机械毕业设计（论文）-箱体双面粗镗床总体设计及夹具设计【全套图纸】

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 1 目目 录录 1 绪 论1 1.1 课题背景及发展趋势.1 1.2 课题的目的和意义2 2 工艺方案的拟定4 2.1 被加工零件的特点4 2.2 技术要求4 2.3 确定机床的配置模式4 2.4 定位基准的选择4 2.5 滑台形式的选择5 3 组合机床总体设计6 3.1 被加工零件工序图6 3.2 加工示意图11 3.3 机床联系尺寸总图15 3.4 机床生产率计算卡19 4 夹具的设计.22 4.1 定位误差分析计算22 4.2 夹紧装置设计23 4.3 夹紧力的计算24 4.4 夹具零部件的设计26 5 结 论30 参考文献.31 致 谢.32 附 录.33 箱体双面粗镗床总体设计及夹具设计 2 箱体双面粗镗床总体设计及夹具设计箱体双面粗镗床总体设计及夹具设计 摘摘 要要：柴油机变速箱体是大批量生产的零件。为了提高其加工精度和生产 效率，需要设计一台组合机床来改善其加工条件。本设计是柴油机变速箱体双 面粗镗组合机床,用于加工被加工零件上左右两面的 14 个孔，本课题主要进行 该组合机床的总体设计及其夹具的设计。其中总体设计包括机床配置型式的确 定、结构方案的选择以及“三图一卡”的绘制。组合机床的加工精度基本上是 由夹具来保证的。夹具的设计主要包括工件的定位方式，工件夹压装置的设计， 夹具零部件的设计和引导刀具的导向元件设计，完成定位误差的分析，夹紧力 的计算等。本机床采用卧式单工位双面加工的方案，零件装夹方便，加工工艺 性和装配较好，采用液压滑台实现刀具进给,刀具采用加长麻花钻和复合镗刀， 使得工序集中。本组合机床效率高，成本低，加工精度高，操作使用方便，减 轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。 关键词：关键词：组合机床；镗孔；钻孔；夹具 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 3 Design of General and Tool for Rough Drilling Holes on Two-Side of Gear Box and Fixture Abstract: The diesel engine gear box is a product that needs mass production. In order to prove the disposition and the production efficiency, need to design a high effective modular machine tool to improve the Processing Conditions. This topic is the design of modular machine tool for rough boring holes on two-side of gear box, which is used to rough boring 14 holes, which are on the left and right surface. This topic mainly design of general and fixture. The system design includ the definite of the modular machine tool, the selecting of the structure plan and the completing of the technological drawing of the part, the general drawing of modular machine tool, drawing of cutter display and the efficiency card of manufacture. The fixture basically ensures the combination of machining precision. Fixture design includ the positioning of the work piece, the work piece folder pressure devices, design of the fixture parts and guide to the guiding element, complete positioning error calculation, the calculation of clamping force. The modular machine tool uses the horizontal-type single location two-side processing plan, the processing and assembly technology capability is good, and it clamps conveniently, using Hydraulic-sliding unit, the cutting tool is the lengthened twist drill and boring composite knife, making the working procedure to be centralized. This modular mechanical tool has such 箱体双面粗镗床总体设计及夹具设计 4 advantages: it is high efficiency, the cost is low, the processing precision is high, it is easy to operate, it reduces the workers labor intensity, and it enhance the productivity. Key words: Modular machine tool; Boring hole; Drill hole; Fixture. 1 1 绪论绪论 组合机床是一种高效的专用机床。它一般用于加工一种或一类零件，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，其生产效 率比通用机床高几倍至几十倍。而且组合机床的成本低廉、效率高。这是由于 通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活选用。这样能降低加工成本， 缩短设计和制造周期。因此组合机床在大批、大量生产中得到了广泛应用。 在机械制造过程中，用来固定加工对象，使其占有正确的位置，以便接受 施工、检测的装置都可统称为“夹具” ，广义地说，夹具是一种保证产品质量并 便利和加速工艺过程的一种工艺装备。夹具以其数量和在生产中所占的地位来 说， “机床夹具”最重要，机床夹具为机床的一种辅助设备，用它来准确的确定 工件与刀具的相对位置，即将工件定位和夹紧，以完成所需要的相对运动，所 以机床夹具是用以使工件定位和夹紧的附加装置。 1.11.1 课题背景及发展趋势课题背景及发展趋势 本次设计课题来源于盐城市江动集团，要求设计一台加工双缸柴油机气缸 体顶面和底面孔系的钻削组合机床，具体进行总体设计和夹具设计。 夹具的国内外现状和发展趋势: 在机械制造的机械加工、检验、焊接和热 处理等冷热工艺过程中使用着大量的夹具，用以安装加工对象，使之占有正确 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 5 的位置，以保证零件和产品的质量，并提高生产效率。在机床上加工工件时， 为了保证加工精度，必须正确安置工件，使其相对机床切削成形运动和刀具占 有正确的位置，这一过程称为定位。为了不因受切削力、惯性力、重力等外力 作用而破坏工件已定的正确位置，还必须对其施加一定的夹紧力，这一过程称 为夹紧。定位和夹紧全过程称为安装。在机床上用来完成工件安装任务的重要 工艺装配，就是各类夹具中应用最为广泛的机床夹具。 随着贸易全球化的到来，各厂家已意识到了形势的严峻性，纷纷进行技术 改造，全力提升企业的竞争力，近年来引进了许多先进设备和技术，进展速度 很快。就目前状况来讲，这些设备和技术基本依赖进口。 机床夹具是生产技术准备工作中一项重要组成部分，为了适应现代机械工 业的上述生产特点，机床夹具发展方向主要表现为： 1标准化 完善的标准化，不仅指现有夹具零部件（包括毛坯及半成品） 的标准，而且应有各种类型夹具结构的标准。后者如通用可调夹具标准；组合 夹具标准；自动线夹具标准等，并在上述两种标准化的基础上，对专用夹具零 部件，通用可调夹具零部件及组合夹具零部件等，实行统一的标准化，以便使 有一部分零部件，能在各类夹具上通用。另外把一些夹具部件、组件，做成一 个独立单元，使夹具的设计、制造和装配工作简化，这也是夹具标准化的一个 发展方向。作为发展趋势，有些国家不仅有上述各种夹具标准，而且有制造标 准零部件和各类标准夹具的专业工厂，使原来单件生产的夹具，转变为专业化 批量生产，有利于缩短生产周期和降低成本。 2. 可调化、组合化 当前机床夹具结构发展的两个主要方面，一是要把 专门用于某一特点工序的专用夹具，扩大其应用范围，使能用于同一类型零件 的加工，并实现快速调整；二是改变专用夹具在产品稍有修改或改变就报废的 现象，使夹具能重复利用，实行组合化的原则，用少数元件能满足多种需要。 3. 精密化 随着机械产品加工精度日益提高，高精度机床大量涌现，势 必要求机床夹具也相应越来越精密。 4. 高效自动化 为了改善劳动条件，实现文明生产，提高生产效率，降 低加工成本，不仅大批量生产有此要求，对多品种、小批量生产同样可考虑采 箱体双面粗镗床总体设计及夹具设计 6 用合适的高效自动化夹具，使获得良好的经济效益。 1.21.2 课题的目的和意义课题的目的和意义 本次毕业设计的课题是 Y295 型柴油机气缸体顶面和底面孔系钻削组合机 床总体设计及夹具设计，机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一 种装置，其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置， 并把工件可靠地夹紧。机床夹具被广泛应用于机械制造业中，大量专用机床夹 具的采用为大批大量生产提供了必要的条件。机床夹具是组成工艺系统的一个 环节，是影响加工质量的重要因素。一般情况下，使用机床夹具能稳定地保证 产品质量，而不必过高的要求工人的技术等级。先进高效的机床夹具不仅能减 轻工人劳动强度，提高生产率，甚至能使生产过程实现自动化。随着汽车、内 燃机、摩托车、轴承等行业的规模化发展，对机床夹具的设计与制造不断提出 新的课题。深入研究机床夹具设计的理论和改进机床夹具的结构，无疑具有巨 大的经济意义。 机床夹具设计一般包括结构设计和精度设计两个方面。而人们通常习惯侧 重于结构设计而忽视精度设计。关于机床夹具的结构设计，不仅有大量的资料 可供参考，而且还不断从其它学科吸收新的成果而向前发展。诸如液性塑料夹 具；各种弹性膜片式夹具；真空夹紧夹具；感应分度夹具等等。关于机床夹具 的精度设计，随着零件加工精度的提高，也日益受到人们的重视。 人们逐渐认识到，机床夹具设计工作应围绕精度设计这个中心来进行。没 有合理的精度设计不仅会给夹具制造带来困难，甚至会使制造出的夹具不能保 证工件的加工精度。因此，迫切需要全面的研究机床夹具的设计、制造、使用 诸方面的定量关系；研究工件精度和夹具设计精度之间的合理联系。机床夹具 设计是用途极广的一门专业学科，熟悉它的内容和方法，对从事机械制造方面 的工程技术人员来说是十分必要的。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 7 2 2 工艺方案的拟定工艺方案的拟定 制订工艺方案是设计组合机床最重要的步骤.为了使工艺方案制订得合理、 先进，必须认真分析被加工零件，深入现场全面了解被加工零件的结构特点、 加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求及生产率要求等，总结设计、制 造、使用单位和操作者丰富的实践经验，理论与生产实际紧密结合，从而确定 零件在组合机床上完成的工艺内容及方法。 2.12.1 被加工零件的特点被加工零件的特点 该组合机床的加工对象是 Y295 型柴油机气缸体，箱体材料：HT200，硬度 为 HB160250.属于箱体零件，结构复杂。 2.22.2 技术要求技术要求 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. 保证各动力头分别由电机拖动，并且可单独控制。 d. 机床尽量能用通用件，以便降低制造成本。 e. 夹具要求定位可靠，装夹方便，保证零件加工精度。 2.32.3 确定机床的配置模式确定机床的配置模式 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， 箱体双面粗镗床总体设计及夹具设计 8 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。 考虑到此零件要求双面加工,同时为了安装方便，也减轻了工人的劳动强度 以及机床运行的平稳性等，选用卧式组合机床。 2.42.4 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。本机床设 计为双面卧式结构，夹具装在中心底座上，两侧为钢性镗头装在 HY40B 液压滑 台上，此滑台装在 CC40 侧底座上。夹具的夹紧方式，一面两销定位，除手动装 卸工件外，均采用按钮操纵。 2.52.5 滑台型式的选择滑台型式的选择 组合机床的主运动由动力头或动力箱实现，进给运动由动力滑台的运动实 现，动力滑台与动力头或动力箱配套使用，可以对工件完成钻孔、扩孔、铰孔、 镗孔、铣平面、拉平面或圆弧、攻丝等孔和平面的多种机械加工工序。动力滑 台按驱动方式不同分为液压滑台和机械滑台两种形式，它们各有优缺点，分别 应用于不同运动与控制要求的加工场合。由于动力滑台在驱动动力头进行机械 加工的过程中有多种运动和负载变化要求，因此，控制动力滑台运动的机械或 液压系统必须具备换向、速度换接、调速、压力控制、自动循环、功率自动匹 配等多种功能。由于液压驱动，零件损失小，使用寿命长，所以选择液压滑台。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 9 3 3 组合机床总体设计组合机床总体设计 组合机床是按高度集中工序原则，针对被加工零件的特点及工艺要求设计 的一种高效率专用机床 3.13.1 被加工零件工序图被加工零件工序图 3.1.13.1.1 被加工零件工序图的主要作用及内容被加工零件工序图的主要作用及内容 被加工零件工序图是按照拟订的工艺方案来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。被加工零件工序图是设计组合机床的具体依据，也是 制造、使用调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零 件图基础上，突出本机床的加工内容，并作必要的说明而绘制的。内容： 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。 b. 本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。 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 对上道工序的技术要求。 d. 注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量 箱体双面粗镗床总体设计及夹具设计 10 根据所提供箱体的样件图，分析被加工零件的精度，表面粗糙度，技术要 求，加工部位尺寸，形状结构，特点材料硬度。工件刚性及零件的批量的大小 不同，设计的组合机床必须采用不同的工艺方法和工艺过程。 图 3-1 被加工零件工序图 3.1.23.1.2 绘制被加工零件工序图的有关要求绘制被加工零件工序图的有关要求 a. 为了更清楚的表达出被加工零件工序图，一定要突出该机床的加工内容。 绘制的时候，加工部位轮廓线用粗实线表示，其他部位轮廓线用细实线表示。 b. 应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。 c. 加工部位的尺寸应由定位基准注起。 3.1.33.1.3 组合机床切削用量的选择组合机床切削用量的选择原则原则 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， 机床的结构型式及工作可靠性均有较大的影响。选择用量的一般原则与车削相 同，由于本机床是钻镗一体的，故以钻孔加工为选择基准：先选择切削深度， 再选进给量，最后确定切削速度。 3.1.43.1.4 各侧具体零部件的设计、计算及选择各侧具体零部件的设计、计算及选择 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 11 考虑到工件尺寸，加工精度，表面粗糙度，切削的排除及生产率要求等因 素，所以加工孔的刀具采用加长麻花钻和复合粗镗刀。 A. 右侧钻削 18（深 22） a. 切削用量的选择 根据孔径的大小和深径比，以及被加工材料的硬度查参考文献1表 6- 11,6-12 知：主轴的进给量 f 为 0.150.2mm/r，切削速度 vc=512m/min。 钻孔的切削用量还与钻孔的深度有关，当加工铸铁件孔深为钻头直径的 68 倍时，在组合机床上通常都是和其他浅孔一样采取一次走刀的办法加工出 来的，不过加工这种较深孔的切削用量要适当降低些，因此选择切削速度 v=19m/min，进给量 f=0.15mm/r，由此主轴转速 n 由公式 (3-1) 0 1000 d v n 式中：v 为切削速度，d0为被加孔直径。 计算出 r/min，将主轴转速圆整为 340 r/min。实际切削 5 . 341 1814 . 3 191000 n 速度 vc、工进速度 vf、工进时间 tf 分别由下列公式求得 (3-2) 1000 Dn vc (3-3) fnvf (3-4) f f v h t 式中：D 为孔直径，n 为主轴转速，f 为进给量 计算出实际切削速度 vc=19.3m/min，工进速度 vf=50mm/min，工进时间 tf=2.27min b. 切削功率，切削力，转矩以及刀具耐用度的选择 由参考文献1表 6-20 计算公式 切削力 (3-5) 6 . 08 . 0 26HBDfF 切削转矩 (3-6) 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT 切削功率 (3-7) D TV P 9740 刀具耐用度 (3-8) 8 . 03 . 055 . 0 25 . 0 )/9600(HBvfDTn 箱体双面粗镗床总体设计及夹具设计 12 式中 D-加工（或钻头）直径（mm）,f-进给量，HB-布氏硬度，取 156。 计算出切削力 F=2123.2N，切削转矩 T=11009.4Nmm，切削功率 P=0.386kw，刀具耐用度 Tn=1270.032min。 c. 确定主轴类型、尺寸、外伸长度 根据主轴转矩 T=11.0094Nm，由公式 (3-9) 4 10 TBd 式中 B-材料系数，由参考文献1表 3-4 查得 B=7.3。 求出满足条件的最小直径 mm641.230094.11103 . 7 4 d 由参考文献9表 3-6 查得主轴直径=25mm，D/d1=40/28mm,主轴外伸尺寸 L=115mm,接杆莫氏圆锥号 1。 d. 导向装置的选择 查参考文献9表 8-4 选用通用短型导套，具体参数的数值：D=26mm, D1=35mm, D2=39mm, D3=M8,L 取 25mm，l=10mm，l1=4mm，l3=16mm，e=26.5mm 选 用通用导套。 e. 连杆的选择 为了获得终了时多轴箱前端面到工件端面之间所需要的最小距离，应尽量 减少接杆的长度。查参考文献9表 8-1 选取 A 型可调接杆 d=28mm，d1=Tr282mm, d2=17.78mm, L=95mm, l4=120145mm。 f. 动力部件工作循环及行程的确定 切入长度一般为 5-10mm， 取L1=8mm；切出长度 L2=10mm。 加工时加工部位长度 L(多轴加工时按最长孔计算)L=22mm，由公式 （3-10）LLLL 21工 求出 LI=40mm。 为排屑要求必须钻口套与工件之间保留一点的距离，根据麻花钻直径 18，由参考文献9表 3-4 知导套口至工件尺寸 l2=(1+1.5d)及综合考虑装卸 工件的空间要求取 l2=35mm，又根据钻套用导套的长度确定钻模架的厚度为 20mm。 快退长度的确定:一般在固定式夹具钻孔或扩孔的机床上动力头快速退回的 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 13 行程只要把所有的刀具都退回至导套内,不影响工件装卸即可。 快退距离 L快退 =l2+LI-L1=35+10-8=37mm 快进距离 L快进=l2-L1=35-8=27mm B. 左侧面钻 14.7 孔 a. 切削用量的选择 根据参考文献9查表 6-11 高速钢钻头切削用量，加工材料铸铁，孔径 d=16mm，切削速度 1018m/min，进给量 f=0.150.2mm/r。取切削速度 vc=20m/min，进给量 f=0.15mm/r，主轴的转速、实际切削速度、工进速度、工 进时间分别由公式（3-1） 、 （3-2） 、 （3-3） 、 （3-4）求得 转速 r/min， 将其圆整为 410r/min。 6 . 411 7 . 1414 . 3 191000 n 实际切削速度 m/min。924.18 1000 410 7 . 1414 . 3 c v 工进速度 mm/min。 5 . 6141015 . 0 f v 工进时间 其中 h 为 14.7 的深度。min878 . 0 5 . 61 54 f t b. 切削功率，切削力，转矩以及刀具耐用度的选择 刀具的切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度分别由公式(3-5)、(3-6)、 (3-7)、(3-8)求得 切削力 N。173415615 . 0 7 . 1426 6 . 08 . 0 F 切削转矩 Nmm。913.749215615. 0 7 . 1410 6 . 08 . 09 . 1 T 切削功率 kw。317 . 0 7 . 1414 . 3 9740 19913.7492 P 刀具耐用度 。min10894 . 3 )15615 . 0 92.18/ 7 . 149600( 228 . 03 . 055 . 0 25 . 0 T c. 确定主轴类型、尺寸、外伸长度 根据主轴转矩 T=7.4929 Nm，由公式(3-9)求出满足条件的最小直径 mm （B= 7.3）477.214929 . 7 103 . 7 4 d 选取 d=25mm， 由参考文献9表 3-6 查得主轴直径=25mm，D/d1=40/28mm, 主轴外伸尺寸 L=115mm,接杆莫氏圆锥号 1。 C. 左侧面镗孔 78, 70, 60 a. 切削用量的选择 刀具材料采用硬质合金，加工材料为 HT200，选切削速度为 7090m/min, 箱体双面粗镗床总体设计及夹具设计 14 进给量 0.141.5m/r，考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取 v=85.7m/min 主轴转速 (3-11) 0 1000 d v n 计算出，将主轴转速圆整为 350r/min。min/68.349 78 7 . 851000 rn b.切削力，切削扭矩及切削功率的选择 由参考文献1表 6-20 计算公式 切削力 (3-12) 55. 075. 0 4 .51HBfaF pz 切削力 (3-13) 1 . 165 . 0 2 . 1 51 . 0 HBfaF px 切削转矩 (3-14) 55 . 0 75 . 0 7 . 25HBfDT ap 切削功率 (3-15) 61200 VF P z 刀具耐用度 (3-16) 8 . 03 . 055 . 0 25 . 0 )/9600(HBvfDTn 计算出切削力 Fz=669.9N ,Fx=138.5N;切削转矩 T=26128.6N.mm，切削功率 P=0.938KW c. 确定主轴类型、尺寸、外伸长度 滚针轴承主轴：前后支承均为圆锥滚子轴承。这种轴承可承受较大的径向 和轴向力，且结构简单、装配调整方便，广泛用于扩、镗、铰孔和攻螺纹等加 工。因此选用滚针轴承主轴。 由公式(3-9)求出满足条件的最小直径mm， 3 . 291286.26103 . 7 4 d 再由参考文献9表 3-6 查取 d=30mm,D/d1=50/36mm，主轴的外伸尺寸为 115mm。 d. 确定镗杆直径 由镗孔直径为 78mm，参考参考文献5表 2.5-4 选取镗杆的直径为 50mm,镗刀方截面直径为 1010。 3.23.2 加工示意图加工示意图 3.2.13.2.1 加工示意图的作用及其内容加工示意图的作用及其内容 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 15 零件的加工工艺方案要通过加工示意图来反映。加工示意图是表示被加工 零件在机床上的加工过程，工件、夹具、刀具等机床各部件间相对位置关系。 所以，加工示意图是设计组合机床的主要样图之一，在总体设计中占有重要地 位。它是选择刀具、夹具、箱体、液压电气装置及通用部件的主要依据，也是 绘制机床总联系尺寸图的重要技术文件。 其内容有 ：反映机床的加工方法，切削用量，工作循环及工作行程；决定 刀具类型、数量、尺寸（直径和长度） ；标明主轴、接杆（卡头） 、夹具与工具 之间的联系尺寸、配合精度。 3.2.23.2.2 加工示意图的绘制方法加工示意图的绘制方法 a. 首先，按照比例用细实线绘出工件加工部位和局部结构的展开图。加工 表面用粗实线画出。 b. 主轴应从镗削头端面画起。刀具应处于加工终了位置。标准的通用结构 只画出外轮廓，但需要加注规格代号。对一些专用结构（导向装置、刀杆、浮 动卡头等） ，为了显示出其结构必须画出剖视图，并且标注尺寸、精度及其配合。 3.2.33.2.3 刀具的选择依据刀具的选择依据 选择刀具应考虑工件材料、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求， 只要条件允许应尽量选用标准刀具。孔加工刀具（钻、扩、铰等）的直径应与 加工部位尺寸、精度相适应，其长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向 套外端面 3050mm,以利于排屑和刀具磨损后一定的向前调整量。 本次设计中需要加工 14.7、18、11.65、78、70H9、60H9、60H9、60H9, 71H9、77H9、79H9、81H9、87H9、89mm 的孔，具体视图可参照加 工示意图。采用的是复合镗刀及加长麻花钻 3.2.43.2.4 导向结构的选择导向结构的选择 组合机床钻镗孔时，除采用刚性主轴加工方案外，零件上孔的位置精度主 要是靠刀具的导向装置来保证的。因此，正确选用导向结构和确定导向类型、 参数、精度，也是设计组合机床的重要内容。导向装置的作用是：保证刀具相 箱体双面粗镗床总体设计及夹具设计 16 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。 3.2.53.2.5 确定动力部件的工作行程确定动力部件的工作行程 动力部件的工作循环是加工时，动力部件从原始位置开始运动到加工终了 的位置，又返回到原始位置的动作过程。本机床的工作循环包括快进-攻进-快 退等动作。 图 3-2 工作进给长度 工作进给长度，应等于加工部位长度 L 与刀具切入长度和切出长度L主 1 L 之和。=+L+ 2 LL主 1 L 2 L 切入长度一般为 510mm，根据工件端面的误差情况确定。 切出长度 式中，d 为钻头直径。 2 1 (3 8) 3 Ld 快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置，初步选定左右两个主轴 箱上刀具的快速进给分别为 100mm 和 230mm。 快速退回的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 和工作进给长度可得出，两面快速退回长度为 300mm 和 560mm。 动力部件的总行程在满足工作循环向前和向后所需的行程外，还要考虑因刀 具磨损、安装误差，动力部件能够向前调节的距离（即前备量）和刀具装卸或 者刀杆连同刀具一起从主轴孔中取出来时，动力部件需后退的距离（即后备量） 。 所以，动力部件的总行程为快退行程与前后备量的之和。其中，前备量取前L =50mm,后备量取后=50mm。L 总=攻进+前+后=200+50+50=300mmLLLL 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 17 图 3-3 主轴箱工作行程 由此加工示意图如下： 图 3-4 加工示意图 箱体双面粗镗床总体设计及夹具设计 18 3.33.3 机床联系尺寸总图机床联系尺寸总图 3.3.13.3.1 机床联系尺寸总图的作用以及内容机床联系尺寸总图的作用以及内容 机床联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按照初 步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的。它用来表示 机床各组成部件的相互装配联系和运动关系，可用以检验：机床各部件相对位 置及尺寸联系是否满足加工要求；通用部件的选者是否适合；并为进一步设计 主轴箱、夹具等专用部件提供依据。总联系尺寸图也可看成是简化的机床总图， 表示机床的配置型式及总体布局。 绘制总联系尺寸图的有关要求： a. 以适当数量的视图（一般为主，左，右视图）按同一比例画出机床各主 要组成部件的外形轮廓及相关位置。主视图的选择应与机床实际加工状态一致。 b. 图上应尽量减少不必要的线条及尺寸。但反映各部件的联系尺寸、专用 部件的主要轮廓尺寸、运动部件的极限位置及行程尺寸，必须完全齐整。至于 各部件的详细结构不必画出，留在具体设计部件时完成。 c. 为便于开展部件设计，联系尺寸图上应标注通用部件的规格代号，电动 机型号、功率及转速，并注明机床部件的分组情况及总行程。 3.3.23.3.2 机床联系尺寸总图相关计算选择机床联系尺寸总图相关计算选择 a.a.选择动力部件选择动力部件 动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。本次设计的是根据以定的 工艺方案和机床配置型式并结合使用及修理等因素，确定机床为卧式双面液压 传动组合机床，液压滑台实现工作进给运动，采用专用的刚性镗头。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 19 动力箱规格要与滑台匹配，其驱动功率的选择主要是确定动力箱（或各种 工艺切削头）和动力滑台，由前面计算知工进 Vf=60mm/min,进给力 Fz=669.9N, 又因左侧刚性镗头箱体的滑鞍长 L=1240mm, 由参考文献9表 5-1 选择 1HY40B 型滑台及配套后底座 1CC40。 (3-17) P P 主主 主 式中为主轴箱的传动效率，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 HT200，故取=0.8 ，由参考文献1表 5-3 取 Pc左=6kW ，Pc右 =6kW。 所以 kW kW 6 7.5 0.8 P P 左c 左 6 7.5 0.8 P P 右c 右 根据所算出的功率，查文献1表 5-20 我们可选用 1TA40 型号的动力头， 经过改制都能满足功率的需要。 表 3-5 动力电动机型号 根据动力头尺寸选定滑台与其配合，由于是采用的专用刚性镗头，根据文 献15-21 得宽 B=500mm，选用滑台型号为 HY40B,滑台宽 400mm，长 1240 mm, 最大行程 400mm。 b.b.确定机床装料高度确定机床装料高度 H H 装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。在确定机床装料高度 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) 左主轴箱 Y160L-8B57.5720350,450,400 右主轴箱 Y160L-8B57.5720 280,305,410 500,500,340 箱体双面粗镗床总体设计及夹具设计 20 时，首先要考虑工人操作的方便性；对于流水线要考虑车间运送工件的滚道高 度；对于自动线要考虑中间底座的足够高度，以便允许内腔通过随行夹具返回 系统或冷却排屑系统。其次是机床内部结构尺寸限制和刚度要求。如工件最低 孔位置、多轴箱的最低主轴高度和通用部件、中间底座及夹具底座基本尺寸的 限制等。工件最低孔径 h2=16mm，滑台高度为 320mm，底座高度为 560mm，镗削 头高为 480mm，综合以上因素，该组合机床装料高度为 1376mm。 c.c.确定夹具轮廓确定夹具轮廓 主要确定夹具底座的长、宽、高尺寸。工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具 底座轮廓尺寸的基本依据。具体要考虑布置工件的定位、限位、夹紧机构、刀 具导向装置以及夹具底座排屑和安装等方面的空间和面积需要。 夹具底座的高度尺寸，一方面要保证其有足够的刚度，同时要考虑机床的 装料高度、中间底座的刚度、排屑的方便性和便于设置定位、夹紧机构。 图 3-6 夹具轮廓 d.d.确定确定中间中间底座尺寸底座尺寸 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 21 中间底座的轮廓尺寸，在长宽方向应满足夹具的安装需要。它在加工方向 的尺寸，实际已由加工示意图所确定，图中已规定了机床在加工终了时工件端 面至主轴箱前端面的距离。由此，根据选定的主轴箱、滑台、侧底座等标准的 位置关系，并考虑前备量，通过尺寸链就可以计算确定中间底座加工方向的尺 寸，在本次设计中取前备量 50mm，计算长度为 1340mm。 确定中间底座的高度方向时，应注意机床的刚性要求、冷却排屑系统要求 以及侧底座连接尺寸要求。装料高度和夹具底座高度确定后，中间底座高度就 已确定，选取 650mm。 图 3-7 底座 e.e.主轴箱轮廓尺寸主轴箱轮廓尺寸 主轴箱轮廓尺寸由改进的 1TA40 镗削头而来，中心高 H 取 260 mm，左边传 动箱 H2=480mm,右传动箱 H2=480mm。 3.3.33.3.3 机床分组机床分组 为了便于设计和组织生产，组合机床各部件和装置按不同的功能划分编组。 组号划分如下： a. 第 1019 组支承部件。一般由通用的侧底座、立柱及其底座和专 用中间底座等组成。 b. 第 2029 组夹具及输送设备。夹具是组合机床主要的专用部件， 常编为 20 组，包含工件定位夹紧及固定导向部分。 c. 第 3039 组电气设备。电气设计常编为 30 组，包括原理图、接线 箱体双面粗镗床总体设计及夹具设计 22 图和安装图等设计。专用操纵台、控制柜等另编组号。 d. 第 4049 组传动装置。包括机床中所有动力部件如动力滑台、动 力箱等通用部件，编号为 40 组，其余需修改部分内容或专用的传动设备单独编 组。 e. 第 5059 组液压和气动装置。 f. 第 6069 组刀具、工具、量具和辅助工具等。 g. 第 7079 组主轴箱及其附属部件。 h. 第 8099 组冷却、排屑及润滑装置。 i. 第 9099 组电气、液压、气动等各种控制挡铁。 由此得出机床联系尺寸总图： 图 3-8 机床联系尺寸总图 3.43.4 机床生产率计算卡机床生产率计算卡 根据加工示意图所确定的工作循环及切削用量等，就可以计算机床生产率 并编制生产率计算卡。生产率计算卡是反映机床生产节拍或实际生产率和切削 用量、动作时间、生产纲领及负荷等关系的技术文件。它是用户验收机床生产 效率的重要依据。 a. 理想生产率(单位为件/h)是指完成年生产纲领 A(包括备品及废品率)Q 所要求的机床生产率。它与全年工时总数 tk有关,这里两班制 A 取 8000 件，tk 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 23 取 4600h,由文献1的 51 页公式 （3-18） k t A Q 得出： =80000/4600=17.39 件/时Q b. 实际生产率(单位为件/h)是指所设计机床每小时实际可生产的零件 1 Q （3-19） 单 T Q 60 1 式中:生产一个零件所需时间(min)，可按下式计算： 单 T （3-20） 装移 快退快进 停辅切单 tt V LL t V L V L ttT k f ff2 2 1 1 式中:分别为刀具第、工作进给长度,单位为 mm； 21 LL 、 分别为刀具第、工作进给量,单位为 mm/min； 21ff VV 、 当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时，滑台在死挡铁上的 停 t 停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转 510 转所需的时间， 单位为 min； 分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为 mm； 快退快进、L L 动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取 56m/min;用液压 k f V 动力部件时取 310m/min； 直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取 0.1min； 移 t 工件装、卸（包括定位或撤销定位、夹紧或松开、清理基面或切屑及 吊运工件）时间。它取决于装卸自动化程度、工件重量大小、装卸是否方便及 工人的熟练程度。通常取 0.51.5min。如果计算出的机床实际生产率不能满 足理想生产率要求,即QQ 时候，机床负荷率为二者之比。 1 组合机床负荷率一般为 0.750.90,自动线负荷率为 0.60.7。典型的钻、 镗、攻螺纹类组合机床，按其复杂程度确定；对于精度较高、自动化程度高或 加工多品种组合机床，宜适当降低负荷率。 （3-22） 1 Q Q 则 1 18.73 85.2% 21.98 Q Q 具体请见生产率计算卡： 表 3-9 生产率计算卡 生产率计算卡 图号YGZJ003毛坯种类铸件 名称减速箱体毛坯重量 材料HT200硬度HBS180-220 工序名称变速箱体双面卧式钻镗组合机床工序号 进刀量工时(min) 序号工步名称 被加工 零件数 量 加工直 径 mm 工作行 程 mm 切削 速度 m/m in 转速 r/ min 进给 量 (mm/r) 进给速度 (mm/min) 机加 工时 间 辅 助 时 间 共计 1 安装工件及夹紧工件1 1.5 1.5 2 左滑台快进 100 100 60000.016 0.016 3 左多轴箱工进（镗孔 1） 601565.93500.15600.25 0.25 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 25 镗孔 2 70 13.576.9 350 0.15600.225 0.225 镗孔 37811.585.7350 0.15 600.1920.192 钻孔14.75818.6410 0.15 600.970.97 4左滑台快退 300 300 60000.05 0.05 总计 3.203 单件工时 3.203 分/件 机床生产率 18.73 件/时 备注 左右同时加工 机床负荷率 85.2% 4 4 夹具的设计夹具的设计 组合机床夹具是给合机床的重要组成部分，用于实现对被加工零件的准确 定位、夹压、对刀具的导向以及装卸工件时的限位等。组合机床的加工精度基 本上是由夹具来保证的，因此它与一般机床夹具不同。 组合机床夹具按结构特点，可以分为单工位夹具和多工位夹具两大类。单 工位夹具是指工件在一个工位上完成加工工序的机床夹具。而多工位组合机床 夹具是指工件需要在几个工位上顺序或平行顺序加工厂的机床夹具。按移位 方法它又可分为：固定式多位夹具，回转夹具,移动工作台夹具和回转鼓轮夹具 等。此外按操纵方式又可分为：手动定位夹紧的给合机床夹具和自动定夹紧的 组合机床夹具。本次设计的夹具是单工位的，手动定位夹紧的夹具。 组合机床夹具是根据被加工零件专门设计的，本次设计的夹具大致可分为 三大部分：工件的定位方法，工件的夹压装置的设计，引导刀具的导向元件设 计。 4.14.1 定位误差分析计算定位误差分析计算 本工件按一面两销定位后，工件在夹具中的位置就已被确定，然而由于某 种原因，工件仍会产生定位误差。为了保证工件的加工精度，在定位设计时要 仔细分析和研究定位误差。 A. 定位误差的定义 箱体双面粗镗床总体设计及夹具设计 26 由定位引起的同一批工件的工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，称 为定位误差，以D表示。 定位误差研究的主要对象是工件的工序基准和定位基准。工序基准的变动 量将影响工件的尺寸精度和位置精度。 B. 定位误差产生的原因 造成定位误差的原因是定位基准与工序基准不重合以及定位基准的位移误 差两个方面。 a. 基准不重合误差B 由于定位基准与工序基准不重合而造成的定位误 差，称为基准不重合误差，B以表示。 基准不重合误差的一般计算式为： B= （4-1） n i i 1 式中： i定位基准与工序间的尺寸链组成环的公差（mm） ； b. 基准位移误差Y 由于定位基准的误差或定位支承点的误差而造成的 定位基准位移，即工件实际位置对确定位置的理想要素的误差，这种定位误差 称为基准位移误差，以Y表示。 基准位移误差的一般计算式为 Y=Xmax= D+d0+Xmin （4- 2） 式中 Xmax 定位最大配合间隙（mm） ； D工件定位基准孔的直径公差（mm） ； d0圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差（mm） ； Xmin定位所需最小间隙，由设计时确定（mm） 。 C. 定位误差计算 本工序尺寸 5820.025mm，由于本工序定位基准与工序基准重合，所以， B=0 按式（4-2）计算得 Y=Xmax= D+d0+Xmin =0.027+0.009+0.5 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 27 =0.536(mm) 则定位误差为 D=Y=0.536mm 4.24.2 夹紧装置设计夹紧装置设计 在机械加工过程中，工作将受到切削力，离心力等外力的作用。为了保证 在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持由定位元件确定的加工位置，而不 致发生振动或多移，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，将工件可 靠夹紧。 由于本次待加工工件的形状是比较规则的，且精度要求较高，故采用液压 夹紧机构就可以保证其精度。采用液压直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧工 件的机构，统称为液压夹紧机构。液压夹紧机构的特点：结构较复杂，夹紧可 靠，使用方便，因此在机床夹具中得到广泛应用。 本次设计的夹紧装置是液压的，它的组成部分有：支承轴、螺杆、压板、 液压缸及螺母等。 4.34.3 夹紧力的计算夹紧力的计算 夹紧力的计算是设计夹具的关键，它的计算是验证所设计的机床夹具是否 合理的保证。工件在夹具内的夹紧，必须保证工件在加工过程中，在切削力作 用下保持位置不变。同时，夹紧时不应该引起工件、钻模板、镗模架的变形， 以免降低加工精度。保证工件在加工过程中保持位置不变所需要的加紧力，可 根据切削作用力和夹紧方式进行估算。 夹紧力大小的计算是个很复杂的问题，一般只能做粗略的估算。为了简化 计算起见，在设计夹紧装置时，可只找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状 态，按静力平衡原理求出夹紧力的大小。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系 数作为实际所需要的夹紧力数值。 根据被加工零件和所设计夹具的机构特征，夹紧力的大小由主切削力决定。 夹紧力使工件不会反转和前后移动，因此在夹紧力的作用下，压板和工件夹紧 位置产生了摩擦力，此摩擦力为两轴向进给力合力与圆周力合力提供。此处由 于两进给力方向相反，相互抵消绝大部分的力，以及定位销承受了部分进给力， 箱体双面粗镗床总体设计及夹具设计 28 故两轴向进给力合力的影响可忽略不计，此处只计算由圆周力（切削力）合力 决定的夹紧力。 夹紧力计算方法一般为: a.了解所选用的夹紧机构； b.画出受力简图； c.运用力学知识分析、计算。 夹紧机构如下图: 图 4-1 夹紧机构简图 如图夹具体机构主要由压板、螺杆、支承轴等组成。它的受力简图如下: 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 29 Wk W0 l L 图 4-2 工件受力简图 W0=Wk （4-3） l L 0 1 式中：W0单个螺旋夹紧产生的夹紧力(N)； WK切削力分力（N） ； 除螺旋外机构的效率，其值为 0.85-0.95。 0 由前面所计算得：Wk=9398.1(N) 由夹具总图知， L=300mm l=145mm 取 0.9 0 则将上述数值代入式（4-3）得： W0=21604.8(N) 4.44.4 夹具零部件的设计夹具零部件的设计 4.4.14.4.1 夹具体的设计夹具体的设计 夹具体是夹具的基础件。在夹具本上，要安装组成该夹具所需要的各种元 件，机构和装置。设计时应满足以下基本要求： a. 应有足够的强度和刚度； b. 结构简单，具有良好的工艺性； c. 尺寸要稳定； d. 便于排屑。 箱体双面粗镗床总体设计及夹具设计 30 A夹具体毛坯结构的选择 选择夹具体毛坯结构时，应以结构合理性、工艺性、经济性、标准化的可 能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑。 根据由参考文献8表 1-9-1，夹具体一般有三种结构：铸造结构、焊接结构、 装配结构。 由于本道工序是粗铣柴油机气缸体的两侧面，切削负荷大、振动大，且是 批量生产的，所以选择铸造结构，它的主要特点是，可铸出复杂的结构形状、 抗压强度大、抗振性好、易于加工，但制造周期长，易产生内应力，故应进行 时效处理。 B夹具体外形尺寸的确定 夹具制造属单件生产性质，为缩短设计和制造周期，减少设计和制造费用， 所以夹具体设计，一般不作复杂的计算。通常都是参考类似的夹具结构，按经 验类比法估计确定。如下表 4-1。 表 4-1 夹具体结构尺寸的经验数据 经验数据 夹具体部位 铸造结构 夹具体壁厚 h825mm 夹具体加强筋厚度(0.70.9)h 夹具体加强筋高度不大于 5h 按上表，取夹具体壁厚 h=25mm 夹具体加强筋厚度为 0.7250.925mm,即为 17.522.5 mm.取厚度为 20mm C夹具体高度的确定 根据前面的总体设计及机床联系尺寸图，夹具体的高度 H=350mm 夹具体的主要外形如下图： 图 4-3 夹具体尺寸图 4.4.24.4.2 支座的设计支座的设计 支座是夹紧装置与夹具体的桥梁。材料的选择，应以结构合理性，工艺性， 经济性，标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑。由于本次加工 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 31 的工件外形较大，且切削负荷大、振动大，因此采用铸造结构，材料为 HT200。 4.4.34.4.3