资源描述
目目 录录 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 1 前言1 2 组合机床总体设计3 2.1 总体方案设计3 2.1.1 加工对象的工艺性分析3 2.1.2 机床配置形式的选择3 2.1.3 定位基准的选择4 2.2 切削用量的确定及刀具结构的选择5 2.2.1 切削用量的选择5 2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率计算6 2.2.3 刀具结构选择7 2.3 组合机床总体设计三图一卡8 2.3.1 被加工零件工序图8 2.3.2 加工示意图9 2.3.3 机床联系尺寸图.10 2.3.4 机床生产率计算卡.13 3 组合机床夹具设计.14 3.1 概述.14 3.1.1 夹具的工艺性分析.14 3.1.2 夹具设计的基本要求.14 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 1 3.2 定位方案的确定.15 3.2.1 定位基准的选择原则.15 3.2.2 定位方案的设计.15 3.3 定位误差分析.15 3.3.1 影响加工精度的因素.15 3.3.2 保证加工精度的条件.16 3.4 夹紧方案的确定.16 3.4.1 夹紧机构的确定.16 3.4.2 夹紧力的确定.17 3.4.3 夹紧液压缸的选择.19 3.5 引导装置的选择.20 3.5.1 钻套型式的选择和设计.20 3.5.2 钻模板的类型和设计.20 3.6 夹具体结构设计.21 4 结论.22 参考文献.23 致谢.24 附录.25 ZH1105ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及夹具设计柴油机气缸盖扩孔专机总体及夹具设计 摘要：摘要：本课题设计了 ZH1105 柴油机汽缸盖扩孔专机，主要对其总体及夹具进行设 计。该组合机床是针对 ZH1105 柴油机气缸盖的进、排气孔和油泵孔进行加工。 本次设计机床总体部分是通过对 ZH1105 柴油机气缸盖零件进行工艺分析，拟 订了机床总体方案，并根据组合机床设计步骤，计算了切削用量、切削力、切削扭 矩、切削功率等，最终完成了“三图一卡”的绘制。夹具部分的设计是通过对 ZH1105 柴油机气缸盖零件进行了工艺分析，选择了“一面两销”的定位方式，进行 了误差分析。然后选择夹紧方案，估算夹紧力大小，确定了以液压油缸来进行夹紧， 选择夹紧液压缸的型号。并设计了引导装置、钻模板、夹具体结构等，最后完成了 夹具的设计。根据计算结果绘制夹具装配图和主要的零件图。 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及夹具设计 2 本机床设计合理，符合实际应用，满足加工要求，且尽可能多地采用了通用件 和标准件，制造成本合理，设备维修方便。大大提高了生产效率，降低了劳动强度， 从而降低了零件的加工成本。 关键词： 组合机床 ；扩孔 ；夹具 The design of the overall and the Jig of milling special machine tool for cylinder head of ZH1105 diesel engine Abstract: This topic designed ZH1105 diesel engine cylinder cover to drill out the special plane, mainly carried on the design to its overall and the jig. This aggregate machine-tool is aims at ZH1105 diesel engine cylinder cover to enter, the air vent and the oil pump hole carries on the processing. This design engine bed overall part is through carries on the craft analysis to ZH1105 diesel engine cylinder cover components, has drafted the engine bed overall concept, and according to the aggregate machine-tool design procedure, has calculated the cutting specifications, the cutting force, the cutting torque, the cutting power and so on, finally has completed “a three chart card” plan. The jig part design was through has carried on the craft analysis to ZH1105 diesel engine cylinder cover components, has chosen “two sold at the same time” the locate mode, has carried on the error analysis. Then the choice clamps the plan, the estimate clamps the strength size, had determined carries on by the hydraulic ram clamps, the choice clamps the hydraulic cylinder the model. And designed the guiding arrangement, has drilled the template, the jig body structure and so on, finally has completed the jig design. According to computed result plan jig assembly drawing and main detail drawing. This engine bed design is reasonable, conforms to the practical application, satisfies the processing request, also many has used the standard part and the standard letter as far as possible, the 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 3 production cost is reasonable, the equipment service is convenient. Enhanced the production efficiency greatly, reduced the labor intensity, thus reduced the components processing cost. Key word: Special machine-tool; Milling; Jig 1 前言 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，在大批量的生产中得到广泛应用，并可用来组成自动生产线。组合机床对 多孔钻削加工具有较大的优势，它按孔的坐标分布位置实行一次加工，保证了孔的 坐标位置尺寸精度。这也是本次设计的目的所在，设计这台组合机床，就是为了在 保证加工精度的基础上，提高生产效率。 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“专用组合 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。 本次设计的课题是 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及夹具设计。该课题来 源于江淮动力集团。该集团生产的 S195 柴油机连杆、ZH1105 柴油机气缸体销路十 分走俏，市场需求量大，畅销国内外市场。现在该集团迫切需要改善现有的生产条 件，进行提高生产率、改善产品质量方面的技术改造，使产品的合格率上升，增加 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及夹具设计 4 产量，适应市场竞争的需要，提高经济效益。 本设计主要针对原有的 ZH1105 气缸盖上左、右两个面上的进气孔、排气孔、 油泵孔加工、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。本人的设计分工是总体设计和夹具部分的设计， 主轴箱部分的设计由同组其他同学担任。在设计组合机床过程中，组合机床夹具的 设计是整个组合机床设计工作的重要部分之一。虽然夹具零件的标准化程度高，使 设计工作量减少，设计周期缩短，但在夹具设计过程中，在保证加工精度的前提下， 如何综合考虑生产率、经济性和劳动条件等因素，还有一定的难度。 本说明书以设计卧式双面扩孔组合机床为主线，阐述了总体设计和夹具设计的 过程。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双面组合机床的配置 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。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 5 2 组合机床总体设计 2.1 总体方案设计 本设计是为 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔工序。为了能够达到质量好、效率高的 要求，以及考虑被加工零件的孔的加工精度、表面粗糙度、技术要求等，拟定设计 一台通过两个动力头，两个主轴箱，六把刀具，一次性完成该工序加工的双卧式组 合机床。机床总体的设计需绘制完成“三图一卡” 。以上作为本次设计的初定方案。 2.1.12.1.1 加工对象的工艺性分析加工对象的工艺性分析 A 本机床被加工零件特点 该加工零件为气缸盖。材料 HT250，其硬度为 HB179255，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内容及加工精度 本道工序：扩左面、右面的孔，由本设备“ZH1105 气缸盖扩孔专机”完成，因 此，本设备的主要功能是完成柴油机气缸盖左、右两个面上进气孔、排气孔、油泵 孔的半精加工。具体加工内容是： 扩图纸上 39 至 37，16 孔至 15，45 孔至 43，倒 39 孔口角为 44.4， 45 孔口角为 51，并扩 29.5 孔至 29.2，扩 24.4 孔至 23.6，12 孔至 11.6 C 本次设计的组合机床所要达到的技术要求 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及夹具设计 6 a 机床应能满足加工要求，保证加工精度； b 机床应运转平稳，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。 2.1.22.1.2 机床配置型式的选择机床配置型式的选择 A 被加工零件的特点对配置的影响 通常根据工件的结构特点，加工要求，生产率和工艺过程方案等，大体上就可 以确定应采取哪种基本形式的组合机床。被加工零件的特点对配置的影响如下： a 在选择组合机床的结构方案时，首先必须注意到加工精度能否确切保证， 这里所指的是稳定的加工精度。 固定式夹具组合机床的加工精度最高，采用固定精密导向时，孔间距离和孔的 轴线与基面的位置精度可达0.0250.05mm。 b 机床生产率的影响。 机床要求的生产率对机床配置形式和结构方案有很大的影响，它是决定采用单 工位机床，多工位机床或自动线，还是按中小批生产所需组合机床的特点进行设计 的重要因素。有时从工件外形及轮廓尺寸来看，完全可以采用单工位固定夹具的机 床型式。但由于生产率要求很高，就不得不采用多工位的方案，使装卸时间和机动 时间相重合。 c 被加工零件的大小、形状、加工部位特点的影响。 根据零件的形状特点和加工特点，本次设计采用卧式组合机床，因为 ZH1105 柴油机气缸盖的结构近似长方体，考虑到卧式机床振动小，装夹方便等因素，采用 卧式组合机床。 B 机床使用条件的影响 a.零件结构情况 考虑到被加工零件的孔间距较小，如果采用立式加工，切屑落入下导向，造成 导向精度走失，不利于保证加工精度。 b.工艺间的联系情况 工件在到组合机床加工之前，工件的毛坯或半成品必须达到一定的要求，否则 将使工件在机床夹具上定位夹紧不可靠，以至造成刀具的损坏或者不能保证要求的 加工精度。如果在组合机床上加工之后，还要在其他机床上进行加工，而工件事先 没有加工出保证精度的有关工艺基面，那么组合机床应考虑为下一道工序加工出工 艺基面。 2.1.32.1.3 定位基准的选择定位基准的选择 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。一般常采用一面两 孔定位和三面定位。由于本机床的钻孔加工导致不能采用三面定位方式进行定位， 以免妨碍钻孔加工的正常进行。所以本机床加工时采用的定位方式是一面两孔定位。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 7 2.2 切削用量的确定及刀具结构选择 2.2.12.2.1 切削用量切削用量的选择的选择 对于被加工孔，采用查表法选择切削用量，从组合机床设计简明手册 （PDF 版，以下若未作明确说明组合机床设计简明手册均为 PDF 版）P130 表 6-13 中 选取。由于扩孔的切削用量还与所钻孔的深度有关，随着孔深度的增加而逐渐递减， 其递减值按组合机床设计简明手册P131 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， 则刀具寿命有所降低。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。 同一多轴箱上各刀具每分钟进给量必须相等并等于滑台的工进速度 Vf,所以要 求同一多轴箱上各刀具均有较合理的切削用量是困难的。因此,一般先按各刀具选 择较合理的转速 ni和每转进给量 fi,在根据其中工作时间最长,负荷最重,刃磨较困 难的所谓“限制性”刀具来确定和调整每转进给量和转速,通常采用试凑法来满足 每分钟进给量相同的要求。 左侧面扩孔： a15 孔、43 孔 选择 v=30m/s，f=0.35mm/r，n=222.1r/min，Vf=77.7mm/min b15 孔、37 孔 选择 v=30m/s，f=0.30mm/r，n=258.2r/min， Vf=77.7mm/min c51 孔 选择 v=30m/s，f=0.415mm/r，n=187r/min， Vf=77.7mm/min d44.4 孔 选择 v = 30 m/s，f= 0.36 mm/r，n = 215.2 r/min， Vf = 77.7 mm/min 右侧面扩孔： 11.6、23.6、29.2 孔 先用 10+20+24 钻头钻孔，复合刀具。 选择 v = 30m/s，f = 0.137mm/r，n = 477r/mm，Vf = 65.4m/min 再用 11.6+23.6+29.2 扩孔刀扩孔。 选择 v = 30m/s，f = 0.2mm/r，n = 327r/mm，Vf = 65.4m/min 2.2.22.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率切削力、切削扭矩及切削功率计算计算 根据组合机床设计简明手册P134 表 6-20 中公式 (2-1)0.6 /FT D (2-2) 0.830.680.790.6 80.6 p TDfaHB (2-3) D Tv P 9740 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及夹具设计 8 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） ； HB布氏硬度，在本设计中，)( 3 1 minmaxmax HBHBHBHB ， ，得 HB=230。 max 255HB min 179HB 由以上公式可得： 37 孔 0.830.680.790.6 80.6 370.301523066438.4TN mm 0.6 /1074.14FT DN 1.761 9740 Tv PKW D 15 孔 0.830.680.790.6 80.6 150.37.523013553TN mm 0.6 /542.12FT DN 1.06 9740 Tv PKW D 43 孔 0.830.680.790.6 80.6 430.35523083561.6TN mm 0.6 /1165.98FT DN 1.91 9740 Tv PKW D 29.2 孔 0.830.680.790.6 80.6 29.20.2523040799.6TN mm 0.6 /838.3FT DN 1.37 9740 Tv PKW D 23.6 孔 0.830.680.790.6 80.6 23.60.3523045603TN mm 0.6 /1159.4FT DN 2.27 9740 Tv PKW D 11.6 孔 0.830.680.790.6 80.6 11.60.20.82304464.6TN mm 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 9 0.6 /823.63FT DN 0.45 9740 Tv PKW D 20 孔钻 1.90.80.61.90.80.6 1010 200.13725515714.5TDfHBN mm 0.80.60.80.6 2626 20 0.1372552756FDfHBN 1.58 4740 Tv PKW D 44.4 孔倒角 0.830.680.790.6 80.6 44.40.3612.723053712.86TN mm 0.6 /725.8FT DN 1.19 9740 Tv PKW D 51 孔倒角 0.830.680.790.6 80.6 510.415323072530.8TN mm 0.6 /853.3FT DN 1.4 9740 Tv PKW D 2.2.32.2.3 刀具刀具结构选择结构选择 组合机床上根据工艺要求与加工精度的不同，经常采用的刀具有：一般刀具、 复合刀具以及特种刀具等。刀具设计对机床整个工艺方案的拟订有很大的影响。 组合机床刀具的选择原则 a 要求有较高的耐用度和可靠性，并便于装卸和调整 由于组合机床是高生产率的专用机床，它的循环时间较短，而在每一循环中， 刀具不工作的时间很短。同时在大多数情况下，组合机床又是多刀加工，刀具数量 较多，更换调整刀具较费时间。这样，如果换刀次数太多，势必占用大量时间，降 低生产率。所以就要求组合机床刀具具有如下性能：结构可靠；刀具材料和几何参 数选取合理，并创造合适的切削条件及选取比一般通用机床稍低的切削用量，以使 刀具有较高的耐用度；便于装卸及调整。 b 有较高的复合程度 在组合机床上，为了提高生产率、保证加工精度，或为了减少工位，一般工序 比较集中，因此采用了大量复合刀具。这些刀具，结构较复杂，切削力较大，排屑 不便，加工时互相影响，制造也比较复杂，与一般刀具有所不同。 c 有良好的导向 组合机床在大多情况下，是多轴加工箱体零件的孔，孔的位置精度往往是通过 夹具和刀杆导向保证的，因而组合机床的孔加工刀具往往有各种形式的导向。 所以在本次组合机床的刀具选择中，考虑到加工的孔的复杂性和为了提高加工 精度，减少多次刀具装配带了的定位误差和提高加工的效率，选择复合刀具作为本 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及夹具设计 10 次设计的刀具。 2.3 组合机床总体设计三图一卡 2.3.12.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图 被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条自动线上 完成的工艺内容，加工部件的尺寸及精度，技术要求，加工用定位基准、夹压部位， 以及被加工零件的材料，硬度和在本机床加工前毛坯情况的图纸。它在原有的工件 图基础上，以突出本机床自动线加工内容，加上必要的说明绘制的。 本组合机床以柴油机气缸体为加工对象进行设计，对工序图简要说明及与本机 床设计有关的技术指标如下： a.定位方法：采用的是一面两孔定位法,即以一个平面和圆柱销及削边销进行 定位； b.夹紧方法：采用液压夹紧； c.零件材料：HT250； d.零件硬度：HB179255； 其余工序尺寸、加工要求等具体查加工工序图 ZH1105-00-01 2.3.22.3.2 加工示意图加工示意图 加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的。是表达工 艺方案具体内容的机床工艺方案图。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 37 选择刀具 37G7； 孔 15 选择刀具 15G7；孔 43 选择刀具 43G7；孔 29.2 选择刀具 29.2G7；孔 23.6 选择刀具 23.6G7；孔 11.6 选择刀具 11.6G7。 B 导向结构的选择 组合机床扩孔时，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 高刀具系统的支承的刚性。 本课题中加工孔时，由于是大批大量生产，考虑到当导套磨损时，便于更换， 避免使整个钻模板报废，以节约成本，所以导向装置选用可换导套。主要参数查表。 对于加工 43 孔，选择的尺寸为：D=55 mm，D1=71 mm，D2=22 mm，L=75 mm，L1=85mm，m= 32.5mm ，R=42.5 mm 配用螺钉 M10 对于加工 37 孔，选择的尺寸为：D=55 mm，D1=71 mm，D2=22 mm，L=75 mm，L1=85mm，m= 32.5mm ，R=42.5 mm 配用螺钉 M10 对于倒 51 孔口角，选择尺寸为：D=55 mm，D1=71 mm，D2=22 mm，L=75 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 11 mm，L1=85mm，m= 32.5mm ，R=42.5 mm 配用螺钉 M10 对于刀 44.4 孔口角，选择尺寸为: D=55 mm，D1=71 mm，D2=22 mm，L=75 mm，L1=85mm，m= 32.5mm ，R=42.5 mm 配用螺钉 M10 对于钻右面孔，选择的尺寸为： D=30mm，D1=41m，D2=40m，L=45mm，L1=55mm，m=18mm，R=26.5mm，配用螺钉 M8 对于扩右面的孔，选择的尺寸为： D=30mm，D1=41m，D2=40m，L=45mm，L1=55mm，m=18mm，R=26.5mm，配用螺钉 M8 C 确定主轴、尺寸、外伸尺寸 在该课题中，主轴用于扩孔，选用滚珠轴承主轴。又因为浮动卡头与刀具刚性 连接，所以该主轴属于长主轴。故本课题中的主轴均为滚珠轴承长主轴。 根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩 T，由组合机床设计简明手册 P43 公式 (2-4) 4 10dBT 式中，d轴的直径（） ；T轴所传递的转矩（Nm） ； B系数，本课题中主轴为刚性主轴，取 B=7.3。 由公式可得： 1 轴：d = 7.3(106.092)1/4 = 20.39 mm 2 轴：d = 7.3(105.1108)1/4 = 34.6 mm 3 轴：d = 7.3(104.9691)1/4 = 34.5 mm 4 轴：d = 7.3(104.6462)1/4 = 33.9 mm 5 轴：d = 7.3(103.599)1/4 = 31.8 mm 6 轴：d = 7.3(104.388)1/4 = 33.4 mm 考虑到安装过程中轴的互换性、安装方便等因素，1 主轴轴径取为 25mm,2、3、4、5、6 主轴轴径取 35mm。根据主轴类型及初定的主轴轴径，查组 合机床设计简明手册P44 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=25时，主轴外伸尺寸为：，L=115mm，其他轴为， 1 /38/26D d 1 /50/36D d L=115mm，接杆莫氏圆锥号为 2。 D 动力部件工作循环及行程的确定 a 工作进给长度 Lx 的确定 工作进给长度 Lx，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 L1和切出长度 L2之和。切入长度一般为 510，根据工件端面的误差情 况确定。由于加工的孔均为螺纹底孔，即盲孔，所以各个孔的切出长度均为零。 两个面上钻孔时的工作进给长度见下表： 表 2-1 工作进给长度 L1 L 2 L Lx 左主轴箱 5781075 右主轴箱 23.84.2735 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及夹具设计 12 b 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。初步选定两个主轴箱上刀具 的快速进给长度为 155。 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。由已确定的快速进给和工作 进给长度可知，左面快速退回长度为 230mm，右面快速退回长度为 150mm。 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。左面的前备量取 20mm，后备量 取 130，则总行程为 380；右面的前备量取 30mm，后备量取 170，则总行程 为 350。 2.3.32.3.3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图 A 选择动力部件 a 动力滑台的选择 a) 动力滑台形式的选择 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 ZH1105 柴油机气缸盖左、右两个面上的孔，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 床为卧式双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 动力箱驱动主轴箱扩孔主轴。 b) 动力滑台型号的选择 功率传递效率 =0.80.9，取 =0.9 左主轴箱 10.73 2 1.330.79 1.44 5.58 0.9 P Pkw 左 右主轴箱 20.460.91 0.740.830.98 5.29 0.9 P Pkw 右 各主轴箱进给力由上面计算得 左主轴箱 10385FN 左 右主轴箱 4253FN 左 进给速度 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 13 1 258 0.3077.7/minVn fmm 左 55 477 0.13765.4/minVn fmm 右 最大行程 L=400mm 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多轴箱。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，由组合机床设计简明手册P91 表 5-1，左、右两面的液压滑台 均选用 1HY40IA 型。台面宽 400mm，台面长 800mm,行程长 400mm，滑台及滑座总高 320mm,滑座长 1240mm，允许最大进给力 20000N，快速行程速度 8m/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，根据组合机床设计简 切削 P 明手册P47 页公式 （2- 切削 多轴箱 P P 5） 式中, 消耗于各主轴的切削功率的总和（Kw） ； 切削 P 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，又主轴数量较少、传动简单，故取 。0.9 左主轴箱： 5.02PKw 切削 则 5.02 5.58 0.9 PKw 多轴箱 右主轴箱： 2.91PKw 切削 则 2.91 3.23 0.9 PKw 多轴箱 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，查组合机 床设计简明手册 P114115 表 5-39 得出动力箱及电动机的型号 表 2-2 动力箱及电动机的型号选择 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) ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及夹具设计 14 左主轴箱 1TD40Y132M-47.51440720 右主轴箱 1TD40Y132M-47.51440720 c 配套通用部件的选择 侧底座 1CC401，其高度 H=560，宽度 B=600，长度 L=1350。根据夹具体 的尺寸，自行设计中间底座。 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mmh15 2 mmh130 1 ，侧底座高度，夹具底座高度，中间底座高度mmh320 3 mmh560 4 mmh380 5 ，综合以上因素，该组合机床装料高度取 H=960。mmh560 6 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 1 h B、高度 H 的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，查文献1可按下式计算： （2- 1 2bbB 6） （2- 11 bhhH 7） 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（） ； 1 b h工件在高度方向相距最远的两孔距离（） ； 最低主轴高度（） 。 1 h 其中，还与工件最低孔位置（） 、机床装料高度（H=960） 、滑台 1 hmmh15 2 滑座总高（） 、侧底座高度（） 、滑座与侧底座之间的调整垫mmh320 3 mmh560 4 高度（）等尺寸有关。对于卧式组合机床， 要保证润滑油不致从主轴mmh5 7 1 h 衬套处泄漏箱外，通常推荐，本组合机床按式mmh14085 1 （2-8）)5 . 0( 47321 hhhHhh 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 15 计算，得： 。 1 164.5hmm ,取，则求出主轴箱轮廓尺寸：250,42.5bmm hmmmmb100 1 1 22502 100450Bbbmm 11 42.5 164.5 100307Hhhbmm 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=500400。 2.3.42.3.4 机床生产率计算卡机床生产率计算卡 已知：机动时间 1.5min 装卸工件时间 0.5min 单件工时 1.343min/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。 用组合机床设计简明手册P51 公式 （2-9） k t N Q 计算式中， N年生产纲领（件） ，本课题中 N=130000 件； 全年工时总数，本课题以单班 7 小时计，则。 k t3570 k th 则 130000 36.4/ 3570 k N Qh t 件 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。即组合机床设 计简明手册P51 的公式 （2-10） 单 T Q 60 1 式中，生产一个零件所需时间（min） 。 单 T 则 1 6060 44.7/ 1.343 Qh T 单 件 C 机床负荷率 机床负荷率为理性乡生产率与实际生产率之比。即组合机床设计简明手册 P52 的公式 （2- 1 Q Q 11） 则 1 36.4 81.43% 44.7 Q Q ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及夹具设计 16 3 组合机床夹具设计 3.1 概述 3.1.13.1.1 夹具的工艺性分析夹具的工艺性分析 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 17 夹具是组合机床的重要组成部分，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而 专门设计的。它是用于实现被加工零件的准确定位、夹压、刀具的导向以及装卸工 件时的限位等作用。 本次毕业设计是设计在 ZH1105 气缸盖进行钻扩加工所用的夹具。ZH1105 柴油 机气缸盖材料为 HT250，其硬度为 HB179255。本道工序左面孔 15 和 43 孔同 轴度要求 0.12mm，孔 15 和 37 孔同轴度要求 0.12mm；右面孔 29.2 和 11.6 孔同轴度要求 0.08mm。 3.1.23.1.2 夹具设计的基本要求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 提高生产效率、减低制造成本 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 操作方便、省力和安全 夹具的操作要尽量做到方便、省力，如有条件，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。 3.2 定位方案的确定 3.2.13.2.1 定位基准的选择定位基准的选择原则原则 a 尽可能选择最大基面做主要的定位基准面； b 尽可能与工序基准重合； c 尽量选最长表面做为限制自由度的定位基准； ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及夹具设计 18 d 尽量选精度较高的已加工表面为定位基准； e 在同一工件各工序中尽量采用同一定位基准进行加工。 综上所述，故选定底面为定位基准面 3.2.23.2.2 定位定位方案的设计方案的设计 根据被加工零件的结构特征，选择定位基准，实现六点定位原理，即选盖底面 作为定位基准面，用支承块限制了三个自由度，同时有两根定位销插入孔中限制了 三个自由度，这样气缸体的六个自由度全部消除，实现零件的定位。 被加工零件为 ZH1105 气缸盖，本工序加工为双面同时钻扩孔，加工工序集中、 精度要求高，故选用“一面双孔”定位方法，采用“一面双孔”定位方法，能够保 证工件的位置精度要求，同时便于工件装夹，又有利于夹具的设计与制造。 3.3 定位误差分析 一批工件依次在夹具中进行定位时，由于工序基准的变动对加工表面尺寸所造 成的极限值之差称为定位误差。产生定位误差的原因是工序基准与定位基准不相重 合或工序基准自身在位置上发生偏移或位移所引起的。 3.3.13.3.1 影响加工精度的因素影响加工精度的因素 用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多， 与夹具有关的因素有：定位误差 P、对刀误差 T、夹具在机床上的安装误差 A 和夹具误差 E，在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工 方法误差 G。上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确而形成总的加工误 差。 A 定位误差 a 基准不重合误差 由于定位基准与工序基准不重合而造成的定位误差。 B 根据资料查得基准不重合误差的计算公式如下： （3-cos 1 n i iB 1） 式中 定位基准与工序基准间的尺寸链组成环的公差(mm)； i 的方向与加工尺寸方向的夹角()。 i 工件为平面定位时，基准不重合误差： ；0 B b 基准位移误差 由于定位基准的误差或定位支撑点的误差而造成的定位 Y 基准位移，即工件实际位置对确定位置的理想要素的误差，这种误差称为基准位移 误差，以表示。不同的定位方式，其基准位移误差的计算方式也不同，此夹具 Y 定位是采用的“一面双孔”定位的方法，所以要计算的是平面支撑定位的位移误差。 根据机床夹具设计手册P149 表 1.7-1 查得 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 19 111min1maxDd Y 根据上面公式 111min 0.011 0.021 0.010.042 Dd Y 所以0.04200.042 YB D B 对刀误差 T 因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，装配图中，刀 具与钻套之间的间隙会引起刀具的位移或倾斜，造成加工误差。 钻 43、37 深 10,钻套导向尺寸为 24，所以加工时的对刀误差为 020 . 0 033 . 0 =0.013 T C 夹具的安装误差 A 因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，因此安装误差：=0。 A D 加工方法误差 G 因机床的精度、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： =0.1/3=0.033mm。 G 3.3.23.3.2 保证加工精度的条件保证加工精度的条件 工件在夹具中加工时，总加工误差为上述的各项误差之和。由于上述误差 为独立随机变量，应用概率法叠加因此保证加工精度的条件为： （3-2） 2222 G ATD K 即工件的加工误差=0.055mm 应不大于工件的尺寸公差，由于孔距尺寸为 K 500.15，可取=0.1，A 为满足条件，所以该精度满足要求。 K K 3.4 夹紧方案的确定 3.4.13.4.1 夹紧机构的确定夹紧机构的确定 A 夹紧机构的组成 本设计中夹紧机构采用机械夹紧机构，由力源装置、中间传力机构、夹紧元件 三部分组成。 B 夹紧机构设计的基本要求 a 夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。 b 夹紧力的大小要可靠和适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变， 振动小，又要使工件不产生于过大的夹紧变形。 c 夹紧机构的自动化和复杂程度应与生产纲领想适应，在保证生产率的前提下， ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及夹具设计 20 其结构要力求简单，以便于制造和维修。 d 夹紧机构的操作应当方便、安全、省力。 C 夹紧机构的选择 通常应用的机械夹紧机构有气压机构和液压机构两种，各有其优越性，要根据 实际情况来选择用哪种机构。 a 气压机构 气压机构以压缩空气为力源，应用比较广泛，有以下特点： a) 动作迅速，反应快。气压为 0.5MPa时，气缸活塞速度为 1-10m/s，夹具每 小时可连续松夹上千次。 b) 工作压力低（一般为 0.4-0.6MPa） 。传动结构简单，对装置所用材料及制造 精度要求不高，制造成本低。 c) 空气粘度小，在管路中的损失较少，便于集中供应和远距离输送，易于集 中操纵或程序控制等。 d) 空气可就地取材，容易保持清洁，管路不易堵塞，也不会污染环境，具有 维护简单，使用安全、可靠、方便等特点。 主要缺点是空气压缩性大，夹具的刚度和稳定性较差；在产生相同原始作用的 条件下，因工作压力低，其动力装置的结构尺寸大。此外，还有较大的排气噪声。 b 液压机构 液压机构的特点是： a) 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。 b) 液压油的不可压缩性可使夹具刚度高，工作平稳、可靠。 c) 液压传动噪声小，劳动条件比气压的好。 通过对以上两种机械夹紧机构优缺点的比较，结合加工工件的精度要求、工人 的劳动强度和环境要求、企业的实际情况，本设计中夹紧机构采用液压夹紧机构。 3.4.23.4.2 夹紧力的确定夹紧力的确定 A 夹紧力确定的基本原则 a 夹紧力的方向 a) 夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。 b) 夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。 c) 夹紧力的方向应是工件刚度较高的方向。 b 夹紧力的作用点 a) 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。 b) 夹紧力的作用点应选在工件刚度较高的部位。 c) 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。 B 夹紧方案 根据以上要求及原则，工件属于箱体类零件，夹紧力的方向应垂直于最重要的 定位基面底面，并将工件压向该面，而不宜与其他方面进行夹紧。采用多点同时 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 21 压向工件，均匀分布压紧力，起到减少受力变形的效果。夹紧力为液压缸驱动。用 推杆将压力传递致推杆，然后由三根推杆将压力传递到工件表面，从而将工件压紧。 本夹具的夹紧具体过程为：传送带将工件传送到指定位置，下方的偏心装置转 动将工件向上顶起至一定位置，两根定位销插入定位，此时压紧液压油缸工作将推 杆推向工件表面，夹紧工件。 C 夹紧力的预算 根据工件所受切削力、夹紧力的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不利的状 态，来确定夹紧力。 根据文献机床夹具设计手册查得切削力Q的计算公式如下 （3-3） 21 0) ( ff pPK Q 式中 K安全系数； P切削力； P0定位销上允许承受的一部分切削力，通常可按挤压强度确定： ； 挤 0 dhp 许用挤压应力，取定位销和工件中较小者； 挤 压板和工件表面间的摩擦系数； 1 f 工件和定位支承块间的摩擦系数； 2 f 定位销的直径；d 定位销的接触长度。h 根据文献机床夹具设计手册查得安全系数按下式计算K （3- 6543210 KKKKKKKK 4） 式中，为各种因素的安全系数，查表 0 K 6 K ：考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数，取； 0 K 0 K2 . 1 ：加工性质，取； 1 K 1 K2 . 1 ：刀具钝化程度，取； 2 K 2 K0 . 1 ：切削特点，取； 3 K 3 K0 . 1 ：夹紧力的稳定性，取； 4 K 4 K0 . 1 ：夹紧时的位置 ，取； 5 K 5 K0 . 1 ：仅有力矩使工件回转时工件与支承面的接触情况，取。 6 K 6 K5 . 1 6543210 KKKKKKKK 5 . 10 . 10 . 10 . 10 . 12 . 12 . 1 16 . 2 K 取 2.5 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及夹具设计 22 查表摩擦系数，均为 1 f 2 f2 . 0 根据 2.2.2 节切削力的计算结果，取 8890N 12 2.5 8890 55562.5 0.20.2 KP QN ff 3.4.33.4.3 夹紧液压缸的选择夹紧液压缸的选择 A 压缸工作压力的确定 组合机床工作压力 3-5MP，取 P=5MP。 B 内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 查表,取 P2=0.5MP 取 =0.95 查表,取 d/D=1/2 由公式 （3-5） 22 2 44 19275 74.75 1/ 1 ( /) 3.14 5 0.951 0.5/51 (1/2) F Dmm P cmP Pd D 查表取 D=80mm 查表 2-5 取 d=40mm C 液压缸壁厚和外径的计算 由公式 （3-6） 2 DPy 式中 液压缸壁厚； D液压缸内径； 试验压力，最大工作压力的（1.25-1.5）倍 y P =1.35=6.5MP； y P 缸体材料许用应力，铸钢=100-110MP，取=100MP。 ，取=15mmmmM DPy 925 . 2 002925 . 0 1002 04 . 0 5 . 6 2 则外径。 1 22.9258030110DDmmmm D 工作行程的确定 查表,取工作行程为 30mm。 E 缸盖厚度的确定 （3-mm P Dt y 94 . 9 100 5 . 6 09 . 0 433 . 0 433 . 0 2 7） 取 t=15mm。 综上所述，查资料选定夹紧液压缸为 C7021 型油缸。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 23 3.5 引导装置的选择 引导装置多用于钻床和镗床夹具中，其作用是为刀具导向。引导元件主要有钻 套和镗套。 3.5.13.5.1 钻套型式的选择和设计钻套型式的选择和设计 A 钻套的型式 钻套的结构和尺寸已标准化，按其使用特点可分为固定式钻套、可换钻套和快 换钻套。 由于工件是大批量生产。固
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