半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床设计夹具设计.doc

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008目录1 前言 12 组合机床总体设计. 32.1 总体方案论证 32.1.1 加工对象工艺性的分析 32.1.2 机床配置型式的选择 .32.1.3 定位基准的选择 42.2 确定切削用量及选择刀具 .42.2.1 选择切削用量 .42.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率 .62.2.3刀具耐用度的计算 .102.2.4 选择刀具结构 .102.3三图一卡设计 102.3.1 被加工零件工序图 .102.3.2 加工示意图 112.3.3 机床联系尺寸图 122.3.4.机床生产率计算卡 .143 夹具设计 173.1 概述 .173.1.1 机床夹具在机械加工中的作用 .173.1.2 机床夹具的分类 .183.1.3机床夹具的组成 1832 夹具的设计步骤及内容 .183.2.1 气缸盖镗孔的工艺分析 183.2.2夹紧方案的分析 193.2.3夹紧力的确定与计算 203.2.4夹紧液压缸的选择 .213.2.5定位元件的设计 .213.2.6定位误差的计算 .223.2.7导向装置的选择 .233.2.8夹具体的设计 .243.2.9其它元件的设计 .243.2.10夹具的精度分析 244 齿轮和轴的设计 .274.1.齿轮设计 274.2.轴的设计 .295 结论 .34参考文献 .35致 谢 36附 录 .371 前言这次毕业设计是在实习的基础上进行的，我们在江苏高精机电装备有限公司工程技术人员的带领下，深入车间，理论联系实际，熟悉了气缸盖导管孔加工工艺分析，了解了每道工序的加工过程，仔细分析，研究了机体精镗的结构特性，根据指导老师分配给我的任务书，阅读并收集有关资料，为毕业设计做好准备。本设计是为气缸盖导管孔设计一个满足半精镗及精镗要求镗孔工序。为了能够达到质量好、效率高的要求，拟定设计一个半精镗精镗的组合镗床。由于被加工零件的孔的加工精度、表面粗糙度和技术要求所限，提高生产效率，故必须设计一多刃半精镗及精镗一体的组合镗床。由于被加工零件一机体，体积小，重量较重，且是单工位单面加工，采用立式床身，将造成加工困难，难以保证加工精度，且平稳不够，故将采用卧式床身，通过两个动力头，主轴箱镗销头，一次性完成该工序较为妥帖。随着现代工业生产水平的飞速提高，设计新产品，新机床，实现自动化，提高生产率，是当前生产中迫在眉睫的任务。我们三人一组设计专用组合机床既为一台高效能，高精度，具有工艺互换性的组合机床。在设计过程中，由于组合机床大部分是由标准零件构成，另外，一些非标准件尽量适应工厂的生产条件，使加工和维修方便，大大减少了设计工作量。近十多年来，组合机床及其自动线在高效、高生产率、柔性化以及采用并行工程制订更为合理、更为节省的方案方面取得了不小的进展。尤其是汽车工业，为了提高汽车的性能，对零件的加工精度提出了一些新的要求，因此对机床性能的要求更高了。目前，我国组合机床行业已发展成为自成体系、配套齐全的行业，由于行业内多数为中小企业，且兼产企业多，其市场竞争能力普遍较弱。 为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。本设计由于气缸盖需大批量生产，为了提高加工精度，降低成本，有必要设计一种组合机床来满足气缸盖导管孔的上下进气孔排气孔同时镗孔的需要。本次设计分总体及液压滑台设计、夹具设计、镗削头设计三个部分。我主要负责夹具部分的设计。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，使设计工作量大为减少，设计周期大为缩短，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。设计该组合机床思路如下：仔细分析零件的特点，以确定零件合理可行的加工方法（包括安排工序及工艺流程，确定工序中的工步数，选择加工的定位基准及夹压方案等），确定工序间加工余量，选择合适的切削用量，确定组合机床的配制形式；根据被加工零件的工艺要求确定刀具，再由刀具直径计算切削力，切削扭矩，切削功率，然后选择各通用部件，最后按装配关系组装成组合机床。本说明书以设计卧式单面组合机床为主线，阐述了刀具的选择和夹具设计的过程。在文中第二部分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单面的机床配置型式。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。在文中第三部分，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和校核。2 组合机床总体设计2.1 总体方案论证2.1.1 加工对象工艺性的分析A.本机床被加工零件特点该加工零件为气缸盖导管孔。材料HT250，其硬度为HB150-225HBS，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：精镗半精镗气缸盖阀座孔，枪铰导管进、排气孔。具体加工内容及加工精度是：a.半精镗进气孔：半精镗孔44阀座孔至44.8，深10；枪铰导管孔14底孔至14.8，深24。b.半精镗排气孔：半精镗孔47阀座孔至47.8，深10；枪铰导管孔14底孔至14.8，深24。c.精镗进气孔：半精镗孔44.8阀座孔至45，深10；枪铰导管孔14.8底孔至15，深24。d.精镗排气孔：半精镗孔47.8阀座孔至48，深10；枪铰导管孔14底孔至14.8，深24。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。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，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。在认真分析了被加工零件的结构特点及所选择的加工工艺方案，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镗组合机床。2.1.3 定位基准的选择被加工零件为气缸盖属箱体类零件，加工工序集中、精度要求高。由于箱体零件的定位方案一般有两种，“一面两孔”和“三平面”定位方法。 A. “一面双孔”的定位方法 它的特点是：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).“一面双孔”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（工位）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 它的特点是：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。一般情况下，“一面双孔”是最常用的定位方案，即零件在机床上放置的底面及底面上的两个孔作为定位基准，通过一个平面和两个定位销限制其六个自由度。由于气缸盖零件质量较大，底面上孔的直径不大，初步拟定“一面双孔”定位方法。2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 选择切削用量对于被加工孔，采用查表法选择切削用量，从文献1P.132表6-15中选取。降低进给量的目的是为了减小轴向切削力。镗孔深度较大时，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，并使加工较深孔时镗头的寿命与加工其他浅孔时镗头的寿命比较接近。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。在选择切削速度时，要求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（单位为mm/min）,因此，一般先按各刀具选择较合理的转速(单位为r/min)和每转进给量（单位为mm/r），再根据其工作时间最长、负荷最重、刃磨较困难的所谓“限制性刀具”来确定并调整每转进给量和转速，通过“试凑法”来满足每分钟进给量相同的要求，即 （2-1）在选择了转速后就可以根据公式 （2-2）选择合理的切削速度。A. 半精镗进气孔的切削用量的选择a). 44阀座孔镗至44.8，深10mm由文献1P.132表6-15中得半精镗硬质合金选择v=50-70m/min, f 0.150.45mm/r,又d=44.8mm,初选n=466r/min, f =0.15mm/r,则由（2-2）得：v=44.8466/1000=65.58m/min b). 枪铰导管孔14底孔至14.8，深28.5mm 由文献1P.131表6-14中得 d=11-15,v=1.2-5m/min, f 0.4-0.5mm/r, 又d=14.8mm, 初选n=1500r/min, f =0.15mm/r, 则由（2-2）得：v=14.81500/1000=69.7m/min c). 47阀座孔镗至47.8，深10mm由文献1P.132表6-15中得半精镗硬质合金选择v=50-70m/min, f 0.150.45mm/r,又d=47.8mm,初选n=466r/min, f =0.15mm/r,则由（2-2）得：v=47.8466/1000=70m/mind). 枪铰导管孔14底孔至14.8，深33mm 由文献1P.131表6-14中得 d=11-15,v=1.2-5m/min, f 0.4-0.5mm/r, 又d=14.8mm, 初选n=1500r/min, f =0.15mm/r, 则由（2-2）得：v=14.81500/1000=69.7m/min B. 精镗进气孔的切削用量的选择a). 44.8阀座孔镗至45，深10mm由文献1P.132表6-15中得半精镗硬质合金选择v=50-70m/min, f 0.150.45mm/r,又d=45mm,初选n=466r/min, f =0.15mm/r,则由（2-2）得：v=45466/1000=65.9m/minb). 枪铰导管孔14.8至15深28.5mm 由文献1P.131表6-14中得 d=11-15,v=1.2-5m/min, f 0.4-0.5mm/r, 又d=14.8mm, 初选n=1500r/min, f =0.15mm/r, 则由（2-2）得：v=1500/100015=70.7 m/minc).47.8孔镗至48深10mm由文献1P.132表6-15中得半精镗硬质合金选择v=50-70m/min, f 0.150.45mm/r,又d=48mm, 初选n=466 r/min, f =0.15mm/r, 则由（2-2）得：v=48466/1000=70.2 m/mind).枪铰导管孔14.8至15深33mm 由文献1P.131表6-14中得 d=11-15,v=1.2-5m/min, f 0.4-0.5mm/r, 又d=14.8mm, 初选n=1500r/min, f =0.15mm/r, 则由（2-2）得：v=1500/100015=70.7 m/min表2-1 加工各个孔的进给量，工进速度及切削速度 孔径切削用量44.814.847.814.845154515v (m/min)65.5865.97069.765.970.770.270.7f (mm/r)0.150.150.150.150.150.150.150.15n (r/min)4661500460150046615004661500Vf(mm/min)702257022570225702255