毛坯種類鑄件名稱柴油機機體毛坯重量材料HT200硬度170220HBS 工序名稱左右后面鉆擴鏜孔工序號序號工步名稱被加工零件數(shù)量加工直徑(mm)加工長度(mm)工作行程(mm)切削速度(m/min)每分鐘轉速(r/min)進給量(mm/r)進給速度(mm/min) 工時(min)機加工時間輔助時間共計1裝卸工件11.51.52右滑臺快進34063000.054左滑臺快進22563000.036后滑臺快進8863000.014后滑臺快進12263000.0193右多軸箱工進(鏜孔3#)5348800.51401.3251.325右多軸箱工進(擴孔1、2#)5315.71000.395401.3251.325右多軸箱工進(鉆孔6#)5313.51300.31401.3251.3254左多軸箱工進(擴孔1、2#)5514.1900.385351.5711.571左多軸箱工進(鉆孔4#)5514.71300.27351.5711.571左多軸箱工進(鉆孔5#)5510.51400.25351.5711.571左多軸箱工進(擴孔6#)5514.11000.35351.5711.571后多軸箱工進(鏜孔7#)3035970.65630.4760.476備注后多軸箱工進(鏜孔7#)5035970.65630.7940.7945右滑臺快退40063000.0630.063左滑臺快退28063000.0440.044后滑臺快退30063000.0480.048裝卸工件時間取決于操作者熟練程度,本機床計算時取1.5min總計3.674min單件工時3.674min機床生產(chǎn)率20件/h機床負荷率54.35%3 夾具設計3.1夾具設計的基本要求和步驟3.1.1夾具設計的基本要求A.保證工件的加工精度；保證工件的加工精度是夾具設計的最基本要求。其關鍵在于，正確地確定定位方案、夾緊方案和刀具導向方式，合理地設計夾具的尺寸、公差和技術要求，必要時應進行誤差的分析和計算。B.能提高機械加工的勞動生產(chǎn)效率、降低工件的制造成本； 夾具設計的總體方案應與生產(chǎn)綱領相適應。在大批量生產(chǎn)時，應盡量采用各種快速、高效的結構、自動裝置和先進的控制方法，以縮短輔助時間，提高生產(chǎn)率；在中心批量生產(chǎn)中，則要求在滿足夾具功能的前提下，盡量使夾具結構簡單，容易制造，以降低夾具的制造成本。C.結構簡單，操作方便、安全和省力； 夾具的操作要盡量做到結構簡單、方便、省力，盡可能采用氣動、液壓及其他機械化夾緊裝置、以減輕工人的勞動強度。并可較好地控制夾緊力。夾具操作位置應符合操作工人的習慣，必要時應有安全保護裝置，以確保使用安全。D.便于排屑 夾具的排屑是一個容易忽視的問題，如果排屑功能不好，切屑積集在夾具中，會破壞工件正確的定位；切屑帶來的大量熱量會引起夾具和工件的熱變形，影響加工質量；切屑的的清掃又會增加輔助時間，降低生產(chǎn)率。切屑積集嚴重時，還會損傷刀具以致造成設備事故或工傷事故。因此，排屑問題在夾具設計時必須給予充分的注意，在設計高效組合機床夾具時尤為重要。E.有良好的結構工藝性 夾具的結構應簡單、合理，便于加工、裝配、檢驗和維修，應盡可能選用標準元件和標準結構。 夾具設計是一種相互關聯(lián)的工作，通常是在參閱有關資料的情況下，按加工要求構思出設計方案，繪制出圖樣，經(jīng)修改后確定夾具的結構。3.1.2夾具設計的步驟A.設計前的準備a.分析產(chǎn)品零件工序圖、毛坯圖及裝配圖，分析零件的作用、形狀、結構特點、材料及毛坯制造精度及技術要求；b.分析零件的加工工藝規(guī)程，工藝裝備設計任務書，對任務書所提出的要求進行可行性研究；c.了解所用機床的規(guī)格、性能、精度以及與夾具連接部分結構的聯(lián)系尺寸；d.了解所用刀具、量具結構、規(guī)格以及測量及對刀調(diào)整方法；e.了解零件的生產(chǎn)綱領、投產(chǎn)批量及生產(chǎn)組織等有關問題；收集有關設計資料。B.擬定夾具結構方案設計在分析各種原始資料的基礎上，確定夾具的類型、定位設計、夾緊方式、導向方案 、連接方式、總體布局和夾具的結構形式。繪制方案設計圖，進行工序精度分析，對動力夾緊裝置進行夾緊力的計算。C.審核檢查夾具的各項功能是否符合設計要求。D.總體設計根據(jù)所定方案繪制夾具裝配圖，應將夾具的工作原理、結構和各種元件的裝配關系表達清楚。用雙點畫線繪制工件外形輪廓。合理選擇材料，標注尺寸、公差和技術要求。E.夾具零件設計F.夾具的裝配、調(diào)試和驗證3.2定位方案的確定3.2.1零件的工藝性分析S195柴油機機體材料為HT200，其硬度為HB170220，在本工序之前柴油機氣缸體的六個主要表面已加工完畢。本道工序右面：鏜曲軸孔192、75，擴平衡軸孔250，鉆凸輪軸孔34，位置度要求0.30mm；左面：擴平衡軸孔250，凸輪軸孔45，鉆起動軸孔36，調(diào)速軸孔24，位置度要求0.30mm；后面：鏜缸套孔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。 A.“一面兩孔”的定位方法 它的特點是：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，使零件整個工藝過程基準統(tǒng)一，從而減少由基準轉換帶來的累積誤差，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。B.“三平面”定位方法 它的特點是：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。被加工零件為S195柴油機機體屬箱體類零件，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，又有利于夾具的設計與制造。定位方案如圖3-1所示：圖3-1 夾具方案圖該方案定位原理：選底面為定位基準面，用定位板與底面接觸，缸尾用一圓柱定位銷，右側面使用平壓板輔助夾緊及定位，上面使用壓板液壓夾緊。3.2.3誤差分析由于一批零部件在夾具上定位時，各個工件所占據(jù)的位置不完全一樣，加工后，各工體的加工尺寸必然大小不一，形成誤差。用夾具裝夾工件進行機械加工時，其工藝系統(tǒng)中影響工件精度的因素很多，與夾具有關的因素如圖3-2所示：圖3-2 誤差分析圖A.分別計算加工端面尺寸326.950.15的誤差和垂直度為0.06mm這兩項誤差。a.定位誤差a) 基準不重合誤差b) 基準位移誤差在機械加工系統(tǒng)中無影響加工精度的其他因素，加工尺寸326.950.15的定位誤差為0，即=0。垂直度0.06的定位誤差=0。b.對刀誤差因為刀具相對于對刀或導向元件的位置不精確而造成的加工誤差。c.夾具的安裝誤差，因為夾具在機床上的安裝不精確而造成的加工誤差。本組合機床的夾具的安裝基面為平面，因而沒有安裝誤差。d.夾具誤差因為夾具上的定位元件，對刀元件或導向元件及安裝基面三者間（包括導向件和導向元件之間）的位置不精確而造成的加工誤差，它的大小取決與夾具零件的加工精度和夾具裝配時的調(diào)整與修配精度。e.加工方法誤差因為機床精度，刀具精度，刀具與機床的位置精度，工藝系統(tǒng)的受力變形和受熱變形等因素造成的加工誤差，所以根據(jù)經(jīng)驗為它留出工件公差的1/3，計算可得： =/3 (3-1)加工尺寸326.950.15的加工方法誤差為=0.1/3=0.03mm，而垂直度為0.06的加工誤差為0。f.保證加工精度的條件工件在夾具中加工時，總加工的誤差為上述各項誤差之和。由于上述誤差均為獨立的隨機變量，應用概率法疊加，因此保證工件加工精度的條是： =即工件的總加工誤差應不大于工件的加工尺寸誤差，為保證夾具有一定的使用壽命，防止夾具因為磨損而過早的報廢，在分析計算工件加工精度時，需保留出一定的精度儲備量J，因此上式改寫為：將上述計算的加工精度值列為表3-1。表3-1 誤差分析表誤差計算 加工要求誤差名稱326.95垂直度為0.06mm000.0420.00500 0.010.02 0.0330 0.0570.021 J0.0430.079由上表可知，該夾具能滿足各項精度要求，且具備一定的精度儲備。B.分別計算加工尺寸：5220.25和位置度為0.300mm的誤差a.定位誤差：加工尺寸5220.25的定位誤差=0；位置度0.300mm的定位誤差0.100mm =0.100mmb.對刀誤差：加工尺寸5220.25和加工尺寸326.950.15的對刀誤差一樣，=0.042mm；位置度0.300mm的對刀誤差=0.042mmc.夾具安裝誤差=0d.夾具誤差：影響5220.25的夾具誤差為底面對側面的誤差=0.060mm；影響位置度0.300mm的夾具誤差為0.1mme.加工方法誤差：加工尺寸=0.033；位置度0.300mm的=0.047將上述數(shù)據(jù)列為表3-2。誤差加工 加工要求誤差系數(shù)加工尺寸5220.25位置度0.300mm 00.1mm0.0420.042mm000.140.06mm0.0330.047mm0.0970.132mmJ0.0030.008mm表3-2 誤差分析表由上表可知，該夾具能滿足工件的各項精度要求，且具備一定的精度儲備。分析位置度為0.400mm的加工誤差，因為為mm已經(jīng)滿足加工精度要求，因此該位置度為0.400mm一定能滿足加工精度要求。3.2.4導向裝置導向裝置的作用在于保證刀具對于工件的正確位置；保證各刀具相互間的正確位置和提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。固定式導套有三個元件組成：壓套螺釘，可換導套和中間套。導套的主要參數(shù)包括：導套的直徑和公差配合，導套的長度，導套至工件端面的距離。導套的配合間隙對于孔的位置精度有很大的影響，為了提高位置精度，應適當提高導套的制造精度和選用較緊的配合。S195柴油機三面粗鏜組合機床的導套數(shù)量很多，在檢驗機床的總裝精度時，不是逐次的全部檢查每個部位上主軸與導套間的不同軸度，而是適當?shù)剡x取兩個孔位距離較遠的導套作為檢查部位，因此在設計時應注意相應位置的部位選用導套，使中間套的長度與其孔位之比L/D3，以便使該孔可靠的插入檢驗棒，作為機床總裝時檢查主軸與導套間的不同軸度時使用。S195柴油機三面粗鏜孔組合機床要求位置精度相對較高，通?？蛇_mm，而且應使導套盡量接近加工表面，力求選用較高的精度和較緊的配合，一般采用長導套。在夾具上安裝導向裝置，裝配技術要求包括：導向孔中心至工件定位基面的距離允差，各導向裝置相應的導向孔的不同軸度允差，各導向裝置上相應的導向孔的中心連線對工件定位基面的不平行度允差以及各導向孔中心連線對夾具定位的位置精度。S195柴油機機體的三面粗鏜組合機床的刀具導向裝置設計在鏜模板上的，由于是大批生產(chǎn)，所以采用可換式導套，是刀具在導套內(nèi)工作。導套的配合間隙對于孔的位置精度有較大的影響。為了提高加工的精度，應選擇較緊的配合。導套結構如圖3-3所示：圖3-3 導套結構圖3.3夾緊方案的確定3.3.1夾緊裝置的確定A.夾緊裝置的組成本設計中夾緊裝置采用機械夾緊裝置，由力源裝置、中間傳力機構、夾緊元件三部分組成。其組成部分的相互關系，如圖3-4的方框圖所示：機動夾緊裝置 力源裝置中間傳力機構夾緊元件工件圖 3-4 夾緊裝置組成的方框圖B.夾緊裝置設計的基本要求a.緊過程中，不改變工件定位后占據(jù)的正確位置。b.緊力的大小要可靠和適當，既要保證工件在整個加工過程中位置穩(wěn)定不變，振動小，又要使工件不產(chǎn)生于過大的夾緊變形。c.夾緊裝置的自動化和復雜程度應與生產(chǎn)綱領想適應，在保證生產(chǎn)率的前提下，其結構要力求簡單，以便于制造和維修。d.緊裝置的操作應當方便、安全、省力。C.夾緊裝置的選擇通常應用的機械夾緊裝置有氣壓裝置和液壓裝置兩種，各有其優(yōu)越性，要根據(jù)實際情況來選擇用哪種裝置。a.氣壓裝置氣壓裝置以壓縮空氣為力源，應用比較廣泛，與液壓相比有以下優(yōu)點：a) 動作迅速，反應快。氣壓為0.5MPa時，氣缸活塞速度為110m/s，夾具每小時可連續(xù)松夾上千次。b) 工作壓力低（一般為0.40.6MPa）。傳動結構簡單，對裝置所用材料及制造精度要求不高，制造成本低。c) 空氣粘度小，在管路中的損失較少，便于集中供應和遠距離輸送，易于集中操縱或程序控制等。d) 空氣可就地取材，容易保持清潔，管路不易堵塞，也不會污染環(huán)境，具有維護簡單，使用安全、可靠、方便等特點。主要缺點是空氣壓縮性大，夾具的剛度和穩(wěn)定性較差；在產(chǎn)生相同原始作用的條件下，因工作壓力低，其動力裝置的結構尺寸大。此外，還有較大的排氣噪聲。b.液壓裝置液壓裝置的特點是：