裝配圖ZH1105氣缸蓋三面鉆組合機床設計

裝配圖ZH1105氣缸蓋三面鉆組合機床設計,裝配,zh1105,缸蓋,三面鉆,組合,機床,設計 目 錄 1 前言 1 2 組合機床總體設計 3 2.1 總體方案論證 3 2.1.1 加工對象工藝性分析 3 2.1.2 機床配置型式的選擇 3 2.1.3 定位基準的選擇 3 2.2 確定切削用量及選擇刀具 4 2.2.1 選擇切削用量 4 2.2.2 計算切削力、切削扭矩及切削功率 5 2.2.3 刀具耐用度的計算 7 2.2.4 選擇刀具結構 8 2.3 三圖一卡設計 8 2.3.1 被加工零件工序圖 8 2.3.2 加工示意圖 8 2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 10 2.3.4 機床生產率計算卡 12 3 組合機床夾具設計 15 3.1.1 零件的工藝性分析 15 3.1.2 夾具設計的基本要求 15 3.1.3 夾具總體結構構思 16 3.2 定位方案的確定 16 3.2.1 定位方案的論證 16 3.2.2 定位基準的選擇 16 3.2.3 定位的實現方法 16 3.3 誤差分析 18 3.3.1影響加工精度的因素 18 3.3.2保證加工精度的條件 18 3.4 夾緊方案確定 20 3.4.1 夾緊裝置的確定 20 3.4.2 夾緊力的確定 22 3.4.3 夾緊液壓缸的選擇 23 3.5 導向裝置的選擇 24 3.5.1 鉆模套型式的選擇和設計 24 3.5.2 鉆模板的類型和設計 25 3.6 夾具體確定 25 3.7 夾具體三維模型 26 4 結論 30 參考文獻 33 致 謝 34 附 錄 35 1 前言 組合機床是根據工件加工需要,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，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已標準化和系列化，可根據需要靈活配置，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、大量生產中得到廣泛應用，并可用來組成自動生產線。組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質、經濟實用,因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制,它的加工對象主要是生產批量比較大的大中型箱體類和軸類零件(近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額),完成鉆孔、擴孔、鉸孔,加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺,在孔內鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多,有大型組合機床和小型組合機床,有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式,還有多工位回轉臺式組合機床等;隨著技術的不斷進步,一種新型的組合機床——柔性組合機床越來越受到人們的青睞,它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換,配以可編程序控制器(ＰＬＣ)、數字控制(ＮＣ)等,能任意改變工作循環(huán)控制和驅動系統(tǒng),并能靈活適應多品種加工的可調可變的組合機床。另外,近年來組合機床加工中心、數控組合機床、機床輔機(清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線)等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。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。組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結構、縮短生產節(jié)拍；采用數字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。 國內組合機床近幾年取得了長足的進步，但是與發(fā)達國家相比，在產業(yè)結構、產品水平、開發(fā)能力、產業(yè)規(guī)模、制造技術水平、勞動生產率、國內外市場占有率等諸多方面尚存在不少差距。在組合機床方面，總體水平不高，國際競爭力不強，不能充分滿足國內建設需要，關鍵技術過分依賴國外，自主發(fā)展能力薄弱，高技能人才的比較優(yōu)勢有弱化的危險，產品質量不穩(wěn)定，用戶服務水平差距較大。 本次設計的課題是柴油機氣缸蓋組合鉆床總體及夾具設計。該課題來源于江淮動力集團。該集團生產的S195柴油機、ZH1105柴油機銷路十分走俏，市場需求量大，暢銷國內外市場。現在該集團迫切需要改善現有的生產條件，進行提高生產率、改善產品質量方面的技術改造，使產品的合格率上升，增加產量，適應市場競爭的需要，提高經濟效益。 本設計主要針對ZH1105氣缸蓋鉆排氣道面上2×M10—7H螺紋底孔至φ8.376，深19mm，Ra6.3，各孔位置度公差為φ0.20mm；鉆井氣道上4×M10－7H螺紋底孔至φ8.376，深19mm，Ra 6.3，各孔位置度公差為φ0.30mm；鉆G3/8"放置螺塞底孔至φ15.2mm通孔，以上倒角均C1，Ra 12.5。前面，后面，左面三個面上7個孔同時加工、生產率低、位置精度誤差大的問題而設計的，從而保證孔的位置精度、提高生產效率，降低工人勞動強度。由于柴油機機體需大批量生產，為了提高加工精度，降低成本，有必要設計一種組合機床來滿足柴油機機體前后左三面同時鉆孔的需要。本次設計分總體設計、夾具設計、左軸箱設計、右軸箱設計及后主軸箱設計四部分。我主要負責夾具部分的設計，總體設計由我和另外三位同學共同完成。在設計組合機床過程中，組合機床夾具的設計是整個組合機床設計工作的重要部分之一。雖然夾具零件的標準化程度高，使設計工作量大為減少，設計周期大為縮短，但在夾具設計過程中，在保證加工精度的前提下，如何綜合考慮生產率、經濟性和勞動條件等因素，還有一定的難度。 設計該組合機床思路如下：仔細分析零件的特點，以確定零件合理可行的加工方法（包括安排工序及工藝流程，確定工序中的工步數，選擇加工的定位基準及夾壓方案等），確定工序間加工余量，選擇合適的切削用量，確定組合機床的配制形式；根據被加工零件的工藝要求確定刀具，再由刀具直徑計算切削力，切削扭矩，切削功率，然后選擇各通用部件，最后按裝配關系組裝成組合機床。 本說明書以設計臥式三面鉆螺紋底孔組合機床為主線，闡述了刀具的選擇和夾具設計的過程。在第2章中著重介紹了組合機床的總體設計。在總體設計中，首先是被加工零件的工藝分析，然后是總體方案的論證，在比較了許多方案之后，結合本道工序加工的特點最終選擇臥式三面的機床配置型式。再結合本道工序的特點選擇刀具。根據選擇的切削用量，計算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再確定刀具的大小和型式。在確定這些設計計算后，然后是繪制組合機床的“三圖一卡”—被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和生產率計算卡。在第3章中，主要介紹了夾具的設計。夾具設計是組合機床設計中的一個重要的組成部分。夾具設計時，首先確定工件的定位方案，然后選擇夾緊方案，估算夾緊力大小，選擇夾緊液壓缸的型號，最終完成夾具的零部件設計。最后根據計算結果繪制夾具裝配圖和主要的零件圖。 2 組合機床總體設計 2.1 總體方案論證 2.1.1 加工對象工藝性的分析 A.本機床被加工零件特點 該加工零件為ZH1105柴油機氣缸蓋。材料HT250，其硬度為HB190—240，重量36.5Kg，在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完畢。 B.本機床被加工零件的加工工序及加工精度 本道工序：鉆右面、左面、后面的孔，由本設備“ZH1105氣缸蓋三面鉆組合機床”完成，因此，本設備的主要功能是完成柴油機氣缸蓋右面、左面、后面三個面上7個孔的加工。具體加工內容及加工精度是： a. 鉆后面上2個孔鉆：鉆2×M10—7H螺紋底孔至φ8.376，深19mm，Ra6.3，各孔位置度公差為φ0.20mm。 b.鉆右面上4個孔：4×M10－7H螺紋底孔至φ8.376，深19mm，Ra 6.3，各孔位置度公差為φ0.30mm。 c.鉆左面上1個孔： 鉆G3/8"放置螺塞底孔至φ15.2mm通孔，Ra 6.3。 以上倒角均C1，Ra 12.5。 2.1.2 機床配置型式的選擇 根據選定的工藝方案確定機床的配置型式，并定出影響機床總體布局和技術性能的主要部件的結構方案。既要考慮能實現工藝方案，以確保零件的精度、技術要求及生產率，又要考慮機床操作方便可靠，易于維修，且潤滑、冷卻、排屑情況良好。對同一個零件的加工，可能會有各種不同的工藝方案和機床配置方案，在最后決定采取哪種方案時，絕不能草率，要全面地看問題，綜合分析各方面的情況，進行多種方案的對比，從中選擇最佳方案。 各種形式的單工位組合機床，具有固定式夾具，通?？砂惭b一個工件，特別適用于大、中型箱體類零件的加工。根據配置動力部件的型式和數量，這種機床可分為單面、多面復合式。利用多軸箱同時從幾個方面對工件進行加工。但其機動時間不能與輔助時間重合，因而生產率比多工位機床低。 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，無漏油現象；同時，安裝、調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。 在認真分析了被加工零件的結構特點及所選擇的加工工藝方案，又由組合機床的特點及適應性，確定設計的組合機床的配置型式為單工位臥式三面鉆組合機床。 2.1.3 定位基準的選擇 被加工零件為ZH1105柴油機氣缸蓋屬箱體類零件，本工序加工為三面同時鉆螺紋底孔，加工工序集中、精度要求高。由于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. “一面雙孔”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）的許多部件實現通用化，有利于縮短設計、制造周期，降低成本。 d.易于實現自動化定位、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。 一般情況下，“一面雙孔”是最常用的定位方案，即零件在機床上放置的底面及底面上的兩個孔作為定位基準，通過一個平面和兩個定位銷限制其六個自由度。由于柴油機氣缸蓋底面有兩個孔，再通過底面這個平面就可限制氣缸蓋六個自由度。初步擬定“一面雙孔”定位方法。 2.2 確定切削用量及選擇刀具 2.2.1 選擇切削用量 對于7個被加工孔，采用查表法選擇切削用量，從文獻[1]P.130表6-11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，其遞減值按文獻[1]P.131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。 切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度、生產率、刀具耐用度、機床的布局形式及正常工作均有很大影響。組合機床多軸箱上所以的刀具共用一個進給系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺。查文獻[1]得硬度HB190-240時，高速鋼鉆頭的切削用量如表2-1： 表2-1高速鋼鉆頭切削用量 加工材料 加工直徑（mm） 切削速度(m/min) 進給量(mm/r) 鑄鐵 190～240HBS 6～12 10～18 0.1～0.18 >12～22 >0.18～0.25 在選擇切削速度時，要求同一多軸箱上各刀具每分鐘進給量必須相等并等于滑臺的工進速度（單位為mm/min）,因此，一般先按各刀具選擇較合理的轉速(單位為r/min)和每轉進給量（單位為mm/r），再根據其工作時間最長、負荷最重、刃磨較困難的所謂“限制性刀具”來確定并調整每轉進給量和轉速，通過“試湊法”來滿足每分鐘進給量相同的要求，即 （2-1） 在選擇了轉速后就可以根據公式 （2-2） 選擇合理的切削速度。 A 右側面上4個孔的切削用量的選擇 4×M10鉆至4×Φ8.376，深19，l=19mm 由d＞6～12，硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min, f ＞0.1～0.18mm/r,又d=8.376mm,初選n=533r/min, f =0.13mm/r,則由（2-2） 得：v=π×8.376×533/1000=14m/min B.后側面上2個孔的切削用量的選擇 2×M10鉆至2×Φ8.376，深19，l=19mm 由d＞6～12，硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min, f ＞0.1～0.18mm/r, 又d=8.376mm, 初選n=536r/min, f =0.13mm/r,則由（2-2） 得：v=π×8.376×536/1000=14.1m/min C.左側面上一個孔的切削用量的選擇 鉆G3/8"放置螺塞底孔至φ15.2mm通孔 由d＞12～22，硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min, f ＞0.18～0.25mm/r, 又d=15.2mm, 初選n=335r/min, f =0.20mm/r,則由（2-2） 得：v=π×15.2×335/1000=16m/min 表2-2 加工各個孔的進給量，工進速度及切削速度 孔徑 切削用量 8.376 8.376 15.2 v (m/min) 14 14.1 16 f (mm/r) 0.13 0.13 0.20 n (r/min) 533 536 335 2.2.2 計算切削力、切削扭矩及切削功率 根據文獻[1]P.134表6-20中公式 (2-3) (2-4) (2-5) 式中， F ——切削力（N）； T ——切削轉矩（Nmm）； 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）； HB ——布氏硬度。，在本設計中，， ，得HB=223。 由以上公式可得： A 右側面上4個孔的切削用量的選擇 鉆4×M10鉆至4×Φ8.376，深19 由公式（2-3）得： =26×8.376×0.130.8×2230.6 = 1091.6 N 由公式（2-4）得： =10×8.3761.9×0.130.8×2230.6 = 2843.4 Nmm 由公式（2-5）得： = =0.156 kW B.后側面上2個孔的切削用量的選擇 鉆2×M10鉆至2×Φ8.376，深19 由公式（2-3）得： =26×8.376×0.130.8×2230.6 = 1091.6N 由公式（2-4）得： =10×8.3761.9×0.130.8×2230.6 =2843.4 Nmm 由公式（2-5）得： = =0.157 kW C. 左側面上一個孔的切削用量的選擇 鉆G3/8"放置螺塞底孔至φ15.2mm通孔 由公式（2-3）得： =26×15.2×0.200.8×2230.6 = 2796.1 N 由公式（2-4）得： =10×15.21.9×0.200.8×2230.6 =12452.2 Nmm 由公式（2-5）得： = =0.43 kW 表2-3加工各個孔的切削力、切削轉矩及切削功率 孔徑 F (N) M (Nmm) P (kW) 8.376 1091.6 2843.4 0.156 8.376 1096.6 2843.4 0.157 15.2 2796.1 12452.2 0.43 2.2.3刀具耐用度的計算 確定刀具耐用度，用以驗證選用量或刀具是否合理，刀具的耐用度至少大于4個小時。查閱文獻[2]中公式： （2-6） 式中： —— 刀具耐用度，單位min； —— 鉆頭直徑，單位mm； —— 切削速度，單位m/min； —— 每轉進給量，單位mm/r； —— 布氏硬度。 選擇Φ8.376mm的鉆頭進行計算： =14328min 根據計算，所得刀具耐用度滿足要求。 2.2.4 選擇刀具結構 根據工藝要求及加工精度的要求，加工7個孔的刀具均采用標準錐柄長麻花鉆。 2.3三圖一卡設計 2.3.1 被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是根據制定的工藝方案，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，也是制造、使用、調整和檢驗機床精度的重要文件。 a.被加工零件 名稱及編號：氣缸蓋 ZH1105 材料及硬度：HT250 HB190—240 重量12Kg。 b.定位基準及夾壓點的選擇 針對機體的結構特點，選用“一面雙孔”定位基準。 c.圖中符號 ↓夾緊點 定位基面 2.3.2 加工示意圖 加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎上繪制的。是表達工藝方案具體內容的機床工藝方案圖。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 在編制加工示意圖的過程中，首先是對刀具進行選擇。一臺機床刀具的選擇是否合理，直接影響到機床的加工精度、生產率和工作情況。因而正確選擇刀具是一個相當重要的工作。刀具的選擇要考慮到工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生產率要求等因素。鉆孔刀具其直徑應與加工終了時刀具螺紋螺旋槽后端和導向套外端有一定的距離。 刀具直徑的選擇應與加工部位尺寸、精度相適應?？爪?.376選擇刀具Φ8.376G7；孔Φ8.376選擇刀具Φ8.376G7；孔Φ15.2選擇刀具Φ15.2G7。 B.導向結構的選擇 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。 本課題中加工7個孔時，由于是大批大量生產，考慮到當導套磨損時，便于更換，避免使整個鉆模板報廢，以節(jié)約成本，所以導向裝置選用可換導套。 對于加工Φ8.376孔，選擇的導套尺寸為：D=18 mm，D1=25 mm，D2=30 mm，L=25 mm， 對于加工Φ8.376孔，選擇的導套尺寸為：D=18mm，D1=25 mm，D2=30 mm，L=25 mm， 對于加工Φ15.2孔，選擇的導套尺寸為：D=30 mm，D1=40 mm，D2=50 mm，L=35 mm， C.確定主軸、尺寸、外伸尺寸 在該課題中，主軸用于鉆孔，選用滾珠軸承主軸。又因為浮動卡頭與刀具剛性連接，所以該主軸屬于長主軸。故本課題中的主軸均為滾珠軸承長主軸。 根據由選定的切削用量計算得到的切削轉矩T，由[1]P.43公式 (2-7) 式中，d—軸的直徑（㎜）； T—軸所傳遞的轉矩（Nm）； B—系數，本課題中主軸為非剛性主軸，取B=6.2。 由公式可得： 軸1～4 d=30 mm 軸5～6 d=30 mm 軸7 d=38 mm 查[1]P.44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=30mm時，主軸外伸尺寸為：L=115mm；接桿莫氏圓錐號為１。主軸軸徑d=38mm時，主軸外伸尺寸為：L=115mm；接桿莫氏圓錐號為2。 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5～10mm，根據工件端面的誤差情況確定。由于加工的孔均為螺紋底孔，即盲孔，所以各個孔的切出長度均為零。兩個面上鉆孔時的工作進給長度見下表： 表2-4 工作進給長度 L d 左主軸箱 22 8 15.2 右主軸箱 19 8 8.376 后主軸箱 19 8 8.376 b.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都為140mm。 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，三面快速退回長度為170mm。 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。三面的前備量取30mm，后備量取130mm，則總行程為330mm。 2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 機床聯(lián)系尺寸圖是用來表示機床的配置型式、主要構成及各部件安裝位置、相互聯(lián)系、運動關系和操作方位的總體布局。用以檢驗各部件相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適；它為多軸箱、夾具等專用部件設計提供重要依據；它可以看成是簡化的機床總圖。 2.3.3 .1選擇動力部件 A.動力滑臺形式的選擇 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：在相當大的范圍內進給量可以無級調速；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；過載保護簡單可靠；由行程調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；調整維修比較麻煩。本課題的加工對象是ZH1105柴油機氣缸蓋三個面上的7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，確定機床為臥式雙面單工位液壓傳動組合機床，液壓滑臺實現工作進給運動，選用配套的動力箱驅動主軸箱鉆孔主軸。 B.動力滑臺型號的選擇 a.根據選定的切削用量計算得到的單根主軸的進給力，按文獻[1] P.62式 （2-8） 式中，—各主軸所需的 向切削力，單位為N。則 左主軸箱 右主軸箱 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。 b.進給速度 V左= n1xf=335x0.20=67 V右= n2xf=533x0.13=69.3 V后= n3xf=536x0.13=70 c.最大行程 L=400mm d.動力滑臺導軌型式 動力滑臺導軌組合有“矩—矩”和“矩—心”兩種型式。前者一般多用于帶導向刀具進行加工的機床及其他粗加工機床，后者主要用于不帶導向的剛性主軸加工及其它精加工機床。由此可知，本機床選用“矩—矩”式最合適。 考慮到所需的進給力、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[1]P.91表5-1，左、右兩面的液壓滑臺均選用1HY40IA型。臺面寬500mm，臺面長1000mm,行程長400mm，滑臺及滑座總高320mm,滑座長1240mm，允許最大進給力32000N，快速行程速度6.3m/min，工進速度10～350mm/min。 C.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[1]P.47頁公式 （2-9） 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0.8～0.9，加工有色金屬時取0.7～0.8；主軸數多、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，又主軸數量較多、傳動復雜，故取。 左主軸箱： P切削=0.43 則 P=0.43\0.8=054 右主軸箱： P切削=0.156*4=0.624 則 P多軸箱=0.624\0.8=0.78 根據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[1] P.114～115表5-38得出動力箱及電動機的型號 表2-5 動力箱及電動機的型號選擇 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) 左主軸箱 1TD25 Y132S-4 5.5 1440 720 右主軸箱 1TD25 Y132S-4 5.5 1440 720 后主軸箱 1TD25 Y132S-4 5.5 1440 720 D.配套通用部件的選擇 側底座1CC401，其高度H=560mm，寬度B=600mm，長度L=1350mm。根據夾具體的尺寸，自行設計中間底座。 2.3.3 .2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=1000mm。 2.3.3 .3 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： （2-10） （2-11） 式中，b—工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（mm）； —最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（mm）； h—工件在高度方向相距最遠的兩孔距離（mm）； —最低主軸高度（mm）。 其中，還與工件最低孔位置（）、機床裝料高度（H=1000mm）、滑臺滑座總高（）、側底座高度（）、滑座與側底座之間的調整墊高度（）等尺寸有關。對于臥式組合機床，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 （2-12） 計算，得： 。 ,取，則求出主軸箱輪廓尺寸： B=398mm 根據上述計算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定主軸箱輪廓尺寸為B×H=400mm×400mm。 2.3.4機床生產率計算卡 已知：工作行程為180mm 進刀量為7500mm /min 機動時間3.05min 裝卸工件時間0.8min 單件工時3.894min/件 a.理想生產率Q（件/h） 理想生產率是指完成年生產綱領（包括備品及廢品率）所要求的機床生產率。用《組合機床設計簡明手冊》P.51公式 （2-13） 計算，式中， N—年生產綱領（件），本課題中N=30000件； —全年工時總數，本課題以單班7小時計，則。 則 b.實際生產率Q1（件/h） 實際生產率是指所設計的機床每小時實際可生產的零件數量。即公式[1]P.51 （2-14） 式中，—生產一個零件所需時間（min）。 則 c.機床負荷率 機床負荷率為理性鄉(xiāng)生產率與實際生產率之比。即公式[1]P.52 （2-15） 則 生產率計算卡見表2-6。 表2-6 生產率計算卡 被加工零件 圖號 --- 毛坯種類 鑄件 名稱 柴油機氣缸蓋 毛坯重量 材料 HT250 硬度 190～240HBS 工序名稱 三面鉆孔 工序號 序號 工步 名稱 被加工零件數量 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 1 0.8 0.8 右滑臺快進150 左滑臺快進140 7500 0.02 0.02 左軸箱工進 (鉆孔15.2) 30 16 335 0.2 16.6 1.81 右多軸箱工進 30 14 533 0.13 13.1 2.29 2.29 后多軸箱工進 30 14.1 536 0.13 20 1.5 左右滑臺快 退180 7500 0.024 0.024 備注 裝卸工件時間取決于操作者熟練程度,本機床計算時取0.8min 總計 3.134min 單件工時 3.134min 機床生產率 19.14件/h 機床負荷率 83.5% 3 組合機床夾具設計 3.1 概述 3.1.1 零件的工藝性分析 夾具是組合機床的重要組成部分，是根據機床的工藝和結構方案的具體要求而專門設計的。它是用于實現被加工零件的準確定位、夾壓、刀具的導向以及裝卸工件時的限位等作用。 本次畢業(yè)設計是設計在ZH1105氣缸蓋進行鉆加工所用的夾具。ZH1105柴油機氣缸蓋材料為HT250，其硬度為HB190～240。本道工序鉆排氣道面上2×M10—7H螺紋底孔至φ8.376，深19mm，Ra6.3，各孔位置度公差為φ0.20mm；鉆井氣道上4×M10－7H螺紋底孔至φ8.376，深19mm，Ra 6.3，各孔位置度公差為φ0.30mm；鉆G3/8"放置螺塞底孔至φ15.2mm通孔，Ra 6.3，以上倒角均C1，Ra 12.5。 3.1.2 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.提高生產效率、減低制造成本 夾具設計的總體方案應與生產綱領相適應。在大批量生產時，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，提高生產率；在中心批量生產中，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.操作方便、省力和安全 夾具的操作要盡量做到方便、省力，如有條件，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，經修改后確定夾具的結構。 3.1.3 夾具總體結構構思 根據被加工零件特點,初定夾具總體結構如下: 頂端用一個氣缸上蓋固定一個夾緊液壓缸,夾緊液壓缸通過壓板夾緊工件,夾具體上左右各固定一個支架,支架上固定鉆模板,夾具體通過螺釘和定位銷與機床中間底座相連。 3.2 定位方案的確定 3.2.1 定位方案論證 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.“一面雙孔”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）的許多部件實現通用化，有利于縮短設計、制造周期，降低成本。 d.易于實現自動化定位、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ZH1105柴油機氣缸蓋屬箱體類零件，本工序加工為三面同時鉆螺紋底孔，加工工序集中、精度要求高。一般情況下，“一面雙孔”是最常用的定位方案，即零件在機床上放置的底面及底面上的兩個孔作為定位基準，通過一個平面和兩個定位銷限制其六個自由度。由于柴油機氣缸蓋底面有兩個孔，再通過底面這個平面就可限制氣缸蓋六個自由度。初步擬定“一面雙孔”定位方法。 3.2.2 定位基準的選擇 定位基準選擇的原則 a.盡可能選擇最大基面做主要的定位基準面； b.盡可能與工序基準重合； c.盡量選最長表面做為限制自由度的定位基準； d.盡量選精度較高的已加工表面為定位基準； e.在同一工件各工序中盡量采用同一定位基準進行加工。 綜上所述，故選定底面為定位基準面， 3.2.3 定位的實現方法 根據被加工零件的結構特征，選擇定位基準，實現六點定位原理，即選氣缸蓋底面作為定位基準面，用兩個定位銷限制了三個自由度，側面用側定位塊限制了兩個自由度, 后面用一個后定位塊限制了剩下的一個自由度，這樣氣缸體的六個自由度全部消除，實現零件的定位，如圖所示： 圖3-1 零件定位示意圖 3.3 誤差分析 一批工件依次在夾具中進行定位時，由于工序基準的變動對加工表面尺寸所造成的極限值之差稱為定位誤差。產生定位誤差的原因是工序基準與定位基準不相重合或工序基準自身在位置上發(fā)生偏移或位移所引起的。 3.3.1 影響加工精度的因素 用夾具裝夾工件進行機械加工時，其工藝系統(tǒng)中影響工件加工精度的因素很多，與夾具有關的因素有：定位誤差ΔP、對刀誤差ΔT、夾具在機床上的安裝誤差ΔA和夾具誤差ΔE，在機械加工工藝系統(tǒng)中，影響加工精度的其它因素綜合稱為加工方法誤差ΔG。在夾緊方法中產生的誤差Δo。上述各項誤差均導致刀具相對工件的位置不精確而形成總的加工誤差。 3.3.1.1定位誤差 A.基準不重合誤差 由于定位基準與工序基準不重合而造成的定位誤差。根據文獻[4]查得基準不重合誤差的計算公式如下： （3-1） 式中 —定位基準與工序基準間的尺寸鏈組成環(huán)的公差； —的方向與加工尺寸方向的夾角。 B.基準位移誤差 由于定位基準的誤差或定位支撐點的誤差而造成的定位基準位移，即工件實際位置對確定位置的理想要素的誤差，這種誤差稱為基準位移誤差，以表示。不同的定位方式，其基準位移誤差的計算方式也不同，此夾具定位是采用的“一面兩空”定位的方法，所以要計算的是平面支撐定位的位移誤差。 工件為平面定位時，基準不重合誤差：； 基準位移誤差：，； 故 。 a.計算氣缸體右端面加工尺寸的定位誤差 加工尺寸4×M10-7H深19 （底面與支撐面接觸較好） b.計算氣缸蓋后端面加工尺寸的定位誤差 加工尺寸2×M10-7H深19 （底面與支撐面接觸較好） c.計算氣缸體右端面加工尺寸的定位誤差 （底面與支撐面接觸較好） （定位基準與工序基準重合） 3.3.1.2 對刀誤差 因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，裝配圖中，刀具與鉆套之間的間隙會引起刀具的位移或傾斜，造成加工誤差。 鉆4×Ф8.376深19,鉆套導向尺寸為Ф18，所以加工時的對刀誤差為=0.04 3.3.1.3夾具的安裝誤差 因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，因此安裝誤差：=0。 3.3.1.4加工方法誤差 因機床的精度、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因素造成的加工誤差，所以根據經驗為它留出工件公差的1/3，計算可得： =0.1/3=0.033mm。 3.3.1.5 夾緊方法誤差 因液壓缸對夾具施加的力是垂直向下的,對被加工零件在前后左右方向產生的力可以忽略不計,所以有夾緊方法產生的誤差：=0。 3.3.2 保證加工精度的條件 工件在夾具中加工時，總加工誤差為上述的各項誤差之和。由于上述誤差為獨立隨機變量，應用概率法疊加因此保證加工精度的條件為： ≤ （3-2） 即工件的加工誤差=0.164mm應不大于工件的尺寸公差，由于孔距尺寸為130±0.1，可取=0.2，>為滿足條件，所以該精度滿足要求。 3.4 夾緊方案的確定 3.4.1夾緊裝置的確定 3.4.1.1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，如下面的方框圖所示。 圖3-2 夾緊裝置組成的方框圖 3.4.1.2夾緊裝置設計的基本要求 a.夾緊過程中，不改變工件定位后占據的正確位置。 b.夾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綱領想適應，在保證生產率的前提下，其結構要力求簡單，以便于制造和維修。 d.夾緊裝置的操作應當方便、安全、省力。 3.4.1.3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，有以下特點： a.動作迅速，反應快。氣壓為0.5MPa時，氣缸活塞速度為1~10m/s，夾具每小時可連續(xù)松夾上千次。 b.工作壓力低（一般為0.4~0.6MPa）。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： a.液壓油油壓高、傳動力大，在產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。 b.液壓油的不可壓縮性可使夾具剛度高，工作平穩(wěn)、可靠。 c.液壓傳動噪聲小，勞動條件比氣壓的好。 通過對以上兩種機械夾緊裝置優(yōu)缺點的比較，結合加工工件的精度要求、工人的勞動強度和環(huán)境要求、企業(yè)的實際情況，本設計中夾緊裝置采用液壓夾緊裝置。 3.4.2夾緊力的確定 3.4.2.1夾緊力確定的基本原則 A.夾緊力的方向 a.夾緊力的方向應有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應朝向主要定位基面。 b.夾緊力的方向應有利于減小夾緊力。 c.夾緊力的方向應是工件剛度較高的方向。 B.夾緊力的作用點 a.夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內。 b.夾緊力的作用點應選在工件剛度較高的部位。 c.夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面。 3.4.2.2夾緊方案 根據以上要求及原則，工件屬于箱體類零件，夾緊力的方向應垂直于最重要的定位基面—底面，并將工件壓向該面，而不宜與其他方面進行夾緊。由于工件為薄壁件，易受力變形，故采用多點同時壓向工件，均勻分布壓緊力，起到減少受力變形的效果。夾緊力為液壓缸驅動。用推桿將壓力傳遞致壓板，然后由壓板將壓力分散到工件壓緊表面，從而將工件壓緊。 3.4.2.3夾緊力的預算 根據工件所受切削力、夾緊力的作用情況，找出加工過程中對夾緊最不利的狀態(tài)，來確定夾緊力。 根據文獻[5]查得切削力Q的計算公式如下 （3-3） 式中 ——安全系數； ——切削力； ——定位銷上允許承受的一部分切削力，通?？砂磾D壓強度確定：； ——許用擠壓應力，取定位銷和工件中較小者； ——壓板和工件表面間的摩擦系數； ——工件和定位支承塊間的摩擦系數； ——定位銷的直徑； ——定位銷的接觸長度。 根據文獻[5]查得安全系數按下式計算 （3-4） 式中，～為各種因素的安全系數，查文獻[4]表3-1和表3-2 ：考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數，??； ：加工性質，??； ：刀具鈍化程度，??； ：切削特點，?。? ：夾緊力的穩(wěn)定性，取； ：夾緊時的位置 ，取； ：僅有力矩使工件回轉時工件與支承面的接觸情況，取。 查文獻[2]表3-34摩擦系數，均為 根據2.2.2節(jié)切削力的計算結果，取P =4386.4N 3.4.3夾緊液壓缸的選擇 a.壓缸工作壓力的確定 由[4]P.10頁表2-1得 組合機床工作壓力3-5MP，取P=5MP。 b.內徑D和稈直徑d的確定 查表2-2,取P2=0.5MP 取ηcm=0.95 查表2-3,取d/D=1/2 由公式（2-3） 查表2-4,取D=100mm 查表2-5取d=50mm c.液壓缸壁厚和外徑的計算 由[4]P.12頁公式 （3-5） 式中 ——液壓缸壁厚； D——液壓缸內徑； ——試驗壓力，最大工作壓力的（1.25-1.5）倍 =1.3×5=6.5MP； ——缸體材料許用應力，鑄鋼=100-110MP，取=100MP。 ，取=15mm 則外徑D1=D+2=100+30=130。 d.工作行程的確定 查表2-6,取工作行程為30mm。 e.缸蓋厚度的確定 （3-6） 取t=15mm。 綜上所述，查資料[5]P.817頁表3.6-23，選定夾緊液壓缸為T5019I型油缸。 3.5 導向裝置的選擇 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。 3.5.1鉆模套型式的選擇和設計 a.鉆套的型式 鉆套的結構和尺寸已標準化，按其使用特點可分為固定式鉆套、可換鉆套和快換鉆套。 由于工件是大批量生產。固定鉆套顯然不合適而快換鉆套加工位置精度較低，不能滿足加工要求，因此選擇可換鉆套?？蓳Q鉆套裝于襯套中而襯套則是壓配（H7/r6）于鉆模板的孔內，該鉆套由螺釘固定以防轉動或在退刀時隨刀具帶起。 b.鉆套內孔直徑的基本尺寸及公差配合的選擇 鉆套內孔直徑的基本尺寸應為所用刀具的最大極限尺寸，鉆套內徑與孔鉆頭配合用H7/f7(考慮到所用刀具和工件上的加工精度要求)。 襯套內外孔查資料[2]P.408頁表5-8通用導套的尺寸規(guī)格，d、D和D2的 關系如下圖所示。 圖3-3 導套尺寸簡圖 對于加工Φ8.376孔，選擇的導套尺寸為：D=18mm，D2=32mm，D1=25 mm，L=25mm，h=10mm, l1=3mm, 配用的螺釘M6 對于加工Φ15.2孔，選擇的導套尺寸為：D=30mm，D2=55mm，D1=40 mm，L=35mm，h=10mm，l1=3mm,配用的螺釘M6。 對于加工Φ8.376孔，選擇的導套尺寸為：D=18mm，D2=32 mm，D1=25mm，L=25mm，h=10mm，l1=3mm,配用的螺釘M6。 3.5.2 鉆模板的類型和設計 由于孔的位置精度要求較多，因此選用固定式鉆模板，這種鉆模板直接固定在夾具體上，鉆套相對于夾具也是固定的。 在設計鉆模板結構時，主要根據工件外形大小，加工部件，結構特點和生產規(guī)模以及機床類型等條件而定，要求鉆模板結構簡單，使用方便，制造容易 要求： a.保證鉆模板有足夠剛度前提下，要求盡量減少其重量，鉆模板的厚度按鉆套的高度來確定，一般在10～30mm之間，鉆模板一般不宜承受夾緊力。由于在鉆套設計中鉆套高度L=36mm，鉆模板厚度取36mm。 b.鉆模板安裝